DE69434526T2

DE69434526T2 - Ultraschalltrokar mit stumpfer Spitze

Info

Publication number: DE69434526T2
Application number: DE69434526T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey J. West Chester Vaitekunas
Original assignee: Ethicon Inc
Current assignee: Ethicon Inc
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2014-05-12
Also published as: AU6305994A; CA2123271A1; ATE308280T1; EP0624346A3; EP0624346B1; EP0624346A2; CA2123271C; GR1002520B; AU671013B2; JPH0751281A; ES2250963T3; DE69434526D1; US5449370A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf für das Punktieren von Gewebe verwendete Trokare, um auf Gebiete des Körpers zum Durchführen endoskopischer Operationen zuzugreifen und insbesondere auf einen Trokar mit stumpfer Spitze, welche Ultraschallenergie verwendet, um das Punktieren von Gewebe zu unterstützen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Trokaranordnung für die Verwendung bei endoskopisch-chirurgischen Verfahren weist üblicherweise zwei Hauptbestandteile auf, einen Trokarobturator und ein Rohr oder eine Kanüle. Kennzeichnenderweise ist der Obturator anfänglich innerhalb der Kanüle angeordnet und hat eine scharfe und spitze Funktionsspitze, welche aus der Kanüle ausziehbar ist. Die Obturatorspitze wird verwendet, um die Haut und darunterliegendes Gewebe zu durchdringen, um einen Kanülenzugriff zu einem Körperhohlraum bereitzustellen. Der Obturator wird dann entfernt und die endoskopische chirurgische Behandlung durch die Kanüle durchgeführt.
Chirurgische Trokare und ähnliche Instrumente sind in der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbart WO-A-92/14514 einen chirurgischen Trokar zum Punktieren von Gewebe unter Verwendung von „entfernten" Schneiden, genannt Funken. Der chirurgische Trokar weist eine für die Anordnung durch eine Gewebebarriere angepaßte operative Hülse und einen in der Hülse angeordneten entfernbaren Obturator auf. An seinem distalen Ende ist der Obturator mit einer entenschnabelförmigen Spitze mit einem eingearbeiteten Schneideelement, kennzeichnenderweise einem Draht, ausgestattet. Eine Energiequelle wird in das Schneideelement zur Stromversorgung des Schneideelements eingeführt, um die Gewebebarriere zu schneiden.
DE-A-37 07 921 offenbart ein chirurgisches Ultraschallinstrument für die Resektion und Entfernung von Gewebe. Das chirurgische Instrument hat eine Sonde mit einem Kauterisierungselement an seinem Arbeitsende. Das Kauterisierungselement kann eine bipolare mit einem Hochfrequenzoszillator verbundene Elektrode oder ein mit einer Starkstromquelle ver bundenes Heizelement sein. Das chirurgische Instrument wird in den Körper mittels einer endoskopischen Kanüle eingeführt und gegen das zu resektierende Gewebe gedrückt. Eine Resektion wird durch Verwenden von Ultraschallschwingungen erreicht und das resektierte Gewebe wird von der Resektionsstelle durch Saugen entfernt.
CA-1 098 003 offenbart ein vibrierendes chirurgisches Instrument für die Herstellung von Durchgängen durch Körpergewebe, um Zugang für chirurgische Operationen unterhalb des Gewebes zu schaffen. Die Größe der vibrierenden in das Gewebe eindringenden Sonde ist durch die Länge der Gewebefaser, in die man eindringen möchte, bestimmt. Für Muskelgewebe ist die passende Sondengröße in der Größenordnung von Millimetern. Die Schwingungsamplitude der Sonde hat dieselbe Größenordnung wie die Größe der Sonde selbst.
US-5 123 903 offenbart ein für die Durchführung einer Ultraschallgewebezerstörung und -entfernung nützliches medizinisches Instrument. Das Gerät ist so konstruiert, daß es Bindegewebe, wie Blutgefäße und Muskelgewebe, nicht zerstört.
WO-A-92/11815 offenbart eine für die Behandlung okkludierender Läsionen nützliche Ultraschallvorrichtung. Die Vorrichtung ist derart aufgebaut, um vorher vorhandene Öffnungen zu weiten.
Viele Trokare haben Sicherheitsschilde, welche die Spitze des Obturators bedecken. Wenn der Trokar unscharf ist, wird das Sicherheitsschild in seiner spitzenbedeckenden Position beibehalten. Wenn die Trokaranordnung für das Punktieren eingeschaltet ist, kann das Sicherheitsschild bewegt werden, um die Punktionsspitze freizulegen. Ein Anwender übt dann eine Kraft auf den Trokar aus, und der Obturator wird verwendet, um Haut und Gewebe zu punktieren, um die Stelle für den chirurgischen Eingriff zu erreichen. Wenn die Kraft gelöst wird, bedeckt das Sicherheitsschild die Obturatorspitze erneut.
Es wird eine mechanische Kraft benötigt, um Haut und Muskeln zu punktieren, um weiches Gewebe zu erreichen, normalerweise die gewünschte Stelle für den chirurgischen Eingriff. Bei chirurgischen Eingriffen im Abdomen, zum Beispiel, wird die Wand des Abdomens, welche Schichten der Epidermis, Faszie, Muskel und Peritoneum (Bauchfell) umfaßt, punktiert, um innere Viszera (Eingeweide) zu erreichen. Oft wird, wenn weiches Gewebe erreicht ist, ein plötzliches Nachlassen des Widerstandes gegenüber der Punktierkraft auftre ten, an welchen Punkt der Anwender die Kraft löst, um unerwünschtes Punktieren von anderem Gewebe mit der scharfen Obturatorspitze zu vermeiden, indem das Sicherheitsschild die Obturatorspitze bedeckt.
