Verfahren und Einrichtung zur Untersuchung von Gelenkstörungen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Diagnose von Gelenkstörungen.
Die Erfindung wird nachfolgend mit besonderer Berücksichtigung des Kniegelenkes beschrieben. Die Erfindung bezieht sich jedoch, wie später erläutert werden soll, auf irgendein Gelenk des Körpers, das gegenseitig bewegliche Knochen und/oder Knorpeizwischenlagen als reibungsarme Gleitflächen zwischen den Knochen enthält.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein diagnostisches Verfahren und eine Einrichtung, durch die viele pathologische Zustände solcher Gelenke rasch und genau festgestellt werden können. Sie gestattet auch die Feststellung von Gelenkstörungen, die mit Röntgenstrahlen nicht feststellbar sind, sowie anderer Gelenkstörungen, ohne auf die aufwendige und zeitraubende Röntgenmethode zurückzugreifen.
In den Dreissigerjahren hat Steindler umfangreiche Versuche unternommen, um mit schallempfindlichen Vorrichtungen gestörte Gelenkfunktionen festzustellen.
Ein Aufsatz über die Einzelheiten seiner Tätigkeit findet sich in The Journal of Bone and Joint Surgery vom Januar 1937. Es ist nun möglich geworden, wesentlich weiter zu gehen, als dies Steindler möglich war.
Damit nun die erfindungsgemässe Einrichtung am besten verstanden wird, muss die Art der Gelenkstörungen klar dargelegt werden. Wie bereits erwähnt, wird besonders das Kniegelenk berücksichtigt, wo Gelenk störungen normalerweise häufiger und komplizierter sind. Ein gründliches Verständnis des auf das Kniegelenk diagnostisch angewendeten Verfahrens und der Einrichtung wird das Verständnis der Erfindung und ihrer Anwendung bei anderen anatomischen Störungen erleichtern.
Allgemein kann man beim Kniegelenk drei Störungsgebiete unterscheiden. Das erste ist der Knochen, das zweite der Knorpel und das dritte die Gelenkflüssigkeit.
Es gibt zwei hauptsächliche Gelenkstörungen, die in Betracht kommen können.
Die erste ist die Osteo-Arthritis (proliferative hypertrophische Arthritis), die gekennzeichnet ist durch ein Wuchern des Knochengewebes an den Gelenkflächen des Knochens.
Die zweite ist die rheumatoide oder atrophische Arthritis. Diese Art ist gekennzeichnet durch ein Schrumpfen der Gelenkkapsel und durch die Zerstörung des Knorpelbelages an den Knochenenden.
Im Kniegelenk betreffen die betrachteten Knorpelschäden auch die Menisken, von denen in jedem Kniegelenk zu beiden Seiten je einer besteht. Die Schäden an diesen Knorpelgeweben sind verschiedener Natur: Sie können verschoben sein; manchmal bildet ein nicht durchgehender Riss handgrifförmige Deformationen, und in gewissen Fällen löst sich durch einen durchgehenden Riss ein Teil des Knorpelgewebes und verbleibt lose im Gelenk.
Eine weitere Art von Gelenkknorpelschaden oder -krankheit ist unter dem Namen Osteochondritis dessicans bekannt. Wie der Name sagt, trocknet dabei das Knorpelgewebe ein. Diese Krankheit oder Störung hat oft zur Folge, dass Teile des Knorpelgewebes abbrechen und zu losen Körpern im Gelenk, bekannt unter dem Namen Gelenkmaus, werden.
Das dritte Störungsgebiet im Gelenk betrifft den Gelenkschleim. Eine der Störungen ist hier die Hydro Arthrosis, eine übermässige Ansammlung von Gelenkschleim im Gelenk.
Ein weiterer krankhafter Zustand ist die Verminderung der Gelenkschleimmenge im Gelenk, die im Zusammenhang mit der Osteo-Arthritis auftritt. Eine weitere Störung ist die Haemo-Arthrosis.
Die heutigen Methoden, einen der erwähnten pathologischen Zustände zu diagnostizieren, umfassen die Aufnahme der Krankengeschichte, die physische Untersuchung und eine Röntgenaufnahme des gestörten Körpergebietes. Man kennt auch eine Diagnosetechnik unter dem Namen Pneumoarthrographie, die darin besteht, zwischen die Gelenkflächen Luft einzupumpen und dann eine Röntgenaufnahme zu machen. Zur Ergänzung kann das Gelenk abgesogen werden, und die Unter suchung des abgesogenen Gelenkschleimes kann zur
Stellung einer Diagnose behilflich sein.
Die vorstehend beschriebenen Methoden sind ver hältnismässig unvollständig und zu umständlich, um eine schnelle und genaue Diagnose zu stellen. Das erfindungsgemässe Diagnoseverfahren liefert aber nicht nur fast alle Kenntnisse, die durch bisherige Methoden zu erlangen waren, sondern auch Information über allfällige Meniskusschäden, die sonst fast unmöglich erkannt werden können, es sei denn, das Kniegelenk sei steif.
Im weiteren stellt das erfindungsgemässe Verfahren die beste bekannte Art dar, kleinste Veränderungen in einem pathologischen Zustand in den Anfangsstadien zu diagnostizieren, bevor die Störung so weit fortgeschritten ist, dass sie auf dem Röntgenbild erkennbar ist.
Das vorgeschlagene Verfahren besteht nun darin, dass die bei der Betätigung der Gelenke entstehenden Geräusche an mindestens einer Stelle mindestens eines Gelenkes aufgenommen, aufgezeichnet und zur Diagnose untereinander verglichen werden.
Zur Ausführung des Verfahrens sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein elektroakustischer Wandler, Mittel zu dessen Befestigung an einem zu untersuchenden Gelenk oder an einem Vergleichsgelenk, Mittel zum Verändern des Anlege druckes des Wandlers auf das entsprechende Gelenk, Mittel zum Herstellen einer Aufzeichnung der aufgenommenen Geräusche, Mittel zum Herstellen zweier gleichzeitiger und getrennter graphischer Aufzeichnungen der aufgenommenen Geräusche, zwischen den Wandlern und den aufzeichnenden Geräten eingeschaltete Frequenzfilter- und analysatoren zur Analyse der Aufzeichnungen und zur Herstellung einer graphischen Aufzeichnung der Amplituden in Abhängigkeit von der Frequenz vorgesehen sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschema einer Auswertungsvorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Wandlers mit einer Nadel, der für gewisse Fälle als bestens geeignet empfohlen wird;
Fig. 3 im Längsschnitt die Befestigungsart der Nadel am Wandler,
Fig. 4 in perspektivischer Darstellung einen Wandler mit zwei Mikrophonen,
Fig. 5 in perspektivischer Ansicht einen Wandler mit drei Mikrophonen,
Fig. 6 im Schnitt einen Wandler mit drei Mikrophonen,
Fig. 7 in Vorderansicht einen Taktgeber,
Fig. 8 einen Ausschnitt einer Aufzeichnung eines zweistrahligen Schleifen-Oszillographen,
Fig. 9 eine typische Aufzeichnung einer Auswertungsvorrichtung,
Fig.
