DE69531803T2

DE69531803T2 - Führungssystem zum Fräsen von Knochen

Info

Publication number: DE69531803T2
Application number: DE69531803T
Authority: DE
Inventors: Dr. Kim C. Bountiful Bertin; Dr. Robert Booth; Dr. Dennis W. Burke; Rodney Bays; Terry L. Dietz; Gregory C. Stalcup; Richard D. Vanlaningham
Original assignee: Bristol Myers Squibb Co
Current assignee: BERTIN, KIM C., BOUNTIFUL, UTAH, US; BOOTH, ROBERT E. JUN., PHILADELPHIA, PA., US; BURKE, DENNIS W., MILTON, MASS., US; Zimmer Inc
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2015-05-17
Also published as: JPH0856956A; CA2148429A1; EP0682916A3; EP1329198B1; ES2219634T3; DE69533009T2; ES2260539T3; ES2206477T3; CA2148429C; EP1329199A1; US5908424A; EP1329200A1; EP0682916A2; AU698514B2; EP0682916B1; DE69534927D1; DE69534927T2; AU1792095A; DE69531803D1; DE69533009D1

Description

Diese Erfindung betrifft Instrumente zum Schneiden einer ebenen Oberfläche auf einem Knochenteil unter Verwendung einer Fräsvorrichtung.
Hintergrund der Erfindung
Chirurgische Verfahren zum Entfernen eines schadhaften Gelenks und Ersetzen mit einem Prothesengelenk sind wohlbekannt. Die Entfernung eines Teils eines Knochengewebes ist häufig notwendig, um das Prothesengelenk aufzunehmen. Herkömmliche Knochenschneidverfahren verwenden sich hin- und herbewegende Sägen und Führungsinstrumente, welche das Sägeblatt ausrichten und führen, um den gewünschten Schnitt zu erzeugen. Herkömmliche Führungsinstrumente müssen richtig an dem Knochen selbst ausgerichtet und befestigt werden, um sicher zu stellen, daß das Schneidverfahren eine passende Gelenkoberfläche für die Befestigung des Prothesengelenks herstellt. Wenn die Schnittführung einmal richtig an dem Knochen ausgerichtet und befestigt ist, sind häufig kleine Einstellungen der Ausrichtung und Position des Führungsinstruments relativ zu dem Knochen wünschenswert.
Fräsvorrichtungen wurden entwickelt, um Gelenkoberflächen auf Knochen zu fräsen. Bisher verwenden die Fräsvorrichtungen an dem Knochen befestigte Ausrichtungsführungsinstrumente, um die Fräsvorrichtung zu positionieren und über die Knochenoberfläche zu führen. Im allgemeinen enthalten die Fräsführungsinstrumente Schablonen, die eine Spur haben, um die Welle der Fräsvorrichtung aufzunehmen. Eine derartige Vorrichtung ist in EP-A-0 554 959 beschrieben. Wiederum werden häufig seitliche Einstellungen gewünscht, wenn die Fräsführungsinstrumente einmal ausgerichtet und befestigt sind, und herkömmliche Fräsführungsinstru mente müssen neu ausgerichtet und neu befestigt werden, um Feineinstellungen Rechnung zu tragen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Führungseinrichtung wird mit Hilfe einer abnehmbaren Bezugseinrichtung auf dem Knochen befestigt, welche ausziehbar mit dem oberen Teil der Führungseinrichtung verbunden ist. Die Bezugseinrichtung hat ein T-förmiges Glied, das einen ebenen Bezug und einen zentrierenden Bezug relativ zu der Gelenkoberfläche des Knochens bereitstellt. Die Bezugseinrichtung ermöglicht es dem Chirurgen auch, die Drehausrichtung einzustellen, bevor die Führungseinrichtung an ihrem Platz befestigt wird. Wenn die Führungseinrichtung einmal befestigt ist, wird die Bezugseinrichtung entfernt, und die Ausrichtungseinrichtung wird mit der Führungseinrichtung verbunden.
Die Ausrichtungseinrichtung hält eine Schabloneneinrichtung über der Gelenkoberfläche des Knochens. Die Schabloneneinrichtung hat eine Bezugsoberfläche, die die Frästiefe bestimmt, und eine Spur, die die Welle der Fräsvorrichtung aufnimmt und den Laufweg der Fräsvorrichtung bildet.
Der Basisteil ist verschiebbar mit dem Schieberteil verbunden, um seitliche Anpassungen der Schabloneneinrichtung relativ zu der Gelenkoberfläche zu ermöglichen, nachdem die Führungseinrichtung richtig an dem Knochen befestigt wurde. In einer Ausführungsform ist der Basisteil für eine einseitige Bewegung parallel zu der Gelenkoberfläche mit dem Schieberteil verbunden. In einer zweiten Ausführungsform ist der Basisteil für eine zweiseitige Bewegung parallel zur Gelenkoberfläche verschiebbar mit dem Schieberteil verbunden.
Entsprechend ist es ein Vorteil dieser Erfindung, Instrumente zur Verfügung zu stellen, um unter Verwendung einer Fräsvorrichtung einen ebenen Schnitt herzustellen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Vorderansicht der Ausrichtungsführung außerhalb des Marks, einer Schablone und einer Ausführungsform der Ausrichtungseinrichtung dieser Erfindung.
