Bei osteosynthetischen Behandlungen, beispielsweise von Knochenfrakturen an Röhrenknochen ist der Einsatz von Knochenschrauben häufig. Die Knochenschrauben werden vielfach senkrecht zur Knochenlängsachse in den Knochen eingeschraubt.

Dabei dringt die Knochenschraube in die Gegenkortikalis des Knochens ein. Die Spitze der Knochenschraube sollte aber nicht in den Weichteilmantel ragen.

Weichteiiirritationen oder Verletzungen können die Folge davon sein. Daher ist eine exakte Längenbestimmung für die in ein vorgebohrtes Schraubenloch einzusetzende Knochenschraube wichtig.

Aus der US 5,013, 318 SPRANZA ist ein Messinstrument zur Ermittlung der Tiefe eines für eine Knochenschraube bestimmten Bohrloches bekannt. Dabei wird ein Kolben mit mehreren ausfahrbaren Haken an der Spitze durch die Bohrung eingeführt. Nachdem die Spitze über die Gegenkortikalis hinausgeschoben wurde, werden die Haken ausgefahren, so dass der Kolben nicht aus der Bohrung herausgezogen werden kann bis die Hülse so weit auf dem Kolben verschoben worden ist, dass ihr vorderes Ende an der Oberfläche des Knochens ansteht und in dieser Position arretiert werden kann.

Nach dem Herausziehen kann auf einer Skala die Länge des Bohrloches abgelesen werden. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, dass die Haken an der Gegenkortikalis abrutschen können, so dass die Messung verfälscht werden kann.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Längen-respektive Tiefenmessung zu schaffen, welche die Gefahr einer Fehimessung durch falsches Positionieren der Messstabspitze entweder durch zu weites Einschieben des Messstabes oder durch Abrutschen von Haken ausschliesst.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Längen-und Tiefenmessung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Vorrichtung umfasst eine Längenmesseinrichtung zur Messung der Tiefe oder Länge eines Bohrloches und eine zweite Messeinrichtung mit ersten und zweiten Mitteln zur Messung mindestens einer bezüglich des den Messstab umgebenden Gewebes signifikanten Messgrösse W. Als signifikante Messgrössen W eignen sich beispielsweise : - Die Dichte des umliegenden Gewebes, insbesondere der Weichteile und der Kortikalis oder Spongiosa des Knochens ; - Die Farbe des umliegenden Gewebes, insbesondere der Weichteile und des Knochens bei Lasermessungen ; - Der Unterschied der Schallimpedanz beispielsweise zwischen einer fest mit dem Ultraschallwandler verbundenen Wasserschicht und dem umliegenden Gewebe.

Je nach Ausführungsform kann die zweite Messeinrichtung auf des Basis von elektromagnetischen oder akustischen Wellen arbeiten. Durch die zweite Messeinrichtung wird die vom Wert der signifikanten Messgrösse W abhängige Energie oder Intensität) der vom Gewebe reflektierten elektromagnetischen oder akustischen Wellen gemessen.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung - die Gegenkortikalis nicht mehr mit einem Haken gefasst werden muss, wodurch ein Abrutschen des Hakens sowie dadurch entstehende Fehlmessungen nicht auftreten ; - die gemessene Länge nicht in-situ abgelesen werden muss ; - die Anzeige gut ablesbar ist ; und - eine Einhandbedienung ermöglicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die ersten Mittel eine Quelle zur Abgabe von elektromagnetischen Wellen und einen Empfänger für die reflektierten elektromagnetischen Wellen. Vorzugsweise ist die Quelle durch eine Laserdiode realisiert, welche am Halter der Vorrichtung angebracht sein kann. Die emittierten Lichtwellen sind beispielsweise durch lichtleitende Fasern oder Faserbündel von der Laserdiode bis an das vordere Ende des Messstabes transportierbar. Als Empfänger eignen sich beispielsweise optoelektronische Komponenten, insbesondere Photodioden.

