DE10146042A1 - Chirurgisches Instrument zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur - Google Patents

Chirurgisches Instrument zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur

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Abstract

Bekannte chirurgische Instrumente zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur ermöglichen keine präzise Einbringung einer Kavität auf Grund von sowohl menschlichen als auch technischen Fehlerquellen bei der Positionierung zwischen chirurgischem Instrument und knöcherner Struktur. Es ist daher ein chirurgisches Instrument vorgeschlagen, das sowohl bei einer Handbetätigung durch einen Operateur als auch in einer roboterunterstützten Betätigung permanent auftretende Abweichungen der momentanen Position von der erforderlichen Soll-Position zwischen einem Werkzeug und einer knöcherner Struktur auszugleichen vermag. DOLLAR A Erreicht wird dies dadurch, dass ein chirurgisches Instrument (6) mit einem Navigationsgerät ausgerüstet ist, das aus einem starr am oszillierenden Linearantrieb (8) befestigten Positionssensor (24) und einem starr an der knöchernen Struktur befestigten Positionssensor (25) und einer die Positionen und die räumliche Lage der beiden Positionssensoren (24, 25) überwachenden, mit Sollwerten vergleichenden und Abweichungen anzeigenden Auswerteeinheit (27) besteht. DOLLAR A Derartige chirurgische Instrumente werden zur Herstellung definierter Kavitäten in knöchernen Strukturen insbesondere zur Vorbereitung eines menschlichen Femurs für ein Implantat bei der Hüftgelenkprothetik eingesetzt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Chirurgisches Instrument zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Derartige chirurgische Instrumente werden zur Herstellung definierter Kavitäten in knöchernen Strukturen insbesondere zur Vorbereitung eines menschlichen Femurs für ein Implantat bei der Hüftgelenkprothetik eingesetzt.
  • Sowohl bei einer krankhaften Veränderung als auch bei einer Beschädigung eines natürlichen Hüftgelenks muss die eingeschränkte Hüftgelenkfunktion in vielen Fällen durch eine Prothese verbessert werden. Dabei besteht die Prothese aus einem Gelenkfuß mit einem starren Gelenkkopf und einer dazu passenden Gelenkpfanne. Während eines operativen Eingriffs werden die Gelenkpfanne passgerecht im menschlichen Sitzbein und der Gelenkfuß passgerecht im menschlichen Femur und zueinander ausgerichtet eingesetzt.
  • Zum passgerechten Einsetzen sowohl der Gelenkpfanne als auch des Gelenkfußes sind jeweils Kavitäten in dem entsprechenden menschlichen Knochen auszuarbeiten, die eine hohe Passgenauigkeit aufweisen. Die hohe Passgenauigkeit gewährleistet dann einerseits ein schnelles Einwachsen der Prothese in die Knochen und ermöglicht damit dem Patienten eine kurze Rehabilitationsphase und gewährleistet andererseits eine hohe Funktionssicherheit und Stabilität des künstlichen Hüftgelenks in allen Belastungsrichtungen.
  • Dabei besitzt besonders der Gelenkfuß eine so komplizierte dreidimensionale Form, dass die Genauigkeit der entsprechend zu schaffenden Kavität und deren Position im menschlichen Femur ein Maß für die Qualität der Hüftgelenkoperation ist. Die Kompliziertheit der Form ergibt sich einmal aus einer Abweichung von der Rotationssymmetrie und auch aus einem zumeist eckigen Querschnitt. Diese komplizierte dreidimensionale Form ermöglicht dann sowohl eine hohe Rotationsstabilität des Gelenkfußes im menschlichen Femur als auch einen hohen Form- und nach dem Einwachsen Kraftschluss. Bei einer Hüftgelenkoperation wird die größtmögliche Kontaktfläche zwischen menschlichem Femur und Implantat, jedoch mindestens 85% angestrebt.
