DE69816696T2

DE69816696T2 - Pneumatisches chirurgisches Handstück

Info

Publication number: DE69816696T2
Application number: DE69816696T
Authority: DE
Inventors: A. Frank Trott; W. Lane Ector Jr.
Original assignee: Linvatec Corp
Current assignee: Linvatec Corp
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1998-05-01
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2018-05-02
Also published as: CA2236952A1; US5803733A; DE69816696D1; EP0876794A2; EP0876794A3; EP0876794B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein pneumatisches chirurgisches Handstück. Insbesondere betrifft die Erfindung ein turbinengetriebenes, bleistiftartiges, pneumatisches chirurgisches Handstück mit einem Fluideinlaß an einem Ende zum Antreiben eines axial ausgerichteten chirurgischen Instruments am gegenüberliegenden Ende.
Beschreibung des Standes der Technik
Pneumatische chirurgische Handstücke beruhen im allgemeinen auf einem komprimierten Fluidstrom eines Turbinenrotors mit einem Schaufel- oder Lamellenrad, der im Handstückgehäuse angeordnet ist, und werden allgemein bei verschiedenen chirurgischen und stomatologischen Eingriffen verwendet. Becherartige Rotoren sind bekannt, obwohl diese im allgemeinen bei der Umwandlung der Energie des Fluids in ein Rotordrehmoment nicht effizient sind, da nur ein Becher zu einer Zeit betriebsfähig ist. Obwohl diese Vorrichtungen mit Durchmessern von nur einem halben Zoll (12,5 mm) und mit Längen von nur drei Zoll (75 mm) zur Verfügung stehen, sind die Drehzahlen und Drehmomente, die von diesen Vorrichtungen erzeugt werden, stark von der Größe der Komponenten und dem Betriebsdruck abhängig. Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Drehzahlen und Drehmomente, die in einem Handstück mit einer gegebenen Größe verfügbar sind, zu maximieren und gleichzeitig andere charakteristische Merkmale beizubehalten, die in chirurgischen Handstücken erwünscht sind (d. h. akzeptable Geräusch- und Wärmewerte usw.). Es ist immer vorteilhaft, die abgegebene Leistung dieser Handstücke relativ zu ihrer Größe zu maximieren, wodurch dem An wender eine erhöhte Flexibilität bei der Verwendung der Vorrichtungen bei verschiedenen neuen chirurgischen Eingriffen geboten wird, beispielsweise bei solchen in beengten Arbeitsbereichen, z. B. bei Hals-Nase-Ohren-(ENT-)Eingriffen.
Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Kontext einer pneumatischen, luft- oder gasbetriebenen Vorrichtung beschrieben ist, versteht es sich, daß andere Fluide ebenso anwendbar sein können. Der Begriff "fluidisch" impliziert Austauschbarkeit und kann jedes Gas oder jede Flüssigkeit bezeichnen.
Ein mehrstufiger Axialturbinenrotor für ein stomatologisches Handstück ist im US-Patent 3 469 318 (Saffir) gezeigt. Diese Vorrichtung weist eine zylindrische Rotorhülse mit mehreren Turbinenschaufeln auf, die sich radial von der Hülse in mehreren in Längsrichtung beabstandeten, kreisförmig parallelen Reihen nach außen erstrecken. Diese Vorrichtung leitet einen Luftzustrom und -auslaß in Leitungen, die mit der Handstückachse ausgerichtet sind, und dreht eine Abtriebswelle (die an jedem Ende mit Lagern gelagert ist), die wiederum den Bohrer (oder ein anderes Instrument) um eine Achse im allgemeinen quer zur Handstückachse dreht.
Ein bleistiftartiges Handstück, in dem das Instrument um eine Achse in einer Linie mit dem Handstück gedreht wird, ist im US-Patent 5 074 750 (Kakimoto) gezeigt, in dem eine axial ausgerichtete Fluideinlaßleitung ein unter Druck stehendes Fluid zum radialen Aufprallen auf einen zylindrischen Rotorkörper im Inneren liefert, der an der Abtriebswelle des Handstücks befestigt ist. Die Abluft wird proximal weggeleitet vom Rotorkörper und durch einen ringförmigen Auslaßkanal, der die axial ausgerichtete Fluideinlaßleitung umgibt. Der Rotor ist mit Lagern an jedem Ende des Turbinenkörpers gelagert.
Ein weiteres bekanntes stomatologisches Handstück ist im US-Patent 5 211 531 (Kakimoto) gezeigt, in dem ein bleistiftartiges Handstück auch mit einer axial ausgerichteten Fluideinlaßleitung und einem ringförmigen Auslaßkanal versehen ist, der mit dieser konzentrisch ist. Der Fluidzustrom wird radial nach innen gegen einen massiven Rotor geleitet, der mit mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden Blättern versehen ist, zum Umwandeln der Kräfte in dem unter Druck stehenden Fluid in eine Drehbewegung des Rotors (der in zwei Lagern gelagert ist).
Obwohl die vorstehend erwähnten bekannten Ausführungsformen massive Rotoren mit Blättern und mit einem Fluideinlaßstrom verwenden, der axial durch die Blätter oder radial nach innen (oder tangential) auf die Rotoren gerichtet ist, sind einige Ausführungsformen des Standes der Technik bekannt, die hohle Turbinenrotoren verwenden, die ein unter Druck stehendes Fluid aus dem Inneren des Rotors aufnehmen und es radial nach außen richten. Beispielsweise zeigt das US-Patent 3 141 650 (Saffir) ein stomatologisches Handstück mit einem quer angeordneten Turbinenrotor, in dem unter Druck stehendes Fluid axial in einen hohlen Rotor gelenkt wird, der in zwei Lagern gelagert ist und mit mehreren Öffnungen in seiner Umfangswand versehen ist. Das Auslaßfluid wird dann vom Rotorkörper radial nach außen gerichtet.
