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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Knochengewebe,
insbesondere zum beschleunigten Aufreiben eines Markkanals gemäss dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Eine
grosse Vielfalt von Vorrichtungen zum Herausschneiden und Entfernen
von Knochengewebe ist nach dem Stand der Technik bekannt. Beispiele dafür sind unter
anderem in dem U.S.-Patent Nr. 5.269.785, Bonutti, dem U.S.-Patent
Nr. 4.830.000, Shutt, und in dem U.S.-Patent Nr. 5.190.548, Davis, beschrieben.
Im allgemeinen kommt bei diesen und ähnlichen Vorrichtungen eine
rotierende, bohrerähnliche
und am distalen Ende der Antriebswelle angeordnete Schneidspitze
zum Einsatz. Knochenschneidevorrichtungen zur Verwendung beim Aufreiben
des Markkanals verwenden typischerweise eine biegsame Antriebswelle,
da die Markkanäle
von Knochen selten gerade verlaufen und üblicherweise stets eine gewisse
Krümmung
aufweisen. Die meisten Reibahlen weisen auch eine durch die Reibahle
und die Antriebswelle hindurch verlaufende Zentralbohrung auf. Die
Zentralbohrung ist dazu bestimmt, einen langen Führungsstift bzw. -draht von
geringem Durchmesser aufzunehmen, welcher zu Beginn in den Markkanal eingeführt wird
und der als Spurführung
beim Voranbewegen der Reibahle dient.
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Reibahlen
werden in der orthopädischen Chirurgie
dazu verwendet, um Markkanäle
von Knochen für
eine grosse Vielfalt von Operationsverfahren vorzubereiten. Solche
Verfahren beinhalten einen totalen Hüftgelenkersatz, einen totalen
Kniegelenkersatz, die Nageleinführung
zur Stabilisierung einer Röhrenknochenfraktur,
eine intramedulläre
Osteotomie, sowie die Gewinnung von Knochenspänen zu Transplantationszwecken.
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Vom
mechanischen und vom biologischen Standpunkt aus gesehen ist das
Aufreiben des Markraums von besonderem Nutzen für die Leistungsverbesserung
von Implantaten. Im speziellen wird durch das Aufreiben der Markkanal
erweitert, so dass Implantate mit einem grösseren Durchmesser eingesetzt
werden können.
Diese Implantate mit grösserem
Durchmesser sind weniger gebrechenanfällig. Gewisse Frakturen machen
nämlich
ein verstärktes Aufreiben
nötig,
so dass grössere
Implantate verwendet werden können.
Bei einem Verzicht auf das Aufreiben ist der Chirurg bei der Auswahl
des Implantatdurchmessers auf eine Schätzung "über
den Daumen" angewiesen.
In der medizinischen Fachliteratur finden sich zahlreiche Fallstudien,
in denen die nachteiligen Folgen einer ungenauen Schätzung aufgezeigt
werden.
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Das
Aufreiben schafft eine direkte Messung des Durchmessers des Markkanals
und ermöglicht somit
die Auswahl eines Implantats, welches den Kanal genau ausfüllt. Als
Folge daraus wird durch die Erzielung eines endostalen Kontakts
die Stabilität
der Frakturstelle erhöht.
Wenn Implantate den Markkanal nicht ausfüllen, kommt es zu einer verminderten Lastaufteilung
zwischen dem Implantat und dem Knochen. Dadurch wird die Belastung,
die auf das Implantat übertragen
wird, erhöht,
und es kommt leichter zu einem Implantatbruch und auch zu einer Beanspruchungsabschirmung
des Knochens.
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Trotz
dieser Vorteile sind auch negative Auswirkungen des Markkanalaufreibens
bekannt geworden, wobei insbesondere die derzeit verwendeten Verfahren
zum Aufreiben des Markraums zu einer Temperatur- und Druckerhöhung führen können. Wie bei jedem Verfahren,
bei dem Material entfernt wird, kommt es auch beim Aufreiben zu
einer Wärmebildung.
Ausserdem wird während
des Aufreibvorgangs im Markraum ein hydraulischer Druck aufgebaut,
der den blutdruckbedingten Normaldruck bei weitem übersteigt.
Die Reibahle wirkt wie ein Hydraulikkolben in der Knochenmarkhöhle, und
wenn der Inhalt des Markkanals, der aus einer Mischung aus gelbem Knochenmark,
Blut, Blutgerinnsel und Knochendebris besteht, in den Blutstrom
gelangt, kann es zu einer Embolie kommen. Es konnte eine Verbindung festgestellt
werden zwischen übermässiger Erwärmung und
einem erhöhten
Auftreten von aseptischer Nekrose der Kortikalis sowie zwischen
erhöhtem Druck
und einem erhöhten
Risiko des Auftretens von Fettemboli. Zu diesen Komplikationen kann
es bei Patienten leichter kommen, wenn schwächende Faktoren, wie z.B. eine
Lungenkontusion, Mehrfachtraumata oder eine pulmonale Störung vorliegen.
In solchen Situationen würde üblicherweise
das bevorzugte Aufreibverfahren aufgrund der damit verbundenen, erhöhten Risiken
nicht zum Einsatz kommen.