  • Die US 5.299.288 nun beschreibt zum Beispiel ein robotergeführtes Fräsinstrument, mit dem mit hoher Präzision eine zuvor in einer datenverarbeitenden Maschine angelegte Idealform einer Kavität im menschlichen Femur ausgefräst wird. Nachteilig dabei ist, dass nur Kavitäten mit einem solchen gerundeten Querschnitt erzeugt werden können, bei denen die Abrundungen mindestens dem kleinsten Fräserradius entsprechen. Damit ist das robotergeführte Fräsverfahren für Implantate mit eckigem Querschnitt nicht verwendungsfähig. Außerdem tritt bei einer zementlosen Fixierung des Implantats im menschlichen Femur auch noch die spannungsfreie Kavität nachteilig in den Vordergrund. Das Knochengewebe wird während des Ausfräsens der Kavität nicht verdichtet und dadurch kann nach dem Einsetzen des Implantats kein flächenhafter Druck vom umgebenden Femur auf das Implantat ausgeübt werden. Es wird somit nur ein geringer Kraftschluss erreicht, der sich nicht nur negativ auf die primäre Fixierung des Implantats während der Operation auswirkt, sondern besonders nachteilig mit einem verzögerten Einwachsverhalten hervor tritt. Neben den Einschränkungen im Formschluss sind also auch Nachteile im Kraftschluss zwischen Femur und Implantat festzustellen. Eine alternative Methode zur Herstellung einer Kavität in einem menschlichen Femur ist durch die Verwendung von formgerechten Knochenraspeln unterschiedlicher Größe zum Beispiel in der DE 42 23 873 C2 und der DE 39 07 256 A1 beschrieben. Dabei sind die Knochenraspeln auf ihrer Oberfläche mit einem Schabeprofil ausgeführt, so dass sowohl beim Hineinstoßen als auch beim Herausziehen, eine formbildende Wirkung erzielt wird. Die Form der größten Knochenraspel entspricht dabei genau der gewünschten Form der Kavität. Es hat sich nun aber gezeigt, dass selbst erfahrene Operateure die Herstellung der Kavität nicht mit der notwendigen Präzision durchzuführen in der Lage sind. Dies begründet sich einerseits durch Positionsveränderungen des Femurs durch die Einwirkung der Bearbeitungskraft, so dass dabei eine präzise geführte Knochenraspel eine von der Soll-Position abweichende Kavität erzeugt. Andererseits kann ein durch den Operateur unpräzise geführtes Bearbeitungswerkzeug zu einer ungenauen Position der Kavität im menschlichen Femur führen. Ursache dafür sind auch die hohen körperlichen Aufwendungen des Operateurs sowohl beim manuellen Bedienen als auch beim Einsatz eines handgeführten oszillierenden Antriebs in Form eines bekannten Bohrhammers, der die genaue Positionierung zusätzlich erschwert. Beide mögliche Fehlerquellen bedingen somit ein schief eingesetztes Implantat im Femur und erzeugen negative Auswirkungen für den Patienten in Form einer geringeren Belastbarkeit der Prothese und einer meist langwierigen Rehabilitation durch ein verzögertes Einwachsen des Implantats.
  • In der DE 198 20 506.6 ist nun eine Vorrichtung zur Präparation eines menschlichen Röhrenknochens beschrieben, die aus einem programmierbarer Industrieroboter und einem vom Industrieroboter angetriebenen Bearbeitungswerkzeug in Form einer eingangs beschriebenen Raspel besteht. Dabei wird die Raspel von einem allgemein als Bohrhammer bezeichneten oszillierenden Gerät angetrieben.
  • Diese Vorrichtung arbeitet unpräzise, da der Bohrhammer über seine hohen Rückstosskräfte starke Schwingungen erzeugt, die sich als Erschütterungen auf den Industrieroboter übertragen und ihn unpräzise arbeiten lassen und ihn sogar schlimmstenfalls beschädigen. Diese Erschütterungen führen aber auch dazu, dass der Femur aus seiner angestammten Position und Lage verändert wird und dann nicht mehr in räumlicher Abstimmung mit der Position und dem vorprogrammierten Weg der Raspel übereinstimmt Das alles führt zu einer falsch positionierten Kavität und damit zu ein schiefen Sitz des Implantates mit allen seinen negativen Folgen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsmäßiges chirurgisches Instrument zu entwickeln, das sowohl bei einer Handbetätigung durch einen Operateur als auch in einer roboterunterstützten Betätigung permanent auftretende Abweichungen der momentanen Positionen von der erforderlichen Soll-Position zwischen Knochenraspel und Femur auszugleichen vermag.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Zweckdienliche Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 5 Das neue chirurgische Instrument beseitigt die genannten Nachteile des Standes der Technik.