Alle diese bekannten Vorrichtungen haben Strukturen, die den effektiven Turbinenrotordurchmesser und daher die Größe des Handstücks bei einer gegebenen Ausgangsleistung begrenzen. Man geht davon aus, daß bei einem gegebenen Außendurchmesser des Handstücks und einem gegebenen Fluiddruck die verfügbare Leistung, die von einem chirurgischen Handstück zur Verfügung gestellt wird, erfindungsgemäß maximiert werden kann. Das heißt, Drehzahlen und Drehmomente, die mit bekannten Handstücken vergleichbar sind, können durch ein relativ schmaleres und kürzeres Handstück erzeugt werden, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist. Bei bleistiftartigen Handstücken mit axial ausgerichteten Bohrern beispielsweise sind die Turbine und/oder ihre Abtriebswelle an jedem Ende in Lagern gelagert, so daß die bekannten Vorrichtungen länger sind. Da Lager eine bestimmte Reibungswärme erzeugen, werden auch alle diese Vorrichtungen bis zu einem bestimmten Grad durch die Lager erwärmt. Die vorliegende Erfindung verwendet einen freitragenden Turbinenrotor, der mit Lagern auf einer Seite des Turbinenkörpers gelagert ist, so daß nicht nur kürzere Vorrichtungen möglich werden, sondern auch solche, von denen man erwartet, daß sie weniger Wärme erzeugen.
Zusätzlich sollten pneumatische Handstücke eine bestimmte Bremseinrichtung haben, um den Betrieb der Vorrichtung zu verhindern, wenn der Druck abgeschaltet ist. Das heißt, wenn ein Anwender wünscht, daß ein pneumatischer Bohrer anhalten soll, dann sollte dieser dies schnell tun. Obwohl pneumatische Bremsmechanismen im allgemeinen bekannt sind, ist bisher nicht bekannt, daß solche auf ein chirurgisches pneumatisches Handstück angewendet worden sind.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein bleistiftartiges pneumatisches chirurgisches Handstück bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Abtriebsdrehzahl und ein Abtriebsdrehmoment im Vergleich zu einem bekannten pneumatischen chirurgischen Handstück mit dem gleichen Außendurchmesser und der gleichen Länge zu maximieren.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein pneumatisches chirurgisches Turbinenhandstück bereitzustellen, das das Drehmoment maximiert, das innerhalb eines gegebenen Turbinendurchmessers verfügbar ist.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein pneumatisches chirurgisches Turbinenhandstück mit einem Rotor mit einem Durchmesser bereitzustellen, der für einen gegebenen Handstückdurchmesser maximiert ist.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein pneumatisches chirurgisches Turbinenhandstück bereitzustellen, dessen Länge so minimiert ist, daß größere Kontrolle und besserer Zugang in beengten Arbeitsbereichen möglich sind.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein pneumatisches chirurgisches Turbinenhandstück bereitzustellen, das die Drehzahl und das Drehmoment maximiert, das von der Turbine bei einem gegebenen Fluideingangsdruck erzeugt wird.
Es ist eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung, durch die Verwendung eines freitragenden Rotors, der mit Lagern nur auf einer Seite des Rotors gelagert ist, ein kürzeres und kühler laufendes pneumatisches chirurgisches Turbinenhandstück bereitzustellen, als es nach dem Stand der Technik verfügbar ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein bleistiftartiges pneumatisches chirurgisches Handstück mit ei ner Bremseinrichtung zum Begrenzen des Betriebs der Vorrichtung unterhalb eines bestimmten Druckpegels bereitzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden mit der bevorzugten Ausführungsform gelöst, die hier offenbart ist und die ein pneumatisches chirurgisches Handstück zum Antreiben eines chirurgischen Instruments mit einem röhrenförmigen Gehäuse mit einem proximalen und einem distalen Ende darstellt. Das röhrenförmige Gehäuse hat eine Achse und enthält eine Rotoreinrichtung zum Umwandeln von Kräften in einem unter Druck siehenden Fluid in eine Bewegung des chirurgischen Instruments. Die Rotoreinrichtung ist am Gehäuse drehbar befestigt und weist einen axial ausgerichteten Turbinenkörper und eine axial ausgerichtete Abtriebswelle auf, die sich distal vom Turbinenkörper erstreckt. Der Turbinenkörper weist eine distale Stirnwand angrenzend an die Abtriebswelle, ein offenes proximales Ende und eine nichtperforierte, axial ausgerichtete zylindrische Wand auf, die sich proximal freitragend von der distalen Stirnwand zum offenen proximalen Ende erstreckt. Die nichtperforierte zylindrische Wand umgibt eine Innenkammer, die an ihrem Umfang von der Innenfläche der zylindrischen Wand begrenzt wird. Eine Fluidzuleitungseinrichtung ist am röhrenförmigen Gehäuse angebracht, zum Weiterleiten von unter Druck stehendem Fluid auf die Innenfläche des Turbinenkörpers, um den Rotor um seine Achse drehen zu lassen. Eine Einrichtung zum Befestigen des chirurgischen Instruments an der Abtriebswelle ist vorgesehen.