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Es
existieren verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Verringerung
des sich während des
Aufreibvorgangs aufbauenden Markraumdrucks. Beispielsweise konnte
im Fall eines prothetischen Gelenkersatzes gezeigt werden, dass
durch ein distales Lüftungsloch,
eine breite Einführöffnung und eine
modifizierte Technik zur Zementeinbringung jeweils der Druck und
damit die Wahrscheinlichkeit einer Fettembolie mehr oder weniger
erfolgreich vermindert werden konnte. Lüftungslöcher im Knochen zeigen nur
wenig Wirkung, da ihr Durchmesser typischerweise zu gering ist und
beim Vorantreiben der Reibahle örtliche
Spitzenwerte aufgenommen werden müssen. Auch wird durch ein geringeres
Aufreiben des Markkanals eine Druckerhöhung nicht vermieden. Auch
bei Reibahlen mit kleinem Durchmesser kann es nämlich zu einem hohen Druck
kommen.
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Eine
weitere Technik, die Verwendung gefunden hat, um die Temperatur
und den Druck zu vermindern, besteht darin, den Aufreibvorgang in
mehreren Schritten durchzuführen
und bei jedem Schritt eine grössere
Reibahlengrösse
zu verwenden. Dies hat zur Folge, dass die Aufreibverfahren langsam, unter
Aufwendung von sanftem Druck und in mehreren Arbeitsgängen vor
sich gehen. Gewöhnlich
wird das Aufreiben bis zum Erreichen der Knochen-Kortikalis in Inkrementen von 1 mm Durchmesser
durchgeführt
und anschliessend in 0,5 mm-Inkrementen. In dieser Hinsicht erfolgt
der Aufreibvorgang mit geringerer Druckkraft und der Markraumdruck
kann unter Verwendung dieses langsamen Verfahrens mit den meisten
Aufreibvorrichtungen auf einfache Weise verringert werden. Ein rascherer Aufreibvorgang
mit weniger Arbeitsgängen
wäre wünschenswert,
um die Operationszeit und die Kosten der medizinischen Behandlung
zu senken.
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Ein
weiterer mit diesen aktuellen Vorrichtungen und Verfahren verbundener
Nachteil besteht in der Wiederverwendung der Reibahlen. Da die derzeit verwendeten
Methoden den Gebrauch von mehreren Reibahlen mit unterschiedlicher
Grösse
erfordern, um eine einzige, grosse Öffnung in dem Markkanal zu
schaffen, werden die Reibahlen für
gewöhnlich
bei hintereinander erfolgenden Aufreibverfahren wiederverwendet.
Daraus ergibt sich, dass die Reibahlen mit der Zeit stumpf werden
können
und deren weitere Verwendung somit zu grösserem Markraumdruck und zu
einer grösseren
Zunahme der Kortikalistemperatur führen kann. Folglich ist die
Sorgfalt und Umsicht der Chirurgen und des Operationssaalpersonals
im Sinne einer schonenden Behandlung und eines gegebenenfalls erforderlichen
Auswechselns der Reibahlen anstrengend und kostspielig. Eine Einweg-Vorrichtung
ist wünschenswert,
um die Probleme zu vermeiden, welche mit der im Lauf der Zeit erfolgenden
Abstumpfung der Reibahlen verbundenen sind.
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Ein
weiterer Nachteil der derzeit in Gebrauch befindlichen Vorrichtungen
besteht in der Verwendung von Reibahlenausführungen mit flachen Nuten und
breiten Schäften.
Es konnte gezeigt werden, dass Reibahlen mit kleinen Schäften und
tiefen Nuten vorteilhafter für
die Reduzierung des Drucks und der Temperatur in dem Markraum sind.
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Es
besteht somit ein Bedarf an einer Vorrichtung und einem Verfahren
zum Aufreiben des Markkanals mit erhöhter Geschwindigkeit, ohne
dass sich dabei das Risiko der Bildung von Fettemboli und einer
wärmebedingten
Nekrose beim Herausschneiden und Entfernen von Knochengewebe erhöht.
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Die
Erfindung löst
dieses Problem mit einer Vorrichtung zum Entfernen von Knochengewebe, insbesondere
zum beschleunigten Aufreiben eines Markkanals, das durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist.
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Vorzugsweise
sind zumindest fünf
Schneidemesser vorhanden und jedes Schneidemesser weist zumindest
drei planare Oberflächen
auf.
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In
einer Ausführungsform
weist jedes Schneidemesser eine vordere Schneidkante auf, welche
durch die Schnittlinie zwischen der inneren Schneidemesserwand und
einer der planaren Oberflächen
gebildet wird. Diese vordere Schneidkante kann in einem Winkel von
ungefähr
30° bis
45° in Bezug
auf die Längsachse
des röhrenförmigen Schafts ausgerichtet
sein. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet
der spiralförmige
seitliche Schneidabschnitt weiterhin eine seitliche Schneidkante,
welche durch die Schnittlinie zwischen der inneren Schneidemesserwand
und der äusseren
Schneidemesserwand gebildet wird.
