WO2013020877A1 - Medizinische vorrichtung - Google Patents

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WO2013020877A1
WO2013020877A1 PCT/EP2012/065063 EP2012065063W WO2013020877A1 WO 2013020877 A1 WO2013020877 A1 WO 2013020877A1 EP 2012065063 W EP2012065063 W EP 2012065063W WO 2013020877 A1 WO2013020877 A1 WO 2013020877A1
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WO
WIPO (PCT)
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drive
bone
housing
drill
safe
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/065063
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English (en)
French (fr)
Inventor
Felix GÜTTLER
Jens Rump
Ulf TEICHGRÄBER
Christian SEEBAUER
Kim Winterwerber
Original Assignee
Charité - Universitätsmedizin Berlin
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Filing date
Publication date
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613—Component parts
    • A61B17/1622—Drill handpieces
    • A61B17/1624—Drive mechanisms therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16—Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613—Component parts
    • A61B17/162—Chucks or tool parts which are to be held in a chuck
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00535—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets pneumatically or hydraulically operated
    • A61B2017/00553—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets pneumatically or hydraulically operated using a turbine
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B2017/00831—Material properties
    • A61B2017/00902—Material properties transparent or translucent
    • A61B2017/00911—Material properties transparent or translucent for fields applied by a magnetic resonance imaging system
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    • A61B2017/00902—Material properties transparent or translucent
    • A61B2017/00915—Material properties transparent or translucent for radioactive radiation
    • A61B2017/0092—Material properties transparent or translucent for radioactive radiation for X-rays

Definitions

  • the invention relates to a medical device according to the preamble of claim 1.
  • a medical device serves to process a (human) bone or cartilage in the context of invasive therapy methods.
  • intra-operative imaging e.g. using computed tomography (CT) or magnetic resonance imaging (MRI).
  • CT computed tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • processing methods for processing bones e.g. the drilling of holes in the bone or the insertion of a Kirschner wire into the bone or sawing or milling on the bone, of increasing importance and with regard to the image-based monitoring of the process problematic.
  • Driving in Kirschner wires under MRI real-time navigation has not been performed worldwide.
  • Targeted drilling in the bone is in particular a frequent component of invasive procedures, in particular orthopedic surgery or radiological interventions.
  • the bone drills used there have a pierced drive axle, so that drill wires such.
  • Image-guided bone drilling is currently only a comparatively small proportion of image-guided interventions and has traditionally been performed under CT control.
  • the bone drills are to a large extent made of metallic components because of the high mechanical load during a bone bore. Due to their radiopacity metallic components lead to a limited imaging z. As in angiography (X-ray) or in computed tomography and thus hinder the control of the procedure.
  • metallic objects lead to image artifacts (susceptibility artifact). Ferromagnetic materials also experience great magnetic attraction in the magnetic field of an MRI.
  • an X-ray-transparent drilling attachment is attached to the drill, which deflects the torque by about 90 ° and the drill can be operated outside the field of view.
  • magnetic resonance imaging the operation of conventional bone drills is not possible for safety reasons.
  • the invention is therefore based on the problem to further improve a medical device according to the preamble of claim 1 and in particular to allow easy monitoring of the machining process performed by the device by known imaging methods.
  • This object is achieved with the medical device of claim 1.
  • This device is designed and provided for machining a person's bones by means of a driven machining means, in particular for introducing a drilling tool into the bone and / or for sawing and / or milling the bone, and has at least one drive for the machining means and a housing for receiving of the drive.
  • the drive is pneumatic and the housing and the drive are manufactured such that they are magnetic resonance tomography-compatible (also called MR-compatible) and magnetic resonance tomography-safe (also called MR safe) and essentially X-ray transparent.
  • Magnetic resonance tomography compatible also called MR compatible
  • Magnetic resonance tomography compatible means that the imaging is not disturbed and the function and manageability of the device in the immediate vicinity of a magnetic resonance tomograph is not affected.
  • Magnetic resonance tomography-safe also called MR safe
  • MR safe Magnetic resonance tomography-safe
  • Substantially X-ray transparent means that the device is largely made of materials that can be penetrated by X-radiation, so that at least the drive and the housing of the device do not completely cover body parts lying in front of or behind the device during an X-ray exposure, ie in particular none cause complete shading in the direction of X-rays.
  • a magnetic resonance tomography-compatible and magnetic resonance tomography-safe but not (completely) X-ray transparent material produced.
  • a drilling tool can be understood by means of which a hole can be drilled in a bone, by means of which a bone marrow and / or bone biopsy can be removed and / or by means of which a Kirschner wire for fixing fractures can be driven into the bone.
  • the drive comprises a drive motor and a transmission, in particular a planetary gear, in order to move one of the drive motor, e.g. To convert a torque generated by a compressed air operated vane motor.
  • the device further comprises an attachment for holding the processing means on the housing, which is also substantially X-ray transparent and magnetic resonance tomography compatible and safe.
  • the housing may further include a grip portion (integrally formed thereon) for holding the device and a user's hand.
  • the grip area is preferably (completely) X-ray transparent and magnetic resonance tomography compatible and safe, so that in particular a disturbance of a magnetic resonance tomography can be reliably excluded by the entire device and the work on the bone can be reliably monitored herewith.
  • the drive, the housing, the attachment and / or the grip area made of ceramic, titanium and / or (high performance) plastic.
  • the housing, the attachment, the handle portion and a drive motor and a transmission of the Drive essentially made of a plastic material.
  • any (rolling) bearings for supporting a drive shaft of the drive may be made of ceramic. It should be noted that, for example, titanium still has a comparatively good X-ray transparency, the z. B. is more than a hundred times higher than gold.
  • the device has an actuating device designed for this purpose.
  • a processing speed and / or direction of the processing means in particular the rotational speed and / or direction of rotation of a rotating processing means, (continuously) adjustable.
  • a volume of air supplied to the pneumatic drive can be regulated, for example via a throttle valve of the actuating device.
  • the medical device is designed as a drill and in particular provided with an above-mentioned article in the form of a mountable on the housing chuck.
  • a clamping lever can then be provided on this chuck, by means of which a Kirschner wire can be driven into a bone.
  • Such a chuck may be formed, for example, for holding a processing means in the form of a Kirschner wire, a milling cutter or a drill.
  • a chuck for receiving drills or milling is also referred to as a chuck. Further advantageous embodiments are also given by the dependent claims.
  • Fig. 1 is a sectional view of a drill as an embodiment of a medical device according to the invention
  • Fig. 2A is a perspective view of the drill
  • FIG. 2B shows a schematic X-ray of the drill
  • FIG. 3A-3C show various views of a motor as part of the drive of
  • Fig. 5 is a sectional view of an actuator for controlling the
  • FIG. 6C shows an embodiment of a connection unit for the drill for supplying compressed air
  • Fig. 7 is a sectional view of the connected to a compressed air line
  • FIGS. 8A-8C show various views of an attachment of the drill machine designed as a chuck for a Kirschner wire
  • FIGS. 1, 2A and 2B show, together with FIGS. 3A-3C, 4A-4B, 5, 6A-6C, 7 and 8A-8C and 9, a possible embodiment of a device according to the invention as a drilling machine 1 which is almost completely made of MR material loan Components or materials (eg made of (high performance) plastic and ceramic) and can be operated by compressed air, including different attachments 3 and 3 * .
  • the individual components of the drilling machine 1 are made of ferrite-free material, such as all-ceramics, plastics, or carbon or fiberglass composites, so that the drill 1 is not only MR-safe, but also for essential parts transparent to X-ray methods, for example CT.
  • FIG. 1 shows a sectional view of the entire drilling machine 1 with its housing 1 1, the drive housed therein (consisting of a drive motor designed as a multi-disk motor 2 and a gearbox 6), the chuck 3 screwed onto the housing 11 and a gripping area 10 for the hand of a user of the drill 1, over which the drill 1 can be kept as intended. ,
  • both a supply channel 101 for compressed air and an exhaust duct 102 are formed, so that over the handle portion 10 (from a compressed air connection 8 not shown here) compressed air to the vane motor. 2 and again led away from this.
  • the amount of compressed air supplied controls the rotational speed of the vane motor 2 and thus the rotational speed of a drilling tool inserted in the chuck 3, e.g. here also a Kirschner wire.
  • the rotatable interior of the chuck 3 is coupled to a (here hollow) drive shaft 5, which is driven by the vane motor 2 and in the present one
  • Kirschner wire K (see schematized radiograph of Figure 2B) is insertable.
  • the drive shaft 5 centrally forms a guide channel 9, in which the in the
  • Bone to be introduced Kirschner wire is at least partially stored in such a way (displaceable) that it can be supplied from the guide channel 9 out of the chuck 3 (further).
  • An arranged on the chuck 3 clamping lever 4 allows the driving of the Kirschner wire K in the bone and the Rauspp the
  • Kirschner wire K from the inside of the drill 1 out.
  • connection of the chuck 3 to the housing 1 1 takes place here via a connecting portion 30 of the chuck 3 and a connector 50 on the housing 1 first
  • an internal thread is provided on the connecting portion 30, which is screwed into an external thread of the fitting 50.
  • On the handle portion 10 is also still a (manually operated) actuator 7 with a throttle valve provided by means of which the rotational speed of the rotor of the vane motor 2 and thus rotational speed of a drill inserted into the chuck 3 is adjustable.
  • FIG. 2A is a perspective view of the complete drilling machine 1
  • FIG. 2B is an X-ray image of the drilling machine 1 with a drilling tool or Kirschner wire K introduced therein.
  • bearings 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b for supporting the drive shaft 5 in the interior of the housing 11 and for supporting the hollow shaft 300 (300 * in FIG. 9 ) in the chuck 3 clearly visible.
  • These are made of a ceramic here. Due to their geometry and their good visibility in the X-ray image, these successively arranged bearings 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b can also be used to determine a drilling direction. Thus, the axis along which the bearings 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b are arranged in succession, the deployment direction - here the drilling direction - before. This is highlighted by the non (fully) X-ray transparent bearings 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b on an X-ray for an operator and thus clearly visible.
  • the rotor of the vane motor 2 is an eccentric shaft with longitudinal slots in which slats stuck.
  • the stator is formed by the cylindrical housing 1 1, with inlet and outlet openings.
  • the slat gaps become smaller or larger during a rotation depending on the position.
  • At the smallest slat gap is the inlet opening for the fluid (here compressed air) and the outflow opening is located at the location of the largest slat gap.
