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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988000845A1
    申请号:PCT/DE1987/000343
    申请日:1987-08-05
    公开日:1988-02-11
    发明作者:Alaa El-Din Otaify
    申请人:I.H.A.Z. Industrie- Und Handels-Ausstellungs-Zentr；
    IPC主号:A61N1-00
    专利说明:
    Vorrichtung (Gerät) zur Behandlung von Knochenbrüchen,insbesondere zur Behandlung von Pseudvarthrosen. Auf Grund von Studien und Forschungen über die elektrischen Eigenschaften von Knochen kann man feststellen, dass die Knochen der Lebewesen zwei Arten elektrischer potentiale aufweisen. Einerseits gibt es dynamische elektrische potentiale (piezoelektrische Potentiale), die auf der morphologischen Form eines Knochens beruhen, sowie auf dem Einfluss mechanischer Belastungen (wie zum Beispiel Zug und Druck) - dabei bilden sich positive Ladungen auf der konvexen Seite (Ebene) des Knochens, die unter Zugbeanspruchung steht und negative Ladungen auf der konkaven Seite (Ebene), die unter Druck steht. (vergleiche: Fukasa, E. und Yasuda:1957, "On the piezoelectric effect of bon",J. D. phys. soc. Jap 12, in28). Andererseits gibt es konstante (beständige) elektrische potentiale (bioelektrische Potentiale), die auf zellularen und physiochemischen Wirkungsmechanismen beruhen (vergleiche : Friedenberg, Z. B. und Brighton, C. T., 1966, "Bioelectric potentials in bone", J. Bone & joint surg., vol. 48 a, 915) - dabei beobachtet man die Bildung negativer Ladungen in den aktiventundvitalen Bereichen (zum Beispiel im Bereich der Epiphysis und der Metaphysis eines Knochens) und positiver Ladungen in den Bereichen die weniger aktiv und weniger dick sind (zum Beispiel im Bereich der Diaphyse eines Knochens). Die beständigen elektrischen Potentiale (bioelektrische Potentiale) sind in den gebrochenen Teilen eines Knochens erhöht; sie nehmen allmählich mit fortschreitender Knochenheilung und Rruchheilungstetig ab, bis sie nach derEMI1.1 endgültigen Heilung des Bruchs wieder normale Werte annehmen. Diese Erhöhung der beständigen (bioelektrischen) Potentiale verhilft den Knochenbrüchenzu ihrer schnellen Heilung. Aufgrund der genannten Studien hat eine Forschergruppe den Einfluss geringer elektrischer Ströme auf die Zellenstimulation studiert. Der erste Wissenschaftler, der diese Methodik dann auf Tiere angewandt hat, war der japanische Wissenschaftler Jasuda (vergleiche obige Zitatstelle). Auf Grund dieser Versuche konnte er feststellen, dass die Knochenbildung (Osteogenesis) bei den negativen Polen begünstigt wird, beziehwigsweiseist. Der vorliegenden Erfindung liegt folgende prinzipielle Ausgangsbasis zu Grunde. Mit zunehmender Benutzung der modernen Verkehrsmittel haben sich die komplizierten Brüche stark vermehrt. Es gibt häufig Knochenbrüche, die oft mehr als ein Jahr existieren und solange unheilbar geblieben sind. Der Grund dafür ist darin zu sehen, dass das gebrochene Glied keine Bewegungsmöglichkeit hat und somit die Erzeugung von dynamischen (piezoelektrischen) Spannungen und die elektrischen Ladungen vermisst, die aus dem Bewegungsablauf und dem Einfluss von Zug und Druck auf der Grundlage der mechanischen Beanspruchungen entstehen. Da die traditionellen Methoden bei der Behandlung unheilbarer Knochenbrüchedurch Einsetzen von Platten, Nägeln und Knochenflicken fehlgeschlagen sind, hat man sich auf die andere geheimnisvolle Seite und zwar der elektrischen Eigensobaftender Knochen besonnen. UnsereSind Knochen so beschaffen, dass sie positive und negativeelektrische Ladungen, sowie dynamische (piezoelektrische) und gleichbleibende (bioelektrische) Spannungen (Potentiale) bilden. Da die negativen Ladungen zu zellularen Aktivitäten (Wechselwirkungen) führen, kann das Fixieren (Bestimmen) und Erzeugen (Generieren) dieser Ladungen auf den unheilbaren Knochenbruch zur Zellenstimulation führen, was dem Bruch dann bei seiner Heilung hilft. Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Auf-gabe ist es, eine Einrichtung beziehungsweise ein Gerät der gattungsgemässen Art anzugeben, mit dem auf der Grundlage der vorstehenden Erkenntnisse die Heilung von Knochenbrüchenbei Menschen begünstigt, unter Umständen überhaupt erst möglich wird. Diese Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, dass eine Einrichtung der genannten Art vorgeschlagen wird, die in Form eines einfachen und kompakten (Hand-) Gerätes folgende Merkmale aufweist: Mit der Einrichtung wird die Dosis der negativen elektrischen Ladungen, die für die Behandlung der unheilbaren Knochenbrüchenotwendig ist, definiert, festgelegt und konstant gehalten; dabei wird gleichzeitig die geeignete Form für das elektrische Zeichen ausgewählt. (Die biologischen Aktivitäten der Zellen werden durch Benutzung von Isotopen untersucht; ebenso ihre Resonanz für die externen elektrischen Ladungen). Mit der Einrichtung wird die geeignete Dosis der elektrischen Ladungen ohne Reduzierung aufrechterhalten, und zwar trotz der Widerstandsänderung im menschlichen Kör per auf Grund der Knochenbildung an den negativen Polen. (Dies wird mittels eines sich selbst regelnd den Transistarschaltkreises erreicht, der die ge wünschtStromstärke während der drei-monatigen Behandlungsdauer aufrecht erhält). Mit der Einrichtung wird die ununterbrochene (konstante) Zuführung der geeigneten Dosis der elektrischen Ladungen während der Behandlungsdauer garantiert. Dies geschieht mittels eines akustischen und eines optischen Alarmsystems, um den Patienten akustisch zu warnen, falls der Strom an einem Pol (an irgend einem negativen Pol) auf Grund einer Unterbrechung eines Gleichstromkreises ausfällt, und um dem Patienten über eine zum optischen Alarmsystem gehörende Lichtzelle anzuzeigen, welches die Störungsstelle ist. Mit der Einrichtung wird die erzeugte (generierte) Stromstärke an allen vier negativen Polen gemessen. Jeder der vier Pole kann separat durch ein externes Avometer eingeschaltet werden. (Um die Benutzung dieses Gerätes durch den orthopäden,der mit der Benutzung des Avometers nicht ganz vertraut ist, zu erleichtern, ist das Gerät mit einem internen Mikro Avometer ausgerüstet, um die erzeugte Stromstärke bei jedem negativen Pol separat und direkt durch vier Umschalter messen zu können, sowie um die Differenzen der Batteriespannung bei der Benutzung durch einen fünften Umschalter zu messen). Es hat sich dabei gezeigt, dass ein Gleichstrom von 20 Mikro-Ampbredie am besten geeignete Stromstärke zur Behandlung der zu heilenden Knochenbrüche ist. (Zur Behandlung sogenannter angeborener Knochenbrüche wird an stelle eines Gleichstroms von 20ein Wechselstrom mit einer Periode von 1 Sekunde benutzt.) Es hat sich aber auch gezeigt, dass die unheilbaren Knochenbrüche, bei denen künstliche Gelenke eingesetzt sind, auf die Behandlung mit der elektrischen Stimulation der Knochenzellen nicht reagieren, was durch Untersuchungen mit Isotopen festgestellt wurde. Das prozentuale Heilungsverhältnis der mehr als ein Jahr unverheilt gebliebenen Knochenbrüche,bei deren Behandlung traditionelle Methoden wie zum Beispiel Platten, Nägel und Knochenflicken benutzt wurden, beträgt 93,30Prozent bei 30 untersuchten und mit dem Gerät behandelten Fällen. (Nur zwei Fälle reagierten nicht auf die Behandlung, da - wie vorstehend bereits festgestellt - ein künstliches Gelenk;vorhandenwar; das Ergebnis wurde mittels Isotopen nachgewiesen.) Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 ein komplettes Gerät zur Behandlung unheilba rer Knochenbrüchedurch Benutzung elektrischerStimulation der Knochenzellen mittels geringen (leichten) Gleichstroms; Fig. 2 die in dem Gerät nach Fig. 1 benutzten elektri schen Schaltungsanordnungen bzw. Schaltkreise; Fig. 3 ein Anwendungsbeispiel für ein Gerät gemäss derFig. 1. Fig. 1 zeigt den kompletten Aufbau des elektrischen Geräts zur Stimulation von Knochenzellen. Es besteht aus einem rechteckigen Gehäusekasten 1 mit den Geräteabmessungen - Länge x Breite x Höhe etwa 10 x 6 x 2,5 cm (Zentimeter). Das Gerät enthält im oberen Teil des Gehäuses ein Mikro-Avometer (Messgerät für Strom und Spannung), das von beiden Gehäuseseiten etwa gleich weit entfernt ist.und das an den negativen Polen (Kathoden) 2 angeschlossen ist, um die erzeugten Stromstärken an jedem negativen Pol (an jeder Kathode) 2 separat und direkt mittels eines für jeden Schaltkreis vorgesehenen Umschalters 10, 11, 12, 13 der Schalteinheit N zu messen - vergleiche Fig. 2. Ein weiterer Umschalter 0 der Schalteinheit N dient zur Messung der Spannungsdifferenz (Spannungsabweichung) der Batterie während der Benutzung (des Betriebs) des Geräts. Das Mikro-Avometer weist eine Anzeige auf, die für die Bereiche 1 bis Ioo Mikro-Ampèreund 1 bis 10 Volt unterteilt ist; das Mikro-Avometer ist mit dem Bezugszeichen W gekennzeichnet. Das Gerät enthalt eine Anzeige H, die die Batterie während des Betriebs testet (überwacht). Darüberhinaus umfasst das Gerät ein akustisches Alarmsystem (Lautsprecher) C und vier optische (aufleuchtende) Kontrollsysteme. Das akustische Alarmsystem warnt den Patienten, wenn einer der vier Gleichstromkreise die den Gleichstrom erzeugen, unterbrochen ist. Eine der Leuchtdioden 15, 16, 17, 18 (vergleiche Dioden D1 gemäss Fig. 2) einer Leuchtdiodenzeile B zeigt die Störungsstelle oder den unterbrochenen Gleichstromkreis an. An dem Gerät sind fünf Verbindungsleitungen (Drähte) 4 angeschlossen. Eine dieser Verbindungsleitungen 4 ist der positive Pol (ist mit dem positiven Pol verbunden), der an einem dünnenrechteckigen Anoden-Blättchen 3 etwa der Abmessungen 4 x 2,5 cm angeschlossen ist. Dieses Blättchen 3 wird bei Anwendung des Geräts auf die Haut des Patienten aufgelegt und fixiert. Die anderen Verbindungsleitungen 4. sinddie negativen Pole (sind mit den negativen Polen verbunden); diese Leitungen sind an einer Kirschner - Nadel (Kirschner - Draht) 2 der Dicke von etwa 1,2 mm (Millimeter) angeschlossen. Diese Kirschner - Nadel ist mit einem Isoliermantel aus Poly tetrafluoräthylen (Handelsname TEFLON) überzogen, und zwar bis zu einem Abstand von etwa 1 cm von der Spitze; diese Spitze wird am Knochenbruch (im Bereich des Knochenbruchs) eingeführt (Eingesetzt). Das Gerät ist von einer (alkalischen) Batterie mit etwa 9 Volt Betriebsspannung betrieben, die ihren speziellen Platz im Gerät hat und die über einen speziellen Deckel an der Rückseite des Gerätes (des Gehäuses) auswechselbar ist. Fig. 2 zeigt die elektrischen