DE102021107222A1

DE102021107222A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Erzeugung einer Knochenfraktur

Info

Publication number: DE102021107222A1
Application number: DE102021107222.0A
Authority: DE
Inventors: Fabian Lanzerath; Lars Peter Müller; Kilian Wegmann
Original assignee: Univ Zu Koeln Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts; Universitaet Zu Koeln Koerperschaft Des Oeffentlichen Rechts
Current assignee: RECONSKILLS GMBH, DE
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2022-09-29
Also published as: CH718438A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Knochenfraktur an einem Präparat (14) eines menschlichen oder tierischen Knochen aufweisenden Körperteils, bei dem das Präparat (14) an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einer Spannvorrichtung (5a, 5b) einer Haltevorrichtung verbunden wird, insbesondere mittels am Präparat (14) befestigten Einspannelementen (5c, 5d) , wobei in der Haltevorrichtung mittels eines bewegten Körpers (6), insbesondere eines durch Schwerkraftwirkung in der Haltevorrichtung bewegten Körpers (6), eine Krafteinwirkung auf einen in der Haltevorrichtung linear beweglich gelagerten Schlagstempel (4) ausgeführt wird, mit dem die Krafteinwirkung durch Verlagerung des Schlagstempels (4) in linearer Richtung auf eine der Spannvorrichtungen (5a, 5b) übertragen wird und hierdurch das Präparat (14) in der Richtung der Beabstandung der Spannvorrichtungen (5a, 5b) gestaucht wird, wobei zusätzlich zu der die Spannvorrichtung (5a) in linearer Richtung erfolgenden Krafteinwirkung wenigstens eine weitere von dieser Richtung abweichende Krafteinwirkung auf das Präparat (14) ausgeübt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Haltevorrichtung für ein Präparat (14) zur Erzeugung einer Knochenfraktur an dem Präparat (14) und ein Krafterzeugungsmittel umfassend eine Halterung (7) mit wenigstens einem Aktor (10), wobei mit dem Aktor (10) eine Schubstange (12) bewegbar ist und die Halterung (7) zwei Befestigungsvorrichtungen (11) aufweist, mit denen die Halterung (7) an zwei parallelen Säulen (1 a, 1 b) befestigbar ist und wobei die Schubstange (12) in die Richtung eines zwischen den Befestigungsvorrichtungen (11) liegenden Bereiches bewegbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Knochenfraktur an einem Präparat eines Knochen aufweisenden, menschlichen oder tierischen Körperteils, bei dem das Präparat an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einer Spannvorrichtung einer Haltevorrichtung verbunden wird, insbesondere mittels am Präparat befestigten Einspannelementen, wobei in der Haltevorrichtung mittels eines bewegten Körpers, insbesondere eines durch Schwerkraftwirkung in der Haltevorrichtung bewegten Körpers, eine Krafteinwirkung auf einen in der Haltevorrichtung linear beweglich gelagerten Schlagstempel ausgeführt wird, mit dem die Krafteinwirkung durch Verlagerung des Schlagstempels in linearer Richtung auf eine der Spannvorrichtungen übertragen wird und hierdurch das Präparat in der Richtung der Beabstandung der Spannvorrichtungen gestaucht wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Haltevorrichtung für ein Präparat eines Knochen aufweisenden, menschlichen oder tierischen Körperteils zur Erzeugung einer Knochenfraktur an dem Präparat, umfassend wenigstens eine, vorzugsweise vertikale Säule, vorzugsweise zwei parallele Säulen mit einem unteren Standfuß und einer an der wenigstens einen Säule, vorzugsweise zwischen zwei parallelen Säulen, im vertikalen Abstand zum Standfuß angeordneten Traverse, in der ein Schlagstempel in vertikaler Richtung beweglich gelagert ist, und eine in vertikaler Richtung unter dem Schlagstempel angeordnete erste Spannvorrichtung und eine an dem Standfuß angeordnete zweite Spannvorrichtung, zwischen denen ein Präparat befestigbar ist, insbesondere mittels an dem Präparat befestigten oder zumindest befestigbaren Einspannelementen, und einen Fallkörper, der über der Traverse an der wenigstens einen Säule in vertikaler Richtung linear verschieblich geführt ist und mit dem eine auf den Schlagstempel ausgeübte lineare Krafteinwirkung erzeugbar ist, die durch Verlagerung des Schlagstempels auf die unter diesem angeordnete Spannvorrichtung übertragbar ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Krafterzeugungsmittel zur Befestigung an einer solchen Haltevorrichtung.
Ein Verfahren und eine Haltevorrichtung der eingangs genannten Art ist z.B. bekannt aus der Publikation WO 2018/019390 . Verfahren und Vorrichtung dienen dazu, an einem Präparat eines Körperteils, welches Knochen aufweist und menschlichen oder tierischen Ursprunges ist, Frakturen herzustellen. insbesondere solche, die häufig aufgrund von Unfällen beim Menschen auftreten. Solche Präparate können z.B. von Körperteilspendern stammen, also insbesondere von toten Menschen, die ihren Körper ganz oder teilweise spenden, z.B. zu Forschungszwecken. Präparate werden häufig in gefrorenem Zustand bevorratet und können sodann bedarfsgerecht verwendet werden.
