DE10131968B4

DE10131968B4 - Device and method for noninvasive position determination of metallic implants

Info

Publication number: DE10131968B4
Application number: DE2001131968
Authority: DE
Inventors: Gerd Prof. Dr. Lehmann
Original assignee: Mit Magnetic Imaging Tool GmbH; Mit Magnetic Imaging Tools GmbH
Current assignee: Mit Magnetic Imaging Tool GmbH; Mit Magnetic Imaging Tools GmbH
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2001-06-28
Publication date: 2006-01-26
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: DE10131968A1

Abstract

Vorrichtung zur nichtinvasiven Positionsbestimmung von metallischen Implantaten, mit einer elektromagnetische Felder erzeugenden Flachspule, als Sendespule (1), die an einen Impuls- oder Frequenzgenerator (3) angeschlossen ist,
mindestens drei Flachspulen als Empfangsspulen (2), die in bekannter Anordnung und Ausrichtung zueinander positioniert sind,
die Sende- und Empfangsspulen (1, 2) zumindest entlang einer Achse translatorisch bewegbar sind,
die Empfangsspulen (2) an eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung (4), zur orts- und zeitaufgelösten Messung sowie ein Positions-, Weg- oder Geschwindigkeitssensor (5) an die elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung (4) angeschlossen sind.Device for noninvasive position determination of metallic implants, with a flat coil producing electromagnetic fields, as a transmitting coil (1) connected to a pulse or frequency generator (3),
at least three flat coils as receiving coils (2), which are positioned in a known arrangement and alignment with each other,
the transmitting and receiving coils (1, 2) are translationally movable at least along one axis,
the receiving coils (2) are connected to an electronic control and evaluation device (4), for spatially and time-resolved measurement and a position, displacement or speed sensor (5) to the electronic control and evaluation device (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur nichtinvasiven Positionsbestimmung von metallischen Implantaten sowie eine bevorzugte Verwendung für die Bestimmung von Positionen und Ausrichtungen von Bohrungen in implantierten Knochenmarknägeln.The The invention relates to a device and a method for noninvasive Position determination of metallic implants and a preferred Use for the determination of positions and orientations of holes in implanted bone marrow nails.

Die Erfindung kann in der Human- und Veterinärmedizin eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet ist die Unfallchirurgie, da dort häufig Knochenteile mit Metallteilen zusammengefügt und fixiert gehalten werden müssen.The Invention can be used in human and veterinary medicine. A preferred area of use is accident surgery, where there are often bone parts assembled with metal parts and must be kept fixed.

Unter den Begriff metallische Implantate sollen aber nicht ausschließlich solche Elemente für die Fixierung von Knochen fallen, sondern auch andere solcher Elemente, wie beispielsweise solche, die in der Ge fäßchirurgie als Stents bezeichnet werden und auch metallische Verankerungselemente für Herzklappenprothesen zu werten sind.Under but the term metallic implants are not meant to be exclusive Elements for the fixation of bone fall but also other such elements, such as those called stents in vascular surgery and also metallic anchoring elements for heart valve prostheses are to be valued.

In der Regel wird zur Bestimmung der jeweiligen Position eines solchen Implantates Röntgenstrahlung eingesetzt. Die hierfür erforderlichen Röntgenanlagen sind in der Anschaffung und auch beim Betrieb kostenintensiv, wobei zusätzlich ein erheblicher Aufwand erforderlich ist, um die Strahlungsbelastung für die Mediziner und den jeweiligen Patienten so klein wie möglich zu halten.In The rule is used to determine the respective position of such Implants X-rays used. The one for this required X-ray equipment are expensive to buy and operate, with additionally a considerable effort is required to reduce the radiation load for the Physicians and the respective patient as small as possible hold.

