WO2008022808A1 - Joint prosthesis, and method for measuring wear in said joint prosthesis - Google Patents

Joint prosthesis, and method for measuring wear in said joint prosthesis Download PDF

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WO2008022808A1
WO2008022808A1 PCT/EP2007/007568 EP2007007568W WO2008022808A1 WO 2008022808 A1 WO2008022808 A1 WO 2008022808A1 EP 2007007568 W EP2007007568 W EP 2007007568W WO 2008022808 A1 WO2008022808 A1 WO 2008022808A1
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WO
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joint
joint prosthesis
prosthesis according
sensor
interface
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Application number
PCT/EP2007/007568
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German (de)
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Marion Baum
Marcus Hientzsch
Joachim Boese-Landgraf
Thomas Otto
Thomas Gessner
Jörg Schaufuß
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Klinikum Chemnitz Gmbh
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    • A61F2310/00203Ceramics or ceramic-like structures based on metal oxides containing alumina or aluminium oxide

Definitions

  • the present invention relates to a joint prosthesis and to a method for measuring wear in this joint prosthesis.
  • Hip replacement testing is performed in hip joint simulators according to testing standards such as ISO TR 9325 and 9326 or ISO 14242.
  • the artificial joints are clamped in a defined, anatomically correct position in the simulator and the physiological movement sequence simulated.
  • the articulating joint components are preferably tested in bovine serum.
  • the regular test duration is 5 million cycles at a frequency of 1 Hz, which corresponds to a test time of about 8 weeks.
  • the prostheses are removed and the wear can be determined by geometry or weight determinations as well as particle analyzes of the abrasion products.
  • a significant disadvantage of the current state of the art is that the current state of the endoprosthesis can not be accurately recognized or observed.
  • the resolution of the non-invasive analysis methods, such as X-ray or magnetic resonance examination, is too low to detect a loosening or positional change.
  • X-ray image recordings and computer-aided image analysis today enable resolutions of up to 0.1 mm.
  • the joint prosthesis according to the invention for use in humans or animals contains a first and a second joint part, wherein both joint parts are movable relative to one another and at least one of the joint parts has a sensor for determining the thickness of a region located near or at the interface between the two joint parts.
  • An independent claim relates to a corresponding measuring method, wherein measured values of the sensor are read out telemetrically and preferably periodically.
  • the wear is best detected in the interface between the two joint parts, but this was previously not possible by an integrated sensor system.
  • the determination according to the invention of the thickness of the representative region, preferably made of wear-resistant material, which adjoins the interface, preferably always takes place in the same position or the same load of the corresponding patient. This should be done, for example, in each case with a "standing" patient (upright posture). This ensures that, especially in the point of highest surface pressure even with a relatively severely worn joint prosthesis no extensive "joint gap" arises because due to the upright posture, for example, in a hip joint, the first and the second hinge part are pressed together. By measuring the thickness of the area adjacent to the interface, a meaningful measurement of the wear in the area of the interface is then possible.
  • the invention is therefore based on the idea that, when monitoring the thickness of a certain area adjacent to the interface and possibly additional monitoring of the temperature at the interface, which provides additional information about overloads, the overall condition (ie temperature and wear) in the joint can be continuously recorded or measured.
  • Standardized wear tests of endoprostheses are carried out with special simulators.
  • a very promising alternative or supplement to This time-consuming methodology is a micro-sensor based online condition assessment of the joints.
  • X-ray radiographic examination methods
  • the integrated joint monitoring system should be able to be used in a further development also in vivo and recognize an increased risk of damage such as increased temperature or the wear-related failure or the occurrence of aseptic loosening. This monitoring would allow for early screening and, if necessary, surgery, significantly reduce the cost of revision surgery and address the current health-related burden of X-ray and non-permanent readings.
  • Increased stress on the joint by the patient may lead to an increased temperature on the patient
  • Interface between joint socket and condyle come. By constantly monitoring the wear of the joint components or the temperature at the interface, the patient could be warned by a signal at increased risk of damage and actively prolong the life of the prosthesis by his behavior. By additionally integrating vibration and distance sensors close to the interface, micro-loosening can be detected in good time and prosthesis components replaced in good time.
  • An online wear and condition recording of endoprostheses offers the possibility to facilitate time-consuming prosthesis tests and to monitor the current condition of the prosthesis at any time.
  • the invention relates to the development and integration on of various measuring methods and measuring systems for the online wear and condition detection of total endoprostheses for human patients.
  • the invention based on intelligent microsensor technology should result in the introduction of a new quality criterion and a novel experimental monitoring in the in-vitro testing of joint endoprostheses.
  • new insights into the temporal, local and load-dependent wear behavior can be gained as well as an increase in the speed and efficiency of the implant tests can be achieved.
  • This invention describes a system for online wear and condition detection of joint endoprostheses.
  • the integrated into the prosthesis system consists of one or more sensor modules that receive their signals in the prosthesis and transferred after first processing to a receiver, for example via a telemetry unit.
  • a receiver for example via a telemetry unit.
  • the necessary units for microelectronic data processing, energy supply and data transmission must also be integrated in the joint or in the immediate vicinity.
  • Miniaturized modules can be mounted directly in the prosthesis or encapsulated as an implantable electronic unit not encapsulated in the joint.
  • the recipient of data outside the body may be devices that the patient carries with him and the comfort of life not restrict (eg, abdominal bags, watches, etc.).
  • autonomous sensor systems serves the purpose of permanently monitoring the function and quality as well as the wear of the endoprostheses.
  • the purpose of this monitoring is to extend the duration of the prosthesis by avoiding critical stress conditions such as excessive temperatures or excessive wear, and, if necessary due to wear, allowing for early examination and surgery.
  • the intelligent joint serves to improve wear tests, medical decision-making, the cost and effort optimization of revision surgeries and the patient due to shorter surgical and rehabilitation times.
  • the sensors must be positioned as close as possible to the interface of the two partners in order to avoid signal losses and time delays.
  • sensors microsensors
  • sensors based on thin functional layers are integrated. These sensors measure physical quantities of capacity, temperature and heat radiation. Possible parameters are also pressure, Force, acceleration or vibration.
  • integrated electrodes which generate a field by applying an electric voltage, the distance between the sensor and the joint ball and thus the wear of the wear shall be determined by evaluating a capacitance change.
  • PtIOO sensors or Pt10000 sensors
  • thermopiles measure the friction-induced temperature increase in the joint. Fast conversion of the measured variables into digital signals takes place in the processing and evaluation unit. From there, the data is transmitted by telemetry to the outside to a receiver. The maximum transmission distance should not exceed 1 m for energy reasons. The patient carries the recipient on the body and receives it fully automatically
  • joint prosthesis is a hip joint prosthesis for use in the simulator or humans and the first joint part is an artificial hip joint socket and the second joint part is an artificial femoral head.
  • first joint part or at least one hinge socket part belonging to the joint part is made of a wearable material, preferably plastic, particularly preferably polyethylene, very preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • wearable material a material is understood that generates a maximum measurable abrasion of up to 0.1 mm per year when used in a hip joint prosthesis of a human).
  • wear-resistant materials for example, those of titanium or a titanium alloy or a cobalt-chromium-molybdenum alloy or chromium-nickel alloy or from high-purity alumina or zirconium zei show hardly measurable abrasion - gen.
  • the second joint part can also be produced from titanium or a titanium alloy, a cobalt-chromium-molybdenum alloy or a chromium-nickel alloy or else, for example, from highly pure aluminum oxide or zirconium.
  • the sensor for determining the thickness of the area adjoining the interface can be embodied in various ways, particularly preferably capacitive sensors or temperature sensors are possible here, but which can then achieve an at least indirect measurement because of their immediate proximity to the interface.
  • a capacitive sensor In the case of a capacitive sensor, it preferably has two-surface electrodes and changes in capacitance in the region between these two electrodes are detected, wherein changes in the capacitance can be attributed to the change in thickness of the region to be measured.
  • the first electrode is preferably close to or directly at the interface in the first joint part and the second electrode near or directly at the
  • the first joint part is a H-refannenteil and the second joint part is a femoral head made of a metal, such as titanium, advantageous, since the corresponding surface of the second joint part itself , can form the electrode.
