DE19651845A1 - Neurochirurgisches Schneidinstrument - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neurochirurgisches Schneidinstrument entsprechend dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Schneidinstrumente zum Durchtrennen von Geweben sind in der Neurochirurgie in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Grundsätzlich bestehen sie aus einem Schneidenträger, an dem ein Schneidkörper befestigt wird. Der Körper kann ein oder zwei Schneiden in unterschiedlicher Form besitzen und besteht aus gehärtetem Stahl oder anderen sehr harten Werkstoffen, wie Diamanten. Zum Schutze der möglichst scharf geschliffenen Schneiden kann der Schneidkörper in einer Schutzhülle fixiert werden. Nur bei Gebrauch wird er freigesetzt.

Der Schnittvorgang selbst beruht darauf, daß über die Schneide durch Druck solange Spannungen auf das zu trennende Gewebe aufgebracht werden, bis die örtlichen Spannungen unter der Schneide die Bruchfestigkeit des Gewebes überschreiten und eine Durchtrennung erfolgt. Dies erzeugt Rupturen, deren Ausdehnung vom Schliff und der Geometrie der Schneide abhängen. Mit dem Einsetzen des Trennvorganges sinkt die erforderliche Druckkraft infolge der Fortpflanzung der Trennfuge schlagartig ab, so daß die Gefahr besteht, daß der Chirurg besonders beim Durchtrennen von Membranen oder Öffnen von Zysten die Schneide tiefer eindrückt als beabsichtigt und es entstehen im darunter befindlichen Gewebe irreparable Schäden.

Weiterhin ist bekannt, daß versucht wird, durch Ultraschallschwingungen an der Schneide die Schnittwirkung zu verbessern bzw. Rupturen zu vermindern. So wird in der OS DE 41 02 090 vorgeschlagen, einen longitudinal schwingenden Ultraschallschwinger anzuordnen, um die Spitze eines Schneidinstrumentes in Schwingungen zu versetzen. Die OS DE 35 07 672 beschreibt ebenfalls ein chirurgisches Messer, das von einer Antriebseinheit in Längsschwingungen versetzt wird, wobei die Antriebseinheit direkt mit dem Werkzeug verbunden ist und somit ein sehr kompaktes Instrument entsteht, daß nur für Eingriffe in gut zugänglichen Regionen einsetzbar ist. Es wird für die Schwingungen ein Frequenzbereich von einigen kHz bis etwa 50 kHz vorgeschlagen.

Das EP 0 311 793 beschreibt ebenfalls ein oszillierendes Messer, wobei die Schwingungen aber durch einen Exzenterantrieb mechanisch erzeugt werden. Ultraschall-Skalpelle sind Gegenstand der EP 0 384 672, WO 94/23655, WO 93/14709, WO 90/04362 und WO 91/13591.

Bei diesen Anmeldungen wird ein Messer oder eine Schneide in Schwingungen versetzt, die im Ultraschallbereich liegen. Die Schwingungsamplituden stehen daher senkrecht zur Schnittrichtung. Damit werden Rupturen verringert, aber die Gefahr des unbeabsichtigten Eindringens der Schneide in tiefere Gewebeabschnitte nicht grundlegend beseitigt, da nach wie vor ein Druck auf das Gewebe ausgeübt werden muß. Ein aus anderen Anwendungen bekanntes rotierendes, kreisförmiges Messer in verschiedenen Ausführungsformen ist in der EP 0 389 261 beschrieben. Der Antrieb des Messers erfolgt über einen Motor und ein relativ aufwendiges Zugmittelgetriebe. Der Einsatz in der Neurochirurgie ist jedoch nicht möglich, weil die notwendige Größe des scheibenförmigen Messers für den Einsatz hinderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schneidinstrument für neurochirurgische Anwendungen zu schaffen, das durch Einleiten von Schwingungen mit einem stellbaren Frequenzbereich von einigen Hz bis mehrere kHz einen Schnittvorgang ohne bzw. mit reduziertem Druck auf das zu trennende Gewebe ermöglicht und dessen konstruktiver Aufbau die Möglichkeit einer sicheren Sterilisation bietet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß dem Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.

