DE10057931B4

DE10057931B4 - Pyrotechnisch betriebenes chirurgisches Instrument (Pyronadel)

Info

Publication number: DE10057931B4
Application number: DE10057931A
Authority: DE
Inventors: Peter Lell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2020-11-23
Also published as: DE10057931A1

Abstract

Chirurgisches Instrument zum Einstechen einer Nadel, insbesondere einer Trokarnadel, in den Körper eines Lebewesens,
a) mit einem Gehäuse, in welchem die Nadel aufgenommen oder aufnehmbar ist,
b) wobei die Nadel an ihrem rückwärtigen Ende von einem Kolben beaufschlagbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
c) dass im Gehäuse ein einen Explosivstoff beinhaltender Gasgenerator angeordnet ist, welcher nach dessen Aktivierung Druckgas für das Druckbeaufschlagen des Kolbens und das Austreiben der Nadel mittels des Kolbens aus dem Gehäuse erzeugt, und
d) dass der Gasgenerator ein Covolumen aufweist, welches durch einen oder mehrere Kanäle mit der Ausströmöffnung des Gasgenerators verbunden oder nach einem anfänglichen Herausbewegen des Kolbens aus einer Ausgangsposition damit verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument (anstelle des Begriffs „chirurgisches Instrument" wird hier auch einfach nur das Wort „Vorrichtung" verwendet) zum druckvermittelten Einbringen einer Nadel, insbesondere einer Trokarnadel in einen Knochen, und zwar zum Zwecke der Infusion, Injektion, Transfusion, Aspiration, Anästhesierung bzw. zur Verabreichung einer sonstigen Medizin oder zur Behandlung von Patienten, egal ob Mensch oder Tier. Es ist ein für das sofortige Legen einer Trokarnadel geeignetes Instrument, entweder auf einem Kriegsschauplatz, nach einem Unfall oder in irgendeiner anderen Situation, in der sofortige Infusionen oder Injektionen notwendig sind.
Besonders bei Neugeborenen oder Kindern, bei denen sich nur schwer eine Vene finden läßt, läßt sich die Vorrichtung mit Erfolg einsetzen. Aber auch bei Erwachsenen stellt sie eine Alternative zur intraossären Infusion bzw. Injektion dar, da es einen schnellen Gefäßzugang gewährleistet, sowie bei Knochenmarkaspirationen oder Transplantationen.
Intraossäre Infusionen und Knochenmarkaspirationen wurden zum ersten Mal in den dreißiger Jahren dieses Jahrhunderts eingeführt und wurden vor allem in Notfällen während des Zweiten Weltkriegs angewandt, wobei nicht mehr erst langwierig nach einer zum Einführen der Nadel passenden Vene gesucht werden mußte. Heutzutage ist das Verfahren weithin bekannt, jedoch nicht sehr gebräuchlich, weil es schwierig ist, eine Nadel bzw. einen Trokar unter großem Kraftaufwand in einen Knochen zu schlagen, hier dem Patienten erhebliche Schmerzen entstehen, und gleichzeitig eine Infektionsgefahr aufgrund der Notwendigkeit besteht, die Haut und das Gewebe um den Knochen herum zu öffnen. Der herkömmliche Trokar wird verwendet in Form eines spitzen, von einem Röhrchen umgebenen Mandrins. Dieses Gebilde wird in den Knochen eingetrieben und danach der Mandrin herausgezogen. Durch das verbleibende Röhrchen kann dann Flüssigkeit entweder infundiert oder abgezogen werden.
Infusionen, Injektionen, Reanimationen, das Verabreichen von Medikamenten oder das Setzen einer Narkose durch eine zentrale Vene oder eine periphere Vene können häufig zu Komplikationen führen, die sich durch intraossäre Infusion leicht vermeiden lassen.
Besondere Anwendungen, bei denen eine Injektion in den Knochen erforderlich wird, ergeben sich bei der Notwendigkeit eines schnellen Gefäßzugangs, bei der Injektion von Medikamenten und bei Knochenmarkaspirationen.
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Instrument zu schaffen, das eine Nadel, insbesondere einen Trokar, definiert bzgl. Geschwindigkeit, maximalen Druck und Eindringtiefe, sozusagen quasi programmiert so in das Knochenmark schießt, daß dem Patienten durch die Schnelligkeit des Vorgangs so wenig Schmerzen wie möglich verursacht werden und andererseits auch dem verabreichenden Arzt oder Notarzt die Schwere seiner Arbeit deutlich erleichtert wird. Er braucht damit nicht mehr mit eigener Kraft den Trokar in den Knochen stoßen und auch die heute schon bekannten Vorrichtungen nicht mehr benutzen, die als Anmeldung DE 44 40 045 A1 als druckgasbetriebene oder in Form der DE 195 10 455 A1 als federbetriebene Geräte her bekannt sind, relativ groß und schwer bauen, relativ unzuverlässig sind, unreproduzierbar arbeiten, relativ oft gewartet werden müssen, relativ unsicher in der Handhabung sind, eine mehr oder weniger lange Einarbeitung benötigen und darüber hinaus wenig Druck- bzw. Energiereserve haben, also sehr schnell begrenzt sind, wenn eine Anwendung einen wesentlich höheren Druck benötigt oder ein Trokar oder eine Nadel wesentlich schneller eingeschlagen werden muß.
