DE102011115283A1

DE102011115283A1 - Method for automatically determining elastic resilience of bone during fracture healing, involves determining parameter as description of regression of elasticity if range of measured values of force is not exceeded threshold value

Info

Publication number: DE102011115283A1
Application number: DE201110115283
Authority: DE
Inventors: Dr. Weinrich Nils; Prof. Dr. Seide Klaus
Original assignee: BERUFSGENOSSENSCHAFTLICHES UNFALLKRANKENHAUS HAMBURG
Current assignee: BERUFSGENOSSENSCHAFTLICHES UNFALLKRANKENHAUS HAMBURG
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-04-04

Abstract

The method involves arranging a sensor (4) at bridging region for bridging a bone fracture, so as to detect the increasing force acting on bridge portion from outside. The internal stress of the bridging portion is measured during application of increasing force, by a reference sensor (8). The measured values of sensors are evaluated by an analysis unit e.g. personal computer (PC) (14). The parameter is determined as a description of the regression of elasticity of healing bone when range of measured values of force applied from outside is not exceeded threshold value. An independent claim is included for system for automatically determining elastic resilience of bone during fracture healing.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und System zum automatischen Bestimmen der elastischen Nachgiebigkeit eines Knochens im Verlauf einer Frakturheilung.The invention relates to a method and system for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of fracture healing.

Herkömmlicherweise wird der Verlauf der Knochenbruchheilung durch Röntgenaufnahmen kontrolliert. Hierbei wird von radiologischen Veränderungen im Frakturbereich auf die Stabilität der knöchernen Durchbauung geschlossen. Aufgrund von subjektiven Einschätzungen und Erfahrungen des behandelnden Chirurgen wird die Belastung der Bruchstelle gesteigert.Traditionally, the course of bone fracture healing is controlled by X-rays. Here, radiological changes in the fracture area on the stability of the bony Durchbauung be concluded. Based on subjective assessments and experiences of the treating surgeon, the load on the fracture site is increased.

Zur Objektivierung der Kontrolle der Knochenbruchheilung und der Belastungssteigerung wurden auch schon Osteosynthesesysteme entwickelt, die über eine elektronische Lastmessung die Zunahme der Steifigkeit des heilenden Knochens messen. Hierbei handelt es sich sowohl um Fixateur-externe-Systeme als auch um Fixateur-interne-Systeme. Für die Messung der Belastung sind Dehnungsmessstreifen an den Fixationssystemen appliziert. Bekannt sind auch schon Fixateur-interne-Systeme, die eine telemetrische Messung der Steifigkeit des heilenden Knochens ermöglichen. Hierbei wird das Implantat mit einem miniaturisierten Sensorsystem zum Erfassen der mechanischen Belastung und einem Telemetriesystem zum Übertragen der Messergebnisse auf einen externen Rechner ausgestattet. Die WO 2007/09 0543 A1 und die DE 10 2006 034 041 A1 beschreiben derartige Fixationssysteme.In order to objectify the control of bone fracture healing and the increase in stress, osteosynthesis systems have also been developed which measure the increase in the rigidity of the healing bone by means of an electronic load measurement. These are external fixator systems as well as fixator internal systems. Strain gauges are applied to the fixation systems to measure the load. Fixator internal systems are already known which enable a telemetric measurement of the rigidity of the healing bone. Here, the implant is equipped with a miniaturized sensor system for detecting the mechanical load and a telemetry system for transmitting the measurement results to an external computer. The WO 2007/09 0543 A1 and the DE 10 2006 034 041 A1 describe such fixation systems.

Die Entwicklung und Erprobung eines Fixateur-interne-Systems mit einer telemetrischen Messeinheit zur Optimierung der chirurgischen und therapeutischen Behandlung und Steuerung des Heilungsprozesses von Knochenbrüchen wurde beschrieben von M. Faschingbauer et al. ( M. Faschingbauer, K. Seide, N. Weinrich, F. Wackenhut, M. Wurm, J. Gille, C. Jürgens, J. Müller (2007) Fixateur interne mit Telemetriesystem, Trauma Berufskrankh, 9(2): 88–97 ). Für die Untersuchungen wurde eine miniaturisierte telemetrische Messeinheit auf handelsübliche winkelstabile Fixateur-interne-Systeme aufgebracht. Als Sensoren dienten Dehnungsmessstreifen. Die Elektronik des Telemetriesystems umfasst einen Verstärker für die analoge Signalaufbereitung und einen Mikrocontroller für die Digitalisierung der analoge Messwerte sowie die Funkübertragung und wurde beschrieben von N. Weinrich ( N. Weinrich (2009) Telemetrisch instrumentierte Implantate für die Osteosynthese, Verl. Dr. Hut, München, ISBN 978-3-89963-930-8 ). Ein externes Lesegerät ermöglicht über eine Spule transkutan sowohl die Energieversorgung als auch eine Datenübertragung. Der Messwert konnte am Lesegerät direkt abgelesen und mittels Notebook angezeigt und gespeichert werden. An das Notebook war ein Kraftsensor zur Messung der extern auf die Extremität aufgebrachten Last angeschlossen. Der Kraftsensor war einer Druckplatte zugeordnet, gegen die der Patient mit der betreffenden Extremität drückte.The development and testing of an internal fixator system with a telemetric measuring unit to optimize the surgical and therapeutic treatment and control of the healing process of bone fractures has been described by M. Faschingbauer et al. ( M. Faschingbauer, K. Seide, N. Weinrich, F. Wackenhut, M. Wurm, J. Gille, C. Jürgens, J. Müller (2007) Internal Fixator with Telemetry System, Trauma Berufskrankh, 9 (2): 88-97 ). For the investigations, a miniaturized telemetric measuring unit was applied to commercially available fixed internal fixator systems. Strain gauges were used as sensors. The electronics of the telemetry system includes an amplifier for the analog signal conditioning and a microcontroller for the digitization of the analog measured values and the radio transmission and has been described by N. Weinrich ( Dr. N. Weinrich (2009) Telemetrically Instrumented Implants for Osteosynthesis, Verl. Hat, Munich, ISBN 978-3-89963-930-8 ). An external reader transcutaneously enables both power supply and data transmission via a coil. The measured value could be read directly on the reader and displayed and saved via notebook. A force sensor was connected to the notebook to measure the load applied externally to the limb. The force sensor was associated with a pressure plate against which the patient pressed with the affected limb.

Die Erprobung ergab, dass die telemetrisch ermittelten Belastungen des Implantats gut mit den auf die Extremität applizierten zyklischen Lasten korrelierten. Es zeigte sich, dass mit einem Fixateur-interne-System mit Sensor- und Telemetriesystem die Heilungssituation gut beurteilt werden kann, da die Implantatbelastung in direkter Beziehung zur mechanischen Festigkeit des heilenden Knochens steht.The testing showed that the telemetrically determined loads of the implant correlated well with the cyclic loads applied to the limb. It has been shown that with a fixator-internal system with sensor and telemetry system, the healing situation can be well assessed, since the implant load is directly related to the mechanical strength of the healing bone.

