DE102006049378A1 - Implant i.e. electrical passive implant, jointing knee of patient, has passive radio frequency identification unit coupled with deformation sensors, for monitoring sensor value, where sensors are implemented as servicing interface - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Implantat, insbesondere ein elektrisch passives Implantat.The The invention relates to an implant, in particular an electrically passive Implant.
Implantate sind Abnutzung und Abstoßungsreaktionen ausgesetzt. Dabei ist es bei elektrisch passiven Implantaten, also solchen, die keine elektrisch aktive Steuerung aufweisen, nur schwer möglich, ihren Zustand abzufragen. Zur Zustandsabfrage sind bisher bekannt: ein Operieren des Patienten zur optischen Begutachtung; eine Anwendung eines bildgebenden Verfahrens, das aber erstens Nebenwirkungen aufweist und zweitens häufig nicht die geforderte Auflösungsgenauigkeit aufweist; und teilweise eine Einführung von elektrischen Kabeln zum Implantat.implants are wear and rejection reactions exposed. It is with electrically passive implants, ie those which have no electrically active control, difficult possible, to query their condition. For status query are known: an operation of the patient for optical assessment; an application an imaging method, but firstly has side effects and secondly often not the required resolution accuracy having; and partly an introduction of electrical cables to the implant.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur vereinfachten, nichtinvasiven Abfrage des Zustandes eines elektrisch passiven Implantats bereitzustellen.It It is therefore the object of the invention to provide a simplified, Noninvasive query of the state of an electrically passive implant provide.
Diese Aufgabe wird durch ein Implantat nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind insbesondere den Unteransprüchen allein oder in Kombination entnehmbar.These The object is achieved by an implant according to claim 1 and a method solved according to claim 10. Preferred embodiments are in particular the dependent claims alone or in combination removable.
Dazu wird das Implantat mit einer RFID ("Radio Frequency Identification)-Einheit, also einer abfragbaren Funkmarke, ausgerüstet. Die RFID-Einheit ist zur Abfrage eines Sensorwerts mit einem Sensor verbunden. Bei Abfrage der RFID-Einheit wird, ggf. mit zusätzlichen Werten wie einer RFID-Kennung, von der RFID-Einheit ein vom Sensor ausgelesener Sensorwert ausgesendet. Die RFID-Einheit kann als passives RFID, also ohne Stromquelle, ausgeführt sein, was die Langlebigkeit erhöht.To is the implant with a RFID ("Radio Frequency Identification) unit, So a queryable radio mark, equipped. The RFID unit is connected to a sensor to query a sensor value. When asked The RFID unit is, if necessary, with additional values such as an RFID identifier of the RFID unit emitted from the sensor read sensor value. The RFID unit can be used as passive RFID, ie without power source, be executed which increases the longevity.
Durch die Verwendung einer RFID-Einheit lässt sich einfach und zuverlässig eine nichtinvasive Zustandsabfrage insbesondere elektrisch passiver Implantate erreichen. RFID-Einheiten können zudem platzsparend und dünn ausgeführt werden, was ihre Anwendungsmöglichkeiten weiter vergrößert.By The use of an RFID unit is easy and reliable Noninvasive status inquiry, especially of electrically passive implants to reach. RFID units can also space-saving and thin accomplished what their uses are further enlarged.
RFID-Einheiten, auch RFID, RFID-Tag oder RFID-Chip genannt, sind zur Funkabfrage von kommerziellen Gütern (zum Beispiel im Rahmen eines Logistikkette) oder Dienstleistungen (zum Beispiel zur Diebstahlsicherung oder zum sog. Ticketing) allgemein gekannt. Eine RFID-Einheit weist typischerweise eine Sende-/Empfangseinheit für Funksignale auf und sendet nach Empfang eines Anfrage(funk)signals ("ping") über die Sende-/Empfangseinheit ein Antwort(funk)signal über die Sende-/Empfangseinheit aus, das zum Beispiel eine Kennung oder einen im RFID gespeicherten und/oder von diesem ausgelesenen Wert umfasst. Die vorliegende Erfindung umfasst die Ausgestaltung der RFID-Einheit wie sie dem Fachmann bisher zugänglich ist.RFID units Also called RFID, RFID tag or RFID chip, are for radio query of commercial goods (for example as part of a logistics chain) or services (For example, for theft or so-called ticketing) in general known. An RFID unit typically has a transmitting / receiving unit for radio signals and sends after receiving a request (radio) signal ("ping") over the Transmit / receive unit an answer (radio) signal over the transmitting / receiving unit from, for example, an identifier or stored in RFID and / or value read from this. The present invention includes the embodiment of the RFID unit as it is previously accessible to the skilled person.
