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Title:
DEVICE FOR PRODUCING ENDOCHONDRAL AND OSTEOCHONDRAL DRILLED HOLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1998/048707
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for producing endochondral and osteochondral drilled holes. The device comprises a combination of an essentially hollow cylindrical sheath (10), one end of which has the form of a circular cutting edge (11), and an axially mobile flat drill (21) fitted rotationally in the sheath (10). By impressing the cutting edge (11) into the tissue, preferably only into the cartilaginous tissue, a tissue column is punched out, which can then be removed during screwing in the flat drill (20). Drilling is carried out up to the depth of the cutting edge (11) or deeper.

Inventors:
ZECH MANFRED (CH)
SAAGER CHRISTOPH (CH)
MAINIL-VARLET PIERRE (CH)
MUELLER-GLAUSER WERNER (CH)
Application Number:
PCT/CH1998/000154
Publication Date:
November 05, 1998
Filing Date:
April 21, 1998
Export Citation:
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Assignee:
SULZER ORTHOPAEDIE AG (CH)
ZECH MANFRED (CH)
SAAGER CHRISTOPH (CH)
MAINIL VARLET PIERRE (CH)
MUELLER GLAUSER WERNER (CH)
International Classes:
A61B17/16; A61F2/28; A61B17/00; A61B90/00; (IPC1-7): A61B17/16
Other References:
SOVIET PATENTS ABSTRACTS Section PQ Week 9202, 26 February 1992 Derwent World Patents Index; Class P31, AN 92-015519, XP002069179
Attorney, Agent or Firm:
SULZER MANAGEMENT AG (Z�rcherstrasse 14, Winterthur, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung von endochondralen oder osteochondralen Bohrungen, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen hohlzylinderförmige Hülse (10) die mindestens im Bereich ihres einen Endes einen konstanten Innendurchmesser hat und die an diesem Ende in eine Schneidekante (11) ausläuft, und durch einen im Bereich des genannten Endes der Hülse (10) angeordneten Flachbohrer (20), der in der Hülse (10) unter Drehung axial derart verschiebbar ist, dass sein flaches, distales Ende (21) im Bereich der Schneidekante (11) in Positionen innerhalb der Hülse (10) und ausserhalb der Hülse (10) bringbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Flachbohrer (20) ein den Flachbohrer axial verlängernder Bohrerschaft (23) angeordnet ist, der auf der der Schneidekante (11) entgegengesetzten Seite aus der Hülse (10) ragt.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrerschaft (23) in der Hülse (10) durch ein Gewinde (24) oder durch einen Führungsring (28) geführt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem aus der Hülse (10) ragenden Teil des Bohrerschaftes (23) ein Haltestück (40) montiert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Flachbohrers (20) in der Hülse (10) durch das Haltestück (40) begrenzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltestück (40) verschiebbar auf dem Bohrerschaft (23) montiert ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (10) zur Begrenzung einer Einpresstiefe eine von der Schneidekante (11) beabstandete Anschlagfläche (51) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfiäche (51) an einem auf der Hülse (10) montierbaren Anschlagstück (50) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagstück (50) verschiebbar auf der Hülse (10) montierbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Schneidekante (11) an der Aussenoberfläche der Hülse (10) und am aus dem anderen Ende der aus der Hülse (10) ragenden Bohrerschaft (23) Markierungen (30,31,44) zur Bestimmung der Einpresstiefe der Schneidekante (11) in ein Gewebe und zur Bestimmung der Bohrerposition relativ zur Schneidekante (11) vorgesehen sind.
11. Verfahren zum Herstellen einer endochondralen oder osteochondralen Bohrung, bei welchem Verfahren ein Bohrinstrument auf der Gewebeoberfläche positioniert wird und mit Hilfe dieses Bohrinstruments die Bohrung im Gewebe erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen der Bohrung ein Bohrinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10 verwendet wird, wobei zunächst die Schneide kante (11) der Hülse (10) in das Gewebe gedrückt wird bis zur gewünschten Bohrungstiefe oder bis zu einer Tiefe, die kleiner ist als die gewünschte Bohrungstiefe, und wobei die hierdurch ausgestantzte Gewebesäule durch nachfolgendes Einschrauben des Flachbohrers (20) zerspant wird, wobei der Flachbohrer (20) zumindest bis zu einer Position vorgeschraubt wird, in der sein distales Ende mit der Schneidekante (11) fluchtet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ausgebohrte Gewebe durch den Bohrer (20) in die Hülse (10) gefördert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrer (20) über die Schneidekante (11) der Hülse (10) hinaus bis zu einer gewünschten Tiefe weiter vorgeschraubt wird, wobei ein Bohrer verwendet wird, der an dem der Schneidekante (11) gegenüberliegenden Ende des Bohrerschafts (23) aus der Hülse (10) herausragt und dort Markierungen (31,44) aufweist, mit deren Hilfe die Position des distalen Bohrerendes (21) relativ zur Schneidekante (11) der Hülse (10) ablesbar ist, sodass auf diese Weise die jeweils erreichte Bohrungstiefe kontrolliert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrer verwendet wird, der an dem der Schneidkante (11) gegenüberliegenden Ende des Bohrerschafts (23), welches aus der Hülse (10) herausragt, ein Haltestück (40) mit einem Anschlag (43) aufweist, sodass der Bohrer (20) nur so weit vorgeschoben werden kann, bis der Anschlag am Hülsenende ansteht.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bohrinstrument verwendet wird, bei dem an dem Hülsenende mit der Schneidekante (11) ein Anschlagstück (50) mit einer der Schneidekante (11) zugewandten Stirnfläche (51) montierbar ist, sodass beim Einpressen des Hülsenendes in die Gewebeoberfläche die Tiefe, in die die Schneidekante (11) in das Gewebe eingepresst werden kann, limitiert ist.
Description:
Vorrichtung zur Herstellung von endochondralen oder osteochondralen Bohrungen Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Medizinaltechnik und betriffl eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs zur Herstellung von endochondralen und von osteochondralen Bohrungen.

