DE102008005180A1

DE102008005180A1 - Vorrichtung mit einem Prothesenteil und einem Sensor zum in-vivo-Überprüfen der Lockerung des Prothesenteils

Info

Publication number: DE102008005180A1
Application number: DE102008005180A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Wilde; Sebastian Fischer
Original assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2007-05-03
Filing date: 2008-01-19
Publication date: 2008-11-06

Abstract

Eine Vorrichtung (1) hat zumindest ein mindestens eine Befestigungsstelle zum Verbinden mit einem Knochen (4) eines Patienten aufweisendes implantierbares Prothesenteil (2) und wenigstens einen Sensor zum Erfassen einer Relativbewegung zwischen dem Knochen (4) und dem Prothesenteil (2). Der Sensor ist zum In-vivo-Überprüfen des Sitzes des Prothesenteils mit einer Auswerteeinrichtung (12) verbunden oder verbindbar. Das Prothesenteil (2) besteht aus einem zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Werkstoff. Der Sensor ist als Wirbelstromsensor ausgestaltet, der eine Magnetisierungseinrichtung (5) zur Erzeugung eines das Prothesenteil (2) durchsetzenden magnetischen Wechselfelds und eine implantierbare Sensoreinrichtung (6) mit mindestens einem Sensorelement (7) zum Detektieren des magnetischen Wechselfelds aufweist. Die Sensoreinrichtung (6) ist derart ausgestaltet, dass sie direkt oder indirekt mit Hilfe eines Befestigungsmittels benachbart zu dem Prothesenteil (2) an dem Knochen (4) befestigbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zumindest einem mindestens eine Befestigungsstelle zum Verbinden mit einem Knochen eines Patienten aufweisenden implantierbaren Prothesenteil und mit wenigstens einem Sensor zum Erfassen einer Relativbewegung zwischen dem Knochen und dem Prothesenteil, wobei der Sensor zum in-vivo-Überprüfen des Sitzes des Prothesenteils mit einer Auswerteeinrichtung verbunden oder verbindbar ist.
Eine derartige Vorrichtung, die eine Hüftgelenkprothese und einen Beschleunigungssensor zur Erfassung der Relativbewegung zwischen der Hüftgelenkprothese und einem damit verbundenen Knochen aufweist, ist aus DE 103 42 823 A1 bekannt. Der Beschleunigungssensor verfügt über zwei unabhängig voneinander auswertbare Achsen. Die Ausgangssignale des Beschleunigungssensors sind drahtlos zur einer Signalempfangs- und Verarbeitungseinrichtung übertragbar, die außen am Körper in der Nähe der Prothese angeordnet werden kann. Ein Nachteil der Vorrichtung besteht darin, dass die mehrdimensionale Messung der Beschleunigung und die Auswertung der entsprechenden Messsignale relativ aufwändig ist.
Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und robusten Aufbau aufweist und die eine zuverlässige und präzise Messung auch von geringen Lockerungsspalten zwischen dem Prothesenteil und dem Knochen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Prothesenteil aus einem zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht, dass der Sensor ein Wirbelstromsensor ist, der eine Magnetisierungseinrichtung zur Erzeugung eines das Prothesenteil durchsetzenden magnetischen Wechselfelds und eine implantierbare Sensoreinrichtung mit mindestens einem Sensorelement zum Detektieren des magnetischen Wechselfelds aufweist, und dass die Sensoreinrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie direkt oder indirekt mit Hilfe eines Befestigungsmittels benachbart zu dem Prothesenteil an dem Knochen befestigbar ist.