2 ist eine Vorderansicht der Ausrichtungsführung außerhalb des Marks und der Bezugsführung relativ zu einem (in gestrichelten Linien gezeigten) Schienbein.
3 ist eine Seitenansicht der Bezugsführung und einer Ausrichtungsführung, die die Position der Bezugsführung relativ zu einem Schienbeinkopf zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Bezugsführung.
5 ist eine Draufsicht der Bezugsführung und der Ausrichtungsführung, die die Position der Bezugsführung relativ zu einem (in gestrichelten Linien gezeigten) Schienbeinkopf zeigt.
6 ist eine Draufsicht eines Abmessungsmeßgeräts relativ zu einem (in gestrichelten Linien gezeigten) Schienbeinkopf.
7 ist eine Seitenansicht des relativ zu einem (in gestrichelten Linien gezeigten) Schiebeinkopf gezeigten Abmessungsinstruments.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Frästiefen-Meßgeräts.
9 ist eine Vorderansicht des Frästiefen-Meßgeräts.
10 ist eine entlang der Linie 10-10 von 9 genommene Schnittansicht des Frästiefen-Meßgeräts.
11 ist eine Explosionsansicht des Frästiefen-Meßgeräts.
12 ist eine Draufsicht einer Schablone, die über der Ausrichtungseinrichtung und der Ausrichtungsführung eingepaßt ist.
13 ist eine Teilvorderansicht der Schablonen-Ausrichtungseinrichtung und des oberen Teils der Ausrich tungsführung, die mit einem (in gestrichelten Linien gezeigten) Schienbein verbunden ist.
14 ist eine Vorderansicht eines Tiefenmeßgeräts, das auf einer Schablone und einer Ausrichtungseinrichtung positioniert ist.
15 ist eine Explosionsansicht der Ausrichtungseinrichtung.
16 ist eine perspektivische Ansicht eines an der Ausrichtungseinrichtung befestigten Ablenkschirms.
17 zeigt eine zweite Ausführungsform der Ausrichtungseinrichtung.
18 ist eine Draufsicht der Ausrichtungseinrichtung von 17.
19 ist eine entlang der Linie 19-19 von 18 genommene Schnittansicht der Ausrichtungseinrichtung.
20 ist eine Vorderansicht der Ausrichtungseinrichtung von 17, wobei die Basis auf eine Seite des Schieberkopfes verschoben ist.
21 ist eine Seitenansicht der Ausrichtungseinrichtung von 17, wobei die Basis von dem Schieberkopf weg verschoben ist.
22 ist eine Vorderansicht der Ausrichtungseinrichtung von 17, wobei die Basis auf die entgegengesetzte Seite des Schieberkopfes verschoben ist.
23 ist eine Seitenansicht der Ausrichtungseinrichtung von 17, wobei die Basis so verschoben ist, daß es an den Schieberkopf stößt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die hier beschriebenen Ausführungsformen sollen weder erschöpfend sein noch die Erfindung auf die exakten offenbarten Formen einschränken. Sie sind ausgewählt und werden beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre Anwendung und praktische Verwendung zu erklären, um andere Fachleute in die Lage zu versetzen, ihre Lehren zu nutzen.
1–16 zeigen ein Schienbein-Fräsführungssystem. Das Schienbein-Fräsführungssystem hat eine Vielfalt an einzelnen Bestandteilen, welche umfassen: eine Schienbeinausrichtungsführung 10 außerhalb des Marks, eine einstellbare Fräsenbasiseinheit 40, ein Frässchablone 80, ein Abmessungsmeßgerät 90 und ein Frästiefenmeßgerät 100. Alle der einzelnen Bestandteile sind aus geeigneten Materialien aufgebaut, die ermöglichen, daß die Bestandteile wiederverwendbar sind und sterilisiert werden.
Ausrichtungsführung außerhalb des Marks
Wie in 1 und 2 gezeigt, hat die Schienbeinausrichtungsführung 10 außerhalb des Marks eine herkömmliche Teleskopkonstruktion und enthält ein ausziehbares oberes Glied 20, das verschiebbar in ein rohrförmiges unteres Glied 12 eingepaßt ist. Das untere Glied 12 hat einen Längsschlitz 13 und endet in einem spitzen Ende 14. Das untere Glied 12 umfaßt eine einstellbare Platte 16 und eine Verbindungslasche 17 zum Befestigen des unteren Glieds an dem Unterschenkel des Patienten. Die Platte 16 ist bogenförmig, um sich benachbart zum Knöchel an den Außenumriß des Unterschenkels eines Patienten anzupassen. Die Platte 16 weist ein senkrechtes Schieberelement 18 auf. Das Schieberelement 18 erstreckt sich seitlich durch das untere Glied 12 und wird von einer Arretierschraube 27 befestigt, um die Platte 16 und das untere Glied 12 einstellbar zu verbinden.
Das obere Glied 20 hat einen massiven länglichen Rumpf, der in einer senkrechten Montageklemme 22 endet. Die Klemme 22 hat mehrere Bohrungen 23 zum Aufnehmen von Knochenschrauben 16, welche das obere Glied 20 an dem proximalen Schienbein befestigen (in 13, 14 und 16 gezeigt). Das obere Glied 20 hat auch eine Mittelöffnung 21. Ein vertikaler Einstellknopf 24 wird, wie in 1 gezeigt, in der Öffnung 21 gehalten. Der vertikale Einstellknopf 24 hat eine (nicht gezeigte) Längsgewindedurchbohrung. Eine halbkreisförmige Längsbohrung 25 erstreckt sich durch das obere Glied 20 von dessen oberem Ende zu der Öffnung 21. Das obere Glied 20 ist durch eine Längeneinstell-Arretierschraube 28, die sich durch eine Rille 13 erstreckt und sich in eine Bohrung in dem oberen Glied 20 windet, in dem unteren Glied 12 befestigt.
