DE29806716U1 - Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von biologischem Gewebe - Google Patents
Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von biologischem GewebeInfo
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Description
Hans-Michael Beckmann, Meyerhoffstr. 26,23758 Oldenburg
Guido Rieger, Germersheimer Weg 50,13583 Berlin
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Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen
bzw. Schneiden von biologischem Gewebe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In den letzten Jahren vermehren sich die Versuche in der Human- und Tiermedizin,
unter hohem Druck ausgebrachte Flüssigkeiten zu Trenn- oder Schneidzwecken zu nutzen. Dabei werden Flüssigkeiten, vorzugsweise sterile Kochsalzlösung, unter hohem
Druck über verschiedene Düsen ausgedrückt. Gewöhnlich werden Drücke bis zu
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10 Pa (100 bar) verwendet, vereinzelt in der Orthopädie bis über 10 Pa (1000 bar),
um neue und den Patienten schonendere Operationsverfahren zu entwickeln. In der Medizin wird als großer Vorteil dieser neuen Operationsverfahren die mögliche hohe
Selektivität des Flüssigkeitsstrahles gesehen. Hierzu ist eine entsprechende Regelung
bzw. Steuerung des Druckes und richtige Auswahl der weiteren Parameter erforderlich.
Sind Druck und Düsenart für eine bestimmte Operationsart an einem Gewebe einmal in
Vorversuchen ermittelt worden, so können diese Parameter bei entsprechender Technik
jederzeit reproduziert werden. Ein großer Vorteil ist dann, daß das Gewebe in gewünschter Art bearbeitet werden kann (schneiden, trennen, ausdünnen,
freipräparieren, säubern, etc.) und wünschenswert zu erhaltende Gewebestrukturen
unbeeinträchtigt bleiben (z.B. Nerven, Gefäße, Haut und mehr). Dadurch kann z.B. die
Gabe von Blutkonserven bei vielen Operationen minimiert werden, was Kosten spart
und den Patienten schont.
Das Problem ist, die sterilen Flüssigkeiten steril unter hohen, sehr genau und
reproduzierbar einstellbaren, Druck zu setzen. Der Einsatz von industriell erhältlichen
Wasserhochdruckschneidegeräten kommt aufgrund der besonderen Anforderungen in der Medizin nicht in Betracht. Industrielle Pumpen oder Druckübersetzungssysteme
sind weder aus biokompatiblen Materialien hergestellt, noch könnten sie auf Grund
ihrer Konstruktion sterilisiert werden. Versuchsweise eingesetzte Schlauchpumpen,
z.B. Rollenpumpen oder Peristaltikpumpen, sind für die sterile Flüssigkeitsfbrderung
unter hohen, reproduzierbar einstellbaren, Drücken ebenfalls nicht geeignet. Bei hohen
Drücken löst die in den Schlauch übertragene Walkarbeit den Schlauch nach kurzer
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Zeit auf, so daß Kunststoffpartikel sich aus der Schlauchwand lösen und
Düsenverstopfungen verursachen. Auch ist eine reproduzierbare, auf 10 Pa (1 bar)
genaue, Druckeinstellung durch Schlauchpumpen schwierig, da die Flüssigkeit pulsiert,
der Druck nur schwierig steril einzustellen bzw. zu messen ist und das Risiko der
verschiedenen Schlauchhandhabung durch den Anwender nicht ausgeschlossen werden kann.