  • the rotational speed can be controlled continuously.
  • FIG. 3A shows a longitudinal section through the vane motor 2
  • FIGS. 3B and 3C show a cross section along the section line BB or CC entered in FIG. 3A.
  • the drive motor or here lamellar motor 2 comprises a rotor 20 which can be driven by compressed air and which is rotatably mounted within a part housing, comprising two bearing caps 22a, 22b and a sleeve 21 fixed therebetween. The distance between the two bearing caps 22a, 22b to each other is determined by the sleeve 21.
  • the rotor 20 of the multi-disk motor 2 can be acted upon by compressed air via air inlets or air outlets 24. 1, 24. 2, and can therefore be driven to rotate in order to transmit a torque to the drive shaft 5.
  • bearings 25a, 25b are provided in the bearing caps 22a and 22b here in the form of ball bearings made of a ceramic material.
  • the two bearings 25a, 25b are presently held in an O-arrangement. In this way, the relatively large bearing clearance can be compensated within the ball bearings.
  • a fixed-floating bearing arrangement is possible, as well as the use of other types of bearings.
  • the bearings 25a, 25b (as well as the bearings 35a, 35b or 35 * of an attachment and the bearings 65a, 65b of the transmission 6) can also be made of a non-ceramic, be made ferrite-free material. While a ceramic bearing 25a, 25b is made for example of zirconium oxide and silicon nitride, for example, the use of a plastic bearing z. B. of polyetheretherketone (abbreviated PEEK) with Glascialz stresses possible.
  • PEEK polyetheretherketone
  • connection pin 23 can be connected to the transmission 6, via which an output torque is then transmitted to the drive shaft 5.
  • the rotor 20 of the multi-disk motor 2 has, in a manner known per se, slats 200 which are displaceable radially relative to the axis of rotation in order to set the rotor 20 in rotation via the compressed air fed in.
  • FIGS. 4A and 4B the gear 6 adjoining the vane motor 2 is illustrated in various views, which is likewise accommodated within the housing 10.
  • 4A shows a front view of the transmission 6
  • FIG. 4B shows a longitudinal section taken along the section line BB of FIG. 4A.
  • the gear 6 is presently designed as a planetary gear with planetary gears 60a, 60b, 60c, sun gear 61 and ring gear 62.
  • the sun gear 61 is in this case driven by the connection pin 23 of the rotor 20 and the individual planet gears 60a, 60b, 60c are rotatably mounted on a planet carrier 63 which is rotatably received in a bearing bush 64 of the transmission 6 itself.
  • the planet wheels 60a, 60b, 60c run here slidably on pins of the planet carrier 63 in order to save space.
  • the bearing of the planet carrier 63 within the bearing bush 64 is realized via the bearings 65a, 65b. These bearings 65a, 65b are also designed as rolling bearings (here ball bearings).
  • the planet carrier 63 also has the continuation of the guide channel 9 centrally, so that here the Kirschner wire can be passed out of the connection pin 23 of the rotor 20 through the planet carrier 9.
  • the transmission 6 is designed so that with a stationary ring gear 62, the drive via the sun gear 61 and at output via the planet carrier 63 of the transmission 6, a transmission ratio of about 0.2 - 0.25 is realized.
  • the sun gear 61 has a pin receptacle 610 into which the connecting pin 23 positively engages in the assembled state.
  • a shaft-hub connection in the form of a polygonal shaft connection is selected here.
  • the transmission 6 is housed within the housing 1 1, wherein a longitudinally extended spindle portion of the planetary carrier 63 as a spindle of the drill 1 for the transmission of torque to the respective attachment, for. B. the chuck 3 or the chuck 3 * , is used.
  • the spindle portion of the planetary carrier 63 is accordingly also protruding from the bearing bush 64 and partially resting within a connecting piece 50 of the housing 1 1, where the connection with the respective attachment takes place.
  • seals preferably in the form of O-ring Seals, provided. These seals are also made of a ferrite-free material, such.
  • a plastic eg, ethylene-propylene-diene rubber, EPDM, silicone rubber, or the like, so as not to impair the MR compatibility and safety of the power drill 1.
  • FIG. 5 shows a sectional view of the actuating device 7, via which the drilling machine 1 can be controlled, ie. H. in the present case, in particular the processing speed and / or direction of the respectively used processing means (steplessly) by a user / surgeon is adjustable.
  • the actuator 7 is housed here in a separate housing part, which is flanged to the housing part for the drive consisting of the vane motor 2 and the gear 6 to form the housing 1 1.
  • the housing part with the actuating device 7 also forms the grip region 10, which can be encompassed on a gripping surface 100 by the hand of a user in the manner of a pistol grip.
  • the actuating device 7 in particular controls the inflow of the compressed air from the feed channel 101.
  • the actuating device 7 is designed in the manner of a throttle valve.
  • the actuator 7 therefore includes here a displaceably mounted in a bearing sleeve valve piston 72 which is held by a spring 71 in a closed position.
  • This spring 71 is also made of a plastic material.
  • the valve piston 72 can be adjusted by an actuating element in the form of a push button 70 steplessly against a force applied by the spring 71 spring force.
  • the lengths of the displaceable parts of the actuator 7 are dimensioned so that a good guide is guaranteed and a user must push the push button 70 about 7 mm inwards to fully open the valve. As a result, a good regulation of the incoming compressed air is given.
  • the actuator 7 is designed with the bearing sleeve, the spring 72, the push button 70 and the valve piston 72 as a preassembled unit, which is inserted into a recess provided in the handle part 10 having (lower) housing part.
  • the bearing sleeve used seals here in the form of O-rings, the seal against the environment and the two channels 101, 102 after insertion of the actuator 7 is ensured.
  • This clamping screw as well as the other used screws of the drill 1 are also made of an MR-compatible and -safe and X-ray transparent material.
  • PEEK carbon fiber composite materials are suitable for this purpose.
  • FIG. 6A shows a perspective cutout
  • FIG. 6B shows a sectional view of the compressed air connection 8.
  • the compressed air connection 8 here has a plug unit 80.1 in order to arrange a coaxial arrangement of an air supply and air discharge hose S against the handle of the drilling machine 1 or the housing part with the handle portion 10, to allow.
  • This plug unit 80.1 ensures a pressure-tight connection between the hose S and the drill 1 and is easily removable for sterilization of the drill 1.
  • a union nut M1 is provided to secure the connection between hose S and drill 1 .
  • the hose S connects the drill 1 via a Wandan gleich with a compressed air supply.
  • This wall connection unit is shown by way of example in FIG. 6C.
  • the wall connection unit comprises a plug connection SA with a shut-off tap H for connection to the compressed-air supply.
  • a pressure regulator R At the stopcock H closes in the direction of the drill 1, a pressure regulator R and thereto an adapter part A with a muffler D.
  • the adapter part A On the adapter part A, the other end of the hose S is fixed via a plug unit 80.2 and a union nut M2, which are preferably identical to the plug unit 80.1 and the union nut M1 for the connection of the hose S with the drill 1.
  • the pressure-tight connection of the hose S at its hose ends with the drill 1 and the Wandan gleich is realized here by a combination of Au walkedkegel, inner cone and the respective union nut M1 or M2.
  • FIG. 7 shows a sectional view through the completely assembled drill 1 with hose S connected thereto, but without an attachment 3 or 3 * attached thereto.
  • FIGS. 8A, 8B and 8C The article already shown in FIG. 1 in the form of the chuck 3 for a Kirschner wire K is illustrated in detail in FIGS. 8A, 8B and 8C in individual views.
  • the chuck 3, which is designed for driving a Kirschner wire K, is intended to be determined via its connecting region 30 on the connecting piece 50.
  • a shaft connection 38 is provided on the hollow shaft 300, via which a polygon connection is realized for safe transmission of the torque when the chuck 3 is attached to the fitting 50 as intended.
  • the hollow shaft 300 is rotatably supported via the bearings 35a, 35b.
  • the bearings 35a, 35b are also designed as a ceramic roller bearing with rolling elements (here balls) made of glass.
  • the construction of the chuck 3 is based on a collet 33, which, as usual in machine tools, CKkegel Au is provided.
  • the collet 33 is pressed into an inner cone of the hollow shaft 300 and thereby compresses radially. This radial compression generates enough friction to transmit torque to the Kirschner wire K.
  • the collet 33 stands for this purpose with a bearing ring on the chuck housing 36 in connection, which (at least) has a radially projecting pin 32a on which the clamping lever 7 about a pivot point O - at least slightly - is pivotally mounted, so that the bearing bracket 41 to this Pin 32a can be pivoted.
  • the bearing bracket 41 additionally has a connection to a further pin 32b on the chuck housing 36, in which case the (second) pin 32b engages in an elongated opening of the bearing bracket 41, the one - with respect to a parallel to the axis of rotation of the rotor 20 axial direction - Aligns oblique guideway 40 for the bearing bracket 41.
  • the Lagerbühel 41 is formed in cross-section substantially U-shaped and with both projecting from a base leg portions each on the bearing ring and the chuck housing 36 is set in a consistent manner.
  • the bearing bracket 41 is symmetrically fixed to two opposite pins 32a of the bearing ring and two pins 32b of the chuck housing 36, wherein in the figures 8A to 8C, only one longitudinal side of the chuck 3 is shown.
  • the bearing ring is pressed into an upstream position in the direction of an adjusting ring 34 of the chuck 3, so that the two pins 32a, 32b occupy the greatest possible distance from one another.
  • the spring element 31 is in this case designed as an elastomer ring attached to the chuck housing 36.
  • the inclination of the guide track 40 for the second pin 32b with respect to the axial direction parallel to which the Kirschner wire K also extends is preferably in the range of 10 to 45 ° particularly preferably selected in the range of 10 to 20 °. Good results with respect to the clamping force applied by the collet 33 have been achieved with an inclination ⁇ of about 18 °.
  • the Kirschner wire K In the first applied on the actuation of the clamping lever 4 sufficient clamping force on the collet 33 and thus the discourserreibende Kirschner wire K is sufficiently firmly coupled to the hollow shaft 300 for transmitting an effective torque, the Kirschner wire K without actuation of the clamping lever 4 initially axially within the Drill 1 slidably. To improve the torque transmission when the tensioning lever 4 is actuated, it can also be provided that the Kirschner wire K is roughened at its surface interacting with the collet 33.