Der Sensor ist vorteilhafterweise ein Schwingkreis, bei dem leitfähige, insbesondere metallische, Teile des Implantats einen Teil des Schwingkreises bilden. Dadurch können Änderungen der metallischen Teile, wie sie beispielsweise durch Abnutzung oder Materialermüdung entstehen, erfasst werden, weil der Schwingkreis dadurch verstimmt wird. Beispielsweise unterliegt eine Gleitschicht einer Totalprothese am Kniegelenk einer Abnutzung. Bei Abnutzung der Zwischenschicht wird der Schwingkreis aufgrund der geänderten Impedanz verändert. Auch eine Materialermüdung durch Bildung von Mikrorissen verstimmt den Schwingkreis.Of the Sensor is advantageously a resonant circuit, in which conductive, in particular metallic, parts of the implant part of the resonant circuit form. This can make changes to the metallic parts, such as by wear or tear fatigue arise, be detected because the resonant circuit detuned becomes. For example, a sliding layer is subject to a complete denture at the knee joint of a wear. In case of wear of the intermediate layer the resonant circuit is changed due to the changed impedance. Also a material fatigue the formation of microcracks detunes the resonant circuit.
Der Sensor kann vorteilhafterweise ein anderer Abnutzungssensor sein, wie beispielsweise ein in das Implantat integrierter Widerstandsdraht bzw. eine darin integrierte Impedanzleitung, der bzw. die bei Abnutzung dünner und damit hochohmiger wird. Der Impedanzwert kann – ggf. beispielsweise als ent sprechender Spannungswert oder Stromwert – einfach ausgelesen werden.Of the Sensor may advantageously be another wear sensor, such as a resistance wire integrated into the implant or an integrated therein impedance line, the or when worn thinner and thus becomes high-impedance. The impedance value can - if necessary, for example as the corresponding voltage value or current value - can be read out easily.
Der Sensor kann zur Erfassung von Verformungen vorzugsweise ein Verformungssensor, insbesondere ein Dehnungsmessstreifen, sein. Beim Dehnungsmessstreifen ändert sich ein Impedanzwert abhängig von einer Längenänderung.Of the Sensor may preferably be a deformation sensor for detecting deformations, in particular a strain gauge to be. The strain gauge changes an impedance value from a change in length.
Der Sensor kann auch ein Sensor auf weiße Blutkörperchen sein, wodurch ein Grad einer Abstoßung im Bereich des Implantats abgefühlt werden kann, für welche die Zahl der weißen Blutkörperchen ein Maß ist.Of the Sensor can also be a sensor on white blood cells, creating a Degree of rejection sensed in the area of the implant can be, for which is the number of white ones Corpuscles Measure is.
Der Sensor kann – insbesondere für elektrisch aktive Implantate – als Wartungsschnittstelle ausgeführt sein, so dass Schaltungsparameter erfasst, ausgelesen und manipuliert werden können, wie beispielsweise eine Betriebsspannung eine Referenzspannung oder ein elektronischer Zählerstand, z. B. der Zahl der von einem Herzschrittmacher ausgegebenen Impulse.Of the Sensor can - in particular for electric active implants - as Maintenance interface executed be such that circuit parameters detected, read and manipulated can be, like For example, an operating voltage, a reference voltage or an electronic meter reading, z. The number of pulses output by a pacemaker.
Der Sensor kann allgemein ein Vitalsensor zur Abtastung von Vitalwerten eines Patienten sein, so dass man insbesondere von beschädigten Organen nicht-invasiv wertvolle Information erhalten kann.Of the Sensor can generally be a vital sensor for vital signs of a patient, so that in particular of damaged organs noninvasive can receive valuable information.
Das Implantat kann auch mehrere RFID-Einheiten umfassen, die mit unterschiedlichen, auch funktional unterschiedlichen, Sensoren gekoppelt sind.The Implant may also comprise several RFID units with different, also functionally different, sensors are coupled.
