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Vorrichtung, vorgesehen zur Befestigung
an einem Knochen, vorzugsweise dem Schädelknochen, für Anwendung
bei kontinuierlicher Überwachung
und Untersuchung von physischen Zuständen in den inneren Hohlräumen des
Knochens oder hinter dem Knochen, vorzugsweise im Schädelhohlraum, welche
Vorrichtung einen Signalumformer und eine Leitvorrichtung mit einem
inneren Hohlraum zur Aufnahme des Signalumformers umfasst, wobei
die Leitvorrichtung Eingriffsmittel umfasst, die mit übereinstimmenden
Eingriffsmitteln an einem Werkzeug zusammenarbeiten, das verwendet
wird, um die Leitvorrichtung in einem zuvor gebohrten Loch im Knochen
einzuklemmen, wobei der Signalumformer einen Ultraschallumformer
umfasst. Alternativ kann die Vorrichtung auch in Verbindung mit
Röhrenknochen verwendet
werden. Die Vorrichtung ist vorgesehen zur Anwendung bei vorübergehender
oder kontinuierlicher Überwachung
und Prüfung
von physischen Zuständen
in den inneren Hohlräumen
des Knochens oder hinter dem Knochen. Es können pathologische Zustände untersucht
werden, wie zum Beispiel Gehirnblutungen, Ödeme, Abquetschung oder Dehnung
des Ventrikelsystems, Dislokation von anatomischen Strukturen, Tumoren,
Ansammlungen von Blut und Flüssigkeit.
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Die Erfindung ist entwickelt für und wird
insbesondere erläutert
in Verbindung mit Untersuchung von Ansammlungen im Schädelhohlraum
und insbesondere seines hinter dem Schädelknochen befindlichen Inhaltes.
Sie hat aber auch Vorteile bei Anwendung in Röhrenknochen; um Entwicklungen
im Knochenmark im Inneren des Knochens zu untersuchen.
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Die Erfindung betrifft weiterhin
einen Bausatz mit so einer Vorrichtung, der für Anwendung bei kontinuierlicher Überwachung
und Untersuchung von physischen Zuständen im inneren Hohlraum des Knochens
oder hinter dem Knochen, vorzugsweise im Schädelhohlraum, bestimmt ist.
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Vorrichtungen, die zur Untersuchung
von physischen Zuständen
im Schädelhohlraum
verwendet wurden, sind bekannt. Die bekannten Vorrichtungen sind
jedoch insofern nachteilig, als sie ein Signal liefern, das im Verhältnis zu
dem physischen Zustand, der überwacht
werden soll, verzögert
erscheint. Weiterhin ist es ein Signal, das einen stationären Zustand
im Schädelhohlraum
anzeigt.
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Die bekannten Vorrichtungen können außerdem nachteilig
sein, indem sie größere chirurgische Eingriffe
erfordern, die sterile Bedingungen und Vollnarkose notwendig machen.
Sie sind daher nicht zur Anwendung in einer Krankenhausabteilung
geeignet, in der Patienten zur Beobachtung liegen.
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Die bekannten Vorrichtungen und Systeme werden
gestaltet wie im Folgenden erläutert.
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Bekannt ist eine Vorrichtung, wodurch
der Druck im Schädelhohlraum überwacht
wird. Diese Vorrichtung kann ohne Vollnarkose angebracht werden.
Die Vorrichtung kann entfernt werden, ohne den Patienten in eine
chirurgische Abteilung verlegen zu müssen.
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Wenn eine Person beobachtet werden
soll, um physische Zustände
im Schädelhohlraum
zu erfassen, zum Beispiel als Folge von Schlägen auf den Kopf, oder als Überwachung
eines Zustandes nach einem chirurgischen Eingriff, oder zur Überwachung eines
Krankheitszustandes, ist es bekannt, eine Schraube durch den Schädelknochen
einzuführen. Diese
Schraube ist hohl und hat eine Stelle, die durch die Gehirnhaut
hindurchgeht, so dass eine offene Verbindung zwischen dem Inneren
der Gehirnhaut und einem Druckmesser hergestellt wird, der mit dem außerhalb
des Schädelknochens
liegenden äußeren Ende
der Schraube verbunden ist.
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An dem Druckmesser kann man den Überdruck
im Schädelhohlraum
registrieren, der eine Anzeige für
verschiedene Folgeschäden
ist, die im Schädelhohlraum
auftreten können.
In der Praxis hat sich gezeigt, dass diese Vorrichtungen kein großes Infektionsrisiko
mit sich bringen. Der Eingriff selbst und das Anbringen der Vorrichtung
finden daher ohne Vollnarkose statt. Das bekannte System hat aber
eine Einschränkung,
als nur eine erscheinende Druckzunahme auftritt. Man kann keine
Ursache feststellen, die zum Beispiel Ansammlungen von Blut oder
Flüssigkeit
im Schädelhohlraum
sein können.
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Weiterhin ist das System mit anderen
Nachteilen verbunden, da man eine Anzeige über die Druckzunahme erhält, nachdem
sich eine Ansammlung von Blut oder Flüssigkeit über eine gewisse Zeit aufgebaut
hat. Daher tritt eine Verzögerung
auf, bevor ein Signal empfangen wird, und das Signal ist nur Ausdruck
einer Folgereaktion.
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Zuvor hat es Tests mit Messung des
Blutflusses in den und aus dem Schädelhohlraum gegeben. Durch
Druckänderungen
in den Blutversorgungsgefäßen kann
man eine Anzeige eines Druckaufbaus im Schädelhohlraum bekommen. Dieses
Verfahren ist ebenfalls nachteilig durch eine verzögerte Anzeige eines
in Entwicklung befindlichen Zustandes. Dieses System ist daher mit
den gleichen Nachteilen verbunden wie oben erwähnt, da man nur eine Anzeige
des Symptoms bekommt, und diese Anzeige kommt mit Verzögerung.
