-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mikrochirurgische
Instrumente. Insbesondere und nicht darauf beschränkt betrifft
die vorliegende Erfindung mikrochirurgische bei der ophthalmischen
Chirurgie des hinteren Segments verwendete Instrumente, wie beispielsweise
Vitrektomiesonden, und die Optimierung der Leistungsfähigkeit
dieser Instrumente für
eine Vielzahl chirurgischer Zwecke.
-
Beschreibung
des Standes der Technik
-
Für viele
mikrochirurgische Prozeduren ist das präzise Schneiden und/oder Entfernen
verschiedener Körpergewebe
erforderlich. Beispielsweise ist bei bestimmten ophthalmischen chirurgischen
Prozeduren das Schneiden und/oder Entfernen des Vitreous Humor,
einem transparenten gallertartigen Material erforderlich, das das
hintere Segment des Auges ausfüllt.
Das Vitreous Humor oder Vitreous wird aus zahlreichen mikroskopischen
Fasern gebildet, die häufig
an der Netzhaut anhaften. Daher muß das Schneiden und Entfernen
des Vitreous mit großer Sorgfalt
durchgeführt
werden, um die Ausübung
eines Zugs auf die Netzhaut, die Trennung der Netzhaut von der Aderhaut,
einen retinalen Riß oder
im schlimmsten Fall das Abschneiden und Entfernen der Netzhaut selbst
zu vermeiden.
-
Die
Verwendung mikrochirurgischer Schneidesonden bei der ophthalmischen
Chirurgie des hinteren Segments ist bekannt. Derartige Vitrektomiesonden
werden typischerweise über
einen Schnitt in der Lederhaut in der Nähe der Pars Plana eingeführt. Der
Chirurg kann während
eines chirurgischen Eingriffs am hinteren Segment auch andere mikrochirurgische
Instrumente, wie beispielsweise eine faseroptische Beleuchtungseinrichtung,
eine Infusionskanüle
oder eine Absaugsonde einführen.
Der Chirurg führt
die Prozedur bei einer Beobachtung des Auges unter einem Mikroskop
durch.
-
Herkömmliche
Vitrektomiesonden umfassen typischerweise ein hohles äußeres Schneidelement, ein
im hohlen äußeren Schneidelement
koaxial und bewegbar darin angeordnetes hoh les inneres Schneidelement
und eine sich radial durch das äußere Schneidelement
in der Nähe
des distalen Endes desselben erstreckende Öffnung. Beim Schließen der Öffnung wirken
Schneidoberflächen
auf dem inneren und äußeren Schneidelement
zum Abschneiden des Vitreous zusammen und das abgeschnittene Vitreous
wird dann durch das innere Schneidelement abgesaugt. Die US Patente
Nr. 4,577,629 (Martinez), 5,019,035 (Missirlian et al.), 4,909,249
(Akkas et al.), 5,176,628 (Charles et al.), 5,047,008 (de Juan et
al.), 4,696,298 (Higgins et al.) und 5,733,297 (Wang) offenbaren
verschiedene Arten von Vitrektomiesonden.
-
Herkömmliche
Vitrektomiesonden umfassen Sonden der „Bauart einer Guillotine" und drehende Sonden.
Eine Sonde der Bauart einer Guillotine weist ein inneres sich längs seiner
longitudinalen Achse hin- und herbewegendes Schneidelement auf.
Eine drehende Sonde weist ein inneres Schneidelement auf, das sich
um seine Längsachse
hin- und herbewegt. Bei beiden Arten von Sonden werden die inneren
Schneidelemente unter Verwendung verschiedener Verfahren betätigt. Beispielsweise
kann das innere Schneidelement mit Hilfe eines pneumatischen Drucks
entgegen einer Kolben- oder Diaphragmenanordnung, mit der eine mechanische
Feder überwunden
wird, aus der Position mit geöffneter Öffnung in die
Position mit geschlossener Öffnung
bewegt werden. Bei Wegnahme des pneumatischen Drucks wird das innere
Schneidelement durch die Feder aus der Position mit geschlossener Öffnung in
die Position mit geöffneter Öffnung zurückgebracht.
Als ein weiteres Beispiel kann das innere Schneidelement unter Verwendung
einer ersten pneumatischen Druckquelle von der Position mit geöffneter Öffnung in
die Position mit geschlossener Öffnung
und dann mit Hilfe einer zweiten pneumatischen Druckquelle von der Position
mit geschlossener Öffnung
in die Position mit geöffneter Öffnung bewegt
werden. Als ein weiteres Beispiel kann das Schneidelement unter
Verwendung eines herkömmlichen
rotierenden elektrischen Motors oder einer Spule elektromechanisch
zwischen den Positionen mit geöffneter
und geschlossener Öffnung
bewegt werden. In der US Patentschrift 4,577,629 wird ein Beispiel
einer nach Art einer Guillotine mit einem pneumatischen Kolben /
einer mechanischen Feder betätigten
Sonde offenbart. In den US Patenten Nr. 4,909,249 und 5,019,035
werden nach Art einer Guillotine mit einem pneumatischen Diaphragma/einer
mechanischen Feder betätigte Sonden
offenbart. Im US Patent Nr. 5,176,628 ist eine duale drehende pneumatisch
angetriebene Sonde gezeigt.
-
Bei
jeder der oben beschriebenen herkömmlichen Vitrektomiesonden
wird das innere Schneidelement immer aus einer Position mit vollkommen
geöffneter Öffnung in
eine Positi on mit vollkommen geschlossener Öffnung und zurück in eine
Position mit vollkommen geöffneter Öffnung bewegt.
Es wird angenommen, daß bestimmte
herkömmliche,
nach An einer Guillotine, pneumatisch/mit einer mechanischen Feder
betätigte
Sonden physikalisch dazu geeignet sind, mit Schneidgeschwindigkeiten
angetrieben zu werden, die nicht zulassen, daß die Öffnung bei jedem Schneidzyklus
in ihre vollkommen geöffnete
Position zurückkehrt.