Das Sensorelement kann also in den Körper des Patienten implantiert und am Knochen in einer Lage relativ zu dem Prothesenteil angebracht werden. Mit Hilfe der Magnetisierungseinrichtung kann ein das Sensorelement und den elektrisch leitfähigen Werkstoff des Prothesenteils durchsetzender magnetischer Wechselfluss erzeugt werden, der im Prothesenteil Wirbelströme induziert. Diese erzeugen ein magnetisches Gegenfeld, das den Wechselfluss schwächt. Die Schwächung des magnetischen Wechselfelds nimmt mit zunehmendem Abstand zu der Prothese ab. Somit ist das Messsignal des in einem vorgegebenen Abstand zu der Prothese angeordneten Sensorelements ein eindeutiges Maß für den Abstand zwischen dem Sensorelement und der Prothese. Der Frequenzbereich des magnetischen Wechselflusses ist derart gewählt, dass die elektrische Leitfähigkeit des den Knochen umgebenden Gewebes in dem betreffenden Frequenzbereich gegenüber der Leitfähigkeit des Prothesen-Werkstoffs vernachlässigbar ist. Vorzugsweise beträgt die Frequenz des magnetischen Wechselflusses etwa einige 100 KHz bis in den MHz-Bereich.
Die mit dem Sensorelement verbundene Auswerteeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie mindestens zwei mit Hilfe des Sensorelements bei unterschiedlicher Belastung des Protheseteils erfasste Messwerte miteinander vergleicht. In Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs kann dann auf die Lockerung des Prothesenteils geschlossen und die Spaltweite eines eventuell zwischen dem Prothesenteil und dem Knochen gebildeten Lockerungsspalt ermittelt werden. Es wird also keine absolute sondern eine relative Messung durchgeführt. Die Erfindung geht von der Annahme aus, dass die Nachgiebigkeit der aus dem Knochen und dem Prothesenteil gebildeten Anordnung bei Lockerung erhöht ist und dass daher bei Krafteinwirkung eine Relativbewegung zwischen Knochen und Prothesenteil auftritt. Sehr hohe Kräfte entstehen bereits bei der natürlichen Bewegung des Patienten, insbesondere beim Gehen, Hüpfen oder Wippen auf den Zehen aufgrund von Gewichtskräften und der Massenträgheit. Relativbewegungen zwischen Prothesenteil und Knochen entstehen durch das Lockerungsspiel sowie durch elastische Verformungen. Dabei ist eine Korrelation der Stärke der Beschleunigung des Körpers des Patienten, der Kraft auf die Verbindungsfläche von Prothesenteil und Knochen und der Relativbewegung zwischen Prothesenteil und Knochen gegeben. Dies bedeutet, dass durch geeignete periodische oder singuläre Körperbewegungen des Patienten eine Modulation der Spaltweite des Lockerungsspalts erfolgt. Sofern diese einen vorbestimmten Wert überschreitet, muss von einer medizinisch relevanten Lockerung ausgegangen werden. Da die Sensoreinrichtung als separates, in den Körper des Patienten implantierbares Bauteil ausgestaltet ist, kann als Prothesenteil ein herkömmliches metallisches Prothesenteil verwendet werden, an dem für die Mes sung keine Veränderungen vorgenommen werden müssen. Es kann also auf in der Praxis bewährte und erprobte Prothesenteile zurückgegriffen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorelement ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor oder ein Oberflächenwellen-Sensor, auch SAW-Sensor (Surface Acustic Wave Sensor) genannt. Das Sensorelement ermöglicht dann bei kompakten Abmessungen eine hohe Messempfindlichkeit.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Sensorelement eine Messspule. Das Sensorelement ermöglicht dann über einen langen Zeitraum hinweg eine zuverlässige und stabile Messwerterfassung und ist außerdem unempfindlich gegenüber Körperflüssigkeiten und mechanischer Belastung beim Implantieren. Die Messspule wird vorzugsweise im Abstand von wenigen Millimetern zum Prothesenteil am Knochen verankert.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsweise hat die Sensoreinrichtung mindestens einen Kondensator, der mit der Messspule zu einem Schwingkreis verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung Mittel zur Bestimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises aufweist. Bei einer Veränderung des Abstands zwischen der Messspule und dem Prothesenteil ändert sich die Induktivität und damit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises, was mit Hilfe der Auswerteeinrichtung erfasst wird.
