EP4312822A2 - Chirurgisches bohr-instrument - Google Patents

Chirurgisches bohr-instrument

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Publication number
EP4312822A2
EP4312822A2 EP22718652.5A EP22718652A EP4312822A2 EP 4312822 A2 EP4312822 A2 EP 4312822A2 EP 22718652 A EP22718652 A EP 22718652A EP 4312822 A2 EP4312822 A2 EP 4312822A2
Authority
EP
European Patent Office
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surgical instrument
shaft
shaft element
rotor
drilling
Prior art date
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Pending
Application number
EP22718652.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frank Heuer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mimeo Medical GmbH
Original Assignee
Mimeo Medical GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mimeo Medical GmbH filed Critical Mimeo Medical GmbH
Publication of EP4312822A2 publication Critical patent/EP4312822A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61B17/1604—Chisels; Rongeurs; Punches; Stamps
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    • A61B17/17—Guides or aligning means for drills, mills, pins or wires

Definitions

  • drilling instruments for opening bones are known in the prior art, which are used to prepare the bone for the insertion of implants, such as osteosynthesis screws.
  • implants such as osteosynthesis screws.
  • all drilling instruments work according to a rotary principle, in which a drilling tip is rotated around an axis. This creates only round openings in the bone.
  • Implants e.g. DE102019000965A1
  • WO2004107957A2, WO03032853A2 which are preferably non-round in shape so that they benefit from their biomechanical advantages due to their shape.
  • drilling instrument to prepare the implantation channel for such implants.
  • blade-like implants have been percussively driven into the bone, which can lead to clinical complications.
  • a drilling instrument suitable for this would have to be able to create a non-circular drilling channel and in the case of blade-like implants the drilling channel would even have to have a helical course along the drilling depth.
  • Bohr-Instruments (1) solved.
  • spatial coordinate references are defined, such as a proximal direction (101) and a distal direction (102), which extend along a central axis (103). from the central axis
  • the surgical instrument (1) is suitable for drilling in bone or bone fragments and consists of a drill section (5), a gear section (2) and a longitudinal shaft section (3) located between them with a first (30) and a second shaft member (40).
  • the second shaft element (40) is mounted at least in sections in the first shaft element (30).
  • each shank element performs a cyclic translational movement (130, 140) along the longitudinal axis (103).
  • the first shaft element (30) has a concentric opening (34) at least in sections along the longitudinal direction (103) and the second shaft element (40) has a concentric outer wall (43) at least in sections along the longitudinal direction (103). . It is advantageous if the concentric outer wall (43) of the second shaft element (40) is inserted into the concentric opening (34) of the first shaft element (30). Thus, both shaft elements are without additional
  • first shaft element (30) is at least partially tube-shaped and the second shaft element (40) is at least partially tube-shaped or designed as a solid round rod.
  • a tubular or full-round shape has the advantage that the shaft elements (30, 40) can be manufactured using a lathe, which results in time-saving effects and therefore cost savings.
  • the gear section (2) essentially consists of a rotor (10) with a central opening (13) and the two shaft elements (30, 40) mounted therein.
  • the two shaft elements (30, 40) each form a cam disk (310, 410) at their proximal end (101).
  • a characteristic of the configuration according to the invention is that the first and second shaft element (30, 40) each form a cam disk (310, 410), and the cam disk of the second shaft element (410) extends in the proximal direction (101) to the cam disk of the first shaft element (310) is arranged. It is therefore a double-stage cam disc gear.
  • Such an arrangement has the advantage that the parts are easier to manufacture and can also be dismantled at any time.
  • the rotor (10) To convert a rotational movement (110) of the rotor (10) into a translational movement (130, 140) of the shaft elements (30, 40), the rotor (10) must have at least two pins (1031, 1041 and/or 1032, 1042), wherein at least one pin (1031 and/or 1032) engages in the recess of the first cam (313, 312) and at least one further pin (1041 and/or 1042) engages in the recess of the second cam (413, 412).
  • a rotation of the rotor (110) with the pins (1031, 1032, 1041, 1042) causes the pins to deflect (130, 140 ). They are moved along the longitudinal axis (103).
  • the rotor (10) has at least two circumferentially opposite pins (1031, 1032) engaged in the recess of the first cam (312), and the rotor (10) has at least two more circumferentially opposing pins (1041, 1042) which engage in the recess of the second cam (312).
  • Cam disc (412) are located.
  • an opposing cyclical translational movement of the two shaft elements (130, 140) can also be generated in such a way that the sine waves (312, 412) of the two cam disks (310, 410) are provided in phase synchronism.
  • Opposite movement can then be induced by placing pins 1031 and 1041 and pins 1032 and 1042 at an angle to one another circumferentially. This angle and the number of sine periods in the circumferential direction then determine the phase offset or the degree of counter-rotation of the translational movement (130, 140, 150).
  • the surgical instrument (1) can be driven via the rotor (10), which has a shaft area (12) running proximally, which provides a coupling connection (11) which is suitable for applying a torque to the rotor (110). transferred to.
  • Handles or rotating drives such as electric, electromechanical, mechanical, pneumatic, hydraulic or other types of drives, can be detachably connected to the surgical instrument (1) at this coupling connection (11). It is important that these drives or handles are suitable for use in the OR and that the requirements for cleanability and sterilization are met.
  • a stator (20) is provided in order to set an orientation (108) of the drill section (5) in relation to the bone.
  • the orientation of the drill tip (108, 50) can be adjusted, varied and/or kept constant. It can be helpful for this if an indicator (25) is provided on the stator (20) which shows the orientation of the drill bit (51, 106, 108). It is irrelevant whether the indicator (25) is a marking, notch, inscription, relief, material application or removal, or whether an additional pointer element is provided.
  • Structures that are suitable for holding the stator (20) should also be understood as handles. These include, for example, notches, grooves,
  • the stator (20) can also be part of a housing, which is not shown here.
  • the shaft elements (30, 40) are provided at least in sections as a solid round or as a tube. So that the shaft elements (30, 40) do not rotate in relation to one another, it is advantageous if the shaft elements (30, 40) are directly (39, 49) or indirectly (37 , 47, 21, 22) are in contact with one another so that the shaft elements (30, 40) are twisted mutually excluded. Furthermore, it is also important that the shaft elements (30, 40) cannot rotate relative to the stator (20).
  • a surface or projection (37, 47) must be provided on at least one of the shaft elements (30, 40), which is in contact with the stator (20), so that the shaft element (30 and/or 40) are always at the same angle (106, 107) to one another in the circumferential direction with the stator (20).
  • the surgical drilling instrument (1) according to the invention can be guided over a guide wire (60) and also used for minimally invasive interventions, it is advantageous if the entire drilling instrument (1) including the drill section (5) is continuous cannulated (48, 18, 536, 546).
  • Drilling is performed with a translationally oscillating drill section (5), the drill section (5) consisting of at least two separate drill elements (53, 54) and these drill elements being connected to the shank elements (30, 40). are.
  • each drilling element (53, 54) is deflected individually by the drilling instrument (1).
  • the drilling elements have rasp teeth and, in combination, preferably a drilling tip (50) tapering to a point in the distal direction. Drilling is performed with a cyclically translatory rasp movement of the drill elements (53,
  • the advantage of the instrument (1) according to the invention lies in the fact that the drilling elements (53, 54) in combination create openings in the bone generate, which have a non-round cross-section. Furthermore, it is also conceivable that the opening in the bone deviates from the central axis (103) along the depth and, for example, follows a curvature. For blade-like implants, it is necessary and also possible for the drill elements (53, 54) to form a blade shape (52) in combination. When drilling with a translationally oscillating blade (52), it is then also possible to generate openings in the bone, the opening having a first cross section and a second cross section at two different depths, and the orientations of the two cross sections are different from one another.
  • FIG. 3 shows a side view of the drilling instrument according to the invention, as well as a detailed representation in section,
  • Fig. 4 side view of the shaft elements showing the processing of the cam discs
  • FIG. 6 shows an oblique view of the drilling instrument according to the invention with the demonstration that the drill section can be releasably connected
  • Fig. 7a,b detailed and exploded view of the drill section
  • Fig. 8a-d various views of the drill section
  • Fig. 11 illustrates the embodiment from Fig. 10 for a better view without a stator
  • Fig. 12a-c release mechanism for easy disassembly of the gear section for preparation of the instrument
  • FIG. 13a,b Individual representation of the alternative embodiment from Fig. 10.
