-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine chirurgische Antriebseinheit
eines chirurgischen Instruments, welche einen Motor mit mindestens
zwei Motorwicklungen und eine Speichereinrichtung zur Speicherung
von die Antriebseinheit und/oder den Motor charakterisierenden Daten
umfasst.
-
Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Instrument
umfassend eine Antriebseinheit und ein mit der Antriebseinheit verbundenes oder
verbindbares und von der Antriebseinheit antreibbares chirurgisches
Werkzeug, wobei die Antriebseinheit einen Motor mit mindestens zwei
Motorwicklungen und eine Speichereinrichtung zur Speicherung von
die Antriebseinheit und/oder den Motor charakterisierenden Daten
umfasst.
-
Des
Weiteren umfasst die vorliegende Erfindung ein chirurgisches Antriebssystem
umfassend mindestens eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
und mindestens zwei mit dieser verbindbare und ansteuerbare chirurgische
Antriebseinheiten oder chirurgische Antriebseinheiten umfassende
chirurgische Instrumente, wobei mindestens eine der mindestens zwei
chirurgischen Antriebseinheiten einen Motor mit mindestens zwei
Motorwicklungen und eine Speichereinrichtung zur Speicherung von
die Antriebseinheit und/oder den Motor charakterisierenden Daten
umfasst.
-
Vorrichtungen
der eingangs beschriebenen Art sind beispielsweise aus der
DE 102 25 857 A1 bekannt.
Die Antriebseinheiten beziehungsweise Motoren des dort beschriebenen
Antriebssystems sind mit jeweils einer Speichereinrichtung ausgestattet,
in der den Motortyp charakterisierende Daten abgespeichert sind.
Diese Daten werden bei der Herstellung in der Speichereinrichtung
hinterlegt und sind vom Verwender nicht änderbar. Bei Motoren
mit drei Motorwicklungen werden zur Ansteuerung des Motors drei Anschlussleitungen
benö tigt, um den Motor mit einem Motorsteuergerät
zu verbinden. Um den jeweiligen Motor charakterisierende Daten in
das Steuergerät zu übertragen, sind weitere Steuer-
und/oder Datenleitungen erforderlich. Folge hiervon ist, dass je nach
Anforderung eine entsprechende Anzahl von Kontakten für
die Anschlussleitungen des Motors und die Steuer- und/oder Datenleitungen
vorzusehen ist. Da die Antriebseinheiten jedoch nach einem chirurgischen
Eingriff gereinigt und gegebenenfalls dampfsterilisiert werden müssen,
können Kontaktprobleme nicht ausgeschlossen werden, insbesondere
bei den Steuer- und Datenleitungen, die nicht mit den Motorwicklungen
verbunden werden.
-
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zuverlässigkeit
von Antriebseinheiten, Instrumenten und Antriebssystemen der eingangs
beschriebenen Art zu verbessern.
-
Diese
Aufgabe wird bei einer chirurgischen Antriebseinheit, bei einem
chirurgischen Instrument und bei einem chirurgischen Antriebssystem
der jeweils eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass die Antriebseinheit eine erste Sende- und
Empfangseinrichtung, welche mit der Speichereinrichtung verbunden
ist, und eine zweite Sende- und Empfangseinrichtung, welche mit
mindestens zwei Anschlusskontakten des Motors verbunden ist, umfasst
und dass die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung
derart ausgebildet sind und zusammenwirken, dass Daten berührungslos
zwischen ihnen übertragbar sind.
-
Die
erfindungsgemäße Weiterbildung bekannter chirurgischer
Antriebseinheiten, die insbesondere Teile eines chirurgischen Instruments
sowie eines chirurgischen Antriebssystems sein können, hat
insbesondere den Vorteil, dass Daten aus der Speichereinrichtung über
die Anschlusskontakte, welche mit den mindestens zwei Motorwicklungen und
gegebenenfalls mit Anschlussleitungen des Motors leitend verbunden
sind, ausgelesen werden können. Zusätzliche Steuer-
oder Datenleitungen sind zum Auslesen der Speichereinrichtung nicht
erforderlich. Insbesondere bei neuen Motorgenerationen, die in Verbindung
mit geeigneten Steuer- und/oder Regelungseinrichtungen eine Drehzahldetektion ohne
Sensoren am Motor oder der Antriebseinheit ermöglichen
und bei denen daher keine Daten- oder Steuerleitungen vorgesehen
werden müssen, eignet sich die erfindungsgemäß vorgeschlagene
Weiterbildung hervorragend, um gänzlich auf die Daten-
oder Steuerleitungen zu verzichten. Die Abfrage des Motortyps kann
dann beispielsweise erfolgen, indem vor Inbetriebnahme des Motors über
die Motoranschlusskontakte- oder -leitungen, die mit der ersten Sende-
und Empfangseinrichtung verbunden sind, berührungslos durch
Datenaustausch mit der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung Motortypdaten aus
der Speichereinrichtung ausgelesen und beispielsweise an ein Motorsteuergerät übertragen
werden können, um in diesem bestimmte Betriebsparameter
in gewünschter Weise automatisch einzustellen. So kann
vermieden werden, dass der Motor beispielsweise mit zu hohen Strömen
bestromt und außerhalb eines zulässigen Drehzahlbereichs
betrieben werden kann. In jedem Fall wird durch den erfindungsgemäß möglichen
Verzicht auf Steuer- oder Datenleitungen die Zahl von Kontakten
an der Antriebseinheit reduziert, welche infolge von Korrosion bedingt
durch Reinigung und Sterilisierung eine dauerhafte Funktionssicherheit
der Antriebseinheit infrage stellen können.
