DE10164024A1

DE10164024A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Strahlschneiden von Gewebe

Info

Publication number: DE10164024A1
Application number: DE2001164024
Authority: DE
Inventors: Carl Joachim Wirth; Henning Windhagen; Stephan Schmolke; Frank Witte; Ludger Kirsch; Friedrich Bach; Hartmut Louis; Frank Pude; Volker Kaese; Peter Wilk
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover; Medizinische Hochschule Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover; Medizinische Hochschule Hannover
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-17
Also published as: EP1460949A1; AU2002363837A1; WO2003055397A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zum Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Körpergewebe (2), insbesondere Knochengewebe, mittels eines Fluidstrahles. Zur Steigerung der Abtragleistung wird dem Fluidstrahl ein körperverträgliches und zugleich pharmakologisch unbedenkliches Abrasivmittel (5) zugesetzt. Durch den Einsatz eines im wesentlichen biodegradable Bestandteile enthaltenden Abrasivmittels (5), die sich im Körper durch einen Korrosionsprozeß auflösen, kann ein hoher Materialabtrag bei zugleich hoher Körperverträglichkeit unabhängig von der Löslichkeit des Abrasivmittels (5) in dem Fluid (3) erreicht werden. Dabei ist der Verbleib des Abrasivmittels (5) in dem Körpergewebe (2) unschädlich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Gewebe, insbesondere Knochengewebe mittels eines Fluidstrahles, dem zur Steigerung der Abtragleistung ein körperverträgliches und zugleich pharmakologisch unbedenkliches Abrasivmittel zugesetzt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie ein zur Verwendung bei dem Verfahren bestimmtes Abrasivmittel.
Ein solches zum Herauslösen eines Implantates oder einer Prothese aus Knochengewebe bestimmtes Verfahren ist beispielsweise durch DE 198 04 065 bekannt, durch das mit Hilfe eines Hochdruckflüssigkeitsstrahles und einem wasserlöslichen Abrasivmittel ein wesentlicher Teil des Knochenzementes entfernt werden kann. Das Implantat kann dadurch mit lediglich geringer Krafteinwirkung und daher gewebeschonend entfernt werden. Hierzu eignet sich der vergleichsweise dünne Fluidstrahl in optimaler Weise, weil dadurch eine große Schnittiefe bei einem zugleich geringen Substanzverlust erreicht werden kann. Entsprechend der unterschiedlichen Materialeigenschaften des Knochengewebes einerseits und des Knochenzementes andererseits können die Parameter des Flüssigkeitsstrahles durch Zufuhr eines geeigneten Abrasivmittels so eingestellt werden, daß eine Beschädigung des Knochengewebes in jedem Fall ausgeschlossen ist. Daher ist eine Fehlbedienung, die zu einer Verletzung des Patienten führen könnte, auch bei einer manuellen Führung ausgeschlossen.
Es ist auch bekannt, die Parameter des Fluidstrahles derart einzustellen, daß der Fluidstrahl selektiv nur parenchymatöse Organe wie die Leber oder die Niere durchtrennt, während die festeren Gefäße erhalten bleiben und vom Operateur sicher und mit geringem Blutverlust ligiert werden können. Weitere Einsatzgebiete liegen, wenn auch in deutlich kleinerem Umfang in der Neurochirugie.
Bei der Auswahl solcher Abrasivmittel zum Strahlschneiden bei der Bearbeitung von biologischem Gewebe ist jedoch sicherzustellen, daß das eingesetzte Abrasivmittel zugleich körperverträglich und pharmakologisch unbedenklich ist. Dabei werden nur solche Abrasivmittel eingesetzt, die sich möglichst schnell und rückstandsfrei auflösen, um so eine unerwünschte abrasive Wirkung in dem Gewebe zu vermeiden. Daher werden in der Praxis wasserlösliche Substanzen eingesetzt. Bislang wurde bei experimentellen Untersuchungen feinkristalliner Zucker dem Injektorstrahl als biokompatibles Abrasivmittel zugeführt. Zucker ist dabei pharmakologisch inert und bleibt aufgrund der extrem kurzen Verweilzeit in dem Fluidstrahl bis zum Auftreffen auf das Gewebe kristallin.
Durch die DE 42 00 976 C2 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Trennen einer biologischen Struktur bekannt, die durch eine entsprechende Anordnung der Bauelemente dem Operateur eine feinfühlige und reproduzierbare Einstellung des Fluiddruckes gestattet. Bei einem nach der DE 693 24 117 T2 bekannten Verfahren zur Behandlung von Knochengeweben wird das Fluid in einem überkritischen Zustand in das Knochengewebe eingebracht. Allein durch das In-Kontakt-Bringen des Knochengewebes mit dem überkritischen Fluid soll dessen mechanische Festigkeit schon während der Extraktion der organischen Materien verstärkt werden.
