DE4134116C2 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen der Muskelkraft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 3.

Aus der DE 40 19 688 A1 ist eine Vorrichtung zur Längenmessung des Analkanals bekannt. Diese Vorrichtung besteht aus einem in den Analkanal einführbaren, mit einer Meßskala und/oder Markierungen versehenen Längenmeßstab, welcher in seinem in den Analkanal einzuführenden Ende einen Stabkopf aufweist, dessen Querschnitt größer als der Querschnitt des Längenmeßstabes ist. Diese Meßvorrichtung wird zum Messen der Analkanallänge eines Patienten in den Analkanal eingeführt, wobei die rückwärtige Anlagefläche des Stabkopfes zur Anlage an das innere Ende des Analkanals des Patienten gebracht wird. Daran anschließend wird ein angeordneter Handgriff solange verschoben, bis die vordere Anlagefläche des Handgriffes an der linea anocutanea zur Anlage kommt. Nach diesem Einstellvorgang kann dann die im Stabkopf angeordnete Längenmeßvorrichtung aus dem Analkanal herausgezogen und die Analkanallänge an der Meßskala abgelesen werden. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung ermöglicht zwar die Bestimmung der Länge bzw. Tiefe des Analkanals, läßt jedoch keine Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Schließmuskeln zu. Die Vorrichtung selbst arbeitet mit rein mechanischen Hilfsmitteln, so daß durch Ablesefehler und ungeschickte mechanische Handhabung erhebliche Fehlerquellen bei einer derart durchgeführten Diagnose gegeben sind.

Zur Funktionsanalyse des Kontinenzorgans, insbesondere der Analyse der Schließfähigkeit bzw. des Kontraktionsvermögens der Schließmuskeln ist aus der DE-OS 36 19 695 ein Untersuchungs­ element im analen Spincterbereich bekannt, welches aus einer in den Analkanal eines Patienten einführbaren stabförmigen Sonde besteht, die einen als bipolar oder multipolare Elektrode ausge­ bildeten Kopf, der einen Druckmeßfühler und eine Markierungsein­ richtung aufweist. Die am Kopf ausgebildete Elektrode dient zur Messung der Nervenleitgeschwindigkeit mittels Elektromyographie, wobei jeder Pol der Elektrode die Form eines kugelförmigen Segments aufweist. Der stabförmige Teil der Sonde besteht aus mehreren miteinander verbundenen Hohlzylindern, die über einen Zuganker zusammengehalten sind, wobei der im Innern angeordnete Druckmeßfühler mit einem oder mehreren der Hohlzylindern verbunden ist und aus einem Piezokristallsensor besteht. Mit Hilfe des Druckmeßfühlers werden die von dem Patienten aufgebrachten Muskelkräfte summarisch gemessen. Anhand der sichtbaren Abschnitte der stabförmigen Sonde kann der Arzt durch Abzählen bestimmen, in welchem Bereich des Analkanals sich der Meßfühler befindet. Die vorstehend beschriebene Vorrichtung weist den Nachteil auf, daß die Handhabung und Auswertung der Meßergebnisse äußerst umständlich ist und in vielen Anwendungsfällen nicht reproduziert werden kann. Das Ablesen der Länge und das damit verbundene Ermitteln der Eindringtiefe der Sonde ist für den behandelnden Arzt schwierig und erfordert zusammen mit der Registrierung der gemessenen Druckwerte äußerste Konzentration. Die spezielle Zusammensetzung der Sonde aus mehreren Hohlzylinder­ abschnitten ist wenig patientenfreundlich, da bei entzündeten und damit schmerzempfindlichen Teilen des Analschließmuskels die Übergänge zwischen den einzelnen Hohlzylindern spürbar sind und dem zu behandelnden Patienten erhebliche Schmerzen bereiten.

