ITPI960050A1

ITPI960050A1 - Trapano manuale ad uso ortopedico con controllo di avanzamento e sfondamento incipiente

Info

Publication number: ITPI960050A1
Application number: IT96PI000050A
Authority: IT
Inventors: Benedetto Allotta
Original assignee: Scuola Superiore Di Studi Univ
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-01
Also published as: US6033409A; IT1289301B1; EP1009297A1; WO1998018390A1; AU6907598A

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo "TRAPANO MANUALE AD USO ORTOPEDICO CON CONTROLLO DI AVANZAMENTO E SFONDAMENTO INCIPIENTE",

DESCRIZIONE

Ambito dell'invenzione

La presente invenzione riguarda il settore delle apparecchiature per l'ortopedia e, più precisamente, si riferisce ad un trapano manuale con controllo dell'avanzamento e sfondamento incipiente.

Brevi cenni alla tecnica nota

È attualmente molto sentito dai chirurghi ortopedici il bisogno di trapani provvisti di sensori che consentono di controllare l'avanzamento durante la foratura di un tessuto, ad esempio un tessuto osseo.

Infatti, i trapani ad uso ortopedico sono principalmente utilizzati in operazioni di osteosintesi e sono guidati manualmente dal chirurgo, che esegue la foratura in base alla sua sensibilità ed esperienza. Ad esempio, nella foratura trasversale di un osso femorale, può essere necessario per il chirurgo forare entrambe le pareti corticali dell'osso, tramite un foro sostanzialmente passante, oppure forarne solo una, con o senza attraversamento della parte midollare. Tuttavia, in assenza di un controllo automatico dell'avanzamento e della forza esercitata dalla punta la corretta esecuzione del foro è lasciata totalmente alle mani del chirurgo, che è consapevole del fatto che forare più di quanto è necessario può essere inutilmente e seriamente dannoso per il paziente.

Talvolta, inoltre, l'operazione deve essere eseguita in condizioni scomode, a causa dell'orientamento della direzione di foratura rispetto al paziente, con difficoltà di esecuzione e maggior rischio di errore. Per quanto dotato di sensibilità, poi, il chirurgo non può comunque ridurre oltre certi limiti l'errore di avanzamento della punta .

Infine, pur essendo possibile montare il trapano su un supporto fisso con avanzamento regolabile meccanicamente, questa soluzione non è praticabile, in quanto le parti da forare, a differenza di quanto avviene in campo industriale, non possono essere fissate a superfici di riferimento affidabili.

E', pertanto, scopo della presente invenzione fornire un trapano ad uso ortopedico che, pur essendo impugnabile manualmente, fornisca un appoggio di riferimento sul paziente consentendo un più preciso controllo dell'avanzamento della punta nel corpo da forare rispetto ai trapani di tecnica nota.

È un altro scopo della presente invenzione fornire un trapano manuale ad uso ortopedico che permetta di controllare la forza applicata durante la foratura.

Sintesi dell'invenzione

Questo ed altri scopi vengono raggiunti dal trapano ad uso ortopedico secondo la presente invenzione, che comprende una testa rotante avente una punta atta a forare un corpo e mezzi di sostegno manuale sui quali detta testa rotante è girevolmente montata. La sua caratteristica è che è prevista una unità di comando del movimento della punta rispetto al corpo da forare, l'unità di comando comprendendo un supporto interno, connesso ai mezzi di sostegno manuale, ed un supporto esterno, atto a poggiare direttamente sul corpo e traslante rispetto al supporto interno parallelamente alla punta. Il movimento tra punta e corpo da forare è consentito dal movimento relativo tra punta e supporto esterno, che poggia sul corpo per tutta la durata della foratura.

Vantaggiosamente sono previsti mezzi di rilievo della forza applicata sulla punta durante la foratura e mezzi di controllo dell'avanzamento del supporto interno rispetto al supporto esterno in correlazione con i detti mezzi di rilievo della forza.

