DE3840466A1 - Spezial-fraeser zur anwendung in der implantattechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf rotierende und os­ zillierende Spezialfräser zur Anwendung vor allem in der Implantattechnik, z.B. Endoprothetik, vorgesehen für Ausnehmungen (Ausfräsungen) zur Erstellung dauerhaft fester Verankerungen der Komponenten.

Bei den in der Implantattechnik und Endoprothetik üblichen Verankerungselementen besteht das Problem der dauerhaften Stabilität der Verankerungskomponen­ ten.

Vor allem durch Knochenschwund und -abrieb kommt es häufig zur frühzeitigen Lockerung der im Knochen verankerten Komponenten. Dabei führen vor allem Zug­ belastungen in Richtung Öffnung der knöchernen Höhlungen zur Lockerung der Komponenten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, knöcherne Höhlungen zu erstellen, bei welchen ein mäßiger Knochenverlust (-schwund, -abrieb oder dgl.) nicht zwangsläufig zur instabilen Lockerung der Ver­ ankerungskomponenten führen muß, auch nicht bei Zug­ belastungen in Richtung Öffnung der knöchernen Höh­ lung.

Die erfindungsgemäße Lösung erfolgt dadurch, daß Spezialfräser erstellt werden, mit welchen knöcherne Ausfräsungen für Verankerungen möglich sind, bei welchen in der Tiefe der Aushöhlung mindestens in einem Abschnitt der Querschnitt und/oder der Durch­ messer größer ist als der Querschnitt und/oder der Durchmesser im Bereich der Eintrittsöffnung der Höhlung. Dabei sind rotierende und auch oszillieren­ de Fräser vorgesehen.

Die Lösung erfolgt dadurch, daß die Fräser in die Höhlung, welche z.B zylindrisch (Fig. 1a) oder halbkugelig (Fig. 1c) (oder dgl.) ist, eingebracht werden und daß dann in der Höhlung bei der Rotation oder Oszillation um die Drehachse gleichzeitig - vorzugsweise kontinuierlich - die fräsenden Teile so verstellt werden, daß die Höhlung in der Tiefe weiter ausgefräst wird, während gleichzeitig ein knöcherner Erker im Bereich der Öffnung stehen bleibt (vgl. Fig. 1b bis 1e). Dieser stehengeblie­ bene knöcherne Erker dient als wesentliches Element zur Erreichung der "primären Stabilität".

Die erfindungstechnische Lösung ist im folgenden an­ hand von drei wesentlichen Beispielen dargestellt. Die Lösung erfolgt dadurch, daß

• 1.) (z.B.) bogig angeordnete Fräslamellen (Fig. 3), die auf einer Achse (z.B. kugelig: vgl. Fig 4;, Bereich K) angeordnet sind (Fig. 3), vorzugsweise am distalen Ende der Achse befestigt sind (vgl. Fig. 3) und vorzugsweise am proximalen Ende der Achse - vorzugsweise entlang der Achse - ver­ schiebbar sind (vgl. Fig. 3 Fig. 4).
  Durch das Zusammendrücken der Lamellen, also durch Verschiebung entlang der Achse (vgl. Fig. 3), wird die Form der Hüllkurve (vgl. Fig. 4) so verändert, daß dadurch der Querschnitt resp. Durchmesser in der Tiefe der Höhlung größer wird (Fig. 4). Die Vergrößerung des Querschnittes resp. des Durch­ messers ist das zu nutzende Prinzip der oben be­ schriebenen knöchernen Ausfräsung.
  Die Form der Ausfräsung ist abhängig von der Form und der Stellung des Fräsers im Ausgangszustand. Im Ausgangszustand kann der Fräser z.B. auch spindelförmig sein; in diesem Fall könnte die knöcherne Höhlung im Ausgangszustand z.B. auch zylindrisch sein.
  Durch ein Zusammendrücken der Fräslamellen mittels Verschiebung entlang der Drehachse ließen sich so z.B. - im wesentlichen - eiförmige oder kugelige oder linsenförmige Ausfräsungen erzeugen oder auch (bei anderen Ausgangsformen der Fräslamellen) z.B. kantige, z.B. im Querschnitt winkelige Ausfrä­ sungen. Die Formvariation ist hier prinzipiell weitgehend beliebig.
• 2.) Ein anderes Prinzip zur Erzeugung von ver­ größerten Ausfräsungen in der Tiefe besteht darin, daß z.B. ein spitz zulaufendes, z.B. ein konisches Gebilde (Kegel) durch Verschiebung, vorzugsweise entlang der Drehachse, Fräslamellen aufspreizt bzw. auseinanderspreizt, d.h. als Spreizkörper wirkt, wobei die Fräslamellen die aufzuspreizenden Körper darstellen. Durch exakte Definition des Verschiebeweges ist eine exakt definierbare Auf­ spreizung möglich.
• 3.) Ein weiteres Prinzip besteht darin, daß Fräs­ lamellen flossenartig oder flügelartig "ausfahr­ bar" gelagert sind (Fig. 2a, 2b, 2c, 2d). Hierbei werden diese Gebilde in die - z.B. zylindrische Höhlung eingebracht und dann in der Höhlung beim Fräsvorgang die flossenartigen Gebilde herausge­ schwenkt (vgl. Fig. 1, Fig. 2).

