CHIRURGISCHE VORRICHTUNG ZUM DURCHTREN NEN VON KNOCHENGEWEBE SURGICAL DEVICE FOR TRANSPARING BONE TISSUE
Die Erfindung betrifft eine chirurgische Vorrichtung zum Durchtrennen von Knochengewebe mittels eines gegebenenfalls Abrasivpartikel enthaltenden Flüssigkeitsstrahls mit einer Hochdruckquelle zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls und mit einer den Flüssigkeitsstrahl gegen das zu durchtrennende Knochengewebe richtenden Strahleinrichtung.The invention relates to a surgical device for severing bone tissue by means of a liquid jet which may contain abrasive particles, with a high-pressure source for generating the liquid jet and with a jet device which directs the liquid jet against the bone tissue to be severed.
Bei einer großen Zahl von chirurgischen Operationen muß Knochengewebe durchtrennt werden, beispielsweise beim Einsetzen eines künstlichen Kniegelenkes. Es ist bekannt, diese Durchtrennung des Knochengewebes durch oszillierende Sägen vorzunehmen, mit denen ebene Schnitte im Knochengewebe ausgeführt werden können. Allerdings ist die Qualität dieser Schnitte teilweise nicht befriedigend, da durch Verformungen der Sägeblätter Abweichungen von den gewünschten ebenen Geometrien auftreten können.In a large number of surgical operations, bone tissue has to be severed, for example when inserting an artificial knee joint. It is known to carry out this cutting of the bone tissue by means of oscillating saws, with which plane cuts can be made in the bone tissue. However, the quality of these cuts is sometimes unsatisfactory, since deformation of the saw blades can result in deviations from the desired flat geometries.
Es ist auch bekannt, Knochengewebe dadurch zu durchtrennen, daß Flüssigkeitsstrahlen unter sehr hohem Druck gegen das Knochengewebe gerichtet werden, diese Flüssigkeitsstrahlen durchtrennen dann das Knochenmaterial. Die Trennwirkung kann dadurch erhöht werden, daß dem Flüssigkeitsstrahl Abrasivpartikel beigefügt werden, insbesondere in der Flüssigkeit lösliche Abrasivpartikel, die zwar während des Durchtrennvorganges als feste Abrasivpartikel im Flüssigkeitsstrahl vorliegen, die sich aber nach der Durchtrennung in der Flüssigkeit auflösen und daher im Operationsbereich keine Rückstände bilden (DE 198 04 065 AI).
Es ist auch vorgeschlagen worden, derartige Flüssigkeitsstrahlen, die mit Drücken in der Größenordnung von 1000 bar arbeiten, zum Durchtrennen von Knochengewebe längs einer Fläche einzusetzen, die nicht eben ist, sondern die beispielsweise kugelig ausgebildet ist, so daß längs einer solchen Fläche durchtrennte Knochenstrukturen relativ zueinander justiert werden können, beispielsweise zur Korrektur einer Fehlstellung (DE 101 19 328.9). Dabei ist auch vorgeschlagen worden, empfindliche Teile des Körpers gegen unerwünschte Verletzungen durch den Flüssigkeitsstrahl durch ein löffelartiges Abschirminstrument zu schützen, dieses soll gleichzeitig dazu dienen, die kinetische Restenergie des Flüssigkeitsstrahls nach dem Durchtrennen des Knochengewebes abzubauen.It is also known to cut bone tissue by directing liquid jets against the bone tissue under very high pressure, these liquid jets then cutting through the bone material. The separating effect can be increased by adding abrasive particles to the liquid jet, in particular abrasive particles soluble in the liquid, which are present in the liquid jet as solid abrasive particles during the severing process, but which dissolve in the liquid after being separated and therefore do not form any residues in the operating area (DE 198 04 065 AI). It has also been proposed to use liquid jets of this type, which operate at pressures of the order of 1000 bar, for severing bone tissue along a surface which is not planar but which is, for example, spherical, so that bone structures severed along such a surface are relatively can be adjusted to each other, for example to correct an incorrect position (DE 101 19 328.9). It has also been proposed to protect sensitive parts of the body against undesirable injuries caused by the liquid jet by means of a spoon-like shielding instrument, which is also intended to reduce the kinetic residual energy of the liquid jet after the bone tissue has been severed.
Die bekannten Verfahren konnten bisher noch nicht in die Praxis umgesetzt werden, da beim Einsatz derartiger Flüssigkeitsstrahlen im Operationsbereich Schwierigkeiten der verschiedensten Art auftreten können. Das Operationspersonal kann durch den Flüssigkeitsstrahl oder durch die von diesem beschleunigten Partikel verletzt werden, dasselbe gilt für den Patienten selbst, umherspritzende Flüssigkeit kann den Operationsraum verschmutzen, die Lärmbelästigung ist außerordentlich hoch, etc.The known methods have not yet been able to be put into practice because difficulties of the most varied kind can arise when using such liquid jets in the operating area. The operating personnel can be injured by the liquid jet or by the particles accelerated by it, the same applies to the patient himself, liquid splashing around can contaminate the operating room, the noise pollution is extremely high, etc.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung so auszugestalten, daß das Verfahren zum Durchtrennen von Knochengewebe mittels eines Hochdruckflüssigkeitsstrahls problemlos im Operationssaal eingesetzt werden kann.It is an object of the invention to design a generic device in such a way that the method for severing bone tissue by means of a high-pressure liquid jet can be used without problems in the operating room.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie ein geschlossenes, das zu durchtrennende Knochengewebe allseits umgebendes Gehäuse umfaßt, welches einen
abgedichteten Zugang für die Strahleinrichtung sowie eine Sammeleinrichtung für die von der Strahleinrichtung gegen das Knochengewebe gerichtete Flüssigkeit aufweist.This object is achieved according to the invention in a device of the type described in the introduction in that it comprises a closed housing which surrounds the bone tissue to be severed on all sides and which comprises a housing sealed access for the jet device and a collection device for the liquid directed by the jet device against the bone tissue.
Ein in dieser Weise geschlossenes Gehäuse beschränkt den Bereich, der mit dem Flüssigkeitsstrahl und der Flüssigkeit in Kontakt kommt, auf den Innenraum dieses Gehäuses und schützt damit die Umgebung, das Gehäuse wirkt lärmdämpfend und sammelt gleichzeitig die zum Durchtrennen des Knochengewebes verwendete Flüssigkeit, so daß diese aus dem eigentlichen Operationsbereich entfernt wird. Damit wird der Einsatz dieses Verfahrens im Operationsraum möglich, ohne daß die geschilderten Probleme weiterhin auftreten.A housing which is closed in this way limits the area which comes into contact with the liquid jet and the liquid to the interior of this housing and thus protects the surroundings, the housing has a noise-dampening effect and at the same time collects the liquid used to sever the bone tissue, so that these is removed from the actual operating area. This makes it possible to use this method in the operating room without the problems described continuing to occur.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse mindestens eine abgedichtete Eintrittsöffnung für ein Körperteil aufweist, welches den zu durchtrennenden Knochen enthält. Beispielsweise kann eine Eintrittsöffnung für das Einschieben eines Beines vorgesehen sein, es ist auch möglich, an gegenüberliegenden Enden derartige abgedichtete Eintrittsöffnungen vorzusehen, so daß beispielsweise nur der Kniegelenkbereich eines Beines im Inneren des Gehäuses angeordnet ist, das Bein aber an beiden Seiten aus dem Gehäuse herausragt.It is advantageous if the housing has at least one sealed entry opening for a body part which contains the bone to be severed. For example, an entry opening for inserting a leg can be provided, it is also possible to provide such sealed entry openings at opposite ends, so that, for example, only the knee joint area of one leg is arranged inside the housing, but the leg protrudes from the housing on both sides ,
Der Zugang für die Strahleinrichtung und/oder die Eintrittsöffnung für ein Körperteil können mittels einer flexiblen Manschette abgedichtet sein, die die Strahleinrichtung bzw. das Körperteil eng anliegend umgibt. Eine solche flexible Manschette kann beispielsweise durch eine flexible Folie gebildet werden, die mittels einer elastischen Begrenzung oder mittels eines Fadens eng an die Strahleinrichtung oder das Körperteil angelegt wird und die mit den Wänden des Gehäuses direkt verbunden ist. Auf diese Weise können Strahleinrichtung und Körperteil relativ zum Gehäuse beliebig orientiert werden.
Der Zugang für die Strahleinrichtung kann so ausgebildet sein, daß eine den Strahl abgebende Vorrichtung selbst durch diesen Zugang in das Gehäuse eintaucht, es kann aber auch vorgesehen sein, daß durch diesen Zugang lediglich Versorgungsleitungen hindurchgeführt sind, wenn die eigentliche Abgabevorrichtung für den Flüssigkeitsstrahl im Inneren des Gehäuses angeordnet wird.The access for the jet device and / or the inlet opening for a body part can be sealed by means of a flexible sleeve which surrounds the jet device or the body part in a tight fit. Such a flexible sleeve can be formed, for example, by a flexible film, which is applied tightly to the radiation device or the body part by means of an elastic limitation or by means of a thread and which is connected directly to the walls of the housing. In this way, the beam device and body part can be oriented as desired relative to the housing. The access for the jet device can be designed such that a device emitting the jet itself dips into the housing through this access, but it can also be provided that only supply lines are passed through this access if the actual dispensing device for the liquid jet is inside of the housing is arranged.