10 eine schematische Schnittansicht einer Verbesserung am Oszillographen, welche ermöglicht, dass die Aufzeichnungen nahezu gleichzeitig mit der Auswertung hergestellt werden,
Fig. 11 eine Ansicht eines Bandes, mit dem ein Wandler an einem Knie befestigt werden kann,
Fig. 12 einen Querschnitt durch einen verbesserten Wandler und
Fig. 13, 14 und 15 Wiedergaben von praktisch durchgeführten Geräuschaufzeichnungen.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht die Einrichtung im wesentlichen aus einem Wandler 20 und einem Analysator 21.
Die Aufgabe des Wandlers 20 ist, das vom Gelenk erzeugte Geräusch in elektrische Signale umzuwandeln.
Die Aufgabe des Analysators 21 ist, diese elektrische Energie in wahrnehmbare Formen überzuführen, die eine Diagnose ermöglichen.
Bei der Anwendung der Einrichtung nach Fig. 1 wird durch gegenseitige Bewegung der Elemente eines Gelenkes, z. B. des Kniegelenkes, ein Geräusch erzeugt, Mit Vorteil wird die Einrichtung nach der Nachtruhe des Patienten angewendet, um die Auswirkungen der Belastung der Gelenkflächen durch das Eigengewicht und der Ausbreitung des Gelenkschleimes auszuschalten.
Der Patient wird in Rückenlage mit senkrecht erhobenem Oberschenkel gebracht, damit die Schwerkraft den Gelenkspalt schliesst und die gestörten Gelenkoberflächen in Berührung bringt. In dieser Lage führt der Patient eine oder mehrere aktive sowie passive Streckungen des Kniegelenkes durch. Bei der aktiven Streckung streckt der Patient sein Bein willentlich und ohne fremde Hilfe (sofern und soweit ihm dies wegen seines Zustandes noch möglich ist) in eine senkrechte Stellung und führt anschliessend den Unterschenkel unter möglichster Beibehaltung der senkrechten Stellung des Oberschenkels in die Ausgangslage gegen diesen zurück. Bei der passiven Streckung wird der Fuss durch eine Hilfskraft bis zur vollständigen Streckung des Beines gehoben und dann wieder zurückgeführt, bis die Wade wieder den senkrechten Oberschenkel berührt.
Während der aktiven und passiven Streckungen werden ein oder mehrere Wandler 20, beispielsweise magnetische oder Kristallmikrophone, an vorgewählte Stellen des zu untersuchenden Gelenkes gehalten. Die von den Wandlern erzeugten elektrischen Signale werden vom Analysator 21 empfangen; aus dessen Aufzeichnungen kann der pathologische Zustand diagnostiziert werden.
Die Gelenkgeräusche könnten unter Umständen in grösserer Stärke erzeugt werden, wenn der Patient aus aufrechter Stellung in die Hocke und zurück in aufrechte Stellung ginge. Die Rückenlage mit senkrecht angehobenem Oberschenkel wird jedoch nicht nur wegen der grösseren Bequemlichkeit, sondern auch deswegen vorgezogen, weil das Gewicht des Unterschenkels den Gelenkspalt schliesst und alle beteiligten Flächen in engen Kontakt bringt. Bei der Bewegung erzeugen rauhe anormale Veränderungen oder Schädigungen charakteristische Geräusche. Im weiteren empfinden es viele Patienten als schwierig, in die Hocke zu gehen, während eine Hilfskraft ein Mikrophon anlegt. Dazu kommt, dass gewisse Schäden überhaupt nicht gestatten, dass das Gelenk mit einem erheblichen Gewicht belastet wird.
Je mehr möglichst alle Versuche im wesentlichen in derselben Stellung durchgeführt werden, um so wertvoller wird der Vergleich im Hinblick auf beste klinische Resultate ausfallen.
In vielen Fällen wird die passive Streckung zu nahezu identischen Resultaten wie die aktive Streckung führen. Die passive Streckung weist zudem eine Anzahl Vorteile auf.
Die passive Streckung kann von der Hilfskraft beherrscht und als vollständige Streckung ausgeführt werden. Bei der aktiven Streckung, die auf die willentlich vom Patienten ausgeführte Bewegung beschränkt ist, können Schmerz und andere Faktoren den Patienten hindern, eine vollständige Streckung des Gelenkes aus zuführen. Es wurde bemerkt, dass bei der passiven Streckung ein brandungsähnliches Geräusch am hintern Ende der mittleren Gelenkoberfläche gehört wird. Man nimmt an, dass dieses Geräusch von der Bewegung des Gelenkschleims herrührt. Bei aktiver Streckung ist dieses Geräusch nicht gut hörbar.
Die Einrichtung als Ganzes
Wie bereits erwähnt, umfasst die in Fig. 1 gezeigte Einrichtung einen Wandler 20 und einen Analysator 21.
Zweckmässig wird ein Mikrophon an eine vorgewählte Stelle des zu untersuchenden Gelenkes angelegt. Das durch das Mikrophon erzeugte elektrische Signal wird anschliessend zum Analysator 21 weitergeleitet, und zwar einem Verstärker 22. Vor oder, wie dargestellt, nach dem Verstärker werden die Signale durch einen Filter 23 geleitet, um unerwünschte Geräusche auszufiltern.
Sehr niederfrequente Geräusche, d. h. solche mit einer Frequenz unter 20 Hz, hängen nicht mit pathologischen Erscheinungen zusammen. Der Filter kann nun diese Frequenzen unterdrücken oder so dämpfen, dass sie das Endergebnis des Analysators nicht beeinflussen.
Anderseits nimmt man an, dass das später zu besprechende charakteristische Knacken des Meniskus Signale im Frequenzbereich zwischen 20 und 25 000 Hz erzeugt.
Da viele Kniegelenkuntersuchungen Meniskusschäden betreffen, können Frequenzen über 25 000 Hz ebenfalls unterdrückt oder gedämpft werden, so dass sie in der Untersuchung nicht berücksichtigt werden.
Der Ausgang der Verstärker-Filter-Kombination 22 bis 23 ist an ein Aufnahmegerät 24, z. B. an ein Tonbandgerät, oder aber direkt an einen Oszillographen 25 angelegt.
Das Aufnahmegerät ist mit einem Frequenzanalysator 26 verbunden.
Die Aufzeichnung des Aufnahmegerätes gestattet dem Arzt oder dem Diagnostiker, wiederholt die Aufnahme nach ungewöhnlichen Geräuschen abzuhören, die auf eine pathologische Störung hinweisen könnten.
Mit dem Oszillographen werden eine oder mehrere graphische Aufzeichnungen der Amplituden des Signals in Funktion der Zeit angefertigt. Diese Aufzeichnungen sind den Aufzeichnungen eines Elektrokardiographen ähnlich und werden visuell ausgewertet.
Der Frequenzanalysator 26 ist ein Gerät, das eine Kurve der Amplituden aller in einem Geräusch vorkommenden Frequenzen aufzeichnet. Beispielsweise umfasst das Knacken des Meniskus, das nur Bruchteile einer Sekunde dauert, viele Frequenzen mit verschiedenen Amplituden. In der vom Frequenzanalysator angefertigten Darstellung sind die verschiedenen Frequenzen und deren Amplituden getrennt aufgezeichnet.
