DE102004043315B4

DE102004043315B4 - Markhöhlen-Bohrsystem

Info

Publication number: DE102004043315B4
Application number: DE200410043315
Authority: DE
Inventors: Andrej Nowakowski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: DE102004043315A1

Abstract

Markhöhlen-Bohrsystem mit einem Führungsstab (1), verschiedenen Fräsköpfen (2), sowie Antriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstab (1) mit einer Zentrier- und Abstützeinheit (11) versehen ist, welche nach Durchführen durch eine Enge (52, 62) aufgespannt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein universelles Markhöhlen-Bohrsystem zur Fremdmaterialentfernung (z.B. Polymethylmetacrylat (PMMA), „Knochenzement"), das aus einem Führungsstab mit Zentrier- und Abstützeinheit sowie einem Fräsersystem besteht. Dieses Fräsersystem umfasst Fräsköpfe und Antriebswellen. Zudem kann zusätzlich eine Justiervorrichtung verwendet werden.
Die Anforderungen und Lösungsmöglichkeiten für Markhöhlenaufbohrsysteme sind z.B. in EP 1148825 aufgezeigt.
Bekannt sind insbesondere verschiedene Systeme zur Markhöhlenaufbohrung, welche als Vorbereitung zur Einbringung verschiedener Implantate (Marknägel, Prothesen etc.) dienen. Hierzu werden auch Führungsdrähte oder Stäbe zur Auffädelung von Knochenfragmenten und Zentrierung der Bohrsysteme verwendet.
Besondere Anforderungen ergeben sich jedoch, wenn Fremdmaterial aus der Markhöhle entfernt werden muss. Dies ist z.B. nötig, wenn eine Infektsituation einer implantierten Hüft- oder Knieprothese mit intramedullärer Verankerung mittels Knochenzement vorliegt.
Je nach Keimbefall ist es unabdingbar, sämtliches Fremdmaterial zu entfernen, um z.B. in einem implantatfreien Intervall die Erreger entsprechend antibiotisch zu eliminieren, bevor ein neues Implantat eingesetzt werden kann.
In diesen Situationen gelingt oft das Herausschlagen der Prothesen recht gut, jedoch verbleiben meist ganze Zementköcher bzw. größere Zementreste im Markraum. Diese werden dann z.B. in mühevoller Kleinarbeit stückweise mit Meißeln entfernt, etappenweise mittels Ultraschall aufgeweicht und entfernt oder es ist eine Osteotomie/Fensterung des Knochens notwendig. Das Wegbohren des Zementes ist eine weitere Möglichkeit, die zunächst rasch größere Materialmengen aus der Markhöhle entfernen kann. Durchbricht der Bohrer allerdings den Zementmantel, droht eine Perforation des Knochens, da der Bohrer dann in den weicheren Knochen abdriftet und keine genügende seitliche Kraft entgegengesetzt werden kann.
Alle Verfahren erfordern eine erhebliche Operationszeit und/oder birgen die Gefahr des Knochenverlustes oder entsprechender Defekte. Hinzu ist je nach Verfahren eine häufige röntgendiagnostische Kontrolle der Werkzeuglage im Markraum erforderlich, was neben einem weiteren Zeitfaktor eine hohe Strahlenbelastung bedeutet.
Patienten mit septischer Lockerung von Endoprothesen weisen im Allgemeinen ein erhöhtes Operationsrisiko auf, weshalb die Operationszeit – auch aufgrund der in diesem Zusammenhang oft vorliegenden Hyperämie im Infektbereich mit entsprechendem intraoperativen Blutverlust – besonders kurz gehalten werden sollte.
Je nach Standzeit der Prothesen und Dauer der Infektsituationen kann bereits präoperativ ein größerer Verlust an Knochensubstanz vorliegen, so daß der Erhalt des verbleibenden Knochens von großer Wichtigkeit für die spätere Funktion darstellt. Intraoperativ gesetzte Knochendefekte können ein erhöhtes Frakturrisiko bedeuten.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein universelles Markhöhlen-Bohrsystem zu schaffen, welches den Anforderungen an eine Markhöhlenaufbohrung inklusive der Fremdmaterialentfernung nach dem Stand der Technik in möglichst hohem Maße genügt. Hierzu zählen der Erhalt der Knochensubstanz, die Vermeidung von Knochendefekten und die vollständige Entfernung von Fremdmaterial.