Die Sammeleinrichtung umfaßt vorzugsweise einen Auffang behälter am Boden des Gehäuses. Dieser kann mit einer Abfuhrleitung versehen sein, so daß bereits während des Durchtrennvorganges Flüssigkeit aus dem Gehäuse abgeführt wird, dadurch wird verhindert, daß das Niveau der Flüssigkeit im Gehäuse ansteigt und gegebenenfalls das Körperteil erreicht.The collecting device preferably comprises a collecting container at the bottom of the housing. This can be provided with a discharge line, so that liquid is already discharged from the housing during the severing process, thereby preventing the level of the liquid in the housing from rising and possibly reaching the body part.
Es ist günstig, wenn der Auffangbehälter an seiner Oberseite von einer durchbrochenen Abdeckung abgedeckt ist, beispielsweise von einem Lochblech. Dadurch ist eine klare Trennung des Auffangbehälters von dem übrigen Innenraum des Gehäuses erreichbar, in diesem übrigen Innenraum ist das Körperteil gelagert.It is advantageous if the top of the collecting container is covered by a perforated cover, for example a perforated plate. A clear separation of the collecting container from the rest of the interior of the housing can thereby be achieved; the body part is supported in this remaining interior.
Es ist vorteilhaft, wenn das Gehäuse zumindest teilweise durchsichtig ist, so daß der Operationsverlauf beobachtbar ist.It is advantageous if the housing is at least partially transparent, so that the course of the operation can be observed.
Das Gehäuse kann an seiner Innenseite zumindest bereichsweise mit einer das Anhaften von Flüssigkeits- und Gewebeteilchen verhindernden Beschichtung versehen sein, beispielsweise einer Antibeschlagsbeschichtung, einer an sich bekannten "Lotus"-Beschichtung oder einer anderen Antihaftbeschichtung, so daß eine Verschmutzung an der Innenseite des Gehäuses ebenso vermieden
wird wie ein Zulegen von transparenten Bereichen, die Sichtbarkeit des Innenraums des Gehäuses bleibt dadurch erhalten.The inside of the housing can be provided at least in some areas with a coating that prevents the adherence of liquid and tissue particles, for example an anti-fog coating, a "Lotus" coating known per se or another non-stick coating, so that contamination on the inside of the housing is also possible avoided becomes like an increase in transparent areas, the visibility of the interior of the housing is preserved.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Gehäuse aus Einzelteilen modular zusammengebaut ist. Im einfachsten Fall umfaßt das Gehäuse eine Bodenplatte und ein haubenförmig darauf aufsetzbares Oberteil. Dies ermöglicht es, das zu behandelnde Körperteil oberhalb der Bodenplatte auf dem Operationstisch anzuordnen, dort die notwendigen Operationsschritte an dem Körperteil vorzunehmen und erst dann, wenn die Durchtrennung des Körpergewebes vorgenommen werden soll, das Gehäuse zu verschließen, indem das Oberteil auf die Bodenplatte aufgesetzt wird. Das Gehäuse behindert dadurch den Operateur nicht bei den notwendigen Operationsschritten, die dem eigentlichen Durchtrennen des Knochengewebes vorausgehen oder die sich daran anschließen.In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the housing is assembled modularly from individual parts. In the simplest case, the housing comprises a base plate and an upper part which can be placed thereon in the form of a hood. This makes it possible to arrange the body part to be treated above the base plate on the operating table, to carry out the necessary surgical steps on the body part and only to close the housing when the body tissue is to be severed by placing the top part on the base plate , As a result, the housing does not hinder the surgeon in the necessary surgical steps that precede the actual cutting of the bone tissue or that follow.
Insbesondere kann vorgesehen sein, daß eine Bodenplatte, Seitenwände und eine Abdeckung als selbständige Bauteile ausgebildet sind, die zu einem geschlossenen Gehäuse zusammenfügbar sind, es ist dabei günstig, wenn die Einzelteile des Gehäuses über ein Nut-Feder-System zusammenschiebbar oder zusammensteckbar sind. Der Operateur kann dann in sehr kurzer Zeit nach Vollendung der vorbereitenden Operationsschritte durch Einschieben der Seitenwände in die Bodenplatte und durch Aufsetzen einer Abdeckung ein vollständig geschlossenes Gehäuse aufbauen, das gegebenenfalls auch an die Größe des Operationsbereiches angepaßt werden kann oder durch entsprechende Orientierung der modularen Bauteile beispielsweise an ein linkes oder ein rechtes Knie. Es ist beispielsweise auch möglich, eine Seitenwand zweiteilig auszubilden, so daß sie von zwei Seiten her an ein Körperteil abdichtend her-
angeschoben werden kann, welches im Bereich dieser Seitenwand in den Innenraum des Gehäuses eintritt.In particular, it can be provided that a base plate, side walls and a cover are designed as independent components which can be joined together to form a closed housing, it is advantageous if the individual parts of the housing can be pushed together or plugged together via a tongue and groove system. The surgeon can then build a completely closed housing in a very short time after completing the preparatory surgical steps by inserting the side walls into the base plate and by fitting a cover, which can also be adapted to the size of the operating area or by appropriate orientation of the modular components, for example to a left or right knee. It is also possible, for example, to design a side wall in two parts, so that it seals from one side of a body part. can be pushed, which enters the interior of the housing in the region of this side wall.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Bodenplatte des Gehäuses ein Unterteil und ein Oberteil umfaßt, die durch Justierglieder paßgenau zusammenfügbar sind. In diesem Falle besteht also die Bodenplatte aus zwei übereinanderlie- genden Teilen, die voneinander trennbar sind und die durch die Justierglieder relativ zueinander positionierbar sind.It is particularly advantageous if a base plate of the housing comprises a lower part and an upper part, which can be fitted together in a precisely fitting manner by adjusting members. In this case, the base plate consists of two superimposed parts which can be separated from one another and which can be positioned relative to one another by the adjusting members.
Insbesondere können die Justierglieder Rücksprünge und in diese eintauchende Vorsprünge umfassen, beispielsweise Löcher und in diese eingreifende Stifte.In particular, the adjusting members can comprise recesses and projections which plunge into them, for example holes and pins which engage in them.
Zwischen Unterteil und Oberteil kann eine Sterilabdeckung angeordnet sein, beispielsweise in Form eines sterilen Tuches, welches das Unterteil überdeckt und auf welches das Oberteil aufsetzbar ist.A sterile cover can be arranged between the lower part and the upper part, for example in the form of a sterile cloth, which covers the lower part and onto which the upper part can be placed.
Insbesondere können die Justierglieder durch die Sterilabdeckung hindurchtreten, diese kann dazu entsprechende Durchbrüche aufweisen.In particular, the adjusting members can pass through the sterile cover, which can have corresponding openings for this purpose.
Es ist dabei vorgesehen, daß das Gehäuse aus einem sterilisierbaren Material besteht.It is envisaged that the housing consists of a sterilizable material.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform trägt eine Bodenplatte des Gehäuses eine Haltevorrichtung, mittels der die Bodenplatte an einem Operationstisch festlegbar ist. Diese Haltevorrichtung kann beispielsweise eine Klemmvorrichtung oder auch eine Schraubvorrichtung sein. Es ist dadurch möglich, am Operationstisch die Bodenplatte festzulegen, an dieser Boden-
platte werden dann anschließend die übrigen Gehäuseteile festgelegt, so daß auf diese Weise das gesamte Gehäuse fest mit dem Operationstisch verbunden ist.In a further preferred embodiment, a base plate of the housing carries a holding device, by means of which the base plate can be fixed on an operating table. This holding device can be, for example, a clamping device or a screwing device. This makes it possible to fix the base plate on the operating table, plate then the remaining housing parts are then fixed so that the entire housing is firmly connected to the operating table in this way.
Es ist günstig, wenn am Boden des Gehäuses eine Fixiereinrichtung zur Lagerung und Festlegung des zu durchtrennenden Knochengewebes fest angeordnet ist. Bei der Operation wird daher auf dem Boden des Gehäuses, der vor der Operation am Operationstisch festgelegt wird, das zu behandelnde Knochengewebe in der Fixiereinrichtung festgelegt, so daß die vorbereitenden Operationsschritte durchgeführt werden können. Die Fixiereinrichtung verbleibt auf dem Boden, wenn das Gehäuse vervollständigt und geschlossen wird, und fixiert das zu behandelnde Knochengewebe auch während der Durchtrennung durch den Flüssigkeitsstrahl.It is advantageous if a fixing device for storing and fixing the bone tissue to be severed is fixedly arranged on the bottom of the housing. During the operation, the bone tissue to be treated is therefore fixed in the fixing device on the bottom of the housing, which is fixed at the operating table before the operation, so that the preparatory surgical steps can be carried out. The fixing device remains on the floor when the housing is completed and closed and also fixes the bone tissue to be treated during the severing by the liquid jet.
