DE19820640A1 - Verfahren zur Überwachung des Zustands eines medizinischen Werkzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Zustands eines medizinischen Werkzeugs, insbesondere eines Endo-Werkzeugs mit den Verfahrensschritten: DOLLAR A Eingeben einer werkzeugspezifischen, maximal zulässigen Belastungsmenge in einen Rechner; Erfassen einer Teilbelastungsmenge resultierend aus einer aktuellen Behandlung und Addieren dieser Teilbelastungsmenge zu einer zustandsspezifischen Gesamtbelastungsmenge resultierend aus vorhergehenden Behandlungen; Vergleichen der maximal zulässigen Belastungsmenge mit der aktualisierten Gesamtbelastungsmenge; sowie Ausgeben eines Austauschsignals, falls die Gesamtbelastungsmenge die zulässige Belastungsmenge erreicht oder überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung und Erkennung des Zustands eines medizinischen Werkzeugs insbesondere eines Bohrers, Schneidwerkzeugs, Schraubbits und dergleichen.

Beispielsweise in der Zahnmedizin werden übliche Zahnbehandlungen mittels eines elektrisch angetriebenen Bohrers ausgeführt, der in einem zahnmedizinischen Handstück gelagert ist. Für den Antrieb wird im allgemeinen ein kollektorloser Gleichstromantrieb verwendet, wie er beispielsweise von der Firma KaVo unter der Bezeichnung "INTRAmatic LUX" vertrieben wird. Diese Art von Antrieb kann für bestimmte Einsatzzwecke mit dem in der Zahnmedizin eingesetzten Steuerungsaufwand in einem untersten Drehzahlbereich von circa 2000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute bis in einen obersten Drehzahlbereich von circa 40000 bis 60000 Umdrehungen pro Minute bei einem Drehmoment von 2 bis 3 Ncm betrieben werden.

Zur Wurzelkanalaufbereitung werden indessen flexible Endo-Werkzeuge verwendet, mittels denen Wurzelkanäle, die unterschiedliche Durchmesser und unterschiedlichste Verläufe aufweisen können, ausgeräumt werden. Dies geschieht z. B. mit einem sich zur Spitze hin verjüngenden, flexiblen, spiralförmigen Bohrer mit einer Länge von circa 20 bis 30 mm, der sich bei seiner Drehung in den Wurzelkanal schraubt, wobei durch Herausziehen dieses Bohrers der Kanal ausgeräumt wird. Laut Angabe der Hersteller dieser Art von Bohrern beträgt dessen Arbeitsdrehzahlbereich circa 100 bis 500 Umdrehungen pro Minute, in Sonderfällen bis zu 1800 Umdrehungen pro Minute. Um daher den für derartige Werkzeuge optimalen Arbeitsbereich zu erreichen, müssen bei den vorstehend genannten Elektromotoren mit dem vorstehend genannten Drehzahl-Spektrum von 2000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute Untersetzungen von i=16-20 : 1 nachgeschaltet werden. Durch derartige Getriebe wird zwar das Einsatzgebiet bekannter Elektromotoren für den medizinischen Bereich auch auf den Antrieb von flexiblen Spiralbohrern dieser Gattung erweitert. Jedoch bewirkt das Untersetzungsgetriebe gleichzeitig auch eine Drehmomenterhöhung um eben diesen Faktor, reduziert um den Wirkungsgradverlust des Getriebes.

Untersuchungen der Erfinderin haben ergeben, daß mit diesem Drehmoment nahezu alle zur Zeit eingesetzten Endo-Werkzeuge beispielsweise zur Wurzelkanalaufbereitung mehrfach über deren Bruchgrenze belastet werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß beispielsweise die feinsten Spiralbohrer für das Ausräumen von Wurzelkanälen bis maximal 0,2 Ncm belastet werden dürfen. Bei einem Überschreiten dieser Drehmomentgrenze kann der Spiralbohrer abbrechen und in dem zu behandelnden Wurzelkanal stecken bleiben. Derartige Unfälle lassen sich zumeist nur durch einen operativen Eingriff beheben.

Aus diesem Grunde werden beispielsweise flexible Spiralbohrer hauptsächlich manuell, d. h. ohne den elektrischen Antrieb betätigt und darüber hinaus oft nur ein einziges Mal eingesetzt, um die Gefahr eines Bruchs in Folge von Formänderungen über die Elastizitätsgrenze zu verringern.