Darüber hinaus soll die erforderliche Operationszeit verkürzt werden, sowie ein universeller Einsatz des Systems als Vorbereitung zur Marknagelung oder aber z.B. auch zur Markhöhlenaufbohrung bei Osteomyelitis aller langen Röhrenknochen möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein universelles Markhöhlen-Bohrsystem zur Fremdmaterialentfernung gelöst, welches aus einem Führungsstab mit Zentrier- und Abstützeinheit sowie einem Fräsersystem besteht. Dieses Fräsersystem umfaßt Fräsköpfe und Antriebswellen. Zudem kann zusätzlich eine Justiereinheit verwendet werden.

Der Grundgedanke besteht darin, daß eine Zentrier- und Abstützeinheit eines Führungsstabes durch eine künstliche Enge (Aufbohrung) oder physiologische Enge (Isthmus) geschoben und anschließend aufgespannt wird. Hierzu ist ggf. eine Erweiterung der Zementhöhle oder eine Zementdurchbohrung erforderlich, welche nicht zentral liegen muß, aber die zentrale Position des Führungsstabes im Anschluss gewährleistet. Diese Zementdurchbohrung kann daher mit gewöhnlichen Bohrern erfolgen.

Die Zentrier- und Abstützeinheit sichert die zentrale Position im geometrischen Querschnitt des Knochens auf dieser Höhe und nimmt zudem Abstützkräfte auf, wenn der Führungsstab durch einen Schwenkwinkel seitlich belastet wird. Ein seitliches Fräsen kann durch ein Führungsgelenk nahe der Zentrier- und Abstützeinheit oder durch einen biegsamen Führungsstab erreicht werden.

Durch sukzessives Aufbohren mit Hilfe von Fräsern und schrittweise steigendem Durchmesser gelingt eine vollständige Materialentfernung. Da die Markhöhlen je nach Art und Ort der Röhrenknochen verschiedene geometrische Formen und Kurven aufweisen können, kann der Einsatz von einem System mit starrem Führungsstab und zylindrischen Fräsköpfen über ein System mit gelenkigem Führungsstab und konischen Fräsköpfen bis hin zu einem System mit biegsamen Führungsstab und verstellbaren Fräsköpfen reichen; der Variation zwischen den genannten Kombinationen sind keine Grenzen gesetzt.