Insbesondere kann die Fixiereinrichtung nach Art eines Fixateur externe ausgebildet sein, also unter Verwendung von in den Knochen eingreifenden Stiften und äußeren Tragstäben arbeiten, die die Stifte relativ zueinander in bestimmten Positionen festlegen.In particular, the fixing device can be designed in the manner of an external fixator, that is to say work using pins which engage in the bone and external supporting rods which fix the pins in certain positions relative to one another.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Innenraum des Gehäuses mit einer Absaugung verbunden, die oberhalb der Sammeleinrichtung für die Flüssigkeit aus diesem austritt. Durch diese Absaugung können Aerosole und Tröpfchen aus der Atmosphäre des Gehäuseinnenraumes abgesaugt werden, insbesondere kann die Absaugung so angeordnet sein, daß im Inneren des Gehäuses eine laminare Durchströmung stattfindet, die für einen stetigen Abtransport von Aerosolen und Flüssigkeitströpfchen sorgt und damit den Innenraum und auch das Operationsgebiet während des Trennvorganges von diesen möglicherweise störenden Erscheinungen freihält.
Die Austrittsstelle der Absaugung liegt vorzugsweise dem Zugang für die Strahleinrichtung gegenüber.In a further preferred embodiment, the interior of the housing is connected to a suction device which exits the liquid above the collecting device. By means of this suction, aerosols and droplets can be sucked out of the atmosphere of the interior of the housing, in particular the suction can be arranged in such a way that a laminar flow takes place in the interior of the housing, which ensures that aerosols and liquid droplets are continuously transported away and thus the interior and also that Keeps the surgical area free from these potentially disturbing phenomena during the separation process. The exit point of the suction is preferably opposite the access for the jet device.
Es ist auch vorteilhaft, wenn die Austrittsstelle der Absaugung etwa in halber Höhe des Gehäuses angeordnet ist, so daß der gesamte Innenraum des Gehäuses durch die Absaugung im wesentlichen gleich beeinflußt wird.It is also advantageous if the exit point of the suction is arranged approximately halfway up the housing, so that the entire interior of the housing is influenced by the suction in substantially the same way.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Gehäuse mindestens eine Prallfläche angeordnet, auf die der Flüssigkeitsstrahl nach dem Durchtrennen des Knochengewebes auftrifft und an die er seine kinetische Restenergie abgibt.According to a further preferred embodiment, at least one impact surface is arranged in the housing, which the liquid jet strikes after severing the bone tissue and to which it releases its kinetic residual energy.
Diese Prallfläche kann beispielsweise parallel zu einer Seitenwand verlaufen, vorzugsweise im Abstand von dieser, so daß die Flüssigkeitströpfchen nach dem Durchgang durch die Prallfläche an dieser Seitenwand abfließen und sich in der Sammeleinrichtung an der Unterseite des Gehäuses sammeln können.This baffle can, for example, run parallel to a side wall, preferably at a distance therefrom, so that the liquid droplets flow off after passing through the baffle on this side wall and can collect in the collecting device on the underside of the housing.
Es ist günstig, wenn die Prallfläche durch gegenüber der Strahlrichtung geneigte Lamellen gebildet wird oder wabenförmig aufgebaut ist, die Partikel des Flüssigkeitsstrahles werden dadurch zu plötzlichen Richtungswechseln gezwungen und geben dabei ihre kinetische Energie an die Prallfläche ab.It is advantageous if the impact surface is formed by lamellae inclined with respect to the jet direction or is constructed in a honeycomb shape, the particles of the liquid jet are thereby forced to change direction suddenly and thereby release their kinetic energy to the impact surface.
Insbesondere können zwei oder mehr Prallflächen mit unterschiedlich geneigten Strukturen nebeneinander angeordnet sein, so daß ein labyrinthförmiger Durchgang für die Flüssigkeitsteilchen geschaffen wird.
Die Prallflächen können in das Gehäuse einschiebbar gehalten sein, so daß sie in einfacher Weise ausgewechselt werden können, falls Verschleißerscheinungen auftreten sollten.In particular, two or more impact surfaces with differently inclined structures can be arranged next to one another, so that a labyrinthine passage is created for the liquid particles. The baffles can be pushed into the housing so that they can be replaced in a simple manner if signs of wear should occur.
Es ist auch vorteilhaft, wenn neben der Prallfläche eine Absaugung aus dem Gehäuse austritt, so daß ein Teil der an den Prallflächen abgebremsten Flüssigkeit bereits über diese Absaugung aus dem Gehäuse entfernt wird, dasselbe gilt für mögliche Abriebpartikel, die durch den Aufprall des Flüssigkeitsstrahls auf die Prallfläche aus dieser freigesetzt werden können.It is also advantageous if, in addition to the baffle, a suction device emerges from the housing, so that part of the liquid braked on the baffle surfaces is already removed from the housing via this suction device; the same applies to possible abrasion particles caused by the impact of the liquid jet on the Baffle can be released from this.
Die Prallfläche besteht aus einem abriebfesten, biokompatiblen Material, beispielsweise aus einer Keramik, insbesondere aus einer Aluminiumoxid- oder Zirkonoxidkeramik.The impact surface consists of an abrasion-resistant, biocompatible material, for example of a ceramic, in particular of an aluminum oxide or zirconium oxide ceramic.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Bestimmung der relativen Positionierung des zu durchtrennenden Knochengewebes und der Strahleinrichtung ein Navigationssystem vorgesehen ist mit Markierelementen, die einerseits an dem zu durchtrennenden Knochengewebe und andererseits an der Strahleinrichtung festgelegt sind.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that for determining the relative positioning of the bone tissue to be cut and the beam device a navigation system is provided with marking elements which are fixed on the one hand on the bone tissue to be cut and on the other hand on the beam device.
Derartige Navigationssysteme sind an sich bekannt, sie bestimmen die Lage der Markierelemente im Raum beispielsweise über ein mehrere Kameras aufweisendes Kamerasystem, das mit Infrarotstrahlung arbeitet, die von den Markierelementen ausgesandt oder an diesen reflektiert wird. Wenn die Markierelemente fest mit einem bestimmten Gegenstand verbunden sind, beispielsweise dem Knochengewebe oder der Strahleinrichtung, so können deren Lagen und Orientierungen im Raum durch das Navigationssystem genau be-
stimmt werden, und damit auch die Relativposition zwischen Knochengewebe einerseits und Strahleinrichtung andererseits.Navigation systems of this type are known per se; they determine the position of the marking elements in space, for example via a camera system which has a plurality of cameras and which works with infrared radiation which is emitted by the marking elements or reflected on them. If the marking elements are firmly connected to a specific object, for example the bone tissue or the beam device, their positions and orientations in space can be precisely determined by the navigation system. be correct, and thus also the relative position between the bone tissue on the one hand and the beam device on the other.
Die Strahleinrichtung kann direkt oder indirekt fest mit dem zu durchtrennenden Knochengewebe verbunden und diesem gegenüber definiert verschiebbar sein. Beispielsweise könnte die Strahleinrichtung direkt an dem Knochengewebe gehalten werden, z.B. durch Verschraubung, oder aber auch an der Fixiereinrichtung, die den Knochen im Gehäuse fixiert. Dabei weist dann die Strahleinrichtung ein definiert bewegliches Strahlabgabeelement auf, das beispielsweise längs einer Führung verschiebbar ist, so daß der Flüssigkeitsstrahl relativ zum Knochen bewegt werden kann.The beam device can be directly or indirectly firmly connected to the bone tissue to be severed and can be displaced in a defined manner relative to it. For example, the blasting device could be held directly on the bone tissue, e.g. by screwing, or also on the fixing device that fixes the bone in the housing. The jet device then has a defined, movable jet delivery element which can be displaced, for example, along a guide, so that the liquid jet can be moved relative to the bone.
Bei einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Strahleinrichtung gegenüber dem Gehäuse und dem darin fixierten Knochengewebe frei verschiebbar und relativ zu dem zu durchtrennenden Knochengewebe durch eine Steuerung verschiebbar ist. Es gibt also keine mit dem Knochengewebe fest verbundene Führung für die Strahleinrichtung, sondern die Relativverschiebung der Strahleinrichtung gegenüber dem Knochengewebe erfolgt allein durch die Steuerung, die die Strahleinrichtung im Raum gegenüber dem festgelegten Knochengewebe verschiebt.In another embodiment it is provided that the beam device is freely displaceable relative to the housing and the bone tissue fixed therein and is displaceable by a control relative to the bone tissue to be severed. There is therefore no guide for the beam device that is firmly connected to the bone tissue, but the relative displacement of the beam device with respect to the bone tissue is carried out solely by the control that shifts the beam device in space with respect to the fixed bone tissue.
Die Strahleinrichtung kann beispielsweise an einem Bewegungsroboter gehalten sein, es wäre aber auch möglich, die Strahleinrichtung längs einer Schablone zu verschieben oder sogar manuell, wobei dann der Chirurg die Relativpositionierung der Strahleinrichtung zum Knochengewebe über das Navigationssystem kontrolliert.