  • both electrodes are to be connected to a corresponding processing and evaluation unit for producing a closed measuring circuit, it is advantageous for better signal transmission to connect both joint parts.
  • the joint part is equipped, for example, with a first electrode which is separated from the interface by a region of "wearable material” (defined above), in particular plastic, preferably polyethylene, more preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • wearable material in particular plastic, preferably polyethylene, more preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • plastic preferably polyethylene, more preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • UHMWPE ultra-high molecular weight polyethylene
  • Interface is in this capacitive design in the installed state advantageously 0.3 mm to 5 mm, preferably between 0.5 mm and 3 mm, more preferably 1 mm to 2 mm.
  • first and second electrodes are both accommodated in the first joint part (for example an acetabular cup prosthesis) and the second joint part (for example a femoral head) can be arranged such that at least one specific wear of the first and / or the second joint part are influenced by the second joint part, the field lines between the first and second electrode.
  • first joint part for example an acetabular cup prosthesis
  • second joint part for example a femoral head
  • thermosensor Another type of sensor mentioned above is a temperature sensor.
  • the temperature sensor being separated from the interface by a region of wearable material, in particular plastic, particularly preferably polyethylene, very particularly preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE).
  • the thickness of this region (minimum thickness) towards the interface is in this case again 0.3 mm to 5 mm, preferably 0.5 mm to 3 mm, particularly preferably 1 mm to 2 mm, in the installed state.
  • a resistance temperature sensor or a heat radiation sensor can then be used.
  • these sensors are housed in blind holes in the hip joint socket or hip socket prosthesis.
  • the boundary surface ie with wear of the wearable material present in the border area
  • even short-term overloads are easily measurable, since, for example, in the case of a
  • the heat radiation in the corresponding area it is also possible to measure the heat radiation in the corresponding area; here it is advantageous that, on the one hand, there is a closed space between the boundary surface and the thermopile.
  • the separating area made of wear-resistant material should not be too thick, otherwise due to the specific heat capacity of polyethylene, for example, the measurement accuracy suffers or the temperature influence can only be detected to a limited extent in isolation.
  • This area may, for example, be arranged in the shape of a truncated cone, so as to also provide a transition from the measuring area to
  • bundling optics etc. can be used to further increase the measuring accuracy.
  • Fig. 1 is a diagram for clarification of Contexts in a sensor-equipped joint prosthesis according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through a hemispherical socket insert made of UHMW-
  • FIGS. 3a, 3b show examples of capacitive sensor arrangements as well
  • FIGS. 4a, 4b show examples of temperature measurement based sensor systems.
  • FIG. 1 shows possibilities of sensor technology or evaluation for a joint prosthesis according to the invention.
  • Sensors for measuring the acceleration, the pressure or the force and, preferably, the temperature and the position / distance sensors are possible here for the sensors. These are evaluated with the processing and evaluation unit associated with the sensors (on-chip / hybrid evaluation is possible, Mixed Signal Processing - ASIC and Datalogger).
  • a transmission can take place via telemetry / transponder, whereby for the signal and energy transfer between 1 MHz and 2.4 Ghz can be used.
  • the energy supply preferably takes place wirelessly, with a supply via batteries also being possible.
  • FIG. 2 shows a joint socket according to the invention ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) layer.
  • UHMWPE ultra high molecular weight polyethylene
  • a blind hole is shown with a sensor indicated cross-hatched therein.
  • a second joint part insertable, in this case, an artificial femoral head made of a cobalt-chromium-molybdenum alloy.
  • the diameter of the artificial femoral head and the inner diameter of the first joint part 2 are coordinated so that there is virtually no joint gap in the installed state (in the area of this "interface" the lubrication takes place via synovial fluid).
  • FIGS. 3a and 3b show examples of capacitive sensor arrangements in a joint prosthesis according to the invention.
  • FIG. 3a shows a section through a joint prosthesis 1 according to the invention, comprising a first joint part 2 and a second joint part 3, wherein both joint parts are movable relative to one another.
  • the first joint part 2 is a hip joint socket in UHMWPE.
  • the corresponding second joint part 3 is an artificial femoral head made of a cobalt-chrome
  • Molybdenum alloy which is associated with a femur, respectively.
  • the joint parts have a sensor or a sensor arrangement for determining the wear in the region of a boundary surface.
  • the interface is indicated by the reference numeral 5.
  • a blind hole is shown, which serves to receive the sensor arrangement or a processing and evaluation unit (not shown), which is likewise preferably housed in the body and possibly by an associated telemetry unit from outside the body. Pers is readable. This readout can either take place permanently (storage of the measured values then takes place in the processing and evaluation unit and is read out, for example, at the monthly interval or at the annual interval).
  • a signaling unit should be provided in the processing and evaluation unit, which emits an alarm at a certain overload (for example, carrying too high a load through the prosthesis wearer).
  • FIG. 3 a the measurement of the wear in the region of the interface is shown in FIG. 3 a, whereby this measurement is also preferably provided at the location with the highest surface pressure.
  • a planar electrode provided in the first joint part 2, which is denoted by 6a.
  • a capacitance is measurable between this first electrode 6a and a second electrode 6b, which is formed by the hip head itself due to the metal surface of the femoral head, whereby the height of the capacitance depends on the thickness "d" of a range of wearable material.
  • the conditions shown in FIG. 3a relate to the "initial state", that is to say for a newly inserted joint prosthesis.
  • the area of wearable material which for example is made of polyethylene, particularly preferably of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) in the initial thickness, eg 1 mm.
  • UHMWPE ultrahigh molecular weight polyethylene
  • a certain loosening (increased freedom of movement) within the joint can be detected, for example, by a change in the measured value that then fluctuates more rapidly over time, which indicates wear.
  • the thickness of the wearable material d is presently 1 mm in the installed state.
  • the thickness d may be only 0.5 mm.
  • FIG. 3b shows a further embodiment of a joint prosthesis according to the invention which has a first part 2 and a second part 3.
  • a first electrode 7a and a second electrode 7b are arranged within the first joint part, a
  • the thickness or wear of a dimension denoted by d 1 (this substantially corresponds to the size d shown in FIG. 3 a) can be determined from the fact that, as a result of wear in the region of the interface, the first joint part experiences wear and hence the measured one Capacitance between first electrode 7a and second electrode 7b changes or additionally changes again by the entry of the material made of another material
  • H H
  • H H
  • es 3 Advantageous in this variant is that the entire processing and evaluation unit on a joint side (namely on the side of the first joint part) can be accommodated.
  • FIG. 4 a shows a further section in the limit surface 5.
  • a resistance thermometer in this case a Modeil PT 100 or PT 1000 mounted in a blind hole, the sensor is with its measuring tip at a distance of a range of wearable material d 1 '(in this case 1 mm) from the beginning of
  • the senor is in turn connected to a processing and evaluation unit according to the invention.
  • a processing and evaluation unit according to the invention.
  • this can also be given in addition to the capacitive sensors shown in FIGS. 3a and 3b in order to achieve an even more comprehensive measurement evaluation.
  • FIG. 4b shows a further application of a temperature sensor.
  • a thermopile / heat radiation sensor 8 is provided in the interface 5 between see first joint part 2 and second joint part 3.
  • This is in turn housed in a blind hole, the tip of the blind hole tapers conically.
  • This is preferably somewhat lower than in the aforementioned methods, since the heat radiation sensor provides a clearer measurement result, the less material is present between the heat radiation sensor and the actual interface.
  • a corresponding area of wearable material can be inserted as a separate part.
  • the present invention exploits the possibilities of microsystem integration in medical implants, especially hip joint prostheses, during the life and quality inspection phase.
  • An on-line monitoring is demonstrated, which is realized by new integration methods and different sensor principles.
  • two detection principles were defined to determine the current state of the prosthesis. With this integrated temperature and wear rate measurement, dangerous situations can be identified in later use for the patient.
  • prosthesis heads and pans of type ABG II from Stryker with UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) standard inlays were used. in the
  • the monitoring of the current state of wear and The remaining layer thickness of the PE is another aspect which will be discussed in more detail.
  • a capacitive measuring method was developed and integrated. Smallest and depending on the wear occurring capacity changes can thus be detected by integrated electrodes and an AD7747 circuit of the company Analog Devices. If the residual thickness reaches a certain threshold value, the sensor can send a signal to the monitoring device.

