DE69230494T2 - Instrument zum schneiden, koagulieren und abtragen von gewebe - Google Patents
Instrument zum schneiden, koagulieren und abtragen von gewebeInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Instrument zum Schneiden, Koagulieren und Abtragen von menschlichen und tierischen Gewebe und insbesondere ein selbsttemperaturregelndes chirurgisches Instrument mit einfachem Aufbau und hoher Effizienz.
- Gegenwärtig gibt es eine Anzahl von Instrumenten zum Bewirken derselben allgemeinen Ergebnisse wie die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung.
- Kontaktlaser erzeugen Wärme an einer Spitze einer ziemlich kurzen Lichtleitfaser, die in Kontakt mit Gewebe gebracht wird, das behandelt werden soll. Diese Vorrichtungen erzeugen eine hohe Gewebeschädigung, sind kostspielig und erzeugen eine schlechte Koagulation.
- Nichtkontaktlaser, die außerhalb des Körpers angeordnet sind, leiten Energie, die durch einen Laser erzeugt wird, durch eine längliche Lichtleitfaser auf das Gewebe. Diese Vorrichtungen leiden an all denselben Fehlern wie die Kontaktlaser und liefern zusätzlich eine schlechte Tastrückwirkung.
- Heiße Skalpelle umfassen eine geheizte Klinge, um ein leichteres Schneiden als herkömmliche Skalpelle bereitzustellen und erzeugen eine gewisse Koagulation während des Schneidens. Wiederum gibt es eine hohe Gewebeschädigung und die Schneidkante wird schnell stumpf. Als solche ist die Vorrichtung zunehmend in eingeschränktem Gebrauch.
- Ultraschallskalpelle sind ein Produkt einer aufstrebenden Technologie, über die im Moment wenig bekannt ist. Dieses Skalpell setzt eine Schneidklinge ein, die mit Ultraschallfrequenzen in Schwingungen versetzt wird, von der in der Praxis festgestellt wird, daß sie das Schneiden und die Koagulation von Gewebe verbessert.
- Bei der Elektro-Kauterisation wird ein elektrisches Potential am Ende der Vorrichtung entwickelt, um einen Lichtbogen am Ende zu erzeugen. Der Lichtbogen wird verwendet, um elektrisch geerdetes Gewebe zu schneiden; abzutragen und zu koagulieren. Die Vorrichtung erzeugt eine hohe Gewebeschädigung am Ort des Lichtbogens, auch muß das Gewebe geerdet werden, und dies wird durch Körperflüssigkeiten erreicht, was folglich das Potential zur Gewebeschädigung an unbekannten Stellen hat.
- Die US-Patentbeschreibung Nr. 4.795.886 beschreibt einen Lötkolben zusammen mit einem Temperatursteuersystem dafür. Der Lötkolben weist eine Spitze auf, die integral aus einem unmagnetischen Material mit einem Kern besteht. Eine ferromagnetische Heizschicht umgibt den Kern, und eine Spule ist um die Heizschicht gewickelt. Die US-Patentbeschreibung Nr. 4.745.264 offenbart eine ähnliche Lötkolbenanordnung. Eine weitere Lötkolbenanordnung wird in der US-Patentbeschreibung Nr. 4.877.944 beschrieben. Sie besteht aus einer Kupferspitze, die darin eine zylindrische Aussparung aufweist, die mit ferromagnetischem Material ausgelegt ist. Ein magnetischer Kern weist eine Spule auf, die darauf gewickelt ist und in die Aussparung eingefügt ist. Der Kern ist so geformt, daß er einen Fluß des Induktors im ferromagnetischen Material fokussiert.
- Die Erfindung ist auf ein Instrument gerichtet, das eine geformte Spitze aus gut wärmeleitendem Material und einen Induktor aufweist. Erfindungsgemäß ist das Instrument zum Schneiden, Koagulieren und Abtragen von Gewebe geeignet und weist einen massiven Stab aus ferromagnetischem Material auf, der an der Spitze durch Schmelzschweißung befestigt ist, um eine gut wärmeleitende Verbindung zu bilden, wobei der Induktor mit einer Hochfrequenz-Konstantstromquelle verbindbar ist, um ein magnetisches Feld im Stab zu induzieren, um ihn genügend zu erwärmen, um zu bewirken, daß er sich seiner Curietemperatur genügend nähert, um seine magnetische Permeabilität zu reduzieren.
