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Ein
stereotaktisches Bohrsystem wird benötigt, um auf präzise Weise
Löcher
in den Kopf eines Patienten bohren zu können. Die Bohrstellen und die Bohrrichtungen
werden aus bildgebenden Verfahren (Computertomografen oder Kernspintomografen)
ermittelt. Es wird eine Genauigkeit von wenigen Zehntel Millimetern
angestrebt.
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Ziel
einer stereotaktischen Operation ist es, Positionen meist in der
Tiefe des Gehirns durch minimal invasive Eingriffe zu erreichen.
Durch bildgebende Verfahren und moderne Computerprogramme werden
Zielpunkte im Gehirn berechnet. Mit Hilfe eines stereotaktischen
drei-dimensionalen Ringes, der am Kopf des Patienten befestigt wird,
und einer daran befestigten Zieleinrichtung ist es möglich, fast
jede Stelle im Gehirn aus jeder Richtung zu erreichen. Solche Zieleinrichtungen
und Ringe sind z.B. aus dem Prospekt der Fa. Leibinger mit dem Titel „Stereotaxiesystem
nach Riechert",
insbesondere Seiten 6 und 7, 1985, bekannt.
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Zuerst
muss an der berechneten Position ein Loch von 6 bis 8 mm Durchmesser
durch den Schädelknochen
gebohrt werden. Dann ist es möglich, über ein
Nadelführungssystem
mit dünnen
Nadeln Biopsien aus einem Tumor zu entnehmen oder radioaktive Substanzen
(Seeds) über
dünne Röhrchen einzubringen.
Bei Parkinson-Patienten werden elektrische Stimulatoren in bestimmte
Hirnareale eingebracht, die wie Herzschrittmacher funktionieren
und dem Patienten die Lebensqualität sehr verbessern.
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Bisher
werden Bohrmaschinen verwendet, die über biegsame Wellen angetrieben
werden. Der Motor steht auf einem Stativ oder wird an der Wand im
Operationssaal befestigt. In der Bohrmaschine und in der biegsamen
Welle befinden sich mit Fett geschmierte Kugellager. Auch die Welle
selbst ist mit Fett geschmiert. Die Bohrmaschine und die biegsame
Welle müssen
vor einem stereotaktischen Eingriff dampfsterilisiert werden. Die
Sterilisation von Machine und Welle ist immer ein Problem. Es besteht
die Gefahr, dass Dampf in die Maschine und in die Welle eintritt,
was die Zerstörung
der Lager zur Folge hat, oder dass Fett austritt. Dies könnte schwere
Infektionen zur Folge haben. Hohlräume in der Maschine oder in
der biegsamen Welle können
nicht sterilisiert werden. So kann bei Undichtigkeiten von Maschine oder
Welle nicht-steriles Material austreten und den Patienten in große Gefahr
bringen. Die Bohrung wird vom Operateur frei Hand durchgeführt.
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Es
werden auch pneumatisch angetriebene Bohrmaschinen verwendet. Die
Druckluft hierfür
wird über
einen Schlauch von einem Wandanschluss zugeführt. Solche Maschinen laufen
aber für
Bohrer mit 6 bis 8 mm Durchmesser viel zu schnell, und der Bohrer
entwickelt zu viel Wärme.
Auch bringen sie zu viele Schwingungen (Vibrationen) auf das Operationssystem
(stereotaktische Zielsystem). Die zuvor eingestellten Koordinaten
können
sich verändern. Auch
hier geschieht das stereotaktische Bohren freihändig. Die Sterilisation solcher
Bohrmaschinen ist sehr aufwendig.
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Aufgabe der
Erfindung
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Das
Ziel einer Entwicklung muss es sein, eine Bohreinrichtung zu entwickeln,
welche die Sicherheit für
den Patienten wesentlich erhöht
sowie für
den Operateur einfach und schnell zu handhaben ist. Die Einrichtung
sollte nach Möglichkeit
folgende Bedingungen erfüllen:
- • Die
Bohreinrichtung sollte bei 140° dampfsterilisierbar
sein. Dampf muss auch in die vorhandenen Hohlräume ein- und von dort austreten
können.
- • Die
Bohreinrichtung sollte leicht zu reinigen sein.