Die relative Steifigkeit (Verhältnis der auf die Extremität aufgebrachten Kraft und der im Implantat gemessenen Biegebelastung) nahm im zeitlichen Verlauf entsprechend der Knochenheilung zu. Dementsprechend nahm die elastische Nachgiebigkeit (reziproker Wert der Steifigkeit) ab. Für die Ermittlung der Steifigkeit bzw. elastischen Nachgiebigkeit müssen die Messwerte der äußeren Kraft und der internen Belastung ausgewertet werden. Dieses erfolgte nach Abschluss der Messungen unter Verwendung eines Tabellenkalkulationsprogramms. Es war somit einerseits ein zusätzlicher Arbeitsschritt erforderlich, zum anderen konnte auf Störungen während der Messung, z. B. durch unwillkürliche Muskelanspannung des Patienten nur dadurch reagiert werden, dass dieser zu einer erneuten Messung einbestellt wurde.Relative stiffness (ratio of force applied to the limb and the bending load measured in the implant) increased over time as bone healing progressed. Accordingly, the elastic compliance (reciprocal of the stiffness) decreased. To determine the stiffness or elastic compliance, the measured values of the external force and the internal load must be evaluated. This was done after completion of the measurements using a spreadsheet program. Thus, on the one hand, an additional work step was required, on the other hand, it was possible for disturbances during the measurement, for B. be responded by involuntary muscle tension of the patient only by the fact that this was ordered to a new measurement.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Verfügung zu stellen, das die Auswertung der Messung automatisiert und dem Arzt bereits während der Untersuchung eine Beurteilung der Messung und somit der Frakturheilung ermöglicht.Based on this, the object of the invention is to provide a method and a system which automates the evaluation of the measurement and enables the physician already during the examination to evaluate the measurement and thus the fracture healing.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.The object is achieved by a method having the features of claim 1.

Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zum automatischen Bestimmen der elastischen Nachgiebigkeit eines Knochens im Verlauf einer Frakturheilung, bei dem

– auf eine Extremität mit einem gebrochenen Knochen, der mit einem Fixationssystem für Knochen versorgt ist, das einen Verbindungsträger umfasst, der mindestens einen Verankerungsbereich zum Verankern in einem Knochenfragment und einen Überbrückungsbereich zum Überbrücken einer Knochenfraktur aufweist, auf dem ein Sensor zum Ermitteln einer auf den Überbrückungsbereich wirkenden internen Belastung angeordnet ist, von außen eine ansteigende Kraft appliziert wird,
– mittels des Sensors die interne Belastung des Überbrückungsbereichs beim Applizieren der ansteigenden Kraft gemessen wird,
– mittels eines Referenzsensors die von außen auf die Extremität applizierte ansteigende Kraft gemessen wird,
– mittels einer automatischen Auswerteeinrichtung die von den Sensoren gelieferten Messwerte in der Weise ausgewertet werden, dass in Echtzeit die Abhängigkeit der Messwerte der internen Belastung des Überbrückungsbereichs von der extern applizierten Kraft durch Regression über eine festgelegte Anzahl vor der Regression vorliegende Messwerte beschrieben wird, wobei die Regression mit den vor der Regression aktuell vorliegenden Messwerten immer wieder neu durchgeführt wird und Parameter der Regression verworfen werden, wenn die Güte der Anpassung der Regression ein bestimmtes Kriterium nicht erfüllt, und/oder Parameter der Regression verworfen werden oder die Regression nicht durchgeführt wird, wenn die Spannweite der Messwerte der von außen applizierten Kraft einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet und/oder die Messwerte einen bestimmten weiteren Schwellenwert nicht überschreiten, und
– mindestens ein Parameter der Regression als Beschreibung der Elastizität des heilenden Knochens ermittelt wird.

Claim 1 relates to a method for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of fracture healing, in which

A limb having a broken bone provided with a bone fixation system comprising a connection support having at least one anchoring area for anchoring in a bone fragment and a bridging area for bridging a bone fracture on which a sensor for detecting one of the bone fractures Bridging area acting internal load is arranged, from the outside an increasing force is applied,
The internal load of the bridging area is measured by the sensor when applying the increasing force,
By means of a reference sensor, the ascending force applied to the extremity from the outside is measured,
The measured values supplied by the sensors are evaluated by means of an automatic evaluation device in such a way that the dependence of the measured values of the internal load of the bridging region on the externally applied force is described in real time by regression over a defined number of measured values present before the regression, wherein the Regression with the currently present before the regression measured values is always carried out again and parameters of the regression are discarded, if the quality of the adjustment of the regression does not meet a certain criterion, and / or parameters of the regression are discarded or the regression is not performed, if the span of the measured values of the externally applied force does not exceed a certain threshold value and / or the measured values do not exceed a certain further threshold value, and
- At least one parameter of the regression is determined as a description of the elasticity of the healing bone.

Ferner wird die Aufgabe durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 7 gelöst.Furthermore, the object is achieved by a system having the features of claim 7.

Anspruch 7 betrifft ein System zum automatischen Bestimmen der elastischen Nachgiebigkeit eines Knochens im Verlauf einer Frakturheilung mit

– einem Fixationssystem für Knochen, das einen Verbindungsträger umfasst, der mindestens einen Verankerungsbereich zum Verankern in einem Knochenfragment und einen Überbrückungsbereich zum Überbrücken einer Knochenfraktur aufweist, auf dem ein Sensor zum Ermitteln einer auf den Überbrückungsbereich wirkenden internen Belastung aufgrund einer von außen auf die den Knochen aufweisende Extremität applizierten ansteigenden Kraft angeordnet ist,
– einem Referenzsensor zum Ermitteln der von außen auf die Extremität applizierten Kraft,
– einer mit dem Sensor und dem Referenzsensor verbundenen Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von den Sensoren gelieferten Messsignale, die so beschaffen ist, dass sie in Echtzeit die Abhängigkeit der Messwerte der internen Belastung des Überbrückungsbereiches von der extern applizierten Kraft durch Regression über eine festgelegte Anzahl vor der Regression vorliegender Messwerte beschreibt, wobei sie die Regression mit den vor der Regression aktuell vorliegenden Messwerten immer wieder neu durchführt und Parameter der Regression verwirft, wenn die Güte der Anpassung der Regression ein bestimmtes Kriterium nicht erfüllt, und/oder Parameter der Regression verworfen werden oder die Regression nicht durchgeführt wird, wenn die Spannweite der Messwerte der von außen applizierten Kraft einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet und/oder die Messwerte einen bestimmten weiteren Schwellenwert nicht überschreiten, und mindestens einen Parameter der Regression als Beschreibung der Elastizität des heilenden Knochens ermittelt.

Claim 7 relates to a system for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of a fracture healing with

A fixation system for bones comprising a connection support having at least one anchoring area for anchoring in a bone fragment and a bridging area for bridging a bone fracture on which a sensor for detecting an internal load acting on the bridging area on the outside of the bone having exhibiting extremity applied increasing force arranged
A reference sensor for determining the force applied externally to the limb,
- An evaluation device connected to the sensor and the reference sensor for evaluating the measurement signals supplied by the sensors, which is arranged so that in real time the dependence of the measured values of the internal load of the bridging region of the externally applied force by regression over a predetermined number before the Regression of existing measured values, where it always re-performs the regression with the present before the regression measured values and rejects parameters of regression, if the quality of the adjustment of the regression does not meet a certain criterion, and / or parameters of the regression are discarded or the Regression is not performed when the range of the measured values of the externally applied force does not exceed a certain threshold and / or the measured values do not exceed a certain further threshold, and at least one parameter of the regression as Descri Determining the elasticity of the healing bone.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Systems sind in Unteransprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the method and the system are specified in subclaims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen System werden die Messwerte des Sensors auf dem Fixationssystem und des Referenzsensors zum Messen der von außen applizierten Kraft automatisch ausgewertet, indem ihre Abhängigkeit rechnerisch, z. B. durch lineare Regression, beschrieben wird. Sensor und Referenzsensor werden zusammenfassend auch als „Sensoren” bezeichnet. Die Auswertung erfolgt in Echtzeit, d. h. die Ergebnisse stehen mit geringer oder ohne spürbare zeitliche Verzögerung nach Erfassung der Messwerte zur Verfügung. Die Regression kann extrem schnell durchgeführt werden, sodass die Verzögerung für den Anwender nicht spürbar ist. Die Steigung der Regressionsgeraden der linearen Regression oder ein anderer geeigneter Parameter der Regression ist ein Maß für die elastische Nachgiebigkeit (bzw. Steifigkeit) des heilenden Knochens. Im Unterschied zu einer manuellen Auswertung kann eine automatische Auswertung leicht dazu führen, dass Messsignale, die auf Störeinflüsse zurückzuführen sind, in die Auswertung eingehen und das Ergebnis der Auswertung verfälschen.In the method according to the invention and the system according to the invention, the measured values of the sensor on the fixation system and the reference sensor for measuring the externally applied force are automatically evaluated by their dependence computationally, z. B. by linear regression is described. Sensor and reference sensor are collectively referred to as "sensors". The evaluation is done in real time, d. H. the results are available with little or no noticeable delay after the measurements are taken. The regression can be performed extremely fast, so that the delay is not noticeable to the user. The slope of the linear regression regression line or another suitable parameter of the regression is a measure of the elastic compliance (or rigidity) of the healing bone. In contrast to a manual evaluation, an automatic evaluation can easily lead to measurement signals, which are due to disturbing influences, enter into the evaluation and distort the result of the evaluation.

