ES2333769A1 - Dispositivo para la medicion de la inestabilidad rotatoria de la rodilla. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la medición de la inestabilidad rotatoria de la rodilla. Dispositivo para la determinación del estado de ligamentos de la rodilla, caracterizado porque, comprende por lo menos un medio para ejercer una fuerza que haga rotar la tibia sobre su propio eje, por lo menos un medio para la medición del ángulo de rotación de la tibia y por lo menos un medio para la medición del momento de la fuerza ejercido para producir la citada rotación.
Description
Dispositivo para la medición de la inestabilidad
rotatoria de la rodilla.
La presente invención hace referencia a un
dispositivo para la medición de la inestabilidad de la rodilla con
fines preoperativos, interoperativos y postoperativos.
La presente invención permite, entre otros, el
diagnóstico de pacientes con lesiones en el ligamento cruzado
posterior (PCL).
Una de las técnicas actuales para diagnóstico
de pacientes con lesión de PCL se basa en la emisión de rayos X
para obtener una radiografía. Esta técnica no muestra exactamente
la lesión del paciente pero da una idea del tipo de lesión. Sin
embargo, presenta una baja precisión debido a la bidimensionalidad
y la presencia de huesos que dificultan la visibilidad de tejidos.
Por tanto su interpretación es muy compleja, provocando
diagnósticos imposibles o erróneos.
Otra de las técnicas conocidas es la imagen por
resonancia magnética (MRI). Esta técnica es un proceso de
diagnóstico que utiliza una combinación de imanes grandes,
radiofrecuencias y una computadora para producir imágenes
detalladas de los órganos y las estructuras dentro del cuerpo; a
menudo es muy eficiente para detectar daños en tejidos. Una
desventaja que presenta esta técnica es el elevado costo de
utilización.
Otra técnica conocida es la tomografía
computarizada que se basa en el diagnóstico por imagen que utiliza
una combinación de rayos X y tecnología computarizada para producir
imágenes transversales (a menudo llamadas "rebanadas") del
cuerpo, tanto horizontales como verticales. Una tomografía
computarizada muestra imágenes detalladas de cualquier parte del
cuerpo, incluidos los huesos, los músculos, la grasa y los órganos.
La tomografía computarizada es más detallada que los rayos X
regulares y por tanto más efectiva en lesiones de tejido pero
requiere una compleja interpretación.
Otra técnica conocida es la artroscopia de
diagnóstico. Es un método de diagnóstico que requiere de una
invasión en las articulaciones. En este procedimiento se emplea un
pequeño tubo óptico iluminado (artroscopio) que se inserta en la
articulación a través de una pequeña incisión practicada en ella.
Las imágenes del interior de la articulación se proyectan en una
pantalla y se utilizan para evaluar cualquier cambio degenerativo
y/o artrítico en la articulación.
Otra de las técnicas conocidas para este tipo
de diagnósticos es el escáner por radionúclidos, consiste en una
técnica nuclear de diagnóstico por imágenes que utiliza una
cantidad mínima de material radioactivo que se inyecta en la
corriente sanguínea del paciente para que sea detectado por un
escáner. Este examen muestra el flujo sanguíneo hacia el hueso y la
actividad celular dentro de él pudiendo detectar indirectamente
lesiones en el ligamento.
Otra técnica consiste en provocar manualmente
un movimiento opuesto a la acción del ligamento, de tal manera que
el profesional detecte la falta de acción de oposición del
ligamento. Este procedimiento presenta el problema de que el
movimiento debe controlarse muy finamente, puesto que se puede
agravar la lesión, y por otra parte, provoca muchas mediciones
erróneas, debido a que este método depende únicamente de la
sensibilidad del profesional y además la elasticidad del ligamento
es diferente para cada paciente.
La presente invención da a conocer un
dispositivo que permite, además del diagnóstico, cuantificar el
daño que puede tener el paciente (preoperativo), determinar el
tamaño de la lesión y el mejor tratamiento para el caso específico
(interoperatorio), y así mediante mediciones periódicas determinar
la efectividad del tratamiento utilizado y la mejoría del paciente
(post-operativo), esto siempre y cuando su
ligamento colateral lateral (LCL) se encuentre sano.
Teniendo en cuenta que la presente invención
resulta ser más económica y/o precisa que los descritos
anteriormente, además de no ser invasivo y no causar ningún tipo de
dolor o daño al paciente, es el método indicado para realizar
mediciones periódicas y tener un seguimiento más eficaz de la
lesión.
