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Dokumentenidentifikation DE69935041T2 15.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001123049
Titel SYSTEM ZUR KONTROLLE EINES MOTORBETRIEBENEN CHIRURGISCHEN SCHNEIDEINSTRUMENTS
Anmelder Suros Surgical Systems, Inc., Franklin, Ind., US;
Bausch & Lomb Surgical, Inc., St. Louis, Mo., US
Erfinder MARK, L., Joseph, Indianapolis, IN 46208, US;
MILLER, E., Michael, Trafalgar, IN 46181, US;
KARA, T., Miklos, Santa Rosa, California 95409, US;
HENRY, John, Daniel, Winchester, VA 22601, US;
MCCARY, Brian, St. Louis, MO 63105, US
Vertreter Andrae Flach Haug, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69935041
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.10.1999
EP-Aktenzeichen 999548365
WO-Anmeldetag 13.10.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/US99/23652
WO-Veröffentlichungsnummer 2000022994
WO-Veröffentlichungsdatum 27.04.2000
EP-Offenlegungsdatum 16.08.2001
EP date of grant 31.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.11.2007
IPC-Hauptklasse A61B 17/14(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse A61B 17/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Systeme für das Steuern von motorbetriebenen chirurgischen Schneidinstrumenten und insbesondere solche Systeme zum Steuern der Position des chirurgischen Schneidinstruments, wenn der Antriebsmotor angehalten wird. Insbesondere betrifft die Erfindung das Steuern eines Gleichstrommotors vom Bürstentyp, der zum Antreiben des Schneidinstruments verwendet wird.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Minimal invasive chirurgische Schneidinstrumente sind bekannt und werden weit verbreitet zum Herausschneiden und Entfernen von biologischem Gewebe verwendet. Solche Instrumente umfassen typischerweise ein Handstück, das ein Schneidwerkzeug, das innerhalb einer länglichen Kanüle untergebracht ist, umfasst, wobei das Werkzeug benachbart einer Öffnung bei der oder nahe der Spitze der Kanüle angeordnet ist. Die Kanüle selbst ist für ein perkutanes Einsetzen in einen Körper über einen kleinen Einschnitt gestaltet und wird manuell in die Position für das Herausschneiden und Entfernen von Gewebe manövriert.

Es sind verschiedene Konfigurationen von Schneidwerkzeugen bekannt, und sie können manuell, pneumatisch oder über einen elektrisch gesteuerten Antriebsmotor angetrieben werden. Auf jeden Fall wird Gewebe benachbart der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle typischerweise durch Antreiben des Schneidwerkzeugs mit entweder einer drehenden oder hin- und her gehenden Bewegung relativ zur Kanüle herausgeschnitten, wodurch Gewebe in die Öffnung (üblicherweise über Unterdruck) gezogen und durch das Schneidwerzeug herausgeschnitten wird.

Während motorbetriebene, chirurgische Schneidinstrumente des vorstehend angegebenen Typs weit verbreitet bei chirurgischen Anwendungen verwendet wurden, leiden viele der gegenwärtig verfügbaren Konstruktionen an einer Vielzahl von Nachteilen. Falls die Position des Schneidwerkzeugs beispielsweise nicht gesteuert wird, wenn der Antriebsmotor deaktiviert ist, besteht die Möglichkeit, dass das Schneidwerkzeug in einer Position zur Ruhe kommt, die nichtherausgeschnittenes Gewebe zwischen einer Schneidfläche des Schneidwerkzeugs und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festhält oder einklemmt. Um dieses Problem zu vermeiden, müssen Chirurgen typischerweise eine Aktivierung des Antriebsmotors aufrechterhalten, wenn die Spitze des Instruments zu der chirurgischen Stelle bewegt oder von dieser entfernt wird, wodurch die Genauigkeit und die Präzision des Verfahrens aufs Spiel gesetzt wird. Der vorstehend angegebene Nachteil wird problematischer, wenn die Komplexität des Verfahrens größer wird, und ist bei der Durchführung von heiklen Verfahren wie dem Entfernen von Glaskörpergewebe während einer Augenoperation von besonderer Bedeutung.

Konstrukteure von solchen chirurgischen Schneidinstrumenten haben versucht, das vorstehend angegebene Problem durch die Schaffung von verschiedenen Systemen zum Steuern der Motorposition anzusprechen, wenn er anhält oder der Antriebsmotor deaktiviert wird. Ein Beispiel eines solchen Systems zum Steuern der Position eines bürstenlosen Dreiphasengleichstrommotors ist im US-Patent Nr. 5,602,449, erteilt an Krause et al., angegeben. Die Offenbarung von Krause et al. offenbart ein kompliziertes Steuersystem, einschließlich mehrerer Sensoren, um die Motorankerstellung in Intervallen von 6° zu bestimmen. Wie im Stand der Technik bekannt ist, werden bürstenlose Gleichstrommotoren typischerweise mit Bezug auf ihre Drehzahl statt mit Bezug auf ihr Drehmoment angetrieben und weisen dementsprechend einen mit ihrem Betrieb verbundenen, geringen Drehwiderstand auf. Ein gesteuertes Anhalten eines solchen Motors ist so extrem schwierig, wenn nicht unmöglich, wenn der Motor bei einer hohen Drehzahl betrieben wird, und das System von Krause et al. spricht dementsprechend auf ein Motorstoppsignal an, um zuerst die Motordrehzahl unter eine gewisse Schwellendrehzahlgröße zu verringern, und dann wird ein gesteuerter Stopp auf der Grundlage der Ankerposition durchgeführt.

Bürstengleichstrommotoren sind im Vergleich zu bürstenlosen Gleichstrommotoren typischerweise eher mit Bezug auf ihr Drehmoment statt mit Bezug auf ihre Drehzahl und weisen dementsprechend einen damit verbundenen beträchtlichen Drehwiderstand auf. So sind, obgleich das System von Krause et al. wirksam für ein gesteuertes Anhalten eines chirurgischen Schneidinstruments, das von einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben wird, vorgesehen werden kann, solche komplizierten Steuertechniken bei einem Antrieb mit einem Bürstengleichstrommotor nicht notwendig. Deshalb wird eine einfache und preiswerte Steuertechnik zum Steuern der Stopp-Position eines chirurgischen Instruments, das von einem Bürstengleichstrommotor angetrieben wird, benötigt. Idealerweise sollte das Steuersystem betätigbar sein, um die Position des Schneidwerkzeugs zu steuern, wenn der Antriebsmotor abgeschaltet wird, sodass nicht herausgeschnittenes Gewebe nicht zwischen dem Schneidwerkzeug und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festgehalten wird.