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Die
Antriebswelle und der Reibahlenkopf können jeweils mit einer Kannulierung
versehen sein. Diese beiden Kannulierungen sind miteinander fluchtend
ausgerichtet und bilden einen Mittelkanal, wenn der röhrenförmige Schaft
mit der Antriebswelle in Eingriff steht. Dieser Kanal hat unter
anderem dem Zweck, einen Führungsdraht
aufzunehmen, der dazu dient, die Vorrichtung in dem Markkanal zu
führen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Vorrichtung beinhaltet ein Absaugrohr zum Entfernen von abgetragenem
Material, das von dem Reibahlenkopf gebildet wird. Das Absaugrohr
hat eine Sammelleitungsanordnung an einem proximalen Ende, ein Reibahlenkopf-Befestigungsteil an
einem distalen Ende und ein Lumen, das entsprechend ausgelegt und
dimensioniert ist, um die Antriebswelle aufzunehmen. Vorzugsweise
steht der Mittelkanal in Fluidverbindung mit einer Irrigationsquelle,
um eine Irrigation des Schneidkopfes zu ermöglichen. Die Sammelleitungsanordnung
kann einen mit der Irrigationsquelle verbundenen Irrigationsanschluss
und eine mit dem Irrigationsanschluss in Fluidverbindung stehende
Irrigationskammer beinhalten. Das Irrigationsfluid strömt von der Irrigationskammer
durch eine in der Antriebswelle ausgebildete Öffnung in den Mittelkanal.
In einer Ausführungsform, bei
welcher der Reibahlenkopf grösser
ist als das Absaugrohr, hat das Reibahlenkopf-Befestigungsteil ein im
wesentlichen kugelförmiges
Aussenprofil.
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Das
distale Ende des Lumens des Absaugrohrs steht in Fluidverbindung
mit den Nuten des Reibahlenkopfs und das proximale Ende des Lumens
steht in Fluidverbindung mit einer Absaugquelle. Vorzugsweise beinhaltet
die Sammelleitungsanordnung einen mit der Absaugquelle verbundenen Absauganschluss,
der bei der Entfernung des abgetragenen Materials behilflich ist.
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Bevorzugte
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Zeichnungen
offengelegt, in denen ähnliche
Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten jeweils auf ähnliche
Elemente verweisen, und in denen:
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1A eine
von der linken Seite aus gezeigte Perspektivansicht einer Ausführungsform
der erfindungsgemässen
Reibahlenvorrichtung darstellt;
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1B eine
von der rechten Seite aus gezeigte Perspektivansicht der Vorrichtung
aus 1A darstellt;
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2 eine
Draufsicht auf die Reibahlenvorrichtung aus den 1A und 1B darstellt;
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3 eine
Querschnittsansicht der Vorrichtung entlang der Linie A-A aus 2 darstellt;
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4 eine
Perspektivansicht einer Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Antriebswellenanordnung darstellt;
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5 eine
Seitenansicht einer Ausführungsform
eines erfindungsgemässen
Reibahlenkopfes darstellt;
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6 eine
Vorderansicht des Reibahlenkopfes aus 5 darstellt;
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7 eine
Rückansicht
des Reibahlenkopfes aus 5 darstellt;
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8 eine
perspektivische Vorderansicht des Reibahlenkopfes aus 5 darstellt;
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9 eine
perspektivische Rückansicht
des Reibahlenkopfes aus 5 darstellt;
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10 eine
vergrösserte
Ansicht der Seitenansicht aus 5 darstellt;
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11 eine
vergrösserte
und teilweise fragmentierte Perspektiv- und Querschnittsansicht
der in den 1A und 1B gezeigten
Reibahle darstellt;
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12 ein
exemplarisches Beispiel eines Graphen darstellt, der eine Druck-Zeit-Kurve
eines Systems ausdrückt,
in welchem die Reibahle aus 1, der
Reibahlenkopf aus 5 und die Antriebswellenanordnung
aus 4 zum Einsatz kommen;
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13 eine
Perspektivansicht eines Abschnittes der Antriebswellenanordnung
aus 4 mit einem in die Kannulierung der Antriebswelle
eingeführten
Führungsdraht
darstellt;
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14 eine
Querschnittsansicht der Antriebswellenanordnung entlang der Linie
A-A aus 13 darstellt;
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15 eine
Draufsicht auf eine andere Ausführungsform
einer erfindungsgemässen
Reibahlenvorrichtung darstellt;
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16 eine
perspektivische Vorderansicht einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Reibahlenkopfes
darstellt; und
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17 eine
vergrösserte
Ansicht der Seitenansicht des Reibahlenkopfes aus 16 darstellt.
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Gleiche
oder ähnliche
Elemente wurden angemessenerweise in den verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung, welche in den Zeichnungen dargestellt sind, mit denselben
Bezugszeichen versehen. Weiterhin sind jegliche in der nachfolgenden
Beschreibung vorkommenden Bezugnahmen auf eine Ausrichtung oder
eine Richtung in erster Linie zur anschaulicheren Darstellung gedacht
und es ist keineswegs beabsichtigt, den Umfang der Erfindung dadurch
in irgendeiner Art einzuschränken.