Es ist daher eine Aufgabe von dieser Erfindung, einen Trokar verfügbar zu machen, welcher überdies jedes Risiko einer Verletzung von weichem oder tieferliegendem Gewebe von einer punktierenden Obturatorspitze verringert. Es ist ebenso eine Aufgabe von der Erfindung, einen Trokar verfügbar zu machen, welcher den Anwender bei der Punktierung von Gewebe unterstützt, dabei die nötige Menge der Kraft des Anwenders verringernd und eine größere und einfachere Benutzerkontrolle ermöglichend. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Trokar verfügbar zu machen, welcher einen Sicherheitsschild nicht benötigen würde.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung macht eine Obturatoranordnung zur Verwendung bei der endoskopischen Chirurgie verfügbar, zum Beispiel, um die Wand des Abdomens (Unterleibs) für den Zugang zu Organen oder anderen Geweben für die Durchführung eines chirurgischen Eingriffs zu punktieren. Wie in Anspruch 1 dargelegt, macht die vorliegende Erfindung einen Trokar mit stumpfer Spitze verfügbar, welcher in seine Spitze übertragende Ultraschallenergie verwendet, um das Einführen eines Trokarobturators und einer Kanüle zu unterstützen. Die stumpfe oder abgerundete Obturatorspitzenanordnung der vorliegenden Erfindung verringert das Risiko einer unbeabsichtigten Verletzung, während die Ultraschallenergie es der Trokaranordnung ermöglicht, Gewebe mit verhältnismäßig geringer Kraft als bei bekannten Trokaranordnungen zu durchdringen. Die Obturatoranordnung schließt einen Rückkopplungsmechanismus, wie in Anspruch 1 gekennzeichnet, ein.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Schließmechanismus bereitgestellt, welcher die Vorrichtung ausschaltet, wenn der Trokar das äußere Gewebe eines Patienten durchdrungen hat, zum Beispiel die Wand des Abdomens (Unterleibs) eines Patienten. Der Rückkopplungsmechanismus wird verwendet, um zu ermitteln, wann die Spitze der Vorrichtung das Gewebe durchdrungen hat, an welchem Punkt die in die Spitze übertragende Ultraschallenergie ausgeschaltet wird oder in ein inaktives Leerlaufstatium abgesenkt wird.
Bei einer Ausführungsform wird ein an einem inaktiven Teil der Trokaranordnung, vorzugsweise am Obturatorgehäuse, befindlicher Lichtsensor verwendet, um von einer Lichtquelle emittiertes Licht und von einem aktiven Teil des Ultraschallobturators reflektiertes Licht zu detektieren, um den auf der Trokarspitze lastenden oder der Trokarspitze widerstehenden Effekt des Gewebes zu ermitteln.
Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt der Rückkopplungsmechanismus ein innerhalb eines piezoelektrischen Stapels eines Ultraschallwandlers (Transducers) befindliches piezoelektrisches Element. Das passive Element schwingt mit den anderen piezoelektrischen keramischen Elementen des Stapels, aber anders als die anderen Elemente wird es nicht mit Strom versorgt. Das Schwingen des passiven Elements erzeugt quer durch das Element, eine oszillierende Spannung, welche zu den Schwingungen des piezoelektrischen Stapels korrespondiert. Aus der Spannung quer durch das Element kann die Belastung auf dem Trokar durch in der Technik allgemein bekannte Verfahren ermittelt werden. Das passive Element kann mit einer Regelvorrichtung eines Generators, der verwendet wird, um elektrische Energie zum Ultraschallwandler (Transducer) zu liefern, verbunden sein, um Schwingungen auszulösen.
Elektrische Parameter können verwendet werden, um die Veränderung des Belastungszustandes auf der Obturatorspitze zu erfassen und zu bestimmen, da die akustische Impedanz mit der Systemimpedanz des Generators und der Trokaranordnung in Beziehung steht. In einem derartigen System werden entweder Phasendifferenzen der Spannung und der Stromstärke oder Größenverhältnisse von der das Handstück speisenden Spannung und Stromstärke verwendet, um diese Bestimmung zu machen. Sowie die Belastung erhöht wird, verändert sich die Phasendifferenz zwischen der Spannung und Stromstärke von einem Resonanzstadium von 0° auf eine negative mit dem Belastungszustand in Verbindung stehende Phasenwinkeldifferenz.
Das Rückkopplungssystem ist angepaßt, um Gewebeeigenschaften, wie hartes oder weiches Gewebe, zu erfassen. Verschiedene Gewebearten haben verschiedene akustische Impedanzen, welche die Belastungseigenschaften der Spitze bewirken. Die Rückkopplung wird durch die Regeleinrichtung angewendet, um das Niveau der Ultraschallenergie der vibrierenden Spitze in Übereinstimmung mit dem Belastungszustand anzupassen, zum Beispiel durch Erhöhen der Energieabgabe durch den Generator, wenn die Belastung sich erhöht. Somit kann ein relativ stabiles Energieniveau an der Obturatorspitze bereitgestellt werden.
