DE2730227B2

DE2730227B2 - Chirurgische Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von harten Körperteilen, wie z.B. Knochen

Info

Publication number: DE2730227B2
Application number: DE2730227A
Authority: DE
Inventors: Roland Onex Genf Leuenberger (Schweiz)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1980-12-18
Also published as: IT1081824B; AT370608B; GB1550577A; FR2374886A1; NO145042C; JPS5380789A; US4111208A; DK570977A; ES465719A1; DE2730227A1; NL182532C; ATA488877A; CA1112970A; FR2374886B1; NO774411L; FI773650A; NL182532B; SE7714153L; NO145042B; DE2730227C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine chirurgische Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von haften Körperteilen, wie z. B. Knochen, mittels eines in einem Werkzeugträger aufgenommenen Werkzeugs, mit einer von einem Motor in einer Drehrichtung rotierend antreibbaren Antriebswelle, deren Drehbewegung mittels eines Getriebes in eine oszillierende Drehbewegung des Werkzeugs umsetzbar ist, deren Amplitude kleiner ist als eine volle Umdrehung des Werkzeugs.

Beispielsweise aus dem DE-GM 1993113 ist eine chirurgische Vorrichtung dieser Art als Werkzeug zur Wurzelkanalaufbereitung bekanntgeworden. Das Werkzeug, eine dünne, biegsame Wurzelkanalpfeile, wird mittels eines Getriebes in eine oszillierende Drehbewegung versetzt, deren Amplitude (Drehwinkel) etwa 110° beträgt Dieser Drehwinkel ist so bemessen, daß er höchstens gleich dem der Elastizitätagre.ize des Werkzeugs entsprechenden Winkel ist wodnrch die

ίο Bruchgefahr des Werkzeugs vermieden werden solL Die Vermeidung der Bruchgefahr des Werkzeugs ist der einzige Grund dafür, daß die Werkzeuge an Handstükken für zahnärztliche Wurzelkanalaufbereitung soziliierend angetrieben werden. Die Werkzeuge sind nämlich äußerst dünn und müssen, da sie dem gekrümmten Wurzelkanai folgen sollen, biegsam ausgebildet sein. Bei einem umlaufend rotierenden Werkzeug besteht grundsätzlich die Gefahr, daß es sich im Wurzelkanal festfrißt und wegen des noch bestehenden Antriebs zerbricht.

Daher werden zur Vermeidung dieser Gefahr die Drehwinke! (Amplituden) der osz3!ierenden Werkzeugbewegungen begrenzt Gleiches gilt auch für die Wurzelkanalbehandlungs-Instrumente, die Gegenstand der DE-AS 1552 379 und der DE-AS 1566243 sind.

Diese Geräte unterscheiden sich von dem dem DE-GM 19 93 113 zugrundeliegenden Gerät im wesentlichen nur durch die Auslegung des die rotierende Bewegung der Antriebswelle in eine oszillierende Bewegung des Werkzeugs transformierenden Getriebes.

Chirurgische Vorrichtungen zur spanabhebenden Bearbeitung von harten Körperteilen, wie z. B. Knochen, sind im übrigen als Sägen beispielsweise bekanntgeworden durch das »Aesculap-Katalogblatt« vom 19. April 1963 sowie durch die FR-PS14 21 503. Bei diesen Vorrichtungen wird die rotierende Bewegung der Antriebswelle in eine oszillierende bzw. schwingende Bewegung eines Kreissägeblattes übertragen, wodurch die Schneiden der Sägen im wesentlichen eine hin- und hergehende Bewegung roch Art einer Feile oder Raspel ausführen. Diesen Literaturstellen ist zu entnehmen, daß die oszillierende Bewegung den Vorteil besitzt, daß Weichteile nicht zerstört werden, weil diese mitschwingen und somit nicht angegriffen werden können. Bei der Säge nach der FR-PS14 21 503 läßt sich die Amplitude der oszillierenden Bewegung der Säge zur Anpassung an den Durchmesser des jeweils verwendeten Sägeblattes verändern. Diese Veränderung der Amplitude der oszillierenden Bewegung in Abhängigkeit vom Durchmesser des Sägeblattes ist

