DE3645212C2

DE3645212C2 - Function checking device for implanted hip prosthesis

Info

Publication number: DE3645212C2
Application number: DE3645212A
Authority: DE
Inventors: Yakichi Higo; Shigetomo Nunomura; Masashi Ono
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-11-16
Filing date: 1986-11-17
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2006-11-18

Abstract

The device evaluates the acoustic signals provided during given body movements. The acoustic signals are detected by external sensors (11,12) and fed to a processor which verifies the contained frequencies to allow detection of noise during operation of the prosthesis.Pref. the frequency analysis is affected for three separate frquency ranges, the acoustic signals detected by a pair of capacitor microphones

Description

Die Erfindung geht aus von einem Stethoskop gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, das sich besonders zur Überwachung von fehlerhaften Endoprothesen, z. B. künstlichen Hüftgelenken eignet, die in lebende Körper eingesetzt sind. The invention is based on a stethoscope according to the Preamble of claim 1, which is particularly for Monitoring of defective endoprostheses, e.g. B. artificial Hip joints suitable for living in Body are inserted.

Beim Gehen mit einem künstlichen Hüftgelenk kann es vor kommen, daß der in dem Oberschenkelknochen eingesetzte Schaft des Hüftgelenks in den Oberschenkelknochen tiefer einsinkt, was nachfolgend als "Einsinken" bezeichnet wird. Außerdem kann sich das künstliche Hüftgelenk lockern, indem sich Spalten oder Risse bilden. When walking with an artificial hip joint it can happen come that the inserted in the femur Hip of the hip joint deeper in the femur sinks, which is hereinafter referred to as "sinking". In addition, the artificial hip joint can loosen, by forming gaps or cracks.

Das Einsinken und Lockern wird häufig zu spät erkannt, um Abhilfe zu schaffen, bevor eine erneute Operation notwendig wird. Aus diesem Grunde besteht ein großes Bedürfnis an einer möglichen frühzeitigen Erkennung und Abschätzung eines sich bemerkbar machenden Einsinkens und Lockerns nach objektiven Kriterien. Hierbei kann es sich um spezifische akustische Signale handeln, die nur von einer fehlerhaften Endoprothese abgegeben werden. Sinking in and loosening is often recognized too late, to remedy the situation before a new one Surgery becomes necessary. For this reason there is a great need for early detection and estimating a noticeable sinking and loosening according to objective criteria. It can be are specific acoustic signals that only come from one defective endoprosthesis.

Durch die DE 22 59 469 ist ein Stethoskop zur gleichzeitigen Aufnahme von Puls- und Herzgeräuschen bekannt, das hierzu einen in einer elektrischen Schaltung liegenden piezoelektrischen Kristall umfaßt, der in einem in dem Mikrofon eingeschlossenen Raum in einem Gehäuse angebracht ist.DE 22 59 469 is a stethoscope for simultaneous recording of pulse and heart murmurs known, this one in an electrical circuit lying piezoelectric crystal, which in a space enclosed in the microphone in a housing is appropriate.

Durch die DE 13 03 534 ist ein weiteres Stethoskop zur Überwachung des Herzschlages eines ungeborenen Kindes mit einem den Herzschlag aufnehmenden Mikrofon innerhalb eines als Helmholtzresonator ausgebildeten Hohlkörpers mit einem als Schalleintrittsöffnung dienenden Röhrchens bekannt. Der Hohlkörper hat die Gestalt einer flachen Dose mit einem nach innen gewölbten die Schalleintrittsöffnung aufweisenden Unterteil und einem Deckel, auf dessen Innenseite das Mikrofon in einer Vertiefung des Deckels angebracht ist.Another stethoscope is known from DE 13 03 534 Monitoring the heartbeat of an unborn child with a heartbeat microphone inside a hollow body designed as a Helmholtz resonator a tube serving as a sound inlet opening known. The hollow body has the shape of a flat one Can with an inward arch Sound inlet opening and a lower part Cover, on the inside of which the microphone in one Deepening of the lid is attached.

Diese bekannten Stethoskope sind jedoch zur Überwachung einer in einem Körper eingesetzten Prothese nicht geeignet.However, these known stethoscopes are for surveillance a prosthesis inserted in a body suitable.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Stethoskop der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das zur Überwachung von fehlerhaften Endoprothesen, die in lebende Körper eingesetzt sind, insbesondere künstlichen Hüftgelenken, besonders gut geeignet ist.The object of the invention is therefore a stethoscope to propose of the type mentioned at the outset for surveillance of defective endoprostheses that are used in living bodies, especially artificial ones Hip joints, is particularly well suited.

