WO2010127729A1 - Autoklavierbare aufladevorrichtung für einen wiederaufladbaren energiespeicher eines chirurgischen instruments sowie zugehöriges verfahren - Google Patents

Autoklavierbare aufladevorrichtung für einen wiederaufladbaren energiespeicher eines chirurgischen instruments sowie zugehöriges verfahren Download PDF

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WO2010127729A1
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charging
surgical instrument
autoclavable
energy store
electromagnetic field
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PCT/EP2010/000699
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Thorsten JÜRGENS
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Olympus Winter & Ibe Gmbh
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Definitions

  • Autoclavable charging device for an energy store of a surgical instrument and method for charging a rechargeable energy store in an autoclaved surgical instrument or for an autoclaved surgical instrument
  • the invention relates to an autoclavable charging device for a rechargeable energy storage of a surgical instrument.
  • the invention further relates to a method for charging a rechargeable energy store in an autoclaved surgical instrument or for an autoclaved surgical instrument.
  • Surgical instruments such as endoscopes or laproscopes are often used multiple times. To ensure a multiple use and to provide a sterile surgical instrument, the instruments are in one
  • An autoclave is a gas-tight sealable pressure vessel suitable for the thermal treatment of the surgical instrument in the overpressure range is used.
  • the air can be removed by repeated evacuation alternating with steam inflow and subsequent introduction of highly heated steam, for example to more than 13O 0 C, at an overpressure of, for example, 3 bar.
  • the air in the autoclave can also be displaced by saturated steam.
  • various steps are carried out in an autoclave.
  • EP 1 481 692 B1 A corresponding autoclave and a corresponding method for operating the autoclave are described in EP 1 481 692 B1, the autoclave there being called in particular a sterilizer.
  • An autoclaving process is described with reference to Figures 1 a) to 3 for example in EP 1 481 692 B1.
  • Corresponding surgical instruments often have current-driven actuators or light sources as well as electronics that are supplied with an energy source.
  • the energy source is usually outside the surgical instrument, so cables are needed to connect to the surgical instrument.
  • An alternative to this is to provide a source of energy in the surgical instrument, such as a rechargeable energy source, such as a rechargeable battery, or to provide an energy source that is replaceably attached to or in the surgical instrument.
  • Operation can then no longer be continued, which should be avoided.
  • An alternative would be to store the energy after Autoclaving the surgical instrument. For this, however, the sterilization of the surgical instrument would have to be broken, which is also not desirable.
  • the surgical instrument is typically placed on a carrying device and with a cloth, the carrying device is wrapped with the surgical instrument.
  • the sterilization is considered broken as soon as the cloth is opened.
  • an autoclavable charging device for an electrical and rechargeable energy storage of a surgical instrument
  • the charging device comprises a receiving device for receiving an electromagnetic field and for converting the field into an AC voltage and with the receiving device galvanically connected charging electronics, wherein the charging electronics Converts AC voltage into a charging voltage and wherein the charging device has at least one galvanic output terminal for galvanic connection with the energy storage of the surgical instrument.
  • an autoclavable charging device By providing such an autoclavable charging device according to the invention, it is possible to recharge electrical and rechargeable energy stores that are autoclaved without breaking the sterilization. It is thereby possible to exchange electrical and rechargeable energy stores releasably attached to or in a surgical instrument during the operation, when their energy is running low. As a result, an operation without breaking the sterilization can be completed.
  • the receiving device comprises a first resonance device.
  • the charging electronics are preferably adapted to charge a rechargeable energy store galvanically connected to the charging electronics, in particular in the surgical instruments.
  • an autoclavable carrying device with an integrated autoclavable charging device which was described above as being according to the invention, is provided for an electrical and rechargeable energy store, in particular a rechargeable battery, arranged in the surgical instrument.
  • an autoclavable carrying device for a surgical instrument wherein the carrying device has a charging device for an arranged in the surgical instrument electrical and rechargeable energy storage, in particular accumulator, wherein the charging device comprises a receiving device for receiving an electromagnetic field and conversion of the field in an alternating voltage and a charging electronics which is galvanically connected to the receiving device, wherein the charging electronics converts the alternating voltage into a charging voltage and wherein the charging device has at least one galvanic output connection for galvanic charging. having a connection with the surgical instrument.
  • the autoclavable carrying device designed in this way provides a very efficient way of recharging the energy store in the surgical instrument, even after it has been autoclaved, without the sterilization being impaired. In this case, it is not necessary to remove the cloth wrapped around the autoclavable carrying device and the surgical instrument, since the energy necessary for charging the rechargeable energy store is transmitted wirelessly.
  • the autoclavable carrying device therefore has the receiving device necessary for receiving the energy and charging electronics as well as a galvanic output connection which can be connected to the surgical instrument.
  • this instrument When applying the surgical instrument to the autoclavable carrying device, this instrument is connected to the galvanic output terminal or the galvanic output terminals of the charging electronics. Subsequently, the sterilization cloth around the carrying device and the surgical
  • the carrying device in particular the receiving device is placed in the vicinity of a, in particular predeterminable, distance to the carrying device arranged transmitting device or the electromagnetic field generating device and according to energy, which is sent from the transmitting device, received by the receiving device and via the charging electronics into a charging voltage that is passed through the galvanic connection in the surgical instrument.
  • the term transmitter instead of an electromagnetic field generating device also the term transmitter is used. This should be the same device.
  • a plug connection is provided for the galvanic connection. It may be that only one connector is provided and the other electrical contact or galvanic contact on the mass of the support device and the housing of the surgical instrument happens.
  • the housing of the surgical instrument must at least partially consist of a conductive material and also the autoclavable carrying device at least partially made of a conductive material.
  • the receiving device comprises a first resonator device.