  • Dabei ist der besondere Vorteil des neuen chirurgischen Instrumentes darin zusehen, dass im Zusammenwirken mit einem aus anderen Anwendungen bekannten Navigationsgerät eine knöcherne Struktur sowohl an ihrer Oberfläche als auch zur Einbringung einer Kavität äußerst präzise und sicher bearbeitet werden kann. Mit Hilfe des Navigationsgerätes können Fehler, die während der Bearbeitung auftreten, sofort ausgeglichen werden. Solche Fehler sind Positionsverschiebungen der knöchernen Struktur und Fehlhaltungen des Bearbeitungswerkzeuges bei einer Handbetätigung des Bearbeitungswerkzeuges und Positionsverschiebungen der knöchernen Struktur bei einer roboterbetriebenen Betätigung des Bearbeitungswerkzeuges.
  • Das Navigationsgerät kann in herkömmlicher Weise ausgebildet sein, wobei die Verwendung eines optischen Systems von Vorteil ist.
  • Besonders überraschend ist, dass ein Navigationsgerät erstmals bei einem oszillierenden Bearbeitungswerkzeug eingesetzt wird. Es ist auch zum ersten mal gelungen, ein Navigationsgerät bei der Bearbeitung eines Körperteils anzuwenden, das während der Bearbeitung einer mechanischen Belastung unterliegt und somit der Gefahr einer örtlichen Verschiebung unterliegt.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der oszillierenden Linearantrieb über einen Kraft-Momenten-Sensor mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die die Vorschubgeschwindigkeit des Instrumentenschlittens ermittelt, mit einem Sollwert vergleicht und Abweichungen auswertet und anzeigt. Diese Abweichungen können dann bei einer Handbetätigung in einem offenen Regelkreis und bei einer Roboterbetätigung in einem geschlossenen Regelkreis ausgeglichen werden. Das ermöglicht eine schonende und gleichmäßige Bearbeitung der knöchernen Struktur.
  • Die Erfindung soll anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Dazu zeigen:
  • Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht eines erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur in der Ausgangslage gegenüber einem menschlichen Femur für die automatisierte Betätigung mittels eines Roboters,
  • Fig. 2 das chirurgische Instrument und den menschlichen Femur in einer vergrößerten Ansicht für die Betätigung von Hand,
  • Fig. 3 das chirurgische Instrument in einer Schnittdarstellung und
  • Fig. 4 das chirurgischen Instruments in einer Ansicht.
  • Ein Präzisionsroboter, wie er bei einem ersten Ausführungsbeispiel in der Medizintechnik allgemein zur Anwendung kommt, besteht im wesentlichen aus einer Robotereinheit, einer datenverarbeitenden Maschine zur Steuerung und einer Bedieneinheit, die zu einer Geräteeinheit ausgeführt sind. Ein solcher Roboter ist in seinem Aufbau so bekannt, dass an dieser Stelle auf eine zeichnerische Darstellung verzichtet wurde. Kernstück der Robotereinheit ist eine Instrumententrägereinheit 1, die beispielhaft gemäß der Fig. 1 als ein Hexapod mit einer parallelen Kinematik und sechs Freiheitsgraden ausgerüstet ist. Diese Instrumententrägereinheit 1 symbolisiert in der nachfolgenden Ausführungsbeschreibung den gesamten Roboter.
  • Die Instrumententrägereinheit 1 besteht bekanntermaßen aus einer Gestellplatte 2 mit einem nicht dargestellten Führungsschlitten für den Anschluss an die Robotergeräteeinheit und aus einer Arbeitsplatte 3. Die Gestellplatte 2 und die Arbeitsplatte 3 sind über sechs Linearantriebe gelenkig miteinander verbunden, die in einer derartigen Weise ausgerichtet und an der Gestellplatte 2 und der Arbeitsplatte 3 befestigt sind, dass sie eine geschlossene Gelenkkette ausbilden.