Die Erfindung besteht auch in einem Verfahren zum fluidischen Antreiben eines chirurgischen Instruments in einem Handstück mit den Schritten: Bereitstellen eines röhrenförmigen Gehäuses mit einem proximalen und einem distalen Ende und einer Achse. Eine Rotoreinrichtung ist dann in dem Gehäuse vorgesehen, wobei die Rotoreinrichtung einen axial ausgerichteten Turbinenkörper und eine axial ausgerichtete Abtriebswelle aufweist, die sich distal vom Turbinenkörper erstreckt. Der Turbinenkörper weist eine distale Stirnwand angrenzend an die Abtriebswelle, ein proximales Ende und eine geschlossene, axi al ausgerichtete zylindrische Wand auf, die sich proximal von der distalen Stirnwand zum offenen proximalen Ende erstreckt. Die nichtperforierte zylindrische Wand umschließt eine Innenkammer, die an ihrem Umfang durch die Innenfläche der zylindrischen Wand begrenzt wird. Ein chirurgisches Instrument wird an der Abtriebswelle befestigt, und ein unter Druck stehendes Fluid wird quer auf die Innenfläche des Turbinenkörpers gerichtet, in einem vorbestimmten Winkel, um den Rotor um die Achse drehen zu lassen. Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen: drehbares Lagern der freitragenden Rotoreinrichtung und axiales Lenken des unter Druck stehenden Fluids in einer distalen Richtung vor dessen Lenkung in Querrichtung. Ferner kann das Auslaßfluid proximal und durch einen koaxialen Doppellumenleitung Einlaß/Auslaßschlauch geleitet werden. Die Erfindung betrifft die Herstellung von fluidisch angetriebenen chirurgischen Einweginstrumenten wegen der Einfachheit der Konstruktion und der geringen Anzahl der Teile, die für eine voll funktionsfähige Einheit erforderlich sind. Die chirurgischen Instrumente können Zahnbohrer, Bohrer, rotierende Shaver usw. sein.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht eines chirurgischen Handstücks, das nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
2 ist eine Ansicht von 1, geschnitten entlang der Linie 2–2.
3 ist eine geschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
4 ist eine rechte Seitenansicht von 3.
5 ist eine schematische Ansicht eines pistolengriffartigen Handstücks, das geeignet ist, entsprechend den Prinzipien der Erfindung zu arbeiten.
6 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines chirurgischen Handstücks, das nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
7 ist eine Schnittansicht von 6, geschnitten entlang der Linie 7–7.
8 ist eine Schnittansicht von 6, geschnitten entlang der Linie 8–8.
9 ist eine geschnittene schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines chirurgischen Handstücks, das nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
10 ist eine geschnittene Seitenansicht einer Einweg-Pneumatikmotor/Instrument-Anordnung, die nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
11 ist eine auseinandergezogene Ansicht von 10 und zeigt einige der Komponenten im Schnitt.
12 ist eine Schnittansicht von 11, geschnitten entlang der Linie 12–12.
13 ist eine Schnittansicht von 11, geschnitten entlang der Linie 13–13
14 ist eine Schnittansicht von 11, geschnitten entlang der Linie 14–14.
15 ist eine geschnittene Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Einweg-Pneumatikmotor/Instrument-Anordnung, die nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Wie in den Zeichnungen gezeigt, ist ein chirurgisches Handstück 10 ein bleistiftartiges Handstück mit einem röhrenförmigen Gehäuse 12 mit einem distalen Abschnitt 14, einem Mittelabschnitt 16 und einem proximalen Abschnitt 18, die alle entlang einer gemeinsamen Achse 20 ausgerichtet sind. Drehbar aufgenommen in das Gehäuse 12 ist eine Rotoranordnung 30 mit einem offenen Turbinenkörper 32 und einer Abtriebswelle 33, die sich distal vom Turbinenkörper erstreckt. Lager 34 und 35 tragen die Abtriebswelle 33, so daß der Turbinenkörper 32 sich von der Welle proximal freitragend erstrecken kann. Ein Bohrer oder dgl. (nicht dargestellt) kann an der Abtriebswelle befestigt werden oder einstückig mit dieser ausgebildet sein. Der proximale Abschnitt 18 ist mit einem Doppellumenschlauch (nicht dargestellt) zur Zuführung eines unter Druck stehenden Fluids an das Handstück und zur Ableitung des Auslaßfluids vom Handstück verbunden. Es versteht sich, daß andere Handstück konfigurationen geeignet sein können, die hier offenbarten Prinzipien der Erfindung zu nutzen. Beispielsweise kann, wie in 5 gezeigt, ein pistolenartiges Handstück die verschiedenen Elemente mit einem geeigneten Getriebe aufnehmen, um die Wirkung der Abtriebswelle zu erhöhen, zu verringern oder umzulenken.
Ein Turbinenkörper 32 hat eine distal angeordnete, querliegende Stirnwand 36 und eine nichtperforierte Zylinderwand 40, die sich von der Stirnwand 36 proximal erstreckt. Ein Rand 42 ist am proximalen Ende des Turbinenkörpers angeordnet, und das Innere des Randes nahe der Achse 24 ist offen. Die zylindrische Wand 40 umschließt somit eine Innenkammer 37, die von der zylindrischen Wand und der Stirnwand 36 begrenzt wird. Durch die bevorzugte Ausführungsform kann der Turbinenkörperdurchmesser im Gehäuseabschnitt 16 maximiert werden, da ein sehr kleiner Zwischenraum zwischen den beiden Komponenten notwendig ist.
Der proximale Abschnitt 18 des röhrenförmigen Gehäuses 12 nimmt eine axial ausgerichtete Fluidzuleitung 50 auf, um das unter Druck stehende Fluid von einer Druckquelle (nicht dargestellt) zur Innenkammer 37 des Turbinenkörpers 32 zu leiten. In der bevorzugten Ausführungsform ist das distale Ende der Leitung 50 mit einer axial ausgerichteten stationären Vertiilungskappe 52 versehen, die so ausgeführt ist, daß sie genau in die Innenkammer 32 paßt und den Fluidstrom aus einer axialen Richtung in eine tangentiale Querrichtung zur Innenfläche der zylindrischen Wand 40 umlenkt. Die Verteilungskappe 52 ist mit mehreren um den Umfang angeordneten Öffnungen in Form von sich in Längsrichtung erstreckenden und schräg ausgerichteten Schlitzen 54 versehen, wie man am besten in 2 sehen kann. Die Schlitze sind nicht nur geeignet, den Fluidstrom in Querrichtung umzulenken, sondern die Schlitze verleihen dadurch, daß sie mit einem vorbestimmten Winkel A relativ zu einer radialen Linie des Turbinenkörpers geneigt sind, der Strömungsrichtung ein tangentiales Element. Obwohl hier sechs Öffnungen dargestellt sind, versteht es sich, daß die Anzahl, Form und Anordnung der Öffnungen variiert werden kann, und es kann, wie in 6 und 7 gezeigt, eine Ausführungsform mit zwei diametral entgegengesetzten Öffnungen verwendet werden. Die Überlappung von Turbinenkörpers 32 und Umlenkkappe 52, die durch die freitragende Struktur des Turbinenkörpers gefördert wird, ermöglicht es, daß die Gesamtlänge des Handstücks minimiert werden kann.
