CH615336A5

CH615336A5 -

Info

Publication number: CH615336A5
Application number: CH500777A
Authority: CH
Inventors: Karl Berner; Juergen Koltermann; Helmut Prof Dr Ing Grell
Original assignee: Gardner Denver Gmbh
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1977-04-22
Publication date: 1980-01-31
Also published as: US4124026A; DE2621383A1; SE7705611L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einbringen eines Befestigungselements in Knochen. Mit solchen Vorrichtungen werden, beispielsweise bei der operativen Einbringung eines künstlichen Gelenkzapfens in den Oberschenkelknochen, diese in den Knochen lediglich eingedreht oder durch Einschneiden eines Gewindes in diesem befestigt. Da die hierzu erforderlichen mechanischen Kräfte, insbesondere das zum Eindrehen eines Gewindezapfens erforderliche Drehmoment verhältnismässig gross ist, wird der Patient ausserordentlich starken Beanspruchungen ausgesetzt, die den operativen Vorgang ausserordentlich erschweren. Hinzu kommt, dass mit bekannten Vorrichtungen viel Zeit erforderlich ist, um das Befestigungselement einzubringen, wodurch die Belastung für den Patienten zusätzlich erhöht wird.

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art geschaffen werden, mit der die mechanischen und die damit verbundenen operativen Nachteile vermieden werden, indem der Vorgang des Einschneidens des Aufnahmegewindes im Knochen selbst und der des Einbringens des Befestigungselementes in dieses Gewinde des Knochens mechanisch und somit auch zeitlich zusammengelegt werden können, so dass der Patient erheblich geringeren Gesamtbelastungen und Beanspruchungen ausgesetzt ist und der operative Vorgang selbst zeitlich verkürzt werden kann.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gelöst durch ein Antriebsgerät, das eine Überholkupplung sowie ein Feder-Masse-Dämpfungs-System aufweist, welches abtriebsseitig mit einem das zu implantierende Teil aufnehmenden Werkzeugschaft verbunden ist.

Beispielsweise kann beim Oberschenkelknochen in eine zuvor angebrachte konische Ausnehmung des Röhrenknochens, die etwa dem Konus des einzubringenden Gewindezapfens entspricht, dieser zunächst in die vorbereitete Aufnahme des Knochens eingeführt und dann nach Einführen in hin und her gehende Drehschwingbewegungen versetzt werden, und zwar kann sich der Gewindezapfen in der einen Richtung der Drehschwingbewegung in den Röhrenknochen selbst einschlei-fen und in der entgegengesetzten Drehschwingbewegungsrich-tung für die nächstfolgende Einschleif-Schwingbewegung gelöst werden, wobei er während der sogenannten Einschleif-Drehschwingbewegung gleichzeitig einer in Eindringrichtung wirkenden Vorschubkraft unterworfen ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist insbesondere zum Antrieb eines sogenannten «selbstschleifenden» Gewindezapfens vorgesehen, der zur Erzielung der selbstschleifenden Wirkung mit einer schleifend wirksamen Oberfläche versehen ist. Dieser «selbstschleifende» Gewindezapfen wird durch die Vorrichtung in Drehschwingungen mit überlagerter Vorschubbewegung versetzt. Die schleifend wirksame Oberfläche des Gewindezapfens bewirkt dabei, dass das Gewinde sich in den Knochen selbst einschleift. Drehmasse, Drehschwingfrequenz und Amplitude sind dabei vorzugsweise so auf die Masse des Knochens als dem Muttergewindeträger abstimmbar, dass auf diesen nur ein kleines und verträgliches Reaktionsmoment wirkt.

Weitere Einzelheiten der erfindungsgemässen Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles, den Zeichnungen und den Ansprüchen.

Der Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung liegt insbesondere darin, dass nur noch ein Bruchteil desjenigen Drehmomentes zur Einbringung eines Befestigungsteiles, wie beispielsweise eines Gewindezapfens in menschliche oder tierische Knochen angewandt werden muss, wie es bei dem bisher üblichen Gewindeschneiden und einfachen Eindrehen solcher Befestigungsteile erforderlich war.

In der Zeichnung ist in:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung im Längsschnitt dargestellt, in

Fig. 2 in vergrösserter Darstellung ein Teilausschnitt der Fig. 1.