  • (1) has a general structure. It consists of a gear section
  • a rotor (10) which, with the aid of a gear (2), converts a rotational movement (110) into a cyclic translational movement (130, 140) of the shaft elements (30, 40) along the central axis (103). converts.
  • the alignment (106) of the drill section (5, 108) and also of the shank area (3) can be adjusted and maintained (120) with the aid of a stator (20).
  • the rotor (10) rotates in relation to all instrument Components which are in alignment (106) with the stator (20).
  • the shank portion (3) preferably extends longitudinally along a central axis (103). This allows one
  • the shaft area (3) consists of at least two shaft elements (30, 40).
  • the drill section (5) has individually deflectable or movable drill elements (53, 54) which are in contact with one another but are not firmly connected to one another.
  • Each shaft element (30, 40) is mechanically connected to a drill element (30 with 53 and 40 with 54).
  • a movement e.g. translation
  • the drill elements (53, 54) preferably move in opposite directions for drilling. This allows openings to be provided in the distal direction (102) without rotating the drill elements (53, 54). The openings are rammed or rasped vertically into the bone.
  • Fig. 2 shows the detailed structure of the drilling instrument (1) according to the invention in an exploded view.
  • the second shaft element (40) is inserted almost completely into the first shaft element (30). Both shaft elements (30,
  • Both shaft elements (30, 40) are designed as a tube, which reduces manufacturing costs. At the At the respective distal end of the shaft elements there is a threaded section (35, 45) which serves as a detachable connection to the drill elements (53, 54), not shown here.
  • Both shaft elements (30, 40) each have a cam disc (310, 410) with a lateral surface (311, 411) pointing outwards. Further details on the cam disks (310, 410) with their lateral surfaces (311, 411), depressions (313, 413) and their curves (312, 412) are explained in more detail in FIG. Both cam discs (310, 410) are rotatory and translatory in the rotor (10).
  • Fig. 2 shows details of the rotor (10).
  • the rotor (10) is mainly round and has a distal (102) open concentric opening (13).
  • the rotor (10) is preferably closed in the proximal direction (101) and transitions into a shaft (12).
  • a drive section (11), which contains elements of a quick coupling, is provided on this shaft (12).
  • This drive section (11) is suitable for being able to connect different drive mechanisms that transmit a rotational movement (110) to the rotor (10).
  • Two or more openings (14) are provided on the rotor (10), which open in the radial direction (104) are aligned and run towards the central axis (103). Thus, these openings (14) communicate with the concentric opening (13) of the rotor.
  • Two or more pins (1031, 1032, 1041, 1042) are fixed, joined or mounted in these openings (14). When assembled, the pins protrude into the interior of the concentric opening (13) of the rotor and are in engagement with the cam discs (310, 410) as shown in FIG. 2 also shows the essential details of the stator (20).
  • the contact surfaces are designed in such a way that they tolerate a translational relative movement between the stator (20) and the shaft elements (30, 40) but at the same time the alignment (106) in the circumferential direction (105) between the stator and the drill section (108) is constant is held.
  • a keyhole-like opening (23) is provided on the stator (20), through which the shaft elements (30, 40) can be inserted from the proximal end in the assembled assembly.
  • stator (20) has one or more handles or handle features (24, 28) that a
  • the pins (1031, 1032, 1041, 1042) can be used to mount the instrument. inserted through the openings of the stator (28) and attached to the rotor (10) using a tool.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the individual components shown in FIG. 2 and thus allows a glimpse into the assembly and functioning of the drilling instrument (1) according to the invention, the functioning and interaction of the components having already been described above.
  • the rotor (10) is arranged in such a way that it rotates about the central axis (103). Only this arrangement makes it possible for the entire instrument to be cannulated (18, 48) and for the gear to rotate around an inserted guide wire (60). This is also shown, for example, in FIGS. 9a and b.
  • an additional rotary drilling element to be located within the cannulation (48) and to be joined directly to the rotor (10).
  • the drill element can protrude distally from the instrument and rotates together with the rotor (10) in relation to the drill section (5).
  • a centering hole can be generated with the internal rotating drilling element before the translational drilling area (53, 54) follows automatically.
  • the cam disks (310, 410) each have a lateral surface (311, 411) directed radially outward.
  • the outer diameters of the lateral surfaces 311 and 411 are approximately the same size.
  • Each of the lateral surfaces has in the radial direction (104) a depression (313, 413) directed towards the central axis (103) and this depression runs in the circumferential direction (105) along the lateral surface (311, 411) and forms a closed curve (312, 412).
  • this curve can be represented as a sinusoidal curve, it being advantageous for the sine wave (312, 412) to be provided on the lateral surface (311, 411) so that it is axisymmetrical with respect to the longitudinal axis (103). In this way, more than one translational deflection of the shaft elements (30, 40) can be effected per revolution of the rotor (10). If two or more pins are provided for each cam in the rotor, at least two or a multiple of two sine waves must be provided for each curve.
  • the sinusoidal curve (312) of the first shaft element (30) in relation to the sinusoidal curve (412) of the first shaft element (40) in one phase offset optimally corresponds to between 20% and 80%, but preferably about 50%, of the oscillation period of the sine wave.
  • the curve (312, 412) is sinusoidal in a developed representation and the translation path of the shaft element (130, 140) is defined by the maxima (319, 419) of the sine wave (FIG. 4).
  • the translation path of the first and/or second shaft element (130, 140) is between 0.1 mm and 5 mm, preferably 0.2 mm and 4 mm. preferably 0.5mm to 3mm.
  • the translational path (150) of the first shaft element (30) in relation to the second shaft element (40) is approximately twice the translational path (130, 140) of one Shaft elements related to the rotor (10).
  • FIG. An alternative embodiment is illustrated in FIG.
  • more than two shaft elements as shown here with three shaft elements (30, 40 and 500), are also conceivable.
  • Any number of shaft elements can be plugged into one another, with a cam disk (310, 410 and 510) being provided for each shaft element at the proximal end.
  • the number of shank elements also defines the number of drill elements.
  • a drill section (5) is provided for drilling with two shank elements (30, 40) that move in a translatory and cyclic manner in opposite directions, the drill section (5) consisting of two drill sections that are separate from one another but are in direct contact.
  • Elements (53, 54) consists, and a first drilling element (53) with the first shank member (30) and a second drilling member (54) are connected to the second shank member (40). It is advantageous for the application if the drilling elements (53, 54) are connected to the shaft elements (30, 40) in a detachable or interchangeable manner either individually or as a whole (FIG. 6).
  • the drilling instrument (1) presented here offers the technical possibility of also providing openings with the profile of a blade in the bone. Furthermore, it is also possible to create a helical depth gradient of the blade profile. So that a drilling channel for a blade-like implant can be prepared, it is advantageous if the drilling elements (53, 54) together form a blade shape (52) (FIGS. 7a and b) and at least one of the drilling elements (53, 54) forms at least one blade wing (52). Shown here are two wings that together describe a blade shape (52).
  • the drill section (5) can be divided into two descriptive features; a drill core (56) and the wings (52) adjacent thereto ( Figures 7a, 7b, 8a-d).
  • the drill core (56) has a drill tip (50) that tapers in the distal direction. From this drill tip (50) in the proximal direction
  • the drilling core (56) Adjacent to this area (51) and running further in the proximal direction, the drilling core (56) has a reduced cross-section, so that this area no longer exerts a drilling effect and the drilling resistance is reduced. Furthermore, material removed in the resulting gap can be transported away in the proximal direction. It is advantageous if at least the drilling tip (50) and the drilling area (51) are equipped with rasp teeth (57). Teeth (57) are particularly suitable for rasping, which perform a cutting action in the direction of pull of the drill elements (53, 54) and can be easily introduced into the material in the direction of pressure. As shown ( Figures 8b and 8d), barb-like rasp teeth work best. Due to the easier penetration in the compression direction compared to rasping/chipping in the pulling direction, there is also an automatic advance into the material to be drilled. Of course, differently designed rasp or saw teeth with different angles or undercuts are also conceivable.