Alle bisherigen Geräte sind zudem nicht programmierbar bzgl. Einstechstärke und Einstechgeschwindigkeit, zudem begrenzt bzgl. maximaler Einstechstärke.
Der Hauptvorteil der Erfindung besteht in der schnellen, definierten und programmierten Einführung der Trokarnadel in das Gewebe bzw. in den Knochen. Dieses Verfahren ist für die intravenöse Infusion von Vorteil, da nicht mehr viel Zeit verloren geht, um ein geeignetes Blutgefäß zu finden. Da das Instrument in seiner Einmalausführung von Anfang an steril ist, besteht keine Gefahr einer Infektion oder anderweitigen Komplikationen.
Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß in allen hier gezeichneten Ausführungen prinzipiell programmierbar bzgl. Einstechstärke und Einstechgeschwindigkeit, zudem relativ unbegrenzt bzgl. maximaler Einstechstärke bei sonst gleichen Abmessungen der Vorrichtung.
Die Vorrichtung ist zunächst für den einmaligen Gebrauch konzipiert. Ausführungen mit einlegbarem Gasgenerator und einlegbarem, im Handel erhältlichen Trokar oder einlegbarer Kartusche, bestehend aus Trokar und Gasgenerator sind aber ebenso möglich und hier und da sinnvoll.
Alle hier gezeichneten erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind prinzipiell 10 Jahre lang mit höchster Zuverlässigkeit und ohne gewartet werden zu müssen einsetzbar, auch nach extremer Umweltbelastung, wie sie sonst nur von militärischem, pyrotechnisch betriebenem Gerät abverlangt wird, – eine Eigenschaft, die von mechanisch arbeitenden Geräten prinzipiell kaum garantierbar ist.
Wie in 1g dargestellt, umfaßt das Instrument prinzipiell einen Trokar, bestehend aus einer Hohlnadel 1, die die äußere Form einer herkömmlichen Subkutannadel aufweist und einem Mandrin 4, wobei das vordere Ende spitz ist, ein Nadelgehäuse 2 mit Ansatz 3, dem Halteknopf 5, einem Kolben 12, dem Tiefenbegrenzer 19, dem Gasgenerator 14 mit Zündkontakt 16, der Batterie 15 und dem Gehäuse bestehend aus Rohr 6 und Verschluß 7, das alle Teile zusammenhält und den in der Regel sehr hohen Drücke widersteht. Die Abschlußkappe 9 bzw. Abschlußfolie 22 sichert die Sterilität der Vorrichtung, wenn diese lange „herumliegt", mehrfach den Aufbewahrungsort ändert usw.
Zur Verwendung der Vorrichtung wird einfach die Abschlußkappe 9 bzw. die Abschlußfolie 22 abgezogen, die Injektionstiefe mittels dem Tiefenbegrenzer 19 eingestellt, das Vorderteil an die gewünschte Hautstelle am Patienten angesetzt und auf den Auslösekontakt 11 gedrückt – Auslösung, die Nadel fährt mit einer durch die Aufladung des Gasgenerators und dem eingestellten Covolumen vorbestimmter Kraft und Geschwindigkeit, quasi programmiert in die Haut, bei intraossärer Injektion danach auch in den Knochen des Patienten oder des Tieres ein. Einfacher, sicherer und zuverlässiger geht es nicht mehr!
Nach der Erfindung kann der Arzt noch nachträglich die Einstechstärke über die Variation eines Covolumens für den Gasgenerator einstellen, bei einer anderen Ausführung wird beim Einlegen des Gasgenerators die Einstechstärke entweder vom Gerät oder vom Gasgenerator selbst mechanisch programmiert und damit eine falsche Einstellung verhindert: Ein Covolumenring im Verschluß 7 verändert je nach Einstellung das Covolumen jedes eingelegten Gasgenerators erneut wie vorher einmal bestimmt, bei einer anderen Ausführung verschiebt das Gasgeneratorgehäuse selbst einen Colvolumenring im Verschluß 7 so, wie es vorher per Versuch einmal als optimal für die Einstechstärke ermittelt wurde, siehe 3 und 6.
Bei der Auslösung durch den Druck auf den Auslösekontakt 11 laufen nacheinander folgende Vorgänge ab:
Die Batterie 15 wird gegen den Mittelkontakt des Zündkontakts 16 gedrückt, damit schließt sich der Stromkreis Batterie-Mittelkontakt-Glühdraht-Gehäuse-Batterie, der Glühdraht 34 erhitzt sich, bis an einer Stelle die Zündtemperatur für den anliegenden Explosivstoff erreicht ist, der Explosivstoff vergast, strömt durch ein Loch im Gasgeneratorgehäuse 14 in den Ausstoßraum 17, bedrückt dort den Kolben 12, der wiederum den Handknopf 5 bedrückt und mit diesem den Trokar aus der Vorrichtung in die Haut des Patienten schiebt.
