CZ305792B6

CZ305792B6 - Způsob měření stability ukotvení kloubního implantátu

Info

Publication number: CZ305792B6
Application number: CZ2015-6A
Authority: CZ
Inventors: Lukáš Čapek; Petr Henyš; Jaroslav Fencl
Original assignee: Technická univerzita v Liberci, fakulta strojní; Beznoska, S.R.O.
Priority date: 2015-01-08
Filing date: 2015-01-08
Publication date: 2016-03-16
Also published as: CZ20156A3

Abstract

Způsob měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu spočívá v rozkmitání soustavy se zavedeným implantátem, tj. soustavy implantát – kost resp. kostní cement či jiný materiál, v němž je implantát ukotven, přičemž po rozkmitání této soustavy se měří hustota výkonového spektra, udávající pohyblivost soustavy, které se provádí s ohledem na geometrii kosti a implantátu. Výsledkem měření je číslo a křivka závislosti normalizované amplitudy na frekvenci, kde číslo udává hustotu výkonového spektra, které je určující pro míru stability a které bylo spočítáno integrací křivek v rozmezí od 500 do 3000 Hz, přičemž čím je toto číslo vyšší, tím je vyšší míra integrity a tím i stability implantátu v kosti nebo jiném materiálu. Hranice mezi vyšší a nižší mírou integrity a stability je dána hodnotou čísla, udávajícího hustotu výkonového spektra, v rozmezí 50 až 70.

Description

Způsob měření stability ukotvení kloubního implantátu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu.

Dosavadní stav techniky

Stabilita v podstatě jakýchkoli implantátů je základní podmínkou jejich dlouhodobé a úspěšné funkce. Pro objektivní hodnocení tohoto základního parametru jsou již v současné době známé způsoby neinvazivního zjišťování stability ukotvení kloubního implantátu v kosti resp. v kostním cementu či jiném materiálu, jakož i zařízení kjejich provádění, a to např. podle spisu WO 92/18 053 nebo EP 1 641 394.

Podstata řešení dle obou těchto spisů spočívá v rozkmitání soustavy implantát - kost resp. jiný materiál a v následném měření resonančních frekvencí implantátu nebo částí na něm připevněných. Na základě naměřených resonančních frekvencí se pak usuzuje na míru integrace implantátu v kosti nebo v jiném materiálu. Vztah mezi resonančními frekvencemi a mírou integrace implantátu přitom vychází ze statistických dat změřených in vivo nebo in vitro testů, přičemž mezi stabilitou implantátu a resonanční frekvencí platí přímá úměra. Čím vyšší je naměřená resonanční frekvence, tím vyšší je míra stability.

Způsob měření stability ukotvení zejména dentálních implantátů je známý rovněž ze spisu US 5 518 008. O způsobu měření stability ukotvení kyčelních implantátů se tento dokument zmiňuje pouze velmi okrajově a je z něho jen patrné, že budicí sondou se rozkmitá krček totální náhrady kyčelního kloubu. Pokud je přitom krček modulární, tlumení v třecích plochách pak značně zkreslí výsledky měření. Rozkmitání soustavy je zde prováděno dopadem úderníku na hrot sondy, tj. jednotkovým lineárním impulzem, což u kloubních implantátů vede k dalšímu značnému zkreslení výsledků měření.

Tyto způsoby měření stability implantátů, založené na principu resonanční frekvenční analýzy, jakož i zařízení pro jejich provádění, jsou však funkční pouze v případech, kdy implantát je rotačně symetrický, okolní kost je objemově malá a měkké tkáně minimálně obklopují danou soustavu. Typickým případem jsou dentální implantáty. Fyzikálním důkazem je základní rovnice, z které je možné zjednodušeně vypočítat výsledné frekvence

kde Ω je rezonanční frekvence, k tuhost soustavy a m její hmotnost.

V případě, kdy je implantát nesymetrický, obklopen velkou měrou měkkými tkáněmi, či okolní kost je nesymetrická, je výše popsaný postup nefunkční. Nesymetričnost implantátu a kosti způsobu, že naměřené hodnoty resonančních frekvencí v jedné rovině implantátu neodpovídají resonančním frekvencím v rovině druhé (kolmé k původní). Antimetrický průměr naměřených hodnot frekvencí nelze provést a ani jiné redukované hodnoty nelze použít. Amplitudové spektrum nelze také použít, neboť amplitudy vycházejí vysoké i pro nestabilní implantát.

