DE69331840T4

DE69331840T4 - Absaugsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE69331840T4
Application number: DE69331840T
Authority: DE
Inventors: Peter F. Applebaum; Paul G. Conley; Williams, Jr.
Original assignee: Bausch and Lomb Inc
Current assignee: Bausch and Lomb Inc
Priority date: 1992-02-12
Filing date: 1993-01-04
Publication date: 2003-08-07
Anticipated expiration: 2013-01-05
Also published as: KR930017553A; BR9300553A; EP0555625B1; US5242404A; CA2089238C; US5429601A; IL104682A; NO930489L; AU3297593A; AU657390B2; MX9300666A; EP0555625A1; CA2089238A1; NO930489D0; DE69331840D1; IL104682A0; JPH05337150A; ZA93956B; ATE216603T1; TW229154B

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Aspirations- bzw. Absaugsteuersystem für mikrochirurgische Instrumente und insbesondere auf ein Absaugsteuersystem, das zur Verwendung bei der intraokularen Chirurgie eingerichtet ist, um gemäß von einer Fußsteuereinheit des Chirurgen empfangenen oder auf andere Weise von einer Steuerkonsole ausgewählten Befehlen die verschiedenen Absaugfunktionen zu steuern, die normalerweise von einem Operationsassistenten durchgeführt werden.
Auf dem Gebiet der intraokularen oder ophthalmischen Chirurgie sowie in vielen anderen technischen Disziplinen besteht ein großer Bedarf an einem Aspirations- oder Saugsystem, in welchem die Vakuum- oder Unterdruckquelle genau gesteuert werden kann. In der ophthalmischen Chirurgie beispielsweise nutzen viele Phacoemulsifikationsinstrumente eine Saugwirkung, um das emulsifizierte Gewebe vom Operationsort weg abzusaugen oder dem Chirurgen zu ermöglichen, Stücke von geschnittenem Gewebe für eine Manipulation innerhalb des Operationsgebiets "zu ergreifen" (grab onto). Bei einer ophthalmischen Glaskörperresektions- bzw. Vitrektomieoperation ziehen viele Schneidinstrumente das Gewebe unter Anwendung einer Saugwirkung in die Schneidkanten. Tatsächlich wird die Gewebeentnahmerate oder Fluidstromrate durch die Saugwirkung effektiv gesteuert, welche direkt mit dem Unterdruckpegel zusammenhängt. Folglich ist eine genaue Steuerung des Unterdruckpegels äußerst wünschenswert, um dem Chirurgen einen gleichzeitigen Grad einer Steuerung des Gewebeentnahmeprozesses bereitzustellen.
Saugvorrichtungen mangelt es an ihrer schlechten Steuerung des Unterdruckpegels oder an ihrer Abhängigkeit von entweder einer äußeren Vakuumquelle oder einer Quelle für unter Druck gesetzte Luft. Viele Systeme verwenden einen Druckzufuhrtank, in welchem der Vakuumpegel durch selektive Verbindung mit einer Quelle mit niedrigerem Druck gesteuert wird. Diese Typen von Systemen sind in charakteristischer Weise insofern Oszillatoren mit wenig gedämpftem Druck, als der Unterdruckpegel oft stark um den gewünschten und oft sich verändernden Vakuumpegel schwankt. Das große Volumen der meisten Systeme bewirkt auch eine Verzögerung in ihrer Antwort, welche zu einer schlechten Benutzersteuerung und einem Überschießen des gewünschten Vakuumpegels führt.
Viele Systeme nach dem Stand der Technik nutzen peristaltische Pumpen oder Membranpumpen, um das gewünschte Vakuum zu erzeugen. Diese Pumpsysteme sind manchmal laut und langsam, um den gewünschten Vakuumpegel zu erzeugen. Ferner ist es wünschenswert, eine schnelle Ansprechzeit auf Änderungen in den gewünschten Vakuumpegeln zu haben, was mit der Verwendung eines Vakuumsystems mit peristaltischer Pumpe schwierig zu erreichen ist. Es ist wichtig zu erkennen, dass solche peristaltische Pumpsysteme den Fluidstrom vom Operationsort weg regulieren können, nicht aber den Vakuumpegel steuern können. Solche Pumpen arbeiten, indem das Fluid gegen eine Steuerung des Unterdruckpegels gezogen wird. Ferner erfordern die Arbeitseigenschaften einer peristaltischen Pumpe einen Einsatz mit speziellen Rohrleitungen mit einem bekannten Härtemesser. Im Verlauf der Zeit wird die Rohrleitung hart, wodurch sich die Betriebseigenschaften der Pumpe und die Zuverlässigkeit des peristaltischen Pumpsystems ändern. Falls eine Blockierung der Absaugnadel des chirurgischen Handstücks auftritt, versucht überdies die peristaltische Pumpe weiter, Fluid Vom Operationsort weg zu ziehen, wodurch ein ungesteuerter Vakuumanstieg in der Rohrleitung erzeugt wird. Bei Beseitigung der Blockierung tritt ein Anstieg der Absaugleistung auf, der unerwünschtes Material vom Operationsort weg absaugen kann, was möglicherweise einen irreparablen Schaden am Auge des Patienten hervorrufen kann.