- • Sie
sollte leicht sein, damit das stereotaktische Zielsystem wenig belastet
wird.
- • Der
Radius (x) der Einrichtung inklusive der Aufnahme bzw. des Übergangsstücks zum
stereotaktischen Zielsystem sollte 31,5 mm betragen. Dieses Maß ist äußerst wichtig,
weil die Einstellungen und die Zielpunktberechnung des Zielsystems darauf
ausgerichtet sind.
- • Der
Abstand vom Zielsystem zur Mitte des Bohrers bzw. zur Mitte des
Operationskanals sollte nicht veränderbar sein.
- • Die
Bohreinrichtung sollte sicher sein. Man darf nicht zu tief bohren
können.
- • Die
Bohreinrichtung darf die Sicht des Operateurs auf den Bohrvorgang
nicht beeinträchtigen, und
sie muss leicht zu bedienen sein.
- • Die
Bohreinrichtung sollte leise laufen, denn der Patient ist in der
Regel bei Bewusstsein.
- • Es
darf keine Übertragung
von elektrischen Spannungen auf den Bohrer erfolgen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demnach, eine stereotaktische Bohreinrichtung
anzugeben, die eine vollständige
Sterilisation ihrer im Operationssaal bei einer Bohrung zugänglichen
Oberflächen
ermöglicht sowie
einen sicheren und präzisen
Betrieb gewährleistet.
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Lösung der
Aufgabe
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Die
stereotaktische Einrichtung zum Bohren bei neurochirurgischen Operationen
ist zur Lösung dieser
Aufgabe erfindungsgemäß ausgerüstet
- • mit
einem zylindrischen Gehäuse
mit einem vorderseitigen und einem rückseitigen Endteil,
- • mit
einem elektrischen Motor mit angekoppeltem Getriebe, die beide gemeinsam
in das rückseitige Endteil
des Gehäuses
einsetzbar sind,
- • mit
einer Bohrspindel, die im vorderseitigen Endteil des Gehäuses gelagert
ist und die über
eine Kupplung mit dem Getriebe verbindbar ist,
- • mit
einer Bohrer-Festhaltevorrichtung, mittels der an die Vorderseite
der Bohrspindel ein Bohrer ansetzbar ist,
- • mit
einer das Gehäuse
umgebenden Hülse,
die an einem stereotaktischen Zielsystem über eine Befestigungseinrichtung
befestigbar ist,
- • mit
einer Vorschubeinrichtung, mit der das zylindrische Gehäuse in seiner
Längsrichtung
gegenüber
der Hülse
verschiebbar ist, und
- • mit
einem Anschlag, der die Vorschubbewegung des Gehäuses begrenzt.
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Bevorzugt
ist als Anschlag ein Spannring vorgesehen, der mittels einer Klemmschraube
auf dem Gehäuse
an vorgebbarer Stelle festklemmbar ist. Dabei kann auf dem Umfang
des Gehäuses
mindestens eine Skala eingraviert sein, auf der der Spannring festklemmbar
ist.
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Um
ein geringes Gewicht, aber dennoch eine große Stabilität zu erzielen, können das
Gehäuse und/oder
die Hülse
aus einer hochbelastbaren Aluminiumlegierung bestehen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindeung werden im folgenden anhand von 4 Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer stereotaktischen Einrichtung zum
Bohren für
neurochirurgische Operationen im Längsschnitt,
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2 eine
detaillierte Darstellung einer solchen Einrichtung in einer perspektivischen
Darstellung,
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3 die
dabei verwendete Motor- und Getriebeeinheit im ausgebauten Zustand,
ebenfalls in perspektivischer Darstellung, und
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4 zwei
Stifte, die zum sterilen Ein- und Ausbau der Motor- und Getriebeeinheit
verwendet werden.
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Nach 1 umfasst
die stereotaktische Bohreinrichtung ein zylindrisches Gehäuse a, das links
ein vorderseitiges und rechts ein rückseitiges Endteil besitzt.
Sie umfasst weiterhin eine Hülse
b, die kürzer
ist als das Gehäuse
a und die das Gehäuse
a weitgehend spielfrei umgibt. Die Hülse b ist über eine Befestigungseinrichtung
c mit einem an sich bekannten stereotaktischen Zielsystem d lösbar verbunden.