Hierbei ist es für die Funktionsweise der Vorrichtung unerheblich, wie die Anzündung selbst durchgeführt wird – statt verschieblicher Batterie kann auch eine fest eingebaute Batterie mit Taster an Stelle 11 treten, anstelle der Glühdrahtanzündung auch eine herkömmliche Anzündung mittels elektrischem Anzündstück, einem Anzündstück, das auf Schlag oder Reibung reagiert, eine Laseranzündung, induktive Anzündung usw., alle Verfahren, die heute für pyrotechnische Baugruppen angemeldet oder gar eingesetzt sind.
Auch die Ausführung des Trokars ist hier für das angemeldete Prinzip unerheblich: Ob es ein handelsüblicher Trokar ist, der in die Vorrichtung einfach eingelegt wird, ein genau für die Verwendung mit dieser Vorrichtung optimierter Trokar oder gar nur eine Nadel!
In allen Fällen wird eine Nadel oder ein Trokar definiert eingesetzt, der nach dem Entfernen der Vorrichtung und dem Herausziehen des Mandrins insbesondere mit einem Infusionsset oder einer Spritze außerhalb des Körpers des Patientens verbunden werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt Längsschnitte durch einen Trokar, sowie die der gesamten Vorrichtung
2 zeigt eine andere Ausführung und eine Vergrößerung der Tiefenbegrenzung
3 zeigt ein Längsschnitte durch verschiedene Arten, das Covolumen zur nachträglichen Änderung der Einstichstärke bzw. Einschußgeschwindigkeit auszubilden
4 und 5 zeigen Ausführungen einer Sensorik zur Verhinderung einer unbeabsichtigten Auslösung des Gerätes
6 zeigt weitere Ausführungsformen für das Gehäuse, den Antrieb des Trokars und der Zündschaltung der eingebrachten Explosivstoffe
7 zeigt eine Ausführung mit Luftdämpfung des Trokars
8 zeigt die Ausführung des Antriebs durch Vermittlung eines Fluids mit all seinen Möglichkeiten
9 zeigt Ausführungen des Kolbens
10 und 11 zeigen Ausführungen eines am Verschluß einstellbaren Covolumens
12 entfällt, nicht vorhanden
13 und 14 zeigen den Innenaufbau des Gasgenerators bzw. der Gasgeneratorkartusche
15 zeigt eine Kontaktiermöglichkeit für die Gasgeneratorkartusche
Es versteht sich von selbst, daß die Form des Gehäuses, des Kolbens und der anderen Bauteile so variiert bzw. optimiert werden können, so lange wie das Verfahren zum Schießen einer Trokarnadel in einen Knochen aufrechterhalten wird.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Vorab: Die Zeichnungen zeigen Ausführungen, wie sie heute optimal für die Fertigung der Vorrichtung und für den Anwender zu sein scheinen. Viele Zeichnungen werden dazu benutzt, Variationen von einzelnen konstruktiven Details vorzustellen, ohne gleich immer alle anderen Teile mitzuzeichnen. Daher können die einzelnen konstruktiven Details bzw. Ausführungen untereinander ausgetauscht werden, ohne am Prinzip etwas zu verändern! So kann in der Regel beispielsweise eine in 1g gezeichnete Zündschaltung mit einem Verschluß 7 in der Ausführung aus 6e miteinander kombiniert werden, falls dies erforderlich oder für den speziellen Anwendungsfall optimaler ist, usw...
1 zeigt die Ausführung eines handeslüblichen Trokars, der mit der Vorrichtung in die Haut und weiter bis in den Knochen eines Patienten oder Tieres von Hand mit großer Kraftanstrengung eingetrieben wird. 1c zeigt das komplette Gebilde, bestehend aus dem Mandrin 4 mit Handknopf 5 (1b) und der Hohlnadel 1 mit Nadelgehäuse 2 und Ansatz 3 (1a), an dem bespielsweise ein Tropfer angeschlossen werden kann. Nach dem Eintreiben des Gebildes wird der Mandrin mit Handknauf entfernt, es verbleibt nur noch die Hohlnadel in der Haut bzw. dem Knochen des Patienten.
1d bis 1f zeigen ein Gebilde wie vorher beschrieben, nur daß die Teile auf die Verwendung in der hier vorgestellten Vorrichtung optimiert sind: Es wird nicht mehr ein großflächiger Handknopf benötigt, das ganze Gebilde läßt sich damit wesentlich schlanker aufbauen, damit wird die gesamte Vorrichtung ebenfalls schlanker bzw. kleiner.
Alle folgenden Ausführungen werden anhand eines Trokars vorgestellt, es wird nicht weiter erwähnt, daß an dessen Stelle natürlich auch nur eine einfache Hohlnadel oder in Sonderfällen auch nur ein Nagel oder ein Rohrstück ausgetrieben bzw. in den Patienten oder in das Tier eingetrieben werden kann.