  • the drill chuck 3 * in this case has a connection region 30 * , which is formed in analogy to the connection region 30 of the chuck 3 and is arranged for connection to the connection piece 50.
  • a torque of the drive shaft 5 is transmitted to a hollow shaft 300 * of the chuck 3 * here, which is rotatably connected here with a drill B as a processing means.
  • the hollow shaft 300 * is rotatably mounted here within a drill chuck housing 36 * of the chuck 3 * via a single bearing 35 * (preferably made of ceramic or plastic, eg with glass rolling elements).
  • a locking ring 34 * the drill B is fixed to the hollow shaft 300 * .
  • the drill B used here is hollow, so that, for example, an over-drilling of Kirschner wire is made possible.
  • the drill 1 of course, also other not shown here essays, eg. B. for a milling machine.
  • different types of drills can be fixed.
  • all the components used are made of a magnetic resonance tomography compatible and safe material, such as plastic, ferrite-free composite (ferrite-free composite) or ceramic ,
  • a magnetic resonance tomography compatible and safe material such as plastic, ferrite-free composite (ferrite-free composite) or ceramic .
  • the materials used for the components are also selected so that the drill 1 almost completely X-ray transparent materials.
  • the drill 1 is here with its drive consisting of drive motor 2 and gear 6, their housing 1 1 (including the handle portion 10) and the respective attachment 3 or 3 * (without Kirschner wire K or drill B) so X-ray transparent that the drill Although it is visible in the X-ray image, but (with the exception of those provided for the rotatable mounting of a driven element of the drill 1 bearing 25a, 25b, 35 * , 35a, 35b, 65a, 65b) causes no shading in the direction of X-rays.
  • the essential characteristics resulting from an exemplary drill 1 are:
  • Ferromagnetic alloys can experience great attractions in the strong magnetic field of an MRI and compromise the safety and health of patients and physicians.
  • the electromagnetic drive concept of commercially available drills is therefore unsuitable for use in MRT, since the drive is based on electric motors whose essential component is a ferrite core.
  • piezoelectric motors are limited by the reduction of the signal-to-noise ratio in the MR images and, above all, by the comparatively low torques (40 Ncm) and rotational speeds (100 U / min).
  • Air motors are safe and robust drive systems. Positive displacement motors offer a low power-to-weight ratio and provide high torque.
  • a vane motor consists of a cylindrical housing with air inlet and outlet openings and a rotor.
  • the rotor is an eccentrically arranged shaft with longitudinal slots in which slats stuck.
  • Drill 1 Under MRT navigation, dense Substantia Compacta was successfully drilled, and the attachment for Kirschner wires was successfully tested on the tibia.
  • the device (Drill 1) is almost completely X-ray transparent and MRI compatible and safe.
  • Osteochondritis dissecans is an aseptic bone necrosis beneath the articular cartilage, which can end with the rejection of the affected bone area with the overlying cartilage as a free joint body (joint mouse).
  • the osteoid osteoma is a bone tumor and consists of a heavily vascularized "nucleus" (nidus) surrounded by a roundish or bifurcated zone of reactively growing, compacted (sclerotic) bone tissue.
  • the 00 represents about 10% to 14% of benign bone tumors.
  • Osteoporosis is a disease in which the bone loses substance. Osteoporosis often occurs in later years of life and menopause. Smokers, slim people and people with little physical activity are often affected. Osteomalacia: In osteomalacia, the bone substance also disappears, but a lack of vitamin D is responsible for it. In children this is called
  • Paget's disease Paget's disease is a condition in which bone remodeling takes place for unknown reasons. The bones are getting thicker but more unstable. It comes to the curvature of the bones. Also typical is an increase in the head circumference. Osteitis: Inflammation of the bone (osteitis) is usually caused by infection with bacteria.
  • Minimally invasive plate osteosynthesis is a closed osteosynthesis procedure in which the fracture fixation implant is pushed through the epiphyseal, submuscular bone, by a small approach away from the fracture zone.
  • Aseptic or avascular bone necrosis of the femoral head is a serious disease associated with increased destruction of the femoral head. It primarily affects patients between the ages of 30 and 50 years.
  • the percutaneous epiphyseal period is performed minimally invasively under repeated image converter control.
  • the growth joint is drilled fan-shaped from both sides to the median plane. By destroying the growth gap, an early bony build-up between metaphysis and epiphysis and over it an alignment of the length of both legs is achieved.
  • a device according to the invention in particular in the form of a drill 1 and preferably with replaceable attachments - are used.

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Abstract

Medizinische Vorrichtung (1) zur Bearbeitung von Knochen eines Menschen mittels eines angetriebenen Bearbeitungsmittels, insbesondere zum Einbringen eines Bohrwerkzeugs in den Knochen und/oder zum Sägen und/oder Fräsen des Knochens, mit einem wenigstens einem Antrieb für das Bearbeitungsmittel und einem Gehäuse zur Aufnahme des Antriebs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Antrieb (2, 6) pneumatisch ist und sowohl das Gehäuse (11) als auch der Antrieb (2, 6) derart hergestellt sind, dass sie Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher und im Wesentlichen röntgentransparent sind.

Description

Medizinische Vorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine medizinische Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 . Eine solche medizinische Vorrichtung dient der Bearbeitung eines (menschlichen) Knochens oder Knorpels im Rahmen invasiver Therapieverfahren.
Zur besseren Kontrolle eines solchen Eingriffs bietet sich eine intra-operative Bildgebung z.B. mittels Computertomographie (CT) oder Magnetresonanztomographie (MRT) an.
In diesem Zusammenhang sind Bearbeitungsverfahren zur Bearbeitung von Knochen, z.B. das Bohren von Löchern in den Knochen oder das Einbringen eines Kirschnerdrahtes in den Knochen oder das Sägen oder Fräsen am Knochen, von zunehmender Bedeutung und im Hinblick auf die bildgestützte Überwachung des Verfahrens problematisch. Ein Eintreiben von Kirschnerdrähten unter MRT- Echtzeitnavigation ist weltweit bisher nicht durchgeführt worden.
Die zielgenaue Bohrung im Knochen ist insbesondere häufiger Bestandteil invasiver Verfahren insbesondere orthopädischer Operationen oder radiologischer Interventionen. Die dort eingesetzten Knochenbohrmaschinen haben eine durchbohrte Antriebsachse, so dass Bohrdrähte wie z. B. Kirschnerdrähte zum sicheren Arbeiten kurz eingespannt und durch die Bohrmaschine in der durchbohrten Antriebswelle geführt werden können. Durch die Auswahl der notwendigen Spann - und Aufnahmeeinheiten ist eine Kompatibilität zu verschiedenen Werkzeugsortimenten möglich.
Bildgestützte Knochenbohrungen bilden z.Z. nur einen vergleichsweise kleinen Anteil bildgestützter Interventionen und werden bisher üblicherweise unter CT-Kontrolle durchgeführt. Die Knochenbohrer sind wegen der hohen mechanischen Belastung während einer Knochenbohrung zu einem großen Teil aus metallischen Komponenten gefertigt. Aufgrund ihrer Röntgendichte führen metallische Komponenten zu einer eingeschränkten Bildgebung z. B. in der Angiographie (Röntgen) oder in der Computertomographie und behindern somit die Kontrolle des Eingriffs. In der Magnetresonanztomographie führen metallische Objekte zu Bildartefakten (Suszeptibilitätsartefakt). Ferromagnetische Materialien erfahren im Magnetfeld eines MRT zudem große Anziehungskräfte.
Um mittels Computertomographie mit diesen Knochenbohrern sicheres Bohren zu gewährleisten, wird auf die Bohrmaschine ein röntgentransparenter Bohraufsatz befestigt, der das Drehmoment um etwa 90° umlenkt und die Bohrmaschine au ßerhalb des Sichtbereichs betrieben werden kann. In der Magnetresonanztomographie ist der Betrieb konventioneller Knochenbohrmaschinen aus Sicherheitsgründen nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine medizinische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiter zu verbessern und insbesondere eine einfache Überwachung des mit der Vorrichtung durchgeführten Bearbeitungsprozesses durch bekannte bildgebende Verfahren zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit der medizinischen Vorrichtung des Anspruchs 1 gelöst. Diese Vorrichtung ist zur Bearbeitung von Knochen eines Menschen mittels eines angetriebenen Bearbeitungsmittels, insbesondere zum Einbringen eines Bohrwerkzeugs in den Knochen und/oder zum Sägen und/oder Fräsen des Knochens, ausgebildet und vorgesehen und weist wenigstens einen Antrieb für das Bearbeitungsmittel und ein Gehäuse zur Aufnahme des Antriebs auf. Erfindungsgemäß ist der Antrieb pneumatisch und das Gehäuse sowie der Antrieb derart hergestellt, dass sie Magnetresonanztomographie-kompatibel (auch MR-kompatibel genannt) und Magnetresonanztomographie-sicher (auch MR-sicher genannt) sowie im Wesentlichen röntgentransparent sind. Magnetresonanztomographie-kompatibel (auch MR-kompatibel genannt) meint, dass die Bildgebung nicht gestört und die Funktion und Handhabbarkeit der Vorrichtung in unmittelbarer Nähe eines Magnetresonanztomographen nicht beeinflusst wird.
Magnetresonanztomographie-sicher (auch MR-sicher genannt) meint, dass die Vorrichtung in unmittelbarer Nähe eines Magnetresonanztomographen sicher einsetzbar ist, d.h. sich nicht erhitzt und nicht im Magnetfeld ausgelenkt oder von diesem angezogen wird. Im Wesentlichen röntgentransparent meint, dass die Vorrichtung zu einem Großteil aus Materialien hergestellt ist, die von Röntgenstrahlung durchdrungen werden können, so dass zumindest der Antrieb und das Gehäuse der Vorrichtung bei einer Röntgenaufnahme vor oder hinter der Vorrichtung liegende Körperteile nicht vollständig überdecken, also insbesondere keine vollständige Abschattung in Richtung der Röntgenstrahlung verursachen. So sind beispielsweise in einer bevorzugten Ausführungsvariante lediglich für die drehbare Lagerung von Bauteilen vorgesehene Lager der Vorrichtung aus einem Magnetresonanztomographie-kompatiblem und Magnetresonanztomographie-sicheren, jedoch nicht (vollständig) röntgentransparentem Material hergestellt.