Das Auftreten dieser Betriebsart wurde bei den chirurgischen Systemen,
mit welchen derartige Sonden betrieben wurden, jedoch nicht zugelassen.
Dies liegt daran, daß die
mit der ophthalmischen Chirurgie befaßte Fachgruppe historisch gesehen
davon ausgegangen war, daß eine vollkommen
geöffnete Öffnung für eine Maximierung des
Fluidflusses in die Öffnung
und Maximierung des Einschlusses von Vitreous in der Öffnung und
für eine Beschleunigung
des Schneidens des Vitreous und dessen Entfernung kritisch wäre.
-
Die
meisten herkömmlichen
Sonden sind so bemessen, daß sie
eine relativ große
vollkommen geöffnete Öffnung (z.B.
0,020 Zoll (0,508 mm) bis 0,030 Zoll (0,76 mm)) für eine Verwendung
bei einer Vielzahl von chirurgischen Zwecken aufweisen. Da diese
Sonden mit relativ geringen Schneidegeschwindigkeiten arbeiten (z.B.
bis zu 800 Schnitte/Minute), können
sie zur Entfernung großer
Mengen von Vitreous in einem einzigen Schneidzyklus, wie beispielsweise
bei der Kernvitrektomie, und zum Schneiden von physisch ausgedehntem
Vitreousgewebe, wie beispielsweise von Zugbändern, verwendet werden. Zusätzlich werden
diese Sonden auch für
heiklere Schritte, wie beispielsweise die Handhabung von bewegbarem
Gewebe (z.B. das Entfernen von Vitreous in der Nähe eines abgelösten Teils
der Retina oder eines retinalen Risses), die Vitreousbasiszerlegung
und Membranentfernung verwendet. Jedoch ruft der kombinierte Effekt
einer großen Öffnung,
eines großen
Schneidehubs und einer relativ niedrigen Schneidegeschwindigkeit
bei diesen Sonden manchmal unerwünschte
Störungen
im Vitreous und in retinalen Geweben und eine hohe Zwischenspitzenfluktuation
des intraokularen Drucks im Auge hervor. Diese beiden Beschränkungen
können
für den
Chirurgen Probleme verursachen und können für den Patienten schädlich sein.
-
Es
wurden spezialisierte Vitrektomiesonden entwickelt. Beispielsweise
wurden Sonden mit einer relativ kleinen Größe der vollkommen geöffneten Öffnung (z.B.
0,010 Zoll(0,254 mm)) zur Durchführung schwierigerer
chirurgischer Eingriffe in der Nähe
der Retina verwendet. Ein Beispiel einer spezialisierten Sonde ist
die von Alcon Laboratories, Inc. in Fort Worth, Texas erhältliche
Microport®-Sonde.
Diese Sonden sind jedoch für
die Kernvitrektomie nicht sehr wirksam und daher ist der Chirurg
häufig
dazu gezwungen, mehrere Vitrektomiesonden im Auge eines Patienten
zu verwenden und diese wiederholt einzuführen, wodurch der chirurgische
Eingriff verkompliziert wird und dem Patienten eine größere Wunde
zugefügt
wird. Als ein weiteres Beispiel offenbaren die US-Patente Nr. 4,909,249
und 5,019,035 Sonden mit manuell einstellbaren Öffnungsgrößen. Jedoch ist das wiederholte
manuelle Einstellen der Öffnungsgröße zeitaufwendig
und schwierig. Sonden mit relativ hohen Schneidegeschwindigkeiten
wurden von der Storz Instrument Company aus St. Louis (die „Lightning"-Sonde) und von Scieran
Technologies, Inc. aus Laguna Hills, Kalifornien (die „Vit Commander"-Sonde) entwickelt. Jedoch wird davon
ausgegangen, daß diese
Sonden bezüglich
der Flußrate
etwas eingeschränkt
sind, so daß sie
bei der Kernvitrektomie weniger wirkungsvoll sind. Im Dokument US-A-5833643
wird ein mikrochirurgisches Instrument gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 offenbart.
-
Somit
besteht ein Bedarf für
ein verbessertes für
alle fundamentalen Zwecke der Vitrektomiechirurgie – der Kern-Vitrektomie,
der Handhabung von beweglichem Gewebe, der Vitreous Basiszerlegung und
der Membranentfernung – verwendbares
Verfahren, das nicht den oben beschriebenen Beschränkungen
unterliegt. Wie nachfolgend in weiteren Einzelheiten erläutert wird,
würde mit
diesen Verfahren automatisch die Schneidegeschwindigkeit, der Arbeitszyklus
mit geöffneter Öffnung und
die Größe oder
Apertur der geöffneten Öffnung bedarfsgemäß im Laufe
einer Prozedur automatisch gesteuert, um chirurgische Gesichtspunkte
in breitem Umfang erfüllen
zu können.
Benötigt
wird auch ein verbessertes Verfahren zur Bedienung von anderen mikrochirurgischen
Instrumenten als Vitrektomiesonden. Idealerweise wären die
verbesserten Verfahren für
den Patienten sicher, für
den Chirurgen einfach in der Anwendung und wirtschaftlich realisierbar.
-
Abriß der Erfindung
-
Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein mikrochirurgisches
Instrument, wie es im beigefügten
Anspruchssatz definiert ist. Das mikrochirurgische Instrument umfaßt eine Öffnung zur
Aufnahme von Gewebe und ein Element. Ein Gewebefluß in die Öffnung wird
mit Hilfe einer Unterdruckquelle induziert und das Element wird
in einer zyklischen Weise bewegt, um die Öffnung über eine Mehrzahl von Schneidfolgen
zyklisch zu öffnen
und zu schließen.
Eine Schneidegeschwindigkeit des Elements wird mit der Zyklusrate
variiert, um den Fluß von
Gewebe in die Öffnung
zu variieren.