W erforderlich, um stets eine Beschädigung der mit den Sägeschneiden in Berührung kommenden Haut zu verhindern, weil nämlich bei Verwendung eines im Durchmesser größeren Sägeblattes gegenüber einem kleineren Sägeblatt der Hub der Zähne größer wird, sofern nicht zugleich die Amplitude der Schwenkbewegung verringert wird. Irgendein Zusammenhang zwischen der Größe der Amplitude der schwingenden Bewegung und der Größe der Sägezähne bzw. ihres Teilungsmaßes ist den Entgegenhaltungen nicht zu

w entnehmen.

Zum Stand def Technik ist schließlich noch auf die DE-OS 21 59 331 hinzuweisen, die ein endodontisches Gerät u. a. zum Bohren von Zahnwurzelkanälen betrifft. Mit Hilfe einer relativ aufwendigen elektromechanisehen bzw. elektromagnetischen Vorrichtung wird einer gleichmäßigen Rotationsbewegung der Antriebswelle eine alternative Rotationsbewegung über einen Kreisbogen von etwa 90° überlagert, wobei die gleichmäßige

Rotationsbewegung durch weitere mechanische Mittel in eine geradlinige Vorschubbewegung umgewandelt wird. Demnach handelt es sich im Grunde bei der in der DE-OS 21 59 331 beschriebenen Vorrichtung hinsichtlich ihrer Auslegung und Anwendung um eine solche, die mit den Vorrichtungen vergleichbar ist, die Gegenstand der DE-GMS 19 93 113 sowie der DE-AS 15 52 379 und 15 66 243 sind. Lediglich erwähnt die DE-OS 21 59 331 das »Bohren« ali mögliche Anwendung. Es muß aber darauf hingewiesen werden, daß das Gerät nicht der Schaffung eines Bohrkanals dient, sondern der Erweiterung eines bereits vorhandenen Zahnwurzelkanals. Das Werkzeug findet also bereits einen solchen Kanal vor, ohne ihn erst schaffen zu müssen. Dies ist mit Bezug zur vorliegenden Erfindung ein wesentliches UnterschiedsmerkmaL

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, ein Prinzip sowie geeignete Ausführungsbeispiele für eine Vorrichtung anzugeben, die unter teilweiser Verwendung von Merkmalen der für Wurzelkanalaufbereitung z. B. aus der DE-GMS 1333113 bekannten Vorrichtung in besonderem Maße zur Behandlung von knochen geeignet ist

Gelöst wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch, daß das Werkzeug — zur bohrenden oder fräsenden Bearbeitung ausgebildet — mindestens drei Schneiden aufweist und die Amplitude der oszillierenden Drehbewegung des Werkzeugs in einem Winkelbereich liegt, der größer als 120° und kleiner als 580° ist Das Werkzeug kann dabei ein Spiralbohrer sein.

