DE202016009108U1

DE202016009108U1 - Chirurgisches trabekuläres Werkzeug

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Publication number: DE202016009108U1
Application number: DE202016009108.6U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-14
Filing date: 2016-11-14
Publication date: 2022-05-11
Anticipated expiration: 2026-11-15

Abstract

Chirurgisches trabekuläres Werkzeug zum Manipulieren oder Entfernen von Knochengewebe, umfassend:
einen Werkzeugkörper;
wenigstens ein Schneidelement, das auf einer Schneidfläche des Werkzeugkörpers bereitgestellt ist, wobei jedes Schneidelement eine oder mehrere Schneidkanten umfasst;
wobei der Werkzeugkörper wenigstens teilweise durch eine trabekuläre innere Struktur gebildet ist, die eine Vielzahl von Materialstreben einschließt, die eine regelmäßige oder unregelmäßige Gitterstruktur bilden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft chirurgische Instrumente zur Knochenbearbeitung, d.h. zum Beispiel zum Bohren, Raspeln, Entfernen oder zur sonstigen mechanischen Manipulation von Knochengewebe. Insbesondere betrifft die Erfindung ein adaptives Einweg-Knochenbearbeitungsinstrument.
Hintergrund
In der orthopädischen Chirurgie und insbesondere in der Implantatchirurgie sind verschiedene Instrumente zum Entfernen oder Bearbeiten von Knochengewebe bekannt, wie z.B. Fräswerkzeuge, chirurgische Bohrfräsen, Fräser, Bohrer, Raspeln und andere. Solche Instrumente können in verschiedenen Formen vorliegen, die jeweils an den spezifischen Hohlraum, der im Inneren des Knochengewebes erforderlich ist, angepasst sind. So können Instrumente zum Beispiel im Allgemeinen kugelförmig oder halbkugelförmig, zylindrisch, konisch oder kompliziertere Kombinationen von Formen sein.
Jedes dieser Werkzeuge kann für die Verwendung als ein Handwerkzeug oder ein Maschinenwerkzeug ausgelegt sein und daher auch mit Adaptern oder Verbindungselementen für Griffe, Antriebselemente oder weiteren Optionen bereitgestellt sein.
Um das Infektionsrisiko während eines chirurgischen Eingriffs zu minimieren, werden Instrumente und Werkzeuge zunehmend als Einweg-Werkzeuge zur einmaligen Verwendung bereitgestellt. Solche Instrumente müssen bestimmte Eigenschaften erfüllen:

- Bereitstellen optimaler Präzision, um einen stabile Knochenhohlraum für Primärstabilität eines Implantats bereitzustellen und erforderliche Oberflächenqualität zu erhalten;
- Erhalten eines Knochenhohlraums, der im Wesentlichen frei von Knochen- und Knorpelspänen ist, so dass ein Bedarf an Spülung und Absaugung des Hohlraums während des chirurgischen Eingriffs minimiert wird;

- reduzierter Schneidwiderstand für Fräser und Bohrfräsen und reduzierter intramedullärer Druck;
- Reduzierung von Herstellungskosten;
- einfaches Sammeln von Knochenmaterial, z.B. für Transplantation;
- einfache und sichere Entsorgung von Instrumenten zur einmaligen Verwendung.

Ein Beispiel für einen chirurgischen Einweg-Fräser ist durch US-Patentanmeldung Nr. 2011/0202060A1 gegeben, wobei der Fräser aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist. Eine halbkugelförmige Oberfläche mit Schneidelementen wird mit einem Basiselement und inneren strukturellen Stützen kombiniert. Weitere Beispiele sind in US 6120508 angegeben, die eine Einweg-Knochenraspel offenbart.
Obwohl es chirurgische Instrumente gibt, die einige dieser Kriterien erfüllen, besteht ein Bedarf an einem verbesserten Werkzeug und Herstellungsverfahren, das alle erforderlichen Merkmale optimiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart ein chirurgisches Einweginstrument gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Im Allgemeinen wird Materialbedarf erheblich reduziert, indem ein chirurgisches Werkzeug mit einer inneren Gitterstruktur bereitgestellt wird, die wenigstens partiell durch ein Gitter aus Materialstangen oder Streben, wie z.B. eine Wabenstruktur, gebildet wird, während strukturelle Stabilität und Schneidkräfte des Werkzeugs beibehalten werden. Die Struktur kann ähnlich einer aus Knochengewebe bekannten trabekulären Struktur sein und kann daher für Zwecke dieser Erfindung auch als „trabekuläre Struktur“ bezeichnet werden. Werkzeuge mit solchen trabekulären inneren Strukturen können unter Verwendung dreidimensionaler additiver Herstellungsverfahren hergestellt werden. Erforderliche Dicken von Streben, Gitterabmessungen und weitere strukturelle Merkmale für den Herstellungsprozess können von numerischer Modellierung für jede Anwendung erhalten werden.
Auf diese Weise werden maßgeschneiderte chirurgische Werkzeuge mit deutlich reduzierten Herstellungskosten und optimalen Eigenschaften bereitgestellt.