  • wings (52) or a blade shape are provided next to the drill core (56) of the drill section (5).
  • the wings (52) preferably have a first proximal orientation (107) and a second distal orientation (108) ( Figures 7a, 8c). If a drilling channel is to be provided for straight blade-like implants, the two alignments (107, 108) must not differ.
  • the wings are mainly parallel along the central axis (103). For curved blade-like implants, however, it is necessary that the alignments (107, 108) are different from each other and a helix is described.
  • the blade-like implant and the drill section should correspond at least in sections. This applies mainly to the number of wings and the defined pitch of the wings.
  • the wings (52) merge into the drill core (56) in the distal direction and rasp teeth (58) are formed at least in this transition area.
  • rasp teeth (58) are in contact with the material to be drilled and have a chipping and abrasive character.
  • a barb-like profile is also suitable here. The profile of the wing to be drilled is formed into the material with the teeth.
  • Pockets (59) can optionally be provided in or on the wings (52) so that the material removed can escape and be discharged from the drilling channel (FIGS. 8a, 8d).
  • the pockets are separated by outside edges on each wing (533 and 543).
  • Depth indicators (55) are preferably provided on the drilling elements (53, 54), which give the user information about the current drilling depth.
  • the cross section of the drill elements changes due to the offset of the drill elements relative to one another (150).
  • the cross-sectional area is at its maximum in the middle position, so that both drilling elements (53, 54) form the drilling channel at this position.
  • the deflection position of the drill elements starting from the middle position means that when the drill elements are offset, a distal advance into the material is made possible.
  • the drill element running proximally transports the rasped material away proximally and at the same time supports itself with the rasp teeth (57, 58) on the inner wall of the drill channel in order to enable a counter bearing for the opposite and distal running drill element.
  • This arrangement of the rasp teeth in combination with the translational rasp movement reduces the forces required for drilling, since the drilling instrument (1) pulls itself into the material to a certain extent.
  • the cross-section of the drill is reduced during a translatory deflection movement from the center position, so that the drilling elements in the drill channel no longer block each other and space is created for the translatory movement in the drill channel.
  • both drill elements have a guide structure or profile (532, 542). Different profiles are suitable for this, which prevent the two drill elements (53, 54) from slipping sideways. This function can also be fulfilled by a guide wire (60) as an additional component. Both drill elements have a partial section of a cannulation opening (536, 546) (FIGS. 9a and 9b).
  • the pins (1031, 1041, 1032, 1042) can be detached from the rotor (10). This can be achieved either by a thread. Alternatively, other plug-in or detachable joining methods are conceivable. It is also possible for the pins to be provided in groups of two, or for the rotor to have a multi-part structure, for example, so that the shaft elements (30, 40) are released from the rotor.
  • the rotor (10) has a longitudinally movable outer sleeve (19) (Figs. 10-11).
  • the outer sleeve can assume a first position (191) in which the inner pin spacing 1033 is smaller than the inner diameter 130 of the opening of the rotor (13) (FIGS. 12a-c).
  • the outer sleeve (19) can assume a second position (192) in which the inner pin spacing 1033 is equal to or greater than the inner diameter 130 of the opening of the rotor (13). That is, as soon as the pins (1031,
  • This alternative embodiment also shows the design of the structure in which the first shaft element (30) is only partially supported in the second shaft element (40) (FIGS. 12a and 12b).
  • both shaft elements (30, 40) it is possible for both shaft elements (30, 40) to already have surfaces or walls (39, 49) which are in direct contact with one another stand and prevent twisting of the two shaft elements against each other.
  • the drill elements (53, 54) can be designed in one piece with the shank elements (30, 40) if the manufacturing strategy allows it.

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Abstract

Chirurgisches Instrument (1) zum Bohren in Knochen oder Knochenfragmente bestehend aus einem Bohrer-Abschnitt (5), einem Getriebe-Abschnitt (2) und einem dazwischen befindlichen longitudinalen Schaft-Abschnitt (3) mit einem ersten (30) und einem zweiten Schaft-Element (40) dadurch charakterisiert, dass das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise in dem ersten Schaft- Element (30) gelagert ist und jedes Schaft-Element eine zyklisch translatorische Bewegung (130, 140) entlang der longitudinalen Achse (103) zum Bohren in den Knochen ausführt.

Description

Chirurgisches Bohr-Instrument
Stand der Technik
Dem Stand der Technik sind verschiedene Bohr-Instrumente zum Eröffnen von Knochen bekannt, die dazu verwendet werden, den Knochen für den Einsatz von Implantaten vorzubereiten, wie beispielsweise Osteosynthese-Schrauben. Allerdings arbeiten sämtliche Bohr- Instrumente nach einem rotatorischem Prinzip, bei dem eine Bohr- Spitze um eine Achse gedreht wird. Dies erzeugt ausschließlich runde Öffnungen im Knochen.
Dem Stand der Technik sind Implantate (z.B. DE102019000965A1,
W02004107957A2, WO03032853A2) bekannt, die bevorzugt nicht-rund gestaltet sind, damit sie aufgrund ihrer Formgebung von ihren biomechanischen Vorteilen profitieren. Allerdings existiert derzeit kein Bohr-Instrument, um den Implantationskanal für solche Implantate vorzubereiten. Bisher werden klingenartige Implantate schlagend in den Knochen getrieben, was zu klinischen Komplikationen führen kann. Ein dafür geeignetes Bohr-Instrument müsste in der Lage sein einen unrunden Bohrkanal zu kreieren und im Falle von klingenartigen Implantaten müsste der Bohrkanal entlang der Bohrtiefe sogar einen helikalen Verlauf aufweisen.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird anhand des hier vorgestellten erfindungsgemäßen
Bohr-Instruments (1) gelöst. Für das erfindungsgemäße chirurgische Bohr-Instrument (1), sind raumzuweisende Koordinatenreferenzen definiert, wie zum Beispiel eine proximale Richtung (101), eine distale Richtung (102), die sich entlang einer Zentralachse (103) ausdehnen. Von der Zentralachse
(103) nach außen abgehend definiert sich eine radiale Ausbreitung
(104) als auch eine Umfangsrichtung (105).
Das erfindungsgemäße chirurgisches Instrument (1) ist zum Bohren in Knochen oder Knochenfragmente geeignet und besteht aus einem Bohrer- Abschnitt (5), einem Getriebe-Abschnitt (2) und einem dazwischen befindlichen longitudinalen Schaft-Abschnitt (3) mit einem ersten (30) und einem zweiten Schaft-Element (40). Dabei ist das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise in dem ersten Schaft- Element (30) gelagert. Zum Bohren führt jedes Schaft-Element eine zyklisch translatorische Bewegung (130, 140) entlang der longitudinalen Achse (103) aus.
Vorzugsweise besitzt das erste Schaft-Element (30) wenigstens abschnittsweise entlang der longitudinalen Richtung (103) eine konzentrische Öffnung (34) und das zweite Schaft-Element (40) besitzt wenigstens abschnittsweise entlang der longitudinalen Richtung (103) eine konzentrische Außenwandung (43). Dabei ist es vorteilhaft, wenn die konzentrische Außenwandung (43) des zweiten Schaft-Elements (40) in die konzentrische Öffnung (34) des ersten Schaft-Elements (30) gesteckt ist. Somit sind beide Schaft-elemente ohne zusätzliche
Mittel entlang der Zentralachse (103) zueinander ausgerichtet und gelagert. Für eine solche Lagerung ist es vorteilhaft, wenn das erste Schaft- Element (30) wenigstens abschnittsweise Rohr-förmig ausgebildet ist und das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise Rohr förmig oder als Vollrundstab ausgebildet ist. Eine Rohr- oder Vollrund-Form hat den Vorteil, dass die Herstellung der Schaft- Elemente (30, 40) mit Hilfe einer Drehmaschine durchgeführt werden kann, was zeitsparende Effekte und damit auch eine Kostenersparnis mit sich bringt.
