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Chirurgisches Verbandsmaterial und Detektorgeräte f':ir dieses Material
Die Erfindung bezieht sich auf chirurgisches Verbandsmaterial und andere Gegenstknde,
z.B. Zangen und Katheter, die in einem Operationssaal bzw. in der Nähe des Körpers
der Patienten benutzt werden, und auf Detektorgeräte fUr dieses Verbandsmaterial
oder andere Gegenstände.
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Während einer Operation stellt die unbeabsichtigte Zurücklassung von
chirurgischem Verbandsmaterial oder anderen Gegenständen im Körper des Patienten
ein wohlbekanntes Risiko dar. Obwohl zwar standartisierte Operationsverfahren benutzt
werden, um zu vermeiden, daß derartige Unfälle auftreten, ist es wünschenswert,
eine einfache unschädliche Methode vorzuschlagen, so daß, wenn nötig, eine letzte
Kontrolle dea Patienten durchgeführt werden kann, bevor er den Operationssaal verläßt,
um sicher zu gehen, ob nicht doch irgendwelches chirurgisches Verbandsmaterial oder
andere Gegenstände in ihm zurückgelassen wurden.
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Üblicherweise wird in der Chirurgie Verbandsmaterial benutzt, das
durch Röntgenstrahlen entdeckt werden kann. Dagegen besteht in der Medizin gegenwärtig
der Trend, die Verwendung von Röntgenstrahlen zu reduzieren, um den menschlichen
Körper so wenig wie möglich derartigen Strahlen auszusetzen.
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches
Verbandsmaterial oder andere Gegenstände der Ausrüstung eines Operationssaales zu
schafen, die,wenn sie sich innerhalb des Körpers befinden, mit einer sicheren Methode
sofort entdeckt werden können.
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Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Detektorgerät
für derartiges chirurgisches Verbandsmaterial und derartige andere Gegenstände zu
schaffen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein chirurgisches Verbandsmaterial, in
dem ein Magnet oder ein magnetisierbares Material, vorzugsweise ein magnetisches
Material, d.h. ein Material, das ein magnetisches Feld aufweist, befestigt ist.
Ein derartiges chirurgisches Verbandsmaterial läßt sich mit einem Gerät entdeeken,
das ein empfindliches Messinstrument für den magnetischen Kraftfluß enthält, vorzugsweise
ein Flux-Gate-Magnetometer, wie es späterhin beschrieben wird.
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Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein chirurgisches Verbandsmaterial,
in dem ein feststellbares oder "tell-tale" Teil angebracht ist, das einen elektrischen
Resonanzkreis, d.h. einen elektrischen Schwingkreis, der bei einer Resonanzfrequenz
Signale aussendet, enthält. Ein derartiger Resonanzkrois wird im weiteren oft als
"Klingelkreis" bezeichnet. Der "Klingelkreis" ist vorzugsweise ein auf Selbstresonanz
abgestimmter
Schwingkreis.
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Gegenstand der Erfindung sind ferner andere feststellbare Gegenstände
der Operationssaalausrüstung, z.B. Zangen und Katheter, die ein magnetisches oder
magnetisierbares Material oder einen Resonanzkreis enthalten. Zwn Beispiel kön nen
Zangen aus einem synthetischen Plastikmaterial geformt werden wobei das magnetische
oder magnetisierbare Material bzw. das Teil, das den Resonanzkreis enthält, in dem
Plastikmaterial eingebettet ist. Ähnlich kann ein Katheter aus Kautschuk oder einem
synthetischen Plastikmaterial geformt werden, wobei ebenfalls das magnetische oder
magnetisierbare Material bzw. das Teil mit dem Resonanzkreis in dem Kathetermaterial
eingebettet ist.
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Das magnetische oder magnetisierbare Material kann ein ferromagnetisches
Material sein, z.B. metallisches Eisen oder eine Legierung oder Verbindung davon,
wie etwa Bariumferrit. Weitere Beispiele für derartig zu benutzende ferromagnetls¢he
Materialien sind die sogenannten keramischen und gesinterten Magnete.
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Das magnetische Material, das vor seiner Einlagerung in das chirurgische
VerbandsmterXål magnetisiert worden ist, und das magnetisierbare Material, das nach
seiner Einlagerung in das chirurgische Verbandsmaterial magnetisiert werden kann,
z.B. kurz bevor das Verbandsmaterial bei einer Operation gebraucht wird, ist in
ein synthetisches Harz oder Elastomeres, z.B. Polyäthylen, Äthylencopolymeres, Polypropylen,
weichgemachtes Polyvinylchlorid oder natürlichen oder synthetischen Kautschuk eingebettet.
Das resultierende Material läßt sich auf einen Trägerfaden aufbringen oder in der
Form von Kügelchen, Streifen, Bändern, Stangen,
Scheiben, Fäden,
Fasern oder Filmen von z.B. wellen- oder sinusförmiger Gestalt,die für den Einbau
in das chirurgische Verbandsmaterial in passender Größe herstellbar sind, gepresst
werden. Sie können z.B. in dem Verbandsmaterial durch Heften oder Heißsiegeln befestigt
werden.
