CZ24304U1 - Zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu a kvality jeho upevnění v nebo na kosti resp. stanovení pohyblivosti systému kostní náhrady a kosti popřípadě kostní náhrady a jiného materiálu, například kostního cementu.

Dosavadní stav techniky

Zjišťování stability kostního implantátu patří mezi základní podmínky jeho dlouhodobě úspěšné funkce a zejména u komponent necementovaných, fixovaných v kosti bez použití kostního cementu (PMMA), je parametrem zcela zásadním. Stabilitu implantátu lze přitom posuzovat ze io dvou časových hledisek. Jednak jako stabilitu určenou více či méně úspěšným umístěním implantátu resp. jeho kotvicí části do připraveného lůžka v dutině kosti nebo na povrchu - např. femorální komponenta THR (total hip replacement) a nazývanou stabilitou primární nebo stabilitu podmíněnou dlouhodobými vlivy a nazývanou stabilitou sekundární.

Současná praxe peroperaěního ověřování primární stability u necementovaných typů je spíše intuitivní a závisí na subjektivním pocitu konkrétního operatéra. Sekundární stabilita implantátu, která je ve většině případů podmíněna zcela jednoznačně stabilitou primární, je ovlivněna biokompatibilitou implantátu (tvarem a materiálem nosné části, povrchovou strukturou a samozřejmě i chemickým složením), chováním pacienta a jeho zdravotním stavem. Sekundární stabilita je „hodnocena“ na základě informací získaných standardními nástroji, jako jsou RTG (CT, sono).

Posuzování primární i sekundární stability implantátu je zatížené řadou chyb a zjednodušení a ve velké míře je správný odhad závislý na zkušenostech odborníka (především ortopeda). V řadě případů je hodnocení bohužel nepřesné, a to zejména proto, že chybí objektivní nástroj měření.

Do současné doby byla propracována v podstatě pouze technika hodnocení stability zubních implantátů, a to na základě zjištění souvislosti mezi stabilitou takovéhoto implantátu a jeho rezonanční frekvencí. Způsob a zařízení pro zjišťování kvality upevnění zubní korunky nebo zubního implantátu na tomto principu je známý například z patentového spisu US2011200965.

Cílem nyní předkládaného technického řešení je proto využití obdobného principu resonanční frekvenční analýzy k měření primární stability totálních náhrad zejména kyčel nich kloubů.

Podstata technického řešení

Tohoto cíle je dosaženo zařízením ke zjišťování stability kostního implantátu na principu rezonanční frekvenční analýzy, určeném zejména pro zjišťování primární stability totálních náhrad kyčelních kloubů, podle předkládaného technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z nosné svěrky, uzpůsobené pro uchycení k implantátu, na jejíž jedné vnější straněje uspořádán budicí člen a na druhé její vnější straně proti budicímu členu je umístěn snímací rezonanční člen. K zajištění přenosu budicím členem vyvolané energie do implantátu je nosná svěrka opatřena utahovacím šroubem.

Podstata technického řešení spočívá dále v tom, že budicí člen je s výhodou tvořen piezoaktuátorem pro generování mechanického podélného vlnění na bázi piezoelektrického jevu a snímací rezonanční Čten akcelerometrem.

Při vlastním hodnocení stability kostního implantátu v průběhu operace je celé zařízení podle technického řešení napojeno na testovací obvod, který je tvořen vyhodnocovacím blokem, na jehož vstup je připojen analyzační blok pro provádění dvoukanálové FFT analýzy, který je jednak přes budicí zesilovač propojen s budicím členem a přes snímací zesilovač se snímacím rezo45 nančním členem. Podle získané frekvenční charakteristiky soustavy je pak usuzováno na stabilitu

-1 CZ 24304 Ul implantátu, neboť primární stabilita má prokazatelný vliv na frekvenční funkci implantátu. Pokud je stabilita implantátu zhoršená, nedochází k výraznějšímu tlumení a rezonanční vrcholy křivky závislosti amplitudy odezvy na budicí frekvenci jsou zřetelně ostřejší než v případě, kdy je vůle mezi implantátem a kostí minimální a kdy implantát přenáší v podstatně větší míře zároveň rezonance kosti.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude dále blíže objasněno výkresy příkladného provedení zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu podle technického řešení, kde na obr. 1 je znázorněno toto zařízení v rozloženém stavu, na obr. 2 je toto zařízení znázorněno společně s testovacím obvodem a io obr. 3 pak zobrazuje graf s frekvenční funkcí pro dva stavy implantátu.

