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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument zur
Durchführung eines medizinischen Eingriff mit den Merkmalen
des unabhängigen Anspruchs.
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Bei
einem medizinischen Eingriff am Patienten kommt es immer wieder
zu versehentlicher Zerstörung von gesundem Körpergewebe
durch die verwendeten medizinischen Instrumente. Von dieser Problematik
sind verschiedene Operationsmethoden betroffen, unabhängig
davon, ob Skalpelle, Hochfrequenzskalpelle (sog. HF-Messer), Endoskope, OP-Laser
oder andere medizinische Instrumente für den Eingriff verwendet
werden.
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Die
Unterscheidung zwischen gesundem und krankem Körpergewebe
geschieht bisher nahezu ausschließliche durch eine Sichtkontrolle
des operierenden Arztes. Die Sichtkontrolle wird durch den vermehrten
Einsatz der sog. Schlüssellochchirurgie jedoch zunehmend
erschwert, da hierbei immer kleiner werdende Sichtfelder zur Verfügung
stehen. Somit ist es für den operierenden Fachmann immer schwieriger,
das Operationsgebiet einzusehen und zu überblicken. Durch
Verunreinigungen am Operationsort wird die Identifikation von Geweben
nochmals zusätzlich erschwert.
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Die
Verwendung eines Sensors in Verbindung mit einem Katheter wird in
der
DE 10 2005
022 120 A1 beschrieben. Der Sensor dient hierbei der exakten
Positionierung des Katheders. Der Katheder enthält an seinem
freien Ende ein Positionsanzeigemittel. Durch Anlegen eines äußeren
Magnetfeldes entsteht eine Wechselwirkung, mit deren Hilfe die Position
in einem dreidimensionalen Koordinatensystem ermittelt werden kann.
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Die
Verwendung eines Sensors oder von mehreren Sensoren zur Ermittlung
der Position von Endoskopen wird in der
EP 0 883 375 B1 gezeigt.
Die Sensoren befinden sich im Endoskopaufsatz und übertragen
oder empfangen Magnetfelder, so dass die Position des Sensors und
somit des Endoskops im Körper genau bestimmt werden kann.
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Die
EP 0 872 211 B1 beschreibt
eine Vorrichtung zum Identifizieren unterschiedlicher Gewebetypen
um vorkrebsartige oder krebsartige Aktivität aufzufinden.
Die Sonde enthält unter anderem einen Emitter zum Bestrahlen
des Gewebes und eine Detektordüse, die die zurückgestreute
Strahlung empfängt. Die Sonde kann allerdings auch eine
Elektrode und elektrische Mittel zum Messen der sich ergebenden
elektrischen Reaktion umfassen. Die dadurch erhaltenen optischen
oder elektrischen Signale werden mit bekannten Gewebetypsignalen
verglichen, so dass das untersuchte Gewebe einem bestimmten Typ
zugeordnet werden kann.
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Die
DE 20 2005 011 442
U1 offenbart eine Vorrichtung zur nicht invasiven Bestimmung
von Gewebe und/oder des Zustands des Gewebes. Hierbei wird eine
geeignete Optikeinrichtung verwendet, die mit einer Erfassungseinrichtung
gekoppelt ist. Die von der Erfassungseinrichtung ermittelten Daten werden
in einer Auswerteeinrichtung mit den Vergleichsdaten von bekannten
Geweben verglichen, so dass der Gewebetyp und der Zustand des Gewebes ermittelt
werden kann.
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Ein
vorrangiges Ziel der Erfindung besteht darin, ein medizinisches
Instrument zur Verfügung zu stellen, mit dessen Hilfe eine
verbesserte Identifikation unterschiedlicher Körpergewebearten
möglich ist.