Obgleich in der DE-OS 21 59 331 ein Bohrer als Werkzeug angegeben ist, so handelt es sich dabei jedoch dem Verwendungszweck entsprechend um ein im wesentlichen feilenähnliches Instrument, weil es dazu bestimmt ist, einen bereits vorhandenen Kanal, hier Zahnwurzelkanal, zu erweitern. Beschreibt mithin die ältere Literatur keine Fräsvorrichtungen oder Eohrvorrichtungen im eigentlichen Sinne, so verdeutlicht eine historische Retrospektive, daß der erfindungsgemäße Vorschlag, eh^n Fräser oder insbesondere Bohrer, der erst einen Bohrkanal schaffen soll, sozillierend anzutreiben, von Haus aus widersinnig anmutet. Feiten, Sägen od. dgl. mit Handgriffen werden seit Urzeiten vermittels einer hin- und hergehenden Bewegung gehandhabt, weil die konstruktive Auslegung der Arbeitsschneiden eine solche Bewegung erfordert Im Zuge der Automatisierung wurden sowohl Feilen als auch Sägen als rotierend angetriebene Maschinenwerkzeuge ausgebildet, um deren Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Trotz rotierenden Antriebs hat man bei Teilen zur Behandlung von Zahnwurzelkanälen die oszillierende Bewegung beibehalten, um die sehr dünnen und biegsamen Werkzeugs vor Bruch zu schützen. Bei Sägen ist man ebenfalls trotz rotatori^chen Antriebs wieder zu der ursprünglichen oszillierenden Bewegung zurückgekehrt, um den harten zu bearbeitenden Körperteilen, wie z. B. Knochen, benachbart liegende weichere Haut- und Muskelpartien nicht in Mitleidenschaft ziehen. Gänzlich anders jedoch verhält sich die geschichtliche Entwicklung von bohrenden und fräsenden Werkzeugen, in deren Natur w es bislang lag, daß sie praktisch nur rotatorisch fortschreitend angetrieben und gehandhabt werden konnten, weil von ihnen verlangt wird, in einem Werkstück ein Loch zu erzeugen und dieses mil Vorschub voranzutreiben. t>">

Abgesehen davon, daß also die erfindungsgemäßen Maßnahmen von Haus i js nicht naheliegend waren, wird mit der Erfindung eins Vorrichtung bereitgestellt,

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55 die außergewöhnliche und überraschende Vorteile aufweist Das in oszillierende Bewegung versetzte Werkzeug laßt sich selbst in seinem aktiven Teil und auch unter Druck z. B. zwischen zwei Fingern ergreifen, ohne daß diese Schaden leiden, Dadurch ist es möglich, daß Werkzeug im aktiven Teil, also in seinem Schneidenbereich, mit den Fingern zu führen, womit ein exaktes Dirigieren der gesamten Vorrichtung möglich ist Das Werkzeug, z.B. der Bohrer, greift beim Aufsetzen auf die Hand an dieser nicht an und verletzt diese nicht Der Chirurg kann daher mit dem Finger den Bereich ertasten, an dem er den Austritt des Bohrers erwartet, ohne Gefahr laufen zu müssen, sich verletzen zu können. Da in der Regel die Lage des Bohrkanals an Knochen nicht an der geometrischen Form des Knochens, sondern an anderen medizinischen Gegebenheiten orientiert werden muß, wird in der Regel der Bohrer in Schrägstellung an der Knochenoberfläche angesetzt werden müssen. Bei üblichen Bohrern tritt unweigerlich ein »Verlaufen» des Pohrers auf, nicht jedoch bei der erfindungsgemäßer. Vorrichtung. Diese läßt sich an praktisch jeder beliebigen Stelle der Knochenoberfläche ansetzen und schafft ohne abzugleiten, einen geradlinigen Bohrkanal. Dies ist auch wichtig beim sekantialen Durchbohren eines Knochens durch den Markraum hindurch. Dann stößt nämlich der Bohrer auf die Innenseite der gegenüberliegenden Knochenwand und verläuft dort ebenfalls nicht Bei bisherigen, rein rotierend angetriebenen Bohrern bestand nicht nur die Gefahr, daß die Bohrer in Folge des dortigen »Verlaufens« abbrechen und den zunächst geschaffenen Bohrkanal der durchbohrten Knochenwand unzulässig erweiterten, sondern auch der Nachteil, daß aufgrund ein.es erneuten Verlaufens an der gegenüberliegenden Knochenwand das dortige Loch unzulässig ausgeweitet wurde. Diese erheblichen Mängel sind mit der anmeldungsgemäßen Vorrichtung vermieden.

