DE102010049886A1 - Surgical tool for performing bone resection for adaption of femur to knee joint prosthesis to implant prosthesis, has cutting surfaces widened under angle, which is formed around axis corresponding to lifting and rotational movements - Google Patents

Surgical tool for performing bone resection for adaption of femur to knee joint prosthesis to implant prosthesis, has cutting surfaces widened under angle, which is formed around axis corresponding to lifting and rotational movements Download PDF

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Abstract

The tool has a tool head (4) provided downstream of an oscillation unit (3). The oscillation unit transfers produced oscillating lifting and rotational movements (18, 19) to the head. The head includes cutting surfaces (5) staying in different angles relative to each other. The cutting surfaces are adapted to one of contact surfaces of a joint prosthesis. The cutting surfaces are widened under an angle coming out from an axis (10). The angle is formed around the axis corresponding to the movements. A holding element (1) is intramedullary fixed in a bone (8) by a fastening element (7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung einer Knochenresektion für die Anpassung des Knochens an eine Gelenkprothese.The invention relates to a device for performing a bone resection for the adaptation of the bone to a joint prosthesis.

Bei bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Knochenresektion für die Gelenktransplantation wird vor allem mit oszillierenden Sägen gearbeitet. Um eine hohe Präzision der definierten Schnittflächen, die den Kontaktflächen zwischen Prothese und Knochen entsprechen, zu gewährleisten, werden zum Beispiel für die Knieendoprothetik Sägelehren ( DE 20 2007 012 383 U1 ) oder von der Firma BIOMET® das „Vanguard® Complete Knee System” verwendet, die mittels Knochennägeln am Knochen befestigt werden.In previously known methods and devices for bone resection for joint transplantation is mainly worked with oscillating saws. In order to ensure high precision of the defined cut surfaces, which correspond to the contact surfaces between prosthesis and bone, for example, for knee arthroplasty, sawing jigs ( DE 20 2007 012 383 U1 ) or the company BIOMET ® uses the "Vanguard ® Complete Knee System", which are attached to the bone by means of bone nails.

Weitere chirurgische Werkzeuge, die zur Bearbeitung des Knochens für die Endoprothetik verwendet werden, sind Ultraschallgeräte ( DE 44 47 667 C2 und US2009/0098507A1 ). Allerdings muss für die Anwendung von Ultraschallgeräten ein abrasives Trägermedium verwendet werden, um eine Abrasion des Knochens zu erzielen.Other surgical tools used to process the bone for endoprosthetics are ultrasound machines ( DE 44 47 667 C2 and US2009 / 0098507A1 ). However, for the application of ultrasound equipment, an abrasive carrier medium must be used to achieve abrasion of the bone.

Um die Präzision bei den Verfahren der Knochenresektion zu erhöhen und somit den Sitz der Prothesen zu verbessern, sind chirurgische Navigationssysteme ( DE 11 2006 002 688 T5 ) bekannt, welche die Arbeit des Chirurgen unterstützen, indem diese mittels Bilderkennungsverfahren Markierungen erkennen, die an den chirurgischen Werkzeugen und an den Halterungen, die an dem Knochen befestigten sind, fixiert sind. So kann der Chirurg an die korrekten Positionen geleitet werden, um präzise Schnitte durchzuführen. Auch bei diesen Verfahren werden oszillierende Sägen und Sägelehren verwendet.In order to increase the precision in the procedures of bone resection and thus to improve the fit of the prostheses, surgical navigation systems ( DE 11 2006 002 688 T5 ), which assist the work of the surgeon by recognizing by means of image recognition methods markings which are fixed to the surgical tools and to the holders attached to the bone. This will allow the surgeon to be guided to the correct positions to make precise cuts. Oscillating saws and sawing jars are also used in these methods.

Ebenfalls sind auch vollautomatische Vorrichtungen zur Knochenresektion bekannt wie der ROBODOC® der Firma „Curexo Technology Corporation”. Diese vollautomatischen Vorrichtungen greifen auf Daten zu, die vor der Operation ermittelt werden müssen und können nicht auf unplanmäßige Änderungen während der Operation reagieren.Also fully automatic devices for bone resection are known as the ROBODOC ® the company "Curexo Technology Corporation". These fully automated devices access data that must be determined prior to surgery and can not respond to unscheduled changes during the operation.

