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Die
Neuerung bezieht sich auf einen elektronisch steuerbaren Fixateur
externe zur automatisierten Behandlung von Frakturstellen und -verlängerungen
mit zumindest zwei, über
jeweils zumindest eine parallel zum Knochen angeordnete Fixierungsstange verschiebbar
miteinander verbundenen Befestigungselementen an den Frakturteilen
mit einer Messmittel umfassenden, programmgesteuerten Antriebseinheit
zur Variation des Abstands der Befestigungselemente zueinander und
zur Einstellung vorgegebener Zug- und Druckkräfte.
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In
der Traumatologie von Frakturstellen (Osteosynthese) werden die
konservative und die operative Behandlung unterschieden. Die konservative
Behandlung mit Lagerung, Ruhigstellung in Gips oder Extension stellt
auch heute noch eine der tragenden Säulen der Knochenbruchbehandlung
dar. Bei Indikationen mit Nachteilen der konservativen Behandlung
hat die operative Behandlung zunehmende Verbreitung gefunden. Daneben
gibt es eine Vielzahl von Einzel- oder Mehrfachverletzungen, für deren
Behandlung sowohl die konservative als auch die invasiv operative
Therapie an ihre Grenzen stoßen
und mit erheblichen Risiken und Gefahren für die Verletzung und damit
für den
Patienten verbunden sind. Dies gilt vor allem bei offenen Frakturen,
besonders in Verbindung mit schweren Weichteilschäden, bei
infizierten, infektgefährdeten
Frakturen und Pseudoarthrosen, bei Mehrfachverletzungen (Polytraumen), bei
Korrekturosteotomien im metaphysären
Bereich, bei Knochenverlängerungen
(Kallusdistraktionen), denen eine natürlich oder künstlich
herbeigeführte Frakturstelle
vorausgeht, und bei Arthrodesen. In solchen Fällen hat in der Unfallchirurgie
und in der Orthopädie
eine Behandlung mit einer äußeren Knochenfixation
als semünvasive
Knochen stabilisierung durch den sogenannten „Fixateur externe", mit dem die Knochenhauptfragmente
in einer anatomisch korrekten Position gehalten und darüber hinaus
dosierbare Zug- und Druckkräfte
auf Frakturen ausgeübt werden
können,
einen festen Platz im Behandlungsspektrum. In der semiinvasiven
Frakturbehandlung werden derzeit verschiedene Fixateurexterne-Systeme
verwendet, beispielsweise nach Charnley, nach Raoul Hoffmann, das
baukastenartige AO-System (Arbeitgemeinschaft für Osteosynthese, Davos) und unilaterale
Spannsysteme für
Schaftfrakturen, beispielsweise das italienische Orthofix-System.
Weiterhin ist das System nach Ilizarow weit verbreitet, bei dem
zwei oder mehrere ringförmige
Bügel über gekreuzte
Drähte
miteinander verspannt werden und das eine physiologisch günstige axiale
elastische Belastung der Fraktur aufbaut. Außerdem werden nicht nachspannbare
one-way-Systeme mit Spannelementen, die durch Kunststoffharz in
einer beliebigen Anordnung fixiert werden können, und nagel- oder schraubenfreie
Klammer-Systeme, die den Knochen kaum beschädigen, eingesetzt.
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Die
Bruchheilung läuft
jedoch mit dem Fixateur externe häufig langsamer ab als bei den
anderen Verfahren, da die über
den Fixateur externe angelegten Kräfte mit der Zeit abnehmen.
Wie Untersuchungen zur Biomechanik des Fixateurs externe und Spannungsmessungen
im Frakturspalt nachweisen, lassen die Kräfte initial um 10 % nach. Auch
nach Plattenosteosynthesen tritt zwar in den ersten Stunden ein
entsprechender Druckabfall auf, der als rein mechanischer Effekt
als Folge von Änderungen
der Knochenelastizität
gedeutet wird. Mit dem Fixateur externe können aber aufgrund der plastischen
Verformung von Befestigungselementen nur Kräfte bis 1000 N auf die Fraktur
zur Wirkung gebracht werden, während
mit der dynamischen Kompressionsplatte Kräfte bis 3000 N erzeugt werden
können.