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Abstract

The invention relates to a joint prosthesis (1) to be used in humans, animals, or a corresponding simulator. Said joint prosthesis (1) comprises a first (2) and a second (3) joint part. Both joint parts are movable relative to one another. At least one of the joint parts is equipped with a sensor (4) or several sensors for determining the temperature and the thickness of an area located near or on the boundary surface (5) between both joint parts (2, 3). The invention further relates to a corresponding measuring method.

Description

Gelenkprothese und Verfahren zum Messen einer Abnutzung in dieser GelenkprotheseJoint prosthesis and method for measuring wear in this joint prosthesis
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gelenkprothese sowie ein Verfahren zum Messen einer Abnutzung in dieser Gelenkprothese .The present invention relates to a joint prosthesis and to a method for measuring wear in this joint prosthesis.
Der Markt für Gelenkendoprothesen und Orthopädie ist mit circa 180.000 Hüftgelenkoperationen in Deutschland und circa 1.5 Millionen Operationen weltweit einer der größten Märkte auf dem Gebiet der Medizintechnik und Lebenswissenschaften. Inzwischen sind die Kosten für private und gesetzliche Krankenversicherungen auf ein inakzeptabel hohes Niveau angestiegen. Daraus ergeben sich die Forderungen nach zukünftig höherer Lebensdauer des Implantats, der Beobachtung des Zustande und der rechtzeitigen Detektion der Lo- ckerung der Implantate und das Senken der Kosten für Operationen und Rehabilitation. Bei bestimmten dauerhaften Belastungen treten im künstlichen Gelenk hohe Temperaturen auf, die eine Schädigung der Synovialflüssigkeit und damit verbunden eine verminderte Schmierung bewirken. Aufgrund der dadurch weiter erhöhten Reibung können neben höheren Reibmomenten auch schädliche Temperaturen für das das Gelenk umgebende Gewebe entstehen. Verschleißprüfungen von Hüftendoprothesen werden in Hüftgelenksimulatoren nach Prüfnormen wie der ISO TR 9325 und 9326 oder der ISO 14242 durchgeführt. Hierbei werden die Kunstgelenke in definierter, anatomisch richtiger Lage im Simulator eingespannt und der physiologische Bewegungsablauf simuliert. Dabei werden die artikulierenden Gelenkkomponenten vorzugswei- se in Rinder-Serum geprüft. Die reguläre Prüfdauer beträgt 5 Millionen Zyklen bei einer Frequenz von 1 Hz, was einer Prüfzeit von ca. 8 Wochen entspricht. Anschließend werden die Prothesen entnommen und der Verschleiß kann durch Geometrie- oder Gewichtsbestim- mungen sowie durch Partikelanalysen der Abriebprodukte ermittelt werden.The market for joint endoprostheses and orthopedics is one of the largest markets in the field of medical technology and life sciences with approximately 180,000 hip joint operations in Germany and approximately 1.5 million operations worldwide. Meanwhile, the cost of private and public health insurance has risen to an unacceptably high level. This results in the demands for a future longer life of the implant, the observation of the condition and the timely detection of the loosening of the implants and the lowering of the costs for operations and rehabilitation. At certain permanent loads high temperatures occur in the artificial joint, causing damage to the synovial fluid and associated reduced lubrication. Due to the thus further increased friction can cause not only higher friction moments and harmful temperatures for the tissue surrounding the joint. Hip replacement testing is performed in hip joint simulators according to testing standards such as ISO TR 9325 and 9326 or ISO 14242. Here, the artificial joints are clamped in a defined, anatomically correct position in the simulator and the physiological movement sequence simulated. The articulating joint components are preferably tested in bovine serum. The regular test duration is 5 million cycles at a frequency of 1 Hz, which corresponds to a test time of about 8 weeks. Subsequently, the prostheses are removed and the wear can be determined by geometry or weight determinations as well as particle analyzes of the abrasion products.
Bedeutender Nachteil des -'heutigen Standes der Technik ist, dass der aktuelle Zustand der Endoprothese nicht genau erkannt oder beobachtet werden kann. Die Auflösung der nicht-invasiven Analysemethoden, wie Röntgen- oder Magnetresonanzuntersuchung ist zu gering, um eine Lockerung bzw. Lageveränderung zu detektie- ren. Mittels Röntgenbildaufnahmen und Computer ge- stützter Bildauswertung sind heute Auflösungen bis 0 , 1 mm möglich.A significant disadvantage of the current state of the art is that the current state of the endoprosthesis can not be accurately recognized or observed. The resolution of the non-invasive analysis methods, such as X-ray or magnetic resonance examination, is too low to detect a loosening or positional change. X-ray image recordings and computer-aided image analysis today enable resolutions of up to 0.1 mm.
Die permanente in vivo -Zustandserfassung der Endoprothesen ist daher bis heute nicht möglich. Sobald Schmerzen beim Patienten auftreten, die auf eine Lockerung der Prothese hinweisen, ist der Zustand der- selben zumeist so schlecht, dass die Prothese komplett ausgetauscht werden muss. Hinzu kommt, dass zum Beispiel Hüftgelenkprothesen heute bei immer jüngeren Patienten eingesetzt werden und die Anzahl der mögli- chen Revisionen auf 2 begrenzt ist. Das liegt hauptsächlich an der nicht mehr herstellbaren Stabilität der Prothese im Oberschenkelknochen und an der natürlichen Alterung des Knochens.The permanent in vivo-state detection of endoprostheses is therefore not possible until today. As soon as pain occurs in the patient, which indicates a loosening of the prosthesis, the condition of the same usually so bad that the prosthesis must be completely replaced. In addition, for example, hip replacements are now used on ever younger patients and the number of possible revisions is limited to two. This is mainly due to the inoperable stability of the prosthesis in the femur and the natural aging of the bone.
Ausgehend von diesem Stand der Technik, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gelenkprothese zur Verfügung zu stellen, welche frühzeitig eine Überbelastung bzw. Fehlbelastung und bevorstehendes Versagen der Prothese erkennt und somit das früh- zeitige Einleiten ärztlicher Maßnahmen ermöglicht, um die Gesamttragezeit der Prothese und die Lebensqualität des Patienten zu erhöhen.Based on this prior art, it is the object of the present invention to provide a joint prosthesis, which early detects overloading or incorrect loading and impending failure of the prosthesis and thus allows the early initiation of medical measures to the total wear time of Prosthesis and to increase the quality of life of the patient.
Die erfindungsgemäße Gelenkprothese zur Verwendung im Menschen oder im Tier enthält ein erstes sowie ein zweites Gelenkteil, wobei beide Gelenkteile zueinander bewegbar sind und mindestens eines der Gelenkteile einen Sensor zur Ermittlung der Dicke eines nahe oder an der Grenzfläche zwischen beiden Gelenkteilen befindlichen Bereiches aufweist.The joint prosthesis according to the invention for use in humans or animals contains a first and a second joint part, wherein both joint parts are movable relative to one another and at least one of the joint parts has a sensor for determining the thickness of a region located near or at the interface between the two joint parts.
Ein nebengeordneter Patentanspruch befasst sich mit einem entsprechenden Meßverfahren, wobei Messwerte des Sensors telemetrisch und vorzugsweise periodisch ausgelesen werden.An independent claim relates to a corresponding measuring method, wherein measured values of the sensor are read out telemetrically and preferably periodically.
Naturgemäß ist die Abnutzung am besten in der Grenzfläche zwischen beiden Gelenkteilen detektierbar, allerdings war dies bisher durch eine integrierte Sen- sorik nicht möglich. Zwischen den beiden Gelenkteilen gibt es praktisch keinen Gelenkspalt, sondern ledig- lieh eine Grenzfläche, welche mit Gelenkflüssigkeit geschmiert wird. Die erfindungsgemäße Ermittlung der Dicke des repräsentativen, vorzugsweise aus verschleißbarem Material gefertigten Bereiches, wel- eher sich an die Grenzfläche anschließt, erfolgt vorzugsweise immer in der gleichen Stellung bzw. derselben Belastung des entsprechenden Patienten. Dies sollte beispielsweise jeweils bei einem "stehenden" Patienten (aufrechte Haltung) erfolgen. Dadurch wird gewährleistet, dass insbesondere im Punkte höchster Flächenpressung selbst bei einer relativ stark abgenutzten Gelenkprothese kein ausgedehnter "Gelenkspalt" entsteht, da aufgrund der aufrechten Haltung beispielsweise bei einem Hüftgelenk das erste und das zweite Gelenkteil aufeinander gepresst werden. Mit der Messung der Dicke des an die Grenzfläche angrenzenden Bereiches ist dann eine aussagekräftige Messung der Abnutzung im Bereich der Grenzfläche möglich.Of course, the wear is best detected in the interface between the two joint parts, but this was previously not possible by an integrated sensor system. There is practically no joint space between the two joint parts, but only lent an interface which is lubricated with synovial fluid. The determination according to the invention of the thickness of the representative region, preferably made of wear-resistant material, which adjoins the interface, preferably always takes place in the same position or the same load of the corresponding patient. This should be done, for example, in each case with a "standing" patient (upright posture). This ensures that, especially in the point of highest surface pressure even with a relatively severely worn joint prosthesis no extensive "joint gap" arises because due to the upright posture, for example, in a hip joint, the first and the second hinge part are pressed together. By measuring the thickness of the area adjacent to the interface, a meaningful measurement of the wear in the area of the interface is then possible.
Der Erfindung liegt somit der Gedanke zu Grunde, dass bei Überwachung der Dicke eines bestimmten an die Grenzfläche angrenzenden Bereiches und einer unter Umständen zusätzlichen Überwachung der Temperatur an der Grenzfläche, welche zusätzlichen Aufschluss über Überbelastungen gibt, der Gesamtzustand (d.h. z.B. Temperatur und Abnutzung) im Gelenk durchgehend aufgezeichnet bzw. gemessen werden kann.The invention is therefore based on the idea that, when monitoring the thickness of a certain area adjacent to the interface and possibly additional monitoring of the temperature at the interface, which provides additional information about overloads, the overall condition (ie temperature and wear) in the joint can be continuously recorded or measured.
Durch integrierte Mikrosensorik kann also die Funktion und Qualität sowie der Verschleiß von Totalendoprothesen überwacht werden.Thanks to integrated microsensors, the function, quality and wear of total endoprostheses can be monitored.
