DE102004035001A1 - Material e.g. cranial bone, processing cutting device for medical application, has impedance measuring instrument for measuring electrical impedance around cutter head tip, such that remaining thickness of remaining material is measured - Google Patents

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Hagen Dr.-Ing. Thielecke
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Abstract

The device has a cutter head (6) which is provided with a drive (17) which are supported in a duct housing (5). An impedance measuring device (14) is provided for measuring an electrical impedance within an area around a tip of the head during the cutting of the material processing, such that the remaining thickness of the remaining material is measured. The measuring device is connected with a signal processing unit (15).

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spanenden Materialbearbeitung, insbesondere für medizinische Anwendungen, die ein spanabhebendes Werkzeug mit einem Antrieb umfasst, die in einem Führungsgehäuse gelagert sind.The The present invention relates to a device for machining material, especially for Medical applications involving a metal-cutting tool Drive includes, which are stored in a guide housing are.

Das Anwendungsgebiet der vorliegenden Vorrichtung betrifft vor allem medizinische Eingriffe, bei denen Teile von Knochen, insbesondere des Schädelknochens, durch spanende Bearbeitung entfernt werden müssen. Derartige Operationen zur Öffnung des Schädels können indiziert sein, um Tumore zu entfernen oder Implantate, bspw. Tiefenhirnstimulatoren oder Cochlea- und Hirnstammimplantate, einsetzen zu können. Weiterhin ist eine Öffnung des Schädels erforderlich, wenn Blutungen epi- oder subdural gestoppt werden müssen.The Field of application of the present device concerns especially Medical interventions involving parts of bones, in particular of the skull, must be removed by machining. Such operations to the opening of the skull can be indexed to remove tumors or implants, such as deep brain stimulators or cochlear and brain stem implants. Farther is an opening of the skull required if bleeding is stopped epi- or subdural have to.

Bei den bisher für diesen Anwendungszweck bekannten Vorrichtungen, bei denen ein Bohr- oder Fräswerkzeug als spanabhebendes Werkzeug zur Abtragung des Knochens eingesetzt wird, lassen sich lediglich die Drehzahl fest oder variabel bis zu einer Höchstdrehzahl sowie das Drehmoment bis zu einem maximalen Wert einstellen. Gerade bei Arbeiten am Schädelknochen muss der Abtragungsvorgang mit sehr großer Sorgfalt erfolgen, um ein Abrutschen oder Durchbrechen des Werkzeugs zu verhindern. Ist die jeweils verbleibende Materialdicke unbekannt und der Bediener ungeübt, so kann der Schädelknochen durchbrechen und eine irreversible Schädigung des darunter liegenden Gehirns resultieren. Aus diesem Grunde werden diese Operationen nur von erfahrenen Medizinern durchgeführt, die aufgrund ihrer Erfahrung an der Beschaffenheit der Knochenoberfläche, am Durchscheinen darunter liegender Schichten sowie aufgrund einer Änderung der mechanischen Materialeigenschaften kurz vor dem Durchbruch den Vorschub bzw. Druckkraft auf das Werkzeug rechtzeitig verringern.at the previously for devices known for this purpose, in which a boring or milling tool used as a cutting tool for ablation of the bone is, only the speed can be fixed or variable until to a maximum speed and set the torque up to a maximum value. Just when working on the skull bone The removal process must be done with great care to one To prevent slipping or breaking of the tool. Is the each remaining material thickness unknown and the operator untrained, so can the skull bone break through and irreversible damage to the underlying Brain results. That's why these operations are performed only by experienced medical professionals, due to their experience on the texture of the bone surface, at show through underneath lying layers as well as due to a change of the mechanical material properties just before the breakthrough the feed or pressure force on the tool reduce it on time.

Eine Roboter-geführte Bearbeitung ist aus den genannten Gründen kaum möglich. Auch beim manuellen Betrieb ist die Gefahr von Schädigungen durch Fehleinschätzung der verbleibenden Restdicke der Materialschicht noch groß.A Robot guided Processing is hardly possible for the reasons mentioned. Also when manual Operation is the risk of damage due to miscalculation the remaining remaining thickness of the material layer still large.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur spanenden Materialbearbeitung anzugeben, die die Gefahr eines Durchbrechens gerade bei Arbeiten am Schädelknochen verringert und auch die Möglichkeit einer Robotergeführten Bearbeitung eröffnet.The The object of the present invention is a device for material processing which indicate the risk of a Breaks down just when working on the skull bone and also reduces the possibility a robot-guided Processing opened.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.The The object is achieved with the device according to claim 1. advantageous Embodiments of the device are the subject of the dependent claims or can be the following description and the embodiments remove.

