-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Gebiet der Erfindung:
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein chirurgische Sägen sowie
spezifischer chirurgische Knochensägen mit flexiblen Endlos-Schneidbändern.
-
Stand der Technik:
-
Chirurgische
Sägen werden
bei vielen Verfahren zum Resezieren und Schneiden von anatomischem
Gewebe (darunter auch Knochengewebe) verwendet. Beispielsweise werden
bei der Operation für
den Einsatz einer Knieprothese mehrere Knochenschnitte ausgeführt, um
das Knie für
die Aufnahme der Prothese vorzubereiten, zu konturieren oder zu
formen. Im allgemeinen werden im distalen Oberschenkelknochen fünf Schnitte
ausgeführt,
das heißt, ein
quer verlaufender, distaler Schnitt in den Oberschenkelknochen,
ein Schnitt in die Vorderseite des Oberschenkelknochens, ein Schnitt
in die Rückseite des
Oberschenkelknochens sowie Fasenschnitte an der Vorder- und Rückseite.
Ein Schnitt wird in der Regel im proximalen Schienbeinbereich ausgeführt, das heißt, als
quer verlaufender proximaler Schnitt in das Schienbein, und ein
Schnitt in der Kniescheibe zum Entfernen der Patellarfacetten. Solche
Knochenschnitte werden in der Regel mit einer oszillierenden Trennsäge ausgeführt, die
mit einem flachen Sägeblatt
ausgestattet ist, das bis zu eintausend Mal pro Minute nach vorn
und zurück
getrieben wird, während
es in den Knochen vordringt. Um den Knochen so resezieren zu können, daß er den
Konturen der Prothese angepasst ist, werden am Knochen in der Regel
Schneidblöcke
zur Führung
des Sägeblatts angebracht,
so daß die
erforderliche Ausrichtung der Knochenschnitte gewährleistet
ist. Konventionelle Schneidblöcke
sind in der Regel mit Aussparungen versehen, durch die das Sägeblatt
eingeführt
wird. Diese Aussparungen sind einerseits ausreichend groß, so daß das Sägeblatt
oszillieren kann, anderseits aber ausreichend eng, so daß das Sägeblatt
zur Ausführung
des korrekten Schnitts geführt
wird. Beispiele oszillierender Sägeblätter zum
Resezieren von Knochen sind in den US-Patenten Nr. 4.513.742 und 4.584.999
(Arnegger), Nr. 5.087.261 (Ryd et al), Nr. 5.263.972 und Nr. 5.439.472
(Evans et al), wo auch Antriebssysteme für den Antrieb der Sägeblätter offen
gelegt werden, sowie in Nr. 5.306.285 (Miller et al) beschrieben.
Repräsentativ
für Schneidführungen oder
Blöcke
zum Führen
oszillierender Sägeblätter für die Formgebung
bei Knochenschnitten sind das US-Patent Nr. 4.892.093 (Zarnowski),
Nr. 5.092.869 (Waldron) und Nr. 5.178.626 (Pappas).
-
Konventionelle
oszillierende Knochen-Trennsägen
und Führungssysteme
für solche Sägen weisen
viele Nachteile auf. Beispiele: Die übermäßige Oszillation der Knochensägen führt zur Ausführung ungenauer
Knochenschnitte und einem mangelhaften Oberflächenfinish; aufgrund der Reibung
zwischen den Sägeblättern und
den Schneidblöcken
und/oder zwischen den Sägeblättern und dem
Knochen kommt es zu einer erhöhten
Temperatur an den Sägen;
aufgrund der durch die Reibung verursachten hohen Temperaturen kommt
es zu einer thermischen Nekrose des Knochens; wenn gesundes Knochengewebe
aufgrund hoher Temperaturen beschädigt wurde, ist die Nutzung
zementloser Prothesen nicht möglich;
aufgrund des Kontakts der Sägeblätter mit
den Schneidblöcken
kommt es zur Bildung metallischer Verunreinigungen; die Antriebssysteme
der Knochensägen
weisen einen extrem hohen Energieverbrauch auf; aufgrund des hohen Strombedarfs
werden größere, teurere
Akkus benötigt;
an den Antriebssystemen kommt es zu einer übermäßigen Lärmentwicklung; beim Sägevorgang durch
die oszillierenden Sägeblätter weggeschleuderte,
in ihre Bestandteile aufgelöste
bzw. absplitternde Gewebsteile und Körperflüssigkeiten können hämatogene
und andere Krankheitserreger enthalten, die eine Kontaminationsgefahr
für das
medizinische Personal darstellen; aufgrund der erhöhten Masse
der relativ langen, oszillierenden Sägeblätter ist die Tiefe der möglichen
Knochenschnitte begrenzt; die Sicherheit des medizinischen Personals ist
aufgrund des vergrößerten Schnittfeldes,
das auf die relativ größere Länge des
Sägeblattes
zurückzuführen ist,
eingeschränkt;
es besteht die Gefahr von Überlastungen
der Antriebssysteme aufgrund der relativ größeren Masse und Länge der
sich bewegenden Sägeblätter; und
bei der Führung
der Sägeblätter kommt
es zu Schwierigkeiten.
-
Auch
Kettensägen,
bei denen ein Zahnrad der Kette über
einen fixierten, länglichen
Führungsarm
angetrieben werden, sind bekannt. Sie werden in der Regel zum Fällen und
Stutzen von Bäumen
verwendet. In der Patentschrift DE-A-2640267 wird jedoch eine kleinere,
leichtere Säge
beschrieben, die zum Schneiden von Brot, Wurst und anderen weichen
Materialien entwickelt wurde.
-
Dementsprechend
besteht ein primäres
Ziel der vorliegenden Erfindung darin, die weiter oben genannten
Nachteile chirurgischer Sägen,
die dem aktuellen Stand der Technik entsprechen, zu überwinden.
-
Entsprechend
dieser Erfindung umfaßt
eine chirurgische Säge:
- ein Paar flexibler Endlos-Schneidbänder, die Schneidkanten zum
Resezieren von anatomischem Gewebe besitzen;
- einen länglichen
Führungsarm
für jedes
Schneidband, wobei die Führungsarme
stationär,
parallel zueinander zum Führen
der Schneidbänder
angeordnet sind, die eng um die Führungsarme herum zur Bewegung
daran entlang verlaufen;
- ein Gehäuse
zum Befestigen der Führungsarme
in paralleler Beziehung; und
- ein Antriebssystem für
den Antrieb der Schneidbänder,
so daß sie
sich in vorgesehenen Wegen in entgegengesetzten Richtungen entlang
der Führungsarme
bewegen, um das anatomische Gewebe zu resezieren.