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Aus­ führungsbeispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1a.) zeigt eine zylindrische Ausnehmung im Knochen (Kn). Der innere Durchmesser der Höhlung (Ua) ist in der Tiefe der Höhlung nicht größer als im Eingangsbereich.

Fig. 1b.) zeigt - gegenüber der Fig. 1a - eine Formänderung der knöchernen Höhlung: die Ausnehmung ist hier in der Tiefe (Di) größer als im Eingangsbe­ reich (Da) der Höhlung; dadurch bleibt Knochen stehen, welcher einer noch einzubringenden Ver­ ankerungskomponente als Halt dient.

Fig. 2c.) zeigt eine halbkugelige knöcherne Höhlung, die typisch ist für eine Hüftgelenkspfanne (Kn = Knochen). Im Eingangsbereich der Höhlung ist der Durchmesser resp. Querschnitt größer als in der Tiefe der Höhlung. Verankerungskomponenten finden in einer derartigen Höhlung in der Regel keinen aus­ reichenden, dauerhaften stabilen Halt.

Fig. 1d.) zeigt - im Vergleich zur Fig. 1c ­ die Formänderung der knöchernen Ausnehmung. Der Durchmessser resp. Querschnitt in der Tiefe der knö­ chernen Höhlung ist jetzt größer als im Eingangsbe­ reich, so daß Verankerungskomponenten am Knochen ausreichend dauerhaften Halt finden können.

Fig. 1e.) zeigt eine beliebige Formabwandlung einer knöchernen Ausnehmung. Eine zunächst zylindri­ sche Ausnehmung, wie in Fig. 1a dargestellt, ist in der Tiefe so ausgefräst worden, daß an einer Stelle in der Tiefe der knöchernen Höhlung der Querschnitt resp. Durchmesser (Di) größer ist als im Eingangs­ bereich (Di), d.h. die noch einzubringende Ver­ ankerung findet am Knochen (Kn) noch genügenden Halt zur dauerhaften, stabilen Verankerung.

Die Formen der knöchernen Ausnehmungen sind prinzi-­ piell beliebig; sie sind vor allem abhängig von den einzubringenden Verankerungskomponenten, welche in der Regel aus einem aufspreizbaren, dübelartigen Außenkörper mit einer inneren Höhlung und einer Ver­ jüngung in dieser inneren Höhlung bestehen, sowie einem Spreizkörper, welcher in der Regel vorzugs­ weise aus einer Schraube besteht.