Die vorliegende Vorrichtung zur spanenden Materialbearbeitung, insbesondere bei medizinischen Eingriffen, weist ein spanabhebendes Werkzeug mit einem Antrieb auf, die in einem Führungsgehäuse gelagert sind. Die Vorrichtung umfasst eine Impedanzmesseinrichtung zur Messung einer elektrischen Impedanz in einem Bereich um die Werkzeugspitze während der spanenden Materialbearbeitung.The present device for cutting material processing, in particular during medical procedures, has a cutting tool with a drive, which are mounted in a guide housing. The device includes an impedance measuring device for measuring an electrical Impedance in an area around the tool tip during the machining material processing.

Bei der vorliegenden Vorrichtung wird ausgenutzt, dass eine Materialgrenze zwischen zwei aneinander grenzenden Materialien, wie es bspw. beim Übergang vom Schädelknochen zum angrenzenden Gewebe der Fall ist, aufgrund der unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften zu einem Sprung in der elektrischen Impedanz führt, der schon vor dem Durchbruch eine messbare Impedanzänderung verursacht. Aus der mit der vorliegenden Vorrichtung während der Materialbearbeitung gemessenen Impedanz lässt sich damit die verbleibende Restdicke des bearbeiteten Materials oder ein unmittelbar bevorstehender Materialwechsel ableiten. Auf diese Weise kann dem Benutzer über geeignete Mittel, bspw. über ein akustisches, haptisches und/oder optisches Signal, ein unmittelbar bevorstehender Materialdurchbruch angezeigt werden, so dass er die Bearbeitung rechtzeitig stoppen kann. Die Vorrichtung ermöglicht aufgrund dieser Informationen auch die Roboter-geführte Materialbearbeitung, da auf Basis der aus der Impedanzmessung gewonnenen Messdaten eine automatische Drehzahlreduzierung oder ein automatisches Stoppen der Bearbeitung über eine entsprechende Steuereinrichtung realisiert werden kann.at the present device is exploited that a material boundary between two adjoining materials, such as the transition from the skull bone to the adjacent tissue is the case, due to the different dielectric Properties leads to a jump in electrical impedance, the even before the breakthrough causes a measurable impedance change. From the with the present device during material processing measured impedance thus the remaining thickness of the machined material or derive an imminent material change. On this way can be over to the user suitable means, for example via a acoustic, haptic and / or optical signal, an immediate imminent material breakthrough will be displayed, so he the Processing can stop in time. The device allows due This information also includes the robot-guided material processing, since on the basis of the measured data obtained from the impedance measurement automatic speed reduction or automatic stop the processing over a corresponding control device can be realized.

In der bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung umfasst diese eine mit der Impedanzmesseinrichtung verbundene Signalverarbeitungseinheit, die aus Messdaten der Impedanzmesseinrichtung und Materialdaten des bearbeiteten Materials eine Restdicke des Materials vor der Werkzeugspitze und/oder einen bevorstehenden Materialübergang ermittelt und in geeigneter Weise darstellt. Vorzugsweise ist auch eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Antriebs des Werkzeugs vorgesehen, die von der Signalverarbeitungseinrichtung ein Steuersignal zur Reduzierung des Vorschubs, des Drehmoments und/oder der Drehzahl des Werkzeugs erhält, sobald eine vorgebbare minimale Restdicke erreicht ist.In the preferred embodiment of the present device, the latter comprises a signal processing unit which is connected to the impedance measuring device and determines and displays a residual thickness of the material in front of the tool tip and / or an imminent material transition from measured data of the impedance measuring device and material data of the machined material. Preferably, a control unit for controlling the drive of the tool is provided which receives from the signal processing means a control signal for reducing the feed, the torque and / or the rotational speed of the tool as soon as a predetermined minimum residual thickness is reached is.