  • the resonator device is preferably tunable or the resonance frequency is tunable.
  • a coil is provided in the resonator, which is provided with or without a Ferromagnetikum.
  • the charging electronics are preferably adapted to charge a rechargeable energy store, which is galvanically connected to the charging electronics, in the surgical instrument.
  • the charging electronics can be a conventional charging electronics for charging batteries, as this is available everywhere. However, it must be adapted to the level of the AC voltage provided by the receiving device.
  • a conventional charging electronics is described for example in DE 33 17 531 A1.
  • the carrying device if this has a receiving area which is at least partially form-compatible and / or shape-adapted to at least a portion of the surgical instrument.
  • the receiving area then has, at least in certain sections, a contour which is at least one is adapted to a section of the surgical instrument.
  • an arrangement of an autoclavable charging device according to the invention and / or an autoclavable carrying device according to the invention is provided with a device which emits or generates an electromagnetic field and which is coupled to the receiving device over a predeterminable distance.
  • Arrangement is understood in the context of the invention in particular also a combination.
  • the electromagnetic field generating device comprises a second resonator device.
  • the second resonator device is preferably also tunable and preferably has a coil.
  • the coil may be provided with a ferromagnetic.
  • the arrangement is particularly preferred when the second resonator device is in resonance with the first resonator device. By this measure, a particularly efficient contactless transmission of energy is possible. It is then preferably a resonant coupling of the two resonator devices, which is thus to be understood preferably as a transformer magnetic arrangement.
  • the defined distance or the predeterminable distance between the resonator devices is, as mentioned, contactless, ie galvanically contactless, and passes through air, the sterilization material and optionally further elements of the carrying device.
  • the wireless energy transfer can be an inductive energy transfer.
  • a resonant coupling of the first and the second resonator device is preferred so that a very efficient energy transfer with high efficiency is made possible.
  • generating and receiving an electromagnetic field also means the coupling of second resonator devices, in particular the resonant coupling of these two resonator devices. Accordingly, the notion of the electromagnetic field also includes an electromagnetic one
  • the electric field generating device is also a device emitting the electrical radiation and, accordingly, the receiving device can receive and convert an electromagnetic field or receive electromagnetic radiation and convert it.
  • the object is further achieved by a method for charging a rechargeable energy storage in an autoclaved surgical instrument, wherein prior to charging the surgical instrument is placed on a carrying device according to the invention and is electrically connected to the at least one galvanic output terminal of the charging device, then the carrying device is autoclaved with the surgical instrument, in which case the carrying device is brought with the surgical instrument in an effective range of an electromagnetic field emitting or generating device and then wherein a resonant coupling between the electromagnetic field generating device and a receiving device of the charging device is generated, resulting in an energy transfer from the electromagnetic field generating Device leads to the receiving device, wherein the energy is at least partially used to generate a charging voltage for the energy storage.
  • the term of the electromagnetic field generating device also includes a device which emits an electromagnetic field.
  • the surgical instrument and the carrying device are wrapped with a sterilizable cloth.
  • the method according to the invention for charging the rechargeable energy store preferably takes place in a state in which the cloth is still wound around the carrying device and the surgical instrument after autoclaving the surgical instrument.
  • the object is further achieved by a method for charging a rechargeable energy store in an autoclaved surgical instrument or for an autoclaved surgical instrument. ment, wherein prior to charging the energy storage is galvanically connected to the at least one galvanic output terminal of the charging device according to one of claims 1 to 3, wherein subsequently the surgical instrument and / or the energy storage, in particular together with the
  • Charging device is autoclaved, in which case the surgical instrument and / or the energy storage, in particular together with the charging device is brought into an effective range of an electromagnetic field emitting device and generates a resonant coupling between the electromagnetic field generating device and a receiving device of the charging device is, which leads to an energy transfer from the electromagnetic field generating device to the receiving device, wherein the energy is at least partially used to generate a charging voltage for the energy storage.
  • the surgical instrument is placed on a carrying device according to the invention prior to charging, wherein the surgical instrument having the energy storage is galvanically connected to the at least one galvanic output terminal of the charging device, wherein then the carrying device is autoclaved with the surgical instrument and then wherein the Carrying device is brought with the surgical instrument in the effective range of the electromagnetic field emitting device.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of an autoclavable carrying device according to the invention.
  • Fig. 2 is a schematic representation of a part of an arrangement according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of a carrying device 10 according to the invention is shown, which is surrounded by a wall, as this is schematically indicated by the respective parallel lines on the edge of the carrying device 10.
  • a first resonant device 13 is arranged, namely, in particular releasably, fixed on the support device 10.
  • the first resonant device 13 has two galvanic or electrical connections fertilize 15 and 16 to a charging electronics 12, which is designed to For example, to charge a battery 30 can. From the charging electronics 12, two electrical connections 17, 18 for galvanic connection to the accumulator 30 in the surgical instrument 1 1 via plug contacts 19, 20.
  • the accumulator 30 is used, for example, a tuator not shown in the surgical instrument, such as for example, a saw or a pair of pliers to drive. Further, the accumulator 30 may serve to supply voltage to a photochip or a camera or to power a light source.
  • FIG. 1 also shows a second resonance device 14 arranged at a distance from the carrying device 10.
  • the second Resonant device 14 generates an electromagnetic field that is in resonance with first resonant device 13 so that efficient energy transfer from second resonant device 14 to first resonant device 13 occurs.
  • an alternating voltage of the charging electronics 12 is then provided via the electrical connection 15 and 16, which are then converted into a charging voltage via the electrical connections 17 and 18 to the plug contacts 19, 20 are provided.
  • the components of the first resonant device 13, the electrical connections 15, 16, the charging electronics 12, the electrical connections 17, 18 and the plug contacts 19, 20 are preferably fixedly connected to the carrying device 10 or releasably fixed.