Gemäß der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug zum Manipulieren oder Entfernen von Knochengewebe bereitgestellt, das umfasst einen Werkzeugkörper; wenigstens ein an dem Werkzeugkörper bereitgestelltes Schneidelement, wobei das Schneidelement eine Anzahl von an dem Schneidelement angeordneten Schneidkanten umfasst; wobei der Werkzeugkörper wenigstens teilweise durch eine innere trabekuläre Struktur, die eine Vielzahl Materialstreben einschließt, die eine regelmäßige oder unregelmäßige Gitterstruktur bildet, die die Schneidelemente und umgebende innere leere Ausnehmungen, beginnend mit den Einlässen der Schneidkanten, stützt und verbindet, gebildet wird. Die Schneidkanten sind bevorzugt massiv ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die Gitterstruktur auf einer kreisförmigen, rechteckigen, dreieckigen, sechseckigen oder viereckigen Grundform basiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die trabekuläre Gitterstruktur eine unregelmäßige Struktur ist, oder wobei die Gitterstruktur eine einer wabenförmigen, kubischen oder pyramidenförmigen Struktur ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die trabekuläre Werkzeugkörperstruktur bereitgestellt ist, tragend und verbindend Schneidelemente entlang einer inneren Schneidfläche mit umgekehrter Kuppelstruktur.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die trabekuläre innere Struktur mehrere leere Säulen oder Ausnehmungen mit zunehmendem Volumen einschließt, die sich von den Einlässen an einer inneren Fläche der Schneidkanten spiralförmig in Richtung der Mitte und dem unteren Ende des Werkzeugkörpers erstrecken und in einem mittigen gemeinsamen Hohlraum enden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die Schneidelemente, die eine Vielzahl von Schneidkanten einschließen, radial über die Schneidfläche angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei das chirurgische Werkzeug ein Knochenfräser, eine Raspel, eine Bohrfräse oder ein Bohrer ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei der Werkzeugkörper halbkugelförmig, kugelförmig, konisch oder zylindrisch gebildet ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die Schneidfläche Einlässe zum Abführen von Knochen- und Knorpelspänen von der Oberfläche in Richtung eines Inneren des Werkzeugkörpers aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug zum Manipulieren oder Entfernen von Knochengewebe bereitgestellt, das einen Werkzeugkörperkern umfasst, der mehrere Kernringe einschließt, die fest an einer seitlichen Fläche des Werkzeugkörperkerns befestigt sind; wenigstens ein Schneidelement, das mehrere Schneidkanten auf einer Seite umfasst, und ferner mehrere Führungsringe umfasst, die fest an einer zweiten Seite befestigt sind; wobei das obere Ende des Schneidelements schwenkbar an einem oberen Ende des Werkzeugkörperkerns befestigt ist und die Kernringe und die Führungsringe so ineinandergreifen, dass das Schneidelement beweglich, aber begrenzt, mit dem Werkzeugkörperkern verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei der Werkzeugkörperkern wenigstens teilweise durch eine trabekuläre innere Struktur gebildet ist, die eine Vielzahl von Materialstreben einschließt, die eine regelmäßige oder unregelmäßige Gitterstruktur bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei Kettenelemente, die mehrere ineinandergreifende Kettenglieder umfassen, zwischen dem Körperkern und dem wenigstens einen Schneidelement und / oder zwischen ersten und zweiten Schneidelementen, bevorzugt benachbarten Schneidelementen, verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Werkzeug bereitgestellt, wobei die Kernringe und die Führungsringe so angeordnet sind, dass das Werkzeug eine offene stabile Stellung mit maximalem Werkzeugdurchmesser und eine geschlossene Stellung mit reduziertem Werkzeugdurchmesser einnehmen kann.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden weiter unter Bezugnahme auf beispielhafte Figuren ausführlicher beschrieben, wobei

1 einen beispielhaften Acetabulumfräser mit Schneidelementen und einer inneren Struktur zeigt;
2.1 einen vertikalen Querschnitt des Fräsers von 1 zeigt,
2.2 beispielhafte Varianten für die Form der Schneidelemente entlang der Fräseroberfläche von 1 zeigt;
3 eine Unteransicht des Fräsers von 1 ist;
4 eine Draufsicht des Fräsers von 1 ist;
4.2 Varianten für die Schneidkanten von 1 zeigt;
5.1 ein partieller vertikaler Querschnitt eines Fräsers in dem Bereich eines Schneidelements mit der stützenden trabekulären inneren Struktur und den von den Schneidkanten beginnenden zu der Achse zunehmenden leeren Ausnehmungen ist;
5.2 ein horizontaler Querschnitt eines Fräsers ist, der die Schneidkanten mit der trabekulären Körperstruktur zeigt, die auch die äußere Schicht bildet und im Inneren leere Ausnehmungen bildet;
6.1 beispielhaft verschiedene Gitterstrukturen für die innere Struktur eines chirurgischen Instruments zeigt;
6.2 beispielhaft einen Querschnitt an der Außenfläche als erstes parallel und als zweites senkrecht an den Schneidkanten zeigt, die in der Bewegungsrichtung gerichtete Führungsvorsprünge an den Außenstreben zeigen;
6.3 Querschnitte von unterschiedlichen Streben-Teilstückauslegungen zeigt;
7 eine Seiten- und eine Unteransicht einer konischen Raspel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 Seiten- und Draufsichten einer weiteren Ausführungsform eines Kugelsegmentfräsers gemäß der Erfindung zeigt;
9 eine weitere Ausführungsform eines zylindrischen Fräsers gemäß der Erfindung zeigt;
10 Seiten- und Draufsichten einer weiteren Ausführungsform eines Fräsers in der Form eines Kegelstumpfes gemäß der Erfindung zeigt;
11 Seiten- und Draufsichten einer Ausführungsform eines zylindrischen Bohrers zeigt;
12 Seiten- und Draufsichten einer weiteren Ausführungsform eines konischen Bohrers zeigt;
13 Seiten- und Draufsichten einer weiteren beispielhaften Ausführungsform eines Fräsers mit einem inneren, umgekehrt kuppelartigen aktiven Reibhohlraum zeigt;
14 und 15 weitere beispielhafte Fräservarianten der Erfindung für minimalinvasive chirurgische Eingriffe sind;
16 einen vertikalen Querschnitt eines beispielhaften Fräsers mit einer peripheren trabekulären und inneren hohlen Struktur zeigt;
17.1 eine Unteransicht eines expandierbaren Fräsers für minimalinvasive chirurgische Eingriffe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in geschlossener Stellung ist;
17.2 eine Ansicht des Fräsers von 17.1 in expandierter Schneidstellung ist;
18 ein partieller Querschnitt eines expandierbaren Fräsers ist;
19 ein Querschnitt eines expandierbaren Fräserkörperkerns ist, der die befestigten Führungsringe zeigt;
20 die Verbindungsringe eines expandierbaren Fräsers in offener und geschlossener Stellung zeigt;
21 verschiedene Elemente, die zur Befestigung an und Handhabung von chirurgischen Werkzeugen gemäß der Erfindung geeignet sind, zeigt; und
22 zeigt eine beispielhafte Pressvorrichtung zum Entsorgen von chirurgischen Werkzeugen und Sammeln von Transplantationsknochenmaterial gemäß der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen
1 zeigt einen Acetabulumfräser 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf Fräser oder eine bestimmte Art von chirurgischen Werkzeugen beschränkt, obwohl dieser Fräser im Detail beschrieben wird, um die allgemeinen Ideen der Erfindung zu verstehen.
Acetabulumfräser umfassen in der Regel eine halbkugelförmige Oberfläche 2, die mit Schneid- oder Raspelelementen 4, wie z.B. einer Vielzahl von Schneidkanten 6 oder Zähnen, bereitgestellt ist. Diese Schneidkanten 6 sind über die halbkugelförmige Oberfläche 2 angeordnet, so dass Knochengewebe entfernt werden kann, indem entsprechender Druck in Richtung des Knochens ausgeübt wird und der Fräser 1 in einer vordefinierten Richtung rotiert wird.