Ein weiteres Merkmal der bevorzugten Ausführugsform macht einen Rückstellmechanismus verfügbar, welcher jedesmal, wenn der Trokar durch den Schließmechanismus abgeschaltet wird, verwendet wird, bevor er wieder eingeschaltet werden kann.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung macht Ultraschallwandler elmente (Transducerelemente) verfügbar, welche mit der Obturatorwelle eine Einheit bilden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung macht einen in sich geschlossenen Ultraschallgenerator verfügbar, in welchem die elektronischen Elemente innerhalb des Trokargriffs enthalten sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 veranschaulicht eine Trokaranordnung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 veranschaulicht eine perspektivische Explosionsansicht einer Trokaranordnung von 1.
3 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht des Trokarobturators von den 1 und 2.
4 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht des Gehäuses von den 1 und 2.
5 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht der Kanülenanordnung von den 1 und 2.
6 veranschaulicht einen Gewebewiderstandrückkopplungsschaltkreis von der in 7 veranschaulichten Trokaranordnung.
7 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht der Trokaranordnung von den 1 und 2 mit einem korrespondierenden, die Ultraschallenergie entlang der Länge des Trokars veranschaulichenden, Graphen.
8 veranschaulicht einen distalen Teil der in den 1 und 2 veranschaulichten Trokaranordnung.
9 veranschaulicht einen distalen Teil der Trokaranordnung nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht einer Trokaranordnung nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Wegschneideabschnitt.
11 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht des Trokarobturators der Trokaranordnung von 10.
12 veranschaulicht eine planare Querschnittsansicht der Trokaranordnung von 10.
13 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Trokarwelle von 11.
14 ist ein die Verwendung des Trokars nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichendes Flußdiagramm.
15 ist ein die Verwendung des Impedanzrückkopplungssystems nach der vorliegenden Erfindung veranschaulichendes Flußdiagramm.
16 veranschaulicht den Trokarobturator nach der vorliegenden Erfindung bei der Anwendung auf einen Patienten, um einen chirurgischen abdominalen laparoskopischen Eingriff durchzuführen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun auf die 1–8 bezugnehmend, ist dort eine ein Gehäuse 11, einen Trokarobturator 12 und eine Kanülenanordnung 14 umfassende Trokaranordnung 10 veranschaulicht.
Der Obturator 12 ist der aktive Teil der Trokaranordnung, das heißt, er übermittelt Ultraschallenergie oder schwingt bei einer Ultraschallfrequenz. Der Obturator 12 umfaßt eine Endmasse 20, einen Wandler (Transducer) 21, einen Verstärker 22, einen wellenleitenden Schaft 23 und eine stumpfe Punktierspitze 24.
Die Endmasse 20 ist in eingreifender Weise an ihrem distalen Ende mit dem proximalen Ende des Wandlers (Transducers) 21 verbunden. Der Wandler (Transducer) 21 setzt sich aus Wandler(Transducer)elementen zusammen. In der bevorzugten in 2 veranschaulichten Ausführungsform ist der Transducer ein aus abwechselnden aktiven Elektroden 25 und Masseelektroden 26 bestehender PZT-Stapel mit abwechselnden piezoelektrischen keramischen Wandler(Transducer)elementen 27 zwischen den Elektroden 25 und 26. Jede der aktiven Elektroden 25, Masseelektroden 26 und keramischen Elemente 27 hat eine Bohrung durch ihr Zentrum. Die aktiven Elektroden sind elektrisch mit einem Draht 60 verbunden, und die Masseelektroden 26 sind elektrisch mit einem Massedraht 62 verbunden. Die Drähte 60 und 61 führen zu einem zur Trokaranordnung 10 externen Generator 62. Bei einer alternativen Ausführungsform können die Wandler(Transducer)elemente magnetorestriktiv sein.
Eine der Masseelektroden ist ein Einbaudiaphragma 28, welches in Kontakt mit der Innenseite des Gehäuses 11, wie unten beschrieben, steht. Ein Stift 29 wird verwendet, um die Endmasse 20 mit dem Wandler (Transducer) 21 und den Wandler (Transducer) 21 mit dem Verstärker 22 zu verbinden. Der Stift 29 wird vom proximalen Ende der Endmasse 20 durch eine Bohrung in der Endmasse 20 und die Bohrungen in den Elektroden 25, 26 und keramischen Elementen 27 des zur Endmasse 20 distal angeordneten Wandlers (Transducers) eingesetzt. Der an seinem distalen Ende mit einem Gewinde versehene Stift 29 wird in eine Gewindebohrung am proximalen Ende des Verstärkers 22 geschraubt. Das proximale Ende des Obturatorverstärkers 22 hat im Verstärker 22 einen O-Ring 42, welcher sich in einer Nut 43 befindet. Das distale Ende des Verstärkers 22 ist mit dem proximalen Ende des Wellenleiters 23 verbunden. Das distale Ende des Wellenleiters 23 ist mit dem proximalen Ende er Spitze 24 verbunden. Die Spitze 24 verjüngt sich gegen das distale Ende des Obturators 12, wo die Spitze 24 ein abgerundetes Profil zeigt.
