Telemetriesystem

Dr.-Ing. Friedmar Graichen

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Mehrkanaliges implantierbares Telemetriesystem

1988 wurde der im eigenen Labor entwickelte 4-Kanal Telemetriesender zur Kraftmessung im künstlichen Hüftgelenk eingesetzt. Drei Halbleiter Dehnungs-Messstreifen im Hohlraum des Prothesenhalses ermöglichten die Erfassung aller drei Kraftkomponenten. Im vierten Kanal wurde der Temperaturwert des Messsenders übertragen.

Um bei anderen Implantaten auch die Momenten-Komponenten messen zu können, musste die Schaltung um zusätzliche Kanäle erweitert werden. Durch Integration der meisten Komponenten auf einem integrierten Schaltkreis (bipolares Transistor-Array) entstand 1991 der 8-Kanal Telemetriesender. Dieser kam im Wirbel-Fixateur interne und zur Temperaturmessung in einer zweiten Hüftendoprothese zum Einsatz.

Durch weitere Miniaturisierung entstand 2004 der 9-Kanal Telemetriesender. Die Möglichkeit der Programmierung eines jeden Kanals auf den Wert des angeschlossenen Sensors, erhöht die Messgenauigkeit und die Flexibilität. Kernstück der Schaltung ist ein kundenspezifischer integrierter Schaltkreis.

Systemkomponenten

Für die Dauer der Messungen sind die Energiespule und die Empfangsantenne am Patienten in der Nähe des Implantats befestigt. Die Energieversorgung des Messimplantats erfolgt induktiv durch ein äußeres Magnetfeld. Dieses aktiviert den implantierten Telemetriesender und die Messwerte werden als hochfrequente Signale aus dem Körper heraus gesendet. Das externe Gerät TELEPORT empfängt die Prothesensignale, wertet sie aus und übergibt die Daten an den Personal Computer. Dieser berechnet alle Messwerte und zeigt sie unmittelbar auf dem Display an. Gleichzeitig werden die Patienten mit einer Kamera gefilmt, und Bild und Ton gemeinsam mit den empfangenen Messdaten auf einer digitalen Videokassette synchron aufgezeichnet. Ausgewählte Messsequenzen werden als Clips gespeichert und in der Datenbank OrthoLoad zur Verfügung gestellt.

9-Kanal Telemetriesender

Der 9-Kanal Telemetriesender misst 12,5 x 6mm und ist in doppelseitiger Dickschicht-Hybridtechnik hergestellt. Alle Funktionen der Schaltung sind auf einem kundenspezifischen Schaltkreis in BICMOS-Technologie integriert. Die kleinsten Strukturen weisen eine Bahnbreite von 0.8 µm auf. Die Abmessungen des Chips betragen nur 2,6 x 2mm.

Kanal 1-6 sind für Dehnungsmessstreifen oder Temperatursensoren des Implantats vorgesehen. Kanal 7 überträgt die Temperatur der Hybridschaltung. Im Kanal 8 wird die Höhe der induzierten Versorgungsspannung sensiert. Die Stärke des Magnetfeldes kann dadurch ständig auf die erforderliche Größe geregelt werden. Kanal 9 dient zur Synchronisation der Pulsfolge.

Über acht zusätzliche Programmieranschlüsse kann jeder Messkanal individuell an den Wert des angeschlossenen Sensors angepasst werden. Nach der Programmierung aller Kanäle wird der Zustand im integrierten Speicher (PROM) festgehalten, die Programmieranschlüsse werden abgebrochen, der Telemetriesender verkürzt sich auf 9,5 x 6mm.

Der 9-Kanal Telemetriesender wird seit 2004 zur Messung von Kräften und Momenten in den instrumentierten Schulterendoprothesen und Knieendoprothese, im  Wirbelkörperersatz und seit 2010 auch in Hüftendoprothesen (Hip III) eingesetzt [Graichen et al., 2007].

8-Kanal Telemetriesender

Doppelseitige Dickschicht Hybridtechnik mit Bipolar-Transistor-Array (4,2  x 5,0mm) und 17 passiven  Komponenten. Abmessungen: 14 x 7mm. Anschlüsse für sechs externe Sensoren.

Der 8-Kanal Telemetriesender wurde im Wirbel-Fixateur interne und zur Temperaturmessung im Hüftgelenk eingesetzt [Graichen et al., 1996], [Graichen et al., 1999].  

4-Kanal Telemetriesender

Doppelseitige Dickschicht Hybridtechnik mit 14 aktiven und 21 passiven  Komponenten. Abmessungen: 15 x 7mm. Anschlüsse für drei externe Sensoren.

Der 4-Kanal Telemetriesender wurde zur Messung der Kraftkomponenten in Hüftendoprothese (Hip I) eingesetzt [Bergmann et al., 1988], [Graichen et al., 1991].


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Dr.-Ing. Friedmar Graichen

Wissenschaftlicher Mitarbeiter