-
Ein
besonders einfacher und sicherer Datenaustausch ist möglich,
wenn die erste und/oder die zweite Sende- und Empfangseinrichtung
in Form einer Antenne ausgebildet sind.
-
Ein
besonders einfacher Aufbau der Antriebseinheit lässt sich
dadurch erreichen, dass eine der mindestens zwei Motorwicklungen
die zweite Sende- und Empfangseinrichtung bildet. Der ausgewählten
Motorwicklung kommt somit eine Doppelfunktion zu. Zum Einen ist
sie Bestandteil des Motors als eigentlichem Antriebselement und
zum Anderen bildet sie einen Teil einer Übertragungseinrichtung, um
Daten aus der Speichereinrichtung beispielsweise zu einer Steuer-
und/oder Regelungseinrichtung in Form eines Motorsteuergeräts
zu übertragen. Dieser Aufbau gestattet es, die Anschlusskontakte
beziehungsweise -leitungen zum Motor auch als Steuer- oder Datenleitungen
zu nutzen, insbesondere dann, wenn der Motor nicht betrieben wird.
Eine Verbindung der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung mit der
zweiten Sende- und Empfangseinrichtung kann somit direkt über
die Motoranschlusskontakte, also über die Anschlusskontakte
der ausgewählten Motorwicklung erfolgen.
-
Auf
einfache Weise lassen sich beispielsweise Daten zur Charakterisierung
des Motors, beispielsweise des Motortyps, von der Antriebseinheit an
eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung übermitteln,
wenn zwischen der ersten und zweiten Sende- und Empfangseinrichtung
mit der Speichereinrichtung gespeicherte Daten berührungslos übertragbar
sind.
-
Ein
Signal- oder Datenaustausch zwischen der ersten und zweiten Sende-
und Empfangseinrichtung wird besonders einfach, wenn diese ausgebildet sind
zum Senden und Empfangen elektromagnetischer Wellen. Als Frequenzen
kommen hier Frequenzen in Bereichen zwischen 30 und 500 kHz, 3 bis
30 MHz, im 433 MHz-Band, zwischen 850 und 950 MHz sowie Mikrowellenfrequenzen
in einem Bereich von 2,4 bis 2,5 GHz infrage.
-
Grundsätzlich
wäre es denkbar, die erste und die zweite Sende- und Empfangseinrichtung
elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Um insbesondere die
zweite Sende- und Empfangseinrichtung auch für andere Zwecke
nutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die erste und
die zweite Sende- und Empfangseinrichtung berührungslos
miteinander gekoppelt sind. So kann insbesondere bei unterschiedlicher
Bestromung der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung verhindert
werden, dass Schädigungen an der Antriebseinheit auftreten
können.
-
Eine
besonders einfache Form der Kopplung zwischen der ersten und zweiten
Sende- und Empfangseinrichtung ist eine induktive Kopplung. Grundsätzlich
wäre es auch möglich, die Sende- und Empfangseinrichtungen
kapazitiv miteinander zu koppeln.
-
Günstigerweise
ist die chirurgische Antriebseinheit mit einer Motoridentifikationseinrichtung
zum Identifizieren der Art oder des Typs der chirurgischen An triebseinheit
und/oder des Motors ausgestattet. Die Motoridentifikationseinrichtung
ermöglicht es, beispielsweise in der Speichereinrichtung
der Antriebseinheit hinterlegte Daten betreffend die Art oder den
Typ der Antriebseinheit und/oder des Motors vor deren Betrieb abzufragen
und beispielsweise auf eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
zu übertragen.
-
Besonders
einfach wird der Aufbau der Motoridentifikationseinrichtung sowie
der Antriebseinheit, wenn die Motoridentifikationseinrichtung die Speichereinrichtung
umfasst. So kann mit einer minimalen Zahl von Bauteilen eine Antriebseinheit
ausgebildet werden.
-
Noch
kompakter und einfacher lässt sich die chirurgische Antriebseinheit
ausbilden, wenn die Motoridentifikationseinrichtung die zweite Sende-
und Empfangseinrichtung umfasst. So lässt sich quasi durch
Einbau eines einzigen Bauteils nicht nur die Speichereinrichtung,
sondern optional auch die zweite Sende- und Empfangseinrichtung,
in einem Montageschritt in die Antriebseinheit einbauen.
-
Besonders
einfach und kostengünstig herzustellen wird die chirurgische
Antriebseinheit, wenn die Motoridentifikationseinrichtung in Form
eines RFID (Radio Frequency Identification)-Bauelements ausgebildet
ist. Derartige Bauelemente, die auch als RFID-Chips oder Transponder-Chips
bezeichnet werden, sind in unterschiedlichen Bauformen und Größen
erhältlich und eignen sich zum Einbau als Baugruppe, welche
mehrere Unterfunktionen realisieren kann. Insbesondere kann ein
RFID-Chip eine Sende- und Empfangseinrichtung sowie eine Speichereinrichtung
umfassen.