Außerdem kann das universelle Markhöhlen-Bohrsystem durch eine Justiereinheit ergänzt werden, wodurch der Führungsstab in seiner Position fixiert wird. Hierdurch können ggf. die Operationszeit und die Strahlenbelastung weiter reduziert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
1 zeigt schematisch ein Markhöhlen-Bohrsystem gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung.
2 zeigt schematisch eine Anwendungsmöglichkeit des Markhöhlen-Bohrsystems gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung.
3(a-f) zeigt schematisch verschiedene Fräsköpfe gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung.
4 zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung.
5 zeigt schematisch eine Anwendungsmöglichkeit des Markhöhlen-Bohrsystems in Verbindung mit einer Justiereinheit gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung.
Die 1 zeigt einen Führungsstab (1) in einer Markhöhle (51) eines proximalen Femurs (5), welcher nach Vorschieben durch einen Zementköcher (6) distal mit Hilfe einer Zentrier- und Abstützeinheit (11) zentral fixiert ist. Die Aufspannung der Zentrier- und Abstützeinheit (11) erfolgt über einen Flansch (12) am proximalen Ende des Führungsstabes.
Der Zementköcher (6) wird nach Entfernung einer Prothese über die Zementhöhle (61) am distalen Ende aufgebohrt, es entsteht eine künstliche Enge (Zementdurchbohrung (62)), so daß der Führungsstab (1) im gesamten proximalen Bereich der Markhöhle (51) zentral zum Markraum bzw. zentral zum Außenumriß des Zementköchers (6) ausgerichtet werden kann.
Mit Hilfe von Fräsköpfen (2), welche durch eine Antriebswelle (3) mit gängigen Operationsbohrmaschinen angetrieben werden können, ist das Fremdmaterial schnell und sicher zu entfernen. Dabei ist es von Vorteil, wenn mittels einer Schnellverbindung die Fräsköpfe (2) über einen Adapter (21) und einer Kupplung (32) an der Antriebswelle (3) austauschbar sind. Die Fräsköpfe (2) schneiden vorzugsweise sowohl an der Stirn, als auch an der Seitfläche, wobei die Zahl und Form der Schneidklingen (23) je nach Material und Bedarf variieren kann.
Eine restlose Entfernung des Fremdmaterials aus jedem Bereich der Markhöhle (51) ist in dieser Anordnung je nach Ausprägung des proximalen Femurs (5) mit einfachen rotationszylindrischen Fräsköpfen (2) oft nicht möglich. In solchen Fällen wird der Einsatz eines gelenkigen oder flexiblen Führungsstabes (2) und/oder verschiedenartig geformter Fräsköpfe (3) nötig. Eine große Anpassungsfähigkeit an die anatomischen Gegebenheiten können dabei verstellbare Fräsköpfe (3) bieten.
Das Wegfräsen des Zementköchers (6) sollte stufenweise erfolgen, um Hitzenekrosen des umgebenden Knochengewebes sowie intramedulläre Druckerhöhungen zu vermeiden. Kühlflüssigkeit oder Kühlsysteme können dieses Risiko weiter senken und zum Abtransport des Bohrmaterials beitragen.
Die 2 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit des Markhöhlen-Bohrsystems mit einer Führungsstab (1), welche neben der Zentrier- und Führungseinheit (11) ein Führungsgelenk (13) aufweist. Durch diese Anordnung können durch den Schwenkwinkel (δ) bereits viele Fälle auch unter Verwendung von einfachen zylindrischen Fräsköpfen (2) – angetrieben durch eine einfache starre Antriebswelle (3) – gelöst und die Zementköcher (6) vollständig aus dem proximalen Femur (5) oder anderen Röhrenknochen weggefräst werden.
In der Ausschnittvergrößerung A wird eine Ausführungsform der Erfindung bezüglich der Zentrier- und Abstützeinheit (11) und des Führungsgelenkes (13) dargestellt. Das Ausrichten der Zentrierstäbe (116), welche in mehrfacher Zahl angebracht sind, um eine optimale Zentrierung zu erlangen, erfolgt mittels Drehen des Führungsstabes (1) über Flansch (12). Dadurch dreht sich das Stellgewinde (111) und das Aufspannlager (115) nähert sich dem Fixlager (113) welches durch einen Fixierring (112) in axialer Position gehalten wird. Ein Mitdrehen der Zentrier- und Abstützeinheit (11) kann durch Festhalten mit einem entsprechenden Schlüssel am Halteflansch (114) des Fixierlagers (113) vermieden werden. Zur Erlangung einer festen Abstützung an der Markhöhlenwand können die Zentrierstäbe (116) mit Spitzen, Kerben oder Haken ausgestattet sein. Prinzipiell sind verschiedene feinmechanische Lösungen denkbar, z.B. durch Feder- oder Schiebemechanismen. Wichtig ist, daß die Führungs- und Zentriereinheit (11) durch entsprechend kleine Öffnungen/Engen geführt werden kann, durch das Aufspannen eine zentrale Ausrichtung des Führungsstabes (1) in diesem Bereich erfolgt und die Abstützung auch gegen seitliche Kräfte absichert. Über das Führungsgelenk (13), hier als einfaches Kreuzgelenk dargestellt, kann ein gewünschter Schwenkwinkel (δ) eingestellt werden. Auch hier sind andere gelenkige Verbindungen möglich.
