DE19510707A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinhaltung eines medizinischen Instruments - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinhaltung eines medizinischen Instruments, insbesondere bei minimalinvasi­ ven medizinischen Eingriffen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In den letzten Jahren haben medizinische Verfahren, insbe­ sondere Operationstechniken, die mit sehr kleinen Ein­ schnitten in den Körper des zu behandelnden Menschen oder Tieres auskommen, schnell große Bedeutung erlangt, und es hat sich ein völlig neuer Zweig der Medizin, die sogenann­ te minimalinvasive Medizin, herausgebildet.

Die hierbei verwendeten Instrumente - etwa Endoskope, Arthroskope, spezielle endoskopische Greif- und Schneid­ vorrichtungen - sind in ihrem Aufbau der Einführung in den Körper und der Handhabung über einen kleinen Einschnitt angepaßt und weisen insbesondere in Hülsen mit geringem Durchmesser eingesetzte, teilweise in den Hülsen auch be­ wegliche, Teile auf.

Bei der Handhabung im Körper des Patienten tritt dabei vielfach - schon aufgrund der Kapillarkräfte in den schma­ len Spalten zwischen den einzelnen Teilen - Körperflüssig­ keit in das Innere eines solchen Instruments ein und ver­ unreinigt dieses. Diese Verunreinigung im Inneren ist nach Beendigung des Eingriffs nur schwer oder gar nicht mehr zu beseitigen und die erforderliche Sterilität nur bedingt herzustellen. Die praktisch erreichbare Gebrauchsdauer dieser kostspieligen Präzisionsinstrumente liegt daher in vielen Fällen weit unter ihrer eigentlichen technischen Lebensdauer.

Bei minimalinvasiven Eingriffen in den menschlichen oder tierischen Körper, beispielsweise im Bereich des Abdomens (bei der Laparoskopie), der Gebärmutter (bei der Hystero­ skopie) oder von Gelenken (bei der Arthroskopie), ist es erforderlich, einen dort vorhandenen Hohlraum mittels ei­ nes Gases - wofür vorzugsweise Kohlendioxid eingesetzt wird - aufzuweiten. Der dadurch entstehende Raum schafft ein ausreichend großes Operations- bzw. Beobachtungsfeld, welches es dem Operateur erlaubt, die notwendigen medizi­ nischen Eingriffe über die erwähnten kleinen Zugänge in die Körperhöhlung bzw. das Organ oder Gefäß auszuführen.

Diese zur Schaffung der erforderlichen Operationsbedingun­ gen bei der Mehrzahl der minimalinvasiven Eingriffe unum­ gängliche Druckauflastung ist damit verbunden, daß durch den in der Karperhöhlung vorhandenen Druck verunreinigtes Insufflationsgas und/oder Körperflüssigkeit in die bei der Operation benutzten Instrumente bzw. endoskopischen Geräte regelrecht hineingedrückt werden.

Dadurch wird das oben erwähnte Problem der inneren Verun­ reinigung dem Instrumente noch verschärft.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur weitgehenden Reinhaltung des Inneren medizini­ scher Instrumente, wie sie insbesondere bei minimalinvasi­ ven Eingriffen eingesetzt werden, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß ein Ein­ dringen von Körpersubstanzen enthaltenden Gasen und/oder Körperflüssigkeit bei einem medizinischen Eingriff in das verwendete Instrument oder Gerät verhindert werden kann, wenn die in dem chirurgischen Instrument vorhandenen Spal­ te, Kanäle oder Hohlräume mit einem Mittel gefüllt bzw. einem Druck beaufschlagt werden, das bzw. der dem Ein­ dringen des verunreinigten Gases bzw. der Körperflüssig­ keit aus dem Eingriffsbereich in das Instrument hinrei­ chend entgegenwirkt.

Hierfür kommt insbesondere die Einleitung eines medizi­ nisch reinen Gases in die Spalten und Hohlräume des In­ struments unter einem Druck in Betracht, der der im In­ strument wirkenden Kapillarkraft bzw. dem in der insuf­ flierten Körperhöhlung herrschenden Druck entgegengerich­ tet ist und der mindestens die gleiche Größe aufweist wie diese. Dieses Vorgehen wird nachfolgend auch kurz als "Instrumenteninsufflation" bezeichnet.

In diesem Zusammenhang ist es besonders einfach und zweck­ mäßig, eine ohnehin bei dem Eingriff eingesetzte Anordnung zur Gasinsufflation (zur Aufweitung der Körperhöhlung oder des Organs bzw. Gefäßes) gleichzeitig für die Bereitstel­ lung des Gases zu nutzen, mit dem die bei dem Eingriff verwendeten Instrumente und Geräte beaufschlagt werden sollen.

Dadurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß für die Anwendung der Instrumenteninsufflation unabhängig von dem jeweiligen Betriebszustand der Anordnung stets Reinhal­ tungsgas mit einem geeigneten Druck zur Verfügung steht und sich eine zusätzliche, gesondert zu regelnde Einrich­ tung zur Druckerzeugung für eine Insufflation der chirur­ gischen Instrumente bzw. endoskopischen Geräte erübrigt.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens demnach ein Gasinsufflator mit ei­ nem Druckspeicher für das Insufflationsgas, einer Einrich­ tung zur Konstant-Regelung des Druckes des aus einem Druckspeicher über eine Gasleitung entnehmbaren Gases, ei­ nem ersten Leitungsanschluß, an den über einen Gasschlauch an einen Insufflationstrokat bzw. eine Veress-Nadel an­ schließbar ist, und einem zweiten Leitungsanschluß, der über einen separaten Gasschlauch mit dem proximalen Ende eines chirurgischen oder diagnostischen Instruments bzw. Gerätes verbindbar ist.