Wird ein Knochen vollständig durchbohrt so reißt verblüffenderweise nach dem Durchtritt des Bohrers durc'.den Knochen die Bohrlochwandung nicht aus, und der Bohrer macht auch keine unkontrollierbaren Bewegungen. Ein weiterer, nicht zu erwartender Vorteil besteht darin, daß sich unmittelbar vor Durchbruch der Bohrerspitze durch den Knochen sich dieser Umstand durch ein leichtes, in der Bedienungshand fühlbares Vibrieren ankündigt welches dem Operateur das Ende des Bohrvorgangs ankündigt. Selbstverständlich werden auch Beschädigungen von dem Knochen benachbart liegenden Haut- und Muskelpartien vermieden, weil sich diese nicht um das Werkzeug heruir. wickeln können. Und schließlich besteht noch der Vorteil, daß in Folge der oszillierenden Werkzeugbewegungen kein staoförmiges Bohrmehl und keine zusammenhängenden langen Späne entstehen, sondern kleinzsrliackte gut abführbare Knochenspäne und -splitter. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist somit durch eine große Anzahl von Vorteilen gekennzeichnet, die selbst dann nicht ohne weiteres zu ei warten gewesen wären, wenn die Maßnahme, sin Fräs- oder Bohrwerkzeug, namentlich einen Spiralbohrer üblicher Bauart, oszillierend anzutreiben, selbst nahegelegen hätte, was jedoch, wie eingangs erläutert, nicht der Fall war.

Weitere, insbesondere konstruktive Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand mehrerer, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. In den Zeich-

nungen zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Getriebes nach einer ersten Ausführungsform,

Fig.2 eine analoge Darstellung einer zweiten Ausführungsform,

F i g. 3 eine ebenfalls schaubildliche Darstellung einer dritten Ausführung,

Fig.4 eine schematische Darstellung eines Schutzteils nach Anspruch 6 und

Fig.5 eine schematische Ansicht des Arbeitsteiles einer Vorrichtung mit einem Spiralbohrer und einer zusätzlichen Einrichtung zum Auffangen der anfallenden Späne.

Ein bezüglich Fig. 1 links der Darstellung liegender, nicht gezeigter Motor erteilt einer Antriebswelle I eine umlaufende Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 2. An der Antriebswelle 1 ist eine Kurbel 4, 5 mit Kurbelzapfen 5 befestigt. Die Umwandlung der umlaufenden Drehbewegung in Richtung des Pfeiles 2 in eine oszillierende Drehbewegung in Richtung des Doppelpfeiles 15 des koaxial zur Antriebswelle I angeordneten Werkzeugträgers 3 als Abtriebswelle erfolgt durch die zwischengeschalteten Getriebeteile wie folgt:

Dem Kurbelzapfen 5 gegenüberliegend ist ein blockförmiger Schieber 6 angeordnet, der so geführt ist. daß er sich lediglich seitwärts in der Richtung des Doppelpfeiles 7 bewegen kann. Auf seiner dem Kurbelzapfen 5 zugewandten Seite besitzt der Schieber 6 eine Nut 8, die sich senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung erstreckt. In der Nut 8 kann sich ein Gleitstein 9 bewegen, der zur Aufnahme des Kurbelzapfens 5 eine Bohrung 10 besitzt.

Der Schieber 6 besitzt auf seiner der Nut 8 abgekehrten Seite eine zu der Nut 8 sich parallel erstreckende weitere Nut 11, in die ein Gleitstein 12 mit einer entsprechenden Bohrung zum Eintritt eines Kurbelzapfens 13 der Kurbel 13, 14 verschieblich angeordnet ist Die Kurbel 13, 14 ist mit dem Werkzeugträger 3 fest verbunden.

Es ist jetzt ersichtlich, daß die Drehbewegung des Kurbelzapfen 5 den Schieber 6 in Richtung des Doppelpfeiles 7 hin- und herbewegt, da sich der Gleitstein 9 in der Nut 8 hin- und herbewegen kann. Die hin- und hergehende Bewegung des Schiebers 6 in Richtung des Doppelpfeiles 7 führt, sofern der Kurbelarm der Kurbel 13, 14, also die Exzentrizität des Kurbelzapfens 13 größer ist als diejenige des Kurbelzapfens 5, dazu, daß die Hin- und Herbewegung des Schiebers 6 der Kurbel 13, 14 eine Pendelbewegung aufzwingt, so Jaß sich die Antriebswelle bzw. der Werkzeugträger 3 oszillierend in Richtung des Doppelpfeiles 15 bewegt mit einer Amplitude, die kleiner ist als eine voöe Umdrehung. Das mit dem Werkzeugträger 3 verbundene Werkzeug wird demgemäß diese oszillierende Bewegung ebenfalls ausführen.

