DE2361583C3 - Chirurgisches Schneidwerkzeug - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein chirurgisches Schneidwerkzeug zur Verwendung an einem Längsschwingungen im Ultraschallfrequenzbereich erzeugenden Handstück mit einem Querschnitt in Form eines spitzwinkligen gleichseitigen Dreiecks, wobei die durch den spitzen Winkel gebildete Kante als scharfe Schneidkante ausgebildet ist, mit nach außen abgerundeten Zähnen versehen ist, sowie am vorderen Ende eine Abrundung aufweist. Ein solches Werkzeug ist aus der US-Patentschrift 36 36 943 bekannt.

Bei der bekannten Ausbildung sind die Zähne wellenförmig ausgebildet und die mit ihnen versehene scharfe Kante stellt den einzigen Arbeitsabschnitt des Schneidwerkzeugs dar. Dieser Arbeitsabschnitt ist zum Durchtrennen von weichem Gewebe und Knorpel geeignet, nicht jedoch zum Durchtrennen von z. B. Knochen. Wenn während der Operation die Durchtrennung verschiedener Gewebe mit verschiedenen Härten notwendig wird, wie z. B. beim Arbeiten im Bereich des Brustkorbs, so muß der Chirurg das Werkzeug wechseln, was mit Zeitverlust verbunden ist und die Operationszelt verlängert.

Außerdem ist bei der bekannten Ausbildung durch die wellenförmige Ausbildung der Sehneidkantenzähne, bei der auch die Täler zwischen den einzelnen schneidenden Wellen ausgerundet sind, eine gegebene Länge der Schneidkante nicht sehr dicht mit schneidenden Wellen besetzt, so daß die Schneidleistung nicht sehr hoch ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein chirurgisches Schneidwerkzeug zu schaffen, mit dem sowohl Knochen- als auch Knorpelgewebe mit hoher Schneidleistung durchtrennt werden können, so daß bei der Arbeit des Chirurgen keine Zeitverluste zum Wechseln des Werkzeugs oder durch unzureichende Schneidleistung bedingte Verzögerungen auftreten.

Ausgehend von der eingangs beschriebenen Ausbildung wird zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die der scharfen Schneidkante mit bogenförmigen Zähnen gegenüberliegende breite Kante dreiecksförmige Zähne aufweist und auch diese Kante am vorderen Ende eine Abrundung aufweist, die in die Abrundung der scharfen Schneidkante übergeht

Bei einer solchen Ausbildung ist die scharfe Schneidkante maximal dicht mit Zähnen besetzt da die einzelnen Bögen der Bogenform in den Tälern spitz zusammenlaufen. Gleichzeitig kann das Werkzeug durch einfaches Drehen zum Durchtrennen von Knochengewebe dienen, wozu die Ausbildung der breiten Kante mit dreiecksförmigen Zähnen optimal ist Durch die knickfrei ineinander übergehenden Abrundungen kommt es zu einem sanften Durchtrennen des Gewebes in der ersten Schneidetappe.

Bei der Benutzung der breiten Schneidkante kommt es nicht mehr zu einer Berührung der Seitenflächen des Gewebes im Schnittbereich mit den Seitenflächen des hin- und herschwingenden Werkzeugs, so daß auch eine hierdurch verursachte Wärmeentwicklung und damit eine Traumatisierung des Gewebes verhindert ist.

An sich ist aus der US-Patentschrift 30 86 288 ein chirurgisches Schneidwerkzeug bekannt, welches zwei gegenüberliegende Schneidkanten aufweist Diese Schneidkanten sind jedoch gleichartige scharfe und gerade durchgehende Schneidkanten, so daß dieses Werkzeug nichts zur Lösung der vorliegenden Aufgabenstellung beitragen konnte.

Es ist zweckmäßig, wenn die Flanken jedes dreieckförmigen Zahns unter einem Winkel von 35" bis 40° zueinander stehen und Zahnhöhe sowie Zahnabstand 0,8 bis 1 mm betragen. Bei einer solchen Ausbildung ergeben sich günstige Verhältnisse zwischen der vom Chirurgen aufzubringenden Andrückkraft und der Schneidleistung im Bereich harter Gewebe im Sinne einer sanften und damit gut dosierbaren, gleichzeitig jedoch starken Wirkung.

