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Die
Erfindung betrifft eine chirurgische Zerspanvorrichtung.
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Chirurgische
Zerspanvorrichtungen, wie beispielsweise Bohrer oder Fräser, werden
vor allem zum Durchtrennen von hartem Knochengewebe eingesetzt.
Bekannte Bohrer bzw. Bohrköpfe
umfassen einen Schaft, der auf dem Außenumfang angeordnete Schneideflächen aufweist.
Die Schneideflächen sind
vorzugsweise spiralförmig
um den Schaft angeordnet. Alternativ kann zum Durchtrennen von Knochengewebe
auch ein Fräser
eingesetzt werden, wobei sich die Schneidflächen vorzugsweise parallel
zur Rotationsachse erstrecken.
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In
der Oralchirurgie werden bekannte Zerspanvorrichtungen beispielsweise
bei der sogenannten Sinuslift-Operation eingesetzt. Das Ziel dieser Operation
besteht darin, die Knochenschicht des Kieferhöhlenbodens zu verdicken, um
dessen Stabilität zu
erhöhen.
Bei dem bekannten Sinuslift-Verfahren wird nach Freilegen des Operationsgebietes
durch Abklappen des Zahnfleischs mit einem bekannten, herkömmlichen
chirurgischen Bohrer ein Bohrloch gesetzt. Dabei besteht die Gefahr,
dass beim Durchtrennen des Kieferknochens die den Kieferknochen bedeckende,
dünne Hautschicht
beschädigt
wird, wenn der Bohrer den Knochen durchdringt.
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Die
bekannten Zerspanvorrichtungen bringen also den Nachteil mit, die
Verletzungsgefahr für die
dünne Knochenhaut,
die sogenannte Schneider'sche
Membran, zu erhöhen.
Um dieses Risiko zu reduzieren, ist es üblich, den Kieferknochen nicht vollständig zu
durchbohren, sondern den Bohrvorgang kurz vor dem Durchbruch zu
stoppen. Das Durchbrechen des angebohrten Kieferknochens erfolgt
durch einen Stößel, der
mit leichten Hammerschlägen
vorangetrieben wird. Dieses Verfahren erfordert eine hohe Präzision des
behandelnden Kieferchirurgen und einen relativ hohen Zeitaufwand.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine chirurgische Zerspanvorrichtung
anzugeben, die ein einfaches und schnelles Durchtrennen von Knochengewebe
ermöglicht,
wobei eine Verletzung von Weichteilgewebe vermieden bzw. verhindert
wird.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung basiert demnach auf dem Gedanken, eine chirurgische Zerspanvorrichtung
mit einer Übertragungswelle
zur Verbindung mit einem Antrieb und einem rotierbaren, hohlzylindrischen
Zerspanelement anzugeben, das eine axiale Durchgangsbohrung zur
Führung
eines Betätigungselements
umfasst, wobei ein Kupplungselement vorgesehen ist, das zwischen
dem Zerspanelement und der Übertragungswelle
axial verschiebbar gelagert und mit dem Betätigungselement und dem Zerspanelement
drehfest verbunden ist. Zwischen dem Kupplungselement und der Übertragungswelle
ist eine Druckfeder angeordnet. Ferner ist das Kupplungselement
mit dem Betätigungselement
wirkverbunden derart, dass eine auf das Betätigungselement wirkende Axialkraft,
die gegen die Druckfeder wirkt, das Kupplungselement mit der Übertragungswelle
reib- und/oder kraftschlüssig
verbindbar ist.
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Die
erfindungsgemäße, chirurgische
Zerspanvorrichtung weist somit einen Kupplungsmechanismus auf, der
durch eine axial wirkende Kraft betätigbar ist. Durch den Kupplungsmechanismus
wird sichergestellt, dass der Zerspanvorgang, beispielsweise das
Bohren oder Fräsen,
gestoppt wird, sobald die gegen die Druckfeder wirkende Axialkraft
reduziert wird. Solange die Axialkraft entgegen der Druckfeder bzw.
in Richtung der Übertragungswelle
wirkt, rotiert das Zerspanelement. Sobald das Betätigungselement
das Knochengewebe durchdrungen hat und die Axialkraft nachlässt, wird
das Kupplungselement durch die Druckfeder in axialer Richtung verschoben, so
dass die reib- und/oder
kraftschlüssige
Verbindung zwischen Kupplungselement und Übertragungswelle gelöst wird.
Durch die reib- bzw. kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Kupplungselement und der Übertragungswelle
wird außerdem
erreicht, dass die Rotation des Zerspanelements stoppt, wenn sich
das Zerspanelement verhakt.
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Der
Kupplungsmechanismus der erfindungsgemäßen chirurgischen Zerspanvorrichtung
erfüllt also
zwei Funktionen. Einerseits verhindert die Kupplung, dass nach Durchtrennen
des Knochengewebes dahinter liegendes Weichgewebe, beispielsweise
die Schneider'sche
Membran, beschädigt
bzw. verletzt wird und andererseits eine Verletzung des Knochengewebes
erfolgt, wenn das Zerspanelement verhakt. Somit wird mit der Erfindung
die Möglichkeit
geschaffen, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine drehmomentbegrenzte
Zerspanvorrichtung bereitzustellen.
