DE4016476C2 - Isometer - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Isometer zum Bestimmen einer isometrischen Positionierung eines Ligament-Transplantats, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen, wie es aus der US 4 712 542 bekannt ist.

Ziel der isometrischen Positionierung ist, daß bei der Biegung des Gelenkes, wie z. B. des Knies, die Ligament- Transplantate sehr wenig gedehnt werden. Dies ist bei richtiger Anbringung des Transplantats möglich, da z. B. die Bewegung des Kniegelenkes sich aus einer rollenden und einer gleitenden Bewegung zusammensetzt. Mit dem Isometer wird gemessen, ob und gegebenenfalls wie stark das Transplantat, wenn es in die vorgesehenen Bohrungen verlegt wird, beim Abwinkeln des Gelenkes gedehnt würde. Überschreitet die gemessene Dehnung einen festgelegten Wert, muß erneut gebohrt werden.

Ein weiteres Isometer der eingangs genannten Art, das mit Gasdruck statt Federkraft arbeitet, ist in der EP 02 80 572 A1 beschrie­ ben. Bei den in beiden Dokumenten offenbarten Isometern wird ein Faden zwischen der Befestigungsstelle an dem einen Knochen und dem an der Befestigungsstelle am andern Knochen angebrachten Isometer mittels Federkraft (beim US Patent) bzw. Gasdruck (bei der EP Anmeldung) gespannt, wo­ bei in beiden Fällen die Spannung variierbar ist. Tritt bei der Abwinklung des Gelenks eine Abstandsänderung der Befestigungsstellen auf, so wird die Verschiebung eines beweglichen Schlittens, an dem der Faden befestigt ist, gegenüber dem Isometergehäuse direkt abgelesen, oder - ge­ mäß dem US Patent - auch zunächst über eine Zahnstange auf einen mit einem Zahnrad verbundenen Zeiger übertragen und erst dann abgelesen. Bei beiden bekannten Isometern kann der Schlitten in einer beliebigen Lage zum Isometer­ gehäuse fixiert werden. Beide Geräte sind für den intra­ operativen Gebrauch zu kompliziert. Eine genaue Ablesung der Abstandsänderungen ist nicht leicht.

Auch in dem Artikel "Isometric Placement of Substitutes for the Anterior Cruciate Ligament" von Ben Graf veröf­ fentlicht in dem von D. W. Jackson herausgegebenen Buch "The Anterior Cruciate Deficient Knee" ist ein Isometer beschrieben. Es unterscheidet sich von den anderen be­ kannten Isometern vor allem dadurch, daß nur bei einer festgelegten Fadenspannung gemessen wird und daß die di­ rekte Messung der Verschiebung des Schlittens gegenüber dem Isometergehäuse so vorgenommen wird, daß vor der Messung der Nullpunkt einer am Gehäuse befestigten Skala mit einem Zeiger am Schlitten in Übereinstimmung gebracht wird. Insofern ist das in dem Artikel beschriebene Isome­ ter weniger kompliziert als die beiden anderen bekannten, aber die genaue Ablesung der Abstandsänderungen ist bei ihm nur unwesentlich leichter.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes Isometer derart auszubilden, daß bei jedem Ansetzen des Isometers eine optimal empfindliche Anzeige der Fadenlänge erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst. Es ist dadurch ohne weiteres möglich, vor dem eigentlichen Meßvorgang die Justierung so vorzunehmen, daß der Zeiger sich in der Mitte der Skala befindet, also in dem empfindlichsten Bereich. Bei einer Bewegung der Gelenkknochen läßt sich damit eine Veränderung der Fadenlänge und damit eine Änderung der Federdehnung besonders empfindlich feststellen, während bei größeren Abweichungen, beispielsweise beim Anlegen des Isometers vor der Justierung, nur relativ geringere Zeigerausschläge auftreten. Dadurch kann ein sehr großer Spannungsbereich der Feder durch ein Anzeigeelement überstrichen werden, beispielsweise beim Anlegen des Isometers, und trotzdem kann im eigentlichen Arbeitsbereich mit hoher Empfindlichkeit abgelesen werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Abstand des Stützteiles von dem Halter verstellbar ist.

Es ist vorteilhaft, wenn der Stützfuß auf den Halter auf­ geschraubt ist. Diese Ausgestaltung erleichtert die ge­ zielte Veränderung des Abstandes zwischen Stützfuß und Halter und die Fixierung eines bestimmten Abstandes.

Das Anlegen des Isometers an den Knochen wird vereinfacht, wenn der Stützfuß das Zugelement hülsenförmig umgibt.