Damit ist der Vorteil erreichbar, dass die zur Längsachse orthogonale Querschnittsfläche des Messstabes minimal gehalten werden kann und die Vorrichtung auch für kleine Bohrungen in einem Knochen anwendbar ist. Ferner können grössere Laserdioden mit höherer Leistung eingesetzt werden.

In einer anderen Ausführungsform umfassen die ersten Mittel einen Ultraschallwandler.

Der Vorteil eines Ultraschallwandlers liegt darin, dass vom Ultraschallwandler intermittierend Ultraschallwellen emittiert und empfangen werden können, so dass der Sender und Empfänger durch ein einziges Bauteil realisierbar sind und die Abmessungen des Messstabes minimal gehalten werden können.

In wiederum einer anderen Ausführungsform umfassen die zweiten Mittel der zweiten Messeinrichtung eine Messsignalverarbeitungseinrichtung, welche mit mindestens einem Messverstärker, einem Messwertwandler und einem Rechner ausgestattet ist.

Diese Mittel können durch elektronische Komponenten realisiert werden, so dass beispielsweise bei Anwendung eines Mirkoprozessors die Abmessungen der Vorrichtung klein gehalten werden können.

In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Messeinrichtung als Gewebedichtemesseinrichtung realisiert. Die Erfassung der Gewebedichte lässt sich durch Kalibrierung der signifikanten Messgrösse (Farbe, Schallimpedanz) erreichen.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Steuerung zur Ausführung der Längen-oder Tiefenmessung mittels der Längenmesseinrichtung.

Vorzugsweise gibt ein zur Messsignalverarbeitungseinrichtung zählender Rechner nur bei Änderungen der Intensität) der durch das Gewebe reflektierten elektromagnetischen oder akustischen Wellen in einem Bereich von zwischen 50 % und 100 % ein Signal an die Steuerung ab. Dadurch ist der Vorteil erreichbar, dass durch Schwankungen der Intensität) der reflektierten Wellen in der Spongiosa oder in der Kortikalis kein Signal an die Steuerung abgegeben wird.

In einer anderen Ausführungsform gibt der Rechner bei einem Anstieg der reflektierten Intensität oder Energie in einem Bereich von zwischen 80 % und 100 % und einem nachfolgenden Abfall der Intensität I der reflektierten Wellen in einem Bereich von zwischen 95 % und 100 % ein Signal an die Steuerung ab, so dass sich der Moment des Austrittes des vorderen Endes des Messstabes aus dem Röhrenknochen durch die Gegenkortikalis genauer erfassen lässt.

In wiederum einer anderen Ausführungsform umfasst die Messsignalverarbeitungs- einrichtung einen elektronischen Filter, wodurch der Vorteil erreichbar ist, dass Fehlmessungen unterdrückbar sind.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Längenmesseinrichtung durch elektronische Mittel realisiert, so dass insbesondere durch die Messwertanzeige auf einem elektronischen Display zuverlässige Ablesung des gemessenen Resultates möglich ist.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform ist der Messstab an seinem hinteren Ende mit einem Halter verbunden, wobei zwischen dem Halter und der auf dem Messstab axial verschiebbaren Hülse eine Druckfeder angeordnet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt im wesentlichen darin, dass die Vorrichtung während der Messprozedur mit einer Hand bedient werden kann. Der Chirurg schaltet die Vorrichtung über das Bedienungselement ein und kann den Messstab durch die Bohrung im Knochen drücken. Dabei gibt die durch die Druckfeder nach vorne gedrückte Hülse Gegendruck.

In einer anderen Ausführungsform wird durch die Längenmesseinrichtung die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab mittels einer die Federkraft der Druckfeder messenden Kraftmessdose erfasst. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass die Längenmessung nicht durch im Operationsraum eventuell vorhandene elektromagnetische Felder gestört wird. Zudem wird an der Hülse kein elektrisches Element zur Längenmessung benötigt.

In wiederum einer anderen Ausführungsform wird durch die Längenmesseinrichtung die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab induktiv erfasst. Vorzugsweise erfolgt die induktive Messung mittels einer am Messstab oder am Halter angebrachten, elektrischen Spule und einem durch die Zentralbohrung der Spule durchführbaren und an der Hülse angebrachten Eisenkern.

