AT509514A1 - Einrichtung zum durchdringenden verlängern einer in hartes gewebe, insbesondere den kieferknochen, eingebrachten sackbohrung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum durchdringenden Verlängern einer in hartes Gewebe, insbesondere den Kieferknochen, eingebrachten Sackbohrung, wobei die Einrichtung einen Rohrkörper mit einer distalen Arbeitsöffnung und einem der Arbeitsöffnung gegenüberliegenden Eingang aufweist, der mit einem von einem Schaft eines Arbeitswerkzeugs durchsetzten, zumindest eine Vorschub- Antriebs- und Steuerbewegung des Fräsers ermöglichenden Dichtungselement verschlossen ist, und wobei der Rohrkörper mit einem Anschluss zum Aufbringen eines Innendruckes versehen ist, nach Patent Nr............. (A 1680/2008).

Bei der Ausführung gemäß der Stammanmeldung wird ein herkömmlicher rotierend angetriebener Fräser verwendet, sodass das Dichtungselement die Funktion einer Wellendichtung erfüllen und den rotierenden Schaft abdichten muss, ohne dessen Bewegungsfreiheit zu stark einzuschränken. Dies stellt verhältnismäßig hohe Anforderungen an die Qualität des Dichtungselements und führt zu einem raschen Verschleiß desselben.

Nachteilig ist auch, dass der Fräserkopf im Bereich der Arbeitsöffnung die Innenwandung des Rohrkörpers berühren kann, was zu einer beschleunigten Abnutzung des Fräsers einerseits und andererseits zu einem erhöhten Wärmeaufkommen führt. Auch können sich bei der Abnutzung des Fräsers Metallspäne lösen, die dann im Operationsbereich verbleiben.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile dadurch, dass das Arbeitswerkzeug ein rotationsfreies Arbeitswerkzeug ist. Rotationsfrei bedeutet im Zusammenhang mit dieser Erfindung, dass das Arbeitswerkzeug und das Dichtungselement im Wesentlichen ohne auftretende Relativgeschwindigkeiten aneinander anliegen, da das Arbeitswerkzeug nicht um seine Hauptachse rotiert Dadurch entfällt das Erfordernis, einen rotierenden Schaft mittels einer (Rotations-)Wellendichtung abzudichten, was die Anforderungen für das Dichtungselement verringert.

Um die Arbeitsenergie zum abzutragenden Knochen zu übertragen, kann die Einrichtung in vorteilhafter Weise eine Vorrichtung zur Erzeugung bzw. Übertragung mechanischer oder elektromagnetischer Schwingungen aufweisen. Die Relativbewegungen, die bei der Übertragung mechanischer Schwingungen zwischen dem Arbeitswerkzeug und dem Dichtungselement auftreten können, werden durch die Elastizität des Dichtungselements ausgeglichen, sodass bei ausreichend kleiner Schwingungsamplitude die Wirkung des Dichtungselements nicht wesentlich beeinträchtigt ist.

In einer Ausfiihrungsförm der Erfindung kann das Arbeitswerkzeug ein piezoelektrisches, chirurgisches Instrument, vorzugsweise ein Ultraschall-Osteotom, sein. Ultraschall-Schneidegeräte für den Medizinischen Einsatz (andere Bezeichnungen dafür sind „Ultraschall-Osteotom“ oder „Ultraschall-Knochenfräse“) sind im chirurgischen und dentalmedizinischen Fachbereich bekannt und für viele Anwendungen den herkömmlichen, etwa mit einem Winkelstück angetriebenen, rotierenden Instrumenten, in vielerlei Hinsicht überlegen. Im Handel verfügbare Ultraschall-Instrumente bestehen im Wesentlichen aus einem Handstück, in dem der Ultraschallgeber angeordnet ist, und einem auf dem Handstück montierten Ansatz, der für die jeweilige Anwendung speziell ausgebildet ist. Als Ultraschallgeber verwenden diese Systeme meist einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger.

Die Ansätze weisen eine für den jeweiligen Einsatz angepasste Form auf und können einen diamantierten Bereich aufweisen, der die Schneideigenschaften des Ansatzes beeinflusst. Über ein Steuergerät können die wesentlichen Einstellungen, dies sind insbesondere die Schwingungsstärke und die Frequenz (gegebenenfalls für mehrere Schwingungsrichtungen, z.B. Horizontal und Vertikal), geregelt werden. Zusätzlich können im Handstück Sensoren vorgesehen sein, etwa zur Messung der elektrischen Resonanz im Handstück, die eine komplexere Steuerung der Betriebsparameter oder auch das Erkennen von Veränderungen der Knochenstruktur erlauben.