Die Spitze kann mit dem Wellenleiter eine Einheit bilden oder kann aufgesetzt sein, zum Beispiel, wie in 2 veranschaulicht, durch Verschrauben eines mit einem Gewinde versehenen proximalen Endes 24a in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 23a des Wellenleiters. In der Ausführungsform der 1 bis 8 umfaßt der Wellenleiter eine Reihe von seiner Länge entlang verteilten O-Ringen 50. Die nicht leitfähigen, Plastik aufweisenden O-Ringe 50 sind entlang der Welle mit gleichmäßigen Abständen an Knotenpunkten angeordnet, d. h. Punkten entlang einer Strecke der Welle entsprechend zum ganzzahligen Vielfachen der halben Wellenlänge einer vorbestimmten Ultraschallfrequenz. Mit anderen Worten sind die Knotenpunkte entlang der Welle des Wellenleiters befindliche Punkte, wo die Sinuswelle der Ultraschallschwingungsamplitude, d. h. die Schwingungsenergie, gleich Null ist. Der Wellenleiter 23 und die Spitze 24 sind vorzugsweise aus einer festen Kernwelle hergestellt, die aus einem Material aufgebaut ist, welches Ultraschallenergie effizient ausbreitet, wie eine Legierung aus Aluminium oder Titan.
Das Gehäuse 11 umfaßt eine Endkappe 30, einen Verbinder 31 und eine Abschirmung 32. Die Abschirmung 32 besteht vorzugsweise aus einem Material, welches eine geringe thermische und elektrische Leitfähigkeit hat und einen geringen Reibungsbeiwert, wie Teflon oder Polycarbonat. Die Endkappe 30 befindet sich am distalen Ende des Gehäuses und stellt einen Griff für den Benutzer dar, um die Trokaranordnung 10 zu halten und zu betätigen. Die Endkappe 30 hat ein oberes Umfangsteil 36 und ein unteres Umfangsteil 37. Das untere Umfangsteil 37 hat einen größeren Durchmesser als das obere Umfangsteil 36 und bildet folglich einen Ansatz 38, wo es mit dem unteren Umfangsteil 36 zusammentrifft. Der Verbinder 31 hat ein oberes Umfangsteil 39 und ein unteres Umfangsteil 40. Das untere Umfangsteil 40 hat einen größeren Durchmesser als das obere Umfangsteil 39 und bildet somit einen Ansatz 41, wo es mit dem oberen Umfangsteil 39 zusammentrifft.
Das proximale Ende des Obturators 12 einschließlich der Endmasse 20 und des Wandlers (Transducers) 21 werden in die Endkappe 30 eingefügt, so daß das Diaphragma 28, welches einen größeren Durchmesser als die Elektroden 25, die Elektroden 26 und die keramischen Elemente 27 hat, auf dem Ansatz 38 lagert. Der obere Teil 39 der Verbindungseinrichtung 31 ist in den inneren Umfang des unteren Teils 37 der Endkappe 30 durch Stifte 33 ein gefügt und damit verbunden. Das Obturatoreinbaudiaphragma 28 ist ferner zwischen dem Ansatz 38 und dem proximalen Ende des oberen Teils 39 durch eine drückende Kraft eingesetzt, somit den Obturator 12 mit dem Gehäuse 11 verbindend. Der Ansatz 41 der Verbindungseinrichtung 31 stützt sich auf das distale Ende der Endkappe 30.
Der Verbinder 31 hat eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 34 an seinem distalen Ende. Die Gehäuseabschirmung 32 hat einen mit einem Gewinde versehenes proximales Ende 35, welches in die mit einem Gewinde versehene Bohrung 34 geschraubt ist.
Die Gehäuseabschirmung 32 paßt über den Obturatorverstärker 22 und den Wellenleiter 23 mit dem distalen Ende der sich vom distalen Ende der Abschirmung 32 erstreckenden Spitze 24. Die O-Ringe 50 dienen als Einrichtung, um die schwingenden Teile des Wellenleiters 23 von der Innenwand der Gehäuseabschirmung 32 zu isolieren, um eine Dämpfung der Ultraschallwellentransmission zu vermeiden. Somit steht das Gehäuse 11 mit dem Obturator nur an zwei Stellen in Kontakt: am Diaphragma 28 und an dem O-Ring 50, alle beide befinden sich an Knotenpunkten. Das Gehäuse vermeidet Kontakt zwischen dem das Handstück haltenden Benutzer und des aktiven Teils, d. h. des Obturators.
8 veranschaulicht eine vergrößerte Ansicht der Trokarspitze 24 und des Wellenleiters 23. Es wird eine Einrichtung zur Isolation des Wellenleiters von der Gehäuseabschirmung, worin die Einrichtung Kerben 51 in dem Wellenleiter 23 aufweist, um die O-Ringe 50 aufzunehmen, veranschaulicht. Die Kerbe 51 ermöglicht dem O-Ring, dicht zum Umfang des Wellenleiters zu liegen und ermöglicht dadurch einen Paßsitz mit der Gehäuseabschirmung 32.
9 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer Isolationseinrichtung. Das Gehäuse 11 umfaßt eine Abschirmung 132 mit sich vom inneren Umfang der Gehäuseabschirmung einwärts erstreckenden Vorsprüngen 151, um mit der Welle Kontakt zu haben. Die Vorsprünge 151 befinden sich an Knotenpunkten, so daß minimale Schwingungen auf die Abschirmung übertragen werden und eine minimale Dämpfung der Ultraschallenergie auftritt. Eine weitere Ausführungsform der Isolationseinrichtung kann Ringe aufweisen, welche in die Obturatorwelle eingeformt sind.