Es kann auch zweckmäßig sein, weitere Verzeigungen des zweiten Leitungsanschlusses bzw. des zweiten Gasschlau­ ches vorzusehen, um gleichzeitig mehrere Instrumente mit reinem Gas beaufschlagen und dadurch im Inneren sauberhal­ ten zu können. Dies erleichtert die Handhabung bei Ein­ griffen, bei denen mehrere verschiedene Instrumente einge­ setzt werden müssen.

Konstruktiv und gerätetechnisch ist es besonders günstig, wenn die Leitungsanschlüsse für die eigentliche Aufweitungs-Insufflation und der Anschluß bzw die An­ schlüsse für die Instrumenteninsufflation geräteintern pa­ rallel geschaltet sind. Hierdurch wird auf einfache Weise gesichert, daß für die Instrumenteninsufflation stets ein Druck zur Verfügung steht, der zu dem mit der Gasinsuffla­ tion zur Vorbereitung des Operationsfeldes im Inneren des Körperhohlraums, Organs oder Gefäßes erzeugten Druck in einem vorbestimmten Verhältnis steht.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist für eine vorhandene Insufflationsvorrichtung eine Zusatzein­ richtung vorgesehen, welche an den Leitungsanschluß der Insufflationsanordnung anschließbar ist. Die Zusatz­ einrichtung weist einen Einströmkanal und mindestens zwei Ausströmkanäle auf, von denen einer mit dem eigentlichen Insufflationstrokar und der bzw. die andere(n) mit dem oder den chirurgischen oder diagnostischen Instrument(en) verbunden sind.

Hierbei steht für die beiden unterschiedlichen Insuffla­ tionsaufgaben - die Aufweitungsinsufflation und die Reinhaltungs- oder Instrumenteninsufflation - unabhängig von dem Betriebszustand der Drucksteuereinrichtung des In­ sufflationsgerätes stets ein im wesentlichen gleichgroßer Druck zur Verfügung.

Für den Fall, daß für die Instrumenteninsufflation ein von der Aufweitungsinsufflation abweichender Druck des verwendeten Gases erforderlich ist, weist der entsprechen­ de Abströmkanal in einer weiteren günstigen Weiterbildung einen zusätzlichen Regler auf, der beispielsweise durch einen Drucksensor ansteuerbar ist, der sich in dem durch die Casinsufflation beaufschlagten Körperhohlraum oder Or­ gan befindet.

Die Steuerung bzw. Regelung des Gasdrucks für die Aufwei­ tungsinsufflation und die Instrumenteninsufflation wird bevorzugt unter Berücksichtigung der nichtlinearen Abhän­ gigkeit des Strömungswiderstandes des Insufflations­ anordnung in Abhängigkeit vom Volumenstrom des Gases (Gasflow) durchgeführt. Die Steuerung bzw. Regelung ist damit im wesentlichen ohne reine Meßphasen, d. h. Unterbre­ chung der Gaseinleitung in den Körper und das Instrument möglich, was für die zuverlässige Reinhaltung der Instru­ mente von großer Bedeutung ist.

Dabei wird der zulässige Innendruck im Körper - aus dem nach obigem auch der Gasdruck für die Instrumentinsuffla­ tion zu gewinnen ist - ohne gesonderte Körperinnenmessung durch eine geeignete Korrektur des (an der Gaszufuhrlei­ tung im Gerät) im wesentlichen kontinuierlich gemessenen Insufflationsdruckes mit einer Korrekturgröße ermittelt, die den durch das spezielle Insufflationssystem - einschließlich Trokar bzw. Veress-Nadel und unter- Be­ rücksichtigung der Instrumentenzuleitung(en) - bedingten Druckabfall und den flow-abhängigen dynamischen Druckan­ teil reflektiert. Die Korrekturgröße wird als Kennwert ei­ ner vorbestimmten Kennlinie entnommen.

Meßtechnische Untersuchungen haben ergeben, daß die Kenn­ linie im wesentlichen parabelförmig verläuft und der Gleichung

Δp = K × Q^z

genügt, wobei mit Δp der Druckabfall im Insufflationssy­ stem, mit Q der gemessene Gasflow und mit K bzw. z Kon­ stanten bezeichnet sind, die die sich aus der Geometrie der Gaszufuhrleitung bzw. des angeschlossenen Insuffla­ tionsinstruments, beispielsweise eines Trokars oder einer Veress-Nadel, ergebenden strömungstechnischen Eigenschaf­ ten reflektieren.

Beispielsweise für verschiedene Trokare und/oder Verbin­ dungsschläuche ergibt sich eine Kennlinienschar, die - zu­ mindest für die häufig gebrauchten Komponenten - vorab be­ stimmt und im Gerät gespeichert werden kann. Die Auswahl der zu dem jeweils eingesetzten Insufflationssystem gehö­ rigen Kennlinie kann durch eine manuelle Eingabe am Gerät oder - vorzugsweise vor Beginn oder in der ersten Phase der Gaseinleitung - durch eine Kalibriermessung erfolgen.

Die Berechnung erfolgt in einem Mikrorechner, der einen Kennlinienspeicher aufweist, aus dem die die Kennlinien­ schar repräsentierenden Daten zu einem rechnergestützten Vergleich der bei der Gasflow-Variation ermittelten Meß­ werte entnommen werden.

Das Bestimmen beider Konstanten K und z ist einerseits bei einem Wechsel des Insufflationsinstruments durch eine zweimalige "Insufflation" gegen den Umgebungsdruck aus zwei Meßwert-Paaren möglich oder andererseits für beliebi­ ge verschiedene Gaszufuhrleitungen und Insufflationsin­ strumente über eine Serie von Kalibriermessungen durch­ führbar.

