DE2418956C2 - Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen, insbesondere von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk, und Fixationsvorrichtung zum Einbetten der Gelenkpfanne in den Pfannenadapter des Gelenksimulators - Google Patents
Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen, insbesondere von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk, und Fixationsvorrichtung zum Einbetten der Gelenkpfanne in den Pfannenadapter des GelenksimulatorsInfo
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Description
Zunehmende Bedeutung in der orthopädischen Chirurgie gewinnt der Ersatz des durch Krankheit
oder Trauma geschädigten Hüftgelenkes durch Totalendoprothesen. Wichtigste Voraussetzung für ein auf
lange Sicht zufriedenstellendes Behandlungsergebnis ist die dauerhafte und störungsfreie Funktion der
Endoprothesenteile. Auf Grund, der hohen Beanspruchung
der aus Kugel und Pfanne bestehenden künstlichen Gelenkteile müssen die gegeneinander
gleitenden Prothesenoberflächen einen sehr hohen Verschleißwiderstand, einen niedrigen Reibungskoeffizienten
und eine ausreichende Druckbelastbar-
keit aufweisen. Eine wirkungsvolle Stoßdämpfung ist ebenfalls von Bedeutung.
Über diese für eine erfolgreiche Implantationsdauer wichtigen mechanischen Einflußgrößen kann
man durch Tests der Prothesen in einem Gelenksimulator Aufschluß und Kenntnis erhalten. Dabei
soll unter simulierten physiologischem Bedingungen eine Dauerprüfung des Materials und der Konstruktion
verschiedenartiger Gelenkprothesen vollzogen werden.
Simulierte physiologische Bedingungen bedeuten in erster Linie gleiche Bewegungs- und Kraftverhältnisse
im Simulator wie im Hüftgelenk. Unter Bezugnahme auf F i g. 1 können die Bewegungen im Hüftgelenk
in einzelne Komponenten zerlegt werden:
Drehung in der Frontalebene um die *-Achse: Abduktion/Adduktion;
Drehung in der Transversalebene um die >'-Achse: Innen-'Außenrotation;
Drehung in der Sagittalebene um die z-Achse: Flexion/Extension.
Das Bewegungsausmaß beim normalen Gang beträgt bei
Abduktion/Adduktion etwa 12°,
Innen-/Außenrotation etwa 14°,
Flexion/Extension etwa 45°.
Innen-/Außenrotation etwa 14°,
Flexion/Extension etwa 45°.
Die resultierende Kraft im Gelenk, die sich aus dem statischen und dynamischen Körpergewicht und
aus der Muskelkraft ergibt, hat in der Standphase des Gehvorganges den aus F i g. 2 ersichtlichen charakteristischen
»double peak«-Verlauf. Die Kurve zeigt, daß die Drjckbeanspruchung bei Übertragung der
Körperlast auf das Standbein auf einen Höchstwert ansteigt, durch die Wirkung dynamischer Kräfte vorübergehend
absinkt und beim Lösen des Standbeinfußes vom Boden wieder auf die ursprüngliche Höhe
zurückfällt. Bei einem Körpergewicht von etwa 60 kp tritt im Hüftgelenk des Standbeines eine maximale
Kraft von etwa 260 kp auf.
Simulierte physiologische Bedingungen bedeuten aber auch Vorsehen eines temperierten »Schmierstoffes«
und Einhaltung der in vivo auftretenden Temperaturen. Schließlich ist 'für das subjektive
Empfinden beim Tragen der Prothese deren Dämpfungsfaktor und die Höhe des zwischen den Gleitflächen
auftretenden Reibmomentes wesentlich, worüber der Simulator Auskunft geben sollte.
Bekannte Hüftgelenksimulatoren (John T. Scales et al in R. M, Kenedi Biomechanics and Related
Bio-Engineering Topics Pergamon Press, 1965, S. 237. und siehe Literaturverzeichnis zu M. Ungethüm
»Ein neuer Simulator zur Testung von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk« im Archiv für orthopädische
und Unfallchirurgie 77, S. 304 bis 314, J. F. Bergmann, München, 1973) weisen alle eine
oder mehrere der nachfolgend genannten Unzulänglichkeiten in bezug auf die Nachahmung der tatsäc-H- 6ί'
liehen physiologischen Verhältnisse auf:
zweiaxiale anstatt dreiaxiale Bewegung;
keine Variierbarkeit von Schwenkwinkci, Belastung und Zyklusdauer; keine Selbstzentrierung;
keine Variierbarkeit von Schwenkwinkci, Belastung und Zyklusdauer; keine Selbstzentrierung;
Prüfmöglichkeit nur von präparierten an Stelle von handelsüblichen Prothesen.