Das zylindrische Gehäuse
a ist in seiner Längsrichtung
gegenüber
der Hülse
b und damit gegenüber
dem Zielsystem d verschiebbar. Hierzu dient eine Vorschubeinrichtung
e, die durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist. Von besonderer
Bedeutung ist, dass ein Tiefenanschlag f auf dem Gehäuse a vorgesehen
ist, der die Vorschubbewegung des Gehäuses a begrenzt. Dieser Tiefenanschlag
f ist zweckmäßigerweise
in Längsrichtung
des Gehäuses
a verstellbar. Er begrenzt die Bohrtiefe in der Schädelkalotte des
Patienten.
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In
das rückseitige
Endteil des Gehäuses
a ist ein Getriebe g mit einem angekoppelten elektrischen Motor
h eingeschoben. Der Motor h und das Getriebe g sind dabei in ein
Schutzgehäuse
i eingesetzt. Sie bilden mit diesem eine Baueinheit, die aus dem
rückseitigen
Endteil des Gehäuses
a bei Bedarf herausgenommen werden kann.
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Im
vorderseitigen Endteil des Gehäuses
a ist eine Bohrspindel j aus Metall gelagert. Zur Lagerung ist in
das vorderseitige Endteil ein Lagerblock k eingepasst, der bevorzugt – ebenso
wie das Gehäuse
a und die Hülse
b – aus
einer hochfesten Aluminium-Verbindung besteht. Die Lagerung wird
durch ein erstes und ein zweites Lager 1 bzw. m bewirkt, die als Gleitlager
ausgeführt
sind und aus einem Kunststoff bestehen. Die Lager 1, m sind von
beiden Seiten in den Lagerblock k eingepasst. Der Lagerblock k kann daher
auch als Sitz der Lager 1, m bezeichnet werden.
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Am
vorderseitigen Ende der Bohrspindel j befindet sich eine Bohrer-Festhaltevorrichtung
n, die in Form einer arretierbaren Schiebehülse vorliegen kann. In diese
Festhaltevorrichtung n wird von vorne der bei der Operation verwendete
Bohrer o eingesetzt. Er kann einen Durchmesser von 1 bis 8 mm besitzen.
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Auf
das erste Lager 1 drückt
eine Scheibe p, die an der Bohrspindel j befestigt ist. Die Befestigung ist
durch eine Schweißnaht
symbolisiert.
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Am
rückwärtigen Ende
der Bohrspindel j befindet sich eine allgemein mit q bezeichnete
Kupplung, wobei das erste Kupplungsteil mit q1 und das zweite Kupplungsteil
mit q2 bezeichnet ist. Insbesondere kann es sich bei der Kupplung
q um eine Klauenkupplung handeln. Die beiden Kupplungsteile q1, q2
sind im ausgekuppelten Zustand eingezeichnet.
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Das
erste Kupplungsteil q1 ist am Ende der Bohrspindel j befestigt,
z.B. durch Schrauben. Zwischen dem ersten Kupplungsteil q1 und der
Frontfläche
des zweiten Lagers m liegt ein Gegenlager r, das aus Metall besteht
und hier auf das Ende der Bohrspindel j aufgeschraubt ist. Das zweite
Kupplungsteil q2 ist auf der Ausgangswelle des Getriebes g festgemacht.
Um die Übertragung
von Schwingungen vom Motor h in Richtung auf den Bohrer o zu unterbinden oder
zumindest zu reduzieren, ist im zweiten Kupplungsteil q2 ein Dämpfungs- und Isolierungsglied
s angeordnet. Dieses besteht aus einem Kunststoff. Ersichtlich können somit
elektrische Spannungen nicht in Richtung auf den Bohrer o übertragen
werden.
