WO2005027745A1 - Vorrichtung zur längen- und tiefenmessung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for measuring length and depth, according to the preamble of patent claim 1.
- Bone screws are often used in osteosynthetic treatments, such as bone fractures on long bones.
- the bone screws are often screwed into the bone perpendicular to the longitudinal axis of the bone.
- the bone screw penetrates the opposite cortex of the bone.
- the tip of the bone screw should not protrude into the soft tissue. This can result in soft tissue irritation or injuries. It is therefore important to determine the exact length of the bone screw to be inserted into a pre-drilled screw hole.
- the invention seeks to remedy this.
- the invention has for its object to provide a device for length or depth measurement, which excludes the risk of incorrect measurement by incorrectly positioning the measuring rod tip either by pushing the measuring rod too far or by slipping off hooks.
- the invention solves the problem with a device for length and depth measurement, which has the features of claim 1. Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the dependent claims.
- the device comprises a length measuring device for measuring the depth or length of a borehole and a second measuring device with first and second means for measuring at least one measurement variable W with respect to the tissue surrounding the measuring rod.
- measurement variables W are:
- the second measuring device can operate on the basis of electromagnetic or acoustic waves.
- the second measuring device measures the energy or intensity I of the electromagnetic or acoustic waves reflected by the tissue, which is dependent on the value of the significant measurement W.
- the counter cortex no longer has to be gripped with a hook, which prevents the hook from slipping and the resulting incorrect measurements;
- the display is easy to read; and - One-handed operation is made possible.
- the first means comprise a source for emitting electromagnetic waves and a receiver for the reflected electromagnetic waves.
- the source is preferably realized by a laser diode, which can be attached to the holder of the device.
- the emitted light waves can be transported, for example, by light-conducting fibers or fiber bundles from the laser diode to the front end of the measuring rod.
- Optoelectronic components, in particular photodiodes, are suitable as receivers, for example.
- the first means comprise an ultrasound transducer.
- an ultrasonic transducer is that ultrasonic waves can be emitted and received intermittently by the ultrasonic transducer, so that the transmitter and receiver can be implemented using a single component and the dimensions of the measuring rod can be kept to a minimum.
- the second means of the second measuring device comprise a measuring signal processing device which is equipped with at least one measuring amplifier, a measuring value converter and a computer.
- These means can be implemented by electronic components, so that the dimensions of the device can be kept small, for example when using a microprocessor.
- the second measuring device is implemented as a tissue density measuring device.
- the acquisition of the tissue density can be achieved by calibrating the significant measurement size (color, sound impedance).
- the device comprises a controller for carrying out the length or depth measurement using the length measuring device.
- a computer belonging to the measurement signal processing device only sends a signal to the control when the intensity I of the electromagnetic or acoustic waves reflected by the tissue changes in a range between 50% and 100%. This has the advantage that fluctuations in the intensity I of the reflected waves in the cancellous bone or in the cortex do not emit a signal to the control.
- the computer sends a signal to the controller when the reflected intensity or energy increases in a range between 80% and 100% and a subsequent drop in the intensity I of the reflected waves in a range between 95% and 100% so that the moment at which the front end of the measuring rod emerges from the long bones through the opposite cortex can be recorded more precisely.
- the measurement signal processing device comprises an electronic filter, whereby the advantage can be achieved that incorrect measurements can be suppressed.
- the length measuring device is implemented by electronic means, so that reliable reading of the measured result is possible in particular by means of the measured value display on an electronic display.
- the measuring rod is connected at its rear end to a holder, a compression spring being arranged between the holder and the sleeve which is axially displaceable on the measuring rod.
- a compression spring being arranged between the holder and the sleeve which is axially displaceable on the measuring rod.
- the displacement X of the sleeve on the measuring rod is detected inductively by the length measuring device.
- the inductive measurement is preferably carried out by means of an electrical coil attached to the measuring rod or holder and an iron core that can be passed through the central bore of the coil and attached to the sleeve.
- the displacement X of the sleeve on the measuring rod is detected by optoelectronic means.
- the advantage of such an embodiment lies in the high achievable measurement accuracy.
- the length or depth measurement on the bone can preferably be carried out according to a variant of the method according to the invention as follows: a) placing the front end of the sleeve on the proximal surface of a tubular bone in such a way that the measuring rod during a subsequent axial displacement of the device through the prepared bore is feasible in the long bones; b) activating the length measuring device and the second measuring device by actuating the operating element; c) passing the measuring rod through the bore in the long bone until the front end of the measuring rod is passed through the distal cortex of the long bone diametrically opposite the entry point; d) continuous measurement of the measurement quantity W, which is significant with regard to the type of tissue, by means of the second measuring device until the front end of the measuring rod is carried out through the distal cortex of a long bone; e) outputting a control signal to the length measuring device for detecting and displaying the path X covered by the sleeve; f) pulling the dipstick out of the bore in the long bone; and g)
- control signal is emitted to the length measuring device in step e) by actuating an operating element.