Gemäß dem beschriebenen Beispiel sind Schneidelemente 4 in der Form von mehreren Schneidkanten 6 entlang Linien angeordnet, die sich von dem Scheitel 24 der halbkugelförmigen Schneidfläche 2 in Richtung des unteren Endes 26 der Halbkugel erstrecken. Alternativ kann ein Schneidelement 4 als eine einzige durchgehende Schneidkante 6 oder als eine andere geometrische Anordnung mehrerer Schneidkanten 6 gebildet sein. Strukturelle Details der Schneidelemente 4 werden weiter unten genauer beschrieben. Im Allgemeinen können die Elemente 4 durch Bereitstellen von scharfen Schneidkanten gebildet werden, die im Verhältnis zu Abschnitten zwischen den Schneidkanten aus der Oberfläche vorstehen. Ausrichtung der Schneidkanten kann z.B. parallel entlang der Linienanordnung eines Schneidelements erfolgen, oder die Kanten können anders ausgerichtet sein.
1 und insbesondere der in 2 dargestellte Querschnitt zeigen auch die innere Struktur eines chirurgischen Werkzeugs gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Der Werkzeugkörper 1 ist teilweise oder vollständig als eine trabekuläre innere Struktur 10 mit Gitterelementen verschiedener Größen und Formen aufgebaut, die durch Materialstreben 12, Stäbe oder Stangen gebildet werden. Solche Strukturen sind aus Knochengewebe als Trabekel bekannt, und die vorgeschlagene Struktur wird daher als eine trabekuläre Struktur 10 in dieser Beschreibung bezeichnet. Eine solche Struktur 10 kann eine klassische Wabenstruktur sein, kann aber auch andere Gittertypen wie z.B. kubische und pyramidenförmige und unregelmäßige Gitter, wie z.B. poröse oder schaumartige Strukturen oder eine Mischung dieser Strukturen einschließen. Auch können die trabekulären Strukturen 10 in bestimmten Abschnitten des Werkzeugkörpers 1 vorhanden sein, während andere massiv ausgeführt sind, wie z.B. die Schneidelemente oder Verbindungsteile zu den Adaptern. Verwendung von trabekulären Strukturen innerhalb des Werkzeugkörpers ermöglicht es, Wandstärke und Materialverbrauch im Allgemeinen aufgrund der verbesserten Stabilität, die durch das Gitter bereitgestellt wird, zu reduzieren, während gleichzeitig erforderliche Schneidkräfte und Werkzeugfestigkeit beibehalten werden. Jedes Gitterelement wird durch die Streben 12, die das Gitter bilden, definiert. Solche Strukturen können auch offenzellige Schäume einschließen, die auch als netzartige Schäume bezeichnet werden. Grundsätzlich beschreibt dies eine Zellstruktur, bei der nur die Ränder erhalten bleiben, wobei die Flächen oder Wände fehlen. Die Gitterstruktur kann ein regelmäßiges Gitter oder eine unregelmäßige Struktur sein.
Die Erfindung kann jedoch auch Gitterstrukturen mit geschlossenen oder partiell geschlossenen Flächen / Wänden einschließen, d.h. geschlossenzellige Schäume oder Gitter. In allen Ausführungsformen können die offenen Gitterstrukturen 10 gemäß der Erfindung durch solche (partiell) geschlossenzelligen Strukturen ersetzt oder mit ihnen kombiniert werden, und der Begriff „trabekulär“ soll für Zwecke dieser Erfindung beide Möglichkeiten einschließen. Für die Zwecke dieser Beschreibung sollte ferner beachtet werden, dass der Begriff „Schneidfläche“ 2 in einem geometrischen Sinne verwendet wird, um wenigstens eine Außenfläche des Werkzeugkörpers zu beschreiben, die Schneidelemente / -kanten trägt, und nicht notwendigerweise eine kontinuierliche oder geschlossene Oberfläche beschreibt; vielmehr können die Schneidkanten 6 bevorzugt direkt von Streben 12 einer offenen trabekulären Struktur 10 gestützt werden, wie unten ausführlicher beschrieben wird. Dennoch ist auch eine durchgehende Oberfläche oder im Wesentlichen durchgehende Oberfläche mit Schneidkanten und entsprechenden Einlässen innerhalb des Umfangs dieser Erfindung.
Die Streben oder Stäbe 12, die die trabekuläre Struktur 10 bilden, können selbst innerhalb einer Struktur unterschiedliche Abmessungen und Geometrien aufweisen, und im Falle von partiell geschlossenzelligen Gitterstrukturen kann die Wandstärke und auch die Oberfläche des Werkzeugs konstant oder über das Werkzeug variieren. All diese Eigenschaften sind abhängig von beabsichtigter Verwendung des Werkzeugs, den strukturellen Merkmalen, Kräften und anderen Variablen. Materialbedarf kann auf diese Weise auf 2-3 % des gesamten Körpervolumens reduziert werden, was Herstellungskosten erheblich senkt, insbesondere bei Einwegwerkzeugen. Bei anderen Anordnungen mit massiveren Abschnitten kann mehr als 2-3 Vol.-% in Material für den Werkzeugkörper verwendet werden.
In 2 als eine beispielhafte Ausführungsform ist gezeigt, dass sich trabekuläre Strukturen 10 von den Oberflächenbereichen in Richtung der Mitte des Werkzeugkörpers erstrecken, bereitstellend strukturelle Stütze für die halbkugelförmige Oberfläche 2, während zwischen diesen Strukturen Löcher oder Hohlräume 22 sind, die Kanalstrukturen bilden. Diese Kanäle 22 ermöglichen Ableitung und Aufnahme von Knochen- und Knorpelspänen, was daher das Erfordernis für Reinigung des Knochenhohlraums während chirurgischen Eingriffs erleichtert oder vermeidet. Die sich abwechselnden trabekulären 10 und löchrigen 22 Strukturen sind in dem Beispiel von 5 ausführlicher dargestellt. Wie hier gezeigt, können die säulenartigen trabekulären Strukturen in Richtung der Mitte des Werkzeugkörpers 1 in der Breite abnehmen und können zunehmend leere Ausnehmungen einkapseln, aber können auch konstante Breite oder kompliziertere Auslegungen aufweisen.
Neben der in 2 gezeigten Struktur ist nahezu jede andere Kombination von trabekulären Strukturen 10, Hohlräumen 22 und Massivstrukturen denkbar. Zum Beispiel können innere Querschnitte eines Werkzeugs sternförmig oder spiralförmig wie in 5 oder weihnachtsbaumartig für die Raspel sein, aber können auch kreisförmig oder rechteckig geformt sein.