Aus der Literaturstelle Stelzner, M et. al. "Der Chirurg" 1988, Seiten 155-158, ist eine Methode zur Funktionsmessung des Kontinenzorgans bzw. des Analspincteröffnungsdruckes bekannt, bei der von einem Meßgerät Gebrauch gemacht wird, welches aus einem Glasrohr besteht, dessen Meßteil zwischen einer Verdickung in der Mitte des Rohres und einem pilzförmigen Glasüberwurf am Ende des Instrumentes liegt. Im Glasrohr ist eine seitliche Öffnung eingearbeitet und das Meßteil ist mit zwei Fingerlingen überzogen und wird in den Anal­ kanal eines Patienten eingeführt. Dabei werden die Fingerlinge vom Spinctersystem gegen das Rohr gepreßt. Über ein angeschlossenes Blutdruckmeßgerät wird Luft unter dem Glasüberwurf geblasen, die nach Überwindung des Spincterdruckes unter den Fingerlingen nach außen entweicht. Damit können sowohl einerseits der Ruhedruck als auch der Willkürkontraktionsdruck des Spincter­ systems erfaßt werden. Ein auf einem ähnlichen pneumatischen Prinzip beruhendes Untersuchungsgerät ist aus der US-PS 4,953,563 bekannt.

Allen zitierten bekannten Meßmethoden ist jedoch gemeinsam, daß der Druck des Kontinenzorganes nur global in Ruhestellung bzw. bei willkürlicher Kontraktion gemessen wird. Eine exakte Funktionsdiagnose des Analkanals über dessen gesamte Länge kann jedoch nicht vorgenommen werden. Die exakte Kenntnis der Druck­ verhältnisse in zeitlicher und örtlicher Hinsicht in jedem Teil des Analkanals ist jedoch für klinische Untersuchungen von größter Bedeutung, da Narben, Nervenschädigungen usw. unter­ schiedliche Kontraktionsfähigkeiten des Analschließmuskels bedeuten können. Es sind daher exakte Meßwerte gewünscht, die Aussagen über die Funktionsfähigkeit, beispielsweise des Analschließmuskels an jeder beliebigen Stelle liefern, wobei der zeitliche Verlauf des Kontraktionsverhaltens erkennbar sein muß.

Zur Lösung des vorstehend zitierten Problems ist aus der DE-OS 40 38 853 eine Vorrichtung zur Funktionsdiagnose bekannt, welche aus einer stabförmigen mit einem Drucksensor verbundenen Sonde besteht, welche in den Analkanal des Patienten eingeführt wird. Die stabförmige Sonde ist hierbei mit einer Positionierein­ richtung zum Verändern ihrer Stellung im Analkanal verbunden. Der Ausgang des Drucksensors ist an eine Anzeigeeinrichtung und/oder eine Datenverarbeitungseinrichtung zur Anzeige bzw. zur Weiterverarbeitung von Meßwerten des lokalen Analdruckes angeschlossen.

Die derartig ausgebildete Sonde wird dabei mechanisch oder elektromotorisch im Analkanal auf einem vorgegebenen Weg bewegt. Die im Laufe der Bewegung erhaltenen Druckmeßwerte des oder der Drucksensoren werden erfaßt und zur Diagnose herangezogen.

Nachteilig ist hierbei neben dem Aufwand zur Erzeugung der Bewegung selbst, der durch die motorische Drehbewegung ausgeübte Reiz auf den Muskelbereich, welcher zu unwillkürlichen Kontraktionen führen kann, die wiederum das Diagnoseergebnis erheblich verfälschen oder unbrauchbar machen. Weiterhin läßt sich durch die sequentielle Erfassung der Druckmeßwerte bezogen auf den zugehörigen Ort das Muskelzusammenspiel über einen längeren Zeitraum nicht oder nur mit erheblichem Aufwand, welcher zu einer starken physischen oder psychischen Belastung des Patienten führt, durchführen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Muskelkraft, insbesondere von Ringmuskeln an oder in Körperöffnungen anzugegen, welche bzw. welches eine exakte, zuverlässig reproduzierbare Messung und Auswertung des Muskeldruckes bzw. der Muskelkraft sowie eine patientenfreundliche Handhabung ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt vorrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 sowie durch das im Patentanspruch 3 angegebene Verfahren.

