DE69225614T2 - Werkzeug zur Entfernung von Kunststoff - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Werkzeug zur Verwendung beim Entfernen von Kunststoffmaterial. Ein Werkzeug dieser allgemeinen Art ist in unserer GB-PS 2 229 660 offenbart, doch sind hierzu weitere Verbesserungen entdeckt worden. Das Werkzeug eignet sich insbesondere, aber nicht ausschließlich für das Entfernen von Kunststoffzement aus solchen Bohrungen in Knochen, wie sie bei Hüft- oder anderem Gelenkersatz zur Verwendung kommen können (im folgenden der Einfachheit halber als Hüftgelenkersatz bezeichnet).
• Bei einer Hüftgelenkersatzoperation wird ein Metallimplantat mit einem langen Fortsatz vorgesehen, der in eine im Mark (medulla) des Oberschenkelknochens gebohrte Bohrung eingesetzt und mit Hilfe von Kunststoffzement fest in seiner Lage gehalten wird. Im Durchschnitt kann erwartet werden, daß solche Ersätze 5 bis 10 Jahre halten. Aufgrund der wiederholt auftretenden Scherkräfte im täglichen Gebrauch kann sich entweder die Knochen/Zement-Grenzfläche oder die Zement/Metall-Grenzfläche schwächen, so daß das Implantant locker wird und einer Revision bedarf. Manchmal kann das Metall des Hüftgelenkersatzes brechen, oder seine Kunststoffkomponenten können verschleißen. In diesen Fällen ist eine Revision nötig, wenn auch meistens die Knochen/Zement-Grenzfläche für gewöhnlich ziemlich fest bleibt.
• Zum Revidieren eines lockeren oder beschädigten Implantants muß vor dem Einsetzen einer neuen Prothese und dem Wiederzementieren der gesamte Kunststoffzement oder der größte Teil desselben entfernt werden. Das Entfernen des alten Zements ist mit einigen Schwierigkeiten verbunden. Es ist zeitraubend und kann zu einem Bruch des Kncchens führen. Es umfaßt die sorgfältige und mühsame Verwendung von Handwerkzeugen wie Hämmern und Zementschneidmeißeln. Hochdrehzahlbohrer (burrs) wurden bereits eingesetzt, diese perforieren jedoch häufig den Knochen, und sie machen das Wiederzementieren schwieriger und nicht so wirksam.
• Die GB-PS 2 229 660 offenbart ein Werkzeug, das ultraschallgetrieben und mit einer nach vorwärts gerichteten Arbeitsfläche versehen ist, welche durch eine Anzahl von Bohrungen mit dem hinteren Teil dieser Fläche verbunden ist. Das Werkzeug kann in die mit Kunststoffzement gefüllte Bohrung eingeführt werden, wobei der Zement daraufhin unter dem Einfluß der Ultraschallschwingung schmilzt und durch die Bohrung nach rückwärts austritt, von wo aus er infolge einer umgekehrten Bewegung des Werkzeugs entfernt werden kann. Dabei kann der Knochen jedoch dünn sein.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Werkzeug zum Entfernen von Kunststoffmaterial wie Zement aus einer Bohrung, insbesondere einer in einem Knochen, vorzusehen, das die vorgenannten Nachteile beseitigt.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Werkzeug zur Verwendung beim Entfernen von Kunststoffmaterial aus einer Bohrung vorgesehen, umfassend eine Arbeitsfläche mit einer im wesentlichen ringförmigen, zum Kontakt mit dem Material geeigneten Schneidkante, eine piezoelektrische Wandlereinheit, die über ein Arbeitshorn wirkungsmäßig mit der Arbeitsfläche verbunden ist, um diese in Ultraschallschwingungen zu versetzen und damit das Kunststoffmaterial örtlich zu erhitzen, sowie ein für die Aufnahme des erhitzten Kunststoffmaterials geeignetes Hohlraummittel, wobei die Arbeitsfläche einen Kopfflansch umfaßt, und an einer Rückseite desselben die im wesentlichen ringförmige Schneidkante auf einer Seite einer zur Längsrichtung des Werkzeugs abgewinkelten, konischen Fläche ausgebildet ist. Der Winkel beträgt vorzugsweise zwischen 20 und 25º.
• Vorzugsweise ist mindestens die piezoelektrische Wandlereinheit abgedichtet in einer ersten Ummantelung aus wasserdichtem Kunststoffmaterial und einer an dessen Außenseite vorgesehenen zweiten Ummantelung aus nichtrostendem Stahl o.dgl. eingekapselt.
• Vorzugsweise ist das wasserdichte Kunststoffmaterial ein Arcetalkunststoff.
• Diese Anordnung gestattet eine Autoklavenbehandlung oder anderweitige Sterilisierung des Werkzeugs zur Verwendung bei einem anderen Patienten.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind im folgenden beispielhaft und anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene schematische Seitenansicht eines Arbeitskopfs gemäß der Erfindung,
• Fig. 2 eine Schnittansicht eines Handapparats mit einem Ultraschallerzeugungsmittel zum Betrieb des Arbeitskopfs der Fig. 1 und
• Fig. 3 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform des in der Erfindung verwendeten Handapparats.