2.2 zeigt Variationen der Schneidelementanordnung, wobei jedes Schneidelement 4 durch eine Anordnung einer oder mehrerer Schneidkanten 6 gebildet wird. Linien von Schneidelementen über die Werkzeugoberfläche 2 können gerade Linien sein, d.h. gerade Linien, die auf die Oberfläche projiziert werden, wie in Beispiel a); auch können Schneidkanten 6 entlang wellenförmigen (b), schrägen oder zickzackförmigen (c) Linien über die Oberfläche angeordnet sein. Auch kann Länge von jeder Schneidkante 6 und Anzahl von Schneidkanten 6 entlang dieser Linien variieren; bevorzugt sind Schneidkanten in der Nähe des Scheitels 24 am längsten, und Längen der Schneidkanten werden dann in Richtung des unteren Endes 26 einer Halbkugel reduziert. Dies führt zu besserer Zentrierung des Fräsers 1 und einem präziseren Knochenhohlraum. Es ist jedoch auch möglich, gleich lange Schneidkanten bereitzustellen oder Stelle und Kantenlänge auf der Grundlage der erforderlichen Kraft an der spezifischen Stelle anzupassen.
3 ist eine Unteransicht eines beispielhaften halbkugelförmigen Fräsers 1 über Ebene B-B, wie in 1 gezeigt. Wiederum kann die trabekuläre Struktur 10 innerhalb des Werkzeugkörpers gesehen werden. Zusätzlich umfasst das untere Ende 26 des Werkzeugs einen Verbindungsabschnitt 40, wie z.B. eine Anpassungs- oder Verbindungsplatte und Löcher für Befestigungsmittel, die massive ausgeführt sein können. Dieser Verbindungsabschnitt 40 kann dazu verwendet werden, das chirurgische Werkzeug mit Griffen, Antriebselementen, Stäben oder anderen Elementen zu verbinden, die zur Handhabung, Bewegung und zum Antrieb des Werkzeugs verwendet werden. Jedes gewöhnliche Verbindungssystem kann verwendet werden, wie z.B. Schrauben, Einrastelemente, Befestigungsgewinde und andere.
4 ist eine Draufsicht auf einen beispielhaften Fräser 1. Es ist zu erkennen, dass die Schneidkanten 6 entlang Linien angeordnet sind, die sich radial über die halbkugelförmige Oberfläche 2 erstrecken. Wie bereits erwähnt, ist dies nur eine beispielhafte Möglichkeit für Anordnung von Schneidelementen 4 an chirurgischen Werkzeugen gemäß der Erfindung.
Wie in 4.2 zu sehen ist, können die Schneidelemente 4 durch Veränderung der Kantenstruktur von Schneidkanten 6 weiter variiert werden. Zum Beispiel können Schneidkanten 6 glatt sein wie in Variante a), aber können auch eine gezahnte Kante wie in b) und / oder Kanten mit Einschnitten entlang des Blatts wie in c) aufweisen. Schneidkanten 6 können als „Klauen“ mit einer Anzahl von halbkreisförmigen Kanten gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann Schneidkantengeometrie im Querschnitt abgeschrägte Kante, V-förmig, Meißelkante, konvexe Kante oder anders sein. Unterschiedliche Blattvarianten und / oder Kantengeometrien können auch über die Werkzeugoberfläche kombiniert werden.
6.1 zeigt einige Möglichkeiten für Gitter der trabekulären Struktur 10 des Werkzeugkörpers 1 oder Abschnitten des Werkzeugkörpers. Beispiel 1 ist eine kubische Gitterstruktur, während Beispiel 2 eine sechseckige Grundstruktur mit rechteckigen Seitenelementen ist. Wie bereits erwähnt, kann jede dieser Strukturen 10 bevorzugt aus Streben oder Stangen 12 vordefinierter Größe gebildet sein, die ein offenes Gitter bilden, aber in einigen Ausführungsformen auch partiell geschlossene Zellwände aufweisen können. Auch können die trabekulären Strukturen 10 in einer regelmäßigen Weise, wie in diesen Figuren gezeigt, gebildet sein oder können auch im Wesentlichen unregelmäßig bis hin zu einer schaumartigen oder schwammartigen Materialstruktur gebildet sein. Eine weitere Möglichkeit ist eine gewellte Kernstruktur, bei der zwei im Wesentlichen flache Schichten auf beiden Seiten einer gewellten Stabilisierungsstruktur angeordnet sind, die eine übereinandergeschichtete Schicht bilden. Beispielhafte regelmäßige Gitterstrukturen 10 sind waben-, pyramiden- oder würfelförmige Strukturen.
6.2 zeigt einen Querschnitt beispielhafter Schneidkanten- 6 Strukturen mit Schneidwinkel α und Freiwinkel β, die in der Figur angegeben sind. Beide Winkel und sind so ausgelegt, dass sie in Richtung des unteren Endes oder des Teilungskreises des Werkzeugs abnehmen, um Selbstzentrierung während Verwendung zu erreichen. Im Falle einer Raspel sind sowohl Schneidwinkel als auch Freiwinkel der Schneidkanten 6 in ähnlicher Weise abgenommen, beginnend von der Keilachse (siehe 7 und Beschreibung unten) und abnehmend in Richtung peripheren Bereichen der Raspel.
Die trabekulären Streben können, wie in 6.3 gezeigt, auf einer Querschnittsgeometrie basieren, wie z.B. einem kreisförmigen (1), rechteckigen (2), konkaven dreieckigen (3), konkaven viereckigen (4) oder einen anderen Querschnitt.
Wie in 6.2 zu sehen, können die peripheren trabekuläre Strukturen 10 in unterschiedlicher Tiefe in Bezug auf die Werkzeugoberflächen bereitgestellt sein. Diejenigen Elemente, die in Rotations- / Bewegungsrichtung des Werkzeugs ausgerichtet sind, sind durch die äußere Werkzeugoberfläche verstärkt und sind partiell erhöht (siehe Querschnitt B-B' in 6.2), so dass die erhöhten Elemente als zusätzliche Führung zur Beibehaltung von Schneidrichtung des Werkzeugs dienen können. Die Elemente sind höchstens bis zu dem Niveau des freien Bereichs der Schneidelemente erhöht.
Auch können die trabekulären Strukturen 10 an unterschiedlichen Stellen über das Werkzeug unterschiedlich sein. Zum Beispiel können Gitterstruktur und Größe von der an dieser Stelle verwendeten Schneidkantenauslegung beeinflusst werden, und Streben- 12 Geometrie kann sogar innerhalb einer Gitterstruktur variieren.
Innere trabekuläre Strukturen von Werkzeugen wie z.B. Fräsern und Bohrern können spiralförmig mit einer Richtung entgegen der Rotationsrichtung des Werkzeugs 1 angeordnet sein, beginnend an den Schneidelementen 4 und mit abnehmendem Volumen in Richtung der Mittelachse, definierend leere Ausnehmungen oder Hohlräume 22, die von den Schneidkanten 6 zu der Mitte zunehmen, um Stauung des abgetragenen Gewebematerials im Inneren des Werkzeugs zu verhindern. 5 zeigt eine solche spiralförmige Struktur.