Ein besonderes Problem stellt sich bei der Fixierung von Knochenmarknägeln, die bei Brüchen von großen Röhrenknochen in die Knochenmarkhöhlen der beiden gebrochenen Knochenteile eingeführt und zur letztendlichen Fixierung mit Verschraubungen am jeweiligen Knochen befestigt werden. Hierzu müssen von außen entsprechende Schrauben in im jeweiligen Knochenmarknagel vorhandene Bohrungen eingeschraubt werden, wobei es auf der Hand liegt, dass weder die Lage noch die Ausrichtung der Bohrungen im Knochenmarknagel von außen optisch erkannt werden können. Diese Kenntnis ist aber von Bedeutung, da bei einem Versatz von jeweiliger Schraube und Bohrung sich Metallspäne lösen können, die sich nachteilig auf den Heilungsprozeß auswirken.One particular problem arises in the fixation of bone marrow nails, the at breaks of huge bones into the bone marrow cavities introduced the two broken bone parts and finally Fixation with screws to be attached to the respective bone. To do this from the outside corresponding screws in existing in each bone marrow nail Drilling holes are screwed, it is obvious that neither the location nor the orientation of the holes in the bone marrow nail from the outside can be visually recognized. However, this knowledge is important because with an offset of respective screw and bore can solve metal chips, which are disadvantageous affect the healing process.

Bisher wird eine spezielle Röntgenanlage eingesetzt, die Röntgenstrahlung durch die Mittenachse der in einem Knochenmarknagel ausgebildeten Bohrungen aussendet. Mit einer solchen Röntgenanlage kann der Knochenmarknagel mit der jeweiligen Bohrung auf einem Bildschirm abgebildet werden. Der Chirurg kann mit einem metallischen Stift, der ebenfalls auf dem Bild schirm sichtbar ist, die Bohrungsmitte ertasten, im Anschluß daran die jeweilige Stelle markieren und dann eine Schraube in die Bohrung zur Fixierung des Knochenmarknagels eindrehen, wobei gegebenenfalls vorab ein entsprechendes Loch durch den Knochen gebohrt werden muss.So far If a special X-ray system is used, the x-ray radiation through the center axis of the bone marrow nail Drilled holes. With such an X-ray system, the bone marrow nail be mapped with the respective hole on a screen. The surgeon can use a metallic pen, which is also on the screen is visible, feel the hole center, then mark the respective spot and then a screw in the hole to fix the bone marrow nail, optionally in advance, a corresponding hole must be drilled through the bone.

Wie bereits erwähnt, muß für diese Anwendungen eine spezielle Röntgenanlage benutzt werden, die für andere Zwecke in der Regel nicht geeignet ist und demzufolge die Kosten negativ beeinflusst werden.As already mentioned, must for this Applications a special X-ray system to be used for other purposes is usually not suitable and therefore the Costs are negatively affected.

Des weiteren sind sowohl der jeweilige Patient, wie auch der Chirurg während der Positionsbestimmung, durch die präzise Ausrichtung der Röntgenstrahlung in Bezug zur Mittenachse zur Bohrung in deutlich erhöhtem Maße der Röntgenstrahlung ausgesetzt.Of others are both the patient and the surgeon while the position determination, by the precise alignment of the X-ray radiation In relation to the center axis of the bore to a significantly increased extent exposed to the X-rays.

Mit einer solchen Röntgenanlage ist es außerdem nicht möglich, die Tiefe, in der der Knochenmarknagel implantiert ist, zu bestimmen.With such an X-ray system it is as well not possible, to determine the depth at which the bone marrow nail is implanted.

Außerdem ist aus US 4,552,134 eine Einrichtung zur Bestimmung der Position eines Metallkörpers in einem Medium mit geringer elektrischer Leitfähigkeit bekannt. Dabei werden eine Sendespule und zwei Empfangsspulen, die an einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, verwendet. Die beiden Empfangsspulen sind an sich gegenüberliegenden Seiten der Sendespule angeordnet. Die Sendespule wird an einen Oszillator angeschlossen und mit einer Frequenz von ca. 30 kHz betrieben. Für die Auswertung wird die Phasenverschiebung an den Empfangsspulen herangezogen und eine Klassifizierung mittels Schwellwerten in mehrere Klassen vorgenommen.Besides, it is off US 4,552,134 a device for determining the position of a metal body in a medium with low electrical conductivity known. In this case, a transmitting coil and two receiving coils, which are arranged on a common carrier used. The two receiving coils are arranged on opposite sides of the transmitting coil. The transmitter coil is connected to an oscillator and operated at a frequency of about 30 kHz. For the evaluation, the phase shift at the receiving coils is used and a classification by means of thresholds in several classes made.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur nichtinvasiven Positionsbestimmung von metallischen Implantaten zur Verfügung zu stellen, die kostengünstig sind, eine hohe Messgenauigkeit aufweisen und bei deren Anwendung keine Strahlungsbelastung auftritt.It Therefore, an object of the invention is an apparatus and a method for non-invasive positioning of metallic implants to disposal to make that cost-effective are, have a high measuring accuracy and in their application no radiation exposure occurs.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 und einem Verfahren, das die Merkmale des Anspruchs 17 aufweist, gelöst. Eine besonders vorteilhafte Verwendung ist mit dem Anspruch 22 gegeben.According to the invention this Task with a device having the features of claim 1 and a method having the features of claim 17, solved. A particularly advantageous use is given by the claim 22.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen erreicht werden.advantageous Embodiments and developments of the invention can with in the subordinate claims contained features are achieved.