  • Die einzelnen Linearantriebe 4 eines in der Medizintechnik eingesetzten Präzisionsroboters werden in der Regel elektrisch betrieben und besitzen demnach eine einerseits angelenkte Gewindespindel mit einer definierten Länge und eine andererseits angelenkten Gewindemutter und einen gesteuerten Elektromotor. Mit diesem elektrischen Antriebs- und Steuersystem kann ein kontrollierter Bewegungsablauf jedes einzelnen Linearantriebes 4 erzeugt werden. Im Zusammenspiel aller sechs Linearantriebe 4 ist so eine von der Bedieneinheit des Roboters signalisierte Bewegung der Arbeitsplatte 3 mit höchster Genauigkeit möglich.
  • Diese Bewegung der Arbeitsplatte 3 wird durch ein zusätzliches Überwachungssystem kontrolliert, dass aus mindestens drei nicht extra kenntlich gemachten, längenveränderlichen Messstrecken gebildet wird, die unabhängig von den Linearantrieben 4 und in besonderer Weise an der Gestellplatte 2 und der Arbeitsplatte 3 angelenkt sind. Die Längenveränderungen der einzelnen Messstrecken werden sensorisch erfasst, ausgewertet und mit dem gewollten Bewegungsablauf der Arbeitsplatte 3 verglichen.
  • Die Arbeitsplatte 3 ist mit einer Instrumentenaufnahmeeinheit 5 für ein chirurgisches Instrument 6 ausgerüstet. Diese Instrumentenaufnahmeeinheit 5 ist starr mit der Arbeitsplatte 3 verbunden. Auf der Instrumentenaufnahmeeinheit 5 befindet sich ein linear verfahrbarer Instrumentenschlitten 7, auf dem das chirurgische Instrument 6 mittels nicht dargestellter Befestigungselemente in gesicherter Weise aufgesetzt ist. Dieser Instrumentenschlitten 7 ist mit einem Kraft-Momenten-Sensor ausgerüstet, der einerseits auf die Kraft- bzw. Momentenaufnahme am chirurgischen Instrument 6 ausgerichtet ist und der andererseits über einen Regelkreis mit der Robotereinheit verbunden ist. Damit regelt sich die Vorschubgeschwindigkeit des chirurgischen Instrumentes 6 in Abhängigkeit von den am chirurgischen Instrument 6 auftretenden Kräften.
  • Mit der Drehbarkeit und der Schwenkbarkeit der Arbeitsplatte 3 und mit der linearen Verfahrbarkeit des Instrumentenschlittens 7 gegenüber der Instrumentenaufnahmeeinheit 5 kann das chirurgische Instrument 6 in eine optimale Grundposition gebracht werden. Das chirurgische Instrument 6 besteht aus einem oszillierenden Linearantrieb 8 und einem zerspanenden Bearbeitungswerkzeug 9, die beide über eine Schnellverschlusskupplung 10 miteinander verbunden sind. Dabei ist der oszillierende Linearantrieb 8 mit einer Rückstoßdämpfung ausgerüstet.
  • Ein solcher Linearantrieb 8 ist in der Fig. 2 bis 4 näher gezeigt, wobei der Linearantrieb 8 nach der Fig. 2 in dieser Ausgestaltung vorrangig für eine Handbetätigung ausgelegt ist, der aber auch in entsprechender Weise an den Instrumentenschlitten 7 der Instrumententrägereinheit 1 angepasst werden kann.
  • Nach der Fig. 2 besitzt dieser oszillierende Linearantrieb 8 einerseits die Schnellverschlusskupplung 10 und andererseits einen Handgriff 11 und einen Bedienhebel 12 für die Handbetätigung. Im Bereich des Handhebels 11 befindet sich ein Anschluss 13 für die für die Druckluftzuführung und eine Auslassöffnung 14 für die verbrauchte Druckluft. In besonderer Weise ist diese Auslassöffnung 14 vom zu operierenden Patienten weggerichtet.