Mittels einer in die zu untersuchende muskulöse Körperöffnung eingeführten speziell ansteuerbare Sonde, welche über sensitive Mantelflächenbereiche die einwirkenden Druckkräfte flächen­ abschnittsweise über die Zeit ermitteln kann, wird eine Kraftver­ teilungsstruktur erhalten, die in einer nachgeordneten Datenver­ arbeitungseinrichtung bewertet und dargestellt werden kann. Zweckmäßigerweise erfolgt die Darstellung des Kräfteverlaufes als zweidimensionale Bildschirmdarstellung oder Computerausdruck, so daß eine effektive Bewertung durch den behandelnden Arzt gegeben ist. Durch den Verglich von in der Datenverarbeitungseinrichtung abgespeicherten Datensätzen kann eine Langzeitbeobachtung des Genesungsprozesses beispielsweise nach operativen Eingriffen erfolgen. Durch das Aktivieren der einzelnen sensitiven Bereiche des Sensors, z. B. im Multiplexverfahren ist eine vorteilhafte Zuordnung der Kräfte zum jeweiligen Ort möglich.

Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen auch eine Analyse des zeitlichen Ablaufes der Kraftentwicklung, d. h. des Kraftauf- und -abbaues sowie die Analyse des Zusammenspiels der komplexen Muskeln. Dies gewinnt insbesondere dadurch Bedeutung, da durch den Nervus pudendus ein gemeinsames Ennervieren der verschiedenen Muskelstrukturen, insbesondere beim weiblichen Anus und der Vagina, gegeben ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren soll weiterhin insbesondere nach Geburtskomplikationen eine Untersuchung der Cervix uteri möglich sein, wobei hier insbesondere dem Bereich der Portio dia­ gnostische Bedeutung zukommt.

Gleichzeitig ist mittels der Erfindung eine Verlaufskontrolle beim Training der Beckenbodenmuskeln nach einem descensus uteri möglich.

Bereits während des Einführvorganges kann durch teilweises oder vollständiges Aktivieren der über die gesamte Mantelfläche angeordneten sensitiven Bereiche eine Messung der Längenausdehnung des zu untersuchenden Objektes erfolgen. Durch die spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nachfolgend als Sonde bezeichnet, läßt sich eine Anpassung an unterschiedliche anatomische Gegebenheiten bzw. Patientenkonstitutionen erreichen. Die Erfassung der Eindring­ tiefe ist durch die Sondenkonstruktion sowie das elektronische Auswerteverfahren ohne zusätzliche mechanische Hilfsmittel gegeben.

Mittels der Erfindung ist es also möglich, krankhafte Veränderungen beispielsweise des Musc. sphincter externus ein­ schließlich des Zusammenspieles der Muskeln, beispielsweise des Musc. levator ani und des Musc. spincter externus, festzustellen. Weiterhin ist die Untersuchung des komplexen Muskelorgans der Vagina, einschließlich der cervix uteri, insbesondere nach operativen Eingriffen und zur Überprüfung des Heilungsprozesses, möglich. Ein weiteres Anwendungsgebiet besteht in der kombinierten Analyse der räumlichen Ausdehnung der Vagina oder des Analkanals bei gleichzeitiger Messung der örtlichen und zeitlichen Druck­ aktivitäten, hervorgerufen durch die die jeweilige Körperöffnung umgebenden Muskeln. Das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen eine Untersuchung bei geringer physischer und psychischer Belastung des Patienten.

Die erfindungsgemäße Sonde soll anhand der nachfolgenden Ausführungsbeispiele sowie der Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1a und 1b den prinzipiellen Sondenaufbau;

Fig. 2 den Aufbau einer durchmesserveränderlichen Sonde;

Fig. 3 eine im Kopfteil modifizierte Sonde;

Fig. 4 eine Anordnung zur Kalibrierung der Sonde;

Fig. 5 einen Teil-Querschnitt mit Darstellung des sandwichartigen Sondenaufbaues.

