DE3808410A1 - Knochenfraese - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Knochenfräse gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Derartige Knochenfräsen werden unter anderem dafür verwendet, in Hüftgelenksknochen eine Ausnehmung zu erzeugen, in welchen eine künstliche Hüftpfanne verankert werden kann.

Bekannte Knochenfräsen erzeugen hierzu mit einem um eine gehäusefeste Achse umlaufenden Messerkopf eine zylindrische Ausfräsung. Zum Beispiel für zementfrei implantierte Hüftgelenks­ pfannen aber auch für andere Prothesen ist es nun vorteilhaft, wenn die von der Prothese getragenen metallischen Veranke­ rungspfeiler in ein möglichst großes Knochenvolumen einwach­ sen. Das hierfür in Frage kommende Spongiosavolumen des Knochens, z. B. des Hüftgelenkknochens hat aber keine rota­ tionssymmetrische Geometrie. Man kann aber eine Ausnehmung zur Aufnahme einer unsymmetrisch mit Verankerungspfeilern bestückten Hüftgelenksprothese in einem Hüftgelenksknochen unter Verwendung der bekannten Knochenfräse nur mit großer Vorsicht und unter großen Schwierigkeiten erzeugen.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Knochenfräse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so weitergebildet werden, daß sie auch eine nicht rotationssymmetrische Ausnehmung in einem Knochen erzeugen kann, wobei gleich­ zeitig gewährleistet ist, daß nicht durch zu raschen Vor­ schub des Messerkopfes der betrachtete Knochen unzulässig weit ausgeräumt wird.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Knochen­ fräse gemäß Anspruch 1.

Bei der erfindungsgemäßen Knochenfräse erhält man durch die feste Abstützung der Stützplatte am Boden einer durch Vorfräsen erzeugten rotationssymmetrischen Ausnehmung im Knochen ein fest vorgegebenes Widerlager für die Achse, um welche das Messer auf einer exzentrischen Bahn umläuft. Die axiale Vorschubbewegung dieses Messers ist durch einen Dämpferzylinder begrenzt. Auf diese Weise ist es möglich, auch unter schlechten Sichtbedingungen gefahrlos die ge­ wünschte unsymmetrische Ausnehmung im Knochen zu erzeugen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteran­ sprüchen angegeben.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 ist im Hinblick auf leichte Drehbarkeit der Antriebswelle und kontrolliertes und leichtes axiales Verschieben der An­ triebswelle und des auf ihr angeordneten Messerkopfes von Vorteil.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 3 hat die Exzenter­ führung für das Messer mechanisch besonders einfachen und robusten Aufbau. Der angegebene Aufbau des Messer­ kopfes ist auch im Hinblick auf einfache Reinigung von Vorteil, da keine zurückspringenden Oberflächenabschnitte zu reinigen sind.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf eine hohe Schneidleistung und auch im Hinblick auf gute Gleichmäßigkeit der Knochenzerspanung ohne Erschüt­ terungen von Vorteil.

Gemäß Anspruch 5 erhält man auf sehr einfache Weise die mechanische Kopplung zwischen der Axialbewegung der Antriebs­ welle und dem bewegten Teil des Dämpferzylinders, da die die Antriebswelle umgebende hohle Achse zugleich die Kolben­ stange des Dämpferzylinders darstellt.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 6 kann die durch den Dämpferzylinder vorgegebene maximale Vorschubgeschwin­ digkeit leicht vom Operateur gemäß den jeweiligen Erforder­ nissen eingestellt werden.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 7 läßt sich der Messerkopf rasch wieder in die Ausgangsstellung zurückbe­ wegen.

Diese Unsymmetrie in der Dämpferwirkung läßt sich gemäß Anspruch 8 mit mechanisch besonders einfachen Mitteln erzielen.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 9 kann man die axiale Länge der exzentrischen Bohrung schon vorab einstellen und begrenzen.

