DE60130462T2

DE60130462T2 - Chirurgisches schneidinstrument mit eingebauten sensoren

Info

Publication number: DE60130462T2
Application number: DE60130462T
Authority: DE
Inventors: Kyle S. Pittsburgh LEBOUITZ; Michele McMurray MIGLIUOLO
Original assignee: Verimetra Inc
Current assignee: Verimetra Inc
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: US6972199B2; AU2001277081A1; US6494882B1; EP1303220B1; WO2002007617A3; DE60130462D1; US20020116022A1; WO2002007617A2; EP1303220A2; JP2004504097A; ATE372732T1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schneidinstrument, welches eine Vielzahl von Sensoren aufweist, die darin integriert sind. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Klinge, die einen Sensor oder Sensoren aufweist, welche auf ihr ausgebildet sind, wobei die Sensoren so aufgesetzt sind, dass sie an die Schneidoberfläche angrenzen, so dass die Messung der physikalischen Eigenschaften der Klinge und eines Werkstücks oder Gewebes ermöglicht wird.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Es gibt Schneidinstrumente für eine Unzahl von Anwendungen, die von sehr spezialisierten Anwendungen wie chirurgischen Skalpellen bis zu industriellen Anwendungen und gewöhnlichen Verbraucheranwendungen reichen.
Chirurgische Eingriffe gehören nach wie vor zu den schwierigsten und risikoreichsten Prozeduren. Bevor Chirurgen einen Einschnitt in ein Gewebe vornehmen, ist es erforderlich, dass sie identifizieren, in was für eine Art von Gewebe eingeschnitten wird, z. B. Fett-, Muskel-, Gefäß- oder Nervengewebe. Diese Aufgabe wird stark durch die Tatsache erschwert, dass die menschliche Anatomie sich von Person zu Person etwas unterscheidet. Wenn vor einem Einschnitt keine angemessene Klassifizierung des Gewebes erfolgt, kann dies viele negative Folgen haben. Wenn z. B. ein Chirurg einen Nerv nicht richtig klassifiziert und ihn durchschneidet, kann der Patient an Folgen leiden, die vom Empfindungsverlust bis zum Verlust der motorischen Kontrolle reichen.
Daher wäre es für Chirurgen nützlich, wenn sie während der Operation, und insbesondere während des eigentlichen Schneidevorgangs, in der Lage wären, bestimmte Charakteristiken zu erkennen, die dabei helfen können, das Substratgewebe zu identifizieren und zu klassifizieren.
Beispielsweise kann durch das Erkennen der Kraftmenge, die auf die Klinge ausgeübt wird, der Widerstand des Gewebes gemessen und verwendet werden, um bei der Klassifizierung des Gewebes zu helfen. Das Erkennen der verschiedenen Druckcharakteristiken des Materials, von dem die Klinge umgeben wird, z. B. in dem umgebenden Fluid, kann dabei helfen, den Typ oder die Typen von Gewebe, welche die Klinge umgeben, oder die Körperregionen, die von der Klinge eingeschnitten werden, zu klassifizieren. Das Erkennen der Gewebedichte in der Umgebung der Klinge kann genutzt werden, um bei der Identifikation dieses Gewebes zu helfen. Schließlich kann, wie oben gesagt, das Erkennen des Vorhandenseins von Nervengewebe dessen versehentliche Durchtrennung vermeiden. Außerdem würde die Möglichkeit, den Gewebetyp erkennen zu können, der sich in der Nachbarschaft der Klinge befindet oder von dieser durchschnitten wird, nicht nur nützlich sein, um dem Chirurgen während der Operation Echtzeit-Rückmeldungen zu liefern, sondern auch, wenn es zur späteren Verwendung für Nachverfolgungszwecke aufgezeichnet wird.
Auch die Temperatur kann genutzt werden, um die Verwendung einer Klinge zu überwachen. Indem z. B. die Zeit überwacht wird, während der die Klinge ungefähr 98,6 Grad Fahrenheit hat, kann die Zeit bestimmt werden, in der die Klinge verwendet wurde. Außerdem können Informationen, die mit dem Ausmaß und der Richtung der Bewegung der Klinge im Zusammenhang stehen, sowohl während der Verwendung der Klinge als auch nachfolgend zu Überwachungszwecken nützlich sein, damit man das Ausmaß des durchgeführten Schneidenvorgangs bei einer Prozedur messen kann.
Die Möglichkeit zum Erkennen von einem oder mehreren der gerade beschriebenen Parameter würde auch in nicht-medizinischen bzw. nicht-chirurgischen Anwendungen von Nutzen sein. Beispielsweise kann die Messung von einem oder mehreren dieser Parameter in Verbindung mit einer Verbraucherklinge, wie einer Rasierklinge, verwendet werden, um Verbrauchern Informationen zu liefern, die mit der auf die Klinge ausgeübten Schneidekraft und den geschnittenen Materialien im Zusammenhang stehen, sowie um die Schärfe der Klinge einzuschätzen. Ferner können die Hersteller, von denen die Verbraucherklinge entworfen wird, die gemessenen Parameter verwenden, um die Auswirkungen einzuschätzen, die durch die Veränderung des Designs eines Schneidwerkzeugs auftreten. Beispielsweise könnte ein Rasierklingenhersteller die Veränderungen der auf die Klinge ausgeübten Kraft quantifizieren, die auf Veränderungen des Griffes oder der Klingenkonfiguration zurückzuführen ist. Ebenso kann die Messung von einem oder mehreren dieser Parameter im Zusammenhang mit Bearbeitungswerkzeugen wie einem Sägeblatt und Fräswerkzeugen verwendet werden, um die Schärfe und Schneideleistung des Werkzeugs zu bestimmen oder vorherzusagen.
Die Sensortechnologie, die in Halbleitermaterialien zum Erkennen von Eigenschaften wie Dehnung, Druck, Temperatur, Dichte, dem Vorhandensein von Nerven und Bewegung integriert werden kann, ist aus dem Stand der Technik wohlbekannt. Ein Dehnungssensor oder -messgerät kann konstruiert werden, indem ein Widerstand verwendet wird, der aus einem Material wie Polysilicium hergestellt wird. Der Widerstand eines Materials wie Polysilicium verändert sich, wenn es gedehnt wird, und man kann die Dehnung berechnen, indem man die Veränderung des Widerstandes misst. Ein Drucksensor kann konstruiert werden, indem ein Dehnungssensor auf der Oberseite einer Membran platziert wird, die aus einem Material wie z. B. Siliciumnitrid oder Polysilicium hergestellt wird. Wenn sich die Membran aufgrund von Druckveränderungen in der Umgebung bewegt, kann das Dehnungsmessgerät verwendet werden, um den lokalen Druck zu messen. Beispiele für solche Drucksensoren werden in S. Sugiyama et al., „Microdiaphragm Pressure Sensor", IEEE Int. Electron Devices Meeting, 1986, S. 184-7, und H. Tanigawa et al., „MOS Integrated Silicon Pressure Sensor", IEEE Trans. Electron Devices, Band ED-32, Nr. 7, S. 1191-5, Juli 1985 beschrieben.