-
Das
mikrochirurgische Instrument kann eine Vitrektomiesonde, eine Ansaugsonde
oder eine andere Schneidesonde umfassen. Bei der Ausführungsform
mit Vitrektomiesonde bietet die vorliegende Erfindung die Möglichkeit,
die Flußrate
in die Sonde und die Öffnung
der Sonde für
eine gegebene Schneidegeschwindigkeit einzustellen, um eine Vielzahl
vitroretinaler chirurgischer Aufgaben zu erledigen.
-
Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
-
Für ein umfassenderes
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und für
weitere Aspekte und Vorteile derselben wird auf die folgende Beschreibung Bezug
genommen, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen heranzuziehen
ist, in welchen:
-
1 eine
Seitenquerschnittsansicht einer ersten für die vorliegende Erfindung
bevorzugten Vitrektomiesonde ist, die in einer Position mit vollkommen
geöffneter Öffnung gezeigt
ist;
-
2 eine
Seitenquerschnittsansicht der Sonde aus 1 in einer
Position mit geschlossener Öffnung
ist;
-
3 eine
teilweise im Querschnitt gezeigte Seitenansicht einer zweiten für die vorliegende
Erfindung bevorzugten Vitrektomiesonde ist, die in einer Position
mit vollkommen geöffneter Öffnung gezeigt ist;
-
4 eine
Ansicht im Querschnitt der Sonde aus 3 längs der
Linie 4-4 ist;
-
5 eine
Ansicht im Querschnitt der Sonde aus 3 längs der
Linie 4-4 ist, die in einer Position mit geschlossener Öffnung gezeigt
ist;
-
6 ein
Blockdiagramm bestimmter Teile eines für die vorliegende Erfindung
bevorzugten Mikrochirurgiesystems ist;
-
7 ein
Flußprofil
für die
Sonde aus 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, das mit einem herkömmlichen
Flußprofil
für die
Sonde aus 1 und einem herkömmlichen
Flußprofil
für die
Mikroport®-Sonde verglichen
ist;
-
8 und 9 Draufsichten
auf die Sonde aus 1 sind, die die Möglichkeit
zeigen, die Größe der geöffneten Öffnung entsprechend
der Größe des zu
schneidenden und abzusaugenden Gewebes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung zu variieren;
-
10 ein
beispielhaftes Diagramm des elektrischen Signals zur Erzeugung einer
pneumatischen Wellenform für
einen herkömmlichen
Betrieb der Sonde aus 1 ist;
-
11 eine
beispielhafte pneumatische Wellenform für einen herkömmlichen
Betrieb der Sonde aus 1 ist; und
-
12 eine
Zusammenstellung pneumatischer Wellenformen für den Betrieb der Sonde aus 1 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
Die
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten mit
Bezugnahme auf die 1 bis 12 der Zeichnungen
verständlich,
wobei für ähnliche
und entsprechende Teile in den verschiedenen Zeichnungen gleiche
Bezugszeichen verwendet werden.
-
Zunächst wird
auf 1 und 2 Bezug genommen. Dort ist ein
distales Ende eines mikrochirurgischen Instruments 10 schematisch
dargestellt. Bei dem mikrochirurgischen Instrument 10 handelt
es sich vorzugsweise um eine Vitrektomiesonde der Bauart einer Guillotine,
die ein äußeres röhrenförmiges Schneidelement 12 und
ein im äußeren Schneidelement 12 bewegbar
angeordnetes inneres röhrenförmiges Schneidelement 14 umfaßt. Das äußere Schneidelement 12 umfaßt eine Öffnung 16 und
eine Schneidkante 18. Die Öffnung 16 weist vorzugsweise eine
Länge von
ungefähr
0,508 mm (0,020 Zoll) entlang der Längsachse der Sonde 10 auf.
Das innere Schneidelement 14 weist eine Schneidkante 20 auf.
-
Während des
Betriebs der Sonde 10 wird das innere Schneidelement 14 längs der
longitudinalen Achse der Sonde 10 in einem einzigen Schneidzyklus
von einer Position A, wie in 1 gezeigt
ist, zu einer Position B, wie in 2 gezeigt
ist, und dann zurück
zur Position A bewegt. Die Position A entspricht einer vollkommen
geöffneten
Position der Öffnung 16 und
die Position B entspricht einer vollkommen geschlossenen Position
der Öffnung 16.
In der Position A wird Vitreous Humor oder anderes Gewebe in die Öffnung und
in das innere Schneidelement 14 durch einen durch den Pfeil 22 dargestellten, durch
Unterdruck induzierten Fluidstrom angesaugt. In der Position B wird
das Vitreous in der Öffnung 16 und
im inneren Schneidelement 14 mit Hilfe der Schneidkanten 18 und 20 abgeschnitten
bzw. abgetrennt und mit Hilfe des durch Unterdruck induzierten Fluidstroms 22 abgesaugt.
Die Schneidkanten 18 und 20 sind vorzugsweise
mit einer Passung mit Übermaß ausgebildet,
um das Abschneiden des Vitreous sicherzustellen. Zusätzlich befinden
sich die Positionen A und B herkömmlicherweise
etwas außerhalb
der Enden der Öffnung 16,
um bei bestimmten Sonden 10 Schwankungen beim Betrieb des
inneren Schneidelements 14 Rechnung zu tragen.
-
Im
Folgenden wird auf die 3 bis 5 Bezug
genommen. Dort ist ein distales Ende eines mikrochirurgischen Instruments 30 schematisch
dargestellt. Bei dem Instrument 30 handelt es sich vorzugsweise
um eine drehende Vitrektomiesonde. Diese umfaßt ein röhrenförmiges äußeres Schneidelement 32 und
ein bewegbar im äußeren Schneidelement 32 angeordnetes
röhrenförmiges inneres Schneidelement 34.
