DE2609327B2 - Chirurgisches Schneidinstrument - Google Patents
Chirurgisches SchneidinstrumentInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Schneidinstrument mit einer entlang der Schneidkante elektrisch aufheizbaren Messerklinge.
Bei chirurgischen Eingriffen nimmt das Stillen von
Blutungen einen wesentlichen Teil der gesamten Operationszelt in Anspruch. Solche Blutungen, die vor
allem beim Verletzen von kleinen, stark durchbluteten Blutgefäßen auftreten und das Gewebe durchdringen,
behindern die Sicht des Chirurgen, verringern die Arbeitsgenauigkeit und führen häufig zu langwierigen
und aufwendigen Handhabungen bei dem Eingriff. Es ist bekannt das Gewebe zu erhitzen, um solche Blutungen
wesentlich herabzusetzen, und es sind auch chirurgische Schneidinstrumente entwickelt worden, welche die
Gewebetemperatur entsprechend erhöhen. Es ist allgemein anerkannt, daß zur Unterbindung von
Blutungen bei chirurgischen Eingriffen an der Schnittstelle eine Temperatur zwischen 3000C und 10000C
herrschen sollte. Es sind deshalb Skalpelle bekannt, die eine mit einem Widerstandsheizelement versehene
Klinge aufweisen, welche das Gewebe durchtrennt und dabei die Blutung unterbindet Obwohl das Widerstandsheizelement in der Luft vor der Berührung mit
dem Gewebe leicht auf eine hohe und konstante Temperatur gebracht werden kann, kühlt es sich schnell
ab, sobald Abschnitte der Messerklinge in Kontakt mit dem Körpergewebe geraten.
Während der Operation kommen in nicht genau vorhersehbarer Weise dauernd verschiedene Abschnitte der Messerklinge in Kontakt mit dem gerade
geschnittenen Gewebe. Kühlt sich die Messerklinge ab, so wird das Trennen des Gewebes und das Unterbinden
von Blutungen schwieriger, und das Gewebe neigt dazu,
an der Messerklinge haften zu bleiben. Wird dann
zusätzliche Energie zugeführt, um der Abkühlung der Messerklinge entgegen zu wirken, so wird die
zusätzliche Energie auch den nicht abgekühlten
Abschnitten der Messerklinge zugeführt und dies führt
häufig zu unzulässigen Temperaturerhöhungen, die eine Beschädigung des Gewebes und/oder der Messerklinge
ergeben können. Die Ursache hierfür hängt damit zusammen, daß bei den Heizelementen der bekannten
Messerklingen der elektrische Widerstand sich mit der Temperatur in einem gegebenen Abschnitt der Messerklinge erhöht, was wiederum eine Erhöhung der
Temperatur auf Grund der zusätzlich zugeführten elektrischen Energie bewirkt Es ist deshalb anzustre-
so ben, daß elektrisch aufgeheizte chirurgische Schneidinstrumente zur Unterbindung von Blutungen eine
Einrichtung aufweisen sollten, durch welche die Energie gezielt an jene Abschnitte der Messerklinge abgegeben
werden sollte, die durch den Kontakt mit dem Gewebe
abgekühlt werden, so daß die Schneidkante innerhalb
des gewünschten Temperaturbereichs auf einer im
wesentlichen konstanten Temperatur gehalten werden
kann.
Schneidinstrumente bekannt (US-PS 37 68482, 38 26 263), bei denen die die Temperatur steuernde
Einrichtung eine ganze Anzahl von Widerstandsheizelementen aufweist, die auf der Oberfläche der Messerklinge verteilt angeordnet sind. Derartige Schneid-
instrumente erfordern jedoch bei der Herstellung der Heizelemente eine sehr hohe Genauigkeit, um die
gewünschten Widerstände zu erhalten. Außerdem unterliegen solche Widerstandsheizelemente während
der Benutzung Änderungen des Widerstandswertes, die durch körpereigene Gewebesäfte und Proteine verursacht
werden, welche sich auf der Oberfläche des Messers festsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zagrunde, ein
chirurgisches Schneidinstrument der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem der Schneidenabschnitt
der Klinge beim Durchtrennen von Körpergewebe in einem vorbestimmten Bereich erhöhter Temperaturen
gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Schneidinstrument
Die Erhitzung erfolgt durch Ströme hoher Frequenz, welche innerhalb veränderlicher Eindringtiefen in
einem elektrischen Leiter fließen, der in dem Bereich der Schneidkante angeordnet ist Der Strom neigt dazu,
sich an der Oberfläche zu konzentrieren und exponentiell
mit dem Abstand von der Oberfläche abzunehmen. Diese Erscheinung wird »skin effect« genannt Die
Eindringtiefe ist definiert als derjenige Wert, bei welchem der Strom nur 37% seines Wertes an der
Oberflache hat und ist bestimmt durch den spezifischen elektrischen Widerstand und die magnetische
Permeabilität des den Strom führenden Materials und durch die Frequenz des Wechselstromes. Die Eindringtiefe
dia cm wird bestimmt durch
d = 5 · 103
Dabei bedeutet ρ den spezifischen elektrischen Widerstand in Ω · cm, μ die relative magnetische
Permeabilität und /die Frequenz in Hz.