Dem wirkt die Erfindung gemäß einer ersten Variante dadurch entgegen, dass die Parameter der Regression verworfen werden, falls die Güte der Anpassung der Regression ein bestimmtes Kriterium nicht erfüllt. Ein Maß für die Güte der Anpassung der Regression ist der mittlere quadratische Fehler oder das Bestimmtheitsmaß. Zum Begriff der „Güte der Anpassung der Regression” siehe z. B. H.-F. Eckey, R. Kosfeld, M. Türck (2005) Deskriptive Statistik: Grundlagen – Methoden – Beispiele, 4. Auflage, Gabler Verlag, S. 199 .The invention counteracts this according to a first variant in that the parameters of the regression are rejected if the quality of the adaptation of the regression does not satisfy a certain criterion. A measure of the quality of the regression fit is the mean squared error or the coefficient of determination. For the notion of "goodness of fit of regression" see, for example, B. H.-F. Eckey, R. Kosfeld, M. Türck (2005) Descriptive Statistics: Fundamentals - Methods - Examples, 4th Edition, Gabler Verlag, p. 199 ,

Diese Variante setzt voraus, dass zunächst eine Regression durchgeführt wird. Hierfür kann ein Teil der Messwerte verwendet werden, die vor der Regression beim Applizieren der Kraft ermittelt wurden. Vorzugsweise wird hierfür eine festgelegte Anzahl zuletzt vor der Regression erfasster Messwerte verwendet. Hierfür können aber auch sämtliche Messwerte verwendet werden, die die Sensoren beim Applizieren der Kraft liefern. Wenn berechnete Parameter verworfen werden, wird die Regression mit einem zu Beginn der darauf folgenden Regression aktuellen Satz von Messwerten erneut durchgeführt. Vorzugsweise ist dies eine festgelegte Auswahl zuletzt vor der Regression erfasster Messwerte. Gegebenenfalls werden dann weitere Parameter verworfen und wird erneut mit der Regression begonnen. Beispielsweise werden Parameter der Regression verworfen, falls der mittlere quadratische Fehler der Regression einen bestimmten Wert überschreitet oder das Bestimmtheitsmaß einer Regressionsgraden einen vorgegebenen Wert zwischen 0 und 1 (z. B. von 0,7) unterschreitet. Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren und System dem behandelnden Arzt in Echtzeit einen oder mehrere verlässliche aussagekräftige Parameter für die Beurteilung der Frakturheilung zur Verfügung.This variant requires that first a regression is performed. For this purpose, a part of the measured values which were determined before the regression when applying the force can be used. Preferably, a fixed number of measured values last detected before the regression is used for this purpose. For this purpose, however, all measured values which are used by the sensors can also be used when applying the force. If calculated parameters are discarded, the regression is performed again with a current set of measurements at the beginning of the subsequent regression. Preferably, this is a fixed selection last before the regression of detected measured values. If necessary, then further parameters are discarded and the regression is started again. For example, regression parameters are discarded if the mean square error of the regression exceeds a certain value or the coefficient of determination of a regression degree falls below a predetermined value between 0 and 1 (eg, 0.7). Thus, the method and system of the invention provides the treating physician in real time with one or more reliable meaningful parameters for the evaluation of fracture healing.

Gemäß einer zweiten Variante werden Parameter der Regression verworfen oder die Regression nicht durchgeführt, falls die Spannweite der Messwerte der von außen applizierten Kraft einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet und/oder die Messwerte der von außen applizierten Kraft einen bestimmten weiteren Schwellenwert nicht überschreiten.According to a second variant, parameters of the regression are discarded or the regression is not performed if the span of the measured values of the externally applied force does not exceed a certain threshold value and / or the measured values of the externally applied force do not exceed a certain further threshold value.

Auf diese Weise können beispielsweise Messwerte ausgeschlossen werden, die nicht auf das Applizieren einer externen Kraft zurückzuführen sind, sondern auf Muskelanspannung des Patienten oder auf andere Störeinflüsse oder bei zu kleiner Spanne der auf die Extremität applizierten Kraft keine aus reichende Genauigkeit der Berechnung erwarten lassen. Beispielsweise wird der Parameter der Regression nur dann akzeptiert, wenn eine Spanne zwischen kleinster und größter äußerer Kraft festgestellt wird, die einer Änderung der Belastung von 25 Newton entspricht.In this way, for example, measured values can be excluded, which are not attributable to the application of an external force, but on muscle tension of the patient or other disturbances or too small a range of force applied to the extremity force can not expect sufficient accuracy of the calculation. For example, the regression parameter is accepted only if a margin between minimum and maximum external force corresponding to a change in load of 25 Newton is detected.

Von grundsätzlich entscheidender Bedeutung ist dabei, dass dem Arzt als technischem Laien nur genau dann Werte angezeigt werden, wenn diese verlässlich sind. So können z. B. unwillkürliche Bewegungen oder Muskelanspannungen des Patienten den Messwert beeinflussen. Falls dieses bei einer automatischen Auswertung nicht erkannt würde, sind Fehlentscheidungen für die ärztliche Behandlung zu erwarten.Of fundamental importance is that the physician as a technical layman will only be shown values if and only if they are reliable. So z. B. involuntary movements or muscle tension of the patient affect the reading. If this would not be detected in an automatic evaluation, wrong decisions for the medical treatment can be expected.

Die Regression wird immer wieder neu durchgeführt, wenn eine Regression beendet ist und ein Satz von neuen Messwerten vorhanden ist. Dabei ersetzen aktuell ermittelte Messwerte jeweils die ältesten Messwerte, so dass die Gesamtzahl der Messwerte, über die die Regression durchgeführt wird, unverändert bleibt. Dabei kann ein Teil der Messwerte, der bereits bei einer vorangegangenen Regressionsrechnung berücksichtigt wurde, auch in eine neue Regressionsrechnung einfließen. Vorzugsweise wird mit jedem neuen Messwert eine neue Regression durchgeführt, wobei der neue Messwert den ältesten Messwert der vorangegangenen Regressionsrechnung ersetzt.The regression is always re-performed when a regression is completed and a set of new measurements is present. At the same time, currently determined measured values replace the oldest measured values, so that the total number of measured values, over which the regression is carried out, remains unchanged. In doing so, part of the measured values, which was already taken into account in a previous regression calculation, can also be included in a new regression calculation. Preferably, a new regression is carried out with each new measured value, the new measured value replacing the oldest measured value of the preceding regression calculation.

Auf diese Weise wird eine „gleitende Regression” verwirklicht, die dem Arzt immer wieder aktualisierte Parameter der Regression zu Verfügung stellt. Diese können wiederum ausgewertet werden, z. B. in dem Ausreißer verworfen und/oder ein Mittelwert gebildet wird.In this way, a "sliding regression" is realized, which provides the physician with constantly updated parameters of the regression. These can in turn be evaluated, for. B. discarded in the outlier and / or an average value is formed.