Así, la presente invención da a conocer un
dispositivo para la determinación del estado de ligamentos de la
rodilla, caracterizado porque comprende por lo menos un medio para
ejercer una fuerza que haga rotar la tibia sobre su propio eje, por
lo menos un medio para la medición del ángulo de rotación de la
tibia y por lo menos un medio para la medición del momento de la
fuerza ejercido para producir la citada rotación.
El procedimiento operativo seguido por el
dispositivo dado a conocer por la presente invención comprende la
medición del momento de la fuerza necesaria para producir una
rotación de la tibia sobre su propio eje y toma una referencia con
el fin de determinar el ángulo de rotación para poder cuantificar la
rotación realizada. Al aplicar una fuerza de rotación sobre la
tibia, asumiendo que los músculos estén relajados, el tejido que
tiene la disposición para generar una fuerza contraria es el
ligamento cruzado posterior (PCL). Por tanto el método se basa en
medir la fuerza opositora que puede realizar el PCL, lo cual es
novedoso con respecto a lo anteriormente conocido. Dicha fuerza no
solo puede ser analizada en términos absolutos sino que además pude
compararse con la fuerza realizada por el PCL de la rodilla sana
para determinar con bastante precisión, no solo si existe una
lesión, sino también la severidad de la misma. Con fines
explicativos, y para mayor comprensión, el ángulo de referencia se
medirá como el ángulo de rotación de los pies alrededor de la línea
sagital de la pierna con la articulación del tobillo en bloqueo,
aunque es posible utilizar otras referencias.
El dispositivo propuesto por la presente
invención también comprende la medición del grado de rotación. El
objetivo es relacionar la fuerza opositora al movimiento con el
ángulo de rotación, del que, combinado con la posibilidad de
efectuar varias mediciones tanto en sentido de giro hacia el
exterior (eversión), como hacia el interior (inversión), permite
obtener una medida de la histéresis del ciclo. Según estudios del
inventor, los ligamentos dañados presentan una histéresis
claramente diferenciable a la de los ligamentos sanos, en los
cuales la histéresis es casi nula. Además, debido a que este
análisis no debe causar ningún tipo de dolor o molestia en el
paciente, tiene, preferentemente, implementado un pulsador de paro
de emergencia que el paciente presiona en caso de molestia y su
función debería dejar el dispositivo girando libremente para evitar
así daños posteriores.
Es otro objetivo de la presente invención dar a
conocer un dispositivo para la medición de la inestabilidad
rotatoria de la rodilla que permita realizar procedimientos
preoperativos, interoperativos y postoperativos según el método
antes descrito.
El dispositivo objeto de la presente invención
realiza la medición de la fuerza requerida para girar la tibia,
preferentemente, en dirección exterior (en dirección contraria a la
dirección en que se encuentra la pierna opuesta) además de medir la
posición angular de la referencia. Con el fin de tener mas
comodidad para interpretación de resultados, el dispositivo puede
graficar dicha respuesta para, por ejemplo, obtener una comparación
aceptable del comportamiento entre el PCL de la rodilla sana y el
PCL que se desea diagnosticar.
El dispositivo descrito por la presente
invención, preferentemente, tiene en cuenta factores adicionales
como el reflejo miotático. Un reflejo miotático es aquel que sucede
cuando al estirar un músculo éste responde con una contracción que
se opone al estiramiento, dicha contracción es causal de datos
erróneos en el procedimiento, por tanto se debe procurar que la
carga que se efectúa sobre el ligamento sea constante. Por esto,
una ventaja que presenta la presente invención es la posibilidad de
permitir que el PCL se deforme lenta y gradualmente. Por ello el
dispositivo puede dotarse de un controlador de movimiento que se
configura para realizar un movimiento controlado lento, lo cual
permite que el resultado, tanto de fuerza como de ángulo de
desplazamiento, será aquel en el que se ha dado tiempo al ligamento
a sufrir su deformación máxima.
Además es conveniente que los músculos se
encuentren en reposo con el fin de que la fuerza aplicada tenga
acción principalmente sobre el ligamento y tener resultados
directos sobre la zona afectada. Con el fin de lograr este
objetivo, preferentemente, es posible apoyarse en un equipo de
electromiografía (EMG) para poder comprobar el estado de reposo de
los músculos.
