DE2543723B2

DE2543723B2 - Fraeswerkzeug fuer chirurgische zwecke

Info

Publication number: DE2543723B2
Application number: DE19752543723
Authority: DE
Inventors: Karl 7201 Talheim; Lacher Rainer Ing. Braun (grad.), 7202 Mühlheim; Pfeiffer, Willi, 7200 Tuttlingen
Original assignee: Aesculap Werke AG
Current assignee: Aesculap Werke AG
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1977-07-28
Also published as: DE2543723C3; DE2543723A1; US4116200A; GB1499496A

Description

Die Erfindung betrifft ein Fräswerkzeug für chirurgi-

m sehe Zwecke zum Fräsen von kugelförmigen Gelenkköpfen oder -pfannen, das eine Schale aufweist, die mindestens zum Teil als Halbkugel ausgebildet ist sowie für eine Drehung um die zur Äquatorialebene der Halbkugel senkrechte Kugelachse mit einer Handfräs-

is maschine verbindbar ist und die mit Durchbrüchen versehen ist, deren bei der Drehung der Schale um ihre Drehachse nacheilende Kanten auf der Innenseite der Schale Schneiden bilden, deren Tangenten in den Schneidenendpunkten mit der Umlaufbahn dieser

jo Endpunkte Winkel einschließen.

Ein Fräswerkzeug dieser Art ist durch die US-PS 36 05 527 bekannt Dieses bekannte Fräswerkzeug weist eine Vielzahl von meridional vom Pol bis zum Äquator der Halbkugel verlaufende Schneiden auf, von denen nur einige zum Teil, und zwar in der Nachbarschaft des Halbkugelpoles die in der Umlaufrichtung des Werkzeuges nacheilenden Kanten von Durchbrüchen bilden. Beim Fräsen mit diesem bekannten Fräswerkzeug entsteht ein Spanabfall, der sich aus Knorpelstücken und mehr oder weniger feinem Knochenmehl zusammensetzt. Nach der Bearbeitung eines Gelenkkopfes oder einer Gelenkpfanne muß der Spanabfall und das Knochenmehl aus dem Operationsfeld entfernt und insbesondere vom Gelenkkopf abgebürstet bzw. aus der Gelenkpfanne herausgespült werden. Eine völlige Beseitigung insbesondere des feinen Knochenmehls ist jedoch praktisch nicht möglich. Es besteht der Verdacht, daß das in der Operationswunde verbleibende Knochenmehl Ursache für die gefürchtete spätere Verhärtung des Gewebes der sich neu bildenden Gelenkkapsel ist

Es sind auch ähnliche Fräswerkzeuge bekannt, bei denen sich die Schneiden nicht meridional über die ganze Kugelfläche erstrecken. Mit diesen Fräswerkzeugen muß beim Fräsen eine taumelnde Bewegung ausgeführt werden, um die gewünschte Kugelform zu erhalten. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß durch einseitigen Druck der Kopfdurchmesser kleiner wird.

Für ein Fräswerkzeug wird in der nicht vorveröffentlichten DT-OS 24 37 772 vorgeschlagen, den hohlen Fräswerkzeugkörper mit einem abnehmbaren Deckel zu verschließen, um hierdurch zu verhindern, daß gefrästes Gewebematerial in das Wundgebiet gelangt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fräswerkzeug für chirurgische Zwecke zu schaffen, bei dem die Bildung von feinem Spanabfall, insbesondere von Knochenmehl, vermieden werden kann.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch

<*> gelöst daß alle Schneiden des Fräswerkzeuges durch die nacheilenden Kanten von Durchbrüchen gebildet sind, daß mindestens diejenigen Schneiden, deren Abstand von der Drehachse kleiner ist als der Radius der Halbkugelfläche, in einem über die ganze Länge der

"^s Schneiden gleichbleibenden Abstand von dieser Kugelfläche verlaufen und daß die Druchbrüche auf der Halbkugel so verteilt und so axial gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß die Umlaufbahnen der

Schneiden die ganze Fläche der Halbkugel überdecken. Daaurch, daß alle Schneiden des Fräswerkzeuges durch die nacheilenden Kanten von Durchbrochen gebildet sind, wird erreicht, daß jede Schneide als Schälschneide wirkt, die einen Span abschält, der durch den s Durdibruch abgelenkt werden kann, so daß er erst bei Erreichung einer verhältnismäßig großen Längs bricht. Dadurch wird die Bildung von Knochenmehl oder anderen kleinen Spänen vermieden.