Ein Beispiel für einen Temperatursensor kann auf eine Weise konstruiert werden, die dem des Dehnungssensors entspricht, wobei ein Widerstand verwendet wird, der aus einem Material wie Polysilicium hergestellt wird. Indem dieser Typ von Sensor verwendet wird, kann die Temperatur als eine Funktion der Veränderung des Widerstandes des Materials gemessen werden. Ebenso haben Dioden eine leicht messbare Temperaturabhängigkeit, wie in A. S. Sedra und K. C. Smith, „Microelectronic Circuits", 4. Ausgabe, Oxford University Press, New York, S. 135, 1998 beschrieben wird, und werden daher ebenfalls bei der Gestaltung von Temperatursensoren verwendet.
Piezoelektrische Ultraschallsensoren können zur Messung der Dichte verwendet werden. Solche Sensoren vibrieren bei einer hohen Frequenz und senden ein hochfrequentes Signal in die Richtung des Objekts von Interesse aus. Die Dichte des Auftreffobjekts kann auf der Grundlage des Signals gemessen werden, das von diesem Objekt reflektiert wird. Beispiele von solchen Sensoren werden in White et al., US-Patent Nr. 5,129,262 mit dem Titel „Plate-mode Ultrasonic Sensor", White et al. US-Patent Nr. 5,189,914 ebenfalls mit dem Titel „Plate-mode Ultrasonic Sensor", und S. W. Wenzel und R. M. White „A Multisensor Employing an Ultrasonic Lamb-wave Oscillator", IEEE Trans. Electron Devices, Band 35, Nr. 6, S. 735-743, Juni 1988 beschrieben. Sie sind gut dafür bekannt, das Vorhandensein von Nervengewebe zu erkennen, indem bei ihnen ein elektrischer Kontakt wie z. B. eine Goldelektrode verwendet wird, die in ihrer Nähe vorhandene elektrische Signale aufnimmt und durchleitet.
Bewegung kann erkannt werden, indem ein Beschleunigungsmesser verwendet wird, der die Beschleunigung misst. Der Signalausgang des Beschleunigungsmessers kann integriert werden, um die Strecke zu bestimmen oder vorherzusagen, die von einem Referenzobjekt zurückgelegt wird. Ein Beispiel für einen Beschleunigungsmesser, der in Halbleitermaterialien integriert ist, wird in Sherman, S. J.; Tsang W. K.; Core, T. A.; Quinn, D. E., „A low cost monolithic accelerometer", 1992 Symposium an VLSI Circuits, Digest of Technical Papers, Seattle, WA, USA, 4.-6. Juni 1992, S. 34-5 beschrieben. Dieser Beschleunigungsmesser funktioniert durch die Überwachung der Deflektion einer Polysiliciumstruktur, die verwendet werden kann, um die Beschleunigung zu bestimmen oder vorherzusagen, und wird produziert, indem die Mikrobearbeitung von Schichten von Halbleitermaterialien verwendet wird, wobei Halbleiterverarbeitungstechniken zum Einsatz kommen. Die Richtung der Bewegung kann erkannt werden, indem ein Gyroskop verwendet wird. Ein Beispiel für ein Gyroskop, das in Halbleitermaterialien integriert werden kann, wird in Ayazi, F.; Najafi, K. „Design and fabrication of high-performance polysilicon vibrating ring gyroscope" Proc. IEEE MEMS 98, S. 621-6, 1998 beschrieben. Dieses Gyroskop funktioniert durch die Überwachung der Bewegung eines vibrierenden Siliciumrings, um einen Richtungswechsel zu ermessen, und wird produziert, indem die Mikrobearbeitung von Schichten von Halbleitermaterialien verwendet wird, wobei Halbleiterverarbeitungstechniken zum Einsatz kommen.
Chirurgische Werkzeuge, die vollständig aus Halbleitermaterialien wie Silicium konstruiert sind und die Fähigkeit haben, beispielsweise Temperatur oder Dehnung zu erkennen, sind bekannt, wobei Beispiele für diese in Carr et al., US-Patent Nr. 5,980,518 mit dem Titel „Microcautery Surgical Tool" und Mehregany et al., US-Patent Nr. 5,579,583 mit dem Titel „Microfabricated Blades" beschrieben werden. Nur Halbleitermaterialien zur Konstruktion der chirurgischen Werkzeuge zu verwenden, ist eine nahe liegende Vorgehensweise, da Halbleitermaterialien wie Silicium mit dem erforderlichen Grad von Schärfe hergestellt werden können und auch die direkte Fabrikation des Schaltkreises erlauben. Allerdings tendieren Halbleitermaterialien wie Silicium dazu, spröde zu werden und sind daher nicht gut geeignet für die Verwendung als primäre strukturelle Komponente in einem Schneidwerkzeug für chirurgische, industrielle und viele Verbraucheranwendungen.
Dokument US-A-5 807 261 stellt ein Schneidinstrument vor, welches eine Metallklinge mit einer Schneidkante und eine abnehmbare Spitze umfasst, die einen Lichtsensor aufweist.
Die Erfindung wird in dem unabhängigen Patentanspruch 1 definiert.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es wird ein Schneidinstrument beschrieben, das eine steife Klinge umfasst, in der eine Aussparung ausgebildet ist, und ein Halbleitersubstrat, das in der Aussparung an der Klinge angebracht ist. Die Klinge ist aus Metall konstruiert. Das Halbleitersubstrat umfasst mindestens einen Sensor, der darauf ausgebildet ist. Der Sensor, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, kann einen oder mehrere der Folgenden umfassen: einen Dehnungssensor, einen Drucksensor, einen Nervensensor, einen Temperatursensor, einen Dichtesensor, einen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop. Der Sensor, der auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, kann auch eine Anordnung aus zwei oder mehr von jedem Sensor umfassen.
Die Aussparung in der Klinge ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie mindestens einem Abschnitt der Kante der Klinge folgt. Das Halbleitersubstrat ist in der Aussparung neben der Kante der Klinge an der Klinge angebracht. Das Halbleitersubstrat kann auch einen Schaltkreis umfassen, welcher auf ihm ausgebildet und mit den Sensoren verbunden ist. Der Schaltkreis umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Verstärker und/oder logische Schaltkreise zum gleichzeitigen Senden der Signale, die von den Sensoren generiert werden.