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Viele Jahre lang wurde Doppler-Ultraschall direkt
durch den Schädel
hindurch verwendet, um die Blutflussrate zu messen. Aufgrund der
Eigenschaft des Schädelknochens
kann der Ultraschall nur schwer eindringen, und die Messungen können daher
nur im Schläfenbereich
durchgeführt
werden, wo der Schädelknochen
am Dünnsten
ist und das Eindringen von Ultraschall zulässt. Mit diesem Zugang kann
man keine Erzeugung eines Bildes in technisch nutrbarer Qualität erreichen.
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Außerdem sind Abtasten bekannt,
so genannte CT-Abtasten oder MR-Abtasten. Solche Abtaster sind jedoch
sehr kostspielig im Gebrauch. Weiterhin sind dies keine Vorrichtungen,
die in Verbindung mit Betten in Krankenhausabteilungen, in denen
Patienten zu Beobachtung liegen, praktisch anwendbar sind.
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Als Ausdruck für den vorhandenen Bedarf sei
erwähnt,
das in 1992 in den USA 20 Einwohner von 100.000 wegen so
genannter Schädeltraumata starben.
Die Gesamtzah) schwerer Schädeltraumata wird
auf ungefähr
5 mal so groß geschätzt. Der Überwachungsbedarf
kann daher auf mehrere hunderttausend im Jahr in der westlichen
Welt geschätzt werden.
Trotr dieses Bedarfs wurden bisher keine Vorrichtungen oder Verfahren
zur kontinuierlichen Überwachung
mit einer Schädelbilderzeugungstechnik
vorgeschlagen, die im Verhältnis
zu den bekannten Abtastungen konkurrenzfähig sind.
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Zuvor hat man ein Gerät vorgeschlagen,
das Ultraschallabtastung von physischen Zuständen im Schädelhohlraum verwendet. Dieses
Gerät und
seine Anwendung sind in der internationalen Patentanmeldung WO 87/03190
beschrieben. Das Gerät
ist zur Montage über
einem zu diesem Zweck im Schädelknochen
ausgebildeten Loch bestimmt und wird auf eine solche Weise angeordnet,
dass es eng auf dem Schädelknochen
sitzt. Dieses Gerät
und das beschriebene Verfahren sind jedoch ungünstig, da sie Kraniotomie erfordern,
d.h. Entfernen eines größeren Stücks Knochen.
Das Gerät
muss unter Vollnarkose und sterilen Bedingungen verwendet werden
und ist zur Anwendung in Verbindung mit neurochirurgischen Eingriffen
im Schädelhohlraum
bestimmt. Die Anwendung des beschriebenen Gerätes hängt somit stark von Hilfsmitteln
ab, wegen der Erfordernisse von sterilen Bedingungen und der Erfordernisse
von Vollnarkose. Dies gilt sowohl für das Anbringen als auch die
nachfolgende Überwachungssituation.
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Das Gerät ist weiterhin ungünstig, da
eine Verunreinigungsgefahr besteht. In dem System wird ein Umformer
verwendet, der im Prinzip am Verschließen des im Schädelknochen
ausgebildeten Lochs beteiligt ist. Da das Gerät Elemente aufweist, die den
Zugang von verschiedenen Instrumenten zum Schädelhohlraum möglich machen,
sprechen wir von einem vollständigen
System, das man nicht verschlossen nennen kann, und dadurch einem
System, das als unter unsterilen Bedingungen verwendet angesehen
werden kann.
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Das Gerät erfordert weiterhin komplizierte Befestigung
in der im Schädelknochen
ausgebildeten Öffnung
mit Hilfe einer Klemmtechnik. Obwohl das beschriebene Gerät die Erzeugung
eines Bildes von physischen Zuständen
im Schädelhohlraum
ermöglicht,
ist es nicht geeignet zur Verwendung bei kontinuierlicher Überwachung
und Untersuchung des Schädelhohlraums
bei Personen, die sich in unsterilen Krankenhausabteilungen befinden.
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Ein Halter, der in einem Knochen
befestigt werden kann, zum Beispiel dem Schädel, ist aus dem US-Patent
Nr. 4,681,103 bekannt. Der Halter kann für einen Ultraschallumformer
verwendet werden. Dieser Halter ist jedoch zum Inneren des Schädels hin offen
und kann daher nicht in einem sterilen Bereich in einem Krankenhaus
verwendet werden. Dieser Halter und das dazugehörige Gerät in Form eines Ultraschallumformers
und einer Nadel auf der beschriebenen Vorrichtung können daher
nicht zur Überwachung
verwendet werden, sondern nur zur Durchführung der Ortung einer Stelle
mit Hilfe eines Ultraschallumformers in Verbindung mit einem chirurgischen
Eingriff. Nach der Positionsbestimmung wird eine Leitvorrichtung
im Halter justiert. Nachfolgend wird diese Leitvorrichtung als Stütze für die Nadel verwendet.
Es gibt keine präzise
Anzeige, wie korrektes Einschrauben des Halters in den Knochen sicherzustellen
ist.
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Aus dem amerikanischen Patent Nr. 5,054,497
ist ein Gerät
bekannt, das in einem Knochen befestigt werden kann, zum Beispiel
dem Schädelknochen.
Das Gerät
wird in Verbindung mit der zuvor erwähnten Druckmessung verwendet,
die vorteilhaft ist, indem sie eine verzögerte Anzeige von Zuständen im
Gehirn liefert. Das beschriebene System enthält Öffnungen, die es in Krankenhausabteilungen außerhalb
von sterilen Bereichen nicht anwendbar machen. Dieses System ist
daher nur in Verbindung mit Operationen und nicht zur Anwendung
bei kontinuierlicher Überwachung
anwendbar.
