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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur in-vivo-Untersuchung
und Beurteilung von Gewebe. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung die Verwendung von Vibration zur Beurteilung von Gewebe.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Knochen in vivo
ist angesichts des Auftretens eines Frakturrisikos bei Osteopenie
oder Osteoporose von großem
Interesse. Osteoporose kann als eine metabolische Erkrankung definiert
werden, die ein Ungleichgewicht im natürlichen Prozess der Knochenresorption
und Knochenbildung verursacht, und die in einem Verlust an mechanischer
Festigkeit und einem erhöhten Risiko
für Frakturen
führt.
Die Abnahme der mechanischen Festigkeit der Knochen kann zu einem
Stadium fortschreiten, wo bereits ein minimales Trauma zu Knochenbrüchen führt. Von
Osteoporose sind in den Vereinigten Staaten von Amerika mehr als
20 Millionen Menschen betroffen und sie verursacht jedes Jahr 1,5
Millionen Frakturen. Obschon altersbezogener Knochenschwund sowohl
bei Männern
als auch bei Frauen auftreten kann, beginnt er bei Frauen früher und
schreitet schneller voran. Es wird geschätzt, dass etwa 45% aller weißen Frauen
nach den Wechseljahren von Osteoporose betroffen sind.
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Eine
akkurate Bewertung von Osteoporose ist schwierig. Die Knochen im
Skelett sind von Natur aus inhomogen, und unterschiedliche Teile
des Skeletts sind gegebenenfalls nicht zum gleichen Grad betroffen. Die
Materialfestigkeit der Knochen ändert
sich natürlicherweise über die
Zeit und erreicht im Alter von etwa 20 bis 30 Jahren ein Maximum
und nimmt im späteren
Verlauf graduell ab. Individuelle Unterschiede können beträchtlich sein. Es existieren
Behandlungsverfahren, die das Fortschreiten von Osteoporose verzögern oder rückgängig machen
können.
Diese Behandlungsverfahren sind am effektivsten, wenn ein Patient
in einem frühen
Stadium diagnostiziert werden kann.
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Die
bestehende Technologie zur Vorhersage von Frakturrisiko und Osteoporose
setzt oftmals den Patienten kumulativen Röntgenbestrahlungsdosen aus,
einschließlich
beispielsweise herkömmlicher
Röntgenbestrahlung
und Dual-Energy x-Ray Absorptiometrie (DEXA). Das Risiko von Langzeitwirkungen
von Röntgenbestrahlung
erhöht
sich durch mehrfache Bestrahlung, immer wenn der Patient neu untersucht
wird. Typische Röntgenbestrahlungsgeräte sind
sehr kostspielig und erfordern umfassend geschultes Personal zu
dessen Bedienung. Darüber
hinaus sind der Aufwand und/oder die Unbequemlichkeiten der existierenden
Technologie, die sich nur im Rahmen eines Praxisbesuchs nutzen lässt, einer
frühen
Erkennung nicht förderlich,
da sie die Anzahl der Untersuchungen, die ein Patient tatsächlich durchmachen
wird, begrenzt. Sich nur jedes zweite Jahr oder noch weniger untersuchen
zu lassen, kann für
die frühen
Stadien von Osteoporose nicht genug sein. Studien haben gezeigt,
dass in manchen Fällen
ein Patient in einem 12-Monatszeitraum einen Knochenschwund von
bis zu 10% erfahren kann. Darüber
hinaus kann mit der existierenden Technologie nur die Dichte eines
Knochenareals untersucht werden, und es kann nicht die Knochenfestigkeit
oder die Tendenz für
einen Knochenschwund direkt erfasst werden, noch können die
Unterschiede im Knochenbau, das Körpergewicht, die Patientengröße oder
die Belastungshistorie in Betracht gezogen werden. Da das Knochenvolumen
ignoriert wird, ist es darüber
hinaus völlig
im Bereich des möglichen,
dass ein kleiner Wirbel mit normaler Dichte sowie ein anderer viel
größerer, jedoch
osteoporöser
Wirbel zum gleichen Messergebnis führen.
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Ein
weiteres Verfahren zum Diagnostizieren von Osteoporose besteht darin,
die Knochenmasse durch Ultraschallgeschwindigkeitsmessungen abzuschätzen. Unglücklicherweise
sind diese Untersuchungen auf Knochen, wie beispielsweise das Fersenbein
und die Kniescheibe beschränkt,
die zu einem vernachlässigbaren
Ausmaß von
Osteoporose betroffen sind und die nur schwach indikativ für ein Frakturrisiko
sind. Traditionelle Knochemassemessungen sind aufgrund ihrer Natur
nicht in der Lage, einen Knochenschwund vor dessen Auftreten vorher
zu sagen und mit ihnen lässt
sich nur der Verlauf des Knochenschwunds über einen längeren Zeitraum aufzeichnen.
Darüber
hinaus berücksichtigen
diese Diagnoseverfahren nur die Knochenmasse, nicht jedoch andere
Faktoren, wie beispielsweise eine Neigung zu Stürzen sowie das Vermögen, sich
während
eines Sturzes zu schützen.
Darüber
hinaus kann der mit dieser Art von Technologie verbundene finanzielle
Aufwand mehr als 7.500 US-$ betragen.
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Da
es erwünscht
ist, eine Osteoporosebehandlung früh zu beginnen, besteht ein
Bedarf für
eine kostengünstige,
bequeme und nicht invasive Technik zur Diagnose von Frakturen und/oder
Osteoporose in deren frühen
Stadien.
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Die
nachfolgende Offenbarung richtet sich an einen oder mehrere dieser
Fragen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum nicht-invasiven
Erfassen von Gewebeschäden,
z.B. Frakturen und/oder Knochenschwund. Mögliche Gewebe, auf welche sich
die vorliegende Erfindung anwenden lässt, umfassen hartes als auch
weiches Gewebe.
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Allgemein
gesprochen wird Gewebe in vivo durch Vibrationen über ein
Frequenzspektrum angeregt. Das Gewebe reagiert auf den Stimulus
und die Reaktion wird gemessen und vorzugsweise aufgezeichnet. Basierend
auf früher
aufgenommenen Messungen des Patienten oder anderer Patienten können Defizienzen
innerhalb des Gewebes erfasst und für diagnostische Zwecke verwendet
werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
umfasst ein Gerät
zur Gewebeuntersuchung einen Signalgenerator, der in der Lage ist,
ein Signal zu erzeugen, eine Anordnung, um das Signal über einen
Frequenzbereich in eine Vibration in ein oder mehrere Gewebe an
einer gewünschten
Stelle des Körpers
des Patienten umzuwandeln, und eine Anordnung zum Messen einer Gewebereaktion
an derselben Stelle des Körpers
des Patienten. Die Vorrichtung ist in der Lage, alle erforderlichen
Komponenten innerhalb einer einzigen Grundvorrichtung unterzubringen.
Andere Ausführungsformen
der Vorrichtung umfassen einen Vibrationsgenerator, der einen oder mehrere
piezoelektrische, elektromagnetische, elektromechanische, pneumatische
und hydraulische Aktuatoren verwendet.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bewerten von Gewebe das
Erzeugen einer Vibration über
einen Frequenzbereich (vorzugsweise etwa 20 Hz bis etwa 1,5 MHz)
basierend auf einem gegebenen Satz von Betriebsparametern. Die Parameter
können
unter anderem die zu untersuchende anatomische Stelle sowie das
Alter und Geschlecht des untersuchten Patienten umfassen. Die erzeugte
Vibration wird an einer gewünschten
anatomischen Region (vorzugsweise nahe eines Knochens, der über nur
eine dünne
Lage von weichem Gewebe verfügt)
in ein oder mehrere Gewebe übertragen
(bei welchem es sich gewöhnlich
sowohl um hartes als auch weiches Gewebe handelt) sobald eine Last
auf die anatomische Region wirkt. Der Vibrations- oder Frequenzdurchlauf
kann automatisch oder manuell erfolgen, wenn die angemessene Last
erreicht ist. Die Vibration wird auf das Gewebe übertragen, welches eine Reaktion
erzeugt und gemessen wird. Die gesammelten Daten können verwendet
werden, um eine Benutzerantwort zu berechnen, um dem Patienten eine
Diagnose zu liefern.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird ein Gerät
(wie es nachfolgend beschrieben wird) in einem anatomischen Bereich
mit einer relativ dünnen
Fleischlage gegen die Haut gedrückt.
Durch die Wahl eines solchen Bereichs werden Messfehler aufgrund
der Wechselwirkung zwischen weichem und hartem Gewebe verringert.
Dennoch zielen die hier vorgestellten Messverfahren darauf ab, dieses
Problem zu umgehen. Ein konstanter Kontaktdruck wird entweder durch
ein mechanisches Konstantfedersystem oder mittels einer Software
und eines Lastzellensystems überwacht.
Ein mechanischer oder Software-basierter Auslösemechanismus startet die Untersuchungsprozedur,
wenn ein angemessener Druck ausgeübt wird. Die Untersuchung dauert
etwa eine bis etwa dreißig
Sekunden, vorzugsweise etwa 5 Sekunden. Eine vorläufige Datenanalyse,
bei welcher das Signal/Rausch-Verhältnis und die Signalstärke berechnet
werden, zeigt an, ob es erforderlich ist, die Untersuchung zu wiederholen.
Die Zeitsignale von dem elektromagnetischen Rüttler (Treiber), dem Beschleunigungsaufnehmer
(Ausgang) und der Lastzelle (Eingang) werden aufgezeichnet und zu gegebenem
Zeitpunkt an einen Computer oder Mikroprozessor zwecks Analyse übertragen.
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Bei
noch einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Diagnose der Gewebequalität das Erzeugen
eines Relativwerts mittels Induzieren einer Vibration (Frequenzdurchlauf)
in einem anatomischen Bereich und das Messen der Reaktion der Region.
Der Relativwert kann mit einem oder mehreren vorherigen Werten,
die für
den gleichen Patienten erzeugt wurden, verglichen werden, wobei
die Werte in der Vorrichtung oder einem abgesetzten Remote-Computer
gespeichert werden. Alternativ kann der Relativwert mit Daten von
einer Datenbank oder einer Nachschlagetabelle verglichen werden.
Die Datenbank oder Nachschlagetabelle kann in einem Computer enthalten
sein, in welchem die Datenbank mittels eines Abonnentenservice einer
aktiven Sammlung und/oder einer Speicherstation aktualisiert wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform
kann der Relativwert über
das Internet oder eine andere Kommunikationsart zu einer entfernt
angeordneten Datenbank übertragen
werden, um mit ähnlichen
Werten verglichen zu werden, die für den gleichen oder andere
Patienten mit bekannten Gewebeeigenschaften berechnet wurden. Ein
Vergleichswert oder eine Diagnose kann erzeugt werden und an den
Nutzer zurückgesendet
werden.
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Diese
und andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sowie deren Merkmale und Vorteile ergeben
sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit den nachfolgenden Figuren, in welchen:
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1 eine
Ausführungsform
eines tragbaren Gewebeuntersuchungsgeräts gemäß einem oder mehreren Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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2 ein Gewebeuntersuchungsgerät zeigt,
welches mit dem Körper
eines Patienten in Kontakt gebracht wurde, und welches gemäß einem
oder mehreren Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist,
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3 eine
weitere Ausführungsform
eines tragbaren Gewebeuntersuchungsgeräts gemäß einem oder mehreren Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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4 eine
weitere Ausführungsform
eines tragbaren Gewebeuntersuchungsgeräts gemäß einem oder mehreren Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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5 eine
Ausführungsform
einer tragbaren Ergänzungsvorrichtung
gemäß einem
oder mehreren Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt,
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6 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform eines tragbaren
Gewebeuntersuchungsgeräts
gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt,
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7 eine
Ausführungsform
der Datenerfassung gemäß einem
oder mehreren Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt,
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8 eine
Ausführungsform
einer Untersuchungssequenz gemäß einem
oder mehreren Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt, und
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9 eine
Ausführungsform
der Datenanalyse gemäß einem
oder mehreren Prinzipien der vorliegenden Erfindung zeigt.