Schaltkreise , die den kompletten Schaltungsaufbau des Geräts nach Fig. 1 erläutern (offenbaren). Diese Schaltung besteht aus vier Transistor-Schaltkreisen A, vier Transistor-Schaltkreisen B, einem Schaltkreis C und einem Schaltkreis D. Der Schaltkreis A bildet die Gleichstromquelle und besteht aus jeweils einem variablen Widerstand M1(mit etwa lookohm) und einem Transistor T1 (zum Beispiel des Typs B F 244; das ist ein NPN-Silizium-Transistor zum Beispiel der Firmen Texas Instruments oder Valvo), die an einer (alkalischer. Batterie S mit etwa 9 Volt Batteriespannung angeschlossen sind. Dieser Schaltkreis A erzeugt einen Gleichstrom von etwa 20 Mikro-Ampère,und zwar unabhängig von einer Widerstandsänderung im menschlichen Körper (des Patienten) auf Grund der Knochenbildung im Bereich der negativen Pole. Dies wird durch die selbstregelnden Eigenschaften bezüglich der Konstanthaltung der gewünschten(erforderlichen) Stromstärke mit dem Transistor T1 (des Typs B F 244) erreicht. Der Schaltkreis B bildet das optische Kontrollsystem. Er besteht aus einem Transistor T2 (zum Beispiel des Typs B C 108; das ist ein NPN-Transistor für niederfrequente Vor- und Treiberstufen zum Beispiel der Firma Siemens) als Umschalter (Schalttransistor), der den Stromdurchgang (Stromfluss) im Schaltkreis B erlaubt (öffnet),wenn der entsprechende (angekoppelte) Schaltkreis A der Gleichstromquelle unterbrochen ist. Der Schaltkreis B besteht ferner aus zwei Widerständen M2 und M3 (beide etwa 470Ohm), sowie einem Transistor T3 (zum Beispiel des Typs B C 109; das ist ein NPN-Transistor für niederfrequente Vor- und Treiberstufen zum Beispiel der Firma Siemens). Diese Gruppe (dieser Schaltungsteil) ist mit einer Leuchtdiode D1 (Lichtzelle) verbunden, die im Falle einer Unterbrechung des zugeordneten Schaltkreises A aufleuchtet und darauf (auf den gestörten Schaltkreis) hinweist. Der Schaltkreis C bildet das akustische Alarmsystem. Erwarnt akustisch im Falle einer Unterbrechung irgend eines der vier Schaltkreise A und besteht aus einem Transistor T4 (zum Beispiel des Typs BlC 107; das ist ein NPN-Transistor für niederfrequente Vor- und Treiberstufen zum Beispiel der Firma Siemens), zwei seriell geschalteten Dioden D2 und D3 und einem automatischen Lautton (akustischen Generator) G, der ein akustisches Signal abgibt. Der Schaltkreis D dient als Prüfkreis der tberprüfungdes Transi storbetri eb s(der Transistorfunktionen) und besteht aus zwei Widerständen M4 (mit etwa 470 Ohm) und N5(mit etwa 60 Ohm),einer Grundlage (einem Sokkel) zur Transistorbefestigung K und einer Leuchtdiode D4. Da alle vorgenannten Transistoren an Grundlagen (auf Sockeln) befestigt sind, ist es leicht, diese Transistoren rauszunehmen (abzuziehen) und zur t'berpriifungauf din Transistorgrundlage (den Befestigungssockel) K des Prüfkreises D zu legen. Die Leuchtdiode D4 leuchtet dann auf, wenn der überprüfteTransistor in Ordnung (voll funktionsfähig) ist. Dieser Prüfkreis D wird zur einfachen Wartung und Prüfung des Gesamtgeräts nach Fig. 1 benutzt, ohne dass dabei auf einen Spezialisten zurückgegriffen werden muss. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung zeigt auch die Anordnung des Mikro-Avometers W, sowie die Anzeige H für die Batteriespannung und die Gruppe der vier Umschalter 10, 11, 12, 13 der Schalteinheit N, die die erzeugte Stromstärke an jedem negativen Pol separat messen, und den Umschalter 0, der die Differenz der Batteriespannung bei der Benutzung (während des Betriebs) misst. Hinsichtlich der Verknüpfung der genannten Schaltkreise untereinander und der Verbindung mit der Batterie wird explizit auf die zeichnerische Darstellung nach Fig. 2 verwiesen. Fig. 3 zeigt die Anwendung des erfindungsgemässen Geräts zur Behandlung von Knochenbrüchen,insbesondere von sogenannten Pseudarthrosen, im Hinblick auf die chirurgische Handhabung. In der Darstellung nach Fig. 3 ist eine Bruchstelle eines Knochens gezeigt, an die die vier Kathoden 2 des Geräts angesetzt beziehungsweise implantiert sind. Diese Kathoden 2 sind jeweils paarweise an den Stirnseiten der Bruchstelle implantiert und zwar schräg zu diesen Stirnseiten; die Kathoden 2 sind dabei über durch das der Bruchstelle benachbarte Fleisch des Patienten geführte Kanülen so weit eingesetzt, dass die Spitzen der Kathoden 2 im freien Bereich zwischen den zu verbindenden Knochen vorstehend diese Spitzen sind die beim Ummanteln der Kathoden frei gelassenen Bereiche. An der Oberfläche des gebrochenen Gliedes beziehungsweise Knochens, das heisst auf der Haut, sind die Klemmverbindungskästen 5 zwischen den Kathoden 2 und den Verbindungsleitungen 4 fixiert. Die Verbindungsleitungen 4 selbst führen dann zum Gerät, das der Patient auf Grund der minimalen Abmessungen bequem in die Tasche stecken kann; selbstverständlich kann das Gerät aber auch mittels eines Gurtes fixiert werden.
    权利要求:
    ClaimsP at ent an Sprüche
    1. Vorrichtung (Gerät) zur Behandlung unheilbarer Kno¬ chenbrüche durch Benutzung elektrischer Stimulation der Knochenzellen mittels (leichten) Gleichstroms 5 von (etwa) 2o Mikro-Ampere, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät aus einem Gehäuse besteht, das im obe¬ ren Teil der Frontplatte ein Avometer ( Strom-/Span- nungsmesser) (W) aufweist, das an. den negativen Po¬ o len (Kathoden 2) angeschlossen ist, um die erzeugten Stromstärken an jedem pol separat und direkt mittels eines Umschalters (Schalteinheit N) für jeden Schalt¬ kreis zu messen (vergleiche Fig. 2), daß eine (alkalische) Batterie mit einer Betriebs- 5 Spannung von etwa 9 Volt vorgesehen ist, die ihren speziellen platz im Gerät hat und die über einen spe¬ ziellen Deckel auf der Rückseite des Geräts auswech¬ selbar ist, daß ein Umschalter (0) zur Messung von Spannungsdif- o ferenzen (Spannungsabweichungen) der Batterie bei der Benutzung (während des Betriebs) vorgesehen ist, daß eine Anzeige (H) vorgesehen iBt, die die Batterie während des Betriebs testet (überwacht), daß ein akustisches Alarmsystem (C) und vier optische 5 Konstrollsysteme vorgesehen sind, wobei das akustische Alarmsystem (C) den Patienten im Falle einer Unterbrechung eines der vier den Gleichstrom erzeugenden Schaltkreise (A) warnt, und wobei das optische Kontrollsystem (B) über Leucht- o dioden auf die Störungsstelle und den unterbroche¬ nen Schaltkreis hinweist, daß fünf äußere Verbindungsleitungen (4) vorgesehen sind, deren einer der positive Pol ist, der an einem dünnen rechteckigen ( Anoden-) Blättchen ( 3) von etwa 4 x 2, 5 cm angeschlossen ist, das auf die Haut des P atienten aufzulegen ist, und deren vier weitere Verbindungsleitungen die negativen Pole 5 sind, die an einer Kirschner- adel ( 2) von etwa
    1 , 2 mm Stärke angeschlo ssen sind, die mit einem
    I soliermantel aus Polytetrafluoräthylen versehen
    ZU ist, der bis/etwa einem Abstand von einem cm von der Spitze reicht, die in den Bruchbereich des o Knochens eingeführt wird.