Bei Verwendung eines Bewegungsroboters ist es günstig, wenn dieser einen mehrgelenkigen Roboterarm aufweist, an dem die Strahleinrichtung gehalten ist. Dadurch ist es in sehr vielfältiger Weise möglich, die Strahleinrichtung relativ zum Knochengewebe in ihrer Position zu verändern.The beam device can, for example, be held on a movement robot, but it would also be possible to move the beam device along a template or even manually, in which case the surgeon controls the relative positioning of the beam device to the bone tissue via the navigation system. When using a motion robot, it is advantageous if it has a multi-articulated robot arm on which the beam device is held. This makes it possible to change the position of the beam device relative to the bone tissue in a very varied manner.
Es ist vorteilhaft, wenn der Bewegungsroboter an einem Gerät angeordnet ist, welches Versorgungsaggregate für die Strahleinrichtung und/oder das Gehäuse umfaßt. Diese Versorgungsaggregate können der Aufbewahrung und Zufuhr von Abrasivpartikeln dienen, aber auch zur Entsorgung der Flüssigkeit nach dem Schneidvorgang.It is advantageous if the movement robot is arranged on a device which comprises supply units for the beam device and / or the housing. These supply units can be used to store and supply abrasive particles, but also to dispose of the liquid after the cutting process.
Beispielsweise können an dem Gerät ein Vorratsbehälter und/oder eine Dosiereinrichtung für einen Abrasivmittelzusatz vorgesehen sein, eine Absaugvorrichtung für die Absaugung des Gehäuses und/oder ein Sammelbehälter für aus dem Gehäuse entfernte Flüssigkeiten oder Feststoffe, beispielsweise Knochenpartikel, Abriebpartikel, Körperflüssigkeiten, Schneidflüssigkeiten oder noch nicht gelöste Abrasivpartikel.For example, a storage container and / or a metering device for an abrasive additive can be provided on the device, a suction device for suctioning the housing and / or a collecting container for liquids or solids removed from the housing, for example bone particles, abrasion particles, body fluids, cutting fluids or not yet dissolved abrasive particles.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Gerät verfahrbar ist, so daß es relativ zu dem Operationstisch in geeigneter Weise positioniert werden kann.It is advantageous if the device can be moved so that it can be positioned in a suitable manner relative to the operating table.
Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of preferred embodiments of the invention serves in conjunction with the drawing for a more detailed explanation. Show it:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines Operationsplatzes zurFigure 1 is a schematic representation of an operation site
Durchführung einer Knieoperation;
Figur 2: eine Explosionsdarstellung des den Operationsbereich umgebenden Gehäuses;Performing knee surgery; FIG. 2: an exploded view of the housing surrounding the operating area;
Figur 3: eine Längsschnittansicht durch das geschlossene Gehäuse derFigure 3 is a longitudinal sectional view through the closed housing of the
Figur 2 bei einer Knieoperation;Figure 2 during knee surgery;
Figur 4: eine Schnittansicht des Gehäuses der Figur 3 von oben her;Figure 4 is a sectional view of the housing of Figure 3 from above;
Figur 5: eine Querschnittsansicht des Gehäuses der Figur 3;Figure 5 is a cross-sectional view of the housing of Figure 3;
Figur 6: eine schematische Darstellung eines Femurkopfes bei der Ausführung eines anterioren Femurschnittes;FIG. 6: a schematic representation of a femoral head when performing an anterior femoral incision;
Figur 7: eine Ansicht ähnlich Figur 6 bei der Durchführung eines vorderen Schrägschnittes;Figure 7 is a view similar to Figure 6 when performing a front bevel cut;
Figur 8: eine Ansicht des Femurkopfes der Figuren 6 und 7 nach Vornahme des anterioren Femurschnittes, des vorderen Schrägschnittes und des distalen Femurschnittes;Figure 8 is a view of the femoral head of Figures 6 and 7 after making the anterior femoral cut, the front bevel cut and the distal femoral cut;
Figur 9: eine Ansicht des Femurkopfes der Figuren 6 bis 8 bei derFigure 9 is a view of the femoral head of Figures 6 to 8 in the
Durchführung des posterioren Femurschnittes unter Zuhilfenahme eines zusätzlichen Prallelementes undImplementation of the posterior femoral cut with the help of an additional impact element and
Figur 10: eine Ansicht des Femurkopfes der Figuren 6 bis 9 mit aufgesetzter Femurprothese.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel der Implantatation einer Endo- prothese am distalen Femurende, also im Kniebereich, erörtert, es versteht sich aber, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch an anderen Körperteilen eingesetzt werden kann, an denen ein Durchtrennen von Knochengewebe notwendig ist.Figure 10: a view of the femoral head of Figures 6 to 9 with attached femoral prosthesis. The invention is discussed below using the example of the implantation of an endoprosthesis at the distal end of the femur, that is to say in the knee area, but it goes without saying that the device according to the invention can also be used on other parts of the body where it is necessary to sever bone tissue.
Zur Durchführung der angesprochenen chirurgischen Operation wird ein Operationstisch 1 verwendet, auf den ein Patient 2 gelegt wird, an dessen Bein 3 im Bereich des Knies eine Endoprothese eingesetzt werden soll.To perform the surgical operation mentioned, an operating table 1 is used, on which a patient 2 is placed, on whose leg 3 an endoprosthesis is to be inserted in the area of the knee.
Zunächst wird auf dem Operationstisch 1 eine Bodenplatte 4 befestigt. Diese besteht aus einem rahmenförmigen Unterteil 4b und einem darauf aufsetzbaren Oberteil 4a, welches paßgenau auf das Unterteil 4b aufsetzbar ist. Zu diesem Zweck trägt das Unterteil nach oben abstehende Justierstifte 4c, die in entsprechende Öffnungen an der Unterseite des Oberteiles 4a eingreifen können.First, a base plate 4 is attached to the operating table 1. This consists of a frame-shaped lower part 4b and an upper part 4a which can be placed thereon and which can be fitted onto the lower part 4b with a precise fit. For this purpose, the lower part carries upwardly protruding adjustment pins 4c which can engage in corresponding openings on the underside of the upper part 4a.
Am Unterteil 4b ist eine Klemmeinrichtung 5 angeordnet, mit deren Hilfe die Bodenplatte 4 an einer Klemmleiste 6 des Operationstisches 1 festgeklemmt werden kann.A clamping device 5 is arranged on the lower part 4b, with the aid of which the base plate 4 can be clamped to a clamping strip 6 of the operating table 1.
Die Zweiteilung der Bodenplatte 4 in Oberteil 4a und Unterteil 4b ermöglicht es, zwischen Unterteil und Oberteil eine Sterilabdeckung in Form eines sterilen Tuches 4d anzuordnen. Dieses sterile Tuch wird nach der Montage des Unterteils 4b mit Hilfe der Klemmeinrichtung 5 über das Unterteil 4b gebreitet, wobei die Justierstifte 4c durch entsprechende Öffnungen in dem Tuch 4d hindurchragen. Von oben her wird dann das Oberteil 4a so aufgesetzt, daß die
Justierstifte 4c in entsprechende Öffnungen an der Unterseite des Oberteiles 4a eingreifen, so daß Oberteil 4a und Unterteil 4b positionsgenau zusammengefügt werden, und zwar unter Zwischenlage eines Steriltuches 4d.The division of the base plate 4 into the upper part 4a and lower part 4b makes it possible to arrange a sterile cover in the form of a sterile cloth 4d between the lower part and the upper part. After assembly of the lower part 4b, this sterile cloth is spread over the lower part 4b with the aid of the clamping device 5, the adjusting pins 4c projecting through corresponding openings in the cloth 4d. From above, the upper part 4a is placed so that the Engage adjusting pins 4c in corresponding openings on the underside of the upper part 4a, so that the upper part 4a and lower part 4b are brought together in an exact position, with the interposition of a sterile cloth 4d.
Die Bodenplatte 4 hat im dargestellten Ausführungsbeispiel eine rechteckige Form und bedeckt nur einen Teil des Operationstisches 1. In der Bodenplatte 4 befindet sich eine zur Oberseite hin offene Aufnahmekammer 7, die an ihrer Oberseite durch ein Lochblech 8 abgedeckt ist. Die Aufnahmekammer 7 steht mit einer Abfuhrleitung 9 in Verbindung, durch die Flüssigkeit, die durch das Lochblech 8 in die Aufnahmekammer 7 eintritt, aus der Aufnahmekammer 7 entfernt werden kann.In the exemplary embodiment shown, the base plate 4 has a rectangular shape and only covers part of the operating table 1. In the base plate 4 there is a receiving chamber 7 which is open towards the top and is covered on its top by a perforated plate 8. The receiving chamber 7 is connected to a discharge line 9, through which liquid which enters the receiving chamber 7 through the perforated plate 8 can be removed from the receiving chamber 7.