Vorteilhaft ist, wenn die Magnetisierungseinrichtung als von der Sensoreinrichtung getrennte Einheit derart ausgestaltet ist, dass in dem Prothesenteil, wenn es implantiert ist, durch die Haut und ein den Knochen umgebendes Gewebe hindurch Wirbelströme induziert werden können. Die Magnetisierungseinrichtung kann also außerhalb des Körpers des Patienten angeordnet werden, so dass die implantierbare Sensoreinrichtung entsprechend kompakte Abmessungen sowie einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweisen kann. Die Magnetisierungseinrichtung kann beispielsweise in einer Arztpraxis oder einem Krankenhaus angeordnet sein und dort zur Überprüfung des Prothesensitzes dem Patienten angelegt oder an diesem positioniert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Magnetisierungseinrichtung eine Feldspule auf, die zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds mit einer Ansteuereinrichtung und zum Bestimmen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit der Auswerteeinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise ist die Feldspule dabei mittels einer Halterung derart mit dem Körper des Patienten verbindbar, dass sie in einem konstanten Abstand zur Sensoreinrichtung angeordnet ist. Die gemessene Resonanzfrequenz ist dann ein Maß für den Abstand zwischen dem Sensorelement und dem Prothesenteil.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Feldspule, die Ansteuereinrichtung und eine Stromversorgung dafür in die implantierbare Sensoreinrichtung integriert. Das die Wirbelströme induzierende magnetische Wechselfeld wird dann dicht benachbart zum Prothesenteil erzeugt, so dass die magnetische Feldstärke entsprechend gering sein kann. Durch die dicht zum Prothesenteil benachbarte Anordnung der Feldspule innerhalb des Körpers des Patienten wird außerdem eine hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet die Messspule die Feldspule und ist dazu mit der Ansteuereinrichtung verbunden. Die innerhalb des Körpers des Patienten angeordnete Messspule erfüllt dann eine Doppelfunktion, bei der sie sowohl zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds als auch zur Messung der durch die induzierten Wirbelströme bewirkten Schwächung des Wechselfelds genutzt wird.
Vorteilhaft ist, wenn die Stromversorgung eine Induktionsspule aufweist, die über eine Gleichrichterschaltung mit einem Ausgangsanschluss der Stromversorgung verbunden ist, und wenn zusätzlich zu der ersten Magnetisierungseinrichtung eine zweite Magnetisierungseinrichtung vorgesehen ist, mittels der zum Induzieren einer elektrischen Spannung in der Induktionsspule ein sich von dem ersten magnetischen Wechselfeld unterscheidendes zweites magnetisches Wechselfeld erzeugt werden kann. Die Energie für den Betrieb der Sensoreinrichtung kann dann induktiv von der außerhalb des Körpers des Patienten angeordneten zweiten Magnetisierungseinrichtung zu der innerhalb des Körpers befindlichen Sensoreinrichtung übertragen werden, ohne dass dadurch die Messung gestört wird.
Zweckmäßigerweise ist zur drahtlosen Übermittlung von Messwerten von der Sensoreinrichtung an eine Anzeige- und/oder Datenverarbeitungseinrichtung eine Übertragungseinrichtung vorgesehen, die einen in die Sensoreinrichtung integrierten Sender und einen damit zusammenwirkenden externen Empfänger aufweist. Die Vorrichtung ist dann noch leichter handhabbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Sensorelement und/oder die Auswerteeinrichtung zur induktiven Übermittlung der Messwerte an den Empfänger über eine weitere Ansteuereinrichtung mit der Induktionsspule verbunden. Die Induktionsspule ermöglicht dann eine Doppelfunktion und kann außer zur Energieversorgung der implantierbaren Sensoreinrichtung auch zur Übermittlung von Messwerten und/oder Steuersignalen genutzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Prothesenteil eine Endoprothese, insbesondere ein Fermurschaft einer Hüftgelenkprothese. Eine eventuelle Lockerung der Endoprothese kann dann mit Hilfe des Wirbelstromsensors frühzeitig erkannt werden, so dass therapeutische Maßnahmen wie Ruhigstellen eingeleitet werden können und der hierdurch ermöglichte Heilungsprozess eine Wiederverankerung der Endoprothese bewirken kann.
Vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung eine Schablone für die Montage der Sensoreinrichtung am Knochen aufweist, wenn die Schablone mindestens zwei voneinander beabstandete, gegen die Oberfläche des Knochens positionierbare Anlagestellen und mindestens eine Widerlagerstelle aufweist, an der die Sensoreinrichtung mit definiertem Abstand zu einer die Anlagestellen miteinander verbindenden geraden Linie oder einer durch die Anlagestellen aufgespannten Ebene zur Anlage bringbar ist. Bei der Implantierung des Prothesenteils kann dann vor dem Verankern des Prothesenteils an dem Knochen eine Vertiefung in den Knochen eingebracht werden, in der die Sensoreinrichtung positioniert und mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs oder Zements oder Abstandshalters fixiert wird. Dabei kann die Sensoreinrichtung mit Hilfe der Schablone in einem vorbestimmten Abstand relativ zu der Knochenoberfläche positioniert werden, an der später das Prothesenteil angeordnet wird. Die Schablone wird dazu mit ihren Anlagestellen an der betreffenden Knochenoberfläche angesetzt und mit der Widerlagerstelle gegen die Sensoreinrichtung positioniert.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Endoprothese, die ein an einem Oberschenkelknochen eines Patienten verankertes Prothesenteil aufweist, wobei benachbart zu dem Prothesenteil zur Messung eines eventuell zwischen dem Knochen und dem Prothesenteil vorhandenen Lockerungsspalts eine Sensoreinrichtung implantiert ist,
2 einen vergrößerten Ausschnitt von 1, der die von dem Prothesenteil beabstandete Sensoreinrichtung zeigt,
3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung, bestehend aus einem implantierten, an einem Knochen eines Patienten verankerten Prothesenteil und einer Messeinrichtung mit interner Magnetfelderzeugung zum Überprüfen des Sitzes des Prothesenteils,
4 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, bei der die Messeinrichtung einen benachbart zu dem Prothesenteil implantierbaren Schwingkreis aufweist,
5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die eine interne erste Magnetisierungseinrichtung und eine externe zweite Magnetisierungseinrichtung aufweist, und
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Vorrichtung, bei dem das Magnetfeld extern erzeugt und die Messwerte extern ausgewertet werden.
Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung weist eine Endoprothese mit einem ersten Prothesenteil 2 und einem gelenkig damit verbundenen zweiten Prothesenteil 3 auf. Wie in 1 erkennbar ist, hat das erste Prothesenteil 2 einen Fermurschaft, der in eine Innenhöhlung eines Oberschenkel-Knochens 4 eines Patienten eingesetzt ist. Das erste Prothesenteil 2 ist mit Hilfe von Knochenzement oder zementfrei an dem Knochen 4 verankert. Das erste Prothesenteil 2 besteht aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus einer Titan-Legierung wie z. B. TiAl6V4. Das zweite Prothesenteil 3 ist als zu dem ersten Prothesenteil 3 passende und gelenkig damit verbundene Gelenkpfanne ausgestaltet, die am Hüftknochen des Patienten verankert ist.
Die Lockerung von Endoprothesen tritt bei beiden Verankerungsformen auf und ergibt große Probleme für den Patienten. Ursachen sind die Rückbildung von Knochensubstanz oder Ermüdung des Zements. Dies führt zu einer graduellen Lockerung, die progressiv fortschreitet und mit einer Spaltbildung zwischen Endoprothese und Oberschenkel-Knochens 4 verbunden ist. Diese Lockerung ermöglicht eine kraftabhängige Relativbewegung zwischen dem ersten Prothesenteil 2 und dem Knochen 4.