Verwendet man zum Vorfräsen der zylindrischen Knochenaus­ nehmung, in welche die Stützplatte der erfindungsgemäßen Knochenfräse eingesetzt wird, eine Knochenvorfräse gemäß Anspruch 10, so kann man auch die axiale Abmessung der zylindrischen Knochenausnehmung vorab vorgeben und begrenzen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie­ len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine Knochenfräse mit einem exzentrisch bewegten Messer;

Fig. 2 einen transversalen Schnitt durch die Knochenfräse nach Fig. 1 längs der dortigen Schnittlinie II-II;

Fig. 3 eine axiale schematische Aufsicht auf eine zylin­ drische Knochenausfräsung, die mit einer Knochen­ fräse gemäß Fig. 1 exzentrisch aufgeweitet wurde;

Fig. 4 einen axialen Schnitt durch die exzentrisch aufgeweitete Knohenausfräsung gemäß Fig. 3; und

Fig. 5 eine seitliche Ansicht einer Knochenvorfräse, die zusammen mit der Knochenfräse nach Fig. 1 zur Erzeugung der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Knochenausfräsung verwendet wird.

Die in Fig. 1 gezeigte Knochenfräse hat ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Gehäuse. Letzteres besteht aus einem Griffteil 12, einem Zylinderteil 14 und einem unteren Zylinderdeckel 16 sowie einem oberen Zylinderdeckel 18.

Die Zylinderdeckel 16, 18 haben mittige Durchgangsöffnungen 20, 22, durch welche sich eine hohle Achse 24 erstreckt. Die Zylinderdeckel 16, 18 sind über innenliegende Dichtungen 26, 28 gegen die Außenseite der Achse 24 und über außenlie­ gende Dichtungen 30, 32 gegen die Innenwand des Zylinder­ teiles 14 abgedichtet.

Auf die Achse 24 ist innerhalb des Zylinderteiles 14 ein Kolben 34 fest aufgesetzt, der über einen Kolbenring 36 auf der Innenfläche des Zylinderteiles 14 läuft.

Der Kolben 34 unterteilt das Innere des Zylinderteiles 14 in zwei Arbeitsräume 38, 40, die über einen axial ver­ laufenden Bypasskanal 42 des Zylinderteiles 14 miteinander in Verbindung stehen.

Der Strömungsquerschnitt des Bypasskanales 42 läßt sich über eine einstellbare Drosselschraube 44 vorgeben.

In der in Fig. 1 links gelegenen Hälfte des Zylinderteiles 14 ist eine Füllschraube 46 vorgesehen, über welche das Innere des Zylinderteiles 14 mit einer viskösen Dämpfer­ flüssigkeit gefüllt werden kann.

Im Kolben 34 ist eine axiale Durchgangsbohrung 48 vorgesehen, welche auf der Oberseite des Kolbens 34 von einem Flatter­ ventilkörper 50 überdeckt wird.

Damit ist die Bewegungsgeschwindigkeit der Achse 24 in Fig. 1 nach oben durch die durch die Einstellung der Schraube 44 vorgegebene Drosselwirkung begrenzt. Ein Abwärts­ bewegen der Achse 24 ist dagegen unter geringer Kraft möglich, da dann der Flatterventilkörper 50 öffnet.

An das obere Ende der hohlen Achse 24 ist eine Nockenscheibe 52 angeformt. Deren Umfangsfläche arbeitet mit herabhängenden balligen Nockenfolgearmen 54, 56 zusammen, die an ein insgesamt mit 58 bezeichnetes Messer angeformt sind.

Das Messer 58 läuft in einer radialen Führung 60 eines Messerkopfes 62, der an dem Ende einer Antriebswelle 64 angebracht ist.

Die Antriebswelle 64 ist über Gleitlager 66, 68 drehbar in der Achse 24 gelagert und ist in ihrer axialen Stellung durch einen Sprengring 70 auf der Achse 24 festgelegt.

Die Antriebswelle 64 hat am in Fig. 1 untenliegenden Ende zwei einander gegenüberliegende Abflachungen 72, über welche eine Drehmomentübertragung von einer in Fig. 1 nur gestrichelt angedeuteten Motorwelle 74 her erfolgt. Eine in das Ende der Antriebswelle 64 eingestochene Nut arbeitet mit einer Kugelrasteinrichtung 78 zusammen, die in Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist und zu einer insgesamt mit 80 bezeichneten Kupplungshülse gehört. Auf diese Weise wird die Antriebswelle 64 mit einem Antriebs­ motor verblockt.