Die Referenz US-A-4,395,258 offenbart ein chirurgisches Absaugsystem, das eine Vakuumpumpe, eine Steuereinheit, einen Druckaufnehmer, einen Behälter für Gewebsreste und mehrere Ventile enthält, um das Unterdruck- bzw. Vakuumsystem zu steuern.
Verschiedene andere Patente nach dem Stand der Technik erzeugen ein Vakuum durch Verwendung eines regulierten Fluiddrucks, der durch ein lineares Solenoidventil zu einem Druck-Vakuum-Wandler vom Venturi-Typ geliefert wird. Das resultierende Vakuum ist dem Strom durch das Solenoidventil und somit einer Funktion des Stroms durch das Solenoid proportional. In solchen Vakuumsystemen wird jedoch der regulierte Fluiddruck durch eine äußere Luftzufuhr wie z. B. einem Kompressor erzeugt. In solchen Fällen wird die komprimierte Luft in das mikrochirurgische System unter Druck dem Luft-Vakuum-Wandler wie z. B. einer Venturi-Pumpe zugeführt.
Diese Technik zum Erzeugen eines Vakuums ist unwirtschaftlich, weil sie hohe Raten eines Luftstroms erfordert, um das Vakuum oder den Unterdruck zu erzeugen. Typischerweise befindet sich der Kompressor auch außerhalb des Operationsbereichs, wo die chirurgische Prozedur gerade durchgeführt wird. Dies würde auch eine zusätzliche Energieverschwendung erzeugen, weil der Kompressor stärker arbeiten muß, um die komprimierte Luft durch die langen Rohrleitungsstrecken zu pumpen, um die komprimierte Luft zum Operationsort zu bringen.
Mikrochirurgische Vorrichtungen, die von einer äußeren Luftdruckquelle abhängig sind, um ein Vakuum zu erzeugen, sind nur so zuverlässig wie die äußere Luftdruckquelle. Derartige chirurgische Vorrichtungen können offensichtlich nur arbeiten, wo solche äußeren Luftdruckquellen zur Verfügung stehen und betriebsbereit sind. Während viele Krankenhäuser in den Vereinigten Staaten derartige äußere Luftdruckquellen aufweisen, können einzelne Kliniken oder Arztpraxen diese allerdings nicht aufweisen. In vielen anderen Ländern können ferner Quellen für niedrigen und/oder nicht regulierten Luftdruck den Betrieb derartiger mikrochirurgischer Geräte stören.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mikrochirurgisches System zu haben, welches ein gesteuertes Vakuum im Innern des Systems auf solche Weise erzeugen kann, um mit nur sehr geringer Vergeudung an Elektrizität zu arbeiten.
Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein zuverlässigeres mikrochirurgisches System mit einem Vakuumzufuhrsystem zu schaffen, das von jeglicher zusätzlichen oder äußeren Luftdruckquelle vollkommen unabhängig ist.
Eine zusätzliche Aufgabe ist, ein Vakuumzufuhrgerät zu schaffen, welches eine präzise Vakuumsteuerung mit genauem Ansprechverhalten über einen ausgewählten Bereich von Vakuumdruckpegeln enthält, indem eine elektrische Motordrehzahlsteuerung genutzt wird.
Eine andere Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur zuverlässigen Drehzahlsteuerung des Motors zu schaffen, um eine Vakuumpumpe auf der Basis eines Rückkopplungssignals von einem Druckaufnehmer zu regeln, um den Unterdruck der Luft ohne jegliche Abhängigkeit von einer äußeren oder Zusätzlichen Luftdruckzufuhrquelle präzise zu steuern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mikrochirurgisches System zu schaffen, das ein Vakuumzufuhrgerät mit einem Stromverbrauch nutzt, der dem zur Verwendung vom Chirurgen während einer ophthalmischen chirurgischen Operation erforderlichen Unterdruck linear proportional ist.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist auch, ein mikrochirurgisches System zu schaffen, das ein Vakuumzufuhrgerät nutzt, welches ohne einen hohen Fluidstrom aus dem Auge oder vom Operationsort einen hohen Unterdruckpegel liefern kann. Der Fluidstrom aus dem Auge oder vom Operationsort kann unabhängig vom Vakuumdruckpegel gesteuert werden.

Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 offenbart. Sie umfasst allgemein ein System zur Zuführung von Vakuum oder Unterdruck, welches als Merkmal eine präzise, kontinuierlich veränderliche vorhersagbare Steuerung des zugeführten Vakuums aufweist. Ein signifikantes Merkmal ist, daß die Variation des Vakuums elektronisch so eingestellt werden kann, daß sie einer gewünschten linearen oder nichtlinearen Beziehung zu einem durch eine Steuereinheit des Systems erzeugten Steuersignal folgt. Das System kann z. B. so eingerichtet sein, daß der Vakuumpegel bezüglich der Stellung eines Steuerhebels, Pedals oder dergleichen linear variieren wird. Der Unterdruck (negative vacuum pressure) wird nicht stark fluktuieren, und das Vakuum bei jeder beliebigen Stellung des Steuerhebels oder -pedals ist vorhersagbar und reproduzierbar. Das System kann an chirurgische Saug/Auswertungssysteme sowie auch an andere technische Disziplinen angepaßt werden.
Die Steuereinheit des Systems liefert eine elektronische Steuerung des gesamten Systems und kann diese Steuerung in einem analogen oder digitalen Schaltungssystem oder deren Kombination erreichen. Ein digitales Schaltungssystem würde einen Mikroprozessor nutzen, um das notwendige Steuersignal an eine Motorsteuereinheit und den Motor zu liefern. Ein analoges Schaltungssystem würde einen Differenzverstärker eines Proportional-, Integral- und Differential- (PID)-Typs nutzen, um ein Steuersignal an eine Mototsteuereinheit und einen Motor zu liefern. Je nach Typ der genutzten Systemsteuereinheit kann es möglich sein, daß die Signalsteuereinheit den Motor ohne die Verwendung einer separaten Motorsteuereinheit direkt betreibt.
Das System verwendet ferner eine Rotationsvakuumpumpe, die von einem genau gesteuerten Elektromotor gesteuert wird. In einer Ausführungsform ist der Motor ein bürstenloser Gleichstrommotor (DC), der von einer Steuereinheit für den DC-Motor gesteuert wird. In einer anderen Ausführungsform ist der Motor ein Dreiphasenmotor, der durch einen Dreiphaseninverter gesteuert wird, der durch eine einphasige elektrische Speiseleitung mit 115 Volt gespeist wird.
In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Wechselstrom-(AC)-Netzspannung einer Stromversorgung zugeführt. Die Stromversorgung ändert die Spannung und den Strom von einer Wechselstromabgabe mit 115 Volt in eine Gleichstromabgabe mit 24 Volt. Diese Abgabe wird dann an eine Steuereinheit für den DC-Motor geliefert, die wiederum die Drehzahl und Abgabe des bürstenlosen Gleichstrommotors und der Vakuumpumpe bestimmt und reguliert.
Der Vakuumpegel an der Pumpe wird durch einen Druckaufnehmer abgetastet, der ein Rückkopplungssignal an eine Additionsverbindung und einen Differenzverstärker sendet, der in der Systemsteuereinheit angeordnet ist. Ein elektrisches Referenzsignal, das dem vom Bediener gewünschten Eingangspegel entspricht, wie er durch ein Fußpedal gesteuert wird, wird ebenfalls in die Systemsteuereinheit eingespeist. Die beiden Signale werden von der Systemsteuereinheit verglichen, die dann ein Steuersignal in die Steuereinheit für den Gleichstrommotor einspeist, um die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors und somit den Absaugpegel nach Bedarf zu ändern. Eine lineare Beziehung zwischen dem Signal von dem Aufnehmer und dem Absaugpegel liefert eine Vergleichsquelle mit dem Befehlssignal des Nutzers.
Der im chirurgischen Handstück erzeugte Absaugpegel wird somit durch die Drehzahl der Vakuumpumpe gesteuert, die wiederum durch die Drehzahl des Gleichstrommotors gesteuert wird. Die Drehzahl des Motors wird durch die von der Motorsteuereinheit in die Steuereinheit für den Gleichstrommotor eingespeiste Steuerspannung bestimmt. Ein Steuerventil für den Vakuumpegel ist ebenfalls hinzugefügt, um dabei zu helfen, einen Druckabfall vorzusehen und gleichzeitig einen vorbestimmten Luftstrom der Vakuumpumpe zuzuführen.
Auf der Fluidrückführleitung vom chirurgischen Handstück kann auch Einschnürventil hinzugefügt sein, um zu ermöglichen, daß die vom Operationsort weggezogene Fluidmenge gesteuert wird, ohne den durch die Vakuumpumpe erzeugten Vakuumpegel zu erhöhen oder zu verringern. Ein Absperrventil kann ebenfalls in der Vakuumleitung enthalten sein, um eine sofortige Beendigung des Absaugens falls notwendig zu erlauben.