Gemäß einem hausinternen Stand der Technik hat die Erfindern nunmehr ein elektrisches Antriebsgeräts für medizinische Bohr-, Schneid- und Schraubwerkzeuge mit jeweils einem vorbestimmbaren Umdrehungsbereich und einer einstellbaren, maximal zulässigen Drehmomentbelastungsgrenze entwickelt, das einen elektrischen Schrittmotor aufweist, dessen maximales Drehmoment und Drehzahl über die Stromstärke und die Drehfeldfrequenz vorgegeben werden kann. Umfangreiche Experimente erbrachten das Ergebnis, daß mit einem Schrittmotor als Antrieb für derzeit bekannte Endo-Werk­ zeuge deren Abbrechen im praktischen Einsatz verhindert wird. Hierbei macht man sich den Effekt des "außer Tritt Fallens" von Schrittmotoren zunutze, der maximal ein Blockieren des Motors bei Überlastung bewirkt. Der regelungstechnische Aufwand bleibt dabei äußerst gering und beschränkt sich im wesentlichen auf das Einstellen der Stromstärke und der Impulsgebung für den Schrittmotor.

In anderen Worten ausgedrückt, ermöglicht diese Entwicklung den erweiterten Einsatz elektrischer Antriebe auf Werkzeuge mit geringer Bruchlast bei einer erheblichen Verringerung der Gefahr eines Abbrechens des Werkzeugs. Damit wird die Möglichkeit eröffnet, ein Werkzeug mehrmals zu verwenden. Es hat sich nunmehr herausgestellt, daß die von der Erfinderin zwischenzeitlich ermittelten Bruchbelastungsgrenzen für Endo-Werkzeuge mit zunehmender Einsatzdauer Veränderungen unterworfen sind. Im Rahmen von Versuchen konnte somit analytisch für einige Endo-Werkzeuge eine Maximal-Ver­ wendungsdauer ermittelt werden, innerhalb der die Bruchwahrscheinlichkeit gering und die Schneidfähigkeit der Werkzeuge ausreichend ist. Bei Überschreiten dieser Maxi­ mal-Verwendungsdauer zeigten sich vermehrt Brüche in Folge von Materialermüdung sowie eine erhebliche Verschlechterung des erzielten Schnittbildes.

Um somit die Leistungsfähigkeit sowie das Sicherheitspotential des von der Erfinderin neu entwickelten Antriebskonzeptes voll ausnützen zu können, ist eine möglichst genaue Kenntnis über den Zustand des verwendeten Werkzeugs erforderlich, um in jedem Fall ein Abbrechen, nicht etwa in Folge eines unsachgemäßen Antriebs (Überlastung), sondern in Folge einer Materialermüdung bei zu langem Einsatz zu verhindern.

Angesichts dieser Problematik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Zustandserkennung eines medizinischen Werkzeugs, insbesondere eines Endo-Werkzeugs bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird Verfahren zur Überwachung des Zustands eines medizinischen Werkzeugs, insbesondere eines Endo-Werk­ zeugs vorgeschlagen, welches zumindest die nachfolgenden Schritte umfaßt:

• a) Eingeben einer werkzeugspezifischen, d. h. bezüglich eines bestimmten Werkzeugs vorab ermittelten, maximal zulässigen Belastungsmenge in einen Rechner,
• b) Erfassen einer Teilbelastungsmenge resultierend aus einer aktuellen Behandlung und Addieren dieser Teilbelastungsmenge zu einer zustandsspezifischen Gesamtbelastungsmenge resultierend aus vorhergehenden Behandlungen,
• c) Vergleichen der maximal zulässigen Belastungsmenge mit der aktualisierten Gesamtbelastungsmenge und
• d. Ausgeben eines Austauschsignals, falls die Gesamtbelastungsmenge die zulässige Belastungsmenge erreicht oder überschreitet.

Durch das vorstehend beschriebene Verfahren wird folglich für ein Werkzeug, z. B. einen flexiblen Spiralbohrer eine Maximalbelastungsmenge ermittelt für die das Risiko eines Bruchs minimal ist und fortlaufend die Ist-Belastungsmenge für dieses Werkzeug erfaßt und mit der Maximalbelastungsmenge verglichen. Auf diese Weise kann ein ausreichend guter Zustand des Werkzeugs gewährleistet werden.