Fig. 1a stellt den prinzipiellen Aufbau der Sonde 1 dar, wobei zu erkennen ist, daß die zylindrische Sonde 1 über ihren Umfang bzw. ihre Mantelflächen verteilt eine Vielzahl von einzelnen oder in vorbestimmten Gruppen ansteuerbare bzw. abtastbare sensitive Bereiche 2 aufweist, wobei die Ortsauflösung der erhaltenen Druckmeßwerte von der Größe, der Anzahl und der Anordnung der sensitiven Bereiche 2 abhängt.

Die sensitiven Bereiche 2 sind beispielsweise als kapazitive Meßanordnung in Sandwich-Struktur ausgebildet, derartige Strukturen sind z. B. aus dem DE 37 04 870 C1 oder dem DE 36 34 855 C1 bekannt.

Im Gebrauchszustand wird die Sonde mit einem sterilen Einweg­ überzug 3 versehen, welcher äußerlich mit einem Gleitmittel versehen sein kann.

Fig. 1b zeigt eine Abwicklung der sensitiven Mantelfläche der Sonde 1, wobei die einzeln ansteuerbaren, z. B. quadratischen Sensorflächen erkennbar sind.

Die in Fig. 2 offenbarte Ausbildung der Sonde 1 besitzt einen flexiblen sensitiven Bereich 2′, welcher in seinem Durchmesser in vorgegebenen Grenzen veränderbar ist. Die Durchmesseränderung erfolgt durch das Einfüllen eines fluiden oder gasförmigen Mittels 6 in den Kammerbereich 4 der Sonde 1. Hierbei kann, gegebenenfalls unter Nutzung einer Einführhilfe 5 die Sonde 1 bequem und schmerzfrei in das zu untersuchende Objekt manuell eingebracht werden, wobei nach dem vollständigen Eindringen der Sonde 1 das Einfüllen des fluiden oder gasförmigen Mittels 6 unter Beobachtung der hierbei erhaltenen Druckmeßwerte solange erfolgt, bis zu erkennen ist, daß die Sonde 1 vollständig mit vorgegebenem Druck oder druckfrei, beispielsweise an der Innenseite der Vagina anliegt. Zweckmäßigerweise kann durch entsprechendes Temperieren des fluiden oder gasförmigen Mittels 6 eine unerwünschte Reizung des zu untersuchenden Objektes ausge­ schaltet oder ein gewünschter Reiz ausgelöst werden.

Insbesondere zur Untersuchung der Cervix uteri besitzt die Sonde nach Fig. 3 ein speziell ausgebildetes Kopfteil 7, mit zusätzlichen sensitiven Bereichen 2″.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Kalibrierung der Sonde 1, wobei die Sonde in einem flüssigen Medium 8 einem definierten Eichdruck ausgesetzt wird. Die herbei erhaltenen Einzelmeßwerte für die jeweiligen sensitiven Bereiche 2 können in einer zur Datenaus­ wertung vorgesehenen Datenverarbeitungsanlage (nicht gezeigt) abgespeichert und zur Korrektur der späteren Diagnose-Meßwerte verwendet werden.

Fig. 5 zeigt in Form eines Teiles des Querschnittes der Sonde 1 den Aufbau zur Realisierung kapazitiver sensitiver Bereiche. Auf einem metallischen Rohr 9, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist, wird eine Kupferabschirmfolie 10 aufgebracht, die von einer Mylar-Isolierfolie 11 umgeben ist.

Über die Mylar-Isolierfolie 11 ist eine weitere Kupferfolie 12 angeordnet, welche als gemeinsame Kondensatorplatte bzw. Elektrode wirkt. Das Kondensatordielektrikum wird von einer Elastomerschicht 13, z. B. einem Silikon gebildet, wobei über der Elastomerschicht abschnittsweise weitere Kondensatorplatten 14 angeordnet sind. Die Kondensatorplatten 14 bestehen zweckmäßiger­ weise aus einem mit Silber gefüllten elastischen Kunststoff­ material und werden mit einer Isolierfolie 15 umgeben.

Vorteilhafterweise ist zur äußeren Abschirmung eine weitere dünne metallische Folie 16 vorgesehen.

