DE2609327B2 - Chirurgisches Schneidinstrument - Google Patents

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.

Es sind diese Forderung erfüllende chirurgische

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:

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.

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)

Patentansprüche:

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