• In den Figuren der Zeichnungen ist ein Werkzeug mit einem piezoelektrischen Keramik-Wandler 1 dargestellt, der längs einer Längsachse mit einem Ankopplungshorn 2 verbunden ist, das seinerseits längs der Längsachse mit einem Arbeitshorn 3 verbunden ist. Am fernen Ende des Arbeitshorns 3 befindet sich ein von einer ringförmigen Schneidkante 5 umebener Hohlraum 4.
• Gemäß den Figuren entsprechen die Länge des piezoelektrischen Keramik-Wandlers 1 einer halben Wellenlänge, und die Länge des Ankopplungshorns 2 einer vollen Wellenlänge, während die Länge des Arbeitshorns 3 (einschließlich der ringförmigen Schneidkante 5) einem ganzzahligen Vielfachen halber Wellenlängen (der halben Wellenlänge) ehtspricht, wodurch sichergestellt wird, daß die gesamte Sondenlänge bis zur erforderlichen Tiefe eindringen kann. Der benutzte Ausdruck "Wellenlänge" bezieht sich auf die Wellenlänge der vom piezoelektrischen Keramik-Wandler in dem betreffenden Material erzeugten Ultraschallwelle. Der bevorzugte Werkstoff für das Arbeitshorn und die ringförmige Schneidkante ist Titan oder eine Legierung davon. Bei einer Ultraschallschwingungsfrequenz im Bereich von 30 - 35 kHz liegt die Wellenlänge der Ultraschallwelle in der Titanlegierung im Bereich von 70 - 90 mm.
• Es ist bekannt, daß viele übliche Kunststoffmaterialien hochfrequente Schwingungen ohne die signifikanten internen Verluste, die zu einer Massenerhitzung des Materials führen würden, übertragen. Es ist auch bekannt, daß bei Übertragung von Ultraschall durch zwei eng miteinander in Berührung stehende Komponenten oder Bauteil die Grenzfläche einem beträchtlichen Erhitzungseffekt unterworfen sein kann, der unter den richtigen Umständen ein Verschweißen bewirkt. Eine solche Erhitzung kann auch an der Grenzfläche zwischen einem schwingenden Werkzeug oder einem Metallbauteil und dem Kunststoff auftreten, wobei die Erhitzung ausreicht, den Kunststoff zu schmelzen. Die vorliegende Erfindung nutzt diesen Effekt zum Bohren einer kreisrunden Bohrung in den Kunststoff.
• Das für Hüftgelenkersätze benutzte Kunststoffzementmaterial ist allgemein ein Pulver aus Polymethylmethacrylatperlen oder -kügelchen eines Durchmessers von weniger als 100 um, die durch ein polymerisiertes Methylmethacrylatmonomer in situ gehalten werden. Dieses Material neigt zu einem Kriechen oder Fließen und ist anfällig für lokalisiertes Erhitzen bei Ultraschallschwingung. Das Kriech- oder auch Fließverhalten kann dazu genutzt werden, daß beim Entfernen eines Kerns aus Kunststoffzementmaterial der vorhandene, zurückbleibende Zement durch die auf den Zement ausgeübten Ultraschallschwingungen in verbesserten Eingriff mit Spalten oder Oberflächenunregelmäßigkeiten im Knochen gezwungen und dadurch die Grenzfläche stabilisiert wird.
• An der Arbeitsfläche kann die ringförmige Schneidkante durch den Anwender des Werkzeugs manipuliert werden, um den Bohrungsdurchmesser vergrößern zu können oder, durch Ausübung eines Drucks auf eine Seite des Werkzeugs, eine Bohrung eines ovalen Profils zu schaffen.
• Die vorliegende Erfindung ist in Verbindung mit dem Entfernen eines Kunststoffzements aus einem Hüftgelenkersatz (element) bei Revision der Prothese beschrieben. In diesem Fall weist der Hüft- oder Oberschenkelknochen eine Blindbohrung auf, die mit Kunststoffzement gefüllt ist, der ursprünglich die Prothese umschlossen hat, der aber eine Höhlung dort aufweist, wo sich die Prothese befand.
• Zum Betreiben des Werkzeugs ist gemäß Fig. 1 ein Instrument mit einer scharfen Schneidkante an der Rückseite des Kopfflanschs vorgesehen. Die Schneidkante ist an einer Seite einer konischen Fläche gebildet, deren Winkel "a" die kontrollierte Schneidaktion des Schabers bzw. Bohrkratzers kritisch bestimmt. Es gibt keine Verbindungslöcher zwischen den Vorder- und Hinterflächen des Flanschs, aber in dem Maße, in dem die Sonde in der umgekehrten Richtung gezogen wird, schneidet sie in den Zement auf einer Seite der femoralen Höhlung, und das entfernte Material sammelt sich in der Ausnehmung hinter dem Flansch. Dieser Mechanismus gestattet die Beseitigung disketer Zementvolumen, um eine vollständige Vorbereitung der endostealen Oberfläche für ein neuerliches Zementieren zu gewährleisten.