- This variant has the advantage that the depth of blind holes in a bone can also be measured.
- the dipstick is inserted into the blind hole as far as it will go and the length measurement is activated by operating the control element.
- step e) is carried out automatically, the control signal being emitted from a controller connected to the second measuring device to the length measuring device.
- FIG. 1 shows a partial section through an embodiment of the device 1 according to the invention before the start of the length measurement
- FIG. 2 shows a partial section through the embodiment of the device 1 according to the invention shown in FIG. 1 after the length measurement has ended;
- Fig. 4 is a view of a further embodiment of the device according to the invention.
- FIG. 1 and 2 show an embodiment of the device 1 which comprises a measuring rod 6 with a holder 5 and a sleeve 4 which can be displaced coaxially to the longitudinal axis 2 of the device 1 relative to the measuring rod 6.
- the holder 5 is provided with a cavity 24 which coaxially penetrates from the front end 23 of the holder 5 and which measured from the front end 23 of the holder 5 has a depth T and is radially tapered at the front end 23 of the holder 5 by means of a constriction 25.
- the measuring rod 6 is connected to the holder 5 at the rear end 31 of the cavity 24.
- the sleeve 4 is arranged coaxially displaceably on the measuring rod 6.
- the sleeve 4 also partially protrudes into the cavity 24 and comprises at its rear end 27 a shoulder 28 which, in the foremost position of the sleeve 4, on the through the constriction 25 in the cavity 24 Formed support 30 stands up so that the sleeve 4 can not slide out of the cavity 24 and is held together with the holder 5.
- a compression spring 14 is arranged coaxially to the longitudinal axis 2, whereby the sleeve 4 is pressed in the direction of the front end 8 of the measuring rod 6.
- the length measuring device 12 comprises inductively working means, for example a displacement sensor 33 designed as an AC-fed coil, which detects the axial movement X of the iron core 34 attached to the sleeve 4 relative to the displacement sensor 33 induced voltage detected.
- the second measuring device here comprises, as the first means 43, a source 45, which is realized by a laser diode arranged in the holder 5 and a fiber bundle 21 that conducts the electromagnetic waves, and a receiver 46 arranged at the front end 8 of the measuring rod 6 counting second means 44 comprise a measurement signal processing device 10 with a measurement amplifier, an analog / digital measurement value converter and a digital computer.
- the electromagnetic waves emitted by the laser diode are guided by means of the light-conducting fiber bundle 21 to the front end 8 of the measuring rod 6 and are radiated there from the tip 35 of the light-conducting fiber bundle 21 transversely to the longitudinal axis 2.
- the electromagnetic waves reflected by the material surrounding the measuring rod 6 at its front end 8 are detected by the receiver 46.
- the second measuring device and the length measuring device 12 are supplied with an electrical voltage by a battery 29 arranged in the holder 5. Also a controller 13 for controlling the second measuring device and the length measuring device 12.
- the controller 13 comprises a manually operated operating element 16 for delivering control signals to the length measuring device 12, the second measuring device and the Measurement signal processing device 10.
- the electrical components of the device 1 are connected to one another by cables 19.
- the measuring rod 6 is inserted with its front end 8 into the bore 32 in the tubular bone 3 until the sleeve 4 with its front end 15 comes into contact with the proximal surface of the tubular bone 3 (FIG. 1).
- the sleeve 4 is in its foremost position, which is determined by the shoulder 28 on the constriction 25 of the cavity 24 at the rear end 27 of the sleeve 4.
- the distance A between the receiver 46 and the front end 15 of the sleeve 4 is dimensioned such that it is smaller than the diameter D of the smallest bone in which the device 1 is to be used.
- the length measuring device 12 and the second measuring device are activated.
- the measuring rod 6 is pushed further into the bore 32 in the tubular bone 3
- the sleeve 4 is pushed coaxially into the cavity 24 relative to the holder 5.
- the inductive length measuring device 12 detects the axial displacement of the sleeve 4. Since the value of the significant measurement W of the cortical bone of the long bone 3 measured by the second measuring device is significantly different from the value measured in the cancellous bone inside the long bone 3 and compared to the value of the significant measured value W of the soft parts surrounding the long bone 3, they pass through of the front end 8 of the measuring rod 6 through the distal cortex of the long bone 3 two significant changes in the significant measurement size were found.