In einer Raspel können die inneren trabekulären Strukturabschnitte in ähnlicher Weise im Volumen abnehmen, beginnend an den Schneidelementen und in einer Richtung entgegen Schneidrichtung in Richtung der Mitte.
Strukturelle Merkmale des chirurgischen Werkzeugs können auf der Grundlage von Simulationen und numerischen Analysen, wie z.B. einer Finite-Elemente-Methode (FEM) - Analyse, an jedes spezifische Anwendungsszenario angepasst werden. Eingabewerte für solche Berechnungen können erforderliche Größe und Form des Instruments 1, Material, Verwendungsvarianten, erforderliche Schneidkräfte, Schneidwiderstände von Gewebe und / oder andere umfassen. Dynamische Überlegungen für Werkzeugstabilität können ebenso eingeschlossen werden wie Langzeitverschleiß, insbesondere für keine Einwegwerkzeuge.
Solche Eingangsvariablen können entweder von einem Benutzer aus einer vordefinierten Auswahl von Werten und Bedingungen ausgewählt werden, oder können ohne Einschränkungen von dem Benutzer ausgewählt werden. Zum Beispiel könnte ein Softwaremodul bereitgestellt werden, in dem mehrere chirurgische Bedingungen und Anwendungen oder spezifische Implantate eines Herstellers zur Auswahl angezeigt werden, so dass der Benutzer keine umfangreichen Details der erforderlichen Materialien und Formen von jedem Werkzeug wissen muss. Diese Details könnten in einer Datenbank oder einem Softwareabschnitt vordefiniert sein. Ein Benutzer könnte dann z.B. einen Fräser für Hüftimplantchirurgie eines bestimmten Typs auswählen und aufgefordert werden, erforderliche Abmessungen oder andere Details, wie z.B. Patientendetails, einzugeben. Alternativ oder zusätzlich könnte Auswahl von Variablen in einem sequentiellen Benutzerdialog erfolgen, bei dem erforderlichen Datenfelder auf der Grundlage früherer Antworten abgefragt werden. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Eingabewerte für numerische Simulation optimierter Werkzeuge aus anderen Modulen oder externen Datenquellen erhalten werden.
Auf diese Weise können maßgeschneiderte Werkzeuge für sehr spezifische Einstellungen ausgewählt, ausgelegt und modelliert werden.
Als Antwort kann die Analyse dann die strukturellen Details des Werkzeugs in der Form von Ausgabewerten zurückgeben, einschließlich erforderlicher Dicke von Strukturen, Form, Größe und Art von Gitterelementen, partielle und gesamte Abmessungen des Werkzeugs, Angabe von massiven und hohlen Abschnitten usw. Softwaremodule können entweder resultierende Ausgabewerte einem Benutzer bereitstellen, Werte in einer Datenbank speichern, Werte zur weiteren Verarbeitung an ein weiteres Modul weiterleiten oder können aus diesen Werten ein vollständiges digitales Modell bilden, das dann für Herstellung weiterverarbeitet werden kann, d.h. als eine Eingabedatei für Herstellungsverfahren. Für Modellierung des Werkzeugs und als Dateiformat können in der Technik bekannte Standardformate verwendet werden.
Aufgrund der inneren Struktur des erfinderischen Werkzeugs eignen sich dreidimensionale additive Herstellungsverfahren besonders für Produktion von Werkzeugen und Instrumenten gemäß der Erfindung. Solche Verfahren basieren auf aufeinanderfolgenden Materialschichten, die aus einem Datenmodell gebildet werden, um ein Objekt zu erzeugen. Die Materialien für solche Herstellungsprozesse können im Allgemeinen Polymere, Kautschuke, Metalle und Metalllegierungen, keramische Materialien, Matrixmaterialien, Hybridmaterialien wie z.B. Cermet und andere einschließen. Für Werkzeuge und Instrumente der vorliegenden Erfindung können Materialien auf der Grundlage struktureller und funktioneller Anforderungen ausgewählt werden und können auch miteinander kombiniert werden.
Als ein Beispiel können Metalle und Metalllegierungen in additiven Herstellungsverfahren auf der Grundlage von Lasersintern, Laserschmelzen, Elektronenstrahlschmelzen, Laminieren, 3D-Drucken und Extrusionsabscheidung verwendet werden. Rohmaterial für solche Verfahren kann z.B. in der Form von Pulver, Granulat, Drähten, Filamenten, Laminaten und anderen vorliegen. Viele dieser Verfahren sind für Metalle und Legierungen jeglicher Art, keramische Materialien, Polymere, Hybridmaterialien und andere verfügbar. Der Fachmann ist mit einer großen Anzahl solcher additiven Herstellungsverfahren und deren Details vertraut, und nicht jedes Detail dieser Verfahren werden hier beschrieben. Man wird auch erkennen, dass andere Herstellungsverfahren angewendet werden können auf und angepasst werden können an Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, solange diese Verfahren die erforderlichen inneren Strukturen für ein Werkzeug produzieren können.
Optional können Werkzeuge und Werkzeugteile, die mit solchen Verfahren hergestellt werden, weiterbearbeitet werden, z.B. durch Hinzufügen von Beschichtungen auf der Oberfläche oder durch Aushärten von Oberflächen, um bessere Schneideigenschaften und Werkzeugfestigkeit zu erhalten.
In Abhängigkeit von dem spezifischen Herstellungsverfahren und von den Anforderungen an das resultierende Produkt können solche Verfahren ähnlich zu Rapid Prototyping für einzelne Werkzeuge und besondere Anforderungen verwendet werden und / oder können in Massenherstellung eingesetzt werden, z.B. zur Bereitstellung von Einwegwerkzeugen, die mit spezifischen Implantaten kompatibel sind. Auch der Schritt von Simulation der erforderlichen Werkzeugstruktur kann direkt in den Herstellungsprozess integriert sein oder völlig separat durchgeführt werden.
7 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung in der Form einer Raspel 1. Der Werkzeugkörper 1 weist eine runde, langgestreckte Form auf. Hier sind Schneidkantenelemente 4 in einer keilförmigen Anordnung über der Oberfläche 2 angeordnet, wobei die Keilachse von der Mittelachse versetzt ist, um eine gerichtete Kraft zu erhalten. Die gekeilten Linien zeigen in Richtung des vorderen Endes des Werkzeugs. Wie in der Unteransicht zu sehen ist, kann der Werkzeugkörper 1 wieder Verbindungs- / Befestigungsabschnitte 40 für Antriebs- und Halteelemente umfassen.
8 bis 15 stellen einige weitere Beispiele für die Werkzeugkörpergeometrie von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereit.
