DE3202193A1 - Chirurgisches knochenschleifinstrument - Google Patents

Chirurgisches knochenschleifinstrument

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DE3202193A1
DE3202193A1 DE19823202193 DE3202193A DE3202193A1 DE 3202193 A1 DE3202193 A1 DE 3202193A1 DE 19823202193 DE19823202193 DE 19823202193 DE 3202193 A DE3202193 A DE 3202193A DE 3202193 A1 DE3202193 A1 DE 3202193A1
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Klaus Dr. med. 8012 Ottobrunn Draenert
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Draenert Klaus Drmed Drmedhabil 8000 Muenc
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
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    • A61B17/1637—Hollow drills or saws producing a curved cut, e.g. cylindrical

Description

Merck Patent Gesellschaft
mit beschränkter Haftung
Chirurgisches Knochenschlei finstrument
Die Erfindung betrifft eine' Vorrichtung zur Entnahme von Knochenmaterial und zur Vorbereitung von Knochen zum Einsetzen von Implantaten, die nach dem Schleifprinzip mit Wasserspülung arbeitet.
Zur Entnahme von Knochenbiopsien und von Knochentransplantaten sowie zur Vorbereitung eines Implantatbettes werden bisher Knochenfräsen benutzt, die als schneidende, spanabhebende Bohrer oder Hohlbohrer mit scharfgezahnter Stirnfläche, wie die sogenannte Burkhardt-Fräse, gestaltet sind. Diese Fräsen besitzen erhebliche Nachteile, da sie zu erheblichen Weichteilzerreisungen bzw. Schnittverletzungen und Zerfetzungen führen, falls sie beim Arbeiten in die Weichteilgewebe abrutschen. Die als Hohlbohrer ausgebildeten Knochenfräsen erhalten zwar den Knochenzylinder, richten aber im Entnahmebett Zerstörungen an. Die als Bohrer ausgebildeten Fräsen erhalten das Entnahmebett, zerstören jedoch den Entnahmezylinder.
Die Knochenstruktur der mit solchen Hohlbohrern entnommenen Proben zeigt vielfache Verletzungen, da der Knochen geschnitten und teilweise gebrochen und zersplittert wird. Das Markgewebe wird in den Randpartien verletzt und ebenso wie Blutgefäße herausgerissen, sodaß die morphologische Struktur der Biopsiezylinder in den Randzonen oft stark zerstört ist. Entsprechende Zerstörungen treten auch in den Randzonen eines durch einen Bohrer hergestellten Entnahmebetts auf und erschweren die Einheilung von Implantaten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Entnahme von Knochenzylindern (Biopsien) mit unzerstörter Randstruktur und die Herstellung von Implantatbetten mit unzerstörter Randstruktur ermöglicht und die beim Abgleiten keine Weichteilzerreissungen hervorrufen kann.
Das aus der US-PS 3,384,085 bekannte chirurgische Schneidewerkzeug arbeitet wie zahnärztliche Bohrinstrumente mit einer sehr hohen Umdrehungsgeschwindigkeit von mehr als 100.000 Upm. Die Werkzeugköpfe sind jedoch wie bei anderen bekannten Fräsern und Bohrern mit scharfen Kanten ausgebildet und wirken daher nicht nur schneidend, sondern auch zerreißend. Außerdem ist es bei tiefer in den Knochen eindringenden Werkzeugen auch nicht mehr möglich, die durch die sehr rasche Umdrehung auftretende Reibungswärme genügend abzuführen, sodaß Gewebeschädigungen durch Überhitzung eintreten.
Aus der DE-PS 808 360 ist eine nicht näher beschriebene Vorrichtung zum Abtragen von Knochensubstanz bekannt, die aus einem mit kleinen, spitzen glatten Zacken belegten Rotationskörper, vorzugsweise mit Abzugskanälen, besteht. Mit diesem Rotationskörper ist jedoch lediglich ein spanab-
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hebendes Fräsen der Knochensübstanz unter Bildung von Knochenmus möglich. Die dabei auftretende Temperatur führt zu Knochennekrosen und zu nekrotischen denaturiertem Gewebsbrei.