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Das chirurgische Verbandsmaterial, beispielsweise eine Binde oder
ein Tupfer, kann z.B. aus Schichten von Baumwollmull, aus einem geschäumten synthetischen
Harzschwamm, z.B-Polyurethanschwamm, oder aus einem nicht gewebten Material, der
entweder von einem textilen Stoff oder aber von einem nicht gewebten Material umgeben
ist, gebildet werden. Das chirurgische Verbandsmaterial kann aus jedem passenden
Material oder aus einer Kombination der angegebenen und/oder passenden Materialien
gebildet werden. Das Verbandsmaterial wird in der üblichen Weise sterilisiert, z.B.
mit Hilfe von Xthylenoxyddampf oder Gammastrahlen, Gammastrahlen, die z.B. einer
Kobalt-6o-Quelle entstammen, lassen sich dazu benutzen, das schon in der Verpackung
befindliche, luftdicht versiegelte Verbandsmaterial zu sterilisieren.
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Bestimmte ferromagnetische Materialien sind für Röntgenstrahlen undurchsichtig,
so daß Verbandsmaterialien, in denen erfindungsgemäß diese für Röntgenstrahlen undurchsichtigen
ferromagnetischen Materialien eingebaut wurden, ebenso für Röntgenstrahlen auffindbar
werden. FUr den Fall, daß das Verbandsmaterial keine ftir Röntgenstrahlen undurchwichtige
Komponente enthält, kann man es z.B., wie bei dem Verbandsmaterial, das unter dem
Warenzeichen "RAY-TEC" verkauft wird, mit einem solchen Material versehen werden.
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Derartiges Verbandsmaterial kann daher nicht nur durch die später
beschriebenen Geräte, sondern auch durch Röntgenstrahlen
entdeckt
werden, so daß nach der Operation die Möglichkeit eines doppelten Tests geboten
wird.
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Das gleiche gilt für Verbandsmaterial mit Resonanzschwingkreisen,
da man dort ebenfalls für Röntgenstrahlen undurchsichtiges Material für die Resonanzschwingkreise
benutzen oder aber ein zusätzliches für Röntgenstrahlen undurchsichtiges Material
zufügen kann.
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Derartiges Verbandsmaterial oder andere im Operationssaal benötigte
Gegenstände, die mit einem Resonanzschwingkreis versehen sind, lassen sich mit einem
Detektorgerät feststeIlen, das im folgenden beschrieben wird. Als Resonanzkreis
benutit man vorzugsweise einen gedruckten Kreis, beispielsweise/Kupferspirale, deren
Enden mit einem Kondensator verbunden sind und die auf einen schmalen Streifen von
Plastikmaterial gedruckt ist.
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Das Detektorgerät zum Auffinden des chirurgischen Verbandsmaterials
mit Resonanzkreis enthält Mittel zum Erzeugen eines R/F-Signals (Resonanz-Frequenz-Signal)
und eine Sonde zum Aussenden dieses Signals, wodurch der Schwingkreis in Resonanzschwingung
versetzt wird, und einen Empfänger zum Empfangen des Signals, das von dem Sdhwingkreis
ausgesandt wird, ein Siebglied, das mit dem Empfänger gekoppelt-ist und zum Aussieben
des vom Schwingkreis ausgesandten Signals dient, eine Detektoreinrichtung, die auf
das empfangene Signal anspricht,^und damit verbundene Schaltungen. Weiter ist dieses
Gerät so ausgebildet, daß es beispielsweise auf der Unterseite des Operationstisches
angebracht werden kann.
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Als Sonde benutzt man vorzugsweise eine Sende- und Empfangsantenne,
beispielsweise
eine Schleifenantenne. Das Siebglied kann eine erste Senderausblendstufe enthalten,
die mit einem Verstärker verbunden ist, während die Mittel zum Erzeugen eines R/F-Signals
einen Oszillator enthalten können, der einen Endverstärker speist.
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Demgemäß ist der Oszillator, beispielsweise ein Multivibrator, mit
der ersten Senderausblendstufe verbunden, um ein Einblendsignal zu erzeugen. Wenn
sich der Klingelkreis in der Nähe der Sonde befindet, wird er durch einen kräftigen
Impuls von kurzer Dauer, der vom Multivibrator erzeugt und v@m Endverstärker, der
mit der Schleifenantenne verbunden ist, verstärkt wird in Schwingungen versetzt,
die seine natürliche Frequenz besitzen. Die Senderausblendstufe wird ebenfalls vom
Multivibrator überwacht, so daß während der Zeit, in der keine Impulse ausgesandt
werden, die Ausblendstufe offen ist. Das Klingeln des Klingelkreises, das von der
Schleifenantenne aufgefangen wird, wird dann durch den Verstärker verstärkt, Eine
andere Ausführungsform ist ein Oszillator, der sinusförmige Schwingungen erzeugt
und mit dem Endverstärker über eine zweite Senderausblendsture verbunden ist. Dabei
ist ein Clock-Puls-Generator vorgesehen, der rechteckige Impulse in regelmäßigen
Zeitabständen aussendet. Diese rechteckigen Pulse werden als Ausblendsignale auf
die erste und zweite Senderausblendstufe gegeben, so daß das durch den Oszillator
erzeugte Signal durch die zweite Ausblendsture ausgeblendet wird, um das Signal
zu modulieren.
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Die Rechteckimpulse aus dem Clock-Puls-Generator werden dazu benutzt,
jeweils die erste oder zweite Ausblendstufe auszuschalten, so daß eine an ist, wenn
die andere ausgeschaltet
ist. R/F-Schwingungen des Oszillators
werden abwechselnd ausgesandt und blockiert, wenn sie durch die zweite Ausblendstufe
zum Endverstärker übertragen werden. Der Endverstärker speist die Schleifenantenne,
während der Klingelkreis während der Sendeperioden in Schwingungen um seine natürliche
Frequenz (ungeachtet der Oszillator Frequenz) versetzt wird. Während der Empfangsperiode
wird die erste Ausblendstufe eingeschaltet, so daß eine Rückstrahlung des Klingelkreises
von der Schleifenantenne aufgenommen wird und zum Verstärker übertragen wird. Die
besten Resultate werden erzielt, wenn die Frequenz des Oszillators die gleiche wie
die Resonanzfrequenz des Klingelkreises ist.
