DE4200976C2 - Vorrichtung zum Trennen einer biologischen Struktur, insbesondere des menschlichen Gewebes - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Trennen ei­ ner biologischen Struktur, insbesondere des menschlichen Gewebes, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind bekannt und werden für die vielfältigsten Trennaufgaben in der Humanchirurgie, aber auch in der Tierchirurgie verwendet. Diese Vorrichtungen, die allgemein auch Jet-Cutting-Systeme genannt werden, werden in der Chirurgie zur Trennung biologischer Struk­ turen der unterschiedlichsten Art verwendet.

Diese Vorrichtungen werden anstelle herkömmlicher chirur­ gischer Trennverfahren immer dann verwendet, wenn eine schonende Therapie erreicht werden soll, d. h. daß wäh­ rend der Trennung unnötige Gewebeverluste weitgehend ausgeschlossen werden sollen, womit das Ziel erreicht wird, die Traumatisierung eines Organs beim chirurgi­ schen Eingriff zu minimalisieren mit dem weiteren Vor­ teil, daß mit Vorrichtungen dieser Art der Umfang des operativen Eingriffs der Erkrankung angepaßt werden kann, was beispielsweise in der Metastasenchirurgie von allerhöchster Bedeutung ist.

Es sind Vorrichtungen bekannt, bei denen das Trennmedium aus einem Vorratsbehälter gefördert und einem Handstück bereitgestellt wird. Derartige Vorrichtungen haben sich nicht bewährt, da das Trennmedium mit allen dazu gehö­ renden Aggregaten in Berührung kommt und damit die An­ forderungen der Sterilisation nicht erfüllt werden kön­ nen.

Die Sterilhaltung des Trennmediums ist im Prinzip nur bei solchen Vorrichtungen möglich, wo das Trennmedium vom Druckmedium getrennt gehalten wird.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung wird in der US 49 13 698 be­ schrieben. Diese Vorrichtung besitzt eine Druckerzeu­ gungseinrichtung in Form einer Gasdruckflasche, ein Druckregelventil, eine Aufnahmeeinrichtung mit einem flexiblen Gefäß für ein Trennmedium und ein mit dem fle­ xiblen Gefäß verbundenes Handstück. Das von der Gas­ druckflasche bereitgestellte Druckmedium belastet das flexible Gefäß an seinem Umfang und verdrängt das ste­ rile Trennmedium durch eine Leitung zum Handstück, wo es unter Druck austritt.

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß auf Grund der ungleichmäßigen Entleerung des flexiblen Gefäßes der Druck des am Handstück austretenden Trennmediums nicht in einer erforderlichen Größe eingestellt und konstant gehalten werden kann, was sich nachteilig auf das Strö­ mungsverhalten des austretenden Trennmediums auswirkt. Ein Strömungsverhalten im nichtlaminaren Bereich wirkt sich äußerst nachteilig auf die Präzision des Trennvor­ ganges aus.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Vorrichtung der vor­ liegenden Gattung derart weiterzubilden, daß unter Bei­ behaltung der Sterilität des Trennmediums stabile und reproduzierbare Druckverhältnisse für das austretende Trennmedium erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Für den Operateur ist es damit möglich, in allen Betriebszuständen feinfühlig und stufenlos genaue und reproduzierbare Drücke im Druckmedium zu realisieren. Diese genauen Drücke werden dann auf Grund der bleibenden formschlüs­ sigen Aufnahme der Kartusche im Zylinderraum der Kolben- Zylinder-Einheit über den gesamten Kolbenhub ohne Abwei­ chungen auf das Trennmedium übertragen und sorgen dafür, daß sich der Trennmediumstrom stets, auch nach dem Aus­ tritt aus der Düse des Handstückes, im bevorzugten lami­ naren Strömungsbereich bewegt. Diese kavitationsvermeidende, laminare Strömung ist letztlich maßgebend für die Ausbildung eines scharfkantigen Wasserstrahles, der auch nach dem Austritt aus der Düse über eine relativ weite Entfernung erhalten bleibt. Dadurch ist es möglich, den optimalen Abstand der Düse des Handstückes von der bio­ logischen Struktur während der Operation konstant zu halten und die Veränderung der Trennkräfte allein über die Regelung der Druckverhältnisse des Druckmediums zu realisieren.

Das verringert die Anforderungen des Operateurs an die Handhabbarkeit der Vorrichtung in erheblichem Maße. Die­ ser Wasserstrahl ermöglicht weiterhin eine noch schonen­ dere Trennung des Gewebes. Außerdem wird die Sicht des Operateurs auf das Operationsfeld verbessert.