Auf die in Fig. 1 links liegende Seite des Zylinderteiles 14 ist ein axialer Träger 82 aufgeschraubt, der eine senk­ recht auf der Gehäuseachse stehende scheibenförmige Stütz­ platte 84 trägt.

In Fig. 1 erkennt man ferner einen auf das untere Ende der Achse 24 aufgesetzten Ring 86, der eine Randausnehmung 88 hat. Letztere arbeitet mit einer in axialer Richtung verlaufenden Feder des Griffteiles 12 zusammen, um die Achse 24 in Drehrichtung festzulegen.

Auf einem mit Gewinde versehenen Endabschnitt 92 der Achse 24 ist ein Anschlagring 94 verschraubbar. Dieser bildet zusammen mit der Unterseite des unteren Zylinderdeckels 16 einen Anschlag für die Bewegung der Achse 24 in Fig. 1 nach oben.

Fig. 5 zeigt eine Knochenfräse zum Vorfräsen einer zylin­ drischen Ausfräsung in einem Hüftgelenksknochen. Eine Antriebs­ welle 102 hat ein getriebenes Ende, welches mit Abflachungen 104 und einer Nut 106 versehen ist, genauso wie die Antriebs­ welle 64. An das in Fig. 5 obere Ende der Antriebswelle 102 ist ein Messerkopf 108 angeformt, in welchen zwei Messer 112, 114 fest eingesetzt sind, die sowohl an ihrer Stirnseite als auch auf der Seite mit einer Schneidkante versehen sind.

In dem oberen Abschnitt der Antriebswelle 102 ist eine Sackbohrung 116 vorgesehen, welche den zylindrischen Schaft 118 eines insgesamt mit 120 bezeichneten Zentrierwerkzeuges aufnimmt. Zum letzteren gehört ferner ein in das freie Schaftende eingerasteter Zentrierdorn 122.

Das Zentrierwerkzeug 120 ist durch eine am Boden der Sack­ bohrung 116 abgestützte Schraubendruckfeder 124 in eine ausgefahrene Stellung vorgespannt. In dieser schlägt ein transversaler Anschlagstift 126, der durch das hintere Ende des Schaftes 118 hindurchgeführt ist, am vorderen Ende zweier Langlöcher 128 an, welche in der Antriebswelle 102 vorgesehen sind.

Im Bereich der Langlöcher 128 ist die Antriebswelle 102 mit einem Außengewinde 130 versehen, auf welchem ein An­ schlagring 132 und ein mit diesem zusammenarbeitender Konterring 134 laufen. Durch diese Ringe ist die jeweils erreichbare eingefahrene Stellung des Zentrierwerkzeuges 120 vorgegeben.

Zum Erzeugen einer Knochenausnehmung wird zunächst mit einem normalen Knochenbohrer eine Zentrierbohrung erzeugt, deren Tiefe vermessen wird.

Unter Berücksichtigung der Tiefe der Zentrierbohrung wird dann zunächst der Anschlagring 132 in die der gewünschten Aus­ nehmungstiefe entsprechende Stellung gebracht und in dieser mit dem Konterring 134 gesichert. Das über den Messerkopf 108 überstehende Zentrierwerkzeug 120 wird nun in die Zentrierbohrung im Knochen eingeführt. Dann wird bei lau­ fender Antriebseinheit die den Messerkopf 108 tragende Antriebswelle 102 solange axiale zugestellt, bis der An­ schlagstift 126 den Anschlagring 132 erreicht.

Nun wird auf die Antriebseinheit die in Fig. 1 gezeigte Fräse aufgesteckt und deren Stützplatte 84 wird in die mit dem Vorfräser erzeugte Ausnehmung im Knochen eingesetzt. Die Stützplatte 84 stützt sich am Boden dieser Ausnehmung ab. Nun wird das Gehäuse 10 so gedreht, daß die Nockenscheibe 52 in diejenige Richtung weist, in welcher die zuvor erzeugte zylindrische Ausnehmung exzentrisch erweitert werden soll. Dann wird die Antriebseinheit wieder in Gang gesetzt und axial vorgeschoben. Bei dieser Bewegung weitet dann das Messer 58 die eine Seite der zuvor erzeugten zylindrischen Bohrung auf. Hierbei ist die axiale Vorschubgeschwindigkeit durch die Einstellung der Drosselschraube 44 begrenzt. Die axiale Vorschubbewegung wird dann zwangsweise beendet, wenn der Anschlagring 94 an der Unterseite des unteren Zylinderdeckels 16 anliegt.