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Dieses
Ziel der Erfindung wird erfindungsgemäß mit dem
Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Merkmale
vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
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Das
angegebene medizinische Instrument zur Durchführung eines
medizinischen Eingriffs an einer Körperregion umfasst wenigs tens
einen Sensor, der zur messtechnischen Erfassung von Gewebeparametern
einer zu bearbeitenden bzw. zu operierenden Körperregion
dient. Mittels der erfassten Gewebeparameter kann somit krankes
von gesundem Gewebe unterschieden werden. Durch eine Identifikation
von gesundem und krankem Gewebe wird es ermöglicht, eine
fehlerhafte Verletzung oder Entfernung von gesundem Gewebe zu vermeiden.
Das bei der Operation verwendete medizinische Instrument ist mit
einem Sensor gekoppelt, der dazu geeignet ist, verschiedene Gewebetypen
voneinander zu unterschieden.
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Die
Unterscheidung der Gewebetypen kann auf vielfältige Art
und Weise vorgenommen werden und beruht auf unterschiedlichen Merkmalen
der Gewebearten und/oder deren unmittelbarer Umgebung. Beispielsweise
unterscheiden sich verschiedene Gewebearten aufgrund ihrer unterschiedlichen
optischen Eigenschafen bzw. Reflexionseigenschaften bei Beleuchtung
mit sichtbarem, ultraviolettem und/oder infrarotem Licht. Eine weitere
Unterscheidungsmöglichkeit bieten unterschiedliche chemische,
physikalische, physikalisch-chemische, biomechanische und biochemische
Eigenschaften, beispielsweise Unterschiede in der Leitfähigkeit,
im elektrischen Potential, in der Viscoelastizität von
Geweben usw. Unter Verwendung des Doppler-Effektes können
z. B. Eigenbewegungen des Gewebes, beispielsweise von Arterien,
Venen etc., identifiziert werden.
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Die
genannten Unterscheidungsmerkmale können mit Hilfe eines
verwendeten optischen und/oder elektronischen Sensors erkannt und
gemessen werden. Aufgrund dieser Messwerte und auf Basis bekannter
Standardwerte können die analysierten Gewebeproben unterschiedlichen
Gewebetypen zugeordnet werden. Somit wird eine Unterscheidung zwischen
verschiedenen Gewebetypen (z. B. Nerven, Blutgefäße,
Muskel, Haut, Fett, Knochen, malignes Gewebe etc.) möglich.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, schwer erkennbare Gewebearten und
Gewebeveränderungen durch Einsatz entsprechender Marker
erkennbar zu machen. Beispielsweise können Infrarot-Fluoreszenzfarbstoffe
zur Markierung von Krebsgewebe eingesetzt werden.
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Der
Sensor zur messtechnischen Erfassung der behandelten Körperregion
kann selbst ein für einen Gewebetyp charakteristisches
Messsignal generieren und mit einem geeigneten Datenauswertungssystem
gekoppelt sein.
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Wahlweise
kann der aktuell analysierte Gewebetyp optisch dargestellt oder
kenntlich gemacht werden, so dass der operierende Arzt zusätzlich
zu seiner eigenen Einschätzung eine Sensorauswertung bekommt.
Dabei ist eine Unterscheidung zwischen gefährdeten Geweben
wie z. B. Nerven, Blutgefäßen usw., ungefährdeten
Geweben (Muskel, Haut, Fett, Knochen etc.) und dem speziell gesuchten
Gewebe (malignes Gewebe usw.) möglich. Die Zuordnung verschiedener
Gewebe zu einem bestimmten Meldetyp kann im Rahmen einer Standardeinstellung
gespeichert sein. Die Zuordnung kann aber auch im Rahmen der Operationsplanung
vorgenommen und an die spezielle Patientensituation angepasst werden.
Eine dem Datenauswertungssystem zugeordnete Auswerteinheit zur Auswertung
der Messsignale umfasst hierzu vorteilhafterweise eine Signalverarbeitungseinheit,
die zur Unterteilung des untersuchten Körpergewebes in
gefährdetes und in ungefährdetes Körpergewebe
und/oder zur Erkennung speziell klassifizierter Gewebearten, insbesondere
maligner Gewebebereiche, eingerichtet ist.