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen davon ohne weiteres ersichtlich werden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird, obgleich Variationen und Modifikationen ausgeführt werden können, ohne vom Geist und Umfang der neuartigen Konzepte der Offenbarung abzuweichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Funktionsblockdiagramm des Absaugsteuersystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2a ist eine Querschnittansicht eines mechanisch betätigten Vakuumsteuerventils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2b ist eine Querschnittansicht eines elektrisch betätigten Vakuumsteuerventils gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht des Einschnürventils gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt allgemein ein Absaugsteuersystem, welches als Merkmal eine exakte Steuerung eines Unterdrucks bzw. Vakuums aufweist, das erzeugt und einem chirurgischen Handstück zugeführt wird. Das Absaugsteuersystem der vorliegenden Erfindung wird als ein integraler Teil eines mikrochirurgischen Systems zur Unterstützung von Augenchirurgen beim Durchführen eines chirurgischen Eingriffs am Auge genutzt. Das mikrochirurgische System liefert verschiedene Funktionen, die für einen chirurgischen Eingriff am Auge benötigt werden, und ermöglicht dem Chirurgen, kritische Parameter jeder Funktion zu steuern. Um die verschiedenen Funktionen zu implementieren und zu steuern, liest eine zentrale Verarbeitungseinheit oder Systemsteuereinheit eine Mehrzahl von Schaltern und Sensoren ab, um ein pneumatisches System zu steuern, welches eine chirurgische Schere antreibt und/oder eine Flasche für eine Flüssigkeitsinfusion versorgt, um an das chirurgische Handstück Infusionsfluid zu liefern. Die Systemsteuereinheit liest auch bestimmte Steuerungen ab und wandelt Signale von ihnen in An/Aus-Steuersignale um, um eine Vorrichtung für eine Ultraschallfragmentierung in einem chirurgischen Handstück zur Beseitigung von grauem Star zu steuern oder verschiedene andere chirurgische Operationen durchzuführen. Gemäß der vorliegenden Erfindung steuert eine derartige Steuereinheit auch das Absaugsteuersystem, das verwendet wird, um geschnittenes oder fragmentiertes Gewebe und Fluide abzusaugen, die sich im Operationsbereich während Vitrektomien oder Operationen zur Beseitigung von grauem Star ansammeln.
Nach Fig. 1 enthält das mikrochirurgische System 10 ein Aspirations- bzw. Absaugentbindungssystem 12. In der bevorzugten Ausführungsfarm wird eine Wechselstrom-Netzspannung 14 an eine Stromversorgung 16 geliefert. Die Stromversorgung 16 ändert die Spannung von 115 Volt (V) Wechselspannung, wie sie von der Wechselstrom-Netzspannung 14 geliefert wird, in eine Gleichstromabgabe von 24 Volt, die über eine Steuereinheit 20 für einen Gleichstrommotor an einen bürstenlosen Gleichstrommotor 18 geliefert werden soll. Die Motorsteuereinheit 20 enthält eine PID-Steuereinheit, um die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors 18 präzise zu regulieren. Eine Rückkopplungsschleife 21 vom Gleichstrommotor 18 zur Motorsteuereinheit 20 ist vorgesehen, um bei der Steuerung der Drehzahl des Gleichstrommotors zu helfen.
Ein derartiger bürstenloser Gleichstrommotor wird von Fasco Industries, Inc. aus St. Louis, Missouri, hergestellt. Eine solche Motorsteuereinheit 20 wird von Dart Controls, Inc. in Zionsville, Indiana, hergestellt. Der Gleichstrommotor 18 und die Motorsteuereinheit 20 könnten jedoch von verschiedenen anderen Quellen bezogen werden, solange ein solcher Motor 18 und eine derartige Motorsteuereinheit 20 innerhalb der Parameter des Gesamtsystems arbeiten. Es kann auch möglich sein, die separate Motorsteuereinheit 20 in die Systemsteuereinheit 26 so zu integrieren, daß eine separate Motorsteuereinheit unnötig wird.
Die Systemsteuereinheit 26 liefert ein Steuersignal 28 mit niedrigem Pegel an die Motorsteuereinheit 20, um die Drehzahl des Motors 18 einzustellen. Der Motor 18 ist über eine Welle 24 mit einer Drehschiebervakuumpumpe 22 verbunden. Daher werden die verschiedenen Absaug- bzw. Aspirationspegel durch die Drehzahl der Vakuumpumpe 23 gesteuert, die durch die Motorsteuereinheit 20 und die Systemsteuereinheit 26 gesteuert wird.