US-A-5 669 921 offenbart ein Positioniersystem zum Steuern der Orientierung eines bewegbaren, länglichen, inneren Elements relativ zu einem feststehenden, länglichen, äußeren Element eines chirurgischen Instruments. Ein endoskopisches, drehbares Rasierinstrument weist eine Rasierklingenanordnung auf, die in einem Handstück aufgenommen und von diesem angetrieben werden kann. Die bewegbare Komponente der Rasierklingenanordnung ist mit einem Positionsanzeigemittel versehen, das von einem Sensor in dem Handstück abgelesen wird, um die Position zu steuern, bei der das innere Element relativ zu dem äußeren Element angehalten wird. Die Rasierklingenanordnung kann als Ansaugvorrichtung oder als Sonde ohne Ansaugfunktion verwendet werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Erfindungsgemäß wird eine Gewebeschneidvorrichtung vorgesehen, die umfasst:

ein längliches Gehäuse, das in eine Körperstelle einführbar ist, wobei das Gehäuse ein erstes Ende hat, das eine daran angrenzende Öffnung begrenzt;

ein Gewebeschneidwerkzeug, das in dem Gehäuse angeordnet ist und mindestens eine Schneidfläche hat, die relativ zu dem Gehäuse angrenzend an die Öffnung bewegbar ist, um dadurch in die Öffnung ragendes Gewebe zu entfernen;

einen Motor, der eine Antriebswelle antreibt, die sich von ihm aus erstreckt und mit dem Schneidwerkzeug verbunden ist, wobei der Motor betreibbar ist, um das Schneidwerkzeug mit einer Schneidgeschwindigkeit zum Entfernen von Gewebe an der Öffnung anzutreiben;

ein Mittel zum Erkennen einer vorbestimmten Stellung der Antriebswelle relativ zu dem Gehäuse und zum Erzeugen eines dazu entsprechenden Stopp-Positionssignals, wobei die vorbestimmte Position einer Position der mindestens einen Schneidfläche relativ zu der Öffnung entspricht, um zu vermeiden, dass nicht herausgeschnittenes Gewebe dazwischen festgehalten wird;

ein Mittel zum Erzeugen eines Motorstoppsignals, wenn das Schneidwerkzeug zu stoppen ist;

gekennzeichnet durch einen Steuerschaltkreis, der auf das Motorstoppsignal anspricht, um den Motor abzuschalten, wenn die Antriebswelle in einer Position vor der vorbestimmten Position ist, sodass der Motor stoppt, wenn die Antriebswelle im Wesentlichen in der vorbestimmten Position ist.

Bei einem Merkmal der Erfindung treibt ein Bürstengleichstrommotor eine Antriebswelle an, die mit dem Schneidwerkzeug gekoppelt ist. Während der Bürstenmotor sich dreht, kann das Schneidwerkzeug in einer rotierenden oder hin und hergehenden Weise mit einem geeigneten Getriebemechanismus zwischen der Antriebswelle und dem Schneidwerkzeug angetrieben werden. Mittel sind vorgesehen zum Feststellen einer vorbestimmten Position der Antriebswelle relativ zu dem Gehäuse und zum Erzeugen eines Stopp-Positionssignals, das dieser entspricht. Bei einer Ausführungsform ist das Feststellungsmittel ein Halleffekt-Sensor und ein Magnet, der zwischen dem Motor und dem Schneidwerkzeug angeordnet ist.

Ein Motorsteuerschaltkreis ist vorgesehen, um den Betrieb des Motors zu steuern. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schaltkreis eine impulsbreitenmodulierte Steuereinrichtung. Bei einer weiteren Ausführungsform verwendet der Motorsteuerschaltkreis eine Stromrückkopplung, um den Motorstrom zu steuern. Bei beiden Ausführungsformen ist der Motorsteuerschaltkreis in Reaktion auf ein Motorstoppsignal betreibbar, um den Motor mit der Antriebswelle an der vorbestimmten Position zu stoppen. Bestimmte Merkmale des Motorsteuerschaltkreises sind so gestaltet, dass sie die natürlichen Bremscharakteristiken des Motors und des Schneidwerkzeugs auszunutzen, um den Motor an der geeigneten Position zu stoppen. Diese vorbestimmte Position ist so angeordnet, dass die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs relativ zu der Öffnung orientiert wird, um ein Festhalten von nicht herausgeschnittenem Gewebe zwischen der Schneidfläche und einer Grenze der Öffnung zu vermeiden.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Motorsteuerschaltkreis eine mit einem Operationsverstärker angetriebene Stromrückkoppelungsschleife, um den dem Bürstenmotor zugeführten Strom zu steuern. Ein Schalter ist in der Rückkopplungsschleife angeordnet, um das Stromrückkopplungssignal zu inaktivieren, wenn der Motor angehalten werden soll. Das Ausschalten dieser Stromrückkopplung verbessert die Bremscharakteristiken des Motors und des Handstücks, sodass die Schneidklinge genau in ihrer vorbestimmten Position angehalten werden kann. Bei dieser Ausführungsform kann der Steuerschaltkreis auf ein Motorstoppsignal reagieren, um den Rückkopplungsschleifenschalter zu aktivieren. Der Motor wird mit Energie versorgt, bis das Stopp-Positionssignal empfangen wird, das angibt, dass sich die Antriebswelle an der vorbestimmten Position befindet, an welchem Punkt, dem Motor kein Strom zugeführt wird, um die Schneidvorrichtung anzuhalten.

Bei einer weiteren Ausführungsform spricht der Steuerschaltkreis auf ein Motorstoppsignal an, um den Motor mit einer vorbestimmten Motordrehzahl anzutreiben, die geringer ist als die Arbeitsgeschwindigkeit der Schneidvorrichtung. Der Steuerschaltkreis spricht auch auf ein zweites Auftreten des Stopp-Positionssignals an, um den Motor mit der Antriebswelle an der vorbestimmten Position zu deaktivieren.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems zum Steuern des Bürstengleichstrommotors eines motorbetriebenen chirurgischen Instruments gemäß der vorliegenden Erfindung.

2 ist eine schematische Darstellung des Systems von 1 mit der Darstellung weiterer Einzelheiten einer Ausführungsform einer Motorsteuereinheit und des chirurgischen Instruments.

3A ist ein Schnitt durch das Handstück von 2 mit der Darstellung von Einzelheiten eines Stopp-Positions-Identifikationsmechanismus des chirurgischen Instruments für eine drehend angetriebene Motorwelle.

3B ist ein Schnitt durch das Handstück von 2 mit der Darstellung von Einzelheiten eines Stopp-Positions-Identifikationsmechanismus des chirurgischen Instruments für eine linear angetriebene Motorwelle.

4A ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform eines sich drehenden, chirurgischen Schneidwerkzeugs, das innerhalb der Kanüle des in 2 dargestellten, chirurgischen Instruments angeordnet ist.

4B ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 4A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 4B-4B, der die Schneidflächen des Schneidwerkzeugs, die von der Kanülenöffnung entfernt angeordnet sind, zeigt.