Die vorliegende Vorrichtung eignet sich vorwiegend für den Einsatz im medizinischen Bereich, um bspw. Knochen zu entfernen und die Dicke des der visuellen Inspektion entzogenen Restmaterials abzuschätzen. Insbesondere soll die Vorrichtung eingesetzt werden, um bei Entfernung von Teilen des Schädelknochens die verbleibende Dicke des Schädelknochens abzuschätzen und bei Öffnungen eine Verletzung der unter den Knochen liegenden Blutgefäße und des Gehirns selbst zu verhindern. Mit dieser Vorrichtung lässt sich somit bspw. ein Zugang zum Gehirn herstellen oder es lassen sich Kavitäten erzeugen, in denen Gehäuse von Implantaten abgelegt und fixiert werden können.The The present device is predominantly suitable for use in the medical field Area, for example, to remove bones and the thickness of the visual Estimate inspection of withdrawn residual material. In particular, should Device used to remove parts of the skull bone the remaining thickness of the skull bone estimate and at openings an injury to the underlying blood vessels and the Brain itself to prevent. With this device can be thus, for example, create access to the brain or it can be wells generate housing in which Placed and fixed by implants.

Die Vorrichtung lässt sich hierbei nicht nur im medizinischen Bereich sondern in allen technischen Bereichen einsetzen, in denen die Abschätzung der verbleibenden Materialdicke oder ein Wechsel von einem Material zu einem anderen, die sich ihren dielektrischen Eigenschaften unterscheiden, bei der spanenden Materialbearbeitung notwendig oder erwünscht ist. Insbesondere kann die vorliegende Vorrichtung auch zur Messung der Materialdicke in einem Materialverbundsystem eingesetzt werden.The Device leaves not only in the medical field but in all technical areas in which the estimation of the remaining Material thickness or a change from one material to another, which differ in their dielectric properties, in the machining Material processing is necessary or desirable. In particular, can the present device also for measuring the material thickness in a composite material system can be used.

In einer Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung ist das Werkzeug selbst aus einem elektrisch leitenden Material gebildet und mit der Impedanzmesseinrichtung elektrisch leitend verbunden. Das Werkzeug dient hierbei als erste Elektrode der Impedanzmesseinrichtung. Die zweite Elektrode ist eine gegenüber der ersten Elektrode großflächig ausgebildete Komponente, die frei relativ zum bearbeiteten Objekt positionierbar ist. Hierbei kann es sich bspw. um eine Metallplatte handeln, auf der der Kopf des behandelten Patienten liegt. Durch Beaufschlagen der beiden Elektroden mit einer vorzugsweise sinusförmigen Wechselspannung bzw. mit einem vorzugsweise sinusförmigen Wechselstrom und Messung des korrespondierenden Wechselstroms bzw. der korrespondierenden Wechselspannung lässt sich auf diese Weise die Impedanz im unmittelbaren Bereich um die Werkzeugspitze messen.In An embodiment of the present device is the tool itself formed from an electrically conductive material and with the impedance measuring device electrically connected. The tool serves as the first electrode of the impedance measuring device. The second electrode is opposite one the first electrode formed over a large area Component that is freely positionable relative to the machined object is. This may, for example, be a metal plate which is the head of the treated patient. By applying the two electrodes with a preferably sinusoidal AC voltage or with a preferably sinusoidal alternating current and measurement the corresponding alternating current or the corresponding AC voltage leaves In this way, the impedance in the immediate area around the Measure tool tip.

In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung besteht das Werkzeug aus einem elektrisch nicht leitenden Material, in das ein oder mehrere Paare von äquidistanten Elektroden an der Spitze integriert sind. In diesem Fall werden über die Elektroden ebenfalls eine Wechselspannung bzw. ein Wechselstrom eingeprägt und der korrespondierende Wechselstrom bzw. die korrespondierende Wechselspannung gemessen.In a further embodiment of the present device the tool of an electrically non-conductive material, in the one or more pairs of equidistants Electrodes are integrated at the tip. In this case, over the Electrodes also an alternating voltage or an alternating current imprinted and the corresponding alternating current or the corresponding one AC voltage measured.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Die vorliegende Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbei zeigen:The The present device will now be described with reference to exemplary embodiments briefly explained in connection with the drawings. in this connection demonstrate:

1 ein Beispiel für eine Anwendung der vorliegenden Vorrichtung; 1 an example of an application of the present device;

2 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung; und 2 a first embodiment of the present device; and