Durch die Verwendung der in den Fig. 1 und 2 bzw. 5 gezeigten Knochenfräsen erhält man somit insgesamt eine Ausnehmung im Knochen, die aus einem zylindrischen Kernab­ schnitt 136 und einer auf einer Seite des Kernabschnittes liegenden exzentrischen Erweiterung 138 besteht, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel hatte die Nockenscheibe 52 solche Form, daß die exzentrische Aufweitung der Kernbohrung über einen Winkel von etwa 180× erfolgte. Es versteht sich, daß man durch abgewandelte Form der Nockenscheibe auch solche nicht rotationssymmetrischen Ausnehmungen erzeugen kann, bei denen der aufgeweitete Bohrungsabschnitt sich über mehr oder weniger als 180× erstreckt. Auch braucht die Erweiterung der Kernbohrung nicht selbst wieder eine zylindrische Begrenzungsfläche zu haben. Durch entsprechende Gestaltung der Nockenscheibe 52 lassen sich auch ovale und andere Querschnitte für die Bohrungserweiterung vorgeben.

Claims (10)

1. Knochenfräse mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse gelagerten Antriebswelle und mit einem auf deren freies Ende aufgesetzten, umlaufenden Messerkopf, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Antriebswelle (64) axial verschiebbar (24) im Gehäuse (10) gelagert ist, daß der Messerkopf (62) mindestens ein radial verschiebbares Messer (58) aufweist, welches durch einen Nockenkörper (52) beim Um­ laufen in radialer Richtung verstellt wird; daß über dem Messerkopf (62) eine gehäusefeste Stützplatte (84) angeord­ net ist; und daß die Antriebswelle (62) mit dem bewegten Teil (34) eines Dämpferzylinders (14, 34) verbunden ist, dessen feststehendes Teil (14) mit dem Gehäuse (10) verbun­ den ist.

2. Knochenfräse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (64) in einer hohlen Achse (24) radial und axial gelagert ist, welche ihrerseits beim freien Ende den Nockenkörper (52) trägt und mit dem beweg­ ten Teil (34) des Dämpferzylinders (14, 34) verbunden ist.

3. Knochenfräse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenkörper (52) scheibenförmig ist und seine Umfangsfläche die Nockenfläche darstellt und daß das Messer (58) mit zwei einander gegenüberliegenden Nockenfolgeab­ schnitten (54, 56) die Nockenfläche übergreift.

4. Knochenfräse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Messer (58) an beiden Enden Schneiden aufweist.

5. Knochenfräse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Achse (24) dicht (26, 28) durch die Stirnwände (16, 18) des Dämpferzylinders (14, 34) hindurchgeführt ist und auf sie der Kolben (34) des Dämpfer­ zylinders (14, 34) fest aufgesetzt ist.

6. Knochenfräse nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsräume (38, 40) des Dämpferzylinders (14, 34) über eine einstellbare Drossel (42, 44) verbunden sind.

7. Knochenfräse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel (42, 44) durch ein Rückschlagventil (48, 50) überbrückt ist.

8. Knochenfräse nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (48, 50) durch einen axialen Durchgangskanal (48) des Kolbens (34) und einen dessen eines Ende überdeckenden Flatterventilkörper (50) gebildet ist.

9. Knochenfräse nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Messerkopf (62) abgelegene Ende der hohlen Achse (24) einen einstellbaren Anschlag (94) trägt.

10. Vorfräse zur Erzeugung einer zylindrischen Knochenaus­ nehmung, in welche die Stützplatte einer Exzenter-Knochen­ fräse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 einführbar ist, mit einer einen Messerkopf tragenden Antriebswelle, dadurch gekennzeichnet, daß in der Antriebswelle (102) ein Zentrier­ werkzeug (120) axial verschiebbar gelagert ist, welches federnd (124) in eine ausgefahrene Stellung vorgespannt ist, und daß die Antriebswelle (102) einen einstellbaren Anschlag (132) für das Zentrierwerkzeug (120) aufweist, der die eingefahrene Stellung des Zentrierwerkzeuges (120) vorgibt.