DE102018120240A1

DE102018120240A1 - Medizinisches, spanabhebendes werkzeug und werkzeugset mit solchen medizinischen, spanabhebenden werkzeugen zur erzeugung von knochenspänen, die für die transplantation geeignet sind

Info

Publication number: DE102018120240A1
Application number: DE102018120240.7A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hipp; Dieter Hipp; Dominik Hipp; Günter Lauer; Anas Ben Achour; Uwe Teicher; Heike Meißner; Carola Petto; Alexander Brosius; Andreas Nestler
Original assignee: Anton Hipp Chir Instr GmbH; Anton Hipp ChirInstrumente GmbH; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Anton Hipp Chir Instr GmbH; Anton Hipp ChirInstrumente GmbH; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-12-05
Also published as: DE202018104778U1

Abstract

Das erste erfindungsgemäße medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, ist mit einem Schaft 2 versehen, der mit einer am proximalen Ende des Schaftes angeordneten Aufnahme 4 durch eine Antriebseinheit versehen ist. An dem distalen Ende des Schaftes ist ein Abschnitt 3 zur Knochenspanbildung angeordnet, welcher den Kern des medizinischen, spanabhebenden Werkzeuges 1 bildet. Durch die spezifische Kombination der Merkmale der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einem Schneidenbereich 5 mit einem Spitzenwinkel 6 zwischen 110° und 170°, mit 2 bis 3 Zähnen 7, die in Nebenschneiden 8 übergehen, mit einem Drallwinkel 9 zwischen 30° und 50° und mit einem Durchmesser zwischen 2mm und 5mm gelingt es erfindungsgemäß, die Vitalität der gewonnenen Knochenspäne im Vergleich zu den gängigen, bekannten Knochenspanbohrern beziehungsweise Knochenspanfräsen merklich zu erhöhen, was für die Eignung im Rahmen einer Transplantation von zentraler Bedeutung ist. Auch ist die Belastung der verbleibenden Knochen reduziert und gerade in Verbindung mit der gesteigerten Vitalität der Knochenspäne ein schnelleres und schonenderes Einwachsen der Implantate in Verbindung mit den Knochenspänen ermöglicht.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein medizinisches, spanabhebendes Werkzeug und ein Werkzeugset mit solchen medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind.
STAND DER TECHNIK
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 110 253 A1 ist eine medizinische Fräse bekannt, die zum Abtrennen beziehungsweise zum Abtragen von Gewebeteilen an einem Knochenmaterial geeignet ist. Die Fräse zeigt im Schaft einen Kanal, durch den Knochenteile, welche durch die fräsende Oberfläche abgetrennt wurden, über Verbindungsöffnungen von der Oberfläche zum Kanal angesaugt und vom distalen Ende zum proximalen Ende der medizinischen Fräse geführt werden. Mit dieser Fräse gelingt es zwar, Gewebeteile recht sicher zu entfernen, jedoch erweisen sich diese Gewebeteile des Knochens als beschädigt und daher als ungeeignet für eine Transplantation.
Weiterhin ist aus der Internationalen Patentanmeldung WO 2011/135070 A1 ein Knochenbiopsiefräser bekannt. Mit diesem werden Knochen- und/oder Knorpelstücke am knöchernen Skelett eines Menschen oder Tieres, beispielsweise ein Beckenknochenteil eines Menschen, entnommen und einer weiteren medizinischen Untersuchung zugeführt. Der Knochenbiopsiefräser zeigt dabei einen Hohlschaft, der endseitig einen Fräskopf mit abwechselnd angeordneten Hauptschneiden und Vorschneiden aufweist. Dabei überragen die Vorschneiden die Hauptschneiden in axialer Richtung. Mit Hilfe dieses Knochenbiopsiefräsers gelingt es, zylinderförmige Knochen- und/oder Knorpelstücke zu extrahieren, die bereits aufgrund der Größe nicht für eine Transplantation geeignet sind.
Bei chirurgischen Eingriffen, wie beispielsweise der Behandlung von Knochendefekten, im Bereich von Mund-, Kiefer-, Gesichtschirurgie, Oralchirurgie, implantologischer Chirurgie der Zahnmedizin, Unfallchirurgie, orthopädischer Chirurgie, Neurochirurgie, plastischer Chirurgie, sowie der tiermedizinischen Chirurgie, ist es häufig erforderlich, wie zum Beispiel bei der zahnchirurgischen Implantatbettvorbereitung im implantologisch zu versorgenden Alveolarkamm des Ober- und Unterkiefers, dem Patienten zunächst Knochenmaterial zu entnehmen, um es später wieder andernorts einzusetzen. Beim Insertieren von Implantaten beispielsweise in ein Transplantatbett soll durch eine möglichst breite Anlagerungsfläche zwischen Transplantatbett und Transplantat die schnelle suffiziente Blutversorgung und Durchbauung des Transplantates sichergestellt werden. Die Transplantatverluste sollen durch die Einpassung des zuvor konventionell entnommenen Knochenmaterials durch das spätere Wiederhinzufügen gesenkt werden.