In 8 ist ein Fräser ähnlich zu dem in 1 gezeigt, wobei ein kugelförmiger Segmentkörper 1 mit Schneidkanten 6 entlang radialer Linien bereitgestellt ist, die sich an dem Scheitel 24 treffen. Die Fläche des unteren Endes 26 kann kleiner als der größte Querschnitt sein, indem ein sich nach innen konischer Körperabschnitt unterhalb des Kugelsegments hinzugefügt wird, aber sie kann auch in dem kugelförmigen Element eingedrungen sein.
9 zeigt dann eine flache zylindrische Alternative, wieder mit sich radial erstreckenden Schneidelementen 4, die hier an der flachen zylindrischen Endfläche 2 angeordnet sind. Wieder kann der untere Endabschnitt nach innen konisch sein oder mit dem gleichen Umfang bereitgestellt sein.
In 10 ist ein abgeschrägter zylindrischer Fräser gezeigt, d.h. aufweisend einen Werkzeugkörper 1, der als ein Kegelstumpf geformt ist. In dem vorliegenden Beispiel sind Schneidelemente 4 sowohl an der abgeschnittenen Oberseite 2 als auch an der seitlichen Oberfläche 2 angeordnet, wie aus dem Querschnitt gesehen werden kann. Die Schneidelemente 4 können, wie in der Figur gezeigt, in durchgehenden Linien über die abgeschnittene Kante verlaufen oder können unterschiedlich an den beiden Oberflächen 2 angeordnet sein.
11 zeigt einen weiteren zylindrischen, eher langgestreckten Fräser oder Bohrer. Die Draufsicht unten zeigt, wie Schneidelemente 4 sowohl an der Oberseite 2, die einen im Vergleich zu dem Werkzeugkörper 1 reduzierten Radius aufweist, als auch entlang der seitlichen Oberfläche 2 angeordnet sind.
12 ist ein weiterer beispielhafter Bohrer, der ähnlich zu dem in 11 in seiner langgestreckten Form und dem verringerten Radius der Endoberfläche ist, aber zusätzlich in Richtung seines Endes konisch ist, d.h. der Körperradius nimmt in Richtung der Spitze kontinuierlich ab.
13 zeigt ein weiteres spezielles Beispiel eines Fräsers, die zur Präparation eines Oberschenkelkopfes oder ähnlicher Knochenstrukturen, wie z.B. Fingerknochen, z.B. in der Resurfacing Chirurgie verwendet werden kann. In diesem Fall weist der Werkzeugkörper 1 eine halbkugelförmige Ausnehmung auf, die zur Aufnahme der Knochenstruktur angepasst ist, und die Schneidelemente 4 sind innerhalb des ausgesparten Hohlraums bereitgestellt. Ansonsten ist die allgemeine Struktur ähnlich zu den zuvor beschriebenen Werkzeugen; Schneidelemente 4 sind auch in diesem Beispiel, obwohl in Struktur umgekehrt, in linearen Anordnungen an der ausgesparten Schneidfläche 2 bereitgestellt.
14 und 15 zeigen weitere Ausführungsformen von Fräsern, jedoch mit partieller Werkzeugkörpergeometrie. Wie zu sehen ist, basieren beide Fräser auf einem halbkugelförmigen Fräser wie z.B. der in 1 bis 4, jedoch sind Segmente der Halbkugel an einer (15) oder mehreren (14) Seiten abgeschnitten. Durch das Abschneiden verbleiben eine oder mehrere flache, vertikale, seitliche Oberflächen, die wie in 14 parallel sein können, aber auch unterschiedlich angeordnet sein können. Solche Werkzeuge sind insbesondere nützlich für Chirurgie mit kleinen Einschnitten, wie z.B. minimalinvasive Chirurgie oder andere Situationen mit reduziertem Operationsbereich, da die Werkzeugkörpergeometrie Einführen und Zurückziehen des Werkzeugs erleichtert, aber aufgrund der Werkzeugrotation noch den gleichen Knochenhohlraum ergibt. Natürlich kann dieses Prinzip von reduzierter Werkzeugkörpergröße auch auf andere Werkzeuge und Formen angewendet werden.
In 8 bis 13 ist auch ein Wellenkanal 28 gezeigt, der in einem Werkzeugkörper eingeschlossen sein kann, um einen Ausrichtwelle oder einen Ausrichtstift in das Werkzeug einzuführen, was korrekte Ausrichtung während Bearbeitung erleichtert. Eine entsprechende Öffnung kann in der Adapterplatte 40 an dem unteren Ende 26 des Werkzeugs vorhanden sein.
16 zeigt einen weiteren Querschnitt eines beispielhaften Werkzeugs. In diesem Fall ist die innere Struktur des Werkzeugs (wie z.B. ein Fräser) durch eine trabekuläre Struktur 10, die einen Hüllabschnitt mit definierter Dicke bildet, an den sich ein innerer hohler Hohlraum 22 anschließt. Das Kuppellayout stellt dem Werkzeug auch Stabilität bereit, während die trabekuläre Wandstruktur Materialbedarf reduziert.
Als weitere beispielhafte Ausführungsform wird ein zusammenklappbarer Fräser 1 vorgestellt, wie gezeigt in 17 bis 22.
Die allgemeine Struktur umfasst einen mittigen Kern 31, wie z.B. einen Kegel, einen Zylinder oder einen Kegelstumpf. Dieser Kernkörper 31 kann ganz oder partiell mit einer inneren trabekulären Gitterstruktur 10 bereitgestellt sein, ebenso wie für andere Werkzeuge bereits einzeln aufgeführt. An dem oberen Ende oder Scheitel 24 des Kerns können feste Schneidkantenelemente 4 angeordnet sein. Dann sind um den Umfang des Kerns Ringe 33 bereitgestellt, die an der seitlichen Oberfläche befestigt oder mit ihr verbunden sind. Diese Kernringe 33 sind nicht notwendigerweise kreisförmig, sondern können auch elliptisch oder eine andere Form sein. Bewegliche, starre Schneidelemente 4, die eine Anzahl Schneidkanten 6 einschließen, sind fest an einem oder mehreren Führungsringen 34 befestigt, die mit den Kernringen 33 ineinandergreifen, wie in 17 zu sehen. Diese Kombination von ineinandergreifenden Ringelementen 33, 34 führt und begrenzt die Bewegung der starren Schneidelemente 4 und stabilisiert sie. Das heißt, dass in dieser Ausführungsform des zusammenklappbaren Fräsers Schneidelemente 4 eine Anzahl von Schneidkanten 6 und einen Stützabschnitt umfassen, an dem die Schneidkanten 6 gebildet sind, wie z.B. ein langgestrecktes flaches Element.