-
Um
eine besonders gute Ankopplung für einen guten Austausch
von Signalen und Daten zu haben, ist es vorteilhaft, wenn die Motoridentifikationseinrichtung
räumlich in der Nähe der zweiten Sende- und Empfangseinrichtung
angeordnet ist. Vorzugsweise wird die Anordnung der von der Motoridentifikationseinrichtung
umfassten ersten Sende- und Empfangseinrichtung konstruktiv so gewählt, dass
die erste und zweite Sende- und Empfangseinrichtung optimiert miteinander
wechsel- und zusammenwirken können.
-
Um
keine zusätzliche Energiequelle für die Motoridentifikationseinrichtung
zu benötigen, ist es günstig, wenn diese in Form
einer passiven Motoridentifikationseinrichtung ausgebildet ist.
Selbstverständlich könnte auch eine aktive Motoridentifikationseinrichtung
vorgesehen werden, welche eine Energieversorgung zum Betreiben ihrer
Untereinheiten benötigt. Passive Motoridentifikationseinrichtungen haben
den Vorteil, dass sie eine zu ihrem Betrieb erforderliche Energie
aus einem hochfrequenten elektromagnetischen Wechselfeld entnehmen
können, welches durch die zweite Sende- und Empfangseinrichtung
erzeugt wird.
-
Günstigerweise
sind mit der ersten und/oder zweiten Sende- und Empfangseinrichtung
elektromagnetische Hochfrequenzfelder geringer Reichweite erzeugbar.
Somit können insbesondere kurze Abstände zwischen
den Sende- und Empfangseinrichtungen ohne Schwierigkeiten und mit
hoher Präzision überbrückt werden.
-
Vorteilhafterweise
umfasst die Speichereinrichtung einen nicht-flüchtigen
Speicher. So wird sichergestellt, dass die im Speicher enthaltenen
Daten dauerhaft erhalten bleiben.
-
Um
zu verhindern, dass von einem Benutzer die in der Speichereinrichtung
enthaltenen Daten versehentlich gelöscht oder überschrieben
werden können, ist es vorteilhaft, wenn die Speichereinrichtung
einen nicht-beschreibbaren Speicher umfasst. Dadurch ist jegliche
Manipulation der Speichereinrichtung, um die darin vom Hersteller
gespeicherten Daten zu ändern, ausgeschlossen.
-
Günstig
ist es, wenn die Speichereinrichtung in Form eines Nur-Lese-Speicher
(ROM) ausgebildet ist. Ein solcher Speicher kann beispielsweise
nur einmalig beschrieben werden, jedoch beliebig oft ausgelesen.
So kann beispielsweise ein Hersteller jeder Antriebseinheit individuelle
Daten zu deren Charakterisierung zuordnen, beispielsweise den Motortyp, eine
Seriennummer oder auch eine Typ- oder Seriennummer der Antriebseinheit
insgesamt.
-
Vorzugsweise
umfasst der Motor drei Motorwicklungen. Dies ermöglicht
es, herkömmliche Motoren zur Ausbildung der Antriebseinheit
zu nutzen.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann ferner vorgesehen
sein, dass die Antriebseinheit eine Motorsperreinrichtung zum Sperren
eines Betriebs des Motors umfasst. Diese Weiterbildung ist insbesondere
auch bei einer chirurgischen Antriebseinheit der eingangs beschriebenen Art
möglich. Die Motorsperreinrichtung gestattet es, gezielt
festzulegen, ob und wann ein Motor der Antriebseinheit überhaupt
betrieben, insbesondere bestromt, werden kann. Erst durch eine entsprechende Aktivierung
oder Deaktivierung der Motorsperreinrichtung kann beispielsweise
der Motor entsperrt und betrieben werden.
-
Besonders
einfach wird der Bau der Motorsperreinrichtung, wenn diese ein mit
zwei Motoranschlusskontakten verbundenes Schaltelement umfasst.
Vor dem eigentlichen Betrieb des Motors kann dann beispielsweise über
zwei Motoranschlusskontakte, also beispielsweise über zwei
Wicklungskontakte, abgefragt werden, ob das Schaltelement geöffnet
oder geschlossen ist. Je nach Schaltstellung des Schaltelements
kann dann beispielsweise in einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
detektiert werden, ob die Motorsperreinrichtung eine Sperr- oder
Freigabestellung einnimmt, in welcher der Motorbetrieb gesperrt
beziehungsweise freigegeben ist.
-
Um
die Abfrage der Motorsperreinrichtung zu vereinfachen, insbesondere
ob diese eine Sperr- oder Freigabestellung einnimmt, ist es günstig,
wenn die Motorsperreinrichtung einen mit dem Schaltelement in Serie
zwischen zwei Motoranschlusskontakte geschalteten frequenzabhängigen
Widerstand umfasst. Beispielsweise in einem Abfragebetrieb der Steuer-
und/oder Regelungseinrichtung kann so über die zwei Motoranschlusskontakte
ein Hochfre quenzstrom geleitet werden. Ist das Schaltelement geschlossen,
dann kann in Abhängigkeit der Art des frequenzabhängigen
Widerstands der Hochfrequenzstrom durchgeleitet werden oder nicht.
