DE19510712C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Einleitung eines Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei endoskopischen 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 geeignete Zugänge in der Körperhöh­ lung auszuführen.

Während einer Operation oder Untersuchung ist ein im we­ sentlichen konstanter Innendruck in der Körperhöhlung zu gewährleisten, da bei Druckschwankungen Bewegungen der Wandung der Körperhöhlung auftreten, die die Arbeit des Arztes erheblich stören bzw. unmöglich machen können.

Zum Konstanthalten des Drucks bei Einleiten eines Gases in einen medizinisch zu behandelnden Körperbereich sind verschiedene Druckregelschaltungen vorgeschlagen worden, welche sich im wesentlichen durch die Art und Weise der Messung und den Ort unterscheiden, an dem die Druckmessung vorgenommen wird.

Gemäß DE-PS 36 11 018 wird eine Vorrichtung zum Insufflie­ ren von Gas vorgeschlagen, welche ein an eine Gaszu­ führungsleitung angeschlossenes Insufflationsinstrument aufweist. In der Gaszuführungsleitung sind in serieller Anordnung ein Druckminderer, ein Durchflußmesser und ein Druckfühler vorgesehen.

Eine Steuerschaltung schaltet in Abhängigkeit von einem Taktgeber den Druckminderer zwecks Variation des Arbeits­ druckes in der Gaszuführungsleitung. Die Vorrichtung ar­ beitet somit intermittierend in Insufflationsphasen und Meßphasen, wobei in letzteren die Gaszufuhr in den Hohl­ raum gedrosselt bzw. unterbrochen wird und dann über den Druckfühler im wesentlichen der intraabdominale (stati­ sche) Druck gemessen werden kann. Im Ergebnis der jeweili­ gen Messung wird durch die elektronische Steuerschaltung automatisch entschieden, ob die Insufflation mit erhöhtem Insufflationsdruck fortgesetzt werden muß oder - wenn der gewünschte Wert des Innendrucks erreicht ist - die Vor­ richtung nachfolgend in einem sogenannten Druckerhaltungs- Modus mit verringertem Insufflationsdruck weiterbetrieben wird.

Die vorstehend beschriebene Lösung weist den erheblichen Nachteil auf, daß der eigentliche Insufflationsvorgang zur Ausführung der Messungen häufig unterbrochen wird, bis der gewünschte Innendruck erreicht worden ist. Die ständig erforderliche Kontrolle der Druckkonstanz erfordert dar­ über hinaus weitere Meßphasen auch nach Erreichung des Solldruckes.

Jede Unterbrechung der Insufflation des Gases führt aber in nachteiliger Weise zu einer Pulsation in dem entspre­ chenden Hohlorgan, welche die Durchführung des jeweiligen Eingriffs mehr oder weniger stark behindert. Darüber hinaus führt die ständige Unterbrechung der Gaszufuhr - insbeson­ dere in der Anfangsphase der Insufflation - zu einer er­ heblichen Reduzierung der insufflierten Gasmenge, so daß der für bestimmte Anwendungen geforderte Gasdurchsatz pro Zeiteinheit (Gasflow) nicht erreicht werden kann und auch bei weniger anspruchsvollen Anwendungen ein langer Insuf­ flationszeitraum bis zur Erreichung des Solldrucks benö­ tigt wird. Eine derartige Verzögerung kann in bestimmten Fällen ein großes Operationsrisiko bedeuten.

Darüberhinaus ist es gemäß DE-GM 75 08 556 bekannt, die Gaseinleitung in einen Körperhohlraum und die Messung des entsprechenden intraabdominalen Drucks über unterschied­ liche Zugänge der Körperhöhlung durchzuführen, um Druck­ messung und Gaseinleitung gleichzeitig durchführen zu können. Diese Lösung weist den Nachteil auf, daß für den Meßfühler eine weiterer Einschnitt in die Körperhöhlung geschaffen werden muß. Dies führt zu einer zusätzlichen Belastung des Patienten und gegebenenfalls zu einem unkon­ trollierten Gasaustritt. Zudem besteht, weil Zugang für den Meßfühler mitunter ins Fettgewebe oder einen Nebenraum der Körperhöhlung führt, in der die Insufflation vorgenom­ men wird, die Gefahr einer Fehlmessung mit allen sich dar­ aus ergebenden Konsequenzen.

