PL245895B1 - Zespół do frezowania powierzchni stawowej oraz kości okołostawowej - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest zespół do frezowania powierzchni chrząstki stawowej oraz kości okołostawowej, znajdujący zastosowanie w chirurgii ortopedycznej, stanowiący wyposażenie do przygotowywania powierzchni tkanki chrzęstnej oraz kostnej wykorzystywane podczas implantacji endoprotez. Zespół do frezowania powierzchni chrząstki stawowej oraz kości okołostawowej, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwa frezy (2) o skośnym zakończeniu ostrza i łukowym zarysie kształtu, zakończone kulistym przegubem (10), który osadzony jest w prowadnicach (11) matrycy (3), zaś każdy z frezów (2) osadzony jest w kanale kształtowego korpusu (1), przy czym korpus (1) połączony jest złączem z mechanizmem napędowym (6) zespołu, natomiast matryca (3) osadzona jest na trzpieniu (13) mającym z wałem (4) połączenie gwintowe z blokadą (8), natomiast korpus (1) ma złącze gwintowe z wałem (4).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zespół do frezowania powierzchni chrząstki oraz kości okołostawowej, znajdujący zastosowanie w chirurgii ortopedycznej, stanowiący wyposażenie do przygotowywania powierzchni chrząstki stawowej oraz kości okołostawowej do implantacji endoprotez.

Dotychczasowe rozwiązania bazują na zespołach frezów ograniczonych stałym i stopniowanym rozmiarem średnicy oraz szerokim zestawie oprzyrządowania stosowanym podczas zabiegów. Wadą tych rozwiązań jest duża liczba elementów wchodzących w skład zestawu operacyjnego, często niewykorzystywanych podczas zabiegu. Aktualnie stosowane narzędzia nie pozwalają na kontrolowane wyprowadzanie produktów procesu skrawania poza przestrzeń operacyjną.

Znane są zespoły do frezowania powierzchni wewnętrznych kości stawów, zwłaszcza biodrowego i tak: w amerykańskim opisie patentowym US2006217730 przedstawiono rozszerzalny rozwiertak panewki obciążony sprężyną, który zawiera pewną liczbę wypukłych segmentów rozwiercających rozmieszczonych symetrycznie przez parę wokół centralnego rdzenia narzędzia rozwiertaka. Celem niniejszego wynalazku jest również zapewnienie i ulepszenie segmentu rozwiercającego obciążonego sprężyną, który rozszerza się szybciej i wymaga mniej manipulacji ze strony chirurga i personelu, minimalizując w ten sposób ryzyko infekcji i uszkodzenia tkanki. Ponadto wprowadzenie dużych rozmiarów konwencjonalnych rozwiertaków panewkowych o szorstkich i ostrych krawędziach poprzez małe nacięcia chirurgiczne niewątpliwie spowoduje uszkodzenie krawędzi nacięcia i otaczających tkanek miękkich, co może ostatecznie doprowadzić do opóźnionego gojenia się ran.

Patent nr US 6918914 przedstawia rozwiertak panewkowy zawierający głowicę rozwiercającą mającą łukowato ukształtowane segmenty ogólnie rozmieszczone symetrycznie wokół punktu środkowego. Łukowato ukształtowane segmenty są rozciągalne lub chowane wokół punktu środkowego, w celu utworzenia zmiennej wymiarowej wnęki w obszarze panewki. Rozwiertak może zawierać urządzenie uruchamiające do selektywnego rozciągania lub wycofywania segmentów, tak że segmenty pozostają zasadniczo symetrycznie rozmieszczone wokół punktu środkowego, podczas gdy segmenty są rozszerzane lub wycofywane. Segmenty mogą ponadto zawierać powierzchnie tnące mające kształt odpowiadający części powierzchni półkuli. W jednej postaci segmenty mogą być skonfigurowane w wąski symetryczny pas półkulistej powierzchni, który zapewnia regulowany półkulisty łuk tnący, natomiast patent nr US 7220264 opisuje rozwiertak do poszerzania panewki podczas minimalnie inwazyjnej procedury. Rozwiertak, zwłaszcza głowica rozwiertaka, może być wkładany i usuwany przez małe nacięcie bez urazu tkanki otaczającej nacięcie. Rozwiertak zawiera część rozwiercającą lub zgarniającą, które są wyrównane wzdłuż pojedynczego południka półkuli. Ponadto rozwiertak zawiera części stabilizujące, w celu zapewnienia wybranej orientacji rozwiercania.