Dem Deutschen Patent DE 10 2013 211 594 B4 ist eine Knochenspanfräse zu entnehmen. Diese zeigt ein Gehäuse, das mit einem Fräser verbunden werden kann. Es zeigt zudem eine zentral im Gehäuse angeordnete Absaugleitung, die gefräste Knochenspäne vom distalen Ende bis zu einem Knochenspansammelbehälter fördert. Die Knochenspäne werden dabei von einem als Schaufelrad ausgebildeten Fräser aus Edelstahl mit scharfen, abgerundeten Schneidschaufeln am distalen Ende der Knochenspanfräse gefräst. Diese Knochenspanfräse zeigt einen sehr aufwendigen Aufbau und zeigt abhängig von der Handhabung eine sehr unterschiedliche Qualität der gefrästen Knochenspäne im Hinblick auf die Eignung zur Transplantation.
Die Europäische Patentanmeldung EP 2 111 805 A1 zeigt einen Knochenspanbohrer mit einem Kopf und einem mit diesem verbundenen Schaft, wobei der Kopf an seinem vorderen Bereich kegelförmig ausgebildet ist und an seinem vorderen Endbereich mit einer Führungsspitze versehen ist. Dabei ist der Kopf von einer sich diagonal und zur Schaftachse geneigten Spanausnehmung durchdrungen, deren Kante zumindest eine Schneide bildet und die sich zur Rückseite des Kopfes öffnet. Dieser Knochenspanbohrer zeigt einen aufwendigen Aufbau und zeigt eine unbefriedigende Qualität der gefrästen Knochenspäne im Hinblick auf die Eignung zur Transplantation.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, medizinisches, spanabhebendes Werkzeug und ein Werkzeugset mit solchen medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem medizinischen, spanabhebenden Werkzeug und einem Werkzeugset mit solchen medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, gelöst, welche die im Anspruch 1 beziehungsweise die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße medizinische, spanabhebende Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, ist mit einem Schaft versehen, der mit einer am proximalen Ende des Schaftes angeordneten Aufnahme durch eine Antriebseinheit versehen ist. An dem distalen Ende des Schaftes ist ein Abschnitt zur Knochenspanbildung angeordnet, welcher den Kern des medizinischen, spanabhebenden Werkzeuges bildet. Durch die spezifische Kombination der Merkmale der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mit einem Schneidenbereich mit einem Spitzenwinkel zwischen 110° und 170°, mit 2 bis 3 Zähnen, die in Nebenschneiden übergehen, mit einem Drallwinkel zwischen 30° und 50° und mit einem Durchmesser zwischen 2mm und 5mm gelingt es, insbesondere die Vitalität der gewonnenen Knochenspäne im Vergleich zu den gängigen, bekannten Knochenspanbohrern beziehungsweise Knochenspanfräsen merklich zu erhöhen, was für die Eignung im Rahmen einer Transplantation von zentraler Bedeutung ist. Insbesondere gelingt es durch die erfindungsgemäße Ausbildung, die Belastung der Knochen beispielsweise bei einer Implantatbettfertigung beispielsweise in der Zahnmedizin zu reduzieren und in Verbindung mit der gesteigerten Vitalität der Knochenspäne ein schnelleres und schonenderes Einwachsen der Implantate in Verbindung mit den Knochenspänen zu erreichen. Diese besonderen Wirkungen können insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Gesamtbelastung des Knochens und der davon abgespanten Knochenspäne durch die erfindungsgemäße Wahl der Parameter des erfindungsgemäßen Werkzeugs optimiert sind und durch die Kombination dieser genannten Parameter eine Erhöhung der Vitalität der Knochenspäne auf ein Mehrfaches gegenüber den gängigen Werkzeugen erreicht wird. Dabei ist festzustellen, dass sich die genannten Parameter wechselseitig erheblich beeinflussen und erst durch eingehende Untersuchungen ein optimales Set an Parametern gemäß dem vorliegenden Hauptanspruch gefunden werden konnte.
Über die wesentliche Steigerung der Vitalität der Knochenspäne hinaus gelingt es, durch die Erfindung den Umfang der Beeinträchtigung des verbleibenden Knochens beim Spanprozess mittels der erfindungsgemäßen Werkzeuge zu reduzieren und dadurch den Heilungsprozess beim Implantieren von Implantaten zu verbessern insbesondere zu beschleunigen.