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Daher besteht Bedarf nach einer Technik,
die die Erzeugung eines Bildes für
physische Zustände im
Schädelhohlraum
ermöglicht.
Um den besten Nutren zu erreichen, besteht insbesondere Bedarf nach einer
Bilderzeugungstechnik, die dreidimensionale Erzeugung eines Bildes
durch Abtasten ermöglicht, und
insbesondere ein Abtasten, das ohne Notwendigkeit für sterile
Bedingungen, Vollnarkose usw. während
der Überwachung
kontinuierlich durchgeführt
werden kann, da diese viele Hilfsmittel und viel Arbeit erfordern.
Daher besteht Bedarf nach einer Bilderzeugungstechnik, die ein Abtasten
ermöglicht, das
am Bett des Patienten in einer unsterilen Krankenhausabteilung,
zum Beispiel wo Patienten zur Beobachtung liegen, kontinuierlich
durchgeführt
werden kann.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Bausatres mit
so einer Vorrichtung, zur Erzeugung eines Bildes von physischen
Zuständen
im Inneren eines Knochens oder hinter dem Knochen und vorzugsweise im
Schädelhohlraum
durch eine Gehirnabtastung, die bei Anwendung eines Signalumformers
stattfindet, der außerhalb
eines sterilen Bereiches eine kontinuierliche Überwachung des physischen Zustandes ermöglicht,
der zum Beispiel eine Blut- oder Flüssigkeitsansammlung im Schädel hohlraum
sein kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird dieses Ziel erreicht mit einer Vorrichtung, vorgesehen zur
Befestigung an einem Knochen, vorzugsweise dem Schädelknochen,
für Anwendung
bei kontinuierlicher Überwachung
und Untersuchung von physischen Zuständen in den inneren Hohlräumen des Knochens
oder hinter dem Knochen, vorzugsweise im Schädelhohlraum, welche Vorrichtung
einen Signalumformer und eine Leitvorrichtung mit einem inneren
Hohlraum zur Aufnahme des Signalumformers umfasst, wobei die Leitvorrichtung
Eingriffsmittel umfasst, die mit übereinstimmenden Eingriffsmitteln
an einem Werkzeug zusammenarbeiten, das verwendet wird, um die Leitvorrichtung
in einem zuvor gebohrten Loch im Knochen einzuklemmen, wobei der
Signalumformer einen Ultraschallumformer umfasst, wobei das ferne
Ende der Leitvorrichtung, das bei der Anwendung zum Inneren des
Knochens gerichtet ist, von einer Membran gedeckt ist, die von Ultraschallsignalen
durchdrungen werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann man die Leitvorrichtung in der Form einer Schraube mit einem
Gewinde vorsehen, das mit dem zuvor gebohrten Loch in Eingriff gebracht
werden kann. Alternativ kann die Leitvorrichtung in der Form eines
hohlen, zylindrischen Stöpsels
vorgesehen sein, der in seiner zylindrischen Oberfläche eine
Bohrung aufweist, die zur Außenseite
mit einem rotierbar unterstützten
Zapfen offen ist, der einen asymmetrischen Querschnitt mit hervorstehenden
Eingriffsmitteln aufweist, die bei Rotation des Zapfens mit dem
zuvor gebohrten Loch in Eingriff kommen.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft einen Bausatz wie in den nachfolgenden
Ansprüchen
7, 8 oder 9 angegeben.
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Die Vorrichtung und der Bausatz wie
oben beschrieben können
für vorübergehende
oder kontinuierliche Überwachung
und Untersuchung der Entwicklung von Blut- oder Flüssigkeitsansammlungen im
Schädelhohlraum
verwendet werden, wobei der Signalumformer in der Form eines Ultraschallumformers
vorgesehen ist, wobei der Kristall von einer Art ist, die für Erzeugung
eines dreidimensionalen Bildes durch Verarbeitung der empfangenen/gesendeten Signale
eingerichtet ist. Diese Technik kann zum Beispiel auf einem dreidimensionalen Impuls/Echo-Bilderzeugungsverfahren
basieren, bei dem eine breitbandiger Wellenimpuls zum Senden verwendet
wird und bei dem Strahlen mit verschiedenen Parametern mit begrenzter
Beugung zum Empfang verwendet werden. Bei so einem Verfahren werden
die empfangenen Signale über
Fourier-Transformation verarbeitet, wodurch dreidimensionale Bilder
durch einen einzelnen Sendevorgang erzeugt werden. Alternativ kann
die Anwendung der Vorrichtung mit einem Signalumformer erfolgen,
bei dem der Kristall oder Umformer zwischen verschiedenen Winkelstellungen gedreht
wird und bei dem die registrierten Signale aus allen Winkelstellungen
gesammelt und zur Erzeugung einer dreidimensionalen Bildmatrix der
Ansammlung verwendet werden.
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Nachdem man ein Loch durch den Knochen gebohrt
hat, kann die Schraube oder der Stöpsel, die bzw. der einen Teil
der Vorrichtung bildet bzw. bilden, sehr einfach und leicht platziert
werden. Außer
dem gebohrten Loch kann man ein Entlastungsloch für Druckausgleich
eines möglichen Überdrucks
vorsehen, der beim Montieren der Schraube entsteht. Dieses Entlastungsloch
kann auch zum Einleiten von Flüssigkeit
verwendet werden und verbessert den akustischen Kontakt.
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Wenn die Schraube ein selbstschneidendes Gewinde
aufweist, wird eine besonders einfache Montage erreicht, da man
nur ein Loch mit einem passenden Durchmesser bohren muss, wonach
das selbstschneidende Gewinde das Gewinde und dadurch die Befestigung
der Schraube im Knochen herstellt. Wenn sich die Schraube angebracht
ist, gibt es keinen physischen Kontakt zwischen dem inneren Hohlraum
des Knochens und der Umgebung. Daher besteht wenig Infektionsgefahr.