Unter einem Bearbeitungsmittel kann hierbei z.B. ein Bohrwerkzeug verstanden werden, mittels dem ein Loch in einen Knochen gebohrt werden kann, mittels dem eine Knochenmark- und/oder Knochenbiopsie entnommen werden kann und/oder mittels dem ein Kirschnerdraht zum Fixieren von Frakturen in den Knochen eingetrieben werden kann.
Bevorzugt weist der Antrieb einen Antriebsmotor und ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe auf, um ein von dem Antriebsmotor, z.B. einem mit Druckluft betriebenen Lamellenmotor, erzeugtes Drehmoment umzuwandeln.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner einen Aufsatz zum Halten des Bearbeitungsmittels an dem Gehäuse auf, der ebenfalls im Wesentlichen röntgentransparent und Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher ist.
Zur einfachen Bedienbarkeit kann weiterhin das Gehäuse einen (einstückig daran ausgeformten) Griffbereich zum Halten der Vorrichtung und für die Hand eines Benutzers aufweisen. Hierbei ist der Griffbereich bevorzugt (vollständig) röntgentransparent und Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher, so dass durch die gesamte Vorrichtung insbesondere eine Störung einer Magnetresonanztomographie zuverlässig ausgeschlossen und die Arbeit an dem Knochen hiermit zuverlässig überwacht werden kann. Vorteilhaft sind der Antrieb, das Gehäuse, der Aufsatz und/oder der Griffbereich aus Keramik, Titan und/oder (Hochleistungs-)Kunststoff hergestellt. Bevorzugt sind das Gehäuse, der Aufsatz, der Griffbereich und ein Antriebsmotor und ein Getriebe des Antriebs im Wesentlichen aus einem Kunststoffmaterial hergestellt. Für die Lagerung einer Antriebswelle innerhalb des Aufsatzes und/oder innerhalb des Gehäuses können noch zusätzlich Komponenten aus Titan oder Keramik vorgesehen. Beispielsweise können etwaige (Wälz-)Lager für die Lagerung einer Antriebswelle des Antriebs aus Keramik sein. Hierbei sei angemerkt, dass beispielsweise Titan immer noch eine vergleichsweise gute Röntgentransparenz aufweist, die z. B. um mehr als das Hundertfache höher liegt als bei Gold.
Zur Regulierung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit oder -richtung weist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform eine hierfür ausgebildete Betätigungseinrichtung auf. Mittels dieser ist eine Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des Bearbeitungsmittels, insbesondere die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung eines sich drehenden Bearbeitungsmittels, (stufenlos) regulierbar. Dabei kann mittels der Betätigungseinrichtung insbesondere eine dem pneumatischen Antrieb zugeführte Luftmenge regulierbar sein, beispielsweise über ein Drosselventil der Betätigungseinrichtung.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist die medizinische Vorrichtung als Bohrmaschine ausgeführt und insbesondere mit einem obig angesprochenen Aufsatz in Form eines auf das Gehäuse aufbringbaren Spannfutters versehen. An diesem Spannfutter kann dann insbesondere noch ein Spannhebel vorgesehen sein, mithilfe dessen ein Kirschnerdraht in einen Knochen hineingetrieben werden kann. Ein solches Spannfutter kann beispielsweise zum Halten eines Bearbeitungsmittels in Form eines Kirschnerdrahtes, einer Fräse oder eines Bohrers ausgebildet sein. Dabei wird insbesondere ein Spannfutter zur Aufnahme von Bohrern oder Fräsen auch als Bohrfutter bezeichnet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind auch durch die Unteransprüche gegeben.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren deutlich. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Bohrmaschine als Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen medizinischen Vorrichtung;
Fig. 2A eine perspektivische Ansicht der Bohrmaschine;
Fig. 2B eine schematisierte Röntgenaufnahme der Bohrmaschine; Fig. 3A - 3C verschiedene Ansichten eines Motors als Teil des Antriebs der
Bohrmaschine;
Fig. 4A - 4B verschiedene Ansichten eines Getriebes als weiterem Teil des
Antriebs der Bohrmaschine;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer Betätigungseinrichtung zur Steuerung des
Antriebs durch einen Benutzer;
Fig. 6A - 6B verschiedene Ansichten eines Druckluftanschlusses der
Bohrmaschine;
Fig. 6C eine Ausführungsvariante einer Anschlusseinheit für die Bohrmaschine zur Versorgung mit Druckluft; Fig. 7 eine Schnittansicht der an eine Druckluftleitung angeschlossenen
Bohrmaschine ohne daran angebrachten Aufsatz für ein Bearbeitungsmittel;
Fig. 8A - 8C verschiedene Ansichten eines als Spannfutter für einen Kirschnerdraht ausgebildeten Aufsatzes der Bohrmaschine;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines weiteren Aufsatzes der Bohrmaschine in
Form eines Bohrfutters für einen Bohrer. Die Figuren 1 , 2A und 2B zeigen zusammen mit den Figuren 3A - 3C, 4A - 4B, 5, 6A - 6C, 7 und 8A - 8C und 9 eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung als Bohrmaschine 1 , die nahezu vollständig aus MR-taug liehen Komponenten bzw. Materialien (z. B. aus (Hochleistungs-)Kunststoff und Keramik) hergestellt und über Druckluft betreibbar ist einschließlich unterschiedlicher Aufsätze 3 und 3*. Die einzelnen Bauteile der Bohrmaschine 1 bestehen aus ferritfreiem Material, wie beispielsweise Vollkeramiken, Kunststoffen, oder Carbon- bzw. Glasfaserverbundwerkstoffen, so dass die Bohrmaschine 1 nicht nur MR-sicher, sondern auch zu wesentlichen Teilen transparent für röntgengraphische Verfahren beispielsweise CT ist.
Dabei zeigt die Figur 1 eine Schnittansicht der gesamten Bohrmaschine 1 mit ihrem Gehäuse 1 1 , dem darin unterbrachten Antrieb (bestehend aus einem als Lamellenmotor 2 ausgebildeten Antriebsmotor und einem Getriebe 6), dem auf das Gehäuse 1 1 aufgeschraubten Spannfutter 3 und einem Griffbereich 10 für die Hand eines Benutzers der Bohrmaschine 1 , über den die Bohrmaschine 1 bestimmungsgemäß gehalten werden kann. .
In dem Griffbereich 10, der aus einem (biokompatiblen) Kunststoff material hergestellt ist, sind sowohl ein Zuführkanal 101 für Druckluft als auch einn Abluftkanal 102 ausgeformt, so dass über den Griffbereich 10 (von einem hier nicht dargestellten Druckluftanschluss 8) Druckluft zu dem Lamellenmotor 2 und wieder von diesem weg geführt ist. Die Menge der zugeführten Druckluft regelt dabei die Drehgeschwindigkeit des Lamellenmotors 2 und damit die Drehgeschwindigkeit eines in das Spannfutter 3 eingesetzten Bohrwerkzeugs, z.B. hier auch eines Kirschnerdrahtes.
Das drehbare Innere des Spannfutters 3 ist dabei mit einer (hier hohlen) Antriebswelle 5 gekoppelt, die von dem Lamellenmotor 2 angetrieben wird und in die vorliegend ein
Kirschnerdraht K (vgl. schematisierte Röntgenaufnahme der Figur 2B) einführbar ist.
Hierzu bildet die Antriebswelle 5 zentral einen Führungskanal 9 aus, in dem der in den
Knochen einzubringende Kirschnerdraht zumindest abschnittsweise derart (verschieblich) gelagert ist, dass er aus dem Führungskanal 9 heraus dem Spannfutter 3 (weiter) zugeführt werden kann. Ein an dem Spannfutter 3 angeordneter Spannhebel 4 ermöglicht dabei das Eintreiben des Kirschnerdrahtes K in den Knochen und das Rausführen des
Kirschnerdrahtes K aus dem Inneren der Bohrmaschine 1 heraus.
Die Verbindung des Spannfutters 3 mit dem Gehäuse 1 1 erfolgt hier über einen Verbindungsbereich 30 des Spannfutters 3 und ein Anschlussstück 50 an dem Gehäuse 1 1 . Bevorzugt ist an dem Verbindungsbereich 30 ein Innengewinde vorgesehen, das in ein Au ßengewinde des Anschlussstücks 50 eingedreht ist. An dem Griffbereich 10 ist ferner noch eine (per Hand bedienbare) Betätigungseinrichtung 7 mit einem Drosselventil vorgesehen, mittels derer die Drehgeschwindigkeit des Rotors des Lamellenmotors 2 und damit Drehgeschwindigkeit eines in das Spannfutter 3 eingesetzten Bohrwerkzeugs regulierbar ist.
Die einzelnen aus der Figur 1 ersichtlichen Komponenten der Bohrmaschine 1 sind in den weiteren Figuren 2A und 2B sowie 3A - 3C, 4A - 4B, 5, 6A - 6C, 7 und 8A - 8C noch in unterschiedlichen Ansichten dargestellt. Hierbei zeigt z. B. die Figur 2A eine perspektivische Ansicht der kompletten Bohrmaschine 1 , während in der Figur 2B eine Röntgenaufnahme der Bohrmaschine 1 mit darin eingeführten Bohrwerkzeug bzw. Kirschnerdraht K ist.
Aus der Röntgenaufnahme der Figur 2B sind auch einzelne (insgesamt sechs) Lager 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b für die Lagerung der Antriebswelle 5 im Inneren des Gehäuses 1 1 und für die Lagerung der Hohlwelle 300 (300* in Figur 9) in dem Spannfutter 3 gut ersichtlich. Diese sind hier aus einer Keramik gefertigt. Aufgrund Ihrer Geometrie und Ihrer guten Sichtbarkeit im Röntgenbild können diese hintereinander angeordneten Lager 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b auch zur Bestimmung einer Bohrrichtung genutzt werden. So gibt die Achse, entlang der die Lager 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b hintereinander angeordnet sind, die Einsatzrichtung - hier die Bohrrichtung - vor. Diese ist durch die nicht (vollständig) röntgentransparenten Lager 35a, 35b, 65a, 65b, 25a, 25b auf einer Röntgenaufnahme für einen Operateur hervorgehoben und damit gut sichtbar.