Verfahren zur Knochenresektion, die eine oszillierende Säge verwenden, weisen ebenfalls diverse Nachteile auf. So biegt sich das Sägeblatt bei seitlicher Krafteinwirkung auf das Sägeblatt durch. Dies kann zum Beispiel auftreten, wenn der Chirurg entlang der äußeren härteren Knochenwand (substantia compacta) und dem weicheren Innenraum (substantia spongiosa) sägt, was zur Folge hat, dass die Säge dem geringsten Widerstand folgt und von der geplanten Schnittlinie abweicht. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Sägeblatt Spiel in der Sägelehre haben muss und somit keine saubere Führung der Säge gewährleistet ist. Zudem hat die Befestigung der Sägelehre am Knochen mittels Knochennägeln den Nachteil, dass nur ein kurzer Teil jedes Nagels in der Halt gebenden Knochenwand sitzt, so dass die Sägelehre aufgrund von der Säge verursachten Vibrationen gelockert wird und somit das Sägeblatt bezüglich der Schnittfläche verkantet. Des Weiteren erzeugen die Sägezähne beim Einschneiden in den Knochen Reibungswärme, was zum Absterben des umliegenden vitalen Proteinanteils des Knochengewebes führt. Diese Geweberegionen an den Kontaktflächen des Knochens zur Prothese können sich erschwert und verzögert regenerieren und ein Verwachsen des Knochens mit der Prothese ist somit nur bedingt möglich. Das Verwachsen der Prothese mit dem Knochen ist aber erwünscht, um eine höhere Festigkeit durch Osteintegration zu erzielen. Abhilfe bezüglich dieses Problems soll ein Kühlmittel schaffen, mit dem das Sägeblatt gekühlt wird. Allerdings lässt sich das Kühlmittel nicht kontinuierlich an die Schnittfläche einbringen.Bone resection procedures using an oscillating saw also have several disadvantages. Thus, the saw blade deflects by lateral force on the saw blade. This may occur, for example, when the surgeon saws along the outer harder bone wall (substantia compacta) and the softer interior (substantia cancellous bone), with the result that the saw follows the least resistance and deviates from the planned cutting line. Another disadvantage is that the saw blade must have play in the saw jig and thus no clean guidance of the saw is guaranteed. In addition, the attachment of the saw jig on the bone by means of bone nails has the disadvantage that only a short part of each nail sits in the supporting bone wall, so that the saw jig is loosened due to the saw caused vibrations and thus tilted the saw blade with respect to the cut surface. Furthermore, the saw teeth generate frictional heat when they are cut into the bone, which leads to the death of the surrounding vital protein portion of the bone tissue. These tissue regions at the contact surfaces of the bone to the prosthesis can be difficult and regenerate delayed and thus an ingrowth of the bone with the prosthesis is only partially possible. However, coalescence of the prosthesis with the bone is desirable to achieve greater strength through osteointegration. A remedy for this problem is to create a coolant, with which the saw blade is cooled. However, the coolant can not be introduced continuously to the cut surface.