Die Innenfläche des Turbinenkörpers ist mit mehreren sich in Längsrichtung erstreckenden bogenförmigen Flächen in Form von Kanälen 60 versehen, von denen jeder ein geschlossenes distales Ende 62 nahe der Stirnwand 36 und ein offenes proximales Ende 64 nahe dem Rand 42 hat. Je nach Länge des Turbinenkörpers 32 kann eine optimale Lagereinrichtung verwendet werden, um den Rand 42 zu lagern, obwohl dies in der bevorzugten Ausführungsform angesichts der verwendeten Materialien, Drücke und Strukturen nicht für erforderlich gehalten wird. Tatsächlich stimmen die offenen Enden der Kanäle 60 mit dem offenen Ende 42 des Turbinenkörpers überein und öffnen sich in eine Ringkammer 70, aus der Abluft durch mehrere ringförmig angeordnete Kanäle 72 in einen ringförmigen Auslaßkanal geleitet wird, der konzentrisch um die Fluidzuleitung 50 angeordnet ist.
Mit Bezug auf 3 und 4 weist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die oben in bezug auf 1 und 2 offenbarten Prinzipien auf und weist weitere Verbesserungen auf. Das chirurgische Handstück 100 weist also einen Gehäusekörper 102 auf, der einstückig mit einem distalen Teil 104, einem Mittelteil 106 und einem proximalen Teil 108 ausgebildet ist. Ein Rotor 120 mit einer hohlen Abtriebswelle 122 und einem Turbinenkörper 124 entspricht der vergleichbaren Komponente in der Ausführungsform in 1 und 2. Eine axial ausgerichtete Fluidzuleitung 130 und eine distale Verteilungskappe 132 entsprechen auch vergleichbaren Komponenten in der vorherigen Ausführungsform. Das Handstück 100 ist mit einem pneumatischen Bremsmechanismus 150 versehen, um die Drehbewegung des Rotors 120 unterhalb eines vorbestimmten Fluiddrucks in der Leitung 130 zu beenden. Der Bremsmechanismus 150 weist einen ringförmigen Bremsbelag 152 mit einem Außendurchmesser, der dem Durchmesser des offenen Endes 153 des Turbinenkörpers 124 annähernd entspricht, und einem Innendurchmesser auf, um mit der Außenfläche der Zuleitung 130 in Eingriff zu treten, um das offene Ende zu umschließen und einen Fluiddurchgang von dort zu verhindern. Der Bremsbelag 152 ist gegen das offene Ende 153 des Turbinenkörpers 124 durch eine Feder 154 distal vorgespannt, die zwischen dem Bremsbelag 152 und dem distalen Ende des Auslaßverteilers 156 angeordnet ist, der die Zuleitung 130 umgibt. Es ist verständlich, daß, wenn ein Mindestbetrag an Fluiddruck in der Fluidleitung 130 und dadurch in der Innenkammer des Turbinenkörpers 124 aufgebaut ist, der Bremsbelag 152 proximal verschoben wird (zu der gestrichelt dargestellten Position 156) und dadurch die Drehung des Rotors 120 ermöglicht. Das Fluid strömt danach um den Bremsbelag 152 herum (vorausgesetzt, der Druck wird gehalten) und tritt durch den Auslaßverteiler 156 aus, wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform.
Eine automatische Zentrifugalspannvorrichtung, die als Vorrichtung 160 schematisch dargestellt ist, kann verwendet werden, um einen Bohrerschaft 162 in der Antriebswelle 122 fest anzuordnen. Als Alternative kann ein herkömmlich verstellbarer Spannmechanismus 164 verwendet werden. In der bevorzugten Ausführungsform kann die Länge L des Handstücks 100 in der Größenordnung von 3,8 Zoll (96,5 mm) oder ähnlich sein, je nach der gewünschten Leistung der Turbine und des verwendeten Spannmechanismus. Ein distaler Teil 104 kann deutlich in der Länge variieren, da sein Hauptzweck darin besteht, als Griff zu dienen und den automatischen Spannmechanismus und die Lager für die Antriebswelle aufzunehmen. Der Durchmesser D1 kann 0,556 Zoll (14,12 mm) sein, während der Durchmesser D2 in der Größenordnung von 0,474 Zoll (12,04 mm) liegen könnte.
Die Ausführungsformen in 1, 2 und 3 zeigen ein röhrenförmiges Gehäuse, das auch als der Körper des Handstücks dient, der direkt von einem Anwender gehalten oder ergriffen werden kann. Es versteht sich, daß diese Ausführungsformen an andere Handstückkonfigurationen angepaßt werden könnten, bei denen ein getrenntes äußeres Gehäuse das röhrenförmige Gehäuse 12 in einer Pistolengriff- oder anderen Konfiguration umschließt. Wie in 5 gezeigt, kann also die Erfindung an verschiedene Handstückkonfigurationen angepaßt werden, bei spielsweise an ein pistolengriffartiges Handstück 200. Das Handstück 200 weist auf: einen herkömmlichen Handstückkörper mit einem Drehbewegungsausgang 202 (z. B. für einen Bohrer, einen Drahteinzieher, eine Reibahle usw.) mit konzentrischen Fluidzulauf und Auslaßkanälen 204, 206, die mit einem Verbinder 207 verbunden sind, ein Getriebe 208 mit einer drehbaren Abtriebswelle 209, die geeignet ist, ein chirurgisches Instrument (nicht dargestellt) in Drehbewegung zu versetzen, das an einem Spannfutter 210 fest angeordnet ist. Eine Turbinenanordnung 220, die im wesentlichen der Anordnung in 1 oder 3 entspricht, ist im Handstück 200 eingeschlossen, das in operativem Eingriff mit Fluidzulauf- und Auslaßkanälen 204, 206 und einem Getriebe 208 ist.