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Das
Betätigungselement
ist in einer axialen Durchgangsbohrung des Zerspanelements geführt und
steht vorzugsweise über
das Zerspanelement hervor, so dass der Zerspanvorgang stoppt, bevor das
Zerspanelement das Knochengewebe vollständig durchdrungen hat. Damit
wird die Verletzungsgefahr für
angrenzendes Weichteilgewebe weiter reduziert.
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Das
Kupplungselement ist mit dem Betätigungselement
wirkverbunden. Die Wirkverbindung ist vorzugsweise dadurch hergestellt,
dass das Betätigungselement
einen Anschlag aufweist, der an einer Stirnfläche des Kupplungselements anliegt. Durch
den Anschlag wird erreicht, dass eine axiale Bewegung bzw. Verschiebung
des Betätigungselements,
insbesondere in Richtung der Übertragungswelle,
eine Verschiebung des Kupplungselements bewirkt. Durch die Verschiebung
des Betätigungselements
in Richtung der Übertragungswelle
wird der Reib- bzw. Kraftschluss zwischen Kupplungselement und Übertragungswelle
hergestellt, so dass das durch die Übertragungswelle vom Antrieb
aufgenommene Drehmoment an das Zerspanelement übertragen wird, das mit dem
Betätigungselement
und dem Kupplungselement drehfest verbunden ist.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist
das Zerspanelement an einem axialen Ende einen Eingriffsabschnitt
auf, der mit einem Verbindungsabschnitt des Kupplungselements formschlüssig verbunden
oder verbindbar ist. Durch den Formschluss wird eine sichere und
im Wesentlichen verlustarme Drehmomentübertragung zwischen Kupplungselement
und Zerspanelement gewährleistet.
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Der
Verbindungsabschnitt und der Eingriffsabschnitt können jeweils
eine Kontaktfläche
umfassen, die im Wesentlichen parallel zu einer Rotationsachse des
Zerspanelements ausgerichtet und aneinander anliegend angeordnet
sind. Die komplementär
zueinander, gegenüber
angeordneten Kontaktflächen
stellen einerseits eine zuverlässige
Drehmomentübertragung
sicher und ermöglichen
andererseits, dass das Kupplungselement in axialer Richtung verschiebbar
ist, wobei ein ständiger
Eingriff des Eingriffsabschnitts in den Verbindungsabschnitt gewährleistet
ist.
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Vorzugsweise
weist der Eingriffsabschnitt des Zerspanelements eine axiale Längserstreckung auf,
die größer als
der maximale Abstand zwischen dem Kupplungselement und der Übertragungswelle ist.
Die Kontaktflächen
des Verbindungsabschnitts bzw. des Eingriffsabschnitts können aufeinander
gleiten, wenn das Kupplungselement axial verschoben wird. Die axiale
Verschiebbarkeit des Kupplungselements wird dabei in der einen Richtung
durch den Eingriffsabschnitt des Zerspanelements und in der anderen
Richtung durch die Übertragungswelle
begrenzt. Dadurch, dass die axiale Längserstreckung des Eingriffsabschnitts
bzw. der Kontaktfläche
des Eingriffsabschnitts größer ist
als der maximale Abstand zwischen Kupplungselement und Übertragungswelle,
d. h. größer ist
als die maximale Verschiebbarkeit des Kupplungselements, ist gewährleistet,
dass das Kupplungselement mit dem Zerspanelement im dauerhaften
Eingriff ist.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Übertragungswelle
an einem axialen Ende eine Übertragungsfläche auf,
die in einem eingekuppelten Zustand mit einer Kupplungsfläche des
Kupplungselements reib- und/oder kraftschlüssig verbunden ist. Vorzugsweise
sind die Übertragungsfläche und
die Kupplungsfläche
senkrecht zur Rotationsachse der Übertragungswelle bzw. des Kupplungselements
angeordnet. Die Übertragungsfläche und
die Kupplungsfläche
können
im Wesentlichen komplementär
ausgebildet sein, so dass im eingekuppelten Zustand eine relativ
hohe Flächenpressung
erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, dass ein ausreichend
hohes Drehmoment übertragen wird,
um die zerspanende Bearbeitung von Knochengewebe zu ermöglichen.
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Die
Druckfeder und das Kupplungselement können in einer Aufnahmehülse angeordnet
sein, die mit dem Zerspanelement drehfest verbunden ist. Auf diese
Weise sind die mechanischen Bauteile des Kupplungsmechanismus geschützt, so
dass die ordnungsgemäße Funktion
der Kupplung sichergestellt ist.
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Die
Aufnahmehülse
kann den Eingriffsabschnitt des Zerspanelements und die Übertragungsfläche der Übertragungswelle übergreifen.
Der Kupplungsmechanismus ist somit vollständig eingekapselt, wodurch
einerseits eine sichere Funktion gewährleistet wird und andererseits
eine einfache und hygienische Reinigung der Zerspanvorrichtung ermöglicht wird.