Der Rotor des Lamellenmotor 2 ist eine exzentrische Welle mit Längsschlitzen, in denen Lamellen stecken. Der Stator wird durch das zylindrische Gehäuse 1 1 gebildet, mit Ein- und Auslassöffnungen. Die Lamellenzwischenräume werden bei einer Rotation je nach Stellung kleiner oder größer. Am kleinsten Lamellenzwischenraum liegt die Eintrittsöffnung für das Fluid (hier Druckluft) und die Ausströmöffnung befindet sich an der Stelle des größten Lamellenzwischenraums. Über den Fluidstrom lässt sich die Drehgeschwindigkeit stufenlos regeln.
Das Fluid expandiert durch Rotation des Rotors und kühlt damit den Antrieb. Durch den Wechsel zwischen weiteren Ein- und Auslassöffnungen ist es auch möglich, die Drehrichtung umzuschalten. Mit den Figuren 3A, 3B und 3C wird in unterschiedlichen Ansichten der Aufbau des Lamellenmotors 2 verdeutlicht. Hierbei zeigt die Figur 3A einen Längsschnitt durch den Lamellenmotor 2 und die Figuren 3B und 3C einen Querschnitt entlang der in der Figur 3A eingetragenen Schnittlinie B-B bzw. C-C.
Der Antriebsmotor bzw. hier Lamellenmotor 2 umfasst einen über Druckluft antreibbaren Rotor 20, der innerhalb eines Teilgehäuses, aufweisend zwei Lagerdeckel 22a, 22b und eine dazwischen fixierte Hülse 21 , drehbar gelagert ist. Der Abstand der beiden Lagerdeckel 22a, 22b zueinander ist über die Hülse 21 festgelegt. Der Rotor 20 des Lamellenmotors 2 ist über Lufteinlässe bzw. Luftauslässe 24.1 , 24.2 mit Druckluft beaufschlagbar und somit zu einer Drehung antreibbar, um ein Drehmoment an die Antriebswelle 5 zu übertragen.
Zur drehbaren Lagerung des Rotors 20 sind in den Lagerdeckeln 22a und 22b jeweils Lager 25a, 25b hier in Form von Kugellagern aus einem keramischen Werkstoff vorgesehen. Die beiden Lager 25a, 25b sind vorliegend in einer O-Anordnung gehalten. Auf diese Weise kann das relativ große Lagerspiel innerhalb der Kugellager kompensiert werden. Alternativ ist beispielsweise aber auch eine Fest-Loslager-Anordnung möglich, wie auch die Verwendung anderer Lagertypen. Zur Beibehaltung der Magnetresonanztomographie-Kompatibilität und -Sicherheit bei gleichzeitig gesteigerter Röntgentranzparenz können die Lager 25a, 25b (ebenso wie die Lager 35a, 35b bzw. 35* eines Aufsatzes und die Lager 65a, 65b des Getriebes 6) auch aus einem nicht- keramischen, ferritfreien Material hergestellt sein. Während ein keramisches Lager 25a, 25b beispielsweise aus Zirkonoxid und Siliziumnitrid hergestellt ist, wäre beispielsweise auch die Verwendung eines Kunststoff lagers z. B. aus Polyetheretherketon (abgekürzt PEEK) mit Glaswälzkörpern möglich. Zur Übertragung des (Antriebs-)Drehmoments an die Antriebswelle 5 ist ein Anschlusszapfen 23 vorgesehen. Dieser Anschlusszapfen 23 ist mit dem Getriebe 6 verbindbar, über das dann ein Abtriebsdrehmoment an die Antriebswelle 5 übertragen wird. Der Rotor 20 des Lamellenmotors 2 weist in an sich bekannter Weise radial zur Drehachse verschiebbare Lamellen 200 auf, um über die eingespeiste Druckluft den Rotor 20 in Drehung zu versetzen. In den Figuren 4A und 4B wird das sich an den Lamellenmotor 2 anschließende Getriebe 6 in verschiedenen Ansichten veranschaulicht, das ebenfalls innerhalb des Gehäuses 10 aufgenommen ist. Dabei zeigt die Figur 4A eine Vorderansicht des Getriebes 6 und die Figur 4B einen entlang der Schnittlinie B-B der Figur 4A gewonnenen Längsschnitt.
Das Getriebe 6 ist vorliegend als Planetengetriebe mit Planetenrädern 60a, 60b, 60c, Sonnenrad 61 und Hohlrad 62 ausgeführt. Das Sonnenrad 61 wird hierbei von dem Anschlusszapfen 23 des Rotors 20 angetrieben und die einzelnen Planetenräder 60a, 60b, 60c sind an einem Planetenträger 63 drehbar gelagert sind, der in einer Lagerbuchse 64 des Getriebes 6 selbst drehbar aufgenommen ist. Die Planetenräder 60a, 60b, 60c laufen hier gleitend auf Zapfen des Planetenträgers 63, um Bauraum zu sparen. Die Lagerung des Planetenträgers 63 innerhalb der Lagerbuchse 64 ist über die Lager 65a, 65b realisiert. Diese Lager 65a, 65b sind ebenfalls als Wälzlager (hier Kugellager) ausgeführt. Der Planetenträger 63 weist ferner zentral die Fortführung des Führungskanals 9 auf, so dass hier der Kirschnerdraht aus dem Anschlusszapfen 23 des Rotors 20 durch den Planetenträger 9 hindurchgeführt werden kann.
Das Getriebe 6 ist so ausgeführt, dass bei stillstehendem Hohlrad 62, dem Antrieb über das Sonnenrad 61 und bei Abtrieb über den Planetenträger 63 von dem Getriebe 6 ein Übersetzungsverhältnis von ca. 0,2 - 0,25 realisiert wird. Zur Übertragung des Antriebsmoments von dem Anschlusszapfen 23 an das Sonnenrad 61 weist das Sonnenrad 61 eine Zapfenaufnahme 610 auf, in die der Anschlusszapfen 23 in zusammengebautem Zustand formschlüssig eingreift. Für die Verbindung zwischen dem Anschlusszapfen 23 und dem Sonnenrad 61 ist vorliegend eine Welle-Nabe-Verbindung in Form einer Polygonwellenverbindung gewählt.
Das Getriebe 6 ist innerhalb des Gehäuses 1 1 untergebracht, wobei ein längserstreckter Spindelabschnitt des Planetenträgers 63 als Spindel der Bohrmaschine 1 für die Weitergabe des Drehmoments an den jeweiligen Aufsatz, z. B. das Spannfutter 3 oder das Bohrfutter 3*, dient. Der Spindelabschnitt des Planetenträgers 63 steht dementsprechend auch aus der Lagerbuchse 64 hervor und ruht teilweise innerhalb eines Anschlussstückes 50 des Gehäuses 1 1 , an dem die Verbindung mit dem jeweiligen Aufsatz erfolgt. Somit ist über die Lagerung des Planetenträgers 63 gleichzeitig auch die (Bohr-)Spindellagerung realisiert.
Gegen das Eindringen von Schmutz und Fremdkörpern, insbesondere in den Lamellenmotor 2 und das Getriebe 6 sind Dichtungen, vorzugsweise in Form von O-Ring- Dichtungen, vorgesehen. Diese Dichtungen sind ebenfalls aus einem ferritfreien Material, wie z. B. einem Kunststoff (z. B. Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, EPDM, Silikongummi o. Ä.) hergestellt, um die MR-Kompatibilität und -Sicherheit der Bohrmaschine 1 nicht zu beeinträchtigen.
Für die Schmierung des Getriebes 6 sind ebenfalls MR-kompatible und -sichere Schmierstoffe verwendet.
Die Figur 5 zeigt eine Schnittansicht der Betätigungseinrichtung 7, über die die Bohrmaschine 1 steuerbar ist, d. h. vorliegend, insbesondere die Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des jeweils eingesetzten Bearbeitungsmittels (stufenlos) durch einen Benutzer/Operateur regulierbar ist. Die Betätigungseinrichtung 7 ist hier in einem separaten Gehäuseteil untergebracht, das an den Gehäuseteil für den Antrieb bestehend aus dem Lamellenmotor 2 und dem Getriebe 6 angeflanscht ist, um das Gehäuse 1 1 auszubilden. Durch die Unterbringung in einem separaten Gehäuseteil ist auch die Betätigungseinrichtung 7 leichter zu montieren. Dabei bildet der Gehäuseteil mit der Betätigungseinrichtung 7 auch den Griffbereich 10 aus, der an einer Grifffläche 100 von der Hand eines Benutzers nach Art eines Pistolengriffs umfasst werden kann.
Die Betätigungseinrichtung 7 steuert insbesondere den Zustrom der Druckluft aus dem Zuführkanal 101 . Hierfür ist die Betätigungseinrichtung 7 nach Art eines Drosselventils ausgestaltet. Die Betätigungseinrichtung 7 beinhaltet daher hier einen verschieblich in einer Lagerhülse gelagerten Ventilkolben 72, der über eine Stellfeder 71 in einer Schließposition gehalten ist. Diese Stellfeder 71 ist ebenfalls aus einem Kunststoff material hergestellt. Zur Freigabe des Zuführkanals 101 kann der Ventilkolben 72 über ein Betätigungselement in Form eines Druckknopfes 70 stufenlos entgegen einer von der Stellfeder 71 aufgebrachten Federkraft verstellt werden. Die Längen der verschieblichen Teile der Betätigungseinrichtung 7 sind dabei so bemessen, dass eine gute Führung gewährleistet ist und ein Benutzer den Druckknopf 70 ca. 7 mm nach innen drücken muss, um das Ventil voll zu öffnen. Hierdurch ist eine gute Regulierung der einströmenden Druckluft gegeben.
