DE10221614A1 - Chirurgisches Instrument zum Fräsen der Hüftpfanne - Google Patents

Abstract

Chirusgisches Instrument zum Fräsen der Hüftpfanne, das einen Instrumentenkopf und eine Antriebswelle aufweist. Um leichteren Zugang bei minimal-invasiver Operationsweise zu bieten, ist die Antriebswelle einschließlich eines gegebenenfalls vorhandenen Schafts gegenüber der Drehachse des Instrumentenkopfs abgewinkelt.

Description

• Zum Einsetzen einer prothetischen Pfanne in das natürliche Acetabulum muß dieses ausgefräst werden. Dazu benötigt man bislang einen in Richtung der Acetabulum-Achse offenen Zugang, um ein Fräswerkzeug mit einem entsprechend der Fräserachse verlaufenden Schaft ansetzen zu können. Dies gilt selbst bei minimal-invasiver Operationstechnik (WO 01/91648), wenn eine entsprechende Bohrung durch den proximalen Teil des Femurs geschaffen wird. Dies ist aufwendig und schwächt das Femur. Gesucht wird deshalb eine Operationstechnik, die minimal-invasiven Zugang ohne Schwächung des Femurs erlaubt.
• Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein chirurgisches Instrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Demgemäß weist das Instrument einen Instrumentenkopf auf, der mit dem Fräser ausgerüstet wird. Der Instrumentenkopf ist mit einer Halterung verbunden, die ihn in der gewünschten Arbeitsstellung hält. Für den Antrieb des Fräsers ist eine Antriebswelle vorgesehen, die ihn mit einer Antriebseinrichtung verbindet. Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle gegenüber der Drehachse des Instrumentenkopfs abgewinkelt. Dies gestattet es, das Instrument aus einer Richtung an das Acetabulum heranzuführen, die nicht mit der Richtung übereinstimmt, in der sich das Acetabulum öffnet. Dadurch, daß das Instrument seitlich im Verhältnis zur Acetabulum-Achse an das Acetabulum herangeführt werden kann, ist es möglich, einen minimal-invasiven Zugang zum Acetabulum zu wählen, beispielsweise einen anterolateralen oder postolateralen Zugang.
• Die Halterung umfaßt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen ebenfalls gegenüber der Drehachse des Instrumentenkopfs abgewinkelten Schaft. Dieser kann mit einem Griff verbunden sein, der es gestattet, das Instrument mit der Hand zu halten und auszurichten. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, den Schaft mit einer im Verhältnis zum Patienten fixierten Haltekonstruktion zu verbinden. Die Antriebswelle ist zweckmäßigerweise in oder an dem Schaft angeordnet.
• Die Abwinklung des Schafts bzw. der Antriebswelle gegenüber der Drehachse des Instrumentenkopfs liegt zweckmäßigerweise zwischen 90 und 135°, gemessen auf der dem Fräser zugewandten Seite. Dieser Winkel ist zweckmäßigerweise im Interesse der einfachen Ausführung des Instruments unveränderbar. Er kann aber auch verstellbar und ggf. in einer gewünschten Position fixierbar oder auch frei variabel sein, so daß der Arzt die Richtung des Griffs während des Fräsens den jeweiligen Verhältnissen optimal anpassen kann. Beispielsweise kann die Antriebswelle flexibel sein, wenn die Halterung gesondert von der Antriebswelle vorgesehen ist.
• Über den Schaft kann der Instrumentenkopf ausgerichtet und kann auf ihn die notwendige Vorschubkraft ausgeübt werden.
• Wenn dafür nicht andere mechanische Mittel vorgesehen sind, gelingt dies am leichtesten, wenn der Griff in Richtung der Drehachse des Instrumentenkopfs angeordnet ist. Der Griff ist dann über einen außerhalb der Drehachse liegenden Bügel mit dem Instrumentenkopf bzw. dem Schaft verbunden. Im allgemeinen ist wird der Schaft bleibend mit dem Instrumentenkopf verbunden. Jedoch kann es mitunter vorteilhaft sein, wenn er leicht lösbar ist, um von Fall zu Fall, ggf. auch intraoperativ, mit dem Instrumentenkopf verbunden bzw. von ihm gelöst werden zu können. Man kann dann auch unterschiedlich gestaltete oder gerichtete Schäfte vorsehen, um unterschiedlichen Vorstellungen des Operateurs und unterschiedlichen anatomischen Verhältnissen gerecht werden zu können. Der Schaft ist in der lösbaren Ausführung nicht mit der Antriebswelle verbunden.
• Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung ist es möglich, die Vorschubkraft für den Fräser unter Abstützung des Instrumentenkopfs am Femur zu erzeugen, der insbesondere bei minimal-invasiver Operationstechnik hinreichend durch Bänder und Muskeln mit dem Hüftknochen verbunden ist. Ferner kann nach der Erfindung der Femurhals zur Ausrichtung des Instruments benutzt werden. Dies beruht auf dem Gedanken, daß die Richtung des Femurhalses in vielen Fällen einen zutreffenden Hinweis auf die gewünschte Ausrichtung des Fräsers gibt. Jedenfalls gilt dies dann, wenn der Bandapparat genügend erhalten ist und der Operateur dafür sorgt, daß das Bein eine natürliche Lage gegenüber dem Acetabulum einnimmt. Dafür kann die erwähnte Halterung einen auf der dem Fräser gegenüberliegenden Seite des Instrumentenkopfs angeordneten Femur-Ansatzteil aufweisen. Dieser kann - je nach den zu erreichenden Zwecken - nur abstützend oder nur richtungsbestimmend oder beides sein. Beispielsweise können Abstützung und Richtungsbestimmung durch einen Ansatzteil erfolgen, der den Femurhals auf einer gewissen Länge außen umfaßt. Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird der Ansatzteil von einem in Richtung der Drehachse des Fräsers verlaufenden Zapfen gebildet, der passend mit einer Bohrung zusammenwirkt, die der Operateur zuvor von der Resektionsfläche her in den Femurhals eingebracht hat. Dieser Zapfen kann mit einem Gehäuseteil des Fräsers feststehend verbunden sein. Er kann auch von einer Fortsetzung der Fräserwelle gebildet sein und sich mit dem Fräser drehen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn eine in die Bohrung des Femurhalses einsetzbare Laufbuchse zur Aufnahme des Zapfens vorgesehen ist. Der Femuransatzteil kann auch mit Mitteln versehen sein, die den Instrumentenkopf gegen Drehung sichern.
• Der Femuransatzteil kann die einzige Halterung für den Instrumentenkopf bilden. Jedoch ist es oft zweckmäßig, zusätzlich den erwähnten Schaft vorzusehen, damit die Ausrichtung des Instruments und die Vorschuberzeugung von außen kontrolliert und beeinflußt werden kann. Gerade dafür kann die oben erwähnte Lösbarkeit zweckmäßig sein. Ferner kann es zweckmäßig sein, den Femuransatzteil und den Schaft so auszubilden, daß sie alternativ eingesetzt werden können. Beispielsweise kann der am Instrumentenkopf dem Femur zugewandte Zapfen alternativ zum Verbinden mit dem Schaft statt mit dem Femur dienen. Gewünschtenfalls kann die Verbindung zwischen dem Schaft und dem Instrumentenkopf so ausgebildet sein, daß über den Schaft das Fräsmoment aufgenommen werden.
• Bei derjenigen Ausführung, bei der das Femur als Gegenlager bei der Erzeugung der Vorschubkraft eingesetzt wird, kann die Vorschubkraft dadurch erzeugt oder ergänzt werden, daß der Femuransatzteil eine Einrichtung zum Abstützen am Femur umfaßt und daß zwischen dieser Abstützeinrichtung und dem Instrumentenkopf ein Streckmechanismus angeordnet ist. Dieser Streckmechanismus drückt den Instrumentenkopf von der Abstützeinrichtung weg, wenn ein entsprechender Vorschubantrieb auf ihn ausgeübt wird. Er kann zu diesem Zweck mit einer Vorschubantriebsstange fest oder lösbar verbunden sein. Diese soll gegenüber der Drehachse des Instrumentenkopfs ebenso wie die Antriebswelle und/oder der Schaft abgewinkelt sein, und zwar etwa zu derselben Seite hin. Der Streckmechanismus bildet ein Getriebe in seinem allgemeinsten Sinne, das die von der Vorschubantriebsstange vorgegebene Bewegung in eine Streckung des Abstands zwischen dem Instrumentenkopf und der Abstützeinrichtung umwandelt. Dem Techniker stehen unterschiedlichste Getriebeausführungen zu diesem Zweck ohne weiteres zur Verfügung. Beispielsweise kann ein Hebelgetriebe gewählt werden, das auf einer Schwenkbewegung der Vorschubantriebsstange um eine quer zur Drehachse des Instrumentenkopfs liegende Schwenkachse beruht. Der Streckmechanismus mit der Vorschubantriebsstange kann als Spreizzange ausgebildet sein; in diesem Fall wird die Vorschubantriebsstange von einem Zangenhebelpaar gebildet. Der Streckmechanismus kann auch von einem Drehgetriebe gebildet sein; in diesem Fall wird die Vorschubantriebsstange gedreht, um beispielsweise über ein an ihrem Ende vorgesehenes Ritzel auf eine Zahnstange zu wirken, die die Streckung des Mechanismus bewirkt.