W patencie nr US2006264958/US7608076 przedstawiono zastosowanie rozwiertaka chirurgicznego do skrawania tkanki chrzęstnej i kostnej. Rozwiertak zawiera ponadto nieruchomą część nośną wyrównaną z osią napędową i mającą co najmniej jedno promieniowe ostrze tnące, część obrotową wyrównaną z osią napędową i obrotową wokół tej osi, przy czym część obrotowa podtrzymuje co najmniej jedno promieniowe ostrze tnące i przegub obrotowy, w którym część obrotowa może być obracana w kierunku do i od części nieruchomej, tak aby zmienić szerokość pracy rozwiertaka we względnym całkowitym rozmiarze.

W patencie US2005203525 (A1) opisano rozwiertak panewkowy, który ma strukturę tnącą obrotową wokół osi wzdłużnej z kopulastą częścią skorupową. Osłona ma zewnętrzną powierzchnię, mającą liczne ostrza i powierzchnię wewnętrzną do gromadzenia zanieczyszczeń. Kształt narzędzia określony jest przez parę pierwszych zakrzywionych części generowanych wokół pierwszego promienia ze środkiem, który leży na osi i parze drugich zakrzywionych części generowane wokół środka, który jest oddalony od osi.

W patencie US2006276797 (A1) omówiono rozszerzający się rozwiertak do rozwiercania lub wycinania wklęsłej powierzchni, na przykład do rozwiercania panewki w celu przygotowania do implantacji elementu protetycznego, takiego jak panewka, podczas alloplastyki stawu biodrowego. Rozwiertak zawiera obrotowy wał współpracujący z wiertłem chirurgicznym lub innym źródłem energii na jednym końcu i obracający głowicę rozwiertaka na drugim końcu oraz układ przystosowany do rozszerzania jednego lub więcej ostrzy na głowicy rozwiertaka. W korzystnej wersji głowica rozwiertaka zawiera wiele ogólnie okrągłych, korzystnie zasadniczo płaskich i równoległych ostrzy, których zewnętrzne ostrza rozszerzają się promieniowo jako segmenty kuli tnącej, aby powiększyć efektywną średnicę głowicy rozwiertaka. W patencie US2007016211 (A1) przedstawiono rozszerzający się rozwiertak do rozwiercania lub cięcia wklęsłej powierzchni, na przykład, do rozwiercania panewki w celu przygotowania do wszczepienia elementu endoprotezy podczas alloplastyki stawu biodrowego. Obrotowy wał współpracuje z wiertłem chirurgicznym lub innym źródłem zasilania na jednym końcu i obraca głowicę rozwiertaka na drugim końcu, a układ uruchamiający rozszerza jedno lub więcej ostrzy na głowicy rozwiertaka. Głowica rozwiertaka zawiera jedno lub więcej ostrzy tnących, które działają jako segmenty kuli tnącej, przy czym ostrza są rozszerzalne w kierunkach nierównoległych do płaszczyzny odpowiednich ostrzy w celu powiększenia kuli tnącej. Po obróceniu głowicy rozwiertaka ostrze (ostrza) tworzą część efektywnej kuli tnącej, która jest korzystnie większa niż 180 stopni; umożliwia to większą swobodę w umieszczaniu wału rozwiertaka względem rozwiercanej powierzchni, na przykład względem osi panewki. W patencie US2011202060 (A1) opisano jednorazowy rozwiertak panewki zaprojektowany w celu poprawy skuteczności usuwania skrawanej tkanki. Urządzenie rozwiertaka zawiera skorupę rozwiertaka i interfejs sterownika rozwiertaka. Powierzchnia tnąca rozwiertaka ma półkulistą strukturę z wieloma oddalonymi od siebie częściami żeber, które rozciągają się od centralnego obszaru usytuowanego wokół wierzchołka skorupy.

Istotą wynalazku jest zespół do frezowania powierzchni stawowej oraz kości okołostawowej, charakteryzuje się tym, że ma co najmniej dwa frezy o skośnym zakończeniu ostrza i łukowym zarysie kształtu, zakończone kulistym przegubem, który osadzony jest w prowadnicach matrycy, zaś każdy z frezów osadzony jest w kanale kształtowego korpusu, przy czym korpus połączony jest złączem z mechanizmem napędowym zespołu, natomiast trzpień połączony jest z wałkiem poprzez gwint mający blokadę do unieruchamiania gwintu, natomiast korpus ma złącze gwintowe, którym połączony jest z wałkiem.