Ein Skalpell mit selbsttätiger Wärmeregelung kann erhalten werden, indem der Strom mit einer hohen
Frequenz in Leitern fließt, die als Widerstandsheizelemente dienen und in dem Bereich der Schneidkante des
Skalpells angeordnet sind und die aus einem Material bestehen, bei welchem ein elektrischer Parameter,
beispielsweise die magnetische Permeabilität mit abnehmender Temperatur zunimmt Es ergibt sich, daß
eine Zunahme der magnetischen Permeabilität zu einer Abnahme der Eindringtiefe führt Da der Widerstand
des Strompfades umgekehrt proportional dem Querschnittsbereich (Breite mal Eindringtiefe) ist, führt
dieser Effekt zu einer Zunahme des Widerstandes des Strompfades in den abgekühlten Bereichen und dadurch
zu einer erhöhten Wärmezufuhr.
Ferromagnetische Materialien, wie beispielsweise Eisen, Nickel und Kobalt und deren Legierungen ändern
ihre relative Permeabilität stark, wenn die Temperatur
unter einen Obergangspunkt den sogenannten Curie-Punkt fällt Bei vielen Eisen/Nickel-Legierungen liegt
die Curie-Temperatur bei etwa 450°C. Über dieser Temperatur ist die relative Permeabilität näherungsweise
eins und unter diesem Wert ist sie wesentlich höher, beispielsweise 100 bis 1000 für magnetische Feldstärken,
die für die Zwecke der Erfindung in Frage kommen. Bei der Zufuhr eines Hochfrequenzsignals fließt ein Strom
in dem Oberflächenleiter der Klinge nahe der Schneidkante und erhitzt die Schneidkante auf etwa
5000C, bevor diese in Kontakt mit dem Körpergewebe
gelangt Wenn Teile der Schneidkante sich bei Berührung mit dem Körpergewebe abkühlen, kann die
Temperatur der abgekühlten Bereiche unter die Curie-Temperatur abfallen, und dadurch kann die
relative Permeabilität von eins auf über 100 ansteigen.
Die entsprechende Eindringtiefe fällt um mehr als 10 zu 1 ab, und es ergibt sich eine proportionale Erhitzung in
dem abgekühlten Bereich.
Eine Skalpellklinge aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Aluminiumoxyd-Keramikmaterial
kann elektrisch in dem Bereich der Schneidkante erhitzt werden, indem ein Strom hoher Frequenz
entlang Leitern in der Nähe der Schneidkante geführt wird, welche aus ferromagnetischem Material bestehen
und sich auf dem isolierenden Material der Messerklinge befinden.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; es stellen dar:
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; es stellen dar:
F i g. 1 schematisch eine Seitenansicht eines chirurgischen Schneidinstruments gemäß der Erfindung und
F i g. 2 eine Querschnittsansicht der Messerklinge des Schneidinstruments gemäß F i g. 1.
F i g. 2 eine Querschnittsansicht der Messerklinge des Schneidinstruments gemäß F i g. 1.
Das chirurgische Instrument wird durch einen an einem Schaft 11 befestigten Klingenabschnitt 9 gebildet
wobei der Klingenabschnitt aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise Aluminiumoxyd-Keramikmaterial
besteht Ein Signalleiter 13 aus ferromagnetischem Material, beispielsweise Nickel-Eisen, ist auf der
Messerschneide 9 neben der Schneidkante 21 angeordnet und bildet einen vollständigen Strompfad längs einer
Seite der Messerklinge 9 und zurück zur anderen Seite der Klinge. Die Hochfrequenz-Eingangsleistung kann
dem Leiter 13 von einer Stromquelle 19 durch Verbindungsglieder 15 und 17 zugeführt werden.