• Damit der Instrumentenkopf von der Seite her durch eine enge Operationsöffnung herangeführt werden kann, soll seine Abmessung in Richtung der Fräserachse möglichst gering sein. Ein Maß für diese Abmessung ist der Abstand zwischen dem Kreuzungspunkt der Drehachse des Instrumentenkopfs mit der Achse des Schafts oder der Antriebswelle einerseits und dem Mittelpunkt des Fräsers andererseits. Dieser Abstand soll möglichst gering sein. Er soll nicht größer sein als der Fräserdurchmesser und vorzugsweise nicht größer als der halbe Fräserdurchmesser. Die in Richtung der Fräserachse gemessene Außenabmessung des Instrumentenkopfs ist zweckmäßigerweise nicht größer als 8, vorzugsweise nicht größer als 6 cm sein.
• Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die vorteilhafte Ausführungsbeispiele veranschaulicht. Es zeigen:
• Fig. 1 einen Längsschnitt durch das Instrument,
• Fig. 2 die schematische Ansicht einer Ausführungsalternative des Instruments,
• Fig. 3 eine dritte Ausführungsform des Geräts im Einsatz und
• Fig. 4 eine vierte Ausführungsform.
• Die Gehäuseteile 1, 2 des in Fig. 1 gezeigten Instrumentenkopfs 3 sind mit einem Schaft 4 fest verbunden, der einen Handgriff 15 bildet und eine Antriebswelle 5 enthält, deren freies Ende 6 in bekannter Weise mit einem Antriebsmotor oder einem Griff für Handantrieb verbunden werden kann. Innerhalb des Gehäuses 1, 2 trägt die Antriebswelle 5 ein Zahnritzel 7.
• In dem Gehäuse 1, 2 des Instrumentenkopfs 3 ist ferner eine Fräserwelle 8 drehbar quer zu der Antriebswelle 5 gelagert. Der Winkel zwischen den beiden Wellen liegt zweckmäßigerweise zwischen 90 und 135° (im dargestellten Fall 110°). Die Fräserwelle trägt ein Kegelrad 9, dessen Zähne mit denen des Ritzels 7 in Eingriff stehen. Die Fräserwelle 8 läßt sich auf diese Weise durch die Antriebswelle 5 drehend antreiben. Es versteht sich, daß dies nur ein Beispiel für die Antriebsverbindung zwischen den beiden Wellen darstellt. Es können auch andere Getriebearten, beispielsweise ein Schneckengetriebe, verwendet werden. Das Getriebe selbst oder ein damit verbundener Kardanteil kann winkeltolerant ausgebildet sein, um eine Verstellung des Winkels zwischen den Wellen 5 und 8 zu ermöglichen. Es kann eine Fixiereinrichtung vorgesehen sein, die es gestattet, das Instrument in der gewählten Winkeleinstellung zu arretieren. Stattdessen kann auch eine freie Winkelbeweglichkeit vorgesehen sein.
• Auf das Ende der Fräserwelle 8 ist in bekannter Weise auswechselbar ein halbkugeliges, als solches bekanntes Fräswerkzeug 10 aufgesetzt, das in dieser Beschreibung einfachheitshalber als Fräser bezeichnet wird. Um die Abmessung des Instrumentenkopfs gering zu halten, ist der Fräser eng an das Gehäuse 1, 2 des Instrumentenkopfs herangerückt. Die Entfernung des Kugelmittelpunkts 22 des Fräsers oder des Mittelpunkts seiner Rückfläche von dem Kreuzungspunkt 21 der Achsen der Wellen 5 und 8 ist kleiner als der Halbmesser des Fräsers, vorzugsweise kleiner als ein Viertel des Fräserdurchmessers. Wenn der Fräser nicht halbkugelig geformt ist, tritt an die Stelle des erwähnten Durchmessers der größte Durchmesser.
• Auf der dem Fräser 10 abgewandten Seite des Instrumentenkopfs 3 ragt ein Zapfen 11 hervor, der fest, ggf. einstückig, mit der Fräserwelle 8 verbunden ist und mit dieser eine gemeinsame Drehachse 12 hat. Eine Hülse 13 mit Endflansch 14 ist auf den Zapfen 11 mit Gleitsitz aufgesteckt. Der Flansch trägt auf seiner dem Knochen zugewendeten Seite Zähne oder Nadeln 18, die in den Knochen eindringen, um die Drehung der Hülse 13 zu verhindern.