Ultraschallschneidewerkzeuge weisen den Nachteil der ungenügenden Kühlung nicht auf, können aber nicht in Kombination mit Sägelehren benutzt werden, was aufgrund der freien Handführung unpräzise Schnitte erzeugt. Die durch unpräzise Schnitte erzeugten Spalte zwischen Gelenkprothese und dem Knochen werden bei der Implantation mit Knochenzement verschlossen, was ein Verwachsen des Knochens mit der Gelenkprothese ebenfalls verhindert.Ultrasonic cutting tools do not have the disadvantage of insufficient cooling, but can not be used in combination with sawing jaws, which creates imprecise cuts due to the free hand guidance. The gaps between the joint prosthesis and the bone produced by imprecise cuts are closed with bone cement during implantation, which also prevents ingrowth of the bone with the joint prosthesis.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein chirurgisches Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit dem präzise zueinander definierte Schnittflächen erzeugt werden, um eine hohe Passgenauigkeit für die Gelenkprothese zu gewährleisten.The invention is therefore based on the object to provide a surgical tool of the type mentioned above, are generated with precisely defined cut surfaces to each other to ensure a high accuracy of fit for the joint prosthesis.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das chirurgische Werkzeug einen Werkzeugkopf zur Abrasion der Kontaktflächen des Knochens, eine Schwingeinheit und ein Halteelement zur Führung an dem Knochen aufweist. Mit der Schwingeinheit werden eine oszillierende Hubbewegung entlang einer Achse und eine oszillierende Rotationsbewegung um dieselbe Achse erzeugt, wobei die Achse parallel zur Aufsteckrichtung der Gelenkprothese auf den Knochen angeordnet ist. Diese Bewegungen werden an den Werkzeugkopf übertragen, der im Winkel zueinander stehende Schneideflächen aufweist, die an die Kontaktflächen der Gelenkprothese angepasst sind und die unter einem Winkel, ausgehend von der Achse, aufgeweitet sind, wobei der Aufweitungswinkel abhängig ist von der oszillierenden Rotationsbewegung um die Achse. Um definierte Schnittflächen zu erzeugen, wird mit einem Befestigungselement das Halteelement intramedullär im Knochen fixiert, so dass eine Führung des chirurgischen Werkzeugs gewährleistet ist.This object is achieved in that the surgical tool has a tool head for abrasion of the contact surfaces of the bone, a vibrating unit and a holding element for guiding on the bone. The oscillating unit generates an oscillating lifting movement along one axis and an oscillating rotational movement about the same axis, wherein the axis is arranged parallel to the attachment direction of the joint prosthesis on the bone. These movements are transmitted to the tool head, which has angularly spaced cutting surfaces which are adapted to the contact surfaces of the joint prosthesis and which are at an angle, starting from the axis, widened, wherein the expansion angle is dependent on the oscillating rotational movement about the axis , In order to produce defined cut surfaces, the holding element is fixed intramedullary in the bone with a fastening element, so that a guidance of the surgical tool is ensured.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass passgenaue Knochenresektionen für die Implantation von Gelenkprothesen vorgenommen werden können. Aufgrund der geringen Toleranzen, die das Verfahren beim Zuschnitt des Knochens aufweist, kann der Knochen vollflächig mit der Prothese verwachsen, so dass auf spaltfüllende Mittel wie zum Beispiel Knochenzement verzichtet werden kann. Außerdem können neue körperverträglichere Materialen wie Keramik für die Gelenkprothesen verwendet werden, die aber aufgrund ihrer unelastischen Eigenschaften bei ungenauer Knochenresektion mit den bisherigen Verfahren zu Defekten an den Gelenkprothesen geführt haben. Ferner können Prothesen auch mit Materialen oberflächenbeschichtet werden, die das Verwachsen mit dem vitalen Knochen ebenfalls beschleunigen. Des Weiteren wird bei der Bearbeitung des Knochens die Reibungswärme reduziert, um die Proteinmatrix des Knochens nicht zu schädigen, so dass in Kombination mit den geringen Spaltmaßen der Knochen besonders gut mit der Prothese verwächst. The advantages achieved by the invention are in particular that tailor-made bone resections for the implantation of joint prostheses can be made. Due to the small tolerances, which has the method when cutting the bone, the bone can grow over the entire surface of the prosthesis, so that can be dispensed gap-filling agents such as bone cement. In addition, new body-friendly materials such as ceramic can be used for the joint prostheses, but have led to defects in the joint prostheses due to their inelastic properties inaccurate bone resection with the previous methods. Furthermore, prostheses can also be surface-coated with materials that also accelerate coalescence with the vital bone. Furthermore, in the processing of the bone, the frictional heat is reduced so as not to damage the protein matrix of the bone, so that in combination with the small gap dimensions, the bone grows particularly well with the prosthesis.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung beinhaltet das Werkzeug eine Justiereinheit zwischen dem Halteelement und dem Werkzeugkopf. Die Justiereinheit ist zur Ausrichtung des Werkzeugkopfes zum Knochen vorgesehen, da die intramedulläre Bohrung unter Verwendung eines Befestigungselements nicht zwangsläufig eine Ausrichtung hat, die parallel zur Achse ist, entlang welcher die oszillierende Hubbewegung und um welche die oszillierende Rotationsbewegung vollzogen werden soll, die der optimalen Positionierung der Prothese entspricht.In an advantageous development of the invention, the tool includes an adjusting unit between the holding element and the tool head. The adjusting unit is provided for aligning the tool head with the bone, since the intramedullary bore using a fastener does not necessarily have an orientation parallel to the axis along which the oscillating reciprocating motion and around which the oscillating rotational movement is to take place, that of optimal positioning corresponds to the prosthesis.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwingeinheit zur Erzeugung einer zusätzlichen Ausgleichsbewegung des Werkzeugkopfes entlang einer Strecke senkrecht zur bearbeitenden Kontaktfläche entsprechend der oszillierenden Rotationsbewegung ausgebildet ist, um plane Flächen zu erzeugen. Ohne Ausgleichsbewegung würde zum Beispiel auf den Seitenflächen eine Erhebung entstehen, die parallel zur Achse liegt, entlang welcher die oszillierende Hubbewegung und um welcher die oszillierende Rotationsbewegung stattfindet.In a further advantageous embodiment, it is provided that the oscillating unit is designed to generate an additional compensating movement of the tool head along a path perpendicular to the machining contact surface in accordance with the oscillating rotational movement in order to produce planar surfaces. Without compensation movement, for example, an elevation would arise on the side surfaces, which is parallel to the axis along which the oscillating lifting movement takes place and around which the oscillating rotational movement takes place.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs besteht darin, dass mit der Justiereinheit die Achse, entlang welcher die oszillierende Hubbewegung und um welche die oszillierende Rotationsbewegung stattfindet, versetzbar ist, so dass diese sich entlang einer entstehenden seitlichen Kontaktfläche des Knochens befindet. Auch auf diese Weise lassen sich die Erhebungen, in der jeweiligen seitlichen Kontaktfläche entlang welcher die Achse gerichtet ist, vermeiden.A further advantageous embodiment of the tool according to the invention is that with the adjusting unit, the axis along which the oscillating lifting movement and around which the oscillating rotational movement takes place, is displaceable, so that it is along a resulting lateral contact surface of the bone. In this way, the surveys, in the respective lateral contact surface along which the axis is directed, avoid.

