DE10029739A1 - Piezoelectric drive for neuro surgery is non magnetic can be used with NMR is minimally invasive - Google Patents

Piezoelectric drive for neuro surgery is non magnetic can be used with NMR is minimally invasive

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Abstract

A piezoelectric drive for neuro surgical tools has a non magnetic ultrasonic piezoelectric motor (6) made of titanium or composite materials with drive shaft (7) for drill holder (8) and electric field shielding with remote control from a control unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Problemproblem

Mit Hilfe des Kernspintomographen kann man ausgezeichnete Bilder des Weichteilgewebes erzeugen. Es liegt nahe, unter Kernspintomographie-Sicht Interventionen oder chirurgische Eingriffe in einem solchen Weichteilgewebe durchzuführen. Einige der Weichteilgewebe, wie das Gehirn, der spinale Gang, oder Teile der Bandscheiben, liegen jedoch durch Knochen derart verdeckt, dass man durch diese hindurchbohren muss. Eine für den Kernspintomographen geeignete Bohr-Operationseinrichtung ist jedoch noch nicht bekannt geworden. Die hiervorgelegte Erfindung hat zum Ziel, einen minimal-invasiven Zugang in derartige Bereiche mit Hilfe einer auf einem Ultraschallmotor basierenden Antriebseinheit zu platzieren.With the help of an MRI scanner, you can create excellent images of the soft tissue. It suggests interventions or surgical interventions in such under MRI view Perform soft tissue. Some of the soft tissue, such as the brain, spinal duct, or parts the intervertebral discs, but are covered by bones in such a way that you can drill through them got to. However, a drilling surgical device suitable for the magnetic resonance tomograph is not yet available known. The aim of the present invention is to provide minimally invasive access to such To place areas with the help of a drive unit based on an ultrasonic motor.

Lösungsolution

Die hier vorgelegte Erfindung löst das Problem der Platzierung eines minimal-invasiven Zugangs durch den Einsatz eines Ultraschallmotors für eine Bohrmaschine zur Entnahme von z. B. Knochenbiopsien unter Kernspintomographiesicht. Ein solcher Ultraschallmotor kann völlig aus nichtmagnetischem Material wie z. B. Kunststoffen, Titan und Titanlegierungen oder Keramiken und Piezokeramiken erstellt werden, so dass er sich im Nahfeld eines Kernspintomographen befinden kann, wobei die Qualität der Bildgebung nicht beeinflusst wird und die Bohrmaschine selbst nicht vom Magnet, Gradient oder Hochfrequenzfeld des Kernspintomographen beeinflusst wird.The invention presented here solves the problem of placement of a minimally invasive access by the Use of an ultrasonic motor for a drilling machine for removing z. B. bone biopsies under MRI visibility. Such an ultrasonic motor can be made entirely of non-magnetic material such. B. Plastics, titanium and titanium alloys or ceramics and piezoceramics are created so that it can be in the near field of an MRI scanner, but the quality of the imaging is not is influenced and the drill itself is not affected by the magnet, gradient or high frequency field of the Magnetic resonance imaging is influenced.

Durch eine gute Schirmung und den Einsatz dieser Materialien werden keine Bildverzerrungen, sogenannte Artefakte, erzeugt. Die Erfindung löst also das Problem durch die Nutzung von nichtmagnetischen Materialien einer geringen magnetischen Suszeptibilität zum Aufbau der Antriebseinheit.Thanks to good shielding and the use of these materials, no image distortion, so-called Artifacts. The invention thus solves the problem by using non-magnetic materials a low magnetic susceptibility to the construction of the drive unit.

Die hier vorgelegte Erfindung soll mit Hilfe der folgenden Figuren näher erläutert werden:The invention presented here is to be explained in more detail with the aid of the following figures:

Fig. 1 Gesamtansicht der Vorrichtung Fig. 1 General view of the device

Fig. 2 Blockschaltbild der Antriebseinheit Fig. 2 block diagram of the drive unit

Fig. 3 Explosionsdarstellung der kernspintauglichen Antriebseinheit Fig. 3 exploded view of the nuclear spin suitable drive unit

Fig. 4 Control-Unit der Antriebseinheit Fig. 4 Control unit of the drive unit

Fig. 5 Driving Unit mit eingespanntem Spick- oder Kirschner Draht Fig. 5 Driving unit with clamped Spick or Kirschner wire

