Intelligente Implantate für das Monitoring der Knochenheilung [Intelligent implants for monitoring of bone healing]

Abstract

Bei der Kontrolle des Heilverlaufs einer Fraktur handelt es sich um ein komplexes Problem. Röntgenbilder ermöglichen ausschließlich eine Aussage über die Kalzifizierung.

Es wurde ein System entwickelt, mit welchem die Knochenheilung mechanisch telemetrisch gemessen werden kann. Es besteht aus einer Elektronikeinheit, die auf einer winkelstabilen Platte aufgebracht wird, einem externen Lesegerät und einem Bodensensor zur Messung von extern applizierter Last. Durch Korrelation extern auf die Extremität aufgebrachter Lasten mit der Verformung im Implantat wird die Elastizität der Osteosynthese bestimmt. Diese nimmt mit zunehmender Konsolidierung der Fraktur oder Pseudarthrose ab und ist geeignet, den Verlauf der Knochenheilung zu quantifizieren.

Die Anwendung des neu entwickelten Systems erfolgte bei 56 Patienten mit Pseudarthrose oder Fraktur des Femurs, bei 47 von ihnen war die Behandlung abgeschlossen. In 46 der 47 Fälle wurde die knöcherne Konsolidierung erreicht. Es ließen sich unterschiedliche Heilungstypen (schnelle Heilung, langsame Heilung, Plateauphase mit anschließender schneller Heilung, ausbleibende Konsolidierung) differenzieren.

Das System bewährte sich zur Beurteilung der Knochenheilung bei schwierigen Heilungssituationen. Eine routinemäßige kostengünstige Fertigung ist möglich, da die verwendeten elektronischen Komponenten aus Massenproduktionen abgeleitet sind.

Background: Monitoring of fracture healing is a complex problem. Radiographs solely enable the estimation of calcification. Telemetric determination of bone healing: A telemetric system to mechanically assess bone healing was developed. The system consists of an electronic unit applied to a locked plate, an external reader and a ground sensor to measure externally applied loads. By correlating the externally applied load and deformation in the implant, the elasticity of the osteosynthesis is calculated. Elasticity decreases with ongoing consolidation of a fracture or nonunion and is appropriate to monitor the course of bone healing. Clinical application: Clinical application was performed in 56 patients suffering nonunions or a fracture of the femur; in 47 cases treatment was completed. In 46 of 47 patients, consolidation was achieved. Different types of healing curves could be differentiated (fast healing, slow healing, plateau with following fast healing, nonhealing). Conclusion: The system proved to be valuable for the judgement of bone healing in difficult healing situations. Routine cost-effective manufacturing is possible, because the used electronic components are derived from mass products. © 2013 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.