-
Besonders
einfach wird der Aufbau der Motorsperreinrichtung, wenn der frequenzabhängige Widerstand
ein Kondensator ist. Dieser leitet einen Hochfrequenzstrom, so dass
ein Stromfluss über die zwei Motoranschlusskontakte detektiert
werden kann, wenn das Schaltelement geschlossen ist.
-
Vorzugsweise
umfasst die chirurgische Antriebseinheit einen Temperatursensor.
Dieser gestattet es, eine Temperatur der Antriebseinheit zu bestimmen.
Beispielsweise kann dies eine Temperatur der Antriebseinheit vor
oder nach Inbetriebnahme sein. Denkbar wäre auch eine Temperaturbestimmung während
eines Betriebs, um so ein Betriebstemperaturprofil zu erstellen.
-
Der
Aufbau der Antriebseinheit wird besonders einfach, wenn die Motoridentifikationseinrichtung
den Temperatursensor umfasst.
-
Um
Temperaturdaten von der Antriebseinheit auslesen zu können,
ist es günstig, wenn zwischen der ersten und zweiten Sende-
und Empfangseinrichtung von mit dem Temperatursensor erfasste Temperaturdaten
berührungslos austauschbar sind. Beispielsweise kann die
erste Sende- und Empfangseinrichtung mit dem Temperatursensor direkt
oder indirekt über eine entsprechende Schaltung verbunden sein.
-
Um
beispielsweise nach einem Betrieb der Antriebseinheit ein Temperaturprofil
während des Betriebs der Antriebseinheit aufnehmen zu können,
ist es vorteilhaft, wenn der Temperatursensor einen Temperaturdatenspeicher
umfasst.
-
Bei
einem erfindungsgemäß weitergebildeten chirurgischen
Instrument ist es günstig, wenn mindestens eine der mindestens
zwei chirurgischen Antriebseinheiten eine der oben beschriebenen
chirurgischen Antriebseinheiten ist. Das Instrument weist dann die
oben im Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausgestaltungen der Antriebseinheit
beschriebenen Vorteile auf.
-
Des
Weiteren ist es bei einem erfindungsgemäß weitergebildeten
Antriebssystem günstig, wenn mindestens eine der mindestens
zwei chirurgischen Antriebseinheiten eine der oben beschriebenen
chirurgischen Antriebseinheiten ist. Folglich weist auch das chirurgische
Antriebssystem die im Zusammenhang mit den oben beschriebenen vorteilhaften
Ausführungsformen chirurgischer Antriebseinheiten erläuterten
Vorteile auf.
-
Günstigerweise
umfassen bei einem chirurgischen Antriebssystem die mindestens zwei
chirurgischen Antriebseinheiten unterschiedliche Motortypen. Sie
können dann ohne Weiteres in der oben im Detail beschriebenen
Weise, insbesondere automatisch, identifiziert werden.
-
Für
einen Nutzer wird der Aufbau des Antriebssystems besonders einfach
handhabbar, wenn die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung in Form eines
Motorsteuergerätes ausgebildet ist. Dieses kann insbesondere
entsprechende Schnittstellen zum Verbinden mit Anschlussleitungen
oder Anschlusskabeln umfassen, die an ihrem anderen Ende mit einer
Antriebseinheit oder einem Motor des Antriebssystems, insbesondere
mit den Motorwicklungen, verbindbar oder verbunden sind. Das Motorsteuergerät
kann insbesondere auch eine Anzeigevorrichtung aufweisen, auf der
vorgegebene und aktuelle Betriebsdaten und Parameter des Systems
angezeigt werden können.
-
Um
die mindestens zwei Antriebseinheiten mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
verbinden zu können, ist es vorteilhaft, wenn Anschlusskabel,
also mindestens ein Anschlusskabel, vorgesehen sind, mit denen die
Antriebseinheiten mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
verbindbar sind. Die Anschlusskabel können dauerhaft mit
der Antriebseinheit oder einem Motor verbunden oder mit diesen lösbar
verbindbar sein.
-
Vorteilhafterweise
umfassen die Anschlusskabel jeweils nur so viele Leitungen, wie
der mit ihnen verbundene oder verbindbare Motor Motorwicklungen
umfasst. So wird der Aufbau der Anschlusskabel besonders einfach,
denn es müssen keine Steuer- und/oder Datenleitungen vorgesehen
werden. Optional können selbstverständlich zusätzlich
Steuer- und/oder Datenleitungen vorgesehen sein.
-
Vorzugsweise
ist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung des Antriebssystems
derart ausgebildet, dass in einem ersten Abfragemodus detektierbar
ist, ob eine Antriebseinheit mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
verbunden ist. Bevor der eigentliche Betrieb der Antriebseinheit
aufgenommen wird, beispielsweise durch Bestromen der Motorwicklungen,
kann so im ersten Abfragemodus detektiert werden, ob überhaupt
eine Antriebseinheit mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
verbunden ist. Hier kann quasi in einem Stand-By-Betrieb permanent
abgefragt werden, ob ein Motor kontaktiert ist.