Dabei soll einem Patienten zu einem möglichst frühen Zeitpunkt angezeigt werden können, daß und wo ein Fehler an der Endoprothese oder der sie haltenden Knochenteile vorhanden ist bzw. sich einzustellen droht. Das Stethoskop soll vor allem dazu in der Lage sein, Signale aus dem Körper aufzunehmen, die ein erstes Einsinken und eine beginnende Lockerung eines künstlichen Hüftgelenkes frühzeitig anzuzeigen, so daß möglichst ohne einen erneuten operativen Eingriff noch rechtzeitig Abhilfe geschaffen werden kann.Thereby, a patient should be given the earliest possible Time can be shown that and where an error on the endoprosthesis or the bone parts holding it exists or threatens to adjust. The stethoscope Above all, it should be able to send signals to absorb from the body, which is a first sinking and a beginning loosening of an artificial hip joint display early, so that if possible without a new one surgical intervention remedied in time can be.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An spruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen des Unteranspruchs.The object is achieved with the features of the An Proverb 1 solved. Advantageous designs the invention result from the features of Subclaim.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels zur Überwachung eines in einen lebenden menschlichen Körper eingesetzten künstlichen Hüftgelenkes unter Zuhilfenahme der Zeichnung beschrieben. Hierin zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment to monitor one in a living human body used artificial Hip joint described with the aid of the drawing. Here shows

Fig. 1 acht Bewegungen zur Aussendung von akustischen Signalen für Anzeigen und Lokalisierungen von Bewegungsstörungen, die auf fehlerhaft im Körper gehaltene Endoprothesen zurückgeführt werden können; Figure 1 eight movements for sending acoustic signals for displays and localizations of movement disorders, which can be attributed to incorrectly held endoprostheses in the body.

Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Veran schaulichung der Beziehung zwischen den Frequenzen auftretender akustischer Signale und den Bewegungsstadien nach Fig. 1; FIG. 2 is a graphical representation to illustrate the relationship between the frequencies of acoustic signals and the stages of movement according to FIG. 1;

Fig. 3 eine weitere graphische Darstellung für die Beziehung zwischen einer Haupt frequenz des empfangenen akustischen Signals und den Bewegungsstadien nach Fig. 1; Fig. 3 is another graphical representation of the relationship between a main frequency of the received acoustic signal and the movement stages of Fig. 1;

Fig. 4 ein Verfahren zur Messung der Geschwindig keit des akustischen Signals in einem Knochen im Zusammenhang mit der vor liegenden Erfindung; Fig. 4 shows a method for measuring the speed of the acoustic signal in a bone in connection with the prior invention;

Fig. 5(A) und 5(B) in grob vereinfachter Darstellung ein künstliches Hüftgelenk in Verbindung mit einem Becken und einem Oberschenkel knochen und gemessenen Zeitdifferenzen von aklustischen Signalen zur Ortsbe stimmung von Störungen; Fig. 5 (A) and 5 (B) in a roughly simplified representation of an artificial hip joint in connection with a pelvis and a thigh bone and measured time differences of acoustic signals for the location determination of disturbances;

Fig. 6 eine noch weitere graphische Darstellung für gemessene Zeitdifferenzen von akustischen Signalen im Zusammenhang mit Bewegungsstudien nach Fig. 1, Fig. 6 shows a further graphical representation of measured time differences of acoustic signals associated with motion studies of FIG. 1,

Fig. 7 ein Schaltungsdiagramm unter Verwendung zweier erfindungsgemäßer Sensoren, und Fig. 7 is a circuit diagram using two sensors according to the invention, and

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Sensors, schematische Darstellung, teilweise geschnitten. Fig. 8 shows an embodiment of a sensor according to the Invention, schematic representation, partially cut.

Der Erfindung sind umfangreiche Studien über Bewegungs geräusche, vor allem bei Menschen vorausgegangen. Dabei wurde gefunden, daß abnormale Geräusche gegenüber normalen Geräuschen in Abhängigkeit von funktionellen Bewegungs störungen, wie sie beim Einsinken oder Lockern künstlicher Hüftgelenke auftreten, zu verzeichnen sind und daß der artige Störungen durch die ausgesendeten akustischen Signale bzw. Geräusche erfaßt und lokalisiert werden können.The invention is extensive studies on movement noises, especially preceding people. Here it was found that abnormal noise compared to normal Noise depending on functional movement disturbances, such as when sinking or loosening artificial Hip joints occur, are noted and that the like interference from the emitted acoustic Signals or noises can be detected and localized.