4C ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 4A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 4C-4C, der eine der Schneidflächen des Schneidwerkzeugs zeigt, die einen Teil des Gewebes herausschneidet, das in die Öffnung nahe der Kanülenspitze gedrückt wurde.

4D ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 4A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 4D-4D, der eine der Schneidflächen des Schneidwerkzeugs zeigt, die einen Teil des Gewebes zwischen dem Schneidwerkzeug und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festhält, wobei dieser Zustand erfindungsgemäß vermieden wird.

5A ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines sich drehenden, chirurgischen Schneidwerkzeugs, das innerhalb der Kanüle des in 2 gezeigten, chirurgischen Instruments angeordnet ist.

5B ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 5A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 5B-5B, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die benachbart der Kanülenöffnung angeordnet ist.

5C ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 5A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 5C-5C, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, das von der Öffnung entfernt nahe der Kanülenspitze angeordnet ist, nach dem Herausschneiden eines Teils des Gewebes, das sich in die Kanülenöffnung erstreckt.

5D ist ein Schnitt durch das chirurgische Schneidwerkzeug von 5A bei Betrachtung entlang der Schnittlinien 5D-5D, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die einen Teil des Gewebes zwischen dem Schneidwerkzeug und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festhält, wobei dieser Zustand erfindungsgemäß vermieden wird.

6A ist ein Schnitt durch eine Ausführungsform eines sich linear hin und her bewegenden, chirurgischen Schneidwerkzeugs, das innerhalb der Kanüle des in 2 gezeigten, chirurgischen Instruments angeordnet ist, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die benachbart der Kanülenöffnung angeordnet ist.

6B ist ein Schnitt durch das Schneidwerkzeug von 6A, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die von der Öffnung entfernt nahe der Kanülenspitze angeordnet ist, nach dem Herausschneiden eines Teils des Gewebes, das sich in die Kanülenöffnung erstreckt.

6C ist ein Schnitt durch das Schneidwerkzeug von 6A, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die einen Teil des Gewebes zwischen dem Schneidwerkzeug und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festhält, wobei dieser Zustand erfindungsgemäß vermieden wird.

7 ist ein Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines sich linear hin und her bewegenden, chirurgischen Schneidwerkzeugs, der die Schneidfläche des Schneidwerkzeugs zeigt, die einen Teil des Gewebes zwischen dem Schneidwerkzeug und der Öffnung nahe der Spitze der Kanüle festhält.

8 ist ein elektrisches Schaltbild eines Motorsteuerschaltkreises zur Verwendung bei einer Ausführungsform der Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Für die Zwecke des Verbesserns des Verständnisses der Prinzipien der Erfindung wird nun auf die Ausführungsformen Bezug genommen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, und eine spezifische Sprache wird zur Beschreibung derselben verwendet. Es ist dennoch ersichtlich, dass dadurch keine Beschränkung des Umfangs der Erfindung beabsichtigt ist, wobei solche Änderungen und weiteren Modifikationen der veranschaulichten Vorrichtungen und solche weiteren Anwendungen der Prinzipien der Erfindung, wie hier veranschaulicht, ins Auge gefasst werden, wie sie normalerweise einem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, einfallen würden.

Unter Bezugnahme auf 1 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines Systems 10 zum Steuern eines motorbetriebenen, chirurgischen Schneidinstruments gezeigt. Das System 10 umfasst eine Hauptsteuereinheit (MCU) 12, die vorzugsweise ein System auf der Grundlage eines Mikroprozessors ist. Die MCU 12 ist, wie sie die vorliegende Erfindung betrifft, betreibbar, um die verschiedenen Arbeitsgänge des chirurgischen Schneidinstrumenthandstücks 26 zu steuern und den Gesamtbetrieb des Systems 10 zu bewerkstelligen. Ein Fußschalter 14, der von bekannter Konstruktion sein kann, ist elektrisch mit einer Anzahl von Eingängen der MCU 12 über eine gleiche Anzahl, K, von Signalwegen 16 verbunden, wobei K jede ganze Zahl sein kann. Wie es im Stand der Technik bekannt ist, wird der Fußschalter 14 von dem Chirurgen betätigt, um der MCU 12 Steuersignale zuzuführen, um die Aktivierung und Deaktivierung des Schneidinstrumenthandstücks 26 zu signalisieren und um dessen Schneidgeschwindigkeit zu steuern.

Eine Steuerkonsole 18, die von bekannter Konstruktion sein kann, ist elektrisch mit einer Anzahl von Eingängen der MCU 12 über eine gleiche Anzahl, J, von Signalwegen 20 verbunden, wobei J jede ganze Zahl sein kann. Die Steuerkonsole 18 kann eine Anzahl von Steuermechanismen zum Steuern der verschiedenen Merkmale des Schneidinstrumenthandstücks 26 enthalten. Beispiele solcher Merkmale können umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, den Strom von Spülfluid (nicht gezeigt), der dem Handstück 26 zugeführt wird, die Steuerung einer Unterdruckquelle 42, die mit dem Handstück 26 verbunden ist, und dergleichen.

Eine Anzeigeeinheit 22, die von bekannter Konstruktion sein kann, ist elektrisch mit einer Anzahl von Ausgängen der MCU 12 über eine gleiche Anzahl, Q, von Signalwegen 24 verbunden, wobei Q jede ganze Zahl sein kann. Die Anzeigeeinheit 22 umfasst vorzugsweise Vorkehrungen für das Anzeigen von verschiedenen Betriebsparametern des Systems 10, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, des Betriebsstatus des Schneidinstrumenthandstücks 26, der Geschwindigkeit des Betriebs des Schneidwerkzeugs 36, des Unterdruckniveaus und dergleichen.

Ein chirurgisches Schneidinstrument 36 ist innerhalb des Handstücks 26 angeordnet und umfasst einen Bürstengleichstrommotor 34, der mit dem Schneidinstrument oder -werkzeug 36 über eine Motorantriebswelle gekoppelt ist, wie dies nachstehend vollständiger beschrieben wird. Der Motor 34 ist elektrisch mit einer Motorsteuereinheit 28 über eine Anzahl, M, von Signalwegen 30 verbunden, wobei M jede ganze Zahl sein kann. Die Motorsteuereinheit 28 ist ihrerseits mit einer Anzahl von Ausgängen der MCU 12 über eine gleiche Anzahl, N, von Signalwegen 32 verbunden. Ein Motorwellenpositionssensor 38 ist elektrisch mit einem Motorwellenpositionsrückkoppelungseingang (SPF) der MCU 12 über den Signalweg 40 verbunden und liefert ein Motorstopp-Identifikationssignal über diesen, wie dies nachstehend vollständiger beschrieben wird. Mit Bezug auf die vorliegende Erfindung liefert das Motorwellenstopp-Identifikationssignal, das von dem Sensor 38 auf dem Signalweg 40 zugeführt wird, der MCU 12 vorzugsweise ein Motorstopp-Identifikationssignal sowie ein Schneideinrichtungsgeschwindigkeitssignal, das proportional zu der Motordrehzahl für ein mit einem Getriebe versehendes System ist oder identisch mit der Motordrehzahl für ein Direktantriebssystem ist.