Bei verschiedenen anderen Modifikationen, versteht es sich, daß die Handstücke, die von den Turbinenanordnungen in 1, 3 und 5 angetrieben werden, verwendet werden können, um ein chirurgisches Instrument in einer Hub- oder Schwingbewegung anzutreiben.
Eine weitere Ausführungsform eines bleistiftartigen Handstücks ist in 6 bis 8 gezeigt, das nach den gleichen Prinzipien arbeitet wie die oben beschriebene Vorrichtung, mit bestimmten Änderungen. Das Handstück 300 weist einen Rotor 302 mit einer hohlen Abtriebswelle 104 auf, die mit einer Bohrung 306 versehen ist, zum Aufnehmen des Schafts eines Instruments oder Werkstücks (nicht dargestellt). Das proximale Ende der Bohrung 306 kann über eine Bohrung 308 mit der Innenkammer des Rotors in Verbindung stehen, um einen Auslaßweg für das Fluid bereitzustellen, um eine zufällige Turbinendrehbewegung zu verhindern, wenn kein Instrumentenschaft angetrieben wird. Die Innenfläche des Rotors 302 ist mit mehreren Längskanälen 310 versehen, wobei jeder der Kanäle ein Profil hat, wie am besten in 7 zu sehen ist, das bewirkt, daß die Abluft, die von einer Ablenkkappe 320 kommt, für eine längere Verweilzeit (während sich der Rotor dreht) auf die Kanäle auftrifft, wodurch die Effizienz des Betriebs erhöht wird. Die Ablenkkappe 320 ist mit einem diametral entgegengesetzten Paar tangential gerichteter, kreisförmiger Auslaßöffnungen 322 und 324 versehen. Bei einem gegebenen Fluiddruck erzeugen die kreisförmigen Öffnungen einen Fluidstrom mit einer höheren Geschwindigkeit als die langgestreckten Schlitze anderer Ausführungsformen. Durch Reduzierung der Anzahl der Öffnungen auf zwei wird außerdem die Geschwindigkeit und die Herstellungskomplexität reduziert. Das offene Ende des Rotors 302 ist von einem Bremsbelag 330 eingeschlossen, der durch eine Feder 332 distal vorgespannt ist, die zwischen dem distalen Ende 334 des Auslaßverteilers 336 und dem distalen Ende des Bremsbelags 330 zusammengedrückt wird. Wie in 8 gezeigt, hat der Bremsbelag 330 eine sechseckig profilierte Öffnung 340, um zu verhindern, daß er sich dreht, während er entlang der sechseckig profilierten Muffe 342 gleitet, die um den Einlaßkanal 334 ausgebildet ist. Eine röhrenförmig vertiefte Rille 350 ist proximal zur Narbe 342 angeordnet, um mit jedem der ringförmig angeordneten Auslaßkanäle 354 eine ringförmige Kammer 352 zu verbinden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in 9 in Form eines Handstücks 400 dargestellt, das nach den gleichen Prinzipien wie die vorherigen Ausführungsformen arbeitet. Der Hauptunterschied zwischen dem Handstück 400 und den vorherigen Ausführungsformen liegt in der Verstellung der Lager, die die Abtriebswelle tragen. Das Handstück 400 weist also ein Gehäuse 402 auf, das eine stationäre Umlenkkappe 404 und eine drehbare Abtriebswelle 406 aufweist, die an dem distalen Ende des drehbaren Turbinenkörpers 408 befestigt ist. Ein Auslaßverteiler 410 ist am proximalen Ende der Umlenkkappe 404 fest angeordnet und im Idealfall einstückig mit dieser ausgebildet. Die Umlenkeinrichtung 404 hat zwei diametral entgegengesetzte tangentiale Öffnungen 412, 414, die entsprechend den vorher beschriebenen Elementen arbeiten. Das distale Ende der Umlenkkappe 404 ist mit einem Querwandteil 410 mit einem Querwandabschnitt 418 und einem axial ausgerichteten Lagervorsprung 420 an seiner distalen Seite verbunden. Ein Konstruktionsteil 416 ist mit dem Körper der Umlenkkappe 404 verschweißt oder anderweitig fest angeordnet, so daß der Lagervorsprung 420 in das Lager 424 drehbar aufgenommen werden kann, das in dem abgestuften Schulterabschnitt 424 des Turbinenkörpers 408 fest angeordnet ist. Man beachte daher, daß die Antriebswelle 406 zwischen dem proximalen Lager 424 und den distalen Lagern 424, 426 gelagert ist, die an der distalen Spitze des Handstücks angeordnet sind. Die in dieser Ausführungsform gezeigte Struktur behält den freitragenden Charakter des Turbinenkörpers bei und ermöglicht es gleichzeitig, daß die Axialbelastung, die auf der Antriebswelle 406 lastet, vom Lager 422 und von den proximal dazu angeordneten stationären Elementen absorbiert wird. Die Zentrifugalspannvorrichtung 430, die vorgesehen ist, um einen in die Bohrung der hohlen Antriebswelle 406 eingefügten Instrumentenschaft automatisch in Eingriff zu bringen, ist Gegenstand einer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung, die auf Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen ist, wobei die Anmeldung hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Die verbleibenden Teile dieser Ausführungsformen arbeiten wie die oben beschriebenen.
