DE2825436A1 - Surface pressure measuring element - is used in patella-femoral joint and includes pressurised line attached to hollow probe - Google Patents

Surface pressure measuring element - is used in patella-femoral joint and includes pressurised line attached to hollow probe

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DE2825436A1 DE19782825436 DE2825436A DE2825436A1 DE 2825436 A1 DE2825436 A1 DE 2825436A1 DE 19782825436 DE19782825436 DE 19782825436 DE 2825436 A DE2825436 A DE 2825436A DE 2825436 A1 DE2825436 A1 DE 2825436A1
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Abstract

The pressure-measuring instrument consists of a hollow screw (14) attached to a pipe (2). A T-piece (3) in the pipe allows a pressure-gauge (4) to be connected. A section (5) having a high flow resistance, is formed from a capillary or choke and connects the pipe to a pressure generator (8) via a tap or valve (7). The hollow screw is inserted through the knee-cap and a needle is used to perforate the patella cartilage. The piping etc. is attached to the screw. The system is filled with fluid. A high pressure is established by a pump (8). The valve is then opened so that the pressure rises in the connecting tube only slowly due to the capillary (5). Subsequently the surface pressure in the patello-femoral joint is compensated by the pressure in the screw and the pressure is registered on the gauge.

Description

Verfahren zum Messen der Flächenlastverteilung einesMethod for measuring the area load distribution of a

Gelenkes und Vorrichtung zur Durchfühnuia des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein wie im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenes Verfahren.Hinge and Apparatus for Carrying Out the Method The Invention relates to a method as specified in the preamble of claim 1.

Das Femoro-patellar-Gelenk ist eines der Gelenke, in denen die höchsten Flächenpressungen (N/mm2) zu finden sind. Dabei übersteigt sie unter der Kniescheibe den des Femoro-tibialen Gelenkes bei 900 Beugung um mehr als das Doppelte (Larry, S. Matthews, David, A., Sonstegard and J. A. Henke: Load Bearing characteristics of the Patello-Femoral joint, Acta orthop. scan. 48, 1977, Seiten 511 bis 516).The femoro-patellar joint is one of the joints in which the highest Surface pressures (N / mm2) can be found. In doing so, it exceeds below the kneecap that of the femoro-tibial joint at 900 flexion by more than double (Larry, S. Matthews, David, A., Else Gard and J. A. Henke: Load Bearing Characteristics of the Patello-Femoral joint, Acta orthop. scan. 48, 1977, pages 511 to 516).

So finden sich schon im Alter von 20 bis 30 Jahren häufig isolierte Arthrosen in diesem Gelenk.Thus, already at the age of 20 to 30 years one can often find isolated ones Osteoarthritis in this joint.

Jedes therapeutische Vorgehen insbesondere auch die Entwicklung eines Kunstgelenkes bedarf des genauen Studiums der Gelenkmechanik und Gelenkbelastung. Völlig unklar ist noch heute die genaue Flächenlastverteilung über der Patella. Die Tatsache, daß bei steigender Anpreßkraft bei gleicher Kniebeugung die Auflagefläche sich infolge der Elastizität des Knorpels vergrößert (Larry, S. Matthews, David, A., Sonstegard and J. A. Henke: Load Bearing characteristics of the Patello-Femoral joint, acta orthop. scan.48 1977, Seiten 511 bis 516), läßt auf eine ungleiche Lastverteilung schließen. Die Inkongruenz der Gelenkflächen läßt eine solche von vornherein vermuten.Every therapeutic approach in particular also the development of one Artificial joints require precise study the joint mechanics and Joint loading. The exact area load distribution is still completely unclear today the patella. The fact that with increasing contact pressure with the same knee flexion the contact surface is enlarged due to the elasticity of the cartilage (Larry, p. Matthews, David, A., Otherwiseegard and J.A. Henke: Load Bearing characteristics of the Patello-Femoral joint, acta orthop. scan. 48 1977, pages 511 to 516) conclude that there is an uneven load distribution. The incongruence of the articular surfaces leaves suspect such a thing from the start.