- the control 13 After these changes in the significant measurement variable W have been recorded, the control 13 outputs a control signal to the length measuring device 12, so that the displacement X is determined (FIG. 2).
- the measured displacement X and the distance A are added and displayed on the display 11 as a measurement.
- FIG. 3 shows, by way of example, the course of the intensity I of the sound waves reflected by the soft tissue or bone tissue as a function of the path s traveled through a long bone 3 by the receiver 46 at the front end 8 of the measuring rod 6.
- the measuring rod 6 becomes coaxial with its longitudinal axis 2 pushed through the bore 32 in a tubular bone 3.
- an intensity jump ⁇ I A of the reflected sound waves of approximately 98% is measured, which is significantly larger than the intensity fluctuations ⁇ IG in the soft tissue tissue 42 surrounding the tubular bone 3 and also is significantly larger than the intensity fluctuations ⁇ ls in the cancellous bone 41 in the interior of the long bone 3.
- the embodiment of the device 1 shown in FIG. 4 differs from the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 only in that the length measuring device 12 comprises a load cell 26 arranged between the rear end 31 of the cavity 24 and the rear end 38 of the compression spring 14 and that the second measuring device comprises an ultrasonic transducer 47 at the front end 8 of the measuring rod 6.
- the measurement of the displacement X is obtained by measuring the force exerted by the compression spring 14 on the load cell 26 and converting the measured pressure force into the spring path covered during the travel, which corresponds to the displacement X of the sleeve 4 on the measuring rod 6.
- the ultrasound transducer 47 is a combination of source 45 and receiver 46 (FIG. 1) such that ultrasound waves are emitted or received intermittently from a membrane.
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Abstract
Vorrichtung (1) zur Längen- und Tiefenmessung einer Bohrung (32) in einem Knochen (3), umfassend A) einen Messstab (6) mit einer Längsachse (2), einem vorderen, die Längsachse (2) schneidenden Ende (8) und einem hinteren, die Längsachse (2) schneidenden Ende, B) eine auf dem Messstab (6) koaxial verschiebbare Hülse (4), deren vorderes Ende (15) in der Ausgangslage der Vorrichtung (1) vor der Messung zum vorderen Ende (8) des Messstabes (6) einen Abstand A ≥ 0 aufweist; und D) eine Längenmesseinrichtung (12), mittels welcher die axiale Verschiebung X der Hülse (4) auf dem Messstab (6) messbar ist, wobei, E) die Vorrichtung (1) zusätzlich eine zweite Messeinrichtung mit ersten und zweiten Mitteln (43; 44) umfasst, welche zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen oder akustischen Wellen am vorderen Ende (8) des Messstabes (6) und zur Messung der empfangenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen geeignet sind.
Description
Vorrichtung zur Längen- und Tiefenmessung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Längen- und Tiefenmessung, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei osteosynthetischen Behandlungen, beispielsweise von Knochenfrakturen an Röhrenknochen ist der Einsatz von Knochenschrauben häufig. Die Knochenschrauben werden vielfach senkrecht zur Knochenlängsachse in den Knochen eingeschraubt. Dabei dringt die Knochenschraube in die Gegenkortikalis des Knochens ein. Die Spitze der Knochenschraube sollte aber nicht in den Weichteilmantel ragen. Weichteilirritationen oder Verletzungen können die Folge davon sein. Daher ist eine exakte Längenbestimmung für die in ein vorgebohrtes Schraubenloch einzusetzende Knochenschraube wichtig.
Aus der US 5,013,318 SPRANZA ist ein Messinstrument zur Ermittlung der Tiefe eines für eine Knochenschraube bestimmten Bohrloches bekannt. Dabei wird ein Kolben mit mehreren ausfahrbaren Haken an der Spitze durch die Bohrung eingeführt. Nachdem die Spitze über die Gegenkortikalis hinausgeschoben wurde, werden die Haken ausgefahren, so dass der Kolben nicht aus der Bohrung herausgezogen werden kann bis die Hülse so weit auf dem Kolben verschoben worden ist, dass ihr vorderes Ende an der Oberfläche des Knochens ansteht und in dieser Position arretiert werden kann. Nach dem Herausziehen kann auf einer Skala die Länge des Bohrloches abgelesen werden. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die Haken an der Gegenkortikalis abrutschen können, so dass die Messung verfälscht werden kann.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Längen- respektive Tiefenmessung zu schaffen, welche die Gefahr einer Fehlmessung durch falsches Positionieren der Messstabspitze entweder durch zu weites Einschieben des Messstabes oder durch Abrutschen von Haken ausschliesst.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Längen- und Tiefenmessung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die Vorrichtung umfasst eine Längenmesseinrichtung zur Messung der Tiefe oder Länge eines Bohrloches und eine zweite Messeinrichtung mit ersten und zweiten Mitteln zur Messung mindestens einer bezüglich des den Messstab umgebenden Gewebes signifikanten Messgrösse W. Als signifikante Messgrössen W eignen sich beispielsweise:
- Die Dichte des umliegenden Gewebes, insbesondere der Weichteile und der Kortikalis oder Spongiosa des Knochens;
- Die Farbe des umliegenden Gewebes, insbesondere der Weichteile und des Knochens bei Lasermessungen;
- Der Unterschied der Schallimpedanz beispielsweise zwischen einer fest mit dem Ultraschallwandler verbundenen Wasserschicht und dem umliegenden Gewebe.