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NOTATION UND
NOMENKLATUR
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In
der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen soll der Begriff „hartes
Gewebe" Gewebe wie
beispielsweise Knochen und dergleichen umfassen. In ähnlicher
Weise soll der Begriff „weiches
Gewebe" Gewebe wie
beispielsweise Knorpel, Sehnen, Bänder, Haut, Fett, Muskeln oder
dergleichen umfassen. Es versteht sich, dass die Gewebe innerhalb
der Kategorie von hartem Gewebe unterschiedliche Härtegrade
haben werden (beispielsweise ist Knochen härter als Knorpel). Folglich
umfasst eine Untergruppe von hartem Gewebe Knochen und „Gelenksgewebe", wobei der Begriff „Gelenksgewebe" jegliches andere
harte Gewebe als Knochen umfassen soll. Ferner bezeichnet der hier
verwendete Begriff Osteopenie eine jegliche Abnahme der Knochenmasse
unter den Normalwert und umfasst Zustände wie beispielsweise Osteoporose.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
versteht sich, dass Osteopenie und Osteoporose, d.h. der Verlust
an Knochenmasse, in hohem Maße
aufgrund natürlicher
Alterungsprozesse auftritt, jedoch auch zu einem geringeren Grad
aufgrund einer Abnahme der Muskelaktivität, beispielsweise aufgrund
von Bettlägerigkeit.
Diese Abnahme kann unter Verwendung einer Schwingungsstimulation
erfasst werden, die von einer extern bezüglich des Körpers angeordneten Quelle herrührt, die
mechanische, frequenzspezifische Oszillationen von geringem Pegel
in den darunter liegenden Knochen verursacht. Im Vergleich zu Bildgebungsverfahren
wie beispielsweise DXA, bei welchen das Volumen der gemessenen Knochen
vernachlässigt
wird, oder zu Ultraschallmessgeräten,
welche die ortsgebundene Schallgeschwindigkeit messen, regen akustische
Schwingungen im Bereich der Eigenfrequenz das gesamte Objekt unabhängig von
dessen Größe und Form
an. Änderungen
in der Form und dem Gehalt an Knochenmasse werden dessen Reaktionsfrequenz ändern und
können
so durch das hier offenbarte Verfahren und/oder Verwendung der hier
offenbarten Verfahren erfasst werden.
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Technischer
ausgedrückt,
wenn man trabekuläre
Knochen als ein zufälliges
Netzwerk von Streben betrachtet, so ist aus der Perkulationstheorie
bekannt, dass wenn ein Bruchteil ν0 von Streben zufällig aus einem großen Netzwerk
entfernt werden, es spontan in mehrere Segmente zerbrechen wird.
Die Festigkeit des Netzwerks insgesamt wird an dieser Stelle nachgeben.
Der Wert (bei welchem die Fragmentierung auftritt) zu ν0, der
als Bindungs-Perkulations-Grenzwert
bekannt ist, hängt
von der Klasse der untersuchten Netzwerke ab. Für dreidimensionale Voronoi-Strukturen
(Strukturen, die ein zufälliges
Netzwerk von Streben annehmen) beträgt dessen Wert ν0 =
0,5. Wenn die Hälfte
der Streben eines Voronoi-Netzwerks in zufälliger Weise entfernt wird,
verschwindet dessen Frakturlast (Festigkeit). Da nachgewiesen wurde,
dass trabekuläre
Perforation die entscheidende Ursache für Knochenschäden ist,
kann erwartet werden, dass die Frakturlast eines trabekulären Knochens
entschwindet, wenn er etwa die Hälfte
seiner Masse verliert. Folglich kann die gewöhnlich verwendete Potenzbeziehung
(Regressionsanpassung, welche die Frakturlast mit der Knochendichte
korreliert) zwischen der Frakturlast und der Knochendichte (Bell,
G. H., O. Dunbar, et al. (1967). „Variations in strength of
vertebrae with age and their relation to osteoporosis." Calcified Tissue
Research 1(1): 75–86;
McElhaney, J. H., J. L. Fogle, et al. (1970). „Mechanical properties on
cranial bone." J
Biomech 3(5): 495–511;
Carter, D. R. and W. C. Hayes (1977), „The compressive behavior
of bone as a two-phase porous structure." Journal of Bone and Joint Surgery 59-A:
954–962;
McBroom, R. J., W. C. Hayes, et al. (1985). „Prediction of vertebral body compressive
fracture using quantitative computed tomography." J Bone Joint Surg Am 67(8): 1206–14; Rice, J.
C, S. C. Cowin, et al. (1988). „On the dependence of the
elasticity and strength of cancellous bone on apparent density." Journal of Biomechanics 21(2):
155–168) – auf alle
vorstehend angeführten
Literaturstellen wird in vollem Umfang Bezug genommen) nur eine
Abschätzung
sein, die für
schwache Knochen ungültig
ist, da gemäß dem Potenzgesetz
sowohl die Festigkeit als auch die Dichte simultan gegen 0 gehen.
Die Potenzbeziehung berücksichtigt
nicht die räumliche
Organisation von trabekulärem
Gewebe. Dementsprechend stellt die Abschätzung der Perkulationsschwelle ν0 von
trabekulärem
Knochen an unterschiedlichen anatomischen Stellen ein Bedürfnis dar,
welches nach wie vor in der Technik existiert, da trabekulärer Knochen
ungeordneten kubischen Netzwerken mehr ähnelt als Voronoi-Netzwerken.
Mosekilde, L. (1988). „Age-related
changes in vertebral trabecular bone architecture-assessed by a
new method." Bone
9(4): 247–50.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Verfahren zum Erfassen von Osteopenie und
Osteoporose den Schritt des Induzierens eines relativ geringen Deformationspegels
in dem Knochengewebe innerhalb eines relativ großen Frequenzbereichs, vorzugsweise
mittels mechanischer Belastung des Knochens.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst sowohl Vorrichtungen als auch Verfahren
zum Untersuchen oder Charakterisieren von Gewebe, insbesondere von
Knochen. Bestimmte Ausführungsformen
umfassen ferner die Verwendung der hier beschriebenen Vorrichtung
als ein therapeutisches Werkzeug, insbesondere im Bereich der Chiropraktik,
der Schmerzlinderung, der Knochenwachstumsstimulation, der Knochenheilung
(insbesondere nach einem chirurgischen Eingriff) und der Osteoporosebehandlung
an gewählten
anatomischen Stellen. Bei der Rekonstruktionschirurgie, bei der
Implantate erforderlich sind, kann die vorliegende Erfindung als ein
intraoperatives und postoperatives Diagnosewerkzeug verwendet werden,
um die Fixierung eines Implantats und die Lockerung des Implantats über die
zeit zu bewerten. Derartige Ausführungsformen
umfassen im Allgemeinen das Auffinden der Eigenfrequenz für ein spezifiziertes
Gewebe, um die maximale Anregung des Gewebes zu induzieren. Andere
Ausführungsformen
umfassen Geschäftsverfahren
der Verwendung der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren
als ein Mittel zum Erzeugen einer diagnostischen Datenbank und zum
Erzeugen von kontinuierlichen Erlösen basierend auf Verschreibungen
oder Zugriffen auf diagnostische Daten.
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Allgemein
umfassen die Ausführungsformen
der Vorrichtung zu Bewertung der Gewebequalität einen Signalgenerator, mit
dem ein Signal erzeugt werden kann, eine Anordnung, um über einen
Frequenzbereich das Signal in eine Vibration in einem oder mehreren
Geweben an einer bestimmten Stelle des Körpers eines Patienten umzuwandeln,
und eine Anordnung zum Messen einer Gewebereaktion an derselben
Stelle des Körpers
des Patienten. Dir Vorrichtung ist in der Lage, alle die erforderlichen
Komponenten innerhalb einer einzigen Basisvorrichtung unterzubringen.
Die Vorrichtung sollte in der Lage sein, Vibrationen über einen
Frequenzbereich von etwa 20 Hz bis etwa 1,5 MHz zu induzieren. Die
Vibrationserzeugung kann normalerweise eine Rüttelvorrichtung umfassen, die über eine
oder mehrere Geräte
verfügt,
die aus der aus piezoelektrischen Vorrichtungen, elektromagnetischen
Vorrichtungen, elektromechanischen Vorrichtungen, pneumatischen
Vorrichtungen und hydraulischen Vorrichtungen bestehenden Gruppe
ausgewählt
ist/sind. Die Anordnung zum Messen einer Gewebereaktion umfasst
einen Impedanzwandler, der ein oder mehrere Elemente der aus Beschleunigungsaufnehmern,
Wegaufnehmern und Lastzellen bestehenden Gruppe aufweisen kann.
Ferner ist der Impedanzwandler bei bestimmten Ausführungsformen
in der Lage, ein Eingangs- und Ausgangssignal zu messen. Wie sich
dem Fachmann versteht, werden für
verschiedenste Ausführungsformen
weitere Komponenten in Betracht gezogen, wie beispielsweise Stromverstärker, Signalwandler,
Datenspeicher, Stromquellen, Datentransmitter, Eingabe- und Ausgabekomponenten
und dergleichen.
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Andere
Ausführungsformen
umfassen ein oder mehrere zusätzliche
tragbare Sensoren und/oder Fernaufnehmer zum Messen einer lokalen
Gewebeschädigung.
Jeder Fernaufnehmer sollte in der Lage sein, die Gewebereaktion
an einer unterschiedlichen Region von dem primären Ausgangspunkt der Vibration
unter Verwendung eines oder mehrerer Beschleunigungsaufnehmer, Lastzellen
und/oder Wegaufnehmer zu messen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass Gewebe bewertet werden kann, ohne dass Stabilisatoren
und/oder die Anwendung eines Dreipunkt-Untersuchungsverfahrens erforderlich
wären,
welches typischerweise für
die Bestimmung der Knochensteife verwendet wird.
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 gezeigt.
Die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 110,
einen Aktuator 120, einen Beschleunigungsaufnehmer 130 und
ein Datenerfassungssystem 160. Der Aktuator 120 und
der Beschleunigungsaufnehmer 130 sind vorzugsweise innerhalb
des Gehäuses 110 untergebracht.
Das Datenerfassungssystem 160 kann innerhalb des Gehäuses 110 oder
außerhalb
des Gehäuses 110 angeordnet
sein. Bei manchen Ausführungsformen
umfasst die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 110 ferner einen
Gewebekontaktdrucksensor 150, der am proximalen Ende 112 des
Gehäuses 110 angeordnet
ist.
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Das
Gehäuse 110 kann
aus einem beliebigen Werkstoff oder aus beliebigen Werkstoffen gefertigt
sein. Darüber
hinaus kann das Gehäuse 110 einteilig
gefertigt sein (nicht gezeigt) oder eine Mehrzahl von Modulen 114 aufweisen.
Das Gehäuse 110 umfasst
vorzugsweise die Komponenten der Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100,
so dass es sich bei der Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 um
eine in sich geschlossene Baugruppe handelt. Bei manchen Ausführungsformen
kann beispielsweise die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 zusätzlich eine
(nicht gezeigte) Stromversorgungsanordnung, wie z.B. eine Batterie
aufweisen, sodass die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 frei
beweglich, d.h. netzungebunden ist.
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Der
Aktuator 120 umfasst vorzugsweise ein piezoelektrisches
Element 122. Wenn eine mechanische Last an das piezoelektrische
Element angelegt wird, erzeugt das piezoelektrische Element eine
elektrische Ladungsteilung, die zu einem elektrischen Feld oder
einer Spannung führt.
Wenn umgekehrt ein elektrisches Feld oder eine Spannung an das piezoelektrische
Element angelegt wird, erfährt
das piezoelektrische Element eine mechanische Deformation.
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Bei
manchen Ausführungsformen
besteht das piezoelektrische Element 122 aus einer Mehrzahl
von dünnen
Lagen (nicht gezeigt) von elektroaktivem keramischen Werkstoff,
die elektrisch parallel verbunden sind. Die gesamte Auslenkung DT, um die sich das piezoelektrische Element 122 bewegt,
ist die Summe der Auslenkungen Di der einzelnen
Lagen. Die Dicke Ti jeder einzelnen Lage
bestimmt die maximale Betriebsspannung des Aktuators 120.
Geeignete piezoelektrische Materialien umfassen, beispielsweise,
Quarz, Turmalin, Rochelle-Salz, Bariumtitanat und Bleizirkonattitanat
(PZT).
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Bei
manchen Ausführungsformen
kann das piezoelektrische Element 122 durch einen akustischen
Aktuator (nicht gezeigt) ersetzt sein. Akustische Aktuatoren können in
manchen Fällen
zweckmäßig sein,
beispielsweise wenn eine lastgesteuerte Vorrichtung benötigt wird.