Ficat, P.: Pathologie femoro-patellaire, Masson u. Co, Editeurs, Paris, 1970 gibt das laterale Hyperkompressionssyndrom mit folgendem relativen Unterdruck der medialen Facette als eine der Ursachen der Chondropathie an und erklärt so das häufige Auftreten des Knorpelschadens an der medialen Facette.Ficat, P .: Pathology femoro-patellaire, Masson and Co, Editeurs, Paris, In 1970 there was the lateral hypercompression syndrome with the following relative negative pressure the medial facet as one of the causes of chondropathy and thus explains it frequent occurrence of cartilage damage on the medial facet.

Umgekehrt wird von Fürmaier, A.: Beitrag zur Ätiologie der Chondropathia patellae Archiv für Orthopädische und Unfall-Chirurgie, Band 46, Seiten 178 bis 196 (1953) die zu starke Kraft, die unter der kleinen medialen Facette zu wesentlich höheren Flächenpressungen führe, als unter der großen lateralen Facette, für die mediale Chondropathia patellae verantwortlich gemacht.Conversely, von Fürmaier, A .: Contribution to the etiology of chondropathia patellae Archive for Orthopedic and Trauma Surgery, Volume 46, Pages 178 bis 196 (1953) the force that is too strong, that of the small medial facet too essential higher surface pressures than under the large lateral facet for the blamed medial chondropathia patellae.

Klarheit kann hier nur die direkte Messung der lokalen Flächenlast über der Patella geben. Dementsprechend ist dann ein therapeutisches Vorgehen oder die Entwicklung einer richtig dimensionierten und verankerten Femoro-patellar-Gelenksprothese und einer totalen Kniegelenksprothese möglich. Eine Ursache der häufigen Brücke von totalen Kniegelenksprothesen, ihres hohen Verschleißes und Lockerung im Knochen ist nämlich die Unkenntnis dieser normalen physiologischen Belastung im Femoro-patellaren-Gelenk.Only the direct measurement of the local area load can provide clarity here over the patella. Accordingly, a therapeutic approach is then or the development of a properly sized and anchored femoro-patellar joint prosthesis and a total knee joint prosthesis possible. One cause of frequent bridge of total knee joint prostheses, their high wear and tear and loosening in the bone is namely that Ignorance of this normal physiological stress in the femoro-patellar joint.

Die direkte Messung der Flächenverteilung eines Gelenkes, insbesondere des Femoro-patellar-Gelenkes war jedoch bisher nicht möglich.The direct measurement of the area distribution of a joint, in particular of the femoro-patellar joint has not been possible so far.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, die örtliche Flächenpressung von Gelenken zu bestimmen.The object of the invention is therefore to create a method that it enables the local surface pressure of joints to be determined.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe in der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgebildet.According to the invention, the method for solving this problem is disclosed in the manner indicated in the characterizing part of claim 1 formed.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß das Verfahren als Kompensationsmessung selbst keine Veränderungen der Flächenlastverteilung im Meßbereich verursacht und daher sehr genaue Ergebnisse liefert. Durch viele gleichmäßig über die Patellarückseite verteilte Meßstellen läßt sich ein Bild über die Flächenlastverteilung auch bei verschiedenen Kniebeugestellungen gewinnen.These measures have the advantage that the method as Compensation measurement itself does not change the surface load distribution in the measuring area and therefore gives very accurate results. By many evenly over The measuring points distributed on the back of the patella can be used to obtain a picture of the surface load distribution also win with different knee positions.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist derart ausgebildet, daß eine Hohlschraube über eine Vorrichtung mit hohem Fließwiderstand an einen Druckerzeuger anschließbar ist und daß an ein zwischen der Hohlschraube und der Vorrichtung gelegenes Verbindungsstück ein Druckmesser anschließbar ist. Das Verbindungsstück kann insbesondere ein Rohr oder eine Schlauch sein. Die Hohlschrauba wird dabei soweit in den Gelenk knochen geschraubtj daß sie nach zusätzlicher Perforation des Knorpels mit dem Gelenkspalt in leitender Verbindung steht.An advantageous device for performing the method is designed in such a way that a banjo bolt has a device with high flow resistance can be connected to a pressure generator and that to a between the hollow screw and a connector located on the device can be connected to a pressure gauge. The connecting piece can in particular be a pipe or a hose. The Hohlschrauba is screwed into the joint bone so far that it is after additional perforation of the cartilage is in conductive connection with the joint space.