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Ein derartiges Detektorgerät kann einen Digitalzähler enthalten, der
das Verbandsmaterial und die anderen Gegenstand de, die während der Operation im
Patienten benutzt wurden, zählt und nach Abschluß der Operation eine knochmalige
Zählung derjenigen Gegenstände vornimmt, die vom Operationstisch entfernt wurden,
so daß eine sichtbare Anzeige für diejenigen teile, die noch im Körper des Patienten
zurückgeblieben Sind, sofort gegeben ist.
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Das obige Detektorgerät kann ebenfalls am HerstellungSort des chirurgischen
Verbandsmaterials und der chirurgischen Werkzeuge benutzt werden, um diejenigen
Gegenstände zu entdecken, in denen der Einbau eines Schwingkreises vergessen wurde,
oder die Gegenstände während der Produktion zu zählen.
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Im folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen anhand von
Beispielen erklärt, wobei auf die in den Abbildungen dargestellten Blockschaltbilder
bezug genommen wird.
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Die gebräuchslichste "tell-tale"-Form rür die erfindungsgemäße Anwendung
besteht aus einem abgestimmten Selbstresonanzkreis, d.h. einerInduktanz, die durch
ihre eigene Windungskapazitanz abgestimmt ist. Dadurch vermeidet man die Kosten
eines sonst anzubringenden Kondensators und die damit verbundenen Arbeitsgänge bei
der Herstellung.
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Die Kapazität des Schwingkreises soll so hoch wie möglich sein, während
die FreSuenz gewöhnlich in der Größenordnung von 100 Hz bis 10 MHz liegt. Je höher
die Kapazität der Drosselspule ist, desto größer wird der Pegel des tell-tale-Element,
d.h. das Verhältnis der vom Schwingkreis ausgesandten Strahlung zur ankommenden
Strahlung wird im Resonanzfalle größer Für ein derartiges Klingelsystem ist der
Dämpfungsfaktor des tell-tale-Elements so niedrig wie möglich, so daß der einmal
angeregte Schwingkreis eine zeitlang weiter klingelt.
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Die Schwingungen eines stufenmäßig abgestimmten Schwingkreises klingen
exponentiell ab, wobei die Abklingrate vom Dämpfungsfaktor abhängig ist.
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Geeignete tell-tale Elemente sind verhältnismäßig klein, um in chirurgisches
Verbandsmaterial eingebaut werden zu können.
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Sie können folgendermaßen ausgeführt werden: 1. Flache spiralförmige
Spulen mit kreisförmigem Querschnitt aus lackiertem Kupferdraht. Im allgemeinen
sind diese jedoch nicnt immer zufriedenstellend, da die Kapazität zu niedrig und
deshalb die Resonanzfrequenz zu hoch ist.
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2. Spulen aus Streifen von Kupferfolie mit einer Dicke von ca. 0,005
cm und einer Breite von etwa o,25 cm, die lackiert und spiralförmig um einen Spulenkörper
gewunden ist. Dadurch wird die Selbstkapazität gegenüber der obigen
Spule
aus Kupferdraht erhöht und somit die Resonanzfrequenz erniedrigt. Obwohl die Kapazität
niedrig ist, erhält man Resonanzfrequenzen im Bereich von 20 bis 30 MHz.
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3. Spulen, die durch Umwicklung eines spulenförmigen Spulenkörpers
entstehen. Diese Spulenkörper werden säulenförmig mit lackiertem Kupferdraht umwickelt
und mit größerem Erfolg als die beiden vorhergehenden Spulen angewandt. Mit 600
Bindungen aus lackiertem (47 Normen-Drahtlehre)Kupferdraht wurde eine Kapazität
von 50 bis 60 und eine Selbstresonanzfrequenz von 1 MHz erreicht.
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4. Eine Kapazität von loo wurde bei einer Selbstresonanzfrequenz von
nahezu 1 MHz mit 120 Windungen aus (79/48 Normen-Drahtlehre)Litzendraht erreicht,
der um ein Stück Ferritstab mit einem Durchmesser von o,95 cm und einer Länge von
2,54 cm gewinkelt wurde. Die so erhaltene Spule war die günstigste.
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Die folgenden Experimente wurden mit einer Drosselspule mit hoher
Kapazität (in der Größenordnung von loo) durchgeführt, wobei die Resonanzfrequenz
mit einem äußeren Kondensator auf nahezu 500 KHz abgestimmt wurde. Dabei wurden
Schaltungen gemäß den in Fig. 1 und 2 dargestellten Blockdiagrammen benutzt.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, wird ein noch nicht erregter Schwingkreis
1 in die Nähe einer Schleifenantenne 2 gebracht und dadurch einen scharfen kurzen
Impuls zu Schwingungen angeregt.
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Die Impulse erhält man vom Multivibrator 5 und werden vom Endversthrker
4 verstärkt, der mit der Schleifenantenne 2
verbunden ist. Eine
Senderausblendstufe 5 wird ebenfalls durch den Multivibrator 3 gesteuert, so daß
während det Zeit, in der kein Impuls ausgesandt wird, die Ausblendstufe offen ist.