Die notwendige Sterilität der Flüssigkeit erfordert eine Trennung der Flüssigkeit von
der Druckerzeugung. Bislang für den medizinischen Einsatz entwickelte Flüssigkeitsstrahlschneidegeräte werden in der US 49 13 698, DE 42 01 992 A 1, DE
42 00 976 C 2 oder DE 9200 452 Ul beschrieben. Alle diese Entwicklungen gehen davon aus, einen in der Medizin handelsüblichen (Einweg)-Flüssigkeitsvorratsbehälter
(Beutel/Spritze) formschlüssig in einem Druckaufhahmebehälter aufzunehmen, so daß
der Druck der Flüssigkeit in dem steril abgeschlossenen (Einweg)-Flüssigkeitsvorratsbehälter höher sein kann als ohne Druckaufhahmebehälter,
ohne daß der (Einweg)-Flüssigkeitsvorratsbehälter undicht wird oder platzt. Bereits
durchgeführte klinische Studien ergaben, daß ein Flüssigkeitsbehälter von ca. 500 ml
Inhalt für die meisten medizinischen Applikationen wünschenswert wäre. Ein handelsüblicher medizinisch geeigneter Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoff und mit
diesem Volumen, der über einen geeigneten Antrieb einem Druck von 10 Pa (100 bar)
und höher Stand hält, ist aber zur Zeit nicht erhältlich. Bisher versuchsweise eingesetzte
(Einweg)-Kunststoffbehälter in Form von Spritzen, Beuteta oder Kartuschen zeigten,
selbst bei optimaler Formschlüssigkeit zum Druckaufhahmebehälter, verschiedenste
Undichtigkeiten und Verformungen auf Grund des hohen Druckes und der Fertigungstoleranzen. Diese Problematik führte außer zu Leckagen auch zu
Abweichungen in der Druckeinstellung und zu Handhabungsproblemen beim Einsetzen und besonders bei der Entnahme des Flüssigkeitsbehälters aus dem
Druckaufhahmebehälter nach Gebrauch. Aufgrund dieser Problematik sind bisherige Entwicklungen von medizinischen Flüssigkeitsstrahlschneidegeräten zur Zeit noch nicht
zur Marktreife gekommen.
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Die Anforderungen an ein ideales medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät können
aus den Erfahrungen mit bisher entwickelten und eingesetzten Systemen abgeleitet
werden:
- einen Flüssigkeitsdruck von bis zu 10 Pa (100 bar) für die meisten medizinischen
Anwendungen; in der Knochenchirurgie bis zu 10 Pa (1000 bar).
- einen sterilisierbaren und zuverlässig druckfesten Flüssigkeitsbehälter mit einem
Volumen von ca. 500 ml.
- ein kohärentes Flüssigkeitsstrahlprofil über den gesamten Druckbereich, insbesondere
auch bei sehr kleinen und sehr großen Flüssigkeitsstrahldrücken, um eine genaue
Schnittführung und Kontrolle der Schneidenergie zu ermöglichen.
- eine präzise und reproduzierbare Maximalflüssigkeitsstrahldruckeinstellung mit der
Option während des Schneidvorgangs den Druck von 0 Pa (0 bar) bis zu diesem eingestellten begrenzenden Wert stufenlos auf einfache Art zu regulieren, um den
Schneidvorgang des Gewebes jederzeit kontrollieren zu können. Bisher ist bei aktiven
chirurgischen Schneidgeräten eine stufenlose Kontrolle der eingebrachten Energie
nicht üblich. Parameter der Schneidenergie werden in der Regel am Gerät voreingestellt
und können vom Anwender lediglich durch einen Schalter ein- oder ausgeschaltet werden.
- eine schnelle Unterbrechung des Flüssigkeitsstrahles ohne Nachspritzen der
Flüssigkeit bei gewünschtem Ende des Schneidvorgangs, um die Gefahr der unbeabsichtigten Schädigung von Gewebe zu minimieren.
- einfache Handhabbarkeit des Flüssigkeitsbehälters bei der Befiillung mit Flüssigkeit,
sowie beim Einsetzen in das Gerät und bei Entnahme aus dem Gerät.
- hohe Gerätesicherheit für den Patienten und das bedienende Personal
- kleine und damit transportable Baugröße des Gerätes, sowie ein akzeptables
Betriebsgeräusch um ein längerfnstiges konzentriertes Arbeiten des OP-Personals zu
ermöglichen.
Diesen Anforderungen an ein medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät soll die nun
zu beschreibende Erfindung gerecht werden. In der Zeichnung, Fig. 1, ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen medizinischen
Flüssigkeitsstrahlschneidegerätes schematisch dargestellt. Die Erfindung besteht im
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wesentlichen aus einem autark hochdruckstabilen, sterilisierbaren und mehrfach
verwendbaren Flüssigkeitsvorschubbehälter 8, einem geeigneten krafterzeugenden
Antrieb 4 des Flüssigkeitsvorschubbehälters 8 und einer aus den medizinischen Anforderungen für ein ideales Flüssigkeitsstrahlschneidegerät entwickelten
mikroprozessorgestützten Steuerung 3 für die krafteinstellende elektronische Steuerung 27 des krafterzeugenden Antriebs 4. Der Flüssigkeitsvorschubbehälter 8
dient zur Aufnahme der Flüssigkeit, die mittels des krafterzeugenden Antriebs 4 unter
Druck gesetzt werden kann um einen Flüssigkeitsstrahl 28 zu erzeugen, und besteht im
wesentlichen aus einem Hohlkörper, vorzugsweise einem Hohlzylinder 7, einem Deckel 18, einem Kolben 12 und mehreren biokompatiblen Hochdruckdichtungen 14.