Mit speziellen Simulatoren werden normgerechte Ver- schleißprüfungen von Endoprothesen durchgeführt. Eine sehr viel versprechende Alternative bzw. Ergänzung zu dieser zeitaufwendigen Methodik ist eine auf Mikro- sensorik basierende Online-Zustandserfassung der Gelenke. Heute kann der Zustand der Prothesen, wenn sie einmal eingesetzt sind, nur stichprobenartig im Rah- men von radiographischen Untersuchungsmethoden (Röntgen) festgestellt werden. Das integrierte Gelenk- Monitoring-System soll in einer Weiterentwicklung auch in-vivo eingesetzt werden können und ein erhöhtes Schadensrisiko z.B. erhöhte Temperatur oder den verschleißbedingten Ausfall bzw. das Auftreten einer aseptischen Lockerung erkennen. Diese Überwachung würde eine frühzeitige Untersuchung und gegebenenfalls Operation ermöglichen, die Kosten einer Revisionsoperation deutlich minimieren und die Nachteile zum heutigen Stand hinsichtlich gesundheitlicher Belastung durch Röntgen und nicht-permanenter Messwerte beheben.Standardized wear tests of endoprostheses are carried out with special simulators. A very promising alternative or supplement to This time-consuming methodology is a micro-sensor based online condition assessment of the joints. Today, the condition of the prostheses, once inserted, can only be determined randomly in the context of radiographic examination methods (X-ray). The integrated joint monitoring system should be able to be used in a further development also in vivo and recognize an increased risk of damage such as increased temperature or the wear-related failure or the occurrence of aseptic loosening. This monitoring would allow for early screening and, if necessary, surgery, significantly reduce the cost of revision surgery and address the current health-related burden of X-ray and non-permanent readings.
Bei stärkerer Belastung des Gelenkes durch den Pati- enten kann es zu einer erhöhten Temperatur an derIncreased stress on the joint by the patient may lead to an increased temperature on the patient
Grenzfläche zwischen Gelenkpfanne und Gelenkkopf kommen. Durch ständige Überwachung des Verschleißes der Gelenkkomponenten bzw. der Temperatur an der Grenzfläche könnte der Patient bei erhöhtem Schadenrisiko durch ein Signal gewarnt werden und durch sein Verhalten aktiv die Lebensdauer der Prothese verlängern. Durch zusätzliche Integration von Vibrations- und Abstandssensorik in die Nähe der Grenzfläche können Mikro-Lockerungen rechtzeitig erkannt werden und Pro- thesenkomponenten rechtzeitig ausgetauscht werden.Interface between joint socket and condyle come. By constantly monitoring the wear of the joint components or the temperature at the interface, the patient could be warned by a signal at increased risk of damage and actively prolong the life of the prosthesis by his behavior. By additionally integrating vibration and distance sensors close to the interface, micro-loosening can be detected in good time and prosthesis components replaced in good time.
Eine Online-Verschleiß- und Zustandserfassung von Endoprothesen bietet die Möglichkeit, zeitaufwändige Prothesenprüfungen zu erleichtern und den aktuellen Zustand der Prothese jederzeit überwachen zu können. Die Erfindung betrifft die Entwicklung und Integrati- on von verschiedenen Messmethodiken bzw. Messsystemen für die Online-Verschleiß- und Zustandserfassung von Totalendoprothesen für Humanpatienten. Die auf intelligenter Mikrosensorik basierende Erfindung soll ei- nerseits zur Einführung eines neuen Qualitätskriteriums und eines neuartigen Versuchsmonitorings beim in vitro-Test von Gelenkendoprothesen resultieren. Hierbei können neue Erkenntnisse über das zeitlich, lokale und belastungsabhängig Verschleißverhalten gewon- nen sowie eine Steigerung in der Schnelligkeit und Effizienz der Implantatprüfungen erreicht werden.An online wear and condition recording of endoprostheses offers the possibility to facilitate time-consuming prosthesis tests and to monitor the current condition of the prosthesis at any time. The invention relates to the development and integration on of various measuring methods and measuring systems for the online wear and condition detection of total endoprostheses for human patients. On the one hand, the invention based on intelligent microsensor technology should result in the introduction of a new quality criterion and a novel experimental monitoring in the in-vitro testing of joint endoprostheses. Here, new insights into the temporal, local and load-dependent wear behavior can be gained as well as an increase in the speed and efficiency of the implant tests can be achieved.
Andererseits können im in vivo-Einsatz kritische Situationen, die einen erhöhten Verschleiß hervorrufen können, durch permanente Überwachung der Prothese verhindert werden. Der Zeitpunkt einer viel weniger aufwändigen Teiloperation könnte durch eine ständige Verschleißkontrolle rechtzeitig bestimmt und damit eine komplette Revision der Komponenten vermieden werden.On the other hand, in vivo use can prevent critical situations that can cause increased wear by permanently monitoring the prosthesis. The time of a much less complex partial operation could be determined in time by a constant wear control and thus a complete revision of the components can be avoided.
Diese Erfindung beschreibt ein System zur Online- Verschleiß und Zustandserfassung von Gelenkendoprothesen. Das in die Prothese integrierte System besteht aus einem oder mehreren Sensormodulen, die ihre Signale in der Prothese aufnehmen und nach erster Verarbeitung an einen Empfänger beispielsweise über eine Telemetrieeinheit übertragen. Dazu sind e- benfalls im Gelenk oder in direkter Umgebung die er- forderlichen Einheiten zur mikroelektronischen Datenverarbeitung, zur Energiebereitstellung und zur Datenübertragung zu integrieren.This invention describes a system for online wear and condition detection of joint endoprostheses. The integrated into the prosthesis system consists of one or more sensor modules that receive their signals in the prosthesis and transferred after first processing to a receiver, for example via a telemetry unit. For this purpose, the necessary units for microelectronic data processing, energy supply and data transmission must also be integrated in the joint or in the immediate vicinity.
Für den in vivo Einsatz sind Aspekte der biologischen Verträglichkeit zu beachten bzw. nicht zu gefährden. Miniaturisierte Module können direkt im Prothesenma- terial verkapselt werden -.oder als implantierbare jedoch nicht im Gelenk gekapselte elektronische Einheit eingesetzt werden. Empfänger der Daten außerhalb des Körpers können Geräte sein, die der Patient bei sich trägt und den Lebenskomfort nicht einschränken (z.B. Bauchtaschen, Armbanduhren, etc.).For in vivo use, aspects of biocompatibility must be taken into account or not endangered. Miniaturized modules can be mounted directly in the prosthesis or encapsulated as an implantable electronic unit not encapsulated in the joint. The recipient of data outside the body may be devices that the patient carries with him and the comfort of life not restrict (eg, abdominal bags, watches, etc.).
Die Integration von autonomen Sensorsystemen dient dem Ziel, die Funktion und Qualität sowie den Ver- schleiß der Endoprothesen permanent zu überwachen.The integration of autonomous sensor systems serves the purpose of permanently monitoring the function and quality as well as the wear of the endoprostheses.
Damit sollen einerseits Prothesenprüfungen verbessert und anderseits der Zustand, insbesondere die Abnutzung, im in vivo-Einsatz kontrolliert werden. Dieses Monitoring soll eine Verlängerung der Prothesenstand- zeit durch Vermeidung von kritischen Belastungszu- ständen wie zu hohe Temperaturen oder zu starke Abnutzung einerseits und falls aufgrund des Verschleißes erforderlich eine frühzeitige Untersuchung und Operation anderseits ermöglichen.This is intended, on the one hand, to improve prosthetic checks and, on the other hand, to control the condition, in particular the wear, during in vivo use. The purpose of this monitoring is to extend the duration of the prosthesis by avoiding critical stress conditions such as excessive temperatures or excessive wear, and, if necessary due to wear, allowing for early examination and surgery.
Das intelligente Gelenk dient der Verbesserung von Verschleißprüfungen, der ärztlichen Entscheidungsfin- dung, der Kosten- und Aufwandoptimierung von Revisionsoperationen und dem Patienten aufgrund kürzerer Operations- und Rehabilitationszeiten.The intelligent joint serves to improve wear tests, medical decision-making, the cost and effort optimization of revision surgeries and the patient due to shorter surgical and rehabilitation times.
Die Sensoren müssen so nahe wie möglich an die Grenzfläche der beiden Gelenkpartner positioniert werden, um Signalverluste und Zeitverzögerungen zu vermeiden. Um die Oberflächeneigenschaften und die Stabilität der Prothesen nicht zu verändern bzw. nicht zu verschlechtern, werden besonders kleine Sensoren (Mikro- sensoren) bzw. Sensoren auf Basis dünner funktioneller Schichten integriert. Diese Sensoren messen phy- sikalische Größen Kapazität, Temperatur und Wärmestrahlung. Mögliche Messgrößen sind aber auch Druck, Kraft, Beschleunigung oder Vibration. Über integrierte Elektroden, die durch.-das Anlegen einer elektrischen Spannung ein Feld erzeugen, soll der Abstand zwischen Sensor und Gelenkkugel und damit die Abnut- zung der Verschleiß durch Auswertung einer Kapazitätsänderung bestimmt werden. Beispielsweise PtIOO- Sensoren (oder auch PtlOOO-Sensoren) und Thermopiles messen die reibungsbedingte Temperaturerhöhung im Gelenk. Eine schnelle Wandlung der Messgrößen in digi- tale Signale erfolgt in der Verarbeitungs- und Auswerteeinheit. Von dort werden die Daten mittels Telemetrie nach außen zu einem Empfänger übertragen. Die maximale Übertragungsstrecke sollte aus Energiegründen 1 m nicht übersteigen. Der Patient trägt den Emp- fänger am Körper und empfängt vollautomatisch einThe sensors must be positioned as close as possible to the interface of the two partners in order to avoid signal losses and time delays. In order not to change or impair the surface properties and stability of the prostheses, particularly small sensors (microsensors) or sensors based on thin functional layers are integrated. These sensors measure physical quantities of capacity, temperature and heat radiation. Possible parameters are also pressure, Force, acceleration or vibration. By means of integrated electrodes which generate a field by applying an electric voltage, the distance between the sensor and the joint ball and thus the wear of the wear shall be determined by evaluating a capacitance change. For example, PtIOO sensors (or Pt10000 sensors) and thermopiles measure the friction-induced temperature increase in the joint. Fast conversion of the measured variables into digital signals takes place in the processing and evaluation unit. From there, the data is transmitted by telemetry to the outside to a receiver. The maximum transmission distance should not exceed 1 m for energy reasons. The patient carries the recipient on the body and receives it fully automatically