Es ist vorteilhaft, dass der Werkzeugkopf weitere Schneideflächen an den dem Knochen zugewandten Flächen aufweist, so dass ein Vordringen des Werkzeugkopfes in den Knochen, durch Zerspanen des Knochens mit Hilfe der weiteren Schneideflächen überhaupt möglich ist.It is advantageous that the tool head has further cutting surfaces on the surfaces facing the bone, so that a penetration of the tool head into the bone, by cutting the bone using the other cutting surfaces is even possible.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schwingeinheit für den Vortrieb des Werkzeugkopfes ausgebildet ist. Des Weiteren wird die Schwingeinheit elektrisch oder pneumatisch angetrieben, wobei die Geschwindigkeit des Vortriebs und der Anpressdruck regulierbar sind.In a further advantageous embodiment, it is provided that the oscillating unit is designed for the propulsion of the tool head. Furthermore, the oscillating unit is driven electrically or pneumatically, wherein the speed of the propulsion and the contact pressure can be regulated.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist die Positionierung des Werkzeugkopfes in der Ebene senkrecht zur Achse, entlang welcher die oszillierende Hubbewegung und um welche die oszillierende Rotationsbewegung stattfindet, mit Hilfe der Justiereinheit aus. Ebenfalls einstellbar ist die Neigung des Werkzeugkopfes in der Ebene senkrecht zur Achse. So lassen sich anatomische Fehlstellungen der Gelenke korrigieren.An advantageous embodiment of the tool according to the invention comprises the positioning of the tool head in the plane perpendicular to the axis along which the oscillating lifting movement and around which the oscillating rotational movement takes place, with the aid of the adjusting unit. Also adjustable is the inclination of the tool head in the plane perpendicular to the axis. In this way, anatomical deformities of the joints can be corrected.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Werkzeugs enthält der Werkzeugkopf Kühlmittelkanäle, an deren Enden die Kühlmittel an den Schneideflächen austreten. So kann während der Knochenresektion eine thermische Zerstörung des vitalen Knochengewebes verhindert werden.In an advantageous development of the tool according to the invention, the tool head contains coolant channels, at the ends of which the coolant exits at the cutting surfaces. Thus, a thermal destruction of the vital bone tissue can be prevented during bone resection.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schneideflächen pyramidenförmige Erhebungen zum Zerspanen des Knochens aufweisen. Des Weiteren haben diese pyramidenförmigen Erhebungen definierte Formen entsprechend ihrer Positionierung im Werkzeugkopf, so dass eine optimierte Zerspanung des Knochens durch jede Schneidefläche gewährleistet ist.In a further advantageous embodiment, it is provided that the cutting surfaces have pyramidal elevations for cutting the bone. Furthermore, these pyramidal projections have defined shapes according to their positioning in the tool head, so that an optimized cutting of the bone is ensured by each cutting surface.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs weist eine oszillierende Hubbewegung in Abhängigkeit von der oszillierenden Rotationsbewegung auf. So lassen sich einzelne seitliche Kontaktflächen gezielter bearbeiten.An advantageous embodiment of the tool according to the invention has an oscillating stroke movement as a function of the oscillating rotational movement. In this way, individual lateral contact surfaces can be processed in a more targeted manner.

Es ist vorteilhaft, wenn die oszillierende Rotationsbewegung einen Winkel von nicht mehr als 20° hat. Ebenfalls sollten die oszillierende Hubbewegung und die oszillierende Rotationsbewegung je eine Frequenz von 1 Hz bis 10 Hz haben. Mit den geringen Frequenzen soll ebenfalls verhindert werden, dass das Knochengewebe zu schnell erwärmt wird und somit ein Absterben des lebendigen Knochengewebes verhindert wird. Für den Vortrieb des Werkzeugkopfes in den Knochen ist eine variable Anpresskraft von 5 N bis 50 N vorgesehen.It is advantageous if the oscillating rotational movement has an angle of not more than 20 °. Also, the oscillating stroke and the oscillating rotational motion should each have a frequency of 1 Hz to 10 Hz. The low frequencies should also be prevented that the bone tissue is heated too quickly and thus a dying of living bone tissue is prevented. For the propulsion of the tool head into the bone a variable contact pressure of 5 N to 50 N is provided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: In the following the invention will be explained in more detail with reference to several embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 einen schematischen Querschnitt eines erfindungsgemäßen chirurgischen Werkzeugs entlang der Hub- und Rotationsachse, 1 a schematic cross section of a surgical tool according to the invention along the lifting and rotation axis,

2 einen schematischen Querschnitt senkrecht zur Hub- und Rotationsachse des Werkzeugkopfes und des zu bearbeitenden Knochens, wobei der Werkzeugkopf eine Ausgleichsbewegung passend zur oszillierenden Rotationsbewegung vollzieht, 2 a schematic cross section perpendicular to the stroke and rotation axis of the tool head and the bone to be machined, the tool head performs a compensating movement suitable for oscillating rotational movement,

3 einen schematischen Querschnitt senkrecht zur Hub- und Rotationsachse des Werkzeugkopfes und des zu bearbeitenden Knochens, wobei die Hub- und Rotationsachse in einer der zu entstehenden Kontaktflächen liegt und 3 a schematic cross section perpendicular to the lifting and rotation axis of the tool head and the bone to be processed, wherein the lifting and rotation axis is located in one of the contact surfaces to be formed and

4 eine perspektivische Darstellung der Femurkomponente einer Kniegelenkprothese. 4 a perspective view of the femoral component of a knee joint prosthesis.