  • the surgical instrument 11 can accordingly be removed from the carrying device and subsequently used, wirelessly.
  • the second resonance device 14 has a coil 21 and a ferromagnetic material 23.
  • a first resonance device 13 is arranged as the device receiving the energy. This first resonance device 13 is arranged on a carrying device, not shown.
  • the first resonant device 13 also includes a coil 22 and a ferromagnetic material 24.
  • the ferromagnetic material 24 does not necessarily have to be present.
  • the first resonance device 13 may also include a capacitor 25.
  • the second resonance device 14 may include a capacitor, which is not shown. Since the lines used in the resonant devices already have a capacity, another capacitor is not necessarily necessary. Nevertheless, the further capacitor simplifies the tunability of the respective resonance devices.
  • the coils 21 and 22 may be preferably tuned forth by their inductance, so be changed.
  • Fig. 2 is still electrically connected to the first resonant device 13, a charging electronics 12, which is shown in a very simple variant, namely consisting of four diodes, 26-29, which produce a kind of DC voltage from the AC voltage provided.
  • the invention thus relates to wireless energy transmission by means of, for example, two electrical coils which are coupled via a resonant frequency.
  • the efficiency is significantly increased in comparison to a normal inductive energy transfer.
  • accumulators with a high capacity can be charged in a short time.
  • By the invention it is possible to charge such a surgical instrument without removing the sterility. Accumulator-powered light sources can also be charged accordingly.
  • the solution according to the invention is such that the corresponding devices which prepare the energy transmission and the charging voltage are integrated on the autoclavable carrying device, which is also referred to as a steri-tray. There is enough space available to integrate a large coil, as well as space to accommodate another charging electronics.
  • the transmitted energy is converted into a charging current or a charging voltage which can charge the surgical instrument located on the carrying device.
  • the surgical instrument inserted in or on the carrying device is then loaded via a galvanic connection with the loading device in the carrying device.
  • the surgical instrument need not be removed from the sterile packaging.
  • the surgical instrument remains so sterile.
  • the coils used can be used with or without ferrite cores, depending on the application.
  • the resonant circuits preferably oscillate in the MHz range. For example, a typical frequency between 5 MHz and 400 MHz may be provided.
  • the frequency used is preferably in a frequency range compatible with an operating room.
  • autoclave interchangeable, rechargeable energy stores such as accumulators in an autoclavable charging device and then to charge them in order to use them for operations as exchange accumulators or, before the start of the operation, a suitably sterilized, autoclaved one Accumulator to connect by a sterile operator with an autoclaved surgical instrument, then to provide this surgical instrument accordingly with energy through the thus sterilized or autoclaved accumulator.

Abstract

Die erfindungsgemäße Aufladevorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine Empfangsvorrichtung (13) zur Aufnahme und Umwandlung eines elektromagnetischen Felds in eine Wechselspannung und eine mit der Empfangsvorrichtung (13) galvanisch verbundene Ladeelektronik (12) umfasst, wobei die Ladeelektronik (12) die Wechselspannung in eine Ladespannung wandelt und wobei die Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss (17, 18, 19, 20) zur galvanischen Verbindung mit dem Energiespeicher (30) des chirurgischen Instruments (11) aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Aufladen der Energiespeicher (30) galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss (17-20) der Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) verbunden wird, wobei anschließend das chirurgische Instrument (11) und/oder der Energiespeicher (30) autoklaviert wird, wobei dann das chirurgische Instrument (11) und/oder der Energiespeicher (30) in einen Wirkbereich einer ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Vorrichtung (14) gebracht wird und eine resonante Kopplung zwischen der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung (14) und einer Empfangsvorrichtung (13) der Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) erzeugt wird, die zu einer Energieübertragung von der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung (14) zu der Empfangsvorrichtung (13) führt, wobei die Energie wenigstens teilweise zur Erzeugung einer Ladespannung für den Energiespeicher (30) genutzt wird.

Description

AUTOKLAVIERBARE AUFLADEVORRICHTUNG FUR EINEN WIEDERAUFLADBAREN ENERGIESPEICHER EINES CHIRURGISCHEN INSTRUMENTS SOWIE ZUGEHÖRIGES VERFAHREN
Autoklavierbare Aufladevorrichtung für einen Energiespeicher eines chirurgischen Instruments sowie Verfahren zum Aufladen eines wie- deraufladbaren Energiespeichers in einem autoklavierten chirurgi- sehen Instrument oder für ein autoklaviertes chirurgisches Instrument
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine autoklavierbare Aufladevorrichtung für einen wiederaufladbaren Energiespeicher eines chirurgischen Instruments. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Aufladen eines wiederaufladbaren Energiespeichers in einem autoklavierten chirurgischen Instrument oder für ein autoklaviertes chirurgisches Instrument.
Chirurgische Instrumente wie beispielsweise Endoskope oder Lapa- roskope werden häufig mehrfach verwendet. Um eine Mehrfachverwendung zu gewährleisten und ein steriles chirurgisches Instrument zur Verfügung zu stellen, werden die Instrumente in einem
Autoklaven autoklaviert. Bei einem Autoklaven handelt es sich um einen gasdicht verschließbaren Druckbehälter, der für die thermi- sche Behandlung des chirurgischen Instruments im Überdruckbereich eingesetzt wird. Zum Autoklavieren kann im Autoklaven die Luft durch mehrmaliges Evakuieren im Wechsel mit Dampfeinströmung und anschließendem Einleiten von hocherhitzem Dampf, bei- spielsweise auf über 13O0C, bei einem Überdruck von beispielsweise 3 bar, entfernt werden. Alternativ kann die Luft im Autoklaven auch durch Sattdampf verdrängt werden. Zum Autoklavieren und damit Sterilisieren der chirurgischen Instrumente werden verschiedene Schritte im Autoklaven durchgeführt.