Hierdurch ist es möglich, für die verschiedenen praktisch gebräuchlichen Modifikationen des Insufflationssystems ei­ ne experimentelle Bestimmung des jeweiligen Druckabfalls in Abhängigkeit vom Gasflow vorab vorzunehmen und diese Werte abgespeichert bereit zuhalten.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erwähnten Verfahrens mit vorteilhafter Drucksteuerung bzw -regelung weist ins­ besondere eine Einrichtung zur (vorzugsweise kontinuierli­ chen) Messung des Gasdurchsatzes pro Zeiteinheit sowie ei­ ne Speichereinrichtung für die Kennlinie(n) auf, mittels derer aus dem gemessenen Gasflow die Korrekturgröße zur indirekten Bestimmung des Körperinnendrucks errechnet wird.

In einer besonders kostensparenden Ausbildung ist dem er­ sten Drucksensor zur Ermittlung des Insufflationsdruckes zwecks Bildung der Gasflow-Meßeinrichtung ein zweiter Drucksensor zugeordnet, und zwischen den Meßpunkten der beiden Drucksensoren in der Gaszufuhrleitung befindet sich ein Strömungswiderstandselement. Dieses erzeugt einen de­ finierten Druckabfall bzw. Differenzdruck, aus dem dann - in an sich bekannter Weise - der Volumendurchsatz pro Zeiteinheit (Gasflow-Wert) bestimmt wird.

Die durch den ersten und zweiten Drucksensor ermittelten Druckwerte werden zur Differenzdruckbildung benutzt und zur Berechnung des jeweiligen Gasflow-Wertes der Verarbei­ tungseinheit zugeführt, die über hard- und/oder software­ mäßig realisierte Mittel zur Ausführung der Berechnung verfügt. Die Gasflow-Werte bilden nach obigem - neben dem gleichzeitig gemessenen Insufflationsdruck im Gerät - die Grundlage zur Berechnung des Innendrucks in dem mit dem Gas, insbesondere Kohlendioxid, beaufschlagten Organ, Hohlraum oder Gefäß.

Nach einer günstigen, den vielseitigen Einsatz des Gerätes in einem weiten Bereich von sehr kleinen Gasdurchsätzen (bis 0,1 l/min bei der Hysteroskopie) über mittlere (um 2 l/min bei der Arthroskopie) bis hin zu sehr großen Gas­ durchsätzen (bis ca. 30 l/min bei der Laparoskopie) begün­ stigenden, Weiterbildung der Erfindung sind zur Meßbe­ reichserweiterung mehrere parallelgeschaltete Strömungswi­ derstandselemente vorgesehen. Diese, die etwa als Blenden oder Sintermaterialeinsätze ausgeführt sein können, sind in je einer Zweigleitung der Gaszufuhrleitung angeordnet, die über steuerbare Ventile abtrennbar sind. Durch elek­ trische Ansteuerung der Ventile über den Mikrocontroller und die Steuereinheit des Gerätes kann in bequemer Weise eine Umschaltung des Meßbereichs vorgenommen werden, wel­ cher durch die Art und Anzahl der Blenden bzw. Sinterma­ terial-Einsätze in einem oder mehreren Leitungszweig(en) bestimmbar ist.

Des weiteren ist die Anordnung der Drucksensoren in vor­ teilhafter Weise im Zusammenwirken mit der Verarbeitungs­ einheit geeignet, über eine Plausibilitätskontrolle die Funktionsfähigkeit der Drucksensoren während des Betriebes der Vorrichtung zu überprüfen. Dazu ist in der Verarbei­ tungseinheit die hard- und/oder softwareseitige Realisie­ rung eines Prüfprogrammes vorgesehen, bei dem die Sensoren durch einen gegenseitigem Vergleich ständig oder zumindest periodisch kontrolliert werden.

Eine derartige Plausibilitätskontrolle gestattet es in vorteilhafter Weise, auf die Installation eines dritten Drucksensors zur Sicherheits-Drucküberwachung am Geräte­ ausgang zu verzichten.

Entsprechend einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Druckgasspeicher der Vorrichtung min­ destens zwei Gasflaschen auf, welche jeweils wechselweise über ein Schaltmittel an die Gaszufuhrleitung anschließbar sind. Die Schaltmittel sind als Magnetventil mit in Strö­ mungsrichtung vorgeordnetem Rückschlagventil ausgebildet und werden über die Verarbeitungseinheit in Abhängigkeit von den Druckverhältnissen in der Gaszufuhrleitung gesteu­ ert.

Weiterhin kann der Vorrichtung eine Einrichtung zur Kondi­ tionierung, insbesondere gezielten Erwärmung, Anfeuchtung und/oder Filterung, des zur Instrumentenbeaufschlagung bzw. zur Insufflation benutzten Gases zugeordnet sein, die ggfs. auch über die Verarbeitungs- und Steuereinheit des Grundgerätes gesteuert werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine günstige Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Weiterbildung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform,

Fig. 4 eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 5 eine Weiterbildung der in Fig. 4 gezeigten Aus­ führungsform und

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines chirurgi­ schen Instruments für minimalinvasive Eingriffe, das mit einem Fluidspeicher in Verbindung steht.

Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Insufflationsgerät zur Insufflation von Kohlendioxid vor und während diagno­ stischen oder chirurgischen Eingriffen und zur Reinhaltung eines eingesetzten medizinischen Instruments, bei dem der sich in dem Hohlraum oder dem Gefäß einstellende Innen­ druck kontinuierlich ermittelt und geregelt wird, weist einen Druckgasspeicher mit zwei Gasflaschen 11 und 12 auf, deren Anschlüsse 11.1 und 12.1 jeweils über ein Filter 11.2 und 12.2, ein Magnetventil 11.3 und 12.3 sowie ein Rückschlagventil 11.4 und 12.4 an eine Gaszufuhrleitung 4 angeschlossen sind.