Gerade durch die erfindungsgemäße Wahl des Spitzenwinkels, der Anzahl der Zähne, des Drallwinkels sowie des Durchmessers ist es gelungen, bei dem medizinischen, spanabhebenden Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, die auf den Knochen einwirkenden Kräfte sowie die eingebrachte Energie während des Spanvorgangs sowohl im Hinblick auf das Einbringen des Werkzeugs wie auch auf die Rückführung des Werkzeugs zu optimieren und dabei die Vitalität der Knochenspäne deutlich zu erhöhen. Auch wenn die erfindungsgemäß erzeugten Knochenspäne teilweise eine geringere Spanmasse zeigen als bei bekannten anderen vergleichbaren medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen zur Erzeugung von Knochenspänen, so ist dennoch die vitale Spanmasse der erfindungsgemäß erzeugten Knochenspäne wesentlich erhöht.
Vorzugsweise wird bei dem medizinischen, spanabhebenden Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, der Spitzenwinkel im Bereich von 140°, die Zahl der Zähne gleich 2, der Drallwinkel im Bereich von 40° und der Durchmesser im Bereich von 2,3mm gewählt. Gerade diese Kombination stellt eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dar. Diese zeichnet sich durch eine besonders hohe Vitalitätsrate und eine hohe erzeugte vitale Spanmasse aus. Dadurch ist ein besonders wirksames medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, geschaffen. Dabei sind die bevorzugten Bereiche für den Spitzenwinkel, den Drallwinkel und den Durchmesser typisch im Bereich von wenigen Prozent, also bis zu 10%, zu veranschlagen, da die Fertigungsgenauigkeit beziehungsweise die Messfehler in dieser Größenordnung liegen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, weisen insbesondere alle Nebenschneiden einen Hinterschliff auf. Dieser Hinterschliff ermöglicht ein besonders schädigungsarmes Schneiden, ein effizientes Abschälen der Knochen bei geringem Energieeintrag, was sich positiv auf die Vitalität und die Homogenität der Knochenspäne auswirkt, auch wenn dadurch die Standzeit des medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, etwas reduziert wird.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das medizinische, spanabhebende Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen so weiterzubilden, dass wenigstens die Oberfläche des Abschnitts zur spanabhebenden Bearbeitung des Knochens insbesondere die Oberfläche des ganzen Werkzeugs mit einer Beschichtung versehen ist. Dabei wird eine Beschichtung gewählt, die eine möglichst dauerhaftfähige und glatte Oberfläche erzeugt, die sich durch hohe Standhaftigkeit auszeichnet.
Vorzugsweise ist die Beschichtung dabei als eine tribologische Schicht und/oder als eine Schicht unter Verwendung von Titannitrid TiN und/oder Wolframdisulfid WS₂ ausgebildet. Diese Beschichtungen verändern die Oberflächenbeschaffenheit dahingehend, dass die Vitalität der Knochenspäne erhöht und die vitale Spanmasse vergrößert wird, auch wenn andere, bekannte entsprechende Werkzeuge größere Spanmassen generieren.
Gerade das in der Medizintechnik zertifizierte Titannitrid TiN zeichnet sich durch eine besonders große Vickers-Härte im Bereich von 2400HV und reduziertem Reibekoeffizient gegenüber einer blanken Stahloberfläche aus. Dies führt zu einer merklichen Verbesserung des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Eine noch deutlichere Verbesserung lässt sich durch eine Beschichtung mit Wolframdisulfid WS₂ erreichen, bei der sich trotz der sehr geringen Härte (Vickers-Härte ca. 300HV) eine deutlich reduzierte Trockenreibung gegenüber dem blanken Stahl im Bereich von 0,03 ergibt. Diese Beschichtung mit Wolframdisulfid WS₂ erweist sich damit als besonders vorteilhaft, auch wenn die Standzeit gegenüber einer Beschichtung aus Titannitrid geringer ausfällt.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass nicht nur die Schneidflächen des medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs zur Erzeugung von Knochenspänen beschichtet sind, sondern der ganze Abschnitt zur Knochenspanbildung oder gar das ganze Werkzeug, denn dies gewährleistet eine gleichmäßigere und verlässlichere Beschichtungsqualität, was einer verbesserten Abspanung zugutekommt.
Es hat sich darüber hinaus als besonders vorteilhaft erwiesen, das Werkzeug im Wesentlichen aus medizinischem Stahl insbesondere aus martensitischem, rostfreiem Stahl oder insbesondere aus einem X90CrMoV18-Stahl oder aus Titan oder einer Titanlegierung insbesondere aus einer TiAl6V4-Titanlegierung oder aus einer TiAl5Fe2.5-Titanlegierung zu bilden. Diese verwendeten Materialien erweisen sich als besonders robust und in medizinischer Hinsicht als weitgehend unbedenklich. Gerade die Verwendung von medizinischem Stahl insbesondere von martensitischem, rostfreiem Stahl entsprechend der Werkstoffnummer 1.4112 beziehungsweise entsprechend der DIN X90CrMoV18 erweist sich als sehr zuverlässig und dauerhaft und ermöglicht eine gute und dauerhafte, spanende Wirkung, die durch den Einsatz von geeigneten Beschichtungen verbessert werden kann. Soll das medizinische, spanabhebende Werkzeug im Umfeld eines starken Magneten zum Beispiel im Umfeld eines Tomographen verwendet werden, empfiehlt sich zur Gewährleistung der gewünschten Spaneigenschaften und damit zur Gewährleistung der angestrebten Vorteile, das Werkzeug aus Titan oder aus einer Titanlegierung insbesondere aus einer TiAl6V4-Titanlegierung oder aus einer TiAl5Fe2.5-Titanlegierung zu bilden.
