DE10241070A1

DE10241070A1 - Ärztliches Instrument

Info

Publication number: DE10241070A1
Application number: DE10241070A
Authority: DE
Inventors: Josef Dr.sc.hum. Kozak; Stefan Priv.-Doz. Dr. Dr. Haßfeld; Robert Dr. Krempien
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-03-18
Also published as: DE10241070A9

Abstract

Um bei einem ärztlichen Instrument zur Einführung in einen tierischen oder menschlichen Körper und zur Bearbeitung desselben mit Hilfe eines Werkzeuges dieses für zusätzliche Funktionen einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, daß in dem Werkzeug mindestens ein Biochip angeordnet ist, der bei Kontakt mit einer bestimmten Substanz im Körper selektiv ein elektrisches Signal erzeugt, daß der Biochip mit einer das elektrische Signal empfangenden Datenverarbeitungsanlage verbunden ist und daß eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges relativ zu dem Körper vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein ärztliches Instrument zur Einführung in einen tierischen oder menschlichen Körper und zur Bearbeitung desselben mit Hilfe eines Werkzeuges.
Derartige Instrumente können unbewegte Werkzeuge aufweisen, beispielsweise eine Schneidklinge, einen Haken oder ein feststehendes Sägeblatt. Es gibt auch ärztliche Instrumente mit bewegten Werkzeugen, beispielsweise in Form von Fräsern, Bohrern, oszillierenden Sägeblättern, Scheren oder dergleichen. In allen Fällen kommen diese Werkzeuge im Inneren des Körpers mit unterschiedlichen Bereichen des Körpers in Berührung, sei es mit Knochengewebe, sei es mit umgebendem Weichgewebe oder mit Flüssigkeiten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diese gattungsgemäßen ärztlichen Instrumente so weiterzubilden, daß mit ihnen zusätzliche Aufgaben im Körper erfüllt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem ärztlichen Instrument der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Werkzeug mindestens ein Biochip angeordnet ist, der bei Kontakt mit einer bestimmten Substanz im Körper selektiv ein elektrisches Signal erzeugt.

Ein solcher Biochip, der in das Werkzeug integriert ist, kommt während der Bearbeitung der Körperteile mit umgebendem Gewebe und umgebender Flüs sigkeit in Verbindung und ist dadurch in der Lage, je nach Aufbau des Biochips selektiv die Anwesenheit bestimmter Substanzen festzustellen.

Derartige Biochips erzeugen elektrische Signale nur dann, wenn eine ganz bestimmte Substanz mit Ihnen in Kontakt kommt, beispielsweise ein bestimmtes Protein oder insbesondere DNA mit einer ganz bestimmten Sequenz der in der DNA angeordneten Basenbestandteile. Es sind derartige Biochips bekannt, die so ausgebildet sind, daß sich DNA Moleküle mit ganz bestimmten Sequenzen an ihnen anlagern, während alle anderen DNA Moleküle, die diese Sequenzen nicht aufweisen, nicht festgehalten werden. Das Anheften eines DNA Moleküls erzeugt ein elektrisches Signal in einem solchen Biochip, so daß das Auftreten des elektrischen Signals zeigt, daß eine bestimmte DNA Substanz in der Umgebung des Biochips angetroffen worden ist.

Derartige Biochips sind an sich bekannt und werden beispielsweise beschrieben in einem Artikel des Autors Helmuth Lemme "Gen-Identifikation elektronisch" in der Zeitschrift Elektronik 1/2002, Seiten 38 bis 45, WEKA Fachzeitschriftenverlag GmbH, Poing, Deutschland.

Das in den Körper eingebrachte ärztliche Instrument kann bei der Bearbeitung des Körpergewebes mit dem Werkzeug somit gleichzeitig prüfen, ob an der Stelle des Biochips eine bestimmte Substanz im Körper vorhanden ist, beispielsweise eine bestimmte Krebszellenart.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Biochip mit einer das elektrische Signal empfangenden Datenverarbeitungs anlage verbunden ist und daß eine Einrichtung zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges relativ zu dem Körper vorgesehen ist.

Damit kann der Benutzer zusätzlich Informationen darüber enthalten, an welcher Stelle des Körpers diese bestimmte Substanz angetroffen worden ist, und damit erhält beispielsweise der Benutzer ein Bild über die Ausdehnung eines Tumorgewebes im Körper, welches er mit dem ärztlichen Instrument bearbeitet, beispielsweise Gewebe herausschneidet.