Um diese Aussage genauer überprüfen zu können, wurden akustische Signale gemessen und miteinander verglichen, die von Patienten ausgehen, die künstliche Hüftgelenke erhalten haben und von gesunden Menschen mit natür lichen Hüftgelenken. Diese Messungen wurden bei Patienten und gesunden Menschen bei verschiedenen Beinbewegungen gemessen. Dabei wurden akustische Signale von Patienten mit künstlichen Hüftgelenken aufgenommen, die bei gesunden Menschen nicht auftraten. Hierdurch wird deutlich, daß es ausgeprägte, Hüftgelenk-spezifische akustische Signale gibt. Es ist klar, daß es entsprechende spezifische Signale auch bei anderen Endoprothesen gibt und die vor stehende Beobachtung nicht auf künstliche Hüftgelenke be schränkt ist. Nur der besonderen Anschaulichkeit wegen, wird die Erfindung an Hand von Patienten mit künstlichen Hüftgelenken beschrieben, ohne die Erfindung diesbe züglich zu beschränken.In order to be able to check this statement in more detail, acoustic signals measured and with each other compared to patients who are artificial Hip joints have been preserved by healthy people with natural hip joints. These measurements were taken in patients and healthy people with different leg movements measured. This included acoustic signals from patients with artificial hip joints, which in healthy People did not occur. This makes it clear that it distinctive, hip-specific acoustic signals gives. It is clear that there are corresponding specific ones Signals also with other endoprostheses and those before standing observation not on artificial hip joints is limited. Just for the sake of clarity, the invention will be described with the help of patients with artificial Hip joints described without this invention to limit as soon as possible.

In Fig. 1 sind die akustischen Signale bei Patienten mit künstlichen Hüftgelenken und bei ge sunden Menschen mit natürlichen Hüftgelenken bei Be wegungen gemessen, wie sie in Fig. 1 aufgezeigt sind.In Fig. 1, the acoustic signals in patients with artificial hip joints and in ge healthy people with natural hip joints during movements are measured, as shown in Fig. 1.

Fig. 1 verdeutlicht die Beinbewegungen eines Patienten, dem in das schattiert gezeichnete rechte Bein ein künst liches Hüftgelenk eingesetzt ist. Die verschiedenen Formen der Beinbewegungen sind durch die Nummern 1 bis 8 in Fig. 1 gekennzeichnet. Die Bewegungen nach den Nummern 1 bis 4 werden als "Gehen" bezeichnet, während die Be wegungen nach den Nummern 5 und 6 ein "Hinsetzen" bzw. "Aufstehen" kennzeichnen. Die Bewegungen Nr. 7 und 8 zeigen ein "Anheben" und "Absenken" des mit dem künstlichen Hüft gelenk versehenen Beines aus dem Sitzen. Fig. 1 illustrates the leg movements of a patient, an artificial hip joint is inserted into the shaded right leg. The different forms of leg movements are identified by the numbers 1 to 8 in FIG. 1. The movements according to numbers 1 to 4 are called "walking", while the movements according to numbers 5 and 6 indicate "sitting down" or "getting up". Movements Nos. 7 and 8 show a "lifting" and "lowering" of the leg with the artificial hip joint from sitting.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse die Bewegungen Nr. 1 bis 8 nach Fig. 1 und längs dessen Ordinate die jeweilige Frequenz in % der gemessenen akustischen Emission AE aufgetragen sind. Hierdurch wird klar, daß akustische Emissionen bei den Bewegungen 1, 5, 6, 7 und 8 auftreten, die den Bewegungen "Gehen", "Hinsetzen", "Aufstehen", "Anheben" und "Absenken" zuzuordnen sind. FIG. 2 shows a diagram on the abscissa of the movements nos. 1 to 8 according to FIG. 1 and along the ordinate the respective frequency in% of the measured acoustic emission AE. This makes it clear that acoustic emissions occur with movements 1, 5, 6, 7 and 8 , which can be assigned to the movements "walking", "sitting down", "standing up", "lifting" and "lowering".

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse die Be wegungen Nr. 1, 5, 6 und 7 und auf dessen Ordinate die Hauptfrequenzkomponenten der empfangenen akustischen Signale (gemessen in Hertz) aufgetragen sind. In Fig. 3 bedeuten die schwarzen Quadrate akustische Emissionen, die ausgesendet wurden, wenn die künstlichen Hüftgelenke fehlerhaft waren, während die schwarzen Kreisflächen akustische Emissionen betreffen, die abgegeben wurden, wenn die künstlichen Hüftgelenke in Ordnung waren. Der Wertung, daß die künstlichen Hüftgelenke fehlerhaft ange ordnet oder in Ordnung waren, lag eine Röntgenstrahlen untersuchung zugrunde, um auf diese Weise die verschiedenen akustischen Signale miteinander vergleichen zu können. Fig. 3 shows a diagram on the abscissa, the Be movements Nos. 1, 5, 6 and 7 and on the ordinate the main frequency components of the received acoustic signals (measured in Hertz) are plotted. In Fig. 3, the black squares represent acoustic emissions that were emitted when the artificial hip joints were defective, while the black circles refer to acoustic emissions that were emitted when the artificial hip joints were OK. The evaluation that the artificial hip joints were incorrectly arranged or in order was based on an X-ray examination in order to be able to compare the various acoustic signals.