Ferner sind durch die DE 198 43 683 A1 ein teilweise metallisches Abrasivmittel, welches Partikel aus Industrieschlämmen, beispielsweise Schleifschlamm oder Walz und Schmiedezunder enthält und ein Verfahren zur dessen Herstellung durch Entölen und Trocknung dieser Schlämme bekannt. Zum Einsatz beim Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Gewebe eignen sich diese Schlämme jedoch nicht, da durch Rückstände von Partikeln des Abrasivmittels im Gewebe ein erhöhtes Infektionsrisiko bedingt ist.
Aufbauend auf diesen Erkenntnissen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, den Einsatz und die Anwendung des Strahlschneidens mit Abrasivmitteln weiter zu verbessern. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des verfahren sowie ein geeignetes Abrasivmittels geschaffen werden.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem ein Abrasivmittel aus im wesentlichen biodegradablen Bestandteilen eingesetzt wird. Durch den Einsatz solcher selbstauflösender Substanzen als Abrasivmittel kann ein hoher Materialabtrag bei zugleich hoher Körperverträglichkeit unabhängig von der Löslichkeit des Abrasivmittels in dem Fluid erreicht werden. Dabei ist der Verbleib des Abrasivmittels in dem Gewebe unschädlich. Der Einsatz sowie die Handhabung der Abrasivmittel ist dabei wesentlich vereinfacht, weil der Auflöseprozeß nicht im Fluid, sondern durch einen Korrosionsprozeß und damit zeitlich verzögert erfolgt.
Dabei wird eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung dadurch erreicht, daß als Abrasivmittel eine Magnesiumlegierung eingesetzt wird. Diese eignet sich aufgrund des essentiellen Charakters für die Körperfunktionen und das Ausschwemmen von Überdosen über die Harnwege als Abrasivmittel in optimaler Weise. Weiterhin kann das dadurch in den Körper eingebrachte Magnesium die Festigkeit des Zahnschmelzes und der Knochenbälkchen oder die Substitution des Calciums erhöhen. Das Magnesium ist weiterhin kardioprotektiv indem es antiarrythmisch wirkt und den Blutdruck senkt. Im Körper korrodiert das Magnesium in der salinen Immersion, so daß die gewünschte, für die Abtragleistung entscheidende mechanische Belastbarkeit beim Auftreffen auf beispielsweise Knochengewebe bei der zugleich erforderlichen optimalen biodegradablen Eigenschaft erreicht wird.
Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zum Strahlschneiden von Körpergewebe, welche nach dem an sich bekannten Injektor- oder dem Suspensionsstrahlprinzip arbeitet, mit einem Leitungselement, durch dessen Austrittsöffnung ein Fluidstrahl, der ein die Abtragleistung erhöhendes Abrasivmittel enthält, dem Körpergewebe zuführbar ist, zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Leitungselement zumindest im Bereich der Austrittsöffnung im wesentlichen biodegradable Werkstoffbestandteile aufweist. Hierdurch werden bei dem im Betrieb des Fluidstrahles unvermeidlichen Materialabtrag lediglich solche Bestandteile in das Gewebe eingetragen, deren biodegradable Eigenschaften einen vollkommen unschädlichen vorübergehenden Verbleib bis zum Abschluß des korrosiven Auflöseprozesses im Körper sicherstellen. Ein schädigender Einfluß durch abgetragene Werkstoffbestandteile des Leitungselementes wird dadurch zuverlässig vermieden. Das Leitungselement kann hierzu auch mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein, die gegebenenfalls erneuerbar ist oder gemeinsam mit einem austauschbaren Bauelement des Leitungselementes ersetzbar ist.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Leitungselement bei Anwendung des Injektorstrahlprinzipes ein zumindest im Bereich seiner Innenwandung aus einem biodegradablen Metall bestehendes Fokussierrohr hat. Das Fokussierrohr unterliegt in der Praxis einer erhöhten Beanspruchung durch den Fluidstrahl und damit einem erhöhten Verschleiß. Ein insbesondere im Bereich der Austrittsöffnung aus dem biodegradablen Metall bestehendes Fokussierrohr verhindert daher den Eintrag unerwünschter, insbesondere schädigender Bestandteile in den menschlichen oder tierischen Körper.
Dabei erweist es sich als besonders praxisnah, wenn die Härte oder die Abriebfestigkeit der biodegradablen Werkstoffbestandteile des Leitungselementes größer als die des eingesetzten Abrasivmittels ist, um so den Verschleiß des Leitungselementes, insbesondere des Fokussierrohres zu minimieren.
Weiterhin erweist sich eine Weiterbildung der Erfindung dann als besonders vorteilhaft, wenn das Leitungselement als einen wesentlichen Werkstoffbestandteil eine Magnesiumlegierung aufweist, um so die gewünschte, vergleichsweise günstige Oberflächenbeschaffenheit mit einer ausreichenden Härte und der gewünschten Biodegradabilität insbesondere durch optimale Auswahl der Magnesiumlegierung zu erhalten.