Zweckmäßigerweise wird dabei der Fließwiderstand der Vorrichtung derart bemessen, daß der Druck im Verbindungsstück dann nicht weiter steigen kann, wenn die lokale Flächenpressung nicht mehr ausreicht, das Ende der Hohlschraube zu verschließen. Der Fließwiderstand der Vorrichtung bestimmt die Empfindlichkeit der Meßanordnung. Mit wachsendem Fließwiderstand steigt die Empfindlichkeit der Messung.The flow resistance of the device is expediently of this type dimensioned so that the pressure in the connector can not continue to rise when the local surface pressure is no longer sufficient to close the end of the banjo bolt. The flow resistance of the device determines the sensitivity of the measuring arrangement. The sensitivity of the measurement increases with increasing flow resistance.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Meßvorrichtung derart ausgebildet, daß der Druckerzeuger einen während der Messung konstanten Druck erzeugt.In a further embodiment of the invention, the measuring device is of this type designed that the pressure generator generates a constant pressure during the measurement.

Die Vorrichtung mit hohem Fließwiderstand erzeugt nämlich zusammen mit einem Druckerzeuger zur Erzeugung eines konstanten Druckes einen gleichmäßig ansteigenden Druck im Verbindungsstück.Namely, the high flow resistance device generates together with a pressure generator to generate a constant pressure evenly increasing pressure in the connector.

Es kann sich ferner als vorteilhaft erweisen, die Vorrichtung so auszubilden, daß die Hohlschraube über ein T-Stück einerseits mit dem Druckmesser und andererseits mit der Vorrichtung hohen Fließwiderstandes verbunden ist. Der hohe Fließwiderstand bewirkt, daß der Druck im Verbindungsstück, der über das T-Stück mit dem Druckmesser gemessen werden kann, nur allmählich ansteigt und nicht über den im Kompensationsfall herrschenden Druck anwachsen kann. Soll die Meßvorrichtung in einen sterilen Teil und einen nicht sterilen Teil getrennt werden, so daß auch interoperative Messungen möglich sind, so wird zweckmäßigerweise zwischen der Hohlschraube und dem Druckerzeuger eine Vorrichtung angeordnet, die zwei durch eine Membran voneinander getrennte Kammern gleichen Druckes enthält.It can also prove to be advantageous to design the device in such a way that that the banjo bolt via a T-piece on the one hand with the pressure gauge and on the other hand associated with the device of high flow resistance. The high flow resistance causes the pressure in the connector that goes through the T-piece with the pressure gauge can be measured, only increases gradually and not above that in the compensation case pressure can increase. Should the measuring device in a sterile part and a non-sterile part can be separated, so that also intraoperative measurements are possible, it is expediently between the banjo bolt and the pressure generator a device is arranged, the two chambers separated from one another by a membrane contains the same pressure.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele und anhand der Druckkurve nach Fig. 4 näher erläutert.The invention is illustrated in FIGS Embodiments and explained in more detail with reference to the pressure curve according to FIG.

Es zeigen Fig. 1 eine Meßvorrichtung, Fig. 2 ein Kniegelenkspräparat seitlich mit Meßvorrichtung, Fig. 3 ein Femoro-patellargelenk tangential mit mehreren Meßvorrichtungen, Fig. 4 eine mit Hilfe der Meßvorrichtung gewonnene Druckkurve.1 shows a measuring device, and FIG. 2 shows a knee joint preparation laterally with measuring device, Fig. 3 a femoro-patellar joint tangentially with several Measuring devices, FIG. 4 shows a pressure curve obtained with the aid of the measuring device.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung dient dazu, die örtliche Flächenpressung im Gelenk zu bestimmen: Ein in ihrem Zentrum längs durchbohrte Hohlschraube 1 steht in leitender Verbindung mit einem Verbindungsrohr 2. über das T-Stück 3 ist das Verbindungsrohr 2 sowohl mit einem Druckmesser 4 als auch mit einer Vorrichtung 5 mit hohem Fließwiderstand, insbesondere gebildet durch ein Rohr bzw. eine Kapillare und/oder ein Drosselventil, verbunden. Ein Hahn oder Ventil 7 trennt das an den Druckerzeuger 8 angeschlossene Druckrohr 6 von der anderen Seite der Vorrichtung 5. Vorrichtung 5 und Hahn bzw. Ventil können ein und dieselbe Vorrichtung sein.The device shown in Fig. 1 is used to reduce the local surface pressure to be determined in the joint: A hollow screw 1 pierced longitudinally in its center is located in conductive connection with a connecting pipe 2. via the T-piece 3 that is Connecting pipe 2 with both a pressure gauge 4 and a device 5 with high flow resistance, in particular formed by a tube or a capillary and / or a throttle valve. A tap or valve 7 separates the Pressure generator 8 connected pressure pipe 6 from the other side of the device 5. Device 5 and cock or valve can be one and the same device.