Zur weiteren Erleichterung der Montage ist die Betätigungseinrichtung 7 mit der Lagerhülse, der Stellfeder 72, dem Druckknopf 70 und dem Ventilkolben 72 als vormontierbare Einheit ausgelegt, die in eine dafür vorgesehene Aussparung in dem den Griffteil 10 aufweisenden (unteren) Gehäuseteil eingesetzt ist. Über an die Lagerhülse eingesetzte Dichtungen, hier in Form von O-Ringen, wird die Abdichtung gegenüber der Umgebung und der beiden Kanäle 101 , 102 nach dem Einsetzen der Betätigungseinrichtung 7 sichergestellt. Durch eine zusätzliche Klemmschraube wird überdies verhindert, dass der Betriebsdruck die Betätigungseinrichtung 7 aus ihrer Aufnahme herauspresse Diese Klemmschraube wie auch die übrigen verwendeten Schrauben der Bohrmaschine 1 sind ebenfalls aus einem MR-kompatiblen und -sicheren sowie röntgentransparenten Material hergestellt. Hierfür eignen sich beispielsweise PEEK-Carbonfaser-Verbundwerkstoffe. Mit den Figuren 6A und 6B werden weitere Einzelheiten des Druckluftanschlusses 8 veranschaulicht. Dabei zeigt die Figur 6A einen perspektivischen Ausschnitt und die Figur 6B zeigt eine Schnittansicht des Druckluftanschlusses 8. So weist der Druckluftanschluss 8 hier eine Steckereinheit 80.1 auf, um eine koaxiale Anordnung eines Luftzufuhr- und Luftabfuhrschlauchs S an den Handgriff der Bohrmaschine 1 bzw. den Gehäuseteil mit dem Griffbereich 10, zu ermöglichen. Diese Steckereinheit 80.1 stellt eine druckdichte Verbindung zwischen dem Schlauch S und der Bohrmaschine 1 sicher und ist für eine Sterilisation der Bohrmaschine 1 einfach abnehmbar. Zur Sicherung der Verbindung zwischen Schlauch S und Bohrmaschine 1 ist eine Überwurfmutter M1 vorgesehen. Der Schlauch S verbindet die Bohrmaschine 1 über eine Wandanschlusseinheit mit einer Druckluftversorgung. Diese Wandanschlusseinheit ist in der Figur 6C exemplarisch gezeigt. Die Wandanschlusseinheit umfasst dabei einen Steckanschluss SA mit einem Absperrhahn H zur Verbindung mit der Druckluftversorgung. An den Absperrhahn H schließt sich in Richtung der Bohrmaschine 1 ein Druckregler R und hieran ein Adapterteil A mit einem Schalldämpfer D an. An dem Adapterteil A ist das andere Ende des Schlauchs S über eine Steckereinheit 80.2 und eine Überwurfmutter M2 festgelegt, die vorzugsweise identisch zu der Steckereinheit 80.1 und der Überwurfmutter M1 für die Verbindung des Schlauches S mit der Bohrmaschine 1 sind. Die druckdichte Verbindung des Schlauches S an seinen Schlauchenden mit der Bohrmaschine 1 und der Wandanschlusseinheit wird hierbei durch eine Kombination aus Au ßenkegel, Innenkegel und der jeweiligen Überwurfmutter M1 bzw. M2 realisiert.
Durch die Verwendung zweier Steckereinheiten 80.1 , 80.2 und zweier Überwurfmuttern M1 , M2 wird zwar die Anbindung und das Lösen des Schlauches S durch das erforderliche Drehen der Überwurfmuttern M1 , M2 gegenüber einer einfachen Klickverbindung erschwert. Jedoch ist hierdurch der Fertigungsaufwand geringer und die Zuverlässigkeit erhöht. Zur besseren Veranschaulichung zeigt die Figur 7 eine Schnittansicht durch die komplett montierte Bohrmaschine 1 mit daran angeschlossenem Schlauch S, jedoch ohne einen daran angebrachten Aufsatz 3 oder 3*. In der Figur 7 ist insbesondere die Unterbringung des aus dem Lamellenmotor 2 und dem Getriebe 6 bestehenden Antriebs in dem (oberen) Gehäuseteil des Gehäuses 1 1 ersichtlich, der rückseitig von einem Gehäusedeckel 12 verschlossen ist und an den der weitere (untere) Gehäuseteil mit den Kanälen 101 , 102, der Betätigungseinrichtung 7, dem Druckluftanschluss 8 und dem Griffbereich 10 angeflanscht ist, um das Gehäuse 1 1 auszubilden.
Der bereits in der Figur 1 ersichtliche Aufsatz in Form des Spannfutters 3 für einen Kirschnerdraht K ist in den Figuren 8A, 8B und 8C in Einzelansichten näher veranschaulicht. Das Spannfutter 3, das für das Eintreiben eines Kirschnerdrahtes K ausgebildet ist, ist über seinen Verbindungsbereich 30 an dem Anschlussstück 50 bestimmungsgemäß festzulegen. Für die Verbindung der Hohlwelle 300 mit der Antriebswelle 5 ist hier eine Wellenanbindung 38 an der Hohlwelle 300 vorgesehen, über die zur sicheren Übertragung des Drehmoments eine Polygonverbindung realisiert wird, wenn das Spannfutter 3 bestimmungsgemäß an dem Anschlussstück 50 angebracht ist. Innerhalb eines Spannfuttergehäuses 36 ist die Hohlwelle 300 über die Lager 35a, 35b drehbar gelagert. Die Lager 35a, 35b sind dabei ebenfalls als Keramik-Wälzlager ausgebildet mit Wälzkörpern (hier Kugeln) aus Glas.
Die Konstruktion des Spannfutters 3 basiert auf einer Spannzange 33, die, wie bei Werkzeugmaschinen üblich, mit einem Au ßenkegel versehen ist. Die Spannzange 33 wird in einen Innenkegel der Hohlwelle 300 gedrückt und komprimiert dadurch radial. Diese radiale Kompression erzeugt genug Reibung, um ein Drehmoment auf den Kirschnerdraht K zu übertragen. Die Spannzange 33 steht hierfür mit einem Lagerring an dem Spannfuttergehäuse 36 in Verbindung, der (mindestens) einen radial vorstehenden Stift 32a aufweist, an dem der Spannhebel 7 um einen Drehpunkt O - zumindest geringfügig - verschwenkbar gelagert ist, so dass der Lagerbügel 41 um diesen Stift 32a geschwenkt werden kann. Der Lagerbügel 41 weist zusätzlich noch eine Anbindung an einen weiteren Stift 32b an dem Spannfuttergehäuse 36 auf, wobei hier der (zweite) Stift 32b in eine längsgestreckte Öffnung des Lagerbügels 41 eingreift, die eine - bezogen auf eine zu der Drehachse des Rotors 20 parallele Axialrichtung - schräg verlaufende Führungsbahn 40 für den Lagerbügel 41 vorgibt. Zur Stabilitätserhöhung ist vorgesehen, dass der Lagerbühel 41 im Querschnitt im Wesentlichen U-förmig ausgebildet ist und mit beiden von einer Basis abstehenden Schenkelabschnitten jeweils an dem Lagerring und dem Spannfuttergehäuse 36 in übereinstimmender Weise festgelegt ist. Hier ist also der Lagerbügel 41 symmetrisch an zwei einander gegenüberliegenden Stiften 32a des Lagerrings und zwei Stiften 32b des Spannfuttergehäuse 36 festgelegt, wobei in den Figuren 8A bis 8C nur eine Längsseite des Spannfutters 3 dargestellt ist.
Über ein sich an dem Spannfuttergehäuse 36 abstützendes Federelement 31 wird der Lagerring in eine vorgelagerte Position in Richtung auf einen Verstellring 34 des Spannfutters 3 gedrückt, so dass die beiden Stifte 32a, 32b den größtmöglichen Abstand voneinander einnehmen. Das Federelement 31 ist hierbei als an dem Spannfuttergehäuse 36 angebrachter Elastomerring ausgebildet.
An einer Fingermulde 42 des Spannhebels 4 kann nun manuell eine Kraft eingeleitet werden, um den Spannhebel 4 zu verschwenken und ihn in Richtung auf den Griffbereich 10 zu ziehen. Wird an dem Spannhebel 4 aber in Richtung auf den Griffbereich 10 gezogen, findet eine Drehbewegung des Lagerbügels 41 um den ersten Stift 32a an dem Lagerring statt. Da der zweite Stift 32b in der (gefrästen) schrägen Führungsbahn 40 geführt ist und der Lagerring mit dem zweiten Stift 32a gegen das Federelement 31 axial verschieblich ist, wird ein Abstand zwischen den beiden Stiften 32a, 32b geringer. So wird aus der durch eine manuell aufgebrachte Kraft FHand eine Axialkraft Faxiai, mit welcher der Teil des Spannfutters 3 vor der Spannzange 33 in axialer Richtung nach hinten auf das Federelement 31 gedrückt wird und das Federelement 31 axial komprimiert wird. Hierdurch wird die Spannzange 33 stärker in den Innenkegel der Hohlwelle 300 gepresst, so dass über die Spannzange 33 ein Drehmoment sicher an den Kirschnerdraht K übertragen werden kann. Der Kirschnerdraht K tritt dabei an einer Drahtaustrittsöffnung 37 des Spannfutters 3 aus dem Verstellring 34 aus.
Mit der Figur 8C werden die Kräfte bei Betätigung des Spannhebels 4 nochmals im Detail veranschaulicht. Dabei ist die Kraft, die der Benutzer an dem Spannhebel 4 aufbringt, als FHand bezeichnet und ist die Länge des sich hierbei ergebende Hebelarms zum Drehpunkt O mit a bezeichnet. Der Anteil der Kraft FHand, der senkrecht auf den Hebelarm zum Drehpunkt O steht, wird als Fi bezeichnet und berechnet sich aus der Gleichung Fi = FHand x cosß. Mit der Kraft F2 wird die Kontaktkraft des Stiftes 32b in seiner Führungsbahn 40 und mit dem Bezugszeichen b sein Hebelarm bezüglich des Drehpunkts O bezeichnet. Über die Steigung der Führungsbahn 40, die hier durch den Winkel α angegeben ist, ergibt sich die Axialkraft FaXiai der Spannzange 33 zu FaXiai = F2/cos a. Die Neigung der Führungsbahn 40 für den zweiten Stift 32b bezogen auf die Axialrichtung, parallel zu der auch der Kirschnerdraht K verläuft, ist vorzugsweise im Bereich von 10 bis 45° besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 ° gewählt. Gute Ergebnisse im Hinblick auf die mit der Spannzange 33 aufgebrachte Klemmkraft wurden mit einer Neigung bzw. einem Winkel α von etwa 18° erzielt. In dem erst über die Betätigung des Spannhebels 4 eine ausreichende Klemmkraft über die Spannzange 33 aufgebracht und damit der einzutreibende Kirschnerdraht K ausreichend fest mit der Hohlwelle 300 zur Übertragung eines effektiven Drehmoments gekoppelt wird, ist der Kirschnerdraht K ohne Betätigung des Spannhebels 4 zunächst axial innerhalb der Bohrmaschine 1 verschieblich. Zur Verbesserung der Drehmomentübertragung bei betätigtem Spannhebel 4 kann dabei noch vorgesehen sein, dass der Kirschnerdraht K an seiner mit der Spannzange 33 wechselwirkenden Oberfläche aufgeraut ist.