Das Handstück 26 ist des weiteren mechanisch mit einer Unterdruckeinheit 42 über einen Kanal 44 verbunden, wodurch die Unterdruckeinheit 42 für ein steuerbares Unterdruckniveau zum Handstück 26 sorgt, um herausgeschnittenes Gewebe anzusaugen, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Die Unterdruckeinheit 42 ist elektrisch mit einer Unterdrucksteuereinheit 46 über eine Anzahl, P, von Signalwegen 48 verbunden, wobei P jede ganze Zahl sein kann. Die Unterdrucksteuereinheit 46 ist ihrerseits mit einer Anzahl von Ausgängen der MCU 12 über eine gleiche Anzahl, L, von Signalwegen 50 verbunden, wobei L jede ganze Zahl sein kann. Ein Unterdrucksensor 52, der ein temperaturkompensierter Festkörperdrucksensor sein kann, wird vorzugsweise innerhalb des Kanals 44 angeordnet und ist elektrisch mit einem Unterdruckrückkopplungs-(VF-)Eingang der MCU 12 über den Signalweg 54 verbunden. Alternativ kann der Unterdrucksensor 52 innerhalb des Handstücks 26 oder innerhalb der Unterdruckeinheit 42 selbst angeordnet sein.

Im Betrieb spricht die MCU 12 auf ein Unterdruckbefehlssig- nal an, das vorzugsweise von einem entsprechenden Steuermechanismus geliefert wird, der mit der Steuerkonsole 18 oder einem äquivalenten Steuermechanismus verbunden ist, um ein oder mehrere entsprechende Unterdrucksteuersignale der Unterdrucksteuereinheit 46 entlang der Signalwege 50 zuzuführen. Die Unterdrucksteuereinheit 46 spricht ihrerseits auf ein oder mehrere Unterdrucksteuersignale an, um die Unterdruckeinheit 42 zu aktivieren, um dadurch dem Handstück 26 ein gewünschtes Niveau an Unterdruck zuzuführen. Das tatsächliche Unterdruckniveau, das dem Handstück 26 zugeführt wird, wird durch einen Unterdrucksensor 52 festgestellt, der ein entsprechendes Unterdruckrückkopplungssignal an den Unterdruckrückkopplungseingang VF der MCU 12 liefert. Die MCU 12 ist dann betriebsbereit, um das Unterdruckrückkopplungssignal mit dem Unterdruckbefehlssignal zu vergleichen und entsprechend das eine oder die mehreren Unterdrucksteuersignale einzustellen, um das gewünschte Unterdruckniveau innerhalb des Handstücks 26 zu erzielen. Solche Rückkopplungstechniken mit geschlossenem Regelkreis sind im Stand der Steuersystemtechnik bekannt.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann die MCU 12 durch einzelne Mikroprozessoren ersetzt werden, die den Eingang und Ausgang zum Steuern des Betriebs der Motorantriebseinrichtung 58 und der Unterdruckerzeugungseinheit 42 steuern. Bei dieser alternativen Ausführungsform können die Motorsteuer- und Unterdrucksteuer-Mikroprozessoren PIC16Cxx Series Mikrosteuereinrichtungen sein, die von Microchip, Inc., Chandler, Arizona, geliefert werden. Die Motorsteuer-Mikrosteuereinrichtungen können Eingangssignale von der Motorantriebseinrichtung 58 und dem Positionssensor 38 sowie von dem Fußschalter 14 und den Konsolensteuerungen 18 empfangen. In gleicher Weise kann die Unterdruckmikrosteuereinrichtung Eingangssignale von dem Unterdrucksensor 52, dem Fußschalter und den Konsolensteuerungen empfangen. Jede Mikrosteuereinrichtung kann ihren eigenen Ausgang an die von ihr angetriebene Komponente liefern und ihre eigene Anzeige wie eine LED-Anzeige aufweisen, die ihren Betriebsstatus anzeigt. Des weiteren können die beiden Einheiten miteinander kommunizieren, um ein sauberes Schneiden durch ein ordnungsgemäßes zeitliches Abstimmen der Schneid- und Ansaugfunktionen sicherzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Handstück 26 einen Steuerabschnitt 62 mit einem länglichen Gehäuse oder einer Kanüle 64, die sich von dort erstreckt. Die Kanüle 64 endet an der Kanülenspitze 66 und begrenzt eine Öffnung 68 nahe der Spitze 66. Die Kanüle 64 ist im Allgemeinen hohl und nimmt jede der verschiedenen Ausführungsformen des Gewebeschneidwerkzeugs 36, auf wie in 4A, 5A, 6A und 7 gezeigt. Auf jeden Fall ist die Kanüle 64 zum Einführen in eine Körperstelle gestaltet, und bei einer spezifischen Anwendung des Systems 10 ist die Kanüle 64 so gestaltet, dass sie eine perkutane Augenoperation durchführt. Die Verbindung der Unterdruckeinheit 42 mit dem Schneidinstrumenthandstück 26 über den Kanal 44 ist in 2 im Hinblick auf die Kürze und die Klarheit der Darstellung des Bürstengleichstromantriebsmotors 34 und der zugehörigen Komponenten weggelassen. Es ist jedoch ersichtlich, dass eine solche Unterdruckverbindung zu dem Instrumentenhandstück 26 hergestellt wird und sie typischerweise zwischen der Kanüle 64 und dem Steuerabschnitt 62 hergestellt wird. Des weiteren kann, obgleich dies in den Zeichnungen nicht spezifisch gezeigt ist, eine Spülflüssigkeitsverbindung auch zu dem Handstück 26 des Schneidinstruments hergestellt werden, sodass Spülfluid über die Kanülenöffnung 68 zu der chirurgischen Stelle geleitet werden kann.

