DE1541099B2 - Kaeltechirurgisches instrument - Google Patents
Kaeltechirurgisches instrumentInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein kaltechirurgisches Instrument,
bei welchem ein Gas aufgrund des Joule-Thomson-Effektes beim Durchtritt durch eine Verengung
gekühlt wird und bei welchem das Gas über eine Speiseleitung in das Innere einer hohlen Sonde gelangt,
welche hohe thermische Leitfähigkeit aufweist.
Ein kaltechirurgisches Instrument dieser Art ist an sich bekannt (Archives of Pathology, May 1948, Seite
565 und 566). Bei diesem bekannten Instrument wird ein geeignetes Gas, z. B. Kohlendioxyd, dem Instrument
über eine Versorgungsleitung von einer Gasquelle zugeführt und gelangt über ein Steuerventil in die
Speiseleitung des Instrumentes, die einen gleichbleibend verengten Querschnitt aufweist und die sich im Inneren
einer verhältnismäßig langen rohrförmigen Sonde erstreckt und im Bereich des vom Steuerventil
abgewandten Sondenendes eine Austrittsöffnung für das Gas aufweist. Dieses bekannte kältechirurgische
Instrument hat vor allem den Nachteil, daß bei einem für die praktische Anwendung praktikablen Gasverbrauch
bzw. -fluß nur eine ungenügende Abkühlung der Arbeitsfläche des Instrumentes bzw. der Sonde auftritt,
und daß die für die Anwendung des Instrumentes benötigte starke Kühlung der Arbeitsfläche nur mit
hohem Gasverbrauch möglich ist. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, daß bereits in der verhältnismäßig
langen Speiseleitung mit gleichbleibend verengtem Querschnitt ein Abfall des Gasdruckes und damit eine
Kühlwirkung eintritt, die jedoch für die Kühlung der Arbeitsfläche verlorengeht, da sich das Gas entlang der
Speiseleitung wieder erwärmt, bevor es zur Kühlung der Arbeitsfläche des Instrumentes aus der Austrittsöffnung
ausströmt.
Weiterhin sind kältechirurgische Instrumente bekannt, bei denen die Arbeitsfläche des Instrumentes
durch Verdampfen eines als Kühlmittel dienenden flüssigen Gases erreicht wird. Auch diese Instrumente
arbeiten nur sehr unzufriedenstellend, weisen große Abmessungen auf und liefern nicht oder nur bei hohem
Gasverbrauch die erforderlichen sehr niedrigen Temperaturen an der Arbeitsfläche. Werden bei derartigen mit
»Verdampfungskühlung« arbeitenden Instrumenten flüssige Gase verwendet, die sich auf sehr niedrigen
Temperaturen befinden, so muß außerdem für eine gute Wärmeisolierung in der das Instrument mit der Quelle
für das flüssige Gas verbindenden Versorgungsleitung gesorgt werden, wodurch sich zusätzliche Probleme
ergeben, da die Versorgungsleitung zur bequemen Handhabung des Instrumentes neben einem möglichst
kleinen Durchmesser auch hohe Flexibilität aufweisen soll.
Es wurde bereits schon vorgeschlagen, bei einem mit Verdampfungskühlung arbeitenden kältechirurgischen
Instrument eine elektrische Heizung vorzusehen. Diese Heizung dient dort ausschließlich zur Wiedererwärmung
des Instrumentes, beispielsweise nach der Benutzung, nicht jedoch zur Temperatursteuerung der
Arbeitsfläche des Instrumentes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein nach dem Joule-Thomson-Effekt arbeitendes kaltechirurgisches
Instrument aufzuzeigen, welches bei geringem Gasverbrauch hohe Kühlraten und eine maximale Abkühlung
der Arbeitsfläche des Instrumentes gestattet und außerdem eine einwandfreie Regelung der Temperatur
dieser Arbeitsfläche ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein kältechirurgisches Instrument der eingangs geschilderten Art erfindungsgemäß
so ausgebildet, daß die Verengung in der Speiseleitung gegenüber der Arbeitsfläche des Instrumentes
mündet, und daß zur Temperaturregelung Mittel zum Erwärmen des Gases, z. B. eine elektrische
Heizung, vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß zur Vermeidung eines Druckabfalls und damit zur
Vermeidung eines Verlustes an Kühlwirkung das Gas über eine Versorgungsleitung sowie Speiseleitung mit
verhältnismäßig großem Querschnitt an die Verengung herangeführt werden muß, und daß sich dann bei
Anordnung dieser Verengung bzw. deren Mündung in unmittelbarer Nähe der Arbeitsfläche des Instrumentes
auch bei geringem Gasverbrauch hohe Kühlraten sowie ein starkes Abkühlen der Arbeitsfläche des Instrumentes
erreichen lassen. Durch den an sich vorteilhaften, geringen Gasverbrauch bei dem kältechirurgischen
Instrument gemäß der Erfindung ergeben sich jedoch andererseits gewisse Schwierigkeiten, die Temperatur
der Arbeitsfläche allein durch Steuerung der Menge des expandierenden Gases auf den vorgegebenen Wert zu
halten. Nach einer weiteren Erkenntnis der Erfindung ist es daher notwendig, durch Mittel zum Erwärmen die
durch den Joule-Thomson-Effekt erzielbare Kühlwirkung mehr oder weniger aufzuheben bzw. zu kompensieren
oder nach dem Austritt aus der Verengung wieder mehr oder weniger zu erwärmen, um auf diese
Weise eine richtige Temperatur an der Arbeitsfläche . des Instrumentes einzustellen.
