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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Ein Hexapod Roboter Fixateur externe für die automatische Frakturdynamisierung oder kraftgesteuerte Distraktionsosteogenese

Meeting Abstract

  • R. Wendlandt - Unversitätsklinikum Schleswig-Holstein, Klinik für Chirurgie des Stütz- und Bewegungsapparates, Lübeck, Germany
  • K. Seide - BG Unfallkrankenhaus Hamburg, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
  • U. Schümann - BG Unfallkrankenhaus Hamburg, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
  • U. J. Gerlach - BG Unfallkrankenhaus Hamburg, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany
  • A. P. Schulz - Universitätsklinik Schleswig-Holstein, Campus Lübeck, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Lübeck, Germany
  • C. Jürgens - BG Unfallkrankenhaus Hamburg, Unfall- und Wiederherstellungschirurgie, Hamburg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocPO20-1345

DOI: 10.3205/09dkou723, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou7233

Published: October 15, 2009

© 2009 Wendlandt et al.
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Fragestellung: Der Hexapod Fixateur externe basiert auf der sogenannten parallelen Roboterkinematik. diese erlaubt exakte 3-dimensionale Knochenbewegungen bei kontinuierlich gegebener Stabilität. In der klinischen Routine erfolgen derzeit Einstellungen am Hexapod Fixateur manuell nach einem vorgegeben zeitlichen Schema. Beim Roboter Fixateur werden diese durch kraftmesstechnischgesteuerte Motorbewegungen überlagert oder ersetzt. An einem für den klinischen Einsatz vorgesehen Prototypen waren die erreichbaren Kräfte und die Genauigkeit des Systems zu untersuchen.

Methodik: Der Hexapod Fixateur besteht aus 6 linearen Aktuatoren (Distratoren), welche an 2 Ringsystemen über nicht blockierte Kugelgelenke montiert sind.

Es wurden Distraktoren mit Elektromotorantrieb und eingebauten Kraftsensoren entwickelt, welche mit den manuellen mechanisch kompatibel sind. Ein embedded Mikrocontroller steuert die Geschwindigkeit des Motors, speichert die Position und führt die Kraftmessungen durch. Die Übertragung der Steuerungsparameter erfolgt mit einem Notebook-PC. Zunächst wurden die Aktuatoren im Hinblick auf Einstellgeschwindigkeit und -genauigkeit untersucht.

Der Roboter Hexapod Fixateur mit 6 motorbetriebene Aktuatoren wurde dann an Kunststofffrakturmodellen montiert. Im Fraktur/Osteotomiespalt wurde ein Kraft-Referenz-Sensor eingebracht und die Messwerte unter vorgegebenen klinisch relevante Bedingungen analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen: Die maximale Verstellgeschwindigkeit der einzelnen Distraktoren wurde unter 50N Last mit 2mm pro Sekunde bestimmt, die maximal erreichbare Kraft betrug 100N. Die maximal erreichbare Distraktionskraft in der Hexapodanordnung variierte mit der Geometrie der Konstruktion, typische Werte lagen bei ca. 300N. Der Roboter Fixateur erreichte eine Positionierungsgenauigkeit für simulierte Fraktursituationen von besser als 1 mm und 1°. Die im Fraktur-/Distraktionsspalt generierte Kompressions- bzw. Distraktionskraft wurde mit 5% Genauigkeit erreicht.

Basierend auf einem manuellen Hexapod Fixateur System wurde ein "intelligenter" Fixateur entwickelt. Effektiv handelt es sich um einen an den Knochen montierten Roboter. Neben der Motor unterstützen Frakturreposition erlaubt eine Kraftregelung das Aufbringen und kontrollierte Einhalten einer vorgegebenen Kompression im Frakturspalt, z.B. bei Resorptionsvorgängen.

Der Roboterfixateur wird sich auch ideal eignen für die sukzessuve Fehlstellungskorrektur mit Distraktionsosteogenese. Ein geplanter Bewegungsweg wird präzise verfolgt und die Distraktiongeschwindigkeit automatisch angepasst, um eine optimale Knochenqualität zu erreichen. Die Kraftmessung kann darüberhinaus zum mechanischen Monitoring der Knochenheilung unter Vermeidung von Röntgenbildern verwendet werden. Das System besutzt bereits eine Bluetooth Schnittstelle für drahtlose Kommunikation. Telemedizinische Checkups und Einstellungen werden durch Nutzen der Internetresourcen eines Mobiltelefons möglich sein.