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Bei
dem elektrischen Motor h handelt es sich um einen Gleichstrommotor,
der z.B. mit einer niederen Spannung, wie mit 14 Volt, betrieben
wird. Zur elektrischen Energieversorgung des Motors h dienen Leitungen
t1 und t2, die über
federnde Kontakte u1 bzw. u2 auf Spannung gelegt werden können. Korrespondierende
Kontakte sind in einer (nicht gezeigten) Kappe untergebracht; diese
Kontakte sind über
eine Verbindungsleitung und einen Schalter mit einer Gleichstromquelle
verbunden. Die Leitungen t1, t2 sind ersichtlich über ein
Endstück
v mit Enddeckel w, das endseitig eng in das Gehäuse a eingepasst ist, an die
federnden Kontaktteile u1 bzw. u 2 geführt. Endteil v und Enddeckel
w bestehen ebenfalls bevorzugt aus Kunststoff. Zur Reinigung und
Dampfsterilisation wird zunächst
das Schutzgehäuse
e mit Motor h und Getriebe g aus dem Innenraum des Gehäuses a entfernt
Auch wird der Bohrer o entfernt. Die verbleibende Einrichtung wird
dann einer gründlichen Reinigung
sowie einer Sterilisation mittels Dampf unterzogen.
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In
den 2 bis 4 ist eine praktische Ausführungform
einer stereotaktischen Einrichtung zum Bohren bei neurochirurgischen
Operationen gezeigt. Das zylindrische Gehäuse ist hier mit 2 bezeichnet.
Dieses Gehäuse 2 kann
durch eine Hülse 1,
die an einem nicht gezeigten Zielsystem festgehalten ist, hindurch
geschoben werden.
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Von
besonderer Bedeutung ist auch hier wiederum ein Anschlag, der zur
Einstellung der maximalen Bohrtiefe dient. Dieser Anschlag ist hier
in Form eines Spannrings 16 vorgesehen, der mittels einer Klemmschraube 17 geschlossen
und damit auf dem Gehäuse 2 an
einer wählbaren
Stelle festgeklemmt werden kann. Zur Markierung der vorgegebenen
maximalen Bohrtiefe sind hier auf dem Umfang des Gehäuses 2 in
dessen Längsrichtung
insgesamt 4 Skalen 18 eingraviert, die jeweils
um 90° gegeneinander versetzt
sind. Sobald der Spannring 16 an das rechte Ende der Hülse 1b anschlägt, ist
der Vorschub in Längsrichtung
nach links beendet, und die maximale vorgegebene Bohrtiefe ist erreicht.
Diese genaue Voreinstellung trägt
wesentlich zur Sicherheit bei einer neurochirurgischen Operation
bei.
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Es
soll auch hier angemerkt werden, dass aus Gewichtsgründen das
Gehäuse 2 und
die Hülse 1 aus
einer hochbelastbaren Aluminiumlegierung bestehen können.
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Aus 3 wird
deutlich, dass in das rückseitige
Endteil des Gehäuses 2 ein
Schutzgehäuse 22 eingeschoben
werden kann, das einen hier nicht dargestellten elektrischen Motor
und im vorderen Teil ein angeschlossenes Getriebe enthält. Die
Einheit aus Motor und Getriebe sowie aus Kabelanschlüssen ist hier
mit 26 bezeichnet. Das (nicht sterile) Schutzgehäuse 22 wird
erst unmittelbar vor dem Bohren bei der stereotaktischen Operation
in das Gehäuse 2 eingeschoben;
hierzu dienen die in 4 gezeigten einschraubbaren
Stifte 25.
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Das
Schutzgehäuse 22 zeigt
gemäß 3 an
seinem vorderen Ende das zweite Kupplungsteil, das hier mit 24 bezeichnet
ist, und ein eingebrachtes Dämpfungs-
und Isolierungsglied 23, das auch hier wieder aus Kunststoff
besteht. Am hinteren Ende des Schutzgehäuses 22 befindet sich
ein Bolzen 27, der als Drehsicherung und gleichzeitig als
Tiefenanschlag im Gehäuse 2 dient.
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Nach 2 ist
wieder eine Bohrspindel 7 im vorderseitigen Teil des Gehäuses 2 gelagert.
Das erste Lager 8 ist von außen erkennbar, während sich das
zweite Lager weiter rechts im Innenraum des Gehäuses 2 befindet. Beide
Lager müssen
nicht geschmiert werden. Im zweiten Lager sollten zwecks Sterilisierung
des Innenraums Löcher
angebracht sein.