Je nach Ausführungsform kann die zweite Messeinrichtung auf des Basis von elektromagnetischen oder akustischen Wellen arbeiten. Durch die zweite Messeinrichtung wird die vom Wert der signifikanten Messgrösse W abhängige Energie oder Intensität I der vom Gewebe reflektierten elektromagnetischen oder akustischen Wellen gemessen.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung
- die Gegenkortikalis nicht mehr mit einem Haken gefasst werden muss, wodurch ein Abrutschen des Hakens sowie dadurch entstehende Fehlmessungen nicht auftreten;
- die gemessene Länge nicht in-situ abgelesen werden muss;
- die Anzeige gut ablesbar ist; und
- eine Einhandbedienung ermöglicht wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Mittel eine Quelle zur Abgabe von elektromagnetischen Wellen und einen Empfänger für die reflektierten elektromagnetischen Wellen. Vorzugsweise ist die Quelle durch eine Laserdiode realisiert, welche am Halter der Vorrichtung angebracht sein kann. Die emittierten Lichtwellen sind beispielsweise durch lichtleitende Fasern oder Faserbündel von der Laserdiode bis an das vordere Ende des Messstabes transportierbar. Als Empfänger eignen sich beispielsweise optoelektronische Komponenten, insbesondere Photodioden.
Damit ist der Vorteil erreichbar, dass die zur Längsachse orthogonale Querschnittsfläche des Messstabes minimal gehalten werden kann und die Vorrichtung auch für kleine Bohrungen in einem Knochen anwendbar ist. Ferner können grössere Laserdioden mit höherer Leistung eingesetzt werden.
In einer anderen Ausführungsform umfassen die ersten Mittel einen Ultraschallwandler. Der Vorteil eines Ultraschallwandlers liegt darin, dass vom Ultraschallwandler intermittierend Ultraschallwellen emittiert und empfangen werden können, so dass der Sender und Empfänger durch ein einziges Bauteil realisierbar sind und die Abmessungen des Messstabes minimal gehalten werden können.
In wiederum einer anderen Ausführungsform umfassen die zweiten Mittel der zweiten Messeinrichtung eine Messsignalverarbeitungseinrichtung, welche mit mindestens einem Messverstärker, einem Messwertwandler und einem Rechner ausgestattet ist. Diese Mittel können durch elektronische Komponenten realisiert werden, so dass beispielsweise bei Anwendung eines Mirkoprozessors die Abmessungen der Vorrichtung klein gehalten werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Messeinrichtung als Gewebedichtemesseinrichtung realisiert. Die Erfassung der Gewebedichte lässt sich durch Kalibrierung der signifikanten Messgrösse (Farbe, Schallimpedanz) erreichen.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuerung zur Ausführung der Längen- oder Tiefenmessung mittels der Längenmesseinrichtung. Vorzugsweise gibt ein zur Messsignalverarbeitungseinrichtung zählender Rechner nur bei Änderungen der Intensität I der durch das Gewebe reflektierten elektromagnetischen oder akustischen Wellen in einem Bereich von zwischen 50 % und 100 % ein Signal an die Steuerung ab. Dadurch ist der Vorteil erreichbar, dass durch Schwankungen der Intensität I der reflektierten Wellen in der Spongiosa oder in der Kortikalis kein Signal an die Steuerung abgegeben wird.
In einer anderen Ausführungsform gibt der Rechner bei einem Anstieg der reflektierten Intensität oder Energie in einem Bereich von zwischen 80 % und 100 % und einem nachfolgenden Abfall der Intensität I der reflektierten Wellen in einem Bereich von zwischen 95 % und 100 % ein Signal an die Steuerung ab, so dass sich der Moment des Austrittes des vorderen Endes des Messstabes aus dem Röhrenknochen durch die Gegenkortikalis genauer erfassen lässt.