Mit der Erfindung können metallische Implantate detektiert werden, wobei die Bestimmung der Position und Ausrichtung möglich ist.With the invention, metallic implants can be detected, the determination of the Position and alignment is possible.

Solche metallischen Implantate bestehen in der Regel aus Titanlegierungen, deren elektrische und elektromagnetische Parameter bekannt sind, so dass diese bei der Auswertung der Mess-Signale, auf die später noch zurückzukommen sein wird, berücksichtigt werden können. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden neben einer elektromagnetische Felder erzeugenden Flachspule, im Weiteren als Sendespule bezeichnet, zusätzlich mindestens drei Flachspulen, bevorzugt fünf, im Weiteren als Empfangsspulen bezeichnet, verwendet.Such Metallic implants are usually made of titanium alloys, whose electrical and electromagnetic parameters are known, so that these in the evaluation of the measurement signals, on the later still return will be considered can be. In the device according to the invention be in addition to a flat field coil generating electromagnetic fields, hereinafter referred to as transmitting coil, additionally at least three flat coils, preferably five, hereinafter referred to as receiving coils used.

Die eine Sendespule ist zur Erzeugung sich zeitlich verändernder elektromagnetischer Felder an einen Impuls- oder Frequenzgenerator angeschlossen.The a transmit coil is time-varying to produce electromagnetic fields to a pulse or frequency generator connected.

Die mindestens drei Empfangsspulen sind mit ihren jeweiligen Flächennormalen in bekannter Anordnung und Ausrichtung zueinander positioniert, wobei eine parallele Ausrichtung bevorzugt wird.The at least three receiver coils are with their respective surface normals positioned in a known arrangement and alignment with each other, wherein a parallel alignment is preferred.

Während der Messungen werden die Sende- und Empfangsspulen translatorisch bewegt, wobei diese Bewegung zumindest entlang einer Achse erfolgen muss. Bei dieser Bewegung wird der relevante Körperteil bzw. Körperbereich überstrichen und mit der elektromagnetischen Felder erzeugenden Sendespule im metallischen Implantat Wirbelströme induziert.During the Measurements, the transmitting and receiving coils are moved translationally, whereby this movement has to take place at least along one axis. During this movement, the relevant body part or body area is swept over and with the electromagnetic field generating transmitting coil in metallic implant eddy currents induced.

Diese Wirbelströme bewirken wiederum elektromagnetische Antwort-Felder, die sich zeitlich ändern. Dadurch werden in den Empfangsspulen elektrische Spannungen induziert und die entsprechenden elektrischen von den Empfangsspulen detektierten Signale können mit einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinrichtung orts- und zeitaufgelöst erfasst und ausgewertet werden, wobei die Signale jeder einzelnen Emfangsspule auf diese Art und Weise erfasst und ausgewertet werden. Die Messwerte können auch in einem elektronischen Speicher, der in die Steuer- und Auswerteeinrichtung integriert sein kann, hinterlegt werden.These eddy currents in turn cause electromagnetic response fields that change over time. Thereby be induced in the receiving coil voltages and the corresponding electrical detected by the receiving coils Signals can with an electronic control and evaluation locally and time-resolved be recorded and evaluated, with the signals of each individual Receiving coil can be detected and evaluated in this way. The readings can also in an electronic memory, in the control and evaluation can be integrated, deposited.

Dabei können für die ortsaufgelöste Messung zu jedem Zeitpunkt die jeweiligen Positionskoordinaten der einzelnen Empfangsspulen zugeordnet und gleichzeitig der zeitliche Verlauf der Mess-Signale der einzelnen Empfangsspulen erfasst und bei einer Auswertung berücksichtigt werden.there can for the spatially resolved Measurement at each time the respective position coordinates of assigned to individual receiver coils and simultaneously the temporal History of the measuring signals of the individual receiving coils detected and considered in an evaluation become.