Der Taktgeber
Der Wert des beschriebenen Verfahrens als Mittel zur Diagnose hängt mit der Leichtigkeit und der Genauigkeit zusammen, mit der die akustischen und graphischen Aufzeichnungen untersucht und gedeutet werden können. Es müssen viele Patienten und pathologische Zustände untersucht und aufgezeichnet werden, bis sich aus dem Vergleich der Aufzeichnungen charakteristische Merkmale herausbilden. In dieser Beziehung ist eine Vereinheitlichung der Bedingungen, unter denen das beschriebene Verfahren angewendet wird, deshalb wichtig, weil dadurch der Vergleich der Aufzeichnungen erleichtert wird. Ein Gebiet, auf dem eine Vereinheitlichung der Anwendung des Verfahrens erzielt werden kann, ist die Zeitdauer der aktiven und passiven Strekkung.
Eine Vereinheitlichung könnte auch erreicht werden durch das Anlegen einer Vorrichtung an den Körper des Patienten, die die gegenseitige Winkelstellung der Gelenkelemente während der Beugung angeben würde. Es ist jedoch psychologisch schwierig, Patienten zu veranlassen, ihre Glieder in solche Vorrichtungen einzuführen. Wenn zudem eine solche Vorrichtung die Beugungsgeschwindigkeit festlegen würde, könnte der von ihr der Beugung gebotene physische Widerstand Fehler in den Aufzeichnungen und in deren Auswertung verursachen. Wenn anderseits eine solche Vorrichtung dem Patienten erlauben würde, seine Glieder frei zu bewegen, würde sie auch die anscheinend wünschbare Vereinheitlichung im Bewegungsrhythmus nicht ergeben.
Mit Vorteil wird eine Einrichtung gemäss Fig. 7 verwendet. Diese Einrichtung ist einfach ein Taktgeber 30 mit einem Zeiger 31 und einer Skala 32. Ein mechanischer oder elektrischer Motor veranlasst den Zeiger zwischen den Stellungen gebeugt links und zu gestreckt rechts zu schwingen, wobei die Zeitspanne zwischen den Zeigerstellungen gebeugt und gestreckt beispielsweise 4 Sekunden betragen kann.
Im Gebrauch wird der Patient oder eine Hilfskraft den Zeiger des Takt- oder Zeitgebers beobachten und das Gelenk zeitgleich mit den Bewegungen des Zeigers bewegen. Eine oder zwei Probebewegungen vor dem eigentlichen Versuch werden genügen, um dem Patienten eine synchrone Bewegung seines Gelenkes mit dem Zeiger des Taktgebers zu ermöglichen.
Das Aufnahmegerät
Wie vorstehend erwähnt, wird als Aufnahmegerät vorzugsweise ein Tonbandgerät herkömmlicher Bauweise verwendet. Seine Einzelheiten brauchen hier nicht beschrieben zu werden, da Tonbandgeräte allgemein gut bekannt sind. Gewisse Eigenschaften sind jedoch beachtenswert.
Es ist sehr wichtig, dass das Tonbandgerät eine sehr hohe Wiedergabetreue und eine vorzügliche Frequenzempfindlichkeit in einem Gebiet von 50 bis 25 000 Hz besitzt. Ein magnetisches Tonbandgerät ist auch deshalb besonders geeignet, weil es erlaubt, kleinere Teile der Aufzeichnung auszuschneiden und auf den Frequenzanalysator zu geben.
Tonbandgeräte umfassen normalerweise mindestens einen Verstärker als Teil ihrer Schaltung. Ein solcher eingebauter Verstärker wird den Erfordernissen des Verstärkers 22 (Fig. 1) genügen. Wenn in der beschriebenen Einrichtung der Tonbandgerätverstärker als Verstärker verwendet wird, wird normalerweise der Frequenzfilter 23 vor das Tonbandgerät geschaltet.
Der zweistrahlige Oszillograph
Der zweistrahlige Oszillograph ist ein bekanntes Instrument und wird beispielsweise in der Kardiographie verwendet. Hier jedoch wird dieses Instrument dazu benützt, um einen Vergleich zwischen pathologischen und normalen Zuständen der Gelenke zu ermöglichen.
Der Oszillograph besitzt allgemein Teile, die sich entsprechend der Stärke und der Frequenz der Eingangssignale bewegen. Diese Bewegungen werden durch einen Lichtstrahl auf ein lichtempfindliches Papier übertragen, das sich mit einer Geschwindigkeit von z. B.
75 mm pro Sekunde bewegt, aber auch so eingestellt werden kann, dass es 25 mm/Sek oder 2,5 mm/Sek. läuft. Das Oszillogramm zeigt die Stärke und Frequenz des Eingangssignals an. Das Instrument ist entsprechend ausgerüstet, um zwei getrennte Eingangssignale gleichzeitig zu empfangen und sie getrennt auf demselben Papierstreifen, wie in Fig. 8 gezeigt, aufzuzeichnen. Es wird Fälle geben, in denen das Instrument mit nur einem Eingangssignal gespiesen wird und daher auch nur eine Kurve aufzeichnet. In diesem Falle wird ein einzelnes Mikrophon an die Gelenkoberfläche gelegt und eine Aufzeichnung angefertigt. Die so erhaltene Aufzeichnung gibt dem Fachmann sofort über die Art des pathologischen Zustandes des Gelenkes Aufschluss.
Beispielsweise wird ein arthritisches Gelenk wegen des Geräusches der aneinander reibenden Gelenkhöcker eine charakteristische Aufzeichnung ergeben (vergleiche Fig. 14). Eine Gelenkmaus wird ebenfalls eine charakteristische Aufzeichnung ergeben (vergleiche Fig. 15).
Die zweistrahlige Aufzeichnung hat sich als eine der nützlichsten Anwendungen des Instrumentes erwiesen. Dazu werden zwei identische Mikrophone in gleicher Stellungsweise an zwei Gelenke gleicher Art angelegt. Beispielsweise wird das eine Mikrophon an den medialen Meniskus des linken Knies, das andere an den medialen Meniskus des rechten Knies gelegt. Es werden Aufzeichnungen von passiven und aktiven Strekkungen beider Gelenke gemacht, während beide Beine gleichzeitig zusammen bewegt werden. Unter der Voraussetzung, dass das eine Gelenk normal arbeitet, das andere aber einen zu diagnostizierenden pathologischen Zustand aufweist, kann ein Vergleich der beiden Aufzeichnungen die Abweichungen vom normalen Zustand feststellen.
Wenn die Umstände die Verwendung eines gesunden Vergleichsgelenkes des Patienten selbst für die Aufzeichnung der Normal -Kurve ausschliessen, könnte das entsprechende gesunde Gelenk einer andern Person von möglichst gleichem Alter, Körpergrösse usw. wie der Patient zur Aufzeichnung der normalen Vergleichskurve dienen.