Mit der Figur 9 wird in einer Schnittdarstellung noch ein weiterer möglicher Aufsatz in Form eines Bohrfutters 3* für die Bohrmaschine 1 veranschaulicht. Das Bohrfutter 3* weist hierbei einen Verbindungsbereich 30* auf, der in Analogie zu dem Verbindungsbereich 30 des Spannfutters 3 ausgebildet und zur Verbindung an dem Anschlussstück 50 eingerichtet ist. Über eine Wellenanbindung 38* wird auch hier ein Drehmoment der Antriebswelle 5 an eine Hohlwelle 300* des Bohrfutters 3* übertragen, die hier drehfest mit einem Bohrer B als Bearbeitungsmittel verbunden ist. Die Hohlwelle 300* ist hier über ein einzelnes Lager 35* (vorzugsweise aus Keramik oder Kunststoff, z. B. mit Glas-Wälzkörpern) drehbar innerhalb eines Bohrfuttergehäuses 36* des Bohrfutters 3* gelagert. Über einen Feststellring 34* ist dabei der Bohrer B an der Hohlwelle 300* fixiert. Der hier verwendete Bohrer B ist hohl ausgeführt, damit beispielsweise eine Überbohrung von Kirschnerdraht ermöglicht wird.
Anstelle des Spannfutters 3 zum Eintreiben von Kirschnerdraht K oder eines Bohrfutters 3* mit einem Bohrer B kann die Bohrmaschine 1 selbstverständlich auch noch weitere hier nicht dargestellte Aufsätze, z. B. für eine Fräse aufweisen. Darüber hinaus sind beispielsweise an einem Bohrfutter 3* unterschiedliche Arten von Bohrern festlegbar.
Bei der Bohrmaschine 1 einschließlich ihrer Aufsätze (ohne das jeweilige Bearbeitungsmittel, wie den Kirschnerdraht K oder den Bohrer B) sind alle verwendeten Bauteile aus einem Magnetresonanztomographie-kompatiblen und -sicheren Material hergestellt, wie zum Beispiel Kunststoff, ferritfreiem Kompositmaterial (ferritfreiem Verbundwerkstoff) oder Keramik. Die für die Bauteile verwendeten Materialien sind zudem so ausgewählt, dass die Bohrmaschine 1 nahezu vollständig aus röntgentransparenten Materialien besteht. Die Bohrmaschine 1 ist hier mit ihrem Antrieb bestehend aus Antriebsmotor 2 und Getriebe 6, ihrem Gehäuse 1 1 (einschließlich des Griffbereichs 10) und dem jeweiligen Aufsatz 3 oder 3* (ohne Kirschnerdraht K bzw. Bohrer B) so röntgentransparent, dass die Bohrmaschine 1 zwar im Röntgenbild sichtbar ist, aber (mit Ausnahme der für die drehbare Lagerung eines angetriebenen Elements der Bohrmaschine 1 vorgesehenen Lager 25a, 25b, 35*, 35a, 35b, 65a, 65b) keine Abschattung in Richtung der Röntgenstrahlung verursacht. Dies bedeutet, dass die Röntgenstrahlung nahezu die gesamte Bohrmaschine 1 durchdringt, insbesondere z.B. mindestens 80% der in einer Röntgenaufnahme entsprechend der Figur 2B ersichtlichen Querschnittsfläche, die von der Außenkontur der Bohrmaschine 1 umrandet wird, und hierdurch die Darstellung von Knochen und Gewebe hinter der Bohrmaschine 1 erlaubt. Indem die Bohrmaschine 1 keine metallischen Werkstoffe enthält, werden Abschattungsartefakte beim Röntgen vermieden. Bei vollständiger Röntgentransparenz wäre die Bohrmaschine 1 im CT- oder Röntgenbild gar nicht sichtbar.
Die sich für eine exemplarische Bohrmaschine 1 ergebenden wesentlichen Kennzahlen sind:
• Drehzahl 0- 1000 pro min
· Gewicht ca. 800 g
• Luftverbrauch ca. 250 I / min
• Betriebsdruck 6-7 bar (max. 10 bar)
• Durchbohrung 3,2 mm
• Lärmpegel (Bedienerposition) ca. 50 dB(A) sowie
• nichtmetallisch
• autoklavierbar
· leicht in Einzelteile zerlegbar
• Hin- und Rückführung des (Arbeits-)fluids durch den (Pistolen-)Griff (mit Griffbereich 10)
• Drosselventil durch Kunststofffeder geschlossen, durch Fingerbetätigung geöffnet
• Vollkeramikpräzisionslager
• Schrauben aus PEEK-Carbonfaser-Verbundmaterial
· Führungsrohre aus Carbon / Glasfaser- Verbundwerkstoffen
• Druckdichte Steckverbindung (über Druckluftanschluss 8) durch Kombination von Außenkegel, Innenkegel und Überwurf Die Bohrmaschine 1 der zuvor erläuterten Figuren weist hierbei wesentliche Vorteile gegenüber vergleichbaren medizinischen Bohrmaschinen mit einem elektromagnetischen Antriebskonzept auf, deren wesentlicher Bestandteil ein Ferritkern ist.
Ferromagnetische Legierungen können in dem starken Magnetfeld eines MRT große Anziehungskräfte erfahren und die Sicherheit und Gesundheit von Patienten und Ärzten gefährden. Das elektromagnetische Antriebskonzept handelsüblicher Bohrmaschinen ist für den Einsatz in der MRT somit ungeeignet, da der Antrieb auf Elektromotoren basiert, deren wesentlicher Bestandteil ein Ferritkern ist.
Der Einsatz von Piezoelektrischen-Motoren ist durch die Verringerung des Signal-zuRausch-Verhältnisses in den MR-Bildern und vor Allem durch die vergleichsweise geringen Drehmomenten (40 Ncm) und Rotationsgeschwindigkeiten (100 U/min) nur eingeschränkt möglich.
Bei der bisherigen Verwendung von pneumatischen Antriebsystemen waren sehr hohe Umlaufgeschwindigkeiten gepaart mit einem geringen Drehmoment Ursache für ein begrenztes Einsatzgebiet. Insbesondere die sehr hohen Drehzahlen führen zur Erhitzung des Knochengewebes und verursachen dadurch über den Bohrkanal z.T. weit hinausgehende Nekrosen. Es besteht somit ein erheblicher Bedarf nach einer leistungsfähigen Bohrmaschine, die auch die Anwendung an harten und starken kortikalem Knochen im Bereich des Tibia-, Humerus- oder Femurschaftes ermöglicht. Im Falle der Röntgendurchleuchtung im CT ergeben sich zwar keine unmittelbaren Gefahren durch metallische Bauteile, die Röntgendichte des Materials behindert aber die zielgenaue Anbohrung. Die Verwendung eines röntgentransparenten Aufsatzgetriebes ermöglicht zwar die Darstellung des Eintrittpunktes, schränkt aber andererseits die Handhabbarkeit der Bohrmaschine stark ein.
Diese Nachteil werden mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung überwunden.
Druckluftmotoren sind sichere und robuste Antriebssysteme. Verdrängermotoren bieten ein geringes Leistungsgewicht und stellen ein hohes Drehmoment zur Verfügung. Ein Lamellenmotor besteht aus einem zylindrischen Gehäuse mit Luftein- und Auslassöffnungen und einem Rotor. Der Rotor ist eine exzentrisch angeordnete Welle mit Längsschlitzen, in denen Lamellen stecken. Durch diese Anordnung werden die Räume, die jeweils zwischen zwei Lamellen, dem Rotor und dem Stator abgegrenzt sind, je nach Stellung bei einer Rotation des Rotors größer und kleiner. Ein Stück weit neben der Stelle, an der dieser Raum am kleinsten ist liegt die Eintrittsöffnung. Durch Rotation des Rotors expandiert das Gas und kann schließlich an der Stelle an der der abgegrenzte Raum zwischen den Lamellen am größten ist durch die Auslassöffnung ausströmen. Durch weitere Ein- und Auslassöffnungen, zwischen denen gewechselt werden kann, ist es bei einigen Lamellenmotoren au ßerdem möglich, die Drehrichtung umzuschalten. Durch die Regulierung des Luftzustroms lässt sich die Drehgeschwindigkeit stufenlos variieren. Vorteile dieses Antriebskonzepts sind - neben der prinzipiellen Realisierbarkeil eines ferritfreien und damit MR-kompatibel und MR-sicher sowie (nahezu) röntgentransparenten Antriebssystems - die
• leichte und kompakte Bauweise (geringes Gewicht und dadurch gute Handhabbarkeit)
Leistungsstärke (sehr hohes Drehmoment bereits beim Anlauf dadurch sicheres Eindrehen)
Sterilisierbarkeit durch Autoklavieren (zum Einsatz in der Medizintechnik und zur Verwendung im Reinraum)
· Überlastsicherheit
Steuerung (stufenloses Regulieren und Ändern der Drehrichtung)
Kühlung (der Antrieb entwickelt kaum Abwärme)
• vibrationsarme Welle (der Antrieb erzeugt annährend keine Vibration)
• Geringe Geräuschentwicklung
Unter MRT-Navigation konnte erfolgreich auch dichte Substantia Compacta gebohrt werden, der Aufsatz für Kirschner-Drähte wurde erfolgreich an der Tibia getestet. Die Vorrichtung (Bohrmaschine 1 ) ist fast vollständig röntgentransparent und MRT- kompatibel und -sicher.
Zudem konnte das Autoklavieren bei 134°C und 2 bar erfolgreich durchgeführt werden. Da Ergonomie bei derart komplexen handgeführten Maschinen ein kritischer Faktor für den erfolgreichen Einsatz ist, wurde in Anlehnung an die Gestaltung konventioneller orthopädischer Bohrmaschinen ein ähnliches Bedienkonzept verfolgt, welches im praxisnahen Einsatz bestätigt wurde.
Im Folgenden sind nur einige der Anwendungsgebiete genannt, bei denen der Einsatz einer Bohrmaschine notwendig ist bzw. deutliche Vorteile gegenüber den verbreitet zum Einsatz kommenden und schwer zu handhabenden, so wie unpräzisen Handbohrern bietet.