Wie Fig. 3 verdeutlicht, konnte bestätigt werden, daß die Hauptfrequenzkomponenten der von den akustischen Emissionen empfangenen akustischen Signale in drei separate Frequenzbereiche unterteilt werden können, die nachstehend als Freqenzzonen I, II und III bezeichnet werden, wobei es sich hier um in menschliche Körper eingesetzte künst liche Hüftgelenke handelt. Die Frequenzzone I betrifft Frequenzen von 50 Hz oder weniger. Die Frequenzzone II umfaßt den Bereich von 200 Hz bis 350 Hz und der Frequenz bereich III beinhaltet Frequenzen von 500 Hz und mehr. As illustrated in FIG. 3, it was confirmed that the main frequency components of the acoustic signals received by the acoustic emissions can be divided into three separate frequency ranges, which are referred to below as frequency zones I, II and III, these being used in human bodies artificial hip joints. Frequency zone I concerns frequencies of 50 Hz or less. The frequency zone II covers the range from 200 Hz to 350 Hz and the frequency range III includes frequencies from 500 Hz and more.

Durch Fig. 3 wird klar, daß die Hauptfrequenzkomponenten der akustischen Emission sich nur in der Frequenzzone II befinden, unabhängig von der Bewegungsart der mit den künstlichen Hüftgelenken versehenen Beine, sofern die künstlichen Hüftgelenke in Ordnung waren. Wenn jedoch die künstlichen Hüftgelenke fehlerhaft waren, dann traten die Hauptfrequenzkomponenten nicht nur in der Frequenz zone II, sondern auch in den Frequenzzonen I und III auf. Es ist daher erfindungsgemäß möglich, mit rein akustischen Mitteln festzustellen, ob ein künstliches Hüftgelenk richtig angeordnet ist oder ob Fehler vorhanden sind oder nicht. Hierbei müssen lediglich die akustischen Emissionen in einem Frequenzbereich zwischen 0,1 Hz und K2 Hz überwacht werden. Mit anderen Worten ist es nach der Erfindung möglich, funktionelle Fehler an einem künstlichen Hüftgelenk festzustellen und zu orten, wenn dieses nicht mehr in der richtigen Lage gehalten ist. Das heißt, die funktionelle Störung kann im vor stehenden Sinne durch "Einsinken" und "Lockern" verursacht sein.It is clear from FIG. 3 that the main frequency components of the acoustic emission are only in frequency zone II, regardless of the type of movement of the legs provided with the artificial hip joints, provided that the artificial hip joints were in order. However, if the artificial hip joints were defective, the main frequency components occurred not only in frequency zone II, but also in frequency zones I and III. It is therefore possible according to the invention to use purely acoustic means to determine whether an artificial hip joint is correctly arranged or whether errors are present or not. Only the acoustic emissions in a frequency range between 0.1 Hz and K2 Hz need to be monitored. In other words, it is possible according to the invention to determine and locate functional defects in an artificial hip joint when it is no longer held in the correct position. That is, the functional disturbance can be caused by "sinking in" and "loosening" in the above sense.

Auf Grund von Experimentalstudien läßt sich zeigen, daß funktionelles Fehlverhalten von künstlichen Hüftgelenken lokalisiert werden kann, indem von der akustischen Emission Gebrauch gemacht wird. Mehr im einzelnen ist erfindungsgemäß die Ortung des funktionellen Fehlerverhaltens möglich durch die Überwachung der akustischen Emission an zwei Stellen (Orten) zwischen denen das künstliche Hüftgelenk eingesetzt ist, und durch die Erfassung der Zeitdifferenz der akustischen Emission zwischen den zwei Stellen bzw. Orten. Für diese Zwecke wurde als erstes die Schallgeschwindigkeit der akustischen Emission in einem Knochen gemessen.Based on experimental studies, show that functional misconduct of artificial Hip joints can be localized by the acoustic emission is used. More in According to the invention, the individual is the location of the functional Error behavior possible by monitoring the acoustic emission in two places (locations) between to whom the artificial hip joint is inserted, and by the detection of the time difference of the acoustic emission between the two places. For these purposes first the speed of sound of the acoustic Emission measured in a bone.

Fig. 4 zeigt zwei nachstehend noch eingehender beschriebene erfindungsgemäße Stethoskope in Kontakt mit einem Bein 13, um akustische Emission zu erfassen. Die beiden Stethoskope 11, 12 befinden sich in einem Abstand von 20 cm. Zwischen den beiden Stethoskopen 11 und 12 befindet sich ein Beinknochen. Wenn akustische Emission in der Mitte zwischen den beiden Sensoren erzeugt wird, laufen akustische Signale in Richtung der Stethoskope 11 und 12 und werden dort gleichzeitig empfangen. Wenn jedoch die akustische Emission an einer Stelle des Beins erfolgt, die von dem Stethoskop 11 einen Abstand l₁ und von dem Stethoskop 12 einen Abstand l₂ aufweist, ist die Empfangszeitdifferenz Δt, mit der die akustischen Signale an den beiden Sensoren empfangen werden, bestimmt durch FIG. 4 shows two stethoscopes according to the invention, described in more detail below, in contact with a leg 13 in order to detect acoustic emission. The two stethoscopes 11, 12 are at a distance of 20 cm. There is a leg bone between the two stethoscopes 11 and 12 . If acoustic emission is generated in the middle between the two sensors, acoustic signals run in the direction of the stethoscopes 11 and 12 and are received there simultaneously. However, if the acoustic emission occurs at a location on the leg that is a distance l 1 from the stethoscope 11 and a distance l 2 from the stethoscope 12 , the reception time difference Δt with which the acoustic signals are received at the two sensors is determined by