Um die Brauchbarkeit des Oszillographen für den geschilderten Zweck zu verbessern, kann dem Instrument eine Entwicklungsvorrichtung gemäss Fig. 10 beigefügt werden. Im Anschluss an das Abteil des Oszillographen 25, welcher das lichtempfindliche Papier 40 enthält, ist eine Entwicklungskammer 41 angebaut In dieser Kammer 41 befinden sich ein Entwicklertrog 42, ein Spültrog 43 und ein Fixiertrog 44. Eine Antriebsvorrichtung 45 ist schematisch am Ausgangsende der Kammer 41 angegeben; sie zieht das lichtempfindliche Papier 40 durch die Entwicklungskammer 41.
So kann nach Aufnahme der Aufzeichnung das lichtempfindliche Papier unmittelbar durch die Entwicklungskammer 41 gezogen werden, so dass die entwickelte Aufzeichnung nach wenigen Minuten verfügbar ist. Man erspart sich so die Entnahme der Papierkassette aus dem Oszillographen zur weiteren Entwicklung in der Dunkelkammer.
Der Frequenzanalysator
Der Frequenzanalysator ist ein Gerät, das erlaubt, die Art des untersuchten pathologischen Zustandes genau festzustellen. Der Frequenzanalysator trennt aus einem bestimmten Signal alle enthaltenen Frequenzen mit den dazugehörigen Amplituden aus. Beispielsweise neigt in allen Kniegelenken der Knorpel dazu, bei aktiver oder passiver Streckung zu knacken. Dieses Knacken dauert viel weniger als eine Sekunde. Wenn nun eine Aufzeichnung dieses Geräusches dem graphischen Frequenzanalysator eingegeben wird, kann eine Geräuschanalyse gemäss Fig. 9 hergestellt werden. Wenn nun die Analyse des Geräusches eines gesunden Knorpelknackens mit derjenigen eines durch die Aufzeichnung im Zweistrahlgalvanometer als anormal erkannten Knorpelknackens verglichen wird, lassen sich gewisse Abweichungen in den Frequenzen und Amplituden feststellen.
Eine Sammlung von vielen solchen graphischen Analysen wird dem geübten Beobachter eine genaue Bestimmung der Krankheit ermöglichen, die das besondere Knorpelknacken hervorruft.
Die Wandler
Wie in Fig. 1 dargestellt, können verschiedene Arten von Wandlern in Betracht gezogen werden, z. B. ein Einzelmikrophon 50, ein Zweifachmikrophon 51, ein Dreifachmikrophon 52 und zwei Dreifachmikrophone 53. Die Mikrophone selbst können magnetische oder Kristallmikrophone sein. Sie können mit Filterkreisen versehen sein, die ihre Empfindlichkeit auf bestimmte Frequenzbänder beschränken und die auszuscheidenden Frequenzen dämpfen.
In Fig. 2 und 3 ist ein Nadel-Mikrophon dargestellt.
Es umfasst eine Nadel 55, die über ein Übergangsstück 56 in der Form eines biegsamen elastischen Gummirohres mit einem Mikrophon 57 verbunden ist. Leitungen 58 dienen zum Anschluss des Mikrophons an das Tonbandgerät oder an den Oszillographen.
Die Nadel 55 hat eine scharfe Spitze und ist vorzugsweise hohl mit einem abgeschrägten Ende 60 (Fig. 3) wie bei Injektionsnadeln. Es wurde festgestellt, dass die Hohlnadel so gut wie eine massive einen Weg für das im untersuchten Gelenk erzeugte Geräusch zum Mikrophon 57 bietet. Das Mikrophon befindet sich in seiner empfindlichsten Stellung, wenn das abgeschrägte Ende gegen die zu untersuchende Gelenkfläche gerichtet ist.
Der Vorteil des Nadelmikrophons besteht in seiner Fähigkeit, selektiv Geräusche von einer lokalisierten kleinen Teilfläche des untersuchten Gelenkes zu empfangen. Ein auf die Haut über dem Knie angelegtes Mikrophon wird Gelenkgeräusche aus einem viel grö sseren Bereich empfangen als das mit einer Nadel versehene, bei dem die Nadel im subkutanen Gewebe dicht beim Gelenk selbst liegt.
In Fig. 4 ist ein Zweifachmikrophon abgebildet. Es umfasst ein erstes Mikrophon 65 und ein zweites Mikrophon 66. Die Mikrophone sind gegenüber den seitlichen Menisken des rechten und linken Knies angelegt und werden in ihrer Lage durch einen federnden Bügel 67 gehalten. Leitungen 68 und 69 dienen zum Anschluss der Mikrophone an das Aufnahmegerät.
Der federnde Bügel 67 presst die Mikrophone gegen die Knie und hält sie in ihrer Lage fest. Es versteht sich aber, dass der gezeigte federnde Bügel 67 durch eine später im Zusammenhang mit dem Dreifachmikrophon beschriebene Bänderung ersetzt werden kann.
Das Zweifachmikrophon ist besonders geeignet zur Verwendung mit dem zweispaltigen Oszillographen. In dieser Kombination wird das eine Mikrophon 65 mit der einen, das andere 66 mit der anderen Eingangsklemme des Oszillographen verbunden, so dass die von den beiden Lichtstrahlen auf dem lichtempfindlichen Papier aufgezeichneten Oszillogramme eine Angabe der Fre quenz und der Amplituden der in den beiden Gelenken erzeugten Geräusche ergeben.
Während in Fig. 4 die Mikrophone an den beiden Kniegelenken desselben Patienten angelegt sind, versteht es sich, dass sie auch an andere Teile des Knies desselben oder zweier verschiedener Personen sowie auch auf entgegengesetzten Seiten desselben Knies angelegt werden können. Bei der letzteren Art des Anlegens kann es durch Vergleich der Aufzeichnungen des Oszillographen möglich sein festzustellen, auf welcher Seite des Knies die pathologische Störung liegt.
Ein Dreifachmikrophon ist in den Fig. 5 und 6 und schematisch in Fig. 1 angegeben. Es besitzt drei Mikrophone 75, 76 und 77, die in einem weichen, federnden Material, wie Schaumgummi 78, eingebettet sind. Von jedem Mikrophon führen Leitungen 79 zu einem Wählschalter 80 (Fig. 1). Die Funktion dieses Wählschalters ist, die Wahl jeweils eines bestimmten Mikrophons zu ermöglichen, dessen Signal im Registriergerät und im Analysator aufgezeichnet werden soll.
Die Mikrophone 75, 76 und 77 weisen einen solchen Abstand untereinander auf, dass sie, wenn sie an das Bein eines Patienten gescbnallt sind, am vordern Horn, an der Mitte (Körper) und am hintern Horn des Meniskus anliegen, über dem sie sich befinden. Beim Gebrauch werden die Mikrophone einzeln eingeschaltet und die erzeugten Signale wahlweise aufgezeichnet, so dass Aufzeichnungen von den drei Bereichen des Meniskus erhalten werden, wobei die drei Aufzeichnungen unter annähernd gleichen Bedingungen erfolgen. Die gehörten und aufgezeichneten Geräusche sind etwas vom Anlagedruck der Mikrophone auf der Haut sowie vom Vorhandensein anderer weicher Gewebe über dem Kniegelenk abhängig.
