DE10022047C1

DE10022047C1 - Knochenfräse

Info

Publication number: DE10022047C1
Application number: DE2000122047
Authority: DE
Inventors: Itsko Polevoi
Original assignee: Itsko Polevoi
Current assignee: PETERS, ANDREAS, GALLSPACH, AT
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-04-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen chirurgischen Fräser zum Abtragen von Schädelknochenmaterial, der über seinen Umfang verteilte radial abstehende Schneiden umfaßt, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen chirurgischen Fräser zu schaffen, der die Verletzungsgefahr während des Fräsvorgangs des Schädelknochens so weit wie möglich minimiert und einfach zu bedienen ist. DOLLAR A Die Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem freien Ende des Fräsers (1) ein von Schneiden oder scharfen Kanten freier Ablösekörper (6) angebracht ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Fräsers (1) ist. DOLLAR A Vorzugsweise weist der Fräser (1) an seinem freien Ende einen Zapfen (5) auf, an dem der Ablösekörper (6) befestigt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen chirurgischen Fräser zum Abtragen von Schädelknochenmaterial, der über seinen Umfang radial abstehende Schneiden umfaßt, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken.

Derartige chirurgische Fräser kommen bei Operationsverfahren zur Be handlung von Schädelnahtsynostosen zum Einsatz und sind beispielsweise aus der DE 26 04 147 B1 bekannt. Um einen Zugang in das Innere des Schädels zu schaffen, werden Fräser verwendet, die das Knochenmaterial durch Zerspanung entfernen.

Damit bei der Abtragung des Knochenmaterials das direkt unterhalb des Schädelknochens liegende Gewebe, die Dura (Hirnhaut), und das unterhalb der Dura liegende Gehirn selbst nicht durch einen etwaigen Kontakt der Schneidzähne des rotierenden Fräsers beschädigt werden, ist aus der ge nannten DE 26 04 147 B1 die Verwendung eines Bügels bekannt, der an der Fräservorrichtung starr angebracht ist und als Schutz für die Dura dient. Beim Fräsvorgang liegt der Bügel schützend auf der Dura auf, während der Fräser oberhalb davon Knochenmaterial abträgt. Es besteht jedoch mit einer derartigen Schutzvorrichtung die Gefahr, daß ein Hängenbleiben des Bügels an der direkt unterhalb des Knochenmaterials liegenden und daran haftenden Dura zu erheblichen Verletzungen führt.

Ferner ist aus der WO 93/09731 A1 ein chirurgisches Werkzeug bekannt, welches an seinem freien Ende einen abrasiven Kopf aufweist, mit dem Knochenmaterial abgetragen werden kann. Die gesamte Oberfläche des abrasiven Kopfes ist knochenzerspanend ausgebildet. Das Werkzeug ist besonders gut geeignet, die distale Kante einer Knochenbohrung abzurunden. Zur Abtragung von Schädelknochenmaterial ist dieses Werkzeug jedoch nicht geeignet, da der abrasive Kopf während der Knochenabtragung auch gleichzeitig die unter dem Schädelknochen liegende Dura bzw. das Gehirn zerstören würde.

Aus DE 196 39 193 A1 ist ein chirurgischer Fräser zur Abtragung von Knochen- und/oder Knorpelgewebe bekannt, mit dem eine hohe Abtragslei stung bei geringer Andruckkraft erzielbar ist. Auch hier besteht die große Gefahr, daß während der Abtragung von Knochenmaterial die unter dem Knochen liegenden Schichten zerstört werden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen chirurgischen Fräser zu schaffen, der die Verletzungsgefahr während des Fräsvorgangs des Schädelknochens so weit wie möglich minimiert und einfach zu bedienen ist.

Die Erfindung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem freien Ende des Fräsers ein von Schneiden oder scharfen Kanten freier Ablösekör per angebracht ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Fräsers ist.

Der Ablösekörper weist eine Form auf, die nicht zu Zerstörungen der Dura während der Abtragung des Knochenmaterials führt. Der größere Durchmes ser des Ablösekörpers in bezug auf den des Fräsers bewirkt, daß die Schneidzähne nicht in Kontakt mit der Dura kommen können. Während der Fräser das Knochenmaterial des Schädels abträgt, rotiert der von Schneiden oder Kanten freie und auf der Dura aufliegende Ablösekörper um die Rotationsachse des Fräsers mit und verhindert ein etwaiges Abtragen der Dura. Aufgrund des größeren Durchmessers des Ablösekörpers bezüglich des Fräserdurchmessers löst der Ablösekörper unterhalb des Knochenmateri als die Dura in einem bestimmten Abstand zu den Schneiden ab, bevor das Knochenmaterial von den Schneiden zerspant wird. Ein Kontakt der Dura mit den Schneiden ist somit ausgeschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fräser an seinem freien Ende einen Zapfen auf. Der Zapfen dient zur Befestigung des Ablösekör pers, welcher eine dem Durchmesser des Zapfens entsprechende Bohrung aufweist. Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, daß am Ablösekörper ein Zapfen angebracht ist, der in eine Bohrung des Fräsers eingeführt wird. Durch eine Preßsitzverbindung wird eine zuverlässige Befestigung des Ablösekörpers am Fräser erzielt.