Preferibilmente, l'unità di comando comprende mezzi a vite girevolmente connessi al supporto interno che si impegnano con mezzi a vite previsti sul supporto esterno nonché mezzi di motorizzazione della rotazione di detti mezzi a vite su detto supporto interno.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi del trapano ad uso ortopedico secondo la presente invenzione risulteranno più chiaramente con la descrizione che segue di una sua forma realivzzativa, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni annessi in cui:

la figura 1 mostra in vista prospettica un trapano ortopedico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra in vista in sezione secondo un piano longitudinale il trapano ortopedico di figura 1;

- la figura 3 mostra in vista in sezione secondo le frecce III-III il trapano di figura 2;

le figure 4A e 4B mostrano in vista in elevazione laterale il trapano di figure 1 e 2 in due posizioni operative;

- la figura 5 mostra in vista prospettica una variante esecutiva del trapano ortopec

Descrizione di una forma realizzativa preferita

Con riferimento alle figure da 1 a 3, un trapano ortopedico 1 comprende una testa rotante 2 avente una punta 3 atta a forare un corpo 4, ad esempio un corpo osseo, nel corso di una operazione chirurgica di osteosintesi . La testa 2 (figg. 2 e 3) è girevolmente connessa tramite un albero 5 ad un mozzo 6 solidale ad un sostegno 7 per l'impugnatura manuale 7a del trapano 1. Il mozzo 6 agisce anche da sede girevole per una trasmissione dentata 8 che porta in rotazione l'albero 5 su azionamento di un motore 9.

Sempre con riferimento alle figure 2 e 3, al sostegno impugnabile 7 è, inoltre, connessa una unità di comando 10 atta a guidare la punta 3 rispetto al corpo 4. Più precisamente, l'unità di comando 10 comprende un supporto interno 11, solidale al mozzo 6, ed un supporto esterno 12 atto poggiare sul corpo 4 stesso. Il supporto esterno 12 comprende una staffa 13 ed una madrevite 14 che s'impegna a scorrimento in una boccola 15 solidale al sostegno 7 e al supporto interno 11. Nella madrevite 14 s'impegna un albero filettato 16 girevolmente connesso al supporto interno 11 e portato in rotazione da un motore 17 attraverso una trasmissione dentata 18. Un dente 19 solidale alla madrevite 14 guida quest'ultima nella sua traslazione impegnandosi in una scanalatura Ila prevista nel supporto interno 11..

Il supporto interno 11 è unito solidalmente al mozzo 6 mediante una piastra rigida 20. Più precisamente, la piastra 20 sostiene il motore 9 e ha funzione di connessione meccanica tra supporto interno 11 e mozzo 6 mediante la trasmissione dentata 8. L'albero 5 della testa 2 non trasmette carico assiale al mozzo 6 pur alloggiandovi girevolmente, ma scarica tutta la forza agente sulla punta 3 conto la piastra 20 attraverso un sensore a flessione 21 e un perno 22, parallelo ed eccentrico rispetto all'albero 5. Il sensore 21 comprende estensimetri che correlano la flessione causata dalla forza assiale trasmessa dall'albero 5 con la forza stessa, dovuta alla resistenza che incontra la punta 3 nel corpo 4 durante la foratura.

Come mostrato in figure 4A e 4B, la foratura, ossia l'affondamento della punta 3 rotante nel corpo 4, si verifica soltanto quando è imposto un movimento relativo tra la staffa 13 e la punta 3 stessa. Più precisamente, il chirurgo, attraverso mezzi di azionamento, quali ad esempio mezzi a pedale 23 (fig. 1), avvia l'avanzamento del trapano rispetto al supporto esterno 12 dopo averne poggiato la staffa 13 sul punto esatto da forare del corpo 4 . La punta 3 prima che inizi la foratura è disposta in modo da non sporgere rispetto alla faccia esterna della staffa 13, come visibile in figura 4A nonché in figura 1 con linea a tratto discontinuo.