Die Regression kann ereignis- und/oder zeitgesteuert immer wieder neu durchgeführt werden. Ereignisgesteuert kann die Regression neu durchgeführt werden, wenn nach Beendigung einer vorangegangenen Regression ein Satz von neuen Messwerten vorhanden ist. Ferner kann sie ereignisgesteuert neu durchgeführt werden, wenn die Spannweite der Messwerte der von außen applizierten Kraft einen bestimmten Schwellenwert nicht überschreitet und/oder die Messwerte einen bestimmten weiteren Schwellenwert nicht überschreiten. Zeitgesteuert kann die Regression immer wieder neu nach festgelegten Zeitabständen mit aktuell vorliegenden Messwerten durchgeführt werden. Die ereignisgesteuerte Durchführung der Regression hat den Vorteil, dass die Auswertung eine maximale Anzahl Ergebnisse liefert. Die zeitgesteuerte Durchführung kann das Erfassen einzelner Ergebnisse der Auswertung durch den Anwender erleichtern.The regression can be performed again and again depending on the event and / or time. Event-driven regression can be redone if there is a set of new metrics after completing a previous regression. Furthermore, it can be carried out again in an event-controlled manner if the span of the measured values of the externally applied force does not exceed a specific threshold value and / or the measured values do not exceed a certain further threshold value. Time-controlled, the regression can be performed again and again at defined intervals with currently available measured values. The event-controlled execution of the regression has the advantage that the evaluation yields a maximum number of results. The time-controlled execution can facilitate the acquisition of individual results of the evaluation by the user.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Regression eine lineare Regression. Grundsätzlich können aber auch nicht-lineare Regressionen verwendet werden.According to a preferred embodiment, the regression is a linear regression. In principle, non-linear regressions can also be used.

Gemäß einer Alternativen der Erfindung führt die Auswerteeinrichtung keine Regression durch sondern ermittelt als Maß für die Elastizität des heilenden Knochens den Quotienten aus der Implantatbelastung und der extern applizierten Kraft. Der Quotient kann zum Beispiel für einen einzelnen, z. B. den aktuellen Messwert der Implantatbelastung unter einer bestimmten, zum Zeitpunkt der Messung extern applizierten Kraft ermittelt werden. Er kann auch aus mehreren Messwertepaaren der Implantatbelastung und der extern applizierten Kraft gemittelt werden, zum Beispiel für dieselbe extern applizierte Kraft oder für verschiedene extern applizierte Kräfte. Diese Alternative liefert in Echtzeit besonders schnell aussagekräftige Parameter für die Beurteilung der Frakturheilung.According to an alternative of the invention, the evaluation device does not perform any regression but determines the quotient of the implant load and the externally applied force as a measure of the elasticity of the healing bone. For example, the quotient may be for a single, e.g. B. the current measured value of the implant load under a certain, externally applied force at the time of measurement can be determined. It can also be averaged out of several measured value pairs of the implant load and the externally applied force, for example for the same externally applied force or for various externally applied forces. This alternative provides very fast, meaningful parameters for evaluating fracture healing in real time.

Das Fixationssystem ist ein Fixateur-externe- oder ein Fixateur-interne-System. Gemäß einer Ausgestaltung weist das Fixationssystem mindestens ein Verankerungselement auf, das mit einem Verankerungsbereich des Verbindungsträgers verbindbar ist. Das Verankerungselement dient der Verankerung des Verankerungsbereichs an einem Knochenfragment. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Knochenschraube, einen Knochennagel oder einen Knochendraht, die/der in einem Loch des Verankerungsbereichs festsetzbar ist. Die Erfindung bezieht Ausgestaltungen ein, bei denen der Verankerungsbereich direkt am Knochenfragment verankerbar ist, ohne dass ein Verankerungselement zum Einsatz kommt. Dies ist beispielsweise bei einer Hüftendoprothese der Fall, die mit einem Schaft in dem Markraum eines Röhrenknochens eingeklemmt wird.The fixation system is an external fixator or an internal fixator system. According to one embodiment, the fixation system has at least one anchoring element, which can be connected to an anchoring region of the connection carrier. The anchoring element serves to anchor the anchoring area to a bone fragment. This is, for example, a bone screw, a bone nail or a bone wire, which can be fixed in a hole of the anchoring area. The invention relates to embodiments in which the anchoring area can be anchored directly on the bone fragment without an anchoring element being used. This is the case, for example, with a hip endoprosthesis which is clamped with a shaft in the medullary cavity of a long bone.

Die eingesetzten Fixationssysteme können mit verschieden gearteten Verbindungsträgern ausgestattet sein. Gemäß einer Ausgestaltung ist der Verbindungsträger eine Knochenplatte, ein Marknagel oder ein anderer Fixateur-interne. Bevorzugt ist der Verbindungsträger ein Fixateur-interne, bei dem die Verankerungselemente in winkelstabiler Ausrichtung mit dem Verbindungsträger verbindbar sind. Ein derartiger winkelstabiler Fixateur-interne ist beispielsweise in der DE 43 43 117 C2 oder der EP 1 143 867 B1 beschrieben. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Verbindungsträger ein Fixateur-externe. Der Fixateur-externe ist beispielsweise ein Ilizarov-Fixateur. Insbesondere kann er ein mit einem Hexapoden-Mechanismus versehener Ilizarov-Fixateur gemäß DE 296 15 148 U1 sein, welcher dreidimensionale Messungen erlaubt ( K. Seide, N. Weinrich, M. E. Wenzl, D. Wolter, C. Jürgens (2004) Threedimensional load measurements in an external fixator, J Biomech, 37(9): 1361–1369 ).The fixation systems used can be equipped with different types of connection carriers. According to one embodiment, the connection carrier is a bone plate, an intramedullary nail or another internal fixator. Preferably, the connection carrier is an internal fixator, in which the anchoring elements are connected in angular stable alignment with the connection carrier. Such an angle-stable fixator internal, for example, in the DE 43 43 117 C2 or the EP 1 143 867 B1 described. According to another embodiment, the connection carrier is an external fixator. The external fixator is for example an Ilizarov fixator. In particular, he may be provided with a Hexapoden mechanism provided Ilizarov fixator according to DE 296 15 148 U1 which allows three-dimensional measurements ( K. Seide, N. Weinrich, ME Wenzl, D. Wolter, C. Jürgens (2004) Threedimensional load measurements in an external fixator, J. Biomech, 37 (9): 1361-1369 ).

Der Sensor zum ermitteln der auf den Unterstützungsbereich wirkenden internen Belastung (auch „Hauptsensor” genannt) kann über Kabel mit einer Auswerteeinrichtung (z. B. PC) zum Auswerten der von Sensor und Referenzsensor ermittelten Messwerte verbunden sein. Bei einem Fixateur-externe-System ist die Verkabelung des Sensors mit dem Auswertesystem grundsätzlich problemlos möglich. Bei einem Fixateur-interne-System müßte das Kabel durch die Haut nach außen geführt werden, was zu Infektionen führen kann. Gemäß einer Ausgestaltung umfasst das Fixationssystem ein auf dem Verbindungsträger angeordnetes Telemetriesystem zum drahtlosen Übertragen der vom Sensor und ggfs. Referenzsensor gewonnenen Messwerte. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei einem Fixateur-interne-System von Vorteil, weil hierdurch die vom Sensor und ggfs. Referenzsensor gewonnenen Messdaten drahtlos an eine Empfangs- und Auswerteeinrichtung (z. B. PC mit Lesegerät) übertragen werden können und die Infektionsproblematik vermieden wird. Über das Lesegerät kann auch die Energieversorgung des Implantats erfolgen, so dass dieses ohne eigene Stromquelle auskommt. Grundsätzlich ist bei Fixateur-interne- und Fixateur-externe-Systemen von Vorteil, dass eine drahtlose Verbindung die Erfassung der Messsignale der Sensoren erleichtert, wenn der Patient krankengymnastische Übungen durchführt oder sich im Alltagsleben bewegt.The sensor for determining the internal load acting on the support area (also called "main sensor") can be connected via cable to an evaluation device (eg PC) for evaluating the measured values determined by sensor and reference sensor. In the case of a fixator-external system, the cabling of the sensor with the evaluation system is basically possible without any problems. In the case of an internal fixator system, the cable would have to be led out through the skin, which could lead to infections. According to one embodiment, the fixation system comprises a telemetry system arranged on the connection carrier for the wireless transmission of the measured values obtained by the sensor and, if applicable, reference sensor. This embodiment is particularly advantageous in the case of an internal fixator system, because in this way the measurement data obtained by the sensor and, if necessary, reference sensor can be transmitted wirelessly to a receiving and evaluating device (eg PC with reading device) and the infection problem is avoided. The reader can also be used to power the implant so that it does not need its own power source. Basically, it is advantageous in the case of internal fixator and external fixator systems that a wireless connection facilitates the detection of the measurement signals of the sensors when the patient performs physiotherapy exercises or moves in everyday life.