Ein entsprechender Autoklav und ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb des Autoklaven sind in EP 1 481 692 B1 beschrieben, wobei der Autoklav dort insbesondere Sterilisator genannt wird. Ein Autoklavierverfahren ist unter Bezugnahme auf die Figuren 1 a) bis 3 beispielsweise in EP 1 481 692 B1 beschrieben.
Entsprechende chirurgische Instrumente weisen des Öfteren strombetriebene Aktuatoren oder Leuchtmittel sowie Elektroniken auf, die mit einer Energiequelle versorgt werden. Die Energiequelle ist übli- cherweise außerhalb des chirurgischen Instruments, so dass Kabel zur Verbindung mit dem chirurgischen Instrument nötig sind. Eine Alternative hierzu ist das Vorsehen einer Energiequelle in dem chirurgischen Instrument, beispielsweise eine wiederaufladbare Energiequelle, wie ein Akkumulator, oder das Vorsehen einer Energie- quelle, die austauschbar an oder in dem chirurgischen Instrument befestigt ist.
Nun besteht das Problem, dass aufgeladene Akkumulatoren beim Autoklavieren sich im Wesentlichen entladen, so dass sie mögli- cherweise während der Operation vollständig entleert werden. Die
Operation kann dann nicht mehr weitergeführt werden, was zu vermeiden ist. Eine Alternative wäre es, den Energiespeicher nach dem Autoklavieren des chirurgischen Instruments aufzuladen. Hierzu müsste allerdings die Sterilisation des chirurgischen Instruments gebrochen werden, was auch nicht gewünscht ist.
Zum Autoklavieren wird das chirurgische Instrument typischerweise auf eine Tragevorrichtung verbracht und mit einem Tuch wird die Tragevorrichtung mit dem chirurgischen Instrument umwickelt. Die Sterilisation gilt als gebrochen, sobald das Tuch geöffnet ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit vorzusehen, einen wiederaufladbaren Energiespeicher in einem chirurgischen Instrument, das autoklaviert ist, oder einen wiederaufladbaren Energiespeicher für ein chirurgisches Instrument, der autoklaviert ist, aufzuladen, ohne dass die Sterilisation des chirurgischen Instruments oder des Energiespeichers gebrochen wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine autoklavierbare Aufladevorrichtung für einen elektrischen und wiederaufladbaren Energiespeicher eines chirurgischen Instruments, wobei die Aufladevorrichtung eine Empfangsvorrichtung zur Aufnahme eines elektromagnetischen Felds und zur Umwandlung des Felds in eine Wechselspannung und eine mit der Empfangsvorrichtung galvanisch verbundene Ladeelektronik umfasst, wobei die Ladeelektronik die Wechselspannung in eine Ladespannung wandelt und wobei die Aufladevorrichtung wenigstens einen galvanischen Ausgangsan- schluss zur galvanischen Verbindung mit dem Energiespeicher des chirurgischen Instruments aufweist.
Durch Vorsehen einer derartigen erfindungsgemäßen autoklavierbaren Aufladevorrichtung ist es möglich, elektrische und wiederaufladbare Energiespeicher, die autoklaviert sind, wiederaufzuladen, ohne die Sterilisation zu brechen. Es ist dadurch möglich, während der Operation elektrische und wie- deraufladbare Energiespeicher, die lösbar an oder in einem chirurgischen Instrument befestigt sind, auszutauschen, wenn deren Energie zur Neige geht. Hierdurch kann eine Operation ohne Brechen der Sterilisation zu Ende geführt werden.
Vorzugsweise umfasst die Empfangsvorrichtung eine erste Resonanzvorrichtung.
Ferner vorzugsweise ist die Ladeelektronik angepasst, um einen mit der Ladeelektronik galvanisch verbundenen wiederaufladbaren Energiespeicher, insbesondere in den chirurgischen Instrumenten, aufzuladen.
Erfindungsgemäß ist eine autoklavierbare Tragevorrichtung mit einer integrierten autoklavierbaren Aufladevorrichtung, die vorstehend als erfindungsgemäß beschrieben wurde, für einen in dem chirurgischen Instrument angeordneten, elektrischen und wiederaufladba- ren Energiespeicher, insbesondere Akkumulator, versehen.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine autoklavierbare Tragevorrichtung für ein chirurgisches Instrument, wobei die Tragevorrichtung eine Aufladevorrichtung für einen in dem chirurgischen Instrument angeordneten elektrischen und wiederaufladbaren Energiespeicher, insbesondere Akkumulator, aufweist, wobei die Aufladevorrichtung eine Empfangsvorrichtung zur Aufnahme eines elektromagnetischen Felds und Umwandlung des Felds in eine Wechselspannung und eine mit der Empfangsvorrichtung galvanisch verbundene Lade- elektronik umfasst, wobei die Ladeelektronik die Wechselspannung in eine Ladespannung wandelt und wobei die Aufladevorrichtung wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss zur galvani- schen Verbindung mit dem chirurgischen Instrument aufweist.
Durch die so ausgestaltete autoklavierbare Tragevorrichtung ist eine sehr effiziente Möglichkeit gegeben, den Energiespeicher im chirur- gischen Instrument wieder aufzuladen, auch nachdem diese auto- klaviert wurde, ohne dass die Sterilisation beeinträchtigt ist. Hierbei muss nämlich nicht das um die autoklavierbare Tragevorrichtung und das chirurgische Instrument gewickelte Tuch entfernt werden, da die zur Aufladung des wiederaufladbaren Energiespeichers not- wendige Energie kabellos übertragen wird. Die autoklavierbare Tragevorrichtung weist also die zur Aufnahme der Energie notwendige Empfangsvorrichtung auf und eine Ladeelektronik sowie einen galvanischen Ausgangsanschluss, der mit dem chirurgischen Instrument verbunden werden kann.