  • Der oszillierende Linearantrieb 8 sowohl mit Handbetätigung als auch mit einer Roboterbetätigung besitzt gemäß der beiden Fig. 3 und 4 ein nur symbolisch dargestelltes Gehäuse 15, in dem ein Kammerkolben 16 und ein Kammerdeckel 17 angeordnet sind. Der Kammerkolben 16 stützt sich roboterseitig über eine Druckfeder 18 vom Gehäuse 15 ab und der Kammerdeckel 17 wird von einer sich werkzeugseitig vom Gehäuse 15 abstützenden Druckfeder 19 belastet. Der Kammerdeckel 17 trägt außerhalb des Gehäuses 150 das Bearbeitungswergzeug 9. Dabei sind die Massen der bewegten Einzelteile und die Kennwerte der beiden Druckfedern 18, 19 so aufeinander abgestimmt, dass die Feder-Massen-Verhältnisses des Kammerkolbens 16 und der Druckfeder 18 einerseits sowie des Bearbeitungswerkzeuges 9, des Kammerdeckels 17 und der Druckfeder 19 andererseits gleich groß sind. Der Kammerkolben 16 und der Kammerdeckel 17 sind auf einer gemeinsamen Achse gleitend geführt und bilden zwischen sich eine volumenveränderliche Kammer 20 aus, die über einen mittigen Luftzufuhrkanal 21 Anschluss an eine nicht dargestellten Druckluftquelle hat und die über radiale Luftaustrittsöffnungen 22 und ein nicht dargestelltes Luftrückführungssystem mit der Atmosphäre verbunden ist. Dabei sind die Luftaustrittsöffnungen 22 in ihrem Öffnungsquerschnitt veränderbar in der Art ausgeführt, dass die Luftaustrittsöffnungen 22 in Richtung einer sich verkleinernden Kammer 20 schließen und in entgegengesetzter Richtung öffnen.
  • Das Bearbeitungswerkzeug 9 ist vorzugsweise als eine Raspel ausgebildet und besitzt auf dem ganzen Umfang verteilte Bearbeitungszähne. Dabei ist das Bearbeitungswerkzeug 9 äußerlich in der Form des später in den menschlichen Femur 23 einzusetzenden Gelenkfußes ausgebildet und als ein Satz von mehreren einzelnen, in ihrer Größe gestaffelten Bearbeitungswerkzeugen 9 zusammengestellt.
  • Nach der Fig. 1 ist das chirurgische Instrument in besonderer Weise mit einem Navigationsgerät ausgestattet. Dazu gehören zwei Positionssensoren 24 und 25, die jeweils mindestens drei voneinander beabstandete LED-Punkte besitzen und die jeweils starr einerseits am Instrumentenschlitten 7 oder am oszillierenden Linearantrieb 8 und andererseits am freiliegenden Ende des Femurs 23 angebracht sind. Zum Navigationsgerät gehört auch eine außerhalb des Operationsbereiches positionierte Kameraeinheit 26, die mit ihren Aufnahmegeräten auf beide Positionssensoren 24, 25 ausgerichtet sind und die über eine Auswerteeinheit 27 und eine signalführende Leitung mit dem Industrieroboter verbunden ist. Die Auswerteeinheit 27 ist mit einem Monitor ausgestattet. Das Navigationsgerät und der Industrieroboter bilden so einen geschlossenen Regelkreis aus.
  • Eine zweite Ausführungsform des neuen chirurgischen Instrumentes 6 besitzt den gleichen Aufbau, wie das soeben beschriebene erste Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, dass an Stelle des Roboters die Hand eines Operateur eingesetzt wird. Damit fehlt auch die signalführende Leitung zwischen der Auswerteeinheit 27 und dem Roboter. Dabei ist der oszillierende Linearantrieb 8 gemäß der Fig. 2 mit einem Handgriff 11 und einem Bedienhebel 12 ausgestattet.