3 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Vorrichtung. 3 A second embodiment of the present device.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine medizinische Anwendung der Vorrichtung beschrieben, bei der eine Ausnehmung im Schädelknochen erzeugt werden muss, um bspw. ein Cochlea-Implantat einsetzen zu können. Hierzu ist in der 1 ein Teil des Schädelknochens 1 mit der darunter liegenden, mit vielen Blutgefäßen durchzogenen Spinnengewebshaut 2 zu erkennen. Unter der Spinnengewebshaut 2 befindet sich das Gehirn 4, das von der harten Hirnhaut 3 bedeckt ist. Für die Erzeugung der erforderlichen Vertiefung 7 im Schädelknochen 1 wird im vorliegenden Beispiel eine Fräsvorrichtung eingesetzt, von der ein Teil des Gehäuses 5 sowie der Fräskopf 6 zu erkennen sind. Bei dem operativen Eingriff wird die Vorrichtung von der Hand des Operateurs geführt, um die Vertiefung 7 geeigneter Größe aus dem Schädelknochen 1 heraus zu arbeiten. Der Eingriff wird bisher in der Regel unter rein visueller Kontrolle durchgeführt, so dass bei einer Fehleinschätzung ein Durchbrechen durch den Schädelknochen in die Spinnengewebshaut auftreten und u. U. durch Verletzung eines dort liegenden Blutgefäßes zu starken Blutungen führen kann. Bei Einsatz einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, kann diese Gefahr durch Erfassung der Restdicke des Schädelknochens 1 während der Bearbeitung verringert werden.In the present exemplary embodiment, a medical application of the device is described in which a recess in the cranial bone has to be produced, in order, for example, to be able to use a cochlear implant. This is in the 1 a part of the skull bone 1 with the underlying, with many blood vessels traversed spider tissue skin 2 to recognize. Under the spider tissue skin 2 is the brain 4 that of the hard meninges 3 is covered. For the generation of the required deepening 7 in the skull bone 1 In the present example, a milling device is used, of which a part of the housing 5 as well as the milling head 6 can be seen. In the surgical procedure, the device is guided by the hand of the surgeon to the recess 7 appropriate size from the skull bone 1 to work out. The procedure is usually carried out under purely visual control, so that in case of misjudgment a break through the skull bone in the spider tissue skin occur and u. U. by injury to a blood vessel lying there can lead to heavy bleeding. When using a device according to the present invention, this danger can be detected by detecting the residual thickness of the cranial bone 1 be reduced during processing.

2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung, bei der der Fräskopf 6 aus einem elektrisch leitenden, metallischen Material gebildet ist. Der Fräskopf 6 ist hierbei über eine elektrische Verbindungsleitung mit einer Impedanzmesseinrichtung 14 verbunden, deren zweiter Eingang im vorliegenden Beispiel auf Masse liegt. Auf der dem Eingriff gegenüberliegenden Seite des Kopfes des Patienten ist eine Metallplatte 8 angeordnet, die ebenfalls auf Masse liegt. Der Fräskopf 6 dient bei dieser Ausgestaltung als Messelektrode, die metallische Platte 8 als Gegenelektrode. Alternativ kann die metallische Platte auch direkt mit dem zweiten Eingang der Impedanzmesseinrichtung 14 verbunden sein. Die Positionierung der metallischen Platte ist nicht kritisch. Sie sollte lediglich weit vom Ort des Eingriffes entfernt liegen und dient zum Schluss des Stromkreises für die Impedanzmessung. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Fräskopf 6 und der Impedanzmesseinrichtung 14 kann über eine elektrisch leitend ausgestaltete Lagerung des Fräskopfes 6 erfolgen, die mit der Impedanzmesseinrichtung 14 über eine entsprechende Zuleitung verbunden ist. Der Operateur führt die vorliegende Vorrichtung an dem elektrisch nicht leitenden Gehäuse 5, das im hinteren Bereich einen Handgriff bildet. 2 shows a first embodiment of an embodiment of the present device, in which the milling head 6 is formed of an electrically conductive, metallic material. The milling head 6 is here via an electrical connection line with an impedance measuring device 14 whose second input in the present example is grounded. On the opposite side of the patient's head is a metal plate 8th arranged, which also lies on ground. The milling head 6 used in this embodiment as a measuring electrode, the metallic plate 8th as counterelectrode. Alternatively, the metallic plate may also be directly connected to the second input of the impedance measuring device 14 be connected. The positioning of the metallic plate is not critical. It should only be far away from the site of the procedure and serves at the end of the circuit for the impedance measurement. The electrically conductive connection between the milling head 6 and the impedance measuring device 14 can via an electrically conductive designed storage of the milling head 6 done with the impedance measuring device 14 connected via a corresponding supply line. The surgeon leads the present device to the electrically non-conductive housing 5 , which forms a handle in the rear area.