Beim Aufbringen des chirurgischen Instruments auf die autoklavierbare Tragevorrichtung wird dieses Instrument an den galvanischen Ausgangsanschluss oder die galvanischen Ausgangsanschlüsse der Ladeelektronik angeschlossen. Anschließend wird das Sterilisationstuch um die Tragevorrichtung und das chirurgische
Instrument gewickelt. Anschließend findet das Autoklavieren statt.
Nach dem Autoklavieren wird die Tragevorrichtung, insbesondere die Empfangsvorrichtung in die Nähe einer in einem, insbesondere vorgebbaren, Abstand zur Tragevorrichtung angeordneten Sendevorrichtung bzw. der ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Vorrichtung platziert und entsprechend Energie, die von der Sendevorrichtung gesendet wird, durch die Empfangsvorrichtung aufgenommen und über die Ladeelektronik in eine Ladespannung gewan- delt, die durch den galvanischen Anschluss in das chirurgische Instrument geleitet wird. Im Rahmen der Erfindung wird anstelle von einer ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Vorrichtung auch der Begriff Sendevorrichtung verwendet. Hierbei soll es sich um die gleiche Vorrichtung handeln.
Vorzugsweise ist für die galvanische Verbindung eine Steckverbin- düng vorgesehen. Es kann so sein, dass nur eine Steckverbindung vorgesehen ist und der andere elektrische Kontakt bzw. galvanische Kontakt über die Masse der Tragevorrichtung und das Gehäuse des chirurgischen Instruments geschieht. Hierzu muss das Gehäuse des chirurgischen Instruments zumindest teilweise aus einem leitfähigen Material bestehen und ferner auch die autoklavierbare Tragevorrichtung wenigstens teilweise aus einem leitfähigen Material.
Vorzugsweise umfasst die Empfangsvorrichtung eine erste Resonatorvorrichtung. Die Resonatorvorrichtung ist vorzugsweise durchstimmbar bzw. die Resonanzfrequenz ist durchstimmbar. Vorzugsweise ist in der Resonatorvorrichtung eine Spule vorgesehen, die mit oder ohne ein Ferromagnetikum versehen ist.
Vorzugsweise ist die Ladeelektronik angepasst, um einen mit der Ladeelektronik galvanisch verbundenen wiederaufladbaren Energiespeicher im chirurgischen Instrument aufzuladen. Die Ladeelektronik kann eine übliche Ladeelektronik zum Aufladen von Akkumulatoren sein, wie diese an sich überall erhältlich ist. Sie muss allerdings auf die Höhe der Wechselspannung, die von der Empfangsvorrich- tung bereitgestellt wird, angepasst sein. Eine übliche Ladeelektronik ist beispielsweise in DE 33 17 531 A1 beschrieben.
Besonders bevorzugt ist die Tragevorrichtung, wenn diese einen Aufnahmebereich aufweist, der wenigstens abschnittsweise form- kompatibel und/oder formangepasst zu wenigstens einem Abschnitt des chirurgischen Instruments ist. Der Aufnahmebereich weist dann wenigstens abschnittsweise eine Kontur auf, die an wenigstens ei- nen Abschnitt des chirurgischen Instruments angepasst ist. Hierdurch ist eine sichere galvanische Verbindung zwischen dem oder den Ausgangsanschluss oder -anschlüssen und dem chirurgischen Instrument möglich. Hierzu können auch auf der Tragevorrichtung angebrachte elastische Klammern dienen, in die das chirurgische
Instrument eingeklemmt werden kann.
Vorzugsweise ist eine Anordnung einer erfindungsgemäßen autoklavierbaren Aufladevorrichtung und/oder einer erfindungsge- mäßen autoklavierbaren Tragevorrichtung mit einer ein elektromagnetisches Feld aussendenden bzw. erzeugenden Vorrichtung, die mit der Empfangsvorrichtung über eine vorgebbare Strecke gekoppelt ist, vorgesehen. Unter Anordnung wird im Rahmen der Erfindung insbesondere auch eine Kombination verstanden.
Vorzugsweise weist die ein elektromagnetisches Feld erzeugende Vorrichtung eine zweite Resonatorvorrichtung auf. Die zweite Resonatorvorrichtung ist vorzugsweise auch durchstimmbar und weist vorzugsweise eine Spule auf. Die Spule kann mit einem Ferromagnetikum versehen sein.
Besonders bevorzugt ist die Anordnung dann, wenn die zweite Resonatorvorrichtung mit der ersten Resonatorvorrichtung in Resonanz steht. Durch diese Maßnahme ist eine besonders effiziente kontaktlose Übertragung von Energie möglich. Es handelt sich dann vorzugsweise um eine resonante Kopplung der beiden Resonatorvorrichtungen, die damit vorzugsweise als eine transformatorische Magnetanordnung zu verstehen ist. Der definierte Abstand bzw. die vorgebbare Strecke zwischen den Resonatorvorrichtungen ist, wie erwähnt, kontaktlos, d.h. galvanisch kontaktlos, und geht über Luft, den Sterilisationsstoff und ggf. weitere Elemente der Tragevorrichtung. - -
Die kabellose Energieübertragung kann eine induktive Energieübertragung sein. Bevorzugt ist allerdings eine resonante Kopplung der ersten und der zweiten Resonatorvorrichtung, so dass eine sehr ef- fiziente Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht ist.