In der DE-OS 34 13 631 ist eine Vorrichtung zur nicht intermittierenden Insufflation eines Gases beschrieben. Sie weist u. a eine Meßeinrichtung für die Geschwindigkeit der Gasströmung und eine Meßeinrichtung für den Druck in der zur Insufflation benutzten Gaszuführungsleitung auf. Über die Geschwindigkeit der Gasströmung wird der Strö­ mungswiderstand der Insufflationsleitung ermittelt und in einer elektronischen Auswerteschaltung daraus der tatsäch­ liche intraabdominale Druck unter Berücksichtigung des ständig gemessenen Leitungsdrucks errechnet.

Diese Lösung weist jedoch zwei wesentliche Nachteile auf:

Zum einen wird der Widerstandswert der Insufflations­ leitung nur einmal, nämlich zu Beginn der Insufflation, ermittelt. Das bedeutet, daß sich ändernde Eigenschaften des Insufflationssystems, beispielsweise ein Austausch des Insufflationsinstrumentes, nicht berücksichtigt werden. Zum anderen wird bei der Ermittlung des intraabdominalen Drucks vorausgesetzt, daß zwischen dem Druckabfall über der Insufflationsleitung und der entsprechenden Strömungs­ menge (Gasflow) ein linearer Zusammenhang besteht. Diese Linearität ist jedoch grundsätzlich nur in einem begrenz­ ten Bereich von Gasflow-Werten und nur grob genähert vor­ handen. Insbesondere bei höherem Gasdurchsatz trifft diese voraussetzung - wie experimenetlle Untersuchungen bestä­ tigt haben - jedoch nicht zu, und beim genannten Verfahren würden sich fehlerhafte Werte für den Innendruck im Kör­ perhohlraum bzw. -organ ergeben.

Die unter der falschen Voraussetzung eines linearen Zusam­ menhangs zwischen Druckabfall und Gasflow ermittelten fehlerhaften Werte für den intraabdominalen Druck bei einer Insufflation führen - insbesondere, wenn eine grö­ ßere Gasmenge pro Zeiteinheit insuffliert wird - zu einer erheblichen Verletzungsgefahr für den Patienten. Diese Gefahr besteht vor allem in einer u. U. irreversiblen Über­ dehnung des insufflierten Organs, Hohlraums oder Gefäßes.

Der Anwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren sind beim gegenwärtigen Stand der minimalinvasiven Medizin ge­ nerell dadurch enge Grenzen gesetzt, daß immer kürzere Behandlungszeiten und höhere Insufflationsraten bei gleichzeitig sehr guter Druckkonstanz gefordert werden, wobei letztere auch eine exakte und möglichst kontinuier­ liche Bestimmung des Körperinnendrucks voraussetzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein ver­ bessertes Verfahren der eingangs genannten Gattung und ei­ ne gerätetechnisch einfache Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, womit die Einleitung eines Ga­ ses in einen Hohlraum oder ein Gefäß und die Bestimmung des Innendrucks in dem mittels des Gases aufgeweiteten Hohlraum oder Gefäß mit erhöhter Genauigkeit und bei grö­ ßerem effektivem Gasdurchsatz pro Zeiteinheit unter Ver­ meidung unerwünschter Druckschwankungen durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß sich bei der Insufflation von Gasen in vorteilhafter Weise Ver­ besserungen bei der Konstant-Regelung des Druckes und die Möglichkeit zur Erhöhung der Insufflationsgeschwindigkeit ergeben, wenn die Nichtlinearität, vorzugsweise eine annä­ hernd quadratische Abhängigkeit, des durch den Strö­ mungswiderstand des Insufflations-Systems bedingten Druckabfalls in Abhängigkeit vom Volumenstrom des zur Insufflation benutzten Gases (Gasflow) bei der Ermittlung des statischen Druckes in einem durch Insufflation auf­ geweiteten Hohlorgan oder in einem mit Gas beaufschlagten Gefäß berücksichtigt wird.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der für eine chirurgisch erforderliche Aufweitung eines Hohlraums benötigte bzw. der bei einer Untersuchung (speziell etwa bei der digitalen Subtraktions-Angiographie) zulässige In­ nendruck ohne gesonderte Messung durch eine geeignete Kor­ rektur des (an der Gaszufuhrleitung im Gerät) im wesentli­ chen kontinuierlich gemessenen Insufflationsdruckes mit einer Korrekturgröße ermittelt, die den durch das speziel­ le Insufflationssystem (eisnchließlich Trokar bzw. Veress- Nadel) bedingten Druckabfall und den flow-abhängigen dyna­ mischen Druckanteil reflektiert.