Das Schneidwerkzeug kann auch ferner einen Griff umfassen, wobei die Klinge an dem Griff befestigt ist und das Halbleitersubstrat elektrisch mit dem Griff gekoppelt ist. Der Griff kann dann mit einem Rechner verbunden sein, der so angepasst ist, das er einer Person, die das Schneidinstrument benutzt, Informationen auf der Grundlage der Signale anzeigt, die von einem oder mehreren Sensoren generiert wurden, welche auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Der Griff kann eine elektrische Kupplung umfassen, die physisch mit einer kompatiblen Kupplung verbunden ist, die an den Rechner angekoppelt ist, oder kann vorzugsweise einen drahtlosen Sender umfassen, der mit dem Halbleitersubstrat verbunden ist, das in Kommunikation mit einem drahtlosen Empfänger steht, der mit dem Rechner verbunden ist. Der Griff oder der separate Rechner können auch so angepasst werden, dass sie Daten speichern, die auf den Signalen beruhen, welche von einem oder mehreren Sensoren generiert wurden.
Es wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Schneidinstrumentes beschrieben, das ein Halbleitersubstrat umfasst, das eine definierte Form und mindestens einen darauf ausgebildeten Sensor aufweist. Gemäß dem Verfahren ist mindestens ein Sensor auf einem Halbleiterwafer ausgebildet und es wird eine Schicht von Photolack auf die Oberseite des Halbleiterwafers gemäß eines Musters, das mit der definierten Form des Halbleitersubstrats übereinstimmt, aufgetragen. Der Abschnitt des Halbleiterwafers, der nicht mit Photolack bedeckt ist, wird entfernt, und danach wird der Photolack von dem Halbleiterwafer entfernt, wodurch das Halbleitersubstrat verbleibt, dass es eine definierte Form und mindestens einen darauf ausgebildeten Sensor hat, wobei Techniken angewendet werden, die auf dem Gebiet wohlbekannt sind. Das Halbleitersubstrat, das eine definierte Form und mindestens einen auf ihm ausgebildeten Sensor hat, wird dann an einer Metallklinge angebracht, und zwar in einer Aussparung, die in der Klinge ausgebildet ist.
Der Halbleiterwafer kann einen Silicium-auf-Isolator-Wafer umfassen, der eine obere Siliciumschicht, eine mittlere Isolationsmaterialschicht und eine untere Siliciumschicht umfasst. Das Verfahren würde dann die Entfernung der unteren Siliciumschicht nach der Anwendung des Photolacks umfassen. Ein Ätzprozess kann angewendet werden, um den Abschnitt des Halbleiterwafers, der nicht mit Photolack abgedeckt ist, und die untere Siliciumschicht zu entfernen.
Der Halbleiterwafer kann auch einen Siliciumwafer umfassen. Das Verfahren kann dann das Schleifen des Wafers auf eine gewünschte Dicke umfassen, bevor das Halbleitersubstrat auf die Klinge aufgebracht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlich, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen dieselben Referenzziffern dieselben Teile bezeichnen und für die gilt:
1 ist eine isometrische Ansicht einer Klinge, die eine Aussparung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 ist eine obere Planansicht eines Sensorelementes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine isometrische Ansicht einer Klinge von 1, auf der das Sensorelement aus 2 montiert ist;
4 ist eine isometrische Ansicht einer Klinge gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die an einem Griff angebracht ist;
5 ist eine isometrische Ansicht der Klinge und des Griffes von 4, die mit einer Schnittstelle und einem Rechner verbunden sind;
6 und 7 sind jeweils isometrische Ansichten von der Ober- und Unterseite einer Klinge und eines Griffs gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Struktur zur Verbindung und elektrischen Kopplung der Klinge an den Griff umfassen;
8 und 9 sind jeweils detailliertere isometrische Ansichten eines Abschnitts der 7 und 6;
10 ist eine detailliertere isometrische Ansicht, die einen Abschnitt des Griffs der 6 bis 9 zeigt, und spezifisch einen Abschnitt der Verbindungs- und Kupplungsstruktur der 6 bis 9;
11a bis 11e sind Querschnittansichten, welche die Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Sensorelements von 2 illustrieren;
12 ist eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsform einer Klinge, in der ein Sensorelement montiert ist;
13 ist eine isometrische Ansicht einer Klinge gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform;
14 ist eine isometrische Ansicht einer Klinge, die an einem Griff gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angebracht ist, wobei der Griff mit einem drahtlosen Sender ausgestattet ist, der in Kommunikation mit einem drahtlosen Empfänger steht, der mit einem Rechner verbunden ist;
15 ist eine isometrische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, teilweise im Profil, die eine Rasierklinge umfasst, in der ein Sensorelement montiert ist, das an einem Steckmodul angebracht ist, das wiederum an einem Griff angebracht ist;
16 ist eine detailliertere isometrische Ansicht, teilweise im Profil, von einem Abschnitt der Rasierklinge, in der ein Sensorelement montiert ist und die an einem Steckmodul befestigt ist, das wiederum an einem Griff angebracht ist, der in 15 gezeigt wird; und
17 ist eine obere Planansicht einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Sägeblatt umfasst, auf dem ein Sensorelement montiert ist.
BESTER MODUS ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Was 1 anbelangt, umfasst Klinge 10, die vorzugsweise aus einem Metall wie Edelstahl hergestellt wird, eine scharfe Klinge 15 und eine darin ausgebildete Aussparung 20. Wie in 1 gezeigt wird, folgt die Form der Aussparung 20 der Form der Kante 15 der Klinge 10, so dass sie die Möglichkeit maximiert, die Dichte der Sensoren zu erhöhen, die sich an oder in der Nähe der Kante 15 befinden. Die Aussparung 20 kann durch eines von mehreren wohlbekannten Verfahren in der Klinge 10 ausgebildet werden, wozu Schleifen, Fräsen, chemische Ätzung, Wasserstrahlbearbeitung, Prägung oder Elektronenabgabebearbeitung gehört. Obwohl in 1 nur eine einzelne Aussparung 20 auf einer einzelnen Seite der Klinge 10 gezeigt wird, sei darauf hingewiesen, dass die Aussparung 20 auf einer beliebigen der beiden Seiten der Klinge 10 oder auf beiden Seiten der Klinge 10 ausgebildet werden kann. Zusätzlich können mehrere Aussparungen von derselben Größe oder verschiedenen Größen und/oder Anordnungen auf einer oder beiden Seiten der Klinge 10 ausgebildet werden.