Das äußere Schneidelement 32 umfaßt eine Öffnung 36 und
eine Schneidkante 38. Die Öffnung 36 umfaßt vorzugsweise
eine Länge
von ungefähr
0,020 Zoll (0,508 mm) längs
der Längsachse
der Sonde 30. Das innere Schneidelement 34 umfaßt eine Öffnung 40 mit
einer Schneidkante 41.
-
Während des
Betriebs der Sonde 30 wird das innere Schneidelement 34 in
einem einzigen Schneidzyklus um die Längsachse der Sonde 30 von einer
Position A, die in 4 gezeigt ist, in eine Position
B, die in 5 gezeigt ist, und dann zurück in die
Position A gedreht. Die Position A entspricht einer vollkommen geöffneten
Position der Öffnung 36 und die
Position B entspricht einer vollkommen geschlossenen Position der Öffnung 36.
In der Position A wird durch einen durch Unterdruck induzierten
Fluidstrom, der durch den Pfeil 42 dargestellt ist, Vitreous
Humor oder anderes Gewebe in die Öffnung 36, Öffnung 40 und
das innere Schneidelement 34, gesaugt. In der Position
B wird das Vitreous im inneren Schneidelement 34 durch
Schneidkanten 38 und 41 abgeschnitten bzw. abgetrennt
und mit Hilfe des durch Unterdruck induzierten Stroms 42 abgesaugt.
Die Schneidkanten 38 und 41 sind vorzugswei se
mit einer Passung mit Übermaß ausgebildet,
um das Abschneiden des Vitreous sicherzustellen. Zusätzlich befindet
sich die Position B herkömmlicherweise
etwas hinter dem Rand der Schneidoberfläche 38 des äußeren Schneidelements 32,
um bei bestimmten Sonden 30 Schwankungen beim Betrieb des
inneren Schneidelements 34 Rechnung zu tragen.
-
Das
innere Schneidelement 14 der Sonde 10 wird vorzugsweise
durch Anwendung eines pneumatischen Drucks gegen einen Kolben oder
eine Diaphragmenanordnung, mit der eine mechanischen Feder überwunden
wird, von der Position mit geöffneter Öffnung in
die Position mit geschlossener Öffnung bewegt.
Wenn der pneumatische Druck nachläßt, kehrt das innere Schneidelement 14 mit
Hilfe der Feder aus der Position mit geschlossener Öffnung in
die Position mit geöffneter Öffnung zurück. Das
innere Schneidelement 34 der Sonde 20 wird vorzugsweise unter
Verwendung einer ersten pneumatischen Druckquelle von der Position
mit geöffneter Öffnung in
die Position mit geschlossener Öffnung
bewegt und dann unter Verwendung einer zweiten Quelle pneumatischen
Druckquelle von der Position mit geschlossener Öffnung in die Position mit
geöffneter Öffnung bewegt.
Die erste pneumatische Druckquelle pulsiert und die zweite pneumatische
Druckquelle kann ebenfalls pulsieren oder kann fest sein. Alternativ
können
die inneren Schneidelemente 14 und 34 elektromechanisch
zwischen ihrer jeweiligen geöffneten
und geschlossenen Position der Öffnung
unter Verwendung eines herkömmlichen
linearen Motors oder einer Spule bewegt werden. Die Implementierung
bestimmter Betätigungsverfahren
ist umfassender in den US-Patenten Nr. 4,577,629; 4,909,249; 5,019,035
und 5,176,628, die bereits oben genannt wurden, beschrieben. Zu
Veranschaulichungszwecken und ohne Beschränkung wird die vorliegende Erfindung
nachfolgend mit Bezugnahme auf eine pneumatische/mit einer mechanischen
Feder betätigte
Vitrektomiesonde 10 der Bauart einer Guillotine beschrieben.
-
In 6 ist
ein Blockdiagramm bestimmter Teile der elektronischen und pneumatischen
Unterbaugruppen eines für
eine Verwendung bei der vorliegenden Erfindung bevorzugten mikrochirurgischen Systems 50 gezeigt.
-
Beispielsweise
könnte
es sich bei dem System 50 um das von Alcon Laboratories,
Inc. aus Fort Worth, Texas vertriebene Accurus®-Chirurgiesystem oder
um ein anderes herkömmliches
ophthalmisches mikrochirurgisches System handeln. Das System 50 umfaßt vorzugsweise
einen Host-Mikrocomputer 52, der elektronisch mit einer
Vielzahl von Mikrocontrollern 54 verbunden ist. Der Mikrocomputer 52 umfaßt vorzugsweise
einen Intel® 486TM Mikroprozes sor und die Mikrocontroller 54 umfassen
vorzugsweise Intel® 80C196TM Mikroprozessoren.
Selbstverständlich können gegebenenfalls
andere herkömmliche
Mikroprozessoren mit äquivalenten
oder besseren Leistungsmerkmalen für den Mikrocomputer 52 und
die Mikrocontroller 54 verwendet werden. Der Mikrocontroller 54a ist
elektronisch mit einem Luft/Fluid-Modul 56 des Systems 50 verbunden
und steuert dieses. Das Luft/Fluid-Modul 56 umfaßt vorzugsweise
eine pneumatische Druckquelle 58 und eine Unterdruckquelle 60,
die beide über
eine herkömmliche PVC-Rohrleitung 62 und 64 in
Fluidkommunikation mit der Sonde 10 oder Sonde 30 stehen.
Das Luft/Fluid-Modul 56 umfaßt vorzugsweise ebenfalls geeignete
elektrische Verbindungen zwischen seinen verschiedenen Komponenten.
Obwohl beide Sonden 10 und 30 im System 50 verwendet
werden können, wird
im Rest dieser Beschreibung des Systems 50 aus Gründen der
Einfachheit lediglich auf die Sonde 10 Bezug genommen.