Die Impedanzmesseinrichtung 14 wird im vorliegenden Beispiel in sog. Zweielektrodenanordnung betrieben. Bei dieser Technik wird ein Strom oder eine Spannung über die gleichen Elektroden eingeprägt, über die auch die resultierende Spannung bzw. der resultierende Strom gemessen wird. Es wird somit nur eine Zuleitung vom Fräskopf 6 zur Messeinrichtung 14 und eine von der Gegenelektrode benötigt. Durch die relativ kleine Fläche des Fräskopfes 6 gegenüber der relativ großen Fläche der als Gegenelektrode eingesetzten Metallplatte 8 entsteht ein inhomogenes Feld, dessen elektrische Feldlinien an der Spitze des Fräskopfes 6 eine relativ hohe Feldstärke aufweisen. Wird nun die elektrische Impedanz gemessen, so sind Änderungen im elektrischen Feld besonders im Bereich der Spitze des Fräskopfes 6 messbar. Im vorliegend beschriebenen Anwendungsfall tragen somit besonders der Knochen bzw. das angrenzende Gewebe zur gemessenen Impedanz bei. Beim Abtrag des Knochens ist nach gewisser Zeit nur noch eine dünne Knochenschicht übrig, an die sich ein dünner Spalt sowie die Spinnengewebshaut 2 anschließt. Sowohl der Spalt als auch die Spinnengewebshaut 2 besitzen andere dielektrische Eigenschaften als der Knochen. Hierdurch kommt es nahezu zu einem Sprung in der Impedanz. Diese starke Impedanzänderung tritt schon vor Durchbruch durch den Knochen zutage und wird mit der Impedanzmesseinrichtung 14 erfasst.The impedance measuring device 14 is operated in the present example in so-called. Two-electrode arrangement. In this technique, a current or voltage is impressed through the same electrodes, which are also used to measure the resulting voltage or current. It is thus only one lead from the milling head 6 to the measuring device 14 and one needed by the counter electrode. Due to the relatively small surface of the milling head 6 opposite the relatively large area of the metal plate used as the counter electrode 8th creates an inhomogeneous field whose electric field lines at the top of the milling head 6 have a relatively high field strength. If the electrical impedance is measured, changes in the electric field are particularly in the region of the tip of the milling head 6 measurable. In the application described here, therefore, especially the bone or the adjacent tissue contribute to the measured impedance. When removing the bone is after a while only a thin layer of bone left, to which a thin gap and the spider tissue skin 2 followed. Both the cleft and the spider tissue skin 2 have different dielectric properties than the bone. This almost causes a jump in impedance. This strong change in impedance occurs even before breakthrough through the bone and comes with the impedance measuring device 14 detected.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Ausgestaltung der vorliegenden Vorrichtung. Bei dieser Ausgestaltung, mit der ein kleinerer Tiefenbereich bei der Impedanzmessung erfasst wird wie bei der Vorrichtung gemäß 2, ist der Fräskopf 6 aus einem elektrisch nicht leitfähigen, beispielsweise keramischen, Material gebildet. Auch die Lagerung des Fräskopfes 6 ist elektrisch nicht leitend ausgeführt. Zur Impedanzmessung sind bei dieser Ausgestaltung in den Fräskopf 6 in entsprechend an der Oberfläche ausgebildeten Vertiefungen 9 vier elektrisch leitfähige Elektroden 10 – 13 äquidistant angeordnet. Die elektrischen Anschlüsse dieser Elektroden sind mit der Impedanzmesseinrichtung 14 verbunden. 3 shows a further embodiment of an embodiment of the present device. In this embodiment, with a smaller depth range is detected in the impedance measurement as in the device according to 2 , is the milling head 6 formed from an electrically non-conductive, such as ceramic, material. Also the storage of the milling head 6 is electrically non-conductive. For impedance measurement are in this embodiment in the milling head 6 in correspondingly formed on the surface depressions 9 four electrically conductive electrodes 10 - 13 arranged equidistantly. The electrical connections of these electrodes are with the impedance measuring device 14 connected.