Die Einschwingvorrichtung nach Fig. 1 besteht aus einem kraftbetriebenen, an sich bekannten Handgerät 1 mit elektrischem oder pneumatischem Antriebsmotor 2, Getriebe 3 sowie einer Überratschkupplung 4, 5, 6, 7, die ebenfalls in bekannter Weise ausgeführt sein kann. Die Überratschkupplung 4 bis 7 ist in dem Gehäuse 8 untergebracht. Darüber hinaus ist ein Feder-Masse-Dämpfungs-System vorgesehen. Es besteht aus einer grösseren Anzahl federnder Bolzen 11, dem abtriebsseitigen Kupplungsteil 7 und der formschlüssig daran befestigten Schwungscheibe 10. Die Schwungscheibe 10 bildet

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gleichzeitig das Gegenlager für die Federbolzen 11, die, zur Längsachse des Motors und der Schwungscheibe 10 gesehen, gleichmässig auf einem Lochkreis verteilt angeordnet sein können.

Zur Halterung des Werkzeuges ist eine Schiebehülse 21 mit nicht näher dargestelltem Bajonett verschluss, ein Werkzeugaufnahmeschaft 22 sowie die Befestigungsschraube 27 vorgesehen, deren Gewindeabschnitt in den Kopf des zu implantierenden Gewindezapfens 25 eingeschraubt wird.

Wie bereits ausgeführt, sind die Federbolzen 11 in axialer Richtung auf einem Lochkreis liegend angeordnet und abtriebsseitig in der Schwungscheibe 10, die ein Federbolzenge-genlager bildet, gelagert. Auf der Motorseite sind die Bolzen 11 im Bremsring 12 befestigt. Dieser Bremsring 12 ist gleitend auf einem Bremslager 13 gelagert, das im Ausführungsbeispiel eine Umfangsfläche des Kupplungsgehäuses 8 ist. Somit gleitet der Bremsring 12 gleichzeitig auf dem Kupplungsgehäuse 8. Mit seiner dem Motor zugewandten radialen Ringfläche liegt der Bremsring 12 an einer Bremsscheibe 16 an, die über einen am Kupplungsgehäuse 8 befestigten Bolzen 19, der in eine Nut 20 der Bremsscheibe 16 eingreift, das Mitdrehen dieses Bremsringes 12 verhindert. Somit bildet die Radialfläche 14, gegen welche der Bremsring 12 ebenfalls anliegt, gleichfalls eine Bremsfläche. Die Bremskraft selbst, welche von der Bremsscheibe 16 auf den Bremsring 12 ausgeübt wird und damit auf die Bremsfläche 14 und 15 einwirkt, kann über eine Spannmutter 18 und die mit ihr zusammenwirkende Feder 17 eingestellt werden.

Der zu implantierende Gewindezapfen 25 weist antriebs-seitig einen Konus 26 auf. Der Gewindezapfen 25 ist über diesen Konus 26 und der in ihn eingeschraubten Befestigungsschraube 27 kraftschlüssig in dem Aufnahmeschaft 22 des erfindungsgemässen Werkzeuges befestigt. Zur Vermeidung von Kantenpressung am Konus 26, der emailliert ausgeführt ist, weist der Werkzeugaufnahmeschaft 22 eine Ausnehmung 23 auf, welche zur Schonung des Aufnahmeschaftes mit einem Futter 24, beispielsweise aus Hartgewebe, versehen ist.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Beim Einschalten des Antriebsmotors 2 werden über das Getriebe 3 die Überratschkupplung 4 bis 7, das Feder-Masse-Dämpfungs-System 10, 11, 12 und die übrigen auf der Abtriebsseite befindlichen Drehmassenteile 21, 22, 27 der Gewindezapfen 25 in eine Rechtsdrehung versetzt. Durch die gleichzeitig auf das Gerät von Hand ausgeübte Vorschubkraft bewegt sich bei dieser Rechtsdrehung der zu implantierende Zapfen 25 um ein geringes Mass in den Knochen hinein.

