DE2643538B2

DE2643538B2 - Device for the controlled extraction of magnetizable foreign bodies

Info

Publication number: DE2643538B2
Application number: DE19762643538
Authority: DE
Inventors: Gottfried Prof. Dipl.- Phys. Dr. 8700 Wuerzburg Landwehr
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-28
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1978-08-10
Also published as: DE2643538A1; DE2643538C3

Description

II.II.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Elektromagnetsysteme zu schaffen, bei denen die geschilderten Nachteile weitgehend vermieden sind.The invention has for its object to provide such electromagnetic systems in which the the disadvantages described are largely avoided.

jsgehend von mit Stromimpulsen beschickbaren agnetspulen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß idurch gelöst, d. h. das unkontrollierte Verhalten von ι entfernenden Fremdkörpern in einem inhomogenen agnetfeld wird erfindungsgemäß dadurch beherrsch- ^r> tr gemacht, daß die Stromimpulse eine vergebbare auer und Zahl aufweisen. Der Impulsbetrieb hat ehrere Vorteile:jsgehend of loadable with current pulses agnetspulen this object is achieved according to the invention IBy, the uncontrolled behavior of ι removing foreign matter that is in an inhomogeneous agnetfeld is thus made manageable ^r> tr according to the invention in that the current pulses have a preemptive Auer and number. The pulse mode has several advantages:

1. Durch die Verwendung von Stromimpulsen mit vorgegebener Zahl und Dauer kann die Bewegung iu eines Fremdkörpers im Auge in lauter kleine Abschnitte zerlegt werden. Dadurch wird eine kontrollierte Extraktion möglich. Wenn die Augenlinse nicht geschädigt ist, kann der Extraktionsvorgang optisch überwacht werden. Andernfalls kann ein Röntgenbildwandlergerät benutzt werden, da dessen kurzzeitige Störung während eines Magnetpulses die Funktionsfähigkeit nicht beeinträchtigt Das Extraktionstrauma läßt sich durch gepulste Magnete wesentlich reduzieren. Der Fortschritt der Erfindung gegenüber der DE-PS 4 98 230 liegt darin, daß die Steuerbarkeit vom menschlichen Reaktionsverhalten unabhängig ist. Während die Beschickung eines Elektromagneten mit Stromimpulsen vorgebbarer Zahl und Dauer eine kontrollierte Bewegung eines magnetisierbaren Fremdkörpers im Augapfel erlaubt, ist dies bei Beschickung mit Wechselstrom nach der US-PS 24 36 538 nicht möglich, da die Steuerung des Wechselstroms von Hand erfolgt. j»1. By using current pulses with a specified number and duration, the movement can iu a foreign body in the eye can be broken down into small sections. This creates a controlled extraction possible. If the lens of the eye is not damaged, the extraction process can begin monitored optically. Otherwise, an X-ray imaging device can be used as whose short-term disruption during a magnetic pulse does not affect functionality The extraction trauma can be significantly reduced by using pulsed magnets. The progress of the invention over the DE-PS 4 98 230 is that the controllability is independent of human reaction behavior is. While the charging of an electromagnet with current pulses of a predetermined number and A controlled movement of a magnetizable foreign body in the eyeball is allowed for a long time this is not possible when charging with alternating current according to US-PS 24 36 538, since the control of the alternating current is done by hand. j »

2. Der Betrieb eines Augenmagneten mit Stromimpulsen vorgegebener Zahl und Dauer hat den Vorteil, daß durch die kurzzeitige Kraftanwendung eingewachsene Fremdkörper sich eher aus ihrer Verankerung lösen als bei Gleichstrombetrieb. In begrenztem Maße wird dieser Effekt bereits mit dem in der US-PS 24 36 538 beschriebenen Elektromagneten erreicht, da eine Beschickung mit Wechselstrom zu einer Vibration des Fremdkörpers führen kann, durch die er sich leichter aus seiner Verankerung löst. Die durch die Erfindung aufgezeigte Möglichkeit, die Dauer der Stromimpulse vorzugeben, hat die Konsequenz, daß der während eines Impulses wirksame Kraftstoß variiert und somit den Gegebenheiten angepaßt werden kann. Das führt zu einer Verbesserung bei der Loslösung verankerter Fremdkörper.2. The operation of an eye magnet with current pulses of a specified number and duration has the The advantage that foreign bodies that have grown in due to the brief application of force are more likely to emerge from their Loosen anchoring than with direct current operation. To a limited extent, this effect is already using achieved the electromagnet described in US-PS 24 36 538, as a charge with Alternating current can cause the foreign object to vibrate, making it easier for it to move its anchoring loosens. The possibility shown by the invention, the duration of the current pulses pretend, has the consequence that the impulse effective force impulse varies and can therefore be adapted to the circumstances. That leads to an improvement in the detachment of anchored foreign bodies.