Bevorzugt ist die dem Fräser abgewandte Oberfläche des Ablösekörpers konvex gewölbt. Eine derartige, halbkugelförmige Form minimiert ein mögliches Verletzungsrisiko für die Dura und stellt während der Abtragung des Knochenmaterials eine sanft gerundete Kontaktfläche für die Dura dar. Ferner bildet die dem Fräser zugewandte Fläche des Ablösekörpers eine Anschlagfläche zur Führung des Fräsers.

Durch eine variierende radiale Erstreckung des Ablösekörpers läßt sich ein verstärkter Ablöseeffekt der direkt unterhalb des Schädelknochens anhaften den Dura erzielen. Der unterhalb des Schädelknochens rotierende Ablöse körper löst die Dura vom Knochen ab, indem die am Ablösekörper ange brachten radialen Vorsprünge rhythmisch gegen die Dura stoßen und diese durch die hohe Rotationsgeschwindigkeit des Ablösekörpers in Schwingun gen versetzen. Die hohe Frequenz der Berührungen bewirkt einen "Rütteleffekt", so daß sich die in Fräsrichtung am Schädelknochen anliegen de Dura leichter löst. Der Ablösekörper kann in Draufsicht z. B. die Form eines Rechtecks mit abgerundeten Kanten aufweisen.

Vorzugsweise weist der Ablösekörper in Draufsicht eine sternförmige Form mit gerundeten Kanten auf. Die gerundeten Kanten berühren während der Rotation die Dura mit hoher Frequenz.

Der Ablösekörper kann konzentrisch oder exzentrisch zur Fräserachse angeordnet sein, wobei mit der exzentrischen Anordnung ebenfalls die Ablösewirkung verstärkt werden kann.

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausgestaltung erwiesen, bei der der Fräser Schneiden aufweist, die in axialer Richtung durch Nuten unterbro chen sind, so daß Schneidzähne entstehen, deren Breite mindestens der Breite der Nut entspricht. Die Schneidzähne aufeinanderfolgender Schneiden weisen in axialer Richtung einen Versatz auf. Eine derartige Ausbildung der Schneiden mit Nuten hat den Vorteil, daß während des Fräsvorgangs eine bessere Kühlung und eine feinere Zerspanung des Knochens gewährleistet ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform entspricht der Versatz der Schneidzähne aufeinanderfolgender Schneiden im wesentlichen der Hälfte der Zahnteilung, wobei die Zahnteilung der Summe der Breite eines Schneidzahns und einer Nut entspricht. Die Schneiden greifen mit ihren Schneidzähnen in den Positionen des Knochenmaterials ein, an denen die benachbarte Schneide zuvor mit ihren Nuten keinen Knochenabtrag bewirkt hat. Ein derartiger Schneidzahnversatz des Fräsers hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, um eine möglichst hohe Abtragsleistung des Knochen materials zu erzielen.

Bevorzugt verjüngt sich der Fräser vom Futter zur Spitze hin konisch. Da bei der Knochenmaterialabtragung neben Torsionskräften auch Biegekräfte auf den Fräser wirken, welche bei der Führung des Fräsers in radiale Richtung in bezug auf die Drehachse entstehen, weist der Fräser eine konusförmige Form auf, mit der größere Biegekräfte aufgenommen werden können. Außerdem bewirkt die Konusform des Fräsers eine V-förmige Nut, aus der der Fräser nach außen herausgedrückt wird. Gleichzeitig wird die Anschlagfläche gegen das Innere des Schädelknochens gedrückt und ein ungewolltes, tiefes Eindringen des Fräsers wirksam vermieden.

Bevorzugt verlaufen die Flanken des Schneidzahns trapezförmig. Aufgrund der Schnittunterbrechungen während des Fräsvorgangs sind die Schneidzäh ne dynamischen und thermischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzt, wodurch Risse in den Schneidzähnen entstehen können und somit es zum Bruch des Schneidzahnes führen kann. Durch einen trapezförmigen Verlauf der Schneidzahnflanken wird die Gefahr des Ausbrechens des Zahnes verringert.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen chirurgischen Fräser während des Eingriffes in den Schädelknochen,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen bevorzugten Ablösekörper, der eine stern förmige Form aufweist,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen alternativen Ablösekörper,

Fig. 4 eine dreidimensionale Seitenansicht des Fräsers,

Fig. 5 eine Querschnittsansicht des Fräsers,

Fig. 6 einen Längsschnitt des Fräsers entlang einer Schneide und

Fig. 7 einen Längsschnitt des Fräsers entlang einer alternativen Schneide.