Der Einsatzbereich eines solchen medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs zur Erzeugung von Knochenspänen ist nicht auf den orthopädisch-medizinischen Bereich beschränkt, sondern erstreckt sich in besonderem Maße auch zum Beispiel auf den Bereich der Gesichts- und Kieferchirurgie. Für diesen Anwendungsbereich hat es sich besonders bewährt, die axiale Länge des Abschnittes zur Knochenspanbildung im Bereich von 14 mm zu wählen. Damit wird es möglich, auch im räumlich begrenzten Bereich des Kiefers oder der Gesichtsknochen auf einfache und schonende Weise Knochenspäne mit hoher Vitalität zu gewinnen und für die Transplantation in Verbindung mit dem Einbringen eines Implantates zu verwenden. Dabei entspricht die gewählte Länge des Abschnittes zur Knochenspanbildung der Dimension der üblichen Implantate.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, den Schneidkantenradius an den Nebenschneiden eines solchen medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs zur Erzeugung von Knochenspänen kleiner oder gleich 10µm zu wählen. Dieser Schneidkantenradius gewährleistet in Verbindung mit den andern Dimensionierungen, insbesondere dem gewählten Durchmesser, einen wenig belastenden Spanprozess, was die gewünschte Vitalität der Knochenspäne verbessert.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird durch ein medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset gebildet, das neben dem einen ersten, erfindungsgemäßen, medizinischen, spanabhebenden Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen zumindest ein weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen aufweist. Das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug zeigt einen Schaft, der mit einer am proximalen Ende des Schaftes angeordneten Aufnahme für eine Antriebseinheit versehen ist, und der mit einem am distalen Ende des Schaftes angeordneten Abschnitt zur Knochenspanbildung versehen ist. Dabei weist der Abschnitt einen Schneidenbereich mit einem Spitzenwinkel zwischen 110° und 170°, mit 3 bis 5 Zähnen, die in Nebenschneiden übergehen, mit einem Drallwinkel zwischen 5° und 20° und mit einem Durchmesser zwischen 2,5mm und 5mm auf.
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, den Durchmesser jedes weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuges wenigstens 0,5mm größer als den des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs oder den Durchmesser des beziehungsweise den Durchmesser der anderen, weiteren medizinischen spanabhebenden Werkzeuge zu wählen. Neben der Möglichkeit, ein einziges weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug vorzusehen, besteht auch die Möglichkeit, mehrere medizinische, spanabhebende Werkzeuge vorzusehen, die sich im Wesentlichen nur durch unterschiedliche Durchmesser unterscheiden. Vorzugsweise unterscheiden sie sich dabei jeweils um 0,5 bis 1mm.
Die ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge haben in dem erfindungsgemäßen Werkzeugset die Funktion eines Vorbohrers, welcher eine etwa zylinderförmige Ausnehmung aus dem Vollmaterial komplett herausspant, während das oder die weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge die Funktion eines Aufbohrers haben, die den Durchmesser einer bestehenden, zylinderförmigen Ausnehmung erweitern und dabei Material von der Wandung abspanen. Dabei sind die Merkmale des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs und des oder der weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge an die differenzierte Aufgabe angepasst, was insbesondere durch die Unterschiede im Drallwinkel und die Unterschiede in der Anzahl der Zähne zum Tragen kommt. Durch die Kombination dieser verschiedenen Werkzeuge lassen sich die Vitalität und die Menge des erfolgreich abgespanten und vitalen Knochenmaterials merklich erhöhen. Zusätzlich gelingt es, die Standzeit der Werkzeuge weiter zu verbessern.
Es hat sich dabei besonders bewährt, die Anzahl an erfindungsgemäßen Werkzeugen aus ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen und weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge im Bereich von 2 bis 5 Werkzeugen zu wählen. Dies ermöglicht eine sichere Handhabung der Werkzeuge bei hoher erfindungsgemäßer Vitalität der erzeugten Knochenspäne.