Im Stand der Technik ist es vorgesehen, dass das Präparat an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einem Einspannelement verbunden wird und jedes Einspannelement mit einer der Spannvorrichtungen verbunden wird. Das Ziel ist es, an Präparaten Knochenfrakturen herzustellen, insbesondere definiert und wiederholbar, insbesondere solche, die häufig aufgrund von Unfällen beim Menschen auftreten. Solche Frakturen an Präparaten dienen dann weiteren Untersuchungen, z.B. zum Zweck von Forschung und Lehre. Beispielsweise kann die Versorgung / Behandlung von realen Frakturen beim Menschen anhand der verfahrensgemäß behandelten Präparate gelehrt und geprobt werden.
Problematisch bei den bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung ist es, dass aufgrund der linearen Verlagerung des Schlagstempels bei der Krafteinwirkung die wirkende Kraft in linearer Richtung auf die erste Spannvorrichtung der Haltevorrichtung übertragen wird und deswegen auch eine nur lineare Kraft über die Spannvorrichtung, ggfs. auch über dasEinspannelement auf das Präparat übertragen wird.
Da weiterhin die beiden Spannvorrichtungen und/oder die Einspannelemente des Präparates zumindest im Wesentlichen, wenn nicht sogar genau in derselben linearen Richtung am Präparat beabstandet angeordnet sind, wirkt auf das Präparat eine zumindest überwiegend in der Abstandsrichtung der Spannvorrichtungen / der Einspannelemente wirkende Kraft, insbesondere die weiterhin der Knochenverlaufsrichtung im Präparat übereinstimmt. Es wird so mit den bekannten Maßnahmen nur eine zumindest im Wesentlichen lineare Stauchung des Knoches erzielt.
Eine solche Kraftwirkung mag zwar bei Unfällen überwiegend vorliegen, Erfahrungen zeigen aber, dass häufig weitere Kraftrichtungskomponenten bei einem Unfall beteiligt sind, die mit den bekannten Maßnahmen nicht genügend gut nachgebildet werden. Insbesondere kommt es häufig zu sogenannten Luxationsfrakturen, bei denen aufgrund von nicht rein linearen Kraftrichtungen im Unfallzeitpunkt auch seitliche Verschiebungen an Knochen und Gelenken beobachtet werden. Insbesondere solche Frakturen können mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht in genügendem Maß nachgebildet werden. Dementsprechend mangelt es in Forschung und Lehre an entsprechend repräsentativen Frakturpräparaten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass zusätzlich auch von der linearen Kraftrichtung abweichende Kraftrichtungskomponenten erzeugt werden können, mit denen zusätzlich zur Stauchwirkung auch laterale Verlagerung am Präparat und somit komplexere Frakturen ermöglicht werden, insbesondere Luxationsfrakturen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer Weiterbildung des eingangs genannten Verfahrens dadurch gelöst, dass zusätzlich zu der auf die Spannvorrichtung in linearer Richtung erfolgenden Krafteinwirkung wenigstens eine weitere von dieser linearen Richtung abweichende Krafteinwirkung auf das Präparat ausgeübt wird.
Die Aufgabe wird weiterhin mit einer Haltevorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass diese wenigstens ein Krafterzeugungsmittel umfasst, mit dem zusätzlich zu der in linearer Richtung erfolgenden Krafteinwirkung wenigstens eine weitere von dieser Richtung abweichende Krafteinwirkung auf ein zwischen den Spannvorrichtungen eingespanntes Präparat ausübbar ist.
Die Erfindung kann vorsehen zusätzlich zu der linearen Kraftrichtung, die sich durch die vertikale Verschiebbarkeit des Schlagstempels ergibt genau eine weitere Kraft mit einer davon abweichenden Richtung zu erzeugen oder auch mehrere weitere Kräfte. Demnach können in der Haltevorrichtung ein oder mehrere Krafterzeugungsmittel eingesetzt werden.
Bei der Erfindung ist es vorzugsweise vorgesehen, dass Präparate zum Einsatz kommen, die einen vollen Weichteilmantel um den wenigstens einen zu brechenden Knochen aufweisen. Hierdurch ist eine besonders realitätsnahe Erzeugung von Frakturen möglich.
Die Erfindung kann vorsehen, dass ein Präparat direkt, also ohne zusätzliche Einspannelemente, zwischen den Spannvorrichtungen befestigt wird. Vorzugsweise wird das Präparat an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einem Einspannelement verbunden und jedes Einspannelement wird mit einer der Spannvorrichtungen verbunden. Hierfür können eine Spannvorrichtung und das zusammenwirkende Einspannelement miteinander in Eingriff bringbare Kopplungsmittel umfassen, vorzugsweise formschließende und/oder kraftschließende Kopplungsmittel. Durch die erzeugbare bzw. im Verfahren erzeugte Krafteinwirkung in einer Richtung, die von der linearen Richtung abweicht, welche durch die lineare Verschiebbarkeit des Schlagstempels definiert ist, können komplexere Frakturen erzielt werden als solche, die bislang mit den lediglich linearen Stauchungen erzielbar waren.
Dabei kann die Richtung der wenigstens einen zusätzlich wirkenden Kraft grundsätzlich in beliebiger Weise abweichend sein von der Richtung der linearen Kraft, die über die lineare Verschieblichkeit des Schlagstempels übertragen wird. Insbesondere ist es wesentlich, dass die wenigstens eine zusätzliche Kraft eine Richtung aufweist, die nicht parallel ist zur vorgenannten linearen Kraftrichtung.
Die wenigstens eine zusätzliche Kraft kann z.B. eine linear wirkende Kraft sein mit einer Richtung quer zu der Kraft, die linear über den Schlagstempel übertragen wird, insbesondere somit quer zur Schwerkraftrichtung. Die zusätzliche Kraft kann auch in Umfangsrichtung um eine im Präparat liegende Achse und/oder um die lineare Kraft herum wirken, insbesondere hierdurch ein Drehmoment auf das Präparat erzeugen, vorzugsweise um die Verbindungsrichtung zwischen den Einspannelementen des Präparates oder den Spannvorrichtungen der Haltevorrichtung oder um eine Achse, die durch eine Spannvorrichtung oder ein Einspannelement des Präparates führt, vorzugsweise in der Haltevorrichtung das obere oder untere Einspannelement oder obere oder untere Spannvorrichtung.
Vorzugsweise kann somit die Erfindung in einer Ausführung vorsehen, dass durch die wenigstens eine weitere Krafteinwirkung eine der Spannvorrichtungen oder eines der Einspannelemente, vorzugsweise die/ das mit dem Schlagstempel zusammenwirkende Spannvorrichtung/Einspannelement, insbesondere aus einer Referenzposition heraus, verlagert wird.
Eine solche Verlagerung kann z.B. bedeuten, dass die mit dem Schlagstempel zusammenwirkende Spannvorrichtung und/oder das mit dem Schlagstempel zusammenwirkende Einspannelement des Präparates in eine Drehung versetzt wird, insbesondere um die lineare Richtung herum.
Die Erzeugung der Drehung kann weiter bevorzugt während der linearen Krafteinwirkung erfolgen, insbesondere gleichzeitig einsetzend, vorzugsweise auch mit gleicher Einwirkungsdauer, besonders bevorzugt in Abhängigkeit der linearen Krafteinwirkung.
Die Drehung wird z.B. erzeugt durch die lineare Verlagerung des Schlagstempels in Zusammenwirkung mit einer um die lineare Richtung, vorzugsweise die Schwerkraftrichtung, herumliegenden Führungskulisse.
Zur Realisierung der Drehung in der Haltevorrichtung kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass das Krafterzeugungsmittel eine Führungskulisse umfasst, insbesondere eine schraubenförmige Führungskulisse.
Vorzugsweise kann die Führungskulisse an der Traverse angeordnet sein, in welcher der Schlagstempel in vertikaler Richtung verschieblich gelagert ist und mit welcher der Schlagstempel bei einer vertikalen Verschiebung in eine Drehung versetzbar ist. Somit ist der Schlagstempel in der schraubenförmigen Führungskulisse sowohl linear verschieblich als auch rotierbar gelagert.
Bei Anordnung der Führungskulisse mit z.B. wenigstens einer schraubenförmigen Führungsnut an der Traverse kann am Schlagstempel wenigstens ein Führungsvorsprung vorgesehen sein, der in der wenigstens einen Führungsnut einliegt. Bei linearer Verschiebung des Schlagstempels versetzt der Eingriff zwischen dem Führungsvorsprung und der Führungsnut den Schlagstempel in eine Drehung, die sodann mit dem Aufschlag des Schlagstempels auf die Spannvorrichtung auf diese übertragen wird. Zusätzlich zur linearen Stauchung kann so ein Torsionsmoment auf das Präparat ausgeübt werden.
Alternativ kann auch die schraubenförmige Führungskulisse mit wenigstens einer Führungsnut am Schlagstempel ausgebildet sein, z.B. auf dessen äußerer zylindrischer Mantelfläche und wenigstens ein Führungsvorsprung an der Traverse in die wenigstens eine Führungsnut eingreifen.
Die Erfindung kann vorsehen, dass mit Kontaktieren zwischen Schlagstempel und der Spannvorrichtung die Drehung zusammen mit dem linearen Kraftstoß auf die obere Spannvorrichtung und über diese auf das Präparat ausgeübt wird, insbesondere direkt oder vorzugsweise über das obere Einspannelement, insbesondere wobei dessen untere Spannvorrichtung das Präparat direkt oder an dem unteren Einspannelement drehfest hält.
Die Übertragung der Drehung kann beispielweise nur durch Reibschluß zwischen Schlagstempel und der oberen Spannvorrichtung erfolgen.
Es kann aber auch in einer bevorzugten Ausführung vorgesehen sein, dass der Schlagstempel und die unter diesem angeordnete Spannvorrichtung Eingriffselemente aufweisen, mit denen der Schlagstempel und die Spannvorrichtung bei Kontakt miteinander drehfest verbindbar sind. Vorzugsweise erfolgt der Eingriff zwischen den Eingriffselementen zeitlich gesehen gleichzeitig mit oder vor oder nach der Ausübung des linearen Kraftstoßes.
Die Eingriffselemente können z.B. durch zueinander korrespondierende Verzahnungen ausgebildet sein, die am Schlagstempel und an der Spannvorrichtung, z.B. an aufeinander zuweisenden Seiten angeordnet sind.
Es kann vorgesehen sein, dass die Eingriffselemente am Schlagstempel und/oder an der Spannvorrichtung in der Richtung der linearen Krafteinwirkung, insbesondere also in vertikaler Richtung, verschiebbar und damit positionsvariabel einstellbar sind.
Das Verfahren kann allgemein vorsehen, dass der Eingriffszeitpunkt der Eingriffselemente relativ zum Zeitpunkt des linearen Kraftstoßes verschoben werden kann, insbesondere somit die zeitliche Lage der Ereignisse von Drehung und linearem Kraftstoß einstellbar ist, vorzugsweise durch die genannte relative Verschiebung der Eingriffselemente zueinander kann.
Beispielsweise kann so erzielt werden, dass die Drehung/Torsion des Präparates erst einsetzt, wenn bereits eine Stauchung des Präparates durch die lineare Kraftwirkung um ein vorbestimmtes Maß erfolgt ist. Hierfür können beispielsweise die Eingriffselemente an der oberen Spannvorrichtung in Richtung zur unteren Spannvorrichtung um ein gewünschtes Stauchmaß aus einer Referenzposition heraus verlagert sein, insbesondere so dass der Eingriff erst nach Erreichen der so eingestellten gewünschten Stauchung des Präparates erfolgt.
Ebenso kann die Drehung / Torsion des Präparates zeitlich der Krafteinwirkung / dem Kraftstoß vorauseilend eingestellt werden.
Insbesondere beim Einsatz einer drehfesten Verbindung zwischen Schlagstempel und Spannvorrichtung durch genannte Eingriffselemente kann es vorgesehen sein, dass ein Reibschluß zwischen Schlagstempel und Spannvorrichtung möglichst weit reduziert wird. Z.B. können die Wirkflächen von Schlagstempel und Spannvorrichtung, zwischen denen der lineare Kraftstoß übertragen wird, reibungsreduzierend beschichtet sein oder wenigstens eine der Wirkflächen ist ballig ausgeführt, insbesondere um die Übertragungsfläche zu reduzierten.
Die Erfindung kann in anderer Ausführung, die auch mit den vorherigen Ausführungen kombinierbar ist, vorsehen, dass die wenigstens eine weitere Krafteinwirkung auf das Präparat in einem Bereich zwischen den Spannvorrichtungen und/oder Einspannelementen ausgeübt wird in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur vorgenannten linearen Krafteinwirkung, welche durch die lineare Bewegung des Schlagstempels definiert ist.
Hierfür kann vorzugsweise das Krafterzeugungsmittel gebildet sein durch eine an der wenigstens einen Säule befestigten Halterung mit wenigstens einem Aktor, wobei mit dem Aktor eine Schubstange bewegbar ist, mittels der auf ein Präparat eine zur linearen Krafteinwirkung quer, insbesondere senkrecht orientierte Krafteinwirkung in einem Bereich zwischen den Spannvorrichtungen und/oder Einspannelementen ausübbar ist.
Von einem solchen Krafterzeugungsmittel kann eines oder können auch mehrere an der Haltevorrichtung angeordnet sein, so dass auch mehrere untereinander richtungsverschiedene und von der vorgenannten linearen (vertikalen) Kraftrichtung verschiedene Kräfte erzeugbar sind.
Ein solches Krafterzeugungsmittel ist unabhängig von der Haltevorrichtung der eingangs genannten Art marktfähig und kann als Nachrüstung für bestehende Haltevorrichtungen eingesetzt werden, um so eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung zu bilden.
Die eingangs genannte Aufgabe wird vorzugsweise auch gelöst durch ein Krafterzeugungsmittel zur Befestigung an einer Haltevorrichtung der vorgenannten Art umfassend eine Halterung mit wenigstens einem Aktor, wobei mit dem Aktor eine Schubstange bewegbar ist und die Halterung zwei Befestigungsvorrichtungen aufweist, mit denen die Halterung an zwei parallelen Säulen befestigbar ist und wobei die Schubstange in die Richtung eines zwischen den Befestigungsvorrichtungen liegenden Bereiches bewegbar ist.
Durch die Befestigung der Halterung an der Haltevorrichtung mittels zwei Befestigungsvorrichtungen an jeder der zwei Säulen der Haltevorrichtung können auf die Halterung wirkende Momente, die zu einer Lageveränderung führen könnten, vermieden werden.
In bevorzugter Ausführung umfasst die Halterung des Krafterzeugungsmittels zwei Stangen, wobei jede der Stangen durch eines der Befestigungselemente verschieblich geführt ist und in dem Befestigungselement positionsvariabel feststellbar ist, wobei die Stangen durch einen Bügel verbunden sind, an dem der wenigstens eine Aktor befestigt ist, vorzugsweise in der Abstandsrichtung der Stangen verschieblich lösbar befestigt ist. So kann die Position des Aktors und die Richtung von dessen Schubstange relativ zum Präparat leicht geändert werden.
Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass der Aktor um wenigstens eine Achse drehbar an dem Bügel gelagert ist, insbesondere um eine Achse die senkrecht orientiert ist zur Richtung der Beabstandung der Stangen.
Die Schubstange kann beispielsweise ein vom Aktor wegweisendes, insbesondere somit zum Präparat weisendes freies Ende aufweisen. Diese freie Ende kann in einer möglichen Ausbildung ein Befestigungselement aufweisen, mit dem dieses freie Ende am Präparat befestigbar ist, z.B. einen bei Befestigung das Präparat umgebenden Bügel oder Riemen aufweisen.
Das freie Ende kann aber in der Anwendung auch lose am Präparat mit Kontakt zu diesem anliegen bevor die Kraftausübung ausgelöst wird oder vor der Auslösung einer konkreten Kraft ohne Kontakt zum Präparat sein. In letzterem Fall kommt das Schubstangenende mit dem Präparat erst durch die Bewegung der Schubstange in Kontakt.
Der Aktor kann jeglicher Art sein, z.B. ein elektrisch oder pneumatisch oder hydraulisch betriebener Aktor sein. In den beiden letztgenannten Fällen ist der Aktor beispielsweise ein mit einem Arbeitsfluid gespeistes Zylinder-KolbenAggregat, vorzugsweise wobei die Schubstange durch die Kolbenstange gebildet ist.
Vorzugsweise ist der Aktor eingerichtet, dass mit diesem Schubkräfte auf das Präparat größer als 6 Newton, vorzugsweise größer als 30 Newton, weiter bevorzugt größer als 60 Newton und noch weiter bevorzugt größer als 100 Newton, vorzugsweise größer als 250 Newton noch weiter bevorzugt größer als 500 Newton ausgeübt werden können.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die weitere Krafteinwirkung, insbesondere mittels einer vorgenannten Schubstange, zumindest während der linearen Krafteinwirkung ausgeübt wird, vorzugsweise zeitlich der linearen Krafteinwirkung vorauseilend ausgeübt wird.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die weitere Krafteinwirkung ausgelöst wird in Abhängigkeit einer Position des sich bewegenden Körpers (Fallgewichtes) entlang seines Bewegungsweges. Z.B. kann eine vorbestimmte Position des Körpers auf seinem Weg zur Traverse und deren Schlagstempel meßtechnisch erfasst werden, insbesondere mittels einer Sensorik, wie z.B. einer Lichtschranke oder eines Näherungsschalters, wobei ausgelöst durch das Meßsignal oder abhängig vom Meßsignal der Sensorik der Aktor angesteuert wird, um die Kraft auszuüben.
Bei einer pneumatischen oder hydraulischen Aktorausbildung kann z.B. in Abhängigkeit des Meßsignals ein Ventil geöffnet werden, um den Kolbenraum des Aktors mit einem vorbestimmten Fluiddruck zu beaufschlagen.
Vorzugsweise kann die Sensorik an der Haltevorrichtung ortsvariabel befestigt werden, wodurch sich verschiedene Auslösezeitpunkte für den Aktor einstellen lassen. Alternativ oder in Kombination mit vorgenannter Ausführung kann auch eine elektrische, vorzugsweise variabel einstellbare Verzögerung zwischen dem Auftreten des Meßsignals der Sensorik und einer tatsächlichen Ansteuerung des Aktors vorgesehen sein. Es kann somit auch erzielt werden, dass der Aktor erst nach dem linearen Kraftstoß angesteuert wird, welcher durch den Schlagstempel der Haltevorrichtung erzeugt wird.
Eine andere Ausführung der Erfindung kann auch vorsehen, dass ein Krafterzeugungsmittel eine untere, zweite Spannvorrichtung der vorgenannten Haltevorrichtung umfasst, wobei diese zweite Spannvorrichtung mittels wenigstens eines Aktors bewegbar ist, insbesondere aus einer Referenzposition herausbewegbar ist. Eine solche Referenzposition nimmt die Spannvorrichtung z.B. nach dem Einspannen eines Präparates direkt oder mit dessen Einspannelementen ein, wenn keinerlei Kraftausübung auf das Präparat gegeben ist.
Statt einer unteren statischen Spannvorrichtung der Haltevorrichtung gemäß dem bekannten Stand der Technik kann somit ein erfindungsgemäßes Krafterzeugungsmittel mit zweiter / unterer Spannvorrichtung zum Einsatz kommen.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass mit dem wenigstens einen Aktor die untere Spannvorrichtung aus der Referenzposition heraus in wenigstens einer Richtung, vorzugsweise linear oder gemäß einer vorbestimmten Trajektorie verschoben werden kann.
Alternativ oder in Kombination besteht die Möglichkeit mittels wenigstens einem Aktor die untere / zweite Spannvorrichtung um eine Achse zu drehen, insbesondere um die Längsachse des Präparates oder um die vertikale Achse oder die Verbindungsachse zwischen den Spannvorrichtungen oder die Verbindungsachse zwischen den Einspannelementen des Präparates.
Es kann so also mit einer solchen Ausführung durch die wenigstens eine weitere Krafteinwirkung eine Torsion des Präparates, insbesondere zwischen seinen Einspannelementen, über eine Drehung der in der Haltevorrichtung unteren (zweiten) Spannvorrichtung und /oder eine Lokalisationsänderung eines der Präparat-Enden, insbesondere der Einspannelemente relativ zum anderen erzeugt werden, nämlich vorzugsweise dadurch, dass das in der Haltevorrichtung untere Präparat-Ende oder das untere damit verbundene Einspannelement des Präparates verlagert wird.
Auch bei einem solchen Krafterzeugungsmittel kann die Ansteuerung des wenigstens einen Aktors erfolgen, wie zuvor beschrieben, also in Abhängigkeit einer erfassten Position des fallenden Körpers, insbesondere mit all seinen möglichen Ausprägungsvarianten.
In der Anwendung der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit Luxationsfrakturen, insbesondere sogenannte Terrible-Triad-Läsionen (TTL) am Präparat zu erzeugen. Solche Läsionen sind von Hotchkiss als solche beschrieben und bezeichnen z.B. komplexe Ellenbogengelenksdislokationen im Sinne osteoligamentärer Verletzungen. Sie setzen sich aus der Trias einer posterioren Ellenbogengelenksdislokation, einer Fraktur des Radiuskopfes (Caput radii) und einer Fraktur des Coronoids (Processus coronoideus) zusammen. Die Therapie von Terrible-Triad-Läsionen ist sehr anspruchsvoll und Komplikationen wie wiederkehrende Instabilitäten, Arthrosen und Steifigkeiten sind häufig. Die Erfindung erschließt solche Verletzung am Präparat zu erzeugen und sodann am Präparat die Behandlung realitätsgetreu zu erforschen und/oder zu proben.
Vorzugsweise können Luxationsfrakturen am Präparat vom menschlichen Ellenbogen, Kniegelenk oder Handgelenk erzeugt werden.
Die Erfindung kann vorsehen zur Erzeugung von Frakturen die vom Fallkörper erzeugte Kraft, und/oder die Stauchung des Präparates zu begrenzen, z.B. mittels wenigstens eines verstellbaren Anschlagdämpfers, vorzugsweise mittels zwei um den Schlagstempel herum angeordneten Anschlagdämpfern, auf den der Fallkörper am Ende seines Fallweges auftrifft, insbesondere zeitlich zusammen mit der Kontaktierung des Schlagstempels.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
Die 1 zeigt eine Haltevorrichtung der erfindungsgemäßen Art. Sie umfasst zwei vertikale Säulen 1a, 1b mit einem unteren Standfuß 2, der integral in einem Fußboden oder separat zu diesem ausgebildet sein kann. Weiterhin umfasst diese eine Traverse 3 die vorzugsweise höhenvariabel an den Säulen 1a, 1b befestigbar ist. In der Traverse 3 ist ein Schlagstempel 4 vertikal beweglich gelagert.
Unter der Traverse 3 ist eine erste, obere Spannvorrichtung 5a und am Standfuß 2 eine zweite untere Spannvorrichtung 5b vorgesehen. An jeder der Spannvorrichtungen 5a, 5b kann ein Präparat 14 direkt oder mit am Präparat befestigten, Einspannelementen 5c, 5d befestigt werden. Nur zum Zweck der deutlicheren Darstellung sind die Einspannelemente 5c, 5d etwas beabstandet zu den Spannvorrichtungen 5a, 5b visualisiert. Bei der Durchführung des Verfahrens sind die Einspannelemente 5c, 5d mit den Spannvorrichtungen 5a, 5b abstandslos verbunden.
Die Einspannelemente 5c, 5d können am Präparat 14 in allgemein bekannter Weise befestigt werden, z.B. durch Verschrauben mit dem Knochen oder durch Vergießen mit dem Präparat. Das Präparat umfasst vorzugsweise wenigstens einen Knochen, insbesondere mit vollständigem Weichteilmantel.
Es ist weiterhin ein Fallkörper 6 vorgesehen, der über der Traverse 3 an beiden Säulen 1a, 1b in vertikaler Richtung verschieblich geführt ist. Wenn das Fallen des Fallkörpers 6 ausgelöst wird, so fällt dieser der Schwerkraft folgend nach unten und verschiebt den Schlagstempel 4 in vertikaler Richtung nach unten, so dass dieser eine Kraft auf die erste obere Spannvorrichtung 5a und hierdurch direkt oder über das obere Spannelement 5c auf das Präparat 14 überträgt. Neben dem Schlagstempel 4 sind an der Traverse 3 vorzugsweise Anschlagdämpfer 4a angeordnet, mit denen der Aufprall des Fallkörpers 6 auf den Schlagstempel 4 wahlweise gedämpft werden kann. Das Präparat 14 wird zwischen den Spannvorrichtungen 5a und 5b gestaucht und es kommt zur Fraktur des Knochens im Präparat 14. Dabei wird unter dem Knochen auch dessen evtl. vorhandener Gelenkanteil verstanden.
In der hier gezeigten Ausführung erzeugt das Fallen des Fallkörpers 6 ausschließlich eine lineare Kraftwirkung in der Richtung der Verschieblichkeit des Schlagstempels 4, also vertikal.
Um eine weitere davon richtungsverschiedene Kraft auf das Präparat 14 wirken zu lassen sieht die Erfindung hier vor, an der Haltevorrichtung ein weiteres Krafterzeugungsmittel 7 anzuordnen, welches nachfolgend anhand der 2 bis 4 beschrieben wird.
Das Krafterzeugungsmittel 7 umfasst eine Halterung 8,9 aus zwei Stangen 8, die durch einen Bügel 9 parallel auf Abstand gehalten sind, wobei am Bügel 9 ein Aktor 10 befestigt ist, vorzugsweise ortsvariabel. An jeder der Stangen 8 befindet sich ein Befestigungselement 11, welches an der Stange 8 positionsvariabel befestigbar ist, insbesondere durch Klemmung. Durch jedes Befestigungselement 11 ist eine der Säulen 1a, 1b der Haltevorrichtung verschiebbar hindurchgeführt, so dass die Halterung 8,9 insgesamt in der Haltevorrichtung in verschiedenen Höhen befestigbar ist, insbesondere so, dass die auszuübende Kraft zwischen den Einspannelementes des Präparates ansetzt.
Der Aktor 10 weist eine Schubstange 12 auf, mittels der die vom Aktor ausgeübte Kraft auf das Präparat übertragbar ist. Hierzu ist am freien Ende der Schubstange ein Kontaktelement 3 angeordnet, das zur Kraftübertragung dient. Das Kontaktelement weist eine zum Präparat konkave Fläche auf, um dieses bereichsweise zu umgeben.
Durch Ansteuerung des Aktor 10 wird dessen Schubstange 12 in Richtung zum angedeuteten Präparat 14 ausgefahren und es wird bei bestehendem Kontakt zum Präparat 14 eine vom Aktor 10 erzeugte Kraft in der Richtung der Schubstange 12 auf das Präparat 14 ausgeübt.
Das Präparat 14 kann so vor und/oder während der Wirkung der vom Schlagstempel 4 ausgeübten Kraft mit einer weiteren Krafteinwirkung beaufschlagt werden, wodurch übliche Unfallszenarien und damit einhergehende Frakturen realitätsnäher nachgebildet werden können.
Die 2 bis 4 zeigen noch die Möglichkeit weitere benötigte Elemente, wie z.B. Ventile 15 und oder Druckminderer 16 zum Betrieb eines pneumatischen Aktors 10 ebenso an der Halterung 8, 9 anzuordnen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/019390 [0004]

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Knochenfraktur an einem Präparat (14) eines menschlichen oder tierischen Knochen aufweisenden Körperteils, bei dem das Präparat (14) an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einer Spannvorrichtung (5a, 5b) einer Haltevorrichtung verbunden wird, insbesondere mittels am Präparat (14) befestigten Einspannelementen (5c, 5d), wobei in der Haltevorrichtung mittels eines bewegten Körpers (6), insbesondere eines durch Schwerkraftwirkung in der Haltevorrichtung bewegten Körpers (6), eine Krafteinwirkung auf einen in der Haltevorrichtung linear beweglich gelagerten Schlagstempel (4) ausgeführt wird, mit dem die Krafteinwirkung durch Verlagerung des Schlagstempels (4) in linearer Richtung auf eine der Spannvorrichtungen (5a, 5b) übertragen wird und hierdurch das Präparat (14) in der Richtung der Beabstandung der Spannvorrichtungen (5a, 5b) gestaucht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der die Spannvorrichtung (5a) in linearer Richtung erfolgenden Krafteinwirkung wenigstens eine weitere von dieser Richtung abweichende Krafteinwirkung auf das Präparat (14) ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Präparat (14) an zwei beabstandeten Stellen jeweils mit einem Einspannelement (5c, 5d) verbunden wird und jedes Einspannelement (5c, 5d) mit einer der Spannvorrichtungen (5a, 5b) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die wenigstens eine weitere Krafteinwirkung eine der Spannvorrichtungen (5a) oder eines der Einspannelemente (5c), vorzugsweise die/das mit dem Schlagstempel (4) zusammenwirkende Spannvorrichtung (5a)/Einspannelement (5c), insbesondere aus einer Referenzposition heraus, verlagert wird, insbesondere in eine Drehung versetzt wird, insbesondere um die lineare Richtung herum, vorzugsweise während der linearen Krafteinwirkung, besonders bevorzugt in Abhängigkeit der linearen Krafteinwirkung.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung erzeugt wird durch die lineare Verlagerung des Schlagstempels (4) in Zusammenwirkung mit einer um die lineare Richtung herumliegenden Führungskulisse, insbesondere einer schraubenförmigen Führungskulisse, vorzugsweise in welcher der Schlagstempel linear verschieblich und rotierbar gelagert ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine weitere Krafteinwirkung auf das Präparat (14) in einem Bereich zwischen den Spannvorrichtungen (5a, 5b) / Einspannelementen (5c, 5d) ausgeübt wird in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur linearen Krafteinwirkung.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Krafteinwirkung zumindest während der linearen Krafteinwirkung ausgeübt wird, vorzugsweise zeitlich der linearen Krafteinwirkung vorauseilend ausgeübt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Krafteinwirkung ausgelöst wird in Abhängigkeit einer Position des sich bewegenden Körpers (6) entlang seines Bewegungsweges.
Haltevorrichtung für ein Präparat (14) eines menschlichen oder tierischen Knochen aufweisenden Körperteils zur Erzeugung einer Knochenfraktur an dem Präparat (14), umfassend a. wenigstens eine vertikale Säule (1a, 1b), vorzugsweise zwei parallele Säulen (1 a, 1 b) mit einem unteren Standfuß (2) und einer an der wenigstens einen Säule (1a, 1b), vorzugsweise zwischen zwei parallelen Säulen (1a, 1b), im vertikalen Abstand zum Standfuß (2) angeordneten Traverse (3), in der ein Schlagstempel (4) in vertikaler Richtung beweglich gelagert ist, und b. eine in vertikaler Richtung unter dem Schlagstempel (4) angeordnete erste Spannvorrichtung (5a) und eine an dem Standfuß (2) angeordnete zweite Spannvorrichtung (5b), zwischen denen ein Präparat (14) befestigbar ist, insbesondere mittels an dem Präparat (14) befestigbaren / befestigten Einspannelementen (5c, 5d), und c. einen Fallkörper (6), der über der Traverse (3) an der wenigstens einen Säule (1a, 1b) in vertikaler Richtung linear verschieblich geführt ist und mit dem eine auf den Schlagstempel (4) ausgeübte lineare Krafteinwirkung erzeugbar ist, die durch Verlagerung des Schlagstempels (4) auf die unter diesem angeordnete Spannvorrichtung (5a) übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass d. sie wenigstens ein Krafterzeugungsmittel (7) umfasst, mit dem zusätzlich zu der in linearer Richtung erfolgenden Krafteinwirkung wenigstens eine weitere von dieser Richtung abweichende Krafteinwirkung auf ein zwischen den Spannvorrichtungen (5a, 5b) eingespanntes Präparat (14) ausübbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafterzeugungsmittel eine Führungskulisse umfasst, insbesondere eine schraubenförmige Führungskulisse, vorzugsweise die an der Traverse (3) angeordnet ist, in welcher der Schlagstempel (4) in vertikaler Richtung verschieblich gelagert ist und mit welcher der Schlagstempel (4) bei einer vertikalen Verschiebung in eine Drehung versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlagstempel (4) und die unter diesem angeordnete Spannvorrichtung (5a) Eingriffselemente aufweisen, mit denen der Schlagstempel (4) und die Spannvorrichtung (5a) bei Kontakt miteinander drehfest verbindbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafterzeugungsmittel (7) gebildet ist durch eine an der wenigstens einen Säule (1a, 1b) befestigten Halterung (7) mit wenigstens einem Aktor (10), wobei mit dem Aktor (10) eine Schubstange (12) bewegbar ist, mittels der auf ein Präparat (14) eine zur linearen Krafteinwirkung quer, insbesondere senkrecht orientierte Krafteinwirkung in einem Bereich zwischen den Spannvorrichtungen (5a, 5b) ausübbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Krafterzeugungsmittel (7) die untere, zweite Spannvorrichtung (5b) umfasst, wobei diese zweite Spannvorrichtung (5b) mittels wenigstens eines Aktors bewegbar ist, insbesondere aus einer Referenzposition herausbewegbar ist.
Krafterzeugungsmittel zur Befestigung an einer Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 8 bis 10 zur Bildung einer Vorrichtung nach Anspruch 11, umfassend eine Halterung (7) mit wenigstens einem Aktor (10), wobei mit dem Aktor (10) eine Schubstange (12) bewegbar ist und die Halterung (7) zwei Befestigungsvorrichtungen (11) aufweist, mit denen die Halterung (7) an zwei parallelen Säulen (1a, 1b) befestigbar ist und wobei die Schubstange (12) in die Richtung eines zwischen den Befestigungsvorrichtungen (11) liegenden Bereiches bewegbar ist.
Krafterzeugungsmittel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (7) zwei Stangen (8) umfasst, wobei jede der Stangen (8) durch eines der Befestigungselemente (11) verschieblich geführt ist und in dem Befestigungselement (11) positionsvariabel feststellbar ist, wobei die Stangen (8) durch einen Bügel (9) verbunden sind, an dem der wenigstens eine Aktor (10) befestigt ist, vorzugsweise in der Abstandsrichtung der Stangen (8) verschieblich lösbar befestigt ist.
Krafterzeugungsmittel nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (10) um wenigstens eine Achse drehbar an dem Bügel (9) gelagert ist, insbesondere um eine Achse die senkrecht orientiert ist zur Richtung der Beabstandung der Stangen (8).