In wiederum einer anderen Ausführungsform umfasst die Messsignalverarbeitungs- einrichtung einen elektronischen Filter, wodurch der Vorteil erreichbar ist, dass Fehlmessungen unterdrückbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Längenmesseinrichtung durch elektronische Mittel realisiert, so dass insbesondere durch die Messwertanzeige auf einem elektronischen Display zuverlässige Ablesung des gemessenen Resultates möglich ist.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Messstab an seinem hinteren Ende mit einem Halter verbunden, wobei zwischen dem Halter und der auf dem Messstab axial verschiebbaren Hülse eine Druckfeder angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt im wesentlichen darin, dass die Vorrichtung während der Messprozedur mit einer Hand bedient werden kann. Der Chirurg schaltet die Vorrichtung über das Bedienungselement ein und kann den Messstab durch die Bohrung im Knochen drücken. Dabei gibt die durch die Druckfeder nach vorne gedrückte Hülse Gegendruck.
In einer anderen Ausführungsform wird durch die Längenmesseinrichtung die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab mittels einer die Federkraft der Druckfeder messenden Kraftmessdose erfasst. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass die Längenmessung nicht durch im Operationsraum eventuell vorhandene elektromagnetische Felder gestört wird. Zudem wird an der Hülse kein elektrisches Element zur Längenmessung benötigt.
In wiederum einer anderen Ausführungsform wird durch die Längenmesseinrichtung die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab induktiv erfasst. Vorzugsweise erfolgt die induktive Messung mittels einer am Messstab oder am Halter angebrachten, elektrischen Spule und einem durch die Zentralbohrung der Spule durchführbaren und an der Hülse angebrachten Eisenkern.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab durch optoelektronische Mittel erfasst. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt in der hohen erreichbaren Messgenauigkeit.
Die Längen- oder Tiefenmessung am Knochen ist vorzugsweise nach einer Variante des erfindungsgemässen Verfahrens wie folgt ausführbar: a) Anlegen des vorderen Endes der Hülse an die proximale Oberfläche eines Röhrenknochens, derart, dass der Messstab bei einem nachfolgenden axialen Verschieben der Vorrichtung durch die vorbereitete Bohrung im Röhrenknochen durchführbar ist; b) Aktivieren der Längenmesseinrichtung sowie der zweiten Messeinrichtung durch Betätigen des Bedienungselementes; c) Durchführen des Messstabes durch die Bohrung im Röhrenknochen bis das vordere Ende des Messstabes durch die der Eintrittsstelle diametral gegenüberliegende, distale Kortikalis des Röhrenknochens durchgeführt ist; d) Kontinuierliches Messen der bezüglich der Art des Gewebes signifikanten Messgrösse W mittels der zweiten Messeinrichtung bis das vordere Endes des Messstabes durch die distale Kortikalis eines Röhrenknochens durchgeführt ist; e) Abgeben eines Steuersignales an die Längenmesseinrichtung zum Erfassen und Anzeigen des von der Hülse zurückgelegten Weges X; f) Herausziehen des Messstabes aus der Bohrung im Röhrenknochen; und
g) Ablesen der gemessenen Länge an der Anzeige der Vorrichtung.
Bei einer anderen Variante wird unter Schritt e) das Steuersignal durch Betätigen eines Bedienungselementes an die Längenmesseinrichtung abgegeben. Diese Variante hat den Vorteil, dass auch die Tiefe von Sacklöchern in einem Knochen messbar ist. Dazu wird der Messstab bis zum Anschlag in das Sackloch eingeführt und die Längenmessung durch Betätigen des Bedienungselementes aktiviert.
Bei wiederum einer anderen Variante wird der Schritt e) automatisch ausgeführt, wobei das Steuersignal von einer mit der zweiten Messeinrichtung verbundenen Steuerung an die Längenmesseinrichtung abgegeben wird.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 vor Beginn der Längenmessung;
Fig. 2 einen Teilschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 nach Beenden der Längenmessung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verlaufes der signifikanten Messgrösse W während des Einführens des Messstabes durch einen Röhrenknochen; und
Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt, welche einen Messstab 6 mit einem Halter 5 und eine koaxial zur Längsachse 2 der Vorrichtung 1 relativ zum Messstab 6 verschiebbare Hülse 4 umfasst. Der Halter 5 ist mit einem vom vorderen Ende 23 des Halters 5 koaxial eindringenden Hohlraum 24 versehen, welcher
vom vorderen Ende 23 des Halters 5 gemessen eine Tiefe T aufweist und am vorderen Ende 23 des Halters 5 mittels einer Verengung 25 radial verjüngt ist. Der Messstab 6 ist am hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 mit dem Halter 5 verbunden. Auf dem Messstab 6 koaxial verschiebbar angeordnet ist die Hülse 4. Die Hülse 4 ragt ebenfalls teilweise in den Hohlraum 24 und umfasst an ihrem hinteren Ende 27 eine Schulter 28, welche in der vordersten Position der Hülse 4 auf der durch die Verengung 25 im Hohlraum 24 gebildeten Auflage 30 aufsteht, so dass die Hülse 4 nicht aus dem Hohlraum 24 herausgleiten kann und mit dem Halter 5 zusammengehalten wird. Zwischen dem hinteren Ende 27 der Hülse 4 und dem hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 ist koaxial zur Längsachse 2 eine Druckfeder 14 angeordnet, wodurch die Hülse 4 in Richtung des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 gedrückt wird.
Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 umfasst die Längenmesseinrichtung 12 induktiv arbeitende Mittel, beispielsweise einen als wechselspannungsgespiesene Spule ausgestalteten Wegmessfühler 33, welcher die durch die axiale Verschiebung X des an der Hülse 4 angebrachten Eisenkernes 34 relativ zum Wegmessfühler 33 induzierte Spannung erfasst. Die zweite Messeinrichtung umfasst hier als erste Mittel 43 eine Quelle 45, welche durch eine im Halter 5 angeordnete Laserdiode und ein die elektromagnetische Wellen leitendes Faserbündel 21 realisiert ist, und einen am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 angeordneten Empfänger 46. Die ebenfalls zur zweiten Messeinrichtung zählenden zweiten Mittel 44 umfassen eine Messsignalverarbeitungseinrichtung 10 mit einem Messverstärker, einem analog/digital Messwertwandler und einem digitalen Rechner. Die von der Laserdiode emittierten elektromagnetischen Wellen werden mittels des lichtleitenden Faserbündels 21 bis zum vorderen Ende 8 des Messstabes 6 geführt und dort von der Spitze 35 des lichtleitenden Faserbündels 21 quer zur Längsachse 2 abgestrahlt. Durch den Empfänger 46 werden die durch das den Messstab 6 an seinem vorderen Ende 8 umgebende Material reflektierten elektromagnetischen Wellen detektiert. Die zweite Messeinrichtung sowie die Längenmesseinrichtung 12 werden durch eine im Halter 5 angeordnete Batterie 29 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Ebenfalls im Halter 5 angeordnet ist eine Steuerung 13 zur Steuerung der zweiten Messeinrichtung und der Längenmesseinrichtung 12. Die Steuerung 13 umfasst ein manuell bedienbaren Bedienungselement 16 zur Abgabe von Steuersignalen an die Längenmesseinrichtung 12, die zweite Messeinrichtung und die
Messsignalverarbeitungseinrichtung 10. Die elektrischen Komponenten der Vorrichtung 1 sind durch Kabeln 19 miteinander verbunden.
Zur Längenmessung wird der Messstab 6 mit seinem vorderen Ende 8 in die Bohrung 32 im Röhrenknochen 3 eingeführt bis die Hülse 4 mit ihrem vorderen Ende 15 an der proximalen Oberfläche des Röhrenknochens 3 zur Anlage kommt (Fig.1). Die Hülse 4 befindet sich dabei in ihrer vordersten Position, welche durch die an der Verengung 25 des Hohlraumes 24 anstehende Schulter 28 am hinteren Ende 27 der Hülse 4 bestimmt ist. Der Abstand A zwischen dem Empfänger 46 und dem vorderen Ende 15 der Hülse 4 ist derart bemessen, dass er kleiner als der Durchmesser D des kleinsten Knochens ist, bei welchem die Vorrichtung 1 eingesetzt werden soll.
Durch Betätigung des Bedienungselementes 16 wird die Längenmesseinrichtung 12 sowie die zweite Messeinrichtung aktiviert. Beim weiteren Einschieben des Messstabes 6 in die Bohrung 32 im Röhrenknochen 3 wird die Hülse 4 relativ zum Halter 5 koaxial in den Hohlraum 24 eingeschoben. Dabei wird durch die hier induktiv arbeitende Längenmesseinrichtung 12 der axiale Verschiebeweg der Hülse 4 erfasst. Da der Wert der durch die zweite Messeinrichtung gemessenen signifikanten Messgrösse W der Kortikalis des Röhrenknochens 3 gegenüber dem in der Spongiosa im Innern des Röhrenknochens 3 gemessenen Wert sowie gegenüber dem Wert der signifikanten Messgrösse W der den Röhrenknochen 3 umgebenden Weichteile wesentlich verschieden ist, werden beim Durchtreten des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 durch die distale Kortikalis des Röhrenknochens 3 zwei wesentliche Veränderungen der signifikanten Messgrösse festgestellt. Nachdem diese Veränderungen der signifikanten Messgrösse W erfasst wurden, wird durch die Steuerung 13 ein Steuersignal an die Längenmesseinrichtung 12 abgegeben, so dass die Verschiebung X ermittelt wird (Fig. 2). Zur Bestimmung des relevanten, zur Längsachse 2 der Vorrichtung 1 parallelen Durchmessers D des Röhrenknochens 3 werden die gemessene Verschiebung X und der Abstand A addiert und als Messgrösse an der Anzeige 11 angezeigt.