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In
den 1–3, auf welche
nun Bezug genommen wird, umfasst eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Reibahle 10 einen an
einem distalen Ende der Reibahle 10 angeordneten und zum
Aufreiben eines Markkanals bestimmten Reibahlenkopf 20,
ein Absaugrohr 13 zur Absaugung und Entfernung des von
dem Reibahlenkopf 20 gebildeten, emulgierten Knochen- und
sonstigen Materials, ein Reibahlenkopf-Befestigungsteil 14 zum
Festhalten des Reibahlenkopfes 20 auf dem Absaugrohr 13 bei
gleichzeitiger Rotationsmöglichkeit
des Reibahlenkopfes 20 in Bezug auf das Absaugrohr 13,
und eine an einem proximalen Ende der Reibahle 10 befindliche
Sammelleitungsanordnung 12. Der Begriff 'distal' bezeichnet gemäss seiner
in dieser Anmeldung gewählten
Verwendung somit das in der Nähe des
Reibahlenkopfes 20 gelegene Ende bzw. die zu dem vorderen
Bereich der Reibahle 10 hin weisende Richtung und der Begriff 'proximal' bezeichnet das in der
Nähe der
Sammelleitungsanordnung 12 gelegene Ende bzw. die zu dem
hinteren Bereich der Reibahle 10 hin weisende Richtung.
Der Begriff 'longitudinal' bezeichnet eine
zentral zu dem Absaugrohr 13 verlaufende Achse.
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Das
Absaugrohr 13 ist flexibel, so dass es sich entsprechend
der Krümmung
des Knochens biegen lässt
und ist vorzugsweise aus einem halbdurchsichtigen Material gefertigt,
so dass das abgesaugte Material überwacht
werden kann. Die Sammelleitungsanordnung 12 weist einen
Irrigationsanschluss 15 und einen Absauganschluss 16 auf,
welche jeweils zum Anschluss an eine Irrigationsquelle bzw. an ein
Absaugmittel dienen. Am proximalen Ende der Sammelleitungsanordnung 12 befindet
sich eine Antriebswellenkupplung 17. Die Antriebswellenkupplung 17 kann
auf einfache Weise an einer Antriebswelle oder einem anderen Mittel
zum In-Rotation-Versetzen
des Reibahlenkopfes 20 befestigt bzw. wieder davon gelöst werden.
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4 zeigt
eine Antriebswellenanordnung 100, welche gemeinsam mit
der Reibahle 10 dazu verwendet werden kann, den Reibahlenkopf 20 in Rotation
zu versetzen, und zwar mit einer zum Aufreiben des Markkanals ausreichenden
Drehzahl. Durch die Verwendung einer Antriebswellenanordnung 100 gemeinsam
mit der Reibahle 10 (oder eines beliebigen modularen Systems,
bei welchem das Antriebsmittel in einer von der Reibahle unabhängigen Baueinheit
enthalten ist) wird es möglich,
die Antriebswellenanordnung 100 mit zahlreichen verschiedenen Reibahlen
zu benutzen. Diese Modularität
ist insofern vorteilhaft, als verschiedene Patienten und verschiedene
klinische Bedingungen die Verwendung unterschiedlich dimensionierter
Reibahlenköpfe
erforderlich machen. Ausserdem wirken sich die durch das Knochenaufreiben
bedingten Verschleiss- und Abnutzungserscheinungen auf den Reibahlenkopf und
nicht auf das Antriebsmittel aus. Somit kann es sich bei der Reibahle 10 um
einen einmalig zu benutzenden Wegwerfartikel handeln, wohingegen
die Antriebswellenanordnung 100 über eine längere Zeitdauer hinweg verwendet
werden kann.
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Die
Antriebswellenanordnung 100 beinhaltet eine flexible Antriebswelle 102 mit
einem an dem distalen Ende angeordneten Reibahlenkopf-Anschlussteil 104,
um den Reibahlenkopf 20 lösbar in Eingriff zu bringen,
so dass der Reibahlenkopf 20 sich dreht, wenn die flexible
Antriebswelle 102 sich dreht, einen Energiequellen-Anschluss 106 zum
Anschluss an eine Energiequelle, um die Antriebswelle 102 in
Rotation zu versetzen, und eine Sammelleitungskupplung 108,
welche zwischen dem Reibahlenkopf-Anschlussteil 104 und dem zur
Aufnahme der Antriebswellenkupplung 17 dienenden Energiequellen-Anschluss 106 angeordnet
ist. Die Antriebswelle 102 ist entsprechend dimensioniert,
um in das Lumen des Absaugrohrs 13 zu passen. Es ist jedoch,
wie später noch
im Detail beschrieben werden wird, ausreichend Raum zwischen der
Aussenwand der Antriebswelle 102 und der Innenwand des
Absaugrohrs 13 vorhanden, um einen Transport des angesaugten Materials
von dem Reibahlenkopf 20 durch das Absaugrohr 13 zu
dem Absauganschluss 16 zu ermöglichen. Wie weiter oben für das Absaugrohr 13 beschrieben,
ist auch die Antriebswelle 102 flexibel, um sich einer
beliebigen Krümmung
des aufzureibenden Knochens anzupassen. Die Antriebswelle 102 weist eine
Kannulierung 110 zur Aufnahme eines Führungsdrahtes 120 auf.