Weiterhin verwenden einige der bekannten Hüftgelenksimulatoren
keinen temperierten »Schmierstoff« und fehlt es häufig an ausreichenden Kontrollmöglichkeiten
der mechanischen Größen im Simulator.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen,
insbesondere von Hüftgelenk-Totalendoprothesen, unter möglichst genau adaptierten physiologischen
Bedingungen zu schaffen. Dieser Simulator soll zur Testung des Langzeitverhaltens handelsüblicher Prothesen
und zur Weiterentwicklung von Totalendoprothesen hinsichtlich Materialkombination und Konstruktion
dienen. Außerdem soll eine Fixationsvorrichtung zum Einbetten der Gelenkpfanne in den
Pfannenadapter des Gelenksimulators angegeben werden.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen,
insbesondere von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk, mit einem in einem Rahmengestell schwenkoszillierend
angetriebenen Adapter zur Aufnahme der Gelenkpfanne im Schnittpunkt der Schwenkachsen
und mit einer entsprechend einem »double peak«- Verlauf druckbeaufschlagten Halterung für den Gelenkkopf
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß der Pfannenadapter, in welchem die Gelenkpfanne
mit einer Fixationsvorrichtung genau positioniert ist, in einem dreiaxialen Kardangelenk aufgehängt
ist, das drei in einer Transversal-, Frontal- und Sagittalebene mit einzeln variierbaren Schwenkwinkeln
schwenkbare Gelenkteile aufweist, daß die druckbeaufschlagbare Halterung eine eine ganze Gelenkkopfprothese
aufnehmende Schafthalterung darstellt, die über ein Kreuzgelenk mit Druck beaufschlagt
wird, und daß Meßelemente zur Kontrolle der mechanischen Eigenschaften, wie Gleitflächentemperatur,
Reibverhalten und Dämpfungsverhalten, vorgesehen sind.
Der erfindungsgemäße Gelenksimulator zeichnet sich dadurch aus, daß mit ihm die Testung handelsüblicher
Prothesen unter genau adaptierten physiologischen Bedingungen möglich ist. Es ist nicht nur
eine dreiaxiale Bewegung der Gelenkpfanne gegeben, sondern auch eine Selbstzentrierung des Gelenkes
auf Grund der Anordnung eines Kreuzgelenkes an der Schafthalterung. Außerdem sind sämtliche
Schwenkwinkel zur Simulierung unterschiedlicher Gangarten einzeln variierbar.
Tndem gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Schwenkantriebe des Kardangelenkes
hydraulische Drehkolbenzylinder verwende! werden und die Druckbeaufschlagung der Schafthalterung
durch einen hydraulischen Druckzylindei erfolgt, "kann die S.lnvenkgeschwindigkeit bzw
Zyklusdauer einfach durch Anordnen von Stromregelventilen in die Zufuhrleitungen der Drehkolben
zylinder und die Höhe und der Verlauf der Druck belastung mittels entsprechend geschalteter Ventil·
gesteuert werden.
Zweckmäßig ist eine den Prothesenkopf und dii
Pfanne abgedichtet umschließende Gummimanschett> zum Zirkulieren von ständig auf Körpertemperatu
gehaltener Pseudosynovialfiüssigkeit vorgesehen, wo bei zur Ausfilterung der Abriebeprodukte ein Filter
glied in den Kreislauf eingeschaltet ist.
Durch die entsprechende Anordnung von MeG elementen, z. B. eines Thermoelements nahe de
Gleitfläche der Gelenkpfanne oder eines Kraft-Drehmomentaufnehmers
und eines induktiven Wegaufnehmers an der Schafthalterung, bietet der erfindungsgemäße
Gelenksimulator ausreichende Kontrollmöglichkeiten der mechanischen Größen.