Es wurde nun. gefunden, daß die Lösung der gestellten Aufgabe möglich ist, wenn man das Instrument, als Schleifwerkzeug ausbildet. Es ist außerdem wichtig, daß man während des Schleifvorganges für eine Wärmeabfuhr durch Zufuhr einer Kühlflüssigkeit sorgt.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dienen erfindungsgemäß Knochenabschleifinstrumente mit den in den Ansprüchen angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung wird erläutert durch die folgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. Hierin zeigen:
- Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt der Vorrichtung
- Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch den
Hohlzyiinder
- Fig. 3 Vergrößerung der Stirnseite des Hohlzylinders im
Längsschnitt
- Fig. 4 Ansicht des auswechselbaren Hohlzylinders
- Fig. 5 einen schematischen Längsschnitt eines Entnahme-
Hohlzylinders, geeignet zur Verwendung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
- Fig. 6 einen Querschnitt durch den Enunahmehohlzylinder
- Fig. 7 Ansicht eines mit Handgriff ausgestatteten
Entnahmehohlzylinders.
CSPHA^Q V-ac
C J V
In den Zeichnungen bedeutet:
1 Hohlzylmder
2 Längsschlitze
3 Schleifkopf (vorderer Teil von 1)
4 Stirnfläche von 1
5 Schleifbelag (innen + außen)
6a Kupplungsteil
6b Kupplungsteil des Antriebsteils 7
7 Antriebsteil
8 rotierende Dichtung
9 Griff
10 Beleuchtungseinrichtung
11 Kühlflüssigkeitszuleitung
12 Antriebszapfen
13 Lichtleitfaserbündel
14 Lichtaustrittsöffnung
16 Entnahmehohlzylinder
17 Widerhaken
18 Handgriff
Das in Fig. 1 gezeigte chirurgische Instrument zeigt als Schleifwerkzeug einen länglichen Hohlzylinder (1). Dieser weist an einem Ende einen Kupplungsteil (6a) auf, der mit · dem Kupplungsteil (6b) des Antriebsteils (7) verbunden werden kann, durch welchen der Hohlzylinder (1) mittels der schematisch dargestellten Antriebsmaschine (7) rotierend mit einstellbarer Geschwindigkeit angetrieben werden kann. Die Stirnfläche ist mit (4) bezeichnet. Der Innenquerschnitt des Hohlzylinders (1) nimmt von der Stirnseite (4) bis zum Ausgang des Kupplungsteils (6a) gleichmäßig und geringfügig zu, um das Herausdrücken des erbohrten Knochenzylinders zu erleichtern. Im vorderen Bereich, nahe der Stirnseite (4) weist der Hohlzylinder (1) Längsschlitze(2)auf, die vorzugsweise axial verlaufen.
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Diese Längsschlitze (2) ermöglichen einen Abfluß der zugeführten Kühlflüssigkeit.
In dem den Schleifkopf (3) bildenden vorderen Bereich des Hohlzylinders (1), also vorzugsweise zwischen den Längsschlitzen (2) und der Stirnfläche (4) trägt der Hohlzylinder (1) auf seiner Innenwand und/oder Außenwand einen dauerhaften Schleifbelag (5); die Stirnfläche (4) ist abgerundet, so daß eine größtmögliche Beschichtungsoberflache in Kontakt zum Knochen kommt.
Der Hohlzylinder (1) wird vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, der in der Regel in hochglanzpolierter Form verwendet wird, wie er für Präzisionsintrumente üblich ist. Die Wandstärke des Hohlzylinders (1) variiert in Abhängigkeit von seinem Durchmesser, liegt aber normalerweise zwischen 0,09 und 0,90 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm. Mindestens innen sind die Hohlzylinder leicht konisch gestaltet. Zweckmäßig ..besitzen sie innen einen Freiwinkel von 5" bis zu 0,5 Grad, vorzugsweise 20" bis 0,2 Grad.
Der Schleifbelag (5) besitzt eine Schichtdicke von etwa 100 bis 700 pm, vorzugsweise bis 500 pm. Es kann aus üblichem, widerstandfähigem Material bestehen, z.B. Diamant, Korund, Aluminiumoxid-Keramik, Glas, Borazon oder vergleichbar harten Materialien. Die Korngröße wird auf den Durchmesser des Schleifkopfes sowie auf die Art des zu bohrenden Knochens abgestimmt und beträgt 30 bis 350 pm, und zwar 50 bis 150 pm für Kompaktaknochen und um 150 pm für Spongiosaknochen. Eine Korngröße um 50 pm ist für Schleifkopfdurchmesser von etwa 2 bis 8 mm besonders geeignet; eine solche von etwa 80 pm für Durchmesser von etwa 8 bis 12 mm und eine von 100 pm für Durchmesser von über 20 mm.