An ein freies Ende der Gaszufuhrleitung 4 wird über einen Gasschlauch ein Insufflationstrokar T zum Einleiten des Gases in den Körper des Patienten zum Zwecke der Aufwei­ tung des zu behandelnden Bereiches, Organs oder Gefäßes angeschlossen.

An einem Verzweigungspunkt 4.1 nahe dieses Endes der Gas­ zufuhrleitung geht von dieser ein separater Leitungszweig 19 ab, der - wiederum über einen Gasschlauch - zu einem zum Zwecke der Reinhaltung seines Inneren mit dem Insuf­ flationsgas zu beaufschlagenden Instrument I führt. Die Leitung 19 ist für Anwendungsfälle des Insufflationsgerä­ tes 1, bei denen eine Instrumenteninsufflation nicht in Frage kommt, oder im Fahlerfall durch ein elektrisch betä­ tigtes Absperrventil 20 verschließbar.

In der Gaszufuhrleitung 4 ist stromabwärts der Gasflaschen zur Überwachung des Druckes in diesen ein Hochdruckschal­ ter 25 vorgesehen, dessen Ausgang mit einer Verarbeitungs­ einheit 10 des Gerätes verbunden ist. Bei Gasmangel in der jeweils der Gaszufuhrleitung 4 zugeschalteten Gasflasche 11 oder 12 erfolgt optisch und/oder akustisch über die Verarbeitungseinheit 10 und ein dieser zugeordnetes Bedien- und Anzeigefeld 21 eine entsprechende Anzeige. Daraufhin kann manuell oder auch - indem das Warnsignal nach Verarbeitung durch die Verarbeitungseinheit und Um­ setzung in einer dieser zugeordneten Steuereinheit 10.2 gleichzeitig als Steuersignal für das Magnetventil 11.3 oder 12.3 genutzt wird - selbsttätig die jeweils andere Flasche 12 oder 11 der Gaszufuhrleitung zugeschaltet wer­ den.

Ein nachgeordneter Hochdruckminderer 9 mit Überdrucksiche­ rung 16 reduziert den Gasdruck in der Gaszufuhrleitung 4 auf einen Wert im unteren Bar-Bereich. Bei Ausfall des Hochdruckminderers 9 spricht eine stromabwärts von diesem angeordnete Überdrucksicherung 16 an und öffnet die Gas­ zufuhrleitung 4 zur Atmosphäre.

Ein stromabwärts vom Hochdruckminderer 9 und der Über­ drucksicherung 16 vorgesehenes Proportionalventil 8 wird im (weiter unten genauer beschriebenen) Zusammenwirken mit - weiter stromabwärts angeordneten - Drucksensoren 2 und 3 als Druckregeleinrichtung betrieben, wobei die Ansteue­ rung des Proportionalventils 8 über den Mikrorechner (Mikrokontroller) 10.3 und das Steuerteil 10.2 der Verar­ beitungseinheit 10 erfolgt.

Die Drucksensoren 2 und 3, deren Ausgänge mit getrennten Eingängen der Verarbeitungseinheit 10 (genauer: deren Analog-Verarbeitungsteil 10.1) verbunden sind, bilden zu­ sammen mit zwischen ihnen angeordneten, zueinander in Ver­ zweigungen der Gaszufuhrleitung parallel geschalteten Strömungswiderständen 5, 6, 7 einen Differenzdruckmesser.

Aus den stromaufwärts und stromabwärts eines der Strö­ mungswiderstände ermittelten Druckwerten wird in der Ver­ arbeitungseinheit der in der Gaszufuhrleitung 4 vorhande­ ne Gasflow errechnet. Die parallel geschalteten Strömungs­ widerstände 5, 6, 7 sind jeweils als kalibrierte Blende oder Sintermaterialsatz mit stark unterschiedlichem Strö­ mungswiderstandswert ausgebildet und durch Ansteuerung ei­ nes im entsprechenden Leitungszweig angeordneten Magnet­ ventiles 5.1 oder 7.1 über das Bedienfeld 21 und den Mi­ krocontroller 10.3 zu- oder abschaltbar. Dadurch ist auf einfache Weise eine Meßbereichsumschaltung realisierbar, so daß ein Gasflow-Bereich von einigen zehn Millilitern bis zu etwa 40 Litern pro Minute erfaßt werden kann.

Der stromabwärts von den Strömungswiderständen angeordnete Drucksensor 2 dient gleichzeitig zur Erfassung des Insuf­ flationsdruckes.

Ein wesentlicher Vorteil der gezeigten Vorrichtung 1 zur Gasinsufflation besteht in der Doppelfunktion dieses Drucksensors, der sowohl - zusammen mit dem zweiten Druck­ fühler 3 anstelle eines sonst üblichen Differenzdrucksen­ sors - zur Ermittlung des Differenzdruckes zwecks Berech­ nung des Gasdurchsatzes pro Zeiteinheit (Gasflows) heran­ gezogen wird als auch gleichzeitig den aktuellen Wert des Insufflationsdruckes an die Verarbeitungseinheit 10 ab­ gibt.