Der Getriebe-Abschnitt (2) besteht im Wesentlichen aus einem Rotor (10) mit einer zentralen Öffnung (13) und den zwei darin gelagerten Schaft-Elementen (30, 40). Dabei formen die beiden Schaft-Elemente (30, 40) an ihrem proximalen Ende (101) jeweils eine Kurvenscheibe (310, 410) aus. Charakteristisch bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist, dass das erste und zweite Schaft-Element (30, 40) jeweils eine Kurvenscheibe (310, 410) ausformen, und die Kurvenscheibe des zweiten Schaft-Elements (410) in proximaler Richtung (101) zur Kurvenscheibe des ersten Schaft-Elements (310) angeordnet ist. Somit handelt es sich um ein Doppel-stufiges Kurvenscheiben-Getriebe. Eine solche Anordnung hat den Vorteil, dass die Teile einfacher herzustellen als auch jederzeit demontierbar sind.
Zur Konvertierung einer Rotationsbewegung (110) des Rotors (10) in eine translatorische Bewegung (130, 140) der Schaft-Elemente (30, 40) muss der Rotor (10) mindestens zwei Stifte (1031, 1041 und/oder 1032, 1042) aufweisen, wobei wenigstens ein Stift (1031 und/oder 1032) sich im Eingriff in der Vertiefung der ersten Kurvenscheibe (313, 312) und wenigstens ein weiterer Stift (1041 und/oder 1042) sich im Eingriff in der Vertiefung der zweiten Kurvenscheibe (413, 412) befindet. Eine Verdrehung des Rotors (110) mit den Stiften (1031, 1032, 1041, 1042) führt dazu, dass die Stifte aufgrund der sinus-förmigen Kurvenzüge (312, 412) die Schaft-Elemente (30,40) auslenken (130, 140). Sie werden entlang der longitudinalen Achse (103) verfahren. Befindet sich nur ein Stift je Kurvenscheibe im Eingriff entsteht ein Kipp-Moment am Schaft-Element. Dies kann zu einer einseitigen Belastung, erhöhtem Verschleiß und damit zum Verklemmen führen. Damit dies verhindert wird, ist es vorteilhaft, wenn dieses Kipp-Moment durch einen weiteren gegenüberliegenden Stift unterbunden wird. Genauer besitzt in einer vorteilhaften Ausführungsform der Rotor (10) mindestens zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende Stifte (1031, 1032), die sich im Eingriff in der Vertiefung der ersten Kurvenscheibe (312) befinden, und der Rotor (10) besitzt wenigstens zwei weitere in Umfangsrichtung gegenüberliegende Stifte (1041, 1042), die sich im Eingriff in der Vertiefung der zweiten
Kurvenscheibe (412) befinden.
Erst die mechanische Lösung die Schaft-Elemente ineinander zu stecken, erlaubt es zwei Kurven-Scheiben hintereinander mit durchgängigen Kurvenzügen zu platzieren. Damit können mehrere mechanische Anforderungen von dem Design erfüllt werden, wie z.B.:
Reduktion eines Verklemmens durch gegenüberliegende Stifte, Demontierbarkeit, gute Reinigbarkeit, vereinfachte Herstellung und reduzierter Verschleiß.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine gegenläufige zyklisch translatorische Bewegung der beiden Schaft-Elemente (130, 140) auch so erzeugt werden, dass die Sinus-Wellen (312, 412) der beiden Kurvenscheiben (310, 410) phasen-synchron vorgesehen sind. Eine gegenläufige Bewegung kann dann induziert werden, indem die Stifte 1031 und 1041 sowie die Stifte 1032 und 1042 in Umfangsrichtung in einem Winkel zueinander platziert sind. Dieser Winkel und die Anzahl der Sinus-Perioden in Umfangsrichtung bestimmen dann den Phasenversatz bzw. das Maß der Gegenläufigkeit der translatorischen Bewegung (130, 140, 150).
Angetrieben werden kann das chirurgische Instrument (1) über den Rotor (10), welcher ein nach proximal laufenden Schaftbereich (12) aufweist, welcher einen Kupplungs-Anschluss (11) bereitstellt, der dazu geeignet ist, ein Drehmoment auf den Rotor (110) zu übertragen. An diesem Kupplungs-Anschluss (11) können Handgriffe oder rotierende Antriebe, wie z.B. elektrische, elektro-mechanische, mechanische, pneumatische, hydraulische oder andersartige Antriebe, lösbar mit dem chirurgischen Instrument (1) verbunden werden. Wichtig ist, dass diese Antriebe oder Handgriffe für den Einsatz im OP geeignet sind und den Anforderungen an eine Reinig- und Sterilisierbarkeit erfüllt sind. Zum Einstellen einer Ausrichtung (108) des Bohrer-Abschnitts (5) im Bezug zum Knochen, ist es notwendig, dass ein Stator (20) bereitgestellt ist. Mit der Ausrichtung des Stators (106) kann die Ausrichtung der Bohrer-Spitze (108, 50) eingestellt, variiert und/oder konstant gehalten werden. Hierfür kann es hilfreich sein, wenn am Stator (20) ein Indikator (25) bereitgestellt wird, welcher die Ausrichtung der Bohr-Spitze (51, 106, 108) anzeigt. Dabei ist es unerheblich, ob der Indikator (25) eine Markierung, Kerbe, Beschriftung, Relief, eine Material-Auf-/ oder Austragung ist oder ein zusätzliches Zeiger-Element vorgesehen ist.
Zum manuellen Halten und Einstellen der Bohrer-Spitzen-Ausrichtung (108) mit Hilfe des Stators (106) ist es wichtig, dass wenigstens ein Griff (24) am Stator (20) vorgesehen ist. Als Griff sollen auch Strukturen verstanden werden, die dazu geeignet sind, den Stator (20) zu halten. Hierzu zählen beispielsweise auch Kerben, Rillen,
Aufdickungen, erhöhte Rauigkeiten, Vertiefungen, einzeln abstehende Griff-Elemente oder auch Öffnungen (28). Der Stator (20) kann auch Teil eines Gehäuses sein, welches hier nicht gezeigt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Schaft-Elemente (30, 40) mindestens abschnittsweise als Vollrund oder Rohr vorgesehen. Damit sich die Schaft-Elemente (30, 40) nicht gegeneinander verdrehen, ist es vorteilhaft, wenn die Schaft-Elemente (30, 40) entlang der longitudinalen Achse (103) an wenigstens einem Abschnitt unmittelbar (39, 49) oder mittelbar (37, 47, 21, 22) zueinander so in Kontakt stehen damit eine Verdrehung der Schaft-Elemente (30, 40) gegeneinander ausgeschlossen ist. Des Weiteren ist es auch wichtig, dass keine Verdrehung der Schaft-Elemente (30, 40) gegenüber dem Stator (20) stattfinden kann. Hierfür muss an wenigstens einem der Schaft-Elemente (30, 40) eine Fläche oder Vorsprung (37, 47) vorgesehen sein, die mit dem Stator (20) in Kontakt steht, so dass das Schaft-Element (30 und/oder 40) mit dem Stator (20) in Umfangsrichtung stets im gleichen Winkel (106, 107) zueinanderstehen.
Damit das erfindungsgemäße chirurgisches Bohr-Instrument (1) über einen Führungsdraht (60) geführt und auch für minimal-invasive Eingriffe verwendet werden kann, ist es vorteilhaft, wenn das gesamte Bohr-Instrument (1) inklusive des Bohrer-Abschnitts (5) durchgängig kannüliert (48, 18, 536, 546) ist.