Eine solche Vakuumpumpe 22, wie sie oben offenbart wurde, wird von Gast Manufacturing Company in Ann Arbor, Michigan, hergestellt. Die Vakuumpumpe 22 könnte jedoch auch eine andere Pumpe wie z. B. eine Membranpumpe oder Flügelradpumpe oder Flügelradpumpe mit Flüssigkeitsring sein.
Eine Eingabekonsole 30 für einen Benutzer wird genutzt, um die Vakuumpegel und Absauganstiegszeit einzugeben, welche der Zeitumfang ist, den das System benötigt, um das ausgewählte Vakuum von einer 300-Vakuumsonde (300 vacuum style) zu liefern. Die Konsole 30 speist zur Verarbeitung diese Befehle in die Systemsteuereinheit 26 ein. Der Systemsteuereinheit 26 wird auch ein Referenzsignal zugeführt, das von einer Analogvorrichtung für eine variable Spannung wie z. B. einem Potentiometer oder einem Digitalsignalcodierer 34 erzeugt wird. Das Potentiometer 34 wird durch eine mechanische Steuervorrichtung wie z. B. ein Fußpedal 32 mit einem kontinuierlich veränderlichen Bereich von Winkellageeinstellungen aktiviert, die mit der Einstellung des Potentiometers direkt zusammenhängen.
Eine volle Pedalauslenkung des Fußpedals 32 wird einen entsprechenden vollen Absaugpegel liefern, wie vom Bediener an der Konsole 30 ausgewählt wird. Eine Pedalauslenkung Null des Fußpedals 32 entspricht einem Absaugpegel Null. Der Absaugpegel ist der Pedalauslenkung proportional. Falls vom Nutzer an der Konsole 30 z. B. 300 mm Hg ausgewählt wird und das Fußpedal 32 eine halbe Vollauslenkung des Pedals niedergedrückt wird, wird der erreichte Absaugpegel 150 mm Hg betragen.
Man kann erkennen, daß andere Referenzspannungsquellen wie z. B. eine Systemsteuereinheit verwendet werden können, in der das Pedalsystem des Fußpedals 32 durch einen Winkelcodierer gelesen wird.
Ein Druckaufnehmer 36 mißt den in einer Vakuumkammerkassette 38 von der Vakuumpumpe 22 erzeugten Vakuumpegel. Der Aufnehmer 36 erzeugt ein Signal, welches über einen Signalumformer bzw. Signalkonditionierer/Verstärker 40 in die Systemsteuereinheit 26 eingespeist wird. Der Signalkonditionierer/Verstärker 40 konditioniert das Signal vom Druckaufnehmer 36 auf einen Pegel für eine Verarbeitung durch die Systemsteuereinheit 26. Die Systemsteuereinheit 26 wird das Signal vergleichen und verfolgen, das durch die Vakuumpegel erzeugt wurde, die in der Vakuumkammerkassette 38 abgefühlt wurden, mit dem Eingabebefehl, der von der Konsole 30 und aus der Fußpedalauslenkung vom Fußpedal 32 empfangen wurde. Die Systemsteuereinheit 26 sendet dann ein Steuersignal an die Steuereinheit 20 für den Gleichstrommotor, um die Motordrehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors auf den Wert einzustellen, bei dem die gemessene Differenz eines gewünschten Vakuums und eines tatsächlichen Vakuums Null ist. Die Vakuumkammerkassette 38 wird auch genutzt, um das abgesaugte Fluid und Gewebe vom chirurgischen Ort durch ein Handstück 70 wie im folgenden diskutiert zu sammeln.
Ein Steuerventil 42 für den Vakuumpegel wird genutzt, um einen vorbestimmten Luftstrom in die Vakuumpumpe 22 zu liefern. Das Steuerventil 42 für den Vakuumpegel weist eine vorbestimmte Öffnungsgröße auf, die durch atmosphärischen Druck oder die Systemsteuereinheit gesteuert werden kann, um bei der Änderung des Vakuumpegels zu helfen. Wie in Fig. 2a gezeigt ist, kann das Steuerventil 42 für den Vakuumpegel mechanisch durch eine Membran 46 und Feder 48 gesteuert werden, die auf einen Nadelstift 50 wirken. In dieser Ausführungsform bewirkt, während sich der Vakuumpegel ändert, eine entsprechende Druckänderung über die Membran 46, daß sich der Nadelstift 50 bewegt, um die Mündungsöffnung dementsprechend zu vergrößern oder zu verringern, um beim Erreichen eines bestimmten Vakuumpegels zu helfen.