Bei dem kältechirurgischen Instrument gemäß der Erfindung eignen sich alle Gase, die beim Austreten
unterhalb der kritischen Temperatur durch eine Verengung einen Temperaturabfall aufweisen; besonders
geeignet ist jedoch gasförmiges Kohlendioxyd.
welches in einer vom Instrument getrennten Versorgungseinheit durch Verdampfen von flüssigem Kohlendioxyd
gewonnen wird.
Der Ausdruck »Verengung«, wie er im Zusammen
hang mit der Erfindung verwendet wird, bezieht sich auf eine einzelne Verengung, auf einen porösen Abschlußteil
bzw. Pfropfen sowie auf eine Vielzahl von Verengungen, die wirkungsmäßig parallel zueinander
angeordnet sind. Der Ausdruck »Verengung« bezieht sich grundsätzlich auf alle Konstruktionen, die es
ermöglichen, daß bei einer entsprechenden Druckdifferenz im Gas der Joule-Thomson-Effekt auftritt und
einen Temperaturabfall an der Arbeitsfläche des Instrumentes erzeugt.
Unter »Speiseleitung« ist bei der Erfindung in erster Linie ein im Instrument angeordnetes Rohr zu
verstehen, welches an seinem einen Ende über die vorzugsweise flexible Versorgungsleitung mit der
Gasquelle verbunden ist und dessen anderes Ende der Verengung zugeordnet ist.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert und
es zeigt
F i g. 1 im Längsschnitt ein kältechirurgisches Instru- -, ment gemäß der Erfindung zur Verwendung bei
Netzhautoperationen,
F i g. 2 eine Teilansicht eines Längsschnittes durch eine Abwandlung des Instrumentes gemäß Fig. 1 mit
einer geänderten Arbeitsfläche für Staroperationen,
F i g. 3 eine Teildarstellung eines Längsschnittes durch ein Instrument gemäß der Erfindung mit einer
geänderten Ausführung der Verengung,
Fig.4 eine Teildarstellung eines Längsschnittes durch ein Instrument gemäß der Erfindung mit
geänderter Ausbildung der Speiseleitung.
Das kältechirurgische Instrument gemäß F i g. 1 weist eine äußere Schutzhülse 1 aus Nylon auf, deren Gestalt
und Größe mit einem Füllfederhalter verglichen werden kann. Diese Schutzhülse 1 besitzt einen vorderen
Endteil 2, der mit der Schutzhülse über eine Schraubverbindung 3 verbunden ist. Wenn die Schutzhülse 1 und
der vordere Endteil 2 miteinander fest verschraubt sind, klemmen sie einen Flansch AA eines schräg nach vorne
verlaufenden Ringes 4 ein, der zur Erzeugung einer hohen thermischen Leitfähigkeit aus Silber besteht. Der
\ Ring 4 besitzt eine axiale Bohrung AB mit einem Teil 4C ' mit verringertem Innendurchmesser am vorderen Ende.
An seinem hinteren Ende ist innerhalb der Schutzhülse 1 und des Flansches AA ein zylindrischer Ansatz AD
vorgesehen.
Die Spitze der Sonde 5 ist genau durch die Bohrung AB passend und nach außen vorstehend ausgebildet und
ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein gekrümmter, rohrförmigen Körper aus korrosionsbeständigem
Stahl, dessen Ende von der Wandung 6 aus Silber abgeschlossen ist. Innerhalb der Bohrung AD ist die
Sonde 5 von dem Ring 4 umschlossen und erstreckt sich ein kurzes Stück bis hinter das Ende des Ansatzes AD.