-
Einige
Vorteile der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bestehen darin, daß die Reibung zwischen den
Führungsarmen
und einem am Knochen angebrachten Führungsblock sowie zwischen
den Führungsarmen
und dem Knochen minimiert wird, die Betriebstemperaturen der chirurgischen
Säge relativ
niedriger als bei konventionellen, oszillierenden Trennsägen sind,
eine thermische Nekrose des Knochens vermieden und damit eine Verwendung
zementloser Prothesen oder Implantate möglich wird, die chirurgische
Säge eine
wesentlich größere Anzahl
von Schneidzähnen
als eine konventionelle Trennsäge
aufweist und damit ein besserer, effizienterer Schnitt mit einem
geringeren Verschleiß der
Zähne möglich ist,
die chirurgische Säge
bei geringeren Geschwindigkeiten und einer geringeren Leistungsaufnahme
betrieben werden kann, der beim Sägen entstehende Schneidabfall
von der operativen bzw. Schnittseite über einen Kanal zwischen den
Führungsarmen
beim kontinuierlichen Schneiden entfernt werden, das Wegschleudern
von Gewebe und/oder Flüssigkeiten
reduziert wird, wobei es gleichzeitig zu einer Reduzierung des für das beteiligte
Personal bestehenden Kontaminationsrisikos kommt, die chirurgische
Säge selbstzentrierend
ist und seitliche Schubkräfte
ausgleicht, die Führungsarme
eine geringere Masse und damit eine größere Stabilität aufweisen,
tiefere Einschnitte in den Knochen möglich sind, die chirurgische
Säge während des
Sägens
präziser
geführt
werden kann, ein unerwünschtes
Abtrennen von Weichgewebsteilen vermieden wird, die Parallelität der Führungsarme
durch die Verwendung einer Schneidführung aufrechterhalten bleibt,
was einen exakten Schnitt ermöglicht,
die chirurgische Säge
mit konventionell angetriebenen Handstücken verwendet werden kann,
und ein Einsatz der chirurgischen Säge mit konventionellen Führungsblöcken möglich ist,
die am Knochen befestigt werden.
-
Vorzugsweise
umfaßt
jedes Schneidband eine Vielzahl voneinander entfernter Schneidzähne, die
durch flexible Banksegmente miteinander verbunden sind. Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
haben die Schneidbänder
eine einheitliche Form und bestehen jeweils integral aus einem Teil.
Der Antriebsmechanismus kann sich im Gehäuse befinden und ein Paar Zahnräder umfassen,
die durch das Handstück
angetrieben werden. Jedes Zahnrad befindet sich an einem proximalen
Ende eines Führungsarms,
und jedes Schneidband verläuft um
den Führungsarm
und das zu ihm gehörende Zahnrad
herum, so daß es
sich relativ zum Führungsarm
auf dem vorgegebenen Weg bewegt. Die Zahnräder sind in entgegengesetzten
Richtungen drehbar, so daß die
rings um die Führungsarme
verlaufenden Schneidbänder
gegenläufig
sind und die Zahnräder in
einer Schnittrichtung zum Schneiden von anatomischem Gewebe gedreht
werden können.
Die Führungsarme
befinden sich in einem bestimmten seitlichen Abstand zueinander
und definieren damit einen bestimmten Weg, durch den der Schneidabfall
entfernt wird. Ein Paar Führungselemente
steht vorzugsweise vom Gehäuse
entlang der Außenseiten der
Führungsarme
vor und ist mit distalen Enden ausgestattet, die proximal zu den
Führungsarmen verlaufen,
so daß der
Schnitt nur an den distalen Enden erfolgt und entlang des Großteils der
Außenseiten
des Führungsarms
verhindert wird. Eine Schneidführung
für die
chirurgische Säge
umfaßt
ein Gehäuse
mit einer darin befindlichen Aussparung, so daß die von den Schneidbändern umgebenen
Führungsarme
und die Führungen
durch eine Aussparung eingeführt
werden können
und von ihr vorstehen. Die Schneidführung dient zur Stabilisierung
der chirurgischen Säge
und zur Aufrechterhaltung der Parallelität der Führungsarme während des
Einsatzes.
-
Nachfolgend
wird eine spezielle Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Teile in den einzelnen Figuren
jeweils durch identische Referenznummern gekennzeichnet sind und
auf den Figuren folgendes dargestellt ist.
-
1 ist eine Seitenansicht einer chirurgischen
Säge entsprechend
der vorliegenden Erfindung.
-
2 ist eine Seitenansicht und teilweise Schnittdarstellung
der chirurgischen Säge.
-
3 ist eine Draufsicht auf die Sägebaugruppe
der chirurgischen Säge.
-
4 ist eine Perspektivdarstellung eines Führungsarms
der Sägebaugruppe.
-
5 ist eine Perspektivdarstellung eines Schneidbands
der Sägebaugruppe.
-
6 ist eine vergrößerte, abgebrochene Perspektivdarstellung
des Schneidbands.
-
7 ist eine abgebrochene Draufsicht auf das
Schneidband.
-
8 ist eine abgebrochene Perspektivdarstellung,
die ein Zahnrad zeigt, das an einer Trommel der Sägebaugruppe
montiert ist.
-
9 ist eine Perspektivdarstellung einer Schneidführung für die chirurgische
Säge.
-
10 ist eine abgebrochene Seitenansicht und
teilweise Schnittdarstellung, welche die Verwendung der chirurgischen
Säge und
der Führungsschiene
beim Resezieren des Oberschenkels illustriert.