Es sind verschiedenste künstliche und in vitro gezüchtete Implantate bekannt, mit denen Defekte in Gelenkknorpeln oder in Gelenkknorpeln und darunter liegendem Knochengewebe reparierbar sind. Derartige Implantate sind beispielsweise verformbare Massen oder Pasten, die in die Defekte gestrichen werden und sich im wesentlichen jeder Defekfform anpassen, die aber in den meisten Fällen keine genügende mechanische Stabilität aufweisen, um nach dem Eingriff sofort belastet werden zu können.

Es sind auch Implantate bekannt, die mechanische Eigenschaften besitzen, die denen von natürlichem Knorpel bzw. Knochen mindestens ähnlich sind.

Derartige Implantate haben den Vorteil, dass sie die mechanische Funktion des zu ersetzenden Gewebes (Knorpel oder Knorpel und Knochen) sofort übernehmen können, das heisst sofort nach dem Eingriff mindestens beschränkt belastbar sind. Derartige Implantate oder auch Transplantate haben aber den Nachteil, dass sie in ihrer Form an die Form des Defektes angepasst werden

müssen oder dass der Defekt vor der Implantation zu einer vorbestimmten Form ausgeschnitten oder ausgebohrt werden muss.

Es zeigt sich, dass eine möglichst genaue Anpassung der Implantafform an die Defekfform für den Heilungsprozess vorteilhaft ist. Aus diesem Grunde ist es üblich, bei einem entsprechenden chirurgischen Eingriff die defekte Stelle auszuschneiden zu einer Vertiefung mit einer möglichst definierten Form und ein Implantat zu verwenden, das dieselbe Form aufweist.

Bei Transplantationen von Knorpelgewebe oder Knorpel- und Knochengewebe von gesunden Stellen an defekte Stellen, ist es beispielsweise üblich, eine Stanzklinge mit einer kreisrunden Schneidekante in das Knorpelgewebe und das darunterliegende Knochengewebe zu drehen, durch Rütteln an der Klinge die ausgestanzte Säule an ihrem Grund abzubrechen und mit der Klinge zu enffernen. Diese Methode wird sowohl für das Ausschneiden von Defekten als auch für die Herstellung entsprechender Gewebesäulen für die Transplantation angewendet.

Eine Trennung von Gewebe durch das oben genannte Rütteln einer Stanzklinge ist nur möglich im Knochengewebe. Das heisst mit anderen Worten, dass diese Methode auf osteochondrale "Bohrungen" beschränkt bleibt oder dass Defekte, die nur die Knorpelschicht betreffen, mangels einer Methode zur Herstellung von endochondralen Bohrungen zu osteochondralen Öffnungen vertieft werden müssen. Dieser Nachteil fällt bei der Verwendung von mit der gleichen Methode hergestellten Gewebesäulen als Transplantaten nicht ins Gewicht, ist aber beispielsweise bei der Implantation von in vitro gezüchtetem Knorpel ein Nachteil.