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Ein Loch kann man mit der gleichen
Technik bohren, die zuvor in Verbindung mit einem Drucksensor verwendet
wurde. Wenn die Schraube in das in den Schädelknochen gebohrte Loch gesetzt
wird, geschieht dies auf eine solche Weise, dass die signaldurchlässige Membran
mit der äußeren Gehirnhaut in
Kontakt gebracht wird.
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Die Schraube wird sehr leicht mit
Hilfe des Schraubwerkzeuges angebracht, das von einer bekannten
Art sein kann. Wir sprechen somit von einer Schraube mit einem polygonalen
Kopf, der mit einem entsprechenden Schlüssel zusammenwirkt, und außerdem kann
man von einer Schraube mit einem inneren winkligen Querschnitt sprechen,
der dazu bestimmt ist, mit einem Schraubwerkzeug vom Unbrako-Typ
zusammenzuwirken, das während
des Schraubens in das Innere des Hohlraums der Schraube gesetzt
wird.
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Wenn die Schraube und der Umformer
als getrennte Einheiten hergestellt sind, wird der Umformer später im Hohlraum
der Schraube angebracht. Wenn Notwendigkeit dafür besteht, kann ein Gel auf den
Umformer aufgetragen werden, um besseren Kontakt mit der signaldurchlässigen Membran
zu erzielen. Dieses Gel kann auf einem Umformer angebracht werden,
bevor er im Hohlraum der Schraube angebracht wird, oder es kann über zwischen
der Wand im Hohlraum der Schraube und der Außenseite des Umformers ausgebildete
Kanäle
eingeführt werden.
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Zwischen der Schraube und dem Umformer sind
Mittel vorgesehen, die gegenseitige Befestigung sicherstellen. Diese
Mittel können
eine Schraube, eine Bajonettfassung, Rastsysteme, eine Stoßfläche/-schulten
oder andere an sich bekannte Systeme sein, die die Erzeugung von
gut zueinander definierten Stellungen für diese Elemente möglich machen. Wenn
der Kristall des Umformers oder der Umformer selbst zwischen verschiedenen
Stellungen gedreht wird, in denen zweidimensionale Bilder erzeugt
werden, kann man die Signale von diesen Stellungen kombinieren und
eine dreidimensionale Bildmatrix erzeugen, die eine zuverlässige Anzeige
der Entwicklung einer Ansammlung gibt. Weiterhin kann Doppler-Ultraschall
von beliebiger Modalität
durchgeführt werden.
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Die Schraube kann aus einem gewebefreundlichen
Material wie zum Beispiel chirurgischem Stahl bestehen. Kunststoff
wie zum Beispiel PEEK oder POM kann ebenfalls verwendet werden.
Man kann aber auch andere Arten von Kunststoff oder Metall verwenden.
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Die signaldurchlässige Membran am nach innen
gerichteten Ende der Schraube kann aus Polyester, Polycarbonat oder
Surlyn ausgebildet werden. Andere Materialien können ebenfalls verwendet werden.
Die Membran kann eine Dicke zwischen ungefähr 0,2 mm und 0,8 mm haben,
was genügend
gute Ultraschalldurchlässigkeit
ergibt.
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Die Membran wird durch Kleben, Schweißen oder
ein anderes für
sich bekanntes Befesti gungsverfahren an der Schraube befestigt.
Um die bestmöglichen
Bedingungen für
Signale zu gewährleisten,
mit dem Ziel, den Signalstrahl zu beugen und zu fokussieren und
so genannte Nebenschleifen zu vermindern, wird die Form der Membran
an den Umformer angepasst.
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Die Membran kann ein flexibles Polster
zum Beispiel aus Silicon, Natriumchlorid oder anderem signaldurchlässigem Material
aufweisen, um den akustischen Kontakt zwischen der Schraube und
der äußeren Gehirnhaut
zu verbessern.
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Das Werkzeug hat ein polygonales
Profil, damit es zu einem entsprechenden polygonalen Profil an der
Scheibe passt, und hat weiterhin einen passenden Griff, der Einhandbedienung
ermöglicht.
Das Werkzeug hat vorzugsweise einen Führungszapfen, der in den Hohlraum
der Schraube passt. Hierdurch wird die Schraube während des
Schraubens geführt. Wenn
der Führungszapfen
Stifte oder Rillen aufweist, die mit entsprechenden Stiften oder
Rillen im Hohlraum der Schraube zusammenwirken, wird eine Verteilung
der zum Schrauben notwendigen Kräfte
erreicht, wodurch der Außendurchmesser
der Schraube vorteilhaft möglichst
klein gemacht werden kann.
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In einer praktischen Gestaltung des
Werkzeuges kann der Zapfen mit 2 bis 4 länglichen Stiften versehen sein,
die sich über
die ganze Länge
des Zapfens erstrecken und die eine Höhe von ungefähr 0,25
mm und eine Breite von ungefähr
1 mm haben. Die länglichen
Stifte wirken mit entsprechenden Rillen zusammen, die in dem Hohlraum
der Schraube ausgebildet sind. Gewünscht ist, den Außendurchmesser
der Schraube im Verhältnis
zum Innendurchmesser, der durch den angebrachten Umformer bestimmt
wird, so klein wie möglich
zu machen.
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Der Außendurchmesser der Schraube
liegt vorzugsweise unter ungefähr
20 mm, vorzugsweise bis hinab zu 12 bis 14 mm. In der Praxis hat
es sich gezeigt, dass sich Löcher
im Schädelknochen
mit Abmessungen unter ungefähr
20 mm von selbst schließen.