Eine besonders bevorzugte Ausbildung der Erfindung als ein medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset zeigt zumindest ein weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen mit einem Spitzenwinkel im Bereich von 140°, mit drei Zähnen und einem Drallwinkel im Bereich von 10°. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Abschnittes zur Erzeugung von Knochenspänen mit einem Durchmesser im Bereich von 2,7mm ausgebildet. Dabei sind die bevorzugten Bereiche für den Spitzenwinkel und den Drallwinkel oder Durchmesser typisch im Bereich von wenigen Prozent, also bis zu 10%, zu veranschlagen, da die Fertigungsgenauigkeit beziehungsweise die Messfehler in dieser Größenordnung liegen.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Drehzahl im Bereich von wenigen 100 Umdrehungen je Minute insbesondere im Bereich von 100 Umdrehungen je Minute zu wählen. Durch die niedrig gewählte Umdrehungszahl gelingt es in Verbindung mit den konstruktiven Merkmalen der beziehungsweise der medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge, die Erzeugung der Knochenspäne mit reduziertem Kraft- und Energieeintrag zu ermöglichen, was sich sehr positiv auf die Vitalität der Knochenspäne auswirkt. Auch gelingt es, durch die Kombination dieser Merkmale aus konstruktiven Details in Verbindung mit der gewählten Umdrehungsgeschwindigkeit die Größe der abgespanten Knochenspäne relativ groß festzulegen und darüber hinaus die Spanmassen mit hoher Vitalität zu erhöhen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Abbildungen beispielhaft erläutert. Die Erfindung ist nicht auf diese bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes medizinisches, spanabhebendes Werkzeug in einer Seitenansicht,
1a zeigt in einer schematischen Darstellung das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug aus 1 in einer Ansicht von vorne und in einer Draufsicht,
2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs eines Werkzeugsets in einer Seitenansicht,
2a zeigt in einer schematischen Darstellung das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug aus 2 in einer Ansicht von vorne und einer Draufsicht,
3a zeigt eine grafische Darstellung der erzeugten Spanmassen von Knochenspänen, welche durch verschiedene medizinische, spanabhebende Werkzeugsets erzeugt wurden, im Vergleich und
3b zeigt eine grafische Darstellung der Vitalitäten von Knochenspänen, welche durch verschiedene medizinische, spanabhebende Werkzeugsets erzeugt wurden, im Vergleich.

In 1 ist schematisch ein erstes medizinisches, spanabhebendes Werkzeug 1 in einer Seitenansicht und in 1a von vorne und in einer Draufsicht dargestellt.
Das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, zeigt einen einfachen Aufbau mit einem Schaft 2, der mit einer am proximalen Ende des Schaftes 2 angeordneten Aufnahme 4 zur Ankopplung einer Antriebseinheit, die das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 in Rotation um die Längsachse versetzt, versehen. Der Schaft 2 zeigt an seinem distalen Ende einen Abschnitt 3 zur Knochenspanbildung. Der Abschnitt 3 ist mit einem Schneidenbereich 5 versehen, das einen Spitzenwinkel 6 von 140° zeigt. Der Schneidenbereich 5 des Abschnitts 3 zeigt an seinem distalen Ende zwei Zähne 7, die in Nebenschneiden 8 des Schneidenbereichs 5 übergehen. Es zeigt einen Drallwinkel 9 von 40° und einen Durchmesser von 2,3mm.
Dieser Aufbau des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 ermöglicht es, durch das Zusammenwirken der vorgenannten, sich wechselseitig beeinflussenden Konstruktionsmerkmale sehr hochwertige und viele Knochenspäne zu erzeugen, die sich durch eine überraschend hohe Vitalität auszeichnen. Dabei wird als Maß für die Vitalität die Anzahl der ausgewachsenen Zellen pro Milligramm Spanmasse nach einer vierwöchigen Kulturzeit verwendet. Damit wird deutlich, dass das Maß der Vitalität der wesentliche Parameter für die Beurteilung der Eignung eines medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 darstellt. Das in 1 und 1a dargestellte medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 ermöglicht erfindungsgemäß eine etwa zehnmal höhere Vitalität als andere, handelsübliche vergleichbare knochenspanerzeugende Werkzeuge.
Die Nebenschneiden 5 sind mit einem Hinterschliff 11 versehen, durch den ein sehr effizienter Spanprozess gegeben ist.
Das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 ist aus medizinischem Stahl nämlich aus einem X90CrMoV18-Stahl gefertigt, wobei dieser eine oberflächliche Beschichtung unter Verwendung von Wolframdisulfid WS₂ aufweist. Durch diesen Materialaufbau in Verbindung mit den vorgenannten, konstruktiven Gestaltungsmerkmalen gelingt es, eine hohe Standfestigkeit, eine zuverlässige medizinische Verträglichkeit bei einer hohen, möglichen Vitalität sowie einer hohen vitalen Spanmasse zu erreichen.
Der Schaft 2 des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 zur Erzeugung von Knochenspänen für die Transplantation zeigt eine Gesamtlänge von 33mm, wobei der Abschnitt 3 als für den Talbereich ausgebildeter Abschnitt 3 eine Länge von 14mm zeigt. Dies ermöglicht bei guter Handhabbarkeit des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 regelmäßig eine verlässliche Einbringung eines Zahnimplantates in die durch das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 geschaffene Ausnehmung, wobei dies regelmäßig unter Verwendung der erzeugten, vitalen Knochenspäne erfolgt.