Was 2 anbelangt, wird ein Sensorelement 30 gezeigt. Das Sensorelement 30 umfasst das Halbleitersubstrat 35, das vorzugsweise aus Silicium besteht. Auf dem Halbleitersubstrat 35 sind Sensor 40 und Sensoranordnung 45 ausgebildet, welche eine Vielzahl von einzelnen Sensoren umfasst. Bei Sensor 40 und den einzelnen Sensoren, welche die Sensoranordnung 45 bilden, kann es sich um einen beliebigen der wohlbekannten Typen von Sensoren handeln, die hier beschrieben werden, z. B. einen Dehnungssensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Dichtesensor, einen Bewegungssensor oder eine beliebige andere Sensorvorrichtung, die auf dem Halbleitersubstrat 35 ausgebildet werden kann. Ebenfalls sind auf dem Halbleitersubstrat 35 eine oder mehrere Elektroden 50 ausgebildet, bei denen es sich vorzugsweise um Goldelektroden handelt. Andere Materialien können verwendet werden, um die Elektroden 50 herzustellen, wie z. B. Polysilicium, Wolfram, Platin, Titan, Aluminium und Palladium. Wie oben beschrieben, können Elektroden 50 verwendet werden, um das Vorhandensein von Nerven oder anderen Gewebetypen zu erkennen. Obwohl in 2 ein Sensor 40, eine Sensoranordnung 45 und drei Elektroden 50 gezeigt werden, wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass eine beliebige Kombination von einem oder mehreren Sensoren 40, einer oder mehreren Sensoranordnungen 45 und/oder einer oder mehreren Elektroden 50 auf dem Halbleitersubstrat 35 ausgebildet werden kann, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es sei insbesondere darauf hingewiesen, dass die Elemente wie Sensor 40, Sensoranordnung 45 und die Elektroden 50 vollständig auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 35 sitzen können und sich alternativ mindestens ein Abschnitt des Elements, wenn nicht gar das gesamte Element, unterhalb der Oberfläche des Halbleitersubstrats 35 innerhalb des Umfangs der Formation des Halbleitersubstrats 35 befinden kann.
Sensor 40, Sensoranordnung 45 und Elektroden 50 sind mit der Schaltkreis 55 verbunden, der auf dem Halbleitersubstrat 35 ausgebildet ist, wobei elektrische Stränge 52 verwendet werden, die aus einem Material wie Aluminium, Wolfram oder Titan hergestellt sind. Schaltkreis 55 umfasst vorzugsweise einen Verstärker, der jeweils mit dem Sensor 40, der Sensoranordnung 45 und den Elektroden 50 verbunden ist. Schaltkreis 55 umfasst auch vorzugsweise einen konventionellen logischen Schaltkreis, der mit den oben beschriebenen Verstärkern verbunden ist, um die Signale, die von Sensor 40, Sensoranordnung 45 und Elektroden 50 kommen, zu bündeln, so dass vom Schaltkreis 55 und schließlich vom Sensorelement 30 ein einzelnes Signal ausgegeben wird. Schaltkreis 55 könnte auch als ein Mechanismus zur Gewährleistung einer Identifikation der Klinge im chirurgischen System benutzt werden, indem eine eingebettete Seriennummer gegeben wird. Diese Seriennummer kann dann vom System verwendet werden, um solche Parameter wie den Typ der Klinge, die Anzahl von Sensoren und die technischen Leistungsdaten der Sensoren zu bestimmen. Ferner könnte die Seriennummer mit Datenbanken von verwendeten chirurgischen Werkzeugen verglichen werden, um eine Wiederbenutzung zu vermeiden, oder dem in dem Fall, dass es sich nicht um Einwegvorrichtungen handelt, eine zu häufige Benutzung des chirurgischen Werkzeugs zu vermeiden. Schaltkreis 55 kann durch wohlbekannte CMOS- oder bipolare Vorrichtungsverarbeitungs-Techniken ausgebildet werden. Schaltkreis 55 ist mit den elektrischen Kontakten 60 verbunden, die einen positiven Kontakt, einen negativen Kontakt und ein Signalkontakt umfassen. Elektrische Kontakte 60 liefern Vorrichtungen, durch die der gebündelte Signalausgang von Schaltkreis 55 vom Sensorelement 30 ausgegeben werden kann.
In einer alternativen Ausführungsform kann jedes der Signale, die von Sensor 40, Sensoranordnung 45 und elektrischem Kontakt 50 ausgegeben werden, an seinen eigenen dazugehörigen elektronischen Kontakt 60 gekoppelt werden, um sein Signal vom Sensorelement 30 auszugeben, anstatt die Signale, die von Sensor 40, Sensoranordnung 45 und Elektroden 50 ausgegeben werden, zu bündeln, so dass das gebündelte Signal durch einen einzigen elektrischen Kontakt 60 ausgegeben werden kann.
Wie in 2 gezeigt, kann das Halbleitersubstrat 35 einen eingeschlossenen Fluidkanal 58 umfassen, um ein Fluid wie ein Anästhetikum oder ein Medikament zur Schneidestelle der Klinge zu führen. Alternativ kann ein Schmiermittel oder ein anderes Fluid in einer industriellen oder Verbraucheranwendung geliefert werden. Ein Beispiel für einen Herstellungsprozess, der verwendet werden kann, um Fluidkanal 58 herzustellen, wird in K. S. Lebouitz und A. P. Pisano „Microneedles und Microlancets Fabricated Using SOI Wafers and Isotropic Etching", Proceedings of the Electrochemical Society, Band 98-14, S. 235-244, 1998 und in L. Lin, A. P. Pisano, R. S. Muller „Silicon Processed Microneedles" 7th International Conference an Solid State Sensors and Actuators, Yokohama, Japan, 7-10. Juni, 1993, S. 237-240 beschrieben. Fluidkanal 58 kann mit dem Fluid vorgefüllt werden, so dass dieses während des Schneidevorgangs heraussickert, oder alternativ kann der Fluidkanal 48 mit einer Fluidquelle wie einer Pumpe verbunden werden, wobei ein externer Schlauch benutzt wird, welcher nicht gezeigt wird. Alternativ kann eine Mikrochip-Medikamentverabreichungs-Vorrichtung, wie diejenige, die in Santini et al., US-Patent Nr. 5,797,898 , die hierin als Referenz eingeschlossen ist, beschriebenen wird, als Teil eines Halbleitersubstrats 35 mit eingeschlossen werden. Als alternative Anwendung kann Fluidkanal 58 auch benutzt werden, um Fluid von einem Patienten oder einem Werkstück zu entnehmen.
Was 3 anbelangt, ist Sensorelement 30, wie oben beschrieben, in die Aussparung 20 von Klinge 10 gebondet, wobei ein beliebiges einer Anzahl von Klebstoffen wie Epoxid- oder Sekundenkleber verwendet wird, oder indem eutektisches Bonding eingesetzt wird. Wie für einen Fachmann offensichtlich sein wird, stehen verschiedene alternative Verfahren für das Bonding des Sensorelements 30 in die Aussparung 20 der Klinge 10 zur Verfügung, und ein beliebiges ist anwendbar, so lange die Verbindung stark genug ist, um zu vermeiden, dass das Sensorelement 30 von der Klinge 10 abgetrennt wird. Beim Bondingprozess werden vorzugsweise biologisch verträgliche Materialien verwendet.