Hierzu wird beispielsweise auf die WO 2007/008646 A2 und die WO 2008/1 18 178 A1 verwiesen, in denen diese Form der drahtlosen, nicht strahlenden Energieübertragung beschrieben ist. Hierbei findet die Energieübertragung über eine Kopplung der Resonanzfelder der ersten und zweiten Resonatorvorrichtung statt. Diese kann auch über mehrere Zentimeter bzw. bis zu mehreren Metern funktionieren, wobei im Rahmen der Erfindung ein Abstand von 5 cm bis 20 cm zwischen der ersten und der zweiten Resonatorvorrichtung bevorzugt ist.
Im Rahmen der Erfindung bedeutet erzeugen und empfangen eines elektromagnetischen Felds auch die Kopplung zweiter Resonatorvorrichtungen, insbesondere die resonante Kopplung dieser beiden Resonatorvorrichtung. Entsprechend beinhaltet der Be- griff des elektromagnetischen Feldes auch eine elektromagnetische
Strahlung. Damit ist die das elektrische Feld erzeugende Vorrichtung auch eine die elektrische Strahlung aussendende Vorrichtung und entsprechend kann die Empfangsvorrichtung ein elektromagnetisches Feld aufnehmen und umwandeln bzw. eine elektromagneti- sehe Strahlung aufnehmen und umwandeln.
Der Offenbarungsgehalt der WO 2007/008646 A2 und der WO 2008/1 18178 A1 soll vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt dieser Patentanmeldung aufgenommen sein, zumindest soweit es die Technik der kontaktlosen Energieübertragung betrifft.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Aufladen eines wiederaufladbaren Energiespeichers in einem autoklavierten chirurgischen Instrument gelöst, wobei vor dem Aufladen das chirurgische Instrument auf einer erfindungsgemäßen Tragevorrichtung angeordnet wird und galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss der Aufladevorrichtung verbunden wird, wobei anschließend die Tragevorrichtung mit dem chirurgischen Instrument autoklaviert wird, wobei dann die Tragevorrichtung mit dem chirurgischen Instrument in einen Wirkbereich einer ein elektromagnetisches Feld aussendenden oder erzeugenden Vorrichtung ge- bracht wird und wobei dann eine resonante Kopplung zwischen der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung und einer Empfangsvorrichtung der Aufladevorrichtung erzeugt wird, die zu einer Energieübertragung von der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung zu der Empfangsvorrichtung führt, wobei die Energie wenigstens teilweise zur Erzeugung einer Ladespannung für den Energiespeicher genutzt wird.
Im Rahmen der Erfindung umfasst der Begriff der ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Vorrichtung auch eine Vorrichtung, die ein elektromagnetisches Feld aussendet.
Zum Autoklavieren sind das chirurgische Instrument und die Tragevorrichtung mit einem sterilisierbaren Tuch umwickelt. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufladen des wiederaufladbaren Energiespeichers geschieht vorzugsweise in einem Zustand, in dem das Tuch nach dem Autoklavieren des chirurgischen Instruments noch um die Tragevorrichtung und das chirurgische Instrument gewickelt ist.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Aufladen eines wiederaufladbaren Energiespeichers in einem autoklavierten chirurgischen Instrument oder für ein autoklaviertes chirurgisches Instru- ment gelöst, wobei vor dem Aufladen der Energiespeicher galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss der Aufladevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden wird, wobei anschließend das chirurgische Instrument und/oder der Energiespeicher, insbesondere zusammen mit der
Aufladevorrichtung, autoklaviert wird, wobei dann das chirurgische Instrument und/oder der Energiespeicher, insbesondere zusammen mit der Aufladevorrichtung, in einen Wirkbereich einer ein elektromagnetisches Feld aussendenden Vorrichtung gebracht wird und eine resonante Kopplung zwischen der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung und einer Empfangsvorrichtung der Aufladevorrichtung erzeugt wird, die zu einer Energieübertragung von der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung zu der Empfangsvorrichtung führt, wobei die Energie wenigstens teil- weise zur Erzeugung einer Ladespannung für den Energiespeicher genutzt wird.
Vorzugsweise wird vor dem Aufladen das chirurgische Instrument auf einer erfindungsgemäßen Tragevorrichtung angeordnet, wobei das chirurgische Instrument, das den Energiespeicher aufweist, galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss der Aufladevorrichtung verbunden wird, wobei anschließend die Tragevorrichtung mit dem chirurgischen Instrument autoklaviert wird und wobei dann die Tragevorrichtung mit dem chirurgischen Instrument in den Wirkbereich der das elektromagnetische Feld aussendenden Vorrichtung gebracht wird.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße autoklavierbare Tragevorrichtung und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Anordnung.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern ver- sehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
In Fig. 1 ist schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Tragevorrichtung 10 gezeigt, die von einer Wandung umrandet ist, wie dieses schematisch durch die jeweils parallelen Linien am Rand der Tragevorrichtung 10 angedeutet ist. Auf der Tragevorrichtung 10 ist eine erste Resonanzvorrichtung 13 angeordnet, und zwar, insbesondere lösbar, fixiert auf der Tragevorrichtung 10. Die erste Resonanzvorrichtung 13 weist zwei galvanische bzw. elektrische Verbin- düngen 15 und 16 zu einer Ladeelektronik 12 auf, die ausgestaltet ist, um beispielsweise einen Akkumulator 30 aufladen zu können. Von der Ladeelektronik 12 gehen zwei elektrische Verbindungen 17, 18 zur galvanischen Verbindung mit dem Akkumulator 30 in dem chirurgischen Instrument 1 1 über Steckkontakte 19, 20. Der Akku- mulator 30 dient beispielsweise dazu, einen nicht dargestellten Ak- tuator im chirurgischen Instrument, wie beispielsweise eine Säge oder eine Zange, anzutreiben. Ferner kann der Akkumulator 30 dazu dienen, einen Fotochip oder eine Kamera mit Spannung zu versorgen oder eine Lichtquelle mit Spannung zu versorgen.