Gemäß Anspruch 2 ist die Belastungsmenge als eine theoretische Größe definiert, welche aus der gefahrenen Umdrehungszahl bzw. Umdrehungsgeschwindigkeit, dem Drehmoment, sowie der Behandlungsdauer bestimmt wird. Zusätzlich oder alternativ kann die Anzahl an Sterilisationszyklen als Größe für die Belastungsmenge dienen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich des Programmablaufs für eine Einsatzdauer-Überwachung und

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich des Programmablaufs für eine Sterilisationszyklus-Überwachung am Beispiel eines Spiralbohrers.

Vorab sei darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß eine Art Magazin für unterschiedliche Werkzeuge in Form einer Anzahl von Behältern oder Kästchen vorbereitet ist, in denen die Werkzeuge numeriert oder anderweitig codiert gebunkert sind. Ein nicht weiter dargestellter Rechner, welchem die Anzahl, Lage, und/oder Art der einzelnen Werkzeuge vorab eingegeben worden ist, verwaltet diese Behälter und ordnet jedem Werkzeug zustandsspezifische Werte zu, wie nachfolgend noch beschrieben wird.

Das Einsatzdauer-Überwachungsprogramm gemäß der Fig. 1 kann entweder manuell vor Beginn einer Behandlung oder automatisch bei jeder in Betriebnahme eines elektrischen Antriebsgeräts insbesondere eines Schrittmotors gestartet werden, der im Fall einer Wurzelbehandlung eingesetzt wird.

Zu Beginn wählt der behandelnde Arzt aus dem Magazin einen Behälter, vorzugsweise gefüllt mit nur der Art von Werkzeugen, welche für die beabsichtigte Behandlung besonders geeignet ist, aus und entnimmt eines dieser Werkzeuge aus dem Behälter. Anschließend gibt der Arzt den Code dieses Werkzeugs in den Rechner ein. Alternativ hierzu kann der Rechner mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet sein, die ihm ein automatisches Einlesen und Erkennen des ausgewählten Werkzeugs ermöglicht.

Wie eingangs bereits angedeutet wurde, lassen sich für jedes beispielsweise in der Zahnmedizin verwendete Werkzeug spezielle Werte hinsichtlich max. Umdrehungszahl und Belastung, Einsatzdauer usw. sowie eine Maximalzahl an Sterilisationszyklen analytisch ermitteln, aus denen eine maximale Belastungsmenge als eine theoretische Größe bestimmt werden kann, bei deren Überschreiten ein erheblicher Anstieg an Ermüdungsbrüchen festzustellen ist. Diese maximal zulässigen Werte bzw. die max. Belastungsmenge werden dem Rechner für jedes im Magazin befindliche Werkzeug bei dessen Einsortieren entweder manuell oder automatisch per Sensor eingegeben, so daß der Rechner bei entsprechendem Code-Aufruf die werkzeugspezifischen Werte aufrufen kann.

Nachdem das Werkzeug, beispielsweise ein flexibler Spiralbohrer für eine Wurzelkanalaufbereitung, in das Handstück eingesetzt und der Rechner über das verwendete Werkzeug informiert ist, beginnt der Arzt mit der Behandlung, in dem das Antriebsgerät angefahren wird. Mit Anfahren des Antriebsgeräts mißt der Rechner fortlaufend beispielsweise die Betriebszeitdauer, die Stromhöhe als Ausgangswert zur Bestimmung der Belastungshöhe, die Drehzahl und/oder im Falle eines Schrittmotors die Anzahl von Takten als Referenzwert gefahrener Umdrehungen und speichert diese Werte als zustandsspezifische Werte in einem Zwischenspeicher ab.

Nach Beendigung der Behandlung schaltet der Arzt das Antriebsgerät ab oder gibt alternativ ein Beendigungssignal dem Rechner ein, um diesem das Behandlungsende für dieses Werkzeug anzuzeigen. Der Rechner wertet nunmehr die gemessenen und abgespeicherten zustandsspezifischen Werte aus, welche ein Belastungsprofil für die vergangene Behandlung darstellen und errechnet hieraus eine theoretische Teilbelastungsmenge. Diese Teilbelastungsmenge wird nunmehr einer Gesamtbelastungsmenge aus ggf. vorhergehenden Behandlungen mit dem selben Werkzeug hinzu addiert, um somit die Gesamtbelastungsmenge für dieses Werkzeug zu aktualisieren. Hierauf wird dieses Programm beendet.

Nach Beendigung des vorstehend beschriebenen Programmablauf führt der Rechner ein Sterilisationszyklen-Überwachungsprogramm aus.