Fig. 2b veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des Steuerventils 42 mit einem steuerbaren Scheibenelement 52, welches durch eine Bewegung eines mechanischen Elements 56 innerhalb einer Spule 54 als Antwort auf ein von der Systemsteuereinheit 26 empfangenes elektrisches Signal gesteuert wird. Eine Rückholfeder 60 liefert einen Widerstand gegen eine Bewegung des Steuerarms 56 und führt, wenn an die Spule 54 kein Strom geliefert wird, das Scheibenelement 52 zu seiner ursprünglichen Stellung innerhalb des Steuerventils 42 zurück. Das in Fig. 2b und Fig. 1 gezeigte Steuerventil 42 wird gesteuert, indem man von der Systemsteuereinheit 26 über eine Treiberschaltung 62 ein Signal einer offenen Schleife zum elektrisch betätigten Steuerventil 42 fließen lässt, so daß ein Signal von der Steuereinheit für das Fußpedal 32 über ein Potentiometer oder einen Digitalcodierer 34 dahingehend wirken wird, das Scheibenelement 52 des Steuerventils 42 zu öffnen und zu schließen. Die Treiberschaltung 62 wirkt dahingehend, das elektrische Signal vom Fußpedal 32 in den vom Steuerventil 42 benötigten geeigneten Spannungspegel umzuformen. Während die Auslenkung des Fußpedals zunimmt, wird ein elektrisches Signal über Drähte 58 bewirken, daß sich der mechanische Arm 56 gegen die Kraft der Rückholfeder 60 bewegt, bis die durch die Spule 54 induzierte Kraft gleich der Widerstandskraft der Feder ist, um das Scheibenelement 52 zu bewegen, um die Öffnungsgröße innerhalb des Steuerventils 42 um einen vorbestimmten Betrag zu ändern, um den Bediener beim Erreichen verschiedener Vakuumpegel zu unterstützen.
Das Steuerventil 42 ermöglicht dem System, in einem bevorzugten Drehzahlbereich der Vakuumpumpe 22 und des Gleichstrommotors 18 zu arbeiten. Bei einer Öffnungsgröße des Ventils 42 mit einem Durchmesser von 4,76 mm (3/16") wird die Vakuumpumpe bei ihrer minimalen spezifizierten Drehzahl (d. h. 800 UpM) arbeiten, ohne in der Vakuumkassette ein Vakuum oder einen Unterdruck zu erzeugen. Dies ist wünschenswert, so daß bei Betätigung des mikrochirurgischen Systems in der Vakuumkassette durch die Vakuumpumpe kein Vakuumpegel erzeugt wird. Um auf der anderen Seite in der Vakuumkassette einen hohen Vakuumpegel wie z. B. 86,7 kPa (650 mm Hg) zu erzielen, wird das System die Öffnung schließen und die Pumpendrehzahl erhöhen, um so einen hohen Vakuumpegel (d. h. 86,7 kPa (650 mm Hg)) zu erhalten. Die veränderliche Öffnungsgröße ermöglicht dem System, die höheren Vakuumpegel ohne Erhöhen der Drehzahl des Gleichstrommotors oder der Vakuumpumpe auf einem Pegel zu erzeugen, der vom Standpunkt der Geräuschentwicklung aus (55 dB) inakzeptabel wäre.
In einer anderen Ausführungsform kann das Steuerventil 42 in Verbindung mit dem Motor 18 und der Pumpe 22 in einer (nicht dargestellten) Regelkreisschaltung betrieben werden. Dies würde der Systemsteuereinheit 26 ermöglichen, den elektrischen Stromverbrauch des Motors 18 und des Steuerventils 42 für den Vakuumpegel zu minimieren, um den gewünschten Vakuumpegel innerhalb der Vakuumkammerkassette 38 zu erzielen.
In Fig. 1 erkennt man, daß durch einen Betrieb der Vakuumpumpe 22, durch die Rohrleitung 64 in der Vakuumkammerkassette 38 ein partielles Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird. Die Vakuumpumpe 22 wird Luft durch eine Rohrleitung 66 entweder intern oder extern zu dem (nicht dargestellten) Gehäuse ablassen, das alle Komponenten des mikrochirurgischen Systems beherbergt. Die Vakuumkammerkassette 38 weist eine weitere, zu einem chirurgischen Handstück 70 führende Rohrleitung 68 mit einem Nadelelement 72 auf, das Rohrleitungen sowohl für eine Flüssigkeitsinfusion als auch ein Absaugen darin vorsieht, um die verschiedenen chirurgischen Prozeduren an einem Auge 74 durchzuführen, die während einer Vitrektomie oder einer Operation zur Entfernung von grauem Star erforderlich sind.
Wegen des in der Vakuumkammerkassette 38 erzeugten Unterdrucks wird das chirurgische Handstück während der verschiedenen chirurgischen Operationen aus dem Auge über die Rohrleitung 68 Fluid absaugen. Für den Bediener ist es oftmals wünschenswert, das durch das chirurgische Handstück abgesaugte Fluid zu verringern, ohne den durch die Vakuumpumpe 22 erzeugten Vakuumpegel zu verringern. Gemäß den Fig. 1 und 3 ist auf der Rohrleitung 68 ein Einschnürventil 76 vorgesehen. Das Einschnürventil 76 enthält eine Membran 78, die als Antwort auf eine Überdruckquelle 80 die effektive Fläche der Rohrleitung 68 beschränkt, um den Fluidstrom durch die Rohrleitung zu reduzieren. Ein Flußregler 82 reguliert die Menge an unter Druck gesetzter Luft, die an das Einschnürventil 76 geliefert wird, als Antwort auf einen Eingabebefehl von der Systemsteuereinheit 26. Je größer die Menge an unter Druck gesetzter Luft ist, die im Einschnürventil vorgesehen wird, desto mehr dehnt sich die Membran aus, wobei sie die effektive Fläche der Rohrleitung 68 weiter beschränkt und dadurch den Fluidstrom durch die Rohrleitung weiter begrenzt.
