Bohrmaschine für chirurgische Zwecke

Die Erfindung betrifft eine für chirurgische Zwecke bestimmte Bohrmaschine mit einem Antrieb für ein Bohrwerkzeug, wobei die Bohrmaschine mit einer Aufnahme ausgestattet ist, welche eine Anlagefläche für einen Knochen aufweist, wobei das Bohrwerkzeug zum Einbringen einer Bohrung in den Knochen zustellbar und an der Bohrmaschine beweglich angeordnet ist.

Die DE 39 25 488 A1 offenbart bereits eine solche für chirurgische Zwecke bestimmte Bohrmaschine mit einem Antrieb für ein Bohrwerkzeug. Derartige Bohrmaschinen werden in der Praxis beispielsweise eingesetzt, um eine Schraubverbindung von Bruchflächen mittels einer Osteosyntheseplatte zu ermöglichen und dadurch das Zusammenwachsen der betroffenen Knochen zu begünstigen. Hierzu wird die Osteosyntheseplatte mit mehreren Schrauben in jede Hälfte des gebrochenen Knochens eingeschraubt, um diese dadurch zu verbinden.

Mit zunehmendem Alter treten heute verstärkt Verschleißerscheinungen zu Tage, die insbesondere den Gelenkapparat betreffen und somit einen partiellen oder vollständigen Gelenkersatz erfordern. So werden derzeit allein in Deutschland etwa 300.000 künstliche Knie- und Hüftgelenke im Jahr implantiert. Da diese Patienten nach einer erfolgreichen Therapie heute wieder sehr mobil sind und sich aktiv am gesellschaftlichen Leben beteiligen, kommt es in den letzten Jahren vermehrt zu Frakturen an Knochen, in denen künstliche Gelenke verankert sind.

Einen wesentlichen Einfluss auf die auftretenden Frakturen hat dabei die durch das Implantat bedingte unnatürliche Kraftverteilung im Knochen aufgrund des gegenüber dem Knochen deutlich erhöhten Elastizitätsmoduls des Implantatwerkstoffs. Durch diese Belastungsabschirmung im Knochen kommt es zu einem Rückbau der Knochensubstanz und entsprechend verminderter Stabilität. Zudem bilden sich bei Belastungen am unteren Ende des Implantatschafts Spannungsspitzen aus, die folglich hier zu einem Bruch des Knochens führen.

Zur Fixierung der Bruchflächen mittels einer Osteosyntheseplatte ist es in diesen Fällen er- i forderlich, die Schrauben beiderseits des Prothesenschaftes im Knochen zu befestigen.

Als nachteilig erweist es sich jedoch in der Praxis, dass eine Fixierung der Fraktur aufgrund der durch den innenliegenden Prothesenschaft geschwächten Knochensubstanz stark erschwert ist.

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Durch die DE 199 55 026 B4 ist bereits eine zum Einbringen einer länglich ausgebildeten Fixierhilfe in einen Knochen unter sterilen Bedingungen bestimmte Handbohrmaschine beschrieben. Die Handbohrmaschine ist mit einer motorisch in Rotation versetzbaren Antriebswelle ausgestattet, die kinematisch mit einem Bohrdrahtfutter verbunden ist. Das Bohrdraht-

D futter ist derart offen ausgebildet, dass die Fixierhilfe in einer geöffneten Stellung des Bohrdrahtfutters durch dieses hindurchführbar ist und in einer geschlossenen Stellung drehfest mit dem Bohrdrahtfutter verbunden ist.

Die DE 103 02 873 B3 bezieht sich auf ein in der Chirurgie anwendbares Bohrersystem, be- 5 stehend aus einem Antriebsteil und einem Funktionsteil, wobei das Antriebsteil aus einem nichtmagnetischen Metall besteht.

Außerdem ist durch die DE 198 02 751 A1 eine Führungsvorrichtung für kieferorthopädische und zahnmedizinische Instrumente zum Herstellen von Kavernen - wie Vertiefungen und o Bohrungen - für Implantate in Knochengeweben bekannt.