Wie üblicherweise auf dem Fachgebiet verwendet, kann die Länge und Lage der Ausrichtungsführung 10 unter Verwendung der Arretierschrauben 27 und 28 eingestellt und befestigt werden. Die Länge der Ausrichtungsführung 10 kann eingestellt werden, indem das obere Glied 20 wahlweise in dem unteren Glied 12 zusammengeschoben wird und sie mit der Arretierschraube befestigt werden. Die Lage der Ausrichtungsführung 10 zum Schienbein 2 kann ebenfalls durch Beabstanden der Schienbeinplatte 16 von dem unteren Glied 12 und Befestigen mit der Arretierschraube 27 eingestellt werden. Die Einstellung der Lage der Ausrichtungsführung stellt die Vorder-Rückseiten-Neigung für die Fräsführung her.
Bezugsführung
Wie in 2–5 gezeigt, umfaßt die Ausrichtungsführung 10 auch eine abnehmbare proximale Schienbein-Bezugsführung 30. Die Bezugsführung 30 enthält einen Hals 32 und ein T-förmiges Glied 36. Im allgemeinen erstreckt sich das T-förmige Glied 36 senkrecht von dem oberen Ende des Halses 32 aus. Das T-förmige Glied 36 ist im wesentlichen eben und enthält zwei seitliche Arme 37, die sich von einem Mittelfuß 38 und einem Zentrierpunkt 39 aus erstrecken. Der untere Teil des Halses 32 ist geeignet, in die Bohrung 25 der Ausrichtungsführung 10 eingepaßt zu werden, und hat einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einer flachen Seite 33 und einem gewundenen äußersten Ende 34. Wie in 2 gezeigt, ist die Bezugsführung 30 in die Bohrung 25 des oberen Glieds 20 eingeführt, wobei das gewundene Ende 34 in den vertikalen Einstellknopf 24 gedreht ist. Folglich zieht das Drehen des vertikalen Einstellknopfes die Bezugsführung in der Ausrichtungsführung aus und zurück, um das T-förmige Glied über der Gelenkoberfläche des Schienbeinkopfes einstellbar zu beabstanden.
Einstellbare Fräsenbasis
Wie am besten in 15 gezeigt, umfaßt die einstellbare Fräsebasiseinheit 40 einen T-förmigen Schieber 50 und eine verschiebbare Basis 60. Der Schieber 50 umfaßt einen seitlich verlängerten Kopf 54 und einen verlängerten Hals 52, der sich von dem Kopf 54 aus senkrecht erstreckt. Der Hals 52 ist geeignet, in die Bohrung 25 der Ausrichtungsführung 10 eingepaßt zu werden, und hat einen halbkreisförmigen Querschnitt und ein gewundenes äußerstes Ende 53. Der Schieberkopf 54 hat eine längliche seitliche Öffnung 43, die sich relativ zu dem Schienbein in eine Vorder-Rückseitenrichtung erstreckt. Der Schieberkopf 54 hat einen seitlichen Kanal 57, der von einem oberen hinteren Flansch 55 und einem unteren vorderen Flansch 56 begrenzt wird. Eine Schieberplatte 58 erstreckt sich von der Hinterseite des Schieberkopfes 54 benachbart zum unteren Flansch 57. Wie in 15 gezeigt, ist in der Schieberplatte 58 ein Paar ausgerichteter Schlitze 59 definiert.
Die verschiebbare Basis 60 hat eine leicht bogenförmige Rückseite, um sich dem vorderen Umriß des Schienbeinkopfes 3 direkt unter dem Kniegelenk anzupassen. Die Basis 60 hat auch eine Bohreröffnung 61, um zu ermöglichen, daß der Bohrer 7 der Fräsvorrichtung durchgeht. Die Vorderseite der Basis 60 hat einen erhöhten seitlichen Absatz 62. In der Basis 60 sind durch den Absatz 62 durchgehende Querbohrungen 63 ausgebildet, um Knochenschrauben 42 aufzunehmen, um die Basis 60 zu befestigen, wenn es richtig gegen das Schienbein positioniert wurde.
Die Basis 60 ist verschiebbar mit dem Schieber 50 verbunden. Die Basis 60 ist oben auf der Schieberplatte 58 plaziert, wobei der Absatz 62 in den Kanal 57 eingepaßt ist. Anschlagstifte 48 sind in (nicht gezeigte) Löcher in der Unterseite des Kopfes 54 eingeführt, um in die Schlitze 59 der Schieberplatte 58 vorzustehen. Die Anschlagstifte 48 begrenzen die Längsbewegung der Basis 60 entlang des Schieberkopfes 54. Wie in 13, 14 und 16 gezeigt, wird die Bohrung 63 mit der Öffnung 43 in dem Schieberkopf 54 ausgerichtet, wenn die Basis 60 mit dem Schieber 50 verbunden ist. Die Breite der Öffnung 43 ist ausreichend, um den Zugang zur Bohrung 63 zu ermöglichen, wenn die Basis zu einer der äußersten seitlichen Positionen verschoben wird.