-
Eine
chirurgische Säge
10 entsprechend der vorliegenden Erfindung ist in den 1 und 2 illustriert
und umfasst eine Sägebaugruppe
12 und ein motorisch betriebenes chirurgisches Handstück 14, das
als Antriebssystem für
die Sägebaugruppe
12 fungiert. Das Handstück
14 umfaßt
ein Gehäuse
16, das mit einem Handgriff 17 ausgestattet bzw. für einen
solchen Handgriff konfiguriert ist, sowie ein Antriebssystem 18
in einem Gehäuse
16. Das Antriebssystem 18, welches schematisch in der 2 illustriert ist, umfaßt einen
Antriebsmotor M, eine Stromversorgung P für den Antriebsmotor M, einen
Schalter S zum Regeln der Stromzufuhr zum Motor M sowie einen Druckknopf
oder Auslöser
B, der extern vom Gehäuse
16 aus betätigt
werden kann und den Schalter S anspricht. Bei der Stromversorgung
P des Handstücks
kann es sich um eine elektrische Stromversorgung oder eine von vielen
anderen möglichen Stromversorgungen
bzw. Stromquellen handeln, beispielsweise hydraulischer oder pneumatischer
Art, die zum Antreiben des Motors M geeignet sind. Eine Antriebswelle
20 ist drehbar in einem Gehäuse
16 montiert und kann von einem Motor M angetrieben werden. Das Gehäuse 16 ist
mit einem vorderen Ende 21 ausgestattet, in dem sich eine auf die
Antriebswelle 20 ausgerichtete Öffnung
befindet, die eine Verbindung der Antriebswelle 20 mit der Sägebaugruppe
12 ermöglicht,
wie weiter unten noch erläutert
wird. Das Handstück
14 kann verschiedene, konventionell angetriebene chirurgische Handstücke umfassen,
beispielsweise solche, wie sie in den US-Patenten Nr. 5.263.922
und Nr. 5.439.472 (Evans et al.) offengelegt wurden, oder auch die
Sodem-Power-System-Handstücke von
Sodem Systems aus Genf in der Schweiz. Das Handstück 14 kann
verschiedene Mechanismen zum Arretieren oder Befestigen der Sägebaugruppe
12 am Handstück
14 umfassen, beispielsweise die Schnappverbindungen der Sodem-Power-System-Handstücke.
-
Die
Sägebaugruppe
12 umfaßt,
wie am besten aus den 2 und 3 erkennbar ist, ein Paar stationärer Führungsarme
22, ein Paar flexibler, endloser Schneidmesser oder -bänder 24,
die durch Führungsarme
22 geführt
werden, so daß eine
Bewegung auf den vorgesehenen oder definierten Wegen möglich ist,
einen Antriebsmechanismus 26 zum Antreiben der Schneidbänder 24,
so daß diese
auf den vorgesehenen Wegen bewegt werden, und ein Gehäuse 27,
in dem der Antriebsmechanismus 26 untergebracht ist und an dem die
Führungsarme
22 angebracht sind. Die Führungsarme
22 umfassen, wie in der 4 illustriert,
jeweils einen flachen oder ebenen, länglichen Körper von gleichförmiger Dicke
T, der aus einem hochfesten, medizinisch akzeptablen Material besteht.
Jeder Führungsarm
22 verfügt über einander
gegenüberliegende,
ebene, parallele Außenflächen 28
und 29 mit der zwischen ihnen gebildeten Dicke T. Jeder Führungsarm
22 wird durch eine bogenförmige
vordere Kante 30, gerade, parallele Seitenkanten 31, die in die
vordere Kante 30 übergehen,
und eine bogenförmige
hintere Kante 32 definiert, die sich an die Seitenkanten 31 anschließt. Die vorderen
Kanten 30 und die hinteren Kanten 32 sind jeweils in dieselbe Richtung
abgebogen, und jede vordere Kante ist längs auf eine hintere Kante
ausgerichtet. Die vorderen Kanten 30 definieren abgerundete Nasen
oder Spitzen an den distalen Enden der Führungsarme, und die hinteren
Kanten 32 definieren ringförmige
Vertiefungen 33 an den proximalen Enden der Führungsarme. Ein Loch 34 verläuft durch jeden
Führungsarm
an seinem distalen Ende, und ein länglicher Spalt 35 verläuft durch
das proximale Ende eines jeden Führungsarms,
der von einem Gehäuse 27
aufgenommen wird. Die Spalte 35 können distal verlaufen und mit
Löchern
34 verschmelzen, wie durch die gepunkteten Linien in 4 dargestellt ist, so daß es zu
einer weiteren Reduzierung der Masse der Führungsarme kommt. Eine Nut
36 wird zwischen den Außenflächen 28
und 29, das heißt,
entlang der Dicke T, gebildet und verläuft entlang den vorderen Kanten
30 und den Seitenkanten 31 eines jeden Führungsarms.
-
Die
Schneidbänder
5 umfassen, wie am besten in der 5 illustriert,
jeweils eine Vielzahl von in einem bestimmten Abstand zueinander
befindlichen Scheidzähnen
38, die miteinander durch flexible Bandsegmente 39 zu einem endlosen,
flexiblen Band oder Ring verbunden sind. Entsprechend einer bevorzugten
Ausführungsform
bilden die Schneidbänder
24 eine integrale Einheit mit den Zähnen 38 und den Bandsegmenten
39, so daß ein
einteiliges, monolithisches, homogenes, flexibles Band gebildet wird,
das aus einem hochfesten, medizinisch akzeptablen Material besteht.
Die Schneidbänder
können auf
verschiedenste Art und Weise als integrale Einheit hergestellt werden,
beispielsweise durch Bearbeitung eines einzelnen Blechs mittels
elektrischer Entladung, durch Bearbeitung mittels elektrischer Entladung
in einer kontinuierlichen Linie, die ausgeschnitten und an den einander
gegenüberliegenden Enden
verschweißt
wird, so daß ein
endloses Band bzw. ein endloser Ring entsteht, oder durch Stanzen unter
Verwendung von Formen, um durch Prägen oder Umformen die Schneidbänder herzustellen.