Unter Bezugnahme auf 2 und 3A sind bevorzugte Ausführungsformen der Motorsteuereinheit 28 und des Handstücks 26 detaillierter gezeigt. Die Motorsteuereinheit 28 umfasst bei einer Ausführungsform eine Impulsbreitenmodulations-(PWM-) Generatorschaltung 56 mit einem Motordrehzahleingang, der mit einem der MCU-Ausgänge 321 verbunden ist. Der Ausgang 321 kann ein variables Spannungssignal liefern, das eine gewünschte Motordrehzahl anzeigt und auf der Position einer Drossel oder eines Fußpedals basiert. Bei bestimmten Ausführungsformen ist ein zusätzlicher Eingang mit einem anderen der MCU-Ausgänge 322 verbunden. Das Signal dieses Ausgangs 322 kann ein Motorverlangsamungssignal, wie nachstehend beschrieben, sein. Alternativ kann der Ausgang 322 ein Bremssignal bilden, das zusammen mit einer Stromrückkopplungsmotorsteuereinrichtung, wie in 8 gezeigt, verwendet wird. Als weitere Alternative kann der Verlangsamungsbefehl über den Motordrehzahlbefehl selbst statt über ein separates Signal 322 vermittelt werden. In diesem Fall ist der Ausgang 322 möglicherweise nicht erforderlich.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist die PWM innerhalb der Motorsteuereinheit angeordnet. Alternativ kann die PWM in der MCU 12 oder in dem vorstehend erörterten, separaten Motorsteuerungsmikroprozessor integriert sein. Der Motordrehzahleingang empfängt ein Motordrehzahlsignal von der MCU 12, das die gewünschte Betriebsdrehzahl des Antriebsmotors 34 anzeigt. Der Verlangsamungseingang kann ein Drehzahleinstellsignal von der MCU 12 auf der Grundlage des aktuellen Motordrehzahlsignals empfangen, das von einem Motorsensor 76 geliefert wird, der mit dem Antriebsmotor 34 verbunden ist, wobei der Motorsensor 76 nachstehend detaillierter beschrieben ist.

Ein Motortreiberschaltkreis 58 ist elektrisch mit der PWM-Generatorschaltung 56 über einen Signalweg 60 verbunden und empfängt ein PWM-Antriebssignal von dieser, das ein impulsbreitenmoduliertes Signal ist, das die gewünschte Antriebsmotordrehzahl anzeigt. Der Motortreiberschaltkreis 58 liefert ein Motorantriebssignal (MD) zum Antriebsmotor 34 über den Signalweg 30. Während die bevorzugte Ausführungsform eine digitale Steuerung des Motors unter Verwendung der PWM-Generatorschaltung 56 ins Auge fasst, können alternative Ausführungsformen analoge Schaltungen mit Rückkopplung mit geschlossenem Regelkreis verwenden, insbesondere wenn langsamere Schneidgeschwindigkeiten ins Auge gefasst werden. Eine alternative Steuereinrichtung ist in 8 gezeigt und hier detaillierter beschrieben.

Das Motorantriebssignal umfasst einen Motorstoppeingang, der mit einem anderen der MCU-Ausgänge 323 verbunden ist. Erfindungsgemäß liefert die MCU ein Motorstoppsignal auf dem Signalweg 323 auf der Grundlage eines Motordeaktivierungsbefehls, der von dem Fußschalter 14 geliefert wird und auch auf einem von dem Sensor 38 gelieferten Motorstopp-Identifikationssignal basiert, um das Gewebeschneidwerkzeug 36 in einer gewünschten Position anzuhalten, wie nachstehend vollständiger beschrieben wird. Bei bestimmten Ausführungsformen wird nur das Motorstoppsignal verwendet, um dem Motor zu befehlen, an einer vorbestimmten Position anzuhalten. Bei diesen bestimmten Ausführungsformen kann das Motorverlangsamungssignal auf dem Weg 322 eliminiert werden oder der Eingang auf dem Weg 322 kann für andere Steuersignale zu dem Motorsteuerschaltkreis verwendet werden.

Der Antriebsmotor 34 ist vorzugsweise ein bekannter Bürstengleichstrom-Elektromotor, der eine Motordrehwelle 70, die damit verbunden ist, antreiben kann. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Motordrehwelle 70 direkt mit einer Antriebswelle 74 eines sich drehenden Schneidwerkzeugs verbunden (siehe 4A4D und 5A5D), das innerhalb der Kanüle 64 derart angeordnet ist, dass sich das Schneidwerkzeug um eine Längsachse dreht, die durch die längliche Kanüle 64 gebildet ist. Bei einer alternativen Ausführungsform ist die Motordrehwelle 70 mit einem Ende eines Getriebemechanismus 72 verbunden, der betätigbar ist, um die Drehbewegung der Welle 70 in eine lineare hin und her gehende Bewegung umzuwandeln. Das gegenüberliegende Ende des Getriebemechanismus 72 ist mit der Antriebswelle 74 eines sich linear hin und her bewegenden Schneidwerkzeugs verbunden (siehe 6A6C oder 7), das innerhalb der Kanüle 64 derart angeordnet ist, dass sich das Schneidwerkzeug entlang der Längsachse der Kanüle 64 hin und her bewegt. Ein Beispiel eines bekannten Getriebemechanismus für das Umwandeln der Drehbewegung der Welle 70 in eine linear hin und her gehende Bewegung ist in dem US-Patent Nr. 5,411,513, erteilt an Ireland et al., beschrieben, dessen Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.

Unter Bezugnahme auf 3A und 3B sind bevorzugte Ausführungsformen eines Mechanismus zum Bestimmen des Motorstopp-Identifikationssignals gezeigt. In dem Fall, bei dem die Motorantriebswelle 70 direkt mit der Antriebswelle 74 eines sich drehenden Schneidinstruments verbunden ist (4A und 5A), wie in 3A gezeigt, ist der Sensor 38 vorzugsweise innerhalb einer Innenfläche des Handstücks 26 angeordnet oder an dieser befestigt. Ein Kanal 25 ist vorzugsweise innerhalb des Handstücks 26 ausgebildet, und ein Signalweg 40 ist innerhalb des Kanals 25 angeordnet und elektrisch mit dem Sensor 38 verbunden. Auf diese Weise ist der Signalweg 40 gegenüber dem Inneren des Handstücks 26 isoliert. Die Welle 70, die in 3A als in der durch den Pfeil 75 gezeigten Richtung drehbar angetrieben gezeigt ist, umfasst eine Wellenpositions-Identifikationsmarkierung 76, die daran befestigt oder einstückig damit ausgebildet ist. Falls die Motorantriebswelle 70 mit einer Getriebeeinheit 72 verbunden ist, die dann mit der Antriebswelle 74 eines sich linear hin und her bewegenden Schneidinstruments verbunden ist (siehe 6A und 7), wie in 3B gezeigt ist, wird die Welle 74 linear in der durch den Pfeil 79 angegebenen Richtung linear angetrieben und umfasst eine Wellenpositions-Identifikationsmarkierung 77, die daran befestigt oder einstückig damit ausgebildet ist. Alternativ kann die Markierung 76, die an der Welle 70 angeordnet ist, verwendet werden, obgleich das Handstück 26 eine Getriebeeinheit 72 umfasst. In jedem Fall ist der Sensor 38 vorzugsweise ein bekannter Halleffekt-Sensor, obgleich die vorliegende Erfindung die Verwendung anderer bekannter Sensoren, wie eines variablen Reluktanzsensors und dergleichen ins Auge fasst. Die Markierungen 76 und 77 sind vorzugsweise magnetisierte Identifizierungseinrichtungen, die mit den Sensor 38 fluchten, wenn sich das Schneidinstrument in einer bevorzugten Stopp-Position befindet. Der Sensor 38 ist betätigbar, um das Vorbeibewegen der Markierung 76 oder 77 festzustellen und entsprechende Wellengeschwindigkeits- und Motorstopp-Identifikationssignale an den Eingangswellenpositions-Rückkopplungseingang SPF der MCU 12 über den Signalweg 40 zu liefern.