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Wie
am besten aus den 11, 13 und 14 ersichtlich,
ist zwischen der Aussenwand des Führungsdrahtes 120 und
der Innenwand der Kannulierung 110 genügend Raum vorhanden, um den Transport
eines Irrigationsfluids von dem Irrigationsanschluss 15 über die
Kannulierung 110 zu dem Reibahlenkopf 20 zu ermöglichen.
Die Antriebswelle 102 weist eine Öffnung 126 auf, die
sich von der Aussenfläche
der Antriebswelle 102 bis zu der Kannulierung 110 hin
erstreckt. Die Öffnung 126 ist
so auf der Antriebswelle 102 angeordnet, dass wenn die
Antriebswellenanordnung 100 mit der Reibahlenvorrichtung 10 verkuppelt
ist, die Öffnung 126 in
Fluidverbindung mit dem Irrigationsanschluss 15 steht,
damit das Irrigationsfluid durch die Kannulierung 110 hindurchströmen kann.
Die Öffnung 126 weist
gekrümmte
Wände 128, 130 auf.
Die gekrümmte
Wand 128 krümmt
sich nach aussen und weist ein konvexes Profil auf, während die
gekrümmte
Wand 130 sich nach innen krümmt und ein konkaves Profil
aufweist. Die jeweilige Krümmung
der gekrümmten Wände 128, 130 trägt dazu
bei, Wasser in die Kannulierung 110 zu befördern, während die
Antriebswelle 102 rotiert (wobei die Rotation bezugnehmend
auf 14 im Gegenuhrzeigersinn erfolgt).
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Jedes
geeignete Mittel zum lösbaren
Verbinden der Sammelleitungskupplung 108 mit der Antriebswellenkupplung 17 kann
verwendet werden. Vorzugsweise kommt ein Schnellanschlussmechanismus
zum raschen Kuppeln und Entkuppeln zum Einsatz. Beispielsweise kann
die Sammelleitungskupplung 108 einen federbelasteten Verriegelungsmechanismus
aufweisen, etwa in Form eines Kugellagers, das in einen in der Antriebswellenkupplung 17 ausgebildeten
Schlitz eingreift.
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In ähnlicher
Weise kann jede beliebige Energiequelle und jedes beliebige Mittel
zur Befestigung der Antriebswellenanordnung 100 an der
Energiequelle verwendet werden. Da Druckluftwerkzeuge in der orthopädischen
Chirurgie weit verbreitet sind, handelt es sich bei der Energiequelle
vorzugsweise um einen Druckluftantrieb, wie zum Beispiel um den von
der Firma Synthes aus Paoli, Pennsylvania, unter dem Namen Compact
Air Drive vertriebenen Druckluftantrieb.
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Wie
in 3 gezeigt, auf welche nun erneut Bezug genommen
wird, sind in der Sammelleitungsanordnung 12 ein Dichtungselement 34 und
ein einfaches Gleitlager 31 angebracht. Das Dichtungsmittel 34 und
das einfache Gleitlager 31 bilden eine Irrigationskammer 35 und
gewährleisten
eine hermetische Abdichtung, durch welche verhindert wird, dass während der
Operation Irrigationsfluid aus der Irrigationskammer 35 entweicht
und in den Absauganschluss 16 oder in einen anderen Bereich
ausserhalb des proximalen Endes der Reibahlenvorrichtung 10 gelangt.
Ausserdem verhindert das einfache Gleitlager 31, dass abgesaugtes,
emulgiertes Material in die Irrigationskammer 35 gelangt.
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Der
Reibahlenkopf 20 ist koaxial in dem Reibahlenkopf-Befestigungsteil 14 am
distalen Ende des Absaugrohrs 13 angeordnet. 15 zeigt
eine Reibahle 210, die ein Reibahlenkopf-Befestigungsteil 14' mit einem Aussenprofil
von im wesentlichen sphärischer
Gestalt aufweist. Da das Reibahlenkopf-Befestigungsteil 14' dem Reibahlenkopf 20 nachfolgt,
ermöglicht
es die Gestalt des Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14', dass der Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14' von den Markkanalwänden abgleitet,
falls es zu einer Biegung des Absaugrohrs 13 in Bezug auf
die Antriebswelle 102 kommen sollte. Somit wird beim Werkzeugvorschub
durch den Markkanal, bei dem auf das Aufreiben folgende Zurückziehen
und beim Passieren der Frakturstelle, eine ruhige Bewegung des Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14' ermöglicht.
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Der
Reibahlenkopf 20 ist vorzugsweise aus einem rostfreien
Stahl gefertigt, es können
jedoch auch beliebige andere metallische, polymerische, keramische
Materialien bzw. Verbundmaterialien verwendet werden, welche sich
zum Schneiden von Knochenmaterial eignen. Eine Reibahlen-Kannulierung 22 erstreckt
sich von der distalen Spitze bis zu dem proximalen Ende des Reibahlenkopfes 20 (7 und 8).