In Fig. 1 ist ferner noch eine beabstandet von der Tragevorrichtung 10 angeordnete zweite Resonanzvorrichtung 14 gezeigt. Die zweite Resonanzvorrichtung 14 erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das in Resonanz mit der ersten Resonanzvorrichtung 13 steht, so dass eine effiziente Energieübertragung von der zweiten Resonanzvorrichtung 14 zur ersten Resonanzvorrichtung 13 geschieht. Hierdurch wird dann über die elektrische Verbindung 15 und 16 eine Wechselspannung der Ladeelektronik 12 zur Verfügung gestellt, die dann in eine Ladespannung gewandelt über die elektrischen Verbindungen 17 und 18 an die Steckkontakte 19, 20 zur Verfügung gestellt werden. Die Komponenten der ersten Resonanzvorrichtung 13, der elektrischen Verbindungen 15, 16, der Ladeelektronik 12, der elektrischen Verbindungen 17, 18 und der Steckkontakte 19, 20 sind vorzugsweise fest mit der Tragevorrichtung 10 verbunden bzw. lösbar fixierbar. Das chirurgische Instrument 1 1 kann entsprechend von der Tragevorrichtung entnommen werden und im Weiteren be- nutzt werden, und zwar kabellos.
In Fig. 2 ist ein Teil einer erfindungsgemäßen schematischen Anordnung dargestellt. Die zweite Resonanzvorrichtung 14 weist eine Spule 21 und ein ferromagnetisches Material 23 auf. In einem Ab- stand D zur zweiten Resonanzvorrichtung 14 ist eine erste Resonanzvorrichtung 13 als die Vorrichtung, die die Energie empfängt, angeordnet. Diese erste Resonanzvorrichtung 13 ist auf einer nicht dargestellten Tragevorrichtung angeordnet.
Die erste Resonanzvorrichtung 13 weist auch eine Spule 22 und ein ferromagnetisches Material 24 auf. Das ferromagnetische Material 24 muss nicht notwendigerweise vorhanden sein. Zur ersten Resonanzvorrichtung 13 kann auch noch ein Kondensator 25 gehören. Entsprechend kann auch zur zweiten Resonanzvorrichtung 14 ein Kondensator, der nicht dargestellt ist, gehören. Da die Leitungen, die in den Resonanzvorrichtungen Verwendung finden, schon eine Kapazität aufweisen, ist ein weiterer Kondensator nicht unbedingt notwendig. Gleichwohl vereinfacht der weitere Kondensator die Durchstimmbarkeit der jeweiligen Resonanzvorrichtungen. Die Spulen 21 und 22 können von deren Induktivität her vorzugsweise durchgestimmt, also verändert werden.
In Fig. 2 ist noch elektrisch mit der ersten Resonanzvorrichtung 13 eine Ladeelektronik 12 verbunden, die in einer sehr einfachen Variante dargestellt ist, nämlich bestehend aus vier Dioden, 26-29, die aus der zur Verfügung gestellten Wechselspannung eine Art Gleich- Spannung erzeugen.
Die Erfindung betrifft somit die kabellose Energieübertragung mittels beispielsweise zweier elektrischer Spulen, die über eine Resonanzfrequenz gekoppelt sind. Hierdurch wird der Wirkungsgrad im Ver- gleich zu einer gewöhnlichen induktiven Energieübertragung deutlich erhöht. Hierdurch kann viel Energie übertragen werden, wodurch Akkumulatoren mit einer hohen Kapazität in kurzer Zeit aufgeladen werden können. Es ist möglich, kabellose Endoskope bzw. andere chirurgische Instrumente, die eine Energieversorgung benö- tigen, zu benutzen. Durch die Erfindung ist es möglich, ein derartiges chirurgisches Instrument aufzuladen, ohne die Sterilität aufzuheben. Es können auch akkumulatorbetriebene Lichtquellen entsprechend aufgeladen werden. Insbesondere ist es von Vorteil, die Ladeelektronik getrennt von dem chirurgischen Instrument vorzuse- hen, da so das chirurgische Instrument klein und leicht gebaut werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung sieht so aus, dass die entsprechenden, für die Energieübertragung und die die Ladespannung aufbe- reitenden Vorrichtungen auf der autoklavierbaren Tragevorrichtung, die auch als Steri-Tray bezeichnet wird, zu integrieren. Dort ist genug Bauraum vorhanden, um eine großflächige Spule zu integrieren, sowie entsprechend Raum, um eine weitere Ladeelektronik unterzubringen.
Die übertragene Energie wird in einem Ladestrom bzw. in eine La- despannung konvertiert, die das auf der Tragevorrichtung befindliche chirurgische Instrument aufladen kann. Das in oder auf der Tragevorrichtung eingelegte chirurgische Instrument wird dann über eine galvanische Verbindung mit der Ladevorrichtung in der Tragevorrichtung geladen. So ist es möglich, dass das chirurgische In- strument nicht aus der Sterilverpackung entnommen werden muss.
Das chirurgische Instrument bleibt so steril.
Die verwendeten Spulen können mit oder ohne Ferritkerne, je nach Anwendungsfall, verwendet werden. Die Resonanzkreise oszillieren vorzugsweise im MHz-Bereich. So kann beispielsweise eine typische Frequenz zwischen 5 MHz und 400 MHz vorgesehen sein. Die verwendete Frequenz ist vorzugsweise in einem zu einem Operationsraum kompatiblen Frequenzbereich.