Infolge des Energieverlustes des mit einer schleifend wirksamen Oberfläche versehenen, selbstschleifenden Gewindezapfens 25, der bei dieser Rechtsdrehung und gleichzeitigen Vorschubbewegung auftritt, wird die Rechtsdreh- bzw. Vorwärtsbewegung des selbstschleifenden Gewindezapfens relativ schnell abgebremst und gestoppt. Hierbei wird die Überratschkupplung gelöst, so dass eine zweite aufgebaute Vorspannung der Federstäbe 11 durch die Drehmasse wirksam wird, indem die in den Federstäben 11 gespeicherte Energie dann die Drehmasse wieder in eine zur Vorschubdrehbewegung entgegengesetzte Drehbewegung zurückschwingen lässt, wobei nach dem Nulldurchgang der Gewindezapfen 25 wieder gelöst wird. Durch eine entsprechende Abstimmung der Eigenfrequenz des Feder-Masse-Systems 7,10, 11, 21, 22, 25, 27 auf die Schlagfrequenz der Kupplung 4, 5, 6, 7 des kraftbetriebenen Handgerätes 1 wird erreicht, dass der Gewindezapfen 25 und die Drehmasse 7,10, 21, 22, 25, 27 nach Durchlauf der ersten Drehschwingung erneut beschleunigt wird. Es hat sich gezeigt, dass eine Drehschwingfrequenz von 50 Hz eine bevorzugte Frequenz ist.

Durch eine entsprechende Vorspannung der Feder 17 der federbelasteten Bremsscheibe 16 gleiten am Ende jeder in

Vorwärtsrichtung gerichteten Schwingung, also beispielsweise einer Rechtsschwingung, die Reibflächen 14, 15 zwischen Bremsring 12 und Gehäuse 8, wodurch eine genaue definierbare, überlagerte Drehvorschubbewegung entsteht. Der Axial-5 Vorschub des Gewindezapfens 25 wird beim Einschieifen des Gewindes in der Anfangsphase durch leichtes Andrücken und dann durch die Gewindesteigung bewirkt.

Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht insbesondere auch darin, dass nur ein sehr geringer, genau einstellbarer Teil des io wirkenden Drehmomentes über den Gewindezapfen in den menschlichen oder tierischen Knochen eingeht, so dass dadurch die Belastung während der Operation gering ist. Dabei hat sich gezeigt, dass ausser der bevorzugten Drehschwingung mit einer Frequenz von wenigstens 50 Hz ein Winkelausschlag 15 der Drehschwingung von â ± 5° besonders zweckmässig ist.

Es ist vorteilhaft, im Bereich des einzuschleifenden Gegengewindes des Knochens vor dem Einschieifen den Knochen bis auf eine Gewindekernfläche des späteren Gegengewindes vorbereitend abzuarbeiten. Dies geschieht vorzugsweise durch 20 Fräsen. Bei diesem Arbeitsgang wird jedoch lediglich überschüssiges Knochengewebe entfernt, das für die spätere Tragfunktion im Gewindebereich nicht erforderlich ist. Auch hierdurch wird die Einbringung des Gewindezapfens oder eines ähnlichen Halte- bzw. Befestigungselementes wesentlich er-25 leichtert.

Im einzelnen erfolgt die Durchführung der Montage des Befestigungsteils, beispielsweise des Gewindezapfens 25, in den Oberschenkelknochen 28 wie folgt:

Nachdem im Bereich des späteren Gegengewindes vorbe-30 reitend abgearbeitet worden ist, erfolgt der Einschwingvorgang des Gewindezapfens 25 mit der Einschwingvorrichtung nach Fig. 1.

Vor dem Einschwingvorgang wird der zu implantierende Gewindezapfen 25 mit seinem Aussenkonus 26 in den Innen-35 konus des Werkzeugaufnahmeschaftes 22 gesteckt und mittels der Befestigungsschraube 27 kraftschlüssig mit diesem verbunden.