Die Erfindung weist folgende Vorteile auf:

• 1. Die schwingende Schneide erleichtert den Schnittvorgang in der Weise, daß der notwendige Druck zum Trennen der Gewebeteile allgemein reduziert wird.
• 2. Die rotatorisch um einen Drehpunkt schwingende Schneide bewirkt, daß der Trennvorgang nicht wie üblicherweise durch Normalspannungen, sondern durch Tangentialspannungen im Gewebe eingeleitet wird. Dadurch ist die Gefahr beim Schnitt tieferliegendes Gewebe unbeabsichtigt zu trennen, nachhaltig reduziert.
• 3. Der Übertragungsmechanismus gewährleistet, daß der Schwingungsgenerator einerseits an ergonomisch günstige Stellen plaziert und der eigentliche Schneidmechanismus andererseits in der Größenordnung eines Mikrosystems ausgeführt werden. Somit ist das Schneidinstrument für kleine Operationsfelder besonders geeignet.
• 4. Die Verstellung der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen ermöglicht
  • - die jeweils günstigsten Schnittbedingungen für die unterschiedlichen Gewebearten einzustellen,
  • - bei unterschiedlichen Massenverteilungen des Schwingers infolge Schneidenwechsel immer außerhalb des Resonanzbereiches zu arbeiten.
• 6. Die Verwendung von piezoelektrischen Aktoren und Übertragungsgetrieben mit Feststoffgelenken läßt eine Sterilisation bei Temperaturen bis zu etwa 220°C zu.

Verschiedene vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Lösung wird einschließlich ihrer Funktionsweise anhand von drei Ausführungsbeispielen erläutert.

Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schneidinstrument mit geradem Schaft und einem Biegeaktor.

Fig. 2 ein Schneidinstrument mit abgewinkeltem Schaft und zylindrischem Schwingungsgenerator

Fig. 3 ein Schneidinstrument mit wechselseitig arbeitenden Stapelaktoren.

Die Ansteuerung der piezoelektrischen Aktoren erfolgt auf der Basis eines Funktionsgenerators und ist ebenso wie die Anschlußleitungen nicht dargestellt.

In Fig. 1 nimmt der Grundkörper 1 einen piezoelektrischen Schwingungsgenerator in Form eines Biegeschwingers 2 auf, der die Schwingungen erzeugt. Das Übertragungsglied 5 greift die Schwingungen ab und ist am distalen Ende mit einer Aufnahme für die Schneide 11 versehen, mit der der eigentliche Schnittvorgang erfolgt. Um ein spielfreies Abgreifen der Schwingungsamplituden zu gewährleisten, ist das Übertragungsglied 5 am proximalen Ende gabelförmig ausgebildet. Die Schenkel der Gabel umfassen mittels Schneiden das freie Ende des Schwingungsgenerators. Eine Zugfeder 4a drückt die Gabelschenkel spielfrei an den Schwingungsgenerator. Das Übertragungsglied 5 ist durch zwei diametral gerichtete blattförmige Federlager 6 fixiert. Diese Lager ermöglichen das Umsetzen der Schwingung in eine oszillierende Bewegung der Schneide 11 um einen Drehpunkt. Eine Schutzkappe 12 schützt bei Nichtgebrauch die empfindliche Schneide 11. Zwei Drehknöpfe 8a und 8b, die am Grundkörper so angeordnet sind, daß sie mit dem Finger betätigt werden können, wirken auf Potentiometer oder andere Geber, und im Zusammenwirken mit der Steuereinheit ist eine Variation der Frequenz und der Amplitude auch während des Trennvorganges möglich. Eine Schraubkappe 13 enthält die Leitungsdurchführungen zu der extern angeordneten Ansteuerung und schließt den Grundkörper ab. Die Verwendung ausschließlich metallischer Bauelemente und schmiermittelfreier Federlager gestatten eine Erwärmung bis etwa 20% unterhalb der Curietemperatur des Biegeschwingers und damit eine sichere Sterilisation.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der Schwingungsgenerator durch einen piezoelektrische Stapelaktor 2 gebildet wird. Ein Grundkörper 1 nimmt in einer Halterung 3 den Stapelaktor und die Lagerung für einen Schwinghebel 4 auf, der die Längsschwingungen des Aktors auf eine Koppelstange 5 umsetzt. Ein Federlager 6 dient als Lager und Schwinge und leitet die Längsschwingungen auf einen Zweischlag, der wiederum aus einer Koppel 7a und einer Schwinge 7b besteht.