Die Impedanzmessung wird hierbei in sog. Vierelektrodenanordnung durchgeführt. Hierzu wird über die beiden äußeren Elektroden 10, 13 ein sinusförmiger Strom eingeprägt und über die beiden anderen Elektroden 11, 12 die resultierende sinusförmige Spannung gemessen, um die Impedanz zu bestimmen. Selbstverständlich lässt sich diese Vorrichtung bei Ausbildung von nur zwei Elektroden im Fräskopf 6 auch als Zweielektrodenanordnung betreiben, indem ein sinusförmiger Strom über die beiden Elektroden eingeprägt und die resultierende Spannung gemessen wird. Es versteht sich von selbst, dass in beiden Fällen auch jeweils eine sinusförmige Spannung eingeprägt und ein resultierender Strom gemessen werden kann. Die Amplituden der Spannungen bzw. Ströme werden bei den Messungen, insbesondere bei biologischen und medizinischen Anwendungen, derart gewählt, dass einerseits vorgeschriebene Grenzwerte nicht überschritten werden und andererseits keine Veränderung des Messobjekts durch den Strom bzw. die Spannung auftritt.The impedance measurement is carried out in so-called. Four-electrode arrangement. This is done via the two outer electrodes 10 . 13 a sinusoidal current impressed and over the other two electrodes 11 . 12 the resulting sinusoidal voltage measured to determine the impedance. Of course, this device can be in training of only two electrodes in the milling head 6 Also operate as a two-electrode arrangement by impressing a sinusoidal current across the two electrodes and the resulting voltage is measured. It goes without saying that in both cases, in each case a sinusoidal voltage impressed and a resulting current can be measured. The amplitudes of the voltages or currents are chosen in the measurements, in particular in biological and medical applications, such that on the one hand prescribed limit values are not exceeded and on the other hand no change of the measured object by the current or the voltage occurs.

Eine Zweielektrodenanordnung hat gegenüber einer Vierelektrodenanordnung den Vorteil, dass jeweils nur zwei Leitungen vom Fräskopf 6 zur Impedanzmesseinrichtung 14 geführt werden müssen, während dies im Falle der Vierelektrodenanordnung vier Leitungen sind.A two-electrode arrangement has the advantage over a four-electrode arrangement that in each case only two lines from the milling head 6 to the impedance measuring device 14 while in the case of the four-electrode arrangement these are four lines.

Bei den beiden vorgenannten Ausgestaltungen der Vorrichtung wird die gemessene Impedanz über eine Signalverarbeitungseinheit 15, die mit der Impedanzmesseinrichtung 14 verbunden ist, ausgewertet. In dieser Signalverarbeitungseinheit 15, die spezifische Materialparameter der jeweiligen Anwendung einbezieht, werden die Messdaten in geeigneter Weise in eine Anzeige 18 umgesetzt. Diese Anzeige vermittelt dem Benutzer entweder akustisch, optisch und/oder haptisch über den Griff, d. h. das Gehäuse 5 der Vorrichtung, oder über einen zusätzlich mit der Vorrichtung verbundenen Aktor die Abschätzung der verbleibenden Materialdicke. Dies kann bspw. über eine Abfolge von Tönen erfolgen, deren Höhe oder auch Abstand ein Maß für die Dicke des verbleibenden Materials ist.In the two aforementioned embodiments of the device, the measured impedance via a signal processing unit 15 that with the impedance measuring device 14 connected, evaluated. In this signal processing unit 15 , which incorporates specific material parameters of the particular application, the measurement data are appropriately displayed 18 implemented. This display gives the user either acoustically, visually and / or haptically over the handle, ie the housing 5 the device, or via an additionally connected to the device actuator estimating the remaining material thickness. This can be done, for example, via a sequence of tones whose height or distance is a measure of the thickness of the remaining material.

In einer Weiterbildung der Vorrichtung wird die gemessene Impedanz über die Signalverarbeitungseinheit 15 und eine Steuereinheit 16 auf den Antrieb 17 des Werkzeugs als Steuergröße rückgekoppelt. In Abhängigkeit von der verbleibenden Materialdicke werden hierbei die Parameter Drehzahl und/oder Drehmoment bis hin zu einem Stillstand des Werkzeugs je nach Voreinstellung des Benutzers automatisch beeinflusst.In a development of the device, the measured impedance is via the signal processing unit 15 and a control unit 16 on the drive 17 of the tool fed back as a control variable. Depending on the remaining material thickness, the parameters speed and / or torque up to a standstill of the tool are automatically influenced depending on the default setting of the user.