Wird z. B. ein Mikrophon mit sehr schwachem Druck angelegt, so ist das tiefe Rollen des Oberschenkelgelenkkopfes nur gedämpft wahrnehmbar.
Wenn die Mikrophone mit grösserem Druck angelegt werden, so erhält man eine viel vollständigere Aufzeichnung des komplexen Gelenkgeräusches. Es ist daher wünschenswert, ein Mittel vorzusehen, um den Anlegedruck der Mikrophone am Knie zu verändern.
Wie in Fig. 6 dargestellt, kann ein Band 85 mit einer Reihe von Löchern 86 an einem Ende des Wandlers, und lein Band 87 mit einem Befestigungsknopf 88 am andern Ende des Wandlers befestigt sein. Durch geeignete Wahl des Loches 86, in das der Befestigungsknopf 88 eingeführt wird, kann der Anlegedruck der Mikrophone am Gelenk festgelegt werden. Es versteht sich, dass durch Verschieben des Knopfes 88 von einem Loch 86 in ein anderes auch der Anlegedruck verändert wird. Gemäss der in Fig. 11 dargestellten Variante könnten auch beide Bänder 85 und 87 gelocht sein und von einem separaten, auf einer Platte 8 befestigten Knopf 88 auf der den Mikrophonen entgegengesetzten Seite zusammengehalten werden.
Der Anlegedruck der Mikrophone auf das Gelenk kann aber auch durch eine Vorrichtung gemäss Fig. 12 verändert werden. In Fig. 12 ist z. B. ein Mikrophon 77 in federndem Material 78 eingebettet und wird durch eine Feder 89, die mit ihrem Ende 90 am Mikrophon befestigt ist, nach aussen gedrückt. Das andere Ende der Feder ist an einer Scheibe 91 befestigt, die in einer Hülse 92 gleitet. Die Hülse 92 ist an ihrem obern Ende 93 bis auf eine Gewindebohrung 94 geschlossen, in welche eine Stellschraube 94 mit randeriertem Kopf 95 geschraubt ist. Durch Drehung des Kopfes 95 kann die Spannung der Feder 89 und ihr Druck, mit dem sie das Mikrophon 77 gegen das Gelenk presst, verändert werden.
Gebrauch
Die Art und Weise, in der die beschriebene Einrichtung zur Diagnose von pathologischen Gelenkstörungen benutzt wird, ist verschieden. Die im folgenden besprochenen Beispiele sollen daher nur der Veranschaulichung dienen.
Wenn sich ein Patient über Schmerzen beklagt oder andere Symptome vorliegen, die auf die Möglichkeit einer pathologischen Störung im Kniegelenk hinweisen, wird der erfahrene Diagnostiker zuerst einen Wandler an verschiedene Stellen des Knies anlegen und das Geräusch direkt, wie es im Aufnahmegerät aufgezeichnet wird, oder über einen Verstärker abhören. Diese erste Untersuchung kann dem Diagnostiker schon einen Hinweis auf die Störung geben, an der der Patient leidet, oder sie mag auf einen Bereich hinweisen, der weiterer, besonders sorgfältiger Untersuchung bedarf.
Ein weiterer Schritt mag der sein, ein Zweifachmikrophon gemäss Fig. 2 an entsprechende Teile des rechten und linken Knies anzulegen. Akustigramme, wie in Fig. 8 dargestellt, werden dann die Art der Abweichung des Geräusches im gestörten Gelenk im Vergleich zum Geräusch des gesunden Gelenkes aufzeigen.
Wenn ein Knorpelschaden angezeigt wird, wird ein Dreifachmikrophon über dem gestörten Meniskus angelegt und Geräuschaufzeichnungen vom vorderen Horn, vom Körper und vom hintern Horn des Meniskus gemacht. Oder es können zwei Dreifachmikrophone in gleicher Stellung am gesunden und am gestörten Gelenk angelegt werden, analog zum Zweifachmikrophon gemäss Fig. 3, und Vergleichsaufzeichnungen je von den genannten drei Stellen angefertigt werden.
Aus den unter Verwendung der beschriebenen Einrichtung erhaltenen Aufzeichnungen ist es im allgemeinen möglich, eine vollständige Diagnose zu stellen.
Da aber zur Zeit die Oszillographen nur für einen beschränkten Frequenzbereich empfindlich sind, können unter Umständen die Akustigramme nicht das für eine Diagnose nötige vollständige Bild des ganzen pathologischen Zustandes abgeben. In einem solchen Falle kann es notwendig sein, aus der Tonbandaufnahme des Geräusches jenen Teil herauszuschneiden, der für den pathologischen Zustand charakteristisch ist. Wenn dieser Abschnitt der Tonbandaufnahme dem Frequenzanalysator eingespiesen wird, sollte die durch diesen aufgezeichnete Kurve (ähnlich zu Fig. 9) eine volle Diagnose ermöglichen.
Selbstverständlich wird die Untersuchung und Auswertung eines einzelnen Akustigramms zu nichts führen.
Der Diagnostiker wird Hunderte von Kniegelenken untersuchen und eine Sammlung der entsprechenden Akustigramme und Freq des medialen Meniskus angebrachten magnetischen Mikrophon aufgenommen wurde.
In Fig. 14 ist ein Akustigramm eines Knies gezeigt, bei dem Osteo-Arthritis diagnostiziert wurde. Es wurde mit einem über dem mittleren Teil des inneren Meniskus angelegten magnetischen Mikrophon aufgenommen. Bemerkenswert ist die Anwesenheit von grossen Amplituden, wo normalerweise die niedrigen Amplituden des Geräusches von Oberschenkel und Schienbein zu finden sind. Das Resultat der Auswertung des Akustigramms wurde durch eine Röntgenaufnahme bestätigt.
Fig. 15 ist ein Akustigramm eines Knies mit einer Gelenkmaus. Es wurde mit einem über den mittleren Teil des medialen Meniskus angelegten magnetischen Mikrophon aufgenommen. Bemerkenswert sind die gro ssen Amplituden an Stellen neben dem normalen Knorpelknacken. Die Anwesenheit dieser Linien führte zur Diagnose einer Gelenkmaus, die durch anschliessende Röntgenaufnahme bestätigt wurde.
Es wird nicht immer notwendig sein, jedes Element und jede mögliche Anwendungsvariante der Einrichtung anzuwenden, um eine Diagnose zu stellen. Die Vorrichtung erlaubt jedoch, zunächst einen ersten allgemeinen Überblick des pathologischen Zustandes zu nehmen, um in nachfolgenden Schritten die Krankheit zu eruieren. Den weitesten Überblick gewinnt man durch einfaches direktes Abhorchen des Gelenkgeräusches oder durch das Anhören der Wiedergabe einer Tonbandaufnahme dieses Geräusches. Die weiteren Schritte, das Gebiet der Möglichkeiten einzuengen, umfassen den Einsatz von Mikrophonen oder Mikrophonsystemen, die die Untersuchung von beschränkten Gebieten ermöglichen, wobei der letzte Schritt eine eingehende Prüfung und Auswertung mit dem Frequenzanalysator ist.