Damit die Gelenkpfanne mit ihrem Mittelpunkt bis auf Vioo mm exakt im Schnittpunkt der Rotationsbzw. Schwenkachsen des Kargangelenkes zu liegen
kommt, schlägt die Erfindung weiterhin eine Fixationsvorrichtung zur exakten Positionierung ■ der
Gelenkpfanne in dem Pfannenadapter vor, welche durch den Gegenstand des Anspruchs 12 beschrieben
wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 3 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Gelenksimulators in einer Frontalebene,
F i g. 4 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht des Gelenksimulators von F i g. 3 in einer Sagittalebene,
F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht in Richtung des Pfeils V in Fig. 3,
F i g. 6 das hydraulische Schaltschema und
F i g. 7 im Schnitt eine Fixationsvorrichtung zur Einbettung einer Pfanne in den Pfannenadapter.
Grundbestandteil des Gelenksimulators stellt ein äußerst massives Rahmengestell 1 dar, an dessen
Deckplatte 2 ein dreiaxiales Kardangelenk 3 aufgehängt ist. Dieses Kardangelenk soll die Bewegungen
des Hüftgelenkes in der Transversal-, Frontal-(Fig. 3) und Sagittalcbene (Fig. 4) nachahmen.
Hierzu weist das Kardangelenk drei Gelenkteile auf, wobei das erstere, in der Transversalebene schwenkende
Gelenkteil 4 in der Form eines Bügels mit vertikaler Achse im Rahmengestell 1 hängt, das
zweite, in der Frontalebene schwenkende Gelenkteil S in der Form eines Rechteckrahmens mit horizontaler
Achsex zwischen den Bügelenden 6, 7 gelagert ist und letzteres, in der Sagittalebene schwenkende
Gelenkteil 8 mit horizontaler Achse ζ innerhalb des Rechteckrahmens dreht und im Schnittpunkt der
drei Schwenkachsen einen Pfannenadapter 9 trägt. Die Lagerung der einzelnen Gelenkteile erfolgt
zweckmäßig über hochpräzise Schrägkugellager.
Der Pfannenadapter 9 dient zur Aufnahme der Gelenkpfanne 10 der zu testenden Totalendoprothese
11, und zwar derart, daß der Pfannenmittelpunkt exakt in den Schnittpunkt der drei Schwenkachsen
fällt. Die Pfanne wird mit Methylmethacrylat in gleicher Position wie im menschlichen Körper in
diesen Adapter einzementiert, wobei zur genauen Positionierung eine später zu beschreibende Fixationsvorrichtung
vorgesehen ist.
In die in den Adapter 9 einzementierte Pfanne 10 greift die Gelenkkopf- oder Femurkopf-Prothese 12
mit dem Schaft 13 nach unten ein. Der Schaft 13 ist in einer in etwa vertikalen röhrenförmigen Halterung
14 ebenfalls mittels Methylmethacrylat fixiert. Die Schafthalterung 14 sitzt mit ihrem unteren Ende auf
einem Kreuzgelenk 15, das seinerseits über vertikale Führungsbolzen 16 mit einem auf einer Zwischenplatte
17 im unteren Teil des Rahmengestells 1 in einer Horizontalebene diagonal verstellbaren Querschlitten
18 verbunden ist. Ein vertikaler zylindrischer Druckbolzen 19 in der Mitte des Querschlittens 18
überträgt die von einem darunterliegenden senkrecht angeordneten Druckzylinder 20 erzeugte Kraft aul
das mit dem Kreuzgelenk verbundene Ende dei Schafthalterung.
Das Kreuzgelenk gewährleistet bei eventuell auftretenden Ungenauigkeiten, z. B. durch elastische
Verformung der gesamten Apparatur bei Druckbelastung oder durch Verschleiß, eine ständige
Selbstzentrierung des Prothesenkopfes in der Pfanne In Verbindung mit dem Querschlitten ist die Möglichkeit
gegeben, auch bei zur vertikalen Achse geneigtem Prothesenschaft die Kraft auf das Kugel-Pfanne-Gelenk
zu übertragen.