Come mostrato in figura 4B, come avviene in molti trapani tradizionali, è quindi il sostegno impugnabile del trapano 1 che si muove rispetto al corpo da forare. Tuttavia, secondo l'invenzione, l'avanzamento non è più imposto dalla forza con cui viene spinto, bensì è causato da un movimento relativo imposto rispetto al supporto esterno, che poggia sul corpo stesso. La forza con cui il trapano viene spinto serve solo a garantire il costante e fermo appoggio della staffa 13 sul corpo 4.

L'avanzamento del supporto esterno 12 è dato dalla rotazione nella madrevite 14 della vite 16, mossa dal motore 17 tramite la trasmissione 18. L'avanzamento è vantaggiosamente governato da mezzi di controllo elettronici che misurano contemporaneamente la forza scaricata dalla punta 3 sul supporto interno 11 attraverso l'albero 5, come rilevato dal sensore a flessione 21, o equivalentemente da una cella di carico di altro tipo. La misura della forza in correlazione con l'avanzamento, secondo una logica programmabile residente nei mezzi di controllo, consente il blocco automatico del trapano in certe condizioni critiche, ad esempio lo sfondamento incipiente di una parete ossea, oppure il raggiungimento della seconda parete corticale da parte della punta al termine dell'attraversamento della parte midollare di un osso come quello illustrato in sezione in figura 2 o in figura 4B.

Sempre come mostrato in figura 2, la staffa 13 può essere ruotata rispetto al supporto esterno 12 attorno ad un perno 13a e portata in una posizione di minimo ingombro, illustrata a tratto discontinuo, con il risultato che il trapano 1 può essere utilizzato come un trapano qualsiasi, con avanzamento governato dalla spinta da parte del chirurgo, a seconda della scelta dello stesso tra un uso secondo l'invenzione od un uso tradizionale. Inoltre la staffa 13 può essere ruotata in posizione di riposo quando il trapano non è usato, in modo da non rischiare di danneggiare i mezzi di misurazione della forza ed i mezzi di trasmissione del movimento sopra descritti.

Ovviamente, in una forma realìzzativa semplificata del trapano 1, la staffa 13 può essere solidale alla madrevite 14, senza possibilità di essere ruotata.

Il sostegno impugnabile 7 secondo l'invenzione è preferibilmente stagno in quanto comprende guarnizioni a tenuta in corrispondenza dell'accoppiamento con la testa 2 e con la madrevite 14. Quest 'ultima, che fuoriesce variabilmente dal trapano 1, ha inoltre una guarnizione a soffietto 24 che la protegge da sporco e agenti esterni che ne favorisce la pulizia in qualunque posizione, come mostrato in figure 4A e 4B. In particolare, l'intero trapano 1 può essere sterilizzato in autoclave come un qualsiasi strumento chirurgico.

Con riferimento alla figura 5, una variante esecutiva dell'invenzione presenta un sostegno 7 di dimensione ridotta rispetto a quello di figura 1, grazie alla presenza di un gruppo di motorizzazione 30 separato e a una impugnatura 7a sporgente inferiormente. Più precisamente, il gruppo 30 comprende all'interno i motori 9 e 17 rispettivamente della testa 2 e dell'unità di comando 10. La trasmissione avviene mediante cavi 31, ed è di tipo noto nel campo delle apparecchiature mediche, ad esempio adottata per i trapani per odontoiatri, e pertanto non illustrata in dettaglio.

Sia nella forma realizzativa di figure 1-3 che in quella di figura 5 la logica utilizzata per gestire la correlazione tra forza esercitata e avanzamento è preferibilmente una logica di tipo "fuzzy" già nota e implementata su vari dispositivi noti a robot. Utilizzando questa logica, o altri sistemi matematici noti, è possibile calcolare una funzione che descrive la reazione all'affondamento della punta 3 nel corpo 4, in rapporto alla forza esercitata sul trapano e all'avanzamento della punta 3, ed è quindi possibile controllare con precisione la foratura. In particolare, il controllo della penetrazione della punta nel corpo 4, qualora questo sia un corpo osseo a doppia parete corticale come quello illustrato in figura 2, verrà effettuato con precisione, con possibilità di blocco dell'avanzamento, in occasione dei seguenti casi critici:

- durante lo sfondamento incipiente della prima parete corticale ;

- prima dell'inizio della foratura sulla seconda parete corticale ;

- in occasione dello sfondamento incipiente della seconda parete corticale.