-
Des
Weiteren kann es vorteilhaft sein, wenn die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
derart ausgebildet ist, dass dann, wenn eine Antriebseinheit mit
der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung verbunden ist, in einem
zweiten Abfragemodus die in der Speichereinrichtung hinterlegten
Daten unter Verwendung der ersten und zweiten Sende- und Empfangseinrichtung
auslesbar und an die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung übertragbar
sind. Wird bei der Abfrage der Antriebseinheit durch das Steuergerät
festgestellt, dass eine Antriebseinheit kontaktiert ist, wird somit
im zweiten Abfragemodus beispielsweise der Motortyp abgefragt und
an die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung übermittelt.
-
Des
Weiteren kann es günstig sein, wenn die Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass dann, wenn eine
Antriebseinheit mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung verbunden
ist, in einem dritten Abfragemodus durch Leiten eines hochfrequenten
Stromes über die mit der Motorsperreinrichtung verbundenen
Anschlusskontakte detektierbar ist, ob das Schaltelement geöffnet
oder geschlossen ist. Auf diese Weise kann festgestellt werden,
ob die Motorsperreinrichtung eine Freigabestellung, in welcher der
Motor betrieben werden kann, oder eine Sperrstellung, in welcher
der Motor nicht betrieben werden kann, einnimmt. In Abhängigkeit
des Abfrageergebnisses kann die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
eine Bestromung der Motorwicklungen gezielt zulassen oder auch nicht.
-
Um
Fehlfunktionen des Antriebssystems zu vermeiden, ist es vorteilhaft,
wenn die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist,
dass der Motor nur bestrombar ist, wenn im dritten Abfragemodus
detektiert wurde, dass das Schaltelement geschlossen ist. Ist beispielsweise
das Schaltelement so ausgebildet, dass eine Bedienperson anhand
einer Stellung des Schaltelements oder eines Betätigungselements
desselben erkennen kann, ob die Motorsperreinrichtung die Sperrstellung oder
die Freigabestellung einnimmt, kann so ein sicherer Betrieb des
Antriebssystems und seiner Antriebseinheiten sichergestellt werden.
-
Um
Daten auf einfache Weise aus der Speichereinrichtung der Antriebseinheit
auslesen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Steuer-
und/oder Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass die in der
Speichereinrichtung der Antriebseinheit hinterlegten Daten unter
Verwendung der ersten und zweiten Sende- und Empfangseinrichtung
auslesbar und an die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung übertragbar
sind.
-
Des
Weiteren kann es günstig sein, wenn die Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass mit dem Temperatursensor
bestimmte Temperaturdaten unter Verwendung der ersten und zweiten
Sende- und Empfangseinrichtung auslesbar und an die Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung übertragbar sind. Auf diese Weise
ist es möglich, Temperaturdaten auszulesen und zur weiteren
Verarbeitung an die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zu übermitteln.
Insbesondere kann so nach einem Betrieb der Antriebseinheit festgestellt werden,
ob während des letzten Betriebsintervalls eine Überhitzung
des Motors erfolgt ist. Gegebenenfalls kann dann eine wei tere Bestromung
der Antriebseinheit unterbunden werden, um Fehlfunktionen und gegebenenfalls
eine Zerstörung der Antriebseinheit zu vermeiden.
-
Vorteilhafterweise
ist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung derart ausgebildet,
dass die Temperaturdaten im zweiten Abfragemodus übertragbar
sind. Dies bedeutet, dass sie vorzugsweise nur dann übertragbar
sind, wenn die Antriebseinheit mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
verbunden ist, jedoch nicht betrieben wird, also ihre Motorwicklungen
unbestromt sind.
-
Zur
Erhöhung der Betriebssicherheit des Antriebssystems kann
es günstig sein, wenn die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung
derart ausgebildet ist, dass Betriebsparameter zum Betreiben einer
mit der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung verbundenen Antriebseinheit
in Abhängigkeit der aus der Speichereinrichtung ausgelesenen
Daten automatisch einstellbar sind. Mit anderen Worten bedeutet dies,
dass beispielsweise ein Maximalstrom und damit eine Maximaldrehzahl
der Antriebseinheit in Abhängigkeit des mit der Steuer-
und/oder Regelungseinrichtung verbundenen Motors automatisch begrenzt
werden können. Die dem Motortyp zuzuordnenden Betriebsparameter
können beispielsweise in einem Speicher der Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung hinterlegt sein. So lassen sich auch nachträglich,
ohne die Antriebseinheiten ändern zu müssen, Betriebsparameter
für bestimmte Motoren auf den neuesten Stand bringen, beispielsweise
mit neuen Programmversionen einer Steuer- und/oder Regelungssoftware
der Steuer- und/oder Regelungseinrichtung.
-
Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung. Es zeigen:
-
1:
eine schematische Übersichtsdarstellung eines chirurgischen
Antriebssystems;
-
2:
eine schematische Darstellung eines chirurgischen Instruments sowie
einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung eines chirurgischen Antriebssystems;
-
3:
eine schematische Darstellung eines Motors einer Antriebseinheit
mit einer Motoridentifikationseinrichtung;
-
4:
eine Schaltplanskizze eines Motors einer Antriebseinheit mit Motoridentifikationseinrichtung;
und
-
5:
eine Schaltskizze analog 4 mit zusätzlicher
Motorsperreinrichtung.