Das vom Arzt verwendete Werkzeug wird nach der Behandlung in den Behälter zurückgesteckt. Behälter und Werkzeuge werden anschließend gereinigt und einem Sterilisationsvorgang unterzogen. Es hat sich in Versuchen gezeigt, daß dieser Sterilisationsvorgang die Werkzeuge angreift und zu einer beschleunigten Materialalterung insbesondere einem Abstumpfen der Werkzeuge führt. Aus diesem Grunde zählt der Rechner nach jeder Behandlung die Anzahl an Sterilisationszyklen, um somit die Gesamtzahl an Sterilisationszyklen für dieses verwendete Werkzeug zu aktualisieren.

Der Rechner vergleicht nunmehr gemäß der Fig. 2 nach Aktualisieren der tatsächlichen zustandsspezifischen Werte, insbesondere der Gesamtzahl an Sterilisationszyklen sowie der Gesamtbelastungsmenge diese Ist-Werte mit den maximal zulässigen, werkzeugspezifischen Werten für das verwendete Werkzeug und gibt bei Erreichen oder Überschreiten eines der Maximalwerte ein Warnsignal aus, welches dem Arzt den notwendigen Austausch dieses Werkzeugs anzeigt. In diesem Fall wird der Arzt das Werkzeug nicht mehr im Behälter ablegen, sondern durch ein Neues ersetzen.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird in diesem Ausführungsbeispiel erst nach Beendigung einer Behandlung der Ist-Zustand des Werkzeugs ermittelt und mit dem maximal zulässigen Zustand verglichen. Es kann jedoch der Fall auftreten, daß bereits während einer Behandlung beispielsweise die maximale Benutzungsdauer d. h. die vorbestimmte maximale Gesamtbelastungsmenge erreicht oder sogar überschritten wird. Um dieses Problem auf einfache Weise zu lösen, wird gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel bei der Bestimmung der maximalen Gesamtbelastungsmenge ein Sicherheitsfaktor mit eingerechnet, der derart gewählt ist, daß im Rahmen einer durchschnittlichen Behandlung mit dem entsprechenden Werkzeug diese tatsächliche max. Belastungsmenge nicht erreicht werden kann.

Alternativ zu dieser einfachen Vorgehensweise, könnte insbesondere der Programmablauf für die Einsatzdauer-Über­ wachung gemäß der Fig. 1 derart geändert werden, daß eine zusätzliche Programmschlaufe "Erfassen des Werkzeugzustands und Vergleich des Ist-Werkzeugzustand mit der max. Gesamtbelastungsmenge" vor dem in Fig. 1 gezeigten Schritt "Bohrer prüfen" eingefügt wird, so daß ein entsprechendes Warnsignal ggf. auch während der Behandlung an den Arzt ausgegeben werden kann. In diesem Fall könnte der Sicherheitsfaktor für jedes Werkzeug reduziert und die Standzeit des Werkzeugs noch weiter verlängert werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Überwachung des Zustands eines medizinischen Werkzeugs, insbesondere eines Endo-Werkzeugs, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• a) Eingeben einer werkzeugspezifischen, maximal zulässigen Belastungsmenge in einen Rechner,
• b) Erfassen einer Teilbelastungsmenge resultierend aus einer aktuellen Behandlung und Addieren dieser Teilbelastungsmenge zu einer zustandsspezifischen Gesamtbelastungsmenge resultierend aus vorhergehenden Behandlungen,
• c) Vergleichen der maximal zulässigen Belastungsmenge mit der aktualisierten Gesamtbelastungsmenge und
• d) Ausgeben eines Austauschsignals, falls die Gesamtbelastungsmenge die zulässige Belastungsmenge erreicht oder überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastungsmenge eine theoretische Größe ist, welche aus der Umdrehungszahl, dem Drehmoment, sowie der Behandlungsdauer bestimmbar ist.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Werkzeuge in einem Behälter gelagert und jeweils mit einem Code versehen sind, denen jeweils die werkzeugspezifischen sowie zustandsspezifischen Größen zugeordnet werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach jeder Behandlung mit dem selben Werkzeug die Anzahl an Sterilisationszyklen bezüglich dieses Werkzeugs gezählt und mit einer werkzeugspezifischen Maximalzahl an Sterilisationszyklen verglichen wird, wobei für den Fall daß die Maximalzahl erreicht oder überschritten ist, das Austauschsignal ausgegeben wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Austausch eines Werkzeugs dem Rechner mitgeteilt wird, worauf die zustandsspezifischen Größen zurückgesetzt werden.