Der Hohlzyündef 7 besteht aus einem biokompatiblen hochdruckfestem Material,
vorzugsweise Metall oder/und einem anderen biokompatiblen Material z.B. einem Verbundwerkstoff. Das biokompatible hochdruckfeste Material ermöglicht es,
Hohlzylinder, die hohen Drücken eigenständig ohne einen zusätzlich formschlüssig
anliegenden Druckaufhahmebehälter zuverlässig standhalten, mit geringen Wanddicken
zu fertigen. Dabei ist es wichtig, daß das verwendete Hohlzylindermaterial sich unter
Hochdruck nur geringst ausdehnt, um ein Druckspeicherverhalten zu verhindern. Ein
unerwünschtes Druckspeicherverhalten würde zu Abweichungen in der Druckregulierung und zu einem Nachspritzen des Flüssigkeitsstrahles bei Beendigung
des Schneidvorgangs führen. Der Hohlzylinder 7 weist, vorzugsweise an der Applikationseite 9, eine Schnellverschlußeinrichtung 17 auf, die es ermöglicht den
Hohlzylinder 7 mit einem Deckel 18 auf einfach handhabbare Weise zu öffnen bzw. zu
verschließen. Dadurch ist es möglich, eine Flüssigkeit in den Innenraum 16 des
Hohlzylinders 7 zu füllen. Zwischen Deckel 18 und Hohlzylinder 7 befinden sich zweckmäßigerweise eine oder mehrere biokompatible Hochdruckdichtungen 14. Die
Dichtung(en) 14 verhindern einen unerwünschten Austritt der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit. Damit die Dichtung(en) 14 ihre Aufgabe erfüllen können, ohne
daß der Deckel 18 mit einem Werkzeug geschlossen werden muß, wird der Flüssigkeitsvorschubbehälter 8 mit einer geeigneten mechanischen Vorrichtung 19
gegen den Deckel 18 gehalten. Dieses ist aus zwei Gründen notwendig: Erstens ist ein
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Druckaufbau in der Flüssigkeit, die sich im Innenraum 16 des Hohlzylinders 7 befindet,
durch die Vorschubeinrichtung 5 des krafterzeugenden Antriebs 4 nur möglich, wenn
der Flüssigkeitsvorschubbehälter 8 gegen den Kraftvektor der Vorschubeinrichtung
des krafterzeugenden Antriebs 4 gehalten wird. Zweitens werden die Dichtungen zwischen Deckel 18 und Innenwand des Hohlzylinders 7 gepresst, so daß sich eine
Abdichtung in Abhängigkeit des Flüssigkeitsdruckes ergibt.
Der Deckel 18 besteht aus einem biokompatiblen hochdruckfestem Material,
vorzugsweise Metall oder/und einem anderen biokompatiblen Material z.B. einem Verbundwerkstoff. Das biokompatible hochdruckfeste Material ermöglicht es, Deckel
die hohen Drücken eigenständig ohne einen zusätzlich formschlüssig anliegenden
Druckaufhahmebehälter standhalten, mit geringen Wanddicken zu fertigen. Dabei ist es
wichtig, daß das verwendete Deckelmaterial sich unter Hochdruck nur geringst ausdehnt, um ein Druckspeicherverhalten zu verhindern. Am Deckel 18 ist an der
Zylinderseite 20 eine Schnellverschlußeinrichtung 22 vorgesehen, so daß der Hohlzylinder 7 mit dem Deckel 18 verschließbar ist. Auf der Stirnseite 21 des
Deckels 18 befindet sich eine Leitungsanschlußmöglichkeit 23 für eine biokompatible
hochdruckfeste flexible Leitung 24. Die Leitungsanschlußmöglichkeit 23 ist durch eine
durchgehende Bohrung 26 mit dem Innenraum 16 des Hohlzylinder 7 verbunden. Die Leitung 24 ermöglicht eine sichere Führung der unter Hochdruck stehenden Flüssigkeit
aus dem Innenraum 16 des Hohlzylinders 7 zum jeweilig am anderen Ende der Leitung 24 angeschlossenen medizinischen Applikationsinstrument 25. Dabei ist es
wichtig, daß das verwendete Leitungsmaterial sich unter Hochdruck nur geringst ausdehnt, um ein Druckspeicherverhalten zu verhindern.