v · Δt = l₂ - l₁,v · Δt = l₂ - l₁,

wobei v die Schallgeschwindigkeit im Knochen ist. Die Empfangszeitdifferenz Δt läßt sich damit aus den an den Stethoskopen empfangenen akustischen Signalen ermitteln. Wie in Fig. 4 schematisch angedeutet, wurde auf den Bein knochen zwischen den Sensoren 11 und 12 mit einem Hammer geschlagen. Um eine höhere Präzision zu erhalten, wurde zusätzlich eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen den empfangenen Signalen angewandt. Als Ergebnis wurde fest gestellt, daß die Schallgeschwindigkeit v im Knochen verglichen mit der Übertragung in festen Körpern mit 200 m/s bemerkenswert langsam war.where v is the speed of sound in the bone. The reception time difference Δt can thus be determined from the acoustic signals received on the stethoscopes. As indicated schematically in Fig. 4, bone was struck on the leg between the sensors 11 and 12 with a hammer. In order to obtain a higher precision, a cross correlation function between the received signals was also used. As a result, it was found that the speed of sound v in the bone was remarkably slow compared to the transmission in solid bodies at 200 m / s.

In Fig. 5 (A) ist die Lokalisierung der funktionellen Beeinträchtigung eines künstlichen Hüftgelenkes 15 im Zusammenhang mit der Schallgeschwindigkeit v im Knochen dargestellt. Das schematisch dargestellte künstliche Hüftgelenk 15 ist zwischen einer Hüfte 16 und einem Ober schenkelknochen 17 angebracht. Das künstliche Hüftgerlenk 15 umfaßt ein dübelartiges Hüftteil 151, das im Becken 16 fest gehalten ist. Ein Schaft 152 ist in einen Oberschenkel knochen 17 eingesetzt. Am freien Schaftende ist eine Gelenk kugel angeordnet, die in eine Gelenkschale an dem Hüft teil eingreift, um eine universelle Kugelgelenkverbindung 153 zu bilden.In Fig. 5 (A) the localization of functional impairment is an artificial hip joint 15 in connection with the sound velocity v shown in the bone. The schematically shown artificial hip joint 15 is attached between a hip 16 and an upper leg bone 17 . The artificial hip linkage 15 comprises a dowel-like hip part 151 which is held firmly in the pelvis 16 . A shaft 152 is inserted into a thigh bone 17 . At the free shaft end a joint ball is arranged, which engages in a joint shell on the hip part to form a universal ball joint connection 153 .

Die beiden Stethoskope 11 und 12 sind außerhalb der Spina iliaca posterior superior vom Becken bzw. außer halb des Condulus lateralis des Oberschenkelknochens angebracht. Diese Positionen für die Stethoskope liegen besonders knochennahe. Muskelbewegungen und Be wegungen der Haut können daher in diesen Positionen relativ niedrig gehalten werden. Daher sind diese Positionen für die Sensoren besonders hilfreich, um Dämpfungen von akustischer Emisssion weitgehend abzu wenden, die durch Muskel- und Hautbewegungen verursacht werden.The two stethoscopes 11 and 12 are attached outside the spina iliaca posterior superior from the pelvis or outside the lateral condulus of the femur. These positions for the stethoscopes are particularly close to the bone. Muscle movements and movements of the skin can therefore be kept relatively low in these positions. Therefore, these positions are particularly helpful for the sensors, in order to largely prevent damping of acoustic emissions caused by muscle and skin movements.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, auf dessen Abszisse die Be wegungsarten Nr. 1, 5, 6 und 7 nach Fig. 1 und auf dessen Ordinate die akustische Empfangszeitdifferenz Δt in Mikrosekunden aufgetragen ist. In diesem Diagramm zeigen die schwarzen Quadrate das Ergebnis von Messungen an fehlerhaften künstlichen Hüftgelenken. Jeder schwarze Kreis steht für das Ergebnis von Messungen an einem fehlerfreien künstlichen Hüftgelenk. Die Stethoskope 11 und 12 sind an äußeren Stellen entsprechend Fig. 5 angebracht. Negative Schallwerte für die Schall empfangszeitdifferenz zeigen, daß das beckenseitige Stethoskop 11 als erster die akustische Emission mißt, bevor die akustische Emission von dem knieseitigen Stethoskop 12 gemessen wird. Andererseits zeigen die positiven Schallwerte der Schallempfangszeit differenz, daß das knieseitige Stethoskop 12 die akustische Emisssion schneller empfängt als das becken seitige Stethoskop 11. Wie schon vorstehend ge sagt, ist die Schallgeschwindigkeit bemerkenswert niedrig. Andererseits laufen die Schallwellen sehr schnell durch metallische Teile, wie dem künstlichen Hüftgelenk. Daher kann die Gegenwart von metallischen Teilen unberücksichtigt bleiben. Mit anderen Worten, können die Untersuchungen sich nur auf die Schallgeschwindigkeit v im Knochen richten. Fig. 6 shows a diagram on the abscissa, the Be movement types Nos. 1, 5, 6 and 7 of Fig. 1 and on the ordinate, the acoustic reception time difference Δt is plotted in microseconds. In this diagram, the black squares show the result of measurements on faulty artificial hip joints. Each black circle represents the result of measurements on a flawless artificial hip joint. The stethoscopes 11 and 12 are attached at outer locations according to FIG. 5. Negative sound values for the sound reception time difference show that the pelvic stethoscope 11 is the first to measure the acoustic emission before the acoustic emission is measured by the knee-side stethoscope 12 . On the other hand, the positive sound values of the sound reception time difference show that the knee-side stethoscope 12 receives the acoustic emission faster than the pelvic stethoscope 11 . As said above, the speed of sound is remarkably low. On the other hand, the sound waves travel very quickly through metallic parts, such as the artificial hip joint. Therefore, the presence of metallic parts can be disregarded. In other words, the investigations can only focus on the speed of sound v in the bone.