Die Verwendung eines Taktgebers ergibt eine Serie von vereinheitlichten Aufzeichnungen, die eine Wissenssammlung bildet, aus der für die Beurteilung eines pathologischen Zustandes geschöpft werden kann.
Method and device for the investigation of joint disorders
The present invention relates to a method and a device for diagnosing joint disorders.
The invention is described below with particular reference to the knee joint. However, as will be explained later, the invention relates to any joint of the body which contains mutually movable bones and / or cartilage intermediate layers as low-friction sliding surfaces between the bones.
The present invention relates to a diagnostic method and apparatus by which many pathological conditions of such joints can be quickly and accurately determined. It also allows the determination of joint disorders that cannot be determined with X-rays, as well as other joint disorders, without resorting to the complex and time-consuming X-ray method.
In the 1930s, Steindler undertook extensive attempts to use sound-sensitive devices to detect impaired joint functions.
An essay on the details of his work is found in The Journal of Bone and Joint Surgery of January 1937. It has now become possible to go much further than Steindler was able to do.
So that the device according to the invention is now best understood, the type of joint disorders must be clearly stated. As mentioned before, special attention is paid to the knee joint, where joint disorders are usually more common and more complicated. A thorough understanding of the method and apparatus used diagnostically to the knee joint will facilitate understanding of the invention and its application to other anatomical disorders.
In general, one can differentiate between three disorder areas in the knee joint. The first is bone, the second is cartilage, and the third is synovial fluid.
There are two main joint disorders that can be considered.
The first is osteoarthritis (proliferative hypertrophic arthritis), which is characterized by a proliferation of bone tissue on the articular surfaces of the bone.
The second is rheumatoid or atrophic arthritis. This type is characterized by a shrinking of the joint capsule and by the destruction of the cartilage covering at the bone ends.
In the knee joint, the cartilage damage under consideration also affects the menisci, of which there is one on either side of each knee joint. The damage to these cartilage tissues is of various types: they can be displaced; sometimes a discontinuous tear forms handle-shaped deformations, and in certain cases a continuous tear detaches part of the cartilage tissue and remains loose in the joint.
Another type of articular cartilage damage or disease is known as osteochondritis dessicans. As the name suggests, the cartilage tissue dries out. This disease or disorder often causes parts of the cartilage tissue to break off and become loose bodies in the joint known as the joint mouse.
The third disorder area in the joint concerns the synovial mucus. One of the disorders here is hydro arthrosis, an excessive accumulation of joint mucus in the joint.
Another pathological condition is the reduction in the amount of joint mucus in the joint, which occurs in connection with osteoarthritis. Another disorder is haemo-arthrosis.
Today's methods of diagnosing any of the mentioned pathological conditions include taking a medical history, physical examination and an X-ray of the disturbed area of the body. There is also a diagnostic technique known as pneumoarthrography, which consists of pumping air between the joint surfaces and then taking an X-ray. As a supplement, the joint can be suctioned off and the joint mucus can be examined for
Assist in making a diagnosis.
The methods described above are relatively incomplete and too cumbersome to make a quick and accurate diagnosis. The diagnostic method according to the invention not only provides almost all of the knowledge that could be obtained using previous methods, but also information about any meniscus damage that is otherwise almost impossible to detect unless the knee joint is stiff.
Furthermore, the method according to the invention represents the best known way of diagnosing the smallest changes in a pathological state in the initial stages, before the disorder has progressed so far that it can be recognized on the X-ray image.
The proposed method consists in that the noises that arise when the joints are actuated are recorded, recorded and compared with one another for diagnosis at at least one point of at least one joint.
To carry out the method, the invention provides a device which is characterized in that at least one electroacoustic transducer, means for fastening it to a joint to be examined or to a comparison joint, means for changing the application pressure of the transducer on the corresponding joint, means for producing a recording of the recorded noises, means for producing two simultaneous and separate graphic recordings of the recorded noises, frequency filters and analyzers connected between the transducers and the recording devices for analyzing the recordings and for producing a graphic recording of the amplitudes as a function of the frequency are provided.
Exemplary embodiments of the device according to the invention are shown in the drawing. It shows:
1 shows a block diagram of an evaluation device,
FIG. 2 is a perspective view of a transducer with a needle which is recommended as being most suitable in certain cases; FIG.
3 shows the type of attachment of the needle on the transducer in longitudinal section,
4 shows a perspective view of a transducer with two microphones,
5 shows a perspective view of a transducer with three microphones,
6 shows in section a transducer with three microphones,
7 shows a clock generator in a front view,
8 shows a section of a recording of a two-beam loop oscillograph,
9 shows a typical recording of an evaluation device;
Fig.
10 a schematic sectional view of an improvement on the oscilloscope, which enables the recordings to be made almost simultaneously with the evaluation,
11 is a view of a strap with which a transducer can be attached to a knee;
Fig. 12 is a cross section through an improved transducer and
13, 14 and 15 representations of sound recordings made in practice.
As can be seen from FIG. 1, the device essentially consists of a transducer 20 and an analyzer 21.
The task of the transducer 20 is to convert the noise generated by the joint into electrical signals.
The task of the analyzer 21 is to convert this electrical energy into perceptible forms that enable diagnosis.
When using the device according to FIG. 1, mutual movement of the elements of a joint, e.g. B. the knee joint, generates a noise, the device is advantageously used after the patient's sleep to eliminate the effects of the stress on the joint surfaces by their own weight and the spread of the joint mucus.
The patient is placed on his back with his thigh raised vertically so that gravity closes the joint space and brings the disturbed joint surfaces into contact. In this position the patient carries out one or more active and passive extensions of the knee joint. During active stretching, the patient willingly and without outside help (if and to the extent that this is still possible for him due to his condition) into a vertical position and then returns the lower leg to the starting position against it while maintaining the vertical position of the thigh as much as possible . With passive extension, the foot is lifted by an assistant until the leg is fully extended and then returned again until the calf touches the vertical thigh again.
During the active and passive stretching, one or more transducers 20, for example magnetic or crystal microphones, are held at preselected locations on the joint to be examined. The electrical signals generated by the transducers are received by the analyzer 21; the pathological condition can be diagnosed from its records.
The joint noises could possibly be generated to a greater extent if the patient crouched down from an upright position and back into an upright position. The supine position with the thigh raised vertically is preferred not only because it is more comfortable, but also because the weight of the lower leg closes the joint space and brings all surfaces involved into close contact. When moving, rough abnormal changes or damage produce characteristic noises. Furthermore, many patients find it difficult to crouch down while an assistant puts on a microphone. In addition, certain damage does not allow the joint to be loaded with a significant weight at all.
The more all experiments are carried out in essentially the same position, the more valuable the comparison will be with regard to the best clinical results.
In many cases, passive stretching will produce almost identical results to active stretching. Passive stretching also has a number of advantages.
The passive extension can be mastered by the assistant and performed as a full extension. In active extension, which is limited to the patient's deliberate movement, pain and other factors can prevent the patient from fully extending the joint. It has been noted that during passive extension, a surf-like sound is heard at the posterior end of the medial articular surface. It is believed that this sound comes from the movement of the joint mucus. This sound is not easily audible during active stretching.