Mit einer solchen Auswertung können Informationen über die Lage, die Größe, die Form und die Orientierung der metallischen Implantate und auch die Position und Ausrichtung von in den Implantaten gegebenenfalls ausgebildeten Bohrungen oder anderen Durchbrechungen, die beispielsweise für eine Fixierung erforderlich sind, mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.With such an evaluation can information about the location, the size, the Shape and orientation of metallic implants and also the Position and orientation of optionally formed in the implants Holes or other openings, for example, for a fixation are required to be determined with high accuracy.

So können beispielsweise die lateralen Koordinaten einer in einem Knochenmarknagel ausgebildeten Bohrung mit einer Genauigkeit von ± 0,2 mm und der Abstand des Knochenmarknagels in Bezug zu den Flachspulen und demzufolge auch der Abstand von Haut- oder Knochenoberfläche mit ± 0,5 mm bestimmt werden. Diese Messgenauigkeiten können mit den bekannten Röntgenanlagen nicht erreicht werden.So can for example, the lateral coordinates of a bone marrow nail formed hole with an accuracy of ± 0.2 mm and the distance of the Bone marrow nail in relation to the flat coils and consequently also the distance from the skin or bone surface can be determined to be ± 0.5 mm. These measurement accuracies can with the well-known X-ray systems can not be reached.

Die Sende- und auch die Empfangsspulen sollten günstigerweise auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sein, wobei selbstverständlich hierfür geeignete elektrisch nicht leitende und magnetisch neutrale Materialien Verwendung finden sollten.The Transmitters and also the receiver coils should be conveniently on a common carrier be arranged, of course, suitable for this purpose electrically non-conductive and magnetically neutral materials use should find.

Ein solcher Träger kann dann beispielsweise an einer, aber auch zwei parallel zueinander ausgerichteten Achsen befestigt und entlang dieser Achse bewegt werden, wobei die Bewegung nicht zwingend gleichförmig erfolgen muss, wenn gleichzeitig, beispielsweise mit geeigneten Sensoren, die Position, der Weg, die Geschwindigkeit oder gegebenenfalls auch die Beschleunigung gemessen werden.One such carrier can then, for example, at one, but also two parallel to each other mounted aligned axes and moved along this axis be, with the movement is not necessarily uniform if at the same time, for example with suitable sensors, the position, the way, the speed or possibly also the acceleration can be measured.

Wie bereits erwähnt, sollen die Flächennormalen der Empfangsspulen vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet sein und bevorzugt in einer Ebene liegen. Die Flächennormale der Sendespule kann ebenfalls parallel und auch in einer Ebene mit denen der Empfangsspulen liegen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Flächennormale der Sendespule in Bezug zu den Flächennormalen der Empfangsspulen orthogonal auszurichten. Die Sendespule kann parallel oder orthogonal zur Bewegungsrichtung mit ihrer Flächennormale ausgerichtet sein.As already mentioned, should the surface normals the receiver coils preferably aligned parallel to each other be and preferably lie in one plane. The surface normal of the transmitting coil can also parallel and also in a plane with those of the receiving coils lie. But there is also the possibility of the surface normal the transmitting coil with respect to the surface normals of the receiving coils align orthogonally. The transmitting coil can be parallel or orthogonal be aligned to the direction of movement with its surface normal.

Die die Sende- und Empfangsspulen bildenden Flachspulen können lediglich aus jeweils einer einzelnen Windung gebildet sein. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit sollten jedoch mindestens jeweils drei Windungen, bevorzugt zwischen fünf und zehn Windungen für die entsprechenden Flachspulen gewählt werden.The the transmitting and receiving coils forming flat coils can only each formed of a single turn. To increase the measuring accuracy However, at least three turns each, preferably between five and ten turns for the corresponding flat coils are selected.

Die jeweils verwendeten Empfangsspulen sollten mög lichst jeweils gleiche elektrische und magnetische Parameter aufweisen, um unnötige Kompensationen, die durch entsprechende Abweichungen erforderlich wären, zu vermeiden.The each used receiving coils should AS POSSIBLE each same electrical and magnetic parameters to avoid unnecessary compensation caused by appropriate deviations would be required to avoid.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Empfangsspulen zu vermeiden, sollten diese überdeckungsfrei angeordnet sein und zwischen den Empfangsspulen Abstände eingehalten werden, die möglichst äquidistant sein sollten, was die Auswertung der Mess-Signale ebenfalls erleichtert.Around to avoid mutual interference of the receiving coils should these be coverage free be arranged and maintained distances between the receiving coils be as equidistant as possible should be, which also facilitates the evaluation of the measurement signals.