Unter Bezugnahme auf 4A4D ist eine Ausführungsform 80 des Gewebeschneidwerkzeugs 36 von 1 mit Bezug auf die Kanüle 64 gezeigt. Das sich drehende Gewebeschneidwerkzeug 80, wie in 4A gezeigt, umfasst vorzugsweise eine Welle 82, die mit der Antriebsdrehwelle 70 von 2 verbunden oder einstückig mit dieser ist. Da das Schneidwerkzeug 80 für eine Drehbewegung innerhalb der Kanüle 64 gestaltet ist, ist der Getriebemechanismus 72 weggelassen und die Antriebswellen 70 und 74 umfassen eine einzige Antriebswelle. Benachbart der Öffnung 68, die nahe der Spitze 66 der Kanüle 64 ausgebildet ist, bildet das Schneidwerkzeug 80 eine Anzahl von Klingen oder Rippen 84, die als Schneidflächen wirken. Ein Unterdruck ist innerhalb der Kanüle 64 über die Unterdruckeinheit 42 geschaffen (1), sodass sich eine Saugkraft an der Kanülenöffnung 68 in der durch den Pfeil 85 angegebenen Richtung entwickelt.

Unter Bezugnahme auf 4B wird der Antriebsmotor 34 gemäß einem Motoraktivierungsbefehl aktiviert, der typischerweise über den Fußschalter 14 geliefert wird, wobei die MCU 12 und die Motorsteuereinheit 28 betätigbar sind, um einen solchen Befehl, wie vorstehend beschrieben, zu verarbeiten, um zu bewirken, dass der Motor 34 die eine oder mehreren Klingen 84 in der durch den Pfeil 86 dargestellten Richtung dreht. Das Saugen, das sich an der Öffnung 68 der Kanüle entwickelt hat, saugt nahegelegenes Gewebe T in die Öffnung 68, wenn die eine oder mehreren Klingen 84 entfernt von der Öffnung 68 angeordnet sind. Wenn sich die eine oder mehreren Klingen 84 benachbart der Kanülenöffnung 68 drehen, wird ein Teil des herausgeschnittenen Gewebes ET, das sich in die Öffnung 68 erstreckt, herausgeschnitten, wie in 4C gezeigt ist. Das herausgeschnittene Gewebe ET wird von der Öffnung 68 durch den Unterdruck weg gezogen und wird durch einen geeigneten Gewebebehälter (nicht gezeigt) gesammelt.

Der Bürstengleichstromantriebsmotor 34 wird gemäß einem Motorstoppbefehl, der von dem Fußschalter 14 geliefert wird, deaktiviert und die eine oder mehreren Klingen 84 hören dementsprechend auf, sich zu drehen. Wenn jedoch die Position der Drehwelle 70 und folglich die Position der einen oder mehreren Klingen 84 relativ zu der Kanülenöffnung 68 nicht in geeigneter Weise gesteuert werden, wenn der Motor 34 deaktiviert wird, ist es möglich, dass eine der Klingen 84 teilweise über der Öffnung 68 angeordnet zur Ruhe kommt und folglich ein Teil des Gewebes T' zwischen der Klinge 84 und einem Rand der Öffnung 68 festgehalten wird, wie dies in 4D gezeigt ist. Anstrengungen, die Kanüle 64 aus der chirurgischen Stelle zurückzuziehen, können dementsprechend zu einen Wegreißen des Gewebeteils T' von der Gewebebasis T führen. Bis heute müsste der Chirurg, der mit einem solchen Festhalten des Gewebes konfrontiert ist, typischerweise das Schneidwerkzeug 80 reaktivieren, um den Gewebeteil T' von seiner Basis T freizugegeben. Erfindungsgemäß wird ein solches Festhalten des Gewebes jedoch vermieden.

Unter Bezugnahme auf 5A5D ist eine weitere Ausführungsform 90 des Gewebeschneidwerkzeugs 36 von 1 mit Bezug auf die Kanüle 64 gezeigt. Das sich drehende Gewebeschneidwerkzeug 90 umfasst, wie in 5A gezeigt, vorzugsweise ein längliches hohles Rohr 92, das mit der Antriebsdrehwelle 70 von 2 verbunden oder einstückig damit ist. Da das Schneidwerkzeug 90 für eine Drehbewegung mit der Kanüle 64 gestaltet ist, wird der Getriebemechanismus 72 weggelassen, und die Antriebswellen 70 und 74 umfassen eine einzige Antriebswelle. Benachbart der Öffnung 68, die nahe der Spitze 66 der Kanüle 64 ausgebildet ist, begrenzt das Schneidwerkzeug 90 eine Öffnung 94, die eine Schneidfläche an ihrem Rand bildet. Der Unterdruck wird innerhalb der Kanüle 64 über die Unterdruckeinheit 42 geschaffen (1), sodass sich eine Saugkraft an der Kanülenöffnung 68 in der durch den Pfeil 95 angegebenen Richtung entwickelt.

Unter Bezugnahme auf 5B wird der Antriebsmotor 34 wie vorstehend beschrieben, aktiviert, um zu bewirken, dass der Motor 34 die Schneidöffnung 94, die innerhalb des Schneidwerkzeugs 90 in der durch den Pfeil 96 angegebenen Richtung gebildet ist, dreht. Das an der Öffnung 68 der Kanüle entwickelte Saugen zieht nahegelegenes Gewebe T in die Öffnung 68, wenn die Öffnung 94 des Schneidwerkzeugs mit der Kanülenöffnung 68 fluchtet. Wenn sich die Öffnung 94 des Schneidwerkzeugs von der Kanülenöffnung 68 weg dreht, wird ein Teil des Gewebes ET, das sich in die Öffnungen 68 und 94 erstreckt, wie in 5C gezeigt, herausgeschnitten. Das herausgeschnittene Gewebe ET wird von der Öffnung 68 über Unterdruck weg gezogen und wird durch einen geeigneten Gewebebehälter (nicht gezeigt) gesammelt.

