DE8331720U1

DE8331720U1 - Gelenkmanipulator

Info

Publication number: DE8331720U1
Application number: DE19838331720
Authority: DE
Original assignee: Mecron Medizinische Produkte GmbH
Current assignee: Mecron Medizinische Produkte GmbH
Priority date: 1983-11-03
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1988-02-25

Description

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B eschreibung

Die Erfindung betrifft einen Manipulator für ein Gelenk gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Idee, Gelenke dadurch wiederherzustellen, daß sie unter Distraktion bewegt werden, stammt von R. Judet. Sie wird z.Zt. von seinem Sühn Th. Judet (Clinique Juvenet, Paris) weiterverfolgt. Judet setzt einen "distracteur articulaire" ein, nachdem zerstörte Gelenkflächen bis auf die subchöndrale Spongiosa operativ entfernt wurden. Die Narbenbildung auf den unter Distraktion bewegten Gelenkflächen führt zur Ersatz- bzw. Faserknorpelbildüng. Ge- lenkdistrakteure für das Ellenbogen- und das Sprunggelenk sind im Handel. Ein entsprechender Distrakteur für das Kniegelenk ist nicht auf dem Harkt.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einen Manipulator der eingangs angegebenen Art für ein menschliches Kniegelenk zu schaffen.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind dabei Befestigungsplatten zur externen Fixation mit dem Führungsgelenk über verstellbare Federbeine verbunden und das Führungsgelenk ist quer zur Federungsrichtung eines Federbeines und entgegen einer verstellbaren Federkraft bewegbar angeordnet, wobei die Bewegungsrichtung im wesentlichen in der Schwenkebene des Führungsgelenkes liegt. Andere vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.

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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde» daß eine Verkalkung von Gelenkflächen vor allem dann •insetzt, wenn diese Flächen nicht mehr belastet werden· Im Falle vom Arthrose versucht der Patient aber wegen der damit verbundenen Schmerzen die betreffenden Gelenkbereiche nicht mehr zu benutzen, sondern vielmehr die Benutzung durch einen geeigneten Bewegungsablauf zu umgehen. Durch den Manipulator nach der Erfindung wird der betreffende Gelenkbereich entlastet, so daß sieh der IU natürliche Bewegungsablauf wieder schmerzfrei einstellen kann. Damit soll nicht nur eine Verkalkung verhindert, sondern sogar die Heilung der betreffenden Gelenkbereiche durch Neubildung von Knochensubstanz ermöglicht werden*

Ausgangspunkt für die Gestaltung des Manipulators waren Feinanalysen der Kniegelenkfunktion mit einem dafür ent' wickelten Ultraschall-Topometer, die weniger unter dem Gesichtspunkt der Gelenkflächenneugestaltung als im Hinblick auf die Refunktionalisierung des Kniegelenkes durch- geführt wurden.

Die Messungen ergaben, daß die gesunde Kniegelenkbewegung polyzentrisch abläuft; d.h. die Gelenkbewegung ist eine Kombinationsbewegung aus Roll- und Gleitbewegung die je nach Belastung den Anteil des Abrollvorganges verändert. Man kann sich diesen Bewegungsvorgang analog der Teilbewegung eines Autoreifens auf glatten Schneestraßen vorstellen. Die untere Gelenkfläche des Oberschenkels rollt gleichsam auf der oberen Gelenkfläche des

Unterschenkels.

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Der Anteil von Abrollen und Gleiten an der durchgeführten Gelenkbewegung ist abhängig von der Art der Bewegung und der dabei auftretenden Belastung.

Die Messungen ergaben weiterhin, daß bei erkrankten Kniegelenken dieser spezifische Abrollvorgang mehr und mehr verloren geht, woraus ein zunehmender Verschleiß der Knorpelflächen, Meniskusdegenerationen und Bandinsuffizienzen und muskuläre Fehlsteuerungen resultieren.

Die logische Konsequenz aus diesen Erkenntnissen ist, bei j erkrankten Kniegelenken |-

1. eine Gelenkbewegung unter Entlastung zu ermöglichen |

und

2. eine Rollbewegung zu erleichtern.