Die Anforderungen an die Sterilität der Trennflüssigkeit werden auf einfache Weise erfüllt, da das Trennmedium stets separat gehalten wird und mit keinerlei Elementen der Druckerzeugungseinrichtung in Berührung kommt.

Bei einer zweckdienlichen Ausgestaltung der Vorrichtung wird eine Vielfachverbindung zur wahlweisen Verteilung des Trennmediums eingesetzt, so daß während eines Operationsvorganges unter­ schiedliche Handstücke für den jeweiligen operativen Schritt wechselweise ausgewählt werden können.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wirkt mit dem Handstück eine Kühleinrichtung zusammen, mit der eine gezielte Änderung des Aggregatzustandes des aus der Trenneinrichtung austretenden Trennmediums ausführbar ist und zwar derart, daß infolge der Änderung des Aggre­ gatzustandes das Trennmedium neben weiterhin flüssigen Bestandteilen auch kristalline Bestandteile enthält. Eine derartige Ausgestaltung wird vorzugsweise immer dann gewählt, wenn im Mund-, Kiefer- und Gesichtsbereich knochenchirurgische Eingriffe vorgenommen werden müssen, wobei ein auf vorangehend beschriebene Weise zusammenge­ setztes Trennmedium schonend auch zur Trennung von Kno­ chen geeignet ist.

Eine andere Ausgestaltung der Vorrichtung zeigt das Zu­ sammenwirken des Handstückes mit einer Heizeinrichtung. Mit der gezielten Erwärmung des Trennmediums wird ein sehr wirksames Koagulationsinstrument zum Verschluß der durchtrennten Gefäße geschaffen. Auch kann damit die Elastizität des zu trennenden Gewebes verändert werden, wodurch ein besseres und schonenderes Trennergebnis er­ reicht wird.

Grundsätzlich ist die Verwendung von Laserstrahlen in der Chirurgie seit langem bekannt. Mit Lasern werden beispielsweise Nierensteine zertrümmert, wobei sich aber herausgestellt hat, daß die Applikation des Lasers auf den zu zerstörenden Nierenstein selbst Schwierigkeiten bereitet, da überwiegend in Laserstrahlachsrichtung bei der Applikation des Laserstrahls auf den Nierenstein den Nierenstein zerstörende Kraftkomponenten entstehen und auf ihn einwirken. Dies hat zur Folge, daß der Nieren­ stein nicht in eine möglichst große Vielzahl von Einzelteilen zerlegt wird, sondern nach einmaliger Ap­ plikation weiterhin große Bruchstücke vorliegen. Um zu erreichen, daß der Nierenstein, wie eigentlich ange­ strebt, bei der Applikation eines Laserstrahls in eine Vielzahl möglichst kleiner Einzelbestandteile zerfällt, ist es vorteilhaft, daß bei der Vorrichtung im Bereich des Handstückes ein Laserstrahl in das Trennmedium ein­ gekoppelt wird, wobei der Laserstrahl und das Trennmedi­ um in im wesentlichen gleicher Richtung aus dem Hand­ stück austreten. Eine derartige Kombination aus unter hohem Druck befindlichem strahlförmigen Trennmedium und dazu im wesentlichen achsparallel austretendem Laser­ strahl schafft ein hervorragendes Mittel, um beispiels­ weise einen Nierenstein in der gewünschten Art zu zer­ stören, da durch die auf den Nierenstein ausgeübte Wir­ kung des Trennmediums quasi ein Loch geschaffen wird, in das der Laserstrahl eintritt, so daß der Laserstrahl dann auch im wesentlichen zu seiner Austrittsachse ra­ diale Kraftkomponenten im Nierenstein induzieren kann, so daß tatsächlich eine Zertrümmerung in viele Bestand­ teile die Folge ist.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die einzige nachfolgende schematische Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.

Diese zeigt in Form eines erweiterten Blockschaltbildes die Vor­ richtung mit ihren Einzelkomponenten, wobei vier unterschiedlich ausgestaltete Handstücke gleichzei­ tig an die Vorrichtung angeschlossen sind.