Ferner zeigt es sich, dass die nach der genannten Methode durch Ausstanzen und Brechen hergestellten Säulen und Öffnungen undefinierte Grundflächen und

Höhen bzw. Tiefen mit relativ grossen Schwankungen aufweisen,wodurch durch die Passgenauigkeit im Bereich dieser Grundflächen sowohl bei Transplantaten als auch bei Implantaten weitgehend dem Zufall überlassen bleibt oder durch eine plastische Masse verbessert werden muss. Aus demselben Grund ist es mit der bekannten Methode auch schwierig, die Oberflächen von Transplantat bzw.

Implantat und Umgebung genau aufeinander auszurichten, was für den Erfolg des Eingriffs von Wichtigkeit wäre.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der endochondrale und osteochondrale Defekte bei einer minimalen Vergrösserung aufbohrbar sind zu endochondralen bzw. osteochondralen Bohrungen mit einer möglichst genau definierten Tiefe und einer möglichst genau flachen Grundfläche, derart, dass sie mit entsprechenden in vitro gezüchteten oder künstlichen Implantaten oder auch von Transplantaten einer definierten Form genau gefüllt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung, wie sie in den Patentansprüchen definiert ist.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst eine Kombination einer im wesentlichen hohlzylindrischen Hülse, deren eines Ende als z.B. kreisrunde Schneidekante ausgebildet ist, mit einem Flachbohrer, der in der Hülse drehbar und axial verschiebbar angordnet ist. Durch Eindrücken der Schneidekante in das Gewebe, vorteilhafterweise nur in das Knorpelgewebe, wird eine Gewebesäule ausgestanzt, die dann durch Einschrauben des Flachbohrers zerspant und enffernt wird. Dabei wird bis auf die Tiefe der Schneidekante gebohrt oder tiefer, wobei in jeder Tiefe eine geschnittene und genau flache Bohrungsgrundfläche entsteht. Diese Bohrungsgrundfläche weist immer dieselbe Qualität auf, unabhängig davon, ob sie innerhalb des Gelenkknorpels oder im

Knochengewebe situiert ist. Der Bohrer wird von Hand oder durch eine geeignete Bohrmaschine angetrieben.

Anhand der folgenden Figuren werden beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung mehr im Detail beschrieben. Dabei zeigen: Figur 1 eine erste beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, entlang der Achse geschnitten, Figur 2 und Figur 3 weitere beispielhafte Ausführungsformen des distalen Bohrerendes, Figur 4 eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Bohrerschaftes, entlang der Achse geschnitten, Figur 5 eine weitere beispielhafte Ausführungsformen des Hülsenendes mit Schneidekante entlang der Achse geschnitten, Figur 6 das Anschlagstück der Figur 5 als Draufsicht, Figur 7 eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Hülsenendes mit Schneidekante.

Figur 1 zeigt eine erste, beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung. Diese besteht im wesentlichen aus einer Hülse 10 und aus einem in der Hülse 10 angeordneten Flachbohrer 20. Die Hülse 10 ist im wesentlichen hohlzylindrisch, hat mindestens im Bereich ihres einen Endes einen

Innenhohlraum mit einem konstanten Durchmesser und läuft an diesem Ende zu einer kreisrunden Schneidekante 11 aus. Der Flachbohrer 20 hat einen Durchmesser, der derart auf das genannte Ende der Hülse 10 abgestimmt ist, dass er im wesentlichen reibungslos mindestens in diesem Bereich der Hülse 10 drehbar und in axialer Richtung verschiebbar ist.

Der Flachbohrer 20 ist derart in der Hülse 10 angeordnet, dass sein distales, flaches Ende 21, auf dem mindestens zwei Hauptschneiden 22 liegen (in der Draufsicht des flachen Endes 21 sichtbar), gegen das Hülsenende mit der Schneidekante 11 gerichtet ist und im Bereich dieser Schneidekante durch mit Drehung verbundene axiale Verschiebung in Positionen innerhalb der Hülse 10 und ausserhalb der Hülse bringbar ist. Für diese Drehverschiebung ist beispielsweise ein den Bohrer axial verlängernder, durch die Hülse reichender Bohrerschaft 23 vorgesehen, der mit einem Gewinde 24 versehen ist, das in ein entsprechendes Innengewinde in der Hülse 10 eingeschraubt ist. Zwischen dem Gewinde 24 und dem Flachbohrer 20 weist der Bohrerschaft 23 einen Bereich 25 mit einem geringeren Durchmesser auf, wobei die axiale Ausdehnung dieses Bereiches 25 mindestens so gross ist, dass das zerspante Material einer ausgebohrten Gewebesäule zwischen der Hülse 10 und dem dünneren Bereich 25 des Bohrerschafts 23 reichlich Platz findet.