Dadurch, daß mindestens diejenigen Schneiden, deren ι ο Abstand von der Drehachse kleiner ist als der Radius der Halbkugelfläche, in einem über die ganze Länge der Schneiden gleichbleibenden Abstand von dieser Kugelfläche verlaufen, wird erreicht, daß der Gelenkkopf mit äußerster Schonung des Knochens und mit der erforderlichen Genauigkeit bearbeitet werden kann. Dies ist unter anderem insbesondere bei einer Hüftgelenkoperation deshalb besonders wicntig, weil die Blutversorgung des Hüftkopfes bei solchen Operationen gefährdet ist, da sie dann nur noch über den Schenkelhals erfolgen kann. Es kann daher schon von der schonenden Behandlung des Hüftkopfes und der geringstmöglichen Abfräsung von Knochenmaterial abhängen, ob der Hüftkopf unter der aufgesetzten Hüftkopfschale erhalten bleibt Da bei der erfindungs- i> gemäßen Ausbildung der Schneiden diese praktisch über ihre ganze Länge den Hüftkopf berühren, wird beim Fräsvorgang eine exakte Führung des Fräswerkzeuges erzielt, die für die maßgenaue Bearbeitung des Kopfes erforderlich ist Dadurch wird auch mit Sicherheit das gefürchtete »Einreißen« der Zähne in das Knochenmaterial verhindert

Dadurch, daß die Durchbrüche auf der Kugel so verteilt und axial gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß die Umlaufbahnen der Schneiden die ganze Fläche der Halbkugel überdecken, wird erreicht, daß die Schneiden verhältnismäßig kurz so ausgeführt werden können, daß sie tatsächlich immer saubere lange Späne abschälen. Gleichzeitig wird aber dadurch erreicht, daß trotz der im Verhältnis zum Umfang der Halbkugel verhältnismäßig kurzen Schneiden die ganze Kugelfläche gleichzeitig geschält wird, ohne daß das Fräswerkzeug eine Taumelbewegung ausführen muß. Man kann also durch axiales Aufschieben des Fräswerkzeuges auf den Gelenkkopf, z. B. einen Hüftkopf, diesen kugelförmig abschälen. Der Abstand der Schneide, mit dem diese außerhalb der Kugelflächen verläuft, kann so gewählt werden, daß ein Rattern mit Sicherheit vermieden wird.

Die durch das erfindungsgemäße Fräswerkzeug erreichbare große Genauigkeit ist neben der Schonung des Knochenmaterials und einem guten Paßsitz des Implantats auch deshalb erforderlich, weil dadurch die Schichtdicke des für die Befestigung einer Gelenkkopfkappe benötigten Knochenzements, einem Methylmetacrylat, beschränkt werden kann. Dies ist deshalb wichtig, weil bei der Polymerisation des Kunststoffes im Körper des Patienten Wärme entsteht, die so schnell wie möglich abgeleitet werden muß. Bei dickeren Knochenzementschichten steigt die Temperatur während der Polymerisation weit über die Coagulationstem- (>o peratur von Eiweiß, nämlich über 56° C an, so daß dadurch die Gefahr besteht, daß der Knochen unter der Zementschicht geschädigt wird

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand der Schneiden von der Kugelfläche einen t>s Bruchteil eines Millimeters, vorzugsweise weniger als 0,3 mm.

Ein guter Spanabfluß kann hierbei durch die Wahl eines geeigneten Spanwinkels, vorzugsweise eines Spanwinkels von etwa 45°. erreicht werden.