Signal bei erhöhtem Abnutzungsrisiko und kann seine Belastung anpassen bzw. wenn nötig ärztliche Beratung einholen.Signal at increased risk of wear and can adjust his load or seek medical advice if necessary.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous developments of the present invention are described in the dependent claims.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Gelenkprothese eine Hüftgelenksprothese zur Verwen- düng im Simulator oder Menschen ist und das erste Gelenkteil eine künstliche Hüftgelenkspfanne sowie das zweite Gelenkteil ein künstlicher Hüftkopf ist.An advantageous development provides that the joint prosthesis is a hip joint prosthesis for use in the simulator or humans and the first joint part is an artificial hip joint socket and the second joint part is an artificial femoral head.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das erste Gelenkteil oder zumindest ein zum Gelenkteil gehörendes Gelenkpfanneninlay (welches dann mit dem anderen Gelenkteil- reibend in Eingriff tritt) aus einem verschleißbaren Material, vorzugsweise Kunststoff, besonders vorzugsweise Polyethylen, ganz vorzugsweise ultrahochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE) ist. Unter "verschleißbares Material" wird also ein Material verstanden, welches einen messbaren Abrieb maximal bis zu 0,1 mm pro Jahr bei Nutzung in einer Hüftgelenksprothese eines Menschen) erzeugt. Alternativ sind "auch im Gegensatz hierzu "verschleißfeste Materialien" möglich, beispielsweise solche aus Titan oder einer Titan-Legierung oder einer Cobalt-Chrom-Molybdän-Legierung oder Chrom- Nickel-Legierung oder auch aus hochreinem Aluminiumoxid oder Zirkonium, die kaum messbaren Abrieb zei- gen.A further advantageous embodiment provides that the first joint part or at least one hinge socket part belonging to the joint part (which then frictionally engages with the other joint part) is made of a wearable material, preferably plastic, particularly preferably polyethylene, very preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). is. Under "wearable material" Thus, a material is understood that generates a maximum measurable abrasion of up to 0.1 mm per year when used in a hip joint prosthesis of a human). Alternatively, "in contrast to this" wear-resistant materials "possible, for example, those of titanium or a titanium alloy or a cobalt-chromium-molybdenum alloy or chromium-nickel alloy or from high-purity alumina or zirconium zei show hardly measurable abrasion - gen.
Entsprechend ist das zweite Gelenkteil auch aus Titan oder einer Titan-Legierung, einer Cobalt-Chrom- Molybdän-Legierung oder einer Chrom-Nickel-Legierung oder auch beispielsweise aus hochreinem Aluminiumoxid oder Zirkonium herstellbar.Correspondingly, the second joint part can also be produced from titanium or a titanium alloy, a cobalt-chromium-molybdenum alloy or a chromium-nickel alloy or else, for example, from highly pure aluminum oxide or zirconium.
Der Sensor zur Ermittlung der Dicke des an die Grenzfläche angrenzenden Bereiches kann auf verschiedene Arten ausgeführt sein, besonders vorzugsweise sind hier kapazitive Sensoren möglich oder Temperatursensoren, welche aber dann aufgrund ihrer unmittelbaren Nähe zur Grenzfläche eine zumindest mittelbare Messung erreichen können.The sensor for determining the thickness of the area adjoining the interface can be embodied in various ways, particularly preferably capacitive sensors or temperature sensors are possible here, but which can then achieve an at least indirect measurement because of their immediate proximity to the interface.
Bei einem kapazitiven Sensor weist dieser vorzugsweise zweiflächige Elektroden auf und Kapazitätsänderungen im Bereich zwischen diesen beiden Elektroden werden ermittelt, wobei Änderungen der Kapazität auf die Dickenänderung des zu messenden Bereichs zurückgeführt werden können.In the case of a capacitive sensor, it preferably has two-surface electrodes and changes in capacitance in the region between these two electrodes are detected, wherein changes in the capacitance can be attributed to the change in thickness of the region to be measured.
Die erste Elektrode ist hierbei vorzugsweise nahe oder direkt an der Grenzfläche im ersten Gelenkteil und die zweite Elektrode nahe oder direkt an derThe first electrode is preferably close to or directly at the interface in the first joint part and the second electrode near or directly at the
Grenzfläche im zweiten Gelenkteil angeordnet. Dies ist insbesondere für den Fall, dass das erste Gelenkteil ein Hüftpfannenteil und das zweite Gelenkteil ein Hüftkopf aus einem Metall, beispielsweise Titan, ist, vorteilhaft, da die entsprechende Oberfläche des zweiten Gelenkteils selbst ,die Elektrode bilden kann. Für den Fall, dass zur Herstellung eines geschlossenen Messkreises beide Elektroden mit einer entsprechenden Verarbeitungs- und Auswerteeinheit verbunden werden sollen, ist es vorteilhaft zur besseren Sig- nalübertragung beide Gelenkteile zu verbinden.Interface arranged in the second hinge part. This is particularly in the case that the first joint part is a Hüftpfannenteil and the second joint part is a femoral head made of a metal, such as titanium, advantageous, since the corresponding surface of the second joint part itself , can form the electrode. In the event that both electrodes are to be connected to a corresponding processing and evaluation unit for producing a closed measuring circuit, it is advantageous for better signal transmission to connect both joint parts.
Bei dieser Anordnung ist das Gelenkteil beispielsweise mit einer ersten Elektrode ausgestattet, welche durch einen Bereich "verschleißbaren Materials" (De- finition siehe oben) , insbesondere Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen, besonders vorzugsweise ultra- hochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE) von der Grenzfläche getrennt ist. Dies kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein von der Grenz- fläche abweisendes Sackloch- in einer Hüftgelenkpfanne aus dem entsprechenden Material bzw. einem Hüftge- lenkpfanneninlay aus diesem Material gegeben ist. Hierdurch ergeben sich dann auch keine Dichtigkeitsprobleme von der Grenzfläche zu dem Sensor hin. Die Dicke des verschleißbaren Bereichs senkrecht zurIn this arrangement, the joint part is equipped, for example, with a first electrode which is separated from the interface by a region of "wearable material" (defined above), in particular plastic, preferably polyethylene, more preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). This can be produced, for example, by providing a blind hole in an acetabular cup made of the corresponding material or a hip joint socket inlay made of this material and repelling it from the boundary surface. As a result, there are no leakage problems from the interface to the sensor. The thickness of the wearable area perpendicular to
Grenzfläche beträgt bei dieser kapazitiven Ausführung im Einbauzustand vorteilhafter Weise 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 3 mm, besonders vorzugsweise 1 mm bis 2 mm.Interface is in this capacitive design in the installed state advantageously 0.3 mm to 5 mm, preferably between 0.5 mm and 3 mm, more preferably 1 mm to 2 mm.
Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die erste und zweite Elektrode beide im ersten Gelenkteil untergebracht sind (beispielsweise einer Hüftgelenkpfannenprothese) und das zweite Gelenkteil (bei- spielsweise ein Hüftkopf) so anordenbar ist, dass zumindest bei einer bestimmten Abnutzung des ersten und/oder des zweiten Gelenkteils durch das zweite Gelenkteil die Feldlinien zwischen erster und zweiter Elektrode beeinflusst werden. Das heißt beispielsweise, dass mit fortschreitender Abnutzung das zweite Gelenkteil (also der Hüftkopf) noch tiefer in dieAnother embodiment provides that the first and second electrodes are both accommodated in the first joint part (for example an acetabular cup prosthesis) and the second joint part (for example a femoral head) can be arranged such that at least one specific wear of the first and / or the second joint part are influenced by the second joint part, the field lines between the first and second electrode. This means, for example, that with progressive wear, the second joint part (ie the femoral head) even deeper into the
Feldlinien zwischen erster und zweiter Elektrode eingreift und somit sich die ' gemessene Kapazität verändert. Vorteilhaft hieran ist, dass messtechnisch lediglich von einer Seite aus, also stets jenseits des Oberschenkelknochens beim Beispiel einer Hüftgelenk- prothese, eine messtechnische Auswertung zu der nach- geordneten Verarbeitungs- und Auswerteeinheit erfolgen kann .Field lines between the first and second electrode engages and thus changes the 'measured capacitance. The advantage of this is that metrologically only from one side, ie always beyond the thigh bone in the case of a hip joint prosthesis, a metrological evaluation can be carried out to the downstream processing and evaluation unit.
Eine weitere oben angesprochene Art des Sensors ist ein Temperatursensor. Dieser kann im ersten Gelenkteil (welcher beispielsweise als Hüftgelenkspfanne ausgeführt ist) untergebracht sein, wobei der Temperatursensor durch einen Bereich aus verschleißbarem Material, insbesondere Kunststoff, besonders vorzugsweise Polyethylen, ganz besonders vorzugsweise ultra- hochmolekulargewichtiges Polyethylen (UHMWPE) von der Grenzfläche getrennt ist. Die Dicke dieses Bereiches (Mindestdicke) zur Grenzfläche hin beträgt hierbei im Einbauzustand wiederum 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 3 mm, besonders vorzugsweise 1 mm bis 2 mm.Another type of sensor mentioned above is a temperature sensor. This can be accommodated in the first joint part (which is embodied, for example, as an acetabular cup), the temperature sensor being separated from the interface by a region of wearable material, in particular plastic, particularly preferably polyethylene, very particularly preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE). The thickness of this region (minimum thickness) towards the interface is in this case again 0.3 mm to 5 mm, preferably 0.5 mm to 3 mm, particularly preferably 1 mm to 2 mm, in the installed state.
Bei der Temperaturmessung selbst kann dann auf ein Widerstandstemperatursensor oder einen Wärmestrahlungssensor (Thermopile) zurückgegriffen werden. Vorzugsweise sind diese Sensoren in Sacklöchern im Hüft- gelenkpfanneninlay bzw. Hüftpfannenprothese untergebracht. Mit sich verkleinerndem Abstand zur Grenzflä- che hin (also mit Abnutzung des im Grenzbereich vorhandenen verschleißbaren -Materials) kommt es zu einer langfristigen Erhöhung der mittleren Temperatur am Ort des Sensors bei Beanspruchung. Diese kann dann einen AufSchluss über die Größe der Abnutzung geben. Selbstverständlich sind hier auch kurzzeitige Über- lastungen gut messbar, da beispielsweise bei einerWhen measuring the temperature itself, a resistance temperature sensor or a heat radiation sensor (thermopile) can then be used. Preferably, these sensors are housed in blind holes in the hip joint socket or hip socket prosthesis. With decreasing distance to the boundary surface (ie with wear of the wearable material present in the border area), it happens a long-term increase in the mean temperature at the location of the sensor under stress. This can then give an idea of the size of the wear. Of course, even short-term overloads are easily measurable, since, for example, in the case of a
Temperaturerhöhung in der Gelenkflüssigkeit über 420C eine Fehl- bzw. Überbelastung der Hüftgelenkprothese festgestellt wird.Increase in temperature in the synovial fluid over 42 0 C a failure or overloading of the hip joint prosthesis is detected.