An der Aussenseite der Hülse 10 im Bereich der Schneidekante 11 und im Bereich des entgegengesetzten Endes des Bohrerschafts 23 sind Markierungen 30 und 31 (beispielsweise mit Abständen von 0.1 mm) vorgesehen, anhand derer einerseits die Eindringtiefe der Schneidekante 11 im Gewebe und andererseits die Position des flachen, distalen Bohrerendes 21 relativ zur Schneidekante 11 ablesbar sind. Eine Addition der beiden Positionen ergibt eine Angabe einer erreichten Bohrungstiefe.

Zum Herstellen einer endochondralen oder osteochondralen Bohrung wird die Schneidekante 11 im Bereich des Defektes auf der Gewebeoberfläche positioniert, während das distale Bohrerende 21 so weit in die Hülse 10 geschraubt ist, dass sein Abstand von der Schneidekante 11 etwa der gewünschten Bohrungstiefe entspricht oder grösser ist als diese. Dann wird die Schneidekante 11 in das Gewebe gedrückt, eventuell unter leichter Rotation, derart, dass sie sich bis zur gewünschten Bohrungstiefe in das Gewebe absenkt oder zu einer Tiefe, die kleiner ist als die gewünschte Bohrungstiefe (für osteochondrale Bohrungen beispielsweise bis auf die Grenze zwischen Knorpelgewebe und Knochengewebe).

Durch das Einpressen der Schneidekante 11 in das Gewebe wird eine Gewebesäule ausgestanzt. Die Schnittiefe ist an der Hülsenmarkierung 30 ablesbar.

Die ausgestanzte Gewebesäule wird durch nachfolgendes Einschrauben des Flachbohrers 20 zerspant und das ausgebohrte Material wird durch den Bohrer in die Hülse 10 gefördert. Der Bohrer 20 wird mindestens bis zu einer Position vorgeschraubt, in der sein distales Ende 21 mit der Schneidekante 11 fluchtet (Nullpunkt der Markierung 31 auf dem Bohrerschaft 23), damit mindestens die ganze ausgestanzte Gewebesäule zerspant und enffernt wird. Soll tiefer gebohrt werden, wird der Bohrer 20 weiter vorgeschraubt, wobei er in der Hülse 10 durch das Gewinde 24 genau geführt ist.

Für das Einschrauben des Bohrers von Hand ist am aus der Hülse 10 ragenden Teil des Bohrerschaftes vorteilhafterweise ein nicht dargestellter Handgriff oder mindestens eine verdickte und gegebenenfalls gerändelte Stelle vorgesehen.

Durch die flach angeordneten Hauptschneiden 22 des distalen Bohrerendes 21 entsteht in jeder Tiefe eine flache und sauber geschnittene Bohrungsgrundfläche.

Die Hülse 10 besteht aus einem korrosionsbeständigen, sterilisierbaren Material (z.B. Chromnickelstahl) und hat beispielsweise eine Wandstärke von ca. 1 mm.

Die Schneidekante weist vorteilhafterweise einen Schneidewinkel a von ca. 8" auf.

Der Flachbohrer 20 ist beispielsweise ein im Handel erhältlicher Medinzinalbohrer, der durch Umschleifen seines distalen Endes zu einem Flachbohrer gemacht wird. Medizinalbohrer, wie sie für Massnahmen an Knochen üblich sind, bestehen aus einem sterilisierbaren, korrosionsresistenten Material und weisen einen längeren Drall (kleinerer Drallwinkel) auf als Stahlbohrer. Zwischen dem Bohrer 20 und der Innenoberfläche der Hülse 10 ist ein Spiel von ca. 2 x 0,05 mm vorzusehen.

Für die eingangs erwähnten Anwendungen sind Bohrer mit Durchmessern von beispielsweise 3 mm oder 5 mm geeignet. Es können aber ohne weiteres auch Vorrichtungen mit grösseren Bohrerdurchmessern realisiert werden.

Für die eingangs erwähnten Anwendungen ist eine axiale Bohrerverschiebung in der Hülse von ca 1 Smm genügend. Die axiale Länge der ganzen Vorrichtung beträgt beispielsweise ca. 150 bis 170mm.