Die Antriebseinheit besteht aus zwei Komponenten, der Control-Unit 2 und der Driving-Unit 1 (Fig. 1 und 2). Diese sind elektrisch durch ein Kabel 3 verbunden. Die Verbindung ist durch einen Steckverbinder 11 lösbar (Fig. 4). An der Control-Unit 2 ist ein Fußtaster 9 angebracht, der bei Betätigung die Driving-Unit 1 in Funktion setzt. Die Driving-Unit 1 besteht aus dem Gehäuseoberteil 4, Gehäuseunterteil 6, der Hohlwelle 12 und dem Piezomotor 5. Das Bohrfutter 8 ermöglicht die Aufnahme von Bohrern mit unterschiedlichen Durchmessern. The drive unit consists of two components, the control unit 2 and the driving unit 1 ( FIGS. 1 and 2). These are electrically connected by a cable 3 . The connection can be released by a plug connector 11 ( FIG. 4). A foot switch 9 is attached to the control unit 2 and sets the driving unit 1 into operation when actuated. The driving unit 1 consists of the upper housing part 4 , lower housing part 6 , the hollow shaft 12 and the piezomotor 5 . The drill chuck 8 enables the inclusion of drills with different diameters.

Entsprechende Teile sind in Fig. 3 gezeigt. Die Driving-Unit 1 lässt sich durch den Anwender demontieren, um den Piezomotor 5 vor der Sterilisation zu entfernen. Es lassen sich somit alle Teile der Driving-Unit 1 außer dem Piezomotor 5 sterilisieren.Corresponding parts are shown in Fig. 3. The driving unit 1 can be dismantled by the user in order to remove the piezomotor 5 before sterilization. All parts of the driving unit 1 except the piezomotor 5 can thus be sterilized.

Wirkungsweiseoperation

Die Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie erfolgt durch den piezoelektrischen Effekt, der einen Verzicht auf ein Magnetfeld, welches bei sonst üblichen Elektromotoren zum Wirkungsprinzip gehört, darstellt. Weiterhin wurden für eine störungsfreie Bildgebung der Kernspintomographie nur nichtmagnetische Materialien verwendet.The conversion of electrical into mechanical energy is done by the piezoelectric effect, which dispenses with a magnetic field, which is common in other electric motors belongs to the operating principle. Furthermore, the Magnetic resonance imaging uses only non-magnetic materials.

Durch die Hohlwelle der Driving-Unit wird die Applikation von Instrumenten ermöglicht. Dabei kann die Driving-Unit von der Hohlwelle abgetrennt werden, so dass die Hohlwelle im gebohrten Loch verbleibt. Die Hohlwelle dient dann als minimal-invasiver Zugang zum betreffenden Gewebebereich.The hollow shaft of the driving unit enables the application of instruments. The Driving unit are separated from the hollow shaft so that the hollow shaft remains in the drilled hole. The Hollow shaft then serves as a minimally invasive access to the tissue area in question.

Weiterhin ist die Verwendung sogenannter Spick- und Kirschnerdrähte 13 möglich. Diese werden, wie in Fig. 5 ersichtlich, in die Hohlwelle 12 eingespannt und mit ihnen die Bohrung in den gewünschten Gewebebereich durchgeführt. Anschließend wird die Einspannung des Drahtes gelöst und die Driving-Unit 1 mitsamt der Hohlwelle 12 entfernt. Der Draht 13 befindet sich noch im Gewebe und dient als Markierung. In die Driving- Unit 1 kann nun ein Hohlbohrer eingespannt werden, mit dem am Draht 13 entlang die gewünschte Bohrung in das Gewebe erfolgt.Furthermore, the use of so-called spiked and Kirschner wires 13 is possible. As can be seen in FIG. 5, these are clamped into the hollow shaft 12 and the holes are drilled into the desired tissue area with them. The clamping of the wire is then released and the driving unit 1 together with the hollow shaft 12 are removed. The wire 13 is still in the tissue and serves as a marker. A hollow drill can now be clamped into the driving unit 1 , with which the desired hole is made in the tissue along the wire 13 .

Es ist möglich die Driving-Unit mit Markern auszustatten, die von einem Navigationssystem erkannt werden und die Orientierung der Vorrichtung mit Hilfe eines solchen Navigationssystems ermöglichen. Diese Marker können als Reflektoren oder als aktiv optisch sendende Leuchtdioden gestaltet sein. Für die Anwendung im Kernspintomographen können sie auch aus einem Material beschaffen sein, welches sich aktiv oder passiv im Kernspintomographen darstellt oder sie könnten mit einer signalgebenden Flüssigkeit gefüllt sein. Diese Marker können auf die Vorrichtung aufgesteckt werden oder sind in die Struktur der Vorrichtung integriert. It is possible to equip the driving unit with markers that are recognized by a navigation system and enable the orientation of the device with the help of such a navigation system. These markers can be designed as reflectors or as actively optically transmitting light-emitting diodes. For use in MRI scanners can also be made of a material that is active or passive in the MRI scanner or they could be filled with a signaling liquid. This Markers can be attached to the device or are integrated into the structure of the device.  