Die Kanülenanordnung 14 umfaßt ein Handteil 17 und ein Kanülenrohr 18. Die Gehäuseabschirmung 32 und der Wellenleiter 23 passen in den Bereich des Kanülenrohrs 18. Die Spitze 24 erstreckt sich aus dem distalen Ende des Kanülenrohrs 18. Das Kanülenrohr 18 ist an seinem distalen Ende verjüngend.
Das Gehäuse 11 ist mit dem Kanülenhandteil 17 durch eine Kopplungseinrichtung 44 an das distale Ende des Gehäuseverbinders 31 gekoppelt, angepaßt, um von dem proximalen Ende des Kanülengriffs 17 aufgenommen zu werden.
Wie in 7 gezeigt, hängt die Schwingungsamplitude von der Lage entlang der Spitze ab, mit einer Nullamplitude an den Knotenpunkten und einer maximalen Amplitude bei den Schwingungsbäuchen, d. h., wo die Größe des Sinus der Schwingungswellenform gleich Eins ist. Der Abstand eines Schwingungsbauches von seinem nächsten Knotenpunkt beträgt eine 1/4 Wellenlänge. Das distale Ende der Spitze 24 ist bei einem Schwingungsbauch.
Der Generator 62 schließt eine Steuereinrichtung 63 (6), einen Eingabestecker (nicht gezeigt), welcher entweder in eine elektrochirurgische Einheit oder in eine Wandsteckdose eingesteckt werden kann, und Ausgabedrähte 60, 61 ein. Eine Eingabeschnur 64 ist von einem Triggermechanismus 67 aus mit der Steuereinrichtung 63 des Generators verbunden. Der Triggermechanismus 67 kommuniziert mit der Steuereinrichtung des Generators, um Ultraschallenergie in die Trokarspitze zu speisen. In dieser Ausfürungsform ist der Triggermechanismus 67 ein fußaktivierter Schalter, welcher durch den Chirurgen geregelt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Triggermechanismus ein am Gehäuse 11 der Trokaranordnung befindlicher Rückstellknopf. Der Rückstellknopf funktioniert, wie es der Fußschalter 67 tut, um die Trokaranordnung 10 aus einem Bereitschaftszustand, wo der Generator an ist, der Trokar leerlaufend ist und die Anfangsparameter gemessen worden sind, in einen aktiven Zustand, in dem Energie zur Spitze geliefert wird, zu schalten.
Der Generator 62 sendet elektrische Energie über einen Draht 60 zu den aktiven Elektroden 25, welche durch Masseelektroden 26 und dann den Draht 61 zurückgeführt wird. Die Energie veranlaßt die piezoelektrischen keramischen Stücke zu vibrieren, welche den Obturator veranlassen, bei einer vorbestimmten Ultraschallresonanzfrequenz zu schwingen. Die resultierende Ultraschallenergie wird zum Verstärker 22 übertragen. Aufgrund seiner Konfigu ration verstärkt der Verstärker 22 die Ultraschallenergie, welche anschließend den Wellenleiter 23 herunter zur Spitze 24 übertragen wird.
Aufgrund der Durchmesseränderung des Obturators ist die Amplitude von der Impulserhaltung abhängig. Eine Verlagerung der Spitze von 10 bis 300 Mikrometer wird verwendet.
Die Frequenz des Obturators ist vorbestimmt. Die Frequenz ist vorzugsweise hoch genug, so daß sie außerhalb des menschlichen Hörbereichs liegt, d. h. oberhalb von 20 KHz. Es wird angenommen, daß für eine konstante Amplitude der Kavitationseffekt umso höher auftreten wird, desto höher die Frequenz ist. Jedoch ist es aufgrund der Trägheit der Masse mit steigender Frequenz schwieriger, Spitzenamplituden zu realisieren, wie die Frequenz ansteigt. Folglich wird eine Frequenz in dem Bereich von 20 KHz bis 150 KHz verwendet.
Ein Rückkopplungsmechanismus ist inbegriffen, welcher entweder kontinuierlich oder periodisch den Belastungszustand auf der Trokarspitze mißt, um zu ermitteln, ob ein vorgewählter Belastungszustand anliegt. Die Steuereinheit funktioniert als eine Einrichtung zum Regeln der zum Obturator zugeführten Energie, auf Rückkopplung (Feedback) vom Rückkopplungsmechanismus basierend. In dieser besonderen Ausführungsform schaltet die Steuereinheit automatisch ihren Betrieb zwischen einem aktiven Zustand und einem inaktiven Zustand, das heißt Leerlauf oder vollständig ausgeschaltet, abhängig vom durch den Rückkopplungsmechanismus bestimmten Belastungszustand.