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Wenn die Leitvorrichtung als ein
zylindrischer Stöpsel
ausgebildet ist, wird ebenfalls mit der gleichen Technik wie oben
beschrieben ein Loch im Schädelknochen
erzeugt. Außerdem können Stöpsel so
in dem Loch platziert werden, dass die signaldurchlässige Membran
die äußerste Gehirnhaut
berührt.
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Der Stöpsel wird mit etwas Presspassung
im zuvor gebohrten Loch platziert. Der nach außen gerichtete Teil der Bohrung
in der Zylinderwand des Stöpsels
wird mit der Außenseite
des asymmetrischen Stöpsels
bündig,
wenn dieser in seine inaktive Stellung gedreht wird. Der Zapfen
ist an seinem nach außen
gerichteten Ende mit einer Kerbe oder einem polygonalen Loch versehen,
die bzw. das mit einem Schraubendreher, Unbrako-Schlüssel oder
dergleichen zusammenwirkt. Durch Drehen des Zapfens kommen die vorstehenden
Eingriffsmittel aus dem offenen Teil der Bohrung heraus und dadurch
aus der Außenseite
der äußeren Zylinderfläche des
Stöpsels heraus.
Die Eingriffsmittel werden dadurch mit der Wand in dem zuvor gebohrten
Loch in Eingriff gebracht. Die Eingriffsmittel an so einem Zapfen
können
als Gewinde oder als vorstehende Wülste geformt sein, die in das
Knochengewebe eindringen und den Stöpsel dadurch festklemmen und
festhalten.
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Die Membran kann wie oben in Verbindung mit
der Schraube beschrieben ausgebildet und in dem Stöpsel befestigt
werden. Somit können
Stöpsel und
Membran auch durch Formen in einem Stück hergestellt werden.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung,
wie oben erwähnt,
wird in erster Linie für
kontinuierliche Überwachung
und vorzugsweise in neurochirurgischen Abteilungen verwendet, wobei
ein "Fenster" zum Schädelhohlraum
erzeugt wird. Die Vorrichtung ist insbesondere bei der Überwachung
der Entwicklung bei Blut- oder Flüssigkeitsansammlungen verwendet.
Um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, kann der Umformer zum
Beispiel bei jeder Drehung von 5 bis 10' des Kristalls ein Bild aufnehmen. Danach
findet eine elektronische Verarbeitung der erzeugten zweidimensionalen
Bilder statt, um eine dreidimensionale Bildmatrix zu erzeugen, die
einen klaren Überblick über die
Entwicklung eines physischen Zustandes im Schädelhohlraum gibt.
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Die Bildverarbeitung wird gewöhnlich in
einem Abtaster durchgeführt,
der ein kostspieliges Instrument ist. Gemäß der Erfindung kann man die
Vorrichtungen einen Teil eines Systems bilden lassen, das einen
(Zahlwort) Abtaster aufweist, der nach Belieben mit verschiedenen Umformern
zusammengekoppelt werden kann. Somit kann man mit einem zentral
angeordneten Abtasten eine Überwachung einer
großen
Zahl von Patienten durchführen,
die jeweils mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung versehen sind.
Der Abtasten kann in Übereinstimmung mit
einem vorgewählten
Zyklus betrieben werden, so dass eine ryklische Überwachungssequenz einer Anzahl
von Patienten durchgeführt
wird.
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Die Erfindung kann für Patienten
verwendet werden, die zum Beispiel Schädeltraumata aufgrund von Autounfällen, Schießereien,
Fallen und dergleichen haben. Die Vorrichtung kann auch für Patienten verwendet
werden, die eine spontane Blutung (Aneurysma) haben, zur Überwachung
des Wachstums und der Gefahr, dass die Blutgefäße aufreißen. Die Vorrichtung kann auch
auf einem Operationstisch verwendet werden, zum Beispiel bei Gehirnchirurgie, bei
der zum Beispiel ein Tumor entfernt wird. Die Vorrichtung ermöglicht es,
augenblicklich und zuverlässig
dokumentiert zu bekommen, dass der ganze Tumor entfernt ist. Außerdem kann
man die Vorrichtung nachfolgend beim Überwachen des Patienten verwenden,
um zu untersuchen, ob eine Folgeblutung auftritt. Bei Anwendung
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
können
auch Ödeme
lokalisiert werden. Ähnlich
kann man auch ein Hygrom lokalisieren. Da solche Hygrome mehrere
Male hintereinander auftreten können,
ist die Vorrichtung sehr geeignet für eine kontinuierliche Überwachung,
bei der von Zeit zu Zeit eine Abtastung/Überwachung durchgeführt wird.
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In der Praxis kann man mehrere Vorrichtungen
verwenden, die zum Beispiel im Schädelknochen platziert werden.
Da die Umformer einen begrenzten Überdeckungswinkel haben, wird
man in manchen Fällen
zwei oder mehr Umformer verwenden müssen. Die Signale von den zwei
Umformern können über Software
kombiniert werden, um ein einzelnes Bild des gesamten Schädelhohlraums
zu erzeugen.
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Alternativ kann man auch einen Umformer herstellen,
bei dem der Kristall innerhalb des Umformers mehr als die zuvor
erwähnte
Drehung beweglich ist, um dadurch einen größeren Überdeckungswinkel für den Umformer
zu erreichen. Heute gibt es im Handel erhältliche Umformer, die so klein
sind, dass Umformer mit Durchmessern bis hinab zu 6 bis 10 mm ausgebildet
werden können.
Wird ein Umformer mit einem Durchmesser bis zu 20 mm verwendet,
bei dem es sich in der Praxis zeigt, dass sich das Loch durch Ausbildung
von Bindegewebe von selbst schießen kann, kann man einen kleinen
Kristall verwenden, der innerhalb des Umformerkopfes beweglich ist,
um einen größeren Überdeckungswinkel
zu erreichen.