Figuren 2 und 3 zeigen zwei weitere distale Bohrerenden, mit denen die Qualität der Grundfläche der Bohrung noch verbessert werden kann. In Figur 2 ist als Seitenansicht das distale Ende eines Flachbohrers 20' dargestellt, der auf seiner sonst flachen Stirnseite im Bereich der Bohrerseele eine Dorn 26 aufweist.

Dieser Dorn, der vorteilhafterweise einen Spitzenwinkel von ca. 50° aufweist, wird durch die Bohrbewegung in die Grundfläche einer Bohrung getrieben.

Dadurch kann sichergestelit werden, dass diese Grundfläche keine mittige Erhöhung aufweist, wie sie bei Verwendung eines Bohrers gemäss Figur 1 durch die nichtschneidende Querschneide 27 entstehen kann. Für den gleichen Zweck kann auch ein Bohrer mit drei Hauptschneiden 22, wie er in der Figur 3 dargestellt ist, verwendet werden. Ein derartiger Bohrer weist keine Querschneide auf.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform desjenigen Endes des Bohrerschaftes 23, das auf der der Schneidekante entgegengesetzten Seite aus der Hülse 10 ragt. Im Bereich dieses Endes ist auf dem Bohrerschaft 23 beispielsweise mit Hilfe einer Fixierschraube 41 ein Haltestück 40 mit einer durchgehenden Bohrung 42 montiert. Die Bohrung 42 des Haltestückes 40 hat auf der der Hülse 10 zugewandten Seite einen grösseren Durchmesser als auf der anderen Seite, wodurch ein Anschlag 43 gebildet wird. Der Anschlag 43 ist derart dimensioniert, dass der Bohrer bzw. der Bohrerschaft 23 mit darauf montiertem Haltestück 40 nur so weit in die Hülse 10 vorgeschoben werden kann, bis das Hülsenende am Anschlag 43 ansteht.

Durch entsprechende Montage des Haltestückes 40 am Bohrerschaft 23 kann also vor dem Bohren die Bohrtiefe relativ zur Schneidekante eingestellt, das heisst vorselektioniert werden. Zur Anzeige der eingestellten Bohrtiefe ist mit Vorteil am äussersten Ende des Bohrerschaftes 23 eine Markierung 44 angeordnet.

Selbstverständlich kann das Haltestück 40 auch fest (nicht verschiebbar) auf dem Bohrerschaft 23 montiert sein, wodurch die Vorrichtung für eine bestimmte Bohrtiefe (ab Schneidekante) reserviert ist.

Die Vorrichtung gemäss Figur 4 weist im Gegensatz zur Vorrichtung gemäss Figur 1 am Bohrerschaft und an der Innenoberfläche der Hülse kein Gewinde

zum drehenden Vorschieben des Bohrers auf. Es zeigt sich, dasa auf das den Vorschub des Bohrers dosierend wirkende Gewinde verzichtet werden kann.

Seine Führungsfunktion wird in diesem Falle vorteilhafterweise durch einen in der Hülse angeordneten Führungsring 28 übernommen.

Figur 5 zeigt ein Hülsenende mit Schneidekante 11, auf dem ein Anschlagstück 50 beispielsweise mit einer Fixierschraube 41 montiert ist. Wenn dieses Hülsenende in eine Gewebeoberfiäche gepresst wird, bleibt die der Schneidekante 11 zugewandte Stirnfläche 51 des Anschlagstücks 50 auf der Gewebeoberfläche stehen und limitiert dadurch die Tiefe, in die die Schneidekante in das Gewebe eingepresst werden kann. Durch entsprechende Montage des Anschiagstückes ist die Einpresstiefe vorselektionierbar und an einer entsprechenden Markierung 30 ablesbar.

Für das Anschlagstück 50 gilt wie für das Haltestück 40, dass es auch fest montiert sein kann, wodurch die Vorrichtung für eine bestimmte Einpresstiefe reserviert ist.

Damit das Anschlagstück die Sicht des Chirurgen beim Einpressen der Schneidekante in das Gewebe nicht unvorteilhaft verdeckt, ist es vorteilhafterweise nicht als geschlossener Ring um die Hülse ausgestaltet, sondern beispielsweise als offener Ring. Ein derartiges Anschlagstück 50' ist in der Figur 6 als Draufsicht dargestellt.

Ein fest montiertes Anschlagstück kann auch durch eine entsprechende Ausgestaltung der Hülsenwand ersetzt werden, wie dies in der Figur 7 dargestellt ist. Die Anschlagfläche 51 ist in diesem Falle eine stufenförmige Vergrösserung des Aussenduchmessers der Hülse.