Als Alternative zu dieser Widerstandsmessung ist auch eine Messung der Wärmestrahlung im entsprechenden Bereich möglich, hier ist es vorteilhaft, dass zum einen ein geschlossener Raum zwischen der Grenzfläche und dem Thermopile gegeben ist. Allerdings sollte der trennende Bereich aus verschleißbarem Material nicht zu dick sein, da sonst aufgrund der spezifischen Wärmekapazität von beispielsweise Polyethylen die Mess- genauigkeit leidet bzw. der Temperatureinfluss nur begrenzt isoliert erfassbar ist. In diesem Falle ist es sinnvoll, zwischen einem Bereich aus verschleißbarem Material sowie dem Thermopile einen zum Beispiel mit Luft oder Vakuum gefüllten Bereich vorzusehen, damit die Messgenauigkeit erhöht wird. Dieser Bereich kann beispielsweise kegelstumpfförmig angeordnet sein, um so auch einen Übergang vom Messbereich zumAs an alternative to this resistance measurement, it is also possible to measure the heat radiation in the corresponding area; here it is advantageous that, on the one hand, there is a closed space between the boundary surface and the thermopile. However, the separating area made of wear-resistant material should not be too thick, otherwise due to the specific heat capacity of polyethylene, for example, the measurement accuracy suffers or the temperature influence can only be detected to a limited extent in isolation. In this case, it is useful to provide an area filled with air or vacuum, for example, between an area of wearable material and the thermopile, so that the measuring accuracy is increased. This area may, for example, be arranged in the shape of a truncated cone, so as to also provide a transition from the measuring area to
Durchmesser des Thermopiles zu erreichen, hier können zur weiteren Erhöhung der Messgenauigkeit Bündelungs- optiken etc. eingesetzt werden.To achieve the diameter of the thermopile, bundling optics etc. can be used to further increase the measuring accuracy.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen werden in den übrigen abhängigen Ansprüchen beschrieben.Further advantageous developments are described in the remaining dependent claims.
Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Figuren erläutert.The invention will now be explained with reference to several figures.
Fig. 1 ein Schaubild zu Verdeutlichung von Zusammenhängen in einer mit Sensor ausgestatteten erfindungsgemäßen Gelenkprothese,Fig. 1 is a diagram for clarification of Contexts in a sensor-equipped joint prosthesis according to the invention,
Fig. 2 ein Querschnitt durch eine halbkugel- förmiges Gelenkpfanneninlay aus UHMW-2 shows a cross section through a hemispherical socket insert made of UHMW-
PE,PE,
Fig. 3a, 3b Beispiele kapazitiver Sensoranordnungen sowieFIGS. 3a, 3b show examples of capacitive sensor arrangements as well
Fig. 4a, 4b Beispiele auf Temperaturmessung basie- render Sensorsysteme.FIGS. 4a, 4b show examples of temperature measurement based sensor systems.
Figur 1 zeigt Möglichkeiten der Sensorik bzw. der Auswertung für eine erfindungsgemäße Gelenkprothese. Für die Sensorik kommen hier Sensoren zur Messung der Beschleunigung, des Druckes bzw. der Kraft und vorzugsweise Temperatur sowie Lage/Abstandssensoren in Frage. Diese werden mit der mit der Sensorik in Verbindung stehende Verarbeitungs- und Auswerteeinheit ausgewertet (eine Onchip/Hybrid-Auswertung ist mög- lieh, Mixed Signal Processing - ASIC und Datalogger) . Eine Übersendung kann über Telemetrie/Transponder erfolgen, wobei für den Signal- und Energietransfer zwischen 1 MHz und 2,4 Ghz genutzt werden können. Die Energieversorgung erfolgt hierbei vorzugsweise draht- los, wobei eine Versorgung über Batterien ebenflls möglich ist. Bei sämtlichen implantierten Teilen ist auf die biologische Verträglichkeit zu achten, dies gilt sowohl für die Materialen der Gelenkprothese selbst, aber auch insbesondere für die entsprechenden Sensoren bzw. Verarbeitungs- und Auswerteeinheit, welche vorzugsweise, zusammen mit entsprechenden Transponder bzw. Batterien, innerhalb des Beckens untergebracht werden können.FIG. 1 shows possibilities of sensor technology or evaluation for a joint prosthesis according to the invention. Sensors for measuring the acceleration, the pressure or the force and, preferably, the temperature and the position / distance sensors are possible here for the sensors. These are evaluated with the processing and evaluation unit associated with the sensors (on-chip / hybrid evaluation is possible, Mixed Signal Processing - ASIC and Datalogger). A transmission can take place via telemetry / transponder, whereby for the signal and energy transfer between 1 MHz and 2.4 Ghz can be used. In this case, the energy supply preferably takes place wirelessly, with a supply via batteries also being possible. In all implanted parts is to pay attention to the biocompatibility, this applies both to the materials of the joint prosthesis itself, but also in particular for the corresponding sensors or processing and evaluation, which preferably, together with corresponding transponder or batteries, within the pelvis can be accommodated.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Gelenkpfannenin- lay aus ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen (UHMWPE) . Auf der Außenseite dieses Gelenkpfannenin- lays, welches ein erstes Gelenkteil 2 bildet, ist ein Sackloch mit einem darin kreuzschraffiert angedeute- ten Sensor gezeigt. In die Halbkugel ist ein zweites Gelenkteil (nicht dargestellt) einführbar, in diesem Falle ein künstlicher Hüftkopf aus einer Cobalt- Chrom-Molybdän-Legierung. Der Durchmesser des künstlichen Hüftkopfes und der Innendurchmesser des ersten Gelenkteiles 2 sind so aufeinander abgestimmt, dass praktisch kein Gelenkspalt im Einbauzustand vorliegt (im Bereich dieser "Grenzfläche" erfolgt die Schmierung über Gelenkflüssigkeit) .FIG. 2 shows a joint socket according to the invention ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE) layer. On the outside of this joint socket insert, which forms a first joint part 2, a blind hole is shown with a sensor indicated cross-hatched therein. In the hemisphere, a second joint part (not shown) insertable, in this case, an artificial femoral head made of a cobalt-chromium-molybdenum alloy. The diameter of the artificial femoral head and the inner diameter of the first joint part 2 are coordinated so that there is virtually no joint gap in the installed state (in the area of this "interface" the lubrication takes place via synovial fluid).
Figuren 3a und 3b zeigen Beispiele kapazitiver Sensoranordnungen in einer erfindungsgemäßen Gelenkprothese .FIGS. 3a and 3b show examples of capacitive sensor arrangements in a joint prosthesis according to the invention.
Figur 3a zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsge- mäße Gelenkprothese 1, enthaltend ein erstes Gelenkteil 2 sowie ein zweites Gelenkteil 3, wobei beide Gelenkteile zueinander bewegbar sind. Das erste Gelenkteil 2 ist ein Hüftgelenkpfanneninlay aus UHMWPE. Das hierzu korrespondierende zweite Gelenkteil 3 ist ein künstlicher Hüftkopf aus einer Cobalt-Chrom-FIG. 3a shows a section through a joint prosthesis 1 according to the invention, comprising a first joint part 2 and a second joint part 3, wherein both joint parts are movable relative to one another. The first joint part 2 is a hip joint socket in UHMWPE. The corresponding second joint part 3 is an artificial femoral head made of a cobalt-chrome
Molybdän-Legierung, welcher mit einem Oberschenkelknochen entsprechend verbunden ist. Die Gelenkteile weisen einen Sensor bzw. eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Abnutzung im Bereich einer Grenzfäche auf. Die Grenzfläche ist mit dem Bezugszeichen 5 angedeutet. Nach oben hin ist ein Sackloch gezeigt, welches der Aufnahme der Sensoranordnung bzw. einer nicht mehr dargestellten Verarbeitungs- und Auswerteeinheit dient, welche ebenfalls vorzugsweise im Kör- per untergebracht ist und möglicherweise durch eine zugeordnete Telemetrieeinheit von außerhalb des Kör- pers auslesbar ist. Dieses Auslesen kann entweder dauerhaft erfolgen (eine Speicherung der Messwerte erfolgt dann in der Verarbeitungs- und Auswerteeinheit und wird beispielsweise im Monatsabstand bzw. im Jahresabstand ausgelesen) . Alternativ ist auch eine signalgebende Einheit in der Verarbeitung- und Auswerteeinheit vorzusehen, welche bei einer bestimmten Überbelastung (beispielsweise Tragen einer zu hohen Last durch den Prothesenträger) einen Alarm abgibt.Molybdenum alloy, which is associated with a femur, respectively. The joint parts have a sensor or a sensor arrangement for determining the wear in the region of a boundary surface. The interface is indicated by the reference numeral 5. At the top, a blind hole is shown, which serves to receive the sensor arrangement or a processing and evaluation unit (not shown), which is likewise preferably housed in the body and possibly by an associated telemetry unit from outside the body. Pers is readable. This readout can either take place permanently (storage of the measured values then takes place in the processing and evaluation unit and is read out, for example, at the monthly interval or at the annual interval). Alternatively, a signaling unit should be provided in the processing and evaluation unit, which emits an alarm at a certain overload (for example, carrying too high a load through the prosthesis wearer).
Im Vordergrund steht jedoch hier in Figur 3a die Messung der Abnutzung im Bereich der Grenzfläche, wobei diese Messung auch vorzugsweise an der Stelle mit der höchsten Flächenpressung vorgesehen wird. Oberhalb dieses Bereiches ist eine im ersten Gelenkteil 2 vorgesehene flächige Elektrode gegeben, welche mit 6a bezeichnet ist. Zwischen dieser ersten Elektrode 6a und einer zweiten Elektrode 6b, welche aufgrund der Metall-Oberfläche des Hüftkopfes durch diesen Hüft- köpf selbst gebildet wird, ist eine Kapazität messbar, wobei die Höhe der Kapazität von der Dicke "d" eines Bereiches verschleißbaren Materials abhängt.In the foreground, however, the measurement of the wear in the region of the interface is shown in FIG. 3 a, whereby this measurement is also preferably provided at the location with the highest surface pressure. Above this area, there is provided a planar electrode provided in the first joint part 2, which is denoted by 6a. A capacitance is measurable between this first electrode 6a and a second electrode 6b, which is formed by the hip head itself due to the metal surface of the femoral head, whereby the height of the capacitance depends on the thickness "d" of a range of wearable material.