Die Sensoren sind bevorzugt Dehnungsmessstreifen. Die Messsignale der Sensoren werden bevorzugt über Analog-Digital-Wandler in digitale Messwerte gewandelt und mittels eines Computers ausgewertet. Der Referenzsensor ist gemäß einer Ausgestaltung ein externer Referenzsensor in Form einer Kraftmessdose, gegen die der Patient mit einer Extremität drückt oder mit der der Arzt gegen die Extremität des Patienten drückt. In einer anderen Ausgestaltung ist der Referenzsensor kein externer Referenzsensor, der eine auf die Extremität wirkende Kraft misst, sondern als interner Referenzsensor im Bereich des gesunden Knochens auf oder neben dem Implantat angebracht. Vorzugsweise ist dieser interne Referenzsensor ein Referenzsensor gemäß deutscher Patentanmeldung 10 2010 022 434.0 „Fixationsystem für Knochen mit einem Sensorsystem”, die durch Bezugnahme einbezogen wird. Bei dieser Ausgestaltung ist der Referenzsensor außerhalb des Überbrückungsbereiches im Verankerungsbereich des Verbindungsträgers angeordnet. Damit befindet sich der Referenzsensor außerhalb der Heilungszone und ermittelt die auf den Knochen applizierte Last.The sensors are preferably strain gauges. The measurement signals of the sensors are preferably converted via analog-to-digital converters into digital measured values and evaluated by means of a computer. According to one embodiment, the reference sensor is an external reference sensor in the form of a load cell against which the patient pushes with one extremity or with which the doctor presses against the extremity of the patient. In another embodiment, the reference sensor is not an external reference sensor, which measures a force acting on the extremity, but is mounted as an internal reference sensor in the region of the healthy bone on or next to the implant. Preferably, this internal reference sensor is a reference sensor according to German patent application 10 2010 022 434.0 "Bone fixation system with a sensor system" incorporated by reference. In this embodiment, the reference sensor is arranged outside the bridging region in the anchoring region of the connecting carrier. The reference sensor is thus outside the healing zone and determines the load applied to the bone.

Die Regression wird mit einer festgelegten Anzahl Messwerte durchgeführt. Jeder dieser Messwerte umfasst ein Messwertepaar der internen Belastung und der äußeren Kraft. Gemäß einer Ausgestaltung werden für eine Regression während des Applizieren einer Kraft auf die Extremität jeweils eine bestimmte Anzahl aus dem Bereich von 25 bis 100 Messwertepaaren der internen Belastung und der äußeren Kraft verwendet. Beispielsweise werden 50 Messwertepaare der Regression zugrunde gelegt.The regression is performed with a fixed number of measured values. Each of these measurements includes a pair of measured values of internal load and external force. According to one embodiment, for a regression during the application of a force to the extremity, in each case a specific number from the range of 25 to 100 measured value pairs of the internal load and the external force is used. For example, 50 pairs of measurements are used as a basis for the regression.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird mehrfach eine ansteigende äußere Kraft appliziert und wieder entlastet und mit den Messwerten mehrerer solcher Be- und/oder Entlastungszyklen eine Regression durchgeführt.According to a further embodiment, an increasing external force is repeatedly applied and relieved again, and a regression is performed with the measured values of a plurality of such loading and / or unloading cycles.

Gemäß einer Ausgestaltung wird der Verlauf des Parameters der Regression in Abhängigkeit von der Zeit ausgegeben. Der Verlauf des Parameters kann kontinuierlich während der Messung, aber insbesondere auch über Tage, Wochen, Monate oder Jahre dargestellt werden. Hierdurch wird dem behandelnden Arzt ein Überblick über den gesamten Behandlungsverlauf gegeben. Hierfür kann die Auswerteeinrichtung eine Speichereinrichtung aufweisen, auf die sie zurückgreift, um den Parameter der Regression in Abhängigkeit von der Zeit abzuspeichern und auszugeben.According to one embodiment, the course of the parameter of the regression is output as a function of time. The course of the parameter can be displayed continuously during the measurement, but in particular also over days, weeks, months or years. This gives the attending physician an overview of the entire course of treatment. For this purpose, the evaluation device can have a memory device, which it uses to store and output the parameter of the regression as a function of time.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der Parameter der Regression und/oder der zeitliche Verlauf des Parameters der Regression auf einem Display angezeigt und/oder von einem Drucker ausgedruckt und/oder als Sprachausgabe ausgegeben. Die Anzeige bzw. der Ausdruck können in Form von Zahlenwerten und/oder von Diagrammen erfolgen. Bei der Anzeige auf einem Display können gegebenenfalls mittels geeigneter Eingabeeinrichtungen (z. B. Tastatur, Maus oder Touchscreen) Details hervorgehoben und näher betrachtet werden. Die Ausgabe durch Ausdruck kann auch zur Dokumentation des Behandlungsverlaufes genutzt werden. According to a further embodiment, the parameter of the regression and / or the time profile of the parameter of the regression is displayed on a display and / or printed by a printer and / or output as a voice output. The display or the expression can take the form of numerical values and / or diagrams. If displayed on a display, details may be highlighted and considered in detail by means of suitable input devices (eg keyboard, mouse or touch screen). The output by expression can also be used to document the course of treatment.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings of an embodiment. The drawings show:

1 System zum automatischen Bestimmen der elastischen Nachgiebigkeit eines Knochens im Verlauf einer Frakturheilung in einem Grobschema; 1 A system for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of a fracture healing in a rough scheme;

2 System von 1 in einer Anwendungssituation in einer grobschematischen Ansicht; 2 System of 1 in an application situation in a rough schematic view;

3 Verfahren zum automatischen Bestimmen der elastischen Nachgiebigkeit eines Knochens im Verlauf einer Frakturheilung in einem Blockdiagramm; 3 A method for automatically determining the elastic compliance of a bone during fracture healing in a block diagram;

4 Grafische Benutzeroberfläche eines Systems und Verfahrens gemäß 1 und 2; 4 Graphical user interface of a system and method according to 1 and 2 ;

5 Alternative zu dem System von 1 und 2 in einer Anwendungssituation in einer grobschematischen Ansicht. 5 Alternative to the system of 1 and 2 in an application situation in a rough schematic view.

Gemäß 1 umfasst ein erfindungsgemäßes System 1 ein vereinfachend als Block dargestelltes Fixationssystem 2 für Knochen mit einem Verbindungsträger 3, auf dem ein Sensor 4 angeordnet ist. Ferner ist auf dem Fixationssystem 2 eine Signalaufbereitung 5 angeordnet, die die Signale des Sensors 4 in einer für die drahtlose Übertragung mittels Transponder geeignete Weise wandelt. Des Weiteren ist auf dem Fixationssystem 2 ein mit der Signalaufbereitung 5 verbundener Transponder 6 mit einer Transponderspule 7 angeordnet. Der Transponder 6 überträgt über die Transponderspule 7 das von der Signalaufbereitung 5 gewandelte Signal des Sensors 4.According to 1 comprises a system according to the invention 1 a simplified illustrated as a block fixation system 2 for bones with a connecting support 3 on which a sensor 4 is arranged. Further, on the fixation system 2 a signal conditioning 5 arranged the signals of the sensor 4 in a way suitable for wireless transmission by transponder. Furthermore, on the fixation system 2 one with the signal conditioning 5 connected transponder 6 with a transponder coil 7 arranged. The transponder 6 transmits over the transponder coil 7 that from the signal conditioning 5 converted signal of the sensor 4 ,

Optional ist auf dem Fixationssystem noch ein interner Referenzsensor 8 angeordnet, der elektrisch ebenfalls mit der Signalaufbereitung 5 verbunden ist, damit dieser das vom Referenzsensor 8 gelieferte Signal in eine für die Übertragung mittels Transponder 6 und Transponderspule 7 geeignete Weise wandelt.Optionally, there is an internal reference sensor on the fixation system 8th arranged, which also electrically with the signal conditioning 5 connected to the reference sensor 8th supplied signal in one for transmission by means of transponder 6 and transponder coil 7 suitable way converts.