In ähnlichemSinne wirktes, wenn zweckmäßigerweise die Dicke der breiten Schneidkante 0,6 bis 2 mm beträgt.

Bei der Gestaltung der scharfen Schneidkante für

weichere, z. B. Knorpelgewebe, ist es zweckmäßig, wenn die Bogenform der bogenförmigen Zähne einen Krümmungsradius von 1,5 bis 2 mm hat.

Schließlich ist es zweckmäßig, wenn das Arbeitsteil des Schneidwerkzeugs eine Länge von 23 bis 25 mm und eine Höhe von 4 bis 5 mm aufweist. Dabei treten noch keine Biegeschwingungen auf, und es wird eine gute Lebensdauer des Werkzeugs erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Handstück mit einem erfindungsgemäßen austauschbaren chirurgischen Schneidwerkzeug;

Fig.2 desgleichen, mit schematisch dargestelltem Antriebssystem zur Erzeugung von Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich;
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Generators für eine Speisequelle;

Fig. 4 den Arbeitsteil des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs;

F i g. 5 den Querschnitt durch den Arbeitsteil des

Schneidwerkzeugs gemäß Schnittlinie V-V in F i g. 4;

Fig.6 ein Schema zur Erläuterung des Schneidvorgangs bei der Durchtrennung von Knochengewebe mit dem schwingenden Werkzeug;

Fig.7 den Zusammenhang zwischen der angelegten Schneidkraft und der Deformation des Knochengewebes beim Durchtrennen des letzteren.

Das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug 8 dient zur Durchtrennung von dichten biologischen Geweben (Knochen- und Knorpelgeweben), wobei es in Schwingungen im Ultraschallfrequenzbereich versetzt wird. Es besteht aus einem Schaft 1 mit einem sich nach einem Exponerttialgesetz verändernden Querschnitt, dessen schlankes Ende den Arbeitsteil 2 trägt Es wird an einem Handstück 3 mittels einer Schraubverbindung 4 befestigt und ist austauschbar.

Im Handstück 3 befindet sich der Antrieb zur Erzeugung der Schwingungen des Werkzeugs. Als Speisequelle dient ein Generator 5 zur Erzeugung elektrischer Leistung im Ultraschallfrequenzbereich von etwa 250 W.

Der Schwingungsantrieb selbst stellt einen magp.etostriktiven Wandler 6 dar, dessen Erregungswuklung 9 an den Generator 5 angeschlossen ist. Am schwingenden Ende des Wandlers 6 sitzt ein konisch-zylindrischer Halbwellenkonzentrator 7, der die Schwingungen in den Schaft 1 des Werkzeugs 8 einleitet. Der Querschnittsverlauf des Schafts bewirkt eine weitere Verstärkung der Schwingungen. Das Schwingungssystem arbeitet im Resonanzbetrieb, d. h. die Frequenz der Speisespannung des Generators 5 stimmt überein mit der Eigenschwingungsfrequenz des Systems aus Wandler 6, Halbwellenkonzentrator 7 und Werkzeug 8.

Der Generator 5, dessen Blockschaltbild in F i g. 3 abgebildet ist, besteht aus einem Signalerzeuger 10, einem Leistungsvorverstärker 11, einem Leistungsendverstärker 12, einem Strornversorgungsblock 13, einem Vormagnetisierungsteil 14 und einem Schaltungsblock 15. Der Ausgang 16 stellt den Anschluß für das Handstück 3 des Werkzeugs dar. In der Praxis wird der Generator 5 seinerseits vom Wechselstromnetz mit einer Spannung von 220 V und einer Frequenz von 50 Hz gespeist; die Leistungsaufnahme beträgt etwa 450 W, die abgegebene Leistung etwa 250 W bei einer Betriebsfrequenz von 26,5 kHz.

Die Arbeit mit dem chirurgischen Schneidwerkzeug verläuft wie folgt:

Nachdem der Generator 5 ans Netz und das Handstück 3, z. B. mittels eines nicht dargestellten Schalters, an den Generator 5 angeschlossen wurde, wird die Erregungswicklung 9 von Wechselstrom im Ultraschallfrequenzbereich durchflossen. Dadurch gerät der Wandler 6 ins Schwingen und erzeugt mechanische Schwingungen gleicher Frequenz. Diese mechanischen Schwingungen werden durch den konisch-zylindrischen Konzentrator 7 und den Schaft 1 des Werkzeugs 8 verstärkt und zum Arbeitsteil 2 geleitet. Dessen Schwingungsamplitude erreicht 60 μιπ.