In Fig. 3 ist beispielhaft der Verlauf der Intensität I der durch das Weichteil- respektive Knochengewebe reflektierten Schallwellen in Abhängigkeit des vom Empfänger 46 am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 zurückgelegten Weges s durch einen Röhrenknochen 3 dargestellt. Der Messstab 6 wird koaxial zu seiner Längsachse 2
durch die Bohrung 32 in einem Röhrenknochen 3 durchgeschoben. Beim Eintritt des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 von aussen in die proximale Kortikalis 39 des Röhrenknochens 3 wird ein Intensitätssprung ΔIA der reflektierten Schallwellen von ca. 98 % gemessen, welcher signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen ΔIG im den Röhrenknochen 3 umgebenden Weichteilgewebe 42 und ebenfalls signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen Δls in der Spongiosa 41 im Innern des Röhrenknochens 3 ist. Sobald der Messstab 6 die proximale Kortikalis 39 durchdrungen hat und der Sensor 7 im Bereich der Spongiosa 41 ist, wird eine sprunghafte Intensitätsabnahme Ali von ca. 82 % erfasst, welche ebenfalls signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen ΔIG im Weichteilgewebe 42 und die Intensitätsschwankungen Δls in der Spongiosa 41 ist. Beim Übergang von der Spongiosa 41 zur distalen Kortikalis 40 und von der distalen Kortikalis 40 in das den Röhrenknochen 3 umgebende Weichteilgewebe 42 werden betragsmässig ungefähr diesselben Intensitätsschwankungen Δ und Δ erfasst. Die Steuerung 13 (Fig. 1) ist so ausgelegt, dass beim Erfassen beider Intensitätsänderungen an der distalen Kortikalis 40, d.h. der Intensitätszunahme Δ zwischen Spongiosa 41 und distaler Kortikalis 40 sowie der Intensitätsabnahme Δ zwischen der distalen Kortikalis 40 und dem Weichteilgewebe 42 der relevante Messwert für die Verschiebung X der Hülse 4 auf dem Messstab 6 ermittelt wird. Die Abnahmen respektive Zunahmen der gemessenen Intensität I der reflektierten Schallwellen werden durch die nachstehende Tabelle noch verdeutlicht:
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform nur darin, dass die Längenmesseinrichtung 12 eine zwischen dem hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 und dem hinteren Ende 38 der Druckfeder 14 angeordnete Kraftmessdose 26 umfasst
und dass die zweite Messeinrichtung einen Ultraschallwandler 47 am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 umfasst. Die Messung der Verschiebung X wird durch Kraftmessung der von der Druckfeder 14 auf die Kraftmessdose 26 ausgeübten Druckkraft und Umrechnung der gemessenen Druckkraft in den während der zurückgelegten Federweg, welcher der Verschiebung X der Hülse 4 auf dem Messstab 6 entspricht. Der Ultraschallwandler 47 ist eine Kombination von Quelle 45 und Empfänger 46 (Fig. 1), derart, dass von einer Membran intermittierend Ultraschallwellen emittiert respektive empfangen werden.
Claims
1. Vorrichtung (1 ) zur Längen- und Tiefenmessung einer Bohrung (32) in einem Knochen (3), umfassend
A) einen Messstab (6) mit einer Längsachse (2), einem vorderen, die Längsachse (2) schneidenden Ende (8) und einem hinteren, die Längsachse (2) schneidenden Ende
(9);
B) eine auf dem Messstab (6) koaxial verschiebbare Hülse (4), deren vorderes Ende (15) in der Ausgangslage der Vorrichtung (1) vor der Messung zum vorderen Ende (8) des Messstabes (6) einen Abstand A > 0 aufweist; und
D) eine Längenmesseinrichtung (12), mittels welcher die axiale Verschiebung X der Hülse (4) auf dem Messstab (6) messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
E) die Vorrichtung (1 ) zusätzlich eine zweite Messeinrichtung mit ersten und zweiten Mitteln (43;44) umfasst, wobei die ersten Mittel (43) zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen oder akustischen Wellen am vorderen Ende (8) des Messstabes (6) geeignet sind; und
F) die zweiten Mittel (44) zur Messung der empfangenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen geeignet sind.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel (43) eine Quelle (45) und einen Empfänger (46) für elektromagnetische Wellen umfassen.