-
In 1 ist
schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
chirurgisches Antriebssystem dargestellt, umfassend eine Steuer- und/oder
Regelungseinrichtung in Form eines Steuergeräts 12,
fünf Antriebseinheiten 14a bis 14e, zwei, ebenfalls
Antriebseinheiten bildende Shaverhandstücke 16a und 16b,
ein eine weitere Antriebseinheit bildendes Pistolenhandstück 18,
zwei Anschlusskabel 20 und 22 sowie eine Fußsteuerung 24.
-
Das
Steuergerät 12 umfasst einen in einem Gehäuse 26 angeordneten
flachen Bildschirm 28 in Form eines Touchscreens. Zu beiden
Seiten des Bildschirms 28 sind je drei Bedienelemente 30a bis 30c beziehungsweise 30d bis 30f angeordnet.
-
Zwei
Schalter 32a und 32b sind unterhalb des Bildschirms 28 auf
einer Linie angeordnet mit einer Anschlussbuchse 34 zum
Anschluss der Fußsteuerung 24 über ein
optionales Anschlusskabel 25 und mit zwei Anschlussbuchsen 36a und 36b zum Anschluss
der Anschlusskabel 20 und 22, mit denen die Antriebseinheiten
mit dem Steuergerät 12 verbunden werden können.
Optional kann außerdem ein Anschluss 38 für
ein Fluidsystem zur Zufuhr und Abfuhr von Fluiden aus einem Operationsbereich
vorgesehen sein, beispielsweise auch zur Versorgung von Spül-
oder Absaugkanälen an mit den Antriebseinheiten 14,
den Shaverhandstücken 16 oder dem Pistolenhandstück 18 verbindbaren,
nicht dargestellten Handstücken oder Werkzeugen, mit welchen
zusammen die Antriebseinheiten chirurgische Instrumente des Antriebssystems 10 bilden.
-
Die
Antriebseinheiten 14a bis 14e umfassen jeweils
eine Kabelkupplung 40a bis 40e, die mit einem
Kupplungsstück 44 des Anschlusskabels 20 oder
einem Kupplungsstück 46 des Anschlusskabels 22 beliebig
verbindbar sind. Ebenso weisen die beiden Shaverhandstücke 16a und 16b sowie
das Pistolenhandstück 18 jeweils eine Kabelkupplung 40f, 40g beziehungsweise 40h auf,
die mit einem der beiden Kupplungsstücke 44 oder 46 verbindbar
sind.
-
An
ihrem jeweils anderen Ende sind die Antriebseinheiten 14a bis 14e mit
Handstück- oder Werkzeugkupplungen 14a bis 14e ausgestattet,
auf die nicht dargestellte Handstücke, beispielsweise Bohrerhandstücke,
Sägehandstücke oder dergleichen angekuppelt und
durch die Antriebseinheiten 14a bis 14e angetrieben
werden können. Je nach Ausgestaltung können die
Antriebseinheiten 14a bis 14e auch direkt mit
nicht dargestellten Werkzeugen, wie beispielsweise Bohrern oder
Sägeblättern, bestückt werden zur Ausbildung
chirurgischer Instrumente.
-
Die
Antriebseinheiten sind vorzugsweise sensorlos ausgebildet, das heißt
sie weisen keine Sensoren auf, um eine Drehzahl der Antriebseinheit während
des Betriebs zu bestimmen. Die Antriebseinheiten des Antriebssystems 10 unterscheiden
sich nicht nur, wie in 1 schematisch dargestellt, äußerlich,
sondern auch hinsichtlich ihres inneren Aufbaus. Dies bedeutet,
dass die in den Antriebseinheiten verbauten Motoren unterschiedlichen
Typs sein und sich beispielsweise in ihren Kenngrößen,
wie zum Beispiel Minimaldrehzahl, Maximaldrehzahl, Maximalstrom
und Maximaldrehmoment, unterscheiden können. Zudem können,
wie bei den beiden Shaverhandstücken 16a und 16b,
Getriebe integriert sein, welche optional auch in an die Antriebseinheiten 14 sowie
an das Pistolenhandstück 18 ankoppelbare Handstücke
integriert sein können. Die Handstücke können
je nach Ausgestaltung auch selbst zusätzlich mit unter schiedlichen
Instrumentenspitzen in Form chirurgischer Werkzeuge bestückt
werden.
-
Des
Weiteren umfassen die Shaverhandstücke 16a und 16b jeweils
eine Shaverkupplung 48a beziehungsweise 48b zum
Anschluss eines Shavers, beispielsweise zur Anwendung in der Arthroskopie.
-
Die
Anschlusskabel 20 und 22 sind zum Verbinden mit
dem Steuergerät mit Kupplungen 21 und 23 versehen, über
die sie mit den Anschlussbuchsen 36a und 36b verbindbar
sind.
-
Die
Fußsteuerung 24 steht über eine drahtlose
Datenübertragungseinrichtung mit dem Steuergerät 12 in
Verbindung, beispielsweise über ein Infrarot- oder Funkübertragungssystem.
Optional ist auch eine Verbindung der Fußsteuerung 24 über
ein mit der Anschlussbuchse 34 verbindbares Kupplungsstück 50 des
Anschlusskabels 25 möglich. An einem Gehäuse 52 der
Fußsteuerung 24 sind zwei fußbetätigbare
Schalter 54a und 54b angeordnet, über
die insbesondere ein Links- beziehungsweise Rechtslauf der Antriebseinheiten
geregelt werden kann.