Die in 1g dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Rohr 6, in dem der Trokar aus den Teilen Hohlnadel 1, Nadelgehäuse 2, Ansatz 3, Handknopf 5 und Spitze 4 eingelegt ist. Das Gebilde wird durch die Abgase aus dem Abbrand von Explosivstoffen 33 angetrieben, die im Gasgenerator 14 untergebracht sind und die auf den Kolben 12 einwirken und diesen damit bedrücken und antreiben. Die genannten Teile werden nach hinten durch den Verschluß 7 zusammengehalten, der gleichzeitig den Zündmechanismus, hier in Form einer Batterie 15, dem Zündkontakt 16 und dem Auslösekontakt 11 aufnimmt. Die Verschlußendkappe arretiert lediglich den Zündkontakt und ermöglicht den Austausch der Batterie 15, wenn man nicht diese Batterie gleich für den Anwender unzugänglich, d.h. für die gesamte Lebensdauer der Vorrichtung, in das Gehäuse 7 einbringt.
Teil 19 wirkt als Tiefenbegrenzer für den Trokar, indem er die Bewegung des Nadelgehäuses abrupt stoppt. Einstellbar ist dieser Begrenzer über den Einstellstift 21, der in eine der Bohrungen 20 eingreift und damit die formschlüssige Verbindung schafft. Die Rastnase 24 wird nur eingebracht, wenn ein nicht einstellbarer Tiefenbegrenzer benötigt wird, sie sichert dann das Herausfallen des Tiefenbegrenzers 19. Die Abschlußkappe 9 bzw. die Abschlußfolie 22 schließt die Vorrichtung bzw. das Rohr 6 steril ab. Während die Kappe 9 in der Regel vor der Applikation abgenommen werden muß, läßt sich die Abschlußfolie auch einfach durchstechen, sofern sichergestellt werden kann, daß keine Folienteile ablösen und mit der Bewegung des Trokars in die Haut des Patienten in diese mit eingebracht werden.
Nur andeutungsweise ist mit 23 ein Versandbeutel skizziert, in dem die Vorrichtung von allen Umwelteinflüssen geschützt und für sich steril versandt und gelagert werden kann.
Funktionsablauf:
Die Kappe 9 wird abgezogen und die Vorrichtung auf die gewünschte Hautstelle des Patienten angedrückt. Durch das Drücken auf den Auslösekontakt 11 wird der Mittelkontakt der Batterie 15 gegen die Kraft der Feder 85 auf den Mittelkontakt des Zündkontakts 16 gedrückt, wodurch Strom über den Mittelkontakt der Batterie, dem Zündkontakt, dem Glühdraht 34 und zurück über den Ringteil des Zündkontakts 16, das Gehäuse 7, den Auslösekontakt 11 zum Minuspol der Batterie fließt, der den Glühdraht sehr schnell bis zur Zündtemperatur des an ihm anliegenden Explosivstoffs erhitzt. Der Zündkontakt 16 besteht hierbei aus zwei voneinander elektrisch isolierten Teilen, das Gehäuse 7 und der Zündkontakt 11 sind aus elektrisch leitfähigem Material angenommen. Selbstverständlich läßt sich der Zündstrom auch anders leiten, gezeigt ist hier nur die einfachste Version – das Zündstrommanagement ist auch hier nicht Kernsache der Anmeldung.
Nach der Zündung des Explosivstoffes vergast dieser, es wird eine entsprechende Menge an Gas erzeugt, das über Bohrungen in der Lochscheibe 75 und die Bohrung 86 in den Ausstoßraum 17 gelangt und dort den Kolben 12 bedrückt bzw. damit antreibt. Der Kolben 12 ist entweder selbstlidernd ausgeführt, wie in 9a skizziert oder besitzt im einfachsten Fall ein Kolbenabdichtsystem 13. Nach dem Einführen des Trokars wird die Vorrichtung abgezogen, in der Haut bzw. dem Knochen des Patienten verbleibt letztendlich nur noch die Hohlnadel 1 mit Nadelgehäuse 2 und der Tiefenbegrenzer 19, der im Bedarfsfall aber ebenfalls noch weggezogen werden kann, falls dies notwendig wäre: Zu diesem Zweck dient eine Nut im Tiefenbegrenzer 19 ähnlich der Nut 56 (6c) in der Führung 53.
Die in 2a gezeichnete Vorrichtung entspricht der in 1g, nur daß hier eine Bremsscheibe 25 vor dem Nadelgehäuse 2 eingebracht ist und der Tiefenbegrenzer 19 durch eine Distanzscheibe 28 intern quasi verlängert wird bzw. damit die Einstechtiefe weiter bis auf Null reduziert werden kann. An dieser Stelle soll nochmals ausdrücklich erwähnt werden, daß die gezeichneten konstruktiven Details nur eine möglich, wenn auch optimierte Form darstellen, für die Anmeldung hier ist es jedoch unerheblich, ob später beispielsweise der Tiefenbegrenzer 19 mit Schraubengewinde ausgeführt wird und in das Rohr 6 je nach benötigter Länge bzw. Wirkung einfach mehr oder weniger tief eingeschraubt werden kann – die Wirkung beider Teile sind gleich, nämlich das definierte Abstoppen des Nadelgehäuses 2!