Günstig ist es, wenn die Einrichtung zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges ein Navigationssystem umfaßt mit an dem Instrument und an dem Körper festgelegten Markierelementen. Derartige Navigationssysteme sind an sich bekannt, die Markierelemente können beispielsweise jeweils drei starr miteinander verbundene kugelförmige Reflexionskörper sein, an denen Infrarotstrahlung reflektiert wird, die von Sendern ausgestrahlt und von drei Empfängern empfangen wird. Diese Empfänger können aus der empfangenen Strahlung die Lage und Orientierung des Markierelementes im Raum bestimmen und damit auch die Lage und Positionierung des Teils, an dem das Markierelement festgelegt ist. Derartige Instrumente werden zur Lokalisierung und Überwachung von ärztlichen Instrumenten mit Werkzeugen bereits eingesetzt.

Wenn zusätzlich die Lage des Biochips relativ zu dem Instrument bekannt ist, läßt sich auf diese Weise auch die jeweilige Fundstelle einer bestimmten Substanz, die der Biochip festgestellt hat, bestimmen. Dies ist bei starren Instrumenten ohne weiteres dadurch möglich, daß die Position des Biochips am Instrument in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert und bei der Berechnung der Fundstelle der Substanz berücksichtigt wird. Bei bewegten Werkzeu gen ist es zusätzlich notwendig, die jeweilige Stellung des Werkzeuges relativ zum Instrument zu bestimmen, dies ist an sich bekannt, beispielsweise kann diese Lage durch einen faseroptischen Positionsgeber in einem bewegten Sägeblatt erfolgen oder durch die Einbettung eines oberflächenaktiven Transponderelementes in das Werkzeug, welches auf drahtlosem Wege Positionsdaten an die Datenverarbeitungsanlage übermittelt ( DE 200 08 871 U1 ; DE 20 15 893 U1 ))

Günstig ist es, wenn am Werkzeug in bestimmtem Relativabstand zueinander mehrere Biochips angeordnet sind, deren Position am Werkzeug in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert ist. Dadurch kann das Werkzeug an verschiedenen Stellen des Körpers gleichzeitig nach einer bestimmten Substanz suchen und damit einen größeren Bereich des Körpers überwachen.

Beispielsweise können die Biochips in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein.

Ein solcher Biochip kann selektiv auf eine einzige Substanz ansprechen, es ist aber gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, wenn der Biochip nebeneinander Meßstellen für unterschiedliche Substanzen aufweist. Es ist dadurch möglich, einen vom Werkzeug erreichten Bereich des Körpers auf verschiedene Substanzen jeweils selektiv zu untersuchen.

Günstig ist es, wenn der Biochip eine elektrische Schaltung aufweist, die elektrische Signale der verschiedenen Meßstellen nacheinander über eine Signalleitung zur Datenverarbeitungsanlage sendet. Die serielle Übertragung ermög licht die Reduzierung der Zahl der Anschlüsse an dem Biochip und damit einen besonders einfachen Aufbau.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Datenverarbeitungsanlage eine Anzeigeeinrichtung zugeordnet ist, auf der in der Datenverarbeitungsanlage gespeicherte Strukturdaten des Körpers überlagert mit Positionsdaten der Biochips im Körper darstellbar sind. Auf diese Weise kann der behandelnde Arzt auf der Anzeigeeinrichtung ein Bild des behandelten Körpers sehen und gleichzeitig die jeweilige Position der Biochips im Körper.

Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die Anzeigeeinrichtung Biochips, die beim Kontakt mit der bestimmten Substanz ein elektrisches Signal erzeugen, unterschiedlich darstellt von Biochips, die ohne einen solchen Kontakt mit der bestimmten Substanz sind und daher kein solches elektrisches Signal erzeugen. Damit ist auf einen Blick erkennbar, in welchem Bereich des Körpers die gesuchte Substanz vorhanden ist und in welchem nicht.