- Die Spule kann in einem wärmeleitenden Material vergossen sein, um die Wärmeübertragung zur Spitze zu maximieren, jedoch durch einen Raum von einer zylindrischen Seitenwand der Vorrichtung wärmeisoliert sein, um die Wärme zu reduzieren, die auf Gewebe angewendet wird, das nicht erwärmt werden soll.
- Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Instruments zum Schneiden, Abtragen und Koagulieren von Substanz bereit, das die Schritte aufweist: Befestigen eines ersten Stabes aus gut wärmeleitendem Material an einem zweiten Stab aus ferromagnetischem Material mittels einer gut wärmeleitenden Verbindung, Formen des ersten Stabes, um eine Spitze mit einer Basis bereitzustellen, Reduzieren des Durchmessers eines Bereiches des zweiten Stabes, der dem ersten Stab benachbart ist, relativ zum ersten Stab, um einen freiliegenden Basisbereich des ersten Stabes bereitzustellen, Wickeln einer Drahtspule um mindestens einen Teil des Bereiches des reduzierten Durchmessers des zweiten Stabes, der dem ersten Stab benachbart ist, und Vergießen der Drahtspule in einem elektrisch nichtleitenden, gut wärmeleitenden Material.
- Die Curietemperatur des ferromagnetischen Material wird zur Selbsttemperaturregelung an einem geeigneten Punkt gewählt, jedoch ist es das wichtige Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Energiemenge, die an das Gewebe geliefert wird, verhältnismäßig genau gesteuert wird. Genauer gesagt, kann nicht die Temperatur die Arbeit leisten. Es ist die gelieferte Energie, die die Arbeit leistet. Folglich muß es eines sehr enge Kopplung zwischen der Spitze und dem ferromagnetischen Glied geben, so daß Energie und Temperatur eng mitein ander in Zusammenhang stehen. Dieses Merkmal wird erreicht, indem die Spitze des ferromagnetischen Stabes durch Schmelzschweißung geschweißt wird, wobei das letztgenannte eine ausgezeichnete thermische Verbindung zwischen der Spitze und dem Stab bereitstellt, wodurch die gelieferte Energie direkt gelenkt wird und eine Gewebeschädigung im Verhältnis zu anderen erhältlichen Vorrichtungen beträchtlich reduziert wird.
- Wie im US-Patent Nr. 4.256.945 erläutert wird, muß der Strom, der in einem solchen System geliefert wird, konstant sein. Wenn der Strom konstant gehalten wird, dann wird die Gleichung P = I²R zu P = KR, wobei K eine Konstante ist, die gleich I²ist. Unter diesen Umständen wird der Strom unter der Curietemperatur durch den Skineffekt auf einen engen Bereich des ferromagntischen Stabes beschränkt und der Faktor R ist groß. Wenn die Temperatur des Stabes sich der effektiven Curietemperatur nähert, wird die Permeabilität des Stabes beträchtlich reduziert, der Strom verteilt sich gleichmäßiger über den Stab und der Widerstand wird beträchtlich reduziert. Der Heizfaktor wird beträchtlich reduziert und die Temperatur des Stabes fällt unter die Curietemperatur und der Zyklus wiederholt sich.
- Der Ausdruck "konstanter Strom", wie er hierin verwendet wird, wird definiert durch die Gleichung
- Solange diese Gleichung beobachtet wird, wird eine Temperaturregelung erzielt; wobei die Steuerung um so enger ist, je größer die Verschiedenheit zwischen den beiden Seiten der Gleichung ist, oder genauer gesagt, je strenger die Stromsteuerung ist, je konstanter ist die Temperatur.
- Der Ausdruck "effektive Curietemperatur", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf die Tatsache, daß bei Temperaturen von 1ºC bis 100ºC unter der absoluten Curietemperatur ein ferromagnetisches Material eine Permeabilität erzielen kann, die genügend reduziert wird, um eine Temperaturregelung zu erzeugen.
- Der Ausdruck "ferromagnetisches Material", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf Eisen-Nickel-Legierungen, andere Eisenlegierungen, wie rostfreien Stahl der 400-Reihe, Ferrite und dergleichen, die die magnetische Permeabilität als eine Funktion der Temperatur ändern.