Ferner beschreibt die DE 295 04 857 U1 eine Bohrlehre als Führung für einen Bohrer für chirurgische Bohrwerkzeuge mit einer mit ihrem vorderen Ende an einem Knochen ansetzbaren Hülse, durch deren Innenraum hindurchgreifend das Bohrwerkzeug in den Knochen i5 eindrehbar ist, und mit einer Anschlagfläche am hinteren Ende, an der ein die Eintauchtiefe des Bohrwerkzeuges in die Hülse begrenzender Anschlag des Bohrwerkzeuges anliegen kann. Die Bohrlehre ist mit Mitteln zur Veränderung des Abstandes zwischen der Anschlag-

fläche und dem vorderen Ende der Hülse ausgestattet, um so dem Operateur ein sicheres Einbringen von Bohrungen in den Knochen zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bohrmaschine zu schaffen, mittels der eine wesentlich verbesserte Fixierung eines Knochens, welcher einen Prothesenschaft einer Prothese einschließt, erreicht und dadurch der Heilungsprozess erheblich verbessert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Bohrmaschine gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Aufnahme eine Anlagefläche für einen dem Bohrwerkzeug abgewandten, gegenüberliegenden Bereich des einen Prothesenschaft einer Prothese, insbesondere einer Gelenkprothese, aufnehmenden Knochens aufweist, wobei das Bohrwerkzeug zum Einbringen der Bohrung in den Knochen sowie in den Prothesenschaft relativ zu der Prothese quer zur Haupterstreckung des Knochens zustellbar ist. Hierdurch wird erstmals das Einbringen einer Durchbrechung in den den Prothesenschaft einschließenden Knochen sowie einer Bohrung in den Prothesenschaft ermöglicht, sodass die Verschraubung nicht lediglich in der Knochenstruktur, sondern auch im Prothesenschaft vorgenommen werden kann. Beispielsweise wird die Bohrung in den Schaft eines künstlichen Hüftgelenks eingebracht, um dann eine Verschraubung im künstlichen Hüftgelenk selbst vornehmen zu können. Dabei wird mittels der Aufnahme eine Drucklast auf den Patienten vermieden, indem die Anlagefläche der Aufnahme als ein Widerlager für das Bohrwerkzeug dient. Auf diese Weise können entgegen dem Vorurteil in der Fachwelt, die das Einbringen einer Bohrung in einen Prothesenschaft bisher als unrealistisch angesehen hatte, sogar Bohrungen in Implantate aus hochfesten Titan- oder Kobaltlegierungen eingebracht werden. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Bohrmaschine in hervorragender Weise für das Bohren von Implantaten zum Befestigen von Osteosyntheseplatten nach einem Bruch des Knochens.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, dass zumindest die Anlagefläche, insbesondere die gesamte Aufnahme, aus einem für Röntgenstrahlung durchlässigen Material, insbesondere einem Kunststoff, besteht, damit auch im Betrieb der Bohrmaschine während der Operation Röntgenaufnahmen erstellt werden können. Besonders eignen sich hierzu faserverstärkte Kunststoffe, wie beispielsweise GFK oder CFK, als Material für die Anlagefläche und die Aufnahme, wobei letztere dabei auch als ein Greifer ausgestaltet sein kann.

Eine andere, besonders praxisgerechte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bohrmaschine wird hingegen auch dadurch erreicht, dass die Anlagefläche an einem konkaven Bereich

der Aufnahme angeordnet ist, sodass der den Prothesenschaft einschließende Knochenbereich in einfacher Weise gegen diesen Bereich angelegt und ein seitliches Abgleiten dadurch verhindert werden kann. Dabei kann sich ein flächiger oder linienförmiger Kontaktbereich ergeben. Die erforderliche Fixierung während des Bohrens wird dann ohne weitere Fixierung allein aufgrund der Andruckkraft durch die Zustellbewegung des Bohrwerkzeuges erreicht, wobei die Anlagefläche als Widerlager dient.

Dabei hat es sich in der Praxis bereits als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn die Aufnahme haken- oder greiferförmig ausgeführt ist, um so gegebenenfalls mittels der Aufnahme eine formschlüssige Fixierung des Knochens zu erreichen.

Um die erforderliche Stabilität bei der Fixierung zu erreichen, kann die Aufnahme auch einen Kolben aufweisen, welcher durch eine öffnung in der hakenförmigen Aufnahme hindurchgeführt ist. Hierdurch können die erforderlichen Fixierkräfte optimal eingebracht und ein uner- > wünschtes Abgleiten vermieden werden.

Eine andere, ebenfalls besonders sinnvolle Abwandlung der Erfindung wird dann erreicht, wenn die Aufnahme und/oder die Anlagefläche einstellbar ausgeführt sind, um so auch unterschiedliche Knochen zuverlässig gegenüber dem Bohrwerkzeug fixieren zu können. Auf ) diese Weise kann auch die relative Orientierung des Knochens gegenüber dem Bohrwerkzeug in optimalerWeise eingestellt werden.