La EMG permite un estudio neurofisiológico de
la actividad biométrica muscular que consiste en la aplicación de
pequeños electrodos de bajo voltaje en forma de agujas en el
territorio muscular que se desea estudiar (para efectos de la
presente invención, la zona del cuadriceps), ya que el tejido
muscular es eléctricamente neutro cuando está en reposo, se debe
lograr una actividad nula en el osciloscopio del aparato de EMG
para lograr un uso adecuado del dispositivo objeto de la presente
invención.
Cuando se toma como ángulo de referencia el
ángulo con el cual se mueven los pies, es conveniente tener en
cuenta que el dispositivo debe contar con un sistema adecuado de
fijación de las articulaciones intermedias (en este caso, tobillos)
para evitar la lectura
\hbox{de ángulos erróneos ocasionados
por el movimiento de dichas articulaciones intermedias.}
En una realización especialmente preferente, el
dispositivo en particular comprende:
- -
- dos motores para efectuar el giro de las tibias,
- -
- dos medidores de fuerza,
- -
- dos medidores de posición angular,
- -
- un aparato para visualización de resultados,
- -
- un equipo de EMG,
- -
- un soporte que permita la ubicación de las rodillas a 90º, y
- -
- un soporte que impida la rotación de los tobillos.
Con el fin de efectuar el sentido de giro
requerido por la presente invención se pueden utilizar,
preferentemente, motores eléctricos, más preferentemente con
reguladores de velocidad, conectados al eje de giro de la tibia con
el fin de realizar el par torsor correspondiente.
Como medidor de fuerza se utiliza,
preferentemente, una célula de carga tipo
tracción-compresión o flexión cuya función es la de
medir continuamente la fuerza requerida para el movimiento angular
de la tibia.
Como medidor de posición angular se utiliza,
preferentemente un potenciómetro con una
no-linealidad menor al 0,5% con el fin de evitar
medidas erróneas debido a esta característica inherente del
elemento.
Para realizar la medición de los parámetros
requeridos para el diagnóstico primero se debe asegurar que se
cumplen las condiciones iniciales necesarias para que el
dispositivo funcione en las mejores condiciones posibles, por tanto
se debe asegurar el tobillo a un su respectivo soporte para evitar
su movilidad, se debe garantizar un ángulo de 90º entre fémur y
tibia, por tanto el soporte destinado para tal fin debe adecuarse
al paciente. Además, es aconsejable conectar el equipo de
electromiografía con el fin de poder verificar que los músculos se
encuentren en reposo y garantizar así una medición únicamente sobre
el PCL.
Una vez se ha cumplido con el protocolo inicial
se activa el dispositivo de medición el cual empieza a realizar
lentamente un movimiento de giro sobre ambos pies; a medida que los
pies giran también gira el potenciómetro, obligando a dicho
potenciómetro a cambiar su resistencia, dicho valor,
preferentemente, se almacena de manera continua. De la misma forma
dichas células de carga miden la fuerza necesaria para realizar el
movimiento de rotación de la tibia sobre su propio eje en cada una
de las piernas y tener así un parámetro numérico de la fuerza
contraria que realiza cada uno de los ligamentos, tanto en la
rodilla sana, como en la rodilla en cuestión.
Teniendo estos dos valores numéricos,
preferentemente, se realiza una conversión a parámetros físicos, ya
que lo que se tiene, preferentemente, son dos medidas de voltaje.
Sin embargo, no es necesario realizar dicha conversión y con las
medidas de voltaje el profesional también puede realizar un
análisis eficaz.
Preferentemente, se dispone de una pantalla
para observar gráficamente, y en tiempo real, la comparación de la
gráfica Ángulo de Rotación vs. Fuerza donde se compararán
los valores obtenidos para un ligamento sano y para el ligamento en
cuestión.
Para una mejor comprensión de la invención, se
adjunta a título explicativo pero no limitativo, unos dibujos de
una realización de la presente invención.
La figura 1 muestra una vista frontal de una
realización preferente.
La figura 2 muestra el detalle de un medio para
sujeción de los pies de una realización preferente.
La figura 3 muestra la forma de sujeción para
lograr mejores resultados.
La figura 4 muestra una vista lateral de una
realización preferente.
La figura 5 muestra una vista frontal de la
realización preferente con las sujeciones preparadas para el
procedimiento.