Zurück zur Bremsscheibe 25. Die Bremsung des Nadelgehäuses 2 kann entweder durch das Bremsscheibendichtsystem 26 über Reibung selbst erfolgen, oder durch das Komprimieren des Gases im Verschieberaum 18 und durch mehr oder wenig große Bohrungen 87 in der Bremsscheibe 25, die als Drosseln wirken und das Dämpfverhalten sehr einfach einstellen lassen!
In 2b ist die Ausführung gezeichnet, bei der das Nadelgehäuse 2 und die oben beschriebene Bremsscheibe in ein einziges Bauteil integriert sind.
2c ist eine Detailansicht des Distanzscheibenbereichs, in 2d und 2e ist die Bremsscheibe 25 vergrößert dargestellt.
Die 1 und 2 zeigen Vorrichtungen, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind, die jedoch für das leichtere Verständnis der nachfolgend beschriebenen Ausführungsforen dienen.
In 3a ist erstmals ein Covolumen 35 dargestellt, mit dessen Hilfe der Druck vor dem Kolben 88 variiert werden kann, ohne an der Aufladung des Gasgenerators etwas zu verändern! Damit ist es möglich, ein und denselben in einer Großserie hergestellten Gasgenerator für die verschiedensten Zwecke durch das Gerät selbst oder den Anwender nachträglich quasi mechanisch bzgl. Einstechkraft der Nadel zu programmieren!
Funktionsweise:
Der Explosivstoff 33 wird vergast und bedrückt den Kolben 88. Gleichzeitig kann das Gas durch die Bohrungen 89 in der Covolumenscheibe 32 in das Covolumen 35 strömen. Die Größe des Covolumens wird durch die Dichtscheibe 36 über den Covolumenstellring 37 eingestellt: Dieser kann entweder in die Vorrichtung eingelegt werden, einmal kurz, einmal lang sein, oder als Ring mit Schraubengewinde ausgeführt sein, der im Gehäuse 7 eingeschraubt wird und mal mehr oder weniger weit herausgedreht wird. Je nachdem, wie groß nun das Covolumen 35 ist, um so geringer wird der Maximaldruck vor dem Kolben 88 und damit auch der maximale Einstechdruck der Nadel sein bei sonst gleicher Explosivstoffaufladung! Die Weite der Bohrungen 89 beeinflußt den Grad der Zuschaltung des Covolumens 35 – bei kleinen Bohrungen 89 wird es eine Spitze in der Einstechkraft der Nadel geben, die dann auf einen wesentlich geringeren, durch die Größe des Covolumens bestimmten Wert absinkt, während bei großen Bohrungen 89 das Covolumen sofort zugeschaltet ist und die maximale Einstechkraft der Nadel von Anfang an entsprechend reduziert wird! Die Wirkung der Bohrungen 89 beruht auf der Tatsache, daß jede Bohrung in Abhängigkeit der Art des durchströmenden Gases nur einen bestimmten Massenstrom durchläßt, der mit steigendem Differenzdruck an der Bohrung ansteigt, bis sich dann in der Bohrung ein senkrechter Verdichtungsstoß ergibt und eine weitere Erhöhung des Massenstromstrotz ansteigendem Differenzdruck verhindert.
Kolben 88 und Dichtscheibe 36 sind hier in selbstlidernder Ausführung dargestellt. Die Selbstliderung wird durch einen umlaufenden Einstich erreicht, wodurch ein Teil des Scheibenmaterials durch die Einwirkung des Gasdrucks gegen die Rohrwandung gepreßt wird und damit ohne Verwendung eines eigenen Dichtsystems abdichtet (das Material der Scheibe fließt in den Spalt zwischen Scheibe und Rohr).
Es soll hier nur erwähnt werden, daß die Teile Kolben 88, Covolumenscheibe 89 und Dichtscheibe 36 mit Vorteil aus Kunststoff hergestellt werden.
In 3a ist gleichzeitig eine Abart der Zündung in Form der Miniaturbatterie 15 dargestellt, die einfach in der Bohrung des Zündkontakts 16 sitzt und über den Auslösekontakt 11 an den Glühdraht angeschlossen wird. Wird die elektrisch leitfähige Hülse 90 gegenüber dem Zündkontakt 16 elektrisch isoliert, dann kann in diesem Fall das Gehäuse 7 auch aus Kunststoff bestehen, weil hier die Kontaktierung des Glühdrahtes 34 quasi gleich zweiadrig erfolgt.
3b entspricht 3a, es sind hier lediglich die Bohrungen in das Covolumen anders eingebracht, die Verhältnisse der Zündschaltung sind hier zusätzlich etwas vergrößert dargestellt.
4 zeigt die Sensierung der anliegenden Haut über Sensorstifte 41, die Schalter 42, insbesondere Mikroschalter betätigen und erst beim Schalten den Zündstrom freigeben. Damit kann eine ungewollte Auslösung der Vorrichtung sicher verhindert werden. Hierbei ist es zunächst unerheblich, ob ein oder mehrere Sensorstifte für die Detektierung verwendet werden.