• Das Instrument wird im folgender Weise benutzt. Nachdem der Hüftkopf entfernt ist, wird in den Femurhals von dessen Resekionsfläche her achsgleich eine Sackbohrung eingebracht, in die die Hülse 13 eingesteckt wird. Das Instrument wird so eingebracht, daß der Zapfen 11 in die in der Femurbohrung sitzende Hülse 13 gesteckt wird. Das Bein wird normal gelagert, so daß der Femurhals zum Acetabulum weist und der Fräser anstelle des natürlichen Hüftkopfs im oder am Acetabuklum liegt. Der Fräser 10 wird durch die den proximalen Femur haltenden Bänder in das Acetabulum gedrückt und gleichzeitig in natürlicher Weise ausgerichtet. Das Ausfräsen des Acetabulums kann nun ohne oder mit geringer ausrichtender Hilfe des Operateurs vollzogen werden. Danach wird die Operation in bekannter Weise fortgeführt.
• Während das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sich mit einem quer vom Instrumentenkopf 3 abstehenden Griffschaft begnügt, ist in Fig. 2 schematisch ein Instrument angedeutet, dessen Griff 15' etwa in der Achse 12 des Fräsers 10 angeordnet ist. Der Schaft 4' des Instruments führt etwa lotrecht vom Instrumentenkopf 3' weg und trägt am Ende einen Antriebsmotor 16. Durch einen Bügel 17 ist das Ende des Schafts 4' starr mit dem Griff 15' verbunden. Dessen Lage zeigt dem Operateur genau die Stellung der Fräserachse 12 an und erlaubt es ihm, nicht nur den Fräser gemäß der gewünschten Achsrichtung auszurichten, sondern auch die Kraft zu steuern, mit der der Fräser in das Acetabulum gedrückt wird. Der Griff kann in der strichpunktierten Linie flach ausgebildet sein, um die Kraftausrichtung mit der Hand oder dem Körper des Operateurs zu erleichtern.
• Das Instrument gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von dem in Fig. 1 gezeigten dadurch, daß ihm ein Schaft fehlt und die Antriebswelle 5" als flexibles Welle ausgebildet ist. Die Ausrichtung des Instruments wird - wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert - durch die in den Knochen 19 eindringenden Zapfen 11 und Hülse 13 bewirkt. Auch die zum Fräsen erforderliche Andruckkraft wird vom Knochen 19 her auf das Instrument übertragen. Die dadurch bestimmte Ausrichtung des Instruments wird dank der Flexibilität der Antriebswelle 5' nicht durch unbeabsichtigte Bewegungen des Operateurs beeinträchtigt. Jedoch ist die Welle 2' so steif, daß sie das Fräsmoment zu übertragen vermag.
• In Fig. 4 ist eine Variante des Instruments gezeigt, für dessen Beschreibung auf Fig. 1 verwiesen werden kann. Zwischen dem Gehäuse 1, 2 und dem Flansch 14 ist das Ende 25 eines Hebels 26 eingeschaltet. Dieses Ende ist gabelig ausgeführt, um gewünschtenfalls nachträglich zwischen das Gehäuse 1, 2 und den Flansch 14 eingeschoben werden zu können. Es ist gegenüber dem langen Ende 26 des Hebels ein wenig abgewinkelt. Es wird zunächst parallel zur Rückfläche des Gehäuses 1, 2 und zum Flansch 14 zwischen diesen beiden Teilen eingeschoben. Das lange Ende 26 des Hebels befindet sich dann in einer gewissen Winkelentfernung von dem Schaft 4. Wenn eine Vorschubkraft erzeugt werden soll, die den Fräser 10 in das Acetabulum drückt, wird das lange Ende 26 des Hebels in Pfeilrichtung zum Schaft 4 hin gedrückt. Diese Bewegung kann der Operateur leicht in der Art der Betätigung einer Zange durchführen. Dabei setzt sich der Knickpunkt 27 des Hebels auf die Rückfläche des Gehäuses 1, 2 auf und bildet den Drehpunkt für seine anschließende Schwenkbewegung. Die Spitze 28 setzt sich auf den Flansch 14 auf und drückt ihn bei fortdauernder Schwenkbewegung von dem Gehäuse 1, 2 weg. Das Hebelende 25 bildet somit gemeinsam mit der Rückfläche des Gehäuses 1, 2 und dem Flansch 14 einen Streckmechanismus. Das lange Ende 26 des Hebels bildet eine Vorschubantriebsstange, durch deren Bewegung der Streckmechanismus gestreckt wird, um die Distanz des Fräsers 10 von dem Knochen 19, an dem sich der Flansch 14 der Hülse 13 abstützt, zu vergrößern und so den Fräser 11 in das Acetabulum zu drücken.