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Die
Bohrspindel 7 besitzt am äußeren Ende eine Bohrer-Festhalteeinrichtung 12 in
Form einer Schiebehülse
mit Arretierfunktion, in die ein Bohrer 13 eingeführt und
befestigt werden kann.
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Die
Bohrspindel 7 kann über
eine Kupplung, von der bereits das zweite Kupplungsteil 24 erwähnt wurde,
mit dem gleichfalls erwähnten
Getriebe verbunden werden. Hierzu dient ein nicht sichtbarer erster
Teil der Kupplung, der am Ende der Bohrspindel 7 festgemacht
ist.
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Die
Hülse 2 ist über eine
Befestigungseinrichtung 14 an einem (in 2 nicht
gezeigten) Zielsystem lösbar
befestigt. Diese Befestigungseinrichtung 14 umfasst hier
eine Befestigungsschiene, die – wie
dargestellt – bevorzugt
als Vierfach- Schwalbenschwanz-Schiene
ausgeführt
ist.
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Der
untere Schwalbenschwanz wird hier an der Zieleinrichtung befestigt.
Am oberen Schwalbenschwanz wird die Hülse 1 festgemacht.
Hierzu dient eine Klemmschraube 15, die über eine
Ausragung oder Auswölbung
an der Hülse 1 auf
einen in den seitlichen Schwalbenschwanz eingreifenden kurzen Wipparm
drückt.
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Die
Vorschubeinrichtung für
das Gehäuse 2 umfasst
hier eine Zahnstange 6, ein in die Zahnstange 6 eingreifendes
Ritzel 5 und ein Handrad 4 zum Drehen des Ritzels 5.
Dabei ist auf der Hülse 1 ein Lagergehäuse 1a mit
einem sechskantigen und einem zylindrischen Teilstück befestigt,
und das Handrad 4 ist mittels einer durch das Lagergehäuse 1a führenden
Welle mit dem Ritzel 5 verbunden. Zwecks Sterilisierung
des Innenraums des Lagergehäuses 1a sind
auf der unteren Seite des zylindrischen Teilstücks des Lagergehäuses 1a (in 2 nicht
sichtbare) Bohrungen angebracht. Die Zahnstange 6 ist auf dem
Gehäuse 2 befestigt,
und zwar in einer sich in Längsrichtung
erstreckenden Aufnahmenut geringer Tiefe auf der Oberfläche des
Gehäuses 2.
Die Zahnstange 6 ragt durch eine Längsnut 1b aus der
Hülse 1 heraus.
Bei einer Bewegung des Handrades 4 im Uhrzeigersinn, d.
h. in Richtung des eingezeichneten gekrümmten Pfeils, bewegt sich das
Gehäuse 2 in seiner
Längsrichtung
durch die Hülse 1 hindurch nach
links, d. h. in Richtung auf den Patienten.
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Eine
weitere Sicherheitsmaßnahme
für Operationen
stellt die eingezeichnete Bohrerführung 9 dar. Sie erleichtert
ein Bohren schräg
in die Schädeldecke
des Patienten und sorgt für
präzise
Lokalisierung der Bohrstelle. Die Bohrerführung 9 ist hier ein zylindrisches
Teil, das über
einen Schuh auf einer Schiene 10 befestigt ist. Die Schiene 10 ist
innerhalb des oberen Schwalbenschwanzes verschiebbar. Am rechten
Ende der Schiene 10 befindet sich seitlich eine Klemmvorrichtung 11,
die einen Klemmklotz und eine Klemmschraube besitzt. Die Klemmschraube
ist durch den Klemmklotz hindurch in der mittleren Vertiefung an
der Seite der Vierfach-Schwalbenschwanz-Schiene 14 befestigbar.
Gleichzeitig dient das hintere Ende des Klemmklotzes als Anschlag
für die
richtige Positionierung der Hülse 1.