Was 4 und 5 anbelangt, wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Klinge 10 mit dem gebondeten Sensorelement 30 auf den Griff 70 montiert, indem ein beliebiges Montageverfahren wie ein Klebstoff oder Befestigungsmittel wie Schrauben oder Klemmen verwendet werden. Die Drähte 75 sind durch eine von verschiedenen wohlbekannten Drahtbondingtechniken mit den elektrischen Kontakten 60 verbunden. Die Drähte 75 sind wiederum mit der Schnittstelleneinheit 80 verbunden. Die Schnittstelleneinheit 80 liefert einen beliebigen notwendigen elektrischen Strom und kann Signalkonditionierung wie Filterung oder Verstärkung gewährleisten. Außerdem kann die Schnittstelleneinheit 80 eine Analog/Digital-Umwandlung durchführen, um die typischerweise analogen Signale von Sensor 40, Sensoranordnung 45 und Elektroden 50 in digitale Signale umzuwandeln, die vom Rechner verwendet werden können. Schnittstelle 80 ist wiederum mit einem Rechner 85 wie einem konventionellen PC verbunden. Der Rechner 85 sammelt und analysiert die Signale, die vom Sensorelement 30 ausgegeben werden, und zeigt einen Ausgang an, der dem Chirurgen hilft, der das Schneidinstrument benutzt. Die Analyse kann den Vergleich der Signale mit einer Datenbank von bekannten Gewebe- oder Werkstückparametern umfassen, um den Typ von Gewebe oder Material, welches geschnitten wird, zu identifizieren. Rechner 85 kann dann mögliche Gewebe- oder Materialtypen auf dem Bildschirm anzeigen, die zu der Analyse passen. Ferner kann Rechner 85 die gemessenen Parameter wie Temperatur, eingesetzte Kraft, Dichte und Druck anzeigen. Rechner 85 kann auch direkte taktile, visuelle oder akustische Rückmeldungen an den Chirurgen oder Bediener geben. Beispielsweise kann ein Chirurg einen Modus auswählen, durch den die Stufe der Kraft, die auf Klinge 10 ausgeübt wird, in ein Geräusch umgewandelt wird, das sich beispielsweise mit der angewandten Kraft in der Tonhöhe verändern kann. Außerdem kann Rechner 85 die gesammelten Signale für die spätere Verwendung speichern.
6 bis 10 zeigen eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine alternative Struktur zur Verbindung und elektrischen Kupplung der Klinge 10 aufweist, bei der das Sensorelement 30 an dem Griff 90 befestigt ist. Wie aus den 6, 9 und 10 ersichtlich ist, weist der Griff 90 die Befestigung 100 mitsamt Flansch 105 auf, die sich an dessen Klingenende 95 befindet. Ebenfalls am Klingenende 95 des Griffes 90 befinden sich die Kupplungen oder die Kontakte 110, welche die Dicke des Griffes 90 durchdringen und von einem elektrischen Isolator 115 wie Keramik oder Kunststoff umgeben sind. Kupplungen 110 umfassen vorzugsweise kurze Metalldrähte und umfassen im Idealfall kurze Golddrähte.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Klinge 10 Ausschnitt 120, welcher in 6 bis 9 gezeigt wird. Ausschnitt 120 verläuft durch die gesamte Dicke der Klinge 10, so dass ein Loch in der Klinge 10 entsteht, und ist mindestens so groß wie das Kupplungen 110. Die Klinge 10 ist an den Griff 90 befestigt, indem die Kupplungen 110 des Griffes 90 zuerst durch den Ausschnitt 120 der Klinge 10 eingeführt und dann die Klinge 10 zum Ende des Griffes 90 gegenüber dem Klingenende 95 geschoben wird, so dass sich der Flansch 105 über einen festen Abschnitt der Klinge 10 neben dem Ausschnitt 120 erstreckt und so dass der Endabschnitt 125 des Ausschnitt 120 an die Wand 130 der Befestigung 100 angrenzt, die sich unterhalb des Flansch 105 befindet. Wie ersichtlich ist, ist es notwendig, diese Operation durchzuführen, wenn die Seite der Klinge 10, an der das Sensorelement 30 gebondet ist, der Befestigung 100 gegenüberliegt. Dadurch greifen die Kupplungen 110 in die elektrischen Kontakte 60 des Sensorelements 30. Eine Dichtung zwischen Griff 90 und Klinge 10 wird durch einen Dichtungsring gewährleistet 135, der in den 6, 9 und 10 gezeigt wird. Wie in 7 und 8 zu sehen ist, umfasst der Griff 90 die Bandkupplung 140, die sich auf der Seite befindet, die der Befestigung 100 gegenüberliegt. Bandkupplung 140 ist elektrisch mit den Kupplungen 110 verbunden und führt zu einer elektrischen Kupplung 145, die sich am Ende des Griffes 90 gegenüber Klingenende 95 befindet. Die elektrische Kupplung 145 kann verwendet werden, um den Griff 90, an dem die Klinge 10 befestigt ist, mit einer Schnittstelle und/oder einem Rechner wie den oben beschriebenen zu verbinden.