Es ist zur Erhöhung der Datensicherheit vorteilhaft, wenn die RFID-Einheit eine Autorisierungsabfragefunktion aufweist, so dass die RFID-Einheit nur dann ein Antwortfunksignal aussendet, wenn über das Anfragefunksignal ein korrekter Autorisierungscode empfangen wird. Es ist zur einfachen Auslegung der RFID-Einheit vorteilhaft, wenn der Autorisierungscode eine einfache Kennung ist. Es kann zur erhöhten Sicherheit bei immer noch einfacher Auslegung der RFID-Einheit vorteilhaft sein, wenn die Autorisierungskennung ein Transaktionsnummer, TAN, ist. Es können alle bekannten TAN-Verfahren angewendet werden, wie z. B. TAN, iTAN, Session-TAN, Challenge-Response-Verfahren und so weiter, wie sie insbesondere aus dem Bankwesen bekannt sind.It is advantageous for increasing the data security if the RFID unit has an authorization query function, so that the RFID unit only transmits an answering radio signal when a correct authorization code is received via the request radio signal. It is advantageous for the simple design of the RFID unit if the authorization code is a simple identifier. It may be advantageous for increased security while still simplifying the design of the RFID unit if the authorization identifier is a transaction number, TAN. It can all known TAN methods are used, such as. TAN, iTAN, session TAN, challenge-response and so on, as they are known in particular from the banking industry.
Besonders geeignet ist eine RFID-Einheit, die einen Speicher zum Speichern und Auslesen mindestens einer TAN aufweist, sowie eine Vergleichseinheit zur Freischaltung zumindest eines RFID-Ablaufschritts auf der Grundlage eines Vergleichs einer im Speicher gespeicherten TAN mit einer über die Sende-/Empfangseinheit empfangenen TAN. Vorzugsweise sind anfänglich mehrere TANs ("TAN-Liste") im Speicher gespeichert. Die Vergleichseinheit kann somit die Funktion einer Autorisierungseinheit ausfüllen.Especially suitable is an RFID unit, which has a memory for storing and reading at least one TAN, and a comparison unit to unlock at least one RFID step based on a comparison of a TAN stored in the memory with one over the Transceiver received TAN. Preferably, several are initially TANs ("TAN list") are stored in memory. The comparison unit can thus have the function of an authorization unit fill out.
Durch die Verwendung von TANs wird erstens die Datensicherheit stark erhöht, da nur derjenige, der im Besitz einer gültigen TAN ist, Zugriff auf den Master-RFID-Chip erhält. Zweitens braucht der RFID-Chip nur einen einfachen Speicher und eine einfache Vergleichseinheit aufzuweisen anstatt einer Verschlüsselungsschaltung.By Firstly, the use of TANs greatly increases data security, as only the one in possession of a valid TAN is getting access to the master RFID chip. Second, the RFID chip needs just a simple memory and a simple comparison unit instead of an encryption circuit.
Wird, in einem typischen Anwendungsfall, eine TAN zur RFID-Einheit übertragen, so wird die Vergleichseinheit die empfangene TAN mit einer gespeicherten TAN vergleichen. Stimmen die TANs überein (was allgemein keine Identität der TANs bedeuten muss, sondern die Erfüllung einer vorbestimmten Beziehung zueinander, z. B. einer mathematischen Beziehung, bedeuten kann), schaltet der RFID-Chip die Erzeugung der Befehlsfolge frei.Becomes, in a typical application, transmit a TAN to the RFID unit, so the comparison unit will receive the received TAN with a Compare TAN. Do the TANs agree (which is generally not identity TANs, but the fulfillment of a predetermined relationship to each other, z. A mathematical relationship), The RFID chip enables the generation of the instruction sequence.
Vorzugsweise ist zumindest eine in der eine RFID-Einheit gespeicherte TAN mit einer Ortskennung, z. B. eines Krankenhauses, versehen. Wird von dem RFID-Chip beispielsweise mit dem Anfragefunksignal ein Datumsfeld übertragen, so kann die Vergleichseinheit neben der eigentlichen TAN-Kennung auch das Datum vergleichen und eine Freischaltung davon abhängig machen, ob das übertragene Datum in einem erlaubten Bereich liegt. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn zur Freischaltung eine Übertragung eines Datumsfelds zwingend verlangt wird, da so eine unbefugte Handhabung des RFID-Chips weiter erschwert wird, insbesondere, falls eine Datumseinstellung im vorgesehenen RFID-Schreib-/Lesegerät durch den Endnutzer nicht mehr möglich ist.Preferably is at least one stored in the one RFID unit TAN with a location identifier, z. B. a hospital provided. Is from transmit a date field to the RFID chip, for example with the request radio signal, so the comparison unit next to the actual TAN identifier also compare the date and make an activation dependent on it, whether the transmitted Date is within a permitted range. This is particularly advantageous if to unlock a transmission of a date field is mandatory, since such an unauthorized handling the RFID chip further difficult, in particular, if a date setting in the proposed RFID read / write device by the end user no longer possible is.