Die mechanische Stabilität des Isometers erhöht sich, wenn das Zugelement an einem im Halter verschieblich gelagerten Schlitten befestigt ist, an dem seinerseits die Feder angreift.

Aus Gründen der mechanischen Stabilität und auch der Hy­ giene ist es günstig, wenn der Halter als das Zugelement und die Feder umschließendes Gehäuse ausgebildet ist.

Mit dem im Anspruch 1 angegebenen Kurbeltrieb läßt sich ein nichtproportionales Übersetzungsverhältnis in besonders einfacher Weise realisieren. Dafür ist das An­ zeigeelement am Halter drehbar gelagert und im Abstand von dieser Lagerstelle greift das Zugelement oder ein mit diesem verschiebbares Teil drehbar und in radialer Richtung ge­ genüber dem Anzeigeelement verschiebbar an diesem an. Vorteilhaft ist dabei, wenn das Anzeigeelement ein Zeiger ist und eine von diesem überstrichene Skala am Hal­ ter befestigt ist.

Beim Festlegen des Isometers am Gelenk ist es vorteilhaft, wenn eine lösbare Fixierung zum Festhalten des Schlittens in einer festgelegten Position vorgesehen ist, bei der die Feder stärker als bei der Messung zusammengedrückt ist. Eine günstige Ausgestaltung der Fixierung liegt vor, wenn sie aus einer am Halter befestigten Federraste, aus einem damit verbundenen Rastbolzen und einer Sperrbohrung am Schlitten besteht. Die Fixierung in der genannten Position erleichtert das Spannen des Zugelementes.

Es ist günstig, wenn das Isometer ein das Zugelement um­ schließendes Rohr aufweist, welches aus dem Gehäuse herausragt, in die Bohrung in dem einen Gelenkknochen paßt und welches in einer mit dem Stützfuß verbundenen Rohrfüh­ rung geführt ist. Diese Ausgestaltung des Isometers er­ leichtert seine Positionierung am Ausgang der Bohrung an dem einen Gelenkknochen.

Um ein Drehen des Rohres bei der Veränderung des Abstandes zwischen Gehäuse und Stützfuß zu verhindern, ist es günstig, wenn das Rohr mittels eines Formstückes, welches mit dem Schlitten einen Formschluß bildet, am Schlitten befestigt ist.

Es hat sich als günstig herausgestellt, wenn in der Ver­ schiebungsposition des Zugelementes, in welcher die Nicht­ proportionalität des Übersetzungsverhältnisses maximal ist, die Feder mit einer Kraft von 25 N zusammengedrückt wird.

Die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Aus­ führungsbeispiels des Isometers dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht der Meßanordnung unter Verwendung des Isometers bei der Bestimmung der günstigsten Pla­ zierung der Bohrungen für das Ligament- Transplantat durch zwei Gelenkknochen,

Fig. 2 das in Fig. 1 gezeigte Isometer in ver­ größerter Darstellung,

Fig. 3 das in Fig. 2 gezeigte Isometer in Vorder­ ansicht vom Knochen aus gesehen,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das in der Fig. 3 gezeigte Isometer längs Linie 4-4,

Fig. 5 einen Querschnitt durch das Isometer der Fig. 4 längs Linie 5-5,

Fig. 6 einen Querschnitt durch das Isometer der Fig. 4 längs Linie 6-6.

In Fig. 1 ist ein Isometer 1 gezeigt, das mit einem Rohr 16 in eine Bohrung 4 durch einen ersten Gelenkknochen 2, z. B. die Tibia, gesteckt ist. Die Bohrung 4 hat eine Ent­ sprechung an einem zweiten Gelenkknochen 3, z. B. dem Fe­ mur. In den Bohrungen verläuft ein Zugelement in Form eines gespannten Fadens 13, der einerseits an einem Faden­ halter 14 fixiert ist, welcher sich an dem vom Gelenk ab­ gewandten Ende der Bohrung durch den Gelenkknochen 3 be­ findet, und andererseits durch das Rohr 16 in das Isometer 1 hineingeführt und an dessen vom Knochen abgewandtem Ende an einer Fadenbefestigung 15 gehalten ist. Die Einzelhei­ ten des Isometers 1 werden anhand der anderen Figuren im folgenden beschrieben.