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Weiterhin
kann eine Kopplung zwischen der erkannten Gewebeklasse und einer
bestimmten Aktion vorgesehen sein. Dabei kann es sich beispielsweise
um die Ausgabe von Meldungen handeln. Vorteilhafterweise weist die
Auswerteeinheit hierzu eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe optischer
und/oder akustischer Signale auf. Somit können sowohl optische
als auch akustische Warnsignale generiert werden. Weiterhin ist
eine textuelle oder grafische Wiedergabe auf einem Display am Instrument
selber oder einer damit gekoppelten messtechnischen und/oder rechnergesteuerten
Einheit denkbar. Die Weitergabe dieser Information kann auch über
weitere Dienste und/oder Personen, beispielsweise unter Verwendung
von Pagern, e-mail, SMS etc. erfolgen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
die Auswerteeinheit mit dem medizinischen Instrument rückgekoppelt.
Somit können die oben beschriebenen Informationen direkt zur
Steuerung des medizinischen Instruments verwendet werden. Beispielsweise
kann die Leistungsregelung und/oder Positionierungseinstellung und/oder
Fokussierung eines als medizinisches Instrument eingesetzten OP-Lasers
angesteuert werden. Zudem kann die Funktion des Instruments eingeschränkt
oder auch unterbrochen werden, wenn gesundes (ungefährdetes)
Gewebe oder Nerven bzw. Blutgefäße (gefährdetes
Gewebe) erkannt werden, um zu verhindern, dass das gesunde Gewebe bzw.
die gefährdeten Bereiche fälschlicherweise abgetragen
und/oder geschädigt werden.
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Wurde
dagegen aufgrund der spezifischen Eigenschaften oder dem Vorliegen
entsprechender Marker das speziell gesuchte Gewebe (malignes Gewebe
etc.) identifiziert, so kann vorgesehen sein, dass bestimmte Funktionen
des Instruments aktiviert werden, damit dieses Gewebe entfernt werden
kann. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass aufgrund der vorliegenden
Information weitere Geräte angesteuert werden, die selber
nicht direkt mit einem Sensor ausgestattet sind. Zu diesen sog.
Peripheriegeräten zählen beispielsweise Absaug-
oder Spülvorrichtungen. Hierzu ist die Auswerteeinheit
zur Kopplung mit mindestens einer weiteren Bearbeitungseinrichtung
ausgestaltet.
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Der
Sensor kann im Falle eines optischen Sensors einen Sender, der Licht
einer bestimmten Wellenlänge auf das zu untersuchende Gewebe
aufstrahlt, und einen Empfänger umfassen, der das reflektierte
und/oder gestreute Licht detektiert und daraus ein Messsignal generiert.
Es ist auch die Verwendung anderer Sensoren möglich, beispielsweise
können auch pH-Wert-Messungen erfolgen. Weiterhin ist es
denkbar, dass ein Sensor mehrere Parameter detektieren und messen
kann, so dass eine noch genauere Gewebeidentifikation möglich
wird.
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Die
mit einem vorbeschriebenen Sensor ausgestatteten medizinischen Instrumente
lassen sich in vielen Gebieten einsetzen. Beispielsweise können
endoskopische Instrumente, chirurgische Instrumente, medizinische
Roboter und Operationslaser derart ausgestaltet werden. Selbst ein
Einsatz in der Werkstoffbearbeitung ist denkbar, wenn beispielsweise
der defekte Werkstoff andere Eigenschaften als der normale Werkstoff
aufweist. Die sich unterscheidenden Eigenschaften müssen
leicht nachzuweisen sein. Es kommen beispielsweise chemische und/oder
physikalische Eigenschaften in Betracht. Dazu zählen: unterschiedliche
Leitfähigkeit, unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit,
unterschiedliche Reflexion von Licht einer bestimmten Wellenlänge
usw.