-
Das
Pistolenhandstück 18 ist mit zwei Gebern 56 ausgestattet,
wobei der Geber 56a beispielsweise zur Aktivierung eines
Motorrechtslaufes, der Geber 56b zur Aktivierung eines
Motorlinkslaufes vorgesehen sein können.
-
Die
Anschlusskabel 20 und 22 unterscheiden sich dadurch,
dass am Anschlusskabel 22, anders als am Anschlusskabel 20,
ein Betätigungshebel 58 vorgesehen ist, mit dem
eine Bedienperson einen Motorbetrieb einer Antriebseinheit 14,
eines Shaverhandstücks 16 oder des Pistolenhandstücks 18 aktivieren
kann.
-
In 2 ist
schematisch der Aufbau eines chirurgischen Instruments 60 dargestellt.
Es umfasst eine Antriebseinheit 14, beispielsweise eine
Antriebseinheit 14a bis 14e, sowie ein mit einer
distalseitigen Kupplung 62 desselben verbindbares Werkzeug 64,
zum Beispiel in Form eines in 2 dargestellten
Bohrers.
-
In
einem Gehäuse 66 der Antriebseinheit 14 ist
ein Motor 68 angeordnet, welcher drei Anschlusskontakte 70a, 70b und 70c aufweist,
die jeweils mit zwei der insgesamt drei Motorwicklungen 72a, 72b und 72c verbunden
sind. Der Anschlusskontakt 70a ist mit den Motorwicklungen 72b und 72c verbunden, der
Anschlusskontakt 70b mit den Motorwicklungen 72a und 72b und
der Anschlusskontakt 70c mit den Motorwicklungen 72a und 72c.
Die Anschlusskontakte 70a, 70b und 70c sind
mittels Verbindungsleitungen 74a, 74b und 74c mit
einem proximalseitig angeordneten Kupplungselement 76 verbunden,
und zwar mit dessen Verbindungskontakten 78a, 78b und 78c. Das
Kupplungselement 76 ist zum Verbinden mit dem Kupplungsstück 44 des
Anschlusskabels 20 korrespondierend zu diesem ausgebildet.
-
Das
Anschlusskabel 20 selbst ist ein dreiadriges Anschlusskabel.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind keine Steuer- oder Datenleitungen am Anschlusskabel 20 oder
an der Antriebseinheit 40 vorgesehen.
-
In
den Motor 68 ist ferner eine Motoridentifikationseinrichtung 80 integriert.
Diese wiederum umfasst eine erste Sende- und Empfangseinrichtung 80a in
Form einer Antenne 84a. Die Antenne 84a ist Teil
eines RFID-Chips 86, der ferner eine elektronische Schaltung 88 umfasst,
welche mit der Antenne 84a sowie einer Speichereinrichtung 90 in
Form eines elektronischen Datenspeichers verschaltet ist. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Datenspeicher 92 um einen ROM-Speicher,
welcher nicht-flüchtig und nicht-beschreibbar ist. Im Datenspeicher 92 sind
insbesondere Daten abgelegt, die den Motortyp 68 und/oder
den Typ der Antriebseinheit 14 charakterisieren. Des Weiteren
kann die Motoridentifikationseinrichtung 80 optional einen
Temperatursensor 94 umfassen, welcher ebenfalls mit der
Schaltung 88 verschaltet ist.
-
Zur
Kommunikation mit der ersten Sende- und Empfangseinrichtung 82a dient
eine Sende- und Empfangseinrichtung 82b in Form einer Antenne 84b,
die durch die Motorwicklung 72c gebildet wird. Die Antenne 84b ist
folglich elektrisch leitend mit den Anschlusskontakten 70a und 70c verbunden.
-
Die
Sende- und Empfangseinrichtungen 82a und 82b sind
räumlich dicht beieinander angeordnet, so dass eine optimale
induktive Koppelung gewährleistet ist. Ein Informations-
beziehungsweise Datenaustausch zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen 82a und 82b erfolgt
berührungslos mittels elektromagnetischer Wellen 96.
-
Die
Funktionsweise des Antriebssystems 10 wird nachfolgend
kurz erläutert. Das Steuergerät 10 prüft
in einem ersten Abfragemodus, welcher auch als Standby-Betrieb bezeichnet
werden kann, ob eine Antriebseinheit 14 mit dem Steuergerät 12 verbunden
ist. Es wird dabei insbesondere geprüft, ob mindestens
eine der Motorwicklungen 72a, 72b oder 72c über
das Anschlusskabel 20 mit dem Steuergerät 12 verbunden
ist. Solange kein Motor 68, das heißt keine der
Motorwicklungen 72a, 72b oder 72c erkannt
wird, wird weiter abgefragt.
-
Sobald
das Steuergerät 12 eine mit ihm kontaktierte Motorwicklung 72a, 72b oder 72c erkennt, wird über
die Motorwicklung 72c in einem zweiten Abfragemodus durch
entsprechende Bestromung der Anschlusskontakte 70a und 70c der
RFID-Chip 86, der auch als Transponder bezeichnet werden kann,
abgefragt, das heißt, die im Datenspeicher 92 hinterlegten
Daten ausgelesen und durch Kommunikation der Sende- und Empfangseinrichtung 82a und 82b ausgelesen
und in das Steuergerät 12 übertragen.