Die Verwendung von Ultraschall-Osteotomen hat den Vorteil, dass das Instrument nur auf hartes Gewebe (Knochen) eine schneidende bzw. fräsende Wirkung ausübt und weiches Gewebe (wie zum Beispiel die Sinushaut) nicht beschädigt Dies gewährleistet eine hohe Präzision und Sicherheit bei geringster Gewebeschädigung. Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung ist es zusätzlich von Vorteil, dass der Schaft eines Ultraschallansatzes nicht rotiert, wodurch dieser am Eingang des Rohrkörpers leichter abgedichtet werden kann.

Der mit dem Ultraschall-Osteotom auf den Knochen ausgeübte Druck ist nur gering, sodass ein unbeabsichtigtes Durchstoßen des Knochens, das eine Beschädigung der Sinushaut bewirken könnte, vermieden wird. Da der Anpressdruck bei der Arbeit mit dem Ultraschall-Osteotom deutlich unter dem liegt, der für rotierende Fräser erforderlich ist, ist es leichter als bisher möglich, den Fräsvorgang auch „frei“, d.h. ohne einen Anschlag, der die Eindringtiefe beschränkt, durchzuführen. Im Gegensatz zum rotierenden Fräskopf, der die Sinushaut bei Kontakt schnell beschädigen kann, ist es mit dem Ultraschall-Osteotom durchaus möglich, die Sinushaut zu berühren und sogar Druck auf diese auszuüben, ohne dass dabei die Sinushaut zwangsläufig beschädigt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Arbeitswerkzeug ein im Mikrometerbereich, insbesondere in einem Bereich zwischen 20 und 200 Mikrometer, arbeitendes Ultraschall-Osteotom sein. Dabei können auch Einstellungen für mehrere unterschiedliche, sich überlagernde Schwingungen vorgesehen sein, die der Arzt auf die jeweiligen Verhältnisse, insbesondere den Zustand des zu bearbeitenden Knochens und die verwendete Ultraschallspitze, einstellen kann. Beispielsweise kann die effektive Arbeitsschwingung des Handstückes sich aus einer Überlagerung einer stärkeren horizontalen (60 - 200 μτη) und einer geringeren vertikalen (20-60 pm) Schwingung ergeben. Die vom Arzt gewählte Einstellung stellt sicher, dass der Knochen während des Schneidens sauber und gekühlt bleibt. Eine Überhitzung des Gewebes kann dadurch verhindert werden.

In einer alternativen Ausgestaltung da* Erfindung kann das Arbeitswerkzeug ein Laserschneidegerät sein, welches in vorteilhafter Weise einen vorzugsweise gepulsten CO2-Laser oder Festkörperlaser aufweisen kann. Laserschneidegeräte für den chirurgischen Einsatz erlauben ein kontaktloses Arbeiten mit einer hohen Präzision. Insbesondere kurz gepulste CO2-Laser haben sich zum Bearbeiten von Knochenmaterial als sehr effektiv erwiesen. Durch Einstellung der Impulslänge kann eine übermäßige Erwärmung des umliegenden Gewebes verhindert werden. Ein weiterer Vorteil von Laserschneidegeräten im chirurgischen Einsatz ist der geringe Blutaustritt, da Blutgefäße durch den Laser verschlossen werden.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Wellenlänge des Lasers auf die Absorptionscharakteristik von Knochengewebe abgestimmt sein. Eine genau abgestimmte Wellenlänge bewirkt, dass der am Knochen einfallende Laserstrahl in einer nur einige Mikrometer dicken Schicht an der Oberfläche des Knochens absorbiert wird, sodass der Laser seine Wirkung nur in diesem Bereich entfaltet. Umliegendes Gewebe, das eine andere Absorptionscharakteristik aufweist, kann dadurch geschont werden. Im Bezug auf CO2-Laser könnte beispielsweise die wichtigste Emissionslinie des Lasers zwischen 9 und 11 pm liegen. In diesem Bereich ist üblicherweise eine optimale Absorption durch den Knochen zu erwarten. Als „wichtigste Emissionslinie“ wird im Allgemeinen der Bereich der höchsten Wertspitze im Emissionsspektrum des Lasers bezeichnet.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der der Laser eine verstellbare Fokussierung aufweisen. Die Fokussierung schränkt den wirksamen Bereich des Lasers auf eine einstellbare Tiefe ein. Indem die Fokussierung des Lasers langsam auf tiefere Bereiche eingestellt wird, kann vermieden werden, dass der Laser die Sinushaut unbeabsichtigter Weise „durchschießt“, sobald der Knochen abgetragen ist.