Die Schwenkbewegungen der Pfanne in den dre Ebenen werden von hydraulischen Drehkolbenzylindern
erzeugt. Je solch ein Zylinder 21, 22, 23 isi fluchtend zi>
der jeweiligen Schwenkachse y, χ bzw. <
des Kardangelenkes 3 angeordnet. Da bei dreiaxialei Bewegung des Kardangelenkes stets zwei Drehkolbenzylinder
mitschwenken, sind für die ölzufuhr flexible Schlauchleitungen erforderlich. Alle drei Drehkolbenzylinder
und der hydraulische Druckzylinder 20 werden von berührungslosen Endschaltern in Verbindung
mit einer hydraulischen Krafteinheit gesteuert.
Jeweils zwei Endschalter sind einer Schwenkbewegung des Kardangelenkes in einer Ebene zugeordnet
Die Endschalter 24, 25 für die Schwenkbewegung ir der Transversalebene sind beispielsweise gegen die
Unterseite der Deckplatte 2 befestigt. Sie wirken mi Fahnen 26 bzw. 27 zusammen, die mit dem erster
Gelenkteil 4 mitschwenken. Zur Variierbarkeit de: Schwenkwinkels sind die Fahnen 26, 27 einstellbar
In gleicher Weise sind den Schwenkbewegungen ir den übrigen Ebenen Endschalter und einstellbare
Fahnen zugeordnet, die an den jeweiligen Gelenkteilen befestigt sind. Das in der Sagittalebene schwenkende
dritte Gelenkteil 8 trägt eine dritte Fahne 2t vorbestimmter Breite, die mit einem dritten, die
Druckbeaufschlagung des Druckzylinders 20 steuern den, auf dem zweiten Gelenkteil 5 befestigten Endschalter
29 zusammenwirkt.
Das Hydraulikschema des erfindungsgemäßen Gelenksimulators ist aus Fig. 6 ersichtlich. Je zwe
Drehkolbenzylinder 21, 22 und der Drehkolben zylinder 23 und der Druckzylinder 20 werden übei
ein Zahnraddoppelpumpenaggregat 30 bzw. 31 au; einem ölbehälter 32 gespeist. In die Zufuhrleitunger
der Drehkolbenzylinder 21 bis 23 sind eingeschaltet ein Druckbegrenzungsventil 33 mit Manometer 34
ein Rückschlagventil 35, ein Stromregeiventil 36 unc
ein elektromagnetisches 4/3 Wegeventil 37. In di< Zufuhrleitung des Druckzylinders 20 sind eingeschal
tet: ein Druckbegrenzungsventil 33 mit Manomete: 34, ein Rückschlagventil 35, in Parallelschaltung j<
ein Druckminderventil 38 mit Manometer 39 und eii elektromagnetisches 4/3 Wegeventil 40, und schließ
lieh wiederum in Parallelschaltung einerseits eii
Rückschlagventil 41 und andererseits ein Druck begrenzungsvenrJl 42 mit Manometer 43 und Rück
schlagventil 44.
Zur Inbetriebnahme des Gelenksimulators sind di<
mit den Endschaltern zusammenwirkenden Fahnen die Druckbegrenzungs-, Druckminder- und Strom
regelventile einzustellen. Mit den Fahnen wird di( Größe der einzelnen Schwenkwinkel, mit den Strom
regelventilen die Schwenkgeschwindigkeit bzw Zyklusdauer und mit den Druckminderventilen 3i
einerseits die maximale und andererseits die mini male Druckbeaufschlagung des Druckzylinders gemäl
iem »double peake-Druckverlauf festgelegt. Das
Druckbegrenzungsventil 42 bestimmt die Höhe der Vorspannkraft des Druckzylinders 20.
Hervorzuheben ist, daß einzeln die Größe sämtlicher Schwenkwinkel, die Schwenkgeschwindigkeiten
und die Druckbeaufschlagung bezüglich Maximal-, Minimal- und Vorspannkraft eingestellt werden
können.