Um ein Verstopfen der Durchbrüche durch Späne zu vermeiden, ist es vorteilhaft, vorzusehen, daß die in der Umlaufrichtung gemessene Länge der Durchbrüche vorzugsweise mindestens l,5mal größer ist als deren größte axiale Breite.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schale einen sich an den Äquator der Halbkugel anschließenden Teil aufweist, der einen sich erweiternden Rand bildet, der vorzugsweise auf seiner Innenseite konvex gewölbt ist und Durchbrüche aufweist, deren nacheilende Kanten Schneiden bilden. Dieses Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fräswerkzeuges kann in axialer Richtung auch auf einen verhältnismäßig großen und/oder deformierten Gelenkkopf, z. B. Hüftkopf, axial aufgeschoben werden, da die Schneiden in dem erweiterten Rand beim axialen Aufschieben des Fräswerkzeuges auf den Gelenkkopf alle überstehenden Teile wegschneiden. Die Schneidwirkung dieser Schneiden ist bei einem Fräswerkzeug für Gelenkköpfe besonders wirksam, wenn der sich erweiternde Rand auf seiner Innenseite konvex gewölbt ist, da dann die konvex gewölbten Schneiden dickere Späne entfernen.

Bei einem zum Fräsen von Gelenkköpfen dienenden vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schale lösbar mit einer sie in radialem Abstand von außen umfassenden Glocke verbindbar ist, die Anschlußteile für die lösbare Verbindung mit der Handfräsmaschine aufweist. Dadurch wird erreicht, daß die durch die Durchbrüche aus dem Fräswerkzeug heraustretenden Späne sich in dem zwischen der Schale und der Glocke gebildeten Zwischenraum sammeln und so ein Heraussuchen der Späne aus dem Operationsfeld nicht mehr notwendig ist

Wie aus dem Obigen hervorgeht kann das erfindungsgemäße Fräswerkzeug sowohl zum Fräsen von Gelenkköpfen als auch zum Fräsen von Gelenkpfannen ausgebildet werden. Hierbei müssen die Schneiden lediglich auf der Innen- bzw. auf der Außenfläche der Schale angeordnet werden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles eines Fräswerkzeuges zum Fräsen eines Gelenkkopfes, insbesondere eines Hüftkopfes, im einzelnen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt des Ausführungsbeispieles, wobei der Schaft abgebrochen und in Seitenansicht dargestellt ist,

Fig.2 und 3 eine Draufsicht bzw. eine vereinfacht dargestellte Seitenansicht der Werkzeugschale des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1,

F i g. 4 und 5 Schnitte nach den Linien IV-IV in F i g. 3 bzw. V-V in F i g. 2.

Das in der Zeichnung dargestellte Fräswerkzeug für chirurgische Zwecke zum Fräsen von kugelförmigen Gelenkköpfen weist eine als Ganzes mit 11 bezeichnete Schale auf, die, wie im folgenden noch näher erläutert, das eigentliche Schneidwerkzeug bildet Die Schale 11 ist mittels eines Ringes 12 und einer Glocke 13 mit einem Schaft 14 verbunden, der dazu vorgesehen ist, das Werkzeug mit der Werkzeugaufnahme einer in der Zeichnung nicht dargestellten Handfräsmaschine zu verbinden.

Die Schale 11 ist zum Teil als Halbkugel 15 ausgebildet, die an ihrem in F i g. 1 strichpunktiert dargestellten Äquator 16 in einen Teil übergeht, der

zunächst einen zylindrischen Hals 17 und dann einen sich erweiternden Rand 18 bildet, der auf seiner dem Schaleninncrn zugekehrten Innenseite konvex gewölbt ist. Die Halbkugel 15 und der Hals 17 der Schale sind mit Durchbrüchen 19 und der Rand 18 mit Durchbrüchen 21 versehen. Die Durchbrüchc 19 und 21 haben die Form von halben Ovalen, deren durch die Halbierung in der Draufsicht geradlinige Endbegrenzung längs dem kleinen Durchmesser des Ovals verläuft. Diese geradlinige Begrenzung bildet auf der dem Innern zugekehrten ,.. Seite der Schale bei den Durchbrüchen 19 Schneiden 22 und bei den Durchbrüchen 21 Schneiden 23.