Um eine solche Lockerung des ersten Protheseteils frühzeitig erkennen und ggf. eine geeignete therapeutische Behandlung einleiten zu können, weist die Vorrichtung 1 einen Wirbelstromsensor auf, der zur Erzeugung eines das erste Prothesenteil 2 durchsetzenden magnetischen Wechselfelds eine Magnetisierungseinrichtung 5 hat. Das magnetische Wechselfeld induziert in dem ersten Prothesenteil Wirbelströme, die das magnetische Wechselfeld schwächen. Zum Detektieren des ggf. durch die Wirbelströme geschwächten magnetischen Wechselfelds hat der Wirbelstromsensor eine Sensoreinrichtung 6, in die ein Sensorelement 7 integriert ist.
Die Sensoreinrichtung 6 ist implantierbar und wird bei einer Operation, bei der das natürliche Hüftgelenk des Patienten durch die Endoprothese ersetzt wird, benachbart zum ersten Prothesenteil 2 an dem Knochen 4 verankert. In 2 ist erkennbar ist, dass die Sensoreinrichtung 6 in eine dem ersten Prothesenteil 2 zugewandte Vertiefung eingesetzt ist, die bei der Operation in den Knochen 4 eingebracht wird. In der Vertiefung wird die Sensoreinrichtung 6 mittels Knochenzement oder dergleichen Klebstoff in einer definierten Lage relativ zu der seitlich an die Vertiefung angrenzenden Innenwand des Knochens 4 fest an diesem fixiert.
In 2 ist erkennbar, dass die Sensoreinrichtung 6 durch einen Zwischenraum von dem ersten Prothesenteil 2 beabstandet ist. Im Falle einer Lockerung kann das erste Prothesenteil 2 in den Zwischenraum ausweichen, wobei sich der Abstand zwischen dem ersten Prothesenteil 2 und der Sensoreinrichtung 6 verändert, ohne dass es dabei zu einer Kollision des Prothesenteils 2 mit der Sensoreinrichtung 6 kommt. Der Abstand zwischen der Sensoreinrichtung 6 und dem ersten Prothesenteil 2 kann etwa 1 mm betragen.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Magnetisierungseinrichtung 5 eine Feldspule 8 auf, die mit einem Kondensator 9 zu einem Schwingkreis 10 parallel geschaltet ist. Zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds ist der Schwingkreis 10 mit einer Ansteuereinrichtung 11 verbunden, der den Schwingkreis 10 derart anregt, dass dieser mit einer Frequenz von vorzugsweise einigen 100 KHz bis in den MHz-Bereich schwingt und ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, welches in dem ersten Prothesenteil 2 Wirbelströme induziert. Der Schwingkreis 10 und die Ansteuereinrichtung 11 sind in die Sensoreinrichtung 6 integriert.
Als Sensorelement 7 ist ein Hall-Sensor und/oder ein magnetoresistiver Sensor vorgesehen, mit dessen Hilfe das aus der Anregung des Schwingkreises 10 und den Wirbelströmen resultierende magnetische Feld an einer zu der Feldspule 8 und dem ersten Prothesenteil 2 benachbarten Stelle gemessen wird. Die gemessene magnetische Flussdichte ist ein Maß für den Abstand zwischen der Feldspule 8 und dem ersten Prothesenteil 2.