Zusätzlich zu
dem initialen Druckabfall lässt
die angelegte Kraft aufgrund von Reaktionen des vitalen Knochens
auf Bewegungsreize im Bohrkanal noch durch die Lockerung der Nägel in den
Bohrkanälen
nach. Dadurch werden lokale Infektionen begünstigt, welche eine weitere
Lockerung der Nägel
und einen weiteren Kraftabfall bewirken. Der Kraftabfall macht ein
Nachspannen des Fixateurs externe notwendig. Die Dosierung der Kraft
beim Spannen und Nachspannen erfolgt jedoch in der Regel manuell
ohne Kontrolle, wodurch zu hohe oder zu geringe Kräfte erzeugt
werden, die gleichermaßen
schädlich
sein können. Wenn
bei beidseitiger Fixation ungleiche Kräfte auf die beiden Rohrsysteme
aufgebracht werden, besteht die Gefahr einer Dislokation oder Refraktur. Diese Überlegungen
führten
zu der Veröffentlichung I
von Domres und Neugebauer „Druckmessungen mit
dem Dynamometer am Fixateur externe zur Vermeidung von Nachfolgeosteosysthesen" (akt. traumatol.
10 (1989) pp 307–310)
in der über
den Einsatz von Dynamometern beim Spannen und Nachspannen des Fixateur
externe berichtet wird. Im Ergebnis der Untersuchungen zeigt sich,
dass bereits Kräfte von
500 N eine ausreichende Stabilität
erzeugen. Für die
normale Frakturheilung werden derzeit Kräfte von 300 bis 1000 N empfohlen.
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In
der Veröffentlichung
II von J. Lazo-Zbikowski et al. „Biocompression External Fixation" (Clin. Orthop. 1986
(206), pp 169–184)
wird über
einen Fixateur externe mit Teleskopstangen zur gleitenden externen
Osteosynthese berichtet. Die erzielbare „Biokompression" unterstützt die
Heilung mit Kallusbildung. Größte Bedeutung
bei der Frakturheilung hat zunächst
die Stabilität
der Frakturfragmente zueinander und der direkte Kontakt miteinander, während die
Mobilität
der Knochenteile für
die Kallusbildung eine entscheidende Bedeutung hat. Bei jeder Frakturheilung
ist die Bildung neuen Knochenmaterials essenziell. Die Biokompression
wurde bereits in vielen bekannten Techniken angewendet, die unter unterschiedlichen
Namen bekannt wurden, wie z.B. funktionelle Aktivität, mechanische
Stimulation, axiale Kompression, Lastübertragung oder Dynamisierung.
Bei allen genannten Methoden wurde eine deutlich verbesserte Heilung
mit Kallusbildung beobachtet. In der Veröffentlichung III berichten
Zacheja et al.: „Aufbau
und Charakterisierung eines modifizierten Fixateurs externe zur
Einleitung und Überwachung
von Mikrobewegungen in Frakturzonen" (Biomed. Technik Band 43, Ergänzungsband
1, 1998, pp 190/191) über
das Vorhaben, einen „Frakturzonenmonitor" zu entwickeln. Für Vorversuche
an einem Knochenbruchmodell wurde ein handelsüblicher Rohrfixateur mit einem
piezoelektrisch angetriebenen Aktuator und mikromechanischen Beschleunigungssensoren
modifiziert. Erkenntnisse über
den Einfluss der Bewegungsparameter auf den Heilungsprozess konnten
mit diesen Modellversuchen jedoch nicht gewonnen werden. Ein frühzeitiger
knöcherner Durchbau
der Frakturzone konnte beobachtet werden, der eine frühere Belastung
des beschädigten Knochens
ermöglicht.
Somit werden heute immer mehr biodynamische Fixationsverfahren verwendet, welche
Mikrobewegungen der Knochenteile zueinander zulassen und die Bruchheilung
durch Kallogenese fördern.
