Projekt Kunstgelenk-Messprothese

Ziel im vorgestellten Projekt ist ein Prototyp einer instrumentierten Hüftendoprothese, mit welcher der Pfannenabrieb bzw. die Hüftkopfdezentrierung gemessen werden kann. Mit diesem System soll eine notwendige Revision der HTEP einfacher und schneller Identifiziert werden können und genauere Daten über den Abrieb und die Dezentrierung erhoben werden. Somit soll letztendlich die Situation der Patienten verbessert werden. Es müssen nicht erst starke Schmerzen auftreten, damit es zu einer Revision kommt. Auf diesem Weg kann ein frühzeitiger Eingriff erfolgen und aufwändige Revisionen, bei denen nicht nur der Endoprothesenkopf und das Pfanneninlay, sondern auch die Endoprothesenpfanne sowie eventuell auch der Endoprothesenschaft gewechselt werden müssen, verhindert werden.

Im Gegensatz zum aktuell üblichen Verfahren soll das System folgende Eigenschaften besitzen:

* Höhere Genauigkeit
* Einfache Bedienung bei geringem Kenntnisstand
* Hohe Lebensdauer
* Weit verbreitet anwendbar
* Bessere Planungssicherheit
* Keine Strahlenbelastung für den Patienten
* Geringer zeitlicher Aufwand

Der im Projekt erlangte Erfahrungsschatz sollte sich auf die meisten Endoprothesen mit mechanischer Belastung übertragen lassen.

Zur Erreichung dieser Anforderung können folgende Hauptarbeitsziele definiert werden:

* Entwicklung einer neuartigen sensorischen Messeinrichtung, die eine Kopfdezentrierung, welche durch den Abrieb an einer endoprothetisch versorgten Hüfte entsteht, detektieren kann.
* Entwicklung einer Energieversorgung und Datenübertragungseinrichtung sowie entsprechender Peripherie und einer Ausleseeinheit, mit welcher in vivo Messergebnisse übertragen werden können
* Schaffung eines für das Messsystem adäquaten Bauraums innerhalb der Endoprothese
* Dabei werden die äußeren Abmessungen und das gewohnte Erscheinungsbild nicht verändert
* Die mechanischen Eigenschaften sind trotz erstelltem Bauraum adäquat für typisch auftretende Belastungen einer Endoprothese

Weiterhin können nachfolgende wesentliche Teilarbeitsziele definiert werden:

* Entwicklung und Aufbau eines Validierungsprüfstands
* Erstellung eines Funktionsmusters für den kompletten Messablauf
* Schaffung einer Peripherieeinheit, mit welcher die Messung durchgeführt werden kann
* Spannungsversorgung
* Kommunikation
* Aufbereitung der Messdaten
* Finden eines passenden Herstellungsverfahrens für eine Endoprothese mit Messeinrichtung
* Erstellung eines Funktionsmusters

Nachfolgend soll die Funktionsweise des angestrebten Messsystems im Gesamten dargelegt werden. Dabei soll zur besseren Verdeutlichung von einem Messsystem in Serienreife ausgegangen werden, um das Potential zu erläutern.

Die Hüfttotalendoprothese mit Messeinrichtung zur Kopfdezentrierungsmessung wird bei einem Patienten wie eine herkömmliche Endoprothese implantiert. Für den Operateur treten keine Veränderungen auf. Der Patient kommt nach geglückter Operation wie üblich zur Routineuntersuchung in regelmäßigen Abständen in die Klinik oder zu seinem niedergelassenen Orthopäden. Der Patient steht aufrecht und bewegt sein Bein mit dem künstlichen Hüftgelenk in der Sagittalebene und in der Frontalebene, während er neben einem Messgerät steht oder einen Messgürtel, welcher die Messelektronik enthält, trägt. Diese Apparatur, welche der untersuchende Orthopäde verwendet, sorgt für eine kontaktlose Stromversorgung und Kommunikation mit der im Implantat verbauten Messelektronik. Die Elektronik im Implantat wird durch die nun vorhandene Stromversorgung bzw. das gesendete „Weck“- Signal in Betrieb genommen und sendet Messdaten an die äußere Apparatur.

Beispielhafter Aufbau der Messeinrichtung inklusive Peripherie

Durch das Bewegen des Beins bewegt sich der Gelenkkopf in der Pfanne. Je nach Abrieb bewegt sich der Kugelkopf entlang der abgeriebenen Flächen. Durch die Bewegung des Kugelkopfes kann die Dezentrierung und der Abrieb gemessen werden. Mittels des Vergleichs von historischen Messdaten kann eine genauere Aussage über den Abriebzustand getroffen werden. Der Zugriff auf die historischen Daten läuft nach dem in der Abbildung dargestellten Schema ab:

Folgende Eigenschaften und Funktionalitäten sollen erzielt werden:

Messsystem:

* Messung des Endoprotheseninlayabriebs auf ± 1 mm
* Messung der Dezentrierung des Endoprothesenkopfs

Spannungsversorgung und Datenübertragung:

* Schaffung einer kontaktlosen Spannungsversorgung
* Schaffung einer kontaktlosen Datenübertragung
* Auswertesoftware für die Messdaten
* Medizinische Unbedenklichkeit

Endoprothese:

* Schaffung von Bauraum in einer Endoprothese
* Berücksichtigung der Daten- und Energieübertragung
* Berücksichtigung der Stabilität der Endoprothese bei gleichbleibender äußerlicher Größe
* Hermetische Versiegelung des Bauraums
* Medizinische Unbedenklichkeit