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Bevorzugte
Materialien für
die Zerspanvorrichtung, insbesondere das Betätigungselement, das Zerspanelement
und/oder die Aufnahmehülse,
sind Chirurgiestahl oder Zirkonkeramik. Derartige Materialien ermöglichen
eine besonders einfache und hygienische Reinigung, insbesondere
Sterilisation, der Zerspanvorrichtung und bieten eine ausreichende Stabilität zur zerspanenden
Bearbeitung von Knochengewebe.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten,
schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
Darin zeigen
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel;
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2 eine
Draufsicht auf eine Zerspanvorrichtung gemäß 1;
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3 einen
Längsschnitt
durch eine Zerspanvorrichtung entlang der Linie A-A gemäß 2; und
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4 eine
perspektivische Explosionsdarstellung der Zerspanvorrichtung gemäß den 1 bis 3.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine chirurgische Zerspanvorrichtung bzw. einen Zerspanaufsatz für ein chirurgisches
Instrument gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Eine derartige Zerspanvorrichtung kann beispielsweise ein Fräser bzw.
Fräsaufsatz
oder ein Bohrer bzw. Bohraufsatz sein, wobei die Erfindung nicht
darauf eingeschränkt
ist.
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Die
Zerspanvorrichtung umfasst eine Übertragungswelle 10,
eine Aufnahmehülse 50,
ein Zerspanelement 20 und ein Betätigungselement 30.
Die Übertragungswelle 10,
die Aufnahmehülse 50,
das Zerspanelement 20 und das Betätigungselement 30 sind
koaxial auf einer gemeinsamen Rotationsachse R angeordnet.
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Die Übertragungswelle 10 weist
vorzugsweise einen Querschnittsdurchmesser von 1 mm bis 5 mm, insbesondere
2 mm bis 3 mm, insbesondere 2,35 mm, und/oder eine Länge von
8 mm bis 15 mm, insbesondere 10 mm bis 13 mm, insbesondere 11,6 mm,
auf. Der äußere Querschnittsdurchmesser
der Aufnahmehülse 50 beträgt vorzugsweise
zwischen 3 mm und 7 mm, insbesondere zwischen 4 mm und 6 mm, insbesondere
4,8 mm. Die Aufnahmehülse 50 kann
sich über
eine Länge
von 8 mm bis 13 mm, insbesondere 9 mm bis 11 mm, insbesondere 9,6
mm, erstrecken. Die gesamte Zerspanvorrichtung weist vorzugsweise
eine Länge
von 35 mm bis 50 mm, insbesondere 38 mm bis 45 mm, insbesondere
41 mm, auf.
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Die Übertragungswelle 10 ist
im Wesentlichen zylinderförmig
ausgebildet und weist an einem freien, axialen Ende ein Anschlussstück 12 auf,
das eine Ringnut 12a und eine Anschlussfläche 12b umfasst.
Die Anschlussfläche 12b ist
im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse R ausgerichtet, so dass die Übertragungswelle 10 im
Bereich des Anschlussstücks 12 einen
Teilkreisquerschnitt mit einer flachen bzw. geradlinigen Basis bildet.
Die Ringnut 12a schneidet die Anschlussfläche 12b bzw.
ist durch die Anschlussfläche 12b unterbrochen.
Das Anschlussstück 12 ermöglicht die
Verbindung der Zerspanvorrichtung mit einem Antrieb, beispielsweise
einem elektromechanischen Bohrer für die Oralchirurgie. Die Zerspanvorrichtung
kann auch mit anderen, medizinischen Antrieben verwendet werden,
wobei es möglich
ist, dass die Übertragungswelle 10 ein
andersartig gestaltetes Anschlussstück 12 aufweist.
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An
dem gegenüber
dem Anschlussstück 12 angeordneten
axialen Ende der Übertragungswelle 10 weist
die Übertragungswelle 10 eine
Aufdickung 13 auf. Die Aufdickung 13 ist in einem
Innenring 51 der Aufnahmehülse 50 drehbar angeordnet,
wobei der Innenring 51 mit der Aufnahmehülse 50 einteilig ausgebildet
ist. Der Innenring 51 ist an einem der Übertragungswelle 10 zugewandten
axialen Ende der Aufnahmehülse 50 angeordnet.
Der Innenring 51 ist in axialer Richtung nach Innen versetzt
angeordnet, so dass die Aufnahmehülse 50 an dem der Übertragungswelle 10 zugewandten
axialen Ende einen Absatz 52 bildet. Die Aufnahmehülse 50 ist
im Allgemeinen hohlzylinderförmig
ausgebildet. Innerhalb der Aufnahmehülse 50 ist ein Kupplungsmechanismus (in 1 nicht
dargestellt) angeordnet, der später
näher erläutert wird.