An der Bodenplatte 4 sind außerdem zwei parallele Klemmschienen 10, 11 befestigt, die sich längs der Bodenplatte 4 erstrecken. An diesen Klemmschienen 10, 11 sind über Klemmschuhe 12 Tragstäbe 13 fixiert, die nach Art eines Fixateur externe ein Traggestell 14 mit Fixationsstiften 15 ausbilden, diese Fixationsstifte 15 dienen als Halteelemente für das Bein 3 des Patienten 2, sie werden dazu seitlich in das Bein eingeschoben, durchdringen das Weichteilgewebe und fixieren die Knochen im Bein 3 relativ zu dem Traggestell 14 und damit relativ zur Bodenplatte 4 und dem Operationstisch 1.On the base plate 4, two parallel clamping rails 10, 11 are also attached, which extend along the base plate 4. On these clamping rails 10, 11 support rods 13 are fixed by means of clamping shoes, which in the manner of an external fixator form a support frame 14 with fixation pins 15, these fixation pins 15 serve as holding elements for the leg 3 of the patient 2, for this purpose they are inserted laterally into the leg , penetrate the soft tissue and fix the bones in the leg 3 relative to the support frame 14 and thus relative to the base plate 4 and the operating table 1.
Auf die Bodenplatte 4 sind längs deren Außenkante vier Seitenwände aufsetzbar, nämlich eine Vorderwand 16, eine Rückwand 17, eine Abschlußwand 18 und eine Durchsteckwand 19. Diese vier Wände sind senkrecht in entsprechende Aufnahmenuten 20 der Bodenplatte 4 einsteckbar und an ihren Kanten zur jeweils benachbarten Wand durch eine Nut-Feder-Führung miteinander verbunden, die in der Zeichnung nicht näher ausgeführt ist. Auf die gleich hohen Wände ist eine Abdeckplatte 21 aufgelegt, die ebenfalls über ein Nut-
Feder-System mit diesen seitlichen Wänden verbunden ist. Die Bodenplatte 4, die Vorderwand 16, die Rückwand 17, die Abschlußwand 18, die Durchsteckwand 19 und die Abdeckplatte 21 bilden gemeinsam ein quaderförmiges, abgeschlossenes Gehäuse 22 aus, welches das Traggestell 14 allseits umgibt.Four side walls can be placed on the base plate 4 along the outer edge thereof, namely a front wall 16, a rear wall 17, an end wall 18 and a push-through wall 19. These four walls can be inserted vertically into corresponding receiving grooves 20 in the base plate 4 and at their edges to the adjacent wall connected by a tongue and groove guide, which is not shown in the drawing. A cover plate 21 is placed on the walls of the same height, which is also via a groove Spring system is connected to these side walls. The base plate 4, the front wall 16, the rear wall 17, the end wall 18, the push-through wall 19 and the cover plate 21 together form a cuboid, closed housing 22 which surrounds the support frame 14 on all sides.
Die Wände bestehen aus einem sterilisierbaren Material, beispielsweise aus Edelstahl, sie können auch aus einem durchsichtigen Material bestehen, beispielsweise Glas, oder zumindest teilweise durchsichtig sein, so daß eine Beobachtung des Innenraumes 23 des Gehäuses 22 möglich ist.The walls consist of a sterilizable material, for example stainless steel, they can also consist of a transparent material, for example glass, or be at least partially transparent, so that observation of the interior 23 of the housing 22 is possible.
In der Vorderwand 16 des Gehäuses 22 ist eine größere Durchbrechung 24 angeordnet, die mittels einer flexiblen Folie 25 verschlossen ist, in deren Mitte ein flexibler Dichtring 26 gehalten ist. Dieser Dichtring 26 umgibt eine folienfreie Durchstecköffnung 27 für einen Strahlkopf 28 einer nachstehend noch näher beschriebenen Strahleinrichtung 29.In the front wall 16 of the housing 22, a larger opening 24 is arranged, which is closed by means of a flexible film 25, in the middle of which a flexible sealing ring 26 is held. This sealing ring 26 surrounds a film-free push-through opening 27 for a blasting head 28 of a blasting device 29 described in more detail below.
Die Durchsteckwand 19 weist eine große, nach unten hin offene Durchbrechung 30 auf, diese Durchbrechung 30 dient als Durchstecköffnung für das Bein 3 des Patienten 2. Diese Durchbrechung 30 ist in geeigneter Weise gegenüber dem Bein 3 des Patienten 2 abgedichtet, dies ist in der Zeichnung nur sehr schematisch dargestellt. Beispielsweise kann dies durch einen flexiblen Dichteinsatz 31 erfolgen, der das Bein 3 des Patienten 2 allseits dicht umgibt und der abdichtend in die Durchbrechung 30 eingeschoben wird, wenn die Durchsteckwand 19 von oben her in die Bodenplatte 4 eingesteckt wird. Es wäre aber auch möglich, in ähnlicher Weise wie in der Durchbrechung 24 eine Folie oder dünnwandige flexible Manschette vorzusehen, die Durchsteckwand könnte auch zweiteilig ausgebildet sein und von beiden Seiten her mit einer flexiblen Manschette an das Bein 3 angelegt werden, hier sind unterschiedliche
Möglichkeiten gegeben, um eine abdichtende Verbindung zwischen der Durchsteckwand 19 und dem Bein 3 sicherzustellen.The push-through wall 19 has a large opening 30 which is open towards the bottom, this opening 30 serves as a push-through opening for the leg 3 of the patient 2. This opening 30 is suitably sealed against the leg 3 of the patient 2, this is in the drawing shown only very schematically. For example, this can be done by a flexible sealing insert 31, which surrounds the leg 3 of the patient 2 in a tight manner on all sides and which is inserted sealingly into the opening 30 when the push-through wall 19 is inserted into the base plate 4 from above. However, it would also be possible to provide a film or thin-walled flexible sleeve in a similar manner to the opening 24, the push-through wall could also be formed in two parts and be attached to the leg 3 with a flexible sleeve from both sides, here are different Possibilities given to ensure a sealing connection between the push-through wall 19 and the leg 3.
Die Abdeckplatte 21 und die Abschlußwand 18 des Gehäuses 22 sind durchgehend ausgebildet, so daß das Gehäuse 22 mit der Umgebung nur über die Durchstecköffnung 27, die Öffnung im Dichteinsatz 31, die Absaugung 32 und die Abfuhrleitung 9 in Verbindung steht.The cover plate 21 and the end wall 18 of the housing 22 are continuous, so that the housing 22 communicates with the surroundings only through the push-through opening 27, the opening in the sealing insert 31, the suction 32 and the discharge line 9.
In der Rückwand befindet sich etwa auf halber Höhe in der Mitte derselben eine Absaugung 32, die mit einem Absaugschlauch 33 verbunden ist. Die Absaugung 32 tritt im Bereich einer Vertiefung 34 der Rückwand 17 aus dieser aus, und diese Vertiefung 34 nimmt zwei parallel zur Rückwand 17 verlaufende, aneinander liegende Prallplatten 35 und 36 auf, die zwischen sich und der Rückwand 17 einen Zwischenraum 37 freilassen. Im Ausführungsbeispiel der Figur 5 sind die beiden Prallplatten 35 und 36 jeweils durch parallele, schräg zur Bodenplatte 4 angeordnete Lamellen 38, 39 gebildet, dabei ist die Neigung der Lamellen 38 und 39 in den benachbarten Prallplatten 35 und 36 entgegengesetzt gewählt, so daß zwischen den Lamellen 38 und 39 ein labyrinthförmi- ger Durchtritt entsteht. Die Prallplatten 35, 36 liegen etwa der Durchbrechung 24 in der Vorderwand 16 gegenüber.In the rear wall there is a suction device 32, which is connected to a suction hose 33, approximately halfway up in the middle thereof. The suction 32 emerges in the region of a depression 34 of the rear wall 17, and this depression 34 receives two baffle plates 35 and 36 which run parallel to the rear wall 17 and which leave a space 37 between them and the rear wall 17. In the embodiment of Figure 5, the two baffles 35 and 36 are each formed by parallel, arranged obliquely to the base plate 4 slats 38, 39, the inclination of the slats 38 and 39 in the adjacent baffle plates 35 and 36 is chosen opposite, so that between the Slats 38 and 39 form a labyrinthine passage. The baffle plates 35, 36 are approximately opposite the opening 24 in the front wall 16.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Prallplatten 35, 36 durch zueinander parallel verlaufenden Lamellen 38 bzw. 39 ausgebildet, diese Prallplatten 35, 36 könnten auch jeweils wabenförmig ausgebildet sein, wobei diese Waben gegenüber der Oberfläche der Prallplatten 35, 36 geneigt sind, in benachbarten Prallplatten vorzugsweise unterschiedlich. Auch dadurch entsteht ein labyrinthförmiger Durchgang durch die beiden Prallplatten.
Die Prallplatten bestehen aus einem abriebfesten, biokompatiblen Material, beispielsweise aus AI2O3 oder ZrO2.In the illustrated embodiment, the baffle plates 35, 36 are formed by mutually parallel slats 38 and 39, these baffle plates 35, 36 could also each be honeycomb-shaped, these honeycombs being inclined to the surface of the baffle plates 35, 36 in adjacent baffle plates preferably different. This also creates a labyrinthine passage through the two baffle plates. The baffle plates consist of an abrasion-resistant, biocompatible material, for example of Al 2 O 3 or ZrO 2 .