11
Schädelknochenskull bones
22
Spinnengewebshautarachnoid
33
Hirnhautmeninges
44
Großhirnrindecerebral cortex
55
Gehäusecasing
66
Fräskopfmilling head
77
Vertiefungdeepening
88th
Metallplattemetal plate
99
Vertiefungen im Fräskopfwells in the milling head
1010
Elektrodeelectrode
1111
Elektrodeelectrode
1212
Elektrodeelectrode
1313
Elektrodeelectrode
1414
ImpedanzmesseinrichtungImpedance measuring device
1515
SignalverarbeitungseinheitSignal processing unit
1616
Steuereinheitcontrol unit
1717
Antriebdrive
1818
Anzeigedisplay

Claims (9)

Vorrichtung zur spanenden Materialbearbeitung, insbesondere für medizinische Anwendungen, die ein spanabhebendes Werkzeug (6) mit einem Antrieb (17) umfasst, die in einem Führungsgehäuse (5) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Impedanzmesseinrichtung (14) zur Messung einer elektrischen Impedanz in einem Bereich um eine Werkzeugspitze des Werkzeugs (6) während der spanenden Materialbearbeitung vorgesehen ist.Device for machining cutting materials, in particular for medical applications, comprising a cutting tool ( 6 ) with a drive ( 17 ), which in a guide housing ( 5 ), characterized in that an impedance measuring device ( 14 ) for measuring an electrical impedance in an area around a tool tip of the tool ( 6 ) is provided during the machining of material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzmesseinrichtung (14) mit einer Signalverarbeitungseinheit (15) verbunden ist, die aus Messdaten der Impedanzmesseinrichtung (14) und Materialdaten des bearbeiteten Materials eine Restdicke des Materials vor der Werkzeugspitze und/oder einen Materialübergang vor der Werkzeugspitze ermitteln kann.Apparatus according to claim 1, characterized in that the impedance measuring device ( 14 ) with a signal processing unit ( 15 ), which consists of measured data from the impedance measuring device ( 14 ) and material data of the machined material can determine a residual thickness of the material in front of the tool tip and / or a material transition in front of the tool tip. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (15) mit einer optischen und/oder akustischen und/oder haptischen Einrichtung (18) zur Vermittlung der ermittelten Restdicke verbunden ist.Apparatus according to claim 2, characterized in that the signal processing unit ( 15 ) with an optical and / or acoustic and / or haptic device ( 18 ) is connected to mediate the determined residual thickness. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalverarbeitungseinheit (15) mit einer Steuereinheit (16) zur Ansteuerung des Antriebs (17) in Abhängigkeit von der ermittelten Restdicke verbunden ist.Device according to one of claims 2 or 3, characterized in that the signal processing unit ( 15 ) with a control unit ( 16 ) for controlling the drive ( 17 ) is connected in dependence on the determined residual thickness. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) aus elektrisch leitendem Material besteht und als erste Elektrode elektrisch leitend mit der Impedanzmesseinrichtung (14) verbunden ist und dass ein frei positionierbares gegenüber der ersten Elektrode großflächig ausgebildetes Metallelement (8) als zweite Elektrode elektrisch leitend mit der Impedanzmesseinrichtung (14) verbunden ist.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool ( 6 ) consists of electrically conductive material and as the first electrode is electrically conductive with the impedance measuring device ( 14 ) and that a freely positionable metal element (FIG. 8th ) as a second electrode is electrically conductive with the impedance measuring device ( 14 ) connected is. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) aus elektrisch nicht leitendem Material besteht, wobei ein oder mehrere Elektrodenpaare (10 – 13) in die Werkzeugspitze integriert und mit der Impedanzmesseinrichtung (14) verbunden sind.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tool ( 6 ) consists of electrically non-conductive material, wherein one or more pairs of electrodes ( 10 - 13 ) integrated into the tool tip and with the impedance measuring device ( 14 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenpaare (10 – 13) in Vertiefungen (9) in der Werkzeugspitze ausgebildet sind.Device according to claim 6, characterized in that the pairs of electrodes ( 10 - 13 ) in wells ( 9 ) are formed in the tool tip. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanzmesseinrichtung (14) so ausgebildet ist, dass sie den Elektroden während der Bearbeitung einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung aufprägt und den resultierenden Wechselstrom oder die resultierende Wechselspannung misst.Device according to one of claims 5 to 7, characterized in that the impedance measuring device ( 14 ) is adapted to impress an alternating current or an alternating voltage on the electrodes during processing and to measure the resulting alternating current or the resulting alternating voltage. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (6) ein Fräs- oder ein Bohrwerkzeug ist.Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the tool ( 6 ) is a milling or a drilling tool.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009049863A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Device and method for working material
WO2009152244A1 (en) * 2008-06-12 2009-12-17 Synthes Usa, Llc Depth gauge
FR2967341A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-18 Spineguard SYSTEM FOR DETERMINING THE QUALITY OF A BONE STRUCTURE OF A SUBJECT AND SYSTEM FOR CONSOLIDATING A BONE STRUCTURE OF A SUBJECT COMPRISING SUCH A SYSTEM OF DETERMINATION
CN103948412A (en) * 2014-05-16 2014-07-30 南开大学 Surgical power tool capable of acquiring bioelectrical impedance in real time
WO2016164933A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Massachusetts Institute Of Technology Method for automated opening of craniotomies for mammalian brain access