Würde man die Nut gegenüber der Nut 8 seitlich versetzen, wäre das Resultat das gleiche, aber Werkzeug und Motor iägen nicht mehr koaxial zueinander.

Bei der zweiten Getriebeform gemäß F i g. 2 sind die Antriebstefle — Antriebswelle 1, Kurbel 4,5 sowie der mit Bohrung 10 versehene und in der Nut 8 gleitende Gleitstein 9 — die gleichen wie bei der ersten Ausführungsfonn. Der mit 16 bezeichnete Schieber besitzt abtriebsseitig eine Verzahnung, die eine in Richtung seiner möglichen Bewegung (Doppelpfeil) sich erstreckende Zahnstange 17 bildet Die sich somit gleichfalls hin- und herbewegende Zahnstange 17 steht mit einem am Werkzeugträger 3 befestigten Ritzel 18 in Eingriff, wodurch diesem und dem Werkzeugträger 3 die gewünschte oszillierende Bewegung (Doppelpfeil ·, 15) aufgeprägt wird. Auch hier wird das Getriebe so bemessen, daß der Werkzeugträger 3 entsprechend der Lehre der Erfindung eine Amplitude seiner oszillierenden Drehbewegung erhält, die zwischen 120° und 180° liegt.

ίο Die dritte Getriebeausführung nach Fig.3 verwendet ebenfalls eine Verzahnung 16 sowie ein Ritzel 27. Hier sind jedoch Antriebswelle 19 und der Werkzeugträger 28 als Abtriebswelle winkelig zueinander angeordnet. Die in Richtung des Pfeiles 20 rotierend

ι <-, bewegte Antriebswelle 19 trägt einen Kopf 21 mit einer im wesertlichen schraubenlinienförmigen Umfangsnui 22, in die ein an einer Zahnstange 24 befestigter Zapfen 23 eingreift.

Die Drehbewegung der Antriebswelle 19 hat somit

eine hin- und hergehende Bewegung (Doppelpfeil 25) der Zahnstange 24 zur Folge, die vermittels des gezahnton Abschnittes 26 das Ritzel 27 und mithin den Werkzeugträger 28 oszillierend (Doppelpfeil 29) antreibt. Selbstverständlich muß auch hier die Geometrie des Getriebes im Sinne der gewünschten Amplitude der oszillierenden Bewegung der Abtriebswelle (Werkzeugträger 28) ausgelegt sein.

Die verschiedenen Ausführungsformen vor Getrieben nach den F i g. 1 bis 3 zeigen, daß das Werkzeug

mi koaxial zur Antriebswelle liegen kann oder auch versetzt oder winklig dazu. Es sind auch noch weitere Ausführungen möglich, bei denen zwischen Antriebswelle und Werkzeugwelle andere Winkel zwischen 0° und 90° bestehen könnten. Derartige Winkel sind

Γι manchmal erforderlich, können aber auch das Einführen des Werkzeugs hin zum Knochen erschweren. Diese

Schwierigkeit vermeidet eine besondere Ausführung,

die in F i g. 4 dargestellt ist.