Bei einer Diamantbeschichtung liegt die Korngröße vorzugsweise zwischen 30 und 250, maximal bei 350 pm.
ozuz ι
Der Belag (5) wird in üblicher Weise aufgebracht, z.B. durch galvanische Beschichtung oder durch direkte oder indirekte Besputterung. Bei den großen Zylindern kann auch Bestückung in weicher Legierung vorgesehen werden'.
Die Stirnseite (4) der Hohlzylinder (1) soll rund sein, damit ein Optimum an Schleifkörnern in Kontakt mit der zu schleifenden Knochensubstanz kommt.
Die Schlitze (2) in den Hohlzylindern (3) richten sich in ihrer Anzahl nach der Größe der Hohlzylinder, d.h. nach dem Innendurchmesser. Löcher haben einen Durchmesser zwischen 200 und 1000 pm, rechteckige Fenster eine Länge von 2 bis 6 mal 0,3 bis 0,8 mm bei der angegebenen Breite.
Durchmesser und Länge der Hohlzylinder (1) sind auf die Art des vorzunehmenden chirurgischen Eingriffs abgestimmt. Die kleinsten Zylinder eines solchen Satzes sind mit einer Diamantbestückung mit Korngrößen um 50 pm versehen und für Feinknochenbiopsien bestimmt, vorwiegend für Kompaktakno- · chen bzv. für Sternalpunktionen, Schädeldachbiopsien und Biopsien zur Beurteilung des Verlaufes der Knochenbruchheilung.
Der Hohlzylinder (1) ist mittels seines Kupplungsteiles (6a) in einen entsprechenden Kupplungsteil (6b) des Antriebsteils (7) einsetzbar. Der Antriebsteil (7) weist eine rotierende Dichtung (8) auf, in der die Kühlflüssigkeitszuleitung 15 mündet, sowie einen Antriebεzapfen 16, an dem das Futter des Antriebskopfes der in den Antriebsteil einsetzbaren Antriebsmaschine (7) angreift. Als Antriebsmaschine kann eine übliche Bohrmaschine dienen. Der Kupplungsteil (6b) ist im Antriebsteil drehbar und unverschiebbar gelagert, beispielsweise mittels eines Kunststoffoder Kugellagers. Der Antriebsteil (7) kann vorzugsweise aus einer Leichtmetall-Legierung hergestellt sein.und ist ebenfalls prazisionsgearbeitet.
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Durch die Kühlmittelzuleitung (11) gelangt eine physiologische Lösung, wie physiologische Kochsalz- bzw. Ringerlösung oder geeignete adaptierte Lösungen in den Hohlzylinder (1), wo sie durch die Längsschlitze (2) austritt. Das besondere dieser zentralen Wasserführung besteht in dem Druckaufbau durch die Rotation des Schleifhohlzylinders. Dieser wird gesteuert durch die Fenestrierung des Zylinders. Die Wasserzuführung erfolgt mit rotierender Dichtung. Die Wasserspülung wird zentral angeordnet, was den Vorteil hat, daß sich im Hohlzylinder (1) ein Druck aufbaut und primär kein hoher Ausgangsdruck erforderlich ist. Es genügt eine sterile Infusionsflasche über dem Operationstisch in einer Höhe zwischen 50 cm und 120 cm. Die Kühlmittelleitung ist mit einem (nicht gezeigten) Rückschlagventil versehen, das bei stehender Bohrmaschine den Kühlmittelzulauf unterbricht.
Ferner ist auf dem Antriebsteil (7) eine gegebenenfalls abnehmbare Beleuchtungseinrichtung (10) vorgesehen, welche auf den Schleifkopf (3) fokussierte Lichtstrahlen liefert. Die Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise zur Lichtzuleitung ein Lichtleitfaserbündel (13) aufweisen, welches das Licht den Lichtaustrittsöffnungen (14) zuleitet. Wenn als Lichtleiterfasern Quarzfasern verwendet werden, kann auch UV-Licht übertragen werden, um z.B. tetracyclinmarkierte Knochenbiopsien (bei Tumoren) oder fluoreszierende Kunststoff reste (bei Prothesenwechsel) besser sichtbar zu machen.