In der 3 (a-f) sind verschiedene Fräsköpfe (2) für unterschiedliche Anwendungen aufgezeigt. Alle Fräsköpfe (2) können wahlweise mit einem Adapter (21) über eine Kupplung (31) mit der Antriebswelle (3) verbunden werden. Andere Verbindungsmöglichkeiten nach dem Stand der Technik sind hier ebenfalls anwendbar. Die Fräser sind mit einer Führungsbohrung (22) versehen, welche so groß gewählt sein muß, daß ein Verklemmen mit dem Führungsstab (1) vermieden wird. Gerade, logarithmische oder geschwungene Schneidklingen (23) ermöglichen je nach zu fräsendem Material eine optimale Ausräumung der Markhöhle (51) bei gering zu haltender Torsions- und Hitzebelastung des Knochenstocks. Hierzu tragen auch stufenweise wählbare Rotationsdurchmesser (d) und kürzere Fräskopflängen (1) bei (3a). Auch die Stirnfläche (24) kann mit Schneidklingen (23) besetzt sein, oder direkt von der Seitfläche (25) ineinander übergehen.
Die 3b zeigt einen Fräskopf (2) mit einer Stirnfläche (24), welche unter einem Stirnwinkel (α) ausgebildet wird. Die Stirnfläche (24) kann dabei ebenfalls gerade, logarithmisch oder geschwungen sein.
Die 3c zeigt einen Fräskopf (2), bei welchem die Seitfläche (25) unter einem Konuswinkel (β) ausgebildet wird, so daß ein konischer Rotationskörper entsteht.
Die 3d zeigt einen Fräskopf (2), der eine erweiterte Führungsbohrung (22) aufweist. Zusätzlich sind Führungslager (26) eingebracht, was besonders bei biegsamen Führungsstäben (1) vorteilhaft sein kann, um ein Verklemmen zu vermeiden.
Die 3e zeigt einen Fräskopf (2), dessen Schneidklingen (23) und damit der Konuswinkel (β) mit Hilfe einer Aufspannvorrichtung (27) über einen Stellflansch (28) veränderbar ist. Hierdurch kann zum einen eine optimale Anpassung an die Markhöhle (51) erfolgen und zum anderen die Operationszeit bei schwierigen anatomischen Verhältnissen weiter verkürzt werden. Für besondere Situationen kann auch eine inverse Aufspannvorrichtung (27) hilfreich sein (3f). Eine Kombination aus beiden verstellbaren Fräsköpfen (2) gemäß 3 (e, f) mit einstellbarem Rotationsdurchmesser (d) und Konuswinkel (β) vereint noch mehr Flexibilität in einem Fräskopf (2).
Besonders für die verstellbaren Fräsköpfe (2) können auswechselbare Schneidklingen (23) zum Tausch oder Nachschärfen von Vorteil sein.
Die 4 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit des Markhöhlen-Bohrsystems mit einer Führungsstab (1), welche über eine physiologische Enge (Isthmus (52)) der Markhöhle (51) im Diaphysenbereich des Femurs (5) hinaus geschoben wurde. Hier ist die Verwendung von Fräsköpfen (2) mit inverser Aufspannvorrichtung (27) besonders geeignet.
In der 5 wird eine erweiterte Anwendungsmöglichkeit des Markhöhlen-Bohrsystems unter Verwendung einer Justiereinheit (4) aufgezeigt. Die Justiereinheit (4) kann vor allem im Kniegelenksbereich angewendet werden, wenn nach Entfernung der Prothesenkomponenten entsprechende Schnittflächen (54) vorhanden sind. Hier wird die Anwendung am distalen Femur (5) dargestellt, das Verfahren ist ebenso z.B. auf die proximale Tibia übertragbar. Auch hier wird die Zentrier- und Führungseinheit (11) der Führungsstab (1) über den aufgebohrten Zementköcher (6) hinaus vorgeschoben und aufgespannt. Mit Hilfe der Justiereinheit (4) kann nun unter radiologischer Kontrolle die Lage des Führungsstabes (1) in der Markhöhle (51) ausgerichtet und durch Einbringen von Befestigungs- und Einstellschrauben (44) in den Condylen (53) fixiert werden. Dadurch können die radiologischen Kontrollen während des folgenden Aufbohrens deutlich reduziert und somit die Operationszeit sowie die Strahlenbelastung weiter verringert werden. Die Justiereinheit (4) besteht vorzugsweise aus einer Außenjustiereinheit (41) mit herausnehmbarer Innenjustiereinheit (42), was einen raschen Wechsel der Fräsköpfe (2) ermöglicht. Bei Verwendung von biegsameren Führungsstäben (1) und Antriebswellen (3) sollte die Innenjustiereinheit (42) mit Justierlagern (421) ausgestattet sein, um ein Verklemmen in diesem Bereich zu vermeiden. Mit Hilfe von Ausgleichsstempeln (43) kann eine Anpassung an schräge Schnittflächen (54) erfolgen. Über die Stempelgewinde (431), welche in eine entsprechende Aussparung (411) der Außenjustiereinheit (41) fassen, wird eine Feineinstellung ermöglicht. Eine zusätzliche Verwendung von Langlöchern kann die Verstellmöglichkeiten weiter erhöhen.