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Driving-Unit
Driving Unit

22

Control-Unit
Control Unit

33

Elektrisches Kabel
Electrical cable

44

Gehäuseoberteil mit Griff
Upper part of the housing with handle

55

Piezomotor
piezoMotor

66

Gehäuseunterteil
Housing bottom

77

Spannhülse
clamping sleeve

88th

Bohrfutter
chuck

99

Fußtaster
footswitch

1010

Netzkabel
power cable

1111

Steckverbinder
Connectors

1212

Hohlwelle
hollow shaft

1313

Spickdraht oder Kirschnerdraht
Felt wire or Kirschner wire

Claims (11)

1. Antriebseinheit für chirurgische und interventionelle Anwendungen im Kernspintomographen, dadurch gekennzeichnet dass der Antrieb aus einem nichtmagnetischen Ultraschallmotor besteht, bei dem die Antriebswelle in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist.1. Drive unit for surgical and interventional applications in magnetic resonance imaging, characterized in that the drive consists of a non-magnetic ultrasound motor, in which the drive shaft is designed in the form of a hollow shaft. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass diese für Anwendungen im Neurobereich und Spinalbereich, für orthopädische Interventionen und Trepanationen geeignet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that this for applications in the neuroscale and spinal area, is suitable for orthopedic interventions and trepanations. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass diese zur Sterilisation in funktionale Gruppen zerlegt werden kann, deren eine Gruppe aus in üblicher Form sterilisierbaren Außenteilen der Vorrichtung, und deren andere Gruppen aus nichtsterilisierbaren Innenteilen der Vorrichtung bestehen.3. Device according to claim 1, characterized in that it is functional for sterilization Groups can be disassembled, one group of which can be sterilized in conventional form from the outer parts of the Device, and the other groups consist of non-sterilizable inner parts of the device. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Gehäusegruppen unter Heißdampf sterilisierbar und plasmasterilisierbar sind.4. The device according to claim 3, characterized in that the housing groups under superheated steam can be sterilized and plasma sterilized. 5. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass diese aus einer Control-Unit und einer Driving-Unit besteht.5. Device according to one or more of the above claims, characterized in that it consists of a control unit and a driving unit. 6. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche und Ansprüch 5, dadurch gekennzeichnet dass für die Driving-Unit Materialien verwendet werden, die geringe Suszep-tibilitätsartefakte im Kernspintomographen erzeugen.6. The device according to one or more of the above claims and claims 5, characterized that materials are used for the driving unit that have low susceptibility artifacts in the Create an MRI scanner. 7. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Motor und die Verkabelung derart abgeschirmt ist, dass keine Störungen der Bildgebung durch das elektrische Feld des Motors und keine Störungen der Funktion des Motors durch die elektromagnetischen Felder des Kernspintomographen entstehen.7. The device according to one or more of the above claims, characterized in that the motor and the wiring is shielded such that there is no interference with the imaging by the electrical Field of the motor and no interference with the function of the motor due to the electromagnetic fields of the MRI scanners are created. 8. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass Instrumente, vorzugsweise Spick- und Kirschnerdrähte, durch die Hohlwelle gesteckt und eingespannt werden können.8. The device according to one or more of the above claims, characterized in that Instruments, preferably spiked and Kirschner wires, inserted and clamped through the hollow shaft can be. 9. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass durch die Hohlwelle des Ultraschallmotors die Applikation von Instrumenten ermöglicht wird.9. The device according to one or more of the above claims, characterized in that by the Hollow shaft of the ultrasonic motor allows the application of instruments. 10. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass die Driving- Unit von der Hohlwelle getrennt werden kann, so dass die Hohlwelle als definiert minimal-invasiver Zugang zu einem Gewebsbereich, vorzugsweise des spinalen Bereichs, genutzt werden kann. 10. The device according to one or more of the above claims, characterized in that the driving Unit can be separated from the hollow shaft so that the hollow shaft is defined as minimally invasive Access to a tissue area, preferably the spinal area, can be used.   11. Vorrichtung nach einer oder mehreren der oberen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass sie durch das Integrieren oder Aufsetzen von Markern mit Navigationssystemen kombiniert werden können.11. The device according to one or more of the above claims, characterized in that it is characterized by the integration or placement of markers can be combined with navigation systems.
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