Zusätzlich zu dieser ringförmigen, aufgeschraubten bzw. fest angebrachten Mehrpunkt-Glasfaserbeleuchtung ist bei großen Instrumenten, wie sie zu Vorbereitung der Markhöhle beim Prothesenwechsel Verwendung finden, zusätzlich ein zentraler Glasfaserlichtstab vorgesehen, der auf den Schleifkopf (3) fokussiert ist.
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Zur Überpflanzung von Knorpelknochen und Knochentransplantaten sind sogenannte Zwillingshohlzylinder vorgesehen, d.h. ein Satz von zwei Hohlylindern gleicher Länge, deren Durchmesser sich um 0,1 bis 0,4 mm unterscheidet, sodaß der Entnahmezylinder in ein 0,1 bis 0,4 mm kleineres Empfängerbett eingesetzt werden kann. Da vor allem Spongiosaknochen etwas elastisch sind und beim Einsetzen leicht komprimiert werden können, wird auf diese Weise eine stabile Implantation ohne Fremdmaterialien gewährleistet. Die Größe des Unterschiedes der Durchmesser ist direkt abhängig vom Durchmesser des Hohlzylinders. Die Hohlzylinder von 4,5 - 8,5 mm Innendurchmesser unterscheiden sich um 0,2, kleinere um 0,1, größere von 10 bis 35 mm Durchmesser um 0,2 bzw. max. 0,4mm. Zwillingshohlzylinderschleifen für den Kompaktäknochen unterscheiden sich um 0,05 bis 0,1 mm. Die Zylinder werden jeweils nach der Beschichtung vermessen und einander zugeordnet.
Zur Entnahme des durch den Hohlzylinder 1 beim Bohren erzeugten Knochenkerns dient vorzugsweise ein Entnahmehohlzylinder, beispielhaft in Fig. 5 gezeigt. Dieser Entnahmehohlzylinder (16) gleicht hinsichtlich der Wandstärke dem jeweiligen Schleif-Hohlzylinder, ist aber nicht außen mit einem Schleifbelag versehen, sondern inwandig mit feinen Widerhaken (17) (z. B. 1 - 10). Vorzugsweise sind diese im Querschnittsprofil der Entnahmehohlzylinder (Fig. 6) dreikantig. Sie können z.B. aufgelötet oder eingestanzt sein. Der Entnahmehohlzylinder wird nach Herausziehen des Schleif-Hohlzylinders über den stehengebliebenen Knochenkern vorsichtig' eingeschlagen und dann leicht gedreht, wodurch der Knochenkern an seinem Fuß abgedreht wird und herausgezogen werden kann, da sich die Widerhaken des Entnahmezylinders im Knochengebälk bzw. in der Knochensubstanz verhaken. Der Knochenzylinder kann dann aus dem Entnahmehohlzylinder ohne Schwierigkeiten nach hinten ausgeschlagen werden. Vorzugsweise wird der Enenahmehohlzylinder (16) mit einem Handgriff (18) versehen (vgl. Fig. 7).
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Die erfindungsgemäßen Instrumente können auch mit Vorteil zur Vorbereitung des Implantatbettes benutzt werden. Der Vorteil liegt darin, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung einen feststehenden Knochenzylinder beläßt, sodaß das Implantat lediglich Knochensubstanz entsprechend der Wandstärke des Schleif-Hohlzylinders verdrängt. Sind die Implantate durchlöchert, so bedarf es nur einer geringen knöchernen Regeneration, um zu einer festen knöchernen Durchwachsung des Implantats zu führen. Die Instrumente für diesen Zweck weisen in einigen Fällen flexible Bohrwellen auf, um die erforderlichen Löcher einbringen zu können, z.B. bei Verankerung einer künstlichen Pfanne im Pfannendach, zur Biopsieentnahme auf der Innen- und Außenseite des Beckenkammes, zur Vorbereitung des Implantatbettes bei Zahnersatz, notwendig sind. Auf diese Weise erübrigt sich ein Winkelstück und es ist gleichwohl die zentrale Wasserspülung möglich.
Die erfindungsgemäßen Instrumente werden durch spezielle Bohrführungen, die mit spitzen Zähnen versehen sind, geführt, wodurch Bohrmaschine und Schleifinstrument unverrückbar am Entnahmeort des Knochens gehalten werden. Für die flexiblen Wellen sind spezielle Halter notwendig, mit denen die gebogene Welle fest am Schleifpunkt gehalten werden kann.