Die vom Gasdurchsatz pro Zeiteinheit des eingeleiteten Ga­ ses (Gasflow) abhängige Korrekturgröße wird als Kennwert einer vorbestimmten nichtlinearen, den funktionellen Zu­ sammenhang zwischen dem Gasflow und dem Strömungswider­ stand des speziellen Insufflationssystems widerspiegelnden Kennlinie oder einer entsprechenden Tabelle entnommen. (Wenn nachfolgend von einer "Kennlinie" die Rede ist, kann so ist hiermit auch die Benutzung diskontinuierlicher Speichermittel eingeschlossen, welche einen entsprechenden nichtlinearen Zusammenhang in Form einer Tabelle spei­ chern, so daß eine Verarbeitung mit üblichen programmier­ baren Recheneinrichtungen erfolgen kann.)

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 ströhmungstechnischen 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 können. 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.

Im letzteren Falle wird eine einmalige Variation der Gasflow-Werte vorgenommen, wobei die beiden Werte für den Insufflationsdruck und die dazugehörige Gasflow-Werte ge­ speichert werden, die Differenz der Werte gebildet und mit dem erhaltenen Wertepaar die zugehörige gespeicherte Kenn­ linie ermittelt, d. h. als sytemgerechte Kennlinie ausge­ wählt wird. Beim Gasflow kann statt der Differenz auch der höhere Wert verwendet werden, wenn dieser hinreichend grö­ ßer als der niedrigere Wert ist.

Wenn der Wert von z als bekannt (etwa gleich 2) vorausge­ setzt werden kann, kann auch der Quotient aus beiden Dif­ ferenzen (bzw. aus Druckdifferenz und höherem Gasflow- Wert) gebildet werden, womit die oben erwähnte Konstante K erhalten wird.

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 bereitzuhalten.

Eine erneute Ermittlung der Korrekturgröße, die den Strö­ mungswiderstand des eine Insufflationsleitung und ein an diese angeschlossenen Insufflationsinstrument aufweisenden Insufflationssystems repräsentiert, ist immer erforder­ lich, wenn ein Wechsel des verwendeten Insufflationsin­ struments vorgenommen worden ist, wobei sich Querschnitt­ sänderungen und/oder Änderungen von Leitungslängen und -widerständen ergeben haben.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist insbesondere eine Einrichtung zur (vor­ zugsweise kontinuierlichen) Messung des Gasdurchsatzes pro Zeiteinheit sowie eine Speichereinrichtung für die Kenn­ linie(n) auf, mittels derer aus dem gemessenen Gasflow die Korrekturgröße zur indirekten Bestimmung des Körperinnen­ drucks 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.

Ein wesentlicher Vorteil der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht in der Doppelfunktion des ersten Drucksensors, der sowohl zur Ermittlung des Differenz­ druckes zwecks Berechnung des Gasflows herangezogen wird als auch gleichzeitig den aktuellen Wert des Insuffla­ tionsdruckes abgibt.

Das Vorsehen eines besonderen, relativ kostpieligen Dif­ ferenzdrucksensors ist damit nicht nötig.

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 1/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 elektrische Ansteuerung der Ventile über den Mikrocontroller und die Steuereinheit des Gerätes kann in bequemer Weise eine Umschaltung des Meßbereichs vorgenommen werden, welcher durch die Art und Anzahl der Blenden bzw. Sintermaterial-Einsätze in einem oder mehre­ ren Leitungszweig(en) bestimmbar ist.

Darüber hinaus weist die Verarbeitungseinheit vorzugsweise Mittel auf, mit denen die Berechnung und Abspeicherung ei­ ner oder mehrerer der zur Berechnung benötigten Kennli­ nie(n) erfolgen kann.

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 sind in der Verarbei­ tungseinheit spezielle elektronische Mittel vorgesehen, die die Sensoren durch einen gegenseitigem Vergleich stän­ dig oder zumindest periodisch kontrollieren.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Er­ findung erfolgt dies durch einen Druckvergleich in den Betriebszuständen der Vorrichtung, bei denen kein Gas aus dem Gerät abfließt, also der Druckabfall an der Gasflow- Meßeinrichtung den Wert "Null" aufweist. In einem solchen Fall geben funktionstüchtige Drucksensoren den gleichen Meßwert ab. Ebenso ist es auch praktikabel, während der Gaseinleitung gelegentlich eine geringe Erhöhung bzw. Ver­ ringerung des Gasflow vorzunehmen. Die daraus resultieren­ de Druckwelle muß bei funktionstüchtigen Drucksensoren in annähernd gleicher Höhe angezeigt 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.