Fig. 2a bis Fig. 2d.) zeigt einen Spezialfräser mit flossenartigen Lamellen (L), welcher in eine vorzugsweise zylindrische Höhlung (vgl. Fig. 1a) einzubringen ist, wobei die flossenartigen Lamellen (L) versenkt sind. In dieser Höhlung werden dann während des Fräsvorganges diese flossenartigen La­ mellen (L) ausgeschwenkt, indem ein Gestänge (G) etwa entlang der Längsachse (Drehachse) um die Distanz "delta s" (Fig. 1a) verschoben wird, so daß dabei die Lamellen um den Schwenkwinkel "delta alpha" (Fig. 1a, 1b) herausgeschwenkt werden; dabei sind die Lamellen an einem Drehpunkt (D) (Fig. 1a) drehbar fixiert. Zwecks Führung und Kraftübertragung von der drehenden oder oszillierenden Achse auf die Lamellen sind schlitzförmige Aussparungen vorge­ sehen, in welchen die Lamellen (L) geführt und ge­ halten werden (Fig. 2c, 2d: Bereich S). Die Anzahl dieser Schlitze ist prinzipiell beliebig, sofern Führung und Kraftübertragung gewährleistet sind. An den Lamellen (L) sind die Fräselemente angebracht bzw. bereits in diese integriert.

Die definierte Verschiebung des Gestänges (G) um die einstellbare Distanz "delta s" (Fig. 1) führt zu einer exakt einstellbaren Verstellung der Fräs­ lamelle (L), d.h. es lassen sich - je nach ausge­ wählter Verankerungskomponente - dementsprechend ge­ formte Ausfräsungen vornehmen.

Fig. 3 und Fig. 4.) zeigen ein anderes Prinzip zur definierbaren Verstellung von Fräslamellen. Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung auf einer Achse bogig angeordnete Fräslamellen, die vorzugs­ weise distal auf der Achse fixiert sind und proximal entlang der Achse verschiebbar sind, so daß die vorher bestehende Krümmung (oder Knickung) der Fräs­ lamellen in der Krümmungsform (oder Knickform) ver­ ändert wird (Fig. 4). Vorgesehen ist dabei, daß vor der reversiblen Formveränderung, also bei der Ein­ bringung des Fräsers in die knöcherne Höhlung, ein kleinerer Querschnitt resp. Durchmesser vorliegt, und daß bei Verschiebung der Lamellen (an der proxi­ malen Seite) entlang der Drehachse während des Fräs­ vorganges der Querschnitt resp. Durchmesser in der Tiefe der knöchernen Höhlung größer wird (vgl. Fig. 4). Die Verschiebung erfolgt z.B. mittels einer Buchse (Fig. 4: B) entlang der Drehachse (DA), z.B. um die Länge "delta 1" (Fig. 3, Fig. 4) wobei die Fräslamellen (Fig. 3: F) in Richtung der Drehachse zusammengestaucht werden und dadurch die Krümmung verändert wird. In Fig. 4 haben die Fräslamellen vor der Zusammenstauchung z.B. eine kugelige Hüllkurve (K); nach dem Zusammenstauchen resultiert z.B. eine elliptische Hüllkurve (E), so daß dadurch der Quer­ schnitt resp. der Durchmesser in der Tiefe der Höhlung größer werden kann. Zusätzlich kann die An­ bringung einer zentrierenden Spitze (Fig. 4: Z) sinnvoll sein. Weitere, im Prinzip beliebige Formen der Hüllkurven lassen sich erzielen, z.B. dadurch, daß die Fräslamellen beim Zusammenstauchen an­ schließend eine z.T. parabelförmige oder hyperbel­ förmige oder andere, vorzugsweise harmonisch ge­ krümmte Hüllkurve bilden.

Claims (1)