Die Vorrichtung 10 besteht druckerzeugerseitig im we­ sentlichen aus einer Druckerzeugungseinrichtung 12 und einer Kolben-Zylinder-Einrichtung 15. Die Druckerzeuger­ einrichtung 12 umfaßt eine Pumpeneinrichtung zur Erzeu­ gung hydraulischen oder pneumatischen Drucks, der auf die Kolbenseite der Kolben-Zylinder-Einrichtung 15 wirkt. Die Druckerzeugungseinrichtung 12 ist dazu über eine Leitung 23 mit der Kolben-Zylinder-Einrichtung 15 verbunden, wobei in der Leitung 23 das Druckmedium 16, beispielsweise Hydrauliköl oder Luft, gefördert wird. Zur Aufrechterhaltung eines konstanten Drucks im Kolben­ raum 24 der Kolben-Zylinder-Einheit 15 sind in die Lei­ tung 23 auf bekannte Weise ein Druckregelventil 25, ein Rückschlagventil 26, ein Drucksensor 27 und ein Wegeven­ til 28 geschaltet, wobei über den Drucksensor 27 das Druckregelventil 25 zur Steuerung im wesentlichen kon­ stanten, vorbestimmten Drucks des Druckmediums 16 ge­ steuert wird. Das Wegeventil 28 dient dazu, den Kolben der Kolben-Zylinder-Einrichtung 15 in seiner Bewegung umkehrbar zu gestalten, wenn nach Ausführung eines vor­ bestimmten Arbeitshubes des Kolbens der Kolben wieder in seine Ausgangslage zurückgeführt werden muß, was im ein­ zelnen noch weiter unten beschrieben wird.

Getrennt vom Hydraulik- bzw. Pneumatikkreis des Druckme­ diums 16 ist der Zylinderraum 17 der Kolben-Zylinder- Einrichtung 15 angeordnet. Im Zylinderraum 17 wird das eigentliche flüssige Trennmedium 11, das in der Regel aus Wasser besteht, aufgenommen. Um eine hohe Sterilität des trennmediumseitigen Teils der Vorrichtung 10 zu ge­ währleisten, ist das Trennmedium 11 in einer Kartusche aufgenommen, die ihrerseits wiederum formschlüssig im Zylinderraum 17 der Kolben-Zylinder-Einrichtung 15 auf­ genommen wird.

Der Zylinderraum 17 ist über eine Leitung 14 für das Trennmedium 11 mit einer Ventileinrichtung 18 verbunden, mittels der der Fluß des Trennmediums 11 in der Leitung 14 steuerbar und/oder regelbar ist, wobei über diese Ventileinrichtung 18 auch der Austritt des Trennmediums 11 aus dem Handstück 13 über einen hier nicht gesondert dargestellten Fußschalter oder ein beliebiges anderes geeignetes Auslöseorgan ausgelöst wird.

Der Ventileinrichtung 18 nachfolgend ist eine Vielfach­ verbindung 29 angeordnet, an die wahlweise eine Mehrzahl von Handstücken 13 anschließbar sind. Die Leitung 14 (140, 141; 142, 143) führt in dem in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiel zu vier Handstücken 13, die in der figürlichen Darstellung unterschiedlich ausgebil­ det sind. Die über die Leitung 143 zum Handstück 13 füh­ rende Ausgestaltung stellt gewissermaßen die Standard­ ausgestaltung als Teil der Vorrichtung 10 dar. Aus dem schon erwähnten Handstück 13 tritt bei entsprechender Betätigung der Ventileinrichtung 18 und ggf. einer zwei­ ten, nicht gesondert dargestellten, an dem Handstück 13 ausgebildeten Auslöseeinrichtung das Trennmedium 11 aus, und zwar aufgrund des von der Kolben-Zylinder-Einrich­ tung 15 auf das im Zylinderraum 17 angeordnete Trennme­ dium 11 ausgeübten Drucks.

Das über die Leitung 142 verbundene Handstück 13 ist ge­ genüber der vorbeschriebenen Standardform mit einer in der Leitung 142 angeordneten Heizeinrichtung 20 verse­ hen. Über die Heizeinrichtung 20 kann die Temperatur des aus dem Handstück 13 austretenden Trennmediums 11 ge­ steuert und/oder geregelt werden, wobei beispielsweise die Temperatur im Bereich von 45 bis 80°C steuerbar und/oder regelbar ist. Durch diese Maßnahme wird ein Koagulationsinstrument zum Verschluß der Gefäße während des Trennvorganges geschaffen.