Gebohrt wird mit einem translatorisch oszillierenden Bohrer-Abschnitt (5), wobei der Bohrer-Abschnitt (5) aus mindestens zwei getrennten Bohr-Elementen (53, 54) besteht und diese Bohr-Elemente mit den Schaft-Elementen (30, 40) verbunden sind. Dadurch wird jedes Bohr- Element (53, 54) vom Bohr-Instrument (1) einzeln ausgelenkt. Die Bohr-Elemente besitzen Raspelzähne und im Verbund vorzugsweise eine nach distal spitz zulaufende Bohr-Spitze (50). Gebohrt wird mit einer zyklisch translatorischen Raspelbewegung der Bohrer-Elemente (53,
54), wobei gleichzeitig gebohrt und Material aus dem Kanal freigeräumt wird.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Instruments (1) liegt darin, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund Öffnungen im Knochen generieren, die einen nicht-runden Querschnitt besitzen. Des Weiteren ist es auch denkbar, dass die Öffnung im Knochen entlang der Tiefe von der Zentralachse (103) abweicht und beispielsweise einer Krümmung folgt. Für klingenartige Implantate ist es notwendig und auch möglich, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund eine Klingen-Form (52) ausbilden. Beim Bohren mit einer translatorisch oszillierenden Klinge (52) ist es dann auch möglich Öffnungen im Knochen zu generieren, wobei die Öffnung in zwei unterschiedlichen Tiefen einen ersten Querschnitt und einen zweiten Querschnitt besitzt, und die Ausrichtungen der beiden Querschnitte unterschiedlich zueinander sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen zeigen :
Fig. 1 eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Bohr-Instruments,
Fig. 2 eine Schrägansicht einer Explosivdarstellung ohne Bohrer- Abschnitt,
Fig. 3 eine Seitensicht des erfindungsgemäßen Bohr-Instruments, sowie eine Detaildarstellung im Schnitt,
Fig. 4 Seitenansicht der Schaft-Elemente mit Darstellung der Abwicklung der Kurvenscheiben,
Fig. 5 eine alternative Ausführungsform mit drei oder mehr Schaft- Elementen
Fig. 6 eine Schrägansicht des erfindungsgemäßen Bohr-Instruments mit der Demonstration, dass der Bohrer-Abschnitt lösbar verbunden sein kann, Fig. 7a,b Detail- und Explosionsdarstellung des Bohrer-Abschnitts Fig. 8a-d diverse Ansichten des Bohrer-Abschnitts,
Fig. 9a,b alternative Ausgestaltungsform des Bohrer-Abschnitts mit Kannülierung und Führungsdraht,
Fig. 10 alternative Ausgestaltungsform des Bohr-Instruments,
Fig. 11 Ausgestaltungsform aus Fig. 10 zur besseren Sicht ohne Stator illustriert,
Fig. 12a-c Löse-Mechanismus zur einfachen Demontage des Getriebe- Abschnitts zur Aufbereitung des Instruments,
Fig. 13a,b Einzeldarstellung der alternativen Ausgestaltungsform aus Fig. 10.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Der Fig. 1 ist zu entnehmen, wie das erfindungsgemäße Bohr-Instrument
(1) generell aufgebaut ist. Es besteht aus einem Getriebe-Abschnitt
(2), einem sich daran anschließenden Schaft-Bereich (3), einem nach distal (102) abschließenden Bohrer-Abschnitt (5) und einem sich dazwischen befindlichen Verbindungs-Abschnitt (4). In proximaler Richtung (101) befindet sich ein Rotor (10) welcher mit Hilfe eines Getriebes (2) eine Rotationsbewegung (110) in eine zyklische Translationsbewegung (130, 140) der Schaft-Elemente (30, 40) entlang der Zentralachse (103) umwandelt. Mit Hilfe eines Stators (20) kann die Ausrichtung (106) des Bohrer-Abschnitts (5, 108) und auch des Schaft-Bereichs (3) eingestellt und gehalten (120) werden. Somit dreht sich der Rotor (10) im Bezug zu sämtlichen Instrument- Komponenten, welche mit dem Stator (20) in gleicher Ausrichtung (106) stehen.
Der Schaft-Bereich (3) dehnt sich vorzugsweise longitudinal entlang einer Zentralachse (103) aus. Dadurch lässt sich eine
Hauptausrichtung und damit auch die Zentralachse (103) am Instrument (1) definieren. Eine longitudinale Ausdehnung des Schaft-Bereichs (3) hat den Vorteil, Öffnungen in Knochen generieren zu können, die durch das umschlossene Weichteilgewebe sonst schwer erreichbar sind. Der Schaft-Bereich (3) besteht aus mindestens zwei Schaft-Elementen (30, 40). Der Bohrer-Abschnitt (5) besitzt einzeln auslenkbare bzw. bewegbare Bohrer-Elemente (53, 54) die miteinander in Kontakt stehen aber nicht fest miteinander verbunden sind. Jedes Schaft-Element (30, 40) steht dabei in mechanischer Verbindung zu einem Bohrer-Element (30 mit 53 und 40 mit 54). Eine Bewegung (z.B. Translation) lenkt das jeweilige Bohrer-Element (53, 54) aus. Sind zwei Schaft-Elemente (30, 40) vorgesehen, bewegen sich die Bohrer-Elemente (53, 54) zum Bohren vorzugsweise gegenläufig. Damit können Öffnungen in distaler Richtung (102) ohne die Rotation der Bohrer-Elemente (53, 54) vorgesehen werden. Die Öffnungen werden vertikal in den Knochen gestößelt bzw. geraspelt.
Fig. 2 zeigt den detaillierten Aufbau des erfindungsgemäßen Bohr- Instruments (1) in einer Explosionsdarstellung. In dieser Ausführungsform ist das zweite Schaft-Element (40) nahezu vollständig im ersten Schaft-Element (30) eingesteckt. Beide Schaft-Elemente (30,
40) sind als Rohr gestaltet, was die Fertigungskosten reduziert. Am jeweiligen distalen Ende der Schaft-Elemente befindet sich ein Gewindeabschnitt (35, 45) welcher als lösbare Verbindung zu den hier nicht dargestellten Bohrer-Elementen (53, 54) dient. Beide Schaft- Elemente (30, 40) besitzen jeweils eine Kurven-Scheibe (310, 410) mit einer nach außen gerichtete Mantelfläche (311, 411). Nähere Details zu den Kurven-Scheiben (310, 410) mit ihren Mantelflächen (311, 411), Vertiefungen (313, 413) und ihren Kurvenzügen (312, 412) sind in Fig. 4 näher erläutert. Beide Kurven-Scheiben (310, 410) sind rotatorisch und translatorisch im Rotor (10) gelagert. Dabei entsteht eine gegenläufige translatorische Bewegung (130, 140) innerhalb des Rotors (10) was zu einer zyklischen Verkürzung und Beabstandung zwischen den zur Zentralachse (103) senkrecht stehenden Wandungen der Kurven-Scheiben führt. Dadurch werden die abgeschlossenen Räume komprimiert und expandiert. Vorzugsweise sind diverse Öffnungen (314, 414) vorgesehen, die dazu dienen diese abgeschlossenen Räume zu ventilieren und eine sperrende Pumpwirkung zu verhindern.
Des Weiteren zeigt Fig. 2 Details des Rotors (10). Der Rotor (10) ist hauptsächlich rund aufgebaut und besitzt eine nach distal (102) offene konzentrische Öffnung (13). In proximaler Richtung (101) ist der Rotor (10) vorzugsweise geschlossen und geht in einen Schaft (12) über. An diesem Schaft (12) ist ein Antriebsabschnitt (11) vorgesehen, welcher Elemente einer Schnell-Kupplung enthält. Dieser Antriebsabschnitt (11) ist dazu geeignet unterschiedliche Antriebsmechanismen anschließen zu können, die eine Drehbewegung (110) auf den Rotor (10) übertragen. Am Rotor (10) sind zwei oder mehr Öffnungen (14) vorgesehen, welche in radialer Richtung (104) ausgerichtet sind und in Richtung Zentralachse (103) zulaufen. Somit kommunizieren diese Öffnungen (14) mit der konzentrischen Öffnung (13) des Rotors. In diesen Öffnungen (14) sind zwei oder mehr Stifte (1031, 1032, 1041, 1042) fixiert, gefügt oder gelagert. Im montierten Zustand ragen die Stifte in den Innenraum der konzentrischen Öffnung (13) des Rotors und befinden sich im Eingriff mit den Kurven-Scheiben (310, 410), wie in Fig. 3 dargestellt. Fig. 2 zeigt im Weiteren die wesentlichen Details des Stators (20). Am Stator befinden sich Flächen oder Wandungen (21, 22) die dazu geeignet sind im direkten Kontakt zu den Flächen oder Wandungen (37, 47) der Schaft-Elemente (30, 40) zu stehen. Die Kontaktflächen sind dabei so ausgestaltet, dass sie eine translatorische Relativbewegung zwischen Stator (20) und den Schaft-Elementen (30, 40) tolerieren aber gleichzeitig die Ausrichtung (106) in Umfangsrichtung (105) zwischen Stator und Bohrer-Abschnitt (108) konstant gehalten wird. In der bevorzugten Ausführungsform des Bohr-Instruments (1) ist am Stator (20) eine schlüsselloch-ähnliche Öffnung (23) vorgesehen, durch die die Schaft- Elemente (30, 40) im montierten Verbund von proximal kommend hindurchgesteckt werden können.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn am Stator (20) ein Indikator oder Markierung (25) bereitgestellt ist, was die Ausrichtung des Bohrer-Abschnitts (5, 108) anzeigt. Zum manuellen Halten (120) des Stators (20) ist es von Vorteil, wenn am Stator (20) ein oder mehr Griffe oder Griff-Merkmale (24, 28) vorhanden sind, die ein
Festhalten begünstigen. In der hier gezeigten Ausführungsform können für die Montage des Instruments die Stifte (1031, 1032, 1041, 1042) durch die Öffnungen des Stators (28) hindurchgesteckt und mit Hilfe eines Werkzeugs am Rotor (10) befestigt werden.
Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung der in Fig. 2 gezeigten Einzelkomponenten und lässt damit einen Blick in den Zusammenbau und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Bohr-Instruments (1) zu, wobei die Funktionsweise und das Zusammenspiel der Komponenten bereits eingangs geschildert wurde. Zu erkennen ist außerdem, dass der Rotor (10) so angeordnet ist, dass er sich um die Zentralachse (103) dreht. Erst durch diese Anordnung ist es möglich, dass das gesamte Instrument kannüliert (18, 48) werden kann und das Getriebe sich um einen eingesteckten Führungsdraht (60) drehen kann. Dies ist beispielsweise auch in Fig. 9a und b dargestellt.
In einer alternativen, aber nicht dargestellten, Ausführungsform wäre es auch denkbar, dass sich innerhalb der Kannülierung (48) ein zusätzliches rotatorisches Bohr-Element befindet und direkt mit dem Rotor (10) gefügt ist. Das Bohr-Element kann dabei nach distal aus dem Instrument ragen und dreht sich zusammen mit dem Rotor (10) in Relation zum Bohrer-Abschnitt (5). Mit dem innenliegendem drehenden Bohr-Element kann eine Zentrier-Bohrung generiert werden, bevor der translatorisch bohrende Bereich (53, 54) automatisch folgt.
Wie in Fig. 4 dargestellt, besitzen die Kurvenscheiben (310, 410) jeweils eine nach radial außen gerichtete Mantelfläche (311, 411).
Dabei sind die Außendurchmesser der Mantelflächen 311 und 411 in etwa gleich groß. Jede der Mantelflächen weist in radialer Richtung (104) eine zur Zentralachse (103) hin gerichtete Vertiefung (313, 413) auf und diese Vertiefung verläuft in Umfangsrichtung (105) entlang der Mantelfläche (311, 411) und formt einen in sich geschlossenen Kurvenzug (312, 412). In einer abgewickelten Darstellung (Fig. 4) ist dieser Kurvenzug sinusförmig darstellbar, wobei es vorteilhaft ist, dass die Sinus-Welle (312, 412) auf der Mantelfläche (311, 411) im Bezug zur longitudinalen Achse (103) achsensymmetrisch vorgesehen ist. Damit können pro Umdrehung des Rotors (10) mehr als eine translatorische Auslenkung der Schaft-Elemente (30, 40) erwirkt werden. Sind zwei oder mehr Stifte je Kurvenscheibe im Rotor vorgesehen, müssen mindestens zwei oder ein Vielfaches von zwei Sinuswellen je Kurvenzug vorgesehen sein.
Für eine wechselseitige Auslenkung der Schaft-Elemente (30, 40) ist es vorteilhaft, wenn der sinusförmige Kurvenzug (312) des ersten Schaft-Elements (30) im Bezug zum sinusförmigen Kurvenzug (412) des ersten Schaft-Elements (40) in einem Phasenversatz steht. Bei der gezeigten Ausführungsform entspricht der Phasenversatz optimalerweise zwischen 20% und 80%, jedoch vorzugsweise ca. 50%, der Schwingungsperiode der Sinuswelle.
Vorteilhaft ist es, dass der Kurvenzug (312, 412) in einer abgewickelten Darstellung sinusförmig ist und durch die Maxima (319, 419) der Sinus-Welle der Translationsweg des Schaft-Elements (130, 140) definiert ist (Fig. 4). Im Bezug zum Rotor (10) beträgt der Translationsweg des ersten und/oder zweiten Schaft-Elements (130, 140), zwischen 0,1mm bis 5mm, vorzugsweise 0,2mm bis 4mm, vorzugsweise 0,5mm bis 3mm. In Abhängigkeit vom Phasen-Versatz der Kurvenscheiben zueinander beträgt der Translationsweg (150), im Bezug der beiden Bohr-Elemente (53, 54) zueinander, der Summe der Einzel- Auslenkungen (150=130+140). In der bevorzugten Ausführungsform mit zwei Schaft-Elementen (30, 40) beträgt der Translationsweg (150) des ersten Schaft-Elements (30) im Bezug zum zweiten Schaft-Element (40) in etwa dem Doppelten des Translationswegs (130, 140) eines Schaft- Elements bezogen auf den Rotor (10). Das hat den Vorteil, dass die Einzelauslenkungen der Schaft-Elemente (130, 140) an den Kurvenscheiben kleiner vorgesehen werden können, als es am Bohrer- Abschnitt (5, 150) zum Bohren tatsächlich stattfindet. Dies sorgt für eine verschleißärmere Funktion im Getriebe-Abschnitt (2).
Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 5 illustriert. Neben der bevorzugten Variante mit zwei Schaft-Elementen (30, 40) sind auch mehr als zwei Schaft-Elemente, wie hier mit drei Schaft-Elementen (30, 40 und 500) dargestellt, denkbar. Dabei können beliebig viele Schaft-Elemente ineinandergesteckt werden, wobei für jedes Schaft- Element am proximalen Ende jeweils eine Kurven-Scheibe (310, 410 und 510) vorgesehen ist. Mit der Anzahl der Schaft-Elemente wird auch die Anzahl der Bohrer-Elemente definiert.
Für das Bohren mit zwei zueinander gegenläufig translatorisch zyklisch bewegenden Schaft-Elementen (30, 40) ist ein Bohrer- Abschnitt (5) vorgesehen, wobei der Bohrer-Abschnitt (5) aus zwei voneinander getrennten aber in direktem Kontakt stehenden Bohr-
Elementen (53, 54) besteht, und ein erstes Bohr-Element (53) mit dem ersten Schaft-Element (30) und ein zweites Bohr-Element (54) mit dem zweiten Schaft-Element (40) verbunden sind. Vorteilhaft für die Anwendung ist es, wenn die Bohr-Elemente (53, 54) einzeln oder im Gesamtverbund lösbar oder austauschbar mit den Schaft-Elementen (30, 40) verbunden sind (Fig. 6).
Das hier vorgestellte Bohr-Prinzip ermöglicht es Öffnungen mit beliebigem Querschnitt, z.B.: rund, dreieckig, viereckig, polygonal oder sonstig geartet herzustellen. Für die eingangs gestellte Aufgabe, Öffnungen für klingenartige Implantate zu generieren, bietet das hier vorgestellte Bohr-Instrument (1) die technische Möglichkeit auch Öffnungen mit dem Profil einer Klinge im Knochen vorzusehen. Des Weiteren ist es ebenso möglich einen helikalen Tiefenverlauf des Klingenprofils zu erzeugen. Damit ein Bohrkanal für ein klingenartiges Implantat vorbereitet werden kann, ist es von Vorteil, wenn die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund eine Klingen-Form (52) ausbilden (Fig. 7a und b) und mindestens ein der Bohr-Elemente (53, 54) mindestens einen Klingenflügel (52) ausformt. Hier dargestellt sind zwei Flügel, die insgesamt eine Klingenform beschreiben (52). In der hier gezeigten Ausführungsform kann der Bohrer-Abschnitt (5) in zwei beschreibende Merkmale unterteilt werden; einem Bohr-Kern (56) und sich den daran angrenzenden Flügeln (52) (Fig. 7a, 7b, 8a-d).