- Es ist ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Instrument zum Schneiden, Koagulieren und Abtragen von Gewebe bereitzustellen, das einen einfachen Aufbau aufweist.
- Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Skalpell mit einer heißen Spitze bereitzustellen, das eine sorgfältig gesteuerte Lieferung von Energie an das zu behandelnde Gewebe bereitstellt.
- Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein geheiztes chirurgisches Instrument bereitzustellen, das eine Schneidfläche mit einer durchweg einheitlichen Temperatur aufweist.
- Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein geheiztes ferromagnetisches Glied bereitzustellen, das an eine gut wärmeleitende Spitze geschweißt ist, wobei das ferromagnetische Glied durch Induktionsheizung auf eine Temperatur im Bereich seiner Curietemperatur erwärmt wird, wodurch das Instrument selbstregelnd ist.
- Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine seitliche Ansicht im Schnitt eines Instruments der vorliegenden Erfindung ist.
- Nun genau auf die einzige Figur der Zeichnung bezugnehmend, wird eine Spitze 2, die vorzugsweise konisch ist, eines gut wärmeleitenden Materials wie Kupfer vorgesehen. An die Basis der konischen Spitze ist ein Stab 4 aus ferromagnetischen Material angebracht, der in der Zeichnung betrachtet von rechts nach links aufgebohrt worden ist, um einen Kanal 6 innerhalb eines vorgeschriebenen Abstandes der Spitze bereitzustellen.
- Eine Drahtspule 8 ist um den Stab 4 benachbart der Basis der Spitze 2 gewickelt. Der Stab 4 weist eine seitliche Öffnung 10 auf, um Drähte 12 von der Spule aufzunehmen, die sich durch den Kanal 6 zu einer äußeren, nicht dargestellten Konstantstromquelle erstrecken. Der Stab 4 und die Spule 8 sind so dimensioniert, daß sie ungefähr dreiviertel des Durchmessers der Basis der Spitze 2 einnehmen. Die Spule ist vorzugsweise in einem geeigneten Material vergossen, wie einer 50/50- Mischung aus elektrisch nichtleitenden, wärmeleitenden TGC- 120-Borsilikatglas und Typ-1500-Übergangspaste.
- Ein äußere Buchse 14 aus unmagnetischen rostfreiem Stahl, der Reihe 300 zum Beispiel, weist einen Außendurchmesser auf, der etwa gleich der Basis der Spitze 2 ist und sich von dort um eine Entfernung erstreckt, die geeignet ist, einen Griff für das Skalpell bereitzustellen. Die Buchse wird an der Basis der Spitze und in der Zeichnung betrachtet zum rechten Ende hin durch den Stab 4 gehalten. Ein kleiner ringförmiger Zwischenraum ist bei 15 über etwa die Hälfte der Länge der Überlappung des Stabes 4 und der Buchse 14 vorgesehen, die in Verbindung mit dem Spalt 5 zwischen der Spule und der Buchse 14 und der Tatsache, daß der rostfreie Stahl 300 ein schlechter Wärmeleiter ist, den rechten Teil der Buchse auf einer Tempe ratur hält, so daß sie komfortabel zu halten ist.
- Die Spule kann eine Buchse aus ferromagnetischem Material, eine Büchse 18 aufweisen, die auf ihr liegt, um die Streuung des magnetischen Feldes zu reduzieren und um zu helfen, das Feld auf den Stab 4 zu beschränken.
- Die Spule des Drahtes 8 kann durch eine beschichtete Spule ersetzt werden. Genauer gesagt, kann nun eine dünne Schicht aus nichtleitendem Material über den Stab verteilt werden, wo die Spule 8 in der Zeichnung angeordnet ist. Eine Spirale aus leitendem Material kann nun auf der isolierenden Beschichtung in einer oder mehreren gegenseitig isolierten Schichten gebildet werden, um den erforderlichen magnetischen Fluß bereitzustellen.