11a bis 11e illustrieren ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des Sensorelements 30, durch das die Herstellung von Sensorelement 30 ermöglicht wird, so dass es eine Form erhält, die in Aussparungen 20 mit komplexen Formen passt, z. B. jenen, die der Kurvatur einer Klinge folgen, die in einem chirurgischen Werkzeug verwendet wird. Wie in 11a gezeigt, beginnt der Prozess mit einem Silicium-auf-Isolator-Wafer 150, der aus drei Schichten besteht: einer oberen Siliciumschicht 155, die das Halbleitersubstrat 35 bilden wird, einer Isolationsschicht 160, die z. B. aus Siliciumdioxid besteht, und einer unteren Siliciumschicht 165, welche zusätzliche Dicke liefert, durch die während des Herstellungsprozesses eine leichte Handhabung gewährleistet wird. 11b zeigt den Silicium-auf-Isolator-Wafer 150, nachdem Sensor oder Sensoren 40, Sensoranordnung 45, Elektroden 50, elektrische Stränge 52, elektrische Kontakte 60 und Schaltkreis 55 gemäß den oben beschriebenen bekannten Techniken ausgebildet worden sind. Zu Illustrationszwecken wird in 11b eine typische Transistorstruktur gezeigt, wobei eine dotierte Region 170, eine Oxid-Schrankenschicht 175, eine Polysiliciumschranke 180 und eine Passivierungsschicht 185 vorhanden ist, die z. B. aus Siliciumnitrid besteht. Die Formung des Silicium-auf-Isolator-Wafers 150 beginnt, wie in 11c gezeigt, mit der Hinzugabe einer Schicht von Photolack 190, die ein Muster aufweist, das die gewünschte Kontur des Halbleitersubstrats 35 definiert, z. B. die Kurvatur der Klinge 10. Vorzugsweise weist der Photolack ein Muster auf, das mit der Form der Aussparung 20 übereinstimmt. Der Photolack 190 kann auf dem Silicium-auf-Isolator-Wafer 150 aufgetragen werden, indem eine Maske mit entsprechendem Muster und eine beliebige allgemein bekannte Technik wie Drehung angewendet wird. Dann wird die untere Siliciumschicht 165 entfernt, wie in 11d gezeigt, indem vorzugsweise ein tief reaktives Ionenätzmittel verwendet wird, das eine sehr viel höhere Ätzrate von Silicium gegenüber Oxid hat. Als nächstes wird, wie in 11e gezeigt, ein tief reaktives Ionenätzmittel verwendet, um diejenigen Abschnitte der Passivierungsschicht 185, der oberen Siliciumschicht 155 und der Isolationsschicht 160 zu entfernen, die nicht vom Photolack 190 abgedeckt sind. Alternativ können, wie in W. Kern und C. H. Deckert, „Chemical Etching" in Thin Film Process, ed. J. L. Vossen und W. Kern, New York, Academic Press, 1978, S. 401-496 anstatt der Verwendung von reaktiver Ionenätzung verschiedene nasse Ätzungen zur Ätzung dieser Schichten verwendet werden. Zusätzlich kann, wie in H. F. Winters und J. W. Coburn „The etching of silicon with XeF2 vapor", Applied Physics Letters, Band 34, Nr. 1, Jan. 1978, S. 70-73 beschrieben, Xenondifluorid verwendet werden, um unerwünschtes Silicium zu entfernen. Schließlich wird der Photolack 190 entfernt, indem ein Sauerstoffplasma oder ein chemisches Lösungsmittel wie Aceton verwendet wird, wobei das zurückbleibt, was schließlich das Halbleitersubstrat 35 bildet, auf dem die verschiedenen Elemente ausgebildet werden. Isolationsschicht 160 kann entfernt werden oder kann an vorhandener Stelle belassen werden, in welchem Fall sie eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen Sensorelement 30 und Klinge 10 gewährleisten würde. Wie ersichtlich ist, kann ein dünnes Halbleitersubstrat 35 in der Größenordnung von 100 Mikrometern hergestellt werden, indem das oben beschriebene Silicium-auf-Isolator-Verfahren verwendet wird, welches die Entfernung der unteren Siliciumschicht 165 auf die abschließenden Schritte des Prozesses verschiebt, wobei während der Verarbeitung noch immer ein viel dickeres Arbeitsprodukt angewendet wird. Ein typischer Silicium-auf-Isolator-Wafer weist eine Dicke in der Größenordnung von 500 Mikrometern auf.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann nach der Anwendung des Photolacks 190, wie in 11c gezeigt, ein tief reaktiver Ionenätzungsschritt angewendet werden, der auf der Isolationsschicht 160 endet. Zu diesem Zeitpunkt kann die Isolationsschicht 160 mit einer Chemikalie, wie z. B. Flusssäure, geätzt werden, und zwar auf eine Art und Weise, wie sie in K. S. Lebouitz und A. P. Pisano „Microneedles and Microlancets Fabricated Using SOI Wafers and Isotropic Etching", Proceedings of the Electrochemical Society, Vil. 98-14, S. 235-244, 1998 beschrieben wird, um die obere Siliciumschicht 155 von der unteren Siliciumschicht 165 abzutrennen. Der Prozess würde dann so weitergehen, wie dies im Zusammenhang mit 11e gezeigt und beschrieben wird. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird die Notwendigkeit zum Wegätzen der unteren Siliciumschicht 165 vermieden.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann ein Standard-Silicium-Wafer, der typischerweise die Größenordnung von 500 Mikrometern hat, verwendet werden, anstatt während des Herstellungsprozesses einen Silicium-auf-Isolator-Wafer 150 zu benutzen. In dieser Ausführungsform wird statt der Entfernung der unteren Siliciumschicht 165 der Standard-Silicium-Wafer auf eine gewünschte Dicke zurechtgeschliffen, nachdem der Schaltkreis und die Sensoren darauf ausgebildet wurden. Gemäß noch einer weiteren alternativen Ausführungsform kann ein verdünnter Siliciumwafer in der Größenordnung von 250 Mikrometern oder weniger verwendet werden. Bei der Ausführungsform kann der gesamte Herstellungsprozess ausgeführt werden, ohne dass es notwendig wird, eine untere Siliciumschicht 165 zu entfernen oder den verdünnte Siliciumwafer nach der Verarbeitung zurechtzuschleifen.
Was 12 angeht, wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die Klinge 10 das umfasst, was auf diesem Gebiet als Halbklinge bekannt ist. Eine Halbklinge ist eine Klinge, die so bearbeitet wurde, dass die scharfe Kante sich an der Oberfläche auf einer Seite der Klinge statt in dem mittleren Abschnitt der Klinge befindet. In anderen Worten wird anstatt des Abfräsens beider Seiten der Klinge zur Bildung einer Kante, die in der Mitte scharf ist, nur eine Seite der Klinge abgefräst, um die scharfe Kante an der Oberfläche der anderen Seite der Klinge zu erzeugen. Eine solche Konfiguration erlaubt es, dass die Aussparung 20, und so das Sensorelement 30, sogar noch näher an der Kante 15 der Klinge positioniert werden können.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Aussparung 20 in der Kante 15 der Klinge 10, die eine Halbklingenvariante darstellt, bearbeitet werden, wie in 13 gezeigt. Die Aussparung 20 kann so gestaltet werden, dass sie der gesamten Kurve der Klinge 10 folgt, wie dies in 13 der Fall ist, oder einfach einem Abschnitt der Kurve der Klinge 10 folgt. Dann kann Sensorelement 30 so ausgebildet werden, dass es in die Aussparung 20 passt, so dass ein Hochsensorbereich in der Schneidkante ermöglicht wird. Da die obere Siliciumschicht 155 des Silicium-auf-Isolator-Wafers 150 dünn (in der Größenordnung von 100 Mikrometern) und flexibel ist, kann das Sensorelement 30 so ausgebildet werden, dass es auf eine gekrümmte Oberfläche passt.