Come mostrato nei diagrammi di figure 2 e 4B, infatti, la forza F misurata dal sensore 21 raggiunge il massimo durante l'attraversamento delle pareti corticali di un osso come il corpo 4 illustrato. L'avanzamento S, che è pari all'avanzamento della punta 3 e opposto all'arretramento del supporto esterno 12 rispetto al supporto interno 11, può essere bloccato automaticamente nei punti di maggiore variazione di F rispetto ad S.

Il trapano secondo l'invenzione consente quindi di raggiungere gli scopi prefissati. In particolare, pur non essendo presente un sostegno fisso per il trapano, è possibile, poggiando direttamente sul corpo da forare, avere un'indicazione precisa del comportamento della punta nell'attraversamento dei tessuti in corso di foratura, nonché controllare con precisione l'avanzamento e la forza applicata limitandolo in occasione di attraversamenti critici. Questo è permesso grazie alla presenza del supporto esterno, il quale ha funzioni sia di appoggio che di riferimento.

La descrizione di cui sopra di due forme esecutive specifiche è in grado di mostrare l'invenzione dal punto di vista concettuale in modo che altri, utilizzando la tecnica nota, potranno modificare e/o adattare in varie applicazioni tali forme esecutive specifiche senza ulteriori ricerche e senza allontanarsi dal concetto inventivo, e , quindi, si intende che tali adattamenti e modifiche saranno considerabili come equivalenti della forme esecutive specifiche. I mezzi e i materiali per realizzare le varie funzioni descritte potranno essere di varia natura senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione. Si intende che le espressioni o la terminologia utilizzate hanno scopo puramente descrittivo e per questo non limitativo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Trapano ad uso ortopedico comprendente una testa rotante avente una punta atta a forare un corpo e mezzi di sostegno sui quali detta testa rotante è girevolmente montata, caratterizzato dal fatto che è prevista una unità di comando del movimento di detta punta rispetto a detto corpo, detta unità di comando comprendendo un supporto interno, connesso a detti mezzi di sostegno manuali ed un supporto esterno, atto a poggiare direttamente su detto corpo e traslante rispetto a detto supporto interno parallelamente a detta punta.
2. Trapano secondo la rivendicazione 1, in cui sono previsti mezzi dì rilievo della forza applicata su detta punta durante la foratura.
3. Trapano secondo la rivendicazione 2, in cui detta unità di comando comprende mezzi di controllo dell'avanzamento di detto supporto interno rispetto a detto supporto esterno in correlazione a detti mezzi di rilievo di detta forza.
4. Trapano secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di rilievo della forza applicata su detta punta durante la foratura comprendono almeno un sensore a flessione che trasmette la spinta assiale di detta testa su detto supporto interno.
5. Trapano secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detta unità di comando comprende mezzi a vite girevolmente connessi a detto supporto interno che si impegnano con mezzi a vite previsti su detto supporto esterno, nonché mezzi di trasmissione motorizzata della rotazione a detti mezzi a vite su detto supporto interno.
6. Trapano secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto supporto esterno comprende una staffa di appoggio a detto corpo, detta staffa essendo girevolmente connessa a detto supporto esterno, per cui può essere ruotata da una posizione operativa ad una posizione di riposo.
7. Trapano secondo le rivendicazioni precedenti, in cui detto supporto esterno trasla rispetto a detto supporto interno sporgendo variabilmente da una boccola di scorrimento fissata in detto sostegno impugnabile, essendo previsti mezzi di guarnizione tra detto supporto esterno e detta boccola.
8. Trapano ad uso ortopedico sostanzialmente come sopra descritto ed illustrato con riferimento ai disegni annessi.