In einer weiteren Ausführungsform wird die Verschiebung X der Hülse auf dem Messstab durch optoelektronische Mittel erfasst. Der Vorteil einer solchen Ausgestaltung liegt in der hohen erreichbaren Messgenauigkeit.

Die Längen-oder Tiefenmessung am Knochen ist vorzugsweise nach einer Variante des erfindungsgemässen Verfahrens wie folgt ausführbar : a) Anlegen des vorderen Endes der Hülse an die proximale Oberfläche eines Röhrenknochens, derart, dass der Messstab bei einem nachfolgenden axialen Verschieben der Vorrichtung durch die vorbereitete Bohrung im Röhrenknochen durchführbar ist ; b) Aktivieren der Längenmesseinrichtung sowie der zweiten Messeinrichtung durch Betätigen des Bedienungselementes ; c) Durchführen des Messstabes durch die Bohrung im Röhrenknochen bis das vordere Ende des Messstabes durch die der Eintrittsstelle diametral gegenüberliegende, distale Kortikalis des Röhrenknochens durchgeführt ist ; d) Kontinuierliches Messen der bezüglich der Art des Gewebes signifikanten Messgrösse W mittels der zweiten Messeinrichtung bis das vordere Endes des Messstabes durch die distale Kortikalis eines Röhrenknochens durchgeführt ist ; e) Abgeben eines Steuersignales an die Längenmesseinrichtung zum Erfassen und Anzeigen des von der Hülse zurückgelegten Weges X ; f) Herausziehen des Messstabes aus der Bohrung im Röhrenknochen ; und g) Ablesen der gemessenen Länge an der Anzeige der Vorrichtung.

Bei einer anderen Variante wird unter Schritt e) das Steuersignal durch Betätigen eines Bedienungselementes an die Längenmesseinrichtung abgegeben. Diese Variante hat den Vorteil, dass auch die Tiefe von Sacklöchern in einem Knochen messbar ist. Dazu wird der Messstab bis zum Anschlag in das Sackloch eingeführt und die Längenmessung durch Betätigen des Bedienungselementes aktiviert.

Bei wiederum einer anderen Variante wird der Schritt e) automatisch ausgeführt, wobei das Steuersignal von einer mit der zweiten Messeinrichtung verbundenen Steuerung an die Längenmesseinrichtung abgegeben wird.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Es zeigen : Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 vor Beginn der Längenmessung ; Fig. 2 einen Teilschnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 nach Beenden der Längenmessung ; Fig. 3 eine schematische Darstellung des Verlaufes der signifikanten Messgrösse W während des Einführens des Messstabes durch einen Röhrenknochen ; und Fig. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 dargestellt, welche einen Messstab 6 mit einem Halter 5 und eine koaxial zur Längsachse 2 der Vorrichtung 1 relativ zum Messstab 6 verschiebbare Hülse 4 umfasst. Der Halter 5 ist mit einem vom vorderen Ende 23 des Halters 5 koaxial eindringenden Hohlraum 24 versehen, welcher vom vorderen Ende 23 des Halters 5 gemessen eine Tiefe T aufweist und am vorderen Ende 23 des Halters 5 mittels einer Verengung 25 radial verjüngt ist. Der Messstab 6 ist am hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 mit dem Halter 5 verbunden. Auf dem Messstab 6 koaxial verschiebbar angeordnet ist die Hülse 4. Die Hülse 4 ragt ebenfalls teilweise in den Hohlraum 24 und umfasst an ihrem hinteren Ende 27 eine Schulter 28, welche in der vordersten Position der Hülse 4 auf der durch die Verengung 25 im Hohlraum 24 gebildeten Auflage 30 aufsteht, so dass die Hülse 4 nicht aus dem Hohlraum 24 herausgleiten kann und mit dem Halter 5 zusammengehalten wird.