Claims (20)

1. Chirurgisches Instrument zum Fräsen der Hüftpfanne, das einen Instrumentenkopf (3) mit Fräser (10), eine Halterung zum Halten des Instrumentenkopfs (3) in der Arbeitsstellung und eine den Fräser (10) mit einer Antriebseinrichtung (16) verbindende Antriebswelle (5, 5") umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5, 5") gegenüber der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3, 3') abgewinkelt ist.

2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung einen ebenfalls gegenüber der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3, 3') abgewinkelten Schaft (4, 4') umfaßt.

3. Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5) in oder an dem Schaft (4, 4") angeordnet ist.

4. Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (4, 4') mit einem Griff (15, 15') verbunden ist.

5. Instrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff (15') in Richtung der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3') angeordnet ist und über einen außerhalb der Drehachse (12) liegenden Bügel (17) mit dem Instrumentenkopf (3') oder dem Schaft (4') verbunden ist.

6. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung einen auf der dem Fräser (10) gegenüberliegenden Seite des Instrumentenkopfs (3) angeordneten Femur-Ansatzteil (11, 13) aufweist.

7. Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Femur-Ansatzteil (11, 13) richtungsbestimmend ist.

8. Instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Femur-Ansatzteil einen in Richtung der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3) verlaufenden Zapfen (11) umfaßt.

9. Instrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (11) von der Fräserwelle (8) gebildet ist.

10. Instrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine in eine Bohrung im Femur einsetzbare Laufbuchse (13) für den von der Fräserwelle (8) gebildeten Zapfen (11) vorgesehen ist.

11. Instrument nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Femur-Ansatzteil Mittel zur Drehverhinderung umfaßt.

12. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3) und der Antriebswelle (5) und/oder dem Schaft (4) verstellbar ist.

13. Instrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (5") flexibel ist.

14. Instrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein gesonderter Schaft (26) leicht lösbar mit dem Instrumentenkopf (3) verbindbar ist.

15. Instrument nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fräser-Vorschubeinrichtung zum Vorschieben des Instrumentenkopfs (3) unter Abstützung am Femur vorgesehen ist.

16. Instrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Femur-Ansatzteil (11, 13) eine Einrichtung (14) zum Abstützen am Femur umfaßt und daß zwischen dieser Abstützeinrichtung (14) und dem Instrumentenkopf (3) ein Streckmechanismus (25) angeordnet ist.

17. Instrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Streckmchanismus (25) eine Vorschub- Antriebsstange (26) verbunden oder verbindbar ist, die gegenüber der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs abgewinkelt ist.

18. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (20) zwischen dem Kreuzungspunkt (21) der Drehachse (12) des Instrumentenkopfs (3) mit der Achse des Schafts (4) oder der Antriebswelle (5) einerseits und dem Mittelpunkt (22) des Fräsers (10) andererseits nicht größer als der Fräserdurchmesser ist.

19. Instrument nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (20) nicht größer als der halbe Fräserdurchmesser ist.

20. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Fräserachse (12) gemessene Außenabmessung (23) des Instruments ohne seine gegebenenfalls im Femur unterzubringenden Teile einschließlich des Fräsers (10) nicht größer als 8 cm ist.