Neben dem Operationstisch 1 ist ein fahrbares Gerät 40 angeordnet, welches in seinem Inneren ein Saugaggregat 41 und einen Flüssigkeitssammelbehälter 42 aufweist, in diesen Flüssigkeitssammelbehälter mündet die Abfuhrleitung 9 ein, und über das Saugaggregat 41 auch der Absaugschlauch 33.In addition to the operating table 1, a mobile device 40 is arranged, which has a suction unit 41 and a liquid collection container 42 in its interior, the discharge line 9 opens into this liquid collection container, and also the suction hose 33 via the suction unit 41.
An der Oberseite des Gerätes 40 ist ein Roboterarm 43 mit mehreren gegeneinander bewegbaren Armabschnitten 44, 45, 46, 47 angeordnet, dieser Roboterarm 43 wird von einer Steuerung 48 im Inneren des Gerätes 40 bewegt. Dieser Roboterarm 43 trägt an seinem freien Ende die Strahleinrichtung 29, die im wesentlichen durch eine Düse gebildet wird, die über einen Schlauch 50 mit einer Flüssigkeit unter sehr hohem Druck versorgt wird. Diese Flüssigkeit wird der Strahleinrichtung 29 von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Hochdruckaggregat unter sehr hohem Druck zugeführt, der Druck kann beispielsweise bei 1000 bar liegen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser.A robot arm 43 with a plurality of arm sections 44, 45, 46, 47 which can be moved relative to one another is arranged on the upper side of the device 40; this robot arm 43 is moved by a controller 48 inside the device 40. This robot arm 43 carries at its free end the jet device 29 which is essentially formed by a nozzle which is supplied with a liquid under very high pressure via a hose 50. This liquid is fed to the jet device 29 from a high-pressure unit, not shown in the drawing, under very high pressure, for example the pressure can be 1000 bar. The liquid is preferably water.
Im Gerät 40 ist weiterhin ein Vorratsbehälter 51 angeordnet, der mit einer Dosierungeinrichtung kombiniert sein kann. In diesem Vorratsbehälter befindet sich ein Abrasivzusatzmittel, das in der Flüssigkeit löslich ist, es kann sich dabei beispielsweise um Zuckerverbindungen handeln, wie sie in der DE 198 04 065 AI beschrieben sind. Dieser Vorratsbehälter 51 steht über einen Schlauch 49 mit der Strahleinrichtung 29 so in Verbindung, daß in der Strahleinrichtung 29 durch die Flüssigkeit Abrasivzusatzmittel angesaugt und in der Strahleinrichtung 29 mit dieser Flüssigkeit vermischt werden, der Strahlkopf
28 der Strahleinrichtung 29 gibt somit ein Gemisch aus unter sehr hohem Druck stehender Flüssigkeit, insbesondere Wasser, und Abrasivpartikeln ab.In the device 40 there is also a storage container 51 which can be combined with a metering device. In this storage container there is an abrasive additive which is soluble in the liquid, for example sugar compounds as described in DE 198 04 065 AI. This reservoir 51 is connected via a hose 49 to the jet device 29 in such a way that abrasive additives are sucked in by the liquid in the jet device 29 and mixed in the jet device 29 with this liquid, the jet head 28 of the jet device 29 thus releases a mixture of liquid under very high pressure, in particular water, and abrasive particles.
In der Darstellung der Figur 1 ist weiterhin sehr schematisch ein Navigationssystem 52 dargestellt, welches mehrere Kameras 53, eine Datenverarbeitungsanlage 54 und einen Monitor 55 umfaßt. Die Datenverarbeitungsanlage 54 ist mit der Steuerung 48 über eine Verbindungsleitung 56 verbunden, diese Verbindung kann gegebenenfalls auch drahtlos erfolgen. Das Navigationssystem 52 umfaßt weiterhin Markierelemente 57 und 58, das Markierelement 57 ist dabei fest verbunden mit der Strahleinrichtung 29, das Markierelement 58 ist fest verbunden mit dem Bein 3 des Patienten 2 oder mit dem Traggestell 14 oder dem Gehäuse 22. All diese Teile sind starr miteinander verbunden, so daß in jedem Fall das Markierelement 58 direkt oder indirekt starr mit dem Bein 3 des Patienten 2 verbunden ist, während das Markierelement 57 starr mit der Strahleinrichtung 29 verbunden ist.In the illustration in FIG. 1, a navigation system 52 is also shown very schematically, which comprises a plurality of cameras 53, a data processing system 54 and a monitor 55. The data processing system 54 is connected to the controller 48 via a connecting line 56, this connection can optionally also be made wirelessly. The navigation system 52 further comprises marking elements 57 and 58, the marking element 57 is firmly connected to the beam device 29, the marking element 58 is firmly connected to the leg 3 of the patient 2 or to the support frame 14 or the housing 22. All these parts are rigid connected to one another, so that in any case the marking element 58 is directly or indirectly rigidly connected to the leg 3 of the patient 2, while the marking element 57 is rigidly connected to the beam device 29.
Das Navigationssystem 52 bestimmt die Position und die Lage der Markierelemente 57, 58 im Raum in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Infrarotstrahlung, die an den Markierelementen 57, 58 reflektiert wird und durch die Kameras 53 aufgenommen werden kann. Dadurch läßt sich die Relativposition der Strahleinrichtung 29 gegenüber dem Bein 3 des Patienten 2 exakt bestimmen.The navigation system 52 determines the position and the position of the marking elements 57, 58 in space in a manner known per se, for example by infrared radiation, which is reflected on the marking elements 57, 58 and can be recorded by the cameras 53. This allows the relative position of the beam device 29 with respect to the leg 3 of the patient 2 to be determined exactly.
Es ist natürlich möglich, zur Positionsbestimmung des Beines 3 mehrere derartige Markierelemente zu verwenden, die beispielsweise über Knochenschrauben an einem Knochen des Beines 3 festgelegt werden können, zusätzlich am Traggestell 14 und am Gehäuse 22, so daß damit zusätzlich eine Kontrolle gegeben ist über die Position dieser Gegenstände. Es ist dadurch z.B. auch mög-
lieh, vor Schließen des Gehäuses die Position des Beines 3 über ein Markierelement am Bein zu bestimmen, danach jedoch indirekt über die Positionsbestimmung des Markierelementes am Gehäuse.It is of course possible to use several such marking elements for determining the position of the leg 3, which can be fixed, for example, by means of bone screws on a bone of the leg 3, additionally on the support frame 14 and on the housing 22, so that there is additionally control over the position of these items. This also makes it possible, for example, lent to determine the position of the leg 3 via a marking element on the leg before closing the housing, but then indirectly via the position determination of the marking element on the housing.
Die Verwendung der beschriebenen chirurgischen Vorrichtung wird nachstehend am Beispiel der Vorbereitung des distalen Endes 59 eines Femurs 60 erläutert, diese Vorbereitung ist notwendig, um auf das distale Ende des Femurs 60 eine die ursprünglichen Gelenkflächen 61 des Femurs 60 ersetzende Endo- prothese 62 aufzusetzen.The use of the described surgical device is explained below using the example of the preparation of the distal end 59 of a femur 60, this preparation is necessary in order to place an endoprosthesis 62 replacing the original articular surfaces 61 of the femur 60 on the distal end of the femur 60.
Für diese Operation wird zunächst die Bodenplatte 4 mittels der Klemmeinrichtung 5 auf dem Operationstisch 1 befestigt, die Abfuhrleitung 9 und der Absaugschlauch 33 können bereits mit dem Gerät 40 verbunden werden. Das Gerät 40 wird bei dieser vorbereitenden Phase vom Operationstisch 1 weggefahren, um einen freien Zugang zum Operationstisch 1 zu ermöglichen.For this operation, the base plate 4 is first attached to the operating table 1 by means of the clamping device 5, the discharge line 9 and the suction hose 33 can already be connected to the device 40. During this preparatory phase, the device 40 is moved away from the operating table 1 in order to allow free access to the operating table 1.
Auf der Bodenplatte 4 ist das Traggestell 14 aufgebaut, und der Patient 2 wird nun so gelagert, daß sein Bein 3 in Beugestellung oberhalb des Traggestells 14 angeordnet ist, in dieser Lage werden sowohl der Oberschenkel als auch der Unterschenkel des Patienten 2 durch die Fixationsstifte 15 des Traggestells 14 festgelegt.The support frame 14 is built up on the base plate 4, and the patient 2 is now positioned so that his leg 3 is arranged above the support frame 14 in the flexion position, in this position both the thigh and the lower leg of the patient 2 are fixed by the fixation pins 15 of the support frame 14 set.
Der Zugang zu dem Bein 3 ist völlig frei, da bisher lediglich die Bodenplatte 4 mit dem Traggestell 14 auf dem Operationstisch 1 angeordnet ist.Access to the leg 3 is completely free, since so far only the base plate 4 with the support frame 14 has been arranged on the operating table 1.
In dieser Lage kann der Operateur das Bein 3 durch vorbereitende operative Schritte öffnen, so daß ein freier Zugang zum distalen Ende des Femurs 60
und insbesondere zu den zu ersetzenden Gelenkflächen 61 gegeben ist (Figur 3).In this position, the surgeon can open the leg 3 through preparatory surgical steps so that there is free access to the distal end of the femur 60 and in particular with regard to the articular surfaces 61 to be replaced (FIG. 3).