    2. Vorrichtung (gerät) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Gerät benutzten elektrischen Schalt¬ kreise aus vier Schaltkreisen (A) zur Gleichstrom- 5 erzeugung, vier Schaltkreisen (B) zur Erzeugung eines optischen Kontrollsignals, einem Schaltkreis (C) zur Erzeugung eines akustischen Alarmsignals und einem Schaltkreis (D) zur Prüfung der Transis¬ torfunktionen bestehen, o wobei der Schaltkreis (A) zur Erzeugung des Gleich¬ stroms aus je einem variablen Widerstand von etwa 1oo kOHM und einem Transistor (T1) besteht^ . die an einer (alkalischen) Batterie (S) von etwa 9 Volt angeschlossen sind und einen Gleichstrom von etwa 5 2o Mikro-Ampere erzeugen, der unabhängig von einer Widerstandsänderung im menschlichen Körper aufgrund der Knochenbildung bei den negativen Polen konstant gehalten wird und zwar durch die selbstregelnde Ei¬ genschaft der Transistoren ( 1) im Hinblick auf die o Aufrechterhaltung der gewünschten Stromstärke-, wobei der Schaltkreis (B) zur Bildung des optischen Kontrollsystems jeweils aus einem Transistor (T ) als Umschalter besteht, der den Stromfluß im Schalt¬ kreis (B) erlaubt (öffnet), wenn der entsprechende (zugeordnete) Schaltkreis (A) zur Erzeugung des Gleichstroms unterbrochen ist, aus zwei widerstän¬ den (M i M-r) von etwa jeweils 47o Ohm, sowie einem weiteren Transistor (T,) , die mit einer Leuchtdio- 5 de (DJ gekoppelt sind, die im Falle der Unterbre¬ chung des angekoppelten Schaltkreises (A) zur Er¬ zeugung des Gleichstroms aufleuchtet und auf die¬ sen hinweist, wobei der das akustische Alarmsystem bildende o Schaltkreis (C) aus einem vierten Transistor (_ .) , sowie zwei Dioden (D2, D-∑) und einem akustischen Generator (G) besteht und im Falle einer Unter¬ brechung eines der vier Schaltkreise (A) zur Er¬ zeugung des Gleichstroms automatisch ein akusti- sches Alarmsignal abgibt, wobei der Schaltkreis (D) zur Überprüfung der Tran¬ sistorfunktion zwecks Erleichterung der Gerätewar¬ tung ohne Zuhilfen4 me eines Spezialisten aus zwei Widerständen ( . mit etwa 47o Ohm, Msmit etwa 6o o kOh ) und einer Grundlage (einem Sockel) zur Tran¬ sistorbefestigung (K) besteht, und wobei alle Transistoren leicht demontierbar an Grundlagen (Sockeln) befestigt und zur Prüfung auf die Grundlage (den Sockel) zur Transistorbef esti- 5 gung (K) des Prüfkreises (D) legbar (steckbar) sind, wobei eine Leuchtdiode (D im Prüfkreis (D) dann aufleuchtet, wenn der überprüfte (zu prüfende) Tran¬ sistor in Ordnung ist, und wobei ein Mikro-Avometer (w) zur Messung der Strom- o stärke und der Batterie Spannung vorgesehen ist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1988-02-11| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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