Příklad provedení technického řešení

Zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu na principu rezonanční frekvenční analýzy v příkladném provedení, zobrazeném na obr. 1 je určeno pro zjišťování primární stability totálních náhrad kyčel nich kloubů, přičemž sestává z nosné svěrky I, uzpůsobené pro uchycení ke krčku již jen částečně naznačeného implantátu 11. Na jedné vnější straně nosné svěrky 1 je uspořádán budicí člen 4 a na druhé její vnější straně proti budicímu členu 4 je umístěn snímací rezonanční člen 5. Nosná svěrka I je přitom tvořena ze dvou částí, navzájem spojených čepem 3, a je opatřena utahovacím šroubem 2 k sevření obou těchto jejích částí kolem krčku implantátu 11 a zajištění přenosu budicím členem 4 vyvolané energie do implantátu 11.

Budicí člen 4 je v tomto konkrétním příkladu provedení tvořen piezoaktuátorem pro generování mechanického podélného vlnění na bázi piezoelektrického jevu, který je uložen v pouzdru 6. Snímací rezonanční člen 5 je pak tvořen akcelerometrem.

Jak patrno z obr. 2 je celé toto zařízení podle technického řešení napojeno na testovací obvod, který je tvořen vyhodnocovacím blokem 7, na jehož vstup je připojen analyzační blok 8 pro pro25 vadění dvoukanálové FFT analýzy, který je jednak přes budicí zesilovač JO propojen s budicím členem 4 a přes snímací zesilovač 9 se snímacím rezonančním členem 5.

Jak je pak patrno z obr. 3 s frekvenční funkcí pro dva experimentálně provedené stavy implantátu, rezonanční křivka s ostřejšími vrcholy, větší četností těchto vrcholů a větší strmostí (křivka a) označuje nestabilní stav implantátu, při němž se do této funkce nepromítají rezonance kosti.

Tato křivka tak označuje nízkou primární stabilitu s vysokou pravděpodobností selhání implantátu. Druhá křivka (křivka b) pak označuje stav, který je definován jako stav vysoké primární stability s vysokou mírou úspěšnosti operace, kdy je vůle mezi implantátem a kostí minimální a kdy implantát přenáší v podstatně větší míře zároveň rezonance kosti. Zároveň dochází ke značnému útlumu s okolím implantátu, což vysvětluje nízkou strmost této druhé křivky.

Použitý princip buzení s sebou přináší kvadraticky rostoucí zrychlení a tedy i generovanou sílu. V případě širšího frekvenčního spektra se pak tato vlastnost projeví ztrátou informace v nižších frekvencích. Proto byla křivka b vážena funkcí, která zohledňuje nízké frekvence.

Claims (3)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu na principu rezonanční frekvenční ana40 lýzy, určené zejména pro zjišťování primární stability totálních náhrad kyčelních kloubů, vyznačující se tím, že sestává z nosné svěrky (I), uzpůsobené pro uchycení k implantátu (11), na jejíž jedné vnější straně je uspořádán budicí člen (4) a na druhé její vnější straně proti budicímu členu (4) je umístěn snímací rezonanční člen (5), přičemž nosná svěrka (1)

   -2CZ 24304 Ul je opatřena utahovacím šroubem (2) k zajištění přenosu budicím členem (4) vyvolané energie do implantátu (11).
2. 2. Zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu podle nároku 1, vyznačující se tím , že budicí člen (4) je tvořen piezoaktuátorem pro generování mechanického podélného

   5 vlnění na bázi piezoelektrického jevu.
3. 3. Zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu podle nároku 1, vyznačující se tím, že snímací rezonanční člen (5) je tvořen akcelerometrem.