Fig. 5(B) zeigt ein Diagramm, das den Ort der Erzeugung der akustischen Emisssion in Beziehung zu der Schallge schwindigkeit der akustischen Emission im Knochen setzt. Dabei zeigt jede unausgefüllte quadratische Umrandung das Ergebnis einer Messung an einem fehlerhaften künstlichen Hüftgelenk. Jeder schwarze Kreis zeigt das Ergebnis einer Messung bei fehlerfreiem künstlichen Hüftgelenk. Es ist klar, daß fast alle der quadratischen Umrandungen bei oder nahe dem künstlichen Hüftgelenk 15 liegen, die daher Orte bestimmen, an denen ein "Einsinken" oder "Lockern" des künstlichen Hüftgelenkes eingetreten ist. Die quadratischen Umrandungen weisen daher auf ein fehler haftes künstliches Hüftgelenk hin. Es ist somit möglich, funktionelle Beeinträchtigungen eines künstlichen Hüftgelenkes örtlich zu lokalisieren, indem die Empfangsdifferenz Δt erfaßt wird. Fig. 5 (B) shows a diagram which relates the location of the generation of the acoustic emission in relation to the acoustic velocity of the acoustic emission in the bone. Each blank square border shows the result of a measurement on a faulty artificial hip joint. Each black circle shows the result of a measurement with a flawless artificial hip joint. It is clear that almost all of the square borders are at or near the artificial hip joint 15 , which therefore determine locations where the artificial hip joint has "subsided" or "loosened". The square borders therefore indicate a faulty artificial hip joint. It is thus possible to localize functional impairments of an artificial hip joint by detecting the reception difference Δt.

Fig. 7 zeigt zwei Stethoskope 11 und 12 zur Er fassung akustischen Signalen in Abhängigkeit von Be wegungen eines Patienten (lebender Körper) 10, der ein künstliches Hüftgelenk 15 aufweist. Die Hochfrequenzkomponente der akustischen Signale wird weitgehend und rasch innerhalb des Körpers gedämpft, während die Niedrigfrequenz komponente der akustischen Signale sich durch den Körper 10 ausbreitet. Die Stethoskope 11 und 12 erfassen die akustischen Signale, die in einem Schallfrequenz bereich von 1 Hz bis 1 kHz liegen und durch die Haut hin durch empfangen werden. Die Stethoskope müssen bequem und zuverlässig auf der Haut befestigt werden. Dabei sollen Reibungsgeräusche zwischen der Haut und dem Stethoskop weitgehend vermieden sein. Fig. 7 shows two stethoscopes 11 and 12 for detecting acoustic signals as a function of loading movements of a patient (living body) 10 who has an artificial hip joint 15 . The high frequency component of the acoustic signals is largely and quickly damped within the body, while the low frequency component of the acoustic signals propagates through the body 10 . The stethoscopes 11 and 12 detect the acoustic signals which are in a sound frequency range from 1 Hz to 1 kHz and are received through the skin. The stethoscopes must be attached to the skin conveniently and reliably. Friction noises between the skin and the stethoscope should be largely avoided.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stethoskops 11 bzw. 12. Es besteht aus einem konischen Resonanzkörper 20 aus nicht rostendem Stahl. Der konische Resonanzkörper 20 (Bruststück) besitzt an seinem weiten Ende eine Öffnung, die mit einer Membran abgedeckt ist, welche in Kontakt mit der Haut eines lebenden Körpers gebracht wird. Die Membran 21 wird durch akustische Signale in dem Körper in Schwingungen versetzt. Ein Rohr 22 ist an das Ende des Bruststücks 20 angeschlossen. Ein Kondensormikrofon 23 ist an einem Innenwandabschnitt des Rohres 22 angeklebt. Bei dem Kleber kann es sich um Silicongummi handeln. Ein Loch 24 (Schaltweg) bleibt zwischen dem Kondensormikrofon 23 und dem gegen überliegenden freien Innenwandabschnitt des Rohres 22 frei. Das Loch 24 dient zur Eliminierung von Pulsgeräuschen des Patienten, wobei die Pulsgeräusche eine sehr niedrige Frequenz und eine größere Amplitude aufweisen. Fig. 8 shows an embodiment of a stethoscope according to the invention 11 and 12 respectively. It consists of a conical resonance body 20 made of stainless steel. The conical resonance body 20 (chest piece) has at its wide end an opening which is covered with a membrane which is brought into contact with the skin of a living body. The membrane 21 is vibrated in the body by acoustic signals. A tube 22 is connected to the end of the chest piece 20 . A condenser microphone 23 is glued to an inner wall portion of the tube 22 . The adhesive can be silicone rubber. A hole 24 (switching path) remains free between the condenser microphone 23 and the opposite free inner wall section of the tube 22 . The hole 24 serves to eliminate pulse noises from the patient, the pulse noises having a very low frequency and a larger amplitude.