Die Schneidbänder
können
jeweils als Streifen gefertigt werden, die an ihren Enden zu einem
Band oder einer Schleife verbunden werden, oder aus Material einer
bestimmten Länge,
das an seinen Enden zu einem Band oder einer Schleife verbunden
wird. Die Schneidbänder
können
auch mehrteilig konstruiert sein, wobei die Zähne 38 und die Bandsegmente
39 separate Teile sind, die zu einem flexiblen, endlosen Band oder
Ring miteinander verbunden werden. Beispielsweise können die
Bandsegmente als Verbindungselemente konstruiert sein, so daß eine mechanische
Verriegelung mit den Schneidzähnen
hergestellt werden kann. Die Schneidbänder können auf vielfältige Art
und Weise als separate Teile gefertigt werden, beispielsweise durch
Metall-Spritzgießen, durch
Pulvermetallurgie, durch Strangpressen, durch Modellausschmelzgießen und
durch Schmieden.
-
Wie
in den 6 und 7 dargestellt,
ist jeder Zahn 38 durch Seitenflächen
42A und 42B, eine quer oder senkrecht zu den Seitenflächen 42A
und 42B verlaufende Führungskante
oder Oberfläche
44, eine quer oder senkrecht zu den Seitenflächen 42A und 42B verlaufende
Abströmkante
46 und eine Dicke T' zwischen
den Seitenflächen
42A und 42B gekennzeichnet. Die Führungsfläche 44 geht in eine periphere
Außenfläche 47 eines
angrenzenden, vorderen Bandsegments 39 über, und die Abströmkante 46 verschmilzt
mit einer peripheren Außenfläche 47 eines
angrenzenden, hinteren Bandsegments 39, so daß eine Basis eines jeden Zahns
zwischen zwei Bandsegmenten verläuft.
Dementsprechend definiert das vordere Bandsegment 39 des Schneidzahns
38', wie in 7 dargestellt, das hintere Bandsegment
für den
nächsten
vorderen Schneidzahn 38'', und das hintere
Bandsegment 39 des Zahns 38' definiert
das vordere Bandsegment für
den nächsten
hinteren Schneidzahn. Die Führungsfläche 44 und
die Abströmfläche 46 des
Schneidzahns 38 treffen einander an einer Spitze, die eine Schneidkante
48 definiert, welche quer oder senkrecht zu Seitenflächen 42A und
42B verläuft.
Die Zähne
38 sind in einer vorwärtsgewandten
oder Schnittrichtung von den Bandsegmenten 39 abgewandt, wobei die
Führungsflächen 44
mit den peripheren Außenflächen 47
der vorderen Bandsegmente 39, wie in 6 dargestellt,
einen spitzen Spanwinkel A bilden. Jedes Bandsegment 39 verfügt über Seitenflächen 50A
und 50B, die in die Seitenflächen
42A bzw. 42B übergehen,
eine periphere Außenfläche 47,
die quer oder senkrecht zu den Seitenflächen 50A und 50B steht, eine
periphere Innenfläche
51, die quer oder senkrecht zu den Seitenflächen 50A und 50B verläuft, sowie
eine Dicke T'' zwischen den Seitenflächen 50A
und 50B, die identisch bzw. im wesentlichen identisch mit der Dicke
T der Führungsarme
22 ist. Die Bandsegmente 39 trennen die Schneidzähne 38 voneinander, und in einer
bevorzugten Ausführungsform
umfassen die Schneidbänder
24 jeweils neunzig Schneidzähne. Die
Schneidzähne
stehen nach außen
von dem Umfang vor, der durch die Außenflächen 47 definiert wird. Je
nach der Verwendung können
die Schneidzähne
jedoch von den peripheren Innenflächen 51 aus nach innen vorstehen.
Die Seitenflächen
42A und 42B der Schneidzähne
38 verlaufen parallel zueinander, wie auch die Seitenflächen 50A
und 50B für jedes
Bandsegment 39; es ist jedoch auch möglich, daß die Seitenflächen nicht
parallel zueinander verlaufen.
-
Die
Schneidzähne
38 sind winklig von den Bandsegmenten 39 in einer seitlichen Richtung
versetzt, wobei die Schneidzähne
jeweils winklig in entgegengesetzter Richtung zueinander versetzt
sind. Wie in der 7 für die wechselseitigen
Schneidzähne
38' und 38'' dargestellt, sind die Seitenflächen 42A und
42B des Schneidzahns 38' seitlich
von den Seitenflächen
50A und 50B der Bandsegmente 39 abgewinkelt, und die Seitenflächen 42A
und 42B des Schneidzahns 38'' sind seitlich in
entgegengesetzter Richtung von den Seitenflächen 50A und 50B der Bandsegmente
39 abgewinkelt. Dementsprechend verläuft die Schneidkante 48 des
Schneidzahns 38' seitlich über die
Seitenfläche
50B hinaus, und die Schneidkante 48 des Schneidzahns 38'' verläuft seitlich über die
gegenüberliegende
Seitenfläche
50A hinaus, so daß die
Schneidkanten der wechselseitigen Zähne über die einander gegenüberliegenden
Seitenflächen
50A und 50B hinaus verlaufen oder von ihnen vorstehen. Die Schneidzähne 38 definieren eine
Kerbe K, die der maximalen seitlichen Abmessung zwischen den Seitenflächen 42A
und 42B der angrenzenden Zähne
38 entspricht. Wie in den 5 und 6 dargestellt, sind die Schneidzähne 38 jeweils mit
einem Kiel 52 in der Form eines konvexen oder abgerundeten Vorsprungs
versehen, der sich an der Basis eines jeden Schneidzahns 38 befindet.
Jeder Kiel 52 befindet sich zwischen den beiden Bandsegmenten 39
und ist mit einer bogenförmigen Oberfläche bzw.
Kante ausgestattet, die von den inneren peripheren Oberflächen 51
der Bandsegmente ausgehend und in diese übergehend verläuft, wobei
die Kiele eine hakenähnliche
Form haben können.
-
Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
bestehen die Schneidbänder
aus Edelstahl der Qualität
17–4 PH.
Die Schneidbänder
können
jedoch aus jedem für
chirurgische Zwecke geeigneten Edelstahl gefertigt werden, dessen
Härte zum Schneiden
von Knochen ausreicht und der ausreichend flexibel ist, so daß ein monolithisches
Endlosband gebildet werden kann. Die Führungsarme bestehen vorzugsweise
aus wärmebehandeltem
Edelstahl der Qualität
17–4 PH,
der härter
als die Schneidbänder
ist, so daß der
Verschleiß zwischen den
Führungsarmen
und den Schneidbändern
reduziert wird. Eine bevorzugte Größe bzw. ein bevorzugter Umfang
der Schneidbänder
beträgt
9–12 Zoll (230–300 mm).