Korzystnym jest, gdy każdy z frezów usytuowany jest w jednakowej odległości kątowej względem kołowej płaszczyzny prostopadłej do osi jego wzdłużnej.

Korzystnym jest również, gdy frezy ścięte są pod katem β 40-50° korzystnie 45° oraz gdy kąt przyłożenia a ostrzy frezów do powierzchni skrawanej zawarty jest w zakresie 5-15° korzystnie 10°.

Korzystnym jest także, gdy krawędź skrawająca freza ma wypust skrawający.

Ponadto korzystnym jest, gdy frez jest rurką lub elementem otwartym albo częściowo otwartym. Zwłaszcza korzystnym jest, gdy każdy z frezów ma otwór wylotowy kanału do czyszczenia wnętrza freza.

Dzięki zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskano następujące efekty techniczno-użytkowe:

• możliwość dokładnej obróbki powierzchni panewek stawowych bez konieczności całkowitej ich resekcji jak w przypadku konwencjonalnych rozwiązań, • zmniejszenie inwazyjności operacji, • możliwość zastosowania zindywidualizowanych endoprotez stawowych, • geometria, ułożenie i ruch ostrzy skrawających umożliwia usunięcie produktów skrawania poza przestrzeń operacyjną, w wyniku czego uzyskuje się większą sterylność oraz widoczność miejsca zabiegu, • możliwość uzyskania bezstopniowej zmiany średnicy skrawania, dostosowanej do średnicy obrabianych panewek stawowych, • uzyskanie wysokiego stopnia precyzji obróbki, • uzyskanie wysokiej gładkości obrabianej powierzchni.

Wynalazek w przykładowym lecz nie ograniczającym wykonaniu został zilustrowany na rysunkach, gdzie fig. 1 przedstawia przekrój zespołu w płaszczyźnie przechodzącej przez jego oś obrotu, fig. 2 przedstawia przekrój korpusu w płaszczyźnie przechodzącej przez jej oś obrotu, fig. 3 przedstawia widok matrycy, fig. 4 przedstawia przekrój matrycy w płaszczyźnie prostopadłej do jej osi wzdłużnej, fig. 5 przedstawia widok matrycy w płaszczyźnie przechodzącej przez oś wzdłużną, fig. 6 przedstawia widok wałka, fig. 7 przedstawia częściowy przekrój przez matrycę w płaszczyźnie przechodzącej przez oś kanału z ostrzem, fig. 8 przedstawia widok ostrza częściowo otwartego, fig. 9 przedstawia szczegół A z fig. 8, natomiast fig. 10 przedstawia usytuowanie ostrza freza względem powierzchni obrabianej.

Zespół do frezowania powierzchni zewnętrznych kości stawów ma co najmniej dwa frezy 2 o skośnym zakończeniu ostrza 16 i łukowym zarysie kształtu, zakończone kulistym przegubem 10, który osadzony jest w prowadnicach 11 matrycy 3. Każdy z frezów 2 osadzony jest w kanale 12 kształtowego korpusu 1. Korpus 1 połączony jest złączem z mechanizmem napędowym 6 zespołu, natomiast trzpień 13 połączony jest z wałkiem 4 poprzez gwint 18 mający blokadę 8 do unieruchamiania gwintu 18, natomiast korpus 1 ma złącze gwintowe 17, którym połączony jest z wałkiem 4. Każdy z frezów 2 usytuowany jest w jednakowej odległości kątowej względem kołowej płaszczyzny prostopadłej do osi wzdłużnej. Ostrza skrawające freza 2 mają kąt przyłożenia a równy 10°, a kat natarcia β równy 45°.Krawędź skrawająca freza 2 ma wypust skrawający 19 do łamania produktu skrawanego. Istnieją odmiany, gdzie frez 2 jest rurką, istnieją też odmiany, gdzie frez 2 jest elementem otwartym, również istnieją odmiany, gdzie frez 2 jest elementem częściowo otwartym. Każdy z frezów 2 w pierwszej odmianie wykonania, ma otwór wylotowy 23 kanału 24 do czyszczenia wnętrza freza 2.