An den Abschnitt 3 schließt sich der restliche Schaft 2 mit einer Gesamtlänge von 19mm an, an dessen proximalem Ende eine Aufnahme 4 zur Übertragung einer Drehbewegung von einer angeschlossenen Antriebseinheit auf das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1 angeordnet ist. Diese Aufnahme 4 ist als standardisierte Kupplungsaufnahme für den Dentalbereich bekannt.
In 2 ist schematisch ein weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug 21 eines Werkzeugsets 1,21 in einer Seitenansicht dargestellt und in 2a ist schematisch das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 aus 2 in einer Ansicht von vorne und in einer Draufsicht dargestellt.
Das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 zeigt einen weitgehend gleichen Aufbau wie das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug 1. Es unterscheidet sich vor allem durch den vergrößerten Durchmesser des Abschnitts 23 gegenüber dem Abschnitt 3 des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 sowie durch die auf drei erhöhte Anzahl der Zähne 27 sowie durch die Reduktion des Drallwinkels 29 von 40° beim ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeug 1 auf 10° beim weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeug 21.
Das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, zeigt einen einfachen Aufbau mit einem Schaft 22, der mit einer am proximalen Ende des Schaftes 22 angeordneten Aufnahme 24 zur Ankopplung einer Antriebseinheit, die das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 in Rotation um die Längsachse versetzt, versehen ist.
Der Schaft 22 zeigt an seinem distalen Ende einen Abschnitt 23 zur Knochenspanbildung. Der Abschnitt 23 ist mit einem Schneidenbereich 25 versehen, der einen Spitzenwinkel 26 von 140° zeigt. Der Schneidenbereich 25 des Abschnitts 23 zeigt an seinem distalen Ende drei Zähne 27, die in Nebenschneiden 28 des Schneidenbereiches 25 übergehen. Es zeigt einen Drallwinkel 29 von 10° und einen Durchmesser von 2,7mm.
Dieser Aufbau des weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 21 ermöglicht es, durch das Zusammenwirken der vorgenannten, sich wechselseitig beeinflussenden Konstruktionsmerkmale sehr hochwertige und viele Knochenspäne zu erzeugen, die sich durch eine überraschend hohe Vitalität auszeichnen. Dabei wird als Maß für die Vitalität die Anzahl der ausgewachsenen Zellen pro Milligramm Spanmasse nach einer vierwöchigen Kulturzeit verwendet. Damit wird deutlich, dass das Maß der Vitalität der wesentliche Parameter für die Beurteilung der Eignung eines medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 21 darstellt.
Das in 2 und 2a dargestellte medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 ermöglicht in Verbindung mit dem ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeug 1 erfindungsgemäß eine etwa zehnmal höhere Vitalität als andere, handelsübliche Knochenspanbohrer.
Die Nebenschneiden 28 sind mit einem Hinterschliff 31 versehen, durch den ein sehr effizienter Spanprozess gegeben ist.
Das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 ist aus medizinischem Stahl nämlich aus einem X90CrMoV18-Stahl gefertigt, wobei dieser eine oberflächliche Beschichtung unter Verwendung von Wolframdisulfid WS₂ aufweist. Durch diesen Materialaufbau in Verbindung mit den vorgenannten, konstruktiven Gestaltungsmerkmalen gelingt es, eine hohe Standfestigkeit, eine zuverlässige medizinische Verträglichkeit bei einer hohen, möglichen Vitalität sowie einer hohen, vitalen Spanmasse zu erreichen.
Der Schaft 22 des weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 21 zur Erzeugung von Knochenspänen für die Transplantation zeigt eine Gesamtlänge von 33mm, wobei der Abschnitt 23 als für den Talbereich ausgebildeter Abschnitt 23 eine Länge von 14mm zeigt. Dies ermöglicht bei guter Handhabbarkeit des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 21 regelmäßig eine verlässliche Einbringung eines Zahnimplantates in die durch das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 geschaffene Ausnehmung, wobei dies regelmäßig unter Verwendung der erzeugten, vitalen Knochenspäne erfolgt.
Der Abschnitt 23 zur Knochenspanbildung geht in einen Bereich des Schaftes 22 ohne Schneiden mit gleichem Durchmesser von 2,7mm über. Hieran schließt sich ein Schaftbereich 22a mit reduziertem Durchmesser von 2,35mm an. Der sich an den Abschnitt 23 anschließende restliche Schaft 22 zeigt eine Gesamtlänge von 19mm, an dessen proximalem Ende eine Aufnahme 24 zur Übertragung einer Drehbewegung von einer angeschlossenen Antriebseinheit auf das weitere medizinische, spanabhebende Werkzeug 21 angeordnet ist. Diese Aufnahme 24 ist als standardisierte Kupplungsaufnahme für den Dentalbereich bekannt.