Ferner kann jedes Schneidelement 4 an einer Anzahl Kettenelemente 36 an unterschiedlichen Stellen befestigt sein, siehe 18, wobei das entfernte Ende der Kette 36 an dem Kern oder einem anderen Schneidelement 4, bevorzugt einem benachbarten Schneidelement, befestigt ist. Solche Ketten 36 können auch aus nur zwei Verbindungsringen gebildet werden, aber bevorzugt mehr Kettenglieder einschließen, und Ketten können auch durch zusätzliche Ringe miteinander verbunden sein oder sich durch Verschachtelung von mehr als zwei Ringen in zwei äußere oder innere Ketten aufspalten, wie gewünscht. Anstelle von Ringverbindungen können andere geeignete Kettenvarianten verwendet werden. 19 ist eine Draufsicht, die den Kern 31 mit Führungsringen 34 tangential an seiner Außenfläche zeigt.
Die Schneidelemente 4 sind somit als massive Elemente gebildet, einschließend Schneidkanten, oder können auch eine innere Gitterstruktur aufweisen, ebenso wie der äußere Abschnitt der vorherigen Ausführungsformen. 19 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Schneidelemente 4 auf der Oberseite 2 sowie die mit dem Kern 31 verbundenen Hakenringelemente aufgezeigt sind, ohne die Schneidelemente oder weitere Ringe zu zeigen.
Die Kettenstrukturen 36 kombiniert mit den beweglichen Schneidelementen 4 stellen eine zusammenklappbare oder faltbare Werkzeugstruktur bereit. 17 stellt die Zusammenklappfunktion im Querschnitt dar. Da die Kettenverbindungen / Ringe 33, 34, 36 nicht fest miteinander verbunden sind, jedoch lediglich miteinander verschachtelt oder miteinander verbunden sind, kann Länge jeder Kette erheblich variieren. In einer geschlossenen oder zusammengeklappten Stellung (17.1) sind alle Ringe eng zusammengeschoben, wodurch ein Werkzeug 1 mit minimalem Radius bereitgestellt wird. Wenn alle Ketten und verbundenen Ringe auf ihre maximale Länge ausgefahren sind ( 17.2), befindet sich das Werkzeug in einer offenen, stabilen Stellung mit maximalem Werkzeugdurchmesser. Die zusätzlichen Ketten 36 begrenzen Richtung und Lage der Schneidkantenelemente 4.
Die Ansicht von 20 erklärt ferner die Funktionsweise der Ausführungsform des zusammenklappbaren Werkzeugs. Aus Gründen der Einfachheit ist hier nur ein einziges Schneidelement 4 gezeigt. Jedes Schneidelement 4 ist mit einem oberen Ende direkt an der Oberkante des Kerns 31 beweglich befestigt, z.B. über einen innerhalb dieses Bereichs fest befestigten Kernring. Die an dem Kern 31 befestigten Kernringe 33 nehmen in Richtung des unteren Endes an Größe zu und definieren dadurch die Entfaltungsgeometrie des Werkzeugs. An den Schneidelementen 4 sind entsprechende Führungsringe 34 befestigt, die ebenfalls in Richtung des unteren Endes an Größe zunehmen. Auf diese Weise erhält das entfaltete Werkzeug auch eine im Wesentlichen halbkugelförmige Form auf der Grundlage der Form der Schneidelemente 4 und der kombinierten Länge von ineinandergreifendem Kernring 33 und Schneidelement-Führungsring 34.
Die Ausführungsform wie gezeigt stellt automatisches Entfalten und Falten des rotierten Werkzeugs auf der Grundlage von Rotationsrichtung bereit. Wenn das Werkzeug 1 in eine Richtung rotiert wird (in diesem Beispiel im Uhrzeigersinn), werden die Schneidelemente 4 in Richtung des maximalen Außen-, d.h. ungefaltet, Stellung geführt und sind somit für Schneidvorgänge bereit. Rotieren des Werkzeugs 1 in der entgegengesetzten Richtung, d.h. gegen den Uhrzeigersinn, schiebt die Führungsringe 34 in Richtung des Werkzeugkerns 31 und faltet das Werkzeug in seinen minimalen Durchmesser oder in seine geschlossene Stellung, während die Schneidkanten 6 wenigstens partiell in Richtung des Kerns 31 gerichtet werden und somit im Wesentlichen Schneideigenschaften des Werkzeugs in dieser Stellung aufhebt. Ein solches Instrument ist vorteilhaft bei minimalinvasiver Chirurgie mit kleinen Einschnitten, bei denen Einführen und Zurückziehen eines Werkzeugs andernfalls umgebendes Gewebe verletzen könnte.
Es versteht sich, dass abermals ein halbkugelförmiges Werkzeug nur eine mögliche Ausführungsform ist, und andere Formen in einer ähnlichen Weise unter Verwendung ineinandergreifender Ringelemente 33, 34, die an einem Kern 31 bzw. einem Blattelement 4 angebracht sind, implementiert werden können. Auch Raspeln können ebenso wie Fräser mit einer zusammenklappbaren Struktur bereitgestellt werden. Auch können alle von den Blattstrukturen, inneren Geometrien, Blattgeometrien und anderen Eigenschaften, die oben für feste Werkzeuge beschrieben wurden, auf zusammenklappbare Ausführungsformen übertragen werden, sofern möglich.
Ebenso wie bei den starren chirurgischen Werkzeugen können zusammenklappbare Werkzeuge gemäß den Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung von additiven 3D-Herstellungsprozessen hergestellt werden, wie sie oben detailliert beschrieben. Die Eigenschaften solcher Prozesse ermöglichen es, separate, aber miteinander verbundene Teile wie z.B. Kettenglieder ohne jegliche weitere Herstellungsschritte zu erhalten und somit Geschwindigkeit und Kosten des Herstellungsprozesses erheblich zu verbessern.
21 stellt einige Beispiele von an einem chirurgischen Werkzeug gemäß der Erfindung zu befestigenden Elementen dar. Diese können unterschiedliche Arten von Griffen und Bohrern für Antrieb des befestigten Werkzeugkopfes sein, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, und sie können über die Adapterplatte / den Verbindungsabschnitt 40 an dem unteren Ende 26 der Instrumente befestigt werden, aber auch andere Verbindungsgeometrien sind möglich.
22 ist ein Beispiel für eine Pressvorrichtung 50 zur Entsorgung von verwendeten chirurgischen Werkzeugen und zum Sammeln von Gewebematerial für Knochentransplantation. Ein Werkzeugkörper 1 wird in eine Aufnahme 52 der Presse 50 eingeführt, die eine perforierte Fläche am unteren Ende einschließt, und ein Stempelelement 54 wird nach unten bewegt, um den chirurgischen Werkzeugkopf zu zerquetschen. Die Kompressionskraft entfernt automatisch das während Verwendung im Inneren des Werkzeugkörpers gesammelte Gewebematerial, das dann durch das perforierte untere Ende in einen Behälter zur Entsorgung oder für Transplantationszwecke fallen kann, während zur selben Zeit das Werkzeug 1 selbst zu einem flachen Element komprimiert wird. Dieses komprimierte Werkzeug kann dann leicht verpackt, sterilisiert und sicher zum Recycling und zur Entsorgung weitergeleitet werden.