In der Verarbeitungseinheit 10 erfolgt eine Aufbereitung der Druckführersignale und die Berechnung des Gasflow- Wertes aus der Differenz der von dem ersten und dem zwei­ ten Drucksensor ermittelten Druckwerte. Weiterhin erfolgt hier - auf die weiter oben erläuterte Art und Weise - die Auswahl der für das spezifische Insufflationssystem zu­ treffenden Kennlinie für die Bestimmung des Innendruckes aus einer Mehrzahl von in einem Kennlinienspeicher 10.5 vorgespeicherten Kennlinien für den funktionalen Zusammen­ hang zwischen dem durch des Insufflationssystems (genauer­ en Teil vom Meßpunkt des Drucksensors 2 bis zum Körper des Patienten) bedingten Druckabfall und dem Gasflow.

Letztlich wird hier der zu ermittelnde Körperinnendruck aus dem gemessenen Insufflationsdruck und dem der zutref­ fenden Kennlinie für den (indirekt über die Druckfühler 2 und 3) gemessenen Gasflow entnommenen Druckabfall errech­ net und auf dem Bedien- und Anzeigefeld 21 angezeigt und dem Steuerteil 10.2 zur Ansteuerung des Proportionalven­ tils 8 zugeführt. Diese Ansteuerung erfolgt derart, daß bei Innendruckwerten deutlich unterhalb des Soll-Innen­ drucks (in der Anfangsphase der Insufflation) ein großer Gasdurchsatz realisiert wird, während bei Erreichen des Soll-Innendrucks lediglich eine Druckerhaltungs-Insuf­ flation mit wesentlich geringerem Gasdurchsatz erfolgt.

Des weiteren ist die Anordnung der Drucksensoren 2, 3 und die (hard- und softwareseitige) Ausbildung des Mikrocon­ trollers 10.3 derart, daß über eine Plausibilitätskontrol­ le bzw. einen gegenseitigen Vergleich der Druck-Meßwerte die Funktionsfähigkeit der Drucksensoren 2 und 3 während des Betriebs der Vorrichtung 1 überprüft wird.

Dazu wird - vorzugsweise dann, wenn der Soll-Innendruck be­ reits in etwa erreicht ist und lediglich eine Druckerhaltungs-Insufflation ausgeführt wird - durch Schließen des Proportionalventils 8 ein Betriebszustand der Vorrichtung herbeigeführt, bei dem im wesentlichen kein Gas aus dem Gerät abfließt. Dann muß der aus den Meß­ werten der Druckfühler 2 und 3 ermittelte Druckabfall an dem jeweils eingeschalteten Strömungswiderstand 5, 6 oder 7 näherungsweise den Wert "Null" aufweisen, d. h. funk­ tionstüchtige Drucksensoren 2, 3 müssen den gleichen Meß­ wert liefern. Die nach Schließung des Ventils 8 im Mikro­ controller ausgeführte Differenzwertbildung muß demnach (innerhalb eines vorgegebenen Fehlerbereiches) den Wert Null liefern.

Ist dies nicht der Fall, wird über das Bedien- und Anzei­ gefeld 21 ein Warnsignal ausgegeben und/oder über die Steuerstufe 10.2 eine automatische Schließung eines am Ge­ räteausgang in der Gaszufuhrleitung 4 vorgesehenen Magnet­ ventils 13 (Patientenventils) oder die Öffnung eines un­ mittelbar stromaufwärts von diesem vorgesehenen weiteren Magnetventils 14 (Ablaßventils), das die Gaszufuhrleitung über ein Filter 15 mit Atmosphäre verbindet, gesteuert. (Das Filter 15 soll das Eindringen von Fremdpartikeln von außen in das Insufflationssystem verhindern.)
Weiter ist es zur Funktionsprüfung der Druckfühler 2 und 3 auch möglich, während der Insufflation durch entsprechende Ansteuerung des Proportionalventils 8 gemäß einem durch den Mikrocontroller 10.3 vorgegeben Prüftakt periodisch eine geringe Erhöhung bzw. Verringerung des Gasflow vorzu­ nehmen. Die daraus resultierende schwache Druckwelle muß bei funktionstüchtigen Drucksensoren 2, 3 in gleicher Hö­ he, d. h. mit gleicher Änderung des Druckwertes, angezeigt werden. Ein einfacher Amplitudenvergleich in der Verarbei­ tungseinheit 10 liefert hierbei das Prüfsignal.

Zum Schutz des Patienten und der Vorrichtung 1 zur Gasin­ sufflation sind zwischen den Strömungswiderständen 5, 6, 7 und dem ersten Druckfühler 2 an der Gaszufuhrleitung 4 mehrere elektrische Überdruckschalter 26a bis 26c mit un­ terschiedlichen Ansprechwerten vorgesehen, welche an ver­ schiedene Einsatzbedingungen des Insufflationsgerätes an­ gepaßt sind und vor Inbetriebnahme über das Bedienfeld 21 wahlweise angewählt werden. Als Ansprechwerte sind bei­ spielsweise beim Schalter 26a 50 mm Hg (für einen Einsatz bei der Laparoskopie), beim Schalter 26b 90 mm Hg (für die Arthroskopie) und beim Schalter 26c 210 mm Hg (für die Hysteroskopie) gewählt. Die Ansprechschwellen können ggfs. auch über das Bedienfeld und die Verarbeitungs- und Steu­ ereinheit verändert werden.

Überschreitet der Ausgangsdruck in der Gaszufuhrleitung 4 den durch den Anwender gewählten Wert, wird der Mikrocon­ troller 10.3 durch ein Ausgangssignal des entsprechenden Überdruckschalters 26a, 26b oder 26c aktiviert, und die Steuerstufe 10.2 gibt auf seinen Befehl hin Steuersignale ab, die den Druckregler (das Proportionalventil) 8 und das Magnetventil 13 (Patientenventil) am Ausgang der Gaszu­ fuhrleitung 4 schließen und das Ablaßventil 14 öffnen, so daß sich der Überdruck entspannen kann. Ist dies gesche­ hen, "fällt" der Überdruckschalter zurück, das Ablaßventil 14 wird wieder geschlossen, das Proportionalventil 8 und das Patientenventil 13 werden wieder geöffnet, und die In­ sufflation wird fortgesetzt. Auch die Ansprechschwelle des Ablaßventils kann - in einer weiteren Ausgestaltung - softwaremäßig über die Steuereinheit veränderlich sein.