La figura 6 muestra una de las gráficas de
salida de una realización preferente (Momento de torsión VS
Tiempo).
La figura 7 muestra una de las gráficas de
salida de una realización preferente (Ángulo VS Tiempo).
La figura 8 muestra un gráfico comparativo
entre resultados de ambas rodillas.
La figura 9 muestra un gráfico comparativo
entre resultados de ambas rodillas, una de ellas lesionada.
La figura 10 muestra otra opción de
realización.
La figura 1 muestra una realización preferente
de la presente invención. Particularmente, entre las condiciones
necesarias para la realización se debe contar con un medio que
logre una posición en la que fémur y tibia forman un ángulo recto,
para esto se dispone de dos barras (2a) y (2b) para ajustar la
altura en la cual se dispondrán los medios de sujeción de los pies
(4a), (4b), además de medios de sujeción de los muslos (1a), (1b)
para lograr así el ángulo deseado. Otro requerimiento consiste en
impedir la movilidad lateral del pie. Por tanto, se deben disponer
medios que lo mantengan recto y además eviten su movimiento, ya que
su movimiento activaría uno de los grupos musculares de la pierna
impidiendo un procedimiento correcto. Con este fin se dispone de
una pletina con la posibilidad de ser ajustada para el tamaño del
pie del paciente (4a), (4b), además de unas correas para colaborar
con la inmovilización del tobillo. Y finalmente para mantener el
fémur recto respecto al plano horizontal y paralelos entre sí, se
coloca un tope (3) entre los muslos.
La figura 2 muestra en detalle un ejemplo de
medios para mantener los pies de manera adecuada y utilizar una
referencia aceptable. El medio para la sujeción de los pies cuenta
con dos barras (2a), (2b) utilizadas para garantizar un ángulo
correcto entre tibia y fémur (en este caso particular 90º) mediante
el desplazamiento de la pletina para soporte de pies (4a), (4b).
Además cuenta con manijas (6a), (6b), (7a), (7b) para garantizar una
posición inicial del pie a 0º, y que sea una referencia adecuada,
como se muestra en la figura es necesario un ajuste en dichas
manijas para lograr la posición del pie en un punto válido para que
sirva como referencia. Y finalmente se muestran los potenciómetros
(5a), (5b) utilizados para medir la posición angular de la tibia en
rotación respecto del
fémur.
fémur.
\newpage
La figura 3 muestra los soportes descritos en
la figura anterior con la configuración para mantener los pies en
la posición correcta y listos para comenzar el procedimiento.
Además se muestran unas nuevas bandas de sujeción (8a), (8b) que
ayudan a mantener el pie sobre le pletina (4a), (4b) y mejorar la
medición obtenida.
En la figura 4 se muestra en una vista lateral
los elementos requeridos para la medición. La parte fundamental que
se debe observar es la posición inicial de los pies que deben estar
a 90º con respecto a la tibia para garantizar una referencia óptima
y las pletinas (4a), y (4b) paralelas al muslo para evitar la
acción de los grupos musculares de la pierna.
La figura 5 muestra la posición del paciente y
los ajustes iniciales, preferentemente realizados, para un
procedimiento exitoso. Se deben ubicar los soportes para muslo
(1a), (1b) de forma que lo presionen y se garantice su rectitud,
además se debe colocar un tope (3) para sujetar ambos fémures
paralelos y mantener el fémur recto con respecto a la horizontal.
Para el apoyo y posicionamiento de los pies se deben realizar los
ajustes convenientes en (4a), (4b) para que los pies queden a 90º
con respecto a la tibia y, preferentemente, para garantizar una
mejor referencia que queden rectos, de la forma como fue descrito
en la figura 4.
La figura 6 muestra la gráfica resultante del
momento de torsión aplicado a la tibia con respecto al tiempo de
diagnóstico. Se obtiene a través de un sistema de tratamiento de
señal aplicando un factor de conversión al valor obtenido mediante
la medición usando células de carga de la forma que es ampliamente
conocida en la técnica actual. Dichos valores son transmitidos a
un sistema de registro (PC, PLC, Osciloscopio, etc.), que permite
el almacenamiento, el mencionado tratamiento de señal y la
posterior visualización de datos ya sea en tiempo real o al
finalizar el análisis.