Die ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 1 haben in dem erfindungsgemäßen Werkzeugset 1,21 die Funktion eines Vorbohrers, welcher eine etwa zylinderförmige Ausnehmung aus dem Vollmaterial des Knochens komplett herausspant, während das oder die weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 21 die Funktion eines Aufbohrers haben, die den Durchmesser einer bestehenden, zylinderförmigen Ausnehmung erweitern und dabei Knochenmaterial von der Wandung abspanen. Dabei sind die Merkmale des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs 1 und des oder der weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 21 an die differenzierte Aufgabe angepasst, was insbesondere durch die Unterschiede im Drallwinkel 9,29 und die Unterschiede in der Anzahl der Zähne 7,27 sowie im Durchmesser zum Tragen kommt. Durch die Kombination dieser verschiedenen Werkzeuge 1,21 lassen sich die Vitalität und die Menge des erfolgreich abgespanten, vitalen Knochenmaterials merklich erhöhen. Zusätzlich gelingt es, die Standzeit der Werkzeuge 1,21 weiter zu verbessern.
Beide medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 1,21 werden dabei so betrieben, dass sie angetrieben durch die Antriebseinheit mit etwa 100 Umdrehungen je Minute rotieren. Dieses langsame Rotieren ermöglicht es in Verbindung mit den konstruktiven Merkmalen der medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge, eine effiziente und qualitativ hochwertige Generierung der Knochenspäne mit reduziertem Kraft- und Energieeintrag zu erreichen, was sich sehr positiv auf die Vitalität der Knochenspäne auswirkt. Auch gelingt es, durch die Kombination dieser Merkmale aus konstruktiven Details in Verbindung mit der gewählten Umdrehungsgeschwindigkeit die Größe der abgespanten Knochenspäne relativ groß festzulegen und darüber hinaus die Spanmassen bei hoher Vitalität zu erhöhen. Zudem gelingt es durch die Verwendung der erfindungsgemäßen medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 1, 21, das Maß der Schädigung des verbleibenden Knochens zu verkleinern und dadurch positiv auf den Heilungsprozess einzuwirken.
In 3a sind die generierten Spanmassen der Knochenspäne (ausgewachsene Zellen pro mg Spanmasse) in Abhängigkeit von den verwendeten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugsets (A bis E) und von der Antriebseinheit (WZ) dargestellt. Die Werkzeugsets B, C, D und E stellen handelsübliche Werkzeugsets dar, das Werkzeugset A besteht aus den beiden erfindungsgemäßen, medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen 1,21. Diese zeigen eine geringere Spanmasse an Knochenspänen als die anderen Werkzeugsets, wobei bei dieser Darstellung der Spanmassen nicht zwischen vitalen Knochenspänen und für die Implantation ungeeigneten, geschädigten Knochenspänen unterschieden wird. Die erzeugten Spanmassen unterscheiden sich dabei um bis zu 100%.
Das erfindungsgemäße Werkzeugset A besteht aus insgesamt 4 Einzelwerkzeugen, einem ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeug 1 (Vorbohrer) und drei weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen 21 (Aufbohrer), die sich in ihrem Durchmesser stufig um 0,5mm unterscheiden. Die anderen Werkzeugsets bestehen aus drei Einzelwerkzeugen (Werkzeugset B) beziehungsweise aus vier Einzelwerkzeugen (Werkzeugset C und E) beziehungsweise aus fünf Einzelwerkzeugen (Werkzeugset D).
In 3b sind die Vitalitäten der Knochenspäne (ausgewachsene Zellen pro mg Spanmasse)in Abhängigkeit von den verwendeten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugsets (A bis E) und von der Antriebseinheit (WZ) dargestellt. Die Werkzeugsets B, C, D und E stellen handelsübliche Werkzeugsets dar, das Werkzeugset A besteht aus den beiden, erfindungsgemäßen, medizinischen, spanabhebenden Werkzeugen 1,21. Diese zeigen die mit großem Abstand beste Vitalitäts-Quote. Die Vitalitäts-Quoten unterscheiden sich dabei um bis zu 1000%.
Die beiden, erfindungsgemäßen, medizinischen, spanabhebenden Werkzeuge 1,21 (A) produzierten durchschnittlich die größte Masse an vitalen Knochenspänen, denn hier wuchsen die meisten Zellen pro mg Spanmasse in der vorgegeben Zeit von 4 Wochen. Dieses Maß an vitalen Knochenspänen ist das entscheidende Maß für die besondere Eignung für eine erfolgreiche Transplantation insbesondere in Verbindung mit einer Implantation eines Implantates, beispielsweise im Bereich der Zahnheilkunde. Die Erfindung (Werkzeugset A) macht deutlich, dass es trotz etwas geringerer erzeugter Knochenspanmasse durch die erfindungsgemäß deutlich erhöhte Vitalität gelingt, die vitale Spanmasse deutlich zu erhöhen und dadurch den Heilungsprozess zu verbessern. Daneben gelingt es durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Werkzeugsets A, die Belastung des verbleibenden Knochens, aus dem die Knochenspäne entnommen sind, zu verringern und dadurch den Heilungsprozess weiter zu fördern.