Der Kolben 12 besteht aus einem biokompatiblen hochdruckfestem Werkstoff,
vorzugsweise Metall oder/und einem anderen biokompatiblen Material z.B. einem Verbundwerkstoff. Der biokompatible hochdruckfeste Werkstoff ermöglicht es, Kolben
die hohen Drücken standhalten, mit geringen Wanddicken zu fertigen. Dabei ist es
wichtig, daß das verwendete Kolbenmaterial sich unter Hochdruck nur geringst ausdehnt, um ein Druckspeicherverhalten zu verhindern. Der Kolben 12, der von einem
geeigneten Antrieb 4 über eine Vorschubeinrichtung 5 angetrieben wird, dient dazu
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einen hohen Flüssigkeitsdruck im Innenraum 16 des Hohlzylinders 7 aufzubauen.
Zwischen dem Kolben 12 und der Innenwand des Hohlzylinders 7 befinden sich eine bzw. mehrere biokompatible Hochdruckdichtungen 14. Die hohe Abdichtungsfähigkeit
dieser Dichtungen 14 verursacht hohe Reibungskräfte zwischen Kolben 12 und Innenwand des Hohlzylinders 7. An der Antriebsseite 13 des Kolbens 12 ist eine
Vorrichtung 15 vorgesehen, die mechanisch bzw. elektromagnetisch an die
entsprechende Vorrichtung 6 an der Vorschubeinrichtung 5 des krafterzeugenden Antriebs 4 angekoppelt wird. Diese Ankopplung ist kraftschlüssig und ermöglicht ein
Zurückfahren des Kolbens 12 durch den krafterzeugenden Antrieb 4 mittels der Vorschubeinrichtung 5, um die, durch die Dichtungen 14 bedingten, Reibungskräfte zu
überwinden. Dieses Zurückfahren ist aus zwei Gründen notwendig: Erstens, um über
das kurze Zurückfahren des Kolbens 12 einen sofortigen Druckabbau im Flüssigkeitsvorschubbehälter 8 zu erreichen, wenn der Flüssigkeitsstrahl 28 ohne ein
längeres Nachspritzen der Flüssigkeit unterbrochen werden soll. Zweitens, um den
Kolben 12 bei geleertem Flüssigkeitsvorschubbehälter 8 in die Ausgangslage zu bringen, damit der Flüssigkeitsvorschubbehälter 8 nach Gebrauch und Entnahme aus
dem Gerät wieder sterilisiert werden kann. An der Antriebsseite 10 des Hohlzylinder 7
ist eine Vorrichtung 11 ausgebildet, um ein Herausfallen oder Herausziehen des
Kolbens 12 in heruntergefahrener Position zu verhindern.
Bei dem krafterzeugenden Antrieb 4 des medizinischen Flüssigkeitsstrahlschneidegerätes
sind im wesentlichen zwei verschiedene Antriebe des Kolbens 12 des Flüssigkeitsvorschubbehälters 8 denkbar: Erstens, ein hydraulischer Antrieb über einen
Hydraulikzylinder mit einem elektrohydraulischen Antriebsmotor. Dabei ist es wichtig
wegen der erforderlichen präzisen Druckeinstellung sowie der geforderten kleinen
Baugröße des Gerätes und für ein akzeptables Betriebsgeräusch den hydraulischen Druck über ein Proportionaldruckbegrenzungsventil zu steuern bzw. zu regeln.
Proportionaldruckbegrenzungsventüe sind in der Lage hydraulische Drücke sehr präzise
zu steuern bzw. zu regeln, sind in ihrem Steuer- bzw. Regelverhalten sehr schnell und
funktionieren mit einem minimalem Öldurchfluß. Dadurch können in dem Flüssigkeitsstrahlschneidegerät sehr kleine elektrohydraulische Antriebsmotore geringer
Leistung eingesetzt werden, was der einzige Weg ist, bei maximaler verfugbarer
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hydraulischer Kraft die Baugröße des Gerätes zu minimieren, sowie das
Betriebsgeräusch des Gerätes gering zu halten. Zweitens, ein elektromechanischer
Antrieb, der insbesondere bei geringen Flüssigkeitsdrücken geeignet ist. Dabei kann die
einzustellende Kraft des Vorschubs z.B. über das Drehmoment des elektrischen Antriebsmotors gesteuert bzw. geregelt werden.
Um ein Maximum an Sicherheit während des Schneidevorgangs für Patient und
Anwender zu ermöglichen, ist es erforderlich, über eine präzise und reproduzierbare
Maximalflüssigkeitsstrahldruckeinstellung 2 (begrenzender Druckwert) zu verfugen.