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Wie
in 3 zu erkennen, weist die Übertragungswelle 10 einen
Kanal 15 auf, der die Übertragungswelle 10 im
Wesentlichen vollständig
in Längsrichtung
durchdringt. Der Kanal 15 geht im Bereich der Aufdickung 13 in
eine Dornaufnahme 11 über,
die im Wesentlichen einen größeren Querschnittsdurchmesser
aufweist wie der Kanal 15. Der Querschnittsdurchmesser
der Dornaufnahme 11 ist derart angepasst, dass ein Dorn 32,
der durch ein axiales Ende des Betätigungselements 30 gebildet
ist, in die Dornaufnahme 11 einführbar ist. Im Inneren der Aufnahmehülse 50 bildet
die Übertragungswelle 10 ferner
einen Übertragungsabschnitt 14,
der einen größeren Querschnittsdurchmesser
aufweist als die Aufdickung 13 und der Innendurchmesser
des Innenrings 51 der Aufnahmehülse 50. Der Übertragungsabschnitt 14 weist
eine Gleitfläche 14b,
die sich im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse R erstreckt und
einer Ringfläche 51a des
Innenrings 51 gegenüber
angeordnet ist.
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Im
Bereich des Übertragungsabschnitts 14 weist
die Übertragungswelle 10 ferner
eine Federaufnahme 16 auf, die koaxial zur Dornaufnahme 11 bzw. zum
Kanal 15 angeordnet ist. Die Federaufnahme 16 weist
einen größeren Querschnittsdurchmesser
auf als die Dornaufnahme 11. Innerhalb der Federaufnahme 16 ist
eine Druckfeder 60 angeordnet, die sich einerseits im Bereich
der Aufdickung 13 an der Übertragungswelle 10 und
andererseits an einer Kupplungsfläche 45 eines Kupplungselements 40 abstützt. Das
Kupplungselement 40 ist im Wesentlichen koaxial zur Übertragungswelle 10 angeordnet.
Im ausgekuppelten Zustand, wie in 3 dargestellt,
ist das Kupplungselement 40 von der Übertragungswelle 10 beabstandet
angeordnet.
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Der
maximale Abstand des Kupplungselements 40 bzw. der Kupplungsfläche 45 von
der Übertragungswelle 10 bzw.
der Übertragungsfläche 14a im
ausgekuppelten Zustand beträgt
vorzugsweise höchstens
1,2 mm, insbesondere höchstens
1 mm, insbesondere höchstens
0,8 mm, insbesondere höchstens
0,6 mm.
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Wie
in 4 zu erkennen, weist das Kupplungselement 40 einen
im Wesentlichen zylinderförmigen
bzw. scheibenartigen Kupplungsabschnitt 41 und einen Verbindungsabschnitt 43 auf,
wobei der Verbindungsabschnitt 43 durch einen Fortsatz
des hälftigen
Kupplungsabschnitts 41 gebildet ist. Der Kupplungsabschnitt 41 weist
auf einer der Übertragungswelle 10 zugewandten
Seite eine Kupplungsfläche 45 auf,
die der Übertragungsfläche 14a gegenüber angeordnet
ist. Im eingekuppelten Zustand liegt die Kupplungsfläche 45 an
der Übertragungsfläche 14a an
und bildet eine reib- bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen dem
Kupplungselement 40 und der Übertragungswelle 10.
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Im
Bereich des Kupplungsabschnitts 41 weist das Kupplungselement 40 ferner
eine Mitnahmeöffnung 46 auf,
die gemäß dem hier
dargestellten Ausführungsbeispiel
einen sechskantförmigen
Querschnitt umfasst. Andere Querschnittsformen sind möglich. Die
Mitnahmeöffnung 46 ist
im Wesentlichen komplementär
zu einem Mitnahmeabschnitt 33 des Betätigungselements 30 ausgebildet.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Mitnahmeabschnitt 33 des Betätigungselements 30 ebenfalls
eine Sechskantform auf, wobei auch andere Querschnittsprofile möglich sind.
Der Mitnahmeabschnitt 33 greift in die Mitnahmeöffnung 46 ein,
so dass das Kupplungselement 40 mit dem Betätigungselement 30 drehfest
verbunden ist. An den Mitnahmeabschnitt 33 des Betätigungselements 30 schließt sich
der Dorn 32 an, der in die Druckfeder 60 hineinragt.
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Gegenüber der
Kupplungsfläche 45 weist das
Kupplungselement 40 im Bereich des Verbindungsabschnitts 43 eine
Stirnfläche 42 auf,
an der eine Anschlagfläche 31 des
Betätigungselements 30 bündig anliegt.
Somit besteht zwischen dem Kupplungselement 40 und dem
Betätigungselement 30 in axialer
Richtung eine kraftschlüssige
Verbindung. Die Mitnahmeöffnung 46 ist
auf den Kupplungsabschnitt 41 begrenzt, d. h. im Bereich
des Verbindungsabschnitts 43 besteht zwischen dem Kupplungselement 40 und
dem Betätigungselement 30 keine
formschlüssige
Verbindung. Vielmehr ist im Verbindungsabschnitt 43 eine
Freilaufführung 44 angeordnet,
in der das Betätigungselement 30 bzw.