Dabei muß ein möglichst natürlicher Bewegungsablauf herbeigeführt werden, denn der dem Knie eigene Funktionsablauf muß als Schutzmechanismus vor einer Überlastung verstanden werden«

Dieser Schutz geht bei einer aufgezwungenen monozentrischen Bewegung verloren und führt langfristig zur Zerstörung des Kniegelenkes, im Bereich der Beugung von ca. 20* bis 70* steht der Abrollvorgang im Vordergrund der Be~ wegungsfunktion; d.h. in diesem Bereich findet eine von der monozentrischen Drehbewegung stark abweichende Ge-

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lenkführung statt. Im Beugezustand über 70° stehen Rutschbewegungen im Vordergrund. Beide Bewegungsformen sind während der Streckung und der Beugung unterschiedlich stark ausgeprägt. Die Ausprägung ist darüberhinaus entscheided von der Art der Be- bzw. Entlastung der Extremitäten abhängig. Hieraus folgt, daß eine dem Kniegelenk monozentrisch fest aufgezwungene Beuge- und Streckführung unphysiologisch ist. Monozentrisch verformte und bewegte Kniegelenke von Patienten mit unterschiedlichster Erkrankungsgenese (Röntgenbild) zeigen im Test (Topometermessungen) stark eingeschränkte Funktionsabläufe.

Da die Gelenkschäden individuell verschieden sind, muß die Gelenkbewegung von außen beeinflußbar sein. Außerdem darf die Bewegung nicht durch eine feste Achse geführt werden, da sonst eine Zerstörung der Knorpelflächen erfolgt. Darüberhinaus sind auch feste polyzentrisch geführte Gelenkbewegungen nicht individuell abstimmbar und führen zu Traumatisierungen des Gelenkes.

Da die Beugung der beiden Körperteile Femur und Tibia durch eine Schwenkbewegung und eine veränderliche vertikale und horizontale Verschiebung beschrieben werden kann, soll eine vorgesehene Schienenführung diesen Bewegunsablauf ermöglichen. Einer starre geometrische Konstruktion kann die individuelle, belastungsabhängige Verschiebung nicht gleichzeitig freihalten und führen.

Dies ist erst möglich durch den anzubringenden Manipulator nach der Erfindung, der am Oberschenkel- und Unterschenkelknochen fixiert wird. Am Manipulator einstellbare

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Federkräfte erlauben eine gegensinnige oder gleichsinnige Krafteinwirkung auf die bewegenden Kräfte. Daraus resultiert eine Abschwächung von Fehlkräften, bzw. Unterstützung von zu schwachen Kräften. Es spielt keine Rolle, ob es sich bei diesen Kräften um Muskel-, Schwerkraft- oder elastische Bandkräfte handelt. Scherkräfte im Gelenk (Subluxationen) werden gebremst und Auflagelasten werden vermindert - bei voller Mobilisation der Beinmuskulatur ohne Körperlast.

Die Federkräfte erlauben in Kombination mit ihrer geometrischen Anordnung eine beliebig einstellbare Kraftgröße und Kraftrichtung in Bezug auf den Bewegungsvorgang. Damit sind die Bedingungen geschaffen, um nachträglich eine do-

IS sierbare Gelenkführung gegen einen pathologischen gelenkzerstörenden Bewegungsablauf zu bewirken.

Die Einstellung der Federkräfte kann mittels des erwähnten Topometers kontrolliert und korrigiert werden. Eine derartige überwachung der Justierung ist wünschenswert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden bei der nachstehenden Darstellung zusammen mit einer bevorzugten Ausführung der Erfindung näher beschrieben.

Prinzip der Apparatekonstruktion:

Die Gelenkbewegung wird durch die geometrische Konstruktion des gezeigten Manipulators nur auf Rotation stabilisiert. Die Beugebewegung bleibt geometrisch unbeeinflußt.

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Die eigentliche Führung erfolgt durch Federkräfte, die unterschiedlich stark angespannt werden, je nach beabsichtigter Beeinflussung.

5 Apparatebeschreibung:

Der Gelenkapparat aus Metall weist zwei Hohlschaftteile 8, 2 mit Langlöchern 8b, 2b auf und wird durch vier oder mehr - in der Zeichnung nicht dargestellte - Doppelgewindestäbe am Femur und an der Tibia befestigt. Diese Verschraubungen an den Befestigungsplatten erlauben eine Anpassung der Konstruktion an die anatomischen Gegebenheiten. Die Führung muß nicht notwendig streng achsengerecht bzw. gerade verlaufen.