3. Der Impulsbetrieb gestattet, die magnetische Feldstärke von Augenmagneten merklich zu steigern, da der verwendete Maximalstrom wesent- so lieh über demjenigen liegen kann, der bei Gleichstrombetrieb möglich ist. Die Zugkraft von gepulsten Elektromagneten, welche etwa die Größe von konventionellen Handmagneten haben, entspricht der von konventionellen Riesen- und innenpolmagneten. Darüber hinaus ist es möglich, die Zugkraft von gepulsten Augenmagneten so stark zu erhöhen, daß sie wesentlich größer ist als die der stärksten derzeit gebräuchlichen Augenmagnete. Dadurch können auch kleinere Splitter e>o magnetisch entfernt werden, da die in einem inhomogenen Feld ausgeübte Kraft dem Volumen des Teilchens proportional ist.3. The pulsed operation allows the magnetic field strength of eye magnets to be increased noticeably increase, since the maximum current used can be significantly higher than that of the DC operation is possible. The pulling force of pulsed electromagnets, which is about the The size of conventional hand magnets corresponds to that of conventional giant and internal pole magnets. In addition, it is possible to control the pulling force of pulsed eye magnets like this to increase greatly so that it is significantly larger than that of the most powerful eye magnets currently in use. This means that even smaller splinters can be removed magnetically, since the in one The force exerted in the inhomogeneous field is proportional to the volume of the particle.

4. Die Wärmeentwicklung in der Magnetwicklung wird durch den Impulsbetrieb wesentlich reduziert.4. The generation of heat in the magnet winding is significantly reduced by the pulse operation.

5. Gepulste Augenmagnete sind trotz hoher Zugkraft dank ihrer kleinen Abmessungen leicht manipulierbar. 5. Despite their high tensile force, pulsed eye magnets are easy to manipulate thanks to their small dimensions.

6. Damit beim Extraktionsvorgang ein intraokularer Fremdkörper nach Abschalten eines Stromimpulses nicht auf Grund der Schwerkraft sich in den Glaskörper zurückbewegt, ist es zweckmäßig, den Stromimpulsen einen kleinen Gleichstrom zu überlagern, dessen Stärke nicht ausreicht, den Fremdkörper zu extrahieren. Die Überlagerung eines Gleichstroms (oder einer langen Folge kleiner Stromimpuise, die den gleichen Zweck erfüllen kann) hat überdies den Vorteil, daß der Fremdkörper die Collagenfibrillen des Glaskörpers mechanisch vorspannt und die Extraktion bei Anwendung von starken Stromimpulsen vorgegebener Dauer und Zahl erleichtert6. So that during the extraction process an intraocular Foreign bodies cannot get into the due to gravity after switching off a current pulse Moving the glass body back, it is advisable to apply a small direct current to the current pulses overlay whose strength is insufficient to extract the foreign body. The overlay a direct current (or a long series of small current impulses that serve the same purpose can meet) also has the advantage that the foreign body the collagen fibrils of the vitreous mechanically pre-tensioned and the extraction more predetermined when using strong current pulses Duration and number facilitated

III.III.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden zwei Ausführungsbeispiele beschrieben:To explain the invention in more detail, two exemplary embodiments are described below:

Eine Spule eines Magneten M\ mit einem Eisenkern, der an einem Ende mit einer Vorrichtung zur Konzentration des Magnetflusses versehen ist wird mit einer Stromversorgung verbunden, die in F i g. 1 skizziert ist Ein Kondensator Q wird über den Gleichrichter Gh und den Widerstand R\ aufgeladen. Die Magnetwicklung wird über den elektronischen Schalter Sd\ und einen zweiten Gleichrichter Gk dem Kondensator C\ parallel geschaltet. Beim Schließen von Sw₁ entlädt sich der Kondensator über die Magnetspule, die Dauer der Entladung wird durch den Wert von Q und durch die Induktivität L der Magnetspule und den Ohmschen Widerstand im Entladungskreis bestimmt. Der Gleichrichter Gh sorgt dafür, daß nur eine Halbwelle durchgelassen wird. Durch Variation von G kann die Impulsdauer in weiten Grenzen variiert werden; die Größe des Stromes kann durch die Ladespannung von Q gesteuert werden. Der Widerstand R2 und der Gleichrichter Gh dienen zur Ableitung der entgegengesetzten Ladung des Kondensators Q. Damit ein Eisenteilchen, das die Magnetspitze erreicht hat, nicht abfällt, wird mittels Gleichrichter Gk und Widerstand A3 ein kleiner Gleichstrom durch die Magnetspule geschickt Bei einer Magnetvorrichtung mit extremer Zugkraft kann es zweckmäßig sein, auf den Magnetkern zur Flußkonzentration zu verzichten und Luftspulen zu verwenden. Wegen der großen Kräfte, die bei der Erzeugung sehr starker magnetischer Felder in der Magnetwicklung auftreten, ist es zweckmäßig, aus Sicherheitsgründen die Magnetspule mit einem Stahlpanzer zu umgeben, wobei darauf zu achten ist, die Wirbelstromverluste zu minimalisieren.A coil of a magnet M \ with an iron core, which is provided at one end with a device for concentrating the magnetic flux, is connected to a power supply, which is shown in FIG. 1 is sketched A capacitor Q is charged via the rectifier Gh and the resistor R \. The magnet winding is connected in parallel to the capacitor C \ via the electronic switch Sd \ and a second rectifier Gk. When Sw ₁ closes, the capacitor discharges via the magnetic coil, the duration of the discharge is determined by the value of Q and the inductance L of the magnetic coil and the ohmic resistance in the discharge circuit. The rectifier Gh ensures that only a half-wave is allowed through. By varying G, the pulse duration can be varied within wide limits; the magnitude of the current can be controlled by the charging voltage of Q. The resistor R2 and the rectifier Gh serve to dissipate the opposite charge of the capacitor Q. So that an iron particle that has reached the magnetic tip does not fall off, a small direct current is sent through the magnetic coil by means of rectifier Gk and resistor A3 it may be useful to dispense with the magnetic core for flux concentration and to use air-core coils. Because of the large forces that occur in the magnet winding when very strong magnetic fields are generated, it is advisable, for safety reasons, to enclose the magnet coil with steel armor, whereby care must be taken to minimize eddy current losses.

Eine weitere Vorrichtung ist in F i g. 2 beschrieben. In diesem Fall wird die Impulslänge durch die Netzfrequenz vorgegeben. Die Netzspannung wird entweder direkt oder nach Einweg-Gleichrichtung mit dem Gleichrichter Gk über einen elektronischen Schalter S_e<2 und einen Widerstand Ä5 an die Wicklung des Magneten M2 gelegt. Mittels eines Vorwahlzählers Vi und einer Triggerschaltung Tl wird der elektronische Schalter derart gesteuert, daß die Zahl der Nctzhalbwellen vorgegeben werden kann. Eine G!eichstromvormagnetisierung variabler Größe wird über die Phasenanschnittsteuerung P und die Triggerschaltung Tj in Verbindung mit dem elektronischen Schalter S^ und dem ^A.viderstand A4 erreicht.Another device is shown in FIG. 2 described. In this case the pulse length is given by the mains frequency. The mains voltage is applied to the winding of the magnet M2 either directly or after one-way rectification with the rectifier Gk via an electronic switch S _{e <2 and a resistor Ä5.} The electronic switch is controlled by means of a preset counter Vi and a trigger circuit T1 in such a way that the number of half-waves can be specified. A G! Eichstromvormagnetisierung variable size is about the phase control P and the trigger circuit Tj in conjunction with the electronic switch S ^ and the ^A .viderstand achieved A4.

In der Regel werden die verwendeten Magnetspulen mit einer Vorrichtung zur Konzentration des Magnetflusses versehen sein. Um die Wirbelstromverluste bei Impulsbetrieb auf ein Minimum zu reduzieren, kann esAs a rule, the magnetic coils used are equipped with a device for concentrating the magnetic flux be provided. In order to reduce eddy current losses to a minimum during pulse operation, it can

zweckmäßig sein, den Magnetkern sowie die Spitze zu lamellieren. Außerdem wird man ein Material wählen, das bei optimalen magnetischen Eigenschaften einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufweist, z. B. eine Eisen-Silizium-Legierung.it may be useful to laminate the magnetic core as well as the tip. In addition, you will choose a material which has the highest possible electrical resistance with optimal magnetic properties, z. B. an iron-silicon alloy.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for the controlled extraction of magnetizable! Foreign bodies, in particular from Eyes and tissues, by means of an electromagnet, whose magnetic coil can be fed with current pulses, characterized in that the current pulses have a predeterminable duration and number.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the current pulses are a direct current is superimposed

2020th

3030th

3535

ElectromagniJte have been used in ophthalmology for the extraction of ferromagnetic substances for many years Particles from the human eye are used (see e.g. St Duke - Eider, System of Ophtalmology, Vol. XIV, part I, p. 616 ff, Kingston, London 1972).