Auf ähnliche Weise kann mindestens eine im Speicher gespeicherte TAN vorzugsweise mit einer Zeitkennung versehen sein, die mit einem Inhalt eines empfangenen Zeitfelds verglichen wird. Liegt das empfangene Zeitfenster außerhalb des der TAN im RFID zugeordneten Zeitfensters, erfolgt keine Freischaltung. Dabei ist vorzugsweise eine Zeiteinstellung im vorgesehenen RFID-Schreib-/Lesegerät durch den Endnutzer nicht mehr möglich ist.On similar Way, at least one stored in memory TAN preferably be provided with a time tag containing a content of a received time field is compared. Is the received time window outside the time slot assigned to the TAN in RFID, there is no activation. In this case, preferably a time setting in the proposed RFID read / write device the end user is no longer possible is.
Insbesondere um eine Handhabung des RFID-Chips durch ein nicht dazu vorgesehenes RFID-Schreib-/Lesegerät zu unterbinden, ist die mindestens eine im Speicher gespeicherte TAN vorzugsweise mit einer RFID-Lese-/Schreibgerät-Kennung versehen, die zusätzlich oder alternativ zur Übertragung einer korrekten TAN zur Freischaltung benötigt wird.Especially to prevent handling of the RFID chip by an unintentional RFID read / write device, the at least one TAN stored in memory is preferably provided with an RFID reader / writer identifier, the additional or alternatively for transmission a correct TAN is required for activation.
Es kann günstig sein, wenn die RFID-Einheit ein Mittel zum Löschen einer TAN nach einer erfolgreichen Freischaltung durch Vergleich mit dieser TAN aufweist. Dadurch wird die Zahl der maximal möglichen, auch unberechtigten, Aktionen beschränkt. Alternativ kann nach Löschen der letzten TAN eine ab dann gültige permanente Kennung verwendet werden, oder z. B. kann die letzte TAN nicht gelöscht werden.It can be cheap be if the RFID unit is a means of deleting a TAN after a successful activation by comparison with this TAN. This will increase the number of maximum possible, including unauthorized, Limited actions. Alternatively, after deleting the last TAN one valid from then on permanent identifier can be used, or z. For example, the last one TAN can not be deleted.
Der Sensorwert kann entweder während der Abfrage vom Sensor ausgelesen werden ("Echtzeitabfrage"), oder aus einem Speicher der RFID-Einheit, in der er vorher abgelegt worden ist, ggf. zusammen mit anderen Sensormesswerten.Of the Sensor value can either during the query are read by the sensor ("real-time query"), or from a memory of the RFID unit, in which he has been previously filed, possibly together with others Sensor readings.
In dem folgenden Ausführungsbeispiel ist ein Aspekt der Erfindung schematisch näher ausgeführt.In the following embodiment An aspect of the invention is schematically illustrated in more detail.
In
Nach
Empfangen eines Anfragesignals durch die RFID-Einheit
In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
weist die RFID-Einheit
Am
Kniegelenkimplantat
Am
Kniegelenkimplantat
Nicht dargestellt, aber möglich sind weitere mit RFID-Einheiten gekoppelte Sensoren, wie beispielsweise ein Sensor auf weiße Blutkörperchen oder ein Vitalsensor.Not shown, but possible are further coupled with RFID units sensors, such as a sensor on white Or corpuscles a vitality sensor.
Bei
einer Hüftgelenksprothese
stehen Pfanne
- 1) den
Kopf
12 mit einem oder mehreren Widerstandsdrähten (nicht dargestellt) überziehen. Diese Widerstandsdrähte unterliegen dadurch demselben Abrieb wie der Prothesenkopf12 , d.h., mit zunehmendem Abrieb ändert sich die elektrische Impedanz der Drähte, die messbar ist. Aus dieser Messgröße lässt sich dann eine Aussage über den Implantatszustand (Abrieb der Oberfläche des Kopfes12 ) ableiten. - 2) die konkave Fläche
der Gelenkspfanne
11 mit einem oder mehreren Widerstandsdrähten überziehen, wobei Wirkung und Messung eines Abriebs analog zum Kopf12 geschehen kann. - 3) einen oder mehrere RFID-Chips (nicht dargestellt) auf dem
Implantat aufbringen. Es werden vorteilhafterweise jeweils ein Chip
auf dem Schaft
13 und ein Chip auf der Pfanne11 montiert. Danach wird eine Verbindung mit den Widerstandsdrähten hergestellt. Der Chip auf dem Schaft13 wird hierbei mit den Drähten auf dem Kopf12 verbunden.