Die in Figur 3a gezeigten Verhältnisse beziehen sich auf den "Anfangszustand", das heißt für eine neu eingesetzte Gelenkprothese. In diesem Fall ist zwischen den beiden Elektroden der Bereich verschleißbaren Materials, welcher beispielsweise aus Polyethylen, besonders vorzugsweise aus ultrahochmolekulargewichti- gern Polyethylen (UHMWPE) in der Anfangsdicke, z.B. 1 mm gebildet. Hierdurch wird die Produktion zum einen einfach, da ein entsprechendes Sackloch von der Grenzfläche abweisenden Seite des Hüftgelenkpfanne- ninlays möglich wird. Eine Abnutzung über die Zeit ist nun beispielsweise so detektierbar, dass eine Abnutzung des verschleißbaren Materials stattfindet und somit eine Kapazitätsänderung zwischen erster und zweiter Elektrode messbar ist.The conditions shown in FIG. 3a relate to the "initial state", that is to say for a newly inserted joint prosthesis. In this case, between the two electrodes is the area of wearable material, which for example is made of polyethylene, particularly preferably of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE) in the initial thickness, eg 1 mm. This makes the production on the one hand simple, since a corresponding blind hole from the interface-repellent side of the acetabulum ninlays is possible. Wear over time is now detectable, for example, so that wear of the wearable material takes place and Thus, a capacitance change between the first and second electrode can be measured.
Außerdem kann beispielsweise durch eine dann zeitlich schneller schwankende Meßwertänderung eine gewisse Lockerung (erhöhte Bewegungsfreiheit) innerhalb des Gelenks detektiert werden, welche auf eine Abnutzung schließen lässt.In addition, a certain loosening (increased freedom of movement) within the joint can be detected, for example, by a change in the measured value that then fluctuates more rapidly over time, which indicates wear.
Die Dicke des verschleißbaren Materials d, wie in Figur 3a gezeigt, ist vorliegend im Einbauzustand 1 mm. Abhängig von der Materialpaarung kann bei der Verwendung eines keramischen Materials (beispielsweise für einen Hüftkopf) die Dicke d nur 0,5 mm betragen.The thickness of the wearable material d, as shown in Figure 3a, is presently 1 mm in the installed state. Depending on the material pairing, when using a ceramic material (for example for a femoral head), the thickness d may be only 0.5 mm.
Figur 3b zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gelenkprothese, welche ein erstes Teil 2 sowie ein zweites Teil 3 aufweist. Hier sind eine erste Elektrode 7a sowie eine zweite Elektrode 7b innerhalb des ersten Gelenkteils angeordnet, einFIG. 3b shows a further embodiment of a joint prosthesis according to the invention which has a first part 2 and a second part 3. Here, a first electrode 7a and a second electrode 7b are arranged within the first joint part, a
Einbau kann hier wiederum durch entsprechende Sacklöcher erfolgen. Die Dicke bzw. Abnutzung eines mit d1 bezeichneten Maßes (dies korrespondiert im Wesentlichen zu der in Figur 3a gezeigten Größe d) kann da- durch ermittelt werden, dass infolge Abnutzung im Bereich der Grenzfläche das erste Gelenkteil eine Abnutzung erfährt und von daher die gemessene Kapazität zwischen erster Elektrode 7a und zweiter Elektrode 7b sich ändert bzw. zusätzlich nochmals ändert durch den Eintritt des aus einem anderen Material bestehendenInstallation can be done here again by appropriate blind holes. The thickness or wear of a dimension denoted by d 1 (this substantially corresponds to the size d shown in FIG. 3 a) can be determined from the fact that, as a result of wear in the region of the interface, the first joint part experiences wear and hence the measured one Capacitance between first electrode 7a and second electrode 7b changes or additionally changes again by the entry of the material made of another material
Hüftkopfes 3. Vorteilhaft an dieser Variante ist, dass die gesamte Verarbeitungs- und Auswerteeinheit auf einer Gelenkseite (nämlich auf Seiten des ersten Gelenkteils) unterbringbar ist.Hüftkopfes 3. Advantageous in this variant is that the entire processing and evaluation unit on a joint side (namely on the side of the first joint part) can be accommodated.
Figur 4a zeigt einen weiteren Schnitt in der Grenz- fläche 5. Hierbei ist jedoch ein Widerstandsthermometer (vorliegend ein Modeil PT 100 bzw. PT 1000) in einem Sackloch angebracht, der Sensor ist mit seiner Messspitze im Abstand eines Bereiches verschleißbaren Materials d1 ' (vorliegend 1 mm ) vom Beginn derFIG. 4 a shows a further section in the limit surface 5. Here, however, a resistance thermometer (in this case a Modeil PT 100 or PT 1000) mounted in a blind hole, the sensor is with its measuring tip at a distance of a range of wearable material d 1 '(in this case 1 mm) from the beginning of
Grenzfläche getrennt. Auch hier ist der Sensor wiederum mit einer erfindungsgemäßen Verarbeitungs- und Auswerteeinheit verbunden. Selbstverständlich kann dies auch zusätzlich zu den in Figuren 3a und 3b ge- zeigten kapazitiven Sensoren gegeben sein, um eine noch umfassendere Messauswertung zu erreichen.Interface separated. Again, the sensor is in turn connected to a processing and evaluation unit according to the invention. Of course, this can also be given in addition to the capacitive sensors shown in FIGS. 3a and 3b in order to achieve an even more comprehensive measurement evaluation.
Figur 4b zeigt eine weitere Anwendung eines Temperatursensors. Hierbei wird in der Grenzfläche 5 zwi- sehen erstem Gelenkteil 2 und zweitem Gelenkteil 3 die Temperatur ermittelt. Dafür ist ein Thermopi- le/Wärmestrahlungssensor 8 vorgesehen. Dieser ist wiederum in einem Sackloch untergebracht, wobei die Spitze des Sackloches konisch zuläuft. An vorderster Front des Sackloches (zur Grenzfläche 5 hin) ist wiederum ein Bereich verschleißbaren Materials gegeben, welcher d1 ' ' = 1 mm in der Ausgangslage beträgt. Dies ist vorzugsweise etwas geringer als bei den vorgenannten Verfahren, da der Wärmestrahlungssensor ein umso klareres Messergebnis liefert, je weniger Material zwischen dem Wärmestrahlungssensor und der eigentlichen Grenzfläche gegeben ist. Selbstverständlich kann anstatt der hier gezeigten Sacklochanordnung auch ein entsprechender Bereich aus verschleiß- baren Material als gesondertes Teil eingefügt werden. Hierdurch sind die Materialeigenschaften im Hinblick auf die Messung optimierbar, allerdings ergibt sich hierdurch eine aufwendigere Fertigung bzw. auch unter Umständen ein höheres Risiko bei einem Lösen die- ses Extra-Teils. Die vorliegende Erfindung nutzt die Möglichkeiten der Mikrosystemintegration in medizinische Implantate, speziell Hüftgelenkprothesen, während der Lebensdauer und Qualitätsprüfungsphase gezeigt werden. Es wird eine OnIine-Überwachung demonstriert, die durch neue Integrationsmethoden und verschiedene Sensorprinzipien realisiert werden. Dazu wurden zwei Detekti- onsprinzipien definiert, um den aktuellen Zustand der Prothese festzustellen. Mit dieser integrierten Tem- peratur- und Verschleißratenmessung können im späteren Einsatz für den Patienten gefährliche Situationen identifiziert werden. Für die experimentellen Untersuchungen dienten Prothesenköpfe und - pfannen vom Typ ABG II der Firma Stryker mit UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) Standard Inlays. ImFIG. 4b shows a further application of a temperature sensor. Here, in the interface 5 between see first joint part 2 and second joint part 3, the temperature determined. For this purpose, a thermopile / heat radiation sensor 8 is provided. This is in turn housed in a blind hole, the tip of the blind hole tapers conically. At the forefront of the blind hole (towards the interface 5) there is once again an area of wearable material which is d 1 "= 1 mm in the starting position. This is preferably somewhat lower than in the aforementioned methods, since the heat radiation sensor provides a clearer measurement result, the less material is present between the heat radiation sensor and the actual interface. Of course, instead of the blind hole arrangement shown here, a corresponding area of wearable material can be inserted as a separate part. As a result, the material properties with regard to the measurement can be optimized, but this results in a more complex production or under certain circumstances a higher risk in solving this extra part. The present invention exploits the possibilities of microsystem integration in medical implants, especially hip joint prostheses, during the life and quality inspection phase. An on-line monitoring is demonstrated, which is realized by new integration methods and different sensor principles. For this purpose, two detection principles were defined to determine the current state of the prosthesis. With this integrated temperature and wear rate measurement, dangerous situations can be identified in later use for the patient. For the experimental investigations, prosthesis heads and pans of type ABG II from Stryker with UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) standard inlays were used. in the
Versuch wurde einerseits das Temperaturverhalten unter hoher Belastung und schneller Bewegung untersucht. Dafür wurden 5 referenzierte Temperatursensoren vom Typ PT100 mit nur' einem Millimeter Abstand zur Grenzfläche in der Pfanne platziert und vergossen. Schon nach kurzer Zeit konnte eine Temperatur gemessen werden, die eine für Eiweiße bereits gefährliche Höhe erreichte. Das bedeutet einen schlechteren Reibwert, da die Schmierung durch die Synovia (Ge- lenkflüssigkeit) , die zu 80% aus Eiweißen besteht, nachlässt. Damit beginnt eine Art Teufelskreislauf, denn durch die schlechtere Reibung steigt die Temperatur weiter an, die Gelenkflüssigkeit versagt ihren Dienst immer mehr und die Materialeigenschaften des PE werden mit zunehmender Temperatur schlechter. Dieser Zustand kann durch die Überwachung vermieden werden. Eine durch die Restdicke verbleibende Temperaturdifferenz wurde sowohl analytisch berechnet als auch simulatorisch bestimmt.On the one hand the temperature behavior under high load and fast movement was investigated. For this purpose, 5 referenced temperature sensors of type PT100 were placed and cast in the pan only one millimeter from the interface. After only a short time, a temperature could be measured which reached a level that was already dangerous for proteins. This means a lower coefficient of friction, since the lubrication through the synovia (joint fluid), which consists of 80% of proteins, decreases. This starts a kind of vicious cycle, because the worse friction increases the temperature further, the joint fluid fails more and more and the material properties of the PE deteriorate with increasing temperature. This condition can be avoided by monitoring. A temperature difference remaining due to the residual thickness was calculated both analytically and determined simulatively.
Die Überwachung des aktuellen Verschleißzustands und der verbleibenden Restschichtdicke des PE ist ein anderer Aspekt, auf den näher eingegangen wird. Zur Realisierung dieser Überwachung wurde ein kapazitives Messverfahren entwickelt .und integriert. Kleinste und in Abhängigkeit vom Verschleiß auftretende Kapazitätsänderungen können somit durch integrierte Elektroden und einen AD7747 Schaltkreis der Firma Analog Devices detektiert werden. Erreicht die Restdicke einen bestimmten Schwellwert, kann der Sensor ein Sig- nal zum Überwachungsgerät senden. The monitoring of the current state of wear and The remaining layer thickness of the PE is another aspect which will be discussed in more detail. To implement this monitoring, a capacitive measuring method was developed and integrated. Smallest and depending on the wear occurring capacity changes can thus be detected by integrated electrodes and an AD7747 circuit of the company Analog Devices. If the residual thickness reaches a certain threshold value, the sensor can send a signal to the monitoring device.