Erst nach Vollendung dieser vorbereitenden Operationsschritte wird daraufhin das Gehäuse 22 vervollständigt, es werden also die Vorderwand 16, die Rückwand 17, die Abschlußwand 18 und die Durchsteckwand 19 in die Bodenplatte 4 eingesetzt, dabei wird in der beschriebenen Weise eine Abdichtung des Beines 3 im Bereich der Durchbrechung 30 hergestellt, beispielsweise durch eine flexible Manschette. Schließlich wird das Gehäuse 22 durch die AbdeckplatteOnly after completion of these preparatory surgical steps is the housing 22 then completed, that is to say the front wall 16, the rear wall 17, the end wall 18 and the push-through wall 19 are inserted into the base plate 4, in the manner described a sealing of the leg 3 in the area the opening 30 is produced, for example by a flexible sleeve. Finally, the housing 22 through the cover plate
21 dicht verschlossen.21 tightly closed.
In einem nächsten Schritt wird das Gerät 40 so an das Gehäuse 22 herangefahren, daß die Strahleinrichtung 29 durch die Durchstecköffnung 27 hindurchgesteckt werden kann und mit ihrer Düse in den Innenraum 23 des GehäusesIn a next step, the device 40 is moved towards the housing 22 in such a way that the jet device 29 can be pushed through the through opening 27 and with its nozzle into the interior 23 of the housing
22 hineinragt (Figur 5).22 protrudes (Figure 5).
Das Navigationssystem 52 kann dabei die Relativposition der Strahleinrichtung 29 gegenüber dem am Traggestell 14 fixierten Femur 60 genau bestimmen.The navigation system 52 can precisely determine the relative position of the beam device 29 relative to the femur 60 fixed to the support frame 14.
Die Daten des Femurs 60 können in an sich bekannter Weise unterschiedlich gewonnen werden. Beispielsweise ist es möglich, durch Schnittbildaufnahmen mittels der Computertomographie einen dreidimensionalen Datensatz zu erzeugen, der in der Datenverarbeitungsanlage 54 gespeichert wird und der auf dem Monitor 55 sichtbar gemacht wird. Dieser Anzeige des Monitors 55 kann die jeweilige Position der Strahleinrichtung 29 ortsrichtig überlagert werden, so daß der Operateur auf dem Monitor 55 die Relativpositionierung erkennen kann.
Bei einem anderen Verfahren werden die Daten des Femurs 60 vor der Operation bestimmt, und zwar vor dem Festlegen des Beines 3 am Traggestell 14. In diesem Falle kann beispielsweise durch Verwendung mehrerer Markierelemente an verschiedenen Teilen des Beines durch Bewegung des Beines auf dynamischem Wege festgestellt werden, wo die Gelenkmittelpunkte in der Hüfte, im Knie und im Knöchel liegen, aus diesen Daten lassen sich Bezugsgeraden bestimmen, die dann für die Anordnung von Schnittebenen Verwendung finden. Auch in diesem Falle werden die so gewonnenen Daten in die Datenverarbeitungsanlage 54 eingespeist und dort gespeichert, so daß beim Operationsablauf dann der Operateur am Monitor 55 genau die Relativposition der Strahleinrichtung 29 relativ zu dem Femur 60 oder den auf diese Weise bestimmten Durchtrennungsebenen erkennen kann.The data of the femur 60 can be obtained differently in a manner known per se. For example, it is possible to generate a three-dimensional data record by means of sectional image recordings using computer tomography, which data record is stored in the data processing system 54 and is made visible on the monitor 55. The respective position of the beam device 29 can be superimposed on this display of the monitor 55, so that the operator can recognize the relative positioning on the monitor 55. In another method, the data of the femur 60 are determined before the operation, specifically before the leg 3 is fixed on the support frame 14. In this case, for example, by using several marking elements on different parts of the leg, movement of the leg can be determined in a dynamic way , where the centers of the joints lie in the hip, knee and ankle, reference lines can be determined from this data, which are then used for the arrangement of sectional planes. In this case too, the data obtained in this way are fed into the data processing system 54 and stored there, so that during the operation, the surgeon can then use the monitor 55 to recognize precisely the relative position of the beam device 29 relative to the femur 60 or the severing planes determined in this way.
Die Datenverarbeitungsanlage kann über die Steuerung 48 den Roboterarm 43 so steuern, daß die Richtung des von der Strahleinrichtung 29 abgegebenen Strahles relativ zu dem Femur 60 genau eingehalten ist, und diese Einstellung wird über das Navigationssystem 52 laufend kontrolliert und gegebenenfalls korrigiert. Sobald die richtige Ausgangsstellung erzielt ist, wird der Strahleinrichtung 29 durch das Hochdruckaggregat Flüssigkeit unter hohem Druck zugeführt, diese Flüssigkeit enthält in der beschriebenen Weise Abrasivpartikel und wird in Form eines scharf gebündelten Flüssigkeitsstrahls so gegen den Femur 60 gelenkt, daß dieser beim Aufprall der Flüssigkeitspartikel und der Abrasivpartikel durchtrennt wird.The data processing system can control the robot arm 43 via the control 48 in such a way that the direction of the beam emitted by the beam device 29 relative to the femur 60 is exactly maintained, and this setting is continuously checked and, if necessary, corrected via the navigation system 52. As soon as the correct starting position has been achieved, the jet device 29 is supplied with liquid under high pressure by the high-pressure unit, this liquid contains abrasive particles in the manner described and is directed in the form of a sharply focused liquid jet against the femur 60 in such a way that the latter upon impact of the liquid particles and the abrasive particle is severed.
Nach dem Durchtrennen trifft der Flüssigkeitsstrahl mit immer noch hoher Energie und hohem Druck auf die Prallplatten 35, 36 auf, ändert in diesen mehrfach seine Strömungsrichtung und gibt dabei seine Energie an die Prallplatten 35 und 36 ab, so daß die Flüssigkeitsteile nach dem Durchtritt durch
die Prallplatten 35 und 36 anschließend in den Zwischenraum 37 gelangen und von dort nach unten abfließen, von dort werden sie teilweise durch die Absaugung 32 entfernt, teilweise laufen sie an den seitlichen Wänden und sammeln sich in der Aufnahmekammer 7, sowohl über den Absaugschlauch 33 als auch über die Abfuhrleitung 9 gelangen die Flüssigkeitsteilchen anschließend in den Flüssigkeitssammelbehälter 42 des Gerätes 40 und verbleiben dort bis zum Ende der Operation.After severing, the liquid jet hits the baffle plates 35, 36 with still high energy and high pressure, changes its direction of flow several times and releases its energy to the baffle plates 35 and 36, so that the liquid parts pass through the baffles 35 and 36 then get into the space 37 and flow down from there, from there they are partly removed by the suction 32, partly they run on the side walls and collect in the receiving chamber 7, both via the suction hose 33 and the liquid particles then also reach the liquid collection container 42 of the device 40 via the discharge line 9 and remain there until the end of the operation.
Über die Steuerung 48 wird der Roboterarm 43 nun so gesteuert, daß der Flüssigkeitsstrahl 63 das distale Ende 59 des Femurs 60 für die Aufnahme der Endoprothese 62 vorbereitet. Zunächst wird dabei an dem freigelegten distalen Ende 59 des Femurs 60 ein anteriorer Femurschnitt durchgeführt (Figur 6) gefolgt von einem vorderen Schrägschnitt (Figur 7), daran schließt sich ein distaler Femurschnitt an, so daß am distalen Ende 56 des Femurs 60 drei jeweils um 45° zur benachbarten Ebene geneigte Schnittebenen 64, 65 und 66 entstehen (Figur 8).The robot arm 43 is now controlled via the controller 48 such that the liquid jet 63 prepares the distal end 59 of the femur 60 for the reception of the endoprosthesis 62. First of all, an anterior femoral incision is made on the exposed distal end 59 of the femur 60 (FIG. 6), followed by a front oblique incision (FIG. 7), followed by a distal femoral incision, so that the distal end 56 of the femur 60 is three each Cutting planes 64, 65 and 66 inclined at 45 ° to the adjacent plane are produced (FIG. 8).