-
Mit
Hilfe der pneumatischen Druckquelle 58 wird pneumatischer
Betriebsdruck zur Sonde 10 zugeführt, wobei es sich vorzugsweise
um einen Druck von ungefähr
57 psi (392 kPa) handelt. Ein Magnetventil 66 ist in der
Leitung 62 zwischen der Druckquelle 58 und der
Sonde 10 angeordnet. Das Magnetventil 66 hat vorzugsweise
eine Reaktionszeit zwischen ungefähr 2 und 3 Millisekunden. Das
System 50 umfaßt
vorzugsweise einen variablen Controller 68. Der variable
Controller 68 ist elektronisch über den Mikrocomputer 52 und
Mikrocontroller 54a mit einem Magnetventil 66 verbunden
und steuert dieses. Wie nachfolgend in weiteren Einzelheiten erläutert wird,
liefert der variable Controller 68 vorzugsweise ein variables
elektrisches Signal, mit dem das Magnetventil 66 zwischen
einer geöffneten
und geschlossenen Position hin- und herbewegt wird, um einen zyklischen
pneumatischen Druck zu liefern, mit dem das innere Schneidelement 14 der
Sonde 10 bei einer Vielzahl von Schneidegeschwindigkeiten
von seiner Position mit geöffneter Öffnung in
seine Position mit geschlossener Öffnung angetrieben wird. Obwohl dies
in 6 nicht gezeigt ist, kann das Luft/Fluid-Modul 56 auch
eine zweite pneumatische Druckquelle und ein zweites vom Mikrocontroller 54a gesteuertes
Magnetventil umfassen, mit dem das innere Schneidelement 34 der
Sonde 30 von seiner Position mit geschlossener Öffnung in
seine Position mit geöffneter Öffnung bewegt
wird. Bei dem variablen Controller 68 handelt es sich vorzugsweise
um einen herkömmlichen
Fußschalter
oder ein Fußpedal,
das von einem Chirurgen betätigt
werden kann. Beispielsweise kann es sich bei dem variablen Controller 68 um
das als Teil des oben genannten Accurus®-Chirurgiesystems
verkaufte Fußpedal
handeln. Alternativ könnte
es sich bei dem variablen Controller 68 gegebenenfalls
auch um einen herkömmlichen
in der Hand gehaltenen Schalter oder um eine „Berührungsbildschirm"-Steuerung handeln.
-
In 7 ist
die Flußrate
pro Zeiteinheit in Abhängigkeit
von der Schneidegeschwindigkeit für drei beispielhafte Vitrektomiesonden
gezeigt. Das Profil 80 gibt ein bevorzugtes Flußprofil
für eine
pneumatische/mechanisch mit einer Feder betätigte Sonde 10 wieder,
die gemäß der bevorzugten
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung betätigt
wird. Das Profil 82 gibt ein herkömmliches Flußprofil
für eine
pneumatische/mechanisch mit einer Feder betätigte Sonde 10 wieder.
Das Profil 84 gibt ein herkömmliches Flußprofil
für die
Microport®-Sonde
wieder. Wie in 7 gezeigt ist, ist das Flußprofil 80 vorzugsweise im
wesentlichen linear.
-
Bei
konstantem Ansaugen mit einem Unterdruck von 150 mmHg beträgt das Flußprofil 84 bei
allen Schneidegeschwindigkeiten ungefähr 40% des Profils 82.
Obwohl mit der Sonde mit dem Profil 84 Flußraten pro
Zeiteinheit von 1–2
cc/Min. erreicht werden, die bei der Durchführung von heiklen retinalen
Operationen von den Fachkreisen der ophthalmischen Chirurgie gewünscht werden,
können
mit derselben Sonde nicht die höheren
zur Durchführung der
Kern-Vitrektomie erwünschten
Flußraten
pro Zeiteinheit von 8–10
cc/Min. erreicht werden.
-
In 7 wird
für das
Verhältnis
von 0 cpm (Schnitte/Min.) zum Fluß mit maximalem cpm für die Profile 82 und 84 ein
Wert von ungefähr
2,5:1 offenbart. Im Gegensatz dazu ist das Flußverhältnis beim Profil 80 größer als
50:1. Durch Verwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zur umfassenderen
Modulierung des Flusses durch die Sonde 10 durch Anwendung
verschiedener Schneidegeschwindigkeiten, Arbeitszyklen mit geöffneter Öffnung und
Aperturdurchmessern übersteigt
das Flußprofil 80 das
der kombinierten Profile 82 und 84 deutlich. Mit
einem in derartiger Weise verbesserten Flußumfang wird die Notwendigkeit
zur Einführung
mehrerer Sonden in das Auge eines Patienten für verschiedene chirurgische
Aufgaben deutlich reduziert oder beseitigt und werden die Komplexität des chirurgischen
Eingriffs und die dabei dem Patienten zugefügte Wunde reduziert.
-
Die
verbesserte Leistungsfähigkeit
der Sonde 10 bezüglich
des Flußprofils 80 wird
durch dynamisches Variieren des Arbeitszyklus mit geöffneter Öffnung der
Sonde in Abhängigkeit
von der Schneidegeschwindigkeit erreicht. Bei hohen Schneidegeschwindigkeiten
erleichtert eine derartige Variierung des Arbeitszyklus auch die
Variierung der Größe oder Apertur
der „geöffneten" Öffnung 16. Eine der
wichtigen Entdeckungen bei der vorliegenden Erfindung besteht darin,
daß bevorzugt
wird, die Größe der geöffneten Öffnung 16 entsprechend
der Größe des Vitreous
oder von anderem zu schneidendem und zu entfernendem Zielgewebe
zu variieren. Beispielsweise zeigt 8 ein inneres
Schneidelement 14 der Sonde 10, das in ei nem einzigen
Arbeitszyklus von einer vollkommen geöffneten Position A der Öffnung 16 in
eine vollkommen geschlossene Position B der Öffnung und wieder zurück in eine
Position A, wie dies herkömmlicherweise
der Fall ist, bewegt wird. Bei diesem Betriebsmodus ist die Apertur
der Öffnung 16 konstant.