Die Reibahlen-Kannulierung 22 ist fluchtend mit der Kannulierung 110 der
Antriebswelle 102 ausgerichtet, so dass ein Führungsdraht sich
von dem proximalen Ende der Antriebswelle 102 bis zu dem
distalen Ende des Reibahlenkopfes 20 hin erstrecken kann.
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Obwohl
zahlreiche verschiedene Reibahlenköpfe mit der Reibahle 10, 210 verwendet
werden können,
ist in den 5–10 nur
eine Ausführungsform
dargestellt. Wie in diesen Figuren gezeigt, besteht der Reibahlenkopf 20 aus
einem Schneidkopf 40, welcher in einem Stück mit einem
röhrenförmigen Schaft 25 ausgebildet
ist. Der Umfang des röhrenförmigen Schafts 25 ist
zylindrisch und weist eine um den Umfang herum vertieft ausgeführte Befestigungsrille 26 auf,
welche einen über
die Innenseite des Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14 vorstehenden
Vorsprung aufnimmt, und welche eine Rotation des Reibahlenkopfes 20 unter
Beibehaltung einer in longitudinaler Hinsicht festen Position am
distalen Ende des Absaugrohrs 13 erlaubt. Der röhrenförmige Schaft 25 verfügt am proximalen
Ende über
ein Antriebswellen-Aufnahmeteil 23,
welches entsprechend ausgelegt ist, um das Reibahlenkopf- Anschlussteil 104 der
Antriebswelle 102 aufzunehmen, so dass der Reibahlenkopf 20 rotieren
muss, wenn die Antriebswelle 102 rotiert. Obwohl das Antriebswellen-Aufnahmeteil 23 jede
beliebige Form aufweisen kann, die sich an das Aussenprofil des
Reibahlenkopf-Anschlussteils 104 anpasst, handelt es sich
bei dem Merkmal vorzugsweise um einen Innensechskant.
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Der
Schneidkopf 40 des Reibahlenkopfes 20 weist eine
Mehrzahl von Schneidemessern 41 auf, vorzugsweise zumindest
fünf an
der Zahl, die sich von der Reibahlen-Kannulierung 22 ausgehend
unter Ausbildung eines im wesentlichen spiralförmigen Musters radial nach
aussen erstrecken. Eine Korrelation der Anzahl der Schneidemesser
mit deren spezifischer Messergeometrie und Rotationsgeschwindigkeit
ist vorteilhaft, damit eine angemessene Menge von Knochenmaterial
entfernt wird und gleichzeitig eine effiziente Schneidleistung erzielt
wird. Bei Verwendung einer zu grossen Anzahl von Schneidemessern
in Verbindung mit einer gegebenen Schneidemesserform werden die
Nuten sehr seicht und es kann folglich weniger Knochenmaterial entfernt
werden. Bei Verwendung einer zu geringen Anzahl von Schneidemessern
ist der Reibahlenkopf beim Herausschneiden von Knochengewebe nicht
effizient. Der Reibahlenkopf kann dann nämlich während des Herausschneidens
von Knochenmaterial steckenbleiben bzw. sich verstopfen.
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Jedes
Schneidemesser 41 verfügt über ein mehrflächiges,
kantiges distales Ende mit einer geraden, vorderen Schneidkante 42,
an welche eine spiralförmige
seitliche Schneidkante 44 anschliesst. Die vordere Schneidkante 42 wird
durch die Schnittlinie zwischen einer inneren Schneidemesserwand 45 und
einer planaren, ersten Schneidlippenfläche 51 gebildet. Der
Winkel zwischen der inneren Schneidemesserwand 45 und der
ersten Schneidlippenfläche 51 ist
spitz. Eine planare, zweite Schneidlippenfläche 52 schneidet die
erste Schneidlippenfläche 51 in
einem stumpfen Winkel und bildet mit dieser eine erste Schneidlippenkante 56.
Eine planare, dritte Schneidlippenfläche 53 schneidet die
zweite Schneidlippenfläche 52 in
einem stumpfen Winkel und bildet mit dieser eine hintere Schneidlippenkante 58.
Die seitliche Schneidkante 44 wird durch die Schnittlinie
zwischen der inneren Schneidemesserwand 45 und der äusseren
Schneidemesserfläche 46 gebildet,
verläuft in
einem konstanten radialen Abstand von der Längsachse und erstreckt sich
longitudinal in spiralförmiger Weise.
Die äussere
Schneidemesserfläche 46 quirlt von
der seitlichen Schneidkante 44 entlang einem Bogen radial
nach innen zu einer inneren Schneidemesserwand eines benachbarten
Schneidemessers. Der Raum zwischen solchen benachbarten Schneidemessern
bildet eine Nut 43, welche während des Betriebs die Funktion
hat, das herausgeschnittene Markkanalmaterial zu dem proximalen
Ende des Reibahlenkopfes 20 zu schleusen, von wo aus es über das
unter Vakuum stehende Absaugrohr 13 aus dem Knocheninnenraum
entfernt wird. Die innere Schneidemesserwand 45 und die äussere Schneidemessertläche 46 erstrecken
sich longitudinal über den
Schneidkopf 40 und münden
am proximalen Ende in eine Schulterfläche 48. Die Schulterfläche 48 grenzt
an den röhrenförmigen Schaft 25 an.