Die hier offenbarten verschiedenen Komponenten der Handstücke können einfach und preiswert aus Kunststoff und/oder preiswertem Metall, Keramik oder anderen nichtmetallischen Materialien ausgeführt sein, so daß die gesamte Vorrichtung nach Gebrauch wegwerfbar ist. Als Alternative können robustere und autoklavierbare oder sterilisierbare Komponenten verwendet werden, wenn eine wiederverwendbare Vorrichtung gewünscht ist.
Wegen der Einfachheit der gesamten Anordnung ist ein pneumatischer Einweg-Motor geeignet, insbesondere wenn er vollständig oder teilweise aus geformtem Kunststoff, spritzgegrossenem Metall oder einer Kombination aus beiden besteht. Wie in 10 bis 14 gezeigt, weist ein vollständiger Motor 500 eine Instrument/Turbinenanordnung 502, eine distale Nase/Lageranordnung 504, einen Gehäusekörper 506, einen Statorkörper 508 und einen Einlaß/Auslaßkörper 510 auf.
Die Instrument/Turbinenanordnung 502 weist ein Instrument auf, z B. einen rotierenden Zahnbohrer 520 mit einem Schaft 522 mit einem proximalen Keilprofilende 524 und einem distalen Zahnbohrerkopf 526. Der Schaft 522 ist mit einer Schulter 528 versehen, an der eine Scheibe 530 ruht, um den Zahnbohrer 520 in der distalen Nasen/Lageranordnung 504 drehbar anzuordnen. Das proximale Keilprofilende 524 des Zahnboh rerschafts wird in der Bohrung 532 des becherförmigen Rotors 534 fest angeordnet, dessen Inneres mehrere sich in Längsrichtung erstreckende Kanäle hat, die dem oben beschriebenen Rotor gleichen, wie am besten in 13 zu sehen ist. Die Komponenten der Instrument/Turbinenanordnung 520 können aus Kunststoff oder nichtrostendem Stahl verschiedener Qualitätsstufen sein, der für chirurgische Instrumente geeignet sind, und der Rotor 534 kann bei Bedarf aus Kunststoff bestehen oder in einem Metallspritzgußverfahren hergestellt sein, um die Kosten zu senken. Wenn der Rotor aus Kunststoff geformt ist, kann eine bestimmte Zusatzseinrichtung zur Ergänzung der rotierenden Masse notwendig sein (um das Drehmoment zu erhöhen). Beispielsweise könnten Umfangsgewichtsstücke in einen Kunststoffrotor eingebracht oder an diesem befestigt sein. In der bevorzugten Ausführungsform kann die Länge L2 in der Größenordnung von 0,7 Zoll (17,78 mm) sein, der Radius R1 kann in der Größenordnung von 0,35 Zoll (8,89 mm) sein, die Dicke T kann in der Größenordnung von 0,072 Zoll (1,83 mm) sein und der Durchmesser D3 der Bohrung 532 kann in der Größenordnung von 0,062 Zoll (1,57 mm) sein.
Die Instrument/Turbinenanordnung 502 wird drehbar in die Nase 504 aufgenommen, die in der bevorzugten Ausführungsform eine Länge L3 von 0,857 Zoll (21,76 mm) und einem Radius R2 in der Größenordnung von 0,375 Zoll (9,52 mm) hat. Der Zahnbohrer 520 wird drehbar in die Bohrung 536 aufgenommen, die von mehreren ringförmig angeordneten Vertiefungen 538 umgeben ist. Die distale Nasen/Lageranordnung 504 kann aus einem geformten Kunststoffmaterial mit geeigneten Festigkeit und Steifigkeit bestehen, wobei Vertiefungen 538 vorgesehen sind, um das Gewicht der Komponente zu minimieren. Das proximale Ende der Nase 504 wird dann am distalen Ende des Gehäusekörpers 506, das den Rotor 534 umgibt, anliegend fest angeordnet und es ermöglicht, daß er sich im Gehäuse 506 dreht. In der bevorzugten Ausführungsform kann das Gehäuse 506 aus einem dünnwandigen nichtrostenden Stahlrohr mit einer Länge L4 in der Größenordnung von 1,662 Zoll (42,21 mm) und einem Durchmesser bestehen, der ausreicht, um eine glatte Verbindung mit der Nase 504 herzustellen.
Der Statorkörper 508 ist mit einem distalen Ablenkteil 540 und einem proximalen Trägerteil 542 versehen. Das Ablenkteil 504 hat ein paar quer gerichtete Öffnungen 544, die sich von einem mittleren, axial ausgerichteten Kanal 546 nach außen erstrecken, was am besten in 14 zu sehen ist. Der Kanal 546 erstreckt sich in dem Trägerteil 542 und öffnet sich zu einer Vertiefung 550, die am proximalen Ende des Statorkörpers augebildet ist. Ein ringförmiger Auslaßkanal 552 umgibt einen Einlaßkanal 546 und erstreckt sich durch den Teil 542 von seinem distalen Ende 554 bis zu seinem proximalen Ende 556. Wie in den bereits beschriebenen Ausführungsformen ist das Auslaßfluid aus dem Rotor 534 am Ende 554 aufgenommen und in die proximale Richtung gelenkt. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Statorkörper 508 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial mit einer Länge L5 in der Größenordnung von 1,886 Zoll (47,90 mm) geformt sein, wobei der Durchmesser D4 des Ablenkteils in der Größenordnung von 0,47 Zoll (11,93 mm) liegen. Der Durchmesser des Teils 542 sollte so groß sein, daß der Durchmesser des Gehäuses 506 aufgenommen werden kann, das an einem ringförmigen Vorsprung 560 an das Teil 542 anschlägt.