Die 14 bis 16 veranschaulichen eine Verwendung der Trokaranordnung dieser Erfindung. Nachdem der abdominale Hohlraum 90 eines Patienten mit Kohlendioxid insuffliert worden ist, zum Beispiel unter Verwendung einer Insufflationsnadel des Verress-Typs, befindet sich die Trokarspitze 24, wo eine Punktion 91 auszuführen ist. Die Trokaranordnung ist mit dem Generator in einem unscharfen Zustand verbunden. Der Generator mißt dann die Anfangsparameter des Obturators, d. h. ohne eine Belastung der Spitze und schaltet das System scharf, d. h. ohne eine Belastung der Spitze. Der Trokar ist dann in einem Bereitschaftszustand, an welchem Punkt der Chirurg die Leistung unter Verwendung eines Triggermechanismusses 67, zum Beispiel eines Fußschalt- oder eines Rückstellknopfes, auslösen kann. Der Chirurg ordnet die Trokaranordnung an der Einführungsstelle an. Ultraschallenergie wird zur Spitze geliefert, während der Chirurg eine minimale Kraft anwendet, bis der Trokar durch die Einführungsstelle hindurch ist. Es wird angenommen, daß die aktive oder energiegespeiste Spitze des Wellenleiters mechanischen Druck- und Gewebehohlraumbildung verursacht, was den Obturator veranlaßt, Gewebe zu durchdringen.
Wenn der Rückkopplungsmechanismus einen unbelasteten Zustand der Trokarspitze 24 deflektiert, schaltet die Steuereinheit die Ultraschallenergie ab. Die Leistung kann nicht wieder eingeschaltet werden, bis der Triggermechanismus 67 verwendet wird. Der Trokar 10 kann durch Auslösen des Triggermechanismus zurückgesetzt werden. Dieser Mechanismus stellt ein Sicherheitsmerkmal bereit, welches unter anderem unbeabsichtigtes Wiedereinschalten des Instruments verhindert, wenn der Trokar bereits Gewebe durchdrungen und sich selbst ausgeschaltet hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Belastung auf der Spitze periodisch gemessen, und es wird eine maximale Belastung bestimmt. Wenn die Belastung mit dem Betrag eines vorbestimmten Prozentsatzes der Maximalbelastung abnimmt, wird ein vorbestimmter Belastungszustand angegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform gibt der vorbestimmte Belastungszustand einen unbelasteten Zustand an, an welchem Punkt die Trokarspitze Gewebe durchdrungen hat und der Trokar wird durch den Abschaltemechanismus abgeschaltet.
Auf die 6 verweisend, wird eine Ausführungsform eines Rückkopplungsmechanismusses veranschaulicht. Eine aus einem Diodenlaser bestehende Lichtquelle 70 emittiert Licht zu einem Strahlteiler 71, wo das Licht in einen Referenzstrahl und einen Handstückstrahl aufgespalten wird. Die Diode 70 ist mit einer Lichtfaser 73 bei einem Faserkoppler 72 gekoppelt. Die Lichtfaser 73 erstreckt sich durch eine Öffnung 74 am proximalen Ende des Gehäuses 11 (7). Die Lichtfaser 73 lenkt den Handstückstahl in Richtung des proximalen Endes der Endmasse 20. Das Licht wird von der Endmasse 20 reflektiert und wird durch die schwingende Endmasse 20 Doppler-verschoben. Der Handstückstrahl wandert durch die Lichtfaser 73, einen Strahlteiler 75 und dann zu einem Photodetektor 77 zurück. Der Referenzstrahl, der beim Strahlteiler 71 gespalten wurde, wird ebenfalls durch den Photodetektor 77 durch eine Faserkupplung 76 empfangen. Der Referenzstrahl und der Handstückstrahl werden moduliert, um eine Schwebungsfrequenz zu erzeugen, welche durch den Photodetektor 77 in ein moduliertes elektrisches Signal konvertiert wird. Das modulierte elektrische Signal wird zu einem Frequenzanalysierer 78 gesendet, welcher die Belastung auf der Trokarspitze, auf den durch die Schwebungsfrequenzen ermittelten Doppler-Verschiebungen ba sierend, ermittelt. Der Frequenzanalysator 78 kommuniziert mit der Steuereinrichtung 63 des Generators. Die Steuereinrichtung 63 schaltet den Trokar bei einer angemessenen Belastungshöhe ab.
Zusätzlich zur Anpassung für die Detektion von beiden belasteten oder unbelasteten Zuständen kann der Rückkopplungsmechanismus ein bestimmtes Spitzenbelastungsniveau oder eine Belastungsänderung sein.
Der Benutzer kann eine Erhöhung des Widerstandes durch Ausüben von mehr Druck während des Einführens des Trokars verursachen. Als ein Sicherheitsmerkmal kann das Instrument ebenfalls angepaßt sein, sensitiv gegenüber dem vom Benutzer ausgeübten Druckbetrag zu sein, um es dem Benutzer zu ermöglichen, Druck zu verringern, um die Ultraschallenergie zu jeder Zeit vor, während oder nachdem das Eindringen des Trokars eingetreten ist, abzuschalten. Das Instrument kann ebenfalls angepaßt sein, sich bei einem Grenzwert des Widerstandes oder des Belastungsniveaus abzuschalten. Dieses Merkmal wird es dem Instrument ermöglichen sich abzuschalten, wenn ein ungewöhnlich hohes Niveau des Widerstands erreicht wird, zum Beispiel weil die Spitze einen Knochen erreicht hat oder weil das Instrument rissig oder gebrochen ist, in welchem Fall der an der Spitze gemessene Widerstand hoch erscheinen wird.
Der Rückkopplungsmechanismus wird verwendet, um das Niveau der Ultraschallenergie als Antwort auf eine als Belastung der Spitze wiedergegebene Änderung der Gewebekonsistenz, anzupassen. Der Rückkopplungsmechanismus kann die Belastung detektieren und die Energie zum Wandler (Transducer) erhöhen, um Energieverlust an das Gewebe und die resultierende Abnahme der Spitzenverdrängung aufgrund der Belastung auszugleichen.