Eine bevorzugte Dicke T der Führungsarme
beträgt
0,050 Zoll (1,27 mm), und eine bevorzugte Dicke T'' der Bandsegmente beträgt 0,055 Zoll
(1,4 mm). Die Schneidzähne
haben vorzugsweise eine Dicke T',
die kleiner als die Kerbe K und mindestens ebenso groß wie T'' ist. Die Dicke der Führungsarme
kann größer als
T'' sein, wobei die
Breite der Nut mit T'' korrespondiert.
Der Spanwinkel kann der Größe des Spanwinkels
eines Standard-Knochenschneiders entsprechen. Die Kerbe K ist so
klein wie möglich
und beträgt
entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform 0,060 Zoll (1,5
mm).
-
Der
Antriebsmechanismus 26 ist am besten in den 2 und 3 dargestellt und umfasst eine rechtwinklige
Kegelradgetriebeeinheit mit einem ersten Kegelrad 54, das starr
von einer Eingangswelle 55 getragen wird, und ein zweites Kegelrad
56, das starr von einer Eingangswelle 58 getragen wird. Die Eingangswelle
55 ist so gestaltet, daß sie
mechanisch mit der Antriebswelle 20 des Handstücks 14 verbunden ist. Die Eingangswelle
55 kann mit der Antriebswelle 20 des Handstücks auf viele verschiedene
Arten verbunden werden, darunter auch durch eine Vielzahl konventioneller
Mechanismen wie beispielsweise genutete Wellen, Schnappverbindungen sowie
Sicherungsringe, die konventionell zur Verbindung motorisch betriebener
chirurgischer Handstücke
mit dafür
vorgesehenen Adaptern oder Anbauteilen verwendet werden. Das zweite
Kegelrad 56 ist drehbar so angebracht, daß es durch das erste Kegelrad
54 angetrieben werden kann. Dementsprechend ist die Ausgangswelle
58 der Kegelgetriebeeinheit um 90° von
der Antriebswelle 20 des Handstücks
14 versetzt. Die Kegelräder
54 und 56 weisen ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 auf, so daß sie mit
derselben Geschwindigkeit wie die Antriebswelle 20 des Handstücks drehen.
Eine Lagerplatte 60 ist fest an der Ausgangswelle 58 angebracht
und dreht sich gemeinsam mit ihr, wobei die Platte 60 mit einer zentralen Öffnung versehen
ist, durch welche die Ausgangswelle 58 hindurch verläuft. Die
Platte 60 befindet sich zwischen dem Kegelrad 56 und einer zylindrischen
Trommel oder Hülse
52, die starr über der
Ausgangswelle 58 positioniert ist und von dieser gedreht wird, wobei
die Ausgangswelle 58 eine Axialbohrung der Trommel 62 passiert.
Die Trommel 62 nimmt an einem unteren Ende ein Zahnrad 64 auf bzw.
an ihrem unteren Ende ist ein Zahnrad 64 ausgeformt, und ein Zahnrad
66, das starr von einer zweiten zylindrischen Trommel oder Hülse 68 getragen
wird bzw. an ihr ausgeformt ist, ist in einem drehbaren Antriebseingriff
mit einem Zahnrad 64 angeordnet. Eine Welle 70 verläuft durch
eine Axialbohrung oder ein Lumen der Trommel 68 und ist zur Drehung
damit starr daran befestigt. Die Zahnräder 64 und 66, die mit den
Trommeln 62 bzw. 68 eine integrale Einheit bilden oder separat von
diesen ausgeformt sein können,
sind jeweils mit einer Vielzahl voneinander entfernter Zähne 71 ausgestattet,
die zum Zwecke des Antriebs ineinander eingreifen, so daß die Zahnräder 64 und
66 drehbar in gegensätzlichen Richtungen
angetrieben werden, wenn das Zahnrad 64 von der Kegelradeinheit
gedreht wird. Die gegenläufig
drehenden Zahnräder
64 und 66 weisen ein Übersetzungsverhältnis von
1:1 auf, so daß die Trommeln
62 und 68 sich mit derselben Geschwindigkeit gegenläufig drehen.
Die Zahnräder
72 sind starr mit den oberen Ende der Trommeln 62 bzw. 68 verbunden
und drehen sich mit ihnen. Darüber
hinaus sind die Zahnräder
72 mit zentralen Öffnungen ausgestattet,
durch welche die Wellen 58 bzw. 70 verlaufen. Ein Zahnrad 72 ist
in der 8 montiert auf einer Trommel
62 dargestellt und umfasst eine ringförmige Scheibe von gleichmäßig geringer
Dicke mit Zähnen
74, die entlang des Umfangs der Scheibe verlaufen und durch Segmente
75 der Umfangskante bzw. der Radoberfläche 72 und teilweise ringförmige Zwischenräume 76 zwischen
den Segmenten 75 definiert werden. Jeder Zwischenraum 76 wird durch eine
gebogene Kante oder Oberfläche
77 definiert, die zwischen den Segmenten 75 verläuft und hinsichtlich ihrer
Größe und Konfiguration
so gestaltet ist, daß sie
die Kiele 52 der Schneidzähne
38 aufnimmt.
-
Das
Gehäuse
27 kann jede gewünschte äußere Form
haben, einschließlich
einer im wesentlichen rechteckigen äußeren Konfiguration, wie in 2 dargestellt. Das Gehäuse 27 verfügt über ein hinteres Ende 80 mit
einer darin befindlichen Öffnung bzw.
einer Passage, die auf die Welle 55 ausgerichtet ist, so daß die Welle
55 mit der Antriebswelle 20 des Handstücks verbunden werden kann.
Das Gehäuse 27
ist mit einem vorderen Ende 81 mit einem darin befindlichen Kanal
82 versehen, durch den die Führungsarme
22 verlaufen, wenn die proximalen Enden der Führungsarme mit dem Antriebsmechanismus verbunden
werden, wie weiter unten noch erörtert wird.
Wie in 3 dargestellt, verläuft eine
Führung mit
einem Paar länglicher
Schutzglieder 83 von einem vorderen Ende 81 aus in distaler Richtung.