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Wird die Vorrichtung gemäß der Erfindung angewendet,
so erzeugt der Kristall des Umformers ein Bild, das axial in der
Längsrichtung
des Umformers und der Schraube verläuft. Das nach außen gerichtete
Ende der Vorrichtung befindet sich außerhalb der Oberfläche des
Knochens. Die Vorrichtung kann mit einer Stelle versehen werden,
die schnelles elektrisches Zusammenkoppeln des Umformers mit einem
Abtasten ermöglicht.
Alternativ kann die Vorrichtung dafür eingerichtet sein, dass der
Umformer abnehmbar in der Leitvorrichtung montiert ist. Hierdurch kann
man ein und denselben Umformer zur Überwachung von mehreren Patienten
verwenden, die mit einer Leitvorrichtung versehen sind.
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Beschreibung
der Zeichnung
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Es folgt eine nähere Beschreibung der Erfindung
anhand der beigefügten
schematischen Zeichnungen, in denen
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1 eine
Schnittansicht ist, die eine im Schädelknochen platzierte Vorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 eine
Perspektivansicht einer Schraube ist, die einen Teil der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
bildet,
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3 eine
Schnittansicht durch die in 2 gezeigte
Schraube ist,
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4 eine 3 entsprechende Schnittansicht
durch eine andere Ausführungsform
der Schraube ist,
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5 eine
Perspektivansicht eines Bausatzes gemäß der Erfindung ist,
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6 eine
Ansicht ist, die ein System mit mehreren Vorrichtungen gemäß der Erfindung darstellt,
die mit einer einzelnen Signalverarbeitungseinheit verbunden sind,
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7 bis 13 Ansichten von verschiedenen Gestaltungen
der Vorrichtung mit verschiedenen Verbindungsmitteln sind,
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14 eine
Perspektivansicht entsprechend 2 ist,
zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Schraube, die
einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung
bildet,
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15 eine
Seitenansicht der in 14 gezeigten
Schraube ist,
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16 bis 17 eine Perspektivansicht
eines zylindrischen Stöpsels
sind, der einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet, dargestellt
mit Eingriffsmitteln in einer inaktiven Stellung bzw. einer aktiven
Stellung, und
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18 bis 19 eine Perspektivansicht
einer weiteren Ausführungsform
eines zylindrischen Stöpsels
sind, der einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet, dargestellt
mit Eingriffsmitteln in einer inaktiven Stellung bzw. einer aktiven
Stellung.
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Eine Vorrichtung 1 wird
in einem zuvor gebohrten Loch 2 in einem Schädelknochen 3 an
einem Patienten 4 platriert, um einen physischen Zustand im
Schädelhohlraum 5 zu überwachen.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Leitvorrichtung in Form
einer Gewindeschraube 7 mit einer Innenbohrung 7 (siehe 2), in der ein Ultraschallumformer 8 montiert
ist. Der Umformer 8 ist über einen Draht 9 mit
einem Abtasten 10 (siehe 6)
verbunden, in dem Signalverarbeitung durchgeführt wird und in dem ein dreidimensionales
Bild erzeugt wird, wenn der Umformer mehrere zweidimensionale Bilder
in verschiedenen Drehstellungen aufgenommen hat.
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Die Schraube 6 weist an
ihrem nach innen gerichteten Ende 11 eine für Ultraschall
durchlässige Membran 12 auf,
die am Deutlichsten in 3 zu
sehen ist und die die Bohrung 2 bedeckt. Die Membran 12 ist
an die äußere Gehirnhaut 13 anstoßend angeordnet.
In Übereinstimmung
mit einer alternativen Ausführungsform
der Schraube 6 kann sie, wie in 4 gezeigt, ein flexibles Polster 14 aufweisen,
das optimalen akustischen Kontakt zwischen der Gehirnhaut 13 und
dem Umformer 8 gewährleistet.
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An ihrem nach außen gerichteten Ende 15 weist
die Schraube 6 ein außen
hexagonales Schlüsselprofil 16 auf,
das mit einem entsprechenden hexagonalen Schlüsselprofil 17 in einem
Schlüssel 18 (siehe 5) zusammenwirkt. Der Schlüssel 15 hat einen
Griff 19 zur Arbeit mit einer Hand und einen kreisförmigen Zapfen 20,
der dazu bestimmt ist, in der Bohrung 7 der Schraube 6 platriert
zu werden, um während
des Einschraubens der Schraube in das Loch 7 eine Führung zu
erzielen. Der Zapfen 20 und die Bohrung 7 können mit
zusammenwirkenden axial verlaufenden Rillen und Stegen versehen
sein, um eine Verteilung der Kräfte
während
des Schraubens zu erreichen. Hierdurch können die Schraube 6 und dadurch
die Größe des Lochs 2 möglichst
klein gemacht werden.
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Bei Anwendung der Vorrichtung wird
das Loch 2 mit Hilfe eines Bohrers 22 gebohrt
(siehe 2). Das Gewinde 21 der
Schraube 6 ist selbstschneidend, und die Schraube kann
daher mit Hilfe des Schlüssels 18 in
dem gebildeten Loch angeordnet werden. Hiernach ist das Loch verschlossen. Wenn
der Schlüssel 18 entfernt
wird, wird der Umformer 8 in der Bohrung 7 der
Schraube 6 platriert, und die Vorrichtung 1 ist
zur Anwendung bereit. Wenn die Schraube 6 und der Umformer 8 als
eine integrale Einheit ausgebildet sind, wird diese Einheit mit
Hilfe eines entsprechenden Schlüssels,
aber ohne einen Zapfen 20 montiert. Alternativ kann auch
die Bohrung 7 der Schraube mit einem polygonalen Querschnittsprofil
hergestellt sein und kann der Schlüssel vom Unbrako-Typ sein,
mit einem in das Innere der Bohrung passenden Profil.