1 . MR-gesteuerte Osteochondrosis-Dissecans-Bohrung
Die Osteochondrosis dissecans (OD oder OCD, auch Osteochondritis dissecans) ist eine aseptische Knochennekrose unterhalb des Gelenkknorpels, die mit der Abstoßung des betroffenen Knochenareals mit dem darüberliegenden Knorpel als freier Gelenkkörper (Gelenkmaus) enden kann.
2. MR-gesteuerte Osteoid-Osteom-Thermoablation
Thermische Ablation eines Osteid-Osteoms. Das Osteoid-Osteom (00) ist ein Knochentumor und besteht aus einem stark gefäßversorgten "Kern" (Nidus), der von einer rundlichen oder spindeiförmigen Zone reaktiv wachsenden, verdichteten (sklerotischen) Knochengewebes umgeben ist. Das 00 stellt ca. 10% bis 14% der benignen Knochentumore.
3. MR-gesteuerte Knochen- und Knochenmarkbiopsie
Bei unklaren klinischen und radiologischen Befunden sind Knochen- und Knochenmarkbiopsien zur Diagnosesicherung bzw. Therapieentscheidung unumgänglich. Das weite therapeutische Spektrum in der onkologischen Orthopädie erfordert eine sichere Tumorklassifikation vor einer definitiven Operation. Die wichtigsten Erkrankungen neben Tumoren, die durch eine Knochenbiopsie festgestellt und genau beurteilt werden können, sind:
Osteoporose: Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der der Knochen an Substanz verliert. Die Osteoporose kommt oft in späteren Lebensjahren und in den Wechseljahren vor. Raucher, schlanke Menschen und Menschen mit wenig körperlicher Bewegung sind häufig betroffen. Osteomalazie: Bei der Osteomalazie schwindet die Knochensubstanz ebenfalls, allerdings ist ein Mangel an Vitamin D dafür verantwortlich. Bei Kindern heißt die
Erkrankung Rachitis. Morbus-Paget: Beim Morbus Paget handelt es sich um eine Erkrankung, bei der an den Knochen aus bisher nicht bekanntem Grund Umbauvorgänge ablaufen. Die Knochen werden zwar dicker, aber instabiler. Es kommt zur Verkrümmung der Knochen. Typisch ist auch eine Zunahme des Kopfumfanges. Osteitis: Eine Entzündung des Knochens (Osteitis) entsteht meist durch Infektion mit Bakterien.
Die jährlichen Fallzahlen der Knochen- und Knochenmarkbiopsien lagen allein in Deutschland bei 12.600 bzw. 66.700 (Quelle: Statistisches Bundesamt, Zahlen vom Jahr 2008). Bislang wurde nur ein vergleichsweise kleiner Anteil an Knochenbiopsien unter Bildkontrolle, normalerweise CT-Kontrolle, durchgeführt. Eine MR-kompatible Knochenbohrmaschine, die sich für die Anwendung im Hochfeld bewährt hat, lässt sich darüber hinaus auch ohne weiteres bei geringeren Feldstärken einsetzen (Abwärtskompatibilität).
4. Minimal-invasive Plattenosteosynthese (MIPO)
Die minimal-invasive Plattenosteosynthese ist ein gedecktes Osteosyntheseverfahren, bei dem das Implantat zur Frakturfixierung durch einen kleinen, entfernt von der Frakturzone gelegenen Zugang epiperiostal, submuskulär am Knochen durchgeschoben wird.
5. Anbohrung der Femurkopfnekrose
Die aseptische oder avaskuläre Knochennekrose des Femurkopfs ist eine schwerwiegende Erkrankung, die mit einer zunehmenden Zerstörung des Hüftkopfs einhergeht. Sie betrifft vor allem Patienten zwischen dem 30. und 50. Lebensjahr.
6. Percutane Epiphysiodese bei Beinlängendifferenz
Die perkutane Epiphysiode wird minimal-invasiv unter wiederholter Bildwandlerkontrolle durchgeführt. Dabei wird die Wachstumsfuge von beiden Seiten bis zur Medianebene fächerförmig ausgebohrt. Durch die Zerstörung der Wachstumsfuge wird ein frühzeitiger knöcherner Durchbau zwischen Metaphyse und Epiphyse und darüber eine Angleichung der Länge beider Beine erreicht. Insbesondere bei allen zuvor genannten Anwendungsbeispielen kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung - insbesondere in Form einer Bohrmaschine 1 und vorzugsweise mit wechselbaren Aufsätzen - zum Einsatz kommen.
Bezugszeichenliste
1 Bohrmaschine
10 Griffbereich
100 Grifffläche
101 Zuführkanal
102 Abluftkanal
1 1 Gehäuse
12 Gehäusedeckel
2 Lamellenmotor
20 Rotor
200 Lamelle
21 Hülse
22a, 22b Lagerdeckel
23 Anschlusszapfen
24.1 Lufteinlass
24.2 Luftauslass
25a, 25b Lager
3 Spannfutter
3* Bohrfutter
30, 30* Verbindungsbereich
300, 300* Hohlwelle
31 Federelement
32a, 32b Stift
33 Spannzange
34 Verstellring
34* Feststellring
35*, 35a, 35b Lager
36 Spannfuttergehäuse
36* Bohrfuttergehäuse
37 Drahtaustrittsöffnung
38, 38* Wellenanbindung
4 Spannhebel
40 Führungsbahn
41 Lagerbügel
42 Fingermulde
5 Antriebswelle 50 Anschlussstück
6 Getriebe
60a, 60b, 60c Planetenrad
61 Sonnenrad
610 Zapfenaufnahme
62 Hohlrad
63 Planetenträger
64 Lagerbuchse
65a, 65b Lager
7 Betätigungseinrichtung
70 Druckknopf (Betätigungsei 71 Stellfeder
72 Ventilkolben
8 Druckluftanschluss
80.1 , 80.2 Steckereinheit
9 Führungskanal a Länge
A Adapterteil
B Bohrer
D Schalldämpfer
F-| , F2, Faxja|, Fnand Kraft
H Absperrhahn
K Kirschnerdraht
L Lager
M1 , M2 Überwurfmutter
O Drehpunkt
R Druckregler
S Schlauch
SA Steckanschluss
oc, ß Winkel

Claims

Ansprüche
1 . Medizinische Vorrichtung zur Bearbeitung von Knochen eines Menschen mittels eines angetriebenen Bearbeitungsmittels, insbesondere zum Einbringen eines Bohrwerkzeugs und/oder Drahtes in den Knochen und/oder zum Sägen und/oder Fräsen des Knochens, mit wenigstens einem Antrieb für das Bearbeitungsmittel und einem Gehäuse zur Aufnahme des Antriebs, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6) pneumatisch ist und sowohl das Gehäuse (1 1 ) als auch der Antrieb (2, 6) derart hergestellt sind, dass sie Magnetresonanztomographie-kompatibel und - sicher und im Wesentlichen röntgentransparent sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6) und das Gehäuse (1 1 ) ausschließlich aus ferritfreiem Material hergestellt sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6) und das Gehäuse (1 1 ) aus Kunststoff und/oder einem ferritfreiem Kompositmaterial hergestellt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungsmittel einen Bohrer, eine Fräse, eine Säge oder einen in den
Knochen einzubringenden Draht aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) über eine Durchführung für einen Bohrdraht verfügt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6) einen Antriebsmotor (2) und ein Getriebe (6) aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (6) ein Planetengetriebe ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (2, 6) einen Lamellenmotor (2) umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ferner einen wechselbaren Aufsatz (3, 3*) zum Halten des Bearbeitungsmittels an dem Gehäuse (1 1 ) aufweist, der ebenfalls Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher und im Wesentlichen röntgentransparent ist.
10. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) ferner einen wechselbaren Aufsatz (3) zum Transportieren eines Bohrdrahtes an dem Gehäuse (1 1 ) aufweist, der ebenfalls Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher und im Wesentlichen röntgentransparent ist.
1 1 . Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen wechselbaren Aufsatz (3*) für eine Säge oder einen Bohrer (B) aufweist, der ebenfalls Magnetresonanztomographie-kompatibel und - sicher und im Wesentlichen röntgentransparent ist.
12. Vorrichtung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Vorrichtung einen wechselbaren Aufsatz für eine Fräse aufweist, der ebenfalls Magnetresonanztomographie-kompatibel und -sicher und im Wesentlichen röntgentransparent ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (3) ausschließlich aus ferritfreiem Material hergestellt ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufsatz (3) aus Kunststoff und/oder einem ferritfreiem Kompositmaterial hergestellt ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Betätigungseinrichtung (7) aufweist, mittels derer eine Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder -richtung des Bearbeitungsmittels, insbesondere die Drehgeschwindigkeit und/oder Drehrichtung eines sich drehenden Bearbeitungsmittels, insbesondere stufenlos regulierbar ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) eine Betätigungseinrichtung (7) aufweist, mittels der Betätigungseinrichtung (7) eine dem pneumatischen Antrieb (2, 6) zugeführte Luftmenge regulierbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Betätigungseinrichtung (7) ein Drosselventil umfasst.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) für den pneumatischen Antrieb (2, 6) einen Zuführkanal
(101 ) für Druckluft und einen Abluftkanal (102) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1 1 ) einen Griffbereich (10) zum Halten der Vorrichtung (1 ) und für die Hand (H) eines Benutzers aufweist.
20. Vorrichtung nach dem Anspruch 18 und dem Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (101 , 102) in dem Griffbereich (10) unterbracht sind.
21 . Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) autoklavierbar ist.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) einen Druckluftanschluss (8), insbesondere zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einer Druckluftleitung aufweist.
23. Vorrichtung nach dem Anspruch 19 und dem Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftanschluss (8) an dem Griffbereich (10) vorgesehen ist.
24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 ) dazu ausgebildet und vorgesehen ist, ein Werkzeug zum Sägen und/oder Fräsen des Knochens und/oder zum Bohren von Löchern in einen Knochen und/oder zur Entnahme von Knochenmark- und/oder Knochenbiopsien aus einem Knochen, und/oder zum Einbringen von Kirschnerdraht in einen Knochen, als Bearbeitungsmittel, anzutreiben.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vorrichtung (1 ), die dazu ausgebildet und vorgesehen ist, ein Bohrwerkzeug zum
Einbringen von Kirschnerdraht in einen Knochen, als Bearbeitungsmittel, anzutreiben, ein Führungskanal (9) in einer Antriebswelle des Antriebs (2) vorgesehen ist, in dem der in den Knochen einzubringende Kirschnerdraht zumindest abschnittsweise gelagert ist.
* * * * *
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