Der Chirurg hält das Handstück 3 in der Hand und führt den Arbeitsteil 2 des Werkzeugs 8 durch das zu trennende Gewebe.

Das Schneiden von lebendem Gewebe mit im Ultraschallfrequenzbereich schwingenden Werkzeugen hat eine Reihe von Vorteilen. Die hauptsächlichen Vorteile sind die geringe Traumatisierung des Gewebes, die Verringerung der vom Chirurgen aufzubringenden Vorschubkraft und der blutstillende Effekt. Je weniger der Chirurg auf das Weißzeug drückt, um so höher ist die Leistung bei der Gewebedurchtrennung.

Der Arbeitsteil 2 des Werkzeugs hat die Form einer Platte 17 (Fig.4) mit einem Querschnitt in Form eines spitzwinkligen gleichseitigen Dreiecks (Fig.5). Der gesamte Plattenrand ist mit Schneidzähnen besetzt. Die breitere Schneidkante der Platte 17 ist mit dreieckigen Zähnen 18 zur Durchtrennung von Knochengewebe und die gegenüberliegende scharfe Kante mit bogenförmigen Zähnen 19 zur Durchtrennung von Knorpelgewebe versehen.

Der Chirurg kann durch einfaches Wenden des Handstückes die eine oder die andere Schneidkante zum Einsatz bringen. Wenn in rasch wechselnder Folge Knochen- und Knorpelgewebe zu durchtrennen ist, ergibt sich hieraus ein schnelleres und bequemeres Arbeiten.

Durch die Schwingungsbewegungen des Werkzeugs kommt es zur Reibung zwischen den Seitenflächen des Werkzeugs und des Schnitts im Gewebe. Die dabei auftretende Wärme kann zum Absterben und zur Nekrose der betroffenen Gewebezel'cn führen. Beim Arbeiten mit der breiten Schneidkante des vorliegenden Werkzeugs ist jedoch eine Wärmeverletzung der Seitenflächen des durchschnittenen Gewebes auf ein Minimum beschränkt, da die in Richtung der Relativbewegung des Gewebes zum Werkzeug zurückspringenden Seitenflächen desselben nicht mehr oder kaum noch in Reibungsberührung mit dem Gewebe kommen.
Beim Eindringen der dreiecksförmigen Schneidzähne 18 in das Knochengewebe wird sich dieses zunächst auf Grund seiner Elastizität mit der Zahnspitze mitbewegen und elastisch deformieren. Die Größe 20 der Amplitude A der Zahnschwingung (in Fig.6 sind die beiden Endlagen eines Zahns 18 bei einer Schwingung gezeigt) übersteigt jedoch die in Fig. 7 mit Σ bezeichnete gesamte elastische Verformung des Knochengewebes, so daß es auf dem restlichen Weg des Zahns zur Abspaltung von Gewebe und damit zum Schneidfortschritt kommt. In F i g. 7 ist mit σ die bei der elastischen Verformung des Gewebes wirkende Schneidkraft bezeichnet.

Di? Breite der breiten Schneidkante und somit auch der Zähne 18 beträgt zwischen 0,6 und 2 mm-, die Höhe der Zähne 18 beträgt 0,8 bis 1 mm. Ihr Abstaηd beträgt gleichfalls 0,8 bis 1 mm. Der Spitzenwinkel liegt dabei zwischen 35 und 40°. Die Flanken der Zähne müssen nicht, wie gemäß Beispiel nach Fig.4, einen gleichen Winkel mit der durch die Zahnspitze gezogenen Senkrechten einschließen, jedoch soll keiner dieser Winkel einen negativen V/ert haben.