Wie in 15 gezeigt, hat die Basis 60 auch ein Paar Schablonenmontagebohrungen 70 und einen Freigabemechanismus zum Befestigen der Schablone 80 an der Basis 60. Dieser Freigabemechanismus umfaßt zwei herabdrückbare Freigabezylinder 72, die verschiebbar in zwei Endbohrungen 71 untergebracht sind. Jeder Freigabezylinder 72 hat senkrecht zu seiner Achse eine seitliche Durchbohrung 74 und eine ringförmige Aussparung 73. Die seitlichen Bohrungen 74 des Freigabezylinders 72 haben im wesentlichen identische Durchmesser wie die Montagebohrungen 70 und sind im wesentlichen mit der Montagebohrung 70 ausgerichtet, wenn die Freigabezylinder 72 in die Endbohrung 71 eingeführt sind. Der Arretierstift 75 erstreckt sich durch eine Bohrung 77 in der Hinterseite der Basis 60 und in die ringförmige Aussparung 73, um zu verhindern, daß die Zylinder 72 aus der Endbohrung 71 entfernt werden. Federn 76 werden in jede Endbohrung 71 eingeführt, um ihren Freigabezylinder 72 aus der Endbohrung 71 heraus zu drücken, was die Ausrichtung der seitlichen Bohrung 74 und der Montagebohrung 70 verschiebt. Das Herabdrücken des Zylinders 72 in die Endbohrung 71 richtet die seitlichen Bohrungen 74 und die Montagebohrungen 70 axial neu aus.
Wie in 1 gezeigt, ist die Fräsenbasiseinheit 40 ausziehbar mit der Ausrichtungsführung 10 verbunden. Der Hals 52 des Schiebers 50 wird in die Bohrung 25 des oberen Glieds 20 eingeführt, wobei das gewundene Ende 53 in den vertikalen Einstellknopf 24 gedreht wird. Folglich zieht das Drehen des vertikalen Einstellknopfes 24 die Fräsenbasiseinheit 40 in dem oberen Glied aus und zurück. Der halbkreisförmige Querschnitt und die flache Seite des Halses 52 halten die Fräsenbasiseinheit richtig in der Bohrung 25 ausgerichtet, wenn sie in die Ausrichtungsführung eingepaßt sind.
Abschirmung
Wie in 16 gezeigt, kann die einstellbare Fräsenbasis 40 eine abnehmbare Trümmerabschirmung 78 umfassen. Die Abschirmung 78 hat einen bogenförmigen transparenten Körper mit einem Paar seitlicher Löcher 79. Wenn die Frässchablone 80 einmal an der Fräsenbasiseinheit 40 befestigt ist, kann die Abschirmung 78 an der Basis 60 montiert werden, wobei die vorstehenden Enden der Freigabezylinder 72 sich durch die Seitenlöcher 79 erstrecken. Die Elastizität des Abschirmungskörpers hält die Abschirmung an ihrem Platz. Die Abschirmung deckt die Vorderseite der Fräsenbasiseinheit ab, um die Streuung von während des Fräsverfahrens freigesetzten Gewebetrümmern zu begrenzen.
Frässchablone
Die Frässchablone 80 ist im allgemeinen eben und hat eine obere Bezugsoberfläche 82 und eine untere Oberfläche 83. Die Schablone 80 hat auch eine feste Spur 84 und eine Bohreröffnung 85, um den Bohrer 7 (16) der Fräsvorrichtung zu führen. Die Spur 84 ist derart geformt, daß ein Teil des Wegs, den der Bohrer 7 schneidet, sich mit anderen Teilen des Wegs überlappt, um eine zusammenhängende ebene Oberfläche zu schneiden. Bohrer mit unterschiedlichen Durchmessern können unterschiedliche Spuraufbauten erfordern. Die Bezugsoberfläche 82 steuert die Schnittiefe.
Während der Bohrer so geführt werden kann, daß er eine Fläche schneidet, die innerhalb des Umfangs der Schablone oder auf einer Fläche, die sich über diese Schablone hinaus erstreckt, liegt, wird bevorzugt, daß der Umfang der Schablone den äußeren Grenzen des von dem Bohrer geschnittenen Wegs entspricht, um zu ermöglichen, daß ein Bediener den genauen Ort bestimmt, wo Gewebe geschnitten werden. Es wird auch bevorzugt, eine Vielfalt an Führungen bereitzustellen, um eine Vielfalt an Knochengrößen und Formen und eine Vielfalt an Schnittflächenformen zur Verfügung zu stellen. Die gezeigte beispielhafte Führung liefert eine ungeschnittene Hinterregion, wie sie für eine Schienbeinprothese zum Halten eines hinteren Kreuzbandes geeignet wäre.
Zwei Montagepfosten 86 erstrecken sich von der unteren Oberfläche 83 aus, um die Schablone 80 in den Montagebohrungen 70 der Basis 60 zu verbinden. Die Montagepfosten 86 erstrecken sich durch die Montagebohrungen 70 und die seitliche Bohrung 74 des Freigabezylinders 72. Wenn die Montagepfosten 86 in die Basis 60 eingeführt werden, drückt die Spannung der Feder 76 den Freigabezylinder 72 seitlich gegen die Montagepfosten 86, um die Schablone 80 an der Basis 60 zu befestigen.