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Die 16 und 17 zeigen
eine andere Ausführungsform
eines erfindungsgemässen
Reibahlenkopfes 20'.
Der Reibahlenkopf 20' weist
keine seitlichen Schneidkanten auf, wodurch das Risiko einer Durchbohrung
der Knochen-Kortikalis durch seitliches Aufreiben im wesentlichen
minimiert wird. Jedes Schneidemesser 41 verfügt über ein
mehrflächiges,
kantiges distales Ende mit einer geraden, vorderen Schneidkante 42.
Die vordere Schneidkante 42 wird durch die Schnittlinie
zwischen einer inneren Schneidemessennrand 45 und einer
planaren, ersten Schneidlippenfläche 51 gebildet.
Der Winkel zwischen der inneren Schneidemesserwand 45 und
der ersten Schneidlippenfläche 51 ist
spitz. Eine planare, zweite Schneidlippenfläche 52 schneidet die
erste Schneidlippenfläche 51 in
einem stumpfen Winkel und bildet mit dieser eine erste Schneidlippenkante 56.
Die äussere
Schneidemesserfläche 46 quirlt
entlang einem Bogen radial nach innen zu einer inneren Schneidemesserwand
eines benachbarten Schneidemessers. Der Raum zwischen solchen benachbarten
Schneidemessern bildet eine Nut 43, welche während des
Betriebs die Funktion hat, das herausgeschnittene Markkanalmaterial
zu dem proximalen Ende des Reibahlenkopfes 20' zu schleusen,
von wo aus es über
das unter Vakuum stehende Absaugrohr 13 aus dem Knocheninnenraum
entfernt wird.
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Die
Verwendung der Reibahle 10, welche im Zuge eines offenen
chirurgischen, perkutanen oder anderweitig minimal invasiven Verfahrens
erfolgen kann, wird nun unter hauptsächlicher Bezugnahme auf 11 beschrieben.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Verwendung der Reibahle 210 analog zur
Verwendung der Reibahle 10 erfolgt, wobei der Hauptunterschied
zwischen der Reibahle 10 und der Reibahle 210 in
der unterschiedlichen Geometrie des in 2 gezeigten
Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14 und
des in 15 gezeigten Reibahlenkopf-Befestigungsteils 14' besteht. Nachdem
der aufzureibende Knochen zugänglich
gemacht worden ist, wird der Führungsdraht 120 in
den Markkanal 122 des Knochens 124 eingeführt. Das
Einsetzen des Führungsdrahtes 120 erfolgt
typischerweise unter Verwendung der Fluoroskopie, um eine fachgerechte Positionierung
des Führungsdrahtes 120 sicherzustellen.
Die Reibahle 10 wird dann gemeinsam mit einem geeigneten
Schneidwerkzeug (wie etwa dem Reibahlenkopf 20 bzw. 20'), das mit der
Antriebswelle 100 verbunden und verkuppelt wird, über den
Führungsdraht 120 geschoben,
so dass der Führungsdraht 120 zur
Gänze durch
das Absaugrohr 13 hindurch verläuft und als Spurführung dient,
welcher die Reibahle 10 beim Aufreiben des Kanals 122 folgt. Vorzugsweise
ist die mit der Antriebswelle 100 verkuppelte Reibahle 10 vor
dem Einsetzen in den Markkanal 122 mit einem Antriebsmittel
verbunden worden. Somit verläuft
der Führungsdraht 120 nun
also durch die Kannulierung 110 der Antriebswelle 102 und
durch die Kannulierung 22 des Reibahlenkopfes 20.
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Während des
Aufreibens des Markkanals 122 erfolgt gleichzeitig eine
Irrigation und eine Absaugung. Die Irrigation sorgt im wesentlichen
für eine Kühlung des
Reibahlenkopfes 20, des Markkanals 122 und des
Knochens 124.
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Eine
bevorzugte Irrigationsquelle, welche das Irrigationsfluid mit ausreichender
Geschwindigkeit und ausreichendem Druck abgibt, besteht in einem
gewöhnlichen
Beutel mit Salzlösung,
der einen Meter oberhalb des Irrigationsanschlusses 15 aufgehängt wird.
Es sei hier auch darauf hingewiesen, dass zusätzlich zu einem Beutel mit
Salzlösung
jede beliebige, biologisch kompatible Lösung und jedes beliebige Abgabesystem
als Irrigationsquelle verwendet werden kann. Das Irrigationsfluid
strömt
von der Irrigationsquelle zu dem Irrigationsanschluss 15 und
gelangt über
diesen in die Irrigationskammer 35. Das Irrigationsfluid
durchströmt
die Kannulierung 110 entlang dem von den Pfeilen I angezeigten
Pfad in dem Zwischenraum zwischen der Innenwand der Kannulierung
und dem Führungsdraht 120 und
verlässt
diese über
den Reibahlenkopf 20.
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Die
Absaugung vermindert den intramedullären Druck und trägt dazu
bei, emulgiertes Material aus dem Reibahlenkopf 20 zu entfernen.