Jedes Schutzglied 83 verläuft
vom Gehäuse
27 aus zu einem nach außen
hin abgeflachten, distalen Ende mit einer abgerundeten oder stumpfen
distalen Spitze 84. Die Schutzglieder 83 sind permanent oder abnehmbar
am Gehäuse
27 angebracht bzw. mit ihm verbunden, so daß die Führungsarme 22 zwischen den
Schutzgliedern 83 und in seitlicher Ausrichtung mit ihnen verlaufen,
wie in 3 dargestellt. Die Schutzglieder
83 haben eine solche Länge,
daß die distalen
Spitzen proximal zu den vorderen Kanten 30 der Führungsarme 22 verlaufen und
es ermöglichen, daß ein distales
Ende der Sägebaugruppe
zum Schneiden von anatomischem Gewebe verwendet wird, während ein
Schneiden entlang dem größten Teil
der Außenseiten
der Führungsarme
22 vermieden wird, wie nachfolgend noch näher erläutert. Die Schutzglieder bestehen
vorzugsweise aus angelassenem Edelstahl. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
verlaufen die distalen Enden der Führungsarme ¼ Zoll (6,35 mm) über die
Spitzen der Schutzglieder hinaus. Die Dicke der Schutzglieder ist mindestens
ebenso groß wie
die der Kerbe K der Schneidzähne,
so daß die
Schutzglieder während des
Schneidvorgangs den distalen Enden der Führungsarme in das anatomische
Gewebe hinein folgen können.
-
Das
Gehäuse
27 ist innen mit einer Vertiefung 85 versehen, wie in 2 dargestellt, in der ein Antriebsmechanismus
26 mit einer internen Schulter, auf der die Gehäuse-Trägerplatte 60 aufliegt, sowie die
Zahnräder
64 und 66 untergebracht sind. Der Antriebsmechanismus 26 ist im
Gehäuse
27 untergebracht, wie in 2 dargestellt,
wobei die Welle 55 drehbar in einer Passage am hinteren Ende 80
des Gehäuses
27 untergebracht ist und die Wellen 58 und 70 drehbar in Vertiefungen
in einer oberer Wand des Gehäuses
untergebracht sind. Auf Wunsch kann im Gehäuse eine Bürste untergebracht werden,
um den Schneidabfall von den Schneidzähnen zu entfernen, wenn die
Schneidbänder
vom Antriebsmechanismus angetrieben werden, wie weiter unten noch erläutert wird.
Wie in der 2 dargestellt, ist eine Bürste an
einer Innenfläche
der oberen Gehäusewand
angebracht, um den Schneidabfall von den Schneidzähnen 38
zu entfernen. Eine Leiste 88 innerhalb einer Vertiefung 85 definiert
eine Auffangschale 89 im Gehäuse
27, in welcher der mit Hilfe der Bürste 87 von den Zähnen 38
entfernte Schneidabfall gesammelt wird. Die Auffangschale 89 ist
von den Zahnrädern
durch eine Leiste 88 getrennt. Auf Wunsch kann rings um die Trommeln
62 und 68, angrenzend an die Leiste 92, eine Dichtung angebracht werden.
Das Gehäuse
kann mit einer Zugangsklappe versehen werden, die mit der Auffangschale
89 kommuniziert und ein Entfernen der Schneidabfälle ermöglicht. Ein Paar länglicher
Stege 90, dargestellt in 3, verläuft von
der Leiste 88 am vorderen Ende des Gehäuses aus nach oben. Die Stege
90 sind längs
auf die Wellen 58 bzw. 70 ausgerichtet und in ihren seitlichen und
Längsabmessungen
so gestaltet, daß sie
im Friktionssitz in den länglichen
Spalten 35 der Führungsarme
22 sitzen. Um das Zusammenbauen zu erleichtern, sind die Stege 90
kürzer
als die Spalte 35, um eine Längsbewegung
bzw. ein Einstellen der Führungsarme
22 entlang den Stegen 90 und relativ zum Gehäuse 27 zu ermöglichen.
Das Gehäuse
27 kann mehrteilig sein, um das Zusammenbauen zu erleichtern. Auf
Wunsch kann ein Flüssigkeitskreislauf
91, wie in 2 dargestellt, an der chirurgischen
Säge positioniert
werden oder durch die chirurgische Säge hindurch verlaufen, wobei
ein erstes Ende dieses Kreislaufs 91 mit einer Flüssigkeitsquelle
verbunden ist, beispielsweise einer Salzlösung, und ein zweites Ende
zum Transport der Flüssigkeit zu
den Schneidklingen dient, wo sie zum Spülen und/oder Kühlen eingesetzt
wird.
-
Die
Sägebaugruppe
12 wird typischerweise wie in den 1–3 dargestellt geliefert, wobei die proximalen
Enden der Führungsarme
22 im Kanal 82 des Gehäuses
27 verlaufen. Die Stege 90 werden von Spalten 35 aufgenommen, wobei
die bogenförmigen
hinteren Kanten 32 der Führungsarme
an die Umfangskantensegmente 75 der Zahnräder 72 angrenzen, so daß Teile
der Zahnräder
in den Vertiefungen 33 an den proximalen Enden der Führungsarme aufgenommen
werden. Wie in der 3 dargestellt, ist
der Durchmesser der Zahnräder
72 mit der Seitenabmessung der Führungsarme
22 zwischen den Seitenkanten 31 identisch. Jeder Führungsarm
22 und das korrespondierende Zahnrad 72 definieren gemeinsam einen
endlosen, vorgesehenen Weg, der entlang der vorderen Kante 30 und
der Seitenkanten 31 des Führungsarms
sowie entlang eines Umfangsteils des Zahnrads 72 verläuft. Jedes
Schneidband 24 ist auf einem Führungsarm
22 und dem entsprechenden Zahnrad 72 montiert, wobei die Kiele 52
in Vertiefungen 76 des Zahnrades 72 und in der Nut 36 des Führungsarms
aufgenommen werden. Dementsprechend verläuft jedes Schneidband 24 entlang
einer vorderen Kanten 30, entlang von Seitenkanten 31 eines Führungsarms
22 sowie entlang eines Umfangsteils des korrespondierenden Zahnrads
72, so daß bei
einer Drehung des Zahnrads eine Bewegung in Schnittrichtung entlang
dem definierten Weg möglich
ist. Die Schneidbänder
24 verlaufen aufgrund ihrer Größe in einem
straffen Sitz rings um die Führungsarme
und die entsprechenden Zahnräder. Wenn
die Stege 90 kürzer
als die Spalte 35 sind, können
die Führungsarme
22 während
des Zusammenbauens längs
bewegt werden, um einen straffen Sitz der Schneidbänder 24
sicherzustellen. Wenn die Spalte 35 länger als die Stege 90 sind,
können
Abstandhalter 92 in die Spalte 35 zwischen die Stege 90 und die
Führungsarme
22 eingeführt
werden, so daß die
Führungsarme
während
des Einsatzes fest sitzen, wie in 3 dargestellt.