Durch die gemeinsame Kondensatorplatte 12, das elastische Dielektrikum und die flächen-abschnittsweise angeordneten Kondensator­ platten 14 wird eine kapazitive Anordnung gebildet, welche bei äußerer Krafteinwirkung eine veränderte Kapazität zur Folge hat. Diese Änderung kann beispielsweise zur gezielten Verstimmung von Schwingkreisen genutzt werden. Mittels bekannter Multiplex­ vorrichtungen ist eine Zuordnung der Einzelkondensatoren zum Ort der Krafteinwirkung gegeben. Auf diese Weise ist es also möglich, den Ort, die Stärke und gegebenenfalls den Zeitpunkt der jeweiligen Krafteinwirkung zu ermitteln.

Zusammenfassend dargestellt ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung unter Verwendung der speziellen Sonde eine exakte Analyse der zeitlichen und örtlichen Kräfteverteilung komplizierter Ring­ muskelstrukturen, insbesondere der menschlichen Vagina oder des Anus und die exakte Bestimmung der Lage gestörter Muskelbereiche. Durch die dynamische Messung, welche gleichzeitig an mehreren Orten, steuerbar durch die zeitliche Abtastfolge der Meßvorrichtung, erfolgen kann, wird unter Nutzung nachgeschalteter Datenverarbeitungsanlagen die Erstellung eines zwei- oder quasi­ dreidimensionalen Diagnosebildes mit der Darstellung der Druck­ verläufe möglich. Durch einfache externe Maßnahmen ist die Bestimmung des Muskel-Summendruckes jederzeit gegeben.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Messen der Muskelkraft, insbesondere von Ringmuskeln an oder in Körperöffnungen mit einer zylindrischen Druckmeßsonde mit sensitiven Bereichen zum Abtasten von Muskelkraftwerten sowie einer Datenverarbeitungseinrichtung zur Weiterverarbeitung und graphischen Darstellung der Muskelkraftwerte, dadurch gekennzeichnet,
daß die gesamte Mantelfläche der zylindrischen Druckmeßsonde (1) bedeckend eine Vielzahl von einzeln oder in vorbestimmten Gruppen aktivierbaren sensitiven Bereichen vorgesehen ist, wobei diese sensitiven Bereich (2) jeweils einen Flächenabschnitt der zylindrischen Druckmeßsonde (1) bilden, und
daß eine Einrichtung zur Aktivierung der sensitiven Bereiche (2) der zylindrischen Druckmeßsonde (1) vorgesehen ist, so daß ohne Relativbewegung zwischen der zylindrischen Druckmeßsonde (1) und den Ringmuskeln oder der Körperöffnung die auf die Mantelfläche einwirkenden Muskelkräfte bestimmbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwicklung der Mantelfläche der zylindrischen Druckmeßsonde (1) aus einer Vielzahl von einzeln aktivierbaren sensitiven Bereichen (2) besteht und jeder der Bereiche (2) als kapazitive Druckmeßanordnung in Sandwich-Struktur ausgebildet ist.

3. Verfahren zum Messen der Muskelkraft, insbesondere von Ringmuskeln an oder in Körperöffnungen unter Verwendung einer zylindrischen Druckmeßsonde mit sensitiven Bereichen zum Abtasten von Muskelkraftwerten sowie einer Datenverarbeitungseinrichtung zur Weiterverarbeitung und graphischen Darstellung der Muskelkraftwerte, dadurch gekennzeichnet, daß während des Einführens der zylindrischen Druckmeßsonde mit Hilfe der die gesamte Mantelfläche der zylindrischen Druckmeßsonde bedeckenden Vielzahl von sensitiven Bereichen, welche jeweils einen Flächenabschnitt der Druckmeßsonde bilden, die jeweilige Eindringtiefe ermittelt wird und wobei ohne Relativbewegung zwischen Druckmeßsonde und Ringmuskel zeit- und/oder ortsaufgelöst auch über einen längeren Zeitraum die Muskelkrafteinwirkung oder Muskelkraftverteilung über die Mantelfläche der zylindrischen Druckmeßsonde bestimmt wird und die so erhaltenen Muskelkraftwerte unmittelbar zwei- oder dreidimensional graphisch dargestellt werden.