Darüber hinaus sind Patientenventil 13 und Ablaßventil 14 für die Durchführung eines Selbsttestes der Vorrichtung 1 einsetzbar. Bei geschlossenem Patientenventil 13 und ge­ schlossenem Ablaßventil 14 kann über die Druckregel­ einrichtung 8 eine bestimmte Gasmenge zu den Drucksensoren 2 und 3 sowie zu den Druckschaltern 26 zwecks Funktions­ kontrolle strömen. Wird das Ablaßventil 14 bei weiterhin geschlossenem Patientenventil 13 geöffnet, ist die Funk­ tion der Gasflow-Messung überprüfbar. Die entsprechenden Kontrollrechnungen erfolgen durch den Mikrorechner 10.3, welcher die Vorrichtung 1 nach positiver Funktionskontrol­ le durch ein entsprechendes Ausgangssignal freischaltet und eine Bereitschaftsanzeige auf dem Bedienfeld 21 an­ steuert.

Die Verarbeitungs- und Steuereinheit 10 ist im Aufbau in die (oben zum Teil bereits erwähnten) relativ selbständi­ gen Blöcke 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 unterteilt, die die analoge Signalverarbeitung (Block 10.1 - Analog-Verarbei­ tungsstufe), die Druckkontrolle bzw. Sicherheitsabschal­ tungen (Block 10.2 - Steuerstufe), den Betriebsprogramm­ ablauf sowie alle erforderlichen Rechenoperationen (Block 10.3 - Mikrocontroller) bzw. die Stromversorgung der Vor­ richtung (Block 10.4 - Stromversorgungseinheit) sichern.

Dem Mikrorechner 10.3 ist - wie ebenfalls oben bereits er­ wähnt - ein Bedien- und Anzeigefeld 21 zugeordnet, über das die Betriebsweise bzw. der Arbeitsbereich der Vorrich­ tung durch den Anwender wählbar ist und alle für den Be­ diener relevanten Meßwerte und berechneten Betriebsparame­ ter angezeigt werden können.

Zusätzlich sind dem Mikrorechner 10.3 eine Schnittstelle 22, über die dem Operateur die Meßwerte bzw. Betriebspara­ meter in Form einer Video-Einblendung in den Bildschirm zur Beobachtung des medizinischen Eingriffs zugänglich gemacht werden können, und eine Gaskonditionierungsein­ richtung 23 zur bedarfsweisen Erwärmung, Anfeuchtung und/oder Filterung zuordenbar, was in der Figur durch punktierte Linien dargestellt ist. Auch eine eventuelle externe Gaskonditionierung kann also durch die Verarbei­ tungseinheit 10 des Insufflationsgerätes 1 gesteuert wer­ den.

Abweichend von der schematischen Darstellung in Fig. 1 kann die Gaskonditionierung auch für das dem medizinischen Instrument zugeleitete Gas wirksam werden. Dies wird ins­ besondere dann sinnvoll sein, wenn die dort in den Körper eingeleitete Gasmenge, bedingt durch den Aufbau des In­ struments, zur Gewährleistung des nötigen Instrumenten- Innendrucksrelativ groß sein muß.

In den Fig. 2 und 3 sind Abwandlungen der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform eines Insufflationsgerätes dargestellt, bei denen der Verzweigungspunkt 4.1′ zum zweiten Leitungszweig 19′ in Strömungsrichtung zwischen der Überdrucksicherung 16 des Hochdruckminderers 9 und dem zur Steuerung bzw. Konstant-Regelung des Druckes vorgese­ henen Proportionalventil 8, also stromaufwärts von diesem, liegt. Für das Ablaßventil 14 ist in diesem Fall ein ge­ sonderter Verzweigungspunkt 4.2 vorgesehen.

Damit wird das Proportionalventil 8 und somit die Druck­ steuerung bzw. -regelung für die eigentliche Insufflation nicht für den Leitungszweig 19′ wirksam; die druckmäßige Trennung von der Haupt-Gaszufuhrleitung 4 gestattet auf einfache und vorteilhafte Weise eine separate Einstellung oder Begrenzung des Druckes für die Instrumenteninsuffla­ tion unabhängig von dem eingestellten Druckniveau für die Aufweitungsinsufflation über den Trokar T.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung ist hierfür ein über die Verarbeitungs- und Steuereinheit 10 (und somit vom Bedienfeld 21 aus) elektrisch betätigbares separates Proportionalventil 17 vorgesehen, bei der in Fig. 3 ge­ zeigten Ausbildung ist lediglich ein einfacher Druckminde­ rer 27 vorgesehen.

Der Strömungsbegrenzer 18 sichert, daß der Gasdurchsatz zu dem reinzuhaltenden Instrument I keine so großen Werte an­ nehmen kann, daß die Handhabung des Instruments durch ei­ nen zu starken Gasaustritt erschwert werden könnte.

Die in den Fig. 4 und 5 schematisch gezeigte Ausfüh­ rungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens stellt eine Zusatzeinrichtung 30 dar, die dem eigentlichen Insufflationsgerät nachgeordnet, also diesem gegenüber extern, mit dem freien Ende von dessen Gaszufuhrleitung 4 verbunden ist.