Bezugszeichenliste

1: Erstes medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen
2: Schaft
3: Abschnitt zur Knochenspanbildung
4: Aufnahme
5: Schneidenbereich
6: Spitzenwinkel
7: Zahn
8: Nebenschneide
9: Drallwinkel
11: Hinterschliff der Nebenschneide
21: Weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen
22: Schaft
22a: reduzierter Schaft
23: Abschnitt zur Knochenspanbildung
24: Aufnahme
25: Schneidenbereich
26: Spitzenwinkel
27: Zahn
28: Nebenschneide
29: Drallwinkel
31: Hinterschliff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012110253 A1 [0002]
WO 2011/135070 A1 [0003]
DE 102013211594 B4 [0005]
EP 2111805 A1 [0006]

Claims

Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug (1) zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, mit einem Schaft (2), der mit einer am proximalen Ende des Schaftes (2) angeordneten Aufnahme (4) durch eine Antriebseinheit versehen ist, und der mit einem am distalen Ende des Schaftes (2) angeordneten Abschnitt (3) zur Knochenspanbildung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (3) einen Schneidenbereich (5) mit einem Spitzenwinkel (6) zwischen 110° und 170°, mit zwei bis drei Zähnen (7), die in Nebenschneiden (8) übergehen, mit einem Drallwinkel (9) zwischen 30° und 50° und mit einem Durchmesser zwischen 2mm und 5mm zeigt.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach Anspruch 1, wobei der Spitzenwinkel (6) im Bereich von 140°, die Zahl der Zähne (7) gleich 2, der Drallwinkel (9) im Bereich von 40° und der Durchmesser im Bereich von 2,3mm gewählt ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei wenigstens eine Nebenschneide (8) einen Hinterschliff (11) aufweist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei wenigstens die Oberfläche des Abschnitts (3) insbesondere die Oberfläche des ganzen ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs (1) zur Erzeugung von Knochenspänen mit einer Beschichtung versehen ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach Anspruch 4, wobei die Beschichtung eine tribologische Schicht oder eine Beschichtung unter Verwendung von Titannitrid TiN und/oder Wolframdisulfid WS₂ darstellt.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste medizinische, spanabhebende Werkzeug (1) im Wesentlichen aus medizinischem Stahl insbesondere aus martensitischem, rostfreiem Stahl oder insbesondere aus einem X90CrMoV18-Stahl oder aus Titan oder einer Titanlegierung insbesondere aus einer TiAl6V4-Titanlegierung oder aus einer TiA15Fe2.5-Titanlegierung gebildet ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die axiale Länge des Abschnittes (3) im Bereich von 14mm gewählt ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schneidkantenradius an den Nebenschneiden (8) kleiner oder gleich 10µm gewählt ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset zur Erzeugung von Knochenspänen mit einem ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeug (1) zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, nach einem der Ansprüche 1 bis 8, und weiterhin aufweisend zumindest ein weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug (21) zur Erzeugung von Knochenspänen, die für die Transplantation geeignet sind, mit einem Schaft (22), der mit einer am proximalen Ende des Schaftes (22) angeordneten Aufnahme (24) für eine Antriebseinheit versehen ist, und der mit einem am distalen Ende des Schaftes (22) angeordneten Abschnitt (23) zur Knochenspanbildung versehen ist, wobei der Abschnitt (23) einen Schneidenbereich (25) mit einem Spitzenwinkel (26) zwischen 110° und 170°, mit 3 bis 5 Zähnen (27), die in Nebenschneiden (28) übergehen, mit einem Drallwinkel (29) zwischen 5° und 20° und mit einem Durchmesser zwischen 2,5mm und 5mm aufweist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset zur Erzeugung von Knochenspänen nach Anspruch 9, wobei der Durchmesser eines weiteren medizinischen, spanabhebenden Werkzeuges (21) wenigstens 0,5mm größer als der Durchmesser des ersten medizinischen, spanabhebenden Werkzeugs (1) oder als der Durchmesser des oder der anderen medizinischen spanabhebenden Werkzeuge (21) gewählt ist.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset zur Erzeugung von Knochenspänen nach Anspruch 9 oder 10, wobei zumindest ein weiteres medizinisches, spanabhebendes Werkzeug (21) zur Erzeugung von Knochenspänen einen Spitzenwinkel (26) im Bereich von 140°, drei Zähne (27) und einen Drallwinkel (29) im Bereich von 10° zeigt.
Medizinisches, spanabhebendes Werkzeugset oder medizinisches, spanabhebendes Werkzeug zur Erzeugung von Knochenspänen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei diese dafür vorgesehen sind, dass die Drehzahl im Bereich von wenigen 100 Umdrehungen je Minute insbesondere im Bereich von 100 Umdrehungen je Minute gewählt ist.