• Um ein sicheres und einfaches Beseitigen des Zements unter Aufwendung geringer Kräfte zu gewährleisten, ist ein optimaler Winkel zwischen 20º und 25º ermittelt worden. Das Instrument erweist sich als besonders nütztlich in Fällen schwerer Knochenresorption, die extrem schwache Bereiche im Femur hinterlassen hat. Bei der Verwendung herkömmlicher Instrumente ist große Sorgfalt erforderlich, um eine Perforierung oder eine Fraktur des Femurs unter diesen Umständen zu vermeiden. Mi dieser Ausführungsform der Erfindung wird diese schwierige Aufgabe ohne Risiko erfüllt. Der Umkehrschaber bzw. -bohrkratzer ist auch sehr nützlich bei der Vorbereitung des Zugangs zum distalen Stopfen (distal plug) und geht im allgemeinen der mit einem Mehrkopfinstrument ausgeführten Perforierarbeit voraus.
• Gemäß Fig. 2 und 3 kann das piezoelektrische Wandlerteil des Werkzeugs zunächst in einer Schicht aus Acetalkunststoff 22 und dann in einer Schicht 23 aus nichtrostendem Stahl eingekapselt sein. Diese Anordnung gestattet eine Autoklavenbehandlung oder sonstige Sterilisierung des Werkzeugs zur Ermöglichung seiner Verwendung bei weiteren Patienten.
• Gemäß Fig. 3 kann das ebenfalls im Autoklaven behandelbare Handgriffteil des Werkzeugs einen Schalter 25 aufweisen.
• Die Konstruktionsauslegung berücksichtigt die in Operationssälen vorherrschenden Bedingungen und speziell die strengen Sterilisieranforderungen. Idealerweise sollten dem Chirurgen verschiedene Größen und Formen des Schwinginstruments zur Verfügung stehen, wobei ein spezieller Fall sehr spezialisierte Sondenkonstruktionen erfordern kann. Obgleich es möglich ist, Sonden an einem einzigen Handgriff auszuwechseln, ist dieses Vorgehen nicht nur unzweckmäßig, vielmehr resultiert es auch in einem verminderten Wirkungsgrad des Systems, wenn die kritische Sonden/Horngrenzfläche durch Fremdstoffe verunreinigt wird. Es ist daher wünschenswert, eine Anzahl getrennter Handgriffe oder -geräte vorzusehen, die vom Chirurgen ohne Notwendigkeit für Neuanschluß oder Einstellung von Schaltfunkti onen gewählt werden können. Dies erfordert den Einbau eines Schalters in jedem Handgriff. Da die Handgriff- und Kabelanordnung für Autoklavsterilisierung geeignet sein muß, erfordert die Schalteranordnung eine spezielle Dichtungsgestaltung, um die beim Sterilisierprozeß auftretenden Temperatur- und Druckbedingungen aushalten zu können.
• Fig. 3 veranschaulicht ein(en) Handgriff oder Handgerät mit einer Koaxialschaltertaste zum Betätigen eines Kleinst- Mikroschalters über eine zylindrische, (ein)gegossene oder geformte Dichtung. Der Schalter ist in einer zylindrischen Metallhülse enthalten, welche die Dichtung trägt oder unterstützt und sicherstellt, daß sie auch unter Druck wasserdicht bleibt. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Konstruktion eines Schwingsystems, das maximale Betriebsflexibilität bei inhärenter Zuverlässigkeit bietet. Ferner besteht dabei keine Notwendigkeit für Fußschalter, die bei bis zu vier Handgeräten unpraktische Komplikationen mit sich bringen würden.

Claims (5)

1. Werkzeug zum Entfernen von Kunststoffmaterial aus einer Bohrung, umfassend eine Arbeitsfläche mit einer im wesentlichen ringförmigen, zum Kontakt mit dem Material geeigneten Schneidkante (5), eine piezoelektrische Wandlereinheit (1), die über ein Arbeitshorn (3) wirkungsmäßig mit der Arbeitsfläche verbunden ist, um diese in Ultraschallschwingungen zu versetzen und damit das Kunststoffmaterial örtlich zu erhitzen und ein für die Aufnahme des erhitzten Kunststoffmaterials geeignetes Hohlraummittel (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsfläche einen Kopfflansch umfaßt und daß an einer Rückseite desselben die im wesentlichen ringförmige Schneidkante auf einer Seite einer zur Längsrichtung des Werkzeugs abgewinkelten, konischen Fläche ausgebildet ist.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der konischen Fläche ein Winkel von 20 bis 25 Grad ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die piezoelektrische Wandlereinheit abgedichtet in einer ersten Ummantelung aus wasserdichtem Kunststoffmaterial und einer an dessen Außenseite vorgesehenen, zweiten Ummantelung aus nichtrostendem Stahl oder dgl. eingekapselt ist.

4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das wasserdichte Kunststoffmaterial ein Acetalkunststoff ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Handapparat des Werkzeugs Schaltermittel vorgesehen sind, welche Schaltermittel abgedichtet sind, um eine Autoklavenbehandlung oder anderweitige Sterilisierung des Werkzeugs für Verwendung bei einem anderen Patienten zu gestatten.