Zur Erzielung einer Synchronisation der Schwenkbewegungen untereinander und der Druckbeaufschlagung
wird eine Schwenkebene, hier die Sagittalebene, als Leitebene bestimmt, während die Transversal-
und Frontalebene Folgeebenen bilden. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Gelenksimulators
ist dann wie folgt:
Mit Beginn der Standphase des simulierten Gehvorganges werden die Schwenkantriebe 21 bis 23
durch entsprechende Schaltung der 4/3 Wegeventile 37 in bestimmter Richtung in Gang gesetzt. In der
Zufuhrleitung des Druckzylinders 20 öffnet das 4/3 Wegeventil 40, in dessen Zweig das das Druckmaximum
bestimmende Druckminderventil 38 eingeschaltet ist. Kommt bei der Schwenkbewegung des
in der Sagittalebene (Leitebene) schwenkenden Gelenkteils 8 die mitschwenkende dritte Fahne 28 in
Uberdeckung mit dem zugeordneten Endschalter 29, dann werden die 4/3 Wegeventile in der Zufuhrleitung
des Druckzylinders 20 umgesteuert, so daß während der Dauer der Überdeckung des Endschalters
29 durch die Fahne 28 am Druckzylinder 20 der durch das zweite Druckminderventil 38 bestimmte
Minimaldruck anliegt. Bei Wiederfreigabe des Endschalters 29 durch die Fahne 28 kehren die 4/3 Wegeventile
40 in ihre Ausgangsstellung zurück.
Erreicht eine der zwei ersteren Fahnen der Leitebene
als erste den ihr zugeordneten Endschalter, dann erfolgt eine Umsteuerung sämtlicher 4/3 Wegeventile
37 zur Umkehrung der Schwenkrichtung der Drehkolbenzylinder 21 bis 23. Außerdem wird der
Druckzylinder 20 bis auf die durch das Druckbegrenzungsventil 42 bestimmte Vorspannkraft druckentlastet.
Es folgt nunmehr die Schwungphase des Gehvorgangs, bis bei Erreichen des entsprechenden Endschalters
die Standphase von neuem einsetzt.
Erreicht nicht wie zuvor eine Fahne der Leitebene, sondern eine Fahne der Folgeebene als erste den ihr
zugeordneten Endschalter, so wird lediglich das zugehörige 4/3 Wegeventil 37 in die Sperrstellung gebracht,
um den Schwenkantrieb anzuhalten. Erreicht schließlich auch die Fahne der Leitebene ihren Endschalter,
dann erfolgt eine Umsteuerung der Schwenkrichtung sämtlicher Schwenkantriebe.
Um den physiologischen Verhältnissen möglichst gut zu entsprechen, ist auch die Anwesenheit einer
Gelenkflüssigkeit zweckmäßig. Es wird deshalb in einem Kreislaufsystem Pseudosynovialflüssigkeit oder
Rinderserum durch eine Gummimanschette 45 gepumpt, die Prothesenkopf und Pfanne umschließt.
In dieses Kreislaufsystem sind miteingeschaltet: ein Thermostat, um die Gelenkflüssigkeit ständig auf
Körpertemperatur zu halten, und ein Filterglied zur Ausfilterung der Abriebprodukte.
Zur Registrierung der bei laufendem Versuch auftretenden Meßgrößen weist der Simulator folgende
Meßwertaufnehmer auf:
a) ein nahe der Gleitfläche der Gelenkpfanne angeordnetes Thermoelement 46 zur Untersuchung
der Gleitflächentemperatur;
b) einen zwischen Druckzylinder 20 und Schafthalterung 14 angeordneten Quarz-Kraft-Drehmomentaufnehmer
47 (wie er z. B. von der Firma Kistler, Schweiz, angeboten wird) und
c) einen an der Prothese angreifenden (nicht dargestellten) induktiven Wegaufnehmer. Der Kraft-Drehmomentaufnehmer
47 dient einerseits zur Messung des Reibmoments zwischen Prothesenkopf und Pfanne und andererseits in Verbindung
mit dem induktiven Wegaufnehmer zur Messung des Dämpfungsverhaltens der Prothese.