Das "Klingeln", das vom tell-tale Element zur Schleifenantenne zurückgesandt wird,
wird dann durch den Verstärker 6 verstärkt. Das zurückgesandte und danach verstärkte
Signal wird anschließend durch übliche nicht gezeigte Anzeigegeräte angezeigt. Diese
Anzeigegeräte reagieren empfindlich auf das Signal und vermitteln im Zusammenhang
mit dem Verstärker ein hörbares und/oder sehbares Warnsignal.
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Gemäß Fig. 2 werden die Rechteckimpulse, die man durch den Multivibrator
7 erhält, dazu benutzt, um die Senderausblendstufen 8 und 9 umzuschalten, d.h. wenn
die Ausblendstufe 8 eingeschaltet ist, ist die Ausblendstufe 9 ausgeschaltet und
umgekehrt.
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Hochfrequenzschwingungen, die man durch den Oszillator erhält, werden
wechselweise ausgesandt und blockiert, während sie mit Hilfe der Ausblendstufe 8
auf den Endverstärker 11 übertragen werden. Der Verstärker 11 versorgt die Schleifenantenne
12> so daß das tell-tale Element 13 während der Sendeperioden in Schwingungen
um seine natürliche Frequenz, die unabhängig von der Oszillator-Frequenz ist, versetzt
wird.
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Während der Emptangszeit ist die Ausblendstufe 9 eingesohaltet, so
daß die Rückstrahlung vom tell-tale Element 15 von der Schleifenantenne 12 aufgefangen
wird und zum Verstärker 14 übertragen wird, der mit einem geeigneten Anzeigegerät
sdas auf das Signal empfindlich reagiert, verbunden
ist. Praktischerweise
wird man die Sonde mit der Sende- und Empfangsantenne an der Unterseite des Operationstisches
berestigen und den Rest des Gerätes irgendwo anders unterbringen.
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Bei jedem dieser beiden Systeme ist Vorsicht geboten im Bezug auf
die Sende- und Empfangsantenne, weil diese eine eigene Selbstresonanzfrequenz infolge
ihrer eigenen Induktanz und Streukapazitanz besitzt. Wenn keine Schritte unternommen
werden, dies auszuschalten, kann das Klingeln der Antenne mit dem Klingeln des Resonanzkreises
durcheinandergebracht werden. Die für die Experimente benutzte Antenne war eine
einfache Windung aus Draht. Dies war für die experimentellen Ergebnisse ausreichend
und fUhrt das oben genannte Problem auf ein Mindestmaß zurück.
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Anfänglich wurden Experimente mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung
durchgefUhrt, wobei ein Strom von nahezu 1 Amp.
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in einer Schleife von ca. 6,5 cm2 benutzt wurde. Das benutzte tell-tale
Element war eine Spule mit den unter Punkt 3) angegebenen Bedingungen, die mit einem
Kondensator auf 3o6 KHz abgestimmt worden war. Beobachtungen der Wellenform mit
Hilfe einer Kathodenstrahlröhre, die quer zum tell-tale Element vorgenommen wurden,
ergaben, daß es sowohl an der Vorder- wie auch an der Hinterkante des Impulses zum
Schwingen angeregt wurde. Dieses Klingeln wurde jedoch mit einem Resonator entdeckt,
der angebracht war, um maximale Kopplung in der Antenne zu erreichen. Ohne maximale
Kopplung war das zurückgesahdte Signal mit dem Untergrundrauschen vergleichbar.
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Anschließend wurde die in Fig. 2 dargestellte Anordnung mit
dem
gleichen tell-tale Element untersucht. In diesem Fall betrug der Schleifenstrom
effectiv ca 100µA. Mit einer Oszillatorfrequenz, die auf irgendeinen Wert verschieden
von dem der Resonanzfrequenz des tell-tale Elements eingestellt wurde, wurden ähnliche
Resultate wie für die obige Methode erhalten. Durch das Eistellen der Oszillatorfrequenz
auf die Resonazfrequenz des tell-tale Elements erhielt man eine beträchtliche Verbesserung.
Es war möglich, den Resonator in einer Entfernung von 5 bis 7,7 cm von der Schleifenantenne
zu entdecken. Die Ferritspule aus Litzendraht, wie sie in Punkt 4) erwähnt ist,
konnte in einer Entfernung von 7,5 bis 11 cm von der Schleifenantenne entdeckt werden.
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Um eine weitere Verbesserung zu erreichen, wurde eine Luftspule auf
einen Spulenkern von 7,6 cm innerem Durchmesser und 0,63 cm Höhe mit ca. 100 Windungen
der in Punkt 4) benutzten Litze gewickelt. Diese Spule wurde bei einer Kapazität
von ca. 180 auf 500 KHz abgestimmt. Sie konnte in einer Entfernung von 25 bis 30,5
cm von der Schleifenantenne entdeckt werden.
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Diese Versuche zeigen, daß für ein vernünftiges tell-tale Element
viele Windungen auf einem Spulenkern nötig sind, der möglicherweise aus einem Ferritmaterial
hergestellt ist.
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Dabei verwendet man am besten die in Fig. 2 dargestellte Anordnung,
wobei der Oszillator auf die Resonanzfrequenz des tell-tale Elements eingestellt
ist. Dadurch ist aber eine Kontrolle der natürlichen Frequenz des tell-tale Elements
in höherem Maße notwendig, um eine möglichst vorteilhafte Ausnutzung zu erreichen.
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Es ist vermutlich notwendig, die Schleifenantenne in einem praktizierbaren
System mit mehreren Amp. zu betreiben, um sicher zu stellen, daß das tell-tale Element
laut genug klingelt, um das Signal über die erforderliche Entfernung zurück zu erhalten.