Das erfindungsgemäße chirurgische Werkzeug zur Knochenresektionen soll für die Implantation von Kniegelenkprothesen verwendet werden. In 1 ist der Querschnitt eines erfindungsgemäßen chirurgischen Werkzeugs über einem Oberschenkelknochen (Femur) 8 dargestellt. Das Werkzeug umfasst eine Halteelement 1, eine Justiereinheit 2, eine Schwingeinheit 3 und einen Werkzeugkopf 4 mit Schneideflächen 5, 6.The surgical tool according to the invention for bone resection should be used for the implantation of knee joint prostheses. In 1 is the cross-section of a surgical tool according to the invention over a femur (femur) 8th shown. The tool comprises a holding element 1 , an adjustment unit 2 , a vibrating unit 3 and a tool head 4 with cutting surfaces 5 . 6 ,

Bei solch einer Implantation einer Kniegelenkprothese eröffnet der Chirurg zunächst mit einem nicht gezeigten Markraumbohrer die Knochenwand und bohrt ein Loch in proximaler Richtung in die Spongiosa des Knochens 8. In diese Bohrung wird dann ein Befestigungselement 7 eingeführt, welches vorzugweise ein Dübel ist, an dem das Halteelement 1 unter Zuhilfenahme eines Drehmomentenbegrenzers mittels einer nicht dargestellter Schraubverbindung fixiert wird. Es ist vorgesehen, dass der Befestigungselement 7 sich an der Knochenwand abstützt, womit eine verdrehungssichere und winkelstabile Fixierung des erfindungsgemäßen chirurgischen Werkzeugs am Knochen 8 gewährleistet ist.In such an implantation of a knee joint prosthesis, the surgeon first opens the bone wall with a medullary cavity drill, not shown, and drills a hole in the proximal direction into the spongiosa of the bone 8th , In this hole then a fastener 7 introduced, which is preferably a dowel on which the holding element 1 is fixed with the aid of a torque limiter by means of a screw, not shown. It is envisaged that the fastener 7 is supported on the bone wall, whereby a twist-proof and angularly stable fixation of the surgical tool according to the invention on the bone 8th is guaranteed.

In 4 ist die Femurkomponente 16 einer Kniegelenkprothese dargestellt. Diese weist unter anderem in dorsaler Richtung eine Öffnung 14 auf, so dass in diesem Bereich kein Zuschnitt des Knochens 8 nötig ist und der Werkzeugkopf 4 an der entsprechenden Stelle eine Aussparung 12 aufweist. Im Bereich der Aussparung 12 wird das am Befestigungselement 7 befestigte Halteelement 1 außerhalb des Werkzeugkopfes 4 geführt, wo es mit einer lösbaren Justiereinheit 2 verbunden ist. An der Justiereinheit 2 ist eine Schwingeinheit 3 lösbar befestigt, die an den ebenfalls lösbaren Werkzeugkopf 4 eine oszillierende Hubbewegung 18 entlang einer Achse 10 überträgt, die parallel zur Aufsteckrichtung 15 der Prothese 16 auf den Knochen 8 verläuft und die eine oszillierende Rotationsbewegung 19 um dieselbe Achse 10 erzeugt.In 4 is the femoral component 16 a knee joint prosthesis shown. This has, inter alia, in the dorsal direction an opening 14 on, so that in this area no cutting of the bone 8th is necessary and the tool head 4 at the appropriate place a recess 12 having. In the area of the recess 12 this will be the fastener 7 fastened retaining element 1 outside the tool head 4 led, where it is with a detachable adjustment unit 2 connected is. At the adjustment unit 2 is a vibrating unit 3 detachably attached to the detachable tool head 4 an oscillating lifting movement 18 along an axis 10 transfers, parallel to the Aufsteckrichtung 15 the prosthesis 16 on the bone 8th runs and the one oscillating rotational movement 19 around the same axis 10 generated.

Der Werkzeugkopf 4 hat zur Abrasion des Knochens 8 auf seiner Innenseite Schneideflächen 5, 6. Die Schneideflächen 5 an der Innenseite des Werkzeugkopfes 4 sind derart angeordnet, dass diese die Form der Kontaktfläche 17 zwischen Prothese 16 und Knochen 8 nachbilden, die aber ausgehend von der Achse 10 eine Aufweitung entsprechend der oszillierenden Rotationsbewegung 19 haben. Sowohl die oszillierende Hubbewegung 18 als auch die oszillierende Rotationsbewegung 19 tragen zur Zerspanung des Knochens 8 bei. Die beiden oszillierenden Bewegungen 18, 19 finden in Abhängigkeit voneinander statt, so dass die oszillierende Hubbewegung 18 eine komplette Oszillation durchläuft, bevor der Werkzeugkopf 4 in die nächste Rotationsposition gedreht wird. Während der Rotationsbewegung 19 findet keine Hubbewegung 18 statt.The tool head 4 has to abrasion of the bone 8th cutting surfaces on its inside 5 . 6 , The cutting surfaces 5 on the inside of the tool head 4 are arranged such that they are the shape of the contact surface 17 between prosthesis 16 and bones 8th emulate, but starting from the axis 10 an expansion corresponding to the oscillating rotational movement 19 to have. Both the oscillating lifting movement 18 as well as the oscillating rotational movement 19 contribute to the cutting of the bone 8th at. The two oscillating movements 18 . 19 take place in dependence on each other, so that the oscillating stroke movement 18 undergoes a complete oscillation before the tool head 4 is rotated to the next rotational position. During the rotation movement 19 finds no lifting movement 18 instead of.