Claims

Markhöhlen-Bohrsystem mit einem Führungsstab (1), verschiedenen Fräsköpfen (2), sowie Antriebswelle (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstab (1) mit einer Zentrier- und Abstützeinheit (11) versehen ist, welche nach Durchführen durch eine Enge (52, 62) aufgespannt werden kann.
Markhöhlen-Bohrsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstab (1) ein Führungsgelenk (13) zur Auslenkung eines Schwenkwinkels (δ) aufweist.
Markhöhlen-Bohrsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier- und Abstützeinheit (11) des Führungsstabes (1) über einen Flansch (12) von außerhalb der Markhöhle aufgespannt wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsstab (1) flexibel bzw. biegsam ausgebildet wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräsköpfe (2) über einen Adapter (21) und eine Kupplung (31) mit einer Antriebswelle (3) austauschbar verbunden werden.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräsköpfe (2) mit einer Vielzahl an geraden, logarithmischen oder geschwungenen Schneidklingen (23) versehen sind, welche auch austauschbar sein können.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräsköpfe (2) auch an der Stirnfläche (24) mit Schneidklingen (23) besetzt werden, oder diese von der Seitfläche (25) auf die Stirnfläche (24) ineinander übergehen.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (24) der Fräsköpfe (2) unter einem Stirnwinkel (α) ausgebildet wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitfläche (25) der Fräsköpfe (2) unter einem Konuswinkel (β) ausgebildet wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrung (22) der Fräsköpfe (2) im Durchmesser vergrößert ist und die Führung über zusätzliche Führungslager (26) gewährleistet wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (β) der Fräsköpfe (2) durch eine Aufspannvorrichtung (27) über einen Stellflansch (28) einstellbar ist.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationsdurchmesser (d) der Fräsköpfe (2) durch eine Aufspannvorrichtung (27) über einen Stellflansch (28) einstellbar ist.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräsköpfe (2) Nuten, Bohrungen oder Kanäle aufweisen, welche zur Kühlung auch mittels Kühlflüssigkeit geeignet sind.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fräsköpfe (2) Nuten, Vertiefungen oder Schaufeln aufweisen, welche zum Materialabtransport dienen.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) mit den Fräsköpfen (2) entsprechenden Nuten, Vertiefungen, Schaufeln, Bohrungen oder Kanäle ausgeführt wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (3) flexibel bzw. biegsam ausgebildet wird.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Justiereinheit (4) mit Hilfe von Befestigungs- und Einstellschrauben (44) oder Pins angebracht wird, welche den Führungsstab (1) in der Markhöhle (51) ausrichtet.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Justiereinheit (4) aus einer Außenjustiereinheit (41) mit herausnehmbarer Innenjustiereinheit (42) besteht, um so einen schnellen Wechsel der Fräsköpfe (2) zu ermöglichen.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenjustiereinheit (41) über Ausgleichsstempel (43) an schrägen Schnittflächen (54) ausgerichtet werden kann.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenjustiereinheit (41) mit geeigneten Aussparungen (411) versehen ist, die sowohl die Aufnahme des Stempelgewindes (431) als auch die laterale und sagittale Ausrichtung ermöglichen.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenjustiereinheit (42) zusätzliche Justierlager (421) aufweist.
Markhöhlen-Bohrsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrier- und Abstützeinheit (11), bestehend aus einem Stellgewinde (111), einem Fixierring (112), einem Fixierlager (113), einem Halteflansch (114), einem Aufspannlager (115) und mehreren Zentrierstäben (116) durch andere gängige feinmechanische Lösungen ausgebildet wird und die Zentrierstäbe (116) mit Spitzen, Kerben oder Haken zur Verankerung in der Markhöhle (51) versehen werden.