ein innerhalb des Zerspanelements 20 geführter Schaft 34 des
Betätigungselements 30 frei
beweglich geführt
ist. Der Verbindungsabschnitt 43 weist ferner zwei Kontaktflächen 43a auf,
die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse R der Zerspanvorrichtung angeord net
sind. Den Kontaktflächen
des Verbindungsabschnitts 43 liegen komplementäre Kontaktflächen (nicht
dargestellt) eines Eingriffsabschnitts 21 des Zerspanelements 20 gegenüber. Die
Kontaktflächen 43a bilden
mit den komplementären
Kontaktflächen
des Eingriffsabschnitts 21 eine formschlüssige und
drehfeste Verbindung zwischen dem Kupplungselement 40 und
dem Zerspanelement 20. Die Kontaktflächen 43a können dabei
auf den Kontaktflächen des
Eingriffsabschnitts 21 bzw. des Zerspanelements 20 gleiten,
so dass eine axiale Verschiebbarkeit des Kupplungselements 40 gewährleistet
ist, ohne dass der Formschluss zwischen Kupplungselement 40 und
Zerspanelement 20 gelöst
wird. Die Längserstreckung,
d. h. parallel zur Rotationsachse R, des Eingriffsabschnitts 21 und
des Verbindungsabschnitts 43 ist daher größer als
der maximale Abstand der Kupplungsfläche 45 des Kupplungselements 40 von der Übertragungsfläche 14a der Übertragungswelle 10.
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Das
Zerspanelement 20 ist koaxial zur Aufnahmehülse 50 angeordnet
und mit der Aufnahmehülse 50 fest,
insbesondere drehfest, verbunden. Das Zerspanelement 20 umfasst
einen Außenring 22,
der im Wesentlichen denselben Umfang aufweist wie die Aufnahmehülse 50.
Die äußere Umfangsfläche des
Außenrings 22 fluchtet
also mit der äußeren Umfangsfläche der
Aufnahmehülse 50.
Das Zerspanelement 20 umfasst ferner einen zylinderförmigen Schneidabschnitt 23,
der sich in axialer Richtung zur gemeinsamen Rotationsachse R erstreckt
und an dem der Aufnahmehülse 50 zugewandten
axialen Ende durch den Außenring 22 begrenzt
ist. Anstelle der zylindrischen Form kann der Schneidabschnitt 23 auch
andere Formen umfassen, beispielsweise Kegelformen. Der Schneidabschnitt 23 weist
einen kleineren Querschnittsdurchmesser auf als der Außenring 22.
Der Schneidabschnitt 23 kann ein kreisförmiges bzw. ringförmiges Querschnittsprofil
bilden. Andere Querschnittsprofile sind möglich. Innerhalb der Zerspanelements 20 ist
das Betätigungselement 30 koaxial
angeordnet bzw. geführt.
An einem freien, axialen Ende weist das Betätigungselement 30 eine Schneidspitze 35 auf,
die über
das Zerspanelement 20 bzw. den Schneidabschnitt 23 hervorsteht.
Die Schneidspitze 35 kann Schneidflächen oder Schneidkanten aufweisen,
so dass die Schneidspitze 35 zur spanenden Materialabtragung,
insbesondere zum Vorbohren bzw. Zentrieren, geeignet ist.
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Die
Schneidspitze 35 umfasst vorzugsweise einen Querschnittsdurchmesser
von 1 mm bis 5 mm, insbesondere 1 mm bis 4 mm, insbesondere 2 mm bis
3 mm, insbesondere 2,3 mm. Besonders bevorzugt ist ein Durchmesser
der Schneidespitze 35 im Bereich von 3,0 mm bis 4,7 mm.
Beispielsweise kann die Schneidespitze 35 einen Durchmesser
von 3,0 mm, insbesondere 3,5 mm, insbesondere 4,2 mm, insbesondere
4,7 mm umfassen.
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Der
zylinderförmige
Schneidabschnitt 23 kann einen Querschnittsdurchmesser
von 2,5 mm bis 8 mm, insbesondere 3 mm bis 6 mm, insbesondere 3,3
mm, aufweisen. Die Länge
des Schneidabschnitts 23 kann zwischen 12 mm und 25 mm,
insbesondere zwischen 16 mm und 22 mm, insbesondere 18 mm, betragen.
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Im
Folgenden wird die Funktionsweise der Zerspanvorrichtung beschrieben:
Wenn
die Übertragungswelle 10 bzw.
der Aufnahmedorn durch das Anschlussstück 12 mit einem Antrieb bzw.
einer Antriebseinheit verbunden ist, wird das Drehmoment des Antriebs
in die Übertragungswelle 10 eingeleitet.
Im unbelasteten Zustand, d. h. ohne eine Einwirkung einer Axialkraft
auf das Betätigungselement 20 bzw.
den Fräsdorn
in Richtung der Übertragungswelle 10 bzw.
dem Aufnahmedorn besteht zwischen dem Zerspanelement 20 bzw.
dem Fräser und
der Übertragungswelle 10 bzw.
dem Aufnahmedorn keine drehmomentübertragende Verbindung. Sobald
das Betätigungselement 30 bzw.
der Fräsdorn
beispielsweise durch Aufsetzen der Zerspanvorrichtung auf hartes
Knochengewebe mit einer Axialkraft beaufschlagt wird, wird das Betätigungselement 30 axial
in Richtung der Übertragungswelle 10 verschoben.