Durch kontrollierte mechanische Stimulationen am Fixateur externe
werden Mikrobewegungen in die Bruchzone eingeleitet. Durch diese
Mikrobewegungen, welche nach bisherigen Erfahrungen spätestens
eine Woche nach Operation einsetzen sollen, kann die Heilungszeit
nach Tibiafrakturen beträchtlich
verkürzt
werden. Der Einfluss der Parameter dieser Mikrobewegungen – Amplitude,
Beschleunigung, Frequenz – auf
den Heilungsprozess ist jedoch bisher nicht untersucht worden. Die
in der Literatur angegebenen Werte scheinen eher willkürlich gewählt zu sein.
Im bisherigen "Normalfall" werden Knochenteilbewegungen
durch die natürlichen
Bewegungen des Patienten verursacht, haben jedoch dann i.a. größere Auslenkungen
(beobachtet wurden bis zu 8 mm), sodass Abriss der Kallussäule, Refraktur,
Verschiebung, Verdrehung etc. auftreten können, was die Heilung jedoch
eher behindert als fördert. Weiterhin
ist die Veröffentlichung
IV von K. Seide et al.: „Erste
klinische Erfahrungen mit einem elektromotorisch einstellbaren Fixateur
externe" (Trauma Berufskrankh.
2002, 4, pp 427–430)
bekannt. Hier wird über
eine sukzessive Reposition von Knochenfragmenten mittels computergesteu erter
Elektromotoren berichtet, die aufgrund der langsamen Kontinuität ohne größere Belastungen
für den
Patienten abläuft.
Eine automatisierte Behandlung in Abhängigkeit vom aktuellen Behandlungszustand
ist jedoch nicht vorgesehen.
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Der
nächstliegende
Stand der Technik, von dem die Neuerung ausgeht, wird in der
DE 690 21 232 T2 offenbart.
Hier wird ein elektronisch steuerbarer Fixateur externe, der bevorzugt
ringförmig
nach Ilizarov ausgebildet ist, beschrieben, bei dem eine programmierbare
Steuerung zur individuellen Therapieanpassung vorgesehen ist. Die
Grundlage hierzu bildet die Erkenntnis, dass eine möglichst
geringe, aber oft herbeigeführte
Distraktion einen verbesserten Heilungserfolg bringt. Dazu sind
Digitalmotoren mit den Fixierungsstangen verbunden, über deren programmierbare
Steuerung eine Verstellung der mit den Führungsstangen verbundenen Befestigungselemente
erreicht wird. Über
eine Software wird der Behandlungsverlauf, das heißt, die
Aufeinanderfolge von Kompression, Distraktion und Torsion durch Wahl
der Verstellwege, vor Behandlungsbeginn festgelegt und über Rückmeldesensormittel
kontrolliert. Eine Anpassung an den aktuellen Behandlungszustand
erfolgt jedoch nicht, da dieser nicht automatisch erfassbar ist.
Aus der
US 5.334.202 ist
ein dynamischer Fixateur externe bekannt, bei dem über zusätzliche
Messmittel die Hauttemperatur und der Sauerstoffgehalt im Frakturbereich
registriert werden, um auf den Heilungszustand rückschließen zu können. Die im Umfeld der Fraktur
gemessenen Daten werden jedoch nur bei Grenzüberschreitungen in der Distraktionsrate
und -frequenz berücksichtigt.
In der
DE 41 18 303
A1 wird ein axial-dynamisierbarer Fixateur externe beschrieben,
bei dem über
Feder- und Dämpfungselemente
eine einstellbare Kraft auf die Fraktur ausgeübt wird, die über eine
Druckmesssonde kontrolliert wird. Eine automatische Anpassung erfolgt
jedoch nicht. Aus der
US 4.576.158 ist ein ähnlicher
Fixateur externe bekannt, bei dem die gemessenen Daten einem Mikroprozessor
zur Erzeugung von Warnsignalen nach einem programmierten Datenvergleich
zugeführt
werden. Eine automatisierte motorische Verstellung der Befestigungselemente
ist bei diesem bekannten Fixateur externe jedoch nicht vorgesehen.
In der
DE 39 12 080
C1 wird ein Überwachungssystem
zum Heilungsverlauf von Frakturen vorgestellt, bei dem sporadisch
der Fixateur externe mit einer über
eine Kraftmesseinrichtung quantifizierbaren Kraft beaufschlagt und
der Abstand der Befestigungselemente zueinander für den weiteren
Behandlungsverlauf ausgewertet wird. Ein automatisierter Betrieb
findet jedoch nicht statt.