Das Werkzeug des Instrumentes kann ganz unterschiedlich ausgebildet sein, besonders vorteilhaft ist die Verwendung in Sägeblättern, Bohrern, Fräsern, Messern oder Scheren.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Die Erfindung wird dabei am Beispiel einer oszillierenden Säge erläutert, die ein in der Zeichnung nur gestrichelt und teilweise dargestelltes Handstück 2 und ein darin eingesetztes, in seiner Ebene oszillierend angetriebenes Sägeblatt 1 mit einer Reihe 3 von Sägezähnen umfaßt.
In dieses Sägeblatt 1 ist bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel in der Nähe der Reihe 3 von Sägezähnen ein Biochip 4 so eingebettet, daß eine Oberfläche desselben mit der umgebenden Körperflüssigkeit und dem umgebenden Körpergewebe in Kontakt kommen kann. Ein solcher Biochip kann beispielsweise ein Siliziumchip sein, der an seiner Oberfläche mit einer Beschichtung versehen ist, an der selektiv bestimmte DNA Moleküle haften, während alle anderen DNA Moleküle nicht an dieser Oberfläche haften bleiben.
In dem Sägeblatt 1 ist eine elektrische Leitung angeordnet, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, diese verbindet den Biochip 4 mit dem Inneren des Handstückes 2, von dort werden über diese Steuerleitung vom Biochip 4 gelieferte elektrische Signale in beliebiger Weise an eine Datenverarbeitungsanlage 5 übertragen, dieser Übertragungsweg kann über eine körperliche Leitung realisiert werden, es kann sich aber auch um eine drahtlose Übertragung handeln, dieser Übertragungsweg wird durch den Pfeil A in der Zeichnung symbolisiert.
An dem Handstück 2 ist ein Markierelement 6 festgelegt, welches in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei kugelförmige, in festem Abstand zueinander am Handstück 2 angeordnete Reflexionskörper 7 umfaßt. Ein Navigationssystem 8 an sich bekannter Bauart sendet über drei Sende- und Empfangseinheiten 9 Infrarotstrahlung aus und empfängt diese nach Reflexion an den Reflexionskörpern 7 wieder, daraus kann die Lage des Markierelementes 6 im Raum bestimmt werden und damit die Lage des Handstückes 2 im Raum.
Auch die Lage des Sägeblattes 1 relativ zum Handstück 2 kann bestimmt werden, dazu ist beispielsweise in das Sägeblatt 1 in ebenfalls bekannter Weise ein in der Zeichnung nicht dargestelltes optisches Faserbündel eingebettet, welches einen optischen Positionsgeber bildet. Der gesamte Verlauf dieses Faserbündels läßt sich auf diese Weise im Raum feststellen, und aus diesem Verlauf läßt sich die jeweilige Lage des Sägeblattes 1 im Raum und damit auch relativ zum Handstück 2 bestimmen. Diese Positionsbestimmung des Sägeblattes 1 im Raum erfolgt über das Navigationssystem 8 und gegebenenfalls den beschriebenen faseroptischen Positionsgeber, dies wird in der Zeichnung durch den Pfeil B symbolisiert. Auf diese Weise ist natürlich auch die jeweilige Lage des Biochips 4 im Raum bekannt, entsprechende Daten werden der Datenverarbeitungsanlage 5 laufend zugeführt.
Die beschriebene Säge dient der Bearbeitung eines Körperteils, in der Zeichnung ist als Körperteil beispielsweise ein Arm 10 dargestellt, an dem ein Sägeschnitt vorgenommen werden soll. An dem Arm 10 ist ein weiteres Markierelement 11 festgelegt, das vollständig dem Markierelement 6 entspricht und über das durch das Navigationssystem 8 die Lage des Armes 10 im Raum bestimmt werden kann, dies wird durch den Peil C in der Zeichnung symbolisiert.
Die Datenverarbeitungsanlage 5 umfaßt ein Anzeigegerät 12 in Form eines Monitors, auf diesem können gespeicherte Strukturdaten des Armes 10 dargestellt werden und gleichzeitig kann das Bild des Sägeblattes 1 dieser Darstellung überlagert werden, und zwar ortsrichtig. Die jeweilige Zuordnung der Position des Sägeblattes 1 und des Armes 10 läßt sich durch die beschriebene Ortsbestimmung der einzelnen Teile bewerkstelligen. Wie dies bei navigierten ärztlichen Instrumenten an sich bekannt ist, kann der Arzt damit auf dem Anzeigegerät 12 verfolgen, in welcher Position sich das Sägeblatt 1 relativ zum Arm 10 jeweils befindet.
Gleichzeitig wird auf dem Anzeigegerät die Lage des Biochips 4 dargestellt, außerdem wird die Anzeige des Biochips unterschiedlich gewählt, je nachdem ob der Biochip 4 ein elektrisches Signal erzeugt oder nicht. Beispielsweise ändert sich die Farbe der Anzeige des Biochips, sobald dieser ein elektrisches Signal erzeugt. Dieses elektrische Signal ist ein Zeichen dafür, daß der Biochip mit einer bestimmten, gesuchten Substanz in Kontakt gekommen ist, daß diese also an dem bestimmten Ort des Biochips angetroffen worden ist.
Durch die Bewegung des Sägeblattes 1 überstreicht der Biochip 4 einen größeren Bereich, in dem eine Prüfung auf Vorliegen der gesuchten Substanz erfolgt, und in der Darstellung des Anzeigegerätes kann der gesamte Weg dargestellt werden, wobei die Teile des Weges besonders markiert werden, in denen die gesuchte Substanz angetroffen worden ist.
Es ist auch möglich, in dem Sägeblatt nicht nur einen einzigen Biochip anzuordnen, sondern eine größere Anzahl, beispielsweise in Form einer Reihe nebeneinanderliegender Chips, so daß die Untersuchung des benachbarten Körpergewebes durch mehrere Biochips gleichzeitig erfolgen kann. Man überstreicht damit einen größeren Bereich.
Der behandelnde Arzt kann beispielsweise beim Sägevorgang unmittelbar am Anzeigegerät ablesen, in welchem Bereich bestimmte Krebszellen aufgefunden werden und welcher Bereich des vom Sägeblatt erreichten Körpergewebes frei ist von derartigen Krebszellen.
Eine solche Überprüfung des Körpergewebes kann sinnvoll sein, wenn man gezielt der Entfernung bestimmter Zellen nachgeht, wenn man also beispielsweise aus einem Knochen krebsbefallenes Gewebe durch Sägen entfernen will, es kann aber auch als prophylaktische Überwachung sinnvoll sein, denn bei jedem Sägevorgang wird die Umgebung der Sägestelle auf bestimmte Substanzen untersucht, die möglicherweise schädlich sein könnten. Dies kann auch routinemäßig erfolgen, ohne daß bisher Anzeichen für das Vorliegen bestimmter Substanzen aufgefunden worden sind.