Das Sensorelement 7 ist über eine Auswerteeinrichtung 12, in der die Messwerte des Sensorelements 7 verarbeitet und in Abstandswerte umgerechnet werden, mit einem Datenspeicher 13 verbunden, in dem die Abstandswerte abgelegt werden. Der Datenspeicher 13 ist mit einem Sender 14 verbunden, mit dessen Hilfe die Abstandswerte drahtlos durch das die Endoprothese umgebende Gewebe und die Haut 16 hindurch an einen externen Empfänger 15 übermittelt werden können. Der Empfänger 15 kann an einem übergeordneten Computer 17 angeschlossen sein. Die Auswerteeinrichtung 12, der Datenspeicher 13, der Sender 14 und eine in 3 nicht näher dargestellte Stromversorgung, wie z. B. eine Batterie, sind in die implantierbare Sensoreinrichtung 6 integriert.
Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel wird mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 12 die Resonanzfrequenz ω₀ des die Feldspule 8 und den Kondensator 9 aufweisenden Schwingkreises 10 bestimmt. Bei einer Veränderung des Abstands zwischen der Feldspule 8 und dem ersten Prothesenteil 2 verändert sich die Induktivität der Feldspule 8 näherungsweise linear zum Abstand. Wird von einem Schwingkreis 10 ausgegangen, ändert dieser seine Resonanzfrequenz ω₀ gemäß
wobei, L die Induktivität der Feldspule 8 und C die Kapazität des Kondensators 9 bedeuten. Die Feldspule 8 bildet gleichzeitig das Sensorelement 7. Durch Bestimmen der Resonanzfrequenz ω₀ kämen also eine Veränderung des Abstands zwischen der Feldspule 8 und dem ersten Prothesenteil 2 und somit Mikrobewegungen des ersten Prothesenteils 2 ermittelt werden. Wie bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auswerteeinrichtung 12 auch in 4 über einen Datenspeicher 13 und einen Sender 14 mit einem externen Empfänger 15 verbunden. Eine Stromversorgung für den Sender 14, die Auswerteeinrichtung 12, die erste Ansteuereinrichtung 11 und der Schwingkreis 10 sind in die Sensoreinrichtung 6 integriert und in der Zeichnung nicht näher dargestellt.
Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Vorrichtung 1 eine in die Sensoreinrichtung 6 integrierte erste Magnetisierungseinrichtung 5 und eine außerhalb des Körpers des Patienten angeordnete zweite Magnetisierungseinrichtung. Die erste Magnetisierungseinrichtung 5 weist einen ersten Schwingkreis 10 mit einer zu dem ersten Prothesenteil 2 benachbarten Feldspule 8 und einem Kondensator 9 auf. Die Feldspule 8 bildet gleichzeitig das Sensorelement 7. Der erste Schwingkreis 10 ist zur Erzeugung eines ersten, das erste Prothesenteil 2 durchsetzenden magnetischen Wechselfelds mit einer in die Sensoreinrichtung 6 integrierten ersten Ansteuereinrichtung 11 verbunden.
Die zweite Magnetisierungseinrichtung hat einen zweiten Schwingkreis 18, der zur Erzeugung eines zweiten magnetischen Wechselfelds mit einer zweiten Ansteuereinrichtung 19 verbunden ist. Die Resonanzfrequenz des zweiten Schwingkreises 18 unterscheidet sich von der Resonanzfrequenz des ersten Schwingkreises 10. Der zweite Schwingkreis 18 wirkt durch die Haut 16 und das die Sensoreinrichtung 6 umgebende Gewebe hindurch induktiv mit einem dritten Schwingkreis 20 zusammen, der eine Induktionsspule 22 aufweist und in die implantierbare Sensoreinrichtung 6 integriert ist. Die Resonanzfrequenz des dritten Schwingkreises 20 stimmt mit der des zweiten Schwingkreises überein. Der dritte Schwingkreis 20 ist über eine Gleichrichterschaltung 21 mit einem in der Zeichnung nicht näher dargestellten Ausgangsanschluss einer internen Stromversorgung der Sensoreinrichtung 6 verbunden. An diesem Ausgangsanschluss sind Stromversorgungsanschlüsse der ersten Ansteuereinrichtung 11 angeschlossen. Die für den Betrieb der Sensoreinrichtung 6 benötigte elektrische Energie wird also induktiv von der zweiten Magnetisierungseinrichtung zu der Sensoreinrichtung 6 übertragen.