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Ausgehend
von dem nächstliegenden
Stand der Technik gemäß der
DE 690 21 232 T2 vor
dem Hintergrund der allgemeinen Erkenntnisse bei der Heilung von
Frakturstellen ist daher die Aufgabe für die vorliegende Neuerung
darin zu sehen, einen gattungsgemäßen Fixateur externe mit Messmitteln
so weiterzubilden, dass besonders kurze Heilungszeiten, die deutlich
unter den Behandlungszeiten der bekannten, handelsüblichen
Fixateure externe liegen, für
Frakturstellen erreicht werden. Dabei sollen eine umfassende Multifunktionalität, die eine
multiple Kraftausübung
ermöglicht,
sowie eine Überwachung des
heilungswesentlichen Parameters und dessen automatische Berücksichtigung
umgesetzt werden. Über
eine Programmierbarkeit sollen heilungsfördernde Vorgänge berücksichtigt
werden können. Schließlich soll
der Fixateur externe nach der Neuerung preisgünstig, einfach handhabbar und
kompatibel zu den handelsüblichen
Befestigungssystemen sein.
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Als
Lösung
für diese
Aufgabe ist bei einem Fixateur externe der eingangs genannten Art
neuerungsgemäß vorgesehen,
dass die Messmittel zumindest einen ausschließlich axial belasteten Kraftsensor
zur kontinuierlichen Kraftermittlung an der Frakturstelle umfassen
und dass die Befestigungselemente in Abhängigkeit von der kontinuierlich
gemessenen Kraft über
die Antriebseinheit in einer Regelschleife automatisch in einen,
eine für
die Knochenheilung optimale Kraft in einem Kraftbereich zwischen
0 N und 200 N an der Fraktur stelle erzeugenden Abstand zueinander
gebracht werden, wobei die aktuell einzustellende Kraft oder der
Kraftverlauf im Kraftbereich in der Programmsteuerung festgelegt ist.
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Der
neuerungsgemäße Fixateur
externe weist einen geschlossenen automatisierten Regelkreis auf,
in dem über
die kontinuierlich gemessene Regelgröße „Kraft auf die Frakturstelle" als heilungswesentlichem
Parameter ein besonders schneller Heilungs- bzw. Therapieerfolg
durch eine optimale Anpassung der im Fixateur externe und damit
an die im Bereich der Frakturstelle herrschenden Kräfte an den
tatsächlichen
Heilungsverlauf erzielt wird. Diese Anpassung basiert auf den umfassenden,
langfristig gewonnenen Erkenntnissen im Zusammenspiel zwischen der
Belastung einer Knochenfraktur und deren Heilung. Gleiches gilt
natürlich
auch für
längerfristig angelegte
Knochenverlängerungen
oder bei krankheitsbedingten Knochenverkürzungen. Durch eine Berücksichtigung
dieser Erkenntnisse in der Programmsteuerung bei der Neuerung werden
die Behandlungsmaßnahmen
des Arztes unterstützt.
Weiterhin werden die aktuellen Behandlungsfortschritte durch eine
kontinuierliche Kraftmessung überprüft und erforderlichenfalls
durch eine Veränderung
der Kraftdosierung automatisch ausgeregelt. Somit wird der Heilungsprozess
unabhängig
von subjektiven Eindrücken
des Arztes und des Patienten sowie von nicht quantifizierten Eingriffen,
die dem persönlichen Gefühl der Beteiligten
unterliegen. Aufgrund dieser heilungsnahen Kraftbeaufschlagung ist
auch die bislang praktizierte Überdimensionierung
nicht mehr erforderlich. Moderate Zug- oder Druckkräfte in einem Bereich
bis 200 N sind absolut ausreichend. Im Gegensatz zu den bekannten
Fixateuren externe kann bei dem Fixateur externe nach der Neuerung
auch eine Kraftaufhebung (0 N) erfolgen, um die Knochenfraktur zu
bestimmten Behandlungszeiten überhaupt nicht
zu belasten.