Anwendung
Das Verfahren zur Verwendung des Schienbein-Fräsführungssystems beginnt mit dem Vorbereiten des Kniegelenks und dem Freilegen des Schienbeinkopfs 3. Die Ausrichtungsführung 10 wird, wie in 2 gezeigt, zuerst in die Bezugsführung 30 eingesetzt. Anfänglich wird das untere Glied 12 der Ausrichtungsführung 10 an dem Unterschenkel des Patienten befestigt. Die Platte 16 stößt an die Vorderseite des Schienbeins und wird von der Lasche 17 befestigt, wobei das spitze Ende 14 an der Unterseite des Knöchels positioniert ist. Wenn das untere Glied 12 der Ausrichtungsführung 10 befestigt ist, kann die Länge des Ausrichtungsinstruments durch die Arretierschraube 28 eingestellt werden. Das obere Glied 20 wird aus- oder eingezogen, so daß eine Klemme 22 direkt unter dem Kniegelenk positioniert wird.
Die Bezugsführung 30 wird verwendet, um die Ausrichtungsführung 10 richtig entlang des Unterschenkels zu positionieren. Wie in 5 gezeigt, wird die Drehausrichtung durch Positionieren der Ausrichtungsführung 10 bestimmt, so daß der Zentrierpunkt 39 im allgemeinen die Mitte des Schienbeinkopfes 3 überdeckt, und jeder Arm 37 des T-förmigen Glieds 36 sich in gleichen Abständen über ein äußerstes seitliches Ende des Schienbeinkopfes 3 erstreckt. Das ebene T-förmige Element 36 stellt auch eine Bezugsebene zum Einstellen der Lage der Ausrichtungsführungs-Arretierschraube 27 bereit, so daß die richtige hintere Neigung hergestellt werden kann.
Die Bezugsführung 30 kann unter Verwendung des vertikalen Einstellknopfes 24 näher und weiter weg von dem Schienbeinkopf beabstandet werden, um eine verbesserte visuelle Ausrichtung zu ermöglichen. Wenn sie einmal richtig ausgerichtet ist, werden die Knochenschrauben 26 durch die Bohrungen 23 getrieben, um das obere Glied 20 der Ausrichtungsführung 10, wie in 2 gezeigt, an dem Schienbein 2 zu befestigen.
Wenn die Ausrichtungsführung 10 richtig an dem Schienbein und dem Unterschenkel befestigt ist, wird die Bezugsführung 30 entfernt, und die einstellbare Fräsenbasis 40 wird in die Ausrichtungsführung 10 eingepaßt. Der Hals 52 wird in die Bohrung 25 eingeführt, und das gewundene Ende 53 wird in den vertikalen Einstellknopf 24 gedreht, bis die Fräsenbasiseinheit 40 auf der richtigen Höhe über der Gelenkoberfläche 4 ist. Wenn die Fräsenbasiseinheit 40 auf der richtigen Höhe positioniert ist, kann der Chirurg die Basis manuell seitlich relativ zu dem Schieber 50 verschieben, um die Basis 60 mit der Gelenkoberfläche 4 zu zentrieren. Wenn die Basis 60 einmal richtig positioniert ist, wird die Basis 60 mit den Knochenschrauben 26, die durch die Öffnung 43 und die Bohrungen 63 eingeführt und in das Schienbein 2 gedreht werden, an seinem Platz befestigt. Nachdem die Basis 60 an dem Schienbein befestigt ist, wird die Schablone 80 an der Basis 60 montiert. Die Montagepfosten 86 werden in den Montagebohrungen 70 aufgenommen, wobei der Freigabezylinder 72 die Schablone 80 an der Basis 60 arretiert. Wie in 16 gezeigt, wird die Bohreröffnung 85 der Schablone 80 mit der Bohreröffnung 61 der Basis 60 ausgerichtet, um zu ermöglichen, daß der Bohrer 7 einer Fräsvorrichtung durchgeht. Wahlweise kann die Abschirmung 78 an diesem Punkt an der Basis 60 befestigt werden.
Abmessungsmeßgerät
6 und 7 zeigen ein L-förmiges Abmessungsmeßgerät 90, das verwendet wird, um die richtige Schablonengröße zum Aufnehmen des Schienbeinkopfs und der zu schnei denden Gelenkoberfläche auszuwählen. Das Abmessungsmeßgerät 90 umfaßt eine flache längliche Stange 92 und einen nach unten gedrehten Arm 94, der sich senkrecht von einem Ende der Stange 92 aus erstreckt. Wie in 7 gezeigt, erstreckt sich ein Kontaktfinger 95 senkrecht von dem Arm 94 aus und parallel zu der Stange 92. Die obere Oberfläche der Stange 92 wird mit einem Satz von Abmessungskennwerten 96, die verschiedenen Schablonengrößen entsprechen, beschrieben. Außerdem hat die Stange 92 eine Längsreihe von dicht beabstandeten Zentrierlöchern 93, die zwischen den Abmessungskennwerten 96 und dem Arm positioniert werden. Jedes Zentrierloch 93 wird mit einem entsprechenden Abmessungskennwert 97 auf der oberen Oberfläche der Stange 92 markiert.