Das Bohrwerkzeug könnte kraftgesteuert gegenüber dem Knochen zustellbar angeordnet sein. Besonders geeignet ist hingegen eine Weiterbildung der Erfindung, bei welcher das 5 Bohrwerkzeug und der Antrieb an einem mittels einer Gewindespindel zustellbaren Schlitten angeordnet sind, um einerseits eine schnelle und zuverlässige Bohrung in den Knochen sowie den Prothesenschaft einbringen, andererseits die Bohrtiefe zuverlässig vorbestimmen und manuell oder automatisiert überprüfen zu können.

o Die Bohrmaschine könnte aufgrund ihrer kompakten Abmessungen und ihres geringen Gewichtes von dem Operateur frei geführt werden. Besonders praxisnah ist es hingegen, wenn die Bohrmaschine eine ortsfest positionierbare Haltevorrichtung aufweist, die ein Gelenk, insbesondere Kugelgelenk zur stufenlosen Einstellung der Orientierung und/oder Position des Bohrwerkzeugs aufweist, um so eine für den Operateur nahezu kraftfreie Bedienung zu

5 ermöglichen. Dabei nimmt die Haltevorrichtung einerseits den Knochen auf und fixiert diesen, andererseits werden auch die bei dem Eingriff auftretenden Bearbeitungskräfte in die

Haltevorrichtung eingeleitet, sodass der Operateur lediglich die Vorschubbewegung einleiten muss.

Eine andere Ausgestaltung betrifft die Einstellbarkeit der Werkzeugachse, insbesondere also i quer zu der Längsachse des Bohrers, relativ zu dem in der Aufnahme fixierten Knochen, die im Gegensatz zu einer denkbaren X-Y-Führung mittels einer Exzenterverstellung wesentlich einfacher und platzsparender realisiert werden kann. Dabei kann mit der Exzenterverstellung durch eine Drehbewegung zugleich die X-Position als auch die Y-Position eingestellt werden.

) Eine weitere vorteilhafte Variante betrifft den bereits in der Patentanmeldung genannten mittels einer Gewindespindel zustellbaren Schlitten für das Bohrwerkzeug und den Antrieb, welcher nun durch eine Schwalbenschwanzführung realisiert ist.

Die Bohrmaschine kann mit Markierungen zur visuellen überprüfung der Vorschubbewe- 5 gung, insbesondere der Bohrtiefe, durch den Operateur ausgestattet sein. Besonders gewinnbringend erweist es sich hingegen, wenn die Bohrmaschine mit einer Positionsmesseinrichtung zur Bestimmung der Lage, Orientierung und/oder der Abmessungen des Prothesenschafts ausgestattet ist. Hierdurch erfolgt die überwachung der Bohrung unabhängig von dem Geschick des Operateurs mittels der Positionsmesseinrichtung, die dadurch zugleich } einen reproduzierbaren Verfahrensverlauf und dessen Dokumentation gestattet.

Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Bohrwerkzeug ein Schneidmittel aus Hartmetall aufweist, um so ein problemloses Durchbohren von Titan- und/oder Kobaltlegierungen als Werkstoffbestandteil des Prothesenschaftes zu ermöglichen.

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Selbstverständlich könnte die Bohrmaschine mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet sein. Besonders Erfolg versprechend ist hingegen eine Abwandlung, bei der die Bohrmaschine einen druckluftbetriebenen Antrieb für das Bohrwerkzeug aufweist, um eine hohe Antriebsleistung bereit stellen zu können, die zugleich frei von unerwünschten Emissionen ist.

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Weiterhin wird eine besonders einfache Anwendung der erfindungsgemäßen Bohrmaschine dadurch realisiert, dass die Bohrmaschine zur problemlosen Sterilisierbarkeit mit einer glattflächigen Oberflächenbeschaffenheit ausgestattet ist, sodass insbesondere eine vollständige Demontage der Funktionselemente der Bohrmaschine vor dem Einsatz entbehrlich ist und 5 der Einsatz der Bohrmaschine daher einen lediglich geringen Vorbereitungsaufwand begründet.