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Weiterhin
ist es gemäß einer
Ausgestaltung der Neuerung vorteilhaft, wenn in der Programmsteuerung
in Abhängigkeit
von der aktuellen Beanspruchung der Frakturstelle ein Grundwert
für die
einzustellende Kraft vorgegeben ist. Durch die aktuelle Beanspruchung
kann der aktuelle Zustand des Patienten ermittelt werden. Befindet
er sich in Ruhe, beispielsweise nachts, kann der Grundwert sehr
gering eingestellt werden, sodass ein starkes Kalluswachstum möglich ist.
Am Tage ist ein höherer
Grundwert einzustellen, um eine ausreichende Stabilisierung sicherzustellen.
Dabei wird ein höherer
Druck zwischen den Frakturstellen erzeugt, der wiederum der Vernetzung
des neugebildeten Kallusgewebes dient. Durch das Alternieren zwischen
Neuwachstum und Vernetzung kann somit eine verbesserte Heilung der Knochenfraktur
erzielt werden. Dies gilt analog für die Kallusdistraktion. Der
Heilungsprozess kann optimiert werden, wenn gemäß einer nächsten Neuerungsausgestaltung
in der Programmsteuerung Mikrooszillationen um den eingestellten
Grundwert herum vorgegeben sind. Dadurch werden stimulierende Mikrobewegungen
im Frakturbereich hervorgerufen, die – wie bereits weiter oben erläutert – im Stand
der Technik als besonders heilungsfördernd und effizient bei der
Knochenverlängerung
erkannt worden sind. Weitere Verbesserungen im automatisierten Behandlungsverlauf
bei dem neuerungsgemäßen Fixateur externe
können
erreicht werden, wenn neben dem heilungswesentlichen Parameter der
Kraftausübung im
Frakturbereich noch weitere Heilungsparameter im Regelprozess Berücksichtigung
finden. Dazu können
nach einer nächsten
neuerungsgemäßen Ausgestaltung
weitere Messsensoren, insbesondere zur Bestimmung der Umgebungstemperatur
im Bereich der Frakturstelle, vorgesehen sein. Weiterhin können zusätzliche
Mittel zur Erzeugung von elektromagnetischen Wärmewellen im Bereich der Frakturstelle
vorgesehen sein. Derartige zusätzliche
Maßnahmen lassen
sich über
ihre Parametrierung leicht erfassen und in den automatisierten Regelkreis
integrieren, wodurch der Heilungs- und Behandlungsprozess optimiert
und damit so kurz wie möglich
gehalten wird.
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Neben
den programmgesteuerten Aspekten umfasst der Fixateur externe nach
der Neuerung auch konstruktionstechnische Aspekte, die die Kostengünstigkeit,
einfache Handhabung und maximale Kompatibilität zu marktüblichen Befestigungselementen
berücksichtigen.
Deshalb ist in einer weiteren Ausgestaltung des Fixateurs externe
nach der Neuerung vorgesehen, dass alle zugehörigen Mittel bis auf die knochenseitigen
Befestigungselemente in einem gemeinsamen Bauteil, das entweder
zwischen den Befestigungselementen oder peripher angeordnet ist,
zusammengefasst sind. Dieses Bauteil kann mit dem Begriff „Spannkörper" bezeichnet werden. Durch
das Vorsehen eines einzigen zentralen Elements ergibt sich eine
laterale Anordnung, die die aufzubringenden Kräfte einseitig auf den Knochen ausübt. Eine
kompakte, verwindungssteife Anordnung, die auch insbesondere bei
einseitig lateralen Fixateuren externe auftretende Biegemomente,
die proportional zu den äußeren und
zu den erzeugten Belastungen sind, ohne zu starke, die Longitudinalbewegung
der Befestigungselemente behindernde Reibung in der Fixierungsstange
problemlos aufnimmt, erleichtert die Handhabung und verringert das Verletzungs-
und Versagensrisiko. Des Weiteren kann das gemeinsame Bauteil vorteilhaft
mit den marktüblichen
Befestigungselementen kompatibel sein, wodurch sich eine besondere
Kostengünstigkeit ergibt.