Sie weist einen mit dem Leitungsanschluß verbindbaren Ein­ strömkanal 33 auf, welcher sich in zwei Ausströmkanäle 31, 32 zum Anschluß einer ersten Gaszufuhrleitung für ein zu insufflierendes chirurgisches Instrument I und einer zweiten Gaszufuhrleitung für einen Insufflationstrokar T aufteilt. Damit ist eine herkömmliche Insufflationsanord­ nung gleichzeitig für eine Instrumenteninsufflation (mit gleichem Druckniveau) einsetzbar.

Die in Fig. 5 skizzierte Ausbildung ist für den Anwen­ dungsfall geeignet, daß für die Instrumenteninsufflation ein separat einstellbarer Druck gewünscht wird. Hier ist im Ausströmkanal 31 ein Proportionalventil 34 vorgesehen, das über eine Steuerleitung mit dem Ausgang einer Druck­ steuereinheit 35 verbunden ist, die ihrerseits optional eingangsseitig mit dem Ausgang eines (mit punktierten Li­ nien dargestellten) Druckfühlers 36 an der insufflierten Körperhöhlung eines Patienten P verbunden sein kann, in der sich die distalen Enden des Insufflationstrokars T und auch des Instruments I befinden.

Hier wird also für die Druckmessung zur korrekten Einstel­ lung des Instrumenten-Gasdrucks ein gesonderter Druckmeß­ kanal geschaffen, da die Druckmessung im "Muttergerät" nicht ohne weiteres für die Instrumentendruckeinstellung genutzt werden kann. Diese kann im übrigen auch als zu­ sätzliche Sicherheitseinrichtung gegen den unbeabsichtig­ ten Aufbau eines zu hohen Drucks im Körper des Patienten genutzt werden.

Es ist sowohl bei einem Kombinationsgerät in Art der in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungen als auch bei einem Zu­ satzgerät in Art des in Fig. 4 oder 5 skizzierten jedoch auch möglich, einen Druckfühler an der Fluid(Gas-)leitung zum Instrument vorzusehen, über den zumindest eine näher­ ungsweise Druckerfassung und -überwachung erfolgen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als solches auch mit einer herkömmlichen Gaszufuhreinrichtung mit Mitteln zur Einstellung des Gasdrucks ausgeführt werden. Hierfür ist insbesondere ein vorhandenen Insufflationsgerät nutzbar, das ggfs. für spezielle Anwendungen, bei denen keine Auf­ weitungsinsufflation erforderlich ist, ausschließlich zum Zwecke der Instrumenteninsufflation eingesetzt wird.

Eine einfache Realisierung ist in Fig. 6 gezeigt. Ein chirurgisches Schneidinstrument I für minimalinvasive Ein­ griffe - etwa im Gelenkbereich (für die Arthroskopie) - weist einen Gasanschluß A auf, der als Fortsetzung der äu­ ßeren Instrumentenhülse gebildet ist und die Einleitung von Gas in alle Spalten und Hohlräume des Instruments er­ möglicht. Am Anschluß A ist ein Gasschlauch L befestigt, der am anderen Ende über ein (hier manuell betätigtes) Steuerventil V mit einer CO₂-Gasflasche GF verbunden ist und bei Einsatz der arthroskopischen Schneidvorrichtung I aus der Gasflasche mit Kohlendioxidgas G gespeist wird.

Wie in der Figur lediglich schematisch skizziert ist, dringt das über den Stutzen A unter einem voreingestellten Druck eingeleitete Kohlendioxid G in den Ringspalt zwischen dem Mantel H des Instruments I und der darin gleitenden Schubstange SS zur Betätigung des Schneidhebels SH ein, füllt diesen - unter Umspülung auch der Drehlager und son­ stiger Führungen etc. - aus und tritt aus dem distalen En­ de des Instruments aus.

In ähnlicher Weise erfolgt die Reinhaltung anders aufge­ bauter Instrumente, etwa auch von elektrisch oder optisch wirkenden (speziell Elektro- oder Laserablations- oder -koagulationsinstrumenten), wobei hier die Spalte zwischen einzelnen Stromzuführungen und elektrischen Verbindern bzw. den Lichtleitelementen und optischen Koppelgliedern sowie zwischen dem Mantel bzw. Durchführungen und diesen Elementen gespült werden. Wesentlich ist in jedem Fall, daß durch geeigneten Aufbau des Instruments zwischen allen herstellungstechnisch bedingten Spalten und Hohlräumen, die potentiell mit Körperflüssigkeit oder Gas aus dem Kör­ per des Patienten in Verbindung kommen können, und dem Gas­ anschluß für das Reinhaltungsfluid eine Fluidverbindung hergestellt ist.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbei­ spiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (19)