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Das
Datenerfassungssystem 160 umfasst vorzugsweise eine Datenregistriereinrichtung 162.
In manchen Ausführungsformen
kann die Datenregistriereinrichtung 162 Daten oder Messungen
aufzeichnen, die mit der Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 vorgenommen
wurden. Bei anderen Ausführungsformen
zeichnet und manipuliert die Datenregistriereinrichtung 162 Daten.
Bei weiteren Ausführungsformen
zeichnet die Datenregistriereinrichtung 162 Daten auf,
manipuliert diese und liefert Ergebnisse. Die Datenregistriereinrichtung 162 kann
Daten, manipulierte Daten und/oder Ergebnisse an einen (nicht gezeigten)
Computer übertragen, beispielsweise
mittels einer drahtlosen Verbindung oder über ein Kabel.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
legt eine interne Steuerungs- und/oder Messeinheit 180 eine positive
Spannung (+) über
das piezoelektrische Element 122 an. Im Ansprechen darauf
verformt sich das piezoelektrische Element 122 mechanisch
und zwingt einen Kolben 132 und einen Beschleunigungsaufnehmer 130 dazu,
sich entlang der x-Achse 190 zu bewegen, wie dies durch
den Pfeil 192 angedeutet ist. Außer dem Kolben 132 umfasst
der Beschleunigungsaufnehmer 130 ferner eine mit dem Kolben 132 verbundene
Lastzelle 134. Die Lastzelle 134 weist vorzugsweise
ein Gewichtselement 135 auf.
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Wenn
die Spannung über
das piezoelektrische Element 122 bei ihrem derzeitigen
Wert gehalten wird, bleibt das piezoelektrische Element 122 in
seiner zuletzt eingenommenen Position, um das piezoelektrische Element 122 in
der gegenüberliegenden
Richtung zu verformen, legt die Messeinheit 180 eine umgekehrte oder
negative Spannung (–) über das
piezoelektrische Element 122 an. Dies ermöglicht es
den Kolben 132, sich entlang der x-Achse 190 zurück in seine
ursprüngliche
Position zu bewegen, wie dies durch den Pfeil 194 angedeutet
ist. Vorzugsweise ist die Spannung eine Wechselspannung, so dass
das piezoelektrische Element 122 kontinuierlich zwischen
seiner ursprünglichen
Form und seiner deformierten Form wechselt. Dies wiederum bewirkt,
dass sich der Kolben 132 entlang der x-Achse 190 mit
einer variablen Kolbenfrequenz und Auslenkung vor und zurück bewegt.
Durch Anlegen einer Offsetspannung kann das Bewegungsprofil von
einer Schwingung zu einer Pulsation verändert werden.
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Wie
zuvor erwähnt,
kann ein Drucksensor 150 an dem proximalen Ende 112 des
Gehäuses 110 angeordnet
sein. Der Drucksensor 150 umfasst vorzugsweise ein kompressibles
Kissen 152, so dass bei einem Kontakt mit dem Körper eines
Patienten (nicht gezeigt) der Drucksensor 150 entsprechend
zusammengedrückt
wird. Wenn ein Drucksensor 150 vorgesehen ist, steht der
Drucksensor 150 vorzugsweise in Verbindung mit der internen
Steuerungseinheit 180. Die interne Steuerungseinheit 180 ist
in der Lage, Drucksensordaten von dem Drucksensor 150 zu
empfangen und entsprechende Druckpegel anzuzeigen, um wiederholbare
Messungen vorzunehmen.
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Wenn
kein Drucksensor 150 vorgesehen ist, kann die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 eine Stromversorgungssteuereinrichtung 140 aufweisen,
die mit der internen Steuereinheit 180 in Verbindung steht. Bei
manchen Ausführungsformen
ist die Stromversorgungssteuereinrichtung 140 ein Knopf
oder Rad 142, so dass in einer (nicht gezeigten) ersten
Position die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 „aus" ist, und wenn das
Stromversorgungsrad 142 im Uhrzeigersinn in eine (nicht
gezeigte) zweite Position gedreht wird, ist die Gewebeuntersuchungsvorrichtung „an". Die Stromversorgungssteuereinrichtung 140 ist
vorzugsweise mindestens teilweise extern bezüglich des Gehäuses 110 angeordnet,
so dass ein Benutzer zu dieser physikalischen Zugang haben kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 so konfiguriert,
dass der Betrag, um den ein Benutzer das Stromversorgungsrad 142 gegen
den Uhrzeigersinn dreht, dem Betrag der Spannung entspricht, die
an das piezoelektrische Element 122 angelegt wird. Es wurde
in Erwägung
gezogen, dass die interne Steuerungseinheit 180 über eine
Zahl von vorbestimmten Einstellungen verfügt (d.h. Frequenzen und Amplituden),
die visuellen Markierungen auf dem Stromversorgungsrad 142 entsprechen
können.
Beispielsweise kann das Stromversorgungsrad 142 eine „0" oder „aus"-Markierung haben
(nicht gezeigt), um den Benutzer wissen zu lassen, dass die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 ausgeschaltet
ist. Das Stromversorgungsrad 142 kann über zusätzliche Markierungen verfügen, beispielsweise
von 1 bis 10 (nicht gezeigt), um den Benutzer wissen zu lassen,
dass die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 an ist und
es unterschiedliche Einstellungen gibt, mit welchen die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 betrieben
werden kann (d.h. unterschiedliche Einstellungen entsprechend den
gewählten
anatomischen Stellen-Oberschenkel, Schienbein, Wirbelsäule u.a.).
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Unabhängig vom
Mechanismus zum Einschalten der Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 kann
die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 ferner eine Not-Aus-Einrichtung 185 aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Not-Aus-Einrichtung 185 eine (nicht gezeigte)
Rückkoppelungsschleife
innerhalb oder in Verbindung mit der internen Steuerungseinheit 180 auf.
Die Rückkoppelungsschleife überwacht
vorzugsweise den Betrag der an den Aktuatorl 20 anliegenden
Last, und falls die Last oder der Druck einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet,
zwingt die Rückkoppelungsschleife
die interne Steuerungseinheit 180 dazu, oder weist die
an, das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 122 zu
beenden. Bei anderen Ausführungsformen
umfasst die Not-Aus-Einrichtung 185 einen Knopf 188,
der mindestens teilweise extern bezüglich des Gehäuses 110 angeordnet
ist, so dass dieser leicht zugänglich
für einen
ist. Ähnlich
der Rückkoppelungsschleife 186 steht
der Knopf 188 in Verbindung mit der internen Steuerungseinheit 180 und zwingt
die interne Steuerungseinheit 180 oder weist diese an,
das Anlegen einer Spannung an das piezoelektrische Element 122 zu
beenden, wenn der Knopf 188 gedrückt ist.
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Wie
oben erläutert
wurde, bewegt sich der Kolben 132 mit einer variablen Kolbenfrequenz
und -auslenkung entlang der x-Achse 190 vor und zurück. Die
Kolbenauslenkung und -frequenz entsprechen direkt der an das piezoelektrische
Element 122 angelegten Spannungsfrequenz und -stärke. Es
versteht sich, dass der Kolben 132 der Bereich der Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 ist,
der mit dem Körper
eines Patienten in Kontakt tritt und eine mechanische Deformation
eines anatomischen Bereichs des Körpers des Patienten bewirkt.
Folglich entspricht die Frequenz und Auslenkung des Kolbens direkt
der Frequenz und Stärke
des Patientenkontakts.
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Der
Frequenzbereich des an den Körper
des Patienten oder an Gewebe angelegten mechanischen Stimulus liegt
im allgemeinen zwischen etwa 1 Hz und 1 MHz, vorzugsweise zwischen
etwa 20 Hz und etwa 600 KHz, und beträgt stärker bevorzugt zwischen etwa
100 und etwa 600 Hz. Die Stärke
der in dem Gewebe induzierten Deformation liegt bei den zuvor genannten
Frequenzbereichen vorzugsweise zwischen etwa 0,1 und etwa 5 mm und
beträgt
vorzugsweise zwischen etwa 0,5 und etwa 2 mm. Die optimale Frequenz
der mechanischen Deformation liegt zwischen etwa 100 Hz und etwa
600 Hz, und der optimale von Spitze zu Spitze gemessene Wert der
in dem Gewebe induzierten Deformation liegt bei dem optimalen Frequenzbereich
bei etwa 0,5 mm. Die optimale Kontaktlast, die durch die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 auf
den Patienten aufgebracht und mit dem Drucksensor 150 überwacht
wird, liegt im Bereich von etwa 10 Newton bis etwa 20 Newton. Die
Kontaktlast muss jedoch nur in einem Bereich zwischen 10 Newton
und 100 Newton gehalten werden, um zu einer gültigen Untersuchung zu führen. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein schrittweiser Frequenz-"Durchlauf" von etwa 20 Hz bis
etwa 1,5 MHz, vorzugsweise von etwa 20 Hz bis etwa 600 KHz auf den
Patienten aufgebracht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Kolben 132 oder der Drucksensor 150 der
Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 mit dem Körper eines
Patienten an einer speziellen Stelle, beispielsweise der Wirbelsäule (2), mit dem Körper eines Patienten in Kontakt
gebracht. Bei Kontakt mit dem Körper
des Patienten sendet der Drucksensor 150 ein Signal an
die interne Steuerungseinheit 180, die wiederum die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 einschaltet.
Im eingeschalteten Modus legt die interne Steuerungseinheit 180 eine
Spannung bei einer vorbestimmten Frequenz und Stärke an das piezoelektrische
Element 122 an. Dies bewirkt, dass der Kolben 132 sich
vor und zurück
bewegt und eine mechanische Deformation bei der vorgegebenen Frequenz
an dem lokalen anatomischen Gewebe des Patienten hervorruft. Die
Datenregistrierungseinrichtung 162 zeichnet dann die Reaktion
des Körpers
auf die mechanische Deformation auf, indem das Ausgangssignal von
der Lastzelle und dem Beschleunigungsaufnehmer als eine Funktion
der Frequenz gemessen wird. Die Datenregistrierungseinrichtung ist
ein von einem Mikroprozessor angetriebenes Standardgerät. Mittels
eines internen Algorithmus werden die Daten vorzugsweise unter Verwendung
einer schnellen Fourier-Transformation (FFT) umgewandelt und die
Spitzenreaktion des Gewebes gegenüber der Frequenz bestimmt.
Diese vorläufigen
Daten werden verwendet, um die Gültigkeit
der Untersuchung zu bestimmen, was an dem Display 311 angezeigt
wird.
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Bei
manchen Ausführungsformen
wird die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 dazu verwendet, hartes
Gewebe einschließlich
Knochen- und Gelenksgewebe zu untersuchen. Knochen- und Gelenksgewebe erzeugen
voneinander verschiedene Reaktionen, wenn an diese ein mechanischer
Stimulus angelegt wird. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung
hat herausgefunden, dass durch Anwenden eines Frequenzdurchlaufs
auf die harten und weichen Gewebe die unterschiedlichen Reaktionen
der komplexen Gewebereaktion getrennt werden können. Dies ermöglicht es
dem Benutzer, Mehrfachgewebe gleichzeitig zu untersuchen, wie beispielsweise
Gelenksknorpel und die umliegenden Knochen.
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Es
wurde in Betracht gezogen, zur Erfassung von Veränderungen in Geweben wie z.B.
Knochen- und Gelenksgewebe Datensätze zu verwenden. Diese Datensätze können in
einem Labor z.B. durch in-vitro-Untersuchungen und Simulation verschiedener
Verletzungsmechanismen erstellt werden oder können zuvor aufgezeichnete Datensätze des
Patienten sein. Wenn der Datensatz zuvor aufgezeichnete Daten eines
Patienten umfasst, kann die Entwicklung des Patienten verfolgt werden.
Dies ist insbesondere bei Osteoporose-Patienten nützlich,
bei denen bildgebende Verfahren wie beispielsweise Computertomografie
(CT) nicht über
die notwendige Auflösung
verfügen
und zu teuer sind, um sie bei jeder Untersuchung erneut zu wiederholen.
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Die
vorliegende Erfindung überwindet
die inhärenten
Nachteile der konventionellen Knochqualitätsbeurteilungswerkzeuge. Sie
ist weniger gefährlich
und wird leichter beim Patienten angewandt, insbesondere bei den älteren Patienten.