Weitere dem Knochen 8 zugewandte Schneideflächen 6 werden zum Vortrieb des Werkzeugkopfes 4 in proximaler Richtung benötig, um den überstehenden Knochen 8 abzutragen. Der von der Schwingeinheit 3 erzeugte Vortrieb des Werkzeugkopfes 4 in den Knochen 8 ist elektronisch mittels nicht gezeigter Drucksensoren in der Schwingeinheit 3 gesteuert. Die Schwingeinheit 3 wird zur Energieversorgung mit Strom gespeist. Bei einer alternativen Ausgestaltung der Schwingeinheit 3 wird diese mit Druckluft getrieben und der Vortrieb wird über den Anpressdruck variabel gesteuert.More to the bone 8th facing cutting surfaces 6 become the propulsion of the tool head 4 in the proximal direction to the protruding bone 8th ablate. The one of the oscillating unit 3 generated propulsion of the tool head 4 in the bones 8th is electronically by means not shown pressure sensors in the vibrating unit 3 controlled. The oscillating unit 3 is supplied with electricity for energy supply. In an alternative embodiment of the oscillating unit 3 this is driven by compressed air and the propulsion is variably controlled by the contact pressure.

Die Schneideflächen 5, 6 weisen pyramidenförmige Erhebungen 13 auf, die entsprechend ihrer Positionierung im Werkzeugkopf 4 angeordnet sind und so die Zerspanung des Knochens 8 erzeugen. Während die pyramidenförmigen Erhebungen 13 an allen Flächen, bei denen mindestens eine der oszillierenden Bewegung 18, 19 parallel zur entstehenden Oberfläche stattfindet, symmetrisch ausgebildet sind, sind die pyramidenförmigen Erhebungen 13 in den anderen Schneideflächen asymmetrisch ausgeformt. Zwischen den pyramidenförmigen Erhebungen sind Auslässe der Kühlmittelkanäle 11 für die Applikation von Kühlmittel 9 auf die Schneidflächen 5, 6 angebracht um die Erwärmung des Gewebes zu verringern und um die Späne auszuschwemmen.The cutting surfaces 5 . 6 have pyramidal elevations 13 on, according to their positioning in the tool head 4 are arranged and so the cutting of the bone 8th produce. While the pyramidal elevations 13 on all surfaces where at least one of the oscillating motion 18 . 19 takes place parallel to the resulting surface, are formed symmetrically, are the pyramidal elevations 13 asymmetrically shaped in the other cutting surfaces. Between the pyramidal elevations are outlets of the coolant channels 11 for the application of coolant 9 on the cutting surfaces 5 . 6 attached to reduce the heating of the fabric and to flush out the chips.