Bei dem stromführenden Leiter 9 aus ferromagnetischem Material kann die vorher besprochene Eindringtiefe
vorteilhaft zur Temperaturregelung verwendet werden. Der durch den ferromagnetischen Leiter 13
fließende Strom ist auf der Innenseite des Leiters bis zur Eindringtiefe des Materials und erwärmt das ferromagnetische
Material und die mit diesem thermisch gekoppelte Schneidkante 21 aus Keramikmaterial. Von
einer Betriebstemperatur in Luft die über der Curie-Temperatur liegt kühlen sich Teile der Schneidkante
bei der Berührung des Körpergewebes ab und die Betriebstemperatur kann unter die Curie-Temperatur
fallen. Dadurch nimmt die Eindringtiefe um etwa 10 zu 1 ab, was zu einer erhöhten Erwärmung im Verhältnis 10
zu 1 führt. Um diese erhöhte Erwärmung zu erreichen,
muß die relative Permeabilität nicht nur von 1 auf 100 bei Abkühlung durch das Körpergewebe ansteigen,
so sondern die Eindringtiefe muß unter den Bedingungen vor dem Kontakt mit dem Körpergewebe ungefähr
zwei Drittel der Dicke des Leiters oder weniger betragen, um die Verminderung der Eiiidringtiefe im
Verhältnis 10 zu 1 zu erreichen. Bei einer hinreichend
dünnen Skalpellklinge und einem darauf angeordneten dünnen ferromagnetischen, selbstregelnden, leitfähigen
Heizelement können hohe Frequenzen erforderlich sein, um die erforderlichen Eindringtiefen zu realisieren.
Aus der nachfolgenden Tabelle gehen die erforderlichen Frequenzwerte für verschiedene Eindringtiefen über
und unter dem Curie-Punkt bei einer ferromagnetischen Legierung von 50:50 Eisen/Nickel hervor, und es ist
außerdem die relative Energieabgabe eines 1 mm breiten Leiters angegeben, der kontinuierlich auf beiden
schrägen Seitenflächen einer Skalpellklinge in dem Bereich einer Schneidkante von 3 cm Länge angeordnet
ist wenn der Leiter mit einem Strom von etwa 3 A gespeist wird:
5 | Permeabilität | 1 | 26 09 327 | Eindringtiefe | 6 | .29 |
Leistung an
Schneidkante |
|
Temperatur | Spez. Widerstand |
U | 1 | Frequenz | (25 mm · 10"3) | Widerstand | .54 | W/cm |
C | ICT6 · 12 · cm | 1 | MHz | 8.3 | ii | 1.20 | .88 | |
500 | 105 | 100 | 6 | 4.5 | 2.87 | 1.61 | ||
500 | 105 | 100 | 20 | 2.0 | 5.25 | 3.61 | ||
500 | 105 | 100 | 100 | 0.81 | 11.7 | 8.62 | ||
400 | 100 | 6 | 0.44 | 15.7 | ||||
400 | 100 | 20 | 0.20 | 35.2 | ||||
400 | 100 | 100 | ||||||
Eine Schicht aus Isolationsmaterial 23 ist über den Leitern 13 angeordnet und isoliert das durchtrennte
Körpergewebe von den elektrischen Strömen.
Die Amplitude und/oder Frequenz der Hochfrequenzsignale von der Quelle 19 können eingestellt
werden, um die durchschnittliche Betriebstemperatur der Schneidkante einzustellen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Chirurgisches Schneidinstrument mit einer entlang der Schneidkante1 elektrisch aufheizbaren
Messerklinge, dadurch gekennzeichnet, daß die Messerklinge (9) mit einem verlustbehafteten, von Hochfrequenzstrom durchflossenen elektrischen Leiter (13) versehen ist, dessen Werkstoff
eine in Abhängigkeit von der Temperatur sprunghaft veränderliche Eindringtiefe für den Hochfrequenzstrom aufweist
2. Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des elektrischen
Leiters (13) eine sich in einem Curie-Punkt sprunghaft ändernde Permeabilität aufweist
3. Schneidinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des
elektrischen Leiters (13) ferromagnetisch ist
4. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Werkstoff des elektrischen Leiters (13) mindestens eines der Elemente Eisen, Nickel und Kobalt
enthält
5. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es
mit einer den elektrischen Leiter (13) abdeckenden Isolierschicht (23) versehen ist
6. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der Werkstoff des elektrischen Leiters (13) einen Curie-Punkt in dem Temperaturbereich von etwa
300° C bis etwa 1000° C aufweist
7. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Messerklinge (9) einen Keramikwerkstoff aufweist
8. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der elektrische Leiter mit einer Wechselstromquelle (19) verbunden ist
9. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es
eine ein der Temperatur in einem Bereich der Schneidkante (21) entsprechendes Meßsignal abgebende Fühleinrichtung sowie eine in Abhängigkeit
von dem Meßsignal einen vorgegebenen Parameter des Hochfrequenzstroms ändernde Steuereinrichtung aufweist
10. Schneidinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der geänderte Parameter die
Frequenz ist
11. Schneidinstrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
der elektrische Leiter (13) einen Werkstoff aufweist, dessen Permeabilität in einem gewissen Temperaturbereich bei steigender Temperatur abfällt
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