An die distale Schnittebene 66 schließen sich zwei weitere Schnittebenen 67 und 68 an, die ebenfalls um etwa 45° gegenüber den benachbarten Ebenen geneigt sind. Um den posterioren Femurschnitt für die Schnittebene 68 ausführen zu können, muß gleichzeitig dafür Sorge getragen werden, daß der Femur 60 und auch das umgebende Weichteilgewebe nicht beschädigt werden, und zu diesem Zweck wird vor Ausführung des posterioren Femurschnittes ein plattenförmiges Prallelement 69 neben den Femur 60 eingeschoben, wobei es etwa parallel zum Femur verläuft und diesen posterior abdeckt (Figur 9). In dem Prallelement 69, das aus biokompatiblem und verschleißfestem Material besteht, beispielsweise aus AI2O3- oder ZrO2-Keramik - befinden sich Absauglöcher 70, die über in der Zeichnung nicht dargestellte Kanäle im Inneren des
Prallelementes 69 mit einer Absaugleitung 71 verbunden sind, die ihrerseits entweder zum Absaugschlauch 33 oder direkt zum Saugaggregat 41 im Gerät 40 führt. Zu diesem Zweck kann eine abgedichtete Durchführung am Gehäuse 22 vorgesehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist (Figur 9).The distal cutting plane 66 is followed by two further cutting planes 67 and 68, which are also inclined by approximately 45 ° with respect to the adjacent planes. In order to be able to perform the posterior femoral cut for the cutting plane 68, care must be taken at the same time that the femur 60 and also the surrounding soft tissue are not damaged, and for this purpose a plate-shaped impact element 69 next to the femur 60 is made before the posterior femoral cut is carried out inserted, whereby it runs approximately parallel to the femur and covers it posteriorly (FIG. 9). In the impact element 69, which consists of biocompatible and wear-resistant material, for example made of Al 2 O 3 - or ZrO 2 ceramic - there are suction holes 70, which are not shown in the drawing channels inside the Impact element 69 are connected to a suction line 71, which in turn leads either to the suction hose 33 or directly to the suction unit 41 in the device 40. For this purpose, a sealed bushing can be provided on the housing 22, which is not shown in the drawing (FIG. 9).
Auf das in dieser Weise mit fünf Schnittebenen 64 bis 68 versehene distale Ende 59 des Femurs 60 kann dann die Endoprothese 62 diese Schnittebenen abdeckend aufgesetzt werden, so daß dadurch neue Gelenkflächen 72 am Femur 60 festgelegt werden.The endoprosthesis 62 can then be placed covering the cutting planes on the distal end 59 of the femur 60 provided with five cutting planes 64 to 68, so that new articular surfaces 72 are thereby fixed on the femur 60.
Das Aufsetzen der Endoprothese 62 erfolgt nach Abschluß der Durchtrennung des Femurs 60. Sobald diese Durchtrennung beendet ist, können die oberen Teile des Gehäuses 22 wieder entfernt werden, es bleibt dann nur noch die Bodenplatte 4 mit dem Traggestell 14 und dem daran festgelegten Bein 3 auf dem Operationstisch 1 zurück, so daß der Chirurg wieder freien Zugang zu dem nunmehr in der gewünschten Weise bearbeiteten distalen Ende 59 des Femurs 60 hat, er kann dann auch unbehindert die Endoprothese 62 aufsetzen und die Operation in der gewohnten Weise zu Ende führen.The endoprosthesis 62 is put on after completion of the severing of the femur 60. As soon as this severing has been completed, the upper parts of the housing 22 can be removed again, leaving only the base plate 4 with the support frame 14 and the leg 3 attached to it back to the operating table 1, so that the surgeon again has free access to the distal end 59 of the femur 60 which has now been machined in the desired manner, he can then also put on the endoprosthesis 62 unhindered and complete the operation in the usual manner.
Nachstehend werden noch einmal die für eine solche Operation notwendigen Einzelschritte für verschiedene Varianten dieser Operation zusammengefaßt wiedergegeben:The individual steps required for such an operation for various variants of this operation are summarized below:
Variante I:Variant I:
1. Vorbereitende Maßnahmen
1.1 Lagerung des Patienten auf Operationstisch, gegebenenfalls Anlage einer Blutsperre1. Preparatory measures 1.1 Position the patient on the operating table, if necessary create a tourniquet
1.2 Steriles Abwaschen und Abdecken des Beines. Die Abdeckung ist dabei abhängig davon, ob auch die Hüfte abgedeckt wird, in diesem Fall ist keine Blutsperre möglich.1.2 Sterile washing and covering of the leg. The coverage depends on whether the hip is also covered, in this case no tourniquet is possible.
1.3 Der Operationstisch wird mit einem speziellen Operationstuch abgedeckt, dieses weist Löcher auf, durch die hindurch das Oberteil der Bodenplatte mittels des Unterteils der Bodenplatte am Operationstisch befestigt werden kann.1.3 The operating table is covered with a special operating cloth, which has holes through which the upper part of the base plate can be attached to the operating table by means of the lower part of the base plate.
1.4 Die Bodenplatte wird am Operationstisch befestigt, und zwar zusammen mit dem Traggestell.1.4 The base plate is attached to the operating table, together with the support frame.
Operationsbeginnoperation start
2.1 Das Bein des Patienten wird durch die Durchbrechung 30 der Durchsteckwand hindurchgeführt, diese aber noch nicht in das Gehäuse eingesetzt, sondern das Bein wird nach dem Durchstecken auf dem Traggestell positioniert und fixiert.2.1 The patient's leg is passed through the opening 30 of the push-through wall, but this is not yet inserted into the housing, but the leg is positioned and fixed on the support frame after being pushed through.
2.2 Das Knie wird durch einen medianen Hautschnitt eröffnet und der Zugang wird zur Darstellung des Femurs über das distale Drittel desselben erweitert.
2.3 Alternative: Die Festlegung des Beins am Traggestell kann auch erst nach der Eröffnung des Knies erfolgen.2.2 The knee is opened through a median skin incision and the access is extended over the distal third to display the femur. 2.3 Alternative: The leg can only be attached to the support frame after the knee has been opened.
2.4 Die Weichteile werden mit Retraktoren auseinandergezogen, so daß ein freier Zugang zum distalen Ende des Femurs gegeben ist.2.4 The soft tissues are pulled apart with retractors so that there is free access to the distal end of the femur.
2.5 Die Vorderwand, die Rückwand, die Abschlußwand, die Durchsteckwand und die Abdeckplatte werden zu einem geschlossenen Gehäuse zusammengefügt.2.5 The front wall, the rear wall, the end wall, the push-through wall and the cover plate are assembled into a closed housing.
2.6 Durch die Durchstecköffnung wird die Strahleinrichtung in das Innere des Gehäuses eingeführt.2.6 The beam device is inserted into the interior of the housing through the push-through opening.
2.7 Computertomographiebilder des Beines werden auf dem Monitor dargestellt, ebenso die Strahleinrichtung. Die Strahleinrichtung wird dabei lagerichtig über die Darstellung des Femurs eingeblendet, die relative Zuordnung erfolgt über Markerpunkte (Referenzstifte).2.7 Computed tomography images of the leg are shown on the monitor, as is the beam device. The beam device is shown in the correct position over the representation of the femur, the relative assignment is made via marker points (reference pins).
Femurendoprothese mit fünf ResektionsebenenFemoral endoprosthesis with five levels of resection
3.1 Es werden nacheinander der anteriore Femurschnitt, der vordere Schrägschnitt und der distale Femurschnitt ausgeführt, gegebenenfalls auch noch der hintere Schrägschnitt.3.1 The anterior femoral incision, the front oblique incision and the distal femoral incision are made one after the other, if necessary also the posterior oblique incision.
3.2 Vor dem hinteren Schrägschnitt oder danach wird das zusätzliche Prallelement eingeführt, dies kann entweder nach Öffnung des
Gehäuses erfolgen oder durch eine weitere Durchbrechung in der Wand des Gehäuses, die nach Art eines Chemikalienmanipulator- gefässes eine abgedichtete Durchgreiföffnung aufweist, beispielsweise unter Ausbildung eines flexiblen Handschuhs.3.2 The additional impact element is inserted before or after the rear bevel cut, this can either be done after opening the Housing take place or through a further opening in the wall of the housing, which has a sealed reach-through opening in the manner of a chemical manipulator vessel, for example with the formation of a flexible glove.
3.3 Die fehlenden Schnitte werden ausgeführt.3.3 The missing cuts are made.
3.4 Das Gehäuse wird entfernt, die abgetrennten Knochenstücke werden entweder nach jedem Sägeschnitt oder nach Herstellung aller Sägeschnitte manuell entfernt.3.4 The housing is removed, the cut pieces of bone are removed either after each saw cut or after all saw cuts have been made.
3.5 Nach Entfernung des Gehäuses wird die Endoprothese aufgesetzt.3.5 After removing the housing, the endoprosthesis is put on.
Daran schließen sich herkömmliche Vorgänge zum Wundverschluß an.This is followed by conventional procedures for wound closure.
Variante II:Variant II:
Alle Verfahrensschritte laufen gleich ab, es wird jedoch auf dem Monitor nicht ein dreidimensionaler, durch Computertomographie gewonnener Datensatz der knöchernen Struktur dargestellt, sondern die geometrischen Daten des Beines werden vor Festlegung des Beines auf dem Traggestell durch Beugung des Beines an verschiedenen Gelenken und durch andere Bewegungen des Beines mit Hilfe des Navigationssystems festgestellt und zur Berechnung von Vorzugsrichtungen der herzustellenden Schnittebenen verwendet.
All process steps are the same, but the monitor does not show a three-dimensional data record of the bony structure obtained by computer tomography, but the geometric data of the leg are determined by bending the leg at various joints and by other movements before the leg is fixed on the support frame of the leg with the help of the navigation system and used to calculate preferred directions of the cutting planes to be produced.