Das dargestellte Fräswerkzeug ist für eine Drehung in Richtung des Pfeiles 24 in F i g. 2 um die zur Ebene des Äquators 16 senkrechte Kugelachse ausgebildet, die κ somit die Drehachse 25 des Fräswerkzeuges bildet. Alle Durchbrüche 19 und 21 sind hierbei so angeordnet, daß die Schneiden 22 bzw. 23 bei der Drehung des Werkzeuges dem zugehörigen Durchbruch nacheilen und daß die Umlaufbahnen dieser Schneiden die ganzen _in Innenflächen der Halbkugel 15, des Halses 17 und des anschließenden inneren Teiles des Randes 18 überdekken. wie das aus Fi g. 2 ersichtlich ist. Die Durchbrüchc 19 der Halbkugel 15 sind dabei so angeordnet, daß die Schneiden 22 in Meridianebenen der Halbkugel 15 .^ liegen. Außerdem ist die in der Draufsicht geradlinige Kante der Durchbrüchc 19, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, so angestaucht, daß die Schneiden 22 in einem Abstand von etwa 0,3 mm von der Innenfläche der Halbkugel 15 und des Halses 17 verlaufen und so in das Innere der ₍₍. Halbkugel und des Halses eingreifende Zähne bilden. Dieses Vorstehen der Schneiden 22 ist insbesondere für diejenigen Durchbrüchc 19 der Halbkugel 15 wichtig, deren Abstand von der Drehachse 25 kleiner ist als der Radius der Innenfläche der Halbkugel, weil diese ^ Schneiden beim Drehen des Werkzeuges um die Drehachse 25 eine kleinere Umlaufgeschwindigkeit und dadurch eine geringere Schneidwirkung haben. Die Schneiden 23 der Durchbrüche 21 im Rand 18 liegen jedoch in der inneren Randfläche, da sie infolge der .,,, konvexen Wölbung des Randes ohnehin eine verhältnismäßig große Schneidwirkung besitzen. Die Schneiden 23 liegen in Ebenen, die um zur Drehachse 25 senkrechte Achsen gegenüber den die Schneiden 23 schneidenden Axialebcnen um spitze Winkel geneigt .^ sind. Dadurch wird erreicht, daß diese Schneiden beim Umlaufen des Werkzeuges einen ziehenden Schnitt ausführen, was hier von Vorteil ist, weil diese Sehneiden die grollte Umlaufgeschwindigkeit besitzen und bei deformierten oder vcrhaiinismttOig großen Gelenkköp- y> fen die größte Schneidarbeit zu leisten haben.

Der Ring 12 umfaßt die ttußcrslc Kante des Rundes und ist mit diesem durch Löten oder Schweißen fest verbunden. An seinem AuQcnumfang ist der Ring 12 mit einem Außengewinde 27 versehen, für das der freie s< Rand der Glocke 13 ein Innengewinde aufweist, so daß die Schale 15 mil der Glocke 13 durch Verschnüren verbindbar ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist. umschließen hierbei die Glocke 13 und die Schale 15 einen Raum 28.

Beim Fräsen eines Gelenkkopfes, z. B. eines Hüftkopfes, wird das oben beschriebene Fräswerkzeug axial auf den Gelcnkkopf gedruckt, so daß zunächst durch die Schneiden 23 des Randes 18, die /.. B. durch Verformungen überstehenden Teile des Gelenkkopfes abgeschält werden. Hierbei bilden sich lange Knochen- und Knorpelspäne, die sich im Raum 28 sammeln. Beim weiteren Vorschieben des Fräswerkzeuges kommen die Schneiden 22 in Aktion und schälen ebenfalls lange Späne ab, bis der Gclenkkopf eine saubere Kugclform besitzt, die in einen zylindrischen Teil übergeht, so daß auf einen so bearbeiteten Gclenkkopf Kappen aufgesetzt werden können, deren Tiefe größer ist als der Kugelradius. Solche Kappen können sich auf dem Gclenkkopf nur drehen, nicht aber eine taumelnde Bewegung ausführen, was nach neueren Erkenntnissen der Operationstechnik besser ist als taumelnde Kappen. Will man jedoch den Gelenkkopf so bearbeiten, daß auch Kappen aufgesetzt werden können, deren Tiefe genauso groß ist wie der Kugelradius, so daß die Kappen in aufgesetztem Zustand eine Taumelbewegung ausführen können, dann muß die Schale 11 so ausgebildet werden, daß sich der Rand 18 unmittelbar im den Äquator 16 anschließt. Alle bei der Bearbeitung eines Gelenkkopfes entstehenden Späne sammeln sich im Raum 28, so daß eine Verunreinigung ties Operationsfeldes vermieden wird. Sollte jedoch ein Span trotzdem in das Operationsfeld fallen, so kann er aufgrund seiner Größe leicht gefunden und herausgenommen werden. Durch die zwischen den Durchbnichen 19 liegende zusammenhängende Kugelflächen der Halbkugel 15 wird eine einwandfreie Führung des Werkzeuges erreicht.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Schneiden 22 und 23 in Axialebcnen bzw. in Ebenen, die mit den Axialebcnen spitze Winkel bilden. Dadurch ergibt sich von selbst ein für das Schälen wichtiges Merkmal, nämlich, daß die Tangenten in den Schneiden endpunkien mit der Umlaufbahn dieser Endpunkte rechte Winkel bzw. nahezu rechte Winkel bilden. Die Schneiden müssen jedoch nicht unbedingt in den genannten Ebenen liegen, sie können auch in der Draufsicht gewölbt sein, wichtig ist dabei jedoch, dall, wie eben ausgeführt,die Tangenten in ihren Endpunkten mit der Umlaufbahn dieser Endpunkte Winkel von mindestens ulwu 45" bilden.