Eine rohrförmige Manschette 7 paßt genau in die Bohrung AB und erstreckt sich nach rückwärts, ihre
Wandung ist ausgeschnitten und bildet eine öffnung TB,
welche zwei Aufgaben hat. Einerseits ermöglicht die öffnung TB ein Abfließen des Gases aus dem Inneren
der Sonde 5, andererseits dient die öffnung TB zum
Durchführen der elektrischen Verbindungsleitungen SA für das an der Innenseite der Wandung 6 vorgesehene
Thermoelement 8. Das vordere Ende der Manschette 7 weist einen solchen Innendurchmesser auf, daß es um
das hintere Ende der Sonde 5 paßt, während das hintere Ende der Manschette 7 eine Bohrung besitzt, durch die
eine Speiseleitung 10 hindurchgeführt ist, welche Teil des eigentlichen Instrumentes ist. Die Speiseleitung 10
ist ein Rohr aus korrosionsbeständigem Stahl mit einer Kapillarbohrung, deren Durchmesser beispielsweise
0,06 cm beträgt, und erstreckt sich durch die Bohrung AD bzw. durch die hohle Sonde 5 bis in die Nähe der als
Arbeitsfläche dienenden Wandung 6. An diesem Ende weist die Speiseleitung 10 eine Verengung 10/4 mit
einem Durchmesser von z.B. 0,01 oder 0,015cm auf, welche austretendes Gas auf die Wandung 6 richtet, von
der die Verengung 10.4 beispielsweise einen Abstand von 0,2 cm aufweist. Diese als Beispiel gegebenen
Zahlen gelten etwa, wenn als Gas Kohlendioxyd (CO2)
mit einem Druck von etwa 56 000 gm/cm2 verwendet wird. An der Stelle, an der die Speiseleitung 10 durch die
Bohrung an der Rückseite der Manschette hindurchtritt, ist sie verlötet. Zur Einstellung während des Zusammenbaus
wird die Manschette 7 längs der Sonde 5 verschoben, bis die Verengung 10/4 der Speiseleitung 10
den gewünschten Abstand von der Wandung 10 aufweist und in dieser Stellung erfolgt eine örtliche
Verschweißung TA der Manschette 7 mit der Sonde 5.
Das expandierte Gas, welches von dem Ende der Sonde 5 bzw. von der als Arbeitsfläche dienenden
Wandung 6 durch die Bohrung AB zurückströmt, entweicht durch die Öffnung TB. Ein Ring 11 ist mit
Preß-Sitz in der Schutzhülse 1 befestigt und mit diesem Ring 11 ist das vordere Ende eines Auslaßrohres 12
verlötet, welches sich ausgehend von dem rückwärtigen Ende der Schutzhülse 1 durch diese Schutzhülse
erstreckt und welches an dem rückwärtigen Ende der Schutzhülse mit einem flexiblen Auslaßrohr 13 verbunden
ist. In der Nähe des vorderen Endes des Auslaßrohres 12 ist ein Ring von Löchern 14
vorgesehen, die von einer elastischen Hülse 145 umgeben und normalerweise geschlossen sind. Durch
diese Löcher 14 sowie durch die Hülse \AB wird ein Sicherheitsventil geschaffen. Wenn aus irgendeinem
Grunde sich ein Gasdruck mit zu hohem Wert innerhalb der Auslaßrohre 12 und 13 aufbaut, kann das Gas durch
die Löcher 14 in die Schutzhülse 1 und von dort durch das Loch 14Λ in die Atmosphäre entweichen. Ein
derartiges Sicherheitsventil ergibt ein charakteristisches Geräusch, so daß der Chirurg davon in Kenntnis gesetzt
wird, daß eine Blockierung des Gasstromes in den Auslaßrohren 12 und 13 vorliegt. Die Leitungen 8/4 für
das Thermoelement 8 verlaufen in den Auslaßrohren 12 und 13.