Zwischen der Ober- und Unterschenkelbefestigung befinden sich drei einstellbare Federbeine 5, 18; 2, 3 und 14, 15. Zwei Federbeine 5, 18 und 2, 3, die nahe an den Befestigungsplatten 8, 2 fest angeschraubt sind, erlauben eine freie Verschiebung in Richtung der Beinachsen über Langlöcher 5a, 2a, an deren Stelle auch ineinander passende Steckführungen wie Schwalbenschwanz und ähnliches treten können.

Am distalen Ende einer vertikalen Verschiebeleiste 5 liegt eine feste Drehachse eines Führungsgelenkes 6 und die Achse wird durch eine Platte 14 mit einem Langloch (unter einer Drehscheibe 13) geführt (dritte Verschiebeleiste). Die Platte 14 ist mit den distalen Ende der zweiten vertikalen Verschiebeleiste 5 fest verschraubt. Sie Ausrichtung der dritten Verschiebung verläuft im wesent-

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lichen senkrecht zu den beiden anderen Richtungen bei gestrecktem Knie. Die drei Verschiebeleisten 2, 5 und 14 sind jeweils Bestandteil eines Federbeines, die in den jeweiligen Mittelstellungen Druck- bzw. Zugfedern aufweisen. Die Kräften in den Mittelstellungen sind über eine Rändelmutter, beispielsweise über die Rändelmutter 16, einstellbar.

Die Verschiebung muß nicht notwendigerweise linear sein.

Die Federn erlauben, eine Kraftwirkung der Distraktion, Kompression und einer Verschiebung der Gelenkflächen zueinander (dorsal, vental) auszuüben. Die Feder zwischen tj der tibialen Befeetigungssplatte und der die Drehachse 6 | führenden Platte erleichtert eine Kniestreckung. Die an |

der tibialen Befestigungsplatte 2 vorgesehene Winkelplatte |

4 erlaubt die Distraktion der Kniescheibe unmittelbar oder |

mittelbar über die Federkraft des Federbeines 14, 15. f

Die Federn der Federbeine werden also bei Belastung des : zugeorneten Elementes in entsprechender axialer Richtung

verkürzt. *

&idigr; Zu geometrischen Anpassung des Manipulators an die natürliehe Geometrie sind fest einstellbare Winkelverstellein- f

I richtungen 10 und 11 vorgesehen. ;

Weftrt der gezeigte Manipulator eine Führung des natürlichen | Kniegelenke herbeiführen soll, bei welcher die Schwenkbewegung des Führungsgelenke 6 nicht streng in der Zeichenebene als Schwenkebene stattfinden soll, kann das Führungsgelenk 6 Teil eines Kreuzgelenks (Kardangelenks)

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sein. Dabei bildet die Gelenkachse des Führungsgelenks 6 mit einer weiteren Gelenkachse 15 ein Kreuz, das in der Winkelplatte 4 drehbar gelagert und Teil des Federbeines 14, 15 ist.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Minipulator zur Anwendung auf das Kniegelenk ist links der Femur- und rechts der Tibiateil dargestellt. Während bei dem Femurteil das Federbein 3 zwischen Befestigungsplatte und Gelenk 11 angeordnet ist, befindet sich beim Tibiateil das Gelenk 10 zwischen dem Federbein 16, 18 und Befestigungsplatte 8.

Die Federbeine sind einerseits durch Langlöchverbindungen 2a bzw. 5a oder Schraubbolzen 15 in ihrer Länge grob voreinstellbar. Mittels ein Schraubinnengewinde aufweisender Rändelringe 16, 19 oder 20 ist eine Feineinstellung der Federvorspannungen möglich, da die Rändelringe Anschlagflachen für die Schraubenfedern der Federbeine bilden. Auf dieser Weise ist der Manipulator so einstellbar, daß in Abhängigkeit von der Beugung des natürlichen Kniegelenks mittels des Hilfsgelenks 6 unterschiedliche über die Befestigungsplatten 2 und 8 wirksame Kräfte auftreten, welche das natürliche Kniegelenk entlasten bzw. die Beugung oder Streckung unterstützen.

Mittels der fest arretierbaren Gelenke 10 und 11 erfolgt die Anpassung an die individuellen Bedürfnisse des Patienten. Der Teil 4 weist ein zusätzliche Bohrung 21 auf, welche ebenfalls einen Drehpunkt für das fest einstellbare Gelenk zur Aufnahme des Femuranschlusses bilden kann, wenn es entsprechend hier befestigt ist.