Zwischen dem hinteren Ende 27 der Hülse 4 und dem hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 ist koaxial zur Längsachse 2 eine Druckfeder 14 angeordnet, wodurch die Hülse 4 in Richtung des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 gedrückt wird.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 umfasst die Längenmesseinrichtung 12 induktiv arbeitende Mittel, beispielsweise einen als wechselspannungsgespiesene Spule ausgestalteten Wegmessfühler 33, welcher die durch die axiale Verschiebung X des an der Hülse 4 angebrachten Eisenkernes 34 relativ zum Wegmessfühler 33 induzierte Spannung erfasst. Die zweite Messeinrichtung umfasst hier als erste Mittel 43 eine Quelle 45, welche durch eine im Halter 5 angeordnete Laserdiode und ein die elektromagnetische Wellen leitendes Faserbündel 21 realisiert ist, und einen am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 angeordneten Empfänger 46. Die ebenfalls zur zweiten Messeinrichtung zählenden zweiten Mittel 44 umfassen eine Messsignalverarbeitungseinrichtung 10 mit einem Messverstärker, einem analog/digital Messwertwandler und einem digitalen Rechner. Die von der Laserdiode emittierten elektromagnetischen Wellen werden mittels des lichtleitenden Faserbündels 21 bis zum vorderen Ende 8 des Messstabes 6 geführt und dort von der Spitze 35 des lichtleitenden Faserbündels 21 quer zur Längsachse 2 abgestrahlt. Durch den Empfänger 46 werden die durch das den Messstab 6 an seinem vorderen Ende 8 umgebende Material reflektierten elektromagnetischen Wellen detektiert. Die zweite Messeinrichtung sowie die Längenmesseinrichtung 12 werden durch eine im Halter 5 angeordnete Batterie 29 mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt. Ebenfalls im Halter 5 angeordnet ist eine Steuerung 13 zur Steuerung der zweiten Messeinrichtung und der Längenmesseinrichtung 12. Die Steuerung 13 umfasst ein manuell bedienbaren Bedienungselement 16 zur Abgabe von Steuersignalen an die Längenmesseinrichtung 12, die zweite Messeinrichtung und die Messsignalverarbeitungseinrichtung 10. Die elektrischen Komponenten der Vorrichtung 1 sind durch Kabeln 19 miteinander verbunden.

Zur Längenmessung wird der Messstab 6 mit seinem vorderen Ende 8 in die Bohrung 32 im Röhrenknochen 3 eingeführt bis die Hülse 4 mit ihrem vorderen Ende 15 an der proximalen Oberfläche des Röhrenknochens 3 zur Anlage kommt (Fig. 1). Die Hülse 4 befindet sich dabei in ihrer vordersten Position, welche durch die an der Verengung 25 des Hohlraumes 24 anstehende Schulter 28 am hinteren Ende 27 der Hülse 4 bestimmt ist. Der Abstand A zwischen dem Empfänger 46 und dem vorderen Ende 15 der Hülse 4 ist derart bemessen, dass er kleiner als der Durchmesser D des kleinsten Knochens ist, bei welchem die Vorrichtung 1 eingesetzt werden soll.

Durch Betätigung des Bedienungselementes 16 wird die Längenmesseinrichtung 12 sowie die zweite Messeinrichtung aktiviert. Beim weiteren Einschieben des Messstabes 6 in die Bohrung 32 im Röhrenknochen 3 wird die Hülse 4 relativ zum Halter 5 koaxial in den Hohlraum 24 eingeschoben. Dabei wird durch die hier induktiv arbeitende Längenmesseinrichtung 12 der axiale Verschiebeweg der Hülse 4 erfasst. Da der Wert der durch die zweite Messeinrichtung gemessenen signifikanten Messgrösse W der Kortikalis des Röhrenknochens 3 gegenüber dem in der Spongiosa im Innern des Röhrenknochens 3 gemessenen Wert sowie gegenüber dem Wert der signifikanten Messgrösse W der den Röhrenknochen 3 umgebenden Weichteile wesentlich verschieden ist, werden beim Durchtreten des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 durch die distale Kortikalis des Röhrenknochens 3 zwei wesentliche Veränderungen der signifikanten Messgrösse festgestellt. Nachdem diese Veränderungen der signifikanten Messgrösse W erfasst wurden, wird durch die Steuerung 13 ein Steuersignal an die Längenmesseinrichtung 12 abgegeben, so dass die Verschiebung X ermittelt wird (Fig.