Bei solchen geometrischen Verhältnissen ergibt sich eine gute Lebensdauer des Werkzeugs, ohne daß die Gefahr der Verstopfung der Zahnzwischenräume mii Knochenspänen besteht. Außerdem ergibt sich dabei ein günstiges Verhältnis zwischen der vom Chirurgen aufzubringenden Vorschubkraft in Richtung des Schneidfortschritts und der durch die Schwingungen bewirkten Schneidkraft in Richtung der Erstreckung der Schneidkante. Dieses günstige Verhältnis gewährleistet die Möglichkeit ei .es sanften und behutsamen Arbeitens bei dennoch guter Schneidleistung.

Die gegenüberliegende Schneidkante mit den bogenförmigen Zähnen 19 dient zum Schneiden von Knorpelgewebe. Knorpelgewebe liegt bezüglich seiner Dichte bzw. Härte zwischen dem Knochengewebe und weichem Gewebe u,id hat faserige Struktur. Die Schneidkante ist deshalb in der Art eines Skalpells scharf angeschliffen.

Die bogenförmigen Zähne 19 tragen dazu bei. die sonst beim Schneiden von Knorpelgewebe hohe Druckkraft in Vorschubrichtung zu reduzieren. Durch die Zähne kommt es zu einer Verminderung der Berührungsfläche zwischen Gewebe und Schneidkante und somit zu einer Vergrößerung des spezifischen Drucks an den Berührungspunkten.

Durch die bogenförmige Gestalt der Zähne 19 mit in den Zahnzwischenräumen spitz zusammenlaufenden Rändern ergibt sich eine dichte Besetzung. Der Abstand tier Zähne beträgt etwa 5 mm. wodurch sich der Abrundungsradius R 2 der Bogenform des einzelnen Zahns ergibt. Rine solche Gestaltung vermeidet einerseits ein zu tiefes Eindringen der Zähne ins Gewebe, einen Abfall der Schwingungsamplitude und der Leistung sowie eine Temperaturerhöhung an der Schnittstelle, wie sie bei einer Vergrößerung des Zahnabstandes auftruen. und andererseits aber auch eine Abnahme des Effekts der Druckkonzentration an der Stelle der Berührung des Zahns mit dem biologischen Gewebe und die dadurch bedingte Notwendigkeit eines erhöhten Drucks auf das Werkzeug sowie einen Abfall der Schwingungsamplitude, wie sie bei einer Verringerung des Zahnabstands auftreten.

Der Arbeitsteil 2 des Werkzeugs hat gewöhnlich eine solche Länge, daß keine Biegeschwingungen auftreten, wobei jedoch bei onkologischen Operationen Biege-

Hi schwingungen sich als nützlich erweisen können, da dadurch an der Schnittstelle eine erhöhte Wärmemenge frei wird.

Die gezahnten Schneidkanten gehen am vorderen Ende des Arbeitsteils knickfrei ineinander über, wobei der Abrundungsradius R 15 sich aus der Höhe der Platte 17, d. h. dem Abstand der Schneidkanten voneinander ergibt, welche 4 bis 5 mm beträgt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunccn

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Chirurgisches Schneidwerkzeug zur Verwendung an einem Längsschwingungen im Ultraschallfrequenzbereich erzeugenden Handstück mit einem Querschnitt in Form eines spitzwinkligen gleichseitigen Dreiecks, wobei die durch den spitzen Winkel gebildete Kante als scharfe Schneidkante ausgebildet ist, mit nach außen abgerundeten Zähnen versehen ist, sowie am vorderen Ende eine Abrundung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die der scharfen Schneidkante mit bogenförmigen Zähnen (19) gegenüberliegende breite Kante dreiecksförmige Zähne (18) aufweist und auch diese Kante am vorderen Ende eine Abrundung aufweist, die in die Abrundung (R 15) der scharfen Schneidkante übergeht

2. Chirurgisches Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken jedes dreieckförmigen Zahns (18) unter einem Winkel von 35° bis 40" zueinander stehen und Zahnhöhe sowie Zahnabstand 0 s bis 1 mm betragen.

3. Chirurgisches Schneidwerkzeug nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der breiten Schneidkante 0,6 bis 2 mm beträgt.

4. Chirurgisches Schneidwerkzeug nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenform der bogenförmigen Zähne (19) einen Krümmungsradius (R 2) von 1,5 bis 2 mm hat.

5. Chirurgisches Schneidv/erkzeug nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sein Arbeitsteil (2) eine Länge von 2." bis 25 mm und eine Höhe von 4 bis 5 mm aufweist.