1. Rotierende und oszillierende Spezialfräser, vorge­ sehen zur Anwendung vor allem in der Implantattechnik, z.B. in der Endoprothetik, wobei diese Spezialfräser vor­ gesehen sind zur Erstellung von Ausnehmungen (Ausfrä­ sungen) für dauerhaft feste Verankerungen der Implantat­ (Endoprothesen-) -komponenten,
   dadurch gekennzeichnet, daß
   auf und/oder an und/oder in einer - vorzugsweise metalle­ nen - (Dreh-) Achse lamellenartige (Fig. 2a, 2b, 2c; Fig. 3) oder/und flügelartige oder/und flossenartige oder/und schwanzartige (oder vergleichbare) Gebilde angebracht sind, die als Fräselemente ausgebildet sind oder/und an denen Fräselemente angebracht oder/und anbringbar sind, wobei diese Fräselemente beweglich gelagert sind (vgl. Fig. 2a, 2b; Fig. 3), vorzugsweise so gelagert sind, daß bei Bewegungen der Einstellelemente (Fig. 2a, Fig. 3), welche vorzugsweise in Richtung der Drehachse bewegbar sind, die Rotationshüllkurve resp. Oszillationshüllkurve der Fräselemente definierbar veränderbar ist,
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in einer weiteren Ausführung (Fig. 3) lamellenartige Gebilde, auf oder/und an denen Fräselemente angebracht sind, auf oder an einer Achse angebracht sind, wobei vorzugsweise diese Lamellen (Fig. 3, Fig. 4) eine definierte Krümmung haben (Fig. 3) und diese Lamellen reversibel verformbar sind, wobei vor­ zugsweise das distale Ende dieser Lamellen an der Achse fixiert ist und vorzugsweise das proximale Ende auf dieser Achse beweglich gelagert ist (Fig. 3, Fig. 4),
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aus­ führung (Fig. 2a 2b 2c, 2d) Fräselemente so gelagert sind, daß ein Abschnitt (oder ein Ende) um einen Dreh­ punkt drehbar fixiert ist (Fig. 2a: D) und der andere Ab­ schnitt (resp. das andere Ende) mittels Einstellelemen­ ten, z.B. Zuggestänge oder/und Druckgestänge (vgl. Fig. 2a: G), beweglich fixiert ist (Fig. 2a, 2b), wobei vor­ zugsweise jeweils Bewegungen der Lamellen ("Flossen" oder "Flügel" oder dgl.) in jeweils einer Ebene um jeweils eine Drehachse vorgesehen sind, und wobei vorzugsweise diese Lamellen oder dgl. ganz oder teilweise in schlitz­ förmigen Aussparungen geführt sind (vgl. Fig. 2c, 2d), vorzugsweise sind in dieser Ausführung die Fräselemente weitgehend formstabil und fest,
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die fräsenden Anteile der Fräser (vgl. Fig. 2a, 2b, Fig. 3, Fig. 4) so verstellbar sind, daß die Eintrittsöffnung der jeweiligen Höhlung (vgl. Fig. 1a bis 1e) kleiner ist als der aus­ fräsbare Querschnitt in tieferen Bereichen der Höhlung, (vgl. Fig. 1b, 1d, 1e),
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der fräsenden Anteile der Fräser (Fig. 2a, 2b, Fig. 3) vorzugsweise durch Verschiebung von Einstellelementen (vgl. Fig. 2a, 2b, Fig. 3, Fig. 4) - vorzugsweise entlang der Drehachse - vorgesehen ist (Fig. 2a, 2b, Fig. 3, Fig. 4),
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellele­ mente (vgl. Fig. 4: Buchse "B") vorzugsweise definiert einstellbar sind, z.B. durch markierte Arretierungen,
   des weiteren dadurch gekennzeichnet, daß in einer Aus­ führung Fräslamellen resp. Lamellen mit fräsenden An­ teilen auf einer Achse angeordnet sind, vorzugsweise auf der Drehachse (vgl. Fig. 3, Fig. 4),
   daß diese Lamellen (Fig. 3) reversibel verformbar sind (Fig. 4),
   daß diese Lamellen (Fig. 3) - vorzugsweise mit dem distalen Ende - im Bereich der Drehachse befestigt sind und am proximalen Ende auf der Achse verschiebbar sind (Fig. 3, Fig. 4),
   daß diese Lamellen (Fig. 3) infolge der Verschiebung ihre Krümmung ändern (Fig. 4),
   daß die Form der Krümmung (Fig. 3, Fig. 4) abhängig ist von der Form der Ausgangskrümmung (vgl. Fig. 4), wobei die Form prinzipiell frei wählbar ist (z.B. geknickt, ge­ wellt, gebogen)
   daß die Anzahl und Größe der Lamellen variabel sind,
   daß vor allem beim Einsatz im Bereich der Hüftpfanne fräsende harmonische Bögen (z.B. auch Linsenform; Hüll­ kurven entsprechend Parabeln, Ellipsen und Hyperbeln) vorgesehen sind.