Der Obturator kann halb-wiederverwendbar oder für die Verwendung bei einem einzigen Patienten sein und kann mit mindestens einem Einwegtrokar verpackt sein und kann ausgeführt sein, um mit gebräuchlichen Einwegtrokarkanülen verbunden zu werden.
Nun auf die 10 bis 13 bezugnehmend, wird dort eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Trokaranordnung 100 umfaßt einen Obturator 112 und eine Kanüle 114. Der Obturator 112 umfaßt ein an einem proximalen Ende 120 mit einer Obturatorwelle 122 gekoppeltes Gehäuse 111. Die Obturatorwelle 122 umfaßt einen mit dem Obturatorschaft 122 integrierten piezoelektrischen Wandler (Transducer) 121 zum Konvertieren von elektrischer Energie in Ultraschallenergie, welche der Länge der Welle 122 entlang zu einer Spitze 123 übertragen wird. Die Spitze 123 ist mit einer Gewindebohrung 190 am distalen Ende der Welle durch ein proximales Ende 191 mit Gewinde gekoppelt. Die Welle hat Kerben 152 an den Knotenpunkten, um O-Ringe 150 unterzubringen.
Die Kanülenanordnung 114 umfaßt einen Griff 117 und ein daran befestigtes Kanülenrohr 118.
Das Obturatorgehäuse 111 hat Verbindungsstifte 119, welche durch den Kanülengriff 117 empfangen werden, um die Kanüle 114 mit dem Obturator 112 zu koppeln. Der Obturator 112 ist durch den Kanülengriff 117 und das Kanülenrohr 118 einführbar, so daß sich die Obturatorspitze 123 aus einem verjüngenden distalen Ende 113 des Kanülenrohrs 118 erstreckt. Die entlang der Obturatorwelle 122 an Knotenpunkten befindlichen O-Ringe 150 dienen zum Isolieren der Kanüle 114 von dem aktiven Obturator. Die Ultraschallenergie wird an der Obturatorspitze 123 verstärkt.
In dieser Ausführungsform sind hochspannungserzeugende elektronische Elemente 162 in das Obturatorgehäuse 111 eingebaut, welche als ein Generator dienen, um Energie zum Wandler (Transducer) 121 bereitzustellen, während sie Energie von einem elektrochirurgischen Generator oder einem Wechselstromwandstecker ziehen. Energie kann optional von einem Generator außerhalb des Gehäuses bereitgestellt werden.
Es kann aus dem Obigen entnommen werden, daß zahllose Äquivalente oder Modifizierungen gebildet werden können, ohne den Anwendungsbereich der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, zu verlassen. Es wird keine Einschränkung der beanspruchten Erfindung durch die besonderen, hierin beschriebenen Ausführungsformen beabsichtigt.

Claims

Obturatoranordnung (10), mit: einer Kanüle (14), welche einen Kanülengriff (17) und ein Kanülenrohr (18) aufweist, das sich von dem Kanülengriff (17) erstreckt; einem Obturator (12) für das Punktieren von Gewebe, um auf einen Ort für die endoskopische Chirurgie zuzugreifen, wobei der Obturator durch die Kanüle zum Verschließen der Kanüle einsetzbar ist und der Obturator aufweist: einen Ultraschall-Transducer (21); eine starre stumpfe Punkturspitze (24); eine Welle (23) mit einem proximalen Ende, das an den Transducer (21) gekoppelt ist, und einem distalen Ende, das an die Spitze (24) gekoppelt ist; eine Einrichtung zum Zuführen elektrischer Energie zu dem Transducer (21), um zu bewirken, daß der Transducer (21) mit einer Frequenz von 20 bis 150 kHz schwingt und sich die Schwingungen entlang der Welle (23) zu der Spitze (24) fortpflanzen, so daß bewirkt wird, daß die Spitze (24) mit einer Amplitude von 10 bis 300 Mikrometern schwingt; einen Rückkopplungsmechanismus zum Bestimmen von Variationen in der Last auf die Spitze, hervorgerufen durch Unterschiede in der akustischen Impedanz von Gewebe; und eine Steuereinrichtung (63) zum Steuern der an den Transducer (21) gelieferten Energie, basierend auf der Rückkopplung von dem Rückkopplungsmechanismus.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Transducer (21) piezoelektrische Elemente (27) aufweist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, wobei der Transducer (21) magnetorestriktive Elemente aufweist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin ein Gehäuse (11), welches den Ultraschall-Transducer (21) enthält, aufweist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Endmasse (20) mit einem distalen Ende aufweist, wobei der Transducer (21) ein proximales Ende und ein distales Ende hat und das proximale Ende des Transducers (21) an das distale Ende der Endmasse (20) gekoppelt ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Verstärker (22) aufweist, der an das proximale Ende der Welle (23) und das distale Ende des Transducers (21) gekoppelt ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtung zum Zuführen von Energie einen Generator (62) entfernt von dem Gehäuse (11) aufweist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Zuführen elektrischer Energie elektronische Erzeugerelemente (162) aufweist, die innerhalb des Gehäuses (111) enthalten sind.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Ultraschall-Transducer (121) einstückig mit der Welle (122) des Obturators (112) ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung (63) weiterhin einen Absperrmechanismus zum Abschalten des Zulieferns von Ultraschallenergie an die Spitze (24) aufweist, wenn der Rückkopplungsmechanismus das Vorliegen einer voreingestellten Lastbedingung feststellt.