Wie bei der in 4A4D gezeigten Ausführungsform kann die Öffnung 94 des Schneidwerkzeugs teilweise über der Öffnung 68 angeordnet zur Ruhe kommen und folglich einen Teil des Gewebes T' zwischen einem Rand der Öffnung 94 des Schneidwerkzeugs und einem Rand der Kanülenöffnung 68, wie in 5D gezeigt, festhalten, es sei denn die Position der Drehwelle 70 und folglich die Position der Öffnung 94 des Schneidwerkzeugs relativ zu der Kanülenöffnung 68 wird in geeigneter Weise gesteuert, wenn der Motor 34 deaktiviert wird. Wiederum können die Anstrengungen beim Herausziehen der Kanüle 64 von der chirurgischen Stelle dementsprechend zu einem Abreißen des Gewebeteils T' von der Gewebebasis T führen und ein Chirurg, der mit einem solchen Festhalten des Gewebes konfrontiert ist, müsste typischerweise das Schneidwerkzeug 90 reaktivieren, um den Gewebeteil T' von seiner Basis T freizugegeben.

Unter Bezugnahme auf 6A6C ist noch eine weitere Ausführungsform 100 des Gewebeschneidwerkzeugs 36 von 1 mit Bezug auf die Kanüle 64 gezeigt. Das sich linear hin und her bewegende Gewebeschneidwerkzeug 100 umfasst vorzugsweise ein längliches hohles Rohr 102, das mit der Antriebswelle 74 von 2 verbunden oder einstückig mit dieser ist. Da das Schneidwerkzeug 100 für eine linear hin und her gehende Bewegung innerhalb der Kanüle 64 gestaltet ist, ist der Getriebemechanismus 72 arbeitstechnisch zwischen den Antriebswellen 70 und 74 verbunden. Benachbart der Öffnung 68, die nahe der Spitze 66 der Kanüle 64 gebildet ist, begrenzt das Schneidwerkzeug 100 eine Öffnung 104, die die Schneidfläche an ihrem Rand bildet. Unterdruck wird innerhalb der Kanüle 64 über die Unterdruckeinheit 42 geschaffen (1), sodass sich eine Saugkraft an der Kanülenöffnung 68 in der durch den Pfeil 105 angegebenen Richtung entwickelt.

Der Antriebsmotor 34 arbeitet wie beschrieben, um die Schneidöffnung 104, die innerhalb des Schneidwerkzeugs 100 gebildet ist, linear entlang der Längsachse der Kanüle 64 hin und her zu bewegen. Die an der Öffnung 68 der Kanüle entwickelte Saugkraft zieht nahe gelegenes Gewebe T in die Öffnung 68, wenn die Öffnung 104 des Schneidwerkzeugs mit der Kanülenöffnung 68 fluchtet. Wenn die Öffnung 104 des Schneidwerkzeugs von der Kanülenöffnung 68 weg gezogen wird, wird ein Teil des Gewebes ET, das sich in die Öffnungen 68 und 104 erstreckt, wie in 5B gezeigt, herausgeschnitten. Das herausgeschnittene Gewebe ET wird von der Öffnung 68 durch den Unterdruck weg gezogen und mittels eines geeigneten Gewebebehälters (nicht gezeigt) gesammelt.

Wie bei den in 4A4D und 5A5D gezeigten Ausführungsformen kann die Öffnung 104 des Schneidwerkzeugs teilweise über der Öffnung 68 angeordnet zur Ruhe kommen und folglich einen Teil des Gewebes T' zwischen einem Rand der Öffnung 104 des Schneidwerkzeugs und einem Rand der Kanülenöffnung 68 festhalten, wie in 6C gezeigt ist, es sei denn die Position der Drehwelle 70 und folglich die Position der Öffnung 104 des Schneidwerkzeugs relativ zu der Kanülenöffnung 68 wird in geeigneter Weise gesteuert, wenn der Motor 34 aktiviert wird. Wiederum können Anstrengungen beim Zurückziehen der Kanüle 64 aus der chirurgischen Stelle dementsprechend zum Abreißen des Gewebeteils T' von der Gewebebasis T führen, und ein Chirurg, der mit einem solchen Festhalten des Gewebes konfrontiert ist, müsste typischerweise das Schneidwerkzeug 100 reaktivieren, um den Gewebeteil T' von seiner Basis T freizugegeben.

Das in 6A–C gezeigte, sich hin und her bewegende Schneidinstrument kann zu einer endseitigen Schneidgestaltung, wie in 7 gezeigt, modifiziert sein. Bei dieser Gestaltung ist das Schneidwerkzeug 106 an seinem distalen Ende offen. Das distale Ende begrenzt eine umfangsseitige Schneidfläche 108, die das Gewebe T herausschneidet. Wie in 7 gezeigt, kann das Schneidwerkzeug 106 in einer Position angehalten werden, in der ein Teil des Gewebes zwischen der Schneidöffnung in der äußeren Kanüle 64 und der Schneidfläche 108 festgehalten wird, was zu dem vorstehend angegebenen Phänomen führt. Das Motorsteuersystem gemäß den veranschaulichten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die angehaltene Position des Schneidwerkzeugs 106 derart einstellen, dass die endseitige Schneidfläche 108 von der Kanülenschneidöffnung frei ist.

Erfindungsgemäß werden die Gewebefesthaltebedingungen, die in 4D, 5D, 6C und 7 dargestellt sind, vermieden, indem die Deaktivierung des Antriebsmotors 34 derart gesteuert wird, dass die Schneidfläche(n) der verschiedenen Schneidwerkzeuge von der Kanülenöffnung 68 entfernt angeordnet sind. Unter Bezugnahme auf 2, 3A und 3B wird nun die gesteuerte Deaktivierung des Antriebsmotors 34 detailliert beschrieben.

Wenn gewünscht wird, ein gegenwärtig aktiviertes Schneidwerkzeug, wie eines der in 4A4D, 5A5D, 6A6C oder 7 veranschaulichten Schneidwerkzeuge, zu deaktivieren, wird ein Motorstoppbefehl über den Fußschalter 14 geliefert (1). Bei einer Ausführungsform spricht die MCU 12 auf das Motorstoppsignal an, um dem PWM-Generator über den Signalweg 322 ein Verlangsamungsignal zuzuführen, welches die Wirkung des Motors 34 verlangsamt. Vorzugsweise entspricht das Verlangsamungssignal einem vorbestimmten Signalniveau, das dazu dient, den Motor 34 bei einer Motordrehzahl unterhalb eines Motordrehzahl-Schwellenwerts anzutreiben. Da der Motor 34 ein Bürstengleichstrommotor ist, besitzt er einen Drehwiderstand oder ein Widerstandsdrehmoment, der bzw. das damit verbunden ist, wie vorstehend beschrieben ist. Des weiteren erhöht in einigen Fällen die Reibung zwischen den inneren und äußeren Nadeln den Drehwiderstand. Aufgrund dieses kombinierten Drehwiderstands hört der Betrieb des Motors 34 sehr schnell oder fast sofort auf, wenn das Motorantriebssignal auf dem Signalweg 30 deaktiviert wird, während sich der Antriebsmotor 34 unterhalb des Motordrehzahl-Schwellenwerts befindet. Dementsprechend entspricht die Ausrichtung der Markierung 76 oder 77 mit dem Sensor 38 vorzugsweise einer Position des Schneidinstruments, bei der nicht die Gefahr besteht, dass Gewebe zwischen dessen Schneidfläche und der Kanülenöffnung festgehalten wird, und der Sensor 38 dient dazu, das Motorstopp-Identifikationssignal zu erzeugen, wenn er so mit der Markierung 76 oder 77 fluchtet. Alternativ kann sich die Markierung 76 oder 77, obgleich sie sich vorzugsweise in der Öffnungsposition befindet, an irgendeiner bekannten Verschiebung gegenüber der Öffnungsposition befinden, so lange eine ausreichende Verzögerung in gesteuerter Weise in die Aktivierung des Bremssignals eingeführt wird. Diese Verzögerung kann die Verschiebung der Ausrichtungsmarkierung 76 oder 77 ausgleichen.