Insbesondere die Sendespule kann in Rechteckform ausgebildet werden, wobei die jeweils längeren Kanten eines solchen Rechteckes orthogonal zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sein sollten.Especially the transmitting coil can be formed in a rectangular shape, wherein the each longer Edges of such a rectangle orthogonal to the direction of movement should be aligned.

Die Empfangsspulen sollen ebenfalls bevorzugt im Inneren der Sendespule und möglichst eine Reihenanordnung bildend angeordnet werden.The Reception coils should also preferably in the interior of the transmission coil and as possible forming a series arrangement.

Die mit Hilfe der Sendespule erzeugten elektromagnetischen Felder können periodisch gepulst mittels eines Impulsgenerators erzeugt werden, wobei in diesem Fall die Impulslänge und die jeweilige Impulsamplitude bekannt sein sollten. Besonders vorteilhaft sollten Rechteckimpulse, mit möglichst sehr kurzer Abschaltzeit verwendet werden.The Electromagnetic fields generated by means of the transmitting coil can periodically be generated pulsed by means of a pulse generator, wherein in In this case, the pulse length and the respective pulse amplitude should be known. Especially advantageous should be rectangular pulses, with as much as possible short shutdown time can be used.

Die elektromagnetischen Felder können aber auch sich zeitlich periodisch wiederholend mit Frequenzgeneratoren erzeugt werden, wobei dann zumindest Frequenz und Amplitude bzw. deren Spektren bekannt sein sollten.The But electromagnetic fields can also periodically repeating with frequency generators be generated, in which case at least frequency and amplitude or whose spectra should be known.

Für die Auswertung kann der Signalverlauf der von den einzelnen Empfangsspulen detektierten Mess-Signale vollständig berücksichtigt werden, wobei aber generell eine räumliche Zuordnung, also eine Berücksichtigung der jeweiligen Position während der Bewegung erfolgen muss.For the evaluation can the waveform of the detected signals from the individual receiving coils Completely considered be, but generally a spatial allocation, ie a consideration the respective position during the movement must take place.

Bevorzugt sollte die in den jeweiligen Empfangsspulen induzierte elektrische Spannung entsprechend gemessen werden. Anstelle der elektrischen Spannung kann aber auch der elektrische Strom allein oder zusätzlich zur induzierten elektrischen Spannung gemessen werden.Prefers should be induced in the respective receiving coil electrical Voltage are measured accordingly. Instead of the electrical But voltage can also be the electric current alone or in addition to induced electrical voltage can be measured.

Es kann aber auch genügen, nicht den gesamten Signalverlauf zu messen und auszuwerten, sondern in vielen Fällen kann es ausreichen, das zeitliche Abklingverhalten der Mess-Signale bei der Auswertung zu berücksichtigen.It but it can also be enough not to measure and evaluate the entire waveform, but in many cases it may be sufficient, the temporal decay behavior of the measurement signals to be considered in the evaluation.

Die Auswertung kann vorteilhaft auch durch Integration der Mess-Signale über mindestens ein vorgebbares Zeitintervall erfolgen.The Evaluation can also be advantageous by integration of the measurement signals over at least a predeterminable time interval.

Für die Erzeugung der sich zeitlich verändernden elektrischen Felder sollte bevorzugt unabhängig davon, ob sie mit Einzelimpulsen oder periodisch erzeugt werden, im Frequenzbereich zwischen 50 und 100 Hz gearbeitet werden.For the generation the time-changing Electric fields should be preferred regardless of whether they are using single pulses or periodically generated, in the frequency range between 50 and 100 Hz to be worked.

Da mit der erfindungsgemäßen Lösung die Positionskoordinaten des jeweils detektierten metallischen Implantates in digitalisierter Form vorliegen, können diese unmittelbar für die Positionierung von Bohr- und Schraubgeräten, mit denen die Fixierung der unterschiedlichen Implantate und insbesondere von Knochenmarknägeln automatisiert erfolgen kann, genutzt werden. Hierfür kann ein geeigneter Manipulator an die elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung angeschlossen werden. Dabei sollten die Achsen bzw. Führungen für die eigentliche Messvorrichtung genutzt werden, um subjektive Positionierfehler vermeiden zu können.There with the solution according to the invention, the position coordinates of each detected metallic implant in digitized Can be present this directly for the positioning of drilling and screwdriving, with which the fixation of different implants and in particular of Bone marrow nails automated can be used. This can be a suitable manipulator to the electronic control and evaluation be connected. The axes or guides should for the actual measuring device used to subjective positioning errors to be able to avoid.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Beispiels näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail with reference to an example.