Dabei sollen im Sinne von Befestigungselementen vorhandene Instrumente,
wie beispielsweise Nägel,
Schrauben, Gelenke und Verbindungselemente erfasst sein. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
des elektronisch steuerbaren Fixateurs externe nach der Neuerung
kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Kraftsensor und die Antriebseinheit
vom äußeren Kraftfluss
entlang des Knochens entkoppelt sind. Im Laufe der Entwicklung seit
ca. 1960 hat sich das Prinzip der einseitigen äußeren Fixierung von Knochenbrüchen durchgesetzt,
vor allem, um den Patienten zu schonen, indem nur halb so viele
Haut- und Muskelpenetrationen erforderlich sind wie bei der beidseitigen äußeren Fixierung.
Die einseitige Fixierung hat jedoch den großen Nachteil, dass starke Biegemomente
an den Nägeln
oder Schrauben und den Klemm- und Spannelementen des Fixateurs externe
auftreten. Daher werden bei den üblichen
Systemen so massive Spannelemente eingesetzt, dass eine Verbiegung
der zentralen Bauteile nicht möglich
ist und eher die Befestigungselemente, insbesondere die Nägel oder
Schrauben verbiegen. Bei allen Vorschlägen und Prototypen mit beweglichen
Klemmbacken als Befestigungselemente, die eine kontinuierliche oder
punktuelle Dynamisierung der Bruchstelle erlauben sollen, gibt es
große Probleme
durch starke Reibung in den Gleitelementen infolge von Biegemomenten
an den Klemmbacken. Bei dem Fixateur externe nach der Neuerung, welcher
eine kontinuierliche Verstellung der Breite des Frakturspaltes bzw.
dessen mechanischer Belastung bis zu 200 N ermöglicht, kann hingegen die Konstruktion
in einfacher Weise so gewählt
werden, dass der äußere Kraftfluss
an der Fraktur nicht das Stellelement und den Kraftsensor berührt. Weitere konstruktive
Details sind dem nachfolgenden speziellen Beschreibungsteil zu entnehmen.
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Der
spezielle Aufbau und die spezielle Funktion des elektronisch steuerbaren
Fixateurs externe nach der Neuerung kann gut durch die Kurzbezeichnung „ELFIX" charakterisiert
werden. Um das vorhandene medizinische Hintergrundwissen zu implementieren,
kann noch ein Bezug zu dem als Erfinder beteiligten, in der Fachwelt
bekannten Mediziner hergestellt werden, sodass sich die Bezeichnung „Fixateur
Externe nach Professor Durbin" (ELFIX)
ergibt.
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Ausbildungsformen
der Neuerung werden zur deren weiterem Verständnis nachfolgend anhand der
schematischen Figuren näher
erläutert.
Dabei zeigt
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1 einen elektronisch steuerbaren
Fixateur externe mit einem peripheren gemeinsamen Bauteil im Querschnitt
und
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2 ein Blockschaltbild der
elektronischen Steuerung.
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In
der 1 ist ein elektronisch
steuerbarer Fixateur externe 1 zur Behandlung einer Frakturstelle 2 dargestellt.
Auf einer parallel zum gebrochenen Knochen 3 angeordneten
Fixierungsstange 4, die im Ausführungsbeispiel als Nutwelle
ausgeführt
ist, sind zwei als Klemmbacken ausgebildete Befestigungselemente 5,
die jeweils eine Schlitzkupplung 6 umfassen, verschieb-
und feststellbar angeordnet. Dabei wird das eine Befestigungselement 5 über eine
als Linearlager ausgebildete Lagerbuchse 7 geführt, die eine
Verdrehung der Befestigungselemente 5 zueinander verhindert.
In den Schlitzkupplungen 6 werden Nägel oder Schrauben 8,
die beidseitig der Frakturstelle 2 kraftschlüssig in
den Knochen 3 eingebracht sind, aufgenommen und längenverstellbar
geführt.