Der Krümmungsradius der
bogenförmigen
hinteren Kanten 32 der Führungsarme
entspricht dem Krümmungsradius
der Zahnräder
72; die Konfiguration der hinteren Kanten 32 muss jedoch nicht der
Krümmung
der Zahnräder entsprechen.
Beim Zusammenbauen des Antriebsmechanismus befinden sich die Führungsarme
22 in einem solchen seitlichen Abstand voneinander, daß die Schneidzähne 38 leicht
kammähnlich
entlang der inneren Seitenkanten 31 der Führungsarme verlaufen, wobei
zwischen den inneren Seitenkanten 31 eine Passage oder ein Kanal
93 definiert wird. Die Führungsarme
22 und die an ihnen geführten Schneidbänder 24
stehen von dem vorderen Ende 81 des Gehäuses vor, wobei die Schneidbänder 24
beweglich durch den Kanal 82 in Schneidrichtung relativ zu den stationären Führungsarmen
22 verlaufen.
-
9 illustriert eine Schneidführung 94,
die zusammen mit der chirurgischen Säge entsprechend der vorliegenden
Erfindung zu verwenden ist. Die Schneidführung 94 umfaßt ein rechteckiges
Gehäuse
mit Flanschen 95 an den einander gegenüberliegenden Enden und einem
Spalt 96, der durch das gesamte Gehäuse verläuft und zur Aufnahme eines Teils
der Sägebaugruppe
dient, die vom Gehäuse
27 aus verläuft.
Der Spalt 96 umfaßt
einen inneren, zentralen Abschnitt 97, Zwischenabschnitte 98, die
den Innenabschnitt 97 flankieren, sowie äußere Abschnitte 99, die die
Zwischenabschnitte 98 flankieren. Der Innenabschnitt 97 ist in seinem
Querschnitt leicht abgerundet, wobei die Größe des Querschnitts so gewählt ist,
daß die
Zähne 38
entlang der Innenseiten der Führungsarme
22 aufgenommen werden können.
Der Innenabschnitt 98 weist eine rechteckige Querschnittskonfiguration
auf, wobei die Höhe
H zur Aufnahme der Dicke T der Führungsarme
22 dient und kleiner als die Kerbe K der Schneidzähne 38 ist. Die äußeren Abschnitte
99 weisen einen abgerundeten Querschnitt auf, der so groß ist, daß er die Schutzglieder
83 und die Zähne
38 entlang der Außenseiten
der Führungsarme
22 aufnehmen kann. Die Schneidführung
94 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen, biegsamen oder verformbaren
Material, beispielsweise Polypropylen, so daß die Schneidführung zusammengedrückt werden
kann, um die Konfiguration des Spalts 96 zu vergrößern, zu
verändern
oder zu öffnen,
so daß die
Schneidführung
94 über
die Führungsarme
22, die Schneidbänder
24 und die Schutzglieder 83 geschoben werden kann. Die Schneidführung 94
kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden, beispielsweise
durch Spritzgießen.
-
Während des
Einsatzes ist die Sägebaugruppe
12 mit dem Handstück
14 verbunden, so daß eine
Verbindung zwischen der Antriebswelle 20 des Handstücks und
der Welle 55 der Sägebaugruppe hergestellt
wird. Die Schneidführung
94 wird zusammengedrückt
und über
das distale Ende der Sägebaugruppe
geschoben, um die Führungsarme
22, die um die Arme herum verlaufenden Schneidbänder 24 und die Schutzglieder
83 innerhalb des Spalts 96 zu positionieren. Wenn die Schneidführung 94
in der Sägebaugruppe
positioniert ist, befinden sich die Passage 93 und die entlang der
Innenseiten des Führungsarms
22 verlaufenden Schneidzähne
38 in einem Innenbereich 97 des Spalts, die Führungsarme 22 sind in den Zwischenbereichen
98 des Spalts positioniert, und die Schutzglieder 83 sowie die entlang den
Außenseiten
der Führungsarme
22 verlaufenden Zähne
38 befinden sich innerhalb der äußeren Bereiche
99 das Spalts. Die Führung
94 kann angrenzend oder anstoßend
an die Vorderkante des Gehäuses 27
positioniert werden, wie in 9 dargestellt,
wobei die Führungsarme
22 und die Schutzglieder 83 von der Schneidführung 94 vorstehen. Ein Handstück 14 wird über einen
Handgriff 17 gehalten, und eine Taste B wird gedrückt, um
die Stromversorgung von der Stromquelle P zum Motor M herzustellen,
um die Antriebswelle 20 und die Kegelräder 54 und 56 zu drehen. Dementsprechend
drehen sich die Zahnräder
64 und 66 gegenläufig
gemeinsam mit den Trommeln 62 und 68 sowie den Zahnrädern 72.
Durch die gegenläufige
Drehung der Zahnräder
72 drehen sich auch die Schneidbänder
24 in entgegengesetzten Richtungen rings um die Führungsarme
und die Zahnräder,
wobei die Schneidbänder
24 durch den Spalt 96 der Führung
94 hindurch verlaufen. Dementsprechend wird jedes Schneidband 24
entlang dem definierten Weg, wie in 3 dargestellt,
permanent in der Schneidrichtung bzw. nach vorn bewegt. Die distalen
Enden der Führungsarme
22 werden in das anatomische Gewebe, beispielsweise einen Knochen,
eingeführt,
um es in der Ebene der Führungsarme
durchzuschneiden, und die Sägebaugruppe
12 kann über
einen am Knochen befestigten Führungsblock
G in den Knochen eingeführt
werden, wie in 10 dargestellt.