Dabei zeigt:there shows:

1 in schematischer Form ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung. 1 in schematic form an example of a device according to the invention.

Bei dem in der einzigen Figur gezeigten Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Sendespule 1, die in Rechteckform auf einem nicht dargestellten Träger angeordnet ist, verwendet. Die Sendespule 1 weist hier zehn Einzelwindungen auf und ist an einen Impulsgenerator 3 angeschlossen.In the example shown in the single figure of a device according to the invention is a transmitting coil 1 , which is arranged in a rectangular shape on a support, not shown, used. The transmitting coil 1 here has ten individual turns and is connected to a pulse generator 3 connected.

Im Inneren der Sendespule 1 sind hier insgesamt fünf Flachspulen, als Empfangsspulen 2 auf dem gleichen Träger angeordnet. Die Empfangsspulen 2 weisen bei diesem Beispiel ebenfalls zehn Windungen auf.Inside the transmitter coil 1 here are a total of five flat coils, as receiving coils 2 arranged on the same carrier. The receiver coils 2 also have ten turns in this example.

Der Träger mit der Sendespule 1 und den Empfangsspulen 2, die in bekannter Anordnung auf dem Träger positioniert sind, werden mit einer nicht dargestellten Vorrichtung entlang einer Achse über ein Körperteil oder einen Körperbereich translatorisch bewegt. Eine solche Bewegung ist mit dem Pfeil in der entsprechenden Richtung verdeutlicht worden. Der Abstand zur Körperoberfläche sollte bei der Bewegung nicht größer als 100 mm, bevorzugt bei ca. 50 mm liegen.The carrier with the transmitting coil 1 and the receiving coils 2 , which are positioned in a known arrangement on the carrier, are moved with a device, not shown, along an axis about a body part or a body portion in translation. Such a movement has been clarified by the arrow in the appropriate direction. The distance to the body surface should not be greater than 100 mm, preferably about 50 mm, during the movement.

Bei der Bewegung, die mit einer Geschwindigkeit im Bereich von ca. 1 bis 20 cm/s erfolgen sollte, werden mit dem Impulsgenerator 3 Spannungsimpulse (bevorzugt in Rechteckform) auf die Sendespule 1 gegeben, um mit sich entsprechend zeitlich verändernden elektromagnetischen Feldern in einem in einem Körper eines Patienten befindlichen metallischen Implantates Wirbelströme zu induzieren. Durch diese sich zeitlich verändernden Wirbelströme werden in den Empfangsspulen 2 elektrische Spannungen induziert, die je nach Position in Bezug zum metallischen Implantat, dessen bereichsweise Größe oder von Störstellen in einem solchen Implantat, wie dies beispielsweise Bohrungen sind, unterschiedlich groß sind.During the movement, which should take place at a speed in the range of about 1 to 20 cm / s, be with the pulse generator 3 Voltage pulses (preferably in rectangular form) on the transmitting coil 1 in order to induce eddy currents in a metallic implant located in a body of a patient with correspondingly time-varying electromagnetic fields. These temporally changing eddy currents are in the receiving coils 2 induced electrical voltages, which are different depending on the position in relation to the metallic implant, its areawise size or of impurities in such an implant, such as holes are.

Jede einzelne Empfangsspule 2 ist bei diesem Beispiel über Leitungen an eine elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 4 angeschlossen, in der die jeweiligen induzierten elektrischen Spannungen zeitaufgelöst erfasst und ausgewertet werden können. Die Mess-Signale können so parallel nach in an sich bekannter Form erfolgter Digitalisierung gespeichert und dann ausgewertet werden.Each individual receiver coil 2 is in this example via lines to an electronic control and evaluation 4 connected in the the respective induced electrical voltages can be recorded and evaluated in a time-resolved manner. The measurement signals can be stored in parallel in a manner known per se digitization and then evaluated.

Die Mess-Signalübertragung und -Speicherung in die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann aber auch über eine serielle Schnittstelle erfolgen.The Measuring signal transmission and storage in the control and evaluation can but also over a serial interface.