Was 14 anbelangt, kann der Griff 90 mit einem drahtlosen Sender 200 ausgestattet sein, der mit der Bandkupplung 140 verbunden ist, welche in Kommunikation mit dem drahtlosen Empfänger 205 von Rechner 85 steht. Bei dem drahtlosen Sender 200 und dem drahtlosen Empfänger 205 können z. B. RF oder Infrarotübertragung eingesetzt werden. Ein passendes Beispiel für einen drahtlosen Sender 200 ist der drahtlose Sender vom Modell TX20B-S1, der von Omega Engineering, Inc. mit Sitz in Stamford, Connecticut verkauft wird, und ein passendes Beispiel für einen drahtlosen Empfänger 205 ist der drahtlose Empfänger vom Modell RX 22, welcher ebenfalls von Omega Engineering, Inc. verkauft wird. Der Griff und die Kombination, die in 14 gezeigt wird, werden von einer Batterie, welche nicht gezeigt wird, mit Strom versorgt. So wird durch die Konfiguration, die in 14 gezeigt wird, ermöglicht, dass Daten zum Zwecke der Analyse und Anzeige an Rechner 85 übermittelt werden, ohne dass irgendwelche physischen Drähte oder Kabel notwendig sind, durch welche die Bewegungsfreiheit des Benutzers tendenziell eingeschränkt wird. Obwohl der drahtlose Sender 200 und der drahtlose Empfänger 205 in 14 in Verbindung mit einer Ausführungsform des Griffes 90 gezeigt werden, welche in 6-10 dargestellt wird, können der drahtlose Sender 200 und der drahtlose Empfänger 205 auch in Verbindung mit der Ausführungsform des Griffes 70 verwendet werden, die in 4 gezeigt wird, wobei das Sensorelement 30 mit dem drahtlosen Sender 200 über Drähte 75 verbunden werden würde.
Was 15 und 16 anbelangt, kann die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Verbraucherschneidklinge wie einer Rasierklinge verwendet werden. In 15 und 16 wird ein typisches Verbraucherklingensystem gezeigt, das ein Steckmodul 220 umfasst, das eine oder mehrere Klingen 225 aufweist, die darin aufgesetzt sind, und den Griff 230 umfasst, an dem das Steckmodul 220 befestigt ist. Mindestens eine der Klingen 225 umfasst eine Aussparung, in welcher das Sensorelement 30 angebracht wird. Drähte 75 oder alternativ eine Bandkupplung verbinden Sensorelement 30 mit dem drahtlosen Sender 200.
Die vorliegende Erfindung kann auch in Verbindung mit verschiedenen industriellen Schneideanwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise zeigt 17 ein Sägeblatt 250, das eine Vielzahl von Sägezähnen 255 hat. Mindestens einer der Sägezähne 255 umfasst eine Aussparung, in welcher das Sensorelement 30 angebracht wird. Drähte 75 oder alternativ eine Bandkupplung verbinden das Sensorelement 30 mit dem drahtlosen Sender 200.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung einen Teil eines chirurgischen Werkzeugs bilden könnte, bei dem es sich nicht um ein chirurgisches Messer oder Skalpell handelt, wie z. B. der Klinge einer Schere oder eines Mikroschneiders oder einen Teil einer Nahtvorrichtung, eines Trokars oder eines laparoskopischen mechanischen Schneidewerkzeugs wie einer laparoskopischen Schere. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht nur in der traditionellen Chirurgie, sondern auch in der minimalinvasiven Chirurgie und Roboterchirurgie angewendet werden kann. Schließlich soll der Begriff „schneiden", wie er hier verwendet wird, den Vorgang des Durchdringens oder Durchtrennens mit einer scharfen Kante umfassen, wozu auch, aber nicht nur, die Punktierung mit einer Nadel oder das Scheren gehört.

Claims

Schneidinstrument mit einer Metallklinge (10) mit einer Schneidkante (15) und einer in einer ersten Seite der Klinge ausgebildeten Aussparung (20); sowie mit einem in der Aussparung (20) an der Klinge (10) befestigten Halbleitersubstrat (35), wobei auf dem Halbleitersubstrat (35) zumindest ein Sensor (40) ausgebildet ist, um zumindest eine Eigenschaft von an die Schneidkante (15) angrenzendem Material zu erfassen.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Aussparung (20) der Schneidkante (15) folgt und das Halbleitersubstrat (35) eine solche Gestalt besitzt, dass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (35) an die Schneidkante (15) angrenzend montiert ist, wenn das Substrat in der Aussparung (20) an der Klinge (10) befestigt worden ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (35) eine Gestalt besitzt, die mit der Gestalt der Aussparung (20) übereinstimmt.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Dehnungssensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dehnungssensor einen Widerstand umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Drucksensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor einen Dehnungssensor auf einer Membran umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Nervensensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nervensensor zumindest eine Goldelektrode (50) umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Temperatursensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor einen Widerstand umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Dichtesensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtesensor einen piezoelektrischen Ultraschallsensor umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Aspekt der Bewegung der Klinge (10) fühlt.
Schneidinstrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (40) einen Beschleunigungsmesser und/oder einen Kreisel umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (40) eine Sensorenanordnung (45) umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, weiter einen Griff (90) umfassend, wobei die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, am Griff (90) befestigt ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 17, wobei die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, am Griff (90) elektrisch angekoppelt wird.
Schneidinstrument nach Anspruch 18, wobei das Halbleitersubstrat (35) und der Griff (90) zumindest je einen elektrischen Kontakt (60, 110) besitzen und der zumindest eine elektrische Kontakt des Halbleitersubstrats (35) an den zumindest einen elektrischen Kontakt des Griffs (90) angekoppelt wird, wenn die Klinge (10) am Griff (90) befestigt wird.
Schneidinstrument nach Anspruch 19, weiter Mittel umfassend, um eine Dichtung (135) zwischen dem Griff (90) und der Klinge (10) zur Verfügung zu stellen, wobei die Dichtung (135) die elektrischen Kontakte umgibt.
Schneidinstrument nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) eine elektrische Kupplung (145) enthält und der zumindest eine elektrische Kontakt (110) des Griffs (90) an die elektrische Kupplung (145) angekoppelt ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) einen drahtlosen Sender (200) enthält und der zumindest eine elektrische Kontakt (110) des Griffs (90) mit dem drahtlosen Sender (200) gekoppelt ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) eine elektrische Kupplung (145) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) einen drahtlosen Sender (200) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 24, weiter einen Rechner (85) mit einem drahtlosen Empfänger (205) in Verbindung mit dem drahtlosen Sender (200) umfassend, wobei der Rechner (85) geeignet ist, einem Benutzer Informationen anzuzeigen, die auf Signalen beruhen, die durch den zumindest einen Sensor (40) erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 24, weiter einen Rechner (85) mit einem drahtlosen Empfänger (205) in Verbindung mit dem drahtlosen Sender (200) umfassend, wobei der Rechner (85) geeignet ist, Daten zu speichern, die auf Signalen beruhen, die durch den zumindest einen Sensor (40) erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 18, weiter einen Rechner (85) umfassend, wobei der Griff (90) an den Rechner (85) angekoppelt wird.
Schneidinstrument nach Anspruch 27, wobei der Rechner (85) dafür geeignet ist, einem Benutzer Informationen anzuzeigen, die auf Signalen beruhen, die durch den zumindest einen Sensor (40) erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 27, wobei der Rechner (85) dafür geeignet ist, Daten zu speichern, die auf Signalen beruhen, die durch den zumindest einen Sensor (40) erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, weiter einen Griff (90) sowie Mittel umfassend, um die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, mit dem Griff (90) zu verbinden und elektrisch zu koppeln.