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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Laserschneidegerät mit einem Endoskop gekoppelt sein kann. Die schnell fortschreitende Technik in der Entwicklung der Endoskopie erlaubt bereits die Verwendung von Mikroendoskopen mit einem Durchmesser von 0,5 mm und weniger. Es ist daher möglich, die in das Instrument eingeführte Spitze des Lasers zusätzlich mit einem Endoskop auszustatten, wobei gegebenenfalls auch derselbe Lichtleiter für den Laser und für das Endoskop verwendet werden kann.

In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig. 1 entspricht im Wesentlichen der Fig. 4 des Stammpatents, wobei die Bezugszeichen, auf die im vorliegenden Anmeldetext nicht eigens eingegangen wird, auf die Stammanmeldung beziehen, und Fig. 2 veranschaulicht die Verwendung eines Laser-Osteotoms.

Fig. 1 zeigt das in den Kieferknochen 24 eingesetzte erfindungsgemäße Instrument Gemäß des Stammpatents ist der Rohrkörper 1 des Instruments mittels eines selbstschneidenden Außengewindes 9 in eine zuvor in den Kieferknochen 24 eingebrachte Sackbohrung eingeschraubt. Ein Konischer Dichtungsansatz 11 an einem aufgeschobenen Flansch 10 ist zur Verbesserung der Abdichtung an die Mundschleimhaut 27 angedrückt. Der in der Druckkammer 7 herrschende Innendruck kann über eine Anschluss 8 gesteuert werden.

Als Arbeitswerkzeug ist in Fig. 1 ein gerade ausgefühlter Ansatz 5 eines Ultraschall-Osteotoms vorgesehen. Der Ansatz 5 ist in ein Handstück 15 eingesetzt, welches mittels eines piezoelektrischen Elements Ultraschallschwingungen erzeugt, die an den Ansatz übertragen werden. Das gesamte Ultraschallsystems weist weiters eine Steuereinheit, mit der die Schwingungserzeugung geregelt wird, auf (nicht dargestellt), an die das Handstück in bekannter Weise angeschlossen ist.

Die Spitze 6 des Ansatzes 5 ist mit einer Diamantierung versehen, die ein schonendes Abtragen des Knochens ermöglicht. Die Dichtungselemente 4 und 17 dichten nicht nur die Druckkammer 7 ab, sondern sorgen auch für eine dämpfende Wirkung, sodass eine Übertragung der Ultraschallschwingung an den Kieferknochen 24 über den Rohrkörper 1 vermieden wird. Die Eindringtiefe des Instruments wird durch eine Stellmutter 18 beschränkt, wobei das Handstück 15 an der Ansatzfläche 14 der Stellmutter 18 ansteht und der Ansatz 5 durch eine Emtrittsöffhung 22 hindurch geführt ist. Auch zwischen dem Handstück 15 und der Stellmutter 18 kann ein Dämpfungselement (nicht dargestellt) vorgesehen sein, um eine ungewünschte Übertragung von Schwingungen zum Rohrkörper 1 zu verhindern. Das 6 6 ••«t ·· ··

• t * · • * ··· ·# · * ♦ • · · · • ·· · ·· Dämpfungselement kann beispielsweise eine Zwischenlage aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Gummi, sein.

Fig. 2 zeigt die Spitze einer wetteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Anstatt der mechanischen Abtragung des Knochenmaterials wird der Kieferknochen 24 mittels eines Laser-Osteotoms 70 bearbeitet. Der in der Fig. 2 dargestellte Teil des Lasers kann beispielsweise das Ende eines Lichtleiters sein, über den der Laserstrahl in das Instrument eingeleitet wird. Der Lichtleiter ist so dünn ausgebildet, dass er in die Druckkammer 7 des Rohrkörpers 1 eingeschoben werden kann. Die Abdichtung erfolgt analog zu anderen beschriebenen Ausführungsformen.