Der Empfänger muß ziemlich verfeinert werden.
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Die chirurgischen Geräte, in denen ein Magnet oder magnetisierbares
Material eingelagert ist, können mit einem Detektorgerät festgestellt werden, das
eine Sonde enthält, in der ein auf Magnetfluß empfindlich reagierendes Gerät eingebaut
ist, das an einer geei-geten Stromquelle, z.B. an einem Wechselstromanschluß angeschlossen
werden kann. Die Sonde soll wenigsten ein magnetflußempfindliches Element enthalten.
In dem Detektorgerät ist weiterhin eine Anzeigevorrichtung vorgesehen. Die Sonde
läßt sich auf einem geeigneten Träger, beispielsweise auf der Unterseeite eines
Operationstisches anbringen. Das von einem chirurgischen Material herrührende magnetische
Feld erzeugt in der Nähe der Sonde eine Veränderung des Signals, das von dem magnetflußempfindlichen
Gerät erzeugt wird. Diese Veränderung wird durch das Detektorgerät angezeigt.
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Als magnetflußempfindliches Gerät wird vorzugsweise ein Flux-gate-Magnetometer
benutzt, das wenigstens ein Fluxgate-Magnetometerelement enthält.
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Das Flux-gate-Magnetometer oder andere hagnetflußempfindliche Geräte
besitzen vorzugsweise eine dritte Wicklung, die an einen Gleichstromanschluß mit
veränderlicher Spannung angeschlossen ist, um äußere magnetische Flüsse zu kompensieren.
Dies ist zweckmäßig, da in einem Operationssaal
immer ein Untergrund
von magnetischen Feldern vorhanden ist, die vori Tag zu Tag variieren können. Dureit
Kompensation dieser äußeren magnetischen Felder, d.h. durch Grob-und Feinabstimmungsregulierung,
wird erreicht, daß kein Signal von dem magnetflußempfindlichen Gerät empfang en
wird, so daß erst in dem Moment, wo das erfindungsgemäße magnetische chirurgische
Material in die Nähe der Sende gebracht wird, ein Ausgangssignal durch das magnetflußempfindliche
Gerät geliefert wird, das durch das Detektorgerät anzeigen wird.
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Als Stromwuelle kann eine Wechselstromquelle dienen, beispielsweise
ein Oszillator, während das Anzeigegerät beispielsweise ein Verstärker in Verbindung
mit einem hörbaren und/oder visuellen Warngerät wie etwa eine Alarmglocke oder ein
aufleuchtendes Licht sein kann.
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Ein derartiges Gerät, das auf der Unterseite eines Operationstisches
angebracht ist, ist fähig, ein magnetisches chirurgisches Material durch eine Platte
von rostfreiem Stahl mit einer Dicke von 48 mm festzustellen. Es gibt einen begrenzten
Bereich, in dem das Ausgangssignal des magnetfiußempfindlichen Geräts durch die
Anwesenheit eines äusseren magnetischen Feldes angezeigt wird. Dies ist ein nützliches
Merkmal des Detektorgeräts, da dieses nur dann arbeiten wird, wenn chirurgisches
Material in diesen begrenzten Bereich gebracht wird, der sich beispielsweise wenig
weiter als der Körper des Patienten unmittelbar oberhalb der Sonde erstreckt.
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Ebenso wie das Detektorgerät für die Schwingkreise kann das nun beschriebene
Detektorgerät mit einem Digitalzähler versehen
sein und bei der
Herstellung des chirurgischen Materials benutzt werden.
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Die Sonde besitzt vorzugsweise zwei oder drei Flux-gate-Magnetometrelemente
oder andere magnetflußempfindliche Elemente, um sicherzustellen, daß in jeder Position
des magnetischen Materials relativ zur Sonde ein Ausgangssignal erhalten wird.
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Als magnetische Material w-ird vorzugsweise ein Ferromagnet benutzt,
der vor seinem Einsetzen in das chirurgische Material magnetisiert wird. Ferromagnete
bleiben fast unbegrenzt magnetisch. Wenn jedoch ein magnetisierbares Material benutzt
wird, genügt es, die Magnetisierung unmittelbar vor dem Einsatz des chirurgischen
Materials während de Operation vorzunehmen. In diesem Falle braucht das magnetisierbare
Material seinen Magnetismus für eine Icürzere Zeitspanne zu behalten. Eine bevorzugte
Ausführungsform des Detektorgeräts für magnetisches chirurgisches Material wird
im folgenden anhand eines Beispiels und den Figuren 3 bis 6 beschrieben.
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Fig. 3 stellt ein einfaches Flux-gate-Magnetometer dar.
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Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm, des Detektorgeräts mit einem Flux-gate-Magnetometer.
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Fig. 5 illustriert das Zusammenwirken von drei Magnetometerelementen
in dem in Fig. 4- beschriebenen Gerät.
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Fig. 6 zeigt einen Operationstisch, auf dessen Unterseite Sonden angebracht
sind.
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Das Flux-gate-Magnetometer gemaß Fig. 5 besteht aus zwei Spulenkernen
aus hochpermeablen Material, die jeweils mit
einer Primärwicklung
2, 2' umgeben sind. Die Primärwicklung 2-2' wird aus zwei Hälften eines Drahtes
hergestellt, so daß die beiden dadurch entstehenden Spulen gleich und miteinander
verbunden sind. Über die beiden Hälften der Primärwindung ist eine Sekundärwindung
3-3' gewicklet.