Der Werkzeugaufnahmeschaft 22 seinerseits wird über die Schiebehülse 21 des Bajonettverschlusses arretiert und da-40 durch mit der Einschwingvorrichtung unverrückbar verbunden. Das nun für den Einschwingvorgang vollständig vorbereitete Gerät wird mit dem Gewindezapfen 25 voraus in dem vorbearbeiteten Röhrenknochen 28 angesetzt und betätigt. Zuerst erfolgt ein leichter manueller Axialdruck, bis die Gewinde-45 gänge des Gewindezapfens 25 eine leichte Kontur in den Knochen eingeschliffen haben, danach erfolgt der axiale Vorschub durch das Einschieifen des Gewindes nach Massgabe der Gewindesteigung. Der Einschwingvorgang dauert an, bis eine definierte Tiefenlage des Gewindezapfens 25 im Röhrenknochen so 28 erreicht ist. Nach dem Einschwingvorgang wird der Werkzeugaufnahmeschaft 22 aus seiner Arretierung im Bajonettver-schluss durch manuelle Betätigung der Schiebehülse 21 gelöst und die Einschwingvorrichtung abgenommen. Das kegelige Ende 26 des implantierten Gewindezapfens 25 ist jetzt die de-55 finierte Basis für die weitere Bearbeitung des unregelmässig geformten Oberschenkelknochens 28. Der noch mit dem implantierten Gewindezapfen 25 verbundene Werkzeugaufnahmeschaft 22 wird nun für die weiteren spangebenden Arbeiten am Oberschenkelknochen 28 verwendet.

60 Nach Abschluss der nachfolgenden Arbeitsgänge wird der Werkzeugaufnahmeschaft 22 durch Lösen der Befestigungsschraube 27 vom Gewindezapfen 25 gelöst.

Das beim Lösen entstehende Reaktionsmoment wird mittels eines Hilfswerkzeuges an der zweckentsprechend geformten 65 Kontur 29 des Werkzeugaufnahmeschaftes 22 aufgefangen.

An dem kegeligen Ende 26 des implantierten Gewindezapfens 25 wird nunmehr das Ergänzungsteil des Implantats befestigt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Vorrichtung zum Einbringen eines Befestigungselements in Knochen, gekennzeichnet durch ein Antriebsgerät (1), das eine Überholkupplung (4 bis 7) sowie ein Feder-Masse-Dämpfungs-System (10 bis 12) aufweist, welches abtriebsseitig mit einem das zu implantierende Teil (25) aufnehmenden Werkzeugschaft (22) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überholkupplung (4 bis 7) durch eine Überratsch-kupplung gebildet ist und dass das Feder-Masse-Dämpfungs-System (10,11,12) über eine Schiebehülse (21) mit dem als Gewindezapfen ausgebildeten zu implantierenden Teil (25) verbunden ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Feder-Masse-Dämpfungs-System (10, 11, 12) aus einer axial auf dem abtriebsseitigen Kupplungsteil (7) der Überratschkupplung (4 bis 7) angeordneten, vorzugsweise scheibenförmigen Schwungmasse (10) besteht, an welcher mindestens ein Ende einer Feder, vorzugsweise die Enden mehrerer federnder Bolzen oder Stäbe (11) befestigt sind, und dass das andere Ende der Feder bzw. die anderen Enden der federnden Bolzen bzw. Stäbe (11) mit einem Bremsring (12) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsring (12) mindestens mit einer als Bremse wirkenden Reibfläche (14 bzw. 15) kraftschlüssig am Gerätegehäuse (8) anliegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsfläche zwischen Bremsring (12) und Gerätegehäuse (8) aus einer radialen Reibfläche (14) und einer axial zur Gehäuseachse liegenden Gleitfläche (13) besteht.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Grösse des Bremsmomentes eine Spannmutter (18) vorgesehen ist, welche durch eine Feder (17) belastet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsfeder (17) zwischen einer Bremsscheibe (16) und der Spannmutter (18) angeordnet ist, dass die Bremsscheibe (16) vorzugsweise mittels eines Stiftes (19) am Gerätegehäuse (8) formschlüssig befestigt ist und dass der Stift (19) in eine Nut (20) der Bremsscheibe (16) eingreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Schwungscheibe (10) und dem Werkzeugaufnahmeschaft (22) eine formschlüssig eingreifende Schiebehülse (21) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugaufnahmeschaft (22) eine vorzugsweise konusartige Ausnehmung (23) zur Aufnahme des konusförmigen Endes des Gewindezapfens (25) aufweist und dass zwischen diesem und der Ausnehmung (23) ein Futter (24) beispielsweise aus Hartgewebe vorgesehen ist.