Die Materialentfernung verbessert nicht nur den Aufreibvorgang,
sondern schafft auch eine Möglichkeit
zur Gewinnung von emulgiertem Material für Transplantationszwecke. Der
von einer Absaugquelle erzeugte Saugstrom fliesst entlang dem von
den Pfeilen A angezeigten Pfad. Im speziellen trägt das Irrigationsfluid dazu
bei, das von dem Reibahlenkopf 20 gebildete, emulgierte
Material durch die Nuten 43 in den Raum zwischen der Aussenwand
der Antriebswelle 102 und der Innenwand des Absaugrohrs 13 zu
leiten, und das emulgierte Material sodann von dem Reibahlenkopf 20 über das
Reibahlenkopf-Befestigungsteil 14,
das Absaugrohr 13 und den Absauganschluss 16 in
einen geeigneten Behälter
zu befördern.
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Ein
signifikanter Vorteil des Systems, welches die Reibahle 10, 210,
den Reibahlenkopf 20 und die Antriebswellenanordnung 100 beinhaltet,
liegt in der Fähigkeit,
das Aufreiben des Markkanals auf den gewünschten Durchmesser in einem
Arbeitsgang durchzuführen,
wobei sich die Notwendigkeit erübrigt,
mehrere Reibahlenköpfe
von zunehmend grösserem
Durchmesser zu verwenden, bis die gewünschte Aufreibgrösse erreicht
ist. In diesem Sinn wird durch die Irrigation des Reibahlenkopfes 20 bei gleichzeitig
erfolgender Absaugung, sowie durch die Verwendung eines Reibahlenkopfes
mit einer effizienten vorderen Schneidengeometrie (und wahlweise einer
geeigneten seitlichen Schneidengeometrie) weniger Druck und Wärme erzeugt,
als dies bei Reibahlenvorrichtungen nach dem Stand der Technik der Fall
ist.
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12 zeigt
ein exemplarisches Beispiel eines Graphen, welcher eine Druck-Zeit-Kurve
des erfindungsgemässen
Systems bei einem Modellversuch mit einem Tier ausdrückt. Region
I zeigt, dass kein Druckanstieg herbeigeführt wird, wenn eine Zugangsöffnung zu
dem Markkanal angebracht wird. Der Druckanstieg in Region II rührt von
Standardtechniken zum Zugänglichmachen
des Markkanals her. Region III zeigt, dass kein Druckanstieg herbeigeführt wird,
wenn der Führungsdraht
eingesetzt wird. Im Gegensatz zu Standard-Aufreibprozessen reduziert bzw. eliminiert
die vorliegende Erfindung den intramedullären Druck. Im speziellen bewirkt
das in Kombination erfolgende Aufreiben, Irrigieren und Absaugen
eine Absenkung des intramedullären Drucks
auf unter 0,1333 Bar (100 mm Hg). Mit dem erfindungsgemässen System
kann nämlich,
wie in Region IV gezeigt, sogar ein negativer intramedullärer Druck
erzeugt werden. Da der biologische Schwellwert in dem Markkanal
für die
Ausbildung von Fettemboli und Lungenemboli bekannterweise grösser oder
gleich 0,2666 Bar (200 mm Hg) ist, wird das Vorkommen von Fett-
oder Lungenemboli verringert. Zusätzlich kommt es durch die während des
Betriebs erfolgende, fluidstromverursachte Kühlung auch zu keiner wärmebedingten
Nekrose der Kortikalis.
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12 zeigt
einen weiteren wichtigen Vorteil des erfindungsgemässen Systems.
Spezifischerweise nimmt das Markkanalaufreiben (Region IV) ungefähr 50 Sekunden
in Anspruch. Im Gegensatz dazu erfordert das herkömmliche
Aufreiben bei demselben tierischen Modellversuch ungefähr 500 Sekunden. Diese
Verringerung der Aufreibzeit um einen Faktor zehn bedeutet, dass
das Knochenaufreiben in klinischen Situationen von 30 Minuten auf
3 Minuten reduziert werden kann. Dadurch können Operationszeiten (und
Operationskosten) ohne jegliches erhöhtes Risiko signifikant reduziert
werden.
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Es
wurden weiter oben zwar verschiedene Beschreibungen der vorliegenden
Erfindung gegeben, es versteht sich jedoch, dass die verschiedenen darin
beschriebenen Merkmale entweder allein oder in beliebiger Kombination
miteinander verwendet werden können.
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Die
Erfindung ist daher nicht lediglich auf die hier beschriebenen,
spezifischen Ausführungsformen
beschränkt
zu verstehen.
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Weiterhin
versteht es sich, dass Fachleuten mit Kenntnissen in dem Gebiet,
welchem die Erfindung zuzurechnen ist, innerhalb des Umfangs der
Erfindung gelegene Variationen und Modifikationen einfallen können. Demgemäss sind
sämtliche
zweckmässige
und für
den einschlägig
versierten Fachmann auf einfache Weise erzielbare Modifikationen der
hier dargelegten Offenlegung, welche innerhalb des Umfangs der vorliegenden
Erfindung gelegen sind, als weitere Ausführungsformen in die vorliegende
Erfindung mit einzuschliessen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung
wird demnach wie in den beigefügten
Patentansprüchen
dargelegt definiert.