Der Vorteil eines solchen Einschnürventils ist, daß der Bediener den Fluidstrom aus dem Auge unabhängig vom Vakuum- oder Unterdruckpegel steuern kann, der durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Dies ermöglicht dem Bediener, eine niedrige Stromrate an das Auge verlassendem Fluid zu haben, während er gleichzeitig einen relativ großen Vakuumpegel hat, der zur Verwendung an der Spitze des chirurgischen Handstücks zum Manipulieren von Gewebestücken innerhalb des Operationsortes zur Verfügung steht. In einer anderen Ausführungsform wäre es möglich, den Flußregler 82 über das Fußpedal 32 zu steuern, so daß der Bediener die Stromrate des abgesaugten Fluids am Handstück ändern könnte, ohne seine Hände zu verwenden oder sich auf Assistenten zu verlassen, um die Steuerungen an der Konsole 30 zu manipulieren.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung würde die Systemsteuereinheit 26 vom PID-Typ mit einer Additionsverbindung sein, die die Eingangssignale von dem Rückkopplungssignal des Aufnehmers und Eingabebefehle von der Konsole und dem Fußpedal empfangen würde. Die Systemsteuereinheit liefert danach ein Steuersignal an die Steuereinheit für den Gleichstrommotor, um die Drehzahl des bürstenlosen Gleichstrommotors präzise zu steuern. In einer anderen Ausführungsform bestünde die Systemsteuereinheit 26 aus einem Mikroprozessor, um das notwendige Steuersignal an die Motorsteuereinheit oder den Gleichstrommotor zu liefern.
In einer anderen Ausführungsform ist der Motor 18 ein Dreiphasen-Elektromotor mit 115 Volt. Die Motorsteuereinheit 20 ist ein Dreiphaseninverter, der von einer einphasigen elektrischen Netzleitung mit 115 Volt gespeist wird. Der Dreiphaseninverter steuert die Drehzahl und Leistung des Dreiphasenmotors, die wiederum die Drehzahl und Abgabe der Vakuumpumpe 22 reguliert. Diese Ausführungsform würde in einer zur oben diskutierten ähnlichen Weise arbeiten. Der Vakuumpegel der Pumpe 22 wird abgetastet und in einen Druckaufnehmer 36 eingespeist, der ein Rückkopplungssignal an einen Signalkonditionierer/Verstärker 40 zur Übertragung an die Steuereinheit 26 sendet. Ein elektrisches Referenzsignal, das dem eingegebenen Vakuumpegel entspricht, der vom Bediener gewünscht wird, wie durch die Steuereinheit 32 für das Fußpedal gesteuert, wird ebenfalls in die Systemsteuereinheit 26 eingespeist. Die beiden Signale werden in der Systemsteuereinheit verglichen, und ein Steuersignal wird an die Motorsteuerung 20 mit einem Dreiphaseninverter gesendet, um die Drehzahl des Motors 20 und somit den Absaugpegel nach Bedarf zu ändern. Eine lineare Beziehung zwischen dem Signal von dem Aufnehmer 36 und dem Absaugpegel stellt eine Quelle für einen Vergleich mit dem Befehlssignal des Bedieners bereit.
Der im chirurgischen Handstück erzeugte Absaugpegel wird somit durch die Drehzahl der Vakuumpumpe 22 gesteuert, die wiederum durch die Frequenz der durch den Inverter an den Motor 18 gelieferten Dreiphasenspannung gesteuert wird.
Ein Steuerventil 42 für einen Vakuumpegel, ein Einschnürventil 76 und ein Flußregler 82 könnten wie oben diskutiert ebenfalls vorgesehen sein.
Das mikrochirurgische System 10 würde ferner ein Infusionspumpensystem 86 einschließen, um das chirurgische Handstück 70 mit einer Fluidberieselung durch eine Rohrleitung 88 zu versorgen, um den Bediener in den verschiedenen ophthalmischen chirurgischen Prozeduren zu unterstützen, die in Vitrektomien oder Operationen zur Entfernung von grauem Star erforderlich sind.
Obgleich die Erfindung hinsichtlich der oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, daß zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden können wie z. B. die Bauart der Vakuumpumpe oder der Systemsteuereinheit, die genutzt werden, um die Grundfunktionen des Absaugsteuersystems auszuführen. Alle Modifikationen, die in den Umfang der Ansprüche fallen, sollen durch die vorliegende Erfindung abgedeckt werden.