  • Die Handhabung des erfindungsmäßigen chirurgischen Instruments zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur soll nun anhand einer Funktionsbeschreibung erläutert werden. Zur Herstellung einer Kavität in einem menschlichen Femur 23 für die Hüftgelenkprothetik wird zunächst die vorbereitete Position und Lage des Femurs 23 ausgemessen und von der datenverarbeitenden Maschine des Roboters erfasst und gespeichert. Danach wird die Tiefe der einzubringenden Kavität bestimmt und ebenfalls erfasst und gespeichert. Mit diesen Datenspeicherungen wird anschließend das chirurgische Instrument 6 mit Hilfe der Instrumententrägereinheit 1 des Präzisionsroboters und dem einstellbaren Instrumentenschlitten 7 in eine optimale Ausgangslage positioniert und auf die vorprogrammierte Soll-Bearbeitungslinie ausgerichtet. Danach befindet sich der Instrumentenschlitten 7 auf einer Mittellinie mit dem Femur 23 und in einem solchen Abstand vom Femur 23, dass eine problemlose Bestückung bzw. ein Wechsel des Bearbeitungswerkzeuges 9 möglich ist.
  • Gleichzeitig wird das Navigationsgerät eingerichtet, in dem die Kameraeinheit 26 über die Positionssensoren 24, 25 die momentane Position und die Lage des oszillierenden Linearantriebes 8 und des Femurs 23 erfasst. Diese momentanen Positionen werden mit den programmierten Soll-Positionen abgeglichen und Abweichungen automatisch durch die robotergestützte Verstellung der Position und der Lage des oszillierenden Linearantriebes 8 ausgeglichen.
  • Der oszillierende Linearantrieb 8 des chirurgischen Instruments 6 wird zunächst mit der kleinsten Ausführung des Bearbeitungswerkzeuges 9 bestückt.
  • Mit der Inbetriebnahme des Präzisionsroboters wird Druckluft auf den oszillierenden Linearantrieb 8 gegeben, die über den Luftzufuhrkanal 21 bis zur volumenveränderlichen Kammer 20 gelangt. Dabei baut sich in der Kammer 20 ein entsprechender Druck auf, der den Kammerkolben 16 und den Kammerdeckel 17 über einen gleichgroßen Weg auseinander treibt. Mit dieser gleichen aber entgegengerichteten Bewegung öffnen die radialen Luftaustrittsöffnungen 22, sodass die eingeschlossene Druckluft über das Luftrückführungssystem in die Atmosphäre freigegeben wird und sich der Druck in der Kammer 20 entspannt. Dadurch bewegen sich der Kammerkolben 16 und der Kammerdeckel 17 wieder aufeinander zu, bis die Luftaustrittsöffnungen 22 wieder schließen und sich wieder ein Druck in der Kammer 20 aufbaut. Diese Vorgang wiederholt sich, solange Druckluft anliegt.
  • Mit dieser Oszillationsbewegung des Kammerdeckels 17 und damit des Bearbeitungswerkzeuges 9 und der vom Instrumentenschlitten 7 ausgehenden Vorschubbewegung des Linearantriebes 8 wird das Bearbeitungswerkzeug 9 in einem ersten Arbeitsgang in das Knochenmark des Femurs 23 eingetrieben. Dabei wird die Vorschubbewegung von der datenverarbeitenden Maschine des Präzisionsroboters mit Hilfe des Kraftsensors im Instrumentenschlitten 7 überwacht und gesteuert und gegebenenfalls so korrigiert, dass die Vorschubgeschwindigkeit mit zunehmender Kraft abnimmt. Bei einer fehlenden Kraft schaltet sich der Eilvorschub ein.
  • Diesem ersten Arbeitsgang folgen in gleicher Weise weitere Arbeitsgänge mit jeweils größeren Bearbeitungswerkzeugen 9, bis mit dem am größten ausgeführten Bearbeitungswerkzeug 9 die gewünschte Kavität in der erforderlichen Größe und Länge hergestellt ist.
  • Während des gesamten Bearbeitungsvorganges werden über den Positionssensor 24 und über den Positionssensor 25 die räumliche Relativposition des Linearantriebes 8 und des Femurs 23 zueinander mittels der Kameraeinheit 26 überwacht. Aus den Ist-Positionen der beiden Positionssensoren 24, 25 wird nun mittels der Auswerteeinheit 27 die zu jeder Zeit die aktuelle Position und Lage der Ist-Bearbeitungslinie ermittelt und mit der bereits in der Auswerteeinheit 27 zu Beginn hinterlegten Soll-Bearbeitungslinie verglichen. Bei einer Abweichung der Positionen des oszillierenden Linearantriebes 8 und der Position des Femurs 23, die nur auf ein Verrutschen des Femurs 23 zurückzuführen ist, wird innerhalb des geschlossenen Regelkreises eine Verstellung über die Linearantriebe 4 ausgeführt, in der der oszillierende Linearantrieb 8 der neuen Position und Lage des Femurs 23 folgt. Die Positionen und der räumliche Abstand des oszillierenden Linearantriebes und des Femurs werden gleichzeitig auf dem Monitor angezeigt, sodass der präzise Ablauf der Operation zusätzlich optisch verfolgt und überwacht werden kann.