1. Verfahren zur Reinhaltung des Innenraumes eines einen äußeren Mantel (M) sowie innerhalb dessen angeordnete Wirk- oder Betätigungselemente (SS, SH) aufweisenden, in den Körper eines Lebewesens eingreifenden medizinischen Arbeitsinstruments (I), insbesondere eines in der minima­ linvasiven Medizin eingesetzten chirurgischen Instruments (I), dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument während seines Einsatzes im wesentlichen von seinem proximalen Ende her über einen Fluidanschluß (A) mit einem medizinisch reinen Fluid (G) derart beauf­ schlagt wird, daß im wesentlichen alle Spalten und Hohl­ räume in dessen mit dem Inneren des Körpers in Fluidver­ bindung stehenden Innenraum zwischen den Wirk- oder Betä­ tigungselementen (SS, SH) bzw. zwischen diesen und dem Mantel (M) mit dem Fluid ausgefüllt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fluid (G) ein unter Druck oberhalb des Atmosphärendrucks stehendes Gas, insbe­ sondere Kohlendioxid, ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beaufschlagung mit dem Gas parallel zu einer Aufweitungs-Gasinsufflation unter Verwendung des bei dieser genutzten Gases erfolgt oder die Aufweitungs-Gasinsufflation gleichzeitig durch das medizi­ nische Instrument (I) erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druck des zur Beauf­ schlagung des Instruments verwendeten Gases in Abhängig­ keit vom bei der Insufflation im Körper eines Patienten eingestellten Innendruck oder vom geräteseitig gemessenen Insufflationsdruck gesteuert wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das medizinische Instrument (I) im wesentlichen an seinem proximalen Ende einen mit allen mit dem Körper in Fluidverbindung stehenden Spalten und Hohlräumen zwischen den Wirk- oder Betätigungselementen (SS, SH) oder diesen und dem Mantel (M) ebenfalls in Flu­ idverbindung stehenden Anschluß (A) aufweist, der über ei­ ne Fluidleitung (L; 4) mit einem Fluidspeicher (GF; 11, 12) oder einer Fluidpumpe in Verbindung steht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Instrument mechanische, elektrische oder optische Wirk- oder Betätigungselemente aufweist, die im Mantel (M) und zum Fluidanschluß (A) der­ art angeordnet sind, daß sie an allen freien Oberflächen von dem Fluid (G) umspült werden können.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidspeicher einen Druckgasspeicher (11, 12) aufweist, an das diesem abge­ wandte Ende der als Gaszufuhrleitung ausgebildeten Fluid­ leitung (4) ein Instrument (T) zur Einleitung von Gas in den Körper eines Patienten (P) zur Aufweitung eines Hohl­ raums, Organs oder Gefäßes anschließbar ist und an der Gaszufuhrleitung ein separater Leitungsabzweig (19) zur Einleitung von Gas in das medizinische Instrument (I) vor­ gesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Flu­ idleitung (4) oder am separaten Leitungsanschluß (19) eine Drucksteuereinrichtung (8, 10; 17, 10; 34, 35) und/oder ein Druckbegrenzer (27) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß stromabwärts der Druck­ steuereinrichtung (8, 10; 17, 10; 34, 35) ein der Ermitt­ lung des Insufflationsdruckes dienender Druckfühler (2) oder ein der Ermittlung des Körperinnendrucks dienender Druckfühler (36) vorgesehen ist, wobei der Ausgang des Druckfühlers mindestens mittelbar mit einem Eingang der Drucksteuereinrichtung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß im separaten Leitungsabzweig (19) ein Strömungsbegrenzer (18) vorgese­ hen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaszufuhrleitung (4) eine Gasflow-Meßeinrichtung (2, 3, 5, 6, 7) zugeordnet ist und eine eingangsseitig mit dem Druckfühler (2) und ausgangsseitig mit der Drucksteuereinrichtung (8) verbun­ dene Verarbeitungseinheit (10) vorgesehen ist, die einen Kennlinienspeicher (10.5) zur Speicherung mindestens einer Gasflow-Korrekturgröße-Kennlinie und eine eingangsseitig mit dem Ausgang der Gasflow-Meßeinrichtung und dem Ausgang des Kennlinienspeichers verbundene Innendruck-Berechungs­ einheit (10.1) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß stromabwärts der Druckregel­ einrichtung (8) an der Gaszufuhrleitung (4) ein zweiter Druckfühler (3) und zwischen den Meßpunkten des ersten und zweiten Druckfühlers (2, 3) ein Strömungswiderstandsele­ ment (5, 6, 7) vorgesehen sind derart, daß durch den ersten und zweiten Druckfühler und das Strömungswiderstandsele­ ment die Gasflow-Meßeinrichtung gebildet wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere, in Verzweigungen der Gaszufuhrleitung (4) angeordnete und über dazu vorge­ sehene steuerbare Ventile (5.1, 7.1) wahlweise in diese einschaltbare Strömungswiderstandselemente, insbesondere parallelgeschaltete Blenden oder Sintermetall-Einsätze, (5, 6, 7) mit unterschiedlichen effektiven Durchströmöff­ nungen bzw. Strömungswiderstandswerten vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fluidleitung (4) patientenseitig steuerbare Ventile (13, 14) vorgesehen sind, über die zum Schutz des Patien­ ten die Fluidleitung (4) zur Atmosphäre geöffnet bzw. der patientenseitige Ausgang der Gaszufuhrleitung ge­ schlossen werden kann.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ arbeitungseinheit (10) so ausgebildet ist, daß über einen Vergleich der von den Druckfühlern (2, 3; 36) gelieferten Meßwerte miteinander eine Funktionsfähigkeitsprüfung der Druckfühler erfolgt, und daß sie bei festgestellter Funk­ tionsunfähigkeit eines der Druckfühler ein Warnsignal und/oder über die Steuereinheit (10.2) ein Steuersignal zur Betätigung eines Patientenventils (13) und/oder eines Ablaßventils (14) abgibt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß als Druck­ gasspeicher mindestens zwei Gasflaschen (11, 12) vorgese­ hen sind, welche wahlweise über ein Schaltmittel (11.3, 12.3) an die Gaszufuhrleitung (4) anschließbar sind.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Gas­ zufuhrleitung (4) mehrere, vorzugsweise über die Verarbeitungs- und Steuereinheit (10) wahlweise elektrisch betätigbare, Überdruckschalter (26a, 26b, 26c) mit unter­ schiedlich vorbestimmter Ansprechschwelle vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß dem Lei­ tungsabzweig (10) zum Instrument (I) ein steuerbares Ven­ til (20) zur wahlweisen Absperrung des Ausgangs vorge­ schaltet ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Ein­ richtung (23) zur Konditionierung, insbesondere Erwärmung, Anfeuchtung und/oder Filterung des Fluids vorgesehen ist.