Claims

Ärztliches Instrument zur Einführung in einen tierischen oder menschlichen Körper und zur Bearbeitung desselben mit Hilfe eines Werkzeuges (1), dadurch gekennzeichnet, daß in dem Werkzeug (1) mindestens ein Biochip (4) angeordnet ist, der bei Kontakt mit einer bestimmten Substanz im Körper (10) selektiv ein elektrisches Signal erzeugt.
Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Biochip (4) mit einer das elektrische Signal empfangenden Datenverarbeitungsanlage (5) verbunden ist und daß eine Einrichtung (8) zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges (1) relativ zu dem Körper (10) vorgesehen ist.
Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges (1) ein Navigationssystem (8) umfaßt mit an dem Instrument (2) und an dem Körper (10) festgelegten Markierelementen (6, 11).
Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) verformbar ist und mindestens über einen Teil seiner Länge einen faseroptischen Positionsgeber trägt, dessen Form und dessen Lage im Raum über seine Länge mittels der Datenverarbeitungsanlage (5) erfaßbar ist.
Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Werkzeug (1) in bestimmtem Relativabstand zueinander mehrere Biochips (4) angeordnet sind, deren Position am Werkzeug (1) in der Datenverarbeitungsanlage (5) gespeichert ist.
Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Biochips (4) in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind.
Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Biochip (4) nebeneinander Meßstellen für unterschiedliche Substanzen aufweist.
Instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Biochip (4) eine elektrische Schaltung aufweist, die elektrische Signale der verschiedenen Meßstellen nacheinander über eine Signalleitung zur Datenverarbeitungsanlage (5) sendet.
Instrument nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenverarbeitungsanlage (5) eine Anzeigeeinrichtung (12) zugeordnet ist, auf der in der Datenverarbeitungsanlage (5) gespeicherte Strukturdaten des Körpers (10) überlagert mit Positionsdaten der Biochips (4) im Körper (10) darstellbar sind.
Instrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (12) Biochips (4), die beim Kontakt mit der bestimmten Substanz ein elektrisches Signal erzeugen, unterschiedlich darstellt von Biochips, die ohne einen solchen Kontakt mit der bestimmten Substanz sind und daher kein solches elektrisches Signal erzeugen.
Instrument nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Sägeblatt (1) ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Bohrer ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Fräsen ist. _ 14. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Messer ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Schere ist.
Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Pinzette ist.