Alternativ ist es möglich, was zeichnerisch nicht dargestellt ist, austauschbare, wiederaufladbare Energiespeicher wie Akkumulatoren in einer autoklavierbaren Aufladevorrichtung zunächst zu autokla- vieren und dann entsprechend aufzuladen, um diese für Operationen als Austauschakkumulatoren zu verwenden bzw. vor Beginn der Operation einen entsprechend sterilisierten, autoklavierten Akkumulator durch eine sterile Bedienperson mit einem autoklavierten, chirurgischen Instrument zu verbinden, um dann dieses chirurgische Instrument entsprechend mit Energie durch den so sterilisierten bzw. autoklavierten Akkumulator zu versehen.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezuqszeichenliste
10 Tragevorrichtung
1 1 chirurgisches Instrument
12 Ladeelektronik
13 erste Resonanzvorrichtung
14 zweite Resonanzvorrichtung
15 elektrische Verbindung
17 elektrische Verbindung
18 elektrische Verbindung
19 Steckkontakt
20 Steckkontakt
21 Spule
22 Spule
23 ferromagnetisches Material
24 ferromagnetisches Material
25 Kondensator
26 Diode
27 Diode
28 Diode
29 Diode
30 Akkumulator
D Abstand

Claims

Autoklavierbare Aufladevorrichtung für einen Energiespeicher eines chirurgischen Instruments sowie Verfahren zum Aufladen eines wie- deraufladbaren Energiespeichers in einem autoklavierten chirurgi- sehen Instrument oder für ein autoklaviertes chirurgisches InstrumentPatentansprüche
1. Autoklavierbare Aufladevorrichtung (12, 13, 15, 16, 17, 18,
19, 20) für einen elektrischen und wiederaufladbaren Energiespeicher (30) eines chirurgischen Instruments (1 1 ), wobei die Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) eine Empfangsvorrichtung (13) zur Aufnahme eines elektromagnetischen Felds und zur Umwandlung des Felds in eine Wechselspannung und eine mit der Empfangsvorrichtung (13) galvanisch verbundene Ladeelektronik (12) umfasst, wobei die Ladeelektronik (12) die Wechselspannung in eine Ladespannung wandelt und wobei die Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) wenigstens ei- nen galvanischen Ausgangsanschluss (17, 18, 19, 20) zur galvanischen Verbindung mit dem Energiespeicher (30) des chirurgischen Instrument (1 1 ) aufweist. - -
2. Autoklavierbare Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsvorrichtung (13) eine erste Resonatorvorrichtung (13) umfasst.
5
3. Autoklavierbare Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik (12) angepasst ist, um einen mit der Ladeelektronik (12) galvanisch verbundenen wiederaufladbaren Energiespei-o eher (30), insbesondere in dem chirurgischen Instrument (1 1 ), aufzuladen.
4. Autoklavierbare Tragevorrichtung (10) mit einer integrierten autoklavierbaren Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) nach ei-5 nem der Ansprüche 1 bis 3 für einen in dem chirurgischen Instrument (12) angeordneten, elektrischen und wiederaufladbaren Energiespeicher (30), insbesondere Akkumulator.
5. Autoklavierbare Tragevorrichtung (10) nach Anspruch 4, da-o durch gekennzeichnet, dass die Tragevorrichtung (10) einen
Aufnahmebereich aufweist, der wenigstens abschnittsweise formkompatibel und/oder formangepasst zu wenigstens einem Abschnitt des chirurgischen Instruments (11 ) ist. 5 6. Anordnung einer autoklavierbaren Aufladevorrichtung (12, 13,
15-20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und/oder einer autoklavierbaren Tragevorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5 mit einer ein elektromagnetisches Feld erzeugenden Vorrichtung (14), die mit der Empfangsvorrichtung (13) über eine0 vorgebbare Strecke (D) gekoppelt ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die das elektrische Feld erzeugende Vorrichtung (14) eine zweite Resonatorvorrichtung aufweist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Resonatorvorrichtung (14) mit der ersten Resonatorvorrichtung (13) in Resonanz steht.
9. Verfahren zum Aufladen eines wiederaufladbaren Energie- Speichers (30) in einem autoklavierten chirurgischen Instrument (1 1 ) oder für ein autoklaviertes chirurgisches Instrument (1 1 ), wobei vor dem Aufladen der Energiespeicher (30) galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsan- schluss (17-20) der Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 verbunden wird, wobei anschließend das chirurgische Instrument (1 1 ) und/oder der Energiespeicher (30) autoklaviert wird, wobei dann das chirurgische Instrument (1 1 ) die Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) und/oder der Energiespeicher (30) in einen Wirkbereich einer ein elektromagnetisches Feld aussendenden Vorrichtung (14) gebracht wird und eine resonante Kopplung zwischen der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung (14) und einer Empfangsvorrichtung (13) der Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) erzeugt wird, die zu einer Energieübertragung von der das elektromagnetische Feld erzeugenden Vorrichtung
(14) zu der Empfangsvorrichtung (13) führt, wobei die Energie wenigstens teilweise zur Erzeugung einer Ladespannung für den Energiespeicher (30) genutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufladen das chirurgische Instrument (1 1 ) auf einer Tragevorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5 angeordnet wird, wobei das chirurgische Instrument, das den Energiespeicher (30) aufweist, galvanisch mit dem wenigstens einen galvanischen Ausgangsanschluss (17-20) der
Aufladevorrichtung (12, 13, 15-20) verbunden wird, wobei an- schließend die Tragevorrichtung (10) mit dem chirurgischen
Instrument (1 1 ) autoklaviert wird und wobei dann die Tragevorrichtung (10) mit dem chirurgischen Instrument (1 1 ) in den Wirkbereich der das elektromagnetische Feld aussendenden Vorrichtung (14) gebracht wird.
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