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In 6 erkennt
man ein System bestehend aus einen zentralen Abtasten 10,
der mit einer Anzahl von Vorrichtungen 1 gemäß der Erfindung
zusammengekoppelt ist. Somit kann man einen einzelnen Abtasten,
der eine sehr kostspielige Einheit ist, in Verbindung mit der Überwachung
von mehreren Patienten verwenden, die in verschiedenen Krankenhauszimmern
oder Krankenhausabteilungen liegen können. Auf diese Weise können einige
Vorrichtungen in neurochirurgischen Abteilungen platziert werden,
während
andere Vorrichtungen in Krankenhausabteilungen platriert werden,
in denen Patienten zur Überwachung
liegen. Das gezeigte System kann so erweitert werden, dass der Abtasten
dafür eingerichtet
ist, automatisch Alarm zu geben, wenn eine Änderung im überwachten physischen Zustand auftritt. Das
System kann so erweitert werden, dass automatisch ein Zyklus durchgeführt wird,
wobei die einzelnen Vorrichtungen 1 mit dem Abtasten 1 zusammengekoppelt
sind. Alternativ kann der Abtasten mit einer einzelnen Vorrichtung 1 zusammengekoppelt
sein, für
konstante Überwachung
eines einzelnen Patienten in einem gegebenen Zeitraum.
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In 7 sind
drei verschiedene Formen einer Schraube 6 dargestellt,
die einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet. Daraus
ist ersichtlich, dass die Membran 12 mit verschiedenen
Formen hergestellt werden kann. Die Membran kann somit eben sein,
wie links gezeigt, etwas gebogen sein, wie in der Ausführungsform
in der Mitte gezeigt, oder ungefähr
halbkugelförmig
sein, wie in der rechten Ausführungsform
gezeigt. Die Schraube 6 in 7 hat
axial verlaufende Rillen 23, von denen in 7 nur eine gezeigt ist. Diese Schrauben
sind dazu bestimmt, mit Stegen 24 (siehe 8) zusammenwirken, die an dem Werkzeug
ausgebildet sind. Das Werkzeug ist somit dazu bestimmt, während des Schraubens
in die Bohrung der Schraube 7 eingeführt zu werden.
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In 8 ist
ein Werkzeug 18 zu sehen. Das Werkzeug 18 hat
einen Eingriffsteil 25, der mit Stegen 24 versehen
ist, die entweder die oben links oder die unten links in 8 gezeigte Form haben können. Das
Werkzeug 18 ist in den gezeigten Ausführungsformen dazu bestimmt,
mit den Schrauben 6 zusammenzuwirken, die einen Querschnitt
wie in 9 dargestellt
haben, wobei die Rillen 23 mit einer Form und in einer
Anzahl entsprechend der Form und Anzahl der Stege 24 ausgebildet
sind. Bei Anwendung eines Werkzeuges bzw. einer Schraube wie in 8 und 9 gezeigt wird eine gute Drehkraftübertragung
erreicht, wodurch die Wanddicke der Schraube 6 möglichst
klein gemacht werden kann.
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In 10 ist
ein Beispiel für
Verbindungsmittel zwischen der Schraube 6 und dem Umformer 8 gezeigt.
In 10 werden die Eingriffsmittel
durch eine L-förmige
Rille 26 in der Schraube 6 gebildet, die mit Vorsprüngen am
Umformer 8 zusammenwirkt. Die Rille 26 und die
Vorsprünge 27 wirken
wie eine Bajonettfassung.
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In 11 ist
eine andere Form der Verbindungsmittel zwischen der Schraube 6 und
dem Umformer 8 gezeigt. Hier wird eine Schnappverbindung erzeugt,
die aus vorstehenden Laschen 28 besteht, die einen vorstehenden
Teil 29 haben, der zum Eingriff in Vertiefungen
30 im
Umformer 8 bestimmt ist. Die Vertiefung 30 kann
eine ringförmige
Rille oder eine Vertiefung sein, die eine zueinander drehfeste Positionierung
der Schraube 6 und des Umformers 8 liefert.
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12 stellt
eine weitere Gestaltung der Mittel zum Verbinden der Schraube 6 und
des Umformers 8 dar. Die Schraube 6 ist mit einem
Gewinde 31 versehen, das mit einem Innengewinde an einer
Mutter 32 zusammenwirkt. Die Mutter 32 ist an
einer vorstehenden Schulter 33 am Umformer 8 befestigt.
Die Schulter 33 hat eine Stoßfläche 34, die mit einer Stoßfläche 35 an
der Schraube 6 zusammenwirkt. In der gezeigten Form werden
Stege 24 und Rillen 23 entsprechend den zuvor
erwähnten
Stegen und Rillen erzeugt. Somit kann man die Schraube 6 und
den Umformer 8 miteinander verbinden und dann die Schraube 6 mit
Hilfe eines Werkzeuges, das mit einem Stöpsel 36 für den Umformer
Kontakt hat, in den Knochen schrauben.
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13 stellt
eine Schraube und einen Umformer als eine integrierte Einheit 37 dar.
Diese Einheit weist eine Schraubenschlüssel-Oberfläche 38 zur Montage
der Einheit 37 auf. Die Einheit weist einen Stöpsel 36 zum
Verbinden des Umformers mit dem Draht 9 auf.
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14 und 15 stellen eine Schraube 6 dar, die
im wesentlichen der in 2 gezeigten
Schraube entspricht. Diese Schraube ist jedoch anders, indem sie
mit einer Aussparung 39 in Form einer unterschnittenen
Rille am nach außen
gerichteten Ende 15 der Schraube versehen ist. Diese Aussparung 39 soll
einen Bereich mit mehr Platz für
die Haut erzeugen, der den Schädelknochen 3 bedeckt.