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Aus 2 geht
hervor, dass auf das rückseitige
Endteil des Gehäuses 2 eine
Kontaktkappe 3 aufgesetzt oder aufgesteckt ist. Die richtige
Position kann anhand von Punkt- und/oder Pfeilmarkierungen 19 kontrolliert
werden. Die Kontaktkappe 3 dient der elektrischen Verbindung
(der in 1 gezeigten Kabel t1, t2 und
Kontaktteile u1, u2) mit einem nicht gezeigten abgeschirmten Verbindungskabel,
das zur Energieversorgung dient. Dazu ist die Kontaktkappe 3 außen mit
einer Steckdose 20 versehen, an die der Stecker des elektrischen
Verbindungskabels angeschlossen werden kann. Die Kontaktkappe 3 und
die Steckdose 20 sind also als Mittel zum Anschluss des elektrischen
Verbindungskabels anzusehen. Die Steckdose 20 muss beim
Sterilisieren mit einer Schutzkappe 21 abgedeckt werden.
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Das
genannte elektrische Verbindungskabel fuhrt zu einem (nicht gezeigten)
Fußschalter,
der mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist. Vorliegend
ist diese Energiequelle bevorzugt ein Akkumulator. Er liefert eine
Spannung von z.B. 14 Volt. Dieser Akkumulator ist direkt am Fußschalter
befestigt.
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Wichtig
ist, dass der in 2 eingezeichnete Abstand x zwischen
dem unteren Schwalbenschwanz der Schiene 14 und der Achse
des Bohrers 13 einen vorgegebenen Wert annimmt. Bei üblichen Geräten beträgt er 31,
5 mm.
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Aus
der Beschreibung der 2 bis 4 wird deutlich,
dass die Bohrspindel 7 und der Bohrer 13 elektrisch
völlig
isoliert sind vom übrigen
System. Dadurch kann, zum Beispiel bei einem elektrischen Defekt,
kein Strom auf den Patienten gelangen.
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Es
hat sich erwiesen, dass die in den 2 bis 4 gezeigte
Bohreinrichtung bei einer Drehzahl von etwa 1400–2000 Umdrehungen/Minute und bei
einem Bohrdurchmesser von ca. 8 mm gute Ergebnisse erbracht hat.
Selbstverständlich
können auch
Bohrer 13 geringeren Durchmessers verwendet werden. Insbesondere
ein präzises
Bohren schräg zur
Schädel-Kalotte ist mit relativ
geringem Aufwand möglich.
Der Operateur hat beim Bohren mit der dargestellten Bohreinrichtung
freies Gesichtsfeld.
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- a
- zylindrisches
Gehäuse
- b
- Hülse
- c
- Befestigungseinrichtung
- d
- stereotaktisches
Zielsystem
- e
- Vorschubeinrichtung
- f
- Tiefenanschlag
- g
- Getriebe
- h
- Motor
- i
- Schutzgehäuse
- j
- Bohrspindel
- k
- Lagerblock;
Sitz
- l
- erstes
Lager
- m
- zweites
Lager
- n
- Festhaltevorrichtung
- o
- Bohrer
- p
- Scheibe
- q
- Kupplung
- q1
- erstes
Kupplungsteil
- q2
- zweites
Kupplungsteil
- s
- Dämpfungs-
und Isolierungsglied
- t1
- Leitung
- t2
- Leitung
- u1
- federndes
Kontaktteil
- u2
- federndes
Kontaktteil
- v
- Endteil
- w
- Enddeckel
- 1
- Hülse
- 1a
- Lagergehäuse
- 1b
- Längsnut
- 2
- Gehäuse
- 3
- Kontaktkappe
- 4
- Handrad
- 5
- Ritzel
- 6
- Zahnstange
- 7
- Bohrspindel
- 8
- erstes
Lager
- 9
- Bohrerführung
- 10
- Schiene
- 11
- Klemmvorrichtung
- 13
- Bohrer
- 14
- Befestigungseinrichtung
- 15
- Klemmschraube
- 16
- Spannring
- 17
- Klemmschraube
- 18
- Skala
- 20
- Steckdose
- 21
- Schutzkappe
- 22
- Schutzgehäuse
- 23
- Dämpfungs-
und Isolierungsglied
- 24
- zweites
Kupplungsteil
- 25
- einschraubbare
Stifte
- 26
- Einheit
aus Motor, Getriebe und Kabelanschlüssen
- 27
- Bolzen
- 24
- Patentansprüche
- 04
- Figuren