Die geringe mechanische Deformation minimiert die Verletzungsgefahr
des Patienten und des untersuchten Knochengewebes, und der verhältnismäßig hohe
Frequenzbereich der Last reduziert beträchtlich die Zeit, die für eine solche
mechanische Beanspruchung erforderlich ist. Schließlich sieht
es so aus, als ob Knochen- und Gelenksgewebe stark auf Stimuli reagiert,
die in den obengenannten Frequenzbereichen induziert werden und
daher eine therapeutische Wirkung haben.
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Zusätzlich zur
Untersuchung von hartem Gewebe und von Gelenken wurde in Betracht
gezogen, dass die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann,
um andere Gewebe einschließlich
Haut und Lymphgewebe zu charakterisieren. Beispielsweise kann die
vorliegende Erfindung verwendet werden, um Abnormalitäten, wie
z.B. Melanome, in diesen beiden Gewebearten zu entdecken.
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Die
gleiche Technik, die oben zur nicht-invasiven Untersuchung von hartem
oder weichem Gewebe beschrieben wurde, kann ebenso zur Beurteilung
der Stabilität
von Fremdimplantaten im Körper,
wie beispielsweise Frakturfixierungsvorrichtungen, als auch zur Überwachung
der Wundheilung verwendet werden. Durch Untersuchung der dynamischen
Reaktion von Patientenimplantaten in Last tragenden anatomischen
Stellen kann die vorliegende Erfindung angewandt werden, um die
Lebensdauer des Implantats zu überwachen.
Weiterhin kann während
dem Operation die allgemein auf Knochenimplantatteile angewandte
Vorlast überwacht und
als Indikator zur angemessenen Einstellung des Implantats verwendet
werden. Weiterhin kann die Gewebeuntersuchungsvorrichtung 100 während minimal
invasiven Verfahren, wie beispielsweise Vertebroplastie oder Kyphoplastie
verwendet werden, um die Effektivität der Behandlung während der
Operation zu überwachen,
bevor der Patient den Knochen mit seinem Eigengewicht belastet.
Unter Verwendung der vorliegenden Vorrichtung/Technik sind Korrekturen
der chirurgischen Vorgehensweise ausführbar, während der Patient sich noch
im Operationssaal befindet.
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Die
hier beschriebenen Vorrichtungen sind vorzugsweise tragbar, kostengünstig und
leicht anzuwenden. Es ist geplant, dass die Vorrichtungen Privatpersonen
wie auch professionellen Nutzern zur Verfügung stehen. Fachleute könnten die
vorliegende Erfindung als schnelles Diagnosewerkzeug zur Erkennung
der Knochenintegrität,
beispielsweise von Frakturen, der Knochendichte, etc. in einem normalen
Untersuchungsraum einsetzen, ohne dass die Notwendigkeit besteht,
den Patienten in einen gesonderten Raum oder eine Einrichtung zu
schicken (wie dies bei bestimmter vorhandener Technologie der Fall
war). Das Ziel bei Privatpersonen könnte die Erkennung der Knochenqualität zu Hause
sein, wodurch kostspielige Arztbesuche verhindert würden.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform,
die als ein tragbares Gerät 200 ausgeführt ist,
das einen Kolben 210, eine Beschleunigungseinrichtung 220,
einen Elektromagneten 230, einen optionalen Beschleunigungsaufnehmer 240,
eine Lastzelle 250, eine Kontaktspitze 260, eine
Schaltung 270, eine Energiequelle 280 und ein
Außengehäuse 290 aufweist.
Der Wirkkolben 210 könnte
aus jeglichem geeigneten Material wie beispielsweise Kunststoff
oder Metall sein, vorzugsweise aus Metall. Die Grundkomponenten
sind in der Technik bekannt und dem Durchschnittsfachmann geläufig. Die
Kontaktspitze 260 könnte
aus jeglichem geeigneten Material wie beispielsweise Kunststoff
oder Metall sein, vorzugsweise aus Kunststoff. Die Kontaktspitze 260 und
der Kolben 210 können
einstückig
verbunden sein, so dass eine Bewegung des Kolbens 210 gezwungenermaßen die
Kontaktspitze 260 bewegt. Alternativ kann der Kolben 210 auch
nicht einstückig
mit der Kontaktspitze 260 verbunden sein. Mit anderen Worten,
der Kolben 210 würde
sich unabhängig
von der Kontaktspitze 260 durch eine Öffnungsbohrung in der Kontaktspitze 260 bewegen,
so dass der Kolben 210 direkt die bezeichnete Fläche, die
untersucht wird, kontaktiert.
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In
jeder der Ausführungsformen
steht die Kontaktspitze 260 in Verbindung mit der Lastzelle 250,
so dass ein vorbestimmter Betrag an Kontaktkraft auf eine vorbestimmte
Fläche
angewandt werden kann, um eine Untersuchung vorzunehmen. Die Lastzelle 250 kann
verwendet werden, um festzustellen, ob ein entsprechender Kraftbetrag
auf die Zielfläche
auftrifft, bevor das Untersuchungsverfahren eingeleitet wird. Wenn
der Kolben 210 und die Kontaktspitze 260 verbunden
sind, muss der Kolben 210 die Kraft überwinden, die über die
Kontaktspitze 260 für
die Operation und Datensammlung auf die Zielfläche aufgebracht wird. Wenn
sich der Kolben 210 unabhängig von der Kontaktspitze 260 bewegt,
würde der
Kolben 210 die zuvor aufgebrachte Kraft auf die Zielfläche nicht überwinden
müssen.
Ein Fachmann wird begrüßen, dass
eine derartige Ausführungsalternative
bei der Wahl des angemessenen Mechanismus zur Bewegung des Kolbens 210 während dem
Betrieb in Erwägung
gezogen werden kann. Die Beschleunigungseinrichtung 220 sollte
in der Lage sein, den Kolben 210 über einen Frequenzbereich von
etwa 20 Hz bis etwa 600 kHz zu beschleunigen.
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Die
Schaltung 270 kann einen Prozessor und eine Datenspeicherungsanordnung
(nicht gezeigt) umfassen. Der Prozessor, vorzugsweise ein Mikroprozessor,
kann jeglichen im Stand der Technik bekannten umfassen und sollte
in der Lage sein, die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Die
Datenspeicherungsanordnung kann jegliche Vorrichtungen umfassen,
die Daten speichern können,
die während
dem Betrieb gesammelt wurden, einschließlich der Parameter der Untersuchungsvorrichtung
für ein
vorgegebenes aufgezeichnetes Datenbeispiel.
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Weiterhin
muss die Schaltung in der Lage sein, es den gespeicherten Daten
zu ermöglichen,
in eine abgesetzte Remote-Vorrichtung transferiert zu werden, vorzugsweise
einen unabhängigen
Computer oder eine ähnliche
Einrichtung. Dementsprechend kann die tragbare Einrichtung 200 eine
Vorrichtung (drahtlos oder nicht) zur Übertragung von Daten (direkt
oder gespeichert) auf eine abgesetzte Einrichtung wie einen Computer
umfassen. Geeignete nicht-drahtlose
Alternativen können
eine direkte Verdrahtung mit der abgesetzten Einrichtung, Ports,
die eine Kabelverbindungen zum abgesetzten Gerät ermöglichen und/oder Ports, die
eine Kommunikation über
eine Basisstation ermöglichen
(wobei die Basisstation in Kommunikation mit dem abgesetzten Gerät steht),
umfassen, sind aber nicht darauf begrenzt.
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Die
Schaltung 270 kann auch externe Komponenten umfassen wie
beispielsweise Displayvorrichtungen und eine oder mehrere Eingabevorrichtungen.
So kann eine Ausführungsform
beispielsweise ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen:
(a) einen externen Wechselschalter oder -knopf zum An- und Abschalten
der Vorrichtung, (b) einen oder mehrere Eingabeknöpfe zur
Auswahl der Betriebsparameter, zum Beispiel zu untersuchendes anatomisches
Gebiet (Arm, Hüfte,
Wirbelsäule
etc.), männlich
oder weiblich, Alter, etc., (c) eine oder mehrere LEDs, Lichter,
Lautsprecher oder andere Audiogeräte zur Anzeige der Bereitschaft, dass
die Vorlast erreicht worden ist, Bestätigung/Ablehnung der Datenerfassung,
Batteriestatus, etc. und/oder (d) ein Display, eine Audiovorrichtung
oder andere Vorrichtung zum Anzeigen oder Kenntlichmachen einer
Mitteilung wie beispielsweise einer Zahl oder eines Textes.
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Die
Energiequelle 280 kann eine tragbare Energievorrichtung
umfassen, beispielsweise eine oder mehrere Batterien oder eine Übertragungseinrichtung
für Strom
an die Schaltung 270 wie z.B. elektrische Leitungen und
für die
Breitstellung einer Standardverbindung mit einem elektrischen Ausgang
erforderliche Vorrichtungen. Für
Ausführungsformen,
die tragbare Energie verwenden, kann die Energiequelle 280 eine
Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der einen oder mehreren Batterien
umfassen und gegebenenfalls eine Vorrichtung zum Aufladen der genannten
Batterien. Sämtliche
derartige einfache elektrische Schaltungen sind ohne weiteres in
der Technik bekannt.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform
in Form einer Vorrichtung 300, die je nach Bedarf eine
Kontaktspitze 301, einen Kolben 302, einen Impedanzkopf 303,
einen Vibrationsgenerator 304, einen Vibrationsisolator 305,
ein Vibrationsgeneratorgehäuse 306,
ein äußeres Gehäuse 307,
eine Vorlastzelle 308, ein Scharnier 309 (optional),
manuelle Eingaben 310, ein Display 311, Anzeigen 312,
einen Stromverstärker 313,
einen Ladungsverstärker
für das
Empfangssignal 314, eine Schaltung 315, ein Netzteil
(Energiequelle) 316, eine Datenübertragungseinrichtung 317,
einen Datenspeicher 318 und verschiedene elektrische Verbindungen 319 umfasst.
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Sämtliche
Gehäuse
und/oder nicht-elektrische Komponenten, wie beispielsweise die Kontaktspitze 301,
der Kolben 302, das Vibrationsgeneratorgehäuse 306,
das äußere Gehäuse 307,
das Scharnier 309, etc. können geeignetes Material wie
z.B. Kunststoff oder Metall, vorzugsweise Kunststoff, aufweisen.
Die Kontaktspitze 301 kann jede Form haben, beispielsweise
flach oder konkav. und sie kann leicht austauschbar mit verschieden
geformten Spitzen sein, die für
spezielle anatomische Bereiche bestimmt sind. Der Kolben 302 ist vorzugsweise
eine Gewindestange.
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Der
Impedanzkopf 303 umfasst vorzugsweise eine Einrichtung
zum Messen sowohl der Vibration (Frequenzdurchlauf), die von der
Vorrichtung 300 erzeugt wird, um das zu untersuchende Gewebes
anzuregen, als auch der Gewebereaktion auf die Anregung. Der Vibrationsgenerator 304 umfasst
vorzugsweise einen Rüttler,
wobei der Rüttler
durch Anwendung einer oder mehrerer Vorrichtungen, die aus der aus
einem piezoelektrischen Element, einem elektromagnetischen Element,
einem elektromechanischen Element, einem pneumatischen Element und
einem hydraulischen Element bestehenden Gruppe ausgewählt wurden,
im Gewebe Vibrationen induziert oder das zu untersuchende Gewebe
anregt. Der Vibrationsisolator 305 und das Vibrationsgeneratorgehäuse 306 können alternativ
eine einzelne Einheit umfassen, die beide Funktionen ausführen kann.
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Der
Vibrationsisolator 305 dämpft die entstandene Vibration
oder den Frequenzdurchlauf um die Signalintegrität zu verbessern und eine Übertragung
an das äußere Gehäuse 307 und
die Hand des Benutzers zu verhindern. Die Vorlastzelle 308 misst
die Deformation des äußeren Gehäuses 307,
womit die Kontaktkraft zwischen dem Gerät und dem untersuchten Patienten
angezeigt wird.
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Die
manuellen Eingaben 310 können einen oder mehrere Knöpfe oder
Tasten für
die Energieeinrichtung 300 und/oder die Auswahl von Betriebsparametern
umfassen. Typische Betriebsparameter können den zu untersuchenden
anatomischen Bereich, das Alter des Patienten, das Geschlecht des
Patienten, das Körpergewicht,
die Schuhgröße, den
Dateinamen der Untersuchungsdaten und ähnliches umfassen. Das Display 311 kann
jegliches aus dem Stand der Technik bekannte Display umfassen und
ist für
die Erfindung nicht entscheidend. Beispielsweise kann das Display 311 einen
LCD-Schirm umfassen. Ebenso können
die Anzeigeausgabevorrichtungen 312 jegliche aus dem Stand
der Technik bekannte Technologie wie z.B. LED- Technologie umfassen.