Die weitere genannten Aufgabe, ein körperverträgliches und zugleich pharmakologisch unbedenkliches Abrasivmittel zur Verwendung beim Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Gewebe, insbesondere Knochengewebe, welches dem Fluidstrahl zur Steigerung der Abtragleistung zugesetzt wird, zu schaffen, wird erfindungsgemäß durch ein biodegradables Metall als wesentlichen Materialbestandteil erreicht. Hierdurch kann die Abtrag- bzw. die Schnittleistung des mit dem Abrasivmittel versetzten Fluidstrahles insbesondere im Vergleich zu dem nach dem Stand der Technik aus Zuckerkristallen bestehenden Abrasivmitteln wesentlich gesteigert werden. Gegebenenfalls in dem Gewebe zurückbleibende Materialbestandteile des Abrasivmittels werden dabei durch einen Korrosionsprozeß aufgelöst, so daß eine Infektionsgefahr ausgeschlossen werden kann.
Eine besonders erfolgversprechende Ausgestaltung wird dabei auch durch eine Magnesiumlegierung als wesentlichen Materialbestandteil erreicht. Hierdurch kann die gute Körperverträglichkeit des Magnesiums genutzt werden. Zugleich ermöglichen die Werkstoffeigenschaften eine problemlose Anpassung an unterschiedliche Abtragleistungen und Einsatzbedingungen.
Dabei wird in besonders vorteilhafter Weise durch eine entsprechend dem Verhältnis der Lösungsgeschwindigkeit in dem Fluidstrahl und der Reaktionskinetik in dem Gewebe bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung ein vorzeitiges Auflösen der Magnesiumlegierung in dem Fluid vermieden. Die Abtragleistung wird dadurch weitgehend unabhängig von der Verweildauer der Magnesiumlegierung in dem Fluid, wodurch der Einsatz in der Praxis wesentlich vereinfacht werden kann.
Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn durch eine entsprechend dem gewünschten Härtegrad des so gewonnenen Abrasivmittels bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung die Abtragleistung unabhängig von den Fluidparametern eingestellt werden kann. Beispielsweise kann dadurch eine problemlose Anpassung an weiche Gewebe einerseits und Hartgewebe, insbesondere Knochengewebe, andererseits erfolgen.
Eine andere besonders Vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abrasivmittels wird durch eine entsprechend der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit des so gewonnenen Abrasivmittels bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung erreicht. Hierbei werden durch die Legierungsbestandteile die Eigenschaften der Schneidkanten verändert und können so an den jeweiligen Einsatzzweck, beispielsweise zum Abtragen oder substanzschonenden Schneiden des Gewebes, angepaßt werden.
Die Erfindung läßt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipskizze in
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Strahlschneiden nach dem Suspensionsstrahlprinzip;
Fig. 2 eine Vorrichtung zum Strahlschneiden nach dem Injektorstrahlprinzip.
Fig. 1 zeigt in einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Strahlschneiden von Körpergewebe 2. Hierzu wird einem Fluid 3 im Inneren eines Druckbehälters 4 ein biodegradables Abrasivmittel 5 zugeführt, das als einen wesentlichen Materialbestandteil eine Magnesiumlegierung enthält. Das Fluid 3 wird im Betrieb durch ein Leitungselement 6 und eine Austrittsöffnung 7 auf das Körpergewebe 2 gelenkt. Zumindest im Bereich der Austrittsöffnung 7 weist das Leitungselement 6 ebenfalls biodegradable Werkstoffbestandteile auf, um so eine Beeinträchtigung durch einen unvermeidlichen Abtrag dieser Werkstoffbestandteile zu verhindern. In der Praxis kann das Leitungselement 6 austauschbar ausgeführt sein oder mit einer erneuerbaren Beschichtung versehen sein.
Ergänzend ist in Fig. 2 eine Vorrichtung 8 zum Strahlschneiden nach dem Injektorstrahlprinzip dargestellt. Hierbei wird das Abrasivmittel 5 dem Fluid 3 erst unmittelbar vor dem Austritt durch eine Austrittsöffnung 9 eines Fokussierrohres 10 eines Leitungselementes 11 zugeführt, so daß aufgrund der kurzen Verweilzeit in dem Fluid 3 vor dem Auftreffen auf dem Körpergewebe 2 ein Auflöseprozeß nicht oder nur in einem äußerst geringem Umfang erfolgt. Bei der Anwendung des Injektorstrahlprinzipes können daher insbesondere auch lösliche Abrasivmittel 5 eingesetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Gewebe, insbesondere Knochengewebe mittels eines Fluidstrahles, dem zur Steigerung der Abtragleistung ein körperverträgliches und zugleich pharmakologisch unbedenkliches Abrasivmittel zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abrasivmittel aus biodegradablen Bestandteilen eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abrasivmittel eine Magnesiumlegierung eingesetzt wird.