Schneidinstrument nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) eine elektrische Kupplung (145) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) einen drahtlosen Sender (200) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (10) eine Halbklinge umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (20) in der Schneidkante (15) ausgebildet ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (35) an den zumindest einen Sensor (40) angekoppelte Schaltkreise (55) besitzt und die Schaltkreise (55) einen oder mehr Verstärker umfassen.
Schneidinstrument nach Anspruch 35, wobei der zumindest eine Sensor (40) eine Mehrzahl von Sensoren umfasst und die Schaltkreise (55) weiter logische Schaltkreise umfassen, um durch die Mehrzahl von Sensoren erzeugte Signale zu multiplexen.
Schneidinstrument nach Anspruch 36, wobei das Halbleitersubstrat (35) einen oder mehr als einen darauf ausgebildeten elektrischen Kontakt (60) besitzt und die Schaltkreise (55) an den einen oder mehr als einen elektrischen Kontakt (60) angeschlossen werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 35, wobei das Halbleitersubstrat (35) einen oder mehr als einen darauf ausgebildeten elektrischen Kontakt (60) besitzt und die Schaltkreise (55) an den einen oder mehr als einen elektrischen Kontakt (60) angeschlossen werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (35) weiter Mittel zur Abgabe eines Fluids (58) umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor dafür ausgelegt ist, zumindest einen der Parameter: Dehnung, Druck, Vorhandensein eines Nervs, Dichte, Temperatur und Bewegung bezüglich eines an die Schneidkante (15) angrenzenden Materials zu erfassen.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, weiter Mittel umfassend, um das Halbleitersubstrat (35) elektrisch mit einem Rechner (85) zu koppeln, wobei der Rechner (85) dafür geeignet ist, einem Benutzer Informationen anzuzeigen, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden, und/oder Daten zu speichern, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt der Aussparung (20) der Schneidkante (15) folgt und das Halbleitersubstrat (35) eine solche Gestalt besitzt, dass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (35) an die Schneidkante (15) angrenzend montiert ist, wenn er in der Aussparung (20) an der Klinge (10) befestigt worden ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (35) in seiner Gestalt mit der Gestalt der Aussparung (20) übereinstimmt.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, weiter einen Griff (90) sowie Mittel umfassend, um die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, mit dem Griff (90) zu verbinden und elektrisch zu koppeln.
Schneidinstrument nach Anspruch 44, weiter Mittel umfassend, um den Griff (90) elektrisch mit einem Rechner (85) zu koppeln, wobei der Rechner (85) dafür geeignet ist, einem Benutzer Informationen anzuzeigen, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden, und/oder Daten zu speichern, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) eine elektrische Kupplung enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) einen drahtlosen Sender (200) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, weiter einen Griff (90) umfassend, wobei die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, mit dem Griff (90) verbunden und elektrisch gekoppelt ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 48, weiter Mittel umfassend, um den Griff (90) elektrisch mit einem Rechner (85) zu koppeln, wobei der Rechner (85) dafür geeignet ist, einem Benutzer Informationen anzuzeigen, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden, und/oder Daten zu speichern, die auf Signalen beruhen, die durch die Sensormittel erzeugt werden.
Schneidinstrument nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) eine elektrische Kupplung enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (90) einen drahtlosen Sender (200) enthält.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (10) eine Halbklinge umfasst.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (20) in der Schneidkante (15) ausgebildet ist.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, wobei das Halbleitersubstrat Mittel besitzt, um durch die Sensormittel erzeugte Signale zu verstärken.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, wobei das Halbleitersubstrat (35) Mittel besitzt, um durch die Sensormittel erzeugte Signale zu multiplexen.
Schneidinstrument nach Anspruch 40, wobei das Halbleitersubstrat (35) weiter Mittel umfasst, um ein Fluid (58) abzugeben.
Verfahren zur Herstellung eines Schneidinstruments nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (35) eine definierte Gestalt besitzt, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Ausbilden zumindest eines Sensors (40) auf einem Halbleiterwafer; Aufbringen einer Schicht von Photolack (190) nach einem Muster auf eine Oberseite des Halbleiterwafers, wobei das Muster mit der definierten Gestalt des Halbleitersubstrats (35) übereinstimmt; Entfernen des nicht vom Photolack (190) bedeckten Anteils des Halbleiterwafers; Entfernen des Photolacks (190) vom Halbleiterwafer, wodurch das Halbleitersubstrat (35) mit einer definierten Gestalt und zumindest einem darauf ausgebildeten Sensor (40) hinterlassen wird; und Befestigen des Halbleitersubstrats (35) mit einer definierten Gestalt und zumindest einem darauf ausgebildeten Sensor (40), an der Metallklinge (10) in der in der Klinge (10) ausgebildeten Aussparung (20).
Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer einen Silicium-auf-Isolator-Wafer (150) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet, dass der Silicium-auf-Isolator-Wafer (150) eine obere Schicht aus Silicium (155), eine mittlere Schicht aus isolierendem Material (160) und eine untere Schicht aus Silicium (165) umfasst, weiter den Schritt umfassend, nach dem Schritt des Aufbringens des Photolacks (190) die untere Schicht aus Silicium zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte, den nicht durch den Photolack (190) bedeckten Anteil des Halbleiterwafers zu entfernen und die untere Schicht aus Silicium zu entfernen, mit einem Ätzprozess ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass im Ätzprozess eine Vorrichtung für tiefes reaktives Ionenätzen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt, den nicht durch den Photolack (190) bedeckten Anteil des Halbleiterwafers zu entfernen, mit einem Ätzprozess ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass im Ätzprozess eine Vorrichtung für tiefes reaktives Ionenätzen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterwafer einen Siliciumwafer umfasst.
Verfahren nach Anspruch 64, weiter den Schritt umfassend, den Siliciumwafer vor dem Schritt der Befestigung zu einer gewünschten Dicke abzuschleifen.
Verfahren nach Anspruch 57, weiter den Schritt umfassend, die Aussparung (20) in der Klinge (10) auszubilden.
Verfahren nach Anspruch 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Klinge (10) eine Kante besitzt, ein Abschnitt der Aussparung (20) der Kante folgt und die definierte Gestalt derart ist, dass ein Abschnitt des Halbleitersubstrats (35) der Kante folgt, wenn das Halbleitersubstrat (35) in der Aussparung (20) an der Klinge (10) befestigt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 57, weiter den Schritt umfassend, die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, an einem Griff (90) anzubringen.
Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anbringens weiter umfasst, die Klinge (10), an der das Halbleitersubstrat (35) befestigt ist, elektrisch an den Griff (90) anzukoppeln.
Verfahren nach Anspruch 69, weiter den Schritt umfassend, den Griff (90) elektrisch an einen Rechner (85) anzukoppeln.