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quelle (45) eine im Halter (5) angeordnete Laserdiode und ein lichtleitendes Faserbündel (21) mit einem vorderen Ende (35) umfasst, wobei das vordere Ende (35) des Faserbündels (21) am vorderen Ende (8) des Messstabes (6) angeordnet ist.
4. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel (43) einen Ultraschallwandler (47) umfassen.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (44) eine Messsignalverarbeitungseinrichtung (10) mit mindestens einem Messverstärker, einem Messwertwandler und einem Rechner umfasst.
6. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel (44) eine Gewebedichtemesseinrichtung (20) umfassen.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Steuerung (13) umfasst und dass der Rechner nur bei Änderungen der Intensität I der reflektierten elektromagnetischen oder akustischen Wellen in einem Bereich von zwischen 50 % und 100 % ein Signal an die Steuerung (13) abgeben.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechner bei einem Anstieg der Intensität I der empfangenen elektromagnetischen oder akustischen Wellen in einem Bereich von zwischen 80 % und 100 % und einem nachfolgenden Abfall der Intensität I in einem Bereich von zwischen 95 % und 100 % ein Signal an die Steuerung (13) abgibt.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsignalverarbeitungseinrichtung (10) einen elektronischen Filter umfassen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmesseinrichtung (12) durch elektronische Mittel realisiert ist.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstab (6) an seinem hinteren Ende (8) einen Halter (5) umfasst, und dass zwischen dem Halter (5) und der Hülse (4) eine Druckfeder (14) angeordnet ist.
12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmesseinrichtung (12) die Verschiebung X der Hülse (4) auf dem Messstab (6) mittels einer die Federkraft der Druckfeder (14) messenden Kraftmessdose (26) erfasst.
13. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmesseinrichtung (12) die Verschiebung X der Hülse (4) auf dem Messstab (6) induktiv mittels einer am Messstab (6) angebrachten, elektrischen Spule (37) und einem durch die Zentralbohrung der Spule (37) durchführbaren und an der Hülse (4) angebrachten Eisenkern (34) erfasst.
14. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Längenmesseinrichtung (12) die Verschiebung X der Hülse (4) auf dem Messstab (6) durch optoelektronische Mittel erfasst.
15. Verfahren zur Messung einer Länge einer einen Knochen (3) diametral durchdringenden Bohrung (32) mit einer Vorrichtung (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 14 mit den Verfahrensschritten a) Anlegen des vorderen Endes (15) der Hülse (4) an die proximale Oberfläche eines Röhrenknochens (3), derart, dass der Messstab (6) bei einem nachfolgenden axialen Verschieben der Vorrichtung (1) durch die vorbereitete Bohrung (32) im Röhrenknochen (3) durchführbar ist; b) Aktivieren der Längenmesseinrichtung (12) und der zweiten Messeinrichtung durch Betätigen des Bedienungselementes (16); c) Durchführen des Messstabes (6) durch die Bohrung (32) im Röhrenknochen (3) bis das vordere Ende (8) des Messstabes (6) durch die der Eintrittsstelle diametral gegenüberliegende, distale Kortikalis des Röhrenknochens (3) durchgeführt ist; d) Kontinuierliches Messen der bezüglich der Art des umliegenden Gewebes signifikanten Messgrösse W durch die zweite Messeinrichtung bis das vorderen Endes (8) des Messstabes (6) durch die distale Kortikalis eines Röhrenknochens (3) durchgeführt ist; e) Abgeben eines Steuersignales an die Längenmesseinrichtung (12) zum Erfassen und Anzeigen des von der Hülse (4) zurückgelegten Weges X; f) Herausziehen des Messstabes (6) aus der Bohrung (32) im Röhrenknochen (3); und g) Ablesen der gemessenen Länge an der Anzeige (11 ) der Vorrichtung (1 ).
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass unter Schritt e) das Steuersignal durch manuelles Betätigen eines Bedienungselementes (16) an die Längenmesseinrichtung (12) abgegeben wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausführung des Schrittes e) automatisch erfolgt, wobei das Steuersignal von einer mit der zweiten Messeinrichtung verbundenen Steuerung (13) an die Längenmesseinrichtung (12) abgegeben wird.
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