Aufgrund der Differenz der Querschnittsflächen zwischen einem relativ
kleinen Stück Vitreousgewebe 86 und
der vollkommen geöffneten Öffnung 16 wird
Gewebe 86 von der Unterdruckquelle 60 nicht immer
wirkungsvoll abgesaugt. Wie in 9 gezeigt
ist, wird jedoch gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung das innere Schneidelement 14 der
Sonde 10 zwischen einer geöffneten Position A' der Öffnung 16 und
einer vollkommen geschlossenen Position B der Öffnung und wieder zurück in die
Position A' bewegt.
Bei diesem Betriebsmodus kann die Apertur der Öffnung 16 beispielsweise
in die Position A' entsprechend
der Größe des Vitreousgewebes 86 variiert
werden. Ähnliche
Querschnittsflächen
des Vitreousgewebes 86 und der geöffneten Öffnung 16 lassen einen
wirkungsvolleren von der Unterdruckquelle 16 erzeugten
Unterdruck und ein wirksameres Absaugen von Gewebe 86 in
die Öffnung 16 zu.
Das Konzept des dynamischen Variierens des Arbeitszyklus und/oder der
Größe der geöffneten Öffnung mit
der Schneidegeschwindigkeit gemäß einer
bevorzugen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und die daraus resultierenden Vorteile
werden im Folgenden in weiteren Einzelheiten mit Bezugnahme auf
die 10, 11 und 12 erläutert.
-
10 zeigt
ein beispielhaftes vom Mikrocontroller 54a zum Magnetventil 66 zugeführtes elektrisches
Signal zur Betätigung
des Schneidelements 14 der Sonde 10 über eine
pneumatische Druckquelle 58 und Leitung 62. Die
geschlossene Position des Ventils 66 ist vorzugsweise einem
Wert von 0 Volt zugeordnet und die geöffnete Position des Ventils 66 vorzugsweise
einem Wert von 5 Volt. Bei einer gegebenen Schneidegeschwindigkeit
hat die Sonde 10 eine die Zeit zur Öffnung des Ventils 66 plus
der Zeit, während
der das Ventil 66 offengehalten wird, plus der Zeit zum
Schließen
des Ventils 66 plus der Zeit, während der das Ventil 66 geschlossen
gehalten wird, bis das nächste
Signal zum Öffnen
des Ventils 66 auftritt, wiedergebende Zeitperiode τ. τ ist der Kehrwert
der Schneidegeschwindigkeit. Beispielsweise ist bei einer Schneidegeschwindigkeit
von 800 cpm τ =
57 Millisekunden (ms)/Schnitt. Für
die Zwecke dieses Dokuments ist die Dauer des elektrischen Signals,
mit dem das Ventil 66 in der geöffneten Position gehalten wird,
definiert als die Pulsbreite PW. Gemäß der Verwendung in diesem
Dokument ist der Arbeitszyklus mit geöffneter Öffnung bzw. der Arbeitszyklus
definiert als das Verhältnis
von PW zu τ (PW/τ).
-
Wie
in 11 gezeigt ist, gibt τ auch die Zeit zwischen jeweiligen
vom Luft/Fluid-Modul 56 in Reaktion auf das elektrische
Signal aus 10 erzeugten pneumatischen Pulsen
wieder. Das pneumatische Signal ist gegenüber dem elektrischen Signal am
Ventil 66 um ungefähr
9 ms verzögert
(ungefähr 2
ms einer Verzögerung
beim Öffnen
des Ventils 66 und ungefähr 7 ms einer Übertragungsverzögerung längs der
PVC-Leitung 62). Es wurde festgestellt, daß eine beispielhafte
pneumatische/mit einer mechanischen Feder betätigte Sonde 10, wie
z.B. die von Alcon Laboratories, Inc. aus Fort Worth, Texas erhältliche
Accurus®-Sonde
sich bei einem Druck Pc von ungefähr 21 psi in der Position B
mit vollkommen geschlossener Öffnung
befindet und in der Position B mit vollkommen geöffneter Öffnung bei einem Druck Po von
ungefähr
4 psi (28 kPa). Diese beispielhafte Sonde wird mit Hilfe des Luft/Fluid-Moduls 56 mit Druckpulsen
mit einem maximalen Druck Pmax von ungefähr 34 psi und einem minimalen
Druck Pmin von ungefähr
3 psi (21 kPa) betrieben. Pc, Po, Pmax und Pmin können bei
verschiedenen Proben variieren.
-
Wie
oben erwähnt,
ist die Schneidegeschwindigkeit der Sonde 10 bzw. die Zyklusrate
des elektrischen Signals am Ventil 66 gleich 1/τ. Somit führt eine
erhöhte
Schneidegeschwindigkeit zu einer verringerten Periode τ. Falls PW
konstant gehalten wird, führt
diese Abnahme von τ zu
einem verlängerten
Arbeitszyklus, wodurch der DC oder Bias-Pegel der pneumatischen
Wellenform in 11 nach oben verschoben wird.
Unabhängig
von PW führt
eine erhöhte
Schneidegeschwindigkeit zu einer verringerten pneumatischen Auslenkung
zwischen den Spitzen (peak-peak) von Pmax und Pmin.
-
Die
Bewegung des inneren Schneidelements 14 steht in direktem
Bezug zum an die Antriebssonde 10 angelegten Druck. Die
Kombinationen dieses Verständnisses
mit den zuvor beschriebenen Auswirkungen der PW und Schneidegeschwindigkeit
auf das pneumatische Signal und einer Erhöhung der Schneidegeschwindigkeit
bei konstant gehaltener PW haben netto die Wirkung, daß eine Bewegung
des inneren Schneidelements 14 bewirkt wird, die sowohl
bezüglich
der Amplitude reduziert als auch in der Richtung der geschlossenen Öffnung verschoben
ist (d.h. in Richtung der Linie B aus 2).