Im Steuergerät 12 können dann entsprechend dem
detektierten Motortyp aus einem nicht dargestellten Speicher hinterlegte
Betriebsinformationen oder Parameter ausgelesen und das Steuergerät 12 entsprechend
eingestellt werden. Nach der Detektion des Motortyps kann dann insbesondere
der Betrieb der Antriebseinheit 14 aufgenommen werden.
-
Optional
kann die Antriebseinheit 14 auch mit einer in den Motor 68 integrierten
Motorsperreinrichtung 98 ausgestattet sein. Sie umfasst
ein Schaltelement 100 in Form eines selbsthaltenden Tasters, welcher
ein mindestens teilweise aus dem Gehäuse 66 herausragendes
Betätigungselement 102 umfasst. Mit dem Schaltelement 100 ist
ein frequenzabhängiger Widerstand 104 in Form
eines Kondensators 106 in Serie zwischen den Anschlusskontakten 70a und 70b geschaltet.
-
Der
Motor 68 der Antriebseinheit 14 kann wie folgt
gesperrt werden: Im Standby-Betrieb (erster Abfragemodus) des Steuergeräts 12 kann
auch ein Hochfrequenzstrom über die Anschlusskontakte 70a und 70b geleitet
werden. Ist das Schaltelement 100 geschlossen, kann ein
hochfrequenter Strom zwischen den Anschlusskontakten 70a und 70b über den
dann leitenden Kondensator 106 fließen. Ist das Schaltelement 100 geöffnet,
ist ein Stromfluss nicht möglich. So lässt sich
eine intelligente Motorsperrfunktion integrieren. Die Abfrage der
Antriebseinheit 14, ob die Motorsperreinrichtung 98 eine
Sperrstellung definiert, in welcher der Motor 68 nicht
bestromt werden soll, oder eine Freigabestellung, in welcher der
Motor 68 bestrombar sein soll, kann in einem dritten Abfragemodus
erfolgen, und zwar vor oder nach der Abfrage des Motortyps. Die
detektierte Stellung der Motorsperreinrichtung 98 wird
im Steuergerät 12 übernommen und in Abhängigkeit
der detektierten Stellung der Betrieb des Motors 68 entsprechend
einer Drehzahlanforderung, beispielsweise über die Fußsteuerung 24,
erfolgen oder auch nicht. Wird die Drehzahlanforderung wieder auf
Null zurückgefahren, wird der Motor 68 bis zum
Stillstand abgebremst und die Abfragemodi werden in der oben beschriebenen
Weise wieder aktiviert.
-
Der
Temperatursensor 94 kann genutzt werden, um unter Verwendung
eines im Steuergerät 12 hinterlegten Softwaremodells
die während des Betriebs im Motor 68 erreichte
Betriebstemperatur zu berechnen. Das Softwaremodell basiert insbesondere
auf der Annahme, dass die Umgebungstemperatur einen bestimmten Wert
TU aufweist, beispielsweise 25°C,
und dass die Motortemperatur TM vor dem
Start der ersten Motoraktivierung der Umgebungstemperatur Tu entspricht, also beispielsweise ebenfalls 25°C.
Durch den bekannten konstruktiven Aufbau des Motors 68 ist
dessen Wärmekapazität bekannt. Des Weiteren ist
mit dem Steuergerät 12 die in den Motor 68 während
des Betriebs portierte Strommenge pro Zeiteinheit bekannt. Mit einer
im Steuergerät 12 integrierten Rechnereinheit,
einer sogenannten DSP-Steuerung, ist es möglich, die Motorerwärmungskurven
sowie in den Ruhephasen die Motorabkühlkurven nachzubilden.
Ein Zurücksetzen des Softwaremodells erfolgt durch Trennen
des Motors 68 vom Motorsteuergerät 12.
-
Die
Genauigkeit der Motortemperaturerfassung kann durch den Temperatursensor 94 verbessert
werden. Vor Beginn der ersten Aktivierung des Motors 68,
nach jedem Kontaktieren des Motors 68 mit dem Steuergerät 12 sowie
auch in den Ruhephasen zwischen zwei Aktivierungszyklen wird die Motortemperatur
unter Verwendung der Sende- und Empfangseinrichtungen 82a und 82b ausgelesen und
die durch das Softwaremodell berechnete Motortemperatur entsprechend
korrigiert. Es ist damit möglich, die Motortemperatur nicht
nur sehr viel präziser zu erfassen als ohne Temperatursensor,
sondern es ist ferner nun auch möglich, bereits vor einer
ersten Aktivierung einen zu diesem Zeitpunkt schon überhitzen
Motor 68 vor einer nicht akzeptablen weiteren Aktivierung
durch entsprechendes Sperren durch das Steuergerät 12 zu
hindern. Optional könnte die Aufgabe der Temperaturerfassung
auch durch einen weiteren RFID-Chip übernommen werden,
welcher in den Motor 68 beziehungsweise die Antriebseinheit 14 integriert
werden könnte.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-