Durch die Anschlagsfläche 31,
die an der Stirnfläche 42 des
Kupplungselements 40 anliegt, wird das Kupplungselement 40 ebenfalls
in axialer Richtung gegen die Übertragungswelle 10 bzw. den
Aufnahmedorn verschoben. Dabei gleiten die Kontaktflächen 43a des
Verbindungsabschnitts 43 des Kupplungselements 40 auf
den gegenüber
angeordneten Kontaktflächen
(nicht dargestellt) des Eingriffsabschnitts 21 des Zerspanelements 20.
Bei diesem Vorgang wird der Kupplungsabschnitt 41 des Kupplungselements 40 zwar
vom Eingriffsabschnitt 21 des Zerpanelements 20 getrennt.
Durch die Längserstreckung
des Verbindungsabschnitts 43 bzw. der Kontaktflächen 43a ist
jedoch eine formschlüssige
und drehfeste Verbindung zwischen Kupplungselement 40 des
Zerspanelements 20 und Zerspanelement 20 bzw.
Fräser
gewährleistet.
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Durch
die auf das Betätigungselement 30 aufgebrachte
Kraft und die damit bewirkte Verschiebung des Kupplungselements 40 in
Richtung der Übertragungswelle 10 bzw.
des Aufnahmedorns wird eine reibschlüssige bzw. kraftschlüssige Verbindung zwischen
der Kupplungsfläche 45 des
Kupplungselements 40 und der Übertragungsfläche 14a der Übertragungswelle 10 bzw.
des Aufnahmedorns erreicht. Das in die Übertragungswelle 10 eingeleitete
Drehmoment des Antriebs wird durch die reibschlüssige Verbindung an das Kupplungselement 40 übertragen.
Die Drehmomentweiterleitung erfolgt über die formschlüssige und
drehfeste Verbindung zwischen Kupplungselement 40, Zerspanelement 20 bzw.
Fräser
und Betätigungselement 30 bzw.
Fräsdorn.
Da das Zerspanelement 20 bzw. der Fräser mit der Aufnahmehülse 50 ebenfalls
drehfest verbunden ist, bewirkt das Einkuppeln eine Rotation aller
Bauteile der Zerspanvorrichtung.
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Zur
Betätigung
des Kupplungsmechanismus' ist
es zweckmäßig, auf
das Betätigungselement 30 bzw.
den Fräsdorn
eine Kraft aufzubringen, die größer ist
als die durch die Druckfeder 60 erzeugte Gegenkraft. Dazu
ist die Druckfeder 60 vorzugweise derart dimensioniert,
dass für
den chirurgischen, insbesondere kieferchirurgischen bzw. minimalchirurgischen,
Einsatz ein leichtes Anpressen der Zerspanvorrichtung bzw. des Betätigungselements 30 gegen hartes
Knochengewebe ein Einkuppeln bewirkt. Sobald das harte Knochengewebe
durch das Betätigungselement 30 bzw.
den Fräsdorn
durchdrungen ist, lässt
die Axialkraft nach, so dass die Federkraft der Druckfeder 60 überwiegt,
wodurch das Kupplungselement 40 von der Übertragungswelle 10 getrennt
wird. Damit ist der Drehmomentfluss unterbrochen und das Betätigungselement 30,
das Zerspanelement 20 und die Aufnahmehülse 50 stoppen die Rotation.
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Zusätzlich ermöglicht der
Kupplungsmechanismus ein Stoppen des Zerspanvorgangs bzw. der Rotation
des Zerspanelements 20, wenn das Betätigungselement 30 bzw.
die Schneidspitze 35 in Rotationsrichtung einer erhöhten Gegenkraftkomponente, d.
h. einem Drehmoment, das gegen die Rotation des Zerspanelements 20 bzw.
Betätigungselements 30 wirkt,
ausgesetzt ist. In dem Fall, dass die Schneidspitze 35 im
Knochengewebe verhakt, wirkt auf das Betätigungselement 30 bzw.
den Fräsdorn
eine Gegenkraft zum übertragenen
Drehmoment, so dass der Reibschluss zwischen der Kupplungsfläche 45 des
Kupplungselements 40 und der Übertragungsfläche 14a der Übertragungswelle 10 unterbrochen wird.
Die Übertragungsfläche 14a gleitet
dabei auf der Kupplungsfläche 45.
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Das
bevorzugte Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung betrifft
die Oralchirurgie. Es ist auch möglich,
die Zerspanvorrichtung in anderen medizinischen Bereichen, beispielsweise
der Neurochirurgie, einzusetzen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung
der Zerspanvorrichtung bei implantologischen Eingriffen im Oberkiefer.
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Die
Kieferhöhle
ist nach innen durch die trennende Knochenwand zur Nasenhöhle, zur
Seite nach außen
durch die Knochenwand der Wange und der Jochbeinwurzel begrenzt.
Nach oben wird die große Kieferhöhle durch
eine dünne
Knochendecke von der Augenhöhle
getrennt, wobei die Knochendecke den Boden der Augenhöhle bildet.