Der Bohr-Kern (56) besitzt eine nach distaler Richtung verjüngende Bohr-Spitze (50). Von dieser Bohr-Spitze (50) in proximaler Richtung
(51) gliedert sich ein Bohr-Bereich (51) an, welcher die Kontur und
Dimensionierung des zu bohrenden Kern-Profils einstellt. Es ist gleichzeitig der Bereich mit dem größten Querschnitt. Ab diesem Bereich (51) angrenzend und weiter in proximaler Richtung verlaufend besitzt der Bohr-Kern (56) einen reduzierten Querschnitt, damit dieser Bereich keine bohrende Wirkung mehr ausübt und der Bohr- Widerstand reduziert ist. Des Weiteren kann in dem resultierenden Spalt abgetragenes Material in proximaler Richtung abtransportiert werden. Vorteilhaft ist es, wenn mindestens die Bohr-Spitze (50) und der Bohr-Bereich (51) mit Raspelzähnen (57) ausgestattet sind. Zum Raspeln eignen sich besonders Zähne (57) die eine Schneidwirkung in Zugrichtung der Bohrer-Elemente (53, 54) ausführen und leicht in Druckrichtung in das Material einzuführen sind. Wie dargestellt (Fig. 8b und 8d), eignen sich Widerhaken-ähnliche Raspelzähne am besten dazu. Durch das einfachere Eindringen in Druckrichtung im Vergleich zum Raspeln/Zerspanen in Zugrichtung, entsteht außerdem ein automatischer Vortrieb in das zu bohrende Material. Natürlich sind auch anders gestaltete Raspel- oder Sägezähne mit unterschiedlichen Winkeln oder auch Hinterschnitten denkbar.
Neben dem Bohr-Kern (56) des Bohrer-Abschnitts (5) sind in der bevorzugten Ausführungsform Flügel (52) bzw. eine Klingenform vorgesehen. Die Flügel (52) besitzen vorzugsweise eine erste proximale Ausrichtung (107) und eine zweite Ausrichtung in distaler Richtung (108) (Fig. 7a, 8c). Soll ein Bohrkanal für gerade klingenartige Implantate vorgesehen werden, dürfen die beiden Ausrichtungen (107, 108) keinen Unterschied aufweisen. Die Flügel verlaufen hauptsächlich parallel entlang der Zentralachse (103). Für geschwungene klingenartige Implantate ist es allerdings erforderlich, dass die Ausrichtungen (107, 108) unterschiedlich zueinander sind und eine Helix beschrieben wird. Das klingenartige Implantat und der Bohrer-Abschnitt sollten sich zumindest abschnittsweise entsprechen. Dies gilt hauptsächlich für die Anzahl der Flügel und der definierten Steigung der Flügel. Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Flügel (52) in distaler Richtung in den Bohr-Kern (56) übergehen und wengistens an diesem Übergangsbereich Raspelzähne (58) ausgebildet sind. Diese Raspelzähne (58) stehen im Kontakt mit dem zu bohrenden Material und besitzen einen zerspanenden und abtragenden Charakter. Auch hier eignet sich ein Widerhaken-ähnliches Profil. Mit den Zähnen wird das zu bohrende Profil der Flügel ins Material geformt.
In oder an den Flügeln (52) können optional Taschen (59) vorgesehen sein, damit das abgetragene Material ausweichen und aus dem Bohrkanal abgeführt werden kann (Fig. 8a, 8d). Die Taschen sind durch außenliegende Kanten je Flügel (533 und 543) getrennt. Vorzugsweise sind an den Bohr-Elementen (53, 54) Tiefen-Indikatoren (55) vorgesehen, die dem Anwender einen Hinweis auf die aktuelle Bohrtiefe geben.
Beim zyklischen Auslenken der Bohrer-Elemente (130, 140) verändert sich der Querschnitt der Bohrer-Elemente, durch den Versatz der Bohrer-Elemente zueinander (150). In der Mittelstellung ist die Querschnittsfläche maximal, so dass beide Bohr-Elemente (53, 54) den Bohrkanal an dieser Position ausformen. Eine von dieser
Mittelstellung ausgehende Auslenkposition der Bohrer-Elemente führt dazu, dass beim Versatz der Bohrer-Elemente ein distaler Vorstoß ins Material ermöglicht wird. Das nach proximal laufende Bohrer-Element transportiert das geraspelte Material nach proximal ab und stützt sich gleichzeitig mit den Raspelzähnen (57, 58) an der Bohrkanalsinnenwandung ab, um ein Gegenlager für das gegenüberliegende und nach distal laufende Bohrer-Element zu ermöglichen. Durch diese Anordnung der Raspelzähne in Kombination mit der translatorischen Raspelbewegung werden die zum Bohren notwendigen Kräfte reduziert, da sich das Bohr-Instrument (1) zu einem gewissen Maße selbst ins Material zieht. Des Weiteren reduziert sich der Bohrer-Querschnitt bei einer translatorischen Auslenkbewegung von der Mittelstellung, so dass sich die Bohr-Elemente im Bohrkanal nicht mehr gegenseitig sperren und Platz für die Translationsbewegung im Bohrkanal entsteht.
Damit die Bohrer-Elemente (53, 54) zueinander ausgerichtet laufen, können sie eine Führungsstruktur oder -profil aufweisen (532, 542). Hierfür eignen sich unterschiedliche Profile, die ein seitliches Verrutschen der beiden Bohrer-Elemente (53, 54) verhindern. Diese Funktion kann auch von einem Führungsdraht (60) als zusätzliche Komponente erfüllt werden. Dabei besitzen beide Bohrer-Elemente einen Teilauschnitt einer Kannülierungsöffnung (536, 546) (Fig. 9a und 9b).
Wichtig für den erfolgreichen Einsatz in der Klinik ist, dass chirurgische Instrumente zum Reinigen demontierbar sind, damit alle Oberflächen und Kavitäten der Einzelteile gespült und gesäubert werden können. Im zusammengebauten Zustand ist dies für komplexere Instrumente nur schwer möglich. Deshalb ist es wichtig, dass wenigstens der Getriebe-Abschnitt mit den beweglichen Teilen demontiert werden kann. Dafür ist es vorteilhaft, wenn die Stifte (1031, 1041, 1032, 1042) lösbar vom Rotor (10) sind. Dies kann entweder durch ein Gewinde erzielt werden. Alternativ sind andere Steck- oder lösbare Fügeverfahren denkbar. Ebenso ist es möglich, dass die Stifte in Zweier-Gruppen vorgesehen sind, oder der Rotor beispielsweise einen mehrteiligen Aufbau besitzt und somit die Schaft-Elemente (30, 40) vom Rotor freigegeben werden.
In einer alternativen Ausführungsform weist der Rotor (10) eine in longitudinaler Richtung bewegliche Außenhülse auf (19) (Fig. 10-11). Dabei kann die Außenhülse eine erste Stellung (191) einnehmen, bei dem der innere Stiftabstand 1033 kleiner ist als der Innendurchmesser 130 der Öffnung des Rotors (13) (Fig. 12a-c). Die Außenhülse (19) kann eine zweite Stellung (192) einnehmen, bei dem der innere Stiftabstand 1033 gleich oder größer dem Innendurchmesser 130 der Öffnung des Rotors (13) ist. Das heißt, sobald die Stifte (1031,
1032, 1041, 1042) gelöst oder in radialer Richtung (104) verfahren sind, können die Schaft-Elemente (30, 40) vom Rotor (10) entfernt werden.
Mit dieser alternativen Ausführungsform ist ebenfalls dargestellt, wie sich der Aufbau gestaltet, bei dem das erste Schaft-Element (30) nur abschnittsweise im zweiten Schaft-Element (40) gelagert ist (Fig. 12a und 12b). Mit Hilfe dieser Ausgestaltungsform ist es möglich, dass beide Schaft-Elemente (30, 40) bereits selbst Flächen oder Wandungen (39, 49) aufweisen die miteinander im direkten Kontakt stehen und eine Verdrehung der beiden Schaft-Elemente gegeneinander verhindern. Auch illustriert ist, dass die Bohrer-Elemente (53, 54) einstückig mit den Schaft-Elementen (30, 40) ausgestaltet sein können, wenn es die Fertigungsstrategie zulässt.