The facility as a whole
As already mentioned, the device shown in FIG. 1 comprises a converter 20 and an analyzer 21.
A microphone is expediently placed at a preselected location on the joint to be examined. The electrical signal generated by the microphone is then passed on to the analyzer 21, specifically to an amplifier 22. Before or, as shown, after the amplifier, the signals are passed through a filter 23 in order to filter out unwanted noise.
Very low frequency noise, i.e. H. those with a frequency below 20 Hz are not related to pathological phenomena. The filter can now suppress these frequencies or attenuate them so that they do not affect the final result of the analyzer.
On the other hand, it is assumed that the characteristic cracking of the meniscus, which will be discussed later, generates signals in the frequency range between 20 and 25,000 Hz.
Since many knee joint examinations concern meniscus damage, frequencies above 25,000 Hz can also be suppressed or attenuated so that they are not considered in the examination.
The output of the amplifier-filter combination 22 to 23 is connected to a recording device 24, e.g. B. applied to a tape recorder, or directly to an oscilloscope 25.
The recording device is connected to a frequency analyzer 26.
The recording of the recording device allows the doctor or the diagnostician to repeatedly listen to the recording for unusual noises that could indicate a pathological disorder.
The oscilloscope is used to make one or more graphical recordings of the amplitudes of the signal as a function of time. These recordings are similar to the recordings of an electrocardiograph and are evaluated visually.
The frequency analyzer 26 is a device that records a curve of the amplitudes of all frequencies occurring in a sound. For example, the cracking of the meniscus, which lasts only a fraction of a second, involves many frequencies with different amplitudes. In the representation made by the frequency analyzer, the various frequencies and their amplitudes are recorded separately.
The clock
The value of the described method as a diagnostic tool is related to the ease and accuracy with which the acoustic and graphical recordings can be examined and interpreted. Many patients and pathological conditions must be examined and recorded until characteristic features emerge from the comparison of the records. In this regard, a standardization of the conditions under which the method described is applied is important because it makes it easier to compare the records. One area in which a standardization of the application of the method can be achieved is the duration of the active and passive extension.
A standardization could also be achieved by applying a device to the patient's body which would indicate the mutual angular position of the joint elements during flexion. However, it is psychologically difficult to induce patients to insert their limbs into such devices. Moreover, if such a device were to fix the speed of flexion, the physical resistance it offers to flexion could cause errors in the recordings and in their evaluation. On the other hand, if such a device were to allow the patient to move his limbs freely, it would also not produce the apparently desirable unification in the rhythm of movement.
A device according to FIG. 7 is advantageously used. This device is simply a clock generator 30 with a pointer 31 and a scale 32. A mechanical or electric motor causes the pointer to swing between the positions bent left and too stretched right, whereby the time span between the pointer positions bent and stretched can be, for example, 4 seconds .
In use, the patient or an assistant will observe the pointer of the clock or timer and move the joint at the same time as the pointer moves. One or two test movements before the actual experiment will be sufficient to allow the patient to move his joint synchronously with the clock pointer.
The recording device
As mentioned above, a tape recorder of conventional construction is preferably used as the recording device. Its details need not be described here as tape recorders are generally well known. However, certain properties are noteworthy.
It is very important that the tape recorder has very high fidelity and excellent frequency sensitivity in a range of 50 to 25,000 Hz. A magnetic tape recorder is also particularly suitable because it allows smaller parts of the recording to be cut out and transferred to the frequency analyzer.
Tape recorders usually include at least one amplifier as part of their circuitry. Such a built-in amplifier will meet the requirements of amplifier 22 (FIG. 1). If the tape recorder amplifier is used as an amplifier in the device described, the frequency filter 23 is normally connected in front of the tape recorder.
The two-beam oscilloscope
The two-beam oscilloscope is a well-known instrument and is used, for example, in cardiography. Here, however, this instrument is used to enable a comparison between pathological and normal conditions of the joints.
The oscilloscope generally has parts that move according to the strength and frequency of the input signals. These movements are transmitted by a beam of light to a photosensitive paper that moves at a speed of e.g. B.
Moved 75 mm per second, but can also be set to 25 mm / sec or 2.5 mm / sec. running. The oscillogram shows the strength and frequency of the input signal. The instrument is appropriately equipped to receive two separate input signals simultaneously and to record them separately on the same strip of paper as shown in FIG. There will be cases in which the instrument is fed with only one input signal and therefore only records one curve. In this case, a single microphone is placed on the joint surface and a recording is made. The recording obtained in this way immediately provides the expert with information about the nature of the pathological condition of the joint.
For example, an arthritic joint will produce a characteristic record because of the noise of the joint cusps rubbing against one another (see FIG. 14). An articulated mouse will also give a characteristic record (see Fig. 15).
Two-beam recording has proven to be one of the most useful applications of the instrument. For this purpose, two identical microphones are placed in the same position on two joints of the same type. For example, one microphone is placed on the medial meniscus of the left knee and the other on the medial meniscus of the right knee. Records are made of passive and active extensions of both joints while both legs are moved together at the same time. Assuming that one joint is working normally but the other has a pathological condition to be diagnosed, a comparison of the two recordings can determine the deviations from the normal condition.
If the circumstances exclude the use of a healthy comparison joint of the patient himself for recording the normal curve, the corresponding healthy joint could be used by another person of the same age, body size, etc. as the patient to record the normal comparison curve.
In order to improve the usability of the oscilloscope for the purpose described, a development device according to FIG. 10 can be added to the instrument. A development chamber 41 is attached to the compartment of the oscilloscope 25 which contains the photosensitive paper 40. In this chamber 41 there is a developer trough 42, a rinsing trough 43 and a fixing trough 44. A drive device 45 is indicated schematically at the outlet end of the chamber 41 ; it pulls the photosensitive paper 40 through the developing chamber 41.
Thus, after the recording has been made, the photosensitive paper can be drawn directly through the development chamber 41 so that the developed recording is available after a few minutes. This saves you having to remove the paper cassette from the oscilloscope for further development in the darkroom.
The frequency analyzer
The frequency analyzer is a device that allows to precisely determine the type of pathological condition examined. The frequency analyzer separates all frequencies contained in a certain signal with the associated amplitudes. For example, in all knee joints, the cartilage tends to crack during active or passive extension. This crack takes much less than a second. If a recording of this noise is now input into the graphic frequency analyzer, a noise analysis according to FIG. 9 can be produced. If the analysis of the sound of a healthy cartilage crack is compared with that of a cartilage crack identified as abnormal by the recording in the double-beam galvanometer, certain deviations in the frequencies and amplitudes can be determined.
A collection of many such graphical analyzes will enable the skilled observer to accurately determine the disease that is causing the particular cartilage cracking.
The converters
As shown in Fig. 1, various types of transducers can be envisaged, e.g. B. a single microphone 50, a double microphone 51, a triple microphone 52 and two triple microphones 53. The microphones themselves can be magnetic or crystal microphones. They can be provided with filter circuits that limit their sensitivity to certain frequency bands and attenuate the frequencies to be eliminated.