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Wird
ein Hochfrequenz-Messer mit einem Sensor zur Erfassung von Gewebeparametern
ausgestattet, kann bei Annäherung des Messers an ein erkanntes
Gewebe eine dem Gewebetyp entsprechende Meldung ausgegeben werden.
Handelt es sich bei dem erkannten Gewebe um ein arterielles Gefäß,
um einen Nervenstrang, einen Gallengang oder ein anderes gefährdetes
Gewebe, das auf keinen Fall verletzt werden darf, dann kann eine
Warnmeldung ausgegeben werden und die Funktion des Gerätes
blockiert werden. War das Instrument oder Gerät dagegen
noch gar nicht in Aktion, dann verhindert die Warnung gekoppelt
mit der automatischen Abschaltung ein Anschalten des Gerätes.
Dies verhindert, dass das entsprechende Gewebe verletzt werden kann.
Der operierende Arzt wäre also gewarnt und könnte
beispielsweise das Operationswerkzeug wechseln und ein weniger gewebeverletzendes
Werkzeug verwenden. Wird beispielsweise ein Endoskop mit einem derartigen
Sensor ausgestattet, der Blut und/oder Gewebeflüssigkeiten
unterscheiden kann, so kann das Erkennen von Blut und/oder Gewebeflüssigkeiten
unmittelbar mit einer Aktion, nämlich dem Spülen
des Operationsgebietes gekoppelt sein.
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Der
Einsatz eines mit einem zur Erfassung von Gewebeparametern ausgestalteten
Sensor versehenen medizinischen Instruments weist mehrere Vorteile
auf. Aufgrund der Gewebeerken nung, verbunden mit der gleichzeitigen
Koppelung an Warnfunktion sowie der weiteren Koppelung in Form von Abschaltsignalen
o. dgl., wird verhindert, dass gefährdete Gewebe (Nervenbündel,
Gallengänge, Blutgefäße usw.) während
der Operation fälschlicherweise beschädigt werden.
Werden solche Sensoren in OP-Robotern eingesetzt, so können
diese noch aufgrund weiterer Parameter feiner gesteuert werden. Bei
der Anwendung von Lasern, beispielsweise zur Entfernung von krankem
Gewebe verbessert der Einsatz von Sensoren die Sicherheit.
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Weiterhin
sind Verfahren möglich, bei denen der oben beschriebene
Sensor zusammen mit einem medizinischen Instrument verwendet werden
kann, wobei mittels des Sensors eine Erkennung von Gewebe erfolgt,
wodurch die Funktion des Bearbeitungsgeräts und/oder weiterer
Peripheriegeräte beeinflusst werden kann.
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Weitere
Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus
der nun folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel
dient und auf die beigefügten Zeichnung Bezug nimmt.
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Die
einzige 1 zeigt als Teil einer Operationsvorrichtung
ein medizinisches Instrument, welches mit einem Sensor zur Gewebeerkennung
ausgestattet ist.
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Eine
Operationsvorrichtung 10 umfasst als wesentliche Komponenten
ein medizinisches Instrument 20, das bspw. ein Skalpell,
eine Lasereinrichtung o. dgl. sein kann, einen Sensor 40 zur
Erfassung von Parametern des behandelten Gewebes 30 und eine
Auswerteeinheit 50 zur Ausgabe von Steuersignalen und/oder
von Warnsignalen. Darüber hinaus können weitere
Komponenten vorhanden sein, was im Folgenden anhand von 1 illustriert
wird.
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Bei
einem medizinischen Eingriff kann eine Bearbeitung des Gewebes 30 eines
Patienten mit verschiedenen medizinischen Instrumenten 20 vorgenommen
werden. Insbesondere müssen Operationen durchgeführt
werden, um krankes Gewebe 34 zu entfernen. Bei dem kranken
Gewebe 34 kann es sich z. B. um Krebsgewebe handeln, welches
vollständig entfernt werden muss, wobei natürlich
so wenig wie möglich gesundes Gewebe 32 entfernt
werden soll. Weiterhin dürfen so genannte gefährdete
Gewebe (Nervenbahnen, Blutgefäße, Gallengänge
etc.) nicht beschädigt werden.