In einem gemeinsamen Bauteil 9, das peripher von der Frakturstelle 2 angeordnet
ist, sind weitere funktionelle Mittel angeordnet. Hierbei handelt
es sich um eine auf die Fixierungsstange 4 aufgeschobene
Feder 10, über
die Zug- und Druckkräfte
an der Frakturstelle 2 erzeugt werden. Die Einstellung
des Kraftbetrages erfolgt über
eine Spannmutter 11, die in einem Feingewinde auf der als
Nutwelle ausgebildeten Fixierungsstange 4 läuft. Gedreht
wird die Spannmutter 11 über eine Kupplung 12 von
einer Antriebseinheit 13 in Form eines Antriebsmotors.
Die Programmansteuerung der Antriebseinheit 13 erfolgt über eine integrierte
Schaltung mit digitalen Eingängen.
Diese wird direkt vom einem Mikroprozessorsystem MCU (vergleiche 2) gesteuert, das in das
gemeinsame Bauelement 9 integriert oder über Zuleitungen angeschlossen
sein kann. Durch die beschriebene Konstruktion sind die Antriebseinheit 13 und
ein Kraftsensor 14, der kontinuierlich und präzise die Kraft
an der Frakturstelle 2 misst, von dem gesamten Kraftfluss
entlang des Knochens 3 entkoppelt. Das Prinzip der Kraftmessung
des Kraftsensors 14 besteht in der Anwendung einer präzisen Messung
der Kontraktion oder Ausdehnung der Feder mit bekannter Konstante und
deren Erfassung als elektrische Größe. Die an der Frakturstelle 2 gemessene
Kraft unterscheidet sich von der an der Feder 10 gemessenen
Kraft um die Reibungskraft, welche zur Überwindung der Reibung in der
Lagerbuchse 7 benötigt wird.
Diese lässt
sich berechnen und wird durch Kalibrierungsmessungen quantifiziert.
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Zusätzlich kann
ein Weggeber in dem Fixateur externe nach der Neuerung vorgesehen
sein. Eine Wegmessung, d.h. eine Messung des Abstandes der Befestigungselemente
als Maß für die Breite des
Frakturspaltes, ist bei einer Anwendung zur Extremitätenverlängerung
erforderlich. Weiterhin kann zur Vermeidung von Fehlfunktionen,
beispielsweise zu hohen ausgeübten
Kräften,
ein mehrfaches Sicherheitskonzept umgesetzt werden, das in der Prozesssteuerung
insbesondere eine Überwachung
des Motorstroms und der Batteriespannung und eine Verarbeitung von Überschreitungen
vorgegebener Maximalwerte (beispielsweise Nullstellung bei Überschreiten
eines maximalen Stellweges) und konstruktiv insbesondere einen manuellen Not-Stopp-Taster,
eine Sollbruchstelle und eine Rutschkupplung aufweist.
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In
der 2 ist als Ausführungsbeispiel
ein mögliches
Blockschaltbild zur Umsetzung der Prozesssteuerung des Fixateurs
externe nach der Neuerung dargestellt. Die Steuerung, Messwerterfassung
und Überwachung
aller Abläufe übernimmt
ein Mikroprozessorsystem MCU. Ein vom behandelnden Mediziner erstellter
Belastungs-Zeitplan wird in einem Datenspeicher abgelegt. Die Kommunikation
erfolgt über
eine PC-Schnittstelle und BUS-Verbindungen. Zusätzlich ist über einen Timer ein zeitabhängig gesteuerter
Funktionsablauf vorgesehen. An einem analogen Eingang des Mikroprozessorsystems
MCU ist ein Differenzverstärker
OP angeschlossen, der die vom Kraftsensor kommenden Messsignale
verstärkt. An
digitalen Ein- und Ausgängen
I/O sind weitere Messsensoren, beispielsweise zur Längenmessung und
zur Endlagenkontrolle, Bedienelemente, der Motor und eine Anzeige
angeschlossen.
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- 1
- Fixateur
externe
- 2
- Frakturstelle
- 3
- Knochen
- 4
- Fixierungsstange
- 5
- Befestigungselement
- 6
- Schlitzkupplung
- 7
- Lagerbuchse
- 8
- Nagel
oder Schraube
- 9
- gemeinsames
Bauteil
- 10
- Feder
- 11
- Spannmutter
- 12
- Kupplung
- 13
- Antriebseinheit
- 14
- Kraftsensor