Die Vertiefung 550 im Statorkörper nimmt einen distalen Vorsprung 562 des Einlaß/Auslaßkörpers 510 auf. Der Körper 510 hat eine axial ausgerichtete Durchgangsbohrung 564, die als Fortsetzung des Einlaßkanals 546 dient und mit mehreren ringförmig angeordneten Auslaßkanälen 566 versehen ist, die Auslaßfluid aus dem Auslaßkanal 552 des Statorkörpers aufnehmen. Das proximale Ende des Einlaß/Auslaßkörpers 510 kann mit einer kurzen Verlängerung 568 versehen sein, um die Verbindung des Körpers 510 mit einem koaxialen Einlaß/Auslaßrohr (nicht dargestellt) zu erleichtern. In der bevorzugten Ausführungsform kann der Einlaß/Auslaßkörper 510 aus einem geeigneten Kunststoffmaterial mit einer Länge L5 in der Größenordnung von 1,57 Zoll (39,87 mm) und einem maximalen Durchmesser an der Schulter 570 bestehen, der ausreicht, um den Körper 510 mit dem Körper 508 glatt zu verbinden.
Die Gesamtlänge L6 des Motors 500 kann also in der Größenordnung von 3,88 Zoll (98,55 mm) mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,75 Zoll (19,05 mm) liegen. Man beachte jedoch, daß verschiedene Längen und Durchmesser je nach Drehmoment- und Drehzahlanforderungen hergestellt werden können. Ferner kann das Instrument eine rotierende Shaver-Klinge anstelle eines rotierenden Zahnbohrers 520 haben.
Rotierende Shaver-Klingen sowie rotierende Zahnbohrer werden im allgemeinen bei geschlossenen chirurgischen Eingriffen verwendet, z. B. bei arthroskopischen oder allgemein bei endoskopischen Eingriffen. Ein Beispiel für einen solchen Shaver ist in den US-Patenten 5 269 798 (Winkler) und 5 269 794 (Rexroth) dargestellt, die beide an den Rechtsnachfolger hiervon (oder an seine Mitglieder) übertragen sind und deren Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird. Ein rotierender Shaver weist ein langgestrecktes röhrenförmiges Innenteil mit einer Schneidendstück an seinem distalen Ende auf und ist drehbar aufgenommen in ein langgestrecktes röhrenförmiges Außenteil mit einem Schneidfenster an seinem distalen Ende. Jede der Ausführungsformen der Erfindung, die hierin offenbart sind, kann ohne weiteres so angepaßt werden, daß ein solches Instrument aufzunehmen, wie in 15 gezeigt, aufgenommen werden kann. Eine Instrument/Turbinen-Einweganordnung 600 hat somit einen Körper 602, der dem ähnlich ist, der in 10 bis 14 gezeigt ist. Das vordere Ende des Handstücks ist geeignet, eine Shaver-Klinge 603 mit einem langgestreckten feststehenden Außenteil 604 und einem langgestreckten rotierenden Innenteil 606 aufzunehmen. Ein getrennter Vakuum- oder Absaugkanal 608 kann vorhanden sein, um das Material durch das Lumen des Innenteils über eine Öffnung 610 an seinem proximalen Ende und einen verbindenden Kanal 612 abzusaugen (wie am besten mit Bezug auf die oben erwähnten älteren Patente zu sehen ist). Ein Vakuum in der Leitung 608 kann von einer getrennten Vakuumquelle bereitgestellt werden oder kann von dem niedrigen Druck im Auslaßkanal 614 bezogen werden.
Der Fachmann wird verstehen, daß zahlreiche Verbesserungen und Modifikationen an der hier offenbarten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung möglich sind, ohne vom Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Pneumatisches chirurgisches Handstück (10, 100, 200, 300, 400, 500, 600) zum Antreiben eines chirurgischen Instruments mit: einem röhrenförmigen Gehäuse (12) mit einem proximalen und einem distalen Ende und einer Achse (20); und einer Rotoreinrichtung (30) zum Umwandeln von Kräften in einem unter Druck stehendem Fluid in Bewegung des chirurgischen Instruments, wobei die Rotoreinrichtung an dem Gehäuse drehbar befestigt ist und einen axial ausgerichteten Turbinenkörper (32) und eine axial ausgerichtete Abtriebswelle (33) aufweist, die sich distal von dem Turbinenkörper erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinenkörper aufweist: eine distale Stirnwand (36) angrenzend an die Abtriebswelle, ein offenes proximales Ende und eine nichtperforierte, axial ausgerichtete zylindrische Wand (40), die sich proximal von der distalen Stirnwand zu dem offenen proximalen Ende erstreckt, wobei die nichtperforierte zylindrische Wand eine Innenkammer (37) umschließt, die an ihrem Umfang von der Innenfläche der nichtperforierten zylindrischen Wand begrenzt wird; einer Fluidzuleitungseinrichtung (50, 52), die an dem röhrenförmigen Gehäuse angebracht ist, zum Weiterleiten von unter Druck stehendem Fluid auf die Innenwand des Turbinenkörpers (32), um den Rotor um die Achse drehen zu lassen; und einer Einrichtung zum Befestigen eines chirurgischen Instruments an der Abtriebswelle zwecks Bewegung mit dieser.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, wobei die Fluidzuleitungseinrichtung (50) ferner eine Fluidverteilungseinrichtung (52) aufweist, zum Weiterleiten und Lenken des Fluids auf die Innenfläche des Turbinenkörpers, wobei die Fluidverteilungseinrichtung ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist und in der Innenkammer des Turbi nenkörpers angrenzend an die Innenfläche axial ausgerichtet ist, wobei das proximale Ende mit der Fluidzuleitungseinrichtung verbunden ist und das distale Ende ein Verteilungsteil mit einer zylindrischen Wand, die angrenzend an die Innenfläche angeordnet ist, und mehreren Öffnungen (54) in der zylindrischen Wand aufweist, wobei die mehreren Öffnungen so ausgerichtet sind, daß Fluid von der Fluidzuleitungseinrichtung gegen die Innenfläche des Turbinenkörpers gelenkt wird.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, ferner mit mehreren Kanälen (60), die an seinem Umfang angeordnet sind und sich in Längsrichtung entlang der Innenfläche erstrecken, wobei die Kanäle sich zu der Innenkammer des Turbinenkörpers öffnen und ein geschlossenes distales Ende (62) und ein offenes proximales Ende (64) aufweisen, um einen Fluidstrom aus diesem zu ermöglichen.