Claims

1. Chirurgisches Absaugsystem (10) zum Absaugen von Fluid und geschnittenem Gewebe von einem Operationsort durch ein chirurgisches Handstück (70) mit einem Motor (18) zum Betreiben einer Vakuumpumpe (22), welches System (10) umfaßt:

eine Vakuumpumpe (22) zum Erzeugen eines Unterdrucks innerhalb einer Vakuumkammerkassette (38), wobei die Vakuumkammerkassette (38) durch eine Fluidrohrleitung (64, 68) mit einem chirurgischen Handstück (70) in Verbindung steht;

einen Aufnehmer (36) zum Abfühlen des Vakuums innerhalb der Vakuumkammerkassette (38) und zum Erzeugen eines ersten Signals als Antwort darauf;

eine Eingabeeinrichtung (30, 32) zum Auswählen eines geeigneten Vakuumpegels zum Absaugen von Fluid und geschnittenem Gewebe und zum Erzeugen eines zweiten Signals, welches dem Vakuumpegel in der Vakuumkammerkassette (38) entspricht;

eine Quelle (32) für eine veränderliche Referenzspannung zum Erzeugen einer selektiv veränderlichen Referenzspannung;

eine Steuereinheit (26) zum Vergleichen der ersten und zweiten Signale und der veränderlichen Referenzspannung und Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Differenz, wie durch die Steuereinheit (26) bestimmt, zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal wie durch die veränderliche Referenzspannung modifiziert repräsentiert,

gekennzeichnet dadurch, daß:

das Ausgangssignal angelegt wird, um den Motor (18) und die Vakuumpumpe (22) anzutreiben, um den Vakuumpegel innerhalb der Vakuumkammerkassette (38) zu steuern; und

ein Einschnürventil (76) auf der Fluidrohrleitung (68) zwischen der Vakuumkammerkassette (38) und dem chirurgischen Handstück (70) vorgesehen ist, um den Strom eines durch das chirurgische Handstück (70) abgesaugten Fluids in die Vakuumkammerkassette (38) separat und veränderlich zu beschränken.

2. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 1, worin die Quelle (32) für eine Referenzspannung eine Steuervorrichtung (32) mit einem beweglichen Steuerelement enthält, welches die Referenzspannung gemäß dessen Stellung ändert.

3. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 2, worin die Steuereinheit (26) Einrichtungen (30, 32, 34) zum Einstellen der Gesamtantwort des Systems (10) enthält, so daß eine inkrementale Änderung in der Stellung des Steuerelements (30, 32, 34) eine vorbestimmte und reproduzierbare inkrementale Änderung in der Vakuumpegelabgabe der Vakuumpumpe (22) zeigt.

4. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 3, worin die Gesamtwort eine lineare Beziehung zwischen einer Änderung in der Stellung des Steuerelements (32) und einer Änderung im Pegel der Vakuumabgabe der Vakuumpumpe (22) ist.

5. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 4, worin die Steuervorrichtung (32) ein Fußpedal mit einem kontinuierlich veränderlichen Bereich von Winkellageeinstellungen aufweist und das Steuerelement (34) ein Potentiometer (34) mit einer entsprechenden Anzahl veränderlicher Lageeinstellungen aufweist, die direkt auf die Einstellungen des Fußpedals bezogen sind.

6. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 5, worin der Motor (18) ein bürstenloser Gleichstrommotor ist.

7. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 6, worin der Motor (18) ferner eine Motorsteuereinheit (20) mit einer PID-Funktion enthält, die das Steuersignal von der Steuereinheit (26) empfängt und ein zweites Steuersignal an den Motor (18) sendet, um die Drehzahl und Leistungsabgabe des Motors (18) und der Vakuumpumpe (22) genau zu regulieren.

8. Chirurgisches Absaugsystem (10) nach Anspruch 5, ferner mit einem Steuerventil (42) für den Vakuumpegel mit einem bekannten veränderlichen Öffnungsdurchmesser, um einen vorbestimmten Luftstrom in die Vakuumpumpe (22) zu liefern, um den Motor (18) und die Vakuumpumpe (22) dabei zu unterstützen, ein genau gesteuertes Vakuum bei einer effizienten Motordrehzahl bereitzustellen.

9. Chirurgisches Absaugsystem nach Anspruch 1, worin das Einschnürventil (76) aufweist:

ein Ventil (76) mit einer Membran (78), die die Fluidrohrleitung (68) umgibt; und

einen Stromregler (82), um die Menge an von einer Überdruckquelle (80) an die Ventilmembran (78) gelieferter unter Druck gesetzter Luft als Antwort auf einen Eingabebefehl von der Steuereinheit (26) so zu regulieren, daß das durch das chirurgische Handstück (70) abgesaugte Fluid unabhängig vom Vakuumpegel in der Vakuumkammerkassette (38) gesteuert werden kann.