-
In 11 ist
auch der über
Pc hinausgehende pneumatische Antrieb bzw. Druck Pmax dargestellt,
der sowohl für
Abweichungen bei der Betätigung
der Sonde 10 als auch für
kleinere Abweichungen bei den anderen Systemkomponenten einschließlich des
Ventils 66, der PVC-Leitung 62 und der
Druckquelle 58 sorgt. Durch Reduzieren dieser Abweichungen
und Tole ranzen wird ein Großteil
der Mehrzeit und des Überdrucks
beim Aufbau von Pmax eliminiert. Mit anderen Worten wird die Schneidekante 20 des
inneren Schneidelements 14 gerade hinter die Schneidekante 18 des äußeren Schneidelements 12 bewegt
und nicht darüber
hinaus, sofern Pmax auf Pc eingestellt ist. Die für den pneumatischen
Antrieb der Sonde 10 für
die Rückkehr
zu Po notwendige Zeit ist ebenfalls reduziert, wodurch eine weitere
Reduzierung der Periode τ und
somit ein weiterer Anstieg der Schneidegeschwindigkeit möglich wird.
-
In 12 ist
eine Zusammenstellung für
eine pneumatische/mit einer mechanischen Feder betätigte Sonde 10 gemessener
pneumatischer Wellenformen dargestellt. Die Wellenform 90 gibt
den pneumatischen Antrieb wieder, der herkömmlicherweise bei einer Sonde 10 angewandt
wird und die Wellenformen 92, 94 und 96 geben
Beispiele eines gemäß einem
bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung angewandten pneumatischen
Antriebs wieder. Die Druckpegel von Pc = 21 psi (145 kPa) zum vollständigen Schließen der Öffnung und
von Po = 4 psi (28 kPa) zum vollständigen Öffnen der Öffnung sind angegeben. Das
elektrische Signal am Ventil 66 für eine herkömmliche Wellenform 90 ist
oben gezeigt. Die Verzögerung
von 9 ms gegenüber
dem elektrischen Signal 90 für die pneumatische Wellenform 90 ist
ebenfalls angegeben.
-
Die
Wellenform 90 gibt den herkömmlichen pneumatischen Antrieb
für die
Sonde 10 mit 800 cpm wieder. In diesem Fall bewegt sich
das innere Schneidelement 14 hinter das jeweilige Ende
der Öffnung 16,
da Pmax = 34 psi (234 kPa) und Pmin = 3 psi (21 kPa) für die volle
Auslenkung sorgen. Im Gegensatz dazu verursachen die Wellenformen 92, 94 und 96 eine
Bewegung des inneren Schneidelements 14 bis zur Schneidkante 18,
wobei dies jedoch nicht zu einer vollkommen geöffneten Öffnung 16 führt. Insbesondere
liefert die Wellenform 92 eine zu 75% geöffnete Öffnung 16 bei
jedem Schneidzyklus, die Wellenform 94 eine zu 50% geöffnete Öffnung 16 bei
jedem Schneidzyklus und die Wellenform 96 eine zu 25% geöffnete Öffnung 16 bei
jedem Schneidzyklus. Für
diese Wellenformen wird die jeweilige Schneidegeschwindigkeit für den gewünschten
Bereich des Ausschlags des inneren Scheideelements 14 eingerichtet
und dann wird die Pulsbreite PW erhöht oder verringert, je nachdem,
wie dies erforderlich ist, um Pmax für eine Bewegung des inneren Schneidelements 14 gerade über die
Schneidkante 18 hinaus im wesentlichen gleich mit Pc einzustellen. Diese
Einstellung der Pulsbreite PW variiert auch den Arbeitszyklus (PW/τ).
-
Wieder
mit Bezug auf das Flußprofil 80 aus 7,
ist die Pulsbreite PW vorzugsweise bei höheren Schneidegeschwindigkeiten
(z.B. über
800 cpm) niedriger als bei niedrigeren Schneidegeschwindigkeiten
(z.B. unter 800 cpm). Die niedrigere Pulsbreite PW bei höheren Schneidegeschwindigkeiten
läßt einen
Betrieb der Sonde 10 mit einem ausreichenden Durchfluß durch
die Öffnung 16 bei
Schneidegeschwindigkeiten oberhalb des herkömmlichen Bereichs zu. Ein Verringern
der Pulsbreite PW bei höheren
Schneidegeschwindigkeiten führt
dazu, daß der Arbeitszyklus
niedriger als bei einer konstant gehaltenen PW ist. Durch Variieren
der Pulsbreite PW oder des Arbeitszyklus kann die Flußrate durch
die Öffnung 16 auf
jeden gewünschten
Betrag abgeändert werden.
-
Bei
niedrigeren Schneidegeschwindigkeiten bewegt sich das innere Schneidelement 14 bei
jedem Schneidzyklus vorzugsweise von einer vollkommen geöffneten
Position der Öffnung 16 in
eine vollkommen geschlossene Position der Öffnung 16 und wieder
zurück
in eine vollkommen geöffnete
Position der Öffnung.
Jenseits einer bestimmten Schwellwert-Schneidegeschwindigkeit nimmt die Öffnungsgröße der Öffnung 16 vorzugsweise
mit weiter zunehmender Schneidegeschwindigkeit ab. Durch Variieren
der Pulsbreite PW oder des Arbeitszyklus in der oben beschriebenen
Weise kann jeder gewünschte Betrag
für die Öffnungsgröße der Öffnung oder
den Aperturdurchmesser der Öffnung
eingerichtet werden. Die Schwellwert-Schneidegeschwindigkeit, bei der
die Öffnungsgröße der Öffnung 16 abzunehmen beginnt,
kann bei unterschiedlichen Sonden variieren.