Der Sensor 4 ist im Überbrückungsbereich und der optionale interne Referenzsensor 8 ist im Verankerungsbereich des Verbindungsträgers 3 angeordnet.The sensor 4 is in the bypass area and the optional internal reference sensor 8th is in the anchoring area of the connection carrier 3 arranged.

Der Sensor 4 misst die auf das Implantat wirkende Kraft y und der optionale interne Referenzsensor 8 misst die auf den Knochen wirkende Kraft x.The sensor 4 measures the force y on the implant and the optional internal reference sensor 8th measures the force on the bone x.

Sensor 4 und optionale interne Referenzsensor 8 sind bevorzugt Kraftsensoren, die vorzugsweise als Dehnungsmessstreifen oder als Dehnungsmessbrücken ausgebildet sind.sensor 4 and optional internal reference sensor 8th are preferably force sensors, which are preferably designed as strain gauges or as strain gauges.

Ein Fixationssystem mit Sensor 4 und Referenzsensor 8 der vorbeschriebenen Art ist in der deutschen Patentanmeldung 10 2010 022 434.0 „Fixationssystem für Knochen mit einem Sensorsystem” beschrieben, die durch Bezugnahme einbezogen wird.A fixation system with sensor 4 and reference sensor 8th the type described above is in the German patent application 10 2010 022 434.0 "Bone fixation system with a sensor system", which is incorporated by reference.

Ferner umfasst das System 1 ein Lesegerät 9, das ebenfalls grob schematisch als Block dargestellt ist. Das Lesegerät 9 umfasst eine Lesespule 10 zum Lesen der von der Transponderspule 7 gelieferten Daten. Zugleich dient die Lesespule 10 dazu, die Transponderspule 7 und damit die auf dem Fixationssystem 2 angeordneten elektronischen Bauteile mit elektrischer Energie zu versorgen.Furthermore, the system includes 1 a reader 9 , which is also roughly schematically represented as a block. The reader 9 includes a read coil 10 for reading from the transponder coil 7 supplied data. At the same time the reading coil is used 10 to the transponder coil 7 and with it on the fixation system 2 arranged to supply electrical components to arranged electronic components.

Die Lesespule 10 ist über eine Empfangsschnittstelle 11 mit einer elektronischen Kontrolleinheit 12 auf der Basis eines Mikrocontrollers verbunden. Die Empfangsschnittstelle 12 wandelt dabei an der Lesespule 10 empfangenen Signale in eine für die Verarbeitung durch die Kontrolleinheit 12 geeignete Weise. Die Kontrolleinheit 12 steuert zugleich eine Bildschirmanzeige 13 und gegebenenfalls darüber hinaus Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen des Lesegerätes 9. Die Bildschirmanzeige 13 ist z. B. eine LCD-Anzeige. Sie zeigt beispielsweise den Betriebszustand des Lesegerätes und/oder die von dem Sensor 4 und gegebenenfalls 8 gelieferte Messsignale an.The reading coil 10 is via a reception interface 11 with an electronic control unit 12 connected on the basis of a microcontroller. The receiving interface 12 converts to the reading coil 10 received signals in one for processing by the control unit 12 appropriate way. The control unit 12 simultaneously controls a screen display 13 and possibly also input and output devices of the reader 9 , The screen display 13 is z. As an LCD display. It shows, for example, the operating state of the reading device and / or that of the sensor 4 and optionally 8th supplied measuring signals.

Die elektronische Kontrolleinheit 12 ist mit einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage 14 in Form eines PC verbunden und liefert dieser die gewandelten Messsignale des Sensors 4 und gegebenenfalls des Referenzsensors 8.The electronic control unit 12 is with an electronic data processing system 14 connected in the form of a PC and this provides the converted measuring signals of the sensor 4 and optionally the reference sensor 8th ,

Der PC 14 ist mit einer Ein- und/oder Ausgabeeinrichtung 15 verbunden, die einen Bildschirm oder Touchscreen und gegebenenfalls eine Tastatur und/oder Maus und/oder andere Ein- und/oder Ausgabeeinrichtungen umfassen.The computer 14 is with an input and / or output device 15 connected, which include a screen or touch screen and possibly a keyboard and / or mouse and / or other input and / or output devices.

Falls das Fixationssystem 2 keinen Referenzsensor 8 aufweist, ist der PC 14 mit einem externen Referenzsensor 16 verbunden, der die auf die Extremität des Patienten wirkende Kraft x misst. Der externe Referenzsensor 16 kann ebenfalls mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen oder einer Dehnungsmessstreifenbrücke realisiert sein.If the fixation system 2 no reference sensor 8th has, is the PC 14 with an external reference sensor 16 connected, which measures the force acting on the extremity of the patient x. Of the external reference sensor 16 can also be realized with the aid of strain gauges or a strain gauge bridge.

2 zeigt das System zum Einsatz an einem Oberschenkelknochen (Femur) 17 am Bein 18 eines Menschen. Die Fraktur 19 des Oberschenkelknochens 17 wird vom Überbrückungsbereich 3.1 des Verbindungsträgers 3 überbrückt. Beidseitig des Überbrückungsbereiches 3.1 hat der Verbindungsträger 3 Verankerungsbereiche 3.2 und 3.3, die mittels Knochenschrauben 20 in den Fragmenten 17.1 und 17.2 des Oberschenkelknochens 17 verankert sind. 2 shows the system for use on a femur (femur) 17 On the leg 18 of a human. The fracture 19 of the femur 17 is from the bridging area 3.1 of the connection carrier 3 bridged. On both sides of the bridging area 3.1 has the connection carrier 3 anchoring regions 3.2 and 3.3 using bone screws 20 in the fragments 17.1 and 17.2 of the femur 17 are anchored.

Der Überbrückungsbereich 3.1 trägt auf der vom Oberschenkelknochen 17 abgewandten Seite ein telemetrisches Messmodul 21, bestehend aus dem Sensor 4, dem Schaltkreis zur Signalaufbereitung 5, dem Transponder 6 und der Transponderspule 7.The bridging area 3.1 wears on the thighbone 17 opposite side a telemetric measuring module 21 consisting of the sensor 4 , the signal conditioning circuit 5 , the transponder 6 and the transponder coil 7 ,

Der Referenzsensor 8 ist nicht abgebildet. Bei Ausführung des Systems mit einem internen Referenzsensor 8 wäre dieser beispielsweise im Verankerungsbereich 3.2 oder 3.3 zwischen den beiden Knochenschrauben 20 untergebracht.The reference sensor 8th is not pictured. When running the system with an internal reference sensor 8th For example, this would be in the anchoring area 3.2 or 3.3 between the two bone screws 20 accommodated.

Die Lesespule 10 wird in der Nähe des Oberschenkels angeordnet, um das telemetrische Messmodul 21 mit Energie zu versorgen und die Signale des telemetrischen Messmoduls 21 zu empfangen.The reading coil 10 is placed near the thigh to the telemetric measurement module 21 to supply energy and the signals of the telemetric measuring module 21 to recieve.