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Der dargestellte Manipulator kann in vorteilhafter Weise

1. einer fortschreitenden Gelenkzerstörung entgegenwirken

und/oder

2. eine Refunktionälisierung der Bewegung ermöglichen
und/oder

3. einen eventuellen Wiederaufbau (Ersatz) der biologischen Gewebestrukturen erleichtern.

Eine Behandlung mit dem Manipulator ist unter stationärem einige Wochen währendem Aufenthalt in der Klinik vorgesehen. Die Kontrolle der Kniegelenkbewegung erfolgt durch Messungen mit dem Topometer, um Erfahrungen mit der äußeren Einstellung der Federkräfte zu gewinnen.

Besonders vorteilhaft ist bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Manipulators, daß ein innerer Gelenkei^griff entbehrlich ist.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel stellt nur eine Möglichkeit der Realisierung der Erfindung dar» Das aufgefundene, dem Gelenkmanipulator zugrundeliegende Prinzip läßt eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten offen, welche vom jeweils vorliegenden Anwendungsfall und vom jeweils vorrangig angestrebten Therapieerfolg abhängig ist.

Claims

MECRON 1. November 1983 medizinische Produkte GmbH D-1000 Berlin HE33.5 Gelenkmanipulator -P-a—fc—e n sprüche

1. Manipulator für ein Gelenk zur Anwendung in der Medizin, mit Befestigungsmitteln für die externe Fixation im gelenknahen Bereich beidseits des Gelenks und einem dazwischen angeordneten externen Führungsgelenk,

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gekennzeichnet durch

eine zwischen den Befestigungsmitteln (2, 8) vorgesehene Anordnung (3, 5, 14), welche in der Lage ist, in Abhängigkeit von der relativen Position der Befestigungsmittel unterschiedlich einstellbare Kräfte auszuüben.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß die Kräfte im wesentlichen

in Richtung der Befestigungsmittel (2, 8) in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Führungsgelenks (6) mit unterschiedlich einstellbarer Intensität und Orientierung wirken.
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3. Manipulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kräfte im wesentlichen auf die Befestigungsmittel (2, 8) in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Führungsgelenks (6) als ein das Führungsqelenk (6) streckendes oder beugendes Moment mit unterschiedlich einstellbarer Intensität und Orientierung wirken.

4. Manipulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (2, 8) mit dem Führungsgelenk (6) über bezüglich ihrer Vorspannung einstellbare Federbeine (3,

18) verbunden sind.

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5. Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, das die Federbeine in ihrer Länge verstellbar auegebildet sind.

&bgr;» Manipulator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, d a durch gekennzeichnet, daß die Federbeine Schraubenfedern aufweisen, welche in ihrer Vorspannung durch mittels Gewinde geführten Anschlägen verstellbar sind«

7. Manipulator nach einem £&r vorangehenden Ansprüche, ' dadurch gekennzeichnet, daß das | Führungsgelenk (6) quer zur Fedörungsriehtung eines Federbeines (2) und entgegen einer verstellbaren Federkraft bewegbar angeordnet ist, wobei die Bewegungsrichtung im wesentlichen in der Schwenkebene des Führungsgelenks (6) liegt.

8. Manipulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Federbein (3, 18) gegenüber dem benachbarten <

Befestigungsmittel (2 bzw. 8) mittels einer Winkelver- I

stelleinrichtung (11, 10) im wesentlichen innerhalb der t

Schwenkebene des Führungsgelenks arretierbar schwenkbar |

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9. Manipulator nach Anspruch 8 zur Anwendung für ein \ Kniegelenk, dadurch gekennzeichnet, f

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daß die Winkelverstelleinrichtung auf der Tibiaseite, von Befestigungsmittel in Richtung auf das Führungsgelenk gesehen, vor Sem Federbein angeordnet ist, während es auf der Pemurseite jenseits des Federbeine angeordnet ist.
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10. Manipulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsgelenk (6) ein Gelenkelement als eine Art Kreuzgelenk darstellt, dessen andere Gelenkachse als verstellbares Federbein (14) ausgebildet ist.

11. Manipulator nach Anspruch 10, dadurch g e kennzeichnet, daß die andere, als Federbein ausgebildete Gelenkachse im wesentlichen senkrecht zu der von der Richtung der Befestigungsmittel aufgespannten Ebene gerichtet ist.

12. Manipulator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsmittel als mit Langlöchern (2b, Ob) versehene Platten (2, 8) ausgebildet sind.