Claims

Patentansprüche
1.Chirurgisches Instrument (1) zum Bohren in Knochen oder Knochenfragmente bestehend aus einem Bohrer-Abschnitt (5), einem Getriebe-Abschnitt (2) und einem dazwischen befindlichen longitudinalen Schaft-Abschnitt (3) mit einem ersten (30) und einem zweiten Schaft-Element (40) dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise in dem ersten Schaft-Element (30) gelagert ist und jedes Schaft-Element eine zyklisch translatorische Bewegung (130, 140) entlang der longitudinalen Achse (103) zum Bohren ausführt.
2.Chirurgisches Instrument (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaft-Element (30) wenigstens eine entlang der longitudinalen Richtung (103) abschnittsweise aber in Umfangsrichtung (105) vollumschlossene Öffnung (34) besitzt.
3.Chirurgisches Instrument (1) nach vorhergehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise eine konzentrische Außenwandung (43) besitzt und die konzentrische Außenwandung (43) des zweiten Schaft-Elements (40) in die Öffnung (34) des ersten Schaft-Elements (30) gesteckt ist.
4.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaft-Element
(30) wenigstens abschnittsweise Rohr-förmig ausgebildet ist.
5.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Schaft-Element (40) wenigstens abschnittsweise Rohr-förmig oder als Vollrundstab ausgebildet ist.
6.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schaft-Elemente (30, 40) an ihrem proximalen Ende (101) jeweils eine Kurvenscheibe (310, 410) ausformen.
7.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Schaft-Element (30, 40) jeweils eine Kurvenscheibe (310, 410) ausformen, und die Kurvenscheibe des zweiten Schaft-Elements (410) in proximaler Richtung (101) zur Kurvenscheibe des ersten Schaft- Elements (310) angeordnet ist.
8.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben (310,
410) jeweils eine nach radial außen gerichtete Mantelfläche (311,
411) besitzen und die Außendurchmesser der Mantelflächen 311 und 411 in etwa gleich groß sind.
9.Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheiben (310, 410) jeweils eine Mantelfläche (311, 411) besitzen und die Mantelflächen in radialer Richtung (104) eine zur Zentralachse (103) hin gerichtete Vertiefung (313, 413) besitzen und diese Vertiefung in Umfangsrichtung (105) entlang der Mantelfläche (311, 411) verläuft und ein in sich geschlossenen Kurvenzug (312, 412) formt.
10. Chirurgisches Instrument (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenzug (312, 412) in einer abgewickelten Darstellung sinusförmig ist und durch die Maxima
(319, 419) der Sinus-Welle der Translationsweg des Schaft-Elements (130, 140) definiert ist.
11. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bezug zum Rotor (10) der Translationsweg des ersten und/oder zweiten Schaft-Elements
(130, 140), zwischen 0,1mm bis 5mm, vorzugsweise 0,2mm bis 4mm, vorzugsweise 0,5mm bis 3mm beträgt.
12. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Translationsweg des ersten Schaft-Elements im Bezug zum zweiten Schaft-Element (150) in etwa dem doppelten Translationsweg eines Schaft-Elements (130 oder 140) bezogen auf den Rotor (10) entspricht.
13. Chirurgisches Instrument (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurvenzug (312, 412) in einer abgewickelten Darstellung sinusförmig ist und die Sinus-Welle
(312, 412) auf der Mantelfläche (311, 411) im Bezug zur longitudinalen Achse (103) achsensymmetrisch vorgesehen ist.
14. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sinusförmige Kurvenzug (312) des ersten Schaft-Elements (30) im Bezug zum sinusförmigen Kurvenzug (412) des ersten Schaft-Elements (40) in einem Phasenversatz steht.
15. Chirurgisches Instrument (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasenversatz zwischen 20% und 80%, jedoch vorzugsweise ca. 50%, der Schwingungsperiode der Sinuswelle entspricht.
16. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaft-Elemente (30, 40) an ihren proximalen Enden mit den Kurvenscheiben (310, 410) innerhalb eines Rotors (10) rotatorisch und translatorisch gelagert sind.
17. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) mindestens zwei Stifte (1031, 1041 und/oder 1032, 1042) aufweist und wenigstens ein Stift (1031 und/oder 1032) sich im Eingriff in der Vertiefung der ersten Kurvenscheibe (312) und wenigstens ein weiterer Stift (1041 und/oder 1042) sich im Eingriff in der Vertiefung der zweiten Kurvenscheibe (412) befindet.
18. Chirurgisches Instrument (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) zwei in Umfangsrichtung gegenüberliegende Stifte (1031, 1032) besitzt, die sich im Eingriff in der Vertiefung der ersten Kurvenscheibe (312) befinden, und der Rotor (10) zwei weitere in Umfangsrichtung gegenüberliegende Stifte (1041, 1042) besitzt, die sich im Eingriff in der Vertiefung der zweiten Kurvenscheibe (412) befinden.
19. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte 1031 und 1041 sowie die Stifte 1032 und 1042 in Umfangsrichtung in einem Winkel zueinander platziert sind.
20. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (1031, 1041, 1032, 1042) lösbar vom Rotor (10) sind.
21. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) eine in longitudinaler Richtung bewegliche Außenhülse aufweist (19), und diese Außenhülse eine erste Stellung (191) einnehmen kann, bei dem der innere Stiftabstand 1033 kleiner ist als der Innendurchmesser 15 der Öffnung des Rotors (13), und die Außenhülse (19) eine zweite Stellung (192) einnehmen kann, bei dem der innere Stiftabstand 1033 gleich oder größer dem Innendurchmesser 15 der Öffnung des Rotors (13) ist.
22. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sobald die Stifte (1031, 1032, 1041, 1042) gelöst oder in radialer Richtung verfahren sind, die Schaft-Elemente (30, 40) vom Rotor (10) entfernt werden können.
23. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (10) ein nach proximal laufenden Schaftbereich (11) aufweist, welcher einen Kupplungs-Anschluss bereitstellt, der dazu geeignet ist, ein Drehmoment auf den Rotor (10) zu übertragen.
24. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaft-Elemente (30,
40) entlang der longitudinalen Achse (103) an wenigstens einem Abschnitt unmittelbar (39,49) oder mittelbar (37, 47, 21, 22) zueinander in Kontakt stehen und somit eine Verdrehung der Schaft-
Elemente (30, 40) gegeneinander ausgeschlossen ist.
25. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stator (20) vorgesehen ist, welcher als Bezug (106) zur Ausrichtung des Bohrer-Abschnitt (108) dient.
26. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (20) einen Indikator (25) besitzt, welcher die Ausrichtung der Bohr-Spitze (51, 108) anzeigt. 27. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (20) mindestens einen Griff besitzt.
28. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem der Schaft-Elemente (30, 40) eine Fläche oder Vorsprung (37, 47) vorgesehen ist, welche mit dem Stator (20, 6) in Kontakt steht, so dass das Schaft-Element (30 und/oder 40) mit dem Stator (20) in Umfangsrichtung stets im gleichen Winkel zueinanderstehen. 29. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte Bohr- Instrument (1) inklusive des Bohrer-Abschnitts (5) durchgängig kannüliert (48, 18, 536, 546) ist, und darin ein Führungsdraht (60) aufgenommen werden kann. 30. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrer-Abschnitt (5) aus zwei voneinander getrennten aber in direktem Kontakt stehenden Bohr-Elementen (53, 54) besteht, und ein erstes Bohr-Element (53) mit dem ersten Schaft-Element (30) und ein zweites Bohr-Element (54) mit dem zweiten Schaft-Element (40) verbunden sind.
31. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-Elemente (53, 54) lösbar mit den Schaft-Elementen (30, 40) verbunden sind.
32. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund Öffnungen im Knochen generieren, die einen nicht-runden Querschnitt besitzen.
33. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund Öffnungen im Knochen generieren, die entlang der Tiefe von der Zentralachse (103) abweichen.
34. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund eine Klingen-Form (52) ausbilden.
35. Chirurgisches Instrument (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohr-Elemente (53, 54) im Verbund Öffnungen im Knochen generieren, und die Öffnung in zwei unterschiedlichen Tiefen einen ersten Querschnitt und einen zweiten Querschnitt besitzt und die Ausrichtungen der beiden
Querschnitte unterschiedlich sind.
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