Nachfolgend wird die bereits erwähnte Fixationsvorrichtung zum exakten Einbetten einer Gelenkpfanne
in dem Pfannen adapter an Hand von Fi g. 7 beschrieben. Die Fixationsvorrichtung besteht aus
einer Halterung 48, in welcher der Pfannenadapter 9 in genau festgelegter Lage abgelegt werden kann. Zur
Höhlung des Pfannenadapters hin gerichtet ist in der Halterung 48 eine Führung 49 vorgesehen. In dieser
Führung 49 ist ein Führungsstab 50 beweglich, der an seinem vorderen Ende eine Kugel 51 zum Aufspannen
der Gelenkpfanne trägt. Begrenzt durch einen Anschlag 52 ist die Kugel 51 mit aufgespannter
Pfanne 10 so tief in die Höhlung des Pfannenadapters hineinbewegbar, daß später der Mittelpunkt der Kugel
bzw. der Gelenkpfanne im Schnittpunkt der Schwenkachsen des Kardangelenkes 3 zu liegen
kommt.
Der beschriebene Gelenksimulator zeichnet sich durch folgende Merkmale bzw. Vorteile aus:
1. Testmöglichkeit für ganze, handelsübliche Totalendoprothesen
2. leichter Ein- und Ausbau der Prothesen
3. dreiaxiales Verschwenken der Pfanne
4. Selbstzentrierung von Kugel und Pfanne
5. separate Einstellbarkeit jeden Schwenkwinkels und jeder Schwenkgeschwindigkeit und damit
der Zyklusdauer
6. Einstellbarkeit der Druckbelastung nach Richtung und Höhe
7. Anwesenheit von Pseudosynovialflüssigkeit
8. Registrierung der bei laufendem Versuch auftretenden Meßgrößen (Gleitflächentemperatur,
Druckbelastung, Reibmoment, Dämpfung) in absoluter Höhe.
Die Druckbeaufschlagung des Druckzylinders sowie die Einspeisung der Drehkolbenzylinder könnte
anstatt über die 4/3 Wegeventile mit Druckminderventilen über einen Funktionsgenerator mit Servoventilen
erfolgen.
Der erfindungsgemäße Simulator ist außer zui Testung von Hüftgelenkprothesen auch zum Tester
von Kniegelenkprothesen oder anderen Gelenkbau teilen geeignet.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
1. Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen, insbesondere von Totalendoprothesen
für das Hüftgelenk, mit einem in einem Rahmengestell schwenkoszillierend angetriebenen Adapter
zur Aufnahme der Gelenkpfanne im Schnittpunkt der Schwenkachsen und mit einer entsprechend
einem »double peak«-Verlauf drackbeaufschlagten
Halterung für den Gelenkkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Pfannenadapter
(9), in welchem die Gelenkpfanne (10) mit einer FbcationsYorrichtung (48 bis 52) genau positioniert
ist, in einem dreiaxialen Kardangelenk (3) aufgehängt ist, das drei in einer Transversal-,
Frontal- bzw. Sagittalebene mit einzeln variierbaren Schwenkwinkeln schwenkbare Gelenkteile
(4, 5, 8) aufweist, daß die druckbeaufschlagbare Halterung eine eine ganze Gelenkkopfprothese a°
(12) aufnehmende Schafthalterung (14) darstellt, die über ein Kreuzgelenk (15) mit Druck beaufschlagt
wird, und daß Meßelemente (46, 47) zur Kontrolle der mechanischen Eigenschaften, wie
Gleitflächentemperatur, Reibverhalten und Dämp- »5 fungsverhalten, vorgesehen sind.
2. Gelenksimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erstere, in der Transversalebene
schwenkbare Gelenkteil (4) mit vertikaler Achse (y) im Rahmengestell (1) hängt und
letzteres, in der Sagittalebene schwenkbare Gelenkteil (8) den Pfannenadapter (9) trägt.
3. Gelenksimulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkantriebe
des Kardangelenks (3) hydraulische Drehkolbenzylinder (21, 22, 23) sind und zur Druckbeaufschlagung
der Schafthalterung (14) ein hydraulischer Druckzylinder (20) angeordnet ist.
4. Gelenksimulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreuzgelenk (15) der
Schafthalterung (14) in einem in einer Ebene diagonal verfahrbaren Schlitten (18) geführt ist,
der den Druckzylinder (20) trägt.