5a zeigt die Situation bei Verwendung von nur einem Mikroschalter, der von einer Wippe betätigt wird (5b), die auf der anderen Seite durch ein Festlager gehalten wird. An den anderen Seiten der Wippe greifen dann wieder Sensorstifte an. Die Wippe bzw. der Mikroschalter ist nun so eingestellt, daß beide Sensorstifte gedrückt werden müssen, bis der Schalter umschaltet und die Zündung freigibt. Die Wippe ist damit die mechanische Variante der Serienschaltung mehrerer Sensorkontakte, ansonsten würden die Schalter bzw. Mikroschalter 42 aus 4 einfach elektrisch in Reihe geschaltet werden und damit das gleiche Einschaltverhalten zeigen.
6a zeigt die Vorrichtung mit einer Ausführung mit integriertem Gasgenerator: Der Explosivstoff 33 ist einfach in einer Bohrung des Kolbens 91, der Brennkammer untergebracht und über das Zündplatinchen 40 nach hinten hin verschlossen. Mit 47 ist der Verschiebeweg des Kolbens und damit die mögliche Einstechtiefe der Nadel bezeichnet, der Distanzring 46 begrenzt wieder die Einstechtiefe. Der Distanzring ist entweder schon in der Vorrichtung enthalten, oder wird vom Anwender zusammen mit dem Kolben 91 samt darin untergebrachtem Gasgenerator erst eingelegt: Nach der Anzündung des Explosivstoffs 33 wird hier nun einfach der Kolben 91 durch die in ihm selbst erzeugten Abgase gegen den Trokar gedrückt und preßt diesen damit in die Haut bzw. den Knochen des Patienten ein.
Als Zündsystem dient hier eine Batterie 15, ein Taster 49, elektrisch isolierte Leitungen und wieder der Glühdraht. Jedes andere Zündsystem ist jedoch auch wieder mit gleichem Erfolg einsetzbar!
Gezeigt ist hier auch die Vorrichtung mit einem zweigeteilten Gehäuse: So läßt sich der Trokar bei geöffnetem Gehäuse, bestehend aus dem unteren Gehäusedeckel 92 und dem oberen Gehäusedeckel 52 einlegen – die Führung 53 besitzt hierzu eine Nut 56 –, dann wird das Gehäuse zugeklappt (der Stift 55 fährt hierzu in das Rastloch 51 ein), ausgelöst und das ganze wieder geöffnet und abgenommen. Die Rastnasen 54 dienen lediglich dazu, die Führung 53 sicher im Gehäuse zu verankern.
In 6e wird der Verschluß 7 hinten auf das Rohr 6 aufgepreßt, gleichzeitig wird gezeigt, wie ein auf sehr hohem Druckniveau arbeitender Gasgenerator auf einen Trokar angepaßt werden kann, der auf einem wesentlich niedrigeren Druckniveau betrieben werden muß: Einfach, indem die für den Gasdruck wirksame Fläche des Kolbens 12 auf der Seite des Ausstoßraums 17 entsprechend reduziert und gleichzeitig die Anlagefläche für den Handknopf des Trokars vergrößert wird!
7 zeigt die Verhältnisse eines Dämpfungssystems, bei dem die Bremsscheibe 25 selbst keine Bohrungen aufweist, sondern die für die Dämpfung relevanten Bohrungen 61 im Rohr 6 selbst eingebracht sind. Damit kein Gas Richtung Haut des Patienten strömen kann, wird der Tiefenbegrenzer 19 an der Fläche der Hohlnadel 1, sowie am Rohr durch ein Dichtsystem 60, insbesondere je einen O-Ring abgedichtet. Die Bohrungen 61 selbst werden durch die Schutzkappe vor Schmutz oder Verunreinigungen geschützt, während der Funktion strömt das Gas einfach zwischen Rohr 6 und Schutzkappe 59 nach außen ab.
8 zeigt die Anpassungsmöglichkeit eines sehr großen Gasgenerators bzw. einer sehr großen Brennkammer an einen dazu relativ kleinen Trokar. Das bei der Vergasung der Explosivstoffe erzeugte Gas bedrückt den Kolben 66, n dieser erzeugt in einem Fluid 65 einen Flüssigkeitsdruck, dieser wirkt auf den Kolben 12 und dieser bedrückt dann wieder den Trokar.
Der Dämpfer 62 wirkt als Tiefenbegrenzer und Fluiddämpfer gleichzeitig: Der Anschlag von Kolben 66 auf ihm stoppt die Bewegung des Trokars, die Form der Bohrungen in ihm selbst das Strömungsverhalten und die Strömungsverluste des Fluids. 8b und 8c zeigen möglichen Ausführungsformen der Bohrungen im Dämpfer 62.
8d zeigt eine Erhöhung der Einstechkraft und gleichzeitige Verringerung der Einstechgeschwindigkeit des Trokars, ebenfalls über die Vermittlung eines Fluids: Der Kolben 66 wird von den Abgasen des Gasgenerators angetrieben und erzeugt einen entsprechend hohen Druck im Fluid 65. Dieser Fluiddruck wirkt in 8d auf eine wesentlich größere Fläche des Kolbens 12 ein und erzeugt damit eine größere Antriebskraft für den Trokar und eine entsprechend verringerte Vortriebsgeschwindigkeit. Bei umgedrehten Flächenverhältnissen wird die Einstechkraft verringert bei gleichzeitiger Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit des Kolbens am Trokar und damit eine entsprechende Erhöhung der Vortriebsgeschwindigkeit der Nadel.