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, wobei die Abtriebswelle in einer Lagereinrichtung (34, 35) drehbar gelagert ist und wobei der Turbinenkörper proximal zu der Abtriebswelle von dieser freitragend vorsteht.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 2, wobei die Öffnungen der Fluidverteilungseinrichtung ferner sich in Längsrichtung erstreckende Schlitze (54) aufweisen, die sich schräg durch die zylindrische Wand der Fluidverteilungseinrichtung in einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Wand erstrecken.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 3, wobei die Innenfläche zylindrisch ist und wobei die Kanäle (60) einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu der Achse haben.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer ringförmigen Ableitungseinrichtung (70, 72, 74) zum Aufnehmen von Fluid aus dem offenen Ende des Turbinenkörpers, wobei die Ableitungseinrichtung um einen vorbestimmten Abschnitt der Fluidzuleitungseinrichtung konzentrisch angeordnet ist.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer ringförmigen Bremseinrichtung (330, 332) zur Verhinderung der Drehung der Rotoreinrichtung unter halb eines vorbestimmten Druckes des unter Druck stehenden Fluids.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 8, wobei die ringförmige Bremseinrichtung aufweist: ein ringförmiges Bremsbelagsteil (330), das geeignet ist, mit dem offenen Ende des Turbinenkörpers dichtend in Eingriff zu treten, um einen Fluidstrom aus diesem zu verhindern; und ein Federteil (332), das geeignet ist, das Bremsbelagsteil mit einem vorbestimmten Betrag an Druck, der größer ist als der vorbestimmte Druck des unter Druck stehenden Fluids, gegen das offene Ende des röhrenförmigen Körpers zu drükken, wobei das Federteil das Bremsbelagsteil aus dem offenen Ende ausrücken läßt, um bei Fluiddrücken, die größer sind als der vorbestimmte Druck des unter Druck stehenden Fluids einen Fluidstrom aus diesem zu ermöglichen.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, ferner mit einer Sicherheitsverriegelungseinrichtung (308) zur Verhinderung einer Drehmomentübertragung von dem Rotor auf die Abtriebswelle, wenn kein chirurgisches Instrument an dieser angebracht ist.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 10, wobei die Sicherheitsverriegelungseinrichtung aufweist: eine Axialbohrung (308) in der Abtriebswelle zum Aufnehmen eines vorbestimmten Abschnitts des chirurgischen Instruments, wobei die Bohrung ein distales Ende, das zur Umgebung offen ist, und ein proximales Ende hat; eine Abzweigkanaleinrichtung zum Versetzen der Innenkammer des Turbinenkörpers und des proximalen Endes der Bohrung in Fluidkommunikation, wobei der Abzweigkanal Fluidkommunikation zwischen dem Inneren des Turbinenkörpers und der Umgebung ermöglicht, wenn der vorbestimmte Abschnitt des chirurgischen Instruments nicht in die Bohrung aufgenommen ist, um dadurch eine Druckansammlung in der Innenkammer so lange zu verhindern, bis der vorbestimmte Abschnitt des chirurgischen Instruments in die Axialbohrung eingefügt ist.
Pneumatisches chirurgisches Handstück (10) nach Anspruch 1, wobei das chirurgische Instrument mit der Abtriebswelle einstückig ausgebildet ist.
Verfahren zum fluidischen Antreiben eines chirurgischen Instruments mit einem Handstück mit den Schritten: Bereitstellen eines röhrenförmigen Gehäuses (12) mit einem proximalen und einem distalen Ende und einer Achse (20); Bereitstellen einer Rotoreinrichtung (30) in dem Gehäuse, die einen axial ausgerichteten Turbinenkörper (32) und eine axial ausgerichtete Abtriebswelle (33) aufweist, die sich distal von dem Turbinenkörper erstreckt, wobei der Turbinenkörper aufweist: eine querliegende distale Stirnwand (36) angrenzend an die Abtriebswelle, ein offenes proximales Ende und eine nichtperforierte, axial ausgerichtete zylindrische Wand (40), die sich proximal von der distalen Stirnwand zu dem offenen proximalen Ende erstreckt, wobei die nichtperforierte zylindrische Wand eine Innenkammer (37) umschließt, die an ihrem Umfang von der Innenfläche der nichtperforierten zylindrischen Wand begrenzt wird; Befestigen eines chirurgischen Instruments an der Abtriebswelle zwecks Bewegung mit dieser; und Lenken eines unter Druck stehenden Fluids quer zu der Innenfläche des Turbinenkörpers in einem vorbestimmten Winkel relativ zu einer radialen Linie des Turbinenkörpers, um die Rotoreinrichtung um die Achse drehen zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: drehbares Lagern der Rotoreinrichtung in einem oder mehreren Lagern angrenzend an die Abtriebswelle, so daß die Rotoreinrichtung freitragend vorsteht.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: axiales Lenken des unter Druck stehenden Fluids in einer distalen Richtung vor dem Querlenken desselben.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: Lenken des unter Druck stehenden Fluids proximal, nachdem es die Innenfläche des Turbinenkörpers berührt hat.
Verfahren nach Anspruch 13, ferner mit dem Schritt: Ermöglichen, daß das röhrenförmige Gehäuse direkt von einem Anwender gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das chirurgische Instrument mit der Abtriebswelle einstückig ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das chirurgische Instrument ferner ein drehbares Schneidblatt aufweist und das Verfahren ferner die Schritte aufweist: nichtdrehbares axiales Befestigen eines langgestreckten Außenteils am distalen Ende des Gehäuses; nichtlösbares Befestigen eines langgestreckten Innenteils an der Abtriebswelle.