Mit der Justiereinheit 2 kann die Ausrichtung des Werkzeugkopfes 4 zum Knochen 8 vorgenommen werden. Es ist möglich, den Werkzeugkopf 4 sowohl in der Ebene senkrecht zur Achse 10 zu positionieren als auch die Neigung des Werkzeugkopfes 4 in den beiden anderen kartesischen Achsen bezüglich der Achse 10 zu verändern. So lässt sich zum Beispiel ein nicht exakter Sitz des Befestigungselements 7 ausgleichen. Ferner lassen sich auch anatomische Fehlstellungen wie O-Beine (Varus-Stellung) oder X-Beine (Valgus-Stellung) beim Patienten korrigieren. Die Justiereinheit 2 ist sogar derart konstruiert, dass nicht nur kleinere Fehlstellungen korrigiert werden können, sondern die Achse 10 um beziehungsweise entlang welcher der Werkzeugkopf 4 seine Bewegung 18, 19 vollzieht, entlang einer der zu erstellenden Kontaktflächen 17 gelegt werden kann (3). So kann in der jeweiligen Kontaktfläche 17 eine Erhebung vermieden werden, die parallel der Achse 10 und mittig in der planen Kontaktfläche 17 auftritt. Eine durchgehend plane Kontaktfläche 17 kann ebenfalls mit einer Ausgleichsbewegung 20 erzeugt werden, falls die Achse 10 nicht in der zu entstehenden Kontaktfläche 17 des Knochens 8 liegt (2). Dabei wird zu jeder oszillierenden Rotationsbewegung 19 eine entsprechende Ausgleichsbewegung 20 entlang einer Strecke senkrecht zur erzeugenden Kontaktfläche 17 vollzogen, die sowohl vom Abstand der Achse 10 zur erzeugenden Kontaktflächen 17 als auch vom Winkel der oszillierenden Rotationsbewegung 19 bestimmt wird.With the adjustment unit 2 can change the orientation of the tool head 4 to the bone 8th be made. It is possible to use the tool head 4 both in the plane perpendicular to the axis 10 to position as well as the inclination of the tool head 4 in the other two Cartesian axes the axis 10 to change. Thus, for example, a not exact fit of the fastener can be 7 compensate. In addition, it is also possible to correct anatomical deformities such as O-legs (varus position) or X-legs (valgus position) in the patient. The adjustment unit 2 is even designed so that not only minor misalignments can be corrected, but the axis 10 around or along which the tool head 4 his movement 18 . 19 takes place along one of the contact surfaces to be created 17 can be placed ( 3 ). So can in the respective contact surface 17 a survey to be avoided, parallel to the axis 10 and in the middle of the flat contact area 17 occurs. A continuous flat contact surface 17 can also do a balancing move 20 be generated if the axis 10 not in the contact area to be created 17 of the bone 8th lies ( 2 ). It becomes every oscillating rotational movement 19 a corresponding compensation movement 20 along a path perpendicular to the generating contact surface 17 completed, both from the distance of the axis 10 to the generating contact surfaces 17 as well as the angle of the oscillating rotational movement 19 is determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Halteelementretaining element
22
Justiereinheitadjusting
33
Schwingeinheitvibrating unit
44
Werkzeugkopftool head
55
Schneideflächecutting surface
66
Schneideflächecutting surface
77
Befestigungselementfastener
88th
Knochenbone
99
Kühlflüssigkeitcoolant
1010
Achse parallel zur Aufsteckrichtung der Gelenkprothese auf den KnochenAxial parallel to the attachment direction of the joint prosthesis on the bone
1111
KühlmittelkanalCoolant channel
1212
Aussparung im WerkzeugkopfRecess in the tool head
1313
pyramidenförmige Erhebungpyramidal elevation
1414
Öffnung in der Femurkomponente einer Kniegelenkprothese in dorsaler RichtungOpening in the femoral component of a knee joint prosthesis in the dorsal direction
1515
Aufsteckrichtung der Femurkomponente einer Kniegelenkprothese auf den KnochenAufsteckrichtung the femoral component of a knee joint prosthesis on the bone
1616
Gelenkprothesejoint prosthesis
1717
Kontaktflächecontact area
1818
oszillierende Hubbewegungoscillating stroke movement
1919
oszillierende Rotationsbewegungoscillating rotational movement
2020
Ausgleichsbewegungcompensatory movement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 4447667 C2 [0003] DE 4447667 C2 [0003]
  • US 2009/0098507 A1 [0003] US 2009/0098507 A1 [0003]
  • DE 112006002688 T5 [0004] DE 112006002688 T5 [0004]

Claims (15)