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Die Primärwindung wird mit Wechselstrom betrieben, und zwar so, daß
die hochpermeablen Kerne 1 praktisch magnetisch gesättigt sind. Da sich die beiden
Hälften der Primärwindung genau gegenüberstehen, zeigt das mit der Sekundärwindung
verbundene Meßinstrument 4 bei Abwesenheit eines magnetischen Feldes keinen Ausschalg.
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Wenn ein statischen magnetisches Feld in die Nähe gebracht wird, wobei
Nord- und Südpol dieses Feldes auf der Achse des Magnetometers liegen, wird es zum
Feld eines der Kerne 1 zuaddiert und vom anderen substrhiert, so daß das Gleichgewicht
in den Primärwindungen gestört ist. Dies wird durch ein von der Sekundärwindungen
herüührendes Signal auf dem Meßinstrument angezeigt. Die Größenordnung des Ausschlags
auf dem Meßinstrument 4 ist proportional zur Stärke des magnetischen Flusses und
zum Winkel zwischen Magnetometerachse und Feldrichtung. Wenn das Feld senkrecht
zur Achse des Magnetometers angebracht wird, erhält man keinen Ausschlag. Maximalausschalg
erhält man, wenn Magnetometerachse und Feldrichtung übereinstimmen. Eine Änderung
der Richtung des angelegten magnetischen Feldes bewirkt eine Änderung des Ausschlages
am Meßinstrument 4.
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Die in Fig. 3 zeigten Spulen können mit einer weiteren dritten Windung
umgeben sein, die von einem veränderbaren
Gleichstrom durchflossen
wird, um ein ständig vorhandenes Magnetfeld, beispielsweise das Erdmagnetfeld zu
el-iminieren.
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Das gemäß Fig. 4 benutzte Magnetometer ist 8,9 cm lang und besitzt
einen Durchmesser von o,95 cm. Es wird mit einem Strom vom 15 mA bei 1 KHz betrieben
und ergibt am Ausgang ca. 1,25 Volt/Gauß Flußdichte, Der maximale)+ist 1,4 mV, wenn
kein axiales Feld vorhanden ist.
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Die Primärwindung 2-2 wird von einem 1 KHz Oszillator 5 bei der erforderlichen
Betriebsspannung betrieben. Der Strom aus der Sekundärspule 3-3' wird verstärkt,
wobei das ankommende Signal vom Verstärker 6 dazu benutzt wird, ein Warngerät 7
zu betätigen, wenn es eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Die dritte Windung
8-8' wird über einen Schiebewiderstand 9 oder dergleichen mit einer Gleichstromquelle
10 verbunden.
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Das Flux-gate-Magnetometer ist sehr empfindlich gegenüber Bewegungen
im Erdmagnetfeld, so daß es nicht in der Hand gehalten werden kann, sondern fest
installiert werden muß, Am besten wird es unterhalb des Operationstisches angebracht.
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In der Praxis ist ein Flux-gate-Magnetometerelement nicht ausreichend.
Es wurde bereits erwähnt, daß ein magnetisches Feld senkrecht zum Magnetometer keinen
Einfluß hat. Zwar kann ein Feld festgestellt werden, dessen Achse fast senkrecht
zum Magnetometer steht, es ist aber denkbar, daß ein Magnet genau senkrecht zum
Magnetometer liegt.
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Nimmt man gemäß Fig. 5 an, daß nur das Magnetometer A vor~ handen
ist, ist ein Magnetfeld in Richtung der Pfeile X #Ausschlag am Meßinstrument 4
oder
Z nicht feststellbar. Wenn das Magnetometer B hinzugefügt wird, werden dessen Signale
zu denen des Magnetometers A zuaddiert, so daß Felder in Richtung von X oder Y oder
jeden dazwischen liegenden Winkel registriert werden.
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Ein Feld in Richtung von Z wird jedoch weder von Magnetometer A noch
B registriert. Deshalb ist es notwendig, ein drittes Magnetometerelement C einzubauen.
In der Praxis wird es wahrscheinloch genügen, nur zwei Magnetometerelemenete A und
B zu benutzen, da ein Feld in Z Richtung genau senkrecht zu den beiden Elementen
stehen muß, um nicht registriert zu werden. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist jedoch
äußerst gering.
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Der in Fig. 6 dargestellte Operationstisch 11 ist mit vier Magnetometern
12 ausgestattet, die in bestimmten Abständen auf der Unterseite des Tisches angebracht
sind. Auf diese Weise wird erreicht, daß ein Magnetometer in jedem Falle in der
Nähe ist, egal wo die Operation ausgeführt wird.
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Die Ausgänge des Magnetometers sind mit einem vie andrigen Kabel von
geringer Leistung mit einem entfernt angebrachten Kontrollgerät 13 verbunden, das
die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform besitzt.
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Die praktischen Grenzen der Anwendung dieses Detektorgeräts sind von
der Stärke des festzustellenden Magnets und vom Rauschpegel des Magnetometers abhängig.
Die Wand eines optimalen mgneten für einen bestimmten Anwendungsbereich wird in
großem Maße von der Remanenz des Magneten abhängen, die ein Maß für die Flußdichte
ist, die nach der Magnetisierung im magnet verbleibt. Weiterhin ist die Koerzitiefkraft
des Magneten wichtig, die ein Maß dafür ist, wie das Material den Restmagnetismus
halten kann.
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Für den Vergleich verschiedener Materialien ist es aber wohl am zweckmäßigsten,
welches unter optimalen Bedingungen den größten Ausschlag ani Meßinstrument 4 verursacht.