Die Anzeigeausgabevorrichtungen 312 können aufleuchten oder auf andere
Weise anzeigen, wenn die angemessene Last für einen Untersuchungslauf anliegt,
wenn ein gültiger
Datensatz erstellt wurde etc. Die Eingabevorrichtungen 310,
das Display 311 und die Ausgabevorrichtungen 312 können alternativ
kombiniert werden, wie es die Technologie erlaubt, und ein oder
mehrere der folgenden Merkmale aufweisen: (a) einen externen Wechselschalter
oder -knopf zum Ein- oder Ausschalten der Energiequelle des Geräts, (b)
einen oder mehrere Eingabeknöpfe
zur Auswahl von Betriebsparametern, beispielsweise den zu untersuchenden
anatomischen Bereich (Arm, Hüfte,
Wirbelsäule,
etc.), Geschlecht des Patienten, Alter, etc., (c) einen oder mehrere
LEDs, Lichter, Lautsprecher oder andere Audiogeräte zur Anzeige der Bereitschaft,
dass die Vorlast erreicht wurde, Bestätigung/Ablehnung der Datenaufnahme,
Batteriestatus etc. und/oder (d) ein Displayfeld, eine Audioeinrichtung
oder andere Vorrichtung zur Anzeige oder Kenntlichmachung einer
Mitteilung, wie beispielsweise einer Nummer, eines Textes oder einer
graphischen Mitteilung.
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Der
Stromverstärker 313 verstärkt das
Signal des in der Schaltung 315 enthaltenen Signalgenerators (nicht
gezeigt) und treibt den Vibrationsgenerator 304 an. Der
Ladungsverstärker 314 wandelt
den Ladungsausgang eines piezoelektrischen, kapazitiven oder anderen
Ladung erzeugenden Sensor in ein Signal um, wie beispielsweise eine
analoge Spannung oder einen analogen Strom.
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Wie
bei allen Ausführungsformen
kann die Schaltung 315 einen Prozessor und eine Datenspeichereinrichtung
umfassen. Wie gezeigt, kann die Datenspeichereinrichtung ein separates
Speichergerät 318 umfassen.
Der Prozessor, vorzugsweise ein Mikroprozessor, kann jeglichen Prozessor
aus dem Stand der Technik umfassen und sollte in der Lage sein,
die hier beschriebenen Funktionen auszuführen. Der Datenspeicher (sei
es als Teil der Schaltung 315 oder als eine separate Komponente 318)
kann jegliche Vorrichtung umfassen, die die Daten speichern kann,
die während
dem Betrieb erfasst werden, einschließlich der Parameter der Untersuchungsvorrichtung
für ein
bestimmtes erfasstes Datenbeispiel. Die Schaltung muss auch in der
Lage sein, die gespeicherten Daten auf eine abgesetzte Einrichtung
zu übertragen,
vorzugsweise einen unabhängigen
Computer oder eine ähnliche
Vorrichtung. Dementsprechend können
die Schaltung 315 oder die Komponente 317 einen Übertragungseinrichtung
(drahtlos oder anders) zur Übertragung
von Daten (entweder live oder gespeichert) an eine abgesetzte Vorrichtung,
wie z.B. einen Computer, enthalten. Geeignete nicht-drahtlose Alternativen
können
umfassen, sind allerdings nicht beschränkt auf, direkte Verdrahtung
mit dem abgesetzten Gerät,
Ports, die eine Verdrahtung mit dem abgesetzten Gerät ermöglichen
und/oder Ports, die eine Kommunikation über eine Basisstation ermöglichen
(wobei die Basisstation in Kommunikation mit dem abgesetzten Gerät steht).
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Wie
oben beschrieben, kann das Netzteil 316 ein tragbares Energieelement
wie beispielsweise eine oder mehrere Batterien umfassen oder eine
Vorrichtung zur Übertragung
von Strom an die Schaltung 315 wie z.B. elektrische Kabel
und/oder notwendige Vorrichtungen für eine Standardverbindung mit
einem elektrischen Ausgang, z.B. Kabel oder Leitungen. Für Ausführungsformen
mit tragbarer Energiequelle kann die Energiequelle 316 eine
Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterien und
optional gegebenenfalls einer Einrich tung zum Aufladen derartiger
Batterien enthalten. Sämtliche
dieser einfachen elektrischen Elemente sind aus dem Stand der Technik
wohl bekannt.
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5 zeigt
eine tragbare Erweiterung 400 mit einem Sensor 401 und
einer mit einem Kabel 407 angeschlossenen Schaltung 402.
Für alle
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind drahtlose Verbindungen (wo technisch
verfügbar)
austauschbar mit festen Kabelverbindungen. Die Schaltung 402 umfasst
ein Gehäuse
oder eine Plattform 403, einen Prozessor 404 und
einen Transmitter 405. Der Transmitter 405 kann als
Teil des Prozessors 404 (nicht gezeigt) in diesen integriert
sein. Alternativ können
der Sensor 401 und die Schaltung 402 in eine einzige
Struktur integriert sein. Andere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung umfassen mehrere Sensoren, jeder mit seiner eigenen entsprechenden
Schaltung oder, alternativ, mehrere mit einer einzigen tragbaren
Schaltung verbundene Sensoren. Unabhängig davon, umfassen der Prozessor 404, der
Transmitter 405 und die Energiequelle 406 ähnliche
Elemente, wie sie im Zusammenhang mit anderen hier beschriebenen
Ausführungsformen
erläutert
wurden. Die von der tragbaren Erweiterung erfassten Daten sollen
in der Lage sein, die besagten Daten über den Transmitter 405 oder
den Prozessor 404 von der Erweiterung 400 an entweder
das Primärgerät (wie beispielsweise
das in 4 beschriebene Gerät 300) oder an eine abgesetzte
Einrichtung wie z.B. einen Computer zu übertragen.
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6 zeigt
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform für ein tragbares
Gerät 500 gemäß den allgemeinen
Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es lohnt sich zu bemerken,
dass die Erfindung nicht beschränkt
ist auf die exakte Darstellung in 6, sondern 6 soll
größere Klarheit
mit Hilfe eines speziellen Beispiels bringen. Dem Durchschnittsfachmann
versteht sich, dass viele Änderungen
an solch einer schematischen Darstellung möglich sind, ohne vom Gedanken
und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Ladungsverstärker und/oder
Puffer leicht innerhalb des Geräts
von einer Einheit zu einer anderen verlagert oder zu einer einzigen
Schaltung zusammengefasst werden.
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Dementsprechend
umfasst das tragbare Gerät 500 eine
Prozessoreinheit 501 und eine mechanische Einheit 502.
Die Prozessoreinheit 501 umfasst einen Signalgenerator 503,
einen Digital/Analog-Wandler 504, eine Mehrzahl von Puffern 505, 521, 522, 523, 524,
eine Mehrzahl von Analog/Digital-Wandlern 506, 525, 526, einen
Spannung/Signal-Wandler 507, einen Prozessor 508 und
ein Display 509. Die mechanische Einheit 502 umfasst
einen Stromverstärker 510,
einen Rüttler 511,
eine Vorlastzelle 512, einen Auslöser 513, eine Anzeige 514 und
einen Impedanzwandler 515. Der Impedanzwandler 515 umfasst
den Beschleunigungsaufnehmer 516 und die Lastzelle 517.
Die mechanische Einheit 502 kann auch Ladungsverstärker 518, 519 umfassen, um
entweder dem Beschleunigungsaufnehmer 516 oder der Lastzelle
zu entsprechen. Optional umfasst das Gerät 500 eine oder mehrere
alleinstehende Ausgabevorrichtungen 520 wie beispielsweise
einen Monitor, einen LCD-Schirm, einen Plotter, einen Drucker, eine
Speichereinheit und dergleichen. Der Prozessor 501 kommuniziert
mit der mechanischen Einheit 502 und der/den Ausgabeeinheiten) 520 unter
Verwendung von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erfassung von Daten
bezüglich
Gewebecharakteristika, die eine oder mehrere der hier beschriebenen
Geräteausführungsformen
oder offensichtliche Variationen davon verwenden. Die Erfassung
einer Datenabtastung kann durch Anwenden einer Last auf den Zielbereich
erreicht werden, d.h. das Pressen der Kontaktspitze der Vorrichtung auf
die Haut, den Knochen oder das Implantat, bis eine Anzeige auf dem
Gerät anzeigt,
dass genügend
Kraft aufgebracht wird. Sobald die Last anliegt, würde der
Rüttler
aktiviert, entweder manuell oder automatisch, um eine Beschleunigung
des Kolbens in einem Frequenzbereich von etwa 20 Hz zu etwa 600
kHz zu bewirken. Ein Beschleunigungsaufnehmer und/oder eine andere
Vorrichtung kann dann die sich ergebende Kraft und/oder Beschleunigung
des Kolbens messen und die Daten würden in der Speicheranordnung
der Schaltung gespeichert.
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Sobald
Daten erfasst wurden, kann ein Ausgangssignal bestätigen, dass
die erfasste Abtastung verwendbar erscheint und eine neue Abtastung
kann vorgenommen werden. Es können
eine oder mehrere Abtastungen vorgenommen werden, vorzugsweise 3
oder mehr. Die vorgenommenen Datenabtastungen können dann bewertet werden.
Die Bewertung kann innerhalb des Gerätes selbst erfolgen, was von
der Ausgeklügeltheit
der Software/Hardware abhängt.
Alternativ kann das Gerät
die Daten an einen Computer oder eine andere Vorrichtung zur Bewertung übertragen.
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Die
Daten können
im Vergleich zu vorherigen für
den Patienten durchgeführten
Messungen bewertet werden oder mit einer Datenbank bekannter Messungen.
Im Allgemeinen sollten die Daten werden unter Verwendung eines Algorithmus
verarbeitet werden um die Daten zu analysieren und einen Wert hervorzubringen. Bevorzugt
wird diese Bewertung durch Verwendung des berechneten Werts ausgeführt und
dem Vergleich mit anderen auf ähnliche
Weise berechneten Werten. Sobald eine Bewertung erfolgt ist, kann
ein Ergebnis, beispielsweise ein einfaches ja/nein, ein Prozentwert
von Knochenintegrität,
ein extrapolierter Wert für
Knochenintegrität
und/oder ein normalisierter Wert mit Bedeutung für den Patienten erzeugt werden.
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Bei
einer Ausführungsform
würden
die Datenbankwerte im abgesetzten Computer gespeichert. Periodische
Updates können
heruntergeladen werden, um die Anzahl der zum Vergleich zur Verfügung stehenden Werte
zu erhöhen.
Alternativ können
die Datenbankwerte auf einem zweiten abgesetzten Gerät gespeichert werden,
das über
das Internet zugänglich
ist, eine solche Bewertung kann das Schicken der gesammelten Daten
und/oder berechneten Werte über
das Internet an das zweite abgesetzte Gerät zur Bewertung und/oder zum
Vergleich umfassen. In diesen Ausführungsformen würde das
zweite abgesetzte Gerät
mit dem Ausgabesignal wie oben beschrieben antworten.
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Die
schematische Ansicht von 6 kann ebenfalls verwendet werden,
um allgemein eine Ausführungsform
für ein
Untersuchungsverfahren der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
Eine Last wird auf einen anatomischen Bereich eines Patienten ausgeübt, vorzugsweise
einen Bereich, der eine dünne
Schicht von weichem Gewebe über
einem Knochen hat. Die Vorlastzelle 512 misst die Last
und löst
einen Auslöser 513 aus,
der wiederum einen Anzeiger 514 aktivieren kann, so dass
der Benutzer feststellen kann, wenn die entsprechende Last für die Untersuchung
erreicht ist. Der Lastbereich sollte sich im Bereich von etwa 10
Newton (N) bis zu etwa 100 N befinden, vorzugsweise von etwa 10
N bis etwa 20 N. Alternativ kann der Auslöser 513 automatisch
die Untersuchungssequenz aktivieren, indem er den Signalgenerator 503 aktiviert
und gegebenenfalls Software initialisiert.