Die Meßvorrichtung kann in Anpassung an die unterschiedlichen Messungen verschiedene Abmessungen aufweisen.The measuring device can be adapted to the different measurements have different dimensions.

Bei Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung am Femoro-patellar-Gelenk als Anwendungsbeispiel wird so vorgegangen, daß zunächst die Hohlschraube 1 durch die Patella bis hin zur Knorpelknochengrenze geschraubt wird. Der Patella-Knorpel wird mit einer Nadel in Verlängerung der Schraubenbohrung perforiert. Die gegenüberliegende Gelenkfläche des Femoral Gleitlagers verschließt den entstandenen Kanal durch die Patella.When using the device shown in FIG. 1 on the femoro-patellar joint as an application example, the procedure is that first the hollow screw 1 through the patella is screwed to the border of the cartilage bone. The patellar cartilage is perforated with a needle in the extension of the screw hole. The opposite The joint surface of the femoral plain bearing closes the resulting canal through the Patella.

An die Schraube werden die in Fig. 1 gezeigten Teile 1 ... 8 angeschlossen. Das Druckrohr 6 steht in Verbindung mit einer Druckpumpe 8. Nach Füllung des Systems mit Flüssigkeit wird über die Druckpumpe bei geschlossenem Ventil 7 ein hoher Druck erzeugt und konstant gehalten. Nach Öffnen des Ventils 7 steigt der Druck im Verbindungsrohr 2 infolge des hohen Fließwiderstandes des Rohres 5 nur langsam an, bis schließlich die lokale, in der Meßstelle befindliche femoropatellare Flächenpressung nicht mehr ausreicht, das System zum Gelenk hin abzudichten. In diesem Moment wird die Flächenpressung in der Meßstelle vom Druck in der Hohlschraube 1 kompensiert. Sofort wird der Druck im Rohr 2 nicht mehr im gleichen Maß weiter ansteigen können, da der hohe Fließwiderstand der Vorrichtung 5 ein schnelles Nachströmen von Flüssigkeit verhindert. Der Druck im Rohr 2 wird registriert vom Druckmeßgerät 4 über das T-Rohr 3. Der Druck p ändert sich dabei mit der Zeit t wie in Fig. 4 gezeigt.The parts 1 ... 8 shown in FIG. 1 are connected to the screw. The pressure pipe 6 is connected to a pressure pump 8. After the system has been filled with liquid, a high pressure is generated via the pressure pump when the valve 7 is closed generated and kept constant. After opening the valve 7, the pressure in the connecting pipe rises 2 due to the high flow resistance of the pipe 5 only slowly until finally the local femoropatellar surface pressure in the measuring point no longer applies sufficient to seal the system to the joint. At this moment the surface pressure is Compensated in the measuring point by the pressure in the banjo bolt 1. Immediately the pressure in pipe 2 can no longer continue to rise to the same extent because of the high flow resistance the device 5 prevents a rapid after-flow of liquid. The pressure in the pipe 2 is registered by the pressure gauge 4 via the T-pipe 3. The pressure p changes with the time t as shown in FIG. 4.