Mechanizm napędowy 6 połączony jest trwale z matrycą 3 za pomocą wałka 4 przenoszącego napęd obrotowy. Matryca 3 porusza się ruchem posuwistym i obrotowym poprzez połączenie gwintowe 14 z wałkiem 4. W matrycy 3 przesuwają się frezy 2 z ostrzami skrawającymi 16 wewnątrz kanałów 12 korpusu 1. Każdy frez 2 przemieszcza się przez kanały 12, wymuszające na nim ruch wyłącznie po określonym torze. Ostrza skrawające 16 freza 2 połączone są z matrycą 3 za pomocą swobodnego połączenia kształtowego poprzez kulisty przegub 10 i prowadnicę 11 zapewniającego ich minimalny przesuw względem matrycy 3 i korpusu 1.

Mechanizm napędowy 6 przyłączony jest do zewnętrznego źródła napędu obrotowego. Poprzez połączenie mechanizmu napędowego 6 z wałkiem 4 ruch obrotowy przenoszony jest na całość narzędzia. Podczas pracy narzędzie jest w ruchu obrotowym wokół osi wałka 4 - umownej osi symetrii narzędzia. Ruch odbywa się lewo bądź prawoskrętnie w zależności od ustawienia kątowego ostrzy skrawających 16. Wałek 4 złączony jest połączeniem gwintowym 18 z korpusem 1. Oba połączenia z korpusem 1 oraz mechanizmem napędu 6 posiadają gwint zgodny z kierunkiem pracy narzędzia. Połączenie takie zapobiega ewentualnemu rozłączeniu wałka 4 od korpusu 1. Na wałek 4 nakręcana jest matryca 3, która porusza się po gwincie o wysokim skoku, zapewniając znaczne przesunięcie liniowe i niskie przesunięcie kątowe. Ruch matrycy 3 blokowany jest za pomocą układu blokada 8 - klin 9. Po ustawieniu matrycy 3 do wymiaru średnicy skrawającej stawu poprzez przekręcanie jej wokół osi symetrii narzędzia za pomocą poszerzonej części wałka 4 z nacięciami ułatwiającymi chwyt, blokuje się jej ruch poprzez wkręcenie blokady 8 w nagwintowany otwór znajdujący się w matrycy 3. Wkręcanie blokady 8 powoduje stopniowe dociskanie powierzchni spodniej klina 9 w nienagwintowaną powierzchnię wałka 4. Stopniowe wkręcanie blokady 8 w pewnym monecie stanie się niemożliwe, co oznacza, że klin 9 opierając się o powierzchnię wału 4 całkowicie zablokował ruch układu blokada 8 z matrycą 3. W celu odblokowania ruchu matrycy 3 należy wykręcić z niej blokadę 8. Matryca 3 porusza się wewnątrz komory korpusu 1 ograniczanej ścianami korpusu 1 oraz dwoma częściami pokrywy 5 korpusu 1. Pokrywa 5 korpusu 1 ogranicza maksymalny wysuw zewnętrzny matrycy 3, dodatkowo stabilizując położenie matrycy 3 względem osi symetrii narzędzia. Pokrywa 5 korpusu 1 przykręcana jest do korpusu 1 za pomocą zestawu czterech śrub montażowych 7. Ruch obrotowy i posuwisty matrycy 3 względem wałka 4 wywołuje nacisk głowy matrycy 3 na kuliste końce ostrzy skrawających 16 freza 2. Końce ostrzy skrawających 16 freza 2 w kształcie kulistego przegubu 10 osadzone są na gwintowanym pręcie i wkręcone w frez 2, poruszają się w kanałach 12 wyciętych na powierzchni głowy matrycy 3. Prowadnice 11 nacięte są symetrycznie, bądź asymetrycznie względem osi obrotu narzędzia - jest to zależne m.in.: od ilości ostrzy skrawających 16. Prowadnice 11 blokują ruch ostrzy skrawających 16. Wykręcenie matrycy 3 z korpusu 1 względem wałka 4 powoduje wsuwanie się ostrzy skrawających 16 freza 2 pod kątem 45° do wewnątrz zamkniętej komory korpusu 1. Wkręcenie matrycy 3 skutkuje efektem odwrotnym. Ostrza skrawające 16 freza 2 wysuwają się, zbliżając do siebie krawędzie skrawające, co skutkuje zmniejszeniem średnicy końcowej skrawanej powierzchni sferycznej. Ruch ostrzy skrawających 16 freza 2 poza prowadnicami 11 naciętymi na głowie matrycy 3 odbywa się w przestrzeni ograniczonej przez otwory 15 w korpusie 1. Kanały 12 zapewniają ruch ostrzy skrawających 16 freza 2 po torze w kształcie łuku o zdefiniowanym promieniu. Po ustaleniu odpowiedniej średnicy skrawania - czyli położenia ostrzy skrawających 16 freza 2 oraz zablokowaniu ruchu matrycy 3 za pomocą blokady 8, poprzez mechanizm napędowy 6 zadaje się ruch obrotowy pochodzący z zewnętrznego źródła napędowego. Ostrza skrawające freza 2 mają kąt przyłożenia a = 10°, i kąt natarcia β = 45°. Produkty skrawania wpadają w kanały 24 freza 2, wypadając pomiędzy komorą wewnętrzną 21 i komorą zewnętrzną 22 korpusu 1 poprzez otwór wylotowy 23 kanału 24 do czyszczenia wnętrza freza 2. Wzdłuż wałka 4 oraz poprzez mechanizm napędowy 6 przechodzi kanał dla medium 20, np. wody - umożliwiający dostarczenie medium do przestrzeni zewnętrznej korpusu 1 i rozcieńczenie produktów skrawania, wspomagając ich usunięcie.