Vor der Befestigung eines erfindungsgemäßen Stethoskop auf der betreffenden Hautfläche wird eine Creme aufgetragen, um Reibgeräusche zwischen Stethoskop und Haut zu eliminieren. Bei der Creme kann es sich z. B. um Keratin handeln, das auch bei Elektrokardiogrammessungen verwendet wird. Die Stethoskope werden mit elastischen Klebebändern oder dergleichen auf der Haut befestigt.Before attaching a stethoscope according to the invention on the apply a cream to the skin area concerned Eliminate rubbing noises between the stethoscope and skin. At the cream can e.g. B. act on keratin, which also at Electrocardiogram measurements are used. The stethoscopes are with elastic tapes or the like attached to the skin.

Zur Messung akustischer Signale, wie sie z. B. von defekten künstlichen Hüftgelenken in einem lebenden Körper abgegeben werden, werden die Stethoskope 11 und 12 (Fig. 7) an Körperstellen befestigt, wo die Bewegungen von Muskeln und der Haut nicht direkt auf die Stethoskope übertragen werden. Die Stethoskope 11 und 12 werden daher vorzugsweise knochennah auf der Haut befestigt, wo praktisch keine Muskel- und Hautbewegungen auftreten. Die Körperstellen zum Anbringen der Stethoskope werden daher vorteilhafterweise entsprechend Fig. 5(A) gewählt.For the measurement of acoustic signals such as z. B. from defective artificial hip joints in a living body, the stethoscopes 11 and 12 ( Fig. 7) are attached to parts of the body where the movements of muscles and skin are not transmitted directly to the stethoscopes. The stethoscopes 11 and 12 are therefore preferably attached to the skin close to the bone, where practically no muscle and skin movements occur. The body locations for attaching the stethoscopes are therefore advantageously chosen in accordance with FIG. 5 (A).

Zurückkommend auf Fig. 7 wandeln die Mikrofone 23 in den Stethoskopen 11 und 12 die akustische Signale in zwei elektrische Signale um, die über Verstärker 31 und 32 und Kabel 36 und 37 an Filter 26 und 27 gelegt werden. Die Filter 26 und 27 eliminieren das Rauschen in den elektrischen Signalen und geben erste bzw. zweite ge filterte Signale ab. Die ersten und zweiten gefilterten Signale der beiden Filter 26, 27 werden einem Prozeß rechner 40 aufgeschaltet. Der Prozeßrechenkreis 40 wählt eines der beiden gefilterten Signale aus, das eine größere Amplitude als das andere aufweist. Aus diesem Grunde besitzt der Prozeßrechenkreis 40 einen Wähler (nicht dargestellt) zur Auswahl des Filtersignals mit der größeren Amplitude. Das ausgewählte Filtersignal wird in dem Prozeßrechner verarbeitet, um funktionelle Fehler des künstlichen Hüftgelenkes analysieren zu können.Returning to FIG. 7, the microphones 23 in the stethoscopes 11 and 12 convert the acoustic signals into two electrical signals, which are connected to filters 26 and 27 via amplifiers 31 and 32 and cables 36 and 37 . The filters 26 and 27 eliminate the noise in the electrical signals and emit first and second filtered signals. The first and second filtered signals of the two filters 26, 27 are connected to a process computer 40 . The process computing circuit 40 selects one of the two filtered signals that has a greater amplitude than the other. For this reason, the process computing circuit 40 has a selector (not shown) for selecting the filter signal with the larger amplitude. The selected filter signal is processed in the process computer in order to be able to analyze functional errors in the artificial hip joint.