Um den Ansatz AD herum ist eine Heizwicklung 15, bestehend aus einem in geeigneter Weise isolierten
Draht, vorgesehen, dessen elektrische Versorgungsleitungen 9 in ähnlicher Weise in den Auslaßrohren 12 und
13 verlaufen. '
Die Hauptaufgabe des Ringes 4 besteht darin, die 1 Sonde 5 und damit die Wandung 6 sowie d^s vordere
Ende der Speiseleitung 10 mit Wärme zu beaufschlagen. Durch die Steuerung des Stromes in der Heizwicklung
15 kann die Temperatur innerhalb des Hohlraumes der Sondenspitze und damit die als Arbeitsfläche dienende
Wandung 6 genügend genau geregelt werden. Durch Einschalten des Gasstromes kann die Sonde 5 bzw. die
als Arbeitsfläche 7 in der Wandung 6 auf eine Temperatur von —78° Celsius abgekühlt werden, wobei
die genaue Regelung der Temperatur an der Wandung 6 durch Ein- und Ausschalten des Gasstromes sowie durch
Steuerung bzw. Regelung des Stromes durch die Heizwicklung 15 erzielt wird. An dieser Stelle sei
erwähnt, daß die Temperatur der Wandung 6 bei
Netzhautoperationen beispielsweise —60° Celsius und bei Staroperationen etwa bei —30° Celsius liegt, wobei
im letzten Fall ein Instrument zur Anwendung kommt, wie es in F i g. 2 gezeigt ist.
Die Abkühlung der Sondenspitze bzw. der Arbeitsfläehe
6 wird vollständig durch den Joule-Thomson-Effekt hervorgerufen durch die Verengung 1OAder Speiseleitung
10, die sich innerhalb des Auslaßrohres 13 als flexible Leitung zur Versorgungseinrichtung fortsetzt.
Wenn diese flexible Leitung einen kleinen Innenquerschnitt besitzt und bei normalen Temperaturen verwendet
wird, kann sie aus Kunststoff oder anderem sterilisierbaren Material bestehen, obwohl sie einen
hohen Innendruck aushalten muß.
Aus Sicherheitsgründen ist es im Hinblick auf ein eventuelles Leckwerden oder Brechen der die Fortsetzung
der Speiseleitung 10 bildenden flexiblen Leitung 10ß zweckmäßig, daß diese Leitung im Auslaßrohr 13
eingeschlossen ist, welches zur Atmosphäre hin offen ist.
Das Instrument nach F i g. 1 ist, wie bereits ausgeführt wurde, für Netzhautoperationen geeignet. Die Abbiegung
bzw. Abwinkelung am Ende der Sonde 5 dient dabei dazu, um die Rückseite des Auges zu erreichen. Es
besteht hierbei die Gefahr, daß die Sondenspitze das Augenlid berührt und an diesem Augenlid anfrieren
kann. Die Beheizung des Ringes 4 mit Hilfe der Heizwicklung 15 dient nun gleichzeitig auch dazu, diese
Gefahr zu vermeiden.
Bei der in F i g. 2 gezeigten Ausführung eines kältechirurgischen Instrumentes ist der Hauptteil dieses
Instrumentes der gleiche wie in Fig. 1. Im Falle der Fig.2 ist jedoch die Spitze bzw. Arbeitsfläche der
Sonde 5 für eine Staroperation ausgebildet und geradlinig geformt. Es ist hierbei nicht erforderlich, das
Augenlid zu schützen, so daß der Ring, dessen freiliegendes Ende bei AE angedeutet ist, sich weniger
weit von dem Endteil 2 der äußeren Schutzhülse wegerstreckt. Die Arbeitsfläche der Sonde 5 ist eine Art
vergrößerter Perle, wie bei 6Λ angedeutet. Diese Perle besteht aus Silber und ist mit der hohlen Sonde 5
verlötet.
In diesem Falle, und falls erforderlich auch im Beispiel nach Fig. !,kann eine unterschiedliche Art der
Steuerung der Temperatur anstatt oder zusätzlich zu der Heizwicklung 15 vorgesehen sein. Dies geschieht in
Form einer offenen Heizspule 15/4 aus Heizdraht im Gasstrom, der von der Verengung \QA austritt. Die
Heizspule 15/4 wird über Leitungen gespeist, die zusammen mit den Leitungen 8/4 des Thermoelementes
8 in dem Raum zwischen der Speiseleitung 10 und der Innenfläche der Sonde 5 verlaufen.