Das Isometer 1, welches die Fig. 2 und 3 von außen in einer Seiten- bzw. einer Vorderansicht zeigen, weist ein zylindrisches Gehäuse 5 auf, welches mittels eines Stütz­ fußes 18 mit einer Rohrführung 17 für das Rohr 16 verbun­ den ist. Die Rohrführung liegt bei der Bestimmung der iso­ metrischen Positionierung am Gelenkknochen 2 an. Auf das Gehäuse 5 ist eine Hülse 41 (Fig. 3) mit einer tangentia­ len Verlängerung geschoben, an der eine Skalenscheibe 6 mit einer gekrümmten Skale 7 befestigt ist. Auf die Skale 7 weist ein Zeiger 10. Der Zeiger 10 ist mittels einer ersten Zeigerbefestigung 11 drehbar an der Hülse 41 und außerdem mittels einer zweiten Zeigerbefestigung 12 ebenfalls drehbar an einem in Richtung der Gehäuseachse verschiebbaren Schlitten 31 im Innern des Gehäuses 5 befestigt. Die Zeigerbefestigung 12 verläuft in einem zur Gehäuseachse parallelen Schlitz 8 im Gehäuse 5 und in der Hülse 41. Von dem Schlitten 31 ist in der Fig. 2 nur das eine aus dem Gehäuse 5 herausragende Ende zu sehen. Der Zeiger 10 ist um die zweite Zeigerbefestigung 12 drehbar und läßt sich auch relativ zu ihr linear in Richtung der Verbindungslinie zwischen den beiden Zeigerbefestigungen bewegen, was mittels eines Langlochs 40 im Zeiger 10 ermöglicht wird, in welchem die Zeigerbefestigung 12 geführt ist. Ein Griff 9 an dem vom Stützfuß 18 abge­ wandten Ende des Gehäuses 5 ist mit dem Schlitten ver­ bunden und dient dazu, den Schlitten gegenüber dem Gehäuse 5 von Hand zu verschieben.

Wie die Schnitte durch das Isometer 1 in den Fig. 4 bis 6 zeigen, ist das Gehäuse 5, welches einen kreisrunden Quer­ schnitt hat, mittels einer Verschraubung 34 koaxial mit dem Stützfuß 18 verbunden. An dem Stützfuß 18 ist koaxial die Rohrführung 17 befestigt, welche das Rohr 16 führt. Das Gehäuse 5 weist einen zylindrischen Hohlraum 30 auf, dessen Achse mit der Gehäuseachse zusammenfällt. In dem Hohlraum 30 und in ihm geführt befinden sich der in Richtung der Gehäuseachse verschiebbare zylindrische Schlitten 31 und eine mit ihrem einen Ende an der dem Stützfuß 18 zugewandten Frontseite 33 des Schlittens 31 anliegende Feder 32, bei der es sich um eine Druckfeder handelt, und die mit ihrem anderen Ende an einer Ver­ engungsstelle 43 des Hohlraumes 30 anliegt.

Das in der Rohrführung 17 axial geführte Rohr 16 verläuft axial durch den Stützfuß 18 und den Hohlraum 30 in ein axiales Loch 44 im Schlitten 31 hinein. Ein im Loch 44 sitzendes Formteil 35, welches mit dem Schlitten 31 einen Formschluß eingeht (siehe Fig. 6), hält das Rohr 16 fest und verhindert eine Drehung des Rohrs 16, wenn an der Ver­ schraubung 34 gedreht wird. Eine Verdrehung des Schlittens 31 relativ zum Gehäuse 5 verhindert die im Spalt 8 geführ­ te Zeigerbefestigung 12.

Der Schlitten 31 weist außerdem eine Sperrbohrung 37 auf (siehe Fig. 5), in welche bei richtiger Positionierung des Schlittens 31 zum Gehäuse 5 ein axial an einer Federraste 38 befestigter und in einer axial durch die Hülse 41 und die Wandung des Gehäuses 4 hindurchgehenden Bohrung 45 ge­ führter Rastbolzen 36 einrastet. Die Federraste 38 ist in einem Gehäuse 20 untergebracht, welches an der tangentia­ len Verlängerung der Hülse 41 befestigt ist. Ein Halte­ knopf 19 zur Betätigung der Federraste 38 sitzt axial an dem vom Rastbolzen 36 abgewandten Ende der Federraste 38 und ragt aus dem Gehäuse 20 heraus.

Vorteilhaft an dem hier beschriebenen Isometer sind haupt­ sächlich die Art, wie die Verschiebung des Schlittens 31 auf den Zeiger 10 übertragen wird, und die einfache Po­ sitionierung des Zeigers 10 bei gespanntem Faden 13 in einer gewünschten Stellung zu der Skale 7.