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Bei
dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet
als medizinisches Instrument 20 eine Lasereinrichtung 22 Verwendung,
die krankes Gewebe 34 entfernen soll. Dieser Lasereinrichtung 22 ist der
Sensor 40 zugeordnet. Bei dem Sensor 40 kann es
sich beispielsweise um einen optischen Sensor handeln, bei dem ein
Sender 42 Licht einer bestimmten Wellenlänge auf
das zu bearbeitende Gewebe 30 aussendet. Ein Empfänger 44 erfasst
die beleuchtete Stelle und das hiervon reflektierte Licht. Die Unterscheidung
zwischen Nervengewebe, anderem Gewebe und malignem Krebsgewebe ist
aufgrund unterschiedlicher optischer Eigenschaften dieser Gewebetypen
möglich. Zur verbesserten Erkennung von Krebsgewebe werden
häufig Fluoreszenzmarker eingesetzt, die nur an Krebszellen
binden und diese somit eindeutig markieren.
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Die
vom Sensor 40 gemessenen Werte werden an die Auswerteeinheit 50 gesendet
und von dieser mittels einer integrierten Signalverarbeitungseinheit
ausgewertet. Beispielsweise werden die vom Empfänger 44 gemessenen
Werte mit bekannten Daten von Gewebestrukturen verglichen und somit
das Gewebe der zu bearbeitenden Stelle entsprechend klassifiziert.
Alternativ können elektronische Sensoren eingesetzt werden.
Diese können beispielsweise dazu dienen, die Leitfähigkeit
des zu bearbeitenden Gewebes zu messen und aufgrund von Vergleichsdaten
entsprechend zu klassifizieren. Aufgrund der vorgenommenen Klassifizierung
können von der Auswerteeinheit 50 verschiedene
Signale angesteuert werden. Beispielsweise können visuelle
Warnsignale 60, 62 und 64 und/oder akustische
Warnsignale 66 ausgegeben werden.
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Von
der Auswerteeinheit 50 können weiterhin folgende
Aktionen ausgelöst werden:
Wird krankes Gewebe 34 erkannt,
dann wird ein Signal 52 ausgelöst, das zur Aktivierung
der Bearbeitungseinrichtung 20 führt, d. h. im
vorliegenden Fall wird der Laserstrahl der Lasereinrichtung 22 eingeschaltet.
Parallel dazu kann ein visuelles Signal 60 ausgegeben werden.
Mittels des Aufleuchtens eines grünen Lichtsignals kann
dem Arzt angezeigt werden, dass krankes Gewebe 34 erkannt
wurde und dass das Bearbeitungsgerät 20 eingeschaltet
wurde.
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Wird
gesundes, nicht gefährdetes Gewebe erkannt, wird ein visuelles
Signal 62 erzeugt. Dieses visuelle Signal 62 kann
durch Anschalten eines roten Lämpchens oder einer roten
Diode erfolgen und somit dem Operierenden signalisieren, dass dieses
Gewebe nicht abgetragen werden soll, dass aber auch keine Gefahr
der Verletzung von Nervenbahnen, Blutgefäßen etc.
besteht. Parallel dazu kann das Bearbeitungsgerät 20 automatisch
abgeschaltet werden.
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Wird
gesundes, aber gefährdetes Gewebe (Nervenbahnen, Blutgefäße
etc.) erkannt, erfolgt die Ausgabe eines weiteren visuellen Signals 64.
Dieses visuelle Signal kann durch Anschalten eines blauen Lämpchens
oder einer blauen Diode erzeugt werden und somit dem Operierenden
signalisieren, dass dieses Gewebe nicht abgetragen werden soll und
das zudem eine Gefahr der Verletzung von Nervenbahnen, Blutgefäßen
etc. besteht. Parallel dazu wird das Bearbeitungsgerät 20 automatisch
abgeschaltet.