- Bei der Herstellung der Vorrichtung werden, wie gegenwärtig beabsichtigt, ein Stab aus Kupfer und ein Stab aus rostfreiem Stahl, der aus der 400-Reihe ausgewählt ist, wobei die Stäbe gleiche Durchmesser von etwa 3,2 mm (ein Achtel Inch) aufweisen, Ende an Ende schmelzgeschweißt. Der Stab 4 wird dann maschinell auf eine gewünschte Größe herunter bearbeitet, die etwa die Hälfte des Durchmessers oder geringfügig weniger als der Durchmesser der Basis der Spitze 2 beträgt. Die Spitze wird ebenfalls zu der gewünschten Form maschinell bearbeitet, die in der dargestellten Ausführungsform ein abgerundetes konisches Ende ist.
- Beim maschinellen Bearbeitungsvorgang wird eine Schicht aus ferromagnetischen Material vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, auf der Basis der Spitze 2 gelassen. Eine solche Schicht reduziert die Streuung des magnetischen Feldes weiter.
- Es wird eine Schmelzschweißung eingesetzt, die manchmal als Trägheitsschweißung bezeichnet wird, da eine solche Prozedur eine Schweißung von sonst unverträglichen Materialien zuläßt. Ferner stellt diese Prozedur eine ausgezeichnete Wärmeübertragungsbindung bereit, so daß die Temperatur der Spitze der Temperatur des Stabes eng folgt, und folglich wird die Übertragung von Energie an das zu behandelnde Gewebe sorgfältig gesteuert.
- Der Konstantstrom kann durch Konstantstromversorgungen geliefert werden, wie sie in den US-Patenten Nr. 4.626.767 und 4.752.864 offenbart werden, die an denselben Rechtsnachfolger wie die vorliegende Erfindung übertragen sind. Ähnliche Ergebnisse können durch die Verwendung von Versorgungen erzielt werden, wie sich in den US-Patenten Nr. 4.769.519 und 4.795.886 offenbart werden, die ebenfalls an denselben Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung übertragen sind.
- Im Gebrauch wird das Skalpell auf die herkömmliche Weise von Skalpellen mit geheizter Klinge oder Laserskalpellen verwendet, die über das Gewebe bewegt werden, das geschnitten, entfernt oder anderweitig behandelt werden soll. Die Temperatur der Spitze und des Stabes wird sorgfältig gesteuert, so daß eine gelieferte Energie keine gewünschten Pegel überschreitet und eine übermäßige Gewebeschädigung erzeugt.
- Es sollte beachtet werden, daß die Verwendung einer Kupferspitze oder einer Spitze aus einem anderen gut wärmeleitenden Material eine einheitliche Temperatur über die gesamte Spitze hinweg sicherstellt, so daß das Instrument in jeder Position verwendet werden kann, die für den Chirurgen bequem ist.
Claims (17)
1. Instrument mit einer geformten Spitze (2) aus gut
wärmeleitendem Material, einem Induktor (8) und einem massiven
Stab (4) aus ferromagnetischen Material, wobei der
Induktor (8) mit einer Hochfrequenz-Konstantstromquelle
verbindbar ist, um ein magnetisches Feld im Stab (4) zu
induzieren, um ihn genügend zu erwärmen, um zu bewirken, daß
er sich seiner Curietemperatur genügend nähert, um seine
magnetische Permeabilität zu reduzieren, dadurch
gekennzeichnet, daß das Instrument zum Schneiden, Koagulieren
und Abtragen von Gewebe geeignet ist, und der Stab an der
Spitze (2) durch Schmelzschweißung befestigt ist, um eine
gut wärmeleitende Verbindung zu bilden.
2. Instrument nach Anspruch 1, wobei die Spitze (2) eine
konische Form aufweist, wobei der Stab (4) an der Basis
der konischen Form befestigt ist.
3. Instrument nach Anspruch 2, wobei der Stab (4) einen
kleineren Durchmesser als die Basis der konischen Form
aufweist, wobei ein freiliegender Bereich der Basis
bereitgestellt wird und eine dünne Schicht aus ferromagnetischem
Material längs des freiliegenden Bereiches der Basis der
konischen Form angeordnet ist.
4. Instrument nach einer der vorhergehenden Ansprüche, das
eine ferromagnetische Buchse (18) aufweist, die über dem
Induktor (8) angeordnet ist.
5. Instrument nach Anspruch 1, wobei der Induktor (8) eine
Spirale aus leitendem Material ist, die um den Stab (4)
benachbart der Spitze (2) angeordnet ist.
6. Instrument nach Anspruch 5, wobei die Spirale eine Spule
(8) aus Draht ist, und wobei eine ferromagnetische Buchse
(18) eng um die Drahtspule angeordnet ist.
7. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
der Induktor (8) in einem schlecht elektrisch leitenden,
gut wärmeleitenden Material vergossen ist.
8. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das
eine Buchse (14) aus unmagnetischem, schlecht
wärmeleitendem Material aufweist, die um und radial beabstandet vom
Stab (4) angeordnet ist.
9. Instrument nach Anspruch 1, wobei die Spitze (2) eine
allgemein kreisförmige Basis aufweist, der Durchmesser des
Stabes (4) kleiner als jener der Basis der Spitze (2) ist
und der Stab (4) zentral an die Basis der Spitze (2)
schmelzgeschweißt ist, der Induktor (8) eine Drahtspule
ist, die um den Stab (4) benachbart der Basis der Spitze
(2) gewickelt ist, wobei die Spule in einem elektrisch
nichtleitenden, gut wärmeleitenden Vergußmaterial
vergossen ist, und eine unmagnetische, schlecht wärmeleitende
Buchse (14) um den Stab (4) angeordnet ist, wobei die
Buchse (14) im wesentlichen denselben Durchmesser wie die
Basis der Spitze (2) aufweist und sich von der Basis der
Spitze (2) erstreckt und radial vom Stab (4) benachbart
der Spitze (2) beabstandet ist.
10. Instrument nach Anspruch 9, wobei der Stab (4) einen
Bereich entfernt von der Spitze (2) aufweist, der einen
Außendurchmesser aufweist, der gleich dem
Innendurchmesser eines benachbarten Bereiches der Buchse (14) ist.
11. Instrument nach Anspruch 9 oder 10, das eine
ferromagnetische Buchse (18) aufweist, die die Spule (8) umgibt und
in Kontakt mit Windungen der Spule (8) und dem
Vergußmaterial steht.
12. Instrument nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei der
Abschnitt der Basis der Spitze (2), der nicht durch den
Stab (4) bedeckt wird, durch eine dünne Schicht aus
ferromagnetischem Material bedeckt ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines Instruments zum Schneiden,
Abtragen und Koagulieren von Geweben, das die Schritte
aufweist: Befestigen eines ersten Stabes (2) aus gut
wärmeleitendem Material an einem zweiten massiven Stab (4)
aus ferromagnetischem Material mittels einer
Schmelzschweißung, Formen des ersten Stabes (2), um eine Spitze
mit einer Basis bereitzustellen, Reduzieren des
Durchmessers eines Bereiches des zweiten Stabes (4), der dem
ersten Stab (2) benachbart ist, relativ zum ersten Stab
(2), um einen freiliegenden Basisbereich des ersten Stabes
(2) bereitzustellen, Wickeln einer Spule (8) aus Draht um
mindestens einen Teil des Bereiches des reduzierten
Durchmessers des zweiten Stabes (4), der dem ersten Stab (2)
benachbart ist, und Vergießen der Spule (8) aus Draht in
einem elektrisch nichtleitenden, gut wärmeleitenden
Material.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das den Schritt aufweist:
Plazieren einer ferromagnetischen Buchse (18) über der Spule
(8), bevor das Vergußmaterial abgebunden hat, um die
Buchse an die Spule und das Vergußmaterial zu binden.
15. Verfahren zur Herstellung eines Instruments nach Anspruch
14, das das Reduzieren des Durchmessers des Bereiches des
zweiten Stabes (4) aufweist, um eine dünne Schicht aus
ferromagnetischen Material auf der Basis des ersten Stabes
(2) durch Reduzieren des Durchmessers des zweiten Stabes
(4) zu hinterlassen.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, das den Schritt
aufweist: Plazieren einer verhältnismäßig
nichtwärmeleitenden Buchse (14) eines Durchmessers, der etwa gleich dem
Außendurchmesser der Basis des ersten Stabes (2) ist, um
und radial vom zweiten Stab (4) beabstandet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wie er vom Anspruch 15
abhängt, wobei der Schritt des Reduzierens des
Durchmessers des zweiten Stabes (4) den Durchmesser genügend
reduziert, sodaß ein Luftspalt zwischen der ferromagnetischen
Buchse (18) und dem Innendurchmesser der
nichtwärmeleitenden Buchse (14) hergestellt wird.
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