Während des Schneidvorgangs muß der Druck der Flüssigkeit (Arbeitsdruck) zwischen
0 Pa (0 bar) und dem eingestellten begrenzenden Druckwert auf einfache Art stufenlos
verändert werden können, um die Schneidenergie und damit den Gewebeschneidvorgang jederzeit kontrollieren zu können. Das für die Steuerung des
Arbeitsdruckes notwendige elektrische Signal wird von einem Fußpedal 1 bzw. einer
anderen ergonomischen Betätigungsmöglichkeit im wesentlichen stufenlos generiert
und über eine geeignete mikroprozessorgestützte Steuerung 3 an die elektronische
Steuerung 27 (Proportionaldruckbegrenzungsventilsteuerung/-regelung bzw.
Motordrehmomentsteuerung/-regelung) des krafterzeugenden Antriebs 4
weitergegeben.
Claims (11)
1. Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von
biologischem Gewebe mit einem Flüssigkeitsaufhahmebehälter und einem
krafterzeugenden Antrieb zur Druckerzeugung in der Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsaufhahmebehälter als autark hochdruckstabiler,
sterilisierbarer und mehrfach verwendbarer Flüssigkeitsvorschubbehälter (8) ausgebildet
ist, und im wesentlichen aus einem Hohlkörper, vorzugsweise einem Hohlzylinder (7),
einem Deckel (18), einem Kolben (12), mehreren biokompatiblen Hochdruckdichtungen (14) und einer Leitungsanschlußmöglichkeit (23) besteht.
2. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hohlzylinder (7), der Deckel (18) und der Kolben (12) des Flüssigkeitsvorschubbehälters (8) aus einem biokompatiblen hochdruckfestem Material,
vorzugsweise Metall oder/und einem anderen biokompatiblen Material gefertigt ist.
3. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß an der Antriebsseite (13) des Kolbens (12) eine Vorrichtung (15) angebracht ist,
die mechanisch oder elektromagnetisch an die entsprechende Vorrichtung (6) an der
Vorschubeinrichtung (5) des krafterzeugenden Antriebs (4) ankoppelbar ist.
4. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der krafterzeugende Antrieb (4) für den Flüssigkeitsvorschubbehälter (8) ein elektrohydraulischer oder elektromechanischer
Antrieb ist, wobei die zu erzeugende Kraft über eine Proportionaldruckbegrenzungsventilsteuerung (27) oder
Proportionaldruckbegrenzungsventikegelung (27) bzw. eine Motordrehmomentsteuerung (27) oder Motordrehmomentregelung (27) regelbar oder
steuerbar ist.
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5. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Maximalflüssigkeitsstrahldruckeinstellvorrichtung (2) vorgesehen ist.
6. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck der Flüssigkeit jederzeit, über ein elektrisches
Signal im wesentlichen stufenlos veränderbar ist.
7. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Erzeugung des elektrischen Signals ein Fußpedal (1) oder eine andere ergonomische
Betätigungseinrichtung vorgesehen ist.
8. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Flüssigkeitsvorschubbehälter (8) eine Haltevorrichtung (19) zugeordnet ist.
9. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Haltevorrichtung (19) dem Deckel (18) des Flüssigkeitsvorschubbehälters (8) zugeordnet ist, und die, durch den Druck der Flüssigkeit im Innenraum (16) erzeugte,
auf den Deckel (18) wirkende Kraft aufnimmt.
10. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß an der Antriebsseite (10) des Hohlzylinders (7) eine, ein
Herausfallen oder Herausziehen des Kolbens (12) in heruntergefahrener Position verhindernde, Einrichtung (11) ausgebildet ist.
11. Flüssigkeitsstrahlschneidegerät nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (7) eine Schnellverschlußeinrichtung
(17) aufweist, die vorzugsweise an der Applikationsseite (9) vorgesehen ist.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE29806716U DE29806716U1 (de) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von biologischem Gewebe |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE29806716U DE29806716U1 (de) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von biologischem Gewebe |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE29806716U1 true DE29806716U1 (de) | 1998-06-25 |
Family
ID=8055702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE29806716U Expired - Lifetime DE29806716U1 (de) | 1998-04-06 | 1998-04-06 | Medizinisches Flüssigkeitsstrahlschneidegerät zum Trennen bzw. Schneiden von biologischem Gewebe |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE29806716U1 (de) |
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