Der Prozeßrechenkreis 40 umfaßt einen Detektor 41 der auf die ausgewählten Filtersignale reagiert. Der Detektorkreis 41 zeigt an, wo das erste gefilterte Signal innerhalb der ersten, zweiten und dritten Frequenz zone I, II und III (Fig. 3) liegt. Der Detektorkreis 41 erzeugt erste, zweite und dritte Detektorsignale, wenn das gefilterte Signal in die I., II. bzw. III. Frequenzzone fällt. Der Detektorkreis 41 kann einen FFT-(Schnell-Fourier-Transformator)Abtaster enthalten.The process computing circuit 40 comprises a detector 41 which reacts to the selected filter signals. The detector circuit 41 indicates where the first filtered signal lies within the first, second and third frequency zones I, II and III ( Fig. 3). The detector circuit 41 generates first, second and third detector signals when the filtered signal in the I., II. And III. Frequency zone falls. The detector circuit 41 may include an FFT (fast Fourier transformer) scanner.

Der Prozeßrechenkreis 40 umfaßt weiterhin einen Signalbewertungs kreis 42, der an den Detektor 41 angeschlossen ist. Der Signalbewertungskreis 42 bewertet das künstliche Hüftgelenk 15 nur dann als fehlerhaft, wenn das zweite Anzeigesignal allein von dem Detektorkreis 41 abgegeben wird. Anderen falls bewertet der Signalbewertungskreis 42 das künstliche Hüftgelenk 15 als funktionell beeinträchtigt. In jedem Fall wird ein erstes Ergebnis des Prozeßrechenkreises von dem Signal bewertungskreis 42 abgegeben.The process computing circuit 40 further includes a signal evaluation circuit 42 which is connected to the detector 41 . The signal evaluation circuit 42 only evaluates the artificial hip joint 15 as defective if the second display signal is emitted by the detector circuit 41 alone. Otherwise, the signal evaluation circuit 42 evaluates the artificial hip joint 15 as functionally impaired. In any case, a first result of the process control circuit is output by the signal evaluation circuit 42 .

Das erste und zweite gefilterte Signal werden außerdem einem Bestimmungskreis 43 aufgeschaltet. Der Bestimmungs kreis 43 kann auch innerhalb des Prozeßrechenkreises 40 liegen und dient zur Bestimmung des Ortes der Erzeugung der akustischen Signale in der vorstehend angegebenen Weise durch Anzeige einer Empfangszeitdifferenz zwischen den gefilterten Signalen, bezogen auf die Schallgeschwindig keit von 200 m/s. Ein zweites Ergebnis wird von dem Be stimmungskreis 43 mit Bezug auf das erste Ergebnis des Prozeßrechenkreises abgegeben.The first and second filtered signals are also applied to a determination circuit 43 . The determination circuit 43 can also lie within the process computing circuit 40 and is used to determine the location of the generation of the acoustic signals in the manner indicated above by displaying a reception time difference between the filtered signals, based on the speed of sound of 200 m / s. A second result is output by the determination circuit 43 with reference to the first result of the process control circuit.

Die ersten und zweiten Prozeßrechenergebnisse werden auf einem Anzeigegerät 44, z. B. einer Kathodenstrahlröhre angezeigt.The first and second process calculation results are displayed on a display device 44 , e.g. B. displayed a cathode ray tube.

Die Erfindung ist nicht auf die Untersuchung am lebenden menschlichen Körpern beschränkt. So kann es sich auch um lebende Tiere handeln.The invention is not based on the investigation alive limited human bodies. So it can also be act live animals.

Die akustischen Signale, aufgenommen von erfindungs gemäßen Stethoskopen, können auf einem Videoband zusammen mit den zuge hörigen Bewegungsbildern des Patienten gespeichert sein, die von einer Videokamera aufgezeichnet worden sind. Der erste und zweite Prozeßrechenkreis kann auch von dem Bewertungskreis 42 und dem Bestimmungskreis 43 über einen Übertragungsweg zu einer zentralen Station übertragen werden, wo die ersten und zweiten Ergebnisse analysiert werden. Das heißt, daß ein werteaddierendes Netzwerk (VAN) vorhanden sein kann, um die Endoprothese zu diagnostizieren.The acoustic signals, recorded by stethoscopes according to the invention, can be stored on a video tape together with the associated moving images of the patient, which have been recorded by a video camera. The first and second process computing circuits can also be transmitted from the evaluation circuit 42 and the determination circuit 43 via a transmission path to a central station, where the first and second results are analyzed. This means that a value adding network (VAN) can be present to diagnose the endoprosthesis.

Claims

1. Stethoscope with a microphone in a resonance body, which is closed at its open bottom end by a membrane to be contacted with the skin of a patient and has a dimensioned opening for tuning the resonance frequency, characterized in that at the open narrower head end of the conically shaped resonance body a pipe section ( 22 ) connects, which receives the microphone ( 23 ), the free inside diameter of the pipe section being dimensioned such that a free opening ( 24 ) is formed when the microphone ( 23 ) is inserted.

2. Stethoscope according to claim 1, characterized in that the microphone is glued into the tube section ( 22 ), the adhesive preferably being a silicone adhesive.