In Fig.3 ist in einem schematischen Schnitt eine weitere Ausführung des kältechirurgischen Instrumentes
gemäß der Erfindung mit einer geänderten Verengung dargestellt, durch die das Gas in eine Sonde
70 aus korrosionsbeständigem Stahl mit einer Abschlußwandung 71 aus Silber strömt. Innerhalb der Sonde 70
ist ein Auslaßrohr 72 vorgesehen, welches an seinem Ende einen äußeren Flansch 72/4 aufweist. Zwischen
dem Umfang des Flansches 72A und der Innenfläche der Sonde 70 besteht ein sehr kleiner Abstand bzw. eine
Reihe von Abständen, die durch Unregelmäßigkeiten des Flansches gebildet sind und für das verwendete Gas
eine Verengung darstellen, durch welche in die Sonde 70 eingespeistes Gas in den Hohlraum 73 eintritt, die als
Arbeitsfläche dienende Wandung 71 kühlt und durch das Auslaßrohr 72 zurückgeführt wird. In diesem Falle
müssen die Sonde 70 sowie die Versorgungsleitungen, die die Sonde mit der Versorgungseinheit bzw.
Gasquelle verbinden, natürlich robust genug sein, damit sie den Gasdruck aushalten. Ferner muß das
Auslaßrohr 72 so ausgeführt sein, daß es nicht durch den Gasdruck zusammengedrückt wird.
Ein Vorteil dieses Instrumentes besteht darin, daß die regenerative Kühlung (d. h. die Kühlung des zugeführten
Gases vor der Expansion durch das kalte Gas nach der Expansion) auf ein Minimum herabgesetzt wird, da
eine solche Kühlung im Falle von Kohlendioxyd nicht erwünscht ist. Eine Heizwicklung 74 ist am Auslaßrohr
72 vorgesehen. Die Fläche der zwischen der Innenwandung der Sonde 70 und dem Außenumfang des
Flansches 72A gebildeten Verengung kann durch sorgfältige Einstellung der axialen Stellung des Flansches
73/4 in bezug auf das leicht konvergente innere Profil der Sonde 70 bzw. der Wandung 71 sorgfältig
eingestellt werden.
Der in Fig.4 gezeigten Ausführungsform läßt sich
entnehmen, daß in dem Körper 80, der mit dem flexiblen Auslaßrohr bzw. mit der flexiblen Auslaßleitung 81
verbunden ist, nahezu an seinem vorderen Ende die Speiseleitung 82 eingeführt wird, der das unter Druck
stehende Gas über die flexible Leitung 83 zugeführt wird.
Die Leitungen 81 und 83 können abgestützt oder miteinander verbunden sein, damit sie kompakt
gehalten werden. Die Speiseleitung 82 mündet in den Hohlraum des die Sonde bildenden Körpers 80 über
eine Verengung 82/4, die der aus Silber bestehenden Wandung am Ende des Körpers 80 gegenüberliegend
angeordnet ist. Der Körper 80 und die Speiseleitung 82 sind zweckmäßigerweise über einen Kunststoffring 84
gegeneinander abgestützt und die gesamte Anordnung ist in einer äußeren Kunststoffhülse 85 untergebracht.
Eine Heizwicklung 86 ist vorzugsweise sowohl um den Körper 80 als auch um die Speiseleitung 82 herum am
vorderen Ende der Anordnung angeordnet. Die elektrischen Leitungen 86/4, welche durch den Ring 84
hindurchgeführt sind, speisen die Heizwicklung 86.
Diese Ausführungsform hat bestimmte Vorteile. Sie ist grundsätzlich einfacher und billiger herzustellen als
die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele, bei welchen die Speiseleitung und die Auslaßrohre mehr
oder weniger koaxial zueinander verlaufen, und es kann nur ein geringer regenerativer Effekt auftreten, weil der
Wärmeaustausch zwischen der Speiseleitung und dem Auslaßrohr sehr begrenzt ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Kältechirurgisches Instrument, bei welchem ein Gas aufgrund des Joule-Thomson-Effektes beim
Durchtritt durch eine Verengung gekühlt wird und bei welchem das Gas über eine Speiseleitung in das
Innere einer hohlen Sonde gelangt, welche hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verengung (10A, S2A) in der Speiseleitung (to, 72, 82) gegenüber der
Arbeitsfläche des Instrumentes mündet, und daß zur Temperaturregelung Mittel zum Erwärmen des
Gases, z. B. eine elektrische Heizung (15, 15A, 74, 76), vorgesehen sind.
2. Kaltechirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (15A, 74)
zum Erwärmen des Gases im Bereich der Austrittsöffnung der Verengung (lOAjvorgesehen sind.
3. Kaltechirurgisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Thermo-Element
(8) an der Arbeitsfläche (6,6A) des Instrumentes zur
Messung der Temperatur dieser Arbeitsfläche.
4. Kaltechirurgisches Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsdrähte
(8A 9) des Thermo-Elementes (8) und/oder elektrischen
Heizung (15, 15Aj innerhalb der Rückleitung
für das Gas verlaufen.
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