Im Gebrauch wird das Abmessungsmeßgerät 90, wie in 6 und 7 gezeigt, oben auf dem freiliegenden Schienbeinkopf 7 plaziert. Die Stange 92 wird manuell parallel darüber gehalten, wobei der Kontaktfinger 95 entweder in die seitliche oder die mittlere Seite des Schienbeinkopfes 3 eingreift. Wenn das Abmessungsmeßgerät derart positioniert ist, kann der Chirurg durch Herunterschauen auf das Instrument wie in 6 einen Meßwert erhalten, um die richtige Schablonengröße zu bestimmen. Das Zentrierloch, das direkt über dem freiliegenden Schienbeinkopf ausgerichtet ist, liefert eine Größenanzeige. Ein zweiter Meßwert wird von der Abmessungsmarkierung erhalten, welche das seitliche äußerste Ende des Schienbeinkopfes überdeckt. Der Abmessungsmeßwert von den Zentrierlöchern sollte etwa dem Abmessungsmeßwert entsprechen, der von der Außenseite des Schienbeinkopfes genommen wird.
Tiefenmeßgerät
8–11 und 14 zeigen das Frästiefenmeßgerät 100. Das Tiefenmeßgerät 100 umfaßt drei Bestandteile: einen Rumpf 102, einen Schieber 112 und einen Arretierstift 111. Im allgemeinen ist der Rumpf 102 wie in 8–11 gezeigt geformt. Die Rückseite des Rumpfes 102 umfaßt eine halbkreisförmige Rückseite 103, die sich im wesentlichen in der ganzen Länge des Rumpfes 102 erstreckt. Die Vorderseite des Rumpfes 102 umfaßt eine gekrümmte Unterseite 104 und eine ebene Oberseite 105. Die Unterseite 104 endet in einer flachen Lippe oder Zwischenseite 106, die sich über den Durchmesser des Rumpfes 102 erstreckt. Der Rumpf 102 hat auch eine kreisförmige Unterseite 107 und eine halbkreisförmige Oberseite 108. Eine rechteckiger mittlerer Hohlraum 110 erstreckt sich axial zwischen der Oberseite 108 und der Unterseite 107 durch den Rumpf 102. Eine Bohrung 109 erstreckt sich von der Rückseite 103 in den Hohlraum 110. Der Schieber 112 umfaßt eine mit Teilungen versehene Stange 114 und einen Taster 118, der sich axial von einem Ende der Stange aus erstreckt. Die mit Teilungen versehene Stange 114 hat einen rechteckigen Querschnitt der bemessen ist, um den Hohlraum 110 aufzunehmen. Die Vorderseite der mit Teilungen versehenen Stange 114 ist mit Kennwerten 116 beschrieben. Ein Längsschlitz 115 ist auf der Rückseite der mit Teilungen versehenen Stange 114 ausgebildet. Der Taster 118 hat ein Kontaktende 119. Der Schieber 112 ist für eine verschiebbare Längsbewegung innerhalb des Hohlraums 110 in den Rumpf 102 eingepaßt. Die mit Teilungen versehene Stange 114 erstreckt sich teilweise über der Lippe 106 entlang der Oberseite 105, und das Kontaktende 119 erstreckt sich unter der Unterseite 107. Der Arretierstift 111 ist in die Bohrung 109 eingepaßt und steht in den Schlitz 115 vor. Die Bewegung des Schiebers 112 wird durch den Stift 112, der das obere und untere Ende des Schlitzes 115 berührt, begrenzt. 14 zeigt die Tiefenanzeige 100, die in Verbindung mit der Ausrichtungsführung 10, der Fräsenbasiseinheit 40 und der Schablone 80 verwendet wird, um die Menge des Knochenbestands anzuzeigen, die während des Fräsens entfernt werden wird. Das Tiefenmeßgerät 100 wird auf der Bezugsoberfläche 82 der Schablone 80 plaziert, wobei der Taster 118 sich durch die Spur 84 erstreckt. Der Schieber 112 wird manuell durch den Hohlraum 110 nach unten geschoben, um die Gelenkoberfläche 4 des Schienbeinkopfes 3 zu berühren. Wenn das Kontaktende 119 die Gelenkoberfläche 4 berührt, erstreckt sich die mit Teilungen versehene Stange 114 über die Lippe 106, wobei ein Meßwert genommen werden kann. Das Tiefenmeßgerät 100 kann an jedem Punkt entlang der Spur 84 positioniert werden, um den tiefsten Punkt der Gelenkoberfläche ausfindig zu machen, wodurch die maximale Schnittiefe bestimmt wird.
Zweite Ausführungsform der Fräsenbasis
17–23 zeigen eine zweite Ausführungsform der einstellbaren Fräsenbasis 120. Die Fräsenbasis 120 arbeitet im wesentlichen wie weiter oben beschrieben, aber erlaubt die bidirektionale Bewegung der Basis. Die einstellbare Fräsenbasiseinheit 120 umfaßt einen T-förmigen Schieber 130 und eine verschiebbare Basis 140, die mit einem Paar von Verbindungsstücken 122 verbunden sind. Der Schieber 130 umfaßt einen seitlich verlängerten Kopf 134 und einen verlängerten Hals 132, der sich von dem Kopf 134 aus senkrecht erstreckt. Der Hals 132 ist geeignet, in die Bohrung 25 der Ausrichtungsführung 10 eingepaßt zu werden. Der Hals 132 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt mit einer flachen Seite 131 und einem gewundenen äußersten Ende 133. Der Hals 132 des Schiebers 130 wird in die Bohrung 25 des oberen Glieds 20 eingeführt, wobei das gewundene Ende 133 in den vertikalen Einstellknopf 24 gedreht wird. Folglich zieht das Drehen des vertikalen Einstellknopfes 24 die Fräsenbasiseinheit 120 in dem oberen Glied aus und zurück. Der halbkreisförmige Querschnitt und die flache Seite 131 des Halses 132 halten die Fräsenbasiseinheit richtig mit der Bohrung 25 ausgerichtet, wenn sie in die Ausrichtungsführung eingepaßt ist.