Chirurgisches Werkzeug zur Durchführung einer Knochenresektion für die Anpassung des Knochens an eine Gelenkprothese, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Schwingeinheit (3) und einen Werkzeugkopf (4) zur Abrasion und Impaktion der Kontaktflächen (17) des Knochens (8) aufweist, dass ein Halteelement (1) zur Befestigung des Werkzeugs am Knochen (8) vorgesehen ist, dass die Schwingeinheit (3) zur Durchführung einer oszillierenden Hubbewegung (18) entlang einer Achse (10) und einer oszillierenden Rotationsbewegung (19) um dieselbe Achse (10) ausgebildet ist, wobei die Achse (10) parallel zur Aufsteckrichtung (15) der Gelenkprothese (16) auf den Knochen (8) angeordnet ist, dass der Werkzeugkopf (4) der Schwingeinheit (3) nachgeordnet ist und die Schwingeinheit (3) die erzeugten oszillierenden Bewegungen (18, 19) an den Werkzeugkopf (4) überträgt und dass der Werkzeugkopf (4) mit in unterschiedlichen Winkeln zueinander stehenden Schneideflächen (5) versehen ist, die an mindestens eine der Kontaktflächen (17) der Gelenkprothese (16) angepasst sind und die unter einem Winkel (α), ausgehend von der Achse (10), aufgeweitet sind, wobei der Winkel (α) entsprechend der oszillierenden Rotationsbewegung (18, 19) um die Achse (10) ausgebildet ist.Surgical tool for performing a bone resection for the adaptation of the bone to a joint prosthesis, characterized in that the tool is a vibration unit ( 3 ) and a tool head ( 4 ) for abrasion and impaction of the contact surfaces ( 17 ) of the bone ( 8th ), that a holding element ( 1 ) for attaching the tool to the bone ( 8th ) is provided that the oscillating unit ( 3 ) for performing an oscillating lifting movement ( 18 ) along an axis ( 10 ) and an oscillating rotational movement ( 19 ) around the same axis ( 10 ) is formed, wherein the axis ( 10 ) parallel to the mounting direction ( 15 ) of the joint prosthesis ( 16 ) on the bones ( 8th ) is arranged, that the tool head ( 4 ) of the vibrating unit ( 3 ) and the oscillating unit ( 3 ) the generated oscillatory movements ( 18 . 19 ) to the tool head ( 4 ) and that the tool head ( 4 ) with mutually different cutting surfaces ( 5 ) provided on at least one of the contact surfaces ( 17 ) of the joint prosthesis ( 16 ) and at an angle (α), starting from the axis ( 10 ), wherein the angle (α) corresponding to the oscillating rotational movement ( 18 . 19 ) around the axis ( 10 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingeinheit (3) zur Erzeugung einer zusätzlichen Ausgleichsbewegung des Werkzeugkopfes (4) entlang einer Strecke senkrecht zur erzeugenden Kontaktfläche (17) entsprechend der oszillierenden Rotationsbewegung (19) ausgebildet ist.Surgical tool according to claim 1, characterized in that the oscillating unit ( 3 ) for generating an additional compensating movement of the tool head ( 4 ) along a path perpendicular to the generating contact surface ( 17 ) corresponding to the oscillating rotational movement ( 19 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Justiereinheit (2) zur Ausrichtung des Werkzeugkopfes (4) zum Knochen (8) aufweist.Surgical tool according to claim 1 or 2, characterized in that the tool has an adjusting unit ( 2 ) for aligning the tool head ( 4 ) to the bone ( 8th ) having. Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit (2) zur Versetzung der Achse (10) ausgebildet ist, so dass die Achse (10) entlang einer der entstehenden Kontaktflächen (17) des Knochens (8) angeordnet ist.Surgical tool according to claim 3, characterized in that the adjusting unit ( 2 ) for the displacement of the axis ( 10 ) is formed so that the axis ( 10 ) along one of the resulting contact surfaces ( 17 ) of the bone ( 8th ) is arranged. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (4) weitere Schneideflächen (6) an den dem Knochen (8) zugewandten Flächen aufweist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool head ( 4 ) further cutting surfaces ( 6 ) to the bone ( 8th ) facing surfaces. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingeinheit (3) zum Vortrieb des Werkzeugkopfes (4) ausgebildet ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the oscillating unit ( 3 ) for propelling the tool head ( 4 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingeinheit (3) elektrisch oder pneumatisch antreibbar ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the oscillating unit ( 3 ) is electrically or pneumatically driven. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit (2) zur Positionierung des Werkzeugkopfes (4) in der Ebene senkrecht zur Achse (10) ausgebildet ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting unit ( 2 ) for positioning the tool head ( 4 ) in the plane perpendicular to the axis ( 10 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit (2) zur Neigung des Werkzeugkopfes (4) in der Ebene senkrecht zur Achse (10) ausgebildet ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting unit ( 2 ) to the inclination of the tool head ( 4 ) in the plane perpendicular to the axis ( 10 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (1) mit einem Dübel (7) intramedullär im Knochen (8) fixierbar ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the retaining element ( 1 ) with a dowel ( 7 ) intramedullary in the bone ( 8th ) is fixable. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (4) Kanäle für Kühlmittel (11) aufweist, an deren Enden das Kühlmittel (9) an den Schneideflächen (5, 6) austritt.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tool head ( 4 ) Channels for coolant ( 11 ), at the ends of which the coolant ( 9 ) at the cutting surfaces ( 5 . 6 ) exit. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneideflächen (5, 6) zum Zerspanen des Knochens (8) pyramidenförmige Erhebungen (13) aufweisen, die sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch entsprechend ihrer Positionierung im Werkzeugkopf (4) ausgebildet sind.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cutting surfaces ( 5 . 6 ) for cutting the bone ( 8th ) pyramidal elevations ( 13 ), which are both symmetrical and asymmetrical according to their positioning in the tool head ( 4 ) are formed. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schwingeinheit (3) erzeugte oszillierenden Rotationsbewegung (19) einen Winkel (zweimal α) von nicht mehr als 20° umfasst.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that that of the oscillating unit ( 3 ) generated oscillatory rotational movement ( 19 ) comprises an angle (twice α) of not more than 20 °. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schwingeinheit (3) zur Erzeugung der oszillierenden Hubbewegung (18) in Abhängigkeit von der oszillierenden Rotationsbewegung (19) ausgebildet ist.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that that of the oscillating unit ( 3 ) for generating the oscillating lifting movement ( 18 ) as a function of the oscillating rotational movement ( 19 ) is trained. Chirurgisches Werkzeug nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Schwingeinheit (3) erzeugten oszillierende Hubbewegung (18) und oszillierende Rotationsbewegung (19) Frequenzen von 1 Hz bis 10 Hz umfasst.Surgical tool according to at least one of the preceding claims, characterized in that that of the oscillating unit ( 3 ) oscillating stroke movement ( 18 ) and oscillating rotational movement ( 19 ) Includes frequencies from 1 Hz to 10 Hz.
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