Die untere Begrenzung der Kieferhöhle bildet der Sinusboden,
der die Zahnwurzeln der kleinen (prämolaren) und großen (molaren)
Backenzähne
umfasst. Der Sinusboden bildet die knöcherne Trennung der Kieferhöhle von der
Mundhöhle.
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Es
hat sich gezeigt, dass nach Entfernung (Extraktion) eines oder mehrerer
Backenzähne
die Stärke
des Sinusbodens durch Knochenschwund (Atrophie) abnimmt, da die
interne Kaukraftbelastung des Knochens reduziert ist. Auch die verringerte
Ernährung
der Knochenschicht durch die Zähne
bewirkt den Knochenschwund, da sich der lebende Zahn in einer gegenseitigen
Ernährungsdynamik
mit dem ihm tragenden Knochen befindet.
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Wenn
alle Backenzähne
entfernt und auf der Mundseite durch eine auf dem Zahnfleisch aufliegende
Zahnprothese ersetzt sind, bewirkt der Kaudruck der Zahnprothese
auf den Sinusboden einen zusätzlichen
Knochenschwund. Im zeitlichen Verlauf reduziert sich die Knochenschicht
des Sinusbodens in vielen Fällen
zu einer dünnen
Lamelle mit weniger als 1 mm Stärke.
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Mit
der Sinusliftoperation soll daher erreicht werden, die Knochenschicht
des Sinusbodens zu verdicken, wobei bei dieser Operationsmethode
die Innenseite der Kieferhöhlenschleimhaut
angehoben wird. Nach der Verdickung des Sinusbodens ist es wieder
möglich,
Implantate in den Kieferknochen einzusetzen.
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Bei
der Zahnimplantation im Sinuslift-Verfahren unterscheidet man grundsätzlich zwei
Varianten, die direkte und die indirekte Sinusliftoperation. Grundsätzlich ist
die Sinusliftoperation nach den bekannten Verfahren eine invasive
Operationsmethode, die eine relativ hohe Belastung für den Patienten mit
sich bringt.
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Im
Folgenden wir die indirekte Sinusliftoperation im Hinblick auf die
Anwendung der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung
erläutert:
Bei
dem herkömmlichen
Operationsverfahren wird nach Freilegen des Operationsgebietes durch
Abklappen des Zahnfleisches mit einem bekannten chirurgischen Bohrer
ein Bohrloch für
ein zylindrisches Implantatlager bis dicht an die Innenauskleidung
der Kieferhöhle
vorangebracht und die Innenauskleidung mit einem anderen Instrument,
beispielsweise einem Metallstößel bzw.
Osteotom, mechanisch mit leichten Hammerschlägen angehoben. Aufgrund der
Lautstärke
der Hammerschläge
wird das Verfahren von dem Patienten als äußerst unangenehm empfunden, so
dass die Operation meist unter Vollnarkose durchgeführt wird.
Die Vollnarkose stellt für
den Patienten ein erhöhtes,
gesundheitliches Risiko dar. Ferner besteht eine hohe Verletzungsgefahr
der Kieferhöhlenauskleidung
(Schneider'sche
Membran) durch das Anbohren mit dem herkömmlichen chirurgischen Bohrer
bzw. durch die Rissgefahr der Membran bedingt durch die Hammerschläge auf den
Metallstößel. Der
Zeitaufwand der bekannten Operation beträgt ca. 30 bis 45 Minuten. Das
Bohrloch wird im Anschluss mit Fremdmaterial oder Eigenknochen angefüllt, so
dass sich mit Einbringen des Implantatkörpers das Material unter der
Schneider'schen
Membran ausbreiten kann, wodurch der Sinusboden in diesem Bereich
verstärkt
wird.
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Mit
der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung
wird hingegen eine minimalinvasive Operation ermöglicht. Ebenfalls nach Freilegen
des Operationsgebietes durch Abklappen des Zahnfleisches wird der
freiliegende Knochen mit einem herkömmlichen Bohrer angebohrt (ca.
0,5 mm). Anschließend
wird die erfindungsgemäße Zerspanvorrichtung
eingesetzt, die den äußeren harten
Knochen (Compacta), den inneren weichen Knochen (Spongiosa) und
die innere Compacts durchbohrt. Sobald die Schneider'sche Membran erreicht
ist, stoppt der Fräser
bzw. das Zerspanelement 20, wobei der Antrieb weiterhin rotiert.
Auf diese Weise wird die Membran, die die Kieferhöhle schützt, nicht
verletzt, sondern etwa 3,0 bis 5,0 mm angehoben. Das Bohrloch wird
im Anschluss mit Fremdmaterial oder Eigenknochen aufgefüllt, so
dass sich mit Einbringen des Implantats das Material unterhalb der
Membran der Kieferhöhle ausbreiten
kann und keine weitere Verletzungsgefahr für die Schneider'sche Membran besteht.
Der Zeitaufwand der Operation bei Verwendung der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung
beträgt
ca. 5 Minuten.