-
Der
Signalgenerator 503 produziert ein Signal, das den Rüttler 511 aktivieren
kann. Wie gezeigt, ist das Signal ein digitales Spannungs-Signal,
das über
den Digita/Analog-Wandler 504 umgewandelt wird. Nachdem
es durch den Puffer 521 geleitet wurde, wird das Signal
(wenn erforderlich) über
den Stromverstärker 510 verstärkt, der
wiederum den Rüttler 511 antreibt.
Der Rüttler 511 produziert
einen Vibrations- oder Frequenzdurchlauf, der an dem Lastpunkt über eine
mit dem Rüttler 511 in
Verbindung stehende Kontaktspitze 301 in das Gewebe übertragen
wird, vorzugsweise mittels einer Stab/Gehäuse-Anordnung (nicht gezeigt).
Die Kontaktspitze ist ferner wirkungsmäßig mit einem Impedanzwandler 515 verbunden,
der Komponenten 517, 516 aufweist, um das ausgehende
Signal (d.h. das in das Gewebe übertragene
Signal) bzw. das Reaktionssignal zu messen. Wie gezeigt, umfasst
die Komponente 515 einen Beschleunigungsaufnehmer 516 und
eine Lastzelle 517.
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Der
Signalgenerator 503, der Stromverstärker 510 und der Rüttler 511 erzeugen
einen Vibrations- oder Frequenzdurchlauf über einen bestimmten Bereich
basierend auf einem vorgegebenen Satz von Betriebsparametern wie
beispielsweise anatomischer Bereich, Alter und Geschlecht des Patienten.
Einer oder mehrere dieser Betriebsparameter kann vom Benutzer vor,
während
oder nach der Ausführung
der Vorlast eingegeben werden, vorzugsweise vor dem Anlegen der
Last auf den Bereich. Es werden niedrige und hohe Frequenzen verwendet.
Ein bevorzugter Bereich für
den Frequenzdurchlauf reicht von etwa 20 Hz bis etwa 1,5 MHz. Die bevorzugte
niedrige Frequenz liegt zwischen etwa 20 Hz und etwa 600 KHz und
die hohe Frequenz liegt zwischen etwa 800 Hz und etwa 1,5 MHz.
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Die
Eingangs- und Ausgangssignale werden mittels der Lastzelle 517 bzw.
dem Beschleunigungsaufnehmer 516 gemessen und an den Spannung/Signal-Wandler 507 geleitet.
Die Signale können
unter Verwendung von Ladungsverstärkern 518 (Reaktionssignal), 519 (Ausgangssignal)
verstärkt,
gegebenenfalls über Puffer 524, 523 gepuffert
werden und in Analog/Digital-Wandlern 526 (Reaktionssignal), 525 (Ausgangssignal) umgewandelt
werden bevor sie den Spannung/Signal-Wandler 507 erreichen.
Das umgewandelte Signal kann dann vom Prozessor 508 verarbeitet
werden, um eine Nutzerantwort zu erzeugen.
-
Eine
Nutzerantwort kann über
eine Ausgabeeinrichtung wie beispielsweise eine Anzeigetafel, eine
Audioeinrichtung oder ein anders Gerät zur Darstellung oder Anzeige
einer Mitteilung beispielsweise als eine Zahl, ein Text oder eine
graphische Mitteilung ausgegeben werden wie. Jedes im Stand der
Technik bekannte Ausgabegerät
ist ausreichend. In einer Ausführungsform
kann das Erzeugen einer Nutzerantwort beinhalten, dass der Prozessor 508 einen
relativen Wert basierend auf Vergleichsdaten aus einer Datenbank
berechnet. Alternativ kann das Erzeugen einer Nutzerantwort beinhalten,
dass der Prozessor 508 einen relativen Wert auf der Basis
eines analytischen Verfahrens berechnet. In noch einer anderen Ausführungsform
kann die Nutzerantwort einen diagnostischen Wert für Osteoporose
oder Knochenfrakturen umfassen.
-
Andere
Ausführungsformen
können
einen oder mehrere der folgenden grundlegenden Schritte beinhalten:
(a) Wählen
eines anatomischen Bereichs zum Untersuchen; (b) Auswahl von Betriebsparametern;
(c) Aufbringen einer Kraft auf den anatomischen Bereich, um einen
konstanten Kontaktdruck mit dem Bereich zu erreichen; (d) Induzieren
eines Frequenzdurchlaufs in dem anatomischen Bereich während der
Kontaktdruck aufrechterhalten wird; (e) Erfassen von Gewebereaktionsdaten;
und (f) Bereitstellen einer Antwort basierend auf den Daten aus
Schritt (e). Schritt (f) kann einen oder mehrere der folgenden Schritte
umfassen: (i), Bestätigen,
dass die in Schritt (e) erfassten Daten eine gültige Abtastung sind; (ii)
Berechnen eines oder mehrerer groben Werte auf der Basis der in
Schritt (e) erfassten Daten; (iii) Vergleichen der groben Werte
von (ii) mit entweder: (1) einem oder mehreren vorher berechneten
Grobwerten für
einen bestimmten Patienten an derselben anatomischen Stelle, (2)
einen oder mehrere vorher berechnete Grobwerte für einen bestimmten Patienten
oder seine/ihre Gegenseite (wenn verfügbar), oder (3) eine Datenbank ähnlicher
Werte; (iv) Bestimmung einer Relativdiagnose auf der Basis des Vergleichs
in Schritt (iii); und (v) die Mitteilung der relativen Diagnose an
den Nutzer. Weiterhin kann die Antwort von Schritt (f) eine oder
mehrere Formen umfassen, die aus der aus alpha-numerischen Zeichen,
elektronischen Daten, Grafiken, Bildern, Videobildern, Diagrammen,
Icons und Klängen
bestehenden Gruppe ausgewählt
wurden.
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7 zeigt
ein Flussdiagramm 600, das ein Verfahren zur Datenerfassung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Nutzer oder ein anderer Auslöser initiiert 601 die
Sequenz zum Beginnen der Messung. Der Nutzer kann eine neue Untersuchungs sequenz
auswählen
oder einen vorhandenen Datensatz 602 öffnen. Wenn der Nutzer keine
neue Untersuchung wählt,
kann er aus einer oder mehreren früheren Datensätzen auswählen und
gegebenenfalls andere Auswählen 603 treffen.
Das Öffnen
eines alten Datensatzes öffnet
zusätzliche
Optionen, die Daten 611 zu verarbeiten, zu übertragen,
zu sichern oder auf andere Weise zu verwenden. Wenn bei 602 die
neue Untersuchungsoption gewählt
wird, muss der Nutzer einen Dateinamen 604 eingeben. Der
Nutzer kann dann Betriebsparameter 605, wie hier beschrieben,
auswählen.
Das Untersuchen oder die Datenerzeugung wird dann ausgeführt durch
das Initiieren eins Autosequenzprogramms 606. Sobald die
Daten erfasst sind, werden diese in dem vorübergehenden oder dauerhaften
Speicher gespeichert 607 und der Nutzer aufgefordert zu
entscheiden, ob weitere Untersuchungen durchgeführt werden sollen 608.
Wenn mehrere Untersuchungen ausgewählt werden, wird der Nutzer
dann zu Aktion 604 zurückgebracht 609 und
die Sequenz wiederholt. Wenn keine zusätzlichen Untersuchungen ausgewählt werden,
wird der Nutzer zu zusätzlichen
Optionen aufgefordert, um die erfassten Daten zu bearbeiten, zu übertragen,
zu speichern oder auf andere Weise zu verwenden.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm 650, das ein Verfahren der Untersuchungssequenz
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Wenn das Autosequenzprogramm
initiiert wird 612, liest ein Prozessor die Betriebsparameter 613 (die
mindestens einen oder mehrere Nutzereingaben umfassen. Das System
wird überprüft und zeigt
aktive Sensoren 615 an. An diesem Punkt sollte der Nutzer
eine Kraft auf das Gewebe anwenden, indem die Spitze gegen den zu
untersuchenden anatomischen Bereich gedrückt wird. Eine Lastzellenübersteuerung 616 kann
gewählt
werden 614. Wenn sie gewählt wurde, wird die Untersuchungssequenz 621 ausgelöst. Alternativ
kann der Nutzer einen manuellen Auslöser 623 drücken, der
die Untersuchungssequenz 621 auslöst. Wenn kein Lastzellenübersteuerungsbefehl
aktiviert wurde, wird die im Gehäuse
gemessene statische Kraft bewertet 617, um festzulegen,
ob die Kraft zu niedrig 618 oder zu hoch 620 ist
und eine Warnung für
eine zu niedrige 619 oder zu hohe 622 Kontaktkraft
auszugeben. Eine statische Kraft, die innerhalb eines festgelegten
Bereichs bleibt, ermöglicht
es dem Freigabeauslöser
die Untersuchungssequenz 621 zu starten.
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Wenn
die Initiierung erfolgt ist, startet ein Frequenzdurchlauf 624 über einen
bestimmten Bereich. Die Kontaktkraft wird während der gesamten Dauer des
Frequenzdurchlaufs überwacht 625.
Wenn die Kontaktkraft unter das Minimum 626 fällt wird
der Durchlauf beendet 629 und eine Anzeige für niedrige
Kraft aktiviert 619. Wenn die Kontaktkraft zu groß wird 627,
wird der Durchlauf beendet 630 und eine Anzeige für hohe Kraft aktiviert 622.
Ein Frequenzdurchlauf der ohne eine Kontaktkraftüberschreitung erfolgt, wird über den
gesamten vorbestimmten Bereich fortgesetzt 628. Das Reaktionssignal
vom Gewebe wird als Sensordaten 631 erfasst.
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9 zeigt
ein Flussdiagramm 700, das ein Verfahren zur Datenanalyse
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der Nutzer kann aus
Optionen 611 wählen.
Eine Option kann unter anderem den Erhalt eines groben Reaktionswerts
oder eines Vergleichswertes beinhalten. Der Erhalt eines groben
Reaktionswerts umfasst die folgenden Schritte: (1) Daten werden
in einen Prozessor 701 geladen/eingelesen; (2) der Nutzer
wählt einen
Analysealgorithmus 702 (alternativ kann dieser Schritt
weggelassen werden, wenn ein Algorithmus vorgewählt worden ist); (3) Konstanten
werden initialisiert 703; (4) eine optionale Datenreduktion
oder ein Filterprozess wird ausgeführt 704; (5) ein Wert
wird gemäß eines
analytischen Verfahrens 705 berechnet; (6) ein Parameterkonvergenztest
wird ausgeführt
(706), um zu bestimmen, ob der oder die Werte) im erwarteten
Bereich 707 liegen (falls außerhalb des Bereichs, wird
die Sequenz bei Schritt (3) erneut gestartet); Konvergenzdaten werden
verwendet, um entweder (a) einen Nutzerantwortwert 708 zu berechnen,
oder (b) um eine graphische Reaktion zu erstellen 709;
(7) optional wird eine Prognose auf der Basis eines Vergleichs von
(6)(a) oder (6)(b) mit Daten von einer Datenbank oder Nachschlagetabelle
erstellt; (8) der Nutzer wird aufgefordert, eine andere Analyse 611 zu
wählen
oder die Analysesequenz 711 zu beenden. Die Wahl, die Analysesequenz
bei 711 zu beenden, beendet die Analysesequenz 712.
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Der
Erhalt eines Vergleichswerts umfasst die folgenden Schritte: (1)
Daten werden in einen Prozessor 713 geladen eingelesen;
(2) der Nutzer wählt
einen Analysealgorithmus 714 (alternativ kann dieser Schritt
ausgelassen werden, wenn ein Algorithmus vorgewählt worden ist); (3) Konstanten
werden initialisiert 715; (4) eine optionale Datenreduktion
oder ein Filterprozess wird ausgeführt 716; (5) ein Wert
wird gemäß einem
analytischen Verfahren 717 berechnet; (6) ein Parameterkonvergenztest
wird durchgeführt 718,
um zu bestimmen, ob die Werte in einem erwarteten Bereich 719 liegen
(falls außerhalb
des Bereichs, wird die Sequenz bei Schritt (3) erneut gestartet);
abweichende Daten werden mit einem früheren Datensatz desselben Patienten verglichen,
um (a)einen Vergleichsreaktionswert bei 708 zu berechnen,
oder (b) eine graphische Antwort 709 zu erzeugen; (7) optional
wird eine Prognose auf der Basis des Vergleichs von (6)(a) oder
(6)(b) mit Daten von einer Datenbank oder einer Nachschlagetabelle
erstellt; (8) der Nutzer wird aufgefordert, eine andere Analyse 611 zu
wählen
oder die Analysesequenz zu beenden 711. Das Beenden der
Analysesequenz bei 711 beendet die Analysesequenz 712.
Unterschiede, die zwischen verschiedenen für den gleichen Patienten erfassten
Datensätze
gemessen werden (z.B. Transferfunktionsresultate, die zu verschiedenen
Zeitpunkten erhalten wurden), zeigen Veränderungen in dem weichen und/oder
harten Gewebe an. Auf ähnliche
Weise kann ein Vergleich zu einer Standarddatenbank oder gegebenenfalls
zu der kontralateralen Seite vorgenommen werden.
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Bestimmte
Ausführungsformen
umfassen die Verwendung eines analytischen Verfahrens. Die folgenden
sind grundlegende analytische Verfahren, die im Geist und Umfang
einer oder mehrerer Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung liegen. Die Verfahren sind nicht als
beschränkend
anzusehen, sondern werden beispielhaft zu Zwecken der Klarheit angeführt.
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Verfahren 1
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Angemessene
analytische Verfahren umfassen die Berechnung eines Verhältnisses
zwischen einer Hochfrequenzreaktion des untersuchten Gewebes und
einer Niedrigfrequenzreaktion. Basierend auf vorläufiger numerischer
Analyse kann die Hochfrequenzreaktion verwendet werden, um die Menge
der vorhandenen Knochenbälkchen
(Knochengewebe) zu bestimmen, während
die Niedrigfrequenzreaktion die Menge derjenigen Knochenbälkchen anzeigt,
die für
den Lasttransfer benutzt werden. Ein Verhältnis nahe eins weist auf einen
gesunden Knochen hin, wohingegen ein Verhältnis nahe 0,5 einen sehr zerbrechlichen
Knochen anzeigt. Die Niedrigfrequenzreaktion wird im ersten Eigenfrequenzmodus
gemessen, während
die Hochfrequenz im oberen Kilohertz-Bereich liegt.
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Es
ist bekannt, dass die Ineffizienz der Lastübertragung die Hauptursache
für die
Abnahme der Bruchlast ist. Diese Ineffizienz hängt ab von der Beschädigung der
Gewebeschicht, welche durch den Anteil an Streben abgeschätzt werden
kann, die zum so genannten Belastungsrückgrat („Stress-Backbone") gehören. Der erforderliche
Anteil kann errechnet werden, wenn die Anzahl der Knochenbälkchen (Streben),
die zum Belastungsrückgrat
gehören,
sowie die Gesamtzahl der Knochenbälkchen einer Knochenprobe bekannt
ist. Die folgenden Beobachtungen zeigen ein Verfahren, um die beiden
letztgenannten Werte abzuschätzen.
Erstens hängt
der Elastizitätsmodul
(E(0) einer Probe von der Anzahl der Belastungswege ab. Jeder Weg
ermöglicht es,
zusätzliche
Last zu übertragen
und erhöht
daher E(0). Zweitens kann die Reaktion E(Ω) der Probe auf (Schall- oder
Ultraschall-)Vibrationen einer genügend hohen Frequenz Ω verwendet
werden, um die Anzahl der Streben in dem Netzwerk abzuschätzen. Unter
diesen Bedingungen werden Signale sehr schnell innerhalb der Probe
abgeschwächt
und Belastungen werden auf die unmittelbare Umgebung der angeregten
Oberfläche begrenzt.
Daher spielen vorhandene große
Frakturen im Innern des Netzwerks, welche die Ausdehnung des Belastungsrückgrats
reduzieren, keine Rolle in der Reaktion auf eine Hochfrequenzanregung;
d.h. sämtliche nahe
der Oberfläche
vorhandenen trabekulären
Elemente tragen zu E(Ω)
bei. Unter der Annahme, dass die trabekuläre Perforation (ziemlich) gleichförmig innerhalb
jeder Schicht von trabekulären
Elementen ist, kann daher E(Ω)
verwendet werden, um die Gesamtzahl von trabekulären Elementen in der Probe
abzuschätzen.
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Daher
liefert das Verhältnis Γ ≡ E(0)/E(Ω), das mit
Hilfe der Vibrationsanalyse erhalten werden kann, eine Abschätzung des
Anteils von Streben, die zum Belastungsrückgrat gehören. Wenn, wie wir annehmen, eine
Abnahme der Bruchlast in Relation zum Ausmaß des Belastungsrückgrats
steht, steht letzteres in Beziehung zu Γ.
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Anders
ausgedrückt
umfasst dieses analytische Verfahren die Berechnung eines Verhältnisses
der Niedrigfrequenzreaktion zur Hochfrequenzreaktion einer Gewebeprobe.
Die niedrigen Frequenzen regen die Knochenbälkchen oder Streben über die
gesamte Knochenlänge
hinweg an, d.h. niedrige Frequenzen können das gesamte zu untersuchende
Gewebe durchdringen. Dies lässt
die Integrität
der Probe oder genauer gesagt die Gewebemenge erkennen, die noch
ordnungsgemäß funktioniert,
d.h. die Menge an Gewebe, die noch eine Last tragen kann. Hohe Frequenzen
regen nicht das gesamte untersuchte Gewebe an oder durchdringen
es nicht. Stattdessen durchdringen höhere Frequenzen nur eine dünne Schicht
des Gewebes, lassen jedoch die gesamte Masse quer über jene
Ebene erkennen. Die Gesamtmasse kann dann für das zu untersuchende Gewebe
hochgerechnet werden. Dementsprechend ergibt das Verhältnis von
Niedrigfrequenz- zu Hochfrequenzreaktion einen Prozentsatz der Menge
von aktivem „lasttragenden" Gewebe.
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Verfahren 2
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Eine
weitere Ausführungsform
umfasst die Verwendung eines analytischen Verfahrens, die einen schrittweisen
Frequenzdurchlauf umfasst, der auf das zu untersuchende Objekt angewandt
wird. Der Frequenzdurchlauf mit einer vorbestimmten Schrittfunktion
beginnt bei einer niedrigen Frequenz, vorzugsweise 20 Hz, und endet
bei einer hohen Frequenz, im Allgemeinen etwa 2000 Hz (vorzugsweise
100 bis 1000 Hz). Die von einem Beschleunigungsaufnehmer, einer
Lastzelle und einem Antriebssignal im Zeitbereich aufgezeichneten
Daten werden bei jeder Antriebsfrequenz unter Verwendung einer diskreten
Fourier-Transformation in einen Frequenzbereich umgewandelt. Verschiedene
Filter (die dem Durchschnittsfachmann bekannt und geläufig sind)
werden für
die Datenglättung
und die Minderung von Rauschen verwendet. Die Daten werden auf den
bei jeder Frequenz gemessenen Maximallevel normalisiert. Ein zweidimensionaler
Plot wird erstellt, wobei eine Achse die Antriebsfrequenz (schrittweise
Frequenz) und die andere Achse das mit Hilfe der Fourier-Transformation
analysierte Frequenzspektrum ist. Die Amplitude kann farbkodiert
sein, um Veränderungen bei
der Signalintensität
sichtbar zu machen. Es kann ein logarithmisches oder lineares Farbschema
verwendet werden, vorzugsweise eine logarithmische Skala. Ein Musteranalyseansatz
wird verwendet, um Bereiche zu identifizieren, die sich entsprechend
der Pathologie, z.B. Osteoporose, verändern. Verschiedene Bereiche
des Ausdrucks stellen Reaktionen verschiedener Gewebe dar. Die Niedrigfrequenzantwort
stellt die Interaktion zwischen weichem und hartem Gewebe dar, ein
Zwischenbereich umfasst die Resonanz von Knochen und die Information über seine
Masse, während
der Hochfrequenzbereich Informationen über die Weichgewebeeigenschaften
enthält.
Deshalb können
Musterveränderungen
aus dem oben genannten 2D-Ausdruck Informationen über Knochenqualität, offensichtliche
Schäden
und Gelenkeigenschaften liefern. Außerdem können einer Datenbank von Ausdrucken
bekannter Gewebeproben (Patienten mit bekannten Problemen) Vergleichsergebnisse
entnommen werden. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Ausdrucke
auch verwendet werden, um Gelenkprobleme (d.h. Bandscheibenvorfall
oder Pathologien kleinflächiger
Gelenke) von Knochengewebeproblemen zu unterscheiden.
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Verfahren 3.
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Bei
einem alternativen Ansatz können
die in den oben beschriebenen Verfahren Fourier-transformierten
Signale verwendet werden, um andere mechanische Transferfunktionen,
wie beispielsweise Beschleunigung, effektive Masse, Mobilität, Impedanz,
Komplianz und Steifigkeit zusätzlich
zu kumulativer Energie zu berechnen. Die nachstehende Tabelle 1
führt die
verschiedenen Funktionen auf, die aus den Daten und den Fourier-transformierten
Signalen berechnet werden können,
die gemäß den verschiedenen
Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung erzeugt werden. Ein ähnliches Mustererkennungsverfahren
wie oben beschrieben wird angewandt, um Veränderungen zwischen Messungen
zu identifizieren und einen Hinweis darauf zu geben, wie die Pathologie
oder der Heilungs-/Behandlungsprozess fortschreitet.
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Verfahren 4
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Ein
alternativer Ansatz zu Verfahren 2 besteht darin, die schnelle Fourier-Analyse
des aufgezeichneten Signals für
einen speziellen Anregungsfrequenzbereich zu verwenden, vorzugsweise
bei einer Breite von 200 Hz. Es können multiple Analysen bei
verschiedenen Frequenzintervallen ausgeführt werden. Für jeden Frequenzbereich
kann einer oder können
mehrere der Größen Beschleunigung,
effektive Masse, Mobilität,
Impedanz, Komplianz, Steifigkeit und kumulative Energie bestimmt
werden, die Mechanische Vibrationstransferfunktionen darstellen,
die aus verschiedenen Anregungs- (Eingangs-) und Antwort- (Ausgangs-)
Signalen abgeleitet werden. Veränderungen
in diesen Signalen/Spektren für
den anderen Frequenzbereich geben Hinweise auf die Beschädigung der
verschiedenen Gewebetypen wie hartes oder weiches Gewebe.
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Verfahren 5
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Eine
Variation von Verfahren 4 umfasst die Analyse von nur einzelnen
Frequenzschritten. Eine diskrete Fourier-Transformation kann verwendet
werden, um das zeitabhängige
Signal in einen Frequenzbereich umzuwandeln. Mechanische Transferfunktionen
und kumulative Energie können
berechnet werden. Spitzenwerte der verschiedenen Modi der mechanischen
Transferfunktionen können
kumulativ in einer oder mehreren Kurven aufgezeichnet werden. Aus
der Kurve können
Formveränderungen,
Verhältnisse
zwischen dem ersten und folgenden Spitzenwerten, Steigungen und
weitere Werte berechnet werden. Abweichungen in diesen Signalen/Spektren
für die
verschiedenen ausgewählten
Eingangsfrequenzen zeigen die Beschädigung der verschiedenen Gewebearten
wie hartes oder weiches Gewebe an.
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Verfahren 6
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Für die Untersuchung
eines Knochens eines Patienten wird ein logarithmischer oder linearer
Frequenzdurchlauf verwendet. Nach der schnellen Fourier-Analyse
des Ausgangssignals (Beschleunigungsaufnehmer) wird eine Spektralanalyse
im Niedrigfrequenzbereich ausgeführt,
um die Knochenmasse zu bestimmen. Auf der Basis bekannter anthropometrischer
Daten kann aus der berechneten Knochenmasse die Knochengröße abgeschätzt werden.
Die Eigenfrequenz wird aus der Spitzenanalyse der Frequenzspektren
bestimmt. Eine gut begründete
Korrelation zwischen Knochengröße mal Eigenfrequenz
und Alter wird zur Berechnung eines Parameters verwendet, der normal
alternde Patienten gegenüber
Patienten abgrenzen kann, die unter übermäßigem Knochenschwund oder einer
Mikroschädigung
des Knochens leiden. Alternativ wird der Wert der Knochenmasse mit
der Eigenfrequenz direkt multipliziert und als Voraussage der Pathologie
verwendet.
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Verfahren 7.
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Diese
Technik unterscheidet sich von den vorherigen Verfahren dadurch,
dass sie viel mehr Informationen des Vibrationsverhaltens des Gewebes
verwendet. Die Modelle umfassen Massenelemente, Federn und Stoßdämpfer, die
verschiedene Gewebe und Gelenke darstellen. Ein vereinfachtes viskoelastisches
Modell wird verwendet, um die experimentellen Daten nach Kurvenanpassung
und Regressionsanalyse anzupassen. Dieses Modell kann optional nur
drei Elemente beinhalten (Masse, Feder, Stoßdämpfer), um eine Differentialgleichung
für Beschleunigung,
Geschwindigkeit und Verschiebungsverhalten bei verschiedenen Frequenzen
zu beschreiben. Unter Verwendung eines Verfahrens der kleinsten
Quadrate wird eine Parameteranpassung durchgeführt, um die Werte für die drei
Elemente (Masse, Feder, Stoßdämpfer) abzuschätzen. Die erhaltenen
viskoelastischen Parameter werden als erste Schätzungswerte für ein komplexeres
viskoelastisches Modell verwendet, das Fleisch, Knochen und Gelenke
einbeziehen wird. Ein ähnliches
Verfahren der kleinsten Quadrate wird angewandt, um Werte für die Differentialgleichung
zu erhalten, die das komplexere viskoelastische Modell darstellt.
Das viskoelastische Modell unterstützt dann die Trennung der mit
dem Beschleunigungsaufnehmer und der Lastzelle gemessenen dynamischen
Antwort entsprechend den verschiedenen Gewebekomponenten. Die Parameterwerte
stehen in direkter Beziehung zu den biomechanischen Eigenschaften
des Gewebes. Mit der Anwendung dieses Verfahrens können pathologische
Erkrankungen und Schmerzquellen leicht erkannt werden.
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Verfahren 8.
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Zur
Vorhersage des Bruchrisikos muss man die Festigkeit eines Materials
und die Last kennen, der es während
normalen Aktivitäten
ausgesetzt wird. Das folgende Verfahren berechnet das Verhältnis von
vorhergesagter Knochenstärke
und normaler haltungsbedingter Belastung, die in einem anatomischen
Bereich auf menschliche Wirbelkörper
wirkt. Patienten werden in unbelastetem Zustand und danach in einem
belasteten Zustand untersucht; für
die Wirbelsäule
würde dies
einer liegenden bzw. einer stehenden Position entsprechen. Auf der
Basis der Vibrationsantwort des Gewebes und der durch dieses Verfahren
erhaltenen Daten kann die auf das Knochengewebe in vivo wirkende
physikalische Last abgeschätzt
werden. Bei der Anwendung der in Verfahren 7 aufgeführten Prinzipien,
können
Materialeigenschaften wie beispielsweise Steifigkeit des Knochengewebes
für den
unbelasteten wie den belasteten Zustand bestimmt werden. Der Unterschied
in der Vibrationsmessung zwischen beiden Fällen beruht zum größten Teil
auf der Last des Gewebes bei der Bewegung von der liegenden zur
aufrechten Position. Dieser Unterschied kann als Deformation des
Gewebes aufgrund von Last ausgedrückt werden, die wiederum ein
Maß für die Steifigkeit
ist. Unter Verwendung der Korrelation zwischen Steifigkeit und Festigkeit
kann eine Vorhersage des Bruchrisikos erfolgen. Wiederum kann ein
viskoelastisches Modell verwendet werden, um die erfassten Daten
anzupassen und die physikalischen Größen zu liefern, um die Last
und das Gewebeverhalten zu beschreiben. Zur Zeit gibt es kein bekanntes
Verfahren, um Lastbedingungen in vivo zu bestimmen. Veröffentlichte
Daten sind Rückrechnungen,
die auf der Körpermasseverteilung
oder einer inversen Kinematikanalyse basieren. Ein ähnliches
Verfahren kann für den
Oberschenkelhals entwickelt werden.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst die Verwendung des hier beschriebenen
Geräts
als therapeutisches Werkzeug, insbesondere im Bereich der Chiropraktik,
Schmerzlinderung, Knochenwachstumsstimulation, Knochenheilung (insbesondere
nach Operationen) und Osteoporosebehandlung an ausgewählten anatomischen
Stellen. Derartige Ausführungsformen
umfassen im Allgemeinen die Bestimmung der Eigenfrequenz für ein bezeichnetes
Gewebe, um die maximale Anregung des Gewebes zu induzieren. Auf
der Grundlage des gegenwärtigen
Kenntnisstandes auf diesem Gebiet beruht die Fähigkeit des menschlichen Körpers Gewebe
zu reproduzieren auf dynamischer mechanischer Last, dies gilt insbesondere für hartes
Gewebe wie Knochen und Knorpel. Knorpel ist ein von Gefäßen freies
Gewebe, das durch Kompression und Entspannung Nahrung transportiert
und Abfallprodukte entfernt. Bei Knochen hat sich herausgestellt, dass
sportliche Aktivitäten
wie z.B. Fahrradfahren oder Schwimmen Knochengewebe nur wenig beeinflussen, wohingegen
in hohem Maße
stoßartige
Belastungen wie z.B. Joggen die Knochenmasse stabilisieren oder
sogar erhöhen
können.
Der genaue Mechanismus hinter der dynamischen Belastungsreaktion
ist noch nicht bekannt. Das Ziel unseres Gerätes ist es, Gewebe regional
durch Vibration zu stimulieren und dadurch die Regenerations- und
Heilungsreaktion zu fördern
und zu erhöhen.
Bei der Anwendung des Vibrationsstimulus auf Gewebe bei der Resonanzfrequenz
wird die maximale Energiemenge auf das Gewebe übertragen.
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung umfasst ein Geschäftsverfahren,
bei der die oben beschriebenen Verfahren ausgeführt werden und eine Gebühr entweder
für die
Updates zu zusätzlichen
Daten und/oder für den
Zugang über
das Internet zu dem zweiten externen Computer berechnet wird, der
eine dynamische Datenbank enthält.
Die Gebühr
kann (1) eine Einmalgebühr,
(2) eine Voraus- oder Mehrfachzugangsgebühr, (3) eine lebenslang geltende
Zugangsgebühr,
oder (4) eine Kombination davon beinhalten. Eine weitere Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum Aufbau einer Datenbank über das
Internet.
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Der
Nutzer kann beispielsweise ein tragbares Gewebebestimmungsgerät gemäß einer
oder mehrerer der hier beschriebenen Ausführungsformen verwenden, um
individuelle Untersuchungsdaten für eine oder mehrere spezielle
anatomische Regionen zu erhalten. Dann kann der Nutzer die Daten über das
Internet auf ein abgesetztes Gerät
(beispielsweise einen Computer) über
eine Kabel- oder Drahtlosverbindung übertragen. Alternativ kann
das Gerät
an eine Basisstation angeschlossen werden, die die Übertragung
der Daten an das abgesetzte Gerät
erleichtert. Das abgesetzte Gerät
kann eine Datenanalyse ausführen
(1) auf der Basis einer oder mehrerer analytischer Verfahren, wie
hier beschrieben, (2) auf der Basis von im abgesetzten Gerät gespeicherten
Vergleichsdaten (aus der früheren
Untersuchung desselben Patienten), und/oder (3) auf der Basis von
Vergleichsdaten von einer von einem zentralen Server heruntergeladenen
oder vor Ort von verschiedenen Patienten erzeugten Nachschlagetabelle.
Auf der Grundlage der Datenanalyse kann dann ein Antwortwert erzeugt
und dem Nutzer oder Dritten übermittelt
werden.
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Alternativ übermittelt
der Nutzer zur Datenanalyse Untersuchungswerte an einen zentralen
Server. Der zentrale Server erhält
die Daten und führt
die Datenanalyse durch (1) auf der Grundlage einer oder mehrerer
der hier beschriebenen analytischen Verfahren, (2) auf der Grundlage
von zuvor oder gleichzeitig an den zentralen Server übermittelten
Vergleichsdaten (aus der früheren
Untersuchung desselben Patienten), und/oder (3) auf der Basis von
Vergleichsdaten von einer im zentralen Server gespeicherten Nachschlagetabelle.
Auf der Grundlage der Datenanalyse kann dann ein Antwortwert erzeugt
und dem Nutzer oder Dritten übermittelt
werden. Diese Ausführungsform
beschreibt ferner ein Verfahren zur Erstellung eine Datenbank mit Patientenuntersuchungsdaten.
Wenn mehr Abonnenten/Nutzer Patienteninformationen einsenden, wächst die Datenbank
und erbringt genauere Antwortwerte. Eine Patienteninformation kann
unbegrenzt gespeichert werden, so dass der Patient zu einem späteren Zeitpunkt
neue Untersuchungsdaten zum Vergleich mit seinen/ihren früheren Daten
und/oder der gesamten Datenbank einreichen kann.
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Der
Zugang basiert vorzugsweise auf einer Abonnementsgebühr. Um einen
Antwortwert zu erhalten, müssten
neue Daten (einschließlich
biographischer Informationen über
den betreffenden Patienten) gleichzeitig mit der Abonnentengebühr eingeliefert
werden. Es versteht sich, dass mögliche
Nutzer wie beispielsweise Arztpraxen eine Einmalgebühr oder
eine Satzgebühr
für mehrere
Analysen entrichten können.
Eine andere Ausführungsform
erlaubt dem Patienten jederzeit über
das Internet Zugriff auf seine/ihre Daten zwecks Überwachung,
weiterer Analyse oder Durchsicht.
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Der
Patient kann das tragbare Gerät
im privaten Bereich seiner/ihrer Wohnung ohne die Notwendigkeit nutzen,
Krankenschwestern, Ärzte
oder Techniker in Anspruch zu nehmen. Daher können in einer anderen Ausführungsform
die Patientendaten entweder wie oben beschrieben direkt an den zentralen
Server vom abgesetzten Gerät
des Patienten übermittelt
werden, um einen Antwortwert zu erhalten, oder an einen Arzt, der die
Daten überwachen
und an den zentralen Server weiterleiten kann, um einen Antwortwert
zu erhalten. Alternativ kann der Patient die Daten direkt an den
zentralen Server übermitteln
und der Arzt kann durch Zugang zum zentralen Server mit der Zustimmung
des Patienten eine Überwachung
durchführen.
Dies ermögliche eine
Ferndiagnose, die für
den Patienten wie auch den Arzt eher wünschenswert sein mag.
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Während bevorzugte
besondere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, können durch
einen Fachmann auf diesem Gebiet Veränderungen vorgenommen werden, ohne
vom Geist oder der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Die hier beschriebenen Ausführungsformen
sind nur beispielhaft und nicht einschränkend. Viele Variationen und
Modifikationen der Zusammensetzungen und Verfahren sind möglich und
liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung. Während ein piezoelektrisches
Element als Aktuator beschrieben wurde, kann beispielsweise alternativ
ein federgeladenes Gerät
als der Aktuator verwendet werden, wie es von Activator Methods
Inc. für
Chiropraktiker angeboten wird. Abhängig von in vivo Messungen
kann eine andere Alternative, ein akustischer Aktuator, verwendet
werden. Außerdem
kann das Datenerfassungsystem ein System umfassen, das auf einem
Wagen aufgebaut ist, der einen Computer, Software, Speicher und
Netzwerkkomponenten enthält.
Alternativ kann das Datenerfassungsgerät ein tragbares System umfassen,
das mit einem Laptop-Computer zur Außendienstnutzung und möglichen
Vor-Ort-Datenanalyse
verbunden werden kann. Daher ist der Schutzbereich nicht auf die
hierin beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern wird nur durch die Ansprüche
festgelegt, deren Bereich sämtliche Äquivalente
des Gegenstands der Ansprüche
umfassen soll.
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Zusammenfassung
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Beschrieben
werden Verfahren und Vorrichtungen zum nicht-invasiven Erfassen
von hartem und weichem physiologischem Gewebe des Menschen oder
anderer Arten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Gewebe in vivo
durch Vibrationen über
ein Frequenzspektrum angeregt. Das Gewebe reagiert auf den Stimulus
und die Reaktion wird vorzugsweise gemessen und aufgezeichnet. Basierend
auf analytischen Algorithmen oder Vergleichen mit früher aufgenommenen
Messungen können Änderungen
innerhalb des Gewebes erfasst und für diagnostische Zwecke verwendet
werden. Weitere Ausführungsformen
beschreiben die Verwendung der Vorrichtung und Verfahren zur intra-operativen
und post-operativen in-vivo-Bewertung
von Implantaten sowie als therapeutisches Werkzeug.