Eine vorteilhafte Möglichkeit der Reinhaltung der beim mi­ nimalinvasiven Eingriff verwendeten chirurgischen bzw. diagnostischen Instrumente bietet eine Ausführung des Ge­ rätes, bei der die Gaszufuhrleitung neben dem in den In­ sufflationstrokar mündenden Ausgang einen zusätzlichen Ausgang aufweist, über den eine Gaseinleitung in ein medi­ zinisches Instrument erfolgen kann. Damit läßt sich das Eindringen von Körperflüssigkeit in das Instrument weitge­ hend verhindern. In zweckmäßiger Weise kann dem zusätzli­ chen Ausgang ein steuerbares Ventil zur wahlweisen Absper­ rung des Ausgangs und ggfs. zur Einstellung der Gasdurch­ flußmenge pro Zeiteinheit vorgeschaltet sein.

Weiterhin kann der Vorrichtung eine Einrichtung zur Kondi­ tionierung, insbesondere gezielten Erwärmung, Anfeuchtung und/oder Filterung, des Gases - besonders zweckmäßig nahe dem Insufflationsinstrument - zugeordnet sein, die ggfs. auch über die Verarbeitungs- und Steuereinheit des Grund­ gerätes gesteuert werden kann.

Nach einer zusätzlichen Weiterbildung der erläuterten Vor­ richtung kann der Verarbeitungseinheit eine Schnittstelle zugeordnet sein, über die die aktuellen Insufflationsda­ ten, wie die Höhe des erfindungsgemäß bestimmten Innen­ drucks, der Gasflow-Wert oder die Gesamtmenge des insuf­ flierten Gases, in einen dem Operateur zur Kontrolle des Operationsfeldes zur Verfügung stehenden Videobildschirm eingeblendet werden können. Aus Gründen der Übersichtlich­ keit ist es hierbei günstig, die entsprechenden Werte im Wechsel oder nur bei einer ein bestimmtes Maß überschrei­ tenden Änderung einzublenden. In gleicher Weise ist über eine zusätzliche Schnittstelle die Möglichkeit gegeben, das Einblenden der Daten von anderen, ebenfalls bei der Operation zum Einsatz gebrachten Geräten auf das Videobild vorzunehmen.

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

Die Figur zeigt das Prinzipschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das in der Figur schematisch dargestellte Insufflationsgerät zur Insufflation von Kohlendioxid vor und während diagno­ stischen oder chirurgischen Eingriffen, bei dem der sich in dem Hohlraum oder dem Gefäß einstellende Innendruck 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 Rückschlag­ ventil 11.4 und 12.4 an eine Gaszufuhrleitung 4 ange­ schlossen sind.

An das freie Ende der Gaszufuhrleitung 4 wird ein Insuf­ flationsinstrument T zum Einleiten des Gases in den Körper des Lebewesens angeschlossen.

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 Gasszufuhrleitung 4 vorhande­ ne Gasflow errechnet. Die parallel geschalteten Strömungs­ widerstände 5, 6, 7 sind jeweils als kalibrierte Blende oder Sintermaterialeinsatz mit stark unterschiedlichem Strömungswiderstandswert ausgebildet und durch Ansteuerung eines 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 Druckfühlersignale 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 Kennlinienpeicher 10.5 vorgespeicherten Kennlinien für den funktionalen Zusammen­ hang zwischen dem durch des Insufflationssystems (genauer­ essen 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. Er wird dann auf dem Bedien- und Anzeigefeld 21 ange­ zeigt und dem Steuerteil 10.2 zur Ansteuerung des Propor­ tionalventils 8 zugeführt. Diese Ansteuereung erfolgt der­ art, daß bei Innendruckwerten deutlich unterhalb des Soll- Innendrucks (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 automtische 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 tunsgeinheit 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 mmm Hg (für die Hysteroskopie) gewählt. Die Ansprechschwellen können ggfs. auch über das Bedienfeld und die Verarbeitungs- und Steuer­ einheit 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 Bedie­ ner relevanten Meßwerte und berechneten Betriebsarameter 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 werden.

Die Vielseitigkeit des Insufflationsgerätes 1 wird weiter durch das Vorhandensein eines Anschlusses 19 zur Durchfüh­ rung einer Instrumenteninsufflation erhöht, worunter die Gaseinleitung in ein chirurgisches oder diagnostisches In­ strument zur Verhinderung des Eindringens von Körperflüs­ sigkeit infolge von Kapillarwirkungen und des Insuffla­ tionsdrucks in der Körperhöhlung zu verstehen ist.