An die elektronische Steuer- und Auswerteeinheit 4 ist bei diesem Beispiel außerdem ein Wegsensor 5 angeschlossen, mit dessen Hilfe die einzelnen Ortskoordinaten der einzelnen Empfangsspulen 2 über den zurückgelegten Weg erfasst und den zeitlich erfassten Mess-Signalen der einzelnen Empfangsspulen 2 zugeordnet und bei der Auswertung berücksichtigt werden.To the electronic control and evaluation unit 4 is also a displacement sensor in this example 5 connected, with the help of the individual location coordinates of the individual receiving coils 2 detected over the distance traveled and the temporally detected measurement signals of the individual receiving coils 2 be assigned and taken into account in the evaluation.

Die vom Impulsgenerator 3 erzeugten Impulse weisen eine Amplitude von 1 A und eine Impulsdauer von 1 ms auf, wobei der Abstand zwischen den Einzelimpulsen jeweils gleich sein und eine Zeitdauer von 10 ms aufweisen sollte.The pulse generator 3 generated pulses have an amplitude of 1 A and a pulse duration of 1 ms, wherein the distance between the individual pulses should be the same and should have a duration of 10 ms.

Claims

Device for noninvasive position determination of metallic implants, with a flat coil producing electromagnetic fields, as a transmitting coil ( 1 ) connected to a pulse or frequency generator ( 3 ), at least three flat coils as receiving coils ( 2 ), which are positioned in a known arrangement and alignment with each other, the transmitting and receiving coils ( 1 . 2 ) are translationally movable at least along one axis, the receiving coils ( 2 ) to an electronic control and evaluation device ( 4 ), for location- and time-resolved measurement and a position, displacement or velocity sensor ( 5 ) to the electronic control and evaluation device ( 4 ) are connected.

Device according to claim 1, characterized in that that the receiving coils with their surface normal parallel to each other are aligned.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transmitting and receiving coils ( 1 . 2 ) are arranged on a common carrier.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface normal of the transmitting coil ( 1 ) parallel to the surface normals of the receiving coils ( 2 ) is aligned.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface normal of the transmitting coil ( 1 ) orthogonal to the surface normals of the receiving coils ( 2 ) is aligned.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the surface normal of the transmitting coil ( 1 ) is aligned parallel or orthogonal to the direction of movement.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmitting and receiving coils ( 1 . 2 ) each have at least three turns.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the transmitting coil ( 1 ) is stretched orthogonal to the direction of movement and formed in a rectangular shape.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the receiving coils ( 2 ) each have the same electrical and magnetic parameters.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the receiving coils ( 2 ) inside the transmitting coil ( 1 ) are arranged.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the receiving coils ( 2 ) are arranged without cover.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the receiving coils ( 2 ) are arranged equidistant from each other.

Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the receiving coils ( 2 ) each individually and in parallel to each other to the control and evaluation device ( 4 ) are connected.

Device according to one of claims 1 to 13, characterized that the location and time resolved recorded measured values can be fed to an electronic memory.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the electronic control and evaluation device ( 4 ) is connected by a controlled manipulator.

Method for noninvasive position determination of metallic implants, in which a flat coil is used as a transmitting coil ( 1 ) and at least three flat coils as receiving coils ( 2 ) are moved translationally along at least one axis, thereby with the transmitting coil ( 1 ) temporally changing electromagnetic fields for the induction of Generated eddy currents in an implant, the generated due to the eddy currents in the implant electromagnetic fields in the receiving coil ( 2 ) induce electrical voltages and the electrical voltage and / or the electrical current of the individual receiving coils ( 2 ) are measured in a time-resolved and time-resolved manner.

Method according to claim 16, characterized in that the measured values recorded in a spatially and temporally resolved manner are connected to an electronic control and evaluation unit ( 4 ) are evaluated and / or stored.

Method according to claim 16 or 17, characterized in that the electromagnetic fields of the transmitting coil ( 1 ) are pulsed or periodically generated with known pulse length or frequency and amplitude.

Method according to one of claims 16 to 18, characterized in that the temporal decay behavior of the receiver coils ( 2 ) induced electric current and / or the electrical voltage is measured.

Method according to one of Claims 16 to 19, characterized that the evaluation of the measured values by integration over at least a predetermined time interval is performed.

Use of a device according to one of claims 1 to 14 for determining the position and orientation of holes in implanted bone marrow nails.