Das in Fig. 1 dargestellte chirurgische Fräserwerkzeug setzt sich zusammen aus einem Gehäuse 8, in dem ein Antrieb (hier nicht gezeigt) angeordnet ist, einem Futter 12, einem Fräser 1 und einem mit einer Bohrung 14 versehenen Ablösekörper 6, der im Preßsitz an einem Zapfen 5 am freien Ende des Fräsers 1 befestigt ist.

Die Länge des Fräsers 1 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 20 mm, die Höhe des Ablösekörpers 6 beträgt 3 mm und dessen größter Durchmesser etwa 4-5 mm. Durch diese Maße wird verdeutlicht, daß der Knochenabtrag bei gleichzeitiger Ablösung der Dura 10 äußerst behutsam erfolgt.

Bevor jedoch der Fräser 1 zur Abtragung des Knochenmaterials 9 zum Einsatz kommt, muß zunächst eine Öffnung 11 durch den Knochen 9 des Schädels gebohrt werden. Es muß darauf geachtet werden, daß der Durch messer der Öffnung 11 größer ist als der Durchmesser des Ablösekörpers 6.

Anschließend wird der Fräser 1 mit dem Ablösekörper 6 durch die Öffnung 11 geführt.

Danach wird der Fräser 1 in einer radialen Richtung geführt, um das Knochenmaterial 9 des Schädels entlang eines Schlitzes abzutragen. Gleich zeitig befindet sich der Ablösekörper 6 in Kontakt mit der Dura 10. Damit die das Gehirn schützende Dura 10 während des Fräsvorgangs vom Knochen 9 des Schädels gelöst und gleichzeitig nicht zerstört wird, weist der Ablöse körper 6 keine Schneiden oder scharfe Kanten auf. Die vom Knochen 9 abgewandte Oberfläche des Ablösekörpers 6, dessen Durchmesser größer ist als der des Fräsers 1, ist gemäß Fig. 1 konvex gewölbt und weist die gleiche Drehachse 7 auf wie die des Fräsers 1. Eine derartige Form des Ablösekör pers 6 gewährleistet, daß die Dura 10 während des Fräsvorgangs nicht beschädigt wird.

Die Form des Ablösekörpers 6, wie sie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt wird, ermöglicht neben der Schutzwirkung eine zusätzliche Ablösewirkung der Dura 10 vom Knochenmaterial 9. Gemäß Fig. 2 weist der Ablösekörper 6 in seiner Draufsicht eine sternförmige Form auf mit abgerundeten Kanten. Während des Fräsvorgangs rotiert der in Kontakt mit der Dura 10 stehende Ablösekörper 6 um die Drehachse 7 des Fräsers 1, und die abgerundeten Kanten treten während des Vorschubs des Ablösekörpers 6 mit der noch nicht vom Schädelknochen 9 abgelösten Dura 10 in Kontakt. Die regelmäßi gen, leichten, in hoher Frequenz auftretenden Berührungen der abgerundeten Kanten mit der Dura 10 lassen eine Ablösung der Dura 10 vom Schädelkno chen 9 entstehen.

In Fig. 3 wird eine weitere Ausführungsform des Ablösekörpers 6 darge stellt. Der Ablösekörper 6 ist in seinem Querschnitt rechteckförmig ausge bildet, wobei die Kanten abgerundet sind. Die abgerundeten Kanten treten mit hoher Frequenz in Kontakt mit der Dura 10 und bewirken - wie schon oben beschrieben - einen Ablöseeffekt der Dura 10.

In einer weiteren Ausführungsform, die nicht in den Zeichnungen dargestellt ist, kann der Ablösekörper exzentrisch am Fräser angeordnet sein, wodurch ein ähnlicher Ablöseeffekt erzielt werden kann. Während der Rotation des Ablösekörpers verlagert sich dieser aufgrund seiner exzentrischen Anordnung am Fräser in radialer Richtung. Durch eine derartige radiale Bewegung tritt der Ablösekörper mit der Frequenz, die der Drehzahl des Fräsers entspricht, in Berührung mit der noch nicht abgelösten Dura 10 und bewirkt eine Verstärkung der Ablösung der Dura 10.