Einem gleichmäßigen Druckanstieg folgt ein Plateau, welches der lokalen Flächenpressung entspricht. Es liegt hier somit eine Kompensationsmessung vor. Durch das Anbringen von vielen Meßstellen über die Patella verteilt und aufeinanderfolgende Messungen läßt sich entsprechend Fig. 3 ein genaues Bild der Flächenlastverteilung über der Patella erzielen. Die Meßvorrichtung kann nicht nur zur Messung am Femoro-patellar-Gelenk, sondern in entsprechender Weise auch zur Messung der lokalen Flächenpressung in allen anderen Gelenken dienen.A steady rise in pressure is followed by a plateau, which is the local Corresponds to surface pressure. A compensation measurement is therefore present here. By the application of many measuring points distributed over the patella and one after the other Measurements can be made according to FIG. 3, an exact picture of the surface load distribution over the patella. The measuring device can not only be used to measure the femoro-patellar joint, but also in a corresponding manner for measuring the local surface pressure in serve all other joints.

Das Verfahren kann sowohl für Messungen an Gelenken von Leichen als auch in Verbindung mit einer Vorrichtung,die zwei durch eine Membran voneinander getrennte Kammern gleichen Druckes enthält, interoperativ an Lebenden Verwendung finden.The method can be used for measurements on the joints of cadavers also in conjunction with a device that two by a membrane Contains separate chambers of the same pressure, interoperatively on living Find use.

6 Patentansprüche 4 Figuren6 claims 4 figures

Claims (6)

v Patetansprüche 1. Verfahren zum Messen der Flächenlastverteilung eines Gelenkes, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Druck eines der Meßstelle zugeführten Mediums gemessen und solange erhöht wird, bis die lokale Flächenpressung kompensiert wird und daß der im Kompensationsfall herrschende Druck als Maß für die Flächenpressung dient. v Claims 1. Method for measuring the area load distribution of a joint, that is, that the pressure of a the measuring point supplied medium is measured and increased until the local Surface pressure is compensated and that the pressure prevailing in the compensation case serves as a measure of the surface pressure. 2. Meßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i 0 h -n e t , daß eine Hohlschraube über eine Vorrichtung (5) mit hohem Fließwiderstand an einen Druckerzeuger anschließbar ist und daß an ein zwischen der Hohlschraube (1) und der Vorrichtung (5) gelegenes Verbindungsstück (2) ein Druckmesser (4) anschließbar ist.2. Measuring device for performing the method according to claim 1, d a d u r c h e k e n n z e i 0 h -n e t that a banjo bolt has a device (5) can be connected to a pressure generator with high flow resistance and that to a connecting piece located between the hollow screw (1) and the device (5) (2) a pressure gauge (4) can be connected. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Fließwiderstand der Vorrichtung (5) derart bemessen ist, daß der Druck im Verbindungsrohr dann nicht weiter steigen kann, wenn die lokale Flächenpressung nicht mehr ausreicht, das Ende der Hohlschraube (1) zu verschließen.3. Measuring device according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the flow resistance of the device (5) is such that the pressure in the connecting pipe can then no longer rise if the local surface pressure is no longer sufficient to close the end of the banjo bolt (1). 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Druckerzeuger einen während der Messung konstanten Druck erzeugt.4. Measuring device according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the pressure generator generates a constant pressure during the measurement. 5. Meßvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h nee t , daß die Hohlschraube (1) über ein T-Stück (3) einerseits mit dem Druckmesser (4) und andererseits mit der Vorrichtung (5) hohen Fließwiderstandes verbunden ist.5. Measuring device according to one of claims 2 to 4, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h nee t that the banjo bolt (1) has a T-piece (3) on the one hand with the pressure gauge (4) and on the other hand with the device (5) of high flow resistance connected is. 6. Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zwischen der Hohlschraube (1) und dem Druckerzeuger (8) eine Vorrichtung angeordnet ist, die zwei durch eine Membran voneinander getrennte Kammern gleichen Druckes enthält.6. Measuring device according to one of the preceding claims, d a d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that between the banjo bolt (1) and the pressure generator (8) a device is arranged, the two separated by a membrane Contains chambers of the same pressure.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE8908041U1 (en) * 1989-06-29 1989-08-17 Nettelhorst, Frhr. Von, Herwig, Dr.-Ing., 1000 Berlin, De
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