Durch die konische Form der Spitze des Lichtleiters kann der Laserstrahl 2$ zielgenau zum Rand der Arbeitsöffnung 2 gelenkt werden, indem der Lichtleiter an die Innenwandung des Rohrkörpers 1 angelegt wird. Durch kreisende Bewegungen mit dem Laser-Osteotom 70 fräst die Bahn des Punktes 29, an dem der Laserstrahl 28 auf den Knochen auftrifft, eine ringförmige Nut 30 in den Knochen.

Mittels eines fokussierten Lasers kann die Entfernung des Wiikpunktes des Laserstrahls von der Spitze des Laser-Osteotoms 70 genau festgelegt werden. Der Fräsvorgang kann entweder durch Verstellen der Fokussierung oder durch langsames einschieben des Laser-Osteotoms 70 genau reguliert werden. Aufgrund der genau definierten Arbeitstiefe des Lasers ist es möglich, die Ringnut 30 bis knapp vor die Sinushaut 26 zu erweitern, ohne diese zu beschädigen.

Sobald der Abstand z zwischen der Sinushaut 26 und dem Ende der Ringnut 30 eine bestimmte Dicke unterschreitet, bricht der Kieferknochen 24 aufgrund des Innendrucks p in der Druckkammer 7, der höher ist als der in der Kieferhöhle 25, entlang der Ringnut 30 durch, noch bevor die Eindringtiefe des Lasers die Sinushaut 26 erreicht hat. Die „kritische“ Dicke z ist dabei abhängig von der Knochenbeschaffenheit, der Fläche der Arbeitsöffnung und dem Druck p in der Druckkammer.

Das Durchbrechen der Knochenplatte kann durch den dabei auftretenden Druckabfall in der Druckkammer festgestellt werden, wobei gegebenenfalls der Druckabfall eine automatische Abschaltung des Lasers auslösen kann.

Gegebenenfalls kann das Laser-Osteotom 70 mit einem Mini-Endoskop gekoppelt sein, sodass der Fortschritt der Operation und insbesondere das Durchbrechen der Knochenplatte optisch überwacht werden kann.

Claims (9)

1. 7 7 * ·* » ···· · t··· • · ·· · · ♦ · • · · · « · ··· • * · · ···· ·· ··* ·· · »ti Patentansprüche 1. Einrichtung zum durchdringenden Verlängern einer in hartes Gewebe, insbesondere den Kieferknochen, eingebrachten Sackbohrung, wobei die Einrichtung einen Rohrkörper (1) mit einer distalen Arbeitsöffnung (2) und einem der Arbeitsöftnung (2) gegenüberliegenden Eingang (3) aufweist, der mit einem von einem Schaft (5) eines Arbeitswerkzeugs (5,6), durchsetzten, zumindest eine Vorschub- Antriebs- und Steuerbewegung des Arbeitswerkzeugs (5,6) ermöglichenden Dichtungselement (4) verschlossen ist, und wobei der Rohrkörper (1) mit einem Anschluss (8) zum Aufbringen eines Innendruckes versehen ist, nach Patent Nr.AX5®Ü3*?W (A 1680/2008), dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswerkzeug ein rotationsfreies Arbeitswerkzeug ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung bzw. Übertragung mechanischer oder elektromagnetischer Schwingungen aufweist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswerkzeug ein piezoelektrisches, chirurgisches Instrument, vorzugsweise ein Ultraschall-Osteotom, ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswerkzeug ein im Mikrometerbereich, insbesondere in einem Bereich zwischen 20 und 200 Mikrometer, arbeitendes Ultraschall-Osteotom ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitswerkzeug ein Laserschneidegerät ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserschneidegerät einen vorzugsweise gepulsten CO2-Laser oder Festkörperlaser aufweist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenlänge des Lasers auf die Absorptionscharakteristik von Knochengewebe abgestimmt ist. 8 *» Ψ ·+** * » Φ # + * · ♦ · · • « * «··#«· Φ* • 4 Φ 9 4ΦΦΦ t « · Φ Φ Φ φ Φ · Φ Φ Φ ·· 999 99 9 999 99
8. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser eine verstellbare Fokussierung aufweist.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Laserschneidegerät mit einem Endoskop gekoppelt ist. K)R 0. ANMELDER(IN)i i 1 0. DEL 2008 k. l. .·. ...rtLTE DIPL ING. WILHELM CASAT1 DIPL. ING. PETER ITZE