Instrumente für bestimmte Entnahmestellen, z.B. Beckenkamm oder Sternum (Brustbein), können mit einem verstellbaren oder festen Anschlag versehen sein, sodaß Zylinder definierter Länge entnommen werden können.
Zum Antrieb der erfindungsgemäßen Schleifen eignen sich alle im Handel befindlichen Bohrmaschinen mit Drehzahlen zwischen 500 und 5000 Umdrehungen. Höher drehende Bohrmaschinen sollten mit einem Reduktionsgetriebe auf niedere Tourenzahlen gebracht werden, da sonst die Gefahr besteht, daß die Kühlung durch die Kühlflüssigkeit nicht mehr ausreicht.
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Die Bohrführungen sind vorzugsweise innen mit einer Kunststoffschicht versehen, damit die Schleifbeschichtung der Hohlschleifen nicht durch die Bohrführung beschädigt wird. Da leichte Verkantungen möglich sind, wäre dies bei reiner Metallausführung möglich. Auch wenn die Zylinderhohlschleiden bei vorsichtigem Aufsetzen in keiner Weise abdrehen oder weglaufen, wie dies von den scharfgezahnten Fräsköpfen bekannt ist, ist für den ungeübten Benutzer eine Bohrführung, vor allem aber auch für die flexiblen Wellen, vorgesehen, welche mit spitzen Zähnen bzw. wenigen Nadelspitzen die Hohlschleife unverrückbar fest am Entnahmeort festhalten.
Der Anschluß an die chirurgischen Bohrmaschinen erfolgt über die Kupplungsteile, die die Vorrichtungen für die zentrale Spülung, die Dichtung und ein Schnellfutter zur Aufnahme der Hohlzylinder und der gegebenenfalls benötigten ttbersetzungsstücke enthalten.
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Claims (7)

  1. Merck Patent Gesellschaft
    mit beschränkter Haftung
    P atentansprüche
    I.) Knochenschleifinstrument, bei dem der Schleifkopf über eine Kupplung lösbar mit einem Antriebsteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifkopf (3) als Hohlzylinder (1) mit abgerundeter Stirnfläche (4) ausgebildet und an der Außen- und/oder Innenwand mit einem Schleifbelag (5) versehen ist, dessen Partikelgröße zwischen 30 und 300 pm liegt.
  2. 2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlzylinder (1) leicht konisch gestaltet sind, wobei der Querschnitt zur Stirnfläche (4) hin abnimmt.
  3. 3. Instrument nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine innen im Hohlzylinder (1) mündende Kühlflüssigkeitszuleitung (11) enthält.
  4. 4. Instrument nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (1) mindestens eine Öffnung, vorzugsweise in Form von Schlitzen (2), besitzt, die vor der Stirnfläche (4) enden.
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  5. 5. Instrumente nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Zwillingspaar gestaltet sind, indem ein beschichteter Hohlzylinder (1) mit seinem Außendurchmesser einen nur etwa 0,1 bis 0,4 mm geringeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des anderen Hohlzylinders.
  6. 6. Instrumente nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Antriebsteil oder am Adapter zur Bohrmaschine eine auf den Schleifkopf (3) gerichtete Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, vorzugsweise Glasfaser- bzw. Quarzfaserbeleuchtung, deren Lichtkegel jeweils auf die Spitze des Hohlzylinders fokussiert ist.
  7. 7. Entnahme-Hohlzylinder (16), geeignet zur Verwendung mit den Instrumenten nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er den gleichen Innen- und Außendurchmesser hat wie ein· entsprechender Schleifkopf-Hohlzylinder, jedoch statt einer Schleifbeschichtung außen Widerhaken (17) an der Innenwand aufweist, die beim Aufschieben des Entnahme-Hohlzylinders (16) über einen vorzugsweise mit einem Knochenschleif instrument nach den vorangehenden Ansprüchen hergestellten Knochenkern in diesen eindringen und ihn beim Drehen und folgenden Herausziehen des Entnahme-Hohlzylinders mitnehmen.
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DE19823202193 1982-01-25 1982-01-25 Chirurgisches knochenschleifinstrument Withdrawn DE3202193A1 (de)

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