Der Kopf 134 hat, wie in 17, 20 und 22 gezeigt, zwei längliche Öffnungen 135. Die Öffnungen 135 sind längs über den Kopf 134 ausgerichtet und erstrecken sich durch den Kopf 134. Der Kopf 134 hat zwei nach oben gerichtete Arme 136, die in entgegengesetzt gerichteten Schienen 138 parallel zum Kopf 134 enden. Wie in 17 und 19 gezeigt, haben die Schienen 138 einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt.
Die verschiebbare Basis 140 hat eine leicht bogenförmige Rückseite, um sich dem vorderen Umriß des Schienbeinkopfes direkt unter dem Kniegelenk anzupassen. Die Basis 140 hat auch eine Bohreröffnung 141, um den Bohrer der Fräsvorrichtung durchzulassen. Zwei Pfosten 142 erstrecken sich von der Vorderseite der Basis 140 aus senkrecht. Jeder Pfosten 142 endet in einer erhöhten ringförmigen Lippe 143. Vier transversale Bohrungen 145 sind in der Basis 140 ausgebildet und erstrecken sich von der Vorderseite entlang dem unteren Rand der Basis zu der Rückseite. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, nehmen die Bohrungen 145 (nicht gezeigte) Knochenschrauben auf, um die Basis 140 zu befestigen, wenn es richtig gegen das Schienbein positioniert wurde.
Die Basis 140 ist durch ein Paar von Verbindungsstücken 122 verschiebbar mit dem Schieber 130 verbunden. Jedes Verbindungsstück 122 hat eine im allgemeinen quadratische Durchbohrung 123, die dimensioniert ist, um die Schienen 138 aufzunehmen, und eine zylindrische seitliche Durchbohrung 125, die dimensioniert ist, um die Pfosten 142 verschiebbar aufzunehmen. Die Verbindungsstücke 122 sitzen, wie in 20 und 22 gezeigt, zur Längsbewegung entlang des Kopfes 134 auf den Schienen 138. Die Pfosten 142 gleiten in den Bohrungen 125, um es der Basis 140 zu ermöglichen, sich, wie in 21 und 23 gezeigt, seitlich in Richtung des Gleiters 130 und von ihm weg zu bewegen. Die Verbindung der Basis 140 mit dem Schieber 130 durch die Verbindungsstücke 122 erlaubt eine bidirektionale Bewegung der Basis relativ zu dem Schieber in einer Ebene parallel zu der Gelenkoberfläche des Schienbeinkopfes. Wie in 20 und 22 gezeigt, sind die Bohrungen 145 in der Basis 140 mit den Öffnungen 135 im Schieberkopf 134 ausgerichtet, um die Knochenschrauben, welche die Basis an dem Schienbein befestigen, aufzunehmen. Die Breite der Öffnung 135 reicht aus, um den Zugang zu der Bohrung 145 zu ermöglichen, wenn die Basis zu einer äußersten seitlichen Position des Schieberkopfes verschoben ist.
Die Basis 140 hat auch ein Paar von Schablonenmontagebohrungen 150 und einen herkömmlichen Freigabemechanismus zum Befestigen der Schablone an der Basis, bevorzugt wie für die erste Ausführungsform beschrieben. Der Freigabemechanismus umfaßt zwei herabdrückbare Freigabezylinder 152, die verschiebbar in den zwei Endbohrungen untergebracht sind. Jeder Freigabezylinder 152 hat eine seitliche Durchbohrung 154 senkrecht zu seiner Achse. Die seitlichen Bohrungen 154 der Freigabezylinder 152 haben im wesentlichen identische Durchmesser wie die Montagebohrungen 150 und sind mit den Montagebohrungen 150 ausgerichtet, wenn die Freigabezylinder 152 in die Endbohrungen eingeführt werden. Eine (nicht gezeigte) Feder ist in jede Endbohrung eingeführt, um ihren Freigabezylinder 152 aus seiner Endbohrung zu drücken, was die Ausrichtung der seitlichen Bohrung 154 und der Montagebohrung 150, wie in 18 gezeigt, verschiebt. Das Herabdrücken der Zylinder 154 in ihre Endbohrungen richtet die seitlichen Bohrungen 154 und die Montagebohrungen 150 neu aus.