Weiterhin erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn die Bohrmaschine eine Einrichtung zur Versorgung der Bohrstelle mit einer Kühlflüssigkeit aufweist, durch die einerseits unerwünscht hohe Temperaturen aufgrund des Energieeintrages bei der Bohrbearbeitung insbesondere des Prothesenschaftes vermeiden werden, andererseits zugleich ein zu- 5 verlässiger Abtransport von Spänen sichergestellt werden kann.

Die Aufnahme bildet weiterhin zusammen mit einer Geräteaufnahme eine universelle Einheit, die - einmal am Knochen fixiert - mit anderen Geräten und Hilfsmitteln, beispielsweise einer Biopsienadel oder einem Setzwerkzeug für Gewindebuchsen, verbunden werden kann.

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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in

15 Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bohrmaschine und eines zu bearbeitenden Knochenbereichs;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Aufnahme für die in der Figur 1 gezeigte Bohrmaschine;

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Fig. 3 eine geschnittene Darstellung einer in dem Knochenbereich verschraubten Osteo- syntheseplatte.

Figur 1 zeigt eine für chirurgische Zwecke bestimmte Bohrmaschine 1 in einer perspektivi- s sehen Darstellung. Die Bohrmaschine 1 ist mit einer Aufnahme 2 ausgestattet, welche eine Anlagefläche 3 für einen einem Bohrwerkzeug 4 abgewandten Bereich eines einen Prothesenschaft 5 einer Prothese 6, insbesondere einer Gelenkprothese, aufnehmenden Knochens 7 aufweist und somit ein Widerlager für auftretende Bearbeitungskräfte bildet. Hierzu ist die hakenförmige Anlagefläche 3 an einem konkaven Bereich der Aufnahme 2 angeordnet. Das ,o mittels eines Spannfutters 8 austauschbar fixierte Bohrwerkzeug 4 ist hierzu gemeinsam mit einem druckluftbetriebenen Antrieb 9 an einem mittels einer Gewindespindel 10 zustellbaren Schlitten 11 angeordnet. Weiterhin weist die Bohrmaschine 1 eine mit einem Kühlrohr 12 ausgestattete Einrichtung 13 zur Versorgung der Bohrstelle mit einer Kühlflüssigkeit auf, durch die zugleich ein zuverlässiger Abtransport von Spänen erreicht wird. Eine mit einem 5 Kugelgelenk 14 ausgestattete Haltevorrichtung 15 ermöglicht zur einfachen Handhabung der Bohrmaschine 1 eine ortsfeste, aber schwenkbewegliche Positionierung.

Figur 2 zeigt in einer vergrößerten perspektivischen Darstellung die Aufnahme 2 für die in der Figur 1 gezeigte Bohrmaschine 1. Um die Stabilität bei der Fixierung des nicht gezeigten Knochens weiter zu verbessern, weist die Aufnahme 2 einen Kolben 18 auf, welcher in einer Ausnehmung 19 in der hakenförmigen Aufnahme 2 verschiebbar geführt ist, sodass insbesondere ein unerwünschtes Abgleiten vermieden wird. Der Kolben 18 weist eine Querschnittsform mit abgerundeten Konturen, insbesondere also ohne Unstetigkeitsstellen, auf. Die Grundform ähnelt dabei einer "8", um so einerseits die Kraftübertragung des Kolbens 18 in der Aufnahme 2 zu verbessern, andererseits eine drehfeste Anordnung zu erreichen. Die Orientierung der Verschiebeachse des Kolbens 18 ist dabei derart bestimmt, dass der Kolben 18 in der den Knochen fixierenden Stellung im Wesentlichen lediglich axial belastet wird, hingegen Biegekräfte vermieden werden, indem die Verschiebeachse des Kolbens 18 insbesondere auf die Mittellängsachse des Knochens gerichtet ist.

In der Figur 3 ist eine in dem in Figur 1 gezeigten Knochen 7 verschraubte Osteosynthe- seplatte 16 in einer geschnittenen Darstellung zu erkennen. Mittels der erfindungsgemäßen Bohrmaschine 1 kann eine Bearbeitung durchgeführt werden, die erstmals das Einbringen einer Durchbrechung in den den Prothesenschaft 5 einschließenden Knochen 7 sowie zugleich in den Prothesenschaft 5 ermöglicht. Die der Fixierung dienenden Schrauben 17 greifen dadurch nicht lediglich in die Knochenstruktur, sondern auch in den Prothesenschaft 5 ein, sodass wesentlich höhere Fixierkräfte realisiert werden können.