In Fig. 2 and 3, a needle microphone is shown.
It comprises a needle 55 which is connected to a microphone 57 via a transition piece 56 in the form of a flexible elastic rubber tube. Lines 58 are used to connect the microphone to the tape recorder or to the oscilloscope.
The needle 55 has a sharp point and is preferably hollow with a beveled end 60 (Fig. 3) as in hypodermic needles. It has been found that the hollow needle provides virtually a massive path for the noise generated in the joint being examined to the microphone 57. The microphone is in its most sensitive position when the beveled end is directed towards the joint surface to be examined.
The advantage of the needle microphone is its ability to selectively pick up sounds from a localized small area of the joint being examined. A microphone placed on the skin above the knee will pick up joint noises from a much larger area than the one provided with a needle, where the needle is in the subcutaneous tissue close to the joint itself.
A dual microphone is shown in FIG. It comprises a first microphone 65 and a second microphone 66. The microphones are placed opposite the lateral menisci of the right and left knee and are held in their position by a resilient bracket 67. Lines 68 and 69 are used to connect the microphones to the recording device.
The resilient bracket 67 presses the microphones against the knees and holds them in place. It goes without saying, however, that the resilient bracket 67 shown can be replaced by a strap described later in connection with the triple microphone.
The dual microphone is particularly suitable for use with the two-column oscilloscope. In this combination, one microphone 65 is connected to one input terminal and the other 66 to the other input terminal of the oscillograph, so that the oscillograms recorded by the two light beams on the photosensitive paper give an indication of the frequency and amplitudes of the two joints Make noises.
While in FIG. 4 the microphones are placed on the two knee joints of the same patient, it goes without saying that they can also be placed on other parts of the knee of the same or two different people and also on opposite sides of the same knee. With the latter type of application, it may be possible to determine on which side of the knee the pathological disorder is by comparing the recordings on the oscilloscope.
A triple microphone is shown in FIGS. 5 and 6 and schematically in FIG. It has three microphones 75, 76 and 77 which are embedded in a soft, resilient material, such as foam rubber 78. Lines 79 lead from each microphone to a selector switch 80 (FIG. 1). The function of this selector switch is to enable the selection of a specific microphone whose signal is to be recorded in the recording device and in the analyzer.
The microphones 75, 76 and 77 are spaced apart such that when they are strapped to a patient's leg, they rest against the anterior horn, middle (body) and posterior horn of the meniscus over which they are located . In use, the microphones are turned on one at a time and the signals generated are optionally recorded, so that recordings are obtained from the three areas of the meniscus, the three recordings being made under approximately the same conditions. The sounds heard and recorded are somewhat dependent on the pressure of the microphones on the skin and the presence of other soft tissues over the knee joint.
Is z. If, for example, a microphone is applied with very slight pressure, the deep rolling of the femoral joint head is only perceptible in a muffled manner.
If the microphones are applied with greater pressure, a much more complete recording of the complex joint noise is obtained. It is therefore desirable to provide some means of varying the pressure applied by the microphones to the knee.
As shown in Fig. 6, a strap 85 can be attached to a series of holes 86 at one end of the transducer and a strap 87 to a fastening button 88 at the other end of the transducer. By a suitable choice of the hole 86 into which the fastening button 88 is inserted, the application pressure of the microphones on the joint can be determined. It goes without saying that shifting the button 88 from one hole 86 to another also changes the contact pressure. According to the variant shown in FIG. 11, both straps 85 and 87 could also be perforated and held together by a separate button 88 fastened on a plate 8 on the side opposite the microphones.
The application pressure of the microphones on the joint can, however, also be changed by a device according to FIG. In Fig. 12, for. B. a microphone 77 is embedded in resilient material 78 and is pressed to the outside by a spring 89 which is attached to the microphone at its end 90. The other end of the spring is attached to a washer 91 which slides in a sleeve 92. The sleeve 92 is closed at its upper end 93 except for a threaded hole 94 into which an adjusting screw 94 with a randered head 95 is screwed. By rotating the head 95, the tension of the spring 89 and the pressure with which it presses the microphone 77 against the joint can be changed.
use
The manner in which the described device is used to diagnose pathological joint disorders is different. The examples discussed below are therefore only intended to serve as an illustration.
If a patient complains of pain or other symptoms suggestive of the possibility of a pathological disorder in the knee joint, the experienced diagnostician will first apply a transducer to different locations on the knee and hear the sound directly as it is recorded in the recording device or via monitor an amplifier. This first examination can already give the diagnostician an indication of the disorder from which the patient is suffering, or it may indicate an area that requires further, particularly careful examination.
A further step may be to apply a double microphone according to FIG. 2 to corresponding parts of the right and left knee. Acoustic charts, as shown in FIG. 8, will then show the type of deviation of the noise in the disturbed joint compared to the noise in the healthy joint.
When cartilage damage is indicated, a triple microphone is placed over the disturbed meniscus and sound recordings are made from the anterior horn, body, and posterior horn of the meniscus. Or two triple microphones can be placed in the same position on the healthy and the disturbed joint, analogously to the double microphone according to FIG. 3, and comparison recordings can be made from each of the three points mentioned.
From the records obtained using the apparatus described it is generally possible to make a complete diagnosis.
However, since the oscillographs are currently only sensitive to a limited frequency range, the acoustic charts may not be able to provide the complete picture of the entire pathological condition necessary for a diagnosis. In such a case it may be necessary to cut out that part of the tape recording of the noise which is characteristic of the pathological condition. When this section of the tape recording is fed into the frequency analyzer, the curve recorded by it (similar to FIG. 9) should enable a full diagnosis.
Of course, the examination and evaluation of a single acoustic chart will lead to nothing.
The diagnostician will examine hundreds of knee joints and a collection of the appropriate acoustic charts and freq of the medial meniscus attached magnetic microphone has been recorded.
14, there is shown an acoustic chart of a knee diagnosed with osteo-arthritis. It was recorded with a magnetic microphone placed over the central part of the inner meniscus. Noteworthy is the presence of large amplitudes, where the low amplitudes of the noise from the thigh and shin are usually found. The result of the evaluation of the acoustic chart was confirmed by an X-ray.
Fig. 15 is an acoustic diagram of a knee with an articulated mouse. It was recorded with a magnetic microphone placed over the central portion of the medial meniscus. The large amplitudes in places next to the normal cartilage crack are remarkable. The presence of these lines led to the diagnosis of a joint mouse, which was confirmed by a subsequent x-ray.
It will not always be necessary to use every element and every possible application variant of the device in order to make a diagnosis. The device, however, allows a first general overview of the pathological condition to be taken in order to determine the disease in subsequent steps. The broadest overview can be obtained by simply listening directly to the joint noise or by listening to the playback of a tape recording of this noise. The next steps to narrow down the area of possibilities include the use of microphones or microphone systems that allow the investigation of restricted areas, the last step being an in-depth test and evaluation with the frequency analyzer.
The use of a clock produces a series of unified records that form a pool of knowledge that can be used to assess a pathological condition.