Wie ein entsprechendes Werkzeug zum Fräsen vor GclcnkpFunncn, /.. U. des Acctubulum, ausgebildet seit muß, ergibt sich ohne weiteres aus dein ober beschriebenen Ausführungsbeispiel und dem /.. Ü. durcl die US-PS 36 05 527 gegebenen Stand der Technik, se dnß sich die Beschreibung eines entsprechende! AusfUhrungsbeispicles erübrigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Fräswerkzeug für chirurgische Zwecke zum Fräsen von kugelförmigen Gelenkköpfen oder -pfannen, das eine Schale aufweist, die mindestens zum Teil als Halbkugel ausgebildet ist sowie für eine Drehung um die zur Äquatorialebene der Halbkugel senkrechte Kugelachse mit einer Handfräsmaschine verbindbar ist und die mit Durchbrüchen versehen ist, deren bei der Drehung der Schale um ihre Drehachse nacheilende Kanten auf der Innenseite der Schale Schneiden bilden, deren Tangenten in den Schneidenendpunkten mit der Umlaufbahn dieser Endpunkte Winkel einschließen, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schneiden (22, 23) des Fräswerkzeuges durch die nacheilenden Kanten von Durchbrüchen (19 bzw. 21) gebildet sind, daß mindestens diejenigen Schneiden (22), deren Abstand von der Drehachse (25) kleiner ist als der Radius der Halbkugelfläche, in einem über die ganze Länge der Schneiden gleichbleibenden Abstand von dieser Kugelfläche verlaufen und daß die Durchbrüche auf der Halbkugel (15) so verteilt und so axial gegeneinander versetzt angeordnet sind, daß die Umlaufbahnen der Schneiden (22) die ganze Fläche der Halbkugel überdecken.

2. Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spanwinkel der Schneiden (22,23) etwa 45° beträgt.

3. Fräswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von der Kugelfläche einen Bruchteil eines Millimeters, vorzugsweise etwa 03 mm, beträgt.

4. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Umlaufrichtung gemessene Uinge der Durchbrüche (19,21) vorzugsweise mindestens l,5mal größer ist als deren größte axiale Breite.

5. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (11) einen sich an den Äquator (16) der Halbkugel (15) anschließenden Teil (117,18) aufweist, der einen sich erweiternden Rand (1!B) bildet, der vorzugsweise auf se:iner Innenseite konvex gewölbt ist und Durchbrüche (21) aufweist, deren nacheilende Kanten Schneiden (23) bilden.

6. Fräswerkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (U) zwischen dem sich radial erweiternden Rand (18) und der Halbkugel (15) einen zylindrischen Hals (17) aufweist

7. Fräswerkzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (23) des sich erweiternden Randes (ItI) in der Oberfläche desselben liegen.

8. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die im erweiterten Ftand (18) liegenden Schneiden (23) in Ebenen liegen, die mit den die Schneiden schneidenden Axialebenen spitze Winkel bilden.

9. Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8 2um Fräsen von Gelenkköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (M) lösbar mit einer sie in radialem Abstand von außen umfassenden Glocke (13) verbindbar ist, die Aiischlußteile (14) für die lösbare Verbindung mit der Handfräsmaschine aufweist

10. Fräswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß am Rand (18) der Schale (11) ein Ring (12) befestigt ist, mii dem der Rand der Glocke (13), vorzugsweise durch Verschrauben, verbindbar ist.