Die hierfür benötigte Gasmenge wird der Gaszufuhrleitung 4 stromabwärts des Druckminderers 9 entnommen, wobei eine Mengenregelung durch einen Druckregler 17 in Verbindung mit einem Strömungsbegrenzer 18 vorgesehen ist. Die An­ schlußleitung 19 ist durch ein gesondertes ventil 20 ab­ sperrbar. Die Ansteuerung des Druckreglers 17 und des Ab­ sperrventils 20 erfolgt über den Mikrocontroller 10.3 und die Steuerstufe 10.2.

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

Claims (20)

1. Verfahren zur Einleitung eines Gases in einen Hohl­ raum oder ein Gefäß eines menschlichen oder tierischen Körpers, insbesondere zur Gasinsufflation in Vorbereitung oder während eines minimalinvasiven chirurgischen Ein­ griffes oder einer Untersuchung des Hohlraumes oder Gefä­ ßes, wobei das Gas aus einem Druckgasspeicher (11, 12) über eine Gaszufuhrleitung (4) und ein Einleitungsinstru­ ment (T) eines Gaseinleitungssystems (1) in den Hohlraum oder das Gefäß geleitet und der in dem Hohlraum oder Gefäß ausgebildete Innendruck aus dem an einem Meßpunkt im Gas­ einleitungssystem gemessenen Insufflationsdruck und einer den Druckabfall zwischen dem Meßpunkt und dem Hohlraum oder Gefäß widerspiegelnden Korrekturgröße ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck im wesentlichen ohne Unterbrechung der Gaseinleitung aus dem im wesentlichen kontinuierlich er­ faßten Insufflationsdruck und dem eingeleiteten Gasvolu­ mens pro Zeiteinheit (Gasflow) bestimmt wird, wobei die Korrekturgröße unter Berücksichtigung eines vorbestimmten im Arbeitsbereich nichtlinearen Zusammenhangs zwischen dem Gasflow und dem Druckabfall zwischen dem Meßpunkt und dem Hohlraum bzw. Gefäß ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der nichtlineare Zusammen­ hang in Form einer Kennlinie oder Tabelle des eingesetzten Gaseinleitungssystems durch eine Serie von Eichmessungen vor Beginn der Gaseinleitung bestimmt und gespeichert wird.

3. verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der nichtlineare Zusammen­ hang des eingesetzten Gaseinleitungssystems durch minde­ stens eine Eichmessung in der Anfangsphase der Gaseinlei­ tung aus einer vorgespeicherten Kennlinienschar oder Mehr­ zahl von Tabellen ausgewählt wird.

4. verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gas­ flow über eine Differenzdruckmessung mittels zweier der Gaszufuhrleitung zugeordneter Druckfühler (2, 3) und eines zwischen den Meßpunkten der Druckfühler in der Gaszufuhr­ leitung (4) angeordneten Strömungswiderstandselementes (5, 6, 7) bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Zusammenhang der Gleichung
Δp = K × Q^z
genügt, wobei mit Q der gemessene Gasflow, mit Δp der Druckabfall zwischen dem Meßpunkt und dem Hohlraum oder Gefäß und mit K und z Konstanten bezeichnet sind, die durch die pneumatischen Eigenschaften des Gaseinleitungs­ systems einschließlich des Einleitungsinstruments bestimmt sind.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zutref­ fende Kennlinie oder Tabelle aufgrund einer einmaligen Va­ riation der Gaseinleitungsparameter ermittelt wird, indem
ein eingestellter Insufflationsdruck und der dazugehörige Gasflow gemessen und gespeichert werden,
der Gasflow wesentlich, vorzugsweise auf Null, reduziert wird,
der reduzierte Gasflow und der dazugehörige Insufflations­ druck gemessen und ebenfalls gespeichert werden und
jeweils die Differenz der gespeicherten Gasdruck- und Gasflow-Werte gebildet und mit dem erhaltenen Wertepaar als Punkt der zutreffenden gespeicherten Kennlinie oder als Tabellenwert diese ausgewählt wird oder
unter Voraussetzung einer Konstanten z, insbesondere von z = 2, K als Quotient aus den Differenzbeträgen errechnet wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der be­ stimmte Innendruck zur Gewinnung eines Steuersignals für eine Druckregeleinrichtung (8) zur Steuerung des Insuffla­ tionsdrucks bzw. des Gasdurchsatzes pro Zeiteinheit in ei­ ner Steuereinheit (10.1) weiterverarbeitet wird.

8. Vorrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer an einen Druckgasspeicher (11, 12) angeschlossenen Gaszufuhrlei­ tung (4), der eine Druckregeleinrichtung (8) und stromab­ wärts von dieser ein erster, der Ermittlung des Insuffla­ tionsdruckes dienender Druckfühler (2) zugeordnet sind, sowie mit einer eingangsseitig mit dem Ausgang des Druck­ fühlers und ausgangsseitig mit einem Steuereingang der Druckregeleinrichtung verbundenen Verarbeitungs- und Steuereinheit (10),
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gaszufuhrleitung (4) eine Gasflow-Meßeinrichtung (2, 3, 5, 6, 7) zugeordnet ist und
die Verarbeitungs- und Steuereinheit (10) einen Kennlini­ en- oder Tabellenspeicher (10.5) zur Speicherung minde­ stens einer Gasflow-Korrekturgröße-Kennlinie bzw. -Ta­ belle und eine eingangsseitig mit dem Ausgang der Gas­ flow-Meßeinrichtung und dem Ausgang des Kennlinien- oder Tabellenspeichers verbundene Innendruck-Berechnungs­ einheit (10.1) aufweist,
welche zur Ermittlung des in dem Hohlraum oder Gefäß aus­ gebildeten Innendrucks aus dem an einem Meßpunkt im Gas­ einleitungssystem gemessenen Insufflationsdruck und einer den Druckabfall zwischen dem Meßpunkt und dem Hohlraum oder Gefäß widerspiegelnden Korrekturgröße ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, 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 eine Gasflow-Meßeinrichtung gebildet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, 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 Sintermaterial-Einsätze, (5, 6, 7) mit unterschiedlichen effektiven Durchströmöff­ nungen bzw. Strömungswiderstandswerten vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ arbeitungseinheit (10) zur Berechnung des eingeleiteten Gasvolumens pro Zeiteinheit (Gasflows) aus der Differenz der von dem ersten und dem zweiten Drucksensor (2, 3) er­ mittelten Druckwerte ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gaszufuhrleitung (4) im Bereich des dem Patienten zuge­ wandten Endes steuerbare Ventile (13, 14) vorgesehen sind, über die zum Schutz des Patienten die Gaszufuhrleitung (4) zur Atmosphäre geöffnet bzw. der patientenseitige Ausgang der Gaszufuhrleitung geschlossen werden kann.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ arbeitungseinheit (10) so ausgebildet ist, daß über einen Vergleich der von den Druckfühlern (2, 3) gelieferten Meß­ werte 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.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, 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.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für jede Gasflasche (11, 12) jeweils ein Schaltmittel (11.3, 12.3) vorgesehen ist, das als Magnetventil mit stromabwärts angeordnetem Rück­ schlagventil (11.4, 12.4) ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verar­ beitungseinheit (10) einen Analog-Verarbeitungsteil (10,1) zur Konditionierung und analogen Verarbeitung der von den Druckfühlern (2, 3) empfangenen Meß- und der an Stellglie­ der (8, 11.3, 12.3, 13, 15, 17, 20, 25, 26) der Vorrich­ tung (1) abzugebenden Steuersignale und einen mit diesem zusammenwirkenden Mikrocontroller (10.3) zur Betriebspro­ grammsteuerung der Vorrichtung und zur digitalen Verarbei­ tung der Meßwerte aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß an der Gaszufuhrleitung (4) mehrere, vorzugsweise über die Verarbeitungs- und Steuerein­ heit (10) wahlweise elektrisch betätigbare, Überdruckschalter (26a, 26b, 26c) mit unterschiedlich vorbestimmter Ansprech­ schwelle vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gaszu­ fuhrleitung einen zusätzlichen Ausgang (19) aufweist, über den eine Gaseinleitung in ein medizinisches Instrument (I) erfolgen kann.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem zusätzlichen Ausgang (19) ein steuerbares Ventil (20) zur wahlweisen Absperrung des Ausgangs und Einstel­ lung der Gasdurchflußmenge pro Zeiteinheit vorgeschaltet ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (23) zur Kon­ ditionierung, insbesondere Erwärmung, Anfeuchtung und/oder Filterung des Gases nahe einem Einleitungsin­ strument (T) vorgesehen ist, die vorzugsweise über die Verarbeitungs- und Steuereinheit (10) gesteuert wird.