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Flexible magnetische Materialien können benutzt werden.
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Diese werden gewöhnlich in Form von Gummi oder Plastik mit Bariumferritzusatz
angeboten. Typische Werte für diese 14aterialien sind eine Restmagnetisierung (Br)
von 1250 Gauß, einer Koerzitiefkraft (Hc) von lloo Oersted und ein Spitzenenergieergebnis
(BHmax) von 0,35#106 Gauß Oersted.
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Die üblich erhältlichen Materialien sind nicht völlig zufriedenstellend,
da man eine ziemlich große Masse benötigt, um sie in einer vernünftigen Entfernung
feststellen zu können. Es wurden Magnete von üblicher Forn benutzt. Physikalisch
ist dieses Material sehr spröde und neigt zum Zerbröckeln, wenn es über bestimmte
Grenzen hinaus beansprucht wird. Magnetisch ist das Material bei Raumtemperatur
sehr stabil, allerdings sinkt die Leistung bei steigender Temperatur.
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Es existiert eine andere Form von flexiblem magnetischen Material
auf Platinbasis mit typischen Werten für Br 6400 Gauß, Hc 48oo Oersted und BEImax
9,2 . 106 Gauß Oersted.
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Dies sind ausgezeichnete Werte, andererseits ist dieses Material aber
relativ teuer.
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Zwei weitere Möglichkeiten sind keramische und gesinterte Magnete,
die in vielen Variationen erhältlich sind. Im allgemeinen sind keramische Magnete
in ihrer Leistungsfähigkeit minderwertiger als gesinterte, aber besser als flexible
Materialien. Keramische Magnete sinu leichter herzustellen und daher billiger als
gesinterte.
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Für chirurgisches Verbandsmaterial kann magnetisierbares
Material
mit niedriger Xoerzitiefkraft und hoher Restmagnetisierung benutzt werden, das vor
dem Gebrauch im Operationsraurn magnetisiert wird. (Die niedrige Koerzitiefkrart
und die damit verbundene geringe Beibehaltung des magnetischen Flusses würde eine
erneute Magnetisierung notwendig machen). Dieses Material würde im Vergleich zu
den oben erwähnten permanenten Magneten sehr wenig kosten.
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Offensichtlich wird der Gebrauch eines nicht flexiblen Materials bedeuten,
daß das tell-tale element entwender in geringer Menge in einer Ecke eines Tupfers
oder in Form eines Streirens von kleinen Kugeln oder Würfeln an einer Seite des
Tupfers angebracht wird, Die dabei gewählte Form hängt von den oekonomischen Verhältnissen
ab. Vom Standpunkt des Herstellers aus wäre es am günstigsten, einen kontinuierlichen
Streifen einzulagern, der beim Zerschneiden des Materials zu Tupfern gleichzeitig
mit zerschnitten wird.
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Wenn ein Tupfer mit magnetischem Material versehen ist, kann er an
Ort und Stelle direkt vor seinem Gebrauch magnetisiert werden. andererseits ist
es ebenfalls möglich, den Patienten nach der Operation einem elektromagnetischen
Feld auszusetzen, wodurch das magnetisierbare Material in jedem Tupfer magnetisiert
wird; der im Patient zurUckgeblieben lSts so daß der Tupfer nunmehr feststellbar
ist.
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In der Praxis ist es schwierig, die beiden Hälften der Primärwindungen
des Flux-gate-Magnetometers völliggleich herzustellen, so daß immer ein gewisser
Unterschied zwischen beiden Spulen bestejit. Dadurch erzeugt die Sekundärwindung
ein unterbrochenes Rauschen. Das Magnetomenter
spricht empfindlich
auf magnetische Wechselfelder, wie diejenigen, die von Wechselstromleitungen und
Apparaturen herrühren, an. Auch hierdurch wird ein Rauschen in der Sekundärspule
erzeugt.
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Offensichtlich wird das gesamte Rauschen ebenso wie das gewünschte
Signal verstärkt und angezeigt. Daher ist es notwendig, das gewünschte Signal, das
vom Heranbringen eines Magneten in die Nähe des Magnetometers herrührt, mit dem
Dadurch wird der praktische Handhabungsbereich der Einrichtung für einen bestimmten
Magneten begrenzt.
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Beim Betrieb dieser Einrichtung wurde gefunden, daß jedes Ansteigen
der maximalen Empfindlichkeit in der Praxis eine Behinderung werden kann. Ein Problems
das mit dem gesamten System verbunden ist, ist die Bewegung eines ferromagnetischen
Materials in der Nähe des Magnetometers, wodurch das Alarmsystem in Gang gesetzt
werden kann. Es ist offensichtlich, daß je empfindlicher das System ist, desto schlechter
das Problem wird, da die Bewegung von Straßenbahnen und anderer verschiedenartiger
Geräte aus größerer Entfernung nachweisbar sind.
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Versuche wurden mit verschiedenen magnetischen Materialien angestellt,
wobei die das einfache Flux-gate-Magnetometer gemäß Fig. 4 benutzt und die Nicht-Anzeigbarkeit
des Geräts ignoriert wurde, die durch eine relative Orientierung von 900 des magnetischen
Feldes zum Magnetometer hervorgerufen wird.
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Ein Stabmagnet vom Typ M 4478 (Mullard Sintered Ticonal-E Material)
mit den Abmaßen 2,54 cm # 0,64 cm # 0,64 cm kann
in einer Entfernung
von 61 bis 76 cm entdeckt werden.