Das über die Leitung 141 mit der Ventileinrichtung 18 verbundene Handstück 13 wirkt mit einer Kühleinrichtung 19 zusammen, mit der eine gezielte Änderung des Aggregatzustandes des aus dem Handstück 13 austretenden Trennmediums 11 ausführbar ist, d. h. es sind gezielte Eiskristalle im Trennmedium 11 erzeugbar, das dann als Gemisch zusammen mit flüssigen Bestandteilen des Trenn­ mediums 11 aus der Düse des Handstückes 13 aus­ tritt, wobei diese Ausgestaltung insbesondere für kno­ chenchirurgische Trennungen im Mund-, Kiefer- und Ge­ sichtsbereich Anwendung finden können.

Das über die Leitung 140 mit der Ventileinrichtung 18 verbundene Handstück 13 ist derart gestaltet, daß ein von einer hier nicht gesondert dargestellten Laserquelle zugeführter Laserstrahl 21 in das Trennmedium 11 einkop­ pelbar ist. Der Laserstrahl 21 und das Trennmedium 11 treten dann entsprechend der Richtung des Pfeiles in im wesentlichen gleicher Richtung aus dem Handstück 13 her­ aus, d. h. der Laserstrahl 21 wird dann nach dem Austritt aus dem Handstück 13 im Trennmedium 11 geführt.

Bei der Inbetriebnahme und Funktion der Vorrichtung 10 wird zunächst mittels der Druckerzeugungseinrichtung 12 ein auf den Kolbenraum 24 der Kolben-Zylinder-Einrich­ tung 15 einwirkender konstanter Druck hergestellt. In dem Zylinderraum 17 ist zuvor das Trennmedium 11 auf oben beschriebene Weise eingeführt worden. Über die Ven­ tileinrichtung 18 wird mittels der erwähnten, hier nicht gesondert dargestellten elektronischen Einrichtungen, ggf. rechnergestützt, der Arbeitsdruck des Trennmediums 11 mit einer Reproduktionsgenauigkeit von 0,03% gere­ gelt, wobei der Arbeitsdruck des Trennmediums 11 bis 500 bar betragen kann, und der durchschnittliche normale Arbeitsdruck des Trennmediums 11 im Bereich bis zu 100 bar liegt. Unter diesem Druck tritt dann das Trennmedium 11 aus dem Handstück 13 über eine hier nicht gesondert dargestellte Düse aus, die in dem Handstück 13 angeord­ net ist, wobei der Düsendurchmesser beispielsweise 50 µm beträgt. Während eines operativen Eingriffs mit der Vor­ richtung 10 können auch eine Mehrzahl von Handstücken 13 gleichzeitig mit dem Trennmedium 11 versorgt werden, so daß der Operateur für die verschiedensten Operations­ schritte unterschiedlich ausgestaltete Handstücke 13, wie sie beispielsweise in der Zeichnung dargestellt sind, zur Verfügung hat.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Trennen einer biologischen Struk­ tur, insbesondere des menschlichen Gewebes, bestehend aus einer Druckerzeugungseinrichtung für ein Druckmedi­ um, aus einem Druckregelventil zur Regelung des Druckme­ diums und aus einer Einrichtung mit einem Aufnahmebehäl­ ter für ein Trennmedium, wobei das Druckmedium auf das Trennmedium einwirkt und das Trennmedium über eine Leitung mit einem Handstück verbunden ist, aus der das Trennmedium austritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ richtung aus einer Kolben-Zylinder-Einrichtung (15) be­ steht, deren Kolben vom geregelten Druckmedium (16) be­ lastet wird und dessen Bewegung über ein Wegeventil (28) umkehrbar ist und deren Zylinderraum (17) den Aufnahme­ behälter für das Trennmedium (11) aufnimmt, wobei der Aufnahmebehälter aus einer formschlüssigen Kartusche ge­ bildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kol­ ben-Zylinder-Einrichtung (15) eine Vielfachverbindung (29) zur wahlweisen Verteilung des Trennmediums (11) auf das eine oder auf mehrere Handstücke (13) nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Handstücke (13) mit einer Kühleinrichtung (19) verbunden ist, die den Aggregatzustand des Trennmediums (11) der­ art verändert, daß das Trennmedium (11) aus weiterhin flüssigen und dazu kristallinen Bestandteilen besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Handstücke (13) mit einer Heizeinrichtung (20) für das Trennmedium (11) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Handstücke (13) mit einem Laserstrahlerzeuger in der Art verbunden ist, daß der Laserstrahl (21) in das Trennmedium (11) einkoppelbar ist und mit ihm gebündelt und in im wesentlichen gleicher Richtung aus dem Handstück (13) austritt.