-
Für jede auf
dem Flußprofil 80 anwachsende Schneidegeschwindigkeit
sind die Schneidegeschwindigkeit und die der Schneidegeschwindigkeit entsprechende
Pulsbreite PW (bzw. der Arbeitszyklus PW/τ) vorzugsweise einer Position
am variablen Controller 68 zugeordnet. Diese Zuordnung
wird vorzugsweise mit Hilfe von Software und/oder sich im Mikrocomputer 52 oder
Mikrocontroller 54a befindender Hardware durchgeführt.
-
Bei
dem variablen Controller 68 handelt es sich vorzugsweise
um ein herkömmliches
Fußpedal mit
einem Bewegungsbereich in einer im allgemeinen vertikalen Ebene.
Der höchste
Wert der Schneidegeschwindigkeit (und somit der niedrigste Wert
der Flußrate
und die kleinste Apertur der Öffnung 16)
ist der höchsten
Position des Fußpedals 68 zugeordnet. Abnehmende
Werte der Schneidegeschwindigkeit sind zunehmend niedergedrückten Positionen
am Fußpedal 68 zugeordnet.
-
Der
niedrigste Werte der Schneidegeschwindigkeit (und somit der höchste Wert
der Flußrate
und eine vollkommen geöffnete
Apertur der Öffnung 16) ist
der vollkommen durchgedrückten
Position des Fußpedals 68 zugeordnet.
Somit arbeitet die Sonde 10 mit der höchsten Schneidegeschwindigkeit
und kleinsten Apertur der Öffnung
und im Modus mit der niedrigsten Flußrate, bevor der Chirurg das
Fußpedal 68 niederdrückt. Dieser
Betriebsmodus ist insbesondere zur Durchführung schwieriger Operationen
in der Nähe
der Retina, wie beispielsweise zur Handhabung von bewegbarem Gewebe,
zur Zerlegung der Vitreous-Basis oder der Entfernung der Membran hilfreich.
Wenn der Chirurg das Fußpedal 68 niederdrückt, nimmt
gemäß dem Flußprofil 80 aus 7 die
Schneidegeschwindigkeit ab und die Flußrate zu, bis die niedrigste
Schneidegeschwindigkeit, eine vollkommen geöffneten Öffnungsapertur und die höchste Flußrate erreicht
sind. Dieser Betriebsmodus mit niedrigerer Schneidegeschwindigkeit
ist insbesondere bei der Kern-Vitrektomie oder zur Entfernung von umfangreichem
Vitreousgewebe, wie beispielsweise der Traktionsbänder hilfreich.
-
Obwohl
das Verfahren zum dynamischen Variieren des Arbeitszyklus zum Öffnen der Öffnung und/oder
der Öffnungsapertur
oben mit Bezug auf eine pneumatische/mit einer mechanischen Feder betätigte Sonde 10 beschrieben
wurde, ist für
den Fachmann erkennbar, daß das
Verfahren gleichermaßen
auf eine duale pneumatisch betätigte
Sonde 30 anwendbar ist. Zusätzlich wird davon ausgegangen,
daß der
Arbeitszyklus und/oder die Öffnungsapertur
ebenfalls so variiert werden können,
daß der Flußbereich
und die Schneidegeschwindigkeiten einer Sonde, die unter Verwendung
eines herkömmlichen
linearen elektrischen Motors, Magneten oder einer anderen elektromechanischen
Vorrichtung betätigt
wird, erweitert werden können.
-
Aus
dem Vorhergehenden wird verständlich, daß durch
die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Durchführung aller
grundlegenden Aspekte der chirurgischen Vitrektomie bereitgestellt wird,
das sowohl für
den Chirurgen als auch den Patienten deutliche Vorteile bietet.
Die vorliegende Erfindung ist hier beispielhaft dargestellt und
es können von
einem Fachmann zahlreiche Modifizierungen daran vorgenommen werden.
Beispielsweise sind die Verfahren zum dynamischen Variieren des
Arbeitszyklus zum Öffnen
der Öffnung
und/oder der Öffnungsapertur
in Abhängigkeit
der Schneidegeschwindigkeit, obwohl sie oben in Verbindung mit dem
Betrieb von Vitrektomiesonden beschrieben wurden, gleichermaßen auf
den Betrieb mikrochirurgischer Absaugsonden oder anderer mikrochirurgischer
zum Schneiden und Entfernen von Körpergewebe in ähnlicher
Weise verwendeter mikrochirurgischer Sonden anwendbar. Selbstverständlich würde bei
einer Absaugsonde das innere Schneidelement durch ein Dichtungselement
ersetzt und die Schneidegeschwindigkeit durch die Zyklusrate ersetzt
werden. Als ein weiteres Beispiel ist das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung, obwohl das bevorzugte Flußprofil der vorliegenden Erfindung
im wesentlichen linear ist, ebenfalls auf nicht lineare Flußprofile anwendbar.
Als weiteres Beispiel ist die vorliegende Erfindung, obwohl das
bevorzugte Flußprofil
der vorliegenden Erfindung mit einem beispielhaften Ansaugunterdruck
von 150 mmHg dargestellt wurde, auch auf Flußprofile bei anderen Ansaugpegeln
anwendbar. Als ein weiteres Beispiel können andere alternative Techniken
als das Einstellen der Schneidegeschwindigkeit, des Arbeitszyklus
und der Pulsbreite, wie oben in Verbindung mit der Sonde 10 beschrieben
wurde, zur Einstellung der Flußrate
verwendet werden.
-
Es
wird davon ausgegangen, daß die
Betriebsweise und der Aufbau der vorliegenden Erfindung aus der
vorhergehenden Beschreibung deutlich werden. Obwohl die gezeigte
bzw. oben beschriebene Vorrichtung und die Verfahren als die Bevorzugten dargestellt
wurden, können
zahlreiche Änderungen und
Abwandlungen daran vorgenommen werden, ohne vom Umfang der durch
die folgenden Ansprüche
definierten Erfindung abzuweichen.