Bei einer Ausführungsform dient die MCU 12 vorzugsweise dazu, ein Motorstoppsignal auf dem Signalweg 323 zu erzeugen, wenn der Sensor 38 eine Ausrichtung der Markierung 76 oder 77 damit nach einem Vorbeibewegen der Markierung 76 oder 77 seit dem Erzeugen des Verlangsamungssignals auf dem Signalweg 322 feststellt. Das Gestatten eines Vorbeibewegens der Markierung 76 oder 77 durch den Sensor 38 nach dem Abgeben des Verlangsamungssignals stellt sicher, dass sich die Antriebsdrehzahl des Motors 34 bei dem oder unterhalb des Motordrehzahlschwellenwert(s) befindet, wenn der Motorstoppbefehl anschließend abgegeben wird, ungeachtet der Position der Markierung 76 oder 77 relativ zu dem Sensor 38, wenn der Verlangsamungsbefehl abgegeben wurde. Nach einem Vorbeibewegen der Markierung 76 oder 77 an dem Sensor 38 seit der Abgabe des Verlangsamungssignals spricht die MCU 12 auf das von dem Sensor 38 zugeführte Signal an, das die Fluchtung der Markierung 76 oder 77 damit anzeigt, um das Motorstoppsignal auf dem Signalweg 323 zu erzeugen. Der Motortreiber 58 reagiert auf das Motorstoppsignal, um auf dem Signalweg 30 ein Motordeaktivierungssignal zu erzeugen. Aufgrund des inhärenten Drehwiderstands spricht der Motor 34 auf das Motordeaktivierungssignal an, um sofort dessen Betrieb zu stoppen, wobei die Markierung 76 oder 77 im Wesentlichen mit dem Sensor 38 fluchtet und wobei das Schneidinstrument dementsprechend positioniert ist, um kein Gewebe zwischen irgendeiner Schneidfläche davon und der Kanülenöffnung festzuhalten. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Stopp-Position des Motors und desher die Schneidfläche statt dessen mit einem vorbestimmten differentiellen Abstand zwischen der Markierung 76/77 und dem Sensor 38 ausgerichtet werden kann. Die Bremscharakteristiken der Schneideinrichtung und ihres Motors können festgestellt werden und der Stoppabstand kann bestimmt werden, sodass dieser vorbestimmte differentielle Abstand dementsprechend kalibriert werden kann.

Die MCU 12 ist beispielsweise mit dem Schneidwerkzeug 80 vorzugsweise betätigbar, um den Antriebsmotor 34, wie gerade beschrieben, anzuhalten, wobei die Schneidklingen 84, wie in 4B veranschaulicht ist, angeordnet sind, obgleich die vorliegende Erfindung das Anhalten des Antriebsmotors 34 in Erwägung zieht, wobei die Schneidklingen 84 anderweitig relativ zu der Kanülenöffnung 68 angeordnet sind, so lange das Einklemmen von Gewebe nicht auftritt, wie in 4D gezeigt ist. Mit dem Schneidwerkzeug 90 ist die MCU 12 vorzugsweise betätigbar, um den Antriebsmotor 34 anzuhalten, wie vorstehend beschrieben wurde, wobei die Schneidöffnung 94, wie in 5C gezeigt, positioniert ist, obgleich die vorliegende Erfindung das Anhalten des Antriebsmotors 34 in Erwägung zieht, wobei die Schneidöffnung 194 anderweitig relativ zu der Kanülenöffnung 68 positioniert ist, so lange das Einklemmen des Gewebes nicht, wie in 6C gezeigt, stattfindet.

In einigen Fällen liegt die tatsächliche Motordrehzahl unterhalb des Motordrehzahl-Schwellenwerts, wenn der Motorstoppbefehl von dem Chirurgen abgegeben wird. In diesen Fällen kann die MCU programmiert werden, um diesen Zustand zu erkennen und das Erfordernis eines Vorbeibewegens der Markierung 76 oder 77 an dem Sensor zu umgehen. Falls die Motordrehzahl bereits ausreichend niedrig ist, kann die MCU einfach den Motor deaktivieren, wenn die Markierung zuerst auf den Sensor trifft.

Bei einer weiteren Modifikation kann das Motordeaktivierungssignal einem Relais zugeführt werden, das die Motoranschlüsse überbrückt, wie dem Relais 110, das innerhalb des in 2 gezeigten Handstücks in Phantomlinien gezeigt ist. Das Unterstromsetzen des Relais schließt die Anschlüsse kurz, um den Motor sofort "zu töten". Dieser Ansatz des Kurzschließens des Motors trägt zu dem vorstehend beschriebenen Drehwiderstand bei, um sicherzustellen, dass der Motor wiederholbar und zuverlässig angehalten werden kann. Des weiteren dient das Kurzschlussrelais als eine Art ausfallsicheres Merkmal, das die Möglichkeit verhindert, dass der Motor erneut mit Strom versorgt werden kann, während das Schneidinstrument aus dem Patienten entfernt wird. Alternativ kann das Motorverlangsamungssignal eliminiert werden, das Motordrehzahlsignal jedoch auf eine Geschwindigkeit von Null eingestellt werden, was wirksam zu einem Kurzschließen der Antriebsausgänge führt. Diese Wirkung ist äquivalent zu dem Aktivieren des Relais 110 mit den gleichen Verbesserungen der Anhaltezeit.

Bei einem alternativen Ansatz wird das Motorverlangsamungssignal eliminiert. In diesem Fall können der Drehwiderstand oder die natürlichen Bremscharakteristiken des Motors und der Schneideinrichtung quantifiziert werden, um zu bestimmen, wie weit sich der Motor dreht, wenn der Strom zum Motor abgeschaltet wird. Der Strom kann dem Motor selbst nach dem Empfang eines Motorstoppsignals zugeführt werden, bis der Motorsteuerkreis ein Motorstopp-Identifikationssignal empfängt, das von den Sensor 38 erzeugt wird. Mