DE20315930U1

DE20315930U1 - Vorrichtung zum Messen der Kraftvektoren zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt zur Unterstützung des Chrirugen bei der Knieprothetik

Info

Publication number: DE20315930U1
Application number: DE20315930U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-13
Filing date: 2003-10-13
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2013-10-14
Also published as: WO2005037121A1

Abstract

Vorrichtung zum Messen der Kraftvektoren zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt zur Unterstützung des Chirurgen bei der Knieprothetik, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Spacer (10) umfasst, der aus einem zylindrischen Handgriff (20) mit einem einendseitig (20a) an dem Handgriff (20) befestigten Träger (30) für mindestens drei Sensoren oder drei Dehnungsmessstreifen als Kraftmesser für die Umwandlung der ermittelten Kraftverteilungen aus der Winkellage zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein in elektrisch auswertbare Signale besteht, wobei der die gesägte Knochenoberfläche des Unterschenkels anatomisch bildende Träger (30) plan und löffelartig ausgebildet ist und bevorzugterweise aus Edelstahl gefertigt ist und sterilisierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Kraftvektoren zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt zur Unterstützung des Chirurgen bei der Knieprothetik.
Es ist bekannt, dass die achsgeführten Scharnierprothesen der Kniegelenke zunehmend von den Oberflächenersatz-Prothesen abgelöst werden. Der Vorteil der Oberflächenersatz-Prothesen liegt in der sparsameren Knochenresektion und im Erhalt der Kniebänder. Durch ausgereifte und langjährig erprobte (Hardware-)Instrumentarien können das Prothesen-Ober- und -Unter-Teil eines Kniegelenkes achsengerecht und passgenau eingebaut werden. Was aber bisher der chirurgischen Erfahrung überlassen bleibt, ist das operative Ziel eines harmonischen und vollständigen Prothesenspieles in allen Beugegraden. Was der Chirurg zum Erreichen dieses Zieles an Prüfmitteln hat, ist sein geschultes Auge (Voll-Streckung ja oder nein) und die Erfahrung über das erlaubte und gewünschte Maß an Seitenbandlaxität in den jeweiligen Beuge- und Streckstellungen. Beide Prüfmittel leiden unter einer von der Erfahrung und dem Geschick des Chirurgen abhängigen hohen Toleranz mit der Folge, dass je höher die Toleranz der Prüfmittel ist, desto schlechter sind die operativen Ergebnisse. Somit hängt der klinische Erfolg einer Kniegelenkersatzoperation zu etwa 50 % vom technisch exakten Einbau der Prothesenteile und zu etwa 50 % von der erhaltenen und physiologischen Bänderstabilität ab. Gerät die Bandstabilität etwa zu groß (zu straff), so kann das Bein nicht voll gestreckt werden, was eine erhebliche Behinderung bedeutet; gerät sie aber zu lax, so fehlt dem Kniegelenk die nötige Stabilität und ist nur bedingt belastbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Anpressdruck der Prothesenkomponenten zueinander differenziert nach innenseitig/außenseitig bei jeder Gelenkwinkelstellung gemessen werden kann, um in den unterschiedlichsten Bereichen orthopädischer Chirurgie eingesetzt werden zu können und um die Kraft und deren Verteilung zu ermitteln, mit der Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt auf eine Messlehre (Spacer) und damit später auf die Knieprothese drücken. Des weiteren soll gleichzeitig die Spaltbreite bestimmt und damit die Dicke eines wesentlichen Kunststoffteils der Prothese werden.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Messvorrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Hiernach besteht die Erfindung darin, dass die Vorrichtung einen Spacer umfasst, der aus einem zylindrischen Handgriff mit einem einendseitig an dem Handgriff befestigten Träger für mindestens drei Sensoren oder drei Dehnungsmessstreifen als Kraftmesser für die Umwandlung der ermittelten Kraftverteilungen aus der Winkellage zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein in elektrisch auswertbare Signale besteht, wobei der die gesägte Knochenoberfläche des Unterschenkels anatomisch bildende Träger plan und löffelartig ausgebildet ist und bevorzugterweise aus Edelstahl gefertigt ist und sterilisierbar ist.
Vermittels einer derart ausgebildeten Messvorrichtung wird die Kraft und deren Verteilung ermittelt, mit der Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt auf einen Spacer und damit auf die Knieprothese drücken. Gleichzeitig ist dadurch die Möglichkeit gegeben, die Spaltbreite zu bestimmen und damit die Dicke eines wesentlichen Kunststoffteils der Prothese. Drei Drucksensoren bzw. Kraftmesser im Spacer im Prothesenunterteil messen die Kräfte der Prothesenkomponente, wobei ein Sensor innenseitig, einer außenseitig und einer vorn/mittig angeordnet sind. Der somit intraoperativ als Werkzeug genutzte „Spacer" ist danach mit Drucksensoren ausgerüstet. Somit erhält der Chirurg ein intelligentes Werkzeug, mit dem er die operativen Schritte nach gezielten Vorgaben quantitativ ansteuern kann und zudem eine Dokumentation über das operative Vorgehen erhält.
Dabei erfolgt folgende Vorgehensweise:
In einer 0-Serie werden zunächst die gemessenen intraoperativen Druckwerte dokumentiert. Nach etwa drei Monaten werden so genannte vergleichende Röntgen-Stress-Aufnahmen der Kniegelenke durchgeführt. Dabei werden die Bandspannungen des operierten mit dem Gelenk der Gegenseite (ohne Prothese) verglichen. Ziel ist es, symmetrische Ergebnisse zu erhalten. Nach Durchführung dieser Serie wird man erste Zielvorgaben errechnen können, die für weitere Operationen einsetzbar werden. Über eine stetige Fortsetzung dieser Messkontrollen werden die Zielvorgaben ständig verfeinert. Das hierzu verwendete Software-Programm umfasst:

– Die Ist-Zeit-Messung wird in seinen drei Ergebnissen unter Hinweis auf Standard-Höchst- und Niedrig-Grenzen angegeben;
– mittels Datenvergleich aus einem vollständigen Bewegungszyklus und Vergleich mit dem Soll-Wert-Muster kann das Programm dem Chirurg das mechanische Problem benennen und gleichzeitig den konsekutiven Lösungsschritt aufzeigen;
– nach Aufbereitung der Daten liefert das Programm am Ende der Operation ein Journal, das die operativen Prozessschritte dokumentiert und das erreichte Ziel beschreibt,
– unter Angabe der Parameter wie Körpergewicht, Körpergröße, Geschlecht, Knieprothesengröße, Art der Arthrose (Valgus-Varus-Fehlstellung) sammelt und korreliert das Programm alle Messdaten. Es kommt dabei zu Kontrollwerten von immer kleinerer Standardabweichung und kann dem Chirurg für den individuellen Patient ein Soll-Wert-Muster aufgeben.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht die Messvorrichtung aus einem speziell geformten Löffel, mit dem die Kräfteverteilung- und damit auch die Druckverläufe – zwischen Kniestumpf und angefertigter Prothese bestimmt werden kann. Das Ziel der Messung besteht darin, die Andruckkräfte beim Anpassen der unteren Beinprothese nicht zu groß zu gestalten (Beschädigung des Stumpfes); sie andererseits aber auch nicht zu niedrig zu halten, damit beim Gehen keine zusätzlichen Instabilitäten auftreten.
Dieser speziell geformte Löffel wird während des orthopädischen Eingriffs mehrfach zwischen Beinstumpf und Prothese geschoben, um die optimale Kraftverteilung (Druckauflage) ermitteln zu können. Auf dem Messlöffel befinden sich drei Sensoren bzw. Kraftmesser, die die Wandlung in elektrisch auswertbare Signale vornehmen. Grundsätzlich kann es sich hier um Kraft- oder Druckaufnehmer handeln – mindestens drei um die Kräfteverteilungen aus der Winkellage richtig ermitteln zu können – die in den Messlöffel eingearbeitet sind. Da komplettierte Kraft- oder Drucksensoren auch in stark miniaturisierter Ausführung einige Millimeter Stärke (2,5 – 5,0 mm) aufweisen, ist ihre Anbringung auf dem Messlöffel mühevoll, da versenkte Technologie oder Halterungen eingesetzt werden müssen. Hier bieten sich Dehnungsmessstreifen an, die nur wenige μm Dicke aufweisen und in einer großen Formauswahl zur Verfügung stehen. Sie werden auf den Messlöffel, der die Funktion eines elastischen Biegebalkens übernimmt, möglichst gegenüberliegend mit einem Spezialkleber aufgeklebt derart, dass immer einer der Messstreifen mechanisch gestaucht wird, während der gegenüberliegende Streifen gestreckt wird oder umgekehrt. Mindestens drei solcher Dehnungsmessstreifen sind erforderlich, um die Kräfteverschiebung durch die Ansetzwinkel reproduzierbar zu machen. Die Dehnungsstreifen, beispielsweise sechs Stück, werden idealer Weise als drei Wheatstonesche Halbbrücken geschaltet, deren Messwerte als Kraft- oder Druckhistogramm o. ä. Darstellungen verrechnet werden können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 die Anordnung eines erfindunggemäßen Spacers zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein in Verbindung mit einer Einrichtung zum Auswerten und Speichern der von den Sensoren erhaltenen Werten und zum Ausdrucken von Monitorbildern und
2 eine in das Koordinatensystem eingetragene Krafteinleitungskurve.
Nach 1 ist in den zwischen dem Oberschenkelknochen OK und dem Schienbein SB ausgebildeten Spalt S die Messvorrichtung 10 in Form eines Spacers 100 eingeschoben. Die Messvorrichtung 10 besteht aus einem an seinem Ende 20a angeordneten Träger 30, der plan ist und löffelartig ausgebildet ist. Dieser Träger 30 weist mindestens drei Sensoren als Kraft- oder Drucksensoren bzw. Kraftmesser auf. Des weiteren bildet der Träger 30 die gesägte Knochenoberfläche des Schienbeins SB ab. Der löffelartige Träger 30, der als Messlöffel fungiert, übernimmt die Funktion eines elastischen Biegebalkens.
Der Spacer 10 ist mit dem Spalt S bevorzugterweise in einem Winkel von 5° bis 10° zur senkrecht auf der Mittellinie ML des Schienbeins SB stehenden horizontalen Linie HL angeordnet. Die Gesamtkraft, die die Bänder des Kniegelenkes ausüben, liegt im Beugespalt S bei etwa 200N. Im Streckspalt entspricht sie der Gewichtskraft des Patienten (≤ 1000N). Die Spaltbreite kann, je nach Knieschädigung zwischen 9 mm und 24 mm variieren.
Der Spacer 10 steht mit einer Einrichtung 40 zur Auswertung der gemessenen Kräftewerte in Verbindung, die z. B. einen PC 41 mit einem Monitor 42 und einem Drucker 43 umfasst. Die Steuerung selbst kann z. B. über einen Fußschalter 45 vorgenommen werden.
Die in 2 wiedergegebene Krafteinleitungskurve lässt erkennen, dass die Gesamtkraft bei 163 Newton liegt, wobei der Summationsvektor dieser Kraft durch die Koordinaten x = 5 und y = 7 des Spacers-Löffel geht.
Als Kraft- oder Druckaufnehmer können in dem Messlöffel anstelle von Kraft- oder Drucksensoren auch Dehnungsmessstreifen angeordnet sein, die auf den Messlöffel, der die Funktion eines elastischen Biegebalkens übernimmt bevorzugterweise gegenüberliegend mit einem Spezialkleber aufgeklebt sein und zwar derart, dass immer einer der Messstreifen mechanisch gestaucht wird, während der gegenüberliegende Messstreifen gestreckt wird oder umgekehrt.
Der löffelartig ausgebildete Träger 30 besteht aus Edelstahl oder einem anderen geeigneten Material, das sterilisierbar ist.

Claims

Vorrichtung zum Messen der Kraftvektoren zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein im Beuge- bzw. Steckspalt zur Unterstützung des Chirurgen bei der Knieprothetik, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (100) einen Spacer (10) umfasst, der aus einem zylindrischen Handgriff (20) mit einem einendseitig (20a) an dem Handgriff (20) befestigten Träger (30) für mindestens drei Sensoren oder drei Dehnungsmessstreifen als Kraftmesser für die Umwandlung der ermittelten Kraftverteilungen aus der Winkellage zwischen Oberschenkelknochen und Schienbein in elektrisch auswertbare Signale besteht, wobei der die gesägte Knochenoberfläche des Unterschenkels anatomisch bildende Träger (30) plan und löffelartig ausgebildet ist und bevorzugterweise aus Edelstahl gefertigt ist und sterilisierbar ist.