2). Zur Bestimmung des relevanten, zur Längsachse 2 der Vorrichtung 1 parallelen Durchmessers D des Röhrenknochens 3 werden die gemessene Verschiebung X und der Abstand A addiert und als Messgrösse an der Anzeige 11 angezeigt.

In Fig. 3 ist beispielhaft der Verlauf der Intensität) der durch das Weichteil-respektive Knochengewebe reflektierten Schallwellen in Abhängigkeit des vom Empfänger 46 am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 zurückgelegten Weges s durch einen Röhrenknochen 3 dargestellt. Der Messstab 6 wird koaxial zu seiner Längsachse 2 durch die Bohrung 32 in einem Röhrenknochen 3 durchgeschoben. Beim Eintritt des vorderen Endes 8 des Messstabes 6 von aussen in die proximale Kortikalis 39 des Röhrenknochens 3 wird ein Intensitätssprung AIA der reflektierten Schallwellen von ca.

98 % gemessen, welcher signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen AIG im den Röhrenknochen 3 umgebenden Weichteilgewebe 42 und ebenfalls signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen AIs in der Spongiosa 41 im Innern des Röhrenknochens 3 ist. Sobald der Messstab 6 die proximale Kortikalis 39 durchdrungen hat und der Sensor 7 im Bereich der Spongiosa 41 ist, wird eine sprunghafte Intensitätsabnahme All von ca. 82 % erfasst, welche ebenfalls signifikant grösser als die Intensitätsschwankungen AIG im Weichteilgewebe 42 und die Intensitätsschwankungen AIs in der Spongiosa 41 ist. Beim Übergang von der Spongiosa 41 zur distalen Kortikalis 40 und von der distalen Kortikalis 40 in das den Röhrenknochen 3 umgebende Weichteilgewebe 42 werden betragsmässig ungefähr dieselben Intensitätsschwankungen All und AIA erfasst. Die Steuerung 13 (Fig. 1) ist so ausgelegt, dass beim Erfassen beider Intensitätsänderungen an der distalen Kortikalis 40, d. h. der Intensitätszunahme All zwischen Spongiosa 41 und distaler Kortikalis 40 sowie der Intensitätsabnahme AIA zwischen der distalen Kortikalis 40 und dem Weichteilgewebe 42 der relevante Messwert für die Verschiebung X der Hülse 4 auf dem Messstab 6 ermittelt wird. Die Abnahmen respektive Zunahmen der gemessenen Intensität) der reflektierten Schallwellen werden durch die nachstehende Tabelle noch verdeutlicht : Reflexion in % Reflexion in % relativ zu Knochen Fett 0, 0428 0, 11 Spongiosa 6, 5680 17, 62 Knochen 37, 2742 100 Muskel 0, 2326 0, 62 Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung 1 unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform nur darin, dass die Längenmesseinrichtung 12 eine zwischen dem hinteren Ende 31 des Hohlraumes 24 und dem hinteren Ende 38 der Druckfeder 14 angeordnete Kraftmessdose 26 umfasst und dass die zweite Messeinrichtung einen Ultraschallwandler 47 am vorderen Ende 8 des Messstabes 6 umfasst. Die Messung der Verschiebung X wird durch Kraftmessung der von der Druckfeder 14 auf die Kraftmessdose 26 ausgeübten Druckkraft und Umrechnung der gemessenen Druckkraft in den während der zurückgelegten Federweg, welcher der Verschiebung X der Hülse 4 auf dem Messstab 6 entspricht. Der Ultraschallwandler 47 ist eine Kombination von Quelle 45 und Empfänger 46 (Fig. 1), derart, dass von einer Membran intermittierend Ultraschallwellen emittiert respektive empfangen werden.