Das Lesegerät 9 ist einerseits mit der Lesespule 10 und andererseits mit dem PC 14 über elektrische Leitungen gekoppelt. Stattdessen können auch drahtlose Verbindungen (z. B. Bluetooth) eingesetzt werden. Die Lesespule 10 kann auch in einem Gehäuse des Lesegeräts 9 integriert sein.The reader 9 is on the one hand with the reading coil 10 and then with the PC 14 coupled via electrical lines. Instead, wireless connections (eg Bluetooth) can also be used. The reading coil 10 can also be in a housing of the reader 9 be integrated.

Der PC 14 ist wiederum über Kabel oder drahtlos (z. B. per Bluetooth) mit dem externen Referenzsensor 16 verbunden. Der externe Referenzsensor 16 hat oben eine Druckplatte 22, auf die der Patient seinen Fuß setzt.The computer 14 is again via cable or wirelessly (eg via Bluetooth) with the external reference sensor 16 connected. The external reference sensor 16 has a printing plate on top 22 to which the patient puts his foot.

Der PC 14 ist im Beispiel ein Notebook oder ein speziell aufgebautes Gerät, welches entsprechende Recheneinheiten enthält.The computer 14 is in the example a notebook or a specially constructed device, which contains appropriate arithmetic units.

Der Patient drückt mit dem Fuß auf die Druckplatte 22 und erhöht dabei allmählich die Kraft. Diese wird fortlaufend vom externen Referenzsensor 16 gemessen und an den PC 14 übermittelt. Die auf den Überbrückungsbereich 3.1 des Verbindungsträgers 3 wirkende Kraft wird von dem Sensor 4 gemessen und über die Transponderspule 7 drahtlos auf die Ablesungsspule 10 übertragen. Über das Lesegerät 9 gelangen diese Messwerte in den PC 14. Die Messwerte der extern applizierten Kraft gelangen vom externen Referenzsensor 16 ebenfalls in den PC 14.The patient presses the pressure plate with his foot 22 and gradually increases the power. This is continuously from the external reference sensor 16 measured and sent to the PC 14 transmitted. The on the bridging area 3.1 of the connection carrier 3 acting force is from the sensor 4 measured and via the transponder coil 7 wirelessly on the reading coil 10 transfer. About the reader 9 these measured values are transferred to the PC 14 , The measured values of the externally applied force come from the external reference sensor 16 also in the PC 14 ,

Die elektronische Datenverarbeitungsanlage wertet die Messdaten der Sensoren 4 und 8 bzw. 16 gemäß dem nachstehend anhand von 3 erläuterten Verfahren aus:
Nach der Initialisierung des Systems bzw. der Software im Schritt 23 werden im Schritt 24 mittels des Sensors 4 die Implantatbelastung y und mittels des externen Referenzsensors 8 bzw. externen Referenzsensors 16 die von außen applizierte Kraft x gemessen.The electronic data processing system evaluates the measured data of the sensors 4 and 8th respectively. 16 according to the following 3 explained procedures:
After initialization of the system or software in step 23 be in step 24 by means of the sensor 4 the implant load y and the external reference sensor 8th or external reference sensor 16 the externally applied force x measured.

Im Schritt 25 wird auf die letzten N Messwertepaare x, y eine lineare Regression durchgeführt, z. B. über 50 Messwertepaare.In step 25 is carried out on the last N pairs of measured values x, y a linear regression, z. B. over 50 measured value pairs.

Im darauf folgenden Schritt 26 werden die Messwertepaare über den Bildschirm der Ein-/Ausgabeeinrichtung 15 als xy-Graph dargestellt.In the following step 26 the measured value pairs are displayed on the screen of the input / output device 15 represented as an xy graph.

Darauf folgt im Schritt 27 eine Verarbeitung der Messwerte dahingehend, dass überprüft wird, ob die Spannweite der letzten N Kraftmesswerte größer als eine vorgegebene Kraftschwelle, z. B. 25 Newton ist.Follow in step 27 processing the measurements to check that the span of the last N force readings is greater than a predetermined force threshold, e.g. B. 25 Newtons.

Falls die vorgegebene Kraftschwelle überschritten ist, also ein ausreichender Krafthub vollzogen ist, wird und das Verfahren fortgesetzt, indem in Schritt 28 überprüft wird, ob der Fehler der linearen Regression kleiner als ein vorgegebener Maximalwert ist. Ergibt diese Prüfung auf Güte der Anpassung der linearen Regression, dass der Fehler den vorgegeben Maximalwert unterschreitet, gibt das System in Schritt 29 die Steigung der Regressionsgraden für die mechanische Festigkeit des heilenden Knochens aus.If the predetermined force threshold is exceeded, that is, a sufficient power stroke is completed, and the process is continued by in step 28 It is checked whether the error of the linear regression is smaller than a predetermined maximum value. If this check on the quality of the adjustment of the linear regression shows that the error falls below the specified maximum value, the system issues in step 29 the slope of the regression levels for the mechanical strength of the healing bone.

Danach kann das Verfahren ein- oder mehrfach wiederholt werden, um gesicherte Messergebnisse zu erzielen.Thereafter, the process can be repeated one or more times to achieve reliable measurement results.

Ergibt die Prüfung im Schritt 27, dass kein ausreichender Krafthub erzielt wurde, so kehrt das Verfahren zu Schritt 24 zurück und nimmt erneut eine Messung der Implantatbelastung y und der applizierten Kraft x vor.Gives the test in step 27 that no sufficient power stroke has been achieved, the method returns to step 24 back and again makes a measurement of the implant load y and the applied force x.

Ergibt die Prüfung in Schritt 28, dass der Fehler der linearen Regression größer als ein vorgegebener Maximalwert ist, kehrt das System ebenfalls zu Schritt 24 zurück und startet erneut mit der Messung der Implantatbelastung y und der applizierten Kraft x.Returns the test in step 28 in that the error of the linear regression is greater than a predetermined maximum value, the system also returns to step 24 back and starts again with the measurement of the implant load y and the applied force x.

Gemäß 4 wird auf dem Bildschirm der Ein-/Ausgabeeinrichtung 15 oben links in einem Feld 30 die Zeit seit dem Start des Auswerteprogrammes in Sekunden angegeben. Rechts daneben wird in einem Feld 31 die extern applizierte Kraft x in Newton angezeigt. Rechts daneben zeigt der Bildschirm in einem Feld 32 die Implantatbelastung y in Digits an. Rechts daneben wird wiederum in einem Feld 33 die aktuell ermittelte elastische Nachgiebigkeit bzw. reziproke Steifigkeit in Digits pro Newton angegeben.According to 4 will appear on the screen of the input / output device 15 top left in a field 30 the time since the start of the evaluation program in seconds. Right next to it is in a field 31 the externally applied force x is displayed in Newton. Right next to it the screen shows in a field 32 the implant load y in digits. Right next to it will turn in a field 33 the currently determined elastic compliance or reciprocal stiffness given in digits per Newton.

Unter dieser Anzeigeleiste ist in der linken Bildschirmhälfte in einem Feld 34 der Verlauf der extern applizierten Kraft x in Newton über der Zeit in Sekunden als Graph angegeben. Darunter ist in einem Feld 35 der zeitliche Verlauf der Implantatbelastung y in Digits über der Zeit in Sekunden angezeigt. Darunter wird in einem Feld 36 der Verlauf der elastischen Nachgiebigkeit in Digits pro Newton über der Zeit angezeigt.Below this indicator bar is in the left half of the screen in a box 34 the course of the externally applied force x in Newton over time in seconds is given as a graph. Below is in a field 35 the time course of implant loading y is displayed in digits over time in seconds. Below is in a box 36 the course of elastic compliance in digits per Newton over time is displayed.