Somit gibt es weniger Möglichkeit
für weniger
Reizung auf der Haut, was ein Vorteil sein kann, wenn die Schraube während einer
längeren
Zeit für
kontinuierliche Überwachung
der physischen Zustände
im Schädel
platriert war.
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Wie zuvor angezeigt, ist das Gewinde 21 ein selbstschneidendes
Gewinde. Bei so einem selbstschneidenden Gewinde gibt es Querrillen
mit dem Zweck, die erzeugten Späne
zu brechen. Diese Rillen sind in den schematischen Zeichnungen nicht dargestellt.
Man beachte jedoch, dass sich diese Rillen nicht über die
ganze Länge
des Gewindes erstrecken, um die Möglichkeit von Undichtigkeit über solche
Rillen zu vermeiden. Bei Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
beachte man, dass die Membran 12 direkt an die Gehirnhaut 13 anstoßend vorgesehen
werden kann. Alternativ kann man die Schraube 6 auch so
tief einschrauben, dass die Membran 12 nicht an die Gehirnhaut 13 anstößt. In dieser
Situation findet der Kontakt mit der Gehirnhaut unter Verwendung
eines Gels statt, das an der Außenseite
der Membran 12 platziert wird. Die Schraube kann eventuell
mit einer Rille zum Einführen
des Gels versehen werden. Solche Rillen können auch verwendet werden,
um eine mögliche überschüssige Menge
Gel durch die Schraube hindurch nach außen zu pressen, wenn dieses
beim Schrauben nach unten gegen die Gehirnhaut gepresst wird.
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Bei Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
besteht die Notwendigkeit der Anpassung an verschiedene Dicken des
Schädelknochens 3.
Zu diesem Zweck wird die Schraube mit verschiedenen Längen hergestellt.
In der Praxis bedeutet dies, dass die Schraube mit einer Länge zwischen
6 und 14 mm hergestellt wird. Die Schraube kann zum Beispiel mit Standardlängen von
zum Beispiel 8, 10 und 12 mm hergestellt werden.
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In 16 und 17 ist eine erste Ausführungsform
einer Leitvorrichtung in Form eines hohlen zylindrischen Stöpsels 40 gezeigt.
In 18 und 19 ist eine weitere Ausführungsform
eines zylindrischen Stöpsels 41 gezeigt.
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Der Stöpsel 40 weist einen
Kopf 42 und ein zylindrisches Hinterteil 43 auf.
Das zylindrische Hinterteil 43 ist dazu bestimmt, in einer
entsprechend dimensionierten Bohrung in einem Schädelknochen 3 platziert
zu werden. Der Stöpsel
enthält
eine innere Bohrung 7 zur Aufnahme eines Umformers B. Der Stöpsel ist
mit einer Bohrung 44 in seiner Zylinderfläche versehen,
in welcher Bohrung ein Stift 45 aufgenommen ist. Die Bohrung 44 ist
so angeordnet, dass sie zur Außenseite
der Zylinderfläche
hin offen ist. Der Stift 45 ist mit einer abgefasten Fläche 46 hergestellt.
Wenn die abgefaste Fläche 46 nach
außen
gerichtet ist, ist der Stift 45 somit mit der Zylinderfläche bündig oder
liegt innerhalb der durch das Hinterteil 43 des Stöpsels definierten
Zylinderfläche.
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Wenn der Stift 45 mit Hilfe
eines Schraubendrehers, der mit einer Kerbe 47 in Eingriff
gebracht wird, aus der in 16 gezeigten
Stellung in die in 17 gezeigte
Stellung gedreht wird, werden die vorstehenden Wülste 48, die Eingriffsmittel
bilden, aus der Zylinderfläche
heraus gedreht und mit dem Schädelknochen
in Eingriff gebracht. Dadurch wird der Stöpsel
40 festgeklemmt
und im Schädelknochen festgehalten.
Bei dieser Ausführungsform
wird die Gefahr von Knochensplittern aufgrund von Gewindeschneiden
vermieden.
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Der Stöpsel 40 kann aus einem
Material bestehen, bei dem mindestens die Oberfläche federnd nachgiebig ist,
mit dem Zweck, eine feste Presspassung und dadurch eine Abdichtung
im Schädelknochen
zu erreichen. Der Stift 45 kann mit einer Passung eingerichtet
werden, so dass keine Undichtigkeit auftritt. Alternativ kann ein
O-Ring zwischen dem Stift 45 und der Bohrung 44 platriert
werden.
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Die in 18 und 19 dargestellte Ausführungsform
ist anders, indem der Stift 45 eine ebene Oberfläche 49 aufweist,
die eine wesentlich größere Ausdehnung
als die ebene Oberfläche 46 hat.
Die Oberfläche 49 erstreckt
sich somit über
die ganze Länge
des Stiftes. Weiterhin ist die Bohrung 44 weiter nach außen in der
Zylinderfläche
versetzt, so dass nicht nur die Wülste 48 außerhalb
der Zylinderfläche des
Hinterteils 43 erscheinen. Ein Teil der Zylinderfläche des
Stiftes befindet sich ebenfalls außerhalb der Zylinderfläche des
Hinterteils und erzeugt dadurch ein stärkeres Eindringen in den Schädelknochen. Hierdurch
wird eine größere Klemmkraft
und Sicherheit gegen Drehung des Stöpsels 14 in dem Loch
im Schädelknochen
erzielt.
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Ein Stöpsel 40, 41 gemäß der Erfindung kann
mit einer Länge
hergestellt werden, wie oben in Verbindung mit der Schraube erläutert. Weiterhin kann
die Membran 12 in verschiedenen Ausführungsformen vorgesehen sein,
wie oben in Verbindung mit der Schraube 6 erläutert.