-
10 illustriert die in den Oberschenkel
F eingeführten
Führungsarme
22, um den Oberschenkel entlang einer Ebene zu resezieren, die einen
beabsichtigten Fasenschnitt definiert. Die Führungsarme 22 werden mit einer
tauchenden und/oder schwingenden Schnittbewegung nach vorn in den Knochen
und durch den Knochen hindurch bewegt, so daß der Knochen entlang der Ebene
der Führungsarme
in der gewünschten
Tiefe abgeschnitten wird. Die Schutzglieder 83 folgen den Führungsarmen
in den Schnitt. Ein unerwünschtes
Abschneiden von Weichgewebe, das an den Knochen angrenzt, wird entlang
des Großteils
der Außenseiten
der Führungsarme
vermieden. Der durch die Schneidaktion erzeugte Schneidabfall wird
entlang der Passage 93 zwischen den Führungsarmen 22 weggeführt und durch
den Innenbereich des Spalts 96 transportiert. Die Schneidzähne 38 bewegen
sich an der Bürste
87 vorbei, die sich innerhalb des Gehäuses 27 befindet, so daß der von
den Schneidzähnen
transportierte Schneidabfall aufgefangen und in der Auffangschale 89
gesammelt werden. Nachdem der Knochenschnitt bis auf die gewünschte Tiefe
ausgeführt
ist, wird die Sägebaugruppe
aus dem Knochen herausgezogen.
-
Da
sich die Führungsarme
nicht bewegen, wird die Reibung zwischen den Führungsarmen und dem Führungsblock
G so minimiert, daß auch
die Temperatur der chirurgischen Säge sinkt. Auch die Reibung
zwischen den Führungsarmen
und dem Knochen wird deutlich reduziert, was wiederum zu einer Senkung
der Betriebstemperaturen führt.
Dementsprechend kann eine thermische Nekrose des Knochens vermieden
und können
zementlose Implantate verwendet werden. Die kontinuierliche Gegenbewegung
der Schneidbänder
sowie die deutlich höhere
Anzahl der an den Schneidbändern
befindlichen Schneidzähne
(in der Regel neunmal so viele wie bei konventionellen oszillierenden
Trennsägen) ermöglichen
eine verbesserte Schneidaktion bei einem geringeren Zahnverschleiß. Die chirurgische Säge kann
bei niedrigeren Geschwindigkeiten als konventionelle oszillierende
Trennsägen
betrieben werden, was zu einer Senkung der Leistungsaufnahme und
der Reibung führt.
Der entstehende Schneidabfall wird bei einem unterbrechungsfreien
Schneidprozeß über die
zwischen den Führungsarmen
gebildete Passage effektiv entfernt. Die chirurgische Säge führt zu einer
Reduzierung des Risikos einer Kontamination des Personals, denn
dank der stationären Führungsarme
wird das Wegschleudern von Gewebe und Flüssigkeiten deutlich reduziert.
Da die Führungsarme
unbeweglich sind, kann die chirurgische Säge während der Ausführung des
Schnittes genauer geführt
und ein tieferer Knochenschnitt erreicht werden. Die beiden sich
gegenläufig
drehenden Schneidbänder
bewirken eine vollständige
Aufhebung seitlicher Druckkräfte,
die bei oszillierenden Trennsägen
in der Regel entstehen. Die chirurgische Säge ist selbstzentrierend, und
dank der Schneidführung
bleibt beim Einsatz die Parallelität der Führungsarme aufrechterhalten.
Auch das Gewicht und die Masse der chirurgischen Säge werden
reduziert, was eine bessere Stabilität und tiefere Knochenschnitte
ermöglicht.
Die chirurgische Säge
kann mit konventionellen Führungsblöcken verwendet
werden. Auch ein Verlängern
der konventionellen Führungsblöcke durch
die Schneidführung
ist möglich. Die
Schutzglieder ermöglichen
Endschnitte in einer tauchenden oder schwingenden Bewegung, während unerwünschte Seitenschnitte
vermieden werden. Die Schutzglieder stabilisieren die Säge bei parallelen
Schnitten und bieten Schutz vor Beschädigungen des Weichteilgewebes.
-
Die
chirurgische Säge
entsprechend der vorliegenden Erfindung kann mit verschiedenen,
konventionell angetriebenen Handstücken verwendet werden, darunter
auch mit einer Vielzahl von Stromversorgungseinheiten. Es ist möglich, die
Sägebaugruppe
als abnehmbares Anbaugerät
für Handstücke zu konstruieren,
aber auch als Teil des Handstücks selbst.
Der Antriebsmechanismus kann Teil des Sägemechanismus oder Teil des
Handstücks
sein. Es ist jedoch auch möglich,
zwischen Sägebaugruppe und
Handstück
einen Adapter anzubringen. Verschiedene Komponenten der chirurgischen
Säge können als
einmalig oder mehrfach zu verwendende Teile gestaltet sein. Die
Sägebaugruppe
kann so gestaltet sein, daß sie
einen Ersatz oder ein Austauschen der Führungsarme und/oder der Schneidbänder ermöglicht.
-
Durch
Löcher
und/oder Spalte in den Führungsarmen
kann deren Gewicht und Masse deutlich reduziert werden. Die Führungsarme
können
relativ zum Gehäuse
längs verstellt
werden, so daß die Schneidbänder daran
mit der gewünschten
Spannung zu montieren sind. Der Antriebsmechanismus kann so gestaltet
werden, daß die
Drehzahl der Schneidbänder
mit der Drehzahl der Antriebswelle des Handstücks identisch ist. Es ist jedoch
auch möglich,
den Antriebsmechanismus so zu gestalten, daß die Geschwindigkeit der Antriebswelle
des Handstücks
vergrößert oder
verringert wird. Wird mit einem Flüssigkeitskreislauf gearbeitet,
kann dieser vollständig
oder teilweise außerhalb
oder innerhalb der chirurgischen Säge untergebracht sein. Zu der Schnittstelle,
den Führungsarmen
und den Schneidbändern
können
zum Spülen,
Kühlen
und zu anderen Zwecken verschiedene Flüssigkeiten transportiert werden.