Bei einer Veschiebung des Schlittens 31 verschiebt sich - wie sich anhand der Fig. 2 und 4 veranschaulichen läßt - auch die Zeigerbefestigung 12 und damit auch der Zeiger 10. Da dieser auch noch an der feststehenden Zei­ gerbefestigung 11 befestigt ist, führt der Zeiger eine Drehbewegung um die Zeigerbefestigung 11 aus. Bei der Ver­ schiebung verändert sich der Abstand zwischen den Zeiger­ befestigungen 11 und 12. Haben die beiden Zeigerbefesti­ gungen 11 und 12 den geringsten Abstand voneinander, was der Fall ist, wenn die Verbindungslinie und damit auch die Richtung, in die der Zeiger 10 weist, senkrecht zur Ver­ schiebungsrichtung des Schlittens 31 verläuft, dann ist der Zeigerausschlag bei einer Verschiebung des Schlittens relativ am größten. In dieser Zeigerposition wird deshalb gemessen. Die in der Fig. 2 gezeigte Skale 7 gibt diese Verhältnisse wieder: der Abstand der Striche, welcher im­ mer derselben Schlittenverschiebung entspricht, ist in der Skalenmitte am größten und wird zu den Skalenenden hin im­ mer kleiner. Ist der am Schlitten 13 befestigte Faden mit­ tels der Feder 32 gespannt, so kann der Zeiger 10 leicht durch Drehen des Stützfußes 18 in die senkrechte Position gebracht werden. Mittels der Verschraubung 34 wird dabei der Abstand zwischen der Rohrführung 17, welche am Knochen anliegt, und dem Gehäuse 5 verändert. Da der Faden 13 eine festgelegte Länge hat, muß die Veränderung des Abstandes zwischen Rohrführung 17 und Gehäuse 5 durch eine entspre­ chende Verschiebung des Schlittens 31 und damit eine Dre­ hung des Zeigers 10 ausgeglichen werden. D. h. mit anderen Worten, durch Drehen am Stützfuß 18 kann der Zeiger 10 leicht in die senkrechte Position gebracht werden. Bei dem hier beschriebenen Isometer ist die Fadenspannung dann 25 N, wenn der Zeiger 10 in die Richtung senkrecht zur Verschiebungsrichtung des Schlittens 31 weist. Es hat sich herausgestellt, daß bei dieser Fadenspannung alle Messungen mit guten Ergebnis durchgeführt werden können.

Im folgenden wird das Verfahren zur Bestimmung einer iso­ metrischen Positionierung eines Ligament-Transplantats in einem Kniegelenk beschrieben.

Zunächst wird der Abstand zwischen der Rohrführung 17 und dem Gehäuse 5 durch Drehen am Stützfuß 18 auf den maxima­ len Wert eingestellt und das Isometer 1 wird in den ge­ spannten Zustand überführt. Dazu wird mittels des Griffes 9 der Schlitten 31 gegen die Feder 32 in den Hohlraum 30 im Gehäuse 5 so weit hineingedrückt, daß der Rastbolzen 36 in die Sperrbohrung 37 im Schlitten 31 einrastet. Der Zei­ ger 10 wandert dabei auf der Skala 7 in Richtung Gelenk. Anschließend wird das aus der Rohrführung 17 herausragende Ende des Rohrs 16 in die tibiale Bohrung bis zum Anschlag der Rohrführung 17 an dem Schienbein (Tibia) eingeführt.

Eine Schlaufe am einen Ende des Fadens 13 wird beispiels­ weise mittels einer Fadengabel durch die femurale Bohrung in den Knie-Innenraum vorgeschoben. Beispielsweise mit ei­ nem Fadenfänger, der durch das Isometer und durch die Tibia in den Innenraum eingeführt wird, wird die Schlaufe ergriffen, durch die Tibia in das Isometer 1 gezogen und in die Fadenbefestigung 15 eingehängt. Das andere Ende des Fadens 13, welches aus der femuralen Bohrung herausragt, wird manuell angespannt und mit dem Fadenhalter 14, zum Beispiel einer Klemme, an der knieabgewandten Seite am Fe­ mur fixiert. Mit leichtem Druck gegen die Feder 32 wird der Rastbolzen 36 gelöst. Die Federkraft der Feder 32 liegt nun am Faden 13. Bei einer festgelegten Winkelstel­ lung von Tibia zu Femur wird nun durch Drehen des Stütz­ fußes 18 - und zwar in der Weise, daß sich der Abstand zwischen Rohrhülse und Gehäuse verringert - der Zeiger 10 auf die Mitte der Skala 7 gestellt. Die sich dabei ein­ stellende Fadenspannung liegt bei 25 N.