  • Im Handbetrieb erfolgt die Einrichtung des räumlichen Abstandes und der relativen Lage des oszillierenden Linearantriebes 8 und des Femurs 23 und die Korrektur während der Bearbeitung ausschließlich durch die optische Wahrnehmung und die manuelle Betätigung des Operateurs. Bei der Korrektur während der Operation werden dabei sowohl ein Verrutschen des Femurs 23 als auch eine fehlerhafte Führung des Linearantriebes 8 ausgeglichen. Liste der Bezugszeichen 1 Instrumententrägereinheit
    2 Gestellplatte
    3 Arbeitsplatte
    4 Linearantrieb
    5 Instrumentenaufnahmeeinheit
    6 chirurgisches Instrument
    7 Instrumentenschnitten
    8 oszillierender Linearantrieb
    9 Bearbeitungswerkzeug
    10 Schnellverschlusskupplung
    11 Handgriff
    12 Bedienhebel
    13 Anschluss für die Druckluftzuführung
    14 Auslassöffnung
    15 Gehäuse
    16 Kammerkolben
    17 Kammerdeckel
    18 Druckfeder des Kammerkolbens
    19 Druckfeder des Kammerdeckels
    20 Volumenveränderliche Kammer
    21 Luftzuführkanal
    22 radiale Luftaustrittsöffnung
    23 Femur
    24 Positionssensor des Linearantriebes
    25 Positionssensor des Femurs
    26 Kameraeinheit
    27 Auswerteeinheit

Claims (6)

1. Chirurgisches Instrument zum Bearbeiten einer knöchernen Struktur, bestehend aus einem oszillierenden Linearantrieb (8) und einem vom Linearantrieb (8) antreibbaren und linear beweglichen Bearbeitungswerkzeug (9), dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Instrument (6) mit einem Navigationsgerät ausgerüstet ist, das aus einem starr am oszillierenden Linearantrieb (8) befestigten Positionssensor (24) und einem starr an der knöchernen Struktur befestigten Positionssensor (25) und einer die Positionen und die räumliche Lage der beiden Positionssensoren (24, 25) überwachenden, mit Sollwerten vergleichenden und Abweichungen anzeigenden Auswerteeinheit (27) besteht.
2. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionssensoren (24, 25) optische Sensoren mit mindestens drei räumlich voneinander getrennt angeordneten LED-Punkten sind und die Auswerteeinheit (27) mit einer Kameraeinheit (26) ausgerüstet ist.
3. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, wobei der oszillierende Linearantrieb (8) von einem Präzisionsroboter betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der oszillierende Linearantrieb (8) für eine rückstoßgedämpfte Bewegung ausgelegt ist und die Auswerteeinheit (27) über eine signalführende Leitung mit dem Präzisionsroboter verbunden ist und so einen geschlossenen Regelkreis bildet.
4. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (27) zusätzlich mit einem Monitor (28) zur optischen Überwachung des Operationsprozesses ausgerüstet ist.
5. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, wobei der oszillierende Linearantrieb (8) von der Hand eines Operateurs betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (27) einen Monitor (28) besitzt und so mit dem Operateur einen offenen Regelkreis bildet.
6. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oszillierende Linearantrieb (8) über eine Kraft- Momenten-Sensor mit einer Auswerteeinheit (27) verbunden ist, die die Vorschubgeschwindigkeit des Instrumentenschlittens (7) ermittelt, mit einem Sollwert vergleicht und Abweichungen auswertet, anzeigt und bei einer Roboterbetätigung in einem geschlossenen Regelkreis und bei einer Handbetätigung in einem offenen Regelkreis ausgleicht.
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