3. Vorrichtung (1, 8) zum Strahlschneiden von Körpergewebe (2) mit einem Leitungselement (6, 11), durch dessen Austrittsöffnung (7, 9) ein Fluidstrahl, der ein die Abtragleistung erhöhendes Abrasivmittel (5) enthält, dem Körpergewebe (2) zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungselement (6, 11) zumindest im Bereich der Austrittsöffnung (7, 9) im wesentlichen biodegradable Werkstoffbestandteile aufweist.

4. Vorrichtung (8) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungselement (11) ein zumindest im Bereich seiner Innenwandung aus einem biodegradablen Metall bestehendes Fokussierrohr (10) hat.

5. Vorrichtung (1, 8) nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte oder die Abriebfestigkeit der biodegradablen Werkstoffbestandteile des Leitungselementes (6, 11) größer als die des eingesetzten Abrasivmittels (5) ist.

6. Vorrichtung (1) nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungselement (6, 11) als einen wesentlichen Werkstoffbestandteil eine Magnesiumlegierung aufweist.

7. Ein körperverträgliches und zugleich pharmakologisch unbedenkliches Abrasivmittel zur Verwendung beim Strahlschneiden von menschlichem oder tierischem Gewebe, insbesondere Knochengewebe, welches dem Fluidstrahl zur Steigerung der Abtragleistung zugesetzt wird, gekennzeichnet durch ein biodegradables Metall als wesentlichen Materialbestandteil.

8. Abrasivmittel nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Magnesiumlegierung als wesentlichen Materialbestandteil.

9. Abrasivmittel nach den Ansprüchen 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine entsprechend der gewünschten Reaktionskinetik in dem Gewebe bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung.

10. Abrasivmittel nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch eine entsprechend dem Verhältnis der Lösungsgeschwindigkeit in dem Fluidstrahl und der Reaktionskinetik in dem Gewebe bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung.

11. Abrasivmittel nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnet durch eine entsprechend dem gewünschten Härtegrad des so gewonnenen Abrasivmittels bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung.

12. Abrasivmittel nach zumindest einem der Ansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch eine entsprechend der gewünschten Oberflächenbeschaffenheit des so gewonnenen Abrasivmittels bestimmte Zusammensetzung der Magnesiumlegierung.