Samotné zařízení ke zjišťování stability kostního implantátu, určené zejména pro zjišťování přimámí stability totálních náhrad kyčelních kloubů, je sice známo ze spisu CZ 24304 U, nicméně

- 1 CZ 305792 B6 toto zařízení je založeno rovněž na principu tzv. resonanční frekvenční analýzy, a proto mohou být jím dosahované naměřené výsledky z výše uvedených důvodů negativně ovlivněny.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody dosavadních způsobů měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, jsou do značné míry odstraněny řešením dle nyní předkládaného vynálezu, spočívajícím v rozkmitání soustavy se zavedeným implantátem, tj. soustavy implantát - kost resp. kostní cement či jiný materiál, v němž je implantát ukotven budicí sondou, přičemž podstata tohoto vynálezu spočívá v tom, že rozkmitání soustavy se provádí budicím periodickým a/nebo neperiodickým signálem, načež se s ohledem na geometrii kosti a implantátu měří hustota výkonového spektra, udávající pohyblivost soustavy. U dříku implantátu se měření stability jeho ukotvení přitom provádí v rovině, určené hlavicí stehenní kosti caput femoris a nejlaterálnějším vystouplým místem na chocholíku - trochanteru a buzení a rozkmitání této soustavy se provádí ve směru, určeném hlavicí stehenní kosti caput femoris a nejlaterálnějším vystouplým místem na chocholíku - trochanteru. U jamky implantátu se měření stability jejího ukotvení pak provádí v rovině, která je určená směrem středem jamky kyčelního kloubu fossa acetabuli a stydkým hrbolkem tuberculum pubicum, a buzení a rozkmitání této soustavy se provádí ve směru, určeném středem jamky kyčelního kloubu fossa acetabuli a stydkým hrbolkem tuberculum pubicum.

Rozkmitání soustavy se přitom provádí buď jen budicím periodickým signálem nebo jen budicím neperiodickým signálem případně u jamky periodickým signálem a u dříku neperiodickým signálem nebo naopak.

V případě měření stability ukotvení dříku totální náhrady kyčelního kloubu je příslušná měřicí sonda upevněna přímo na tento dřík, v případě měření ukotvení jamky totální náhrady kyčelního kloubu je obvykle nutno pro toto měření použít pro upevnění měřicí sondy vhodného spojovacího členu sondy s jamkou, např. tyčového nosníku. Pro spojení tyčového nosníku s jamkou je pak využito jinak běžného zaváděcího otvoru, vytvořeného ve vrchlíku jamky a sloužícího při operaci pro navedení jamky na příslušné místo v pánevní kosti. V zájmu eliminace chyb měření je pro tento účel zaváděcí otvor s výhodou opatřen závitem pro závitové a tím i pevné spojení jamky s koncem tyčového nosníku.

Výsledkem měření je číslo v rozmezí hodnot 0 až 100 a křivka závislosti normalizované amplitudy na frekvenci. Číslo udává hustotu výkonového spektra, které je pak určující pro míru stability, přičemž toto číslo bylo spočítáno integrací křivek udávajících závislost amplitudy na frekvenci v rozmezí od 500 do 3000 Hz. Čím je toto číslo vyšší, tím je vyšší míra integrity a tím i stability implantátu v kosti nebo jiném materiálu.

Výhodou způsobu dle vynálezu je dosažení překvapivě přesných výsledků měření stability ukotvení velkých kloubních implantátů, zejména při totální náhradě kyčelního kloubu, který je velkou měrou obklopen měkkými tkáněmi a nesymetrickou okolní kostí, proti všem dosavadním způsobům měření, které jsou založeny na principu rezonanční frekvenční analýzy.

Objasnění výkresů

Vynález je dále blíže objasněn pomocí výkresů, kde je na obr. 1 zobrazen příklad měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, prováděné na jeho dříku, na obr. 2 měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, prováděné u jeho jamky a na obr. 3 získaná křivka závislosti normalizované amplitudy na frekvenci s vyznačenou integrační plochou hustoty výkonového spektra.

-2CZ 305792 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Jak je patrno z obr. 1 a z obr. 2, měření se provádí pomocí přístroje, který je založen na diagnostickém principu modální analýzy. Přístroj se skládá z budicí sondy 1, která sestává ze svorky 2 se stahovacím šroubem 3, která je zároveň opatřena budicím členem 4 a snímacím rezonančním členem 5. Tato budicí sonda 1 je dále napojena na již neznázoměnou řídicí jednotku pro vygenerování v tomto konkrétním příkladu provedení periodického signálu a PC (tablet) pro zobrazení výsledné křivky.

Jak je znázorněno na obr. 1, při měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, prováděné na jeho dříku 6, je budicí sonda 1, jak je znázorněno na obr. 1, připevněna svorkou 2 přímo ke krčku 7 dříku 6, vystupujícího ze stehenní kosti 11 pod jeho kuželovou hlavicí 8, určenou pro nasazení již neznázoměné kloubní hlavice totální náhrady kyčelního kloubu.