Die Schwinge 7b, die die auswechselbare Schneide 11 aufnimmt, setzt die Längsschwingungen in Rotationsbewegungen um die Lagerung 10 um, die auch der Drehpunkt ist. Damit vollführt die Schneide ebenfalls eine oszillierende Rotationsbewegung aus.

Mittels der Stelleinrichtung 14 wird die mechanische Vorspannung des Stapelaktors 2 verändert, um - sofern notwendig - auch bei einer Massenänderung infolge eines Schneidenwechsels immer außerhalb des Resonanzbereiches arbeiten zu können.

Fig. 3 stellt eine Ausführung dar, bei der der Schwingungsgenerator aus zwei parallel angeordneten Stapelaktoren 2a und 2b besteht, die von einem rohrförmigen Grundkörper 1 aufgenommen werden.

Die Aktoren werden durch ein Steuer- und Speisegerät (nicht dargestellt) wechselseitig im Gegentakt angesteuert, d. h. ein Aktor dehnt sich aus, der andere kontraktiert.

An ihrem distalen Ende werden die Aktoren durch die Brücke 4b abgestützt, so daß ein Ausknicken verhindert wird. Die Aktoren wirken auf eine Schwinge 4, die im Gelenk 6 ihren Drehpunkt hat und deren zwei Schneiden auf die Aktoren drücken. Die Federn 4a sind als Zugfedern ausgebildet und gewährleisten die Spielfreiheit des Systems. An der Schwinge 4 ist das Zugmittel 5 befestigt, das die Schwingbewegung abgreift und auf den Schneidenhalter 9 überträgt. Dieser ist in zwei Federlagern 10 gelagert. Die Federlager 10 sind vorgespannt. Sie bringen auch eine Zugspannung auf, die als Rückstellkraft auf den Schneidenhalter 9 mit der daran befestigten Schneide 11 wirkt. Auf ihrer Verbindungslinie liegt der Drehpunkt des Schneidenhalters 9. Eine Abschlußkappe 13 verschließt das Schneidinstrument proximal und dient als Durchführung für die notwendigen Anschlußleitungen 8 (nicht dargestellt).

Claims (10)

1. Neurochirurgisches Schneidinstrument, bestehend aus einem Grundkörper, der einen Schwingungsgenerator, eine am distalen Ende des Instruments angeordnete Schneidenhalterung und einen Übertragungsmechanismus aufnimmt, der in Wirkverbindung mit Schwingungsgenerator und Schneidenhalterung steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsmechanismus die vom Schwingungsgenerator (2) erzeugten longitudinalen oder Biegeschwingungen mit einstellbarer Amplitude und Frequenz auf eine rotatorisch um einen Drehpunkt schwingende Schneidenhalterung überträgt, wobei als Frequenzen die Bereiche über und unter 16 kHz verwendet werden.

2. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingungsgenerator (2) piezoelektrische oder magnetostriktive Aktoren verwendet werden.

3. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Aktoren parallel und/oder hintereinander angeordnet sind.

4. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktor ein aus mehreren Elementen zusammengesetzter Hohlzylinder ist.

5. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach Anspruch 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren vorgespannt sind.

6. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung des Übertragungsmechanismus vorwiegend durch Federlager erfolgt.

7. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Grundkörper (1) oder in Reichweite des Operateurs Einrichtungen vorhanden sind, mittels derer die Frequenz und/oder die Amplitude der Schwingungen verändert werden kann.

8. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneide am distalen Ende des Instrumentes in Längs- und/oder Querrichtung profiliert und/oder in unterschiedlichen Richtungen zur Wellenfront angeschliffen ist.

9. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsmechanismus so gestaltet ist, daß die Einrichtung zum Befestigen der Schneide abgewinkelt zum Grundkörper (1) angeordnet werden kann.

10. Neurochirurgisches Schneidinstrument nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schneide und Schneidenträger durch eine Schnellwechselvorrichtung verbunden sind.