In der Mitte des Bildschirms wird die Temperatur des Implantats in Grad Celsius bzw. Fahrenheit in Form einer analogen Anzeigesäule 37 und darunter in einem Feld 38 numerisch angezeigt. Hierfür kann das Implantat bzw. der Verbindungsträger 3 mit einem Temperatursensor versehen sein. Die Messdaten des Temperaturmessers werden ebenfalls telemetrisch an das Lesegerät 9 übermittelt.In the middle of the screen, the temperature of the implant is in degrees Celsius or Fahrenheit in the form of an analog display column 37 and under it in a field 38 displayed numerically. For this purpose, the implant or the connection carrier 3 be provided with a temperature sensor. The measurement data of the temperature meter are also sent telemetrically to the reader 9 transmitted.

In der rechten Bildschirmhälfte ist in einem Feld 39 die Implantatbelastung y in Digits über der externen Kraft x in Newton in Form eines Graphen angegeben.In the right half of the screen is in a box 39 the implant load y in digits above the external force x in Newton in the form of a graph.

Oben rechts hat die Benutzungsfläche zwei Schaltflächen 40, 41, wobei über die Schaltfläche 40 die Aufzeichnung von Messdaten aktiviert bzw. deaktiviert wird. Über die Schaltfläche 41 kann das Programm beendet werden. Hierzu muss zuvor zwingend der Aufzeichnungsmodus mittels der Schaltfläche 40 deaktiviert werden.At the top right, the user interface has two buttons 40 . 41 , using the button 40 the recording of measured data is activated or deactivated. About the button 41 the program can be ended. For this purpose, the recording mode must first be activated by means of the button 40 be deactivated.

Am unteren Rand der Bildschirmoberfläche sind weitere optionale Schaltflächen 42 zur Markierung von Daten in Bezug auf einen bestimmten Lastfall vorhanden. Es kann immer nur eine Schaltfläche aktiviert werden.At the bottom of the screen surface are other optional buttons 42 to mark data related to a particular load case. Only one button can be activated at a time.

Die Schaltflächen werden beispielsweise mittels der Maus aktiviert bzw. deaktiviert. Alternativ wird die Benutzeroberfläche auf einem berührungssensitiven Bildschirm („Touchscreen”) angezeigt.The buttons are activated or deactivated by means of the mouse, for example. Alternatively, the user interface is displayed on a touch-sensitive screen ("touchscreen").

Bei dem System von 5 umfasst das Lesegerät 9 die Datenverarbeitungsanlage 14 und die Ein-/Ausgabeeinrichtung 15, um die Auswertung der Messergebnisse vorzunehmen und die berechneten Parameter der Regression direkt auf dem Display 13 des Lesegeräts 9 anzuzeigen.In the system of 5 includes the reader 9 the data processing system 14 and the input / output device 15 to perform the evaluation of the measurement results and the calculated regression parameters directly on the display 13 of the reader 9 display.

Dementsprechend sind sowohl die Lesespule 10 als auch der externe Referenzsensor 16 über Kabel oder drahtlos (z. B. per Bluetooth) mit dem Lesegerät 9 verbunden.Accordingly, both the reading coil 10 as well as the external reference sensor 16 via cable or wirelessly (eg via Bluetooth) with the reader 9 connected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2007/090543 A1 [0003]
DE 102006034041 A1 [0003]
DE 4343117 C2 [0025]
EP 1143867 B1 [0025]
DE 29615148 U1 [0025]
DE 102010022434 [0027, 0043]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

M. Faschingbauer, K. Seide, N. Weinrich, F. Wackenhut, M. Wurm, J. Gille, C. Jürgens, J. Müller (2007) Internal Fixator with Telemetry System, Trauma Berufskrankh, 9 (2): 88-97 [0004]
Dr. N. Weinrich (2009) Telemetrically Instrumented Implants for Osteosynthesis, Verl. Hut, Munich, ISBN 978-3-89963-930-8 [0004]
H.-F. Eckey, R. Kosfeld, M. Türck (2005) Descriptive Statistics: Fundamentals - Methods - Examples, 4th Edition, Gabler Verlag, p. 199 [0014]
K. Seide, N. Weinrich, ME Wenzl, D. Wolter, C. Jürgens (2004) Threedimensional load measurements in an external fixator, J Biomech, 37 (9): 1361-1369 [0025]

Claims

Method for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of fracture healing, in which A limb having a broken bone provided with a bone fixation system comprising a connection support having at least one anchoring area for anchoring in a bone fragment and a bridging area for bridging a bone fracture on which a sensor for detecting one of the bone fractures Bridging area acting internal load is arranged, from the outside an increasing force is applied, The internal load of the bridging area is measured by the sensor when applying the increasing force, By means of a reference sensor, the ascending force applied to the extremity from the outside is measured, The measured values supplied by the sensors are evaluated by means of an automatic evaluation device in such a way that the dependency of the measured values of the internal load of the bridging region on the externally applied force is described in real time by regression over a defined number of measured values before the time of the regression, wherein the regression time-controlled or event-controlled with the currently present before the regression measured values is always carried out again and parameters of the regression are discarded, if the quality of the adjustment of the regression does not meet a certain criterion, and / or parameters of the regression are discarded or the Regression is not performed if the range of the measured values of the externally applied force does not exceed a certain threshold value and / or the measured values do not exceed a certain further threshold value, and - At least one parameter of the regression is determined as a description of the elasticity of the healing bone.

The method of claim 1, wherein the regression is a linear regression.

Method according to claim 1 or 2, wherein for a regression during the application of a changing force from the outside, respectively a predetermined number of measured values of the internal load and the external force are determined, whereby a regression is carried out during a continuous measurement at regular or irregular time intervals In this case, in each case a defined number of measured values present before the regression are used and thus an automatic determination of the elastic compliance of the healing bone takes place during the measurement.

Method according to one of Claims 1 to 3, in which a rising force is repeatedly applied and relieved again, and a linear regression is carried out with the measured values of a plurality of loading and / or unloading cycles.

Method according to one of Claims 1 to 4, in which the parameter of the regression is output and / or stored.

Method according to Claim 5, in which the course of the parameter of the linear regression is output as a function of time.

System for automatically determining the elastic compliance of a bone in the course of a fracture healing with a fixation system ( 2 ) for bones ( 17 ), which has a connection carrier ( 3 ), the at least one anchoring area ( 3.2 . 3.3 ) for anchoring in a bone fragment and a bridging area ( 3.1 ) for bridging a bone fracture on which a sensor ( 4 ) for determining one on the bridging area ( 3.1 ) internal strain due to an external impact on the bone ( 17 ) limb ( 18 ) applied increasing force is arranged, - a reference sensor ( 8th . 16 ) for determining the externally on the extremity ( 18 ) acting force, - one with the sensor ( 4 ) and the reference sensor ( 8th . 16 ) associated evaluation device ( 14 ) for evaluating the of the sensors ( 4 . 8th . 16 ), designed in such a way that it determines, in real time, the dependence of the measured values on the internal load of the bridging area ( 3.1 ) describes the regression from the externally applied force by regression over a fixed number before the regression, whereby the regression time-controlled or event-controlled with the currently present before the regression measured values again and again and rejects regression parameters, if the quality of the adjustment the regression does not satisfy a particular criterion, and / or rejects regression parameters or does not perform the regression if the range of externally applied force readings does not exceed a certain threshold and / or the readings do not exceed a certain further threshold and at least a parameter of the regression as a description of the elasticity of the healing bone ( 17 ).

System according to Claim 7, in which the evaluation device ( 14 ) is such that it performs a linear regression.

System according to Claim 7 or 8, having an output device ( 15 ) for outputting and / or a data memory for storing at least one parameter of the regression of the non-discarded measured values.

System according to claim 8 or 9, wherein the output device ( 15 ) is arranged to output the course of the calculated parameter as a function of time.

System according to claim 9 or 10, wherein the output device ( 15 ) has a display and / or a printer and / or a voice output to output the parameter of the regression and / or the time course of parameters of the regression.

System according to one of Claims 7 to 11, in which the reference sensor ( 8th ) on or next to the implant ( 3 ) in the area of the unbroken bone ( 17 ) is arranged.