Jak je znázorněno na obr. 2, při měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, prováděné u jeho jamky 9, je budicí sonda 1 s budicím členem 4 a snímacím rezonančním členem 5 připevněna svorkou 2 nejprve k tyčovému nosníku 10, který je připevněn k jamce 9 pomocí závitu, vytvořeného v zaváděcím otvoru jamky 9 do pánevní kosti 12.

Po rozkmitání soustavy dle obr. 1 nebo obr. 2 periodickým signálem se pak měří hustota výkonového spektra, které udává pohyblivost soustavy. V případě dříku 6 implantátu se měření provádí v rovině, určené caput femoris a nejlaterálnějším vystouplým místem na trochanteru. V případě jamky 9 implantátu se pak měření provádí v rovině, která je určena rovinou procházející středem jamky 9 kyčelního kloubu (fossa acetabuli) a stydkým hrbolkem (tuberculum pubicum). Zmíněné body u stehenní kosti 11 a u pánevní kosti 12 zároveň určují směr buzení a rozkmitání dříku 6 či jamky 9 resp. příslušné soustavy. Poslední bod rovin je určen středem budicí sondy 1.

Výsledkem měření je číslo a křivka závislosti normalizované amplitudy na frekvenci, jak patrno z obr. 3. Číslo udává tzv. hustotu výkonového spektra, které je určující pro míru stability a které bylo spočítáno integrací křivek v rozmezí od 500 do 3000 Hz. Čím je toto číslo vyšší, tím je vyšší míra integrity implantátu v kosti nebo jiném materiálu. Typickým rozmezím je v tomto konkrétním příkladu provedení hodnota 60, nicméně v jiných případech může záležet i na typu použitého implantátu.

Pro názornost je na obr. 3 znázorněna křivka a, získaná při měření vyhovující stability ukotvení jamky 9 v pánevní kosti 12 a pro porovnání křivka b, získaná měřením u nevyhovující stability tohoto ukotvení. Stabilita či nestabilita ukotvení jamky 9 je dána velikostí plochy pod získanou křivkou a nebo b, přičemž jak je z obr. 3 zřejmé, je plocha pod křivkou a větší než pod křivkou b a tudíž i číslo, udávající hustotu výkonového spektra, které je pro míru stability určující a je získáno integrací křivek a a b, je v případě křivky a větší, zde konkrétně o optimální hodnotě 60. V případě křivky b je hustota výkonového spektra vyjádřena číslem 48. Při měření ukotvení dříku 6 ve stehenní kosti 11 jsou tyto křivky a, b v podstatě obdobné.

Průmyslová využitelnost

Řešení dle vynálezu lze použít prakticky u všech totálních náhrad kyčelního kloubu, zejména při jejich zavádění v průběhu ortopedických operací, přičemž princip tohoto měření stability ukotvení lze použít i u náhrad velkých kloubů, jako kolenního či ramenního kloubu obecně.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob měření stability ukotvení kloubního implantátu pro totální náhradu kyčelního kloubu, spočívající v rozkmitání soustavy se zavedeným implantátem, tj. soustavy implantát - kost resp. kostní cement či jiný materiál, v němž je implantát ukotven, vyznačující se tím, že rozkmitání soustavy se provádí budicím periodickým a/nebo neperiodickým signálem, načež se s ohledem na geometrii kosti a implantátu měří hustota výkonového spektra, udávající pohyblivost soustavy, přičemž u dříku implantátu se měření stability jeho ukotvení provádí v rovině, určené hlavicí stehenní kosti caput femoris a nejlaterálnějším vystouplým místem na chocholíku - trochanteru, s tím, že buzení a rozkmitání této soustavy se provádí ve směru, určeném hlavicí stehenní kosti caput femoris a nejlaterálnějším vystouplým místem na chocholíku - trochanteru, a u jamky implantátu se měření stability jejího ukotvení provádí v rovině, která je určená směrem středem jamky kyčelního kloubu fossa acetabuli a stydkým hrbolkem tuberculum pubicum. s tím, že buzení a rozkmitání této soustavy se provádí ve směru, určeném středem jamky kyčelního kloubu fossa acetabuli a stydkým hrbolkem tuberculum pubicum.

2. Způsob měření stability podle nároku 1, vyznačující se tím, že výsledkem měření je číslo a křivka závislosti normalizované amplitudy na frekvenci, kde číslo udává hustotu výkonového spektra, které je určující pro míru stability a které bylo spočítáno integrací křivek v rozmezí od 500 do 3000 Hz, přičemž čím je toto číslo vyšší, tím je vyšší míra integrity a tím i stability implantátu v kosti nebo jiném materiálu.

3. Způsob měření stability podle nároku 4, vyznačující se tím, že hranice mezi vyšší a nižší mírou integrity a stability je dána hodnotou čísla, udávajícího hustotu výkonového spektra, v rozmezí 50 až 70.