Po ustaleniu pozycji matrycy 3 - średnicy skrawania, blokuje się matrycę 3 poprzez wkręcenie blokady 8 z klinem 9, po czym następuje uruchomienie napędu. Dalej przykłada się narzędzie do obrabianej powierzchni, np. stawu biodrowego i podaje medium nośne przez kanał 20 znajdujący się wzdłuż wałka 4 i w mechanizmie napędowym 6, po czym następuje skrawanie powierzchni ostrzami skrawającymi 16 freza 2. Wióry odpadowe wraz z medium wypadają poprzez wyloty 23 kanałów frezów 24. Większe kawałki wiórów łamane są wypustem skrawającym 19. Po zebraniu określonej ilości materiału ze stawu biodrowego koryguje się ustawienie matrycy 3. Po dokonaniu zmian, sprawdzeniu powierzchni obrabianej np. stawu biodrowego w przypadku zdjęcia kolejnej warstwy z powierzchni stawu biodrowego, ponownie blokuje się matrycę 3 i przystępuje do kolejnego zebrania materiału do uzyskania żądanej powierzchni stawu biodrowego. Obszar skrawania ograniczony jest zewnętrznymi krawędziami narzędzia.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół do frezowania powierzchni stawowej oraz kości okołostawowej, znamienny tym, że ma co najmniej dwa frezy 2 o skośnym zakończeniu ostrza 16 i łukowym zarysie kształtu, zakończone kulistym przegubem 10, który osadzony jest w prowadnicach 11 matrycy 3, zaś każdy z frezów 2 osadzony jest w kanale 12 kształtowego korpusu 1, przy czym korpus 1 połączony jest złączem z mechanizmem napędowym 6 zespołu, natomiast trzpień 13 połączony jest z wałkiem 4 poprzez gwint 18 mający blokadę 8 do unieruchamiania gwintu 18, natomiast korpus 1 ma złącze gwintowe 17, którym połączony jest z wałkiem 4.
2. 2. Zespół, znamienny tym, że każdy z frezów 2 usytuowany jest w jednakowej odległości kątowej względem kołowej płaszczyzny prostopadłej do jego osi wzdłużnej.
3. 3. Zespół, znamienny tym, ze frezy 2 ścięte są pod katem β 40-50° korzystnie 45°.
4. 4. Zespół, znamienny tym, że kąt przyłożenia a ostrzy frezów 2 do powierzchni skrawanej zawarty jest w zakresie 5-15° korzystnie 10°.
5. 5. Zespół, znamienny tym, że krawędź skrawająca freza 2 ma wypust skrawający 19.
6. 6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że frez 2 jest rurką.
7. 7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że frez 2 jest elementem otwartym.
8. 8. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że frez 2 jest elementem częściowo otwartym.
9. 9. Zespół według zastrz. 1, albo 6 znamienny tym, że każdy z frezów 2 ma otwór wylotowy 23 kanału 24 do czyszczenie wnętrza freza 2.