Es ist leicht zu verstehen, dass alle diese unterschiedlichen Werkzeugkörpergeometrien und Schneidelementauslegungen auch mit jeder der obigen Lehren kombiniert werden können. Anstelle von Fräser-Schneidelementen 4 könnten solche Werkzeugkörper mit Raspel-Schneidelementen bereitgestellt werden, zum Beispiel durch Anordnung von Schneidelementen 4 in im Wesentlichen horizontalen und parallelen Linien (senkrecht zu der in 8-15 gezeigten Richtung für die Schneidkantenlinien). Radiale Linienanordnungen von Schneidelementen wie gezeigt kann durch radiale Schneidelemente, die um den Werkzeugkörper spiralen, durch einzelne Schneidkanten 6, die regelmäßig oder unregelmäßig über die Oberfläche 2 angeordnet sind, oder durch andere ersetzt oder ergänzt werden. Radiale Linien von Schneidelementen 4 müssen nicht notwendigerweise an dem Scheitel 24 der Werkzeugoberfläche 2 beginnen. Auch die Anzahl von Schneidelementen 4 und Kanten 6 kann variieren.
Für alle diese Körperauslegungen kann die innere trabekuläre Struktur 10 nach Bedarf angepasst werden, um erforderliche Schneidkräfte und Werkzeugstabilität zu erreichen.
Es versteht sich, dass die Werkzeuge und Verfahren gemäß der Erfindung auch für mehrfach verwendbare Werkzeuge verwendet werden können und nicht notwendigerweise auf Einwegwerkzeuge beschränkt sind. Dennoch erleichtert die Einfachheit von Modellierung und Produktion maßgeschneiderter Werkzeuge mit geringen Materialkosten gemäß den erfinderischen Ausführungsformen Anwendungen zur einmaligen Verwendung.
Auch während sich additive Herstellungstechniken weiterverbreiten und ausgefeilter werden, ist es auch möglich, solche Techniken mit anderen Herstellungsprozessen zu kombinieren, wie z.B. Bereitstellen eines Metallgussteils als eine Grundlage für Hinzufügen einer trabekulären Struktur durch 3D-Methoden oder auf eine andere gewünschte Weise. Dreidimensionale additive Prozesse stellen jedoch eine einfache Weise bereit, geschlossene oder im Wesentlichen geschlossene trabekuläre Strukturen oder andere kompliziertere innere Geometrien zu erhalten, die mit Gussverfahren nicht produziert werden können.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugkörper
2: Schneidfläche
4: Schneidelement
6: Schneidkante
10: trabekuläre Struktur
12: Streben
20: Einlässe
22: Hohlraum
24: Scheitel
26: Fläche des unteren Endes
28: Wellenkanal
31: Werkzeugkörperkern
33: Kernringe
34: Führungsringe
36: Kettenelemente
40: Verbindungsabschnitt
50: Pressvorrichtung
52: Aufnahme
54: Stempelelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/0202060 A1 [0005]
US 6120508 [0005]

Claims

Chirurgisches trabekuläres Werkzeug zum Manipulieren oder Entfernen von Knochengewebe, umfassend: einen Werkzeugkörper; wenigstens ein Schneidelement, das auf einer Schneidfläche des Werkzeugkörpers bereitgestellt ist, wobei jedes Schneidelement eine oder mehrere Schneidkanten umfasst; wobei der Werkzeugkörper wenigstens teilweise durch eine trabekuläre innere Struktur gebildet ist, die eine Vielzahl von Materialstreben einschließt, die eine regelmäßige oder unregelmäßige Gitterstruktur bilden.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die trabekuläre Gitterstruktur die Schneidelemente stützt und verbindet.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Gitterstruktur auf einer pyramidenförmigen, kubischen, wabenförmigen Gittergrundlage basiert.
Chirurgisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gitterstreben mit einem kreisförmigen, rechteckigen, dreieckigen, viereckigen oder sechseckigen Querschnitt gebildet sind.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die trabekuläre innere Struktur entlang einer inneren Fläche der Schneidfläche bereitgestellt ist, so dass eine Kuppelstruktur mit einer trabekulär strukturierten Wand gebildet wird.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die trabekuläre innere Struktur mehrere Stützsäulen einschließt, die miteinander verbunden sind und aus Gitterstrukturen gebildet sind und sich von einer inneren Fläche der Schneidfläche in Richtung der Mitte des Werkzeugkörpers erstrecken.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei jedes der Schneidelemente eine Vielzahl von Schneidkanten einschließt, die radial über die Schneidfläche angeordnet sind.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das chirurgische Werkzeug ein Knochenfräser, eine Raspel, eine Bohrfräse oder ein Bohrer ist.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Werkzeugkörper halbkugelförmig, kugelförmig, konisch oder zylindrisch gebildet ist.
Chirurgisches Werkzeug nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Schneidfläche Einlässe zum Abführen von Knochen- und Knorpelspänen von der Fläche weg in Richtung eines Hohlraums im Inneren des Werkzeugkörpers einschließt.
Chirurgisches Werkzeug zum Manipulieren oder Entfernen von Knochengewebe, umfassend: einen Werkzeugkörperkern, der mehrere Kernringe einschließt, die fest an einer seitlichen Fläche des Werkzeugkörperkerns befestigt sind; wenigstens ein Schneidelement, das mehrere Schneidkanten auf einer Seite umfasst, und ferner mehrere Führungsringe umfasst, die fest an einer zweiten Seite befestigt sind; wobei ein erstes Ende des Schneidelements beweglich an einem oberen Ende des Werkzeugkörperkerns befestigt ist, und die Kernringe und die Führungsringe so ineinandergreifen, dass das Schneidelement beweglich mit dem Werkzeugkörperkern verbunden ist.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 11, wobei der Werkzeugkörperkern wenigstens teilweise durch eine trabekuläre innere Struktur gebildet ist, die eine Vielzahl von Materialstreben einschließt, die eine regelmäßige oder unregelmäßige Gitterstruktur bilden.
Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 11 oder 12, wobei Kettenelemente, die mehrere ineinandergreifende Kettenglieder umfassen, zwischen dem Körperkern und dem wenigstens einen Schneidelement und / oder zwischen ersten und zweiten Schneidelementen verbunden sind.
Chirurgisches Werkzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Kernringe und die Führungsringe so angeordnet sind, dass das Werkzeug eine offene stabile Stellung mit maximalem Werkzeugdurchmesser und eine geschlossene Stellung mit reduziertem Werkzeugdurchmesser einnehmen kann.