Während die vorangehenden beispielhaften Ausführungsformen sich auf ein Fräsführungssystem für die Schienbein-Gelenkoberfläche bei der Plazierung einer Kniegelenk-Totalprothese fokussiert haben, ist klar, daß die beschriebenen Verfahren auf Eingelenkkopf-Knieersetzungen ebenso wie auf andere Gelenke und Knochenoberflächen anwendbar sind, wenn das Instrument und die Geometrie der Bestandteile entsprechend angepaßt werden. Ebenso ist klar, daß die obige Beschreibung sich nicht auf die angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche verändert werden kann.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen einer ebenen Oberfläche auf einem Teil eines freiliegenden Knochens unter Verwendung einer Fräsvorrichtung, wobei diese Vorrichtung aufweist: eine Schabloneneinrichtung (80), die im allgemeinen eben ist und eine obere Bezugsoberfläche (82) und eine derart darin ausgebildete Spur (84) hat, daß die Fräsvorrichtung in die Bezugsoberfläche (82) eingreifen kann, um die Schnittiefe der Fräsvorrichtung zu steuern und daß die Fräsvorrichtung in zwei Dimensionen entlang dieser Spur geführt werden kann, um den Knochen in einem vorbestimmten Abstand von der Bezugsoberfläche (82) zu schneiden; dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ferner aufweist: eine Führungseinrichtung (10), die aufweist: eine Ausrichtungseinrichtung (40, 120), welche einen Schieberteil (50, 130) aufweist, der geeignet ist, seitlich benachbart zu dem Knochen befestigt zu werden, und einen Basisteil (60, 140), der von dem Schieberteil (50, 130) für eine Längsbewegung auf dem Schieberteil (50, 130) in einem gleitenden Eingriff gehalten wird, wobei die Bewegung ermöglicht, daß die Schabloneneinrichtung (80) seitlich über dem Knochenteil ausgerichtet wird, nachdem die Führungseinrichtung (10), an dem Knochen befestigt wurde; und wobei die Schabloneneinrichtung (80) abnehmbar mit der Führungseinrichtung (10) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtungseinrichtung (40) eine seitliche Bewegung der Schabloneneinrichtung (80) in einer Dimension über dem Knochenteil ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schabloneneinrichtung (80) abnehmbar an dem Basisteil (60) befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil (60) eine Befestigungseinrichtung (63) zum Verbinden des Basisteils (60) mit dem Knochen aufweist, wenn die Schabloneneinrichtung (80) über dem Knochen positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtungseinrichtung (120) die Bewegung der Schabloneneinrichtung (80) über dem Knochenteil in zwei Dimensionen ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtungseinrichtung (120) ein Verbindungsstück (122) umfaßt, das von dem Schieberteil (130) für die Längsbewegung entlang dem Schieberteil (130) in einem gleitenden Eingriff mit dem Schieberteil (130) gehalten wird, und daß der Basisteil (140) von dem Verbindungsstück (122) für eine Bewegung in Richtung des Schieberteils (130) und von ihm weg in einem gleitenden Eingriff mit dem Verbindungsstück (122) gehalten wird, wobei die Schabloneneinrichtung (80) abnehmbar mit dem Basisteil (140) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil (140) eine Befestigungseinrichtung (145) zum Verbinden des Basisteils (140) mit dem Knochen aufweist, wenn die Schabloneneinrichtung (80) über dem Knochenteil positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (10) auch eine an die Ausrichtungseinrichtung (40, 120) montierte Abschirmung (78) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (10) auch eine Führung (20, 12) außerhalb des Marks aufweist, die geeignet ist, benachbart zu diesem Knochen befestigt zu werden, wobei die Ausrichtungseinrichtung (40, 120) für die Bewegung benachbart zu dem Knochen ausziehbar mit der Führung (20, 12) außerhalb des Marks verbunden ist, wodurch die Schabloneneinrichtung (80) von dem Knochenteil beabstandet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (20, 12) außerhalb des Marks eine Bezugseinrichtung (30) aufweist, die abnehmbar mit dem Führungsinstrument außerhalb des Marks verbunden ist, um diese Führung (20, 12) außerhalb des Marks proximal benachbart zu dem Knochen zu positionieren, bevor die Führung (20, 12) außerhalb des Marks an diesem Knochen befestigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugseinrichtung (30) aufweist: einen Rumpfteil (32), der für die Längsverbindung mit der Führung (20, 12) außerhalb des Marks geeignet ist, und ein ebenes Glied (36), das sich von dem Rumpfteil (32) aus seitlich erstreckt, wobei das ebene Glied (36) parallel zu einem Teil des Knochens ist, wenn die Führung (20, 12) außerhalb des Marks relativ zu dem Knochen richtig positioniert ist, wobei das ebene Glied (36) eine Einrichtung (39, 37) zum Zentrieren des ebenen Glieds (36) über dem Knochenteil aufweist, wenn die Führung (20, 12) außerhalb des Marks relativ zu dem Knochen richtig positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Befestigungseinrichtung zum auszieh baren Verbinden des Rumpfteils (32) mit der Führung (20, 12) außerhalb des Marks aufweist, wodurch das ebene Glied (36) von dem Knochenteil beabstandet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das ebene Glied (36) zwei Arme (37), die sich seitlich über das ebene Glied (36) erstrecken, und eine zwischen den Armen zentrierte Markierung (39) aufweist, wobei die Arme (37) und die Markierung (39) die Zentriereinrichtung (37, 39) bilden, wobei die Markierung (39) die Mitte des Knochenteil überdeckt und jeder der Arme (37) sich in gleichen Abständen über das seitliche äußerste Ende des Knochenteils hinaus erstreckt, wenn die Führung (12, 20) außerhalb des Marks relativ zu dem Knochen richtig positioniert ist.