In Fig. 4 wird die Geometrie des Fräsers 1 verdeutlicht. Im vorliegenden Fall verjüngt sich der Fräser 1 vom Futter 12 zur Spitze hin konisch. Die Schneiden 2 sind in axialer Richtung durch Nuten 4 unterbrochen, wodurch Schneidzähne 3 entstehen. Die Breite des Schneidzahnes 3 entspricht mindestens der Breite der Nut 4, wobei die Schneidzähne 3 aufeinanderfol gender Schneiden 2 einen Versatz aufweisen. Die Ausgestaltung des Frä sers 1 mit den zwischen den Schneidzähnen 3 verlaufenden Nuten 4 hat den Vorteil, daß sich während des Fräsens kurze Späne bilden und der Schnittbe reich besser gekühlt wird. Ferner können die kurzen Späne durch eine hier nicht dargestellte Absaugvorrichtung aus dem Fräsbereich leichter entfernt werden.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 4 beträgt der Versatz im wesentlichen die Hälfte der Zahnteilung, wodurch eine Erhöhung der Abtragsleistung erreicht wird. Der Versatz der Schneidzähne 3 kann jedoch variiert werden und in einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform, ein Viertel der Zahnteilung betragen.

Fig. 5 zeigt die in Umfangsrichtung des Fräsers 1 angeordneten Schneidzäh ne 3. Die Schneidzähne 3 weisen im wesentlichen eine Keilform auf.

In den Fig. 6, 7 werden zwei mögliche Formen des Schneidzahnes 3 darge stellt. Gemäß Fig. 6 verlaufen die Flanken des Schneidzahnes 3 zueinander parallel. In einer anderen Ausführungsform nach Fig. 7 ist der Schneidzahn 3 im wesentlichen trapezförmig. Durch eine trapezförmige Schneidzahnform wird eine erhöhte Lebensdauer der unter thermischen und dynamischen Wechselbeanspruchungen ausgesetzten Schneidzähnen 3 erreicht.

Fig. 6 und 7 machen ferner den Versatz der Schneidzähne 3 aufeinanderfol gender Schneiden 2 sichtbar. An der Position der Schneide 2, an der die U-förmige Nut 4 ausgebildet ist, weist die benachbarte Schneide 2 einen Schneidzahn 3 auf. Während des Fräsvorgangs greifen die Schneidzähne 3 einer Schneide 2 in den Positionen des Knochenmaterials 9 ein, an denen ihre benachbarte Schneide 2 zuvor mit ihren Nuten 4 keinen Knochenabtrag bewirkt hat. Es hat sich herausgestellt, daß durch eine derartige Fräsergeo metrie ein hoher Abtrag an Knochenmaterial 9 erzielt werden kann.

Bezugszeichenliste

1

Fräser

2

Schneide

3

Schneidzahn

4

Nut

5

Zapfen

6

Ablösekörper

7

Drehachse des Fräsers

8

Gehäuse

9

Knochenmaterial

10

Dura, Gehirn schützende Hirnhaut

11

Öffnung

12

Futter

13

Flanken des Schneidzahns

14

Bohrung

Claims

1. Chirurgischer Fräser zum Abtragen von Schädelknochenmaterial, der über seinen Umfang verteilte radial abstehende Schneiden umfaßt, die sich im wesentlichen in axialer Richtung erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß an dem freien Ende des Fräsers (1) ein von Schneiden oder scharfen Kanten freier Ablösekörper (6) angebracht ist, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Fräsers (1) ist.

2. Chirurgischer Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fräser (1) an seinem freien Ende einen Zapfen (5) aufweist, an dem der Ablösekörper (6) befestigt ist.

3. Chirurgischer Fräser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die dem Fräser (1) abgewandte Oberfläche des Ablösekörpers (6) konvex gewölbt ist.

4. Chirurgischer Fräser nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Ablösekörper (6) eine variierende radiale Erstreckung aufweist.

5. Chirurgischer Fräser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablösekörper (6) in Draufsicht eine sternförmige Form mit gerundeten Kanten aufweist.

6. Chirurgischer Fräser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (2) in axialer Richtung durch Nuten (4) unterbrochen sind, so daß Schneidzähne (3) entstehen, deren Breite mindestens der Breite der Nut (4) entspricht, wobei die Schneidzähne (3) aufeinanderfolgender Schneiden (2) in axialer Richtung einen Versatz aufweisen.

7. Fräser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz der Schneidzähne (3) aufeinanderfolgender Schneiden (2) im wesentlichen der Hälfte der Zahnteilung entspricht.

8. Chirurgischer Fräser nach den Ansprüchen 1, 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß der Fräser (1) sich vom Futter (12) zur Spitze hin konisch verjüngt.

9. Chirurgischer Fräser nach den Ansprüchen 1, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (13) jedes Schneidzahnes (3) trapezförmig verlaufen.