Obturatoranordnung nach Anspruch 10, bei der die voreingestellte Lastbedingung anzeigt, daß der Obturator (12) Gewebe durchdrungen hat.
Obturatoranordnung nach Anspruch 10, bei der die voreingestellte Lastbedingung eine oder mehrere Gewebeeigenschaften von Gewebe, das die Spitze (24) belastet, anzeigt.
Obturatoranordnung nach Anspruch 10, die weiterhin einen Rücksetzmechanismus aufweist, welcher jedesmal, wenn der Obturator (12) von dem Absperrmechanismus ausgeschaltet wird, eingesetzt werden muß, bevor er wieder hochgefahren werden kann.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Rückkopplungsmechanismus eine Lichtquelle (70) und einen Lichtempfänger (77) aufweist, die sich auf dem Gehäuse (11) befinden, wobei die Lichtquelle (70) Licht in Richtung auf einen aktiven Bereich des Obturators (12) richtet, wobei der Lichtempfänger (77) Licht, das von dem aktiven Bereich reflektiert worden ist, erhält, und wobei das reflektierte Licht eine Doppler-verschobene Frequenz ist, die zu der Last auf der Spitze (14) in bezug steht, aus der die Last auf der Spitze (24) bestimmt wird.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Transducer (21) piezoelektrische Elemente (27) aufweist und bei der der Rückkopplungsmechanismus ein passives piezoelektrisches Element aufweist, das sich innerhalb eines piezoelektrischen Stapels des Transducers (21) befindet.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der der Rückkopplungsmechanismus als elektrische Parameter Spannung und Strom, die an den Transducer (21) geliefert werden, benutzt, um Variationen in der Belastung auf die Spitze (24) zu bestimmen.
Obturatoranordnung nach Anspruch 16, bei der die elektrischen Parameter, die verwendet werden, um die Last auf der Spitze (24) zu bestimmen, Phasenverschiebungsdifferenzen zwischen Spannung und Strom sind.
Obturatoranordnung nach Anspruch 16, bei der die elektrischen Parameter, die zum Bestimmen der Last auf die Spitze (24) verwendet werden, Verhältnisse von Spannungs- und Stromgrößen sind, die an den Transducer (21) geliefert werden.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung (63) in der Lage ist, die Menge an Energie, die an den Obturator (12) geliefert wird, anzupassen, um Änderungen in der Last zu kompensieren, um an der Spitze (24) einen relativ stabilen Energiepegel zur Verfügung zu stellen.
Obturatoranordnung nach Anspruch 10, bei der der voreingestellte Lastpegel ein Obergrenzen-Impedanzpegel ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1 die weiterhin einen Trigger (67) -Mechanismus aufweist, welcher die elektrische Energie einschaltet, um elektrische Energie an den Obturator (12) zu liefern.
Obturatoranordnung nach Anspruch 21, bei der der Triggermechanismus (67) einen fußaktivierten Schalter aufweist, der mit der Energiequelle gekoppelt ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 21, bei der der Triggermechanismus (67) einen Rücksetzknopf aufweist, der dem Obturator (12) zugeordnet ist, wobei der Rücksetzknopf, wenn er gedrückt wird, die Energie, die an den Obturator (12) geliefert wird, einschaltet.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (11) so ausgelegt ist, daß es als ein Griff zum Handhaben der Obturatoranordnung (10) benutzt werden kann.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, die weiterhin einen Verbinder (31) aufweist, welcher den Transducer (21) an dem Gehäuse (11) an einem Knotenpunkt befestigt.
Obturatoranordnung nach Anspruch 25, bei der der Verbinder (31) ein distales Ende mit einer Kopplungseinrichtung (44) zum Koppeln des Verbinders (31) mit der Kanüle (14) aufweist, wobei die Koppllungseinrichtung (44) so ausgelegt ist, daß sie von dem proximalen Ende des Kanülengriffes (17) aufgenommen wird.
Obturatoranordnung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (11) weiterhin eine Abschirmung (32) koaxial zu der Welle (23) und über den Außenumfang der Welle (23) passend aufweist, und bei der die Abschirmung (32) des Gehäuses (11) so ausgelegt ist, daß sie durch das Kanülenrohr (18) eingesetzt werden kann.
Obturatoranordnung nach Anspruch 27, bei der die Abschirmung (32) ein Polycarbonatmaterial aufweist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 27, bei der der Obturator (12) weiter eine Isoliereinrichtung zum Isolieren von Schwingungen entlang der Welle (23) von der Abschirmung (32) aufweist, wobei die Isoliereinrichtung sich wenigstens an einem Knotenpunkt befindet.
Obturatoranordnung nach Anspruch 29, bei der die Isoliereinrichtung wenigstens einen O-Ring (50) aufweist, der sich in einer entsprechenden Nut (51) befindet, welche in der Welle (23 ) an einem Knotenpunkt ausgebildet ist.
Obturatoranordnung nach Anspruch 29, bei der die Isoliereinrichtung wenigstens einen Vorsprung (151) aufweist, der sich umfangsmäßig nach innen von dem Innenumfang der Abschirmung (32) erstreckt, um mit der Welle (23) an einem Knotenpunkt in Kontakt zu kommen.