An der schematisch dargestellten und mit 30

bezeichneten Vorrichtung ist ein Schutzteil 31 angeordnet, welches um eine Achse 33 schwenkbar ist. Das Schutzteil 31 besitzt einen Spalt zum Durchtritt des Werkzeugs 32. In der mit durchgezogenen '.inien dargestellten Lage ragt das Werkzeug aus dem

■ι-, Schutzteil 31 hervor, während es in der mit strichpunktierten Linien veranschaulichten Stellung (3Γ) seine Schutzfunktion ausübt, so daß die Vorrichtung in das vorher aufgeschnittene Fleisch eingeführt werden kann, ohne vom Werkzeug 32 berührt zu werden.

so Wie F i g. 5 veranschaulicht, kann das Werkzeug 36 ein Spiralbohrer üblicher Bauart sein, welches am Endabschnitt 34 der Vorrichtung in einem Werkzeughalter 35 eingespannt ist Der Bohrer 36 ist von einer Hülse 40 umgeben, die sich zum Endabschnitt 34 der Vorrichtung hin in einer Stufe 39 erweitert und am Ende eines zylindrischen Abschnittes 38 einen Faltenbalg 37 besitzt Der Faltenbalg 37 ist so ausgeführt, daß er in Richtung des Pfeiles 41 einen elastischen Druck nach vorn ausübt Beim Bohren wird also die Hülse 40 stets gegen den zu bohrenden Knochen gedruckt und bildet somit einen Kanal, durch welchen die Bohrabfälle in den dahinter liegenden zylindrischen Abschnitt 37 überführt werden können.

Als Antriebsmittel für die Vorrichtung kann ein

elektrischer, hydraulischer oder pneumatischer Motor verwendet werden. Auch kann der Motor selbst so ausgebildet sein, daß er die oszillierenden Bewegungen für das Werkzeug selbst ausführt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1_T Chirurgische Vorrichtung zur spanabhebenden Bearbeitung von harten Körperteilen, wie z.B. Knochen, mittels eines in einem Werkzeugträger aufgenommenen Werkzeugs, mit einer von einem Motor in einer Drehrichtung rotierend antreibbaren Antriebswelle, deren Drehbewegung mittels eines Getriebes in eine oszillierende Drehbewegung des Werkzeugs umsetzbar ist, deren Amplitude kleiner ist als eine volle Umdrehung des Werkzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (36) — zur bohrenden oder fräsenden Bearbeitung ausgebildet — mindestens drei Schneiden aufweist und die Amplitude der oszillierenden Drehbewegung des Werkzeugs (36) in einem Winkelbereich liegt, der größer als 120° und kleiner als 180° ist
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 das Werkzeug (36) ein Spiralbohrer ist
3. Vorrichtung nach Anspruch i* dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (1) und der Werkzeugträger (3) je eine Kurbel (4, 5; 14, 13) aufweisen, deren Kurbelzapfen (5, 13), von denen derjenige des Werkzeugträgers (3) an einem größeren Kurbelarm angeordnet ist, in ein Übertragungsglied eingreifen, wobei das als Schieber (6) ausgebildete Übertragungsglied an gegenüberliegenden Seiten zwei zueinander parallele Nuten (8, 11) zum Eingriff je eines Kurbelzapfens (5, 13) aufweist und to einer zur Längsrichtung der Nuten (8,11) quer verlaufenden Richtung (7) verschiebbar angeordnet ist
4. Vorrichtung aach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebswe!^ (1) eine Kurbel (4, 5) angeordnet ist, deren Kurbelzapfen (5) in eine Nut eines Übertragungsglieds eingreift, wobei das als Schisber (6) ausgebildete Übertragungsglied eine Zahnstange (17) aufweist, deren Längsrichtung quer zur Längsrichtung der Nut (8) angeordnet ist und wobei mit der Zahnstange (17) ein mit dem Werkzeugträger (3) verbundenes Ritzel (18) kämmt
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (19) mit einer umlaufenden im wesentlichen schraubenlinienförmigen Umfangsnut (22) versehen ist in welche ein Mitnehmer (23) einer in Längsrichtung der Antriebswelle (19) verschiebüch geführten Zahnstange (24) eingreift, die mit einem am Werkzeugträger (28) verbundenen Ritzel (27) kämmt
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorrichtung ein schwenkbares Schutzteil (31) mit einem Spalt zum Durchtritt des Werkzeugs (32) angeordnet ist, welches in eine vor dem Werkzeug befindliche Schutzlage verschwenkbar ist.