Der zweite Schwingkreis 18 und der dritte Schwingkreis 20 können außerdem dazu genutzt werden, Messwerte, die mit Hilfe des ersten Schwingkreises 10 erfasst wurden, induktiv an eine externe, mit dem zweiten Schwingkreis 18 verbundene Auswerteeinrichtung 12 zu übermitteln. In der Auswerteeinrichtung 12 werden die Messwerte mit Kalibrierdaten verglichen, um den Abstand des ersten Prothesenteils 2 zu der Feldspule 8 bzw. dem Sensorelement 7 zu übermitteln.
Außerdem können über den zweiten Schwingkreis 18 und den dritten Schwingkreis 20 Steuerdaten von der Auswerteeinrichtung 12 an die erste Ansteuereinrichtung 11 übermittelt werden. Dabei ist es insbesondere möglich, die erste Ansteuereinrichtung 11 in Abhängigkeit von den Steuerdaten ein- oder auszuschalten. Die drahtlose Übertragung der Daten und der Messwerte zwischen dem zweiten Schwingkreis 18 und dem dritten Schwingkreis 20 kann mit Hilfe bekannter Verfahren der Informationsübertragung erfolgen, vorzugsweise als Voll-Duplex-Übertragung. Nur beispielhaft sei das Amplitude-Shift-Keying erwähnt, bei dem ein Informationsbit durch einen Sprung eines Trägersignals übertragen wird.
Bei einem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Magnetisierungseinrichtung 5 als von der Sensoreinrichtung 6 getrennte Einheit derart ausgestaltet, dass in dem implantierten Prothesensteil 2 mittels einer Feldspule 8 durch die Haut 16 und ein den Knochen 4 umgebendes Gewebe hindurch Wirbelströme induziert werden können. Die Feldspule 8 ist mit Hilfe von in der Zeichnung nicht näher dargestellten Haltemitteln in einem vorgegebenen, konstanten Abstand zu einer in die Sensoreinrichtung 6 integrierten Messspule angeordnet, die als Sensorelement 7 dient.
Die in den Körper des Patienten implantierte Sensoreinrichtung 6 weist eine passive elektrische Schaltung mit einem Schwingkreis 10 auf, der die zu dem ersten Prothesenteil 2 benachbarte Messspule und einen Kondensator 9 umfasst. Die Messspule kann gegebenenfalls einen hoch permeablen Kern enthalten. Bei einer Abstandsänderung zwischen der Messspule und dem ersten Prothesenteil 2 verändern sich die Induktivität und die Güte der Messspule. Dadurch kommt es zu einer Veränderung der Resonanzfrequenz des internen Schwingkreises 10. Aufgrund der Kopplung des internen Schwingkreises 10 mit der Feldspule 8 ist die Änderung der Resonanzfrequenz an der Magnetisierungseinrichtung 5 messbar.
Zusammenfassend können also folgende Vorrichtungsvarianten unterschieden werden:

– Aktive Vorrichtung mit interner Magnetfelderzeugung zur Induzierung von Wirbelströmen.
– Aktive Vorrichtung mit interner Magnetfelderzeugung und separatem Magnetfeldsensor.
– Passive Vorrichtung mit interner Magnetfelderzeugung.