A distinction is made between three types of magnets: The so-called hand magnets are small Electromagnets with an iron core, which are usually operated with rectified alternating current. the The tensile force on a steel ball with a diameter of 2 mm is at a distance of 5 mm from the conical magnet tip of the order of 20 mN. So-called! Giant magnets have a multiple of this tensile force. she are operated with an output of a few kilowatts. With the so-called inner pole magnets in an air coil in the center of a hole about 30 cm in diameter, a magnetic field of about one Tesla generated at maximum current load. Ferromagnetic spatulas are inserted into this field, which focus the lines of force. If the diameter of the spatula is of the order of 20 mm, a Pulling force exerted on an iron particle about five times that of a hand magnet. Although the magnets mentioned have been used in ophthalmology for decades, they still show has a number of disadvantages that could be improved.

It is well known that the strength of an electromagnet can be characterized by the product μ _ο // -τ-,

where H is the magnetic field strength, dH / άχ the field strength gradient and μο the permeability of the vacuum. In order to achieve the greatest possible force effect on an iron particle of a certain volume,

the product Η · ~ must be made as large as possible

, ie the field strength at the place where the force is exerted and its gradient should be as large as possible. In the case of electromagnets, a large field gradient is achieved by using pole pieces that taper to a point. As a result, the magnetic field strength drops at a sufficiently large distance from the tip, roughly with the power of 2, 3. The result of the strong field drop is that an iron particle moving towards the tip is accelerated the more the closer the distance from the magnet tip is. This leads to a strongly non-linear speed-time behavior. Theoretical calculations and experiments with animal eyes show that iron particles with a ^{volume of a few mm 3 cross} the vitreous body of an eye in times of the order of magnitude of 100 msec. This time is well below the human reaction time. This behavior leads to

4545

5050

5555

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65 Difficulties in removing ferromagnetic foreign bodies in eye surgery. An extraction method that is still practiced consists in pulling a foreign body into the anterior chamber by means of a magnet past the lens of the eye because of the no longer controllable behavior of a steel splitter which is set in motion under the action of the magnetic field In the alternative method, the foreign body is pulled into the pars plana with the help of a magnet, where the eye is surgically opened without the risk of retinal damage can be. But it happens again and again that the steel splinter is not pulled to the intended place by a magnet, which can lead to a retinal injury with subsequent detachment of the retina.

In DE-PS 4 98 230 it is a hand-held electromagnet for removing iron parts from the eye previously known whose iron core can be displaced against a compression spring and whose tensile force is thus variable However, since the pulling force is varied by the surgeon's hand, a magnet according to DE-PS allows 4 98 230 no controlled extraction of a foreign body because it will cross the eye before the The surgeon can react.

Also a hand-held electromagnet operated with alternating current, as described in US-PS 24 36 538, does not allow controlled influence on Direction and speed of the particle to be extracted, as the magnet is switched on and off takes place by the surgeon and thus again the limitation of the possibility of control by the human reaction time.

Another disadvantage of hand magnets is that they often do not have the necessary pulling force to to set a splinter of steel in motion in the eye. This is especially true if the splinter is in the back wall The eye has grown in. For this reason, it seems desirable to reduce the pulling force of eye magnets to increase. This can be done by increasing the size of the magnet and increasing it Performance operates. However, the enlargement creates a serious disadvantage in that the Magnet can no longer be sufficiently manipulated and blocks the surgeon's view of the eye. This The disadvantage is avoided by the inner pole magnet, which practically has the tensile force of a giant magnet has, but has a higher manipulability due to the relatively small dimensions of the spatula A disadvantage, however, is that an X-ray image converter device is so severely disturbed by the magnetic stray field becomes that an extraction of ferromagnetic foreign bodies under X-ray control is not possible is.

Another disadvantage that is common to all three magnet types is that they are heated by the operating current. The heating can easily reach 70 ^° C. and, in the case of voltage-stabilized power supplies, leads to a decrease in the magnetic field strength with increasing operating time.