In 8e ist kein Dämpfer in den Fluidweg eingesetzt, die maximale Einstechtiefe wird hier über den Distanzring 69 begrenzt. Die Kolben sowohl in 8d, als auch in 8e sind freifliegend.
9a zeigt die Ausführung eines selbstlidernden, d.h. sich bei Bedrückung selbstständig ohne die Mithilfe eines anderen Dichtsystems abdichtenden Kolbens bzw. Dichtscheibe, 9b ist die herkömmliche Ausführung von Kolben und Abdichtplatten: Bei Bedrückung gegen die konkave Seite wird das Kolbenmaterial gegen die Dichtfläche gedrückt, bei weicheren Materialien fließt es sogar in den Dichtspalt, ... und dichtet damit den Dichtspalt ab; je höher der einwirkende Druck, um so besser die Abdichtung! – Und das, ohne einen Pfennig für ein extra Dichtsystem aufwenden zu müssen!
10 und 11 zeigen die Variation des Brennkammervolumens bzw. des Ausstoßraumes durch eine Verdrehung bzw. Verschiebung des Verschlusses nach hinten zur Einstellung der maximalen Einstechkraft
13 zeigt den Aufbau eines Gasgenerators, wie er bisher fast immer in den Vorrichtungen eingesetzt war – in der Regel wird man nicht den Explosivstoff einfach in eine Brennkammer in die Vorrichtung einschütten, weil dies sehr große Probleme in einer Großserie mit sich bringt – vielmehr fertigt man gleichartige kleine Gasgeneratoren und steckt diese als kleine kompakte Einheit einfach in die entsprechende Aufnahmebohrung in der Vorrichtung ein!
Funktion des Gasgenerators:
Der Glühdraht 34 ist direkt vom Explosivstoff 33 in der Brennkammer 83 umgeben. Fließt Strom über die Anschlußdrähte des Glühdrahtes 79, erhitzt sich dieser. Wenn an irgendeiner Stelle des Glühdrahtes die Zündtemperatur des Explosivstoffs erreicht wird, zündet mindestens ein Korn, das danach entstehende Heißgas baut den Innendruck auf, erhitzt die in der Brennkammer eingebrachten Stoffe, die entstehenden Heißpartikel treffen andere Explosivstoffkörner, diese entzünden usw.... Die lawinenartige Entzündung des gesamten Explosivstoffs ist gestartet. Bei Erreichen eines kritischen Brennkammerdrucks reißt die Verdämmung 78 über den Bohrungen 93 in der Lochscheibe 75 auf, Heißgas strömt in die Wirbelkammer 84, und von da über das Loch 94 im Gasgeneratorgehäuse 14 nach außen in den Ausstoßraum 17, nachdem auch noch die Schutzfolie 95 aufgerissen wurde. Die Lochscheibe hat hierbei die Aufgabe, noch nicht vollständig verbrannte Treibladungskörner in der Brennkammer 83 zurückzuhalten, weil diese sonst beim geringen Druck im Ausstoßraum verlöschen würden.
14 zeigt eine sehr einfache Abart des Gasgenerators, hier nur aus dem Gasgeneratorgehäuse 57 bestehend, das gleichzeitig die Brennkammer 83 umschließt, dem Zündplatinchen 40, dessen Aufgabe es ist, die Brennkammer nach hinten abzudichten und vor allem den Glühdraht 34 zu halten und der Schutzfolie 95, dessen einzige Aufgabe es ist, nichts ins Gehäuse hineinfallen, aber auch nichts mehr herausfallen zu lassen!
15 zeigt eine Anordnung der Anschlußdrähte 79 des Glühdrahtes 34: Wird ein Zündkontakt, bestehend aus einem Mittelkontakt und einem ihn umgebenden, aber davon elektrisch isolierten Außenkontakt, beide mit Schneide versehen, gegen das Anzündplatinchen gedrückt, werden beide Anschlüsse kontaktiert, unabhängig davon, wie das Anzündplatinchen bzw. der Gasgenerator ausgerichtet ist. Selbstverständlich können die Anschlußdrähte auch direkt mit den Zündleitung bzw. der Zündschaltung verlötet oder angecrimt werden, genauso ist es möglich, die Explosivstoffe herkömmlich mittels elektrischem, schlagkräftigem oder reibempfindlichem Anzündstück anzuzünden oder gleich den gesamten Explosivstoff als Aufladung in einen derartigen Anzünder zu packen und dessen Abgase direkt auf die Kolben einwirken zu lassen.