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Ein Stabmagnet aus Caslox VIIA Material (Plessey Co. Limited), ein
keramischer Magnet , mit den Abmaßen 1,9 cm o,64 cm o,48 cm kann in einem Abstand
von ca. 46 cm entdeckt werden.
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Dieser Magnet war insbesondere optimal magnetisiert, um maximale Energieabgabe
beim Arbeiten mit offenem Kreis zu erhalten.
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Die Abmessungen für Jedes bestimmte Material ftir optimales Arbeiten
lassen sich für einen Stabmagneten durch folgende Formel darstellen:
Dabei bedeutet P = magnetische Leitfähigkeit = BdXHd LM= Dicke des Magneten WM =
Breite des Magneten L = Länge des Magneten S = Oberfläche einer Polfläche des Magneten
Bd = Flußdichte des Magneten HD=Selbstentmagnetisierungsfeld Wenn man daher zwei
Abmessungen vorgibt, kann die dritte mit hilfe obiger Formel bestimmt werden.
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Alle Versuche wurden mit einem Flux-gate Magnetometer durchgeführt,
das unterhalb einer Platte aus o,48 cm starkem rostrreiem Stahl von ca. 50 cm Breite
und 91 cm Länge durchgeführt, wobei die Stahlplatte einen Operationstisch simulieren
sollte.
Die Magnete wurden oberhalb der Stahlplatte gehalten.
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Das beschriebene Detektor-gerät läßt sich modifizieren. Beispielsweise
können Mittel zum Kontrollieren des Betriebsstromes für die Flu-gate-Magnetometerelemente
eingebaut werden und für jedes Magnetometer eigene Gleichstromregler zur Kompensation
des äußeren Feldes angebracht werden. Insbesondere das Letztere ist schwierig und
es ist deshalb angebracht, entweder ein sehr empfindliches Pot-entiometer oder zwei
separate, -eine Grob- und eine Feinkontrolle zu benutzen.
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Benutzt man mehr als ein Magnetometer, wird diese Operation sehr komplex
und es würde von beträchtlichen Vorteil sein, die Kontrolle der Potentiometer mit
einer Hilfsv-orrichtung vorzunehmen, so daß jedes Magnetometer automatisch durch
einen Knopfdruck auf 0 eingestellt werden kann. Dadurch werden jedoch die Kosten
der Einrichtung vergrößert.
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Ein anderes Problem, das ins Auge gefasst werden muß und bereits früher
erwähnt wurde, ist die Tatsache, daß die Bewegung von verschiedenartigen Operationssaalausrüstungen
eine Veränderung des Feldes rund um das Magnetometer bewirkt, so daß ine Null-Einstellung
nötig ist. Um dies zu bewerkstelligen, kann man für jedes Magnetometer Null-Kontrollen
anbringen, eines als "Gedächtnis" und das andere als "zeitweilig". Zu Beginn beispielsweise
jedes Trages werden alle Geräte aus der Umgebung des Operationstisches entfernt
und das Detektorgerät auf "Gedächtnis" gestellt. In diesem Zustand wird die Einheit
auf Null eingestellt, so daß dieser Zustand auf diese Weise im "Gedächtnis" aufgehoben
wird. Dadurch wird eine Bezugsbedingung gebildet, bei
der der Operationstisch
von anderem Gerät frei ist.
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Die notwendigen Geräte im Operationssaal können dann in eine Position
rund um den Tisch placiert werden, wobei dann die Detektoreinrichtung auf "zeitweilig"
eingestellt wird und für diesen Zustand eine Nulleinstellung vorgenommen wird. Wenn
während des Verlaufs der Operation irgendein Gegenstand der Operationssaalausrüstung
bewegt wird, wodurch der Alarm ausgelöst wird, kann die Detektoreinrichtung mit
der zeitweiligen Kontrolle wieder auf Null eingestellt werden.
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Wenn der Chirurg am Ende der Operation irgendwelche Zweifel über das
Vorhandensein eines Tupfers im Körper des Patienten besitzt, wäre es möglich, die
anfänglichen Bezugsbedingungen wieder herzustellen und einen abschließenden Test
mit der "Gedächtnls"-Kontrolle vorzunehmen.
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Die Messungen bei den beiden Bezugsbedingungen am Anfang und am Ende
einer Operation erfüllen die wesentlichen Forderungen dieser Erfindung, da hierdurch
jeder Tupfer in der Nähe des Patienten nach Beendigung der Operation entdeckt wird.
Hierbei ist es nicht nötig, während der Operation die Tupfer rund um den Patienten
ständig zu überwachen.
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Wenn dies aber der Fall wäre, wären zeitweilige Nullkontrollen nicht
notwendig, wodurch die Detektoreinrichtung weniger kompliziert und billiger wird.
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Natürlich müssen die Paramet-er des Detektorgerätes wld des magnetischen
und magnetisierbaren Materials in dem Verbandsmaterial und den anderen Gegenständen
gemäß der vorliegenden Erfindung so gewählt werden, daß das chirurgische Material
in
einem bestimmten Bereich der Sonde entdeckt werden kann, Das Gerät ist einfach in
der Bedienung, kompakt und tragbar.
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Durch das Anbringen der Sonde unterhalb des Operationstisches hindert
es in keinster Weise die Bewegungen des.
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Chirurgs. Am Ende der Operation kann der Apparat angeschaltet werden,
nachdem vorher der Untergrund irgendwelcher äußeren magnetischen Felder kompensiert
wurde, so daß jedes Signal, das von dem Detektor erzeugt wirdß die Anwesenheit von
Verbandsmaterial oder anderen Gegenständen im Körper des Patienten anzeigt.