5. Gelenksimulator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variierbarkeit
der Schwenkwinkel des Kardangelenkes (3) mit jedem Gelenkteil (21 bis 23) zwei mitrotierende,
winkeleinstellbare Fahnen (26, 27) verbunden sind, die mit zwei bezüglich diesem Gelenkteil (4)
ortsfesten Endschaltern (24, 25) zum Umsteuern der Schwenkrichtung zusammenwirken.
6. Gelenksimulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Synchronisation der
Schwenkantriebe eine der Schwenkebenen (Sagittalebene) eine Leitebene und die beiden
anderen Schwenkebenen Folgeebenen bilden, derart, daß die Endschalter der Leitebene beim
Ansprechen eine Umsteuerung der Schwenkrichtung aller Gelenkteile bewirken, während die
Endschalter der Folgeebenen beim Ansprechen das Weiterschwenken des zugeordneten Gelenkteiles
sperren.
7. Gelenksimulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem in der Sagittalebene
(Leitebene) schwenkenden Gelenkteil (8) eine dritte Fahne (28) vorbestimmter Breite verbunden
ist, die mit einem dritten, die Druckbeaufschlagung des Druckzylinders (20) steuernden
Endschalter (29) zusammenwirkt, indem während der »Standphase« des simulierten Gehvorganges
bei nicht abgedecktem Endschalter der Druckzylinder (20) mit dem Druckmaximum und
bei abgedecktem Endschalter der Di uckzylinder mit dem Druckminimum des »double peak«-
Druck verlauf es beaufschlagt wird.
8. Gelenksimulator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der
Schwenkgeschwindigkeit der Gelenkteile (4, 5, 8) des Kardangelenkes (3) bzw. zur Steuerung der
Zyklusdauer in die Zufuhrleitungen der Drehkolbenzylinder (21 bis 23) Stromregelventile (36)
eingeschaltet sind.
9. Gelenksimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine den Prothesenkopf
(12) und die Pfanne abgedichtet umschließende Gummimanschette (45) zum Zirkulieren
von ständig auf Körpertemperatur gehaltener Pseudosynovialflüssigkeit, wobei zur Ausfilterung
der Abriebprodukte ein Filterglied in den Kreislauf eingeschaltet ist.
10. Gelenksimulator nach einem der Anspräche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein nahe
der Gleitfläche der Gelenkpfanne (10) angeordnetes Thermoelement (46) zur Untersuchung der
Gleitflächentemperatur.
11. Gelenksimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen
zwischen Druckzylinder (20) und Schafthalterung (14) angeordneten Kraft-Drehmomentaufnehmer
(47) zur Messung des Reibmomentes zwischen Prothesenkopf (12) und Pfanne (10) sowie durch
einen an der Prothese (11) angreifenden induktiven Wegaufnehmer, der in Verbindung mit dem
Kraft-Drehmomentaufnehmer das Dämpfungsverhalten der Prothese mißt.
12. Fixationsvorrichtung zum Einbetten einer Gelenkpfanne in den Pfannenadapter des Gelenksimulators
nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine den Pfannenadapter
(9) in genau festgelegter Lage aufnehmende Halterung (48) und durch eine Kugel (51) zum Aufspannen
der Gelenkpfanne (10), welche Kugel am Ende eines Führungsstabes (50) sitzt und,
begrenzt durch einen Anschlag (52), so tief in die mit Zementmasse ausgekleidete Höhlung des
Pfannenadapters hineinbewegbar ist, daß später der Mittelpunkt der Kugel bzw. der Gelenkpfanne
im Schnittpunkt der Schwenkachsen (x, y, z) des
Kardangelenkes (3) zu liegen kommt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742418956 DE2418956C2 (de) | 1974-04-19 | 1974-04-19 | Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen, insbesondere von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk, und Fixationsvorrichtung zum Einbetten der Gelenkpfanne in den Pfannenadapter des Gelenksimulators |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742418956 DE2418956C2 (de) | 1974-04-19 | 1974-04-19 | Gelenksimulator zum Testen von Gelenkprothesen, insbesondere von Totalendoprothesen für das Hüftgelenk, und Fixationsvorrichtung zum Einbetten der Gelenkpfanne in den Pfannenadapter des Gelenksimulators |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2418956B1 DE2418956B1 (de) | 1975-04-24 |
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