La figura 7 muestra la gráfica resultante del
ángulo de rotación de la tibia con respecto al tiempo de
diagnóstico. Se obtiene a través de un sistema de tratamiento de
señal aplicando un factor de conversión al valor obtenido mediante
dichos potenciómetros de la forma que es ampliamente conocida en la
técnica actual.
La figura 8 representa otra forma de
visualización también útil para determinar el estado del PCL, en
ésta ocasión se grafica, preferentemente, de manera simultánea el
comportamiento presentado en ambas rodillas, una de ellas,
representada mediante la línea fina y la otra mediante línea
gruesa, este gráfico representa las condiciones de operación
normales de ambas rodillas sin daño en el PCL.
La figura 9 es una representación comparando
los mismos parámetros de la figura anterior pero para una rodilla
sana y una rodilla con lesión del PCL, con línea fina se representa
la rodilla afectada y la línea gruesa representa la rodilla sana.
Se observa claramente que, para la rodilla representada por la
línea más gruesa se requiere un momento de fuerza mayor (por
ejemplo, a 15º se requieren alrededor de 68 N*m) para deformar el
PCL mientras que para la rodilla de la línea fina se requiere un
momento de fuerza mucho menor (alrededor de 48 N*m) lo que
indicaría un claro daño en el ligamento de la rodilla representada
por la línea fina.
La figura 10 muestra los componentes de otra
realización del mismo dispositivo, donde, como principales
diferencias se puede observar que los medios para asegurar los
ángulos correspondientes entre pie, tibia y fémur (4a), (4b) son
más estrictos y tienen una estructura metálica más estable que
garantiza un error menor en las medidas. Otra marcada diferencia es
que el tope (3) para mantener el fémur recto respecto a la
horizontal hace parte de la pieza completa, y por tanto no hay
partes sueltas en el dispositivo.
Si bien la invención se ha descrito con
respecto a ejemplos de realizaciones preferentes, éstos no se deben
considerar limitativos de la invención, que se definirá por las
siguientes reivindicaciones.
Claims (17)
1. Dispositivo para la determinación del
estado de ligamentos de la rodilla, caracterizado porque
comprende por lo menos un medio para ejercer una fuerza que haga
rotar la tibia sobre su propio eje, por lo menos un medio para la
medición del ángulo de rotación de la tibia y por lo menos un medio
para la medición del momento de la fuerza ejercido para producir la
citada rotación.
2. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el medio utilizado para ejercer un
momento de la fuerza de rotación comprende un motor eléctrico.
3. Dispositivo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho medio para la medición del ángulo
comprende un potenciómetro.
4. Dispositivo, según las reivindicaciones 1 a
3, caracterizado porque dicho medio para la medición de
fuerza comprende una célula de carga.
5. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
un dispositivo para adquisición, tratamiento de señal y
visualización de datos.
6. Dispositivo, según la reivindicación 5,
caracterizado porque comprende una pantalla para visualizar
datos en tiempo real.
7. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
medios de retención para mantener un ángulo recto entre la tibia y
el fémur.
8. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende,
medios de retención para mantener un ángulo recto entre la tibia y
el pie.
9. Dispositivo, según la reivindicación 7,
caracterizado porque dichos medios de retención comprenden
al menos una varilla sobre la cual se ubica al menos una
abrazadera, poseyendo dicha varilla en su extremo final una pletina
para la ubicación de los pies del paciente, pudiéndose cambiar la
posición el punto de presión de la abrazadera sobre la varilla con
el fin de ajustar la varilla a la longitud de la pierna del
paciente.
10. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
un dispositivo para evitar movimientos de articulación del
tobillo.
11. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
un equipo de electromiografía para observar el estado tensional de
los músculos de la pierna y/o el muslo.
12. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende,
además, un pulsador de paro de emergencia para evitar daño o dolor
en el paciente.
13. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio
que efectúa la fuerza de rotación sobre la tibia lo puede hacer
tanto en sentido exterior, como interior.
14. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha
rotación de la tibia, comprende un regulador de velocidad con el
fin de tener control sobre la velocidad.
15. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
por lo menos una prensa para la fijación del muslo del
paciente.
16. Dispositivo, según la reivindicación 15,
caracterizado porque dicha prensa comprende por lo menos un
tope ubicado entre los muslos para evitar la aducción.
17. Dispositivo, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
una pletina para el apoyo y posicionamiento del pie y manijas que
permitan ajustar el dispositivo al tamaño del pie y evitar su
movimiento de articulación.
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