– Passive Vorrichtung mit externer Magnetfelderzeugung und externer Auswertung.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10342823 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung (1) mit zumindest einem mindestens eine Befestigungsstelle zum Verbinden mit einem Knochen (4) eines Patienten aufweisenden implantierbaren Prothesenteil (2) und mit wenigstens einem Sensor zum Erfassen einer Relativbewegung zwischen dem Knochen (4) und dem Prothesenteil (2), wobei der Sensor zum in-vivo-Überprüfen des Sitzes des Protheseteils mit einer Auswerteeinrichtung (12) verbunden oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prothesenteil (2) aus einem zumindest teilweise elektrisch leitfähigen Werkstoff besteht, dass der Sensor ein Wirbelstromsensor ist, der eine Magnetisierungseinrichtung (5) zur Erzeugung eines das Prothesenteil (2) durchsetzenden magnetischen Wechselfelds und eine implantierbare Sensoreinrichtung (6) mit mindestens einem Sensorelement (7) zum Detektieren des magnetischen Wechselfelds aufweist, und dass die Sensoreinrichtung (6) derart ausgestaltet ist, dass sie direkt oder indirekt mit Hilfe eines Befestigungsmittels benachbart zu dem Prothesenteil (2) an dem Knochen (4) befestigbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) ein Hall-Sensor oder ein magnetoresistiver Sensor ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) eine Messspule ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (6) mit der Messspule zu einem Schwingkreis (10) verbunden ist und dass die Auswerteeinrichtung (12) Mittel zur Bestimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (10) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungseinrichtung (5) als von der Sensoreinrichtung (6) getrennte Einheit derart ausgestaltet ist, dass in dem Prothesenteil (2), wenn es implantiert ist, durch die Haut und ein den Knochen (4) umgebendes Gewebe hindurch Wirbelströme induziert werden können.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungseinrichtung (5) eine Feldspule (8) aufweist, die zum Erzeugen des magnetischen Wechselfelds mit einer Ansteuereinrichtung (11) und zum Bestimmen der Resonanzfrequenz des Schwingkreises (10) mit der Auswerteeinrichtung (12) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldspule (8), die Ansteuereinrichtung (11) und eine Stromversorgung dafür in die implantierbare Sensoreinrichtung (6) integriert sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule die Feldspule (8) bildet und dazu mit der Ansteuereinrichtung (11) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung eine Induktionsspule (22) aufweist, die über eine Gleichrichterschaltung (21) mit einem Ausgangsanschluss der Stromversorgung verbunden ist, und dass zusätzlich zu der ersten Magnetisierungseinrichtung (5) eine zweite Magnetisierungseinrichtung vorgesehen ist, mittels der zum Induzieren einer elektrischen Spannung in der Induktionsspule (22) ein sich von dem ersten magnetischen Wechselfeld unterscheidendes zweites magnetisches Wechselfeld erzeugt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur drahtlosen Übermittlung von Messwerten von der Sensoreinrichtung (6) an eine Anzeige- und/oder Datenverarbeitungseinrichtung eine Übertragungseinrichtung vorgesehen ist, die einen in die Sensoreinrichtung (6) integrierten Sender (14) und einen damit zusammenwirkenden externen Empfänger (15) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (7) und/oder die Auswerteeinrichtung (12) zur induktiven Übermittlung der Messwerte an den Empfänger (15) über eine weitere Ansteuereinrichtung mit der Induktionsspule (22) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Prothesenteil (2) eine Endoprothese, insbesondere ein Fermurschaft einer Hüftgelenkprothese ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schablone für die Montage der Sensoreinrichtung (6) am Knochen (4) aufweist, dass die Schablone mindestens zwei voneinander beabstandete Widerlagerstellen aufweist, an der die Sensoreinrichtung (6) mit definiertem Abstand zur Oberfläche der Prothese positionierbar angebracht ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Schablone für die Montage der Sensoreinrichtung (6) am Knochen (4) aufweist, dass die Schablone mindestens zwei voneinander beabstandete, gegen die Oberfläche des Knochens positionierbare Anlagestellen und mindestens eine Widerlagerstelle aufweist, an der die Sensoreinrichtung (6) mit Abstand zu einer die Anlagestellen miteinander verbindenden geraden Linie oder einer durch die Anlagestellen aufgespannten Ebene zur Anlage bringbar ist.