Allerdings sind diese Varianten einmal sehr teuer, ca. DM3, -- gegenüber ca. DM 0,20 für das Anzündplatinchen, zum anderen ist mit derart einfach aufgebauten Gasgeneratoren benötigte, der sehr komplexe Druckverlauf für das Eintreiben der Nadel bzw. des Trokars nicht erreichbar: In weniger als 1 ms muß der Betriebsdruck erreicht werden, dieser Druck muß dann 20 bis 200 ms lang gehalten werden, je nach gewünschter Einstechgeschwindigkeit und der Enddruck darf hierbei ebenfalls einen Mindestwert nicht unterschreiten, um die notwendigen Energiere serven zu haben bzw. das Einstechen insbesondere in den Knochen zuverlässig geschehen zu lassen!

Claims

Chirurgisches Instrument zum Einstechen einer Nadel, insbesondere einer Trokarnadel, in den Körper eines Lebewesens, a) mit einem Gehäuse, in welchem die Nadel aufgenommen oder aufnehmbar ist, b) wobei die Nadel an ihrem rückwärtigen Ende von einem Kolben beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, c) dass im Gehäuse ein einen Explosivstoff beinhaltender Gasgenerator angeordnet ist, welcher nach dessen Aktivierung Druckgas für das Druckbeaufschlagen des Kolbens und das Austreiben der Nadel mittels des Kolbens aus dem Gehäuse erzeugt, und d) dass der Gasgenerator ein Covolumen aufweist, welches durch einen oder mehrere Kanäle mit der Ausströmöffnung des Gasgenerators verbunden oder nach einem anfänglichen Herausbewegen des Kolbens aus einer Ausgangsposition damit verbindbar ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator als separate Baugruppe ausgebildet und in das Gehäuse einsetzbar oder mit diesem verbindbar ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator und die Nadel als kartuschenartige Einheit ausgebildet sind, welche in das Gehäuse einsetzbar ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasgenerator in das Gehäuse integriert ist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Covolumen hinsichtlich des Volumeninhalts einstellbar ausgebildet ist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Covolumen als ringförmiger Raum ausgebildet ist, welcher den den Explosivstoff beinhaltenden Raum umgibt.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Covolumen mittels eines Covolumenstellrings einstellbar ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des Covolumens durch das Vorsehen oder bedarfsweise Einsetzen unterschiedlich dicker Covolumenstellringe erfolgt.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einstellen des Covolumens durch das axi ale Verschieben des Covolumenstellrings, insbesondere durch das Drehen eines mittels eines Gewindes mit dem Gasgenerator verbundenen Covolumenstellrings, erfolgt.
Chirurgisches Instrument nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Covolumenstellring einen Dichtring zur Abdichtung des Covolumens beaufschlagt.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse eine Einstechtiefenbegrenzung, vorzugweise in Form eines im vorderen Bereich des Gehäuses vorgesehenen Anschlags vorgesehen ist, welcher mit einer Anschlagfläche zusammenwirkt, die an einem an der Nadel angeordneten Nadelgehäuse ausgebildet ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstechtiefenbegrenzung axial einstellbar ausgebildet ist, beispielsweise durch das Einbringen einer oder mehrerer Distanzscheiben oder durch das einschraubbare Ausbilden eines Einstechtiefenbegrenzungselements.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument so ausgebildet ist, dass eine handelsübliche Nadel, insbesondere ein handelsüblicher Trokar, in die Vorrichtung einsetzbar ist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse eine Einrichtung zur Dämpfung der Bewegung der Nadel vorgesehen ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinrichtung eine Bremsscheibe umfasst, welche von einem mit der Nadel verbundenen Nadelgehäuse beaufschlagt wird, wobei die Bremsscheibe vorzugsweise eine oder mehrere axiale Bohrungen aufweist, welche als Drosseln für das Hindurchströmen der vor der Bremsscheibe komprimierten Luft wirken.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinrichtung für das Detektieren eines Kontakts der Nadelaustrittsseite des Instruments mit einem Körper, in welchen die Nadel eingestoßen werden soll, vorgesehen ist und dass mittels der Sensoreinrichtung das Auslösen der Vorrichtung erst dann freigegeben wird, wenn ein Kontakt detektiert wurde.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung einen oder mehrere Schalter umfassen, die bei einem Aufsetzen des Instruments auf den Körper mechanisch betätigt werden und einen Zündstrom für das Aktivieren des Gasgenerators freigeben.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, welche den Betriebszustand des Instruments anzeigt, insbesondere die Betriebszustände „Gasgenerator eingelegt, intakt und scharf", „Instrument angelegt und zündbereit", „Zündung".
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der die Nadel beaufschlagende Kolben in seinem rückwärtigen Bereich über den gesamten Verschiebeweg in einem Kanal geführt ist, wobei der Durchmesser des Kolbens in diesem Bereich dem Innendurchmesser des Kanals entspricht und so gewählt ist, dass sich infolge des durch den Gasgenerator erzeugten Drucks die gewünschte Einstechkraft ergibt, und dass der Kolben in seinem vorderen Bereich einen Kopf zur Beaufschlagung der Nadel aufweist, welcher einen größeren Durchmesser aufweist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem die Nadel beaufschlagenden Kolben ein weiterer, vor dem Gasgenerator angeordneter Kolben vorgesehen ist und dass der Raum zwischen den diesen Raum abdichtenden Kolben mit einem flüssigen Medium gefüllt ist.