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Die
direkte Sinusliftoperation wird im Vergleich mit der bisher üblichen
Methode wie folgt durchgeführt:
Nach
Freilegen der seitlichen Kieferhöhlenwand durch
Abklappen des Zahnfleisches wird bei dem herkömmlichen Operationsverfahren
die seitliche Kieferhöhlenwand
in einem ca. 2 cm bis 3 cm großen Bereich
durch eine umlaufende Linie durch einen kugelförmigen Diamantbohrer geschwächt, so
dass sich die seitliche Kieferhöhlenwand
eindrücken
lässt. Der
Zeitaufwand beträgt
ca. 40 bis 60 Minuten. Dabei besteht bei dem herkömmlichen
Verfahren die Gefahr, dass der Diamantbohrer die Knochenwand durchbricht
und durch den Bohrer die Schneider'sche Membran verletzt wird.
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Im
weiteren Verlauf der Operation wird der durch den Diamantbohrer
erzeugte Deckel zusammen mit der schneiderschen Membran nach innen, oben
geklappt, so dass ein Hohlraum entsteht. In diesen Hohlraum werden
Knochenchips aus Eigen- oder Fremdknochen oder auch synthetisches
Knochenersatzmaterial eingebracht. Das bekannte Verfahren ist für den Patienten
schmerzhaft und unangenehm und in der Operationsmethodik aufwändig. Besonders
nachteilig sind postoperative Schmerzen und Schwellungen im Operationsbereich.
Des Weiteren ist die Wartezeit bis zum Einsetzen eines Implantats
relativ Tang (ca. 6 Monate).
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Mit
der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung
wird hingegen eine minimalinvasive Operation ermöglicht. Dabei wird nach Freilegen
der seitlichen Kieferhöhlenwand
durch Abklappen des Zahnfleisches mit der Zerspanvorrichtung bzw.
einem Fräser ein
Fenster in die seitliche Kieferhöhlenwand
eingebracht (Durchmesser ca. 4,0 bis 30,0 mm). Wenn die Schneider'che Membran erreicht
ist, stoppt das Zerspanelement 20 bzw. der Fräskopf (Trepankopf),
wobei der Antrieb sowie die Übertragungswelle 10 weiterhin
rotiert. Auf diese Weise wird die Membran, die die Kieferhöhle schützt, geschont.
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Die
Membran wird ca. 0,3 bis 0,5 mm angehoben. Im Anschluss wird das
Bohrloch mit Fremdmaterial (Knochenersatzmaterial) oder Eigenknochen
angefüllt
und das Fenster mit einer Titanmembran oder resorbierbaren Membran
abgedeckt. Die Schleimhaut (Gingiva) wird wieder an die Kieferhöhlenwand
angelegt und das Operationsgebiet zugenäht. Der Zeitaufwand der Operation
mit der erfindungsgemäßen Zerspanvorrichtung
beträgt
ca. 10 Minuten.
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Zusammenfassend
besteht die Neuheit der erfindungsgemäßen chirurgischen bzw. minimalchirurgischen
Zerspanvorrichtung darin, dass nach der Knochendurchtrennung der
Zerspanvorgang sofort und automatisch bei Kontakt mit Gewebe wie
Membranen, Weichteilen oder Haut stoppt, so dass derartige Gewebe
nicht beschädigt,
verletzt oder durchtrennt werden. Damit wird bei dem Einsatz der
Zerspanvorrichtung eine verbesserte Wirtschaftlichkeit (Zeitersparnis)
erreicht. Medizinische Vorteile betreffen die weitgehende Risikominimierung,
die minimalinvasive Operation und die Herabsetzung der postoperativen
Auswirkungen für
den Patienten.
-
Die
erfindungsgemäße Zerspanvorrichtung kann
auch im Bereich der Neurochirurgie eingesetzt werden, wobei mit
der Zerspanvorrichtung eine Schädelöffnung ermöglicht wird,
ohne die Hirnhaut (Dura Mater) zu beschädigen. Die erfindungsgemäße Zerspanvorrichtung
ist allgemein in der minimalinvasiven Knochenchirurgie einsetzbar.
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- 10
- Übertragungswelle
- 11
- Dornaufnahme
- 12
- Anschlussstück
- 12a
- Ringnut
- 12b
- Anschlussfläche
- 13
- Aufdickung
- 14
- Übertragungsabschnitt
- 14a
- Übertragungsfläche
- 14b
- Gleitfläche
- 15
- Kanal
- 16
- Federaufnahme
- 20
- Zerspanelement
- 21
- Eingriffsabschnitt
- 22
- Außenring
- 23
- Schneidabschnitt
- 30
- Betätigungselement
- 31
- Anschlagfläche
- 32
- Dorn
- 33
- Mitnahmeabschnitt
- 34
- Schaft
- 35
- Schneidspitze
- 40
- Kupplungselement
- 41
- Kupplungsabschnitt
- 42
- Stirnfläche
- 43
- Verbindungsabschnitt
- 43a
- Kontaktfläche
- 44
- Freilaufführung
- 45
- Kupplungsfläche
- 46
- Mitnahmeöffnung
- 50
- Aufnahmehülse
- 51
- Innenring
- 51a
- Ringfläche
- 52
- Absatz
- 60
- Druckfeder
- R
- Rotationsachse