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Die
oben beschriebene farbliche Zuordnung verschiedener visueller Warnsignale
kann natürlich anders belegt sein und ist lediglich beispielhaft
zu verstehen. Selbstverständlich können die optischen Signale
auch auf andere Weise dem behandelnden Arzt mitgeteilt werden, bspw.
in Form von Projektionen in das Auge mittels einer sog. Datenbrille.
Hierdurch kann jederzeit gewährleistet werden, dass die Informationen
nicht übersehen werden, den behandelnden Arzt jedoch nicht
dazu veranlassen, eine Signalanzeige beobachten zu müssen,
wozu er u. U. den Kopf wenden müsste. Eine Ablenkung des
Arztes durch die Art der Informationsübermittlung sollte jedoch
vermieden werden.
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Weiterhin
können die visuellen Warnsignale durch zusätzliche
akustische Warnsignale 66 ergänzt oder verstärkt
werden. Es ist auch denkbar, nur akustisch zu warnen, wobei verschiedene
Tonfolgen bzw. Tonlängen und/oder Tonhöhen den
verschiedenen Gewebetypen zugeordnet sein können.
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Die
verschiedenen Gewebetypen können auch auf einem Display
textuell angezeigt werden. Es ist beispielsweise möglich,
dass der Sensor 40, die Auswerteeinheit 50 und
die visuelle und/oder akustische Warn- bzw. Aktionsauslösung
in einem Gerät integriert ist, so dass der das Bearbeitungsinstrument 20 mit
gekoppeltem Sensor 40 verwendende Fachmann eine direkte
Kontrolle am Operationsort hat.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsvariante ist es auch möglich,
dass der Sensor mit einem externen Rechner gekoppelt ist und dass
die Verarbeitung der Sensordaten und die Klassifizierung der Gewebetypen
und/oder die Aktionsauslösung mittels Warnsignalen 60, 62, 64, 66 und/oder
die Generierung eines Abschaltsignals 52 des Bearbeitungsgeräts 20 durch
diesen externen Rechner erfolgt.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit weitere Bearbeitungsgeräte,
so genannte Peripheriegeräte, ansteuert. Aufgrund der durch
den Sensor 40 übermittelten Messwerte wird ein
Signal 70 generiert, dass beispielsweise ein weiteres medizinisches
Instrument 72 ansteuert. Bei dem Peripherieinstrument 72 kann
es sich beispielsweise um eine Absaugvorrichtung handeln, mit der das
abgetragene Gewebe direkt von der Operationsstelle entfernt wird.
Diese Absaugvorrichtung könnte gleichzeitig mit dem Laser 22 aktiviert
wer den. Es ist die Ansteuerung weitere Peripherieinstrumente denkbar,
die entsprechend ihrer Aufgabe und dem erkannten Gewebe jeweils
an- bzw. abgeschaltet werden.
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Es
versteht sich für den Fachmann, dass die vorliegende Erfindung
grundsätzlich für alle Arten von medizinischen
Instrumenten 20 anwendbar ist, unabhängig davon,
ob diese für Operationen am Menschen oder am Tier vorgesehen
sind.
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Die
Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel
beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und
Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen
Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich
fallen.
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- 10
- Operationsvorrichtung
- 20
- Medizinisches
Instrument
- 22
- Lasereinrichtung
- 30
- Gewebe
- 32
- erste
Gewebeart (gesundes Gewebe)
- 34
- zweite
Gewebeart (krankes Gewebe)
- 40
- Sensor
- 42
- Sender
- 44
- Empfänger
- 50
- Auswerteeinheit
- 52
- Steuersignal
- 60
- erstes
Warnsignal
- 62
- zweites
Warnsignal
- 64
- drittes
Warnsignal
- 66
- viertes
Warnsignal
- 70
- Steuersignal
für weitere Bearbeitungseinrichtung
- 72
- weitere
Bearbeitungseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005022120
A1 [0004]
- - EP 0883375 B1 [0005]
- - EP 0872211 B1 [0006]
- - DE 202005011442 U1 [0007]