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE843235C (en) * 1946-10-29 1952-07-07 Prospection Electr Procedes Sc Device for examining the strata drilled by a borehole
DE3443590A1 (en) * 1984-11-29 1986-05-28 Hilti Ag, Schaan METHOD FOR MAKING EXCEPTIONS
DE3719911A1 (en) * 1987-06-15 1988-12-29 Michael Dr Med Gente Device for preventing damage to the pulp of teeth by dental preparation or drilling of holes for application of pins
DE69431354T2 (en) * 1993-07-20 2003-01-02 Baroid Technology Inc METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE DRILL HEAD OF A PIPE OR CORE DRILL DEVICE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE843235C (en) * 1946-10-29 1952-07-07 Prospection Electr Procedes Sc Device for examining the strata drilled by a borehole
DE3443590A1 (en) * 1984-11-29 1986-05-28 Hilti Ag, Schaan METHOD FOR MAKING EXCEPTIONS
DE3719911A1 (en) * 1987-06-15 1988-12-29 Michael Dr Med Gente Device for preventing damage to the pulp of teeth by dental preparation or drilling of holes for application of pins
DE69431354T2 (en) * 1993-07-20 2003-01-02 Baroid Technology Inc METHOD AND DEVICE FOR MONITORING THE DRILL HEAD OF A PIPE OR CORE DRILL DEVICE

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009049863A1 (en) * 2007-10-17 2009-04-23 Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Device and method for working material
US20110208196A1 (en) * 2007-10-17 2011-08-25 Klaus Radermacher Device and method for working material
US9463031B2 (en) * 2007-10-17 2016-10-11 Minmaxmedical Device and method for working material
WO2009152244A1 (en) * 2008-06-12 2009-12-17 Synthes Usa, Llc Depth gauge
FR2967341A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-18 Spineguard SYSTEM FOR DETERMINING THE QUALITY OF A BONE STRUCTURE OF A SUBJECT AND SYSTEM FOR CONSOLIDATING A BONE STRUCTURE OF A SUBJECT COMPRISING SUCH A SYSTEM OF DETERMINATION
WO2012066232A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-24 Spineguard System for the consolidation of an individual's bone structure, comprising a system for determining the quality of the bone structure
WO2012066231A1 (en) * 2010-11-16 2012-05-24 Spineguard System for determining the quality of an individual's bone structure
FR2988581A1 (en) * 2010-11-16 2013-10-04 Spineguard SYSTEM FOR CONSOLIDATING A BONE STRUCTURE OF A SUBJECT COMPRISING A SYSTEM FOR DETERMINING THE QUALITY OF THE BONE STRUCTURE
CN103948412A (en) * 2014-05-16 2014-07-30 南开大学 Surgical power tool capable of acquiring bioelectrical impedance in real time
CN103948412B (en) * 2014-05-16 2016-01-13 南开大学 A kind of can the surgical operation power tool of Real-time Collection bio-electrical impedance
WO2016164933A1 (en) * 2015-04-10 2016-10-13 Massachusetts Institute Of Technology Method for automated opening of craniotomies for mammalian brain access
US10820914B2 (en) 2015-04-10 2020-11-03 Massachusetts Institute Of Technology Method for automated opening of craniotomies for mammalian brain access

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