Die Winkelstellung zwischen Tibia und Femur wird fünfmal zwischen 0° und 90° variiert und eine eventuell durch Ver­ schieben des Fadens 13 in den Bohrungen hervorgerufene De­ justierung bei der zunächst festgelegten Winkelstellung nachjustiert, d. h. der Zeiger wird wieder auf die Mitte der Skala 7 gestellt. Bei der anschließenden Messung wird dann bei beliebigen Winkelstellungen die Zu- bzw. Abnahme des Abstandes zwischen Rohrführung 17 und dem Fadenhalter 14 aus dem Ausschlag des Zeigers 10 bestimmt. Bei keiner Winkelstellung darf der Unterschied zwischen dem festge­ legten und dem gemessenen Abstand einen Betrag von 2 mm überschreiten. Überschreitet der Betrag 2 mm, muß neu ge­ führt werden. Das beschriebene Verfahren ist so einfach und die Ablesung der Abstandsänderung so genau möglich, daß die Messung ohne weiteres während einer Operation durchgeführt werden kann.

Claims (13)

1. Isometer zum Bestimmen einer isometrischen Posi­ tionierung eines Ligament-Transplantats, welches zum Verbinden eines Paars von Gelenkknochen (2, 3) in einer Bohrung (4) durch die beiden Knochen (2, 3) zwischen zwei Befestigungsstellen zu beiden Seiten des Gelenks verlegt werden soll, mit einem an den Gelenkknochen anlegbaren Stützteil (Rohrführung 17, Stützfuß 18), mit einem dieses tragenden Halter (Gehäuse 5), an dem ein die Bohrung der beiden Gelenkknochen (2, 3) durchsetzendes Zugelement (Faden 13) linear verschieblich gehalten ist, mit einer sich einerseits an dem Zugelement (13) und andererseits an einer am Halter (5) angeordneten Anlagefläche (43) abstützenden Feder (32), wobei der Abstand zwischen der Anlagefläche (43) und dem Stützteil (17, 18) verstellbar ist, und mit einem die elastische Verformung der Feder (32) anzeigenden Anzeigeelement (10), dadurch gekennzeichnet, daß ein die lineare Bewegung des Zugelements (13) in eine Schwenkbewegung des Anzeigeelementes (10) umsetzender Kurbeltrieb (Schlitten 31, Zeigerbefestigung 12) vorgesehen ist.

2. Isometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Stützteils (17, 18) von dem Halter (5) verstellbar ist.

3. Isometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (17, 18) auf den Halter (5) aufgeschraubt ist.

4. Isometer nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (17, 18) das Zugelement (13) hülsenförmig umgibt.

5. Isometer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugelement (13) an einem im Halter verschieblich gelagerten Schlitten (31) befestigt ist, an dem seinerseits die Feder (32) angreift.

6. Isometer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter als das Zug­ element (13) und die Feder (32) umschließendes Gehäuse (5) ausgebildet ist.

7. Isometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement (10) am Halter (5) drehbar gelagert ist und im Abstand von dieser Lagerstelle das Zugelement (13) oder ein mit diesem verschiebbares Teil (Zeigerbefestigung 12) drehbar und in radialer Richtung gegenüber dem Anzeigelement (10) verschiebbar an diesem angreift.

8. Isometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigelement ein Zeiger (10) ist und eine von diesem überstrichene Skala (7) am Halter (5) befestigt ist.

9. Isometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine lösbare Fixierung zum Festhalten des Schlittens (31) in einer festgelegten Position zum Halter (5) vorgesehen ist.

10. Isometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung aus einer am Halter (Gehäuse 5) befestigten Federraste (38), einen damit verbundenen Rastbolzen (36) und einer Sperrbohrung (10) im Schlitten (31) besteht.

11. Isometer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Rohr (16) aufweist, wel­ ches aus dem Halter (5) herausragt und in eine Bohrung (4) in dem ein Gelenkknochen (2) paßt und welches in einer mit dem Stützfuß (18) verbundenen Rohrführung (17) geführt ist.

12. Isometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr mittels eines Formstückes (35), wel­ ches mit dem Schlitten (31) einen Formschluß bil­ det, am Schlitten (31) befestigt ist.

13. Isometer nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verschiebungspo­ sition des Zugelements (13), in welcher das Übersetzungsverhältnis maximal ist, die Feder (32) mit einer Kraft von 25 N zusammengedrückt wird.