- 1) the head
12 Cover with one or more resistance wires (not shown). These resistance wires are subject to the same abrasion as the prosthetic head12 That is, as the wear increases, the electrical impedance of the wires, which is measurable, changes. From this measurement can then be a statement about the state of the implant (abrasion of the surface of the head12 ). - 2) the concave surface of the joint socket
11 Cover with one or more resistance wires, whereby effect and measurement of an abrasion analogous to the head12 can happen. - 3) apply one or more RFID chips (not shown) to the implant. There are advantageously one chip each on the shaft
13 and a chip on the pan11 assembled. Thereafter, a connection is made with the resistance wires. The chip on the shaft13 This is done with the wires on the head12 connected.
Zusätzlich können weitere Informationen über das Implantat gewonnen werden, z. B. über:
- – Verformungen des Implantats durch gezielte Platzierung von Dehnungsmessstreifen (DMS) auf dem Implantat. Die Auswerteschaltung auf dem RFID-Chip muss bei Verbindung an einen DMS entsprechend angepasst werden.
- – die Kräfte, die auf das Implantat einwirken. Auf dem Implantat werden elektrische Schwingkreise (nicht dargestellt) platziert. Die mechanischen Kräfte, die auf das Implantat einwirken, bewirken Veränderungen in der Schwingkreisgeometrie und dadurch eine Verschiebung der Resonanzfrequenz. Dieser Effekt kann dann durch eine Messschaltung erfasst werden. Die hier zum Einsatz kommenden RFID-Tags weisen vorteilhafterweise folgende Eigenschaften auf: a) um ein Auslesen im Inneren des Körpers zu ermöglichen, kommen Hochfrequenz (HF)-Tags zum Einsatz. b) die Tags werden mit einem Sensorinterface (für z.B.: Widerstandsdrähte) versehen. Teil dieses Interfaces ist im konkreten Fall eine Schaltung zur Messung der elektrischen Impe danz der Drähte. c) sowohl der Tag als auch die angeschlossene Antenne müssen biokompatibel sein.
- - Deformation of the implant by targeted placement of strain gauges (DMS) on the implant. The evaluation circuit on the RFID chip must be adapted accordingly when connected to a DMS.
- - The forces acting on the implant. On the implant electrical oscillating circuits (not shown) are placed. The mechanical forces acting on the implant cause changes in the resonant circuit geometry and thereby a shift in the resonant frequency. This effect can then be detected by a measuring circuit. The RFID tags used here advantageously have the following properties: a) High-frequency (HF) tags are used to enable read-out inside the body. b) the tags are provided with a sensor interface (eg for resistance wires). Part of this interface is in this case a circuit for measuring the electrical impedance of the wires. c) Both the tag and the connected antenna must be biocompatible.
Die RFID-Tags können z. B. mit Glas umschlossen werden. Die Antennen aus können z. B. aus biokompatiblen Materialien bestehen und auf Implantatteile aufgedampft oder aufgeklebt werden. Alternativ kann die komplette Ausführung von RFID-Tag und Antenne aus nicht-biokompatiblen Materialien bestehen; auf die eine biokompatible Schutzschicht (z. B. aus Proteinen) aufgebracht wird.The RFID tags can z. B. be enclosed with glass. The antennas can z. B. consist of biocompatible materials and implant parts vapor-deposited or glued. Alternatively, the complete execution RFID tag and antenna made of non-biocompatible materials; applied to the one biocompatible protective layer (eg of proteins) becomes.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die genauer dargestellten Ausführungsformen beschränkt. So kann beispielsweise ein Implantat eine andere Anzahl von RFID-Einheiten aufweisen. Auch kann eine RFID-Einheit mit mehreren Sensoren verbunden sein. Zudem können andere Sensoren verwendet werden.Of course it is the invention is not limited to the embodiments shown in more detail limited. For example, an implant may have a different number of RFID units exhibit. Also, an RFID unit can be connected to multiple sensors be. In addition, you can other sensors are used.
- 11
- Implantatimplant
- 22
- RFID-EinheitRFID unit
- 33
- Sensorsensor
- 44
- Signalverbindungsignal connection
- 55
- RFID-EinheitRFID unit
- 66
- Sensorsensor
- 77
- Signalverbindungsignal connection
- 88th
- RFID-EinheitRFID unit
- 99
- Sensorsensor
- 1010
- Signalverbindungsignal connection
- 1111
- Pfannepan
- 1212
- Kopfhead
- 1313
- Schaftshaft
Claims (12)
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