Claims

21Patentansprüche 21Patentansprüche
1. Gelenkprothese (1) zur Verwendung im Menschen oder im Tier, enthaltend ein erstes (2) sowie ein zweites (3) Gelenkteil, wobei beide Gelenkteile zueinander bewegbar sind, dadurch gekenn- zeichnet, dass mindestens eines der Gelenkteile einen Sensor (4) zur Ermittlung der Dicke eines nahe oder an der Grenzfläche zwischen beiden Gelenkteilen (2,- 3) befindlichen Bereiches aufweist.1. Joint prosthesis (1) for use in humans or animals, comprising a first (2) and a second (3) joint part, wherein both joint parts are movable relative to one another, characterized in that at least one of the joint parts has a sensor (4) for determining the thickness of a near or at the interface between two joint parts (2, - 3) located area.
2. Gelenkprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkprothese eine Hüftgelenkprothese eine andere Prothese wie eine Wirbelsäulenprothese, eine Knieprothese oder dergleichen zur Verwendung im Menschen ist.2. Joint prosthesis according to claim 1, characterized in that the joint prosthesis is a hip joint prosthesis another prosthesis such as a spinal prosthesis, a knee prosthesis or the like for use in humans.
3. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil (2) eine künstliche oder nichtkünstliche Hüftgelenkpfanne und das zweite Gelenkteil (3) ein künstlicher oder nichtkünstlicher Hüft- köpf ist.3. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the first joint part (2) is an artificial or non-artificial acetabulum and the second joint part (3) is an artificial or non-artificial Hüftköpf.
4. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gelenkteil (2) ganz oder zumindest ein zum Gelenkteil gehörendes Gelenkpfanneninlay aus einem verschleißbaren Material, vorzugsweise Kunststoff, besonders vorzugsweise Polyethylen, ganz besonders vorzugsweise ultrahochmolekulargewich- tiges Polyethylen (UHMWPE) ist. 224. joint prosthesis according to any one of the preceding claims, characterized in that the first joint part (2) wholly or at least belonging to the joint part Gelenkpfanneninlay of a wearable material, preferably plastic, particularly preferably polyethylene, most preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) , 22
5. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gelenkteil (3) zumindest bereichsweise aus Titan oder einer Titan-Legierung oder Cobalt-Chrom- Molybdän-Legierung oder Chrom-Nickel-Legierung oder einem keramischen Material besteht .5. joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the second hinge part (3) at least partially made of titanium or a titanium alloy or cobalt-chromium molybdenum alloy or chromium-nickel alloy or a ceramic material.
6. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein kapazitiver Sensor ist, wobei dieser vorzugsweise zwei voneinander beabstandete E- lektroden (6a, 6b; 7a, 7b) aufweist.6. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (4) is a capacitive sensor, wherein this preferably two spaced-apart E- electrodes (6a, 6b, 7a, 7b).
7. Gelenkprothese nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (6a) nahe oder an der Grenzfläche (5) im ersten Gelenkteil und die zweite Elektrode (6b) nahe oder an der7. Joint prosthesis according to claim 6, characterized in that the first electrode (6a) near or at the interface (5) in the first joint part and the second electrode (6b) near or at the
Grenzfläche (5) im zweiten Gelenkteil (3) angeordnet ist.Interface (5) in the second hinge part (3) is arranged.
8. Gelenkprothese nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zweiten Gelenkteil (3) die Oberfläche selbst die Elektrode (6b) bildet.8. joint prosthesis according to claim 7, characterized in that in the second joint part (3) the surface itself forms the electrode (6b).
9. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten Gelenkteil (2) die erste Elektrode (6a) durch einen Bereich verschleißbaren Materials, welcher insbesondere aus Kunststoff, vorzugsweise PoIy- ethylen, besonders vorzugsweise ultrahochmoleku- largewichtiges Polyethylen (UHMWPE) besteht, von der Grenzfläche getrennt ist.9. Joint prosthesis according to one of claims 7 or 8, characterized in that in the first joint part (2) the first electrode (6a) by a range of wearable material, which in particular of plastic, preferably polyethylene, particularly preferably ultrahigh molecular weight impor- tant polyethylene (UHMWPE) is separated from the interface.
10. Gelenkprothese nach Anspruch 9, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dicke (d) des verschleißbaren10. Joint prosthesis according to claim 9, characterized in that the thickness (d) of the wearable
Bereichs senkrecht zur Grenzfläche beim Einbauzustand 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 23Area perpendicular to the interface in the installed state 0.3 mm to 5 mm, preferably 0.5 mm 23
3 mm, besonders vorzugsweise 1 mm bis 2 mm beträgt .3 mm, particularly preferably 1 mm to 2 mm.
11. Gelenkprothese nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (7a) und die zweite (7b) Elektrode im ersten Gelenkteil (2) untergebracht sind und das zweite Gelenkteil (3) so a- nordenbar ist, dass zumindest bei einer bestimmten Abnutzung des ersten (2) und/oder des zweiten (3) Gelenkteiles die Feldlinien und/oder die Kapazität zwischen erster (7a) und zweiter (7b)11. A joint prosthesis according to claim 7, characterized in that the first (7a) and the second (7b) electrode in the first hinge part (2) are housed and the second hinge part (3) is so north- andenbar that at least for a certain wear of the first (2) and / or the second (3) joint part, the field lines and / or the capacitance between the first (7a) and the second (7b)
Elektrode beeinflusst werden.Electrode be influenced.
12. Gelenkprothese nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) ein Temperatursensor ist.12. joint prosthesis according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor (4) is a temperature sensor.
13. Gelenkprothese nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor im ersten Gelenkteil (2) untergebracht ist, wobei der Temperatursensor durch einen Bereich aus verschleißbarem Material, insbesondere Kunst- Stoff, besonders vorzugsweise Polyethylen, ganz besonders vorzugsweise ultrahochmolekulargewich- tiges Polyethylen (UHMWPE) von der Grenzfläche (5) getrennt ist.13. Joint prosthesis according to claim 12, characterized in that the temperature sensor in the first joint part (2) is housed, wherein the temperature sensor by a range of wearable material, in particular synthetic material, particularly preferably polyethylene, most preferably ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE ) is separated from the interface (5).
14. Gelenkprothese nach' Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Dicke des Bereiches aus verschleißfestem Material im Einbauzustand 0,3 mm bis 5 mm, vorzugsweise 0,5 mm bis 3 mm, besonders vorzugsweise 1 mm bis 2 mm beträgt.14. A joint prosthesis according 'to claim 13, characterized thereby marked, that the thickness of the region is of wear resistant material in the installed condition 0.3 mm to 5 mm, preferably 0.5 mm to 3 mm, particularly preferably 1 mm to 2 mm.
15. Gelenkprothese nach Anspruch 12, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Temperatursensor ein Widerstandstemperatursensor oder ein Warmestrahlungs- sensor (8) ist. 2415. Joint prosthesis according to claim 12, characterized in that the temperature sensor is a resistance temperature sensor or a heat radiation sensor (8). 24
16. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Wesentlichen punktuell und vorzugsweise im Bereich der Krafteinleitung und/oder der höchs- ten Flächenpressung der Grenzfläche (5) angeordnet ist.16. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is arranged substantially punctually and preferably in the region of the force introduction and / or the highest surface pressure of the interface (5).
17. Gelenkprothese nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (4) mit einer Verarbeitungs- und Auswerteeinheit verbunden ist, wobei diese vorzugsweise im Körper untergebracht ist und durch eine zugeordnete Telemetrieeinheit von außerhalb des Körpers auslesbar ist.17. Joint prosthesis according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor (4) is connected to a processing and evaluation unit, which is preferably housed in the body and can be read by an associated telemetry unit from outside the body.
18. Gelenkprothese nach Anspruch 17, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Verarbeitungs- und Auswerteeinheit vorzugsweise nur mit Sensorteilen im Bereich des ersten (2) und/oder alternativ des zweiten Gelenkteils (3) verbunden sind.18. Joint prosthesis according to claim 17, characterized in that the processing and evaluation unit are preferably connected only to sensor parts in the region of the first (2) and / or alternatively of the second joint part (3).
19. Verfahren zum Messen der Dicke eines nahe oder an der Grenzfläche zwischen beiden Gelenkteilen19. A method for measuring the thickness of a near or at the interface between two joint parts
(2; 3) befindlichen Bereiches in einer Gelenkprothese nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei Messwerte des Sensors (4) telemet- risch, vorzugsweise periodisch, ausgelesen wer- den. (2; 3) in a joint prosthesis according to one of the preceding claims, wherein measured values of the sensor (4) are read telemetrically, preferably periodically.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021357A1 (en) 2011-08-08 2013-02-14 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) In-vivo condition monitoring of metallic implants by electrochemical techniques
CN108469392A (en) * 2018-07-02 2018-08-31 江苏师范大学 A kind of knee joint friction wear testing machine of temperature-controllable

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3009067A1 (en) * 2008-09-02 2016-04-20 Innovative In Vivo Sensing, LLC Biomems sensor and apparatuses and methods thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040113790A1 (en) * 2002-09-23 2004-06-17 Hamel Michael John Remotely powered and remotely interrogated wireless digital sensor telemetry system
US20050010301A1 (en) * 2003-07-11 2005-01-13 Disilvestro Mark R. In vivo joint space measurement device and method
EP1586287A2 (en) * 2004-03-31 2005-10-19 Depuy Products, Inc. Joint endoprosthesis with ambient condition sensing

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7097662B2 (en) * 2004-08-25 2006-08-29 Ut-Battelle, Llc In-vivo orthopedic implant diagnostic device for sensing load, wear, and infection

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040113790A1 (en) * 2002-09-23 2004-06-17 Hamel Michael John Remotely powered and remotely interrogated wireless digital sensor telemetry system
US20050010301A1 (en) * 2003-07-11 2005-01-13 Disilvestro Mark R. In vivo joint space measurement device and method
EP1586287A2 (en) * 2004-03-31 2005-10-19 Depuy Products, Inc. Joint endoprosthesis with ambient condition sensing

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"ISO 14242-1", INTERNATIONAL STANDARD, 1 March 2001 (2001-03-01), XP001537763 *
"ISO TR 9325", TECHNICAL REPORT, 15 July 1989 (1989-07-15), XP001537762 *
"ISO TR 9326", TECHNICAL REPORT, 15 July 1989 (1989-07-15), XP001537761 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013021357A1 (en) 2011-08-08 2013-02-14 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) In-vivo condition monitoring of metallic implants by electrochemical techniques
CN108469392A (en) * 2018-07-02 2018-08-31 江苏师范大学 A kind of knee joint friction wear testing machine of temperature-controllable
CN108469392B (en) * 2018-07-02 2024-05-28 江苏师范大学 Temperature-controllable knee joint friction and wear testing machine

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