Intelligenter Fixateur externe für Frakturbehandlung und Korrekturen

Zusammenfassung

Intelligente Implantate besitzen eine Messmöglichkeit mit Auswerteelektronik. Externe Systeme bieten weiter die Möglichkeit, Aktuatoren zu implementieren und diese mithilfe eines „intelligenten“ Kontrollprogramms automatisch einzusetzen. Der vorgestellte Fixateur kann über ein permanent angebrachtes Mikrocomputerkontrollsystem autonom Einstellungen durchführen sowie Arzt und Patient über den Zustand der Frakturheilung, u. a. über die mögliche Belastung der Extremität, informieren. Das System basiert auf dem in allen 6 Freiheitsgraden exakt einzustellenden Hexapodfixateur. Durch Anbringen von Motoren, Getriebe und Positionssensoren wurde ein Motorfixateur und durch Ergänzung der Aktuatoren um uniaxiale, in Reihe montierte Kraftmesseinheiten ein in 6 Freiheitsgraden messendes Fixateursystem gebaut. Die Motorsteuerungs- und Kraftmesselektronik ist auf einer 2×3 cm großen Platine realisiert. Mit einem 3-dimensionalen Eingabegerät („3D-Maus“) können definierte Knochenbewegungen durchgeführt werden. Die Bewegungen können auf dem Computerbildschirm simuliert und/oder parallel zur Bewegung dargestellt werden. Intelligente Fixateur-externe-Systeme werden in Zukunft nicht nur die Heilung optimieren und die Patientensicherheit erhöhen, sondern auch zur Kostendämpfung beitragen.

Abstract

Intelligent implants are characterized by measurement sensors and a corresponding evaluation unit. External systems offer the additional possibility to implement actuators, which are controlled by the sensors via a knowledge-based control software. An external fixator has been developed that can perform adjustments of the fixator autonomously by a permanently mounted microcontroller system. Additionally, it will inform the surgeon and the patient about the fracture healing progress, e.g. indicate possible weight bearing of the extremity. The intelligent system is based on a 6 degrees of freedom controllable hexapod robot kinematic. By implementation of motors, gears and position sensors a motorized external fixator and by insertion of force sensors, a 6 degrees of freedom measuring fixator system was accomplished. Currently, a motor control and measuring electronic is realized on a 2×3 cm circuit board. A software was developed, performing motor controlled bone movements which are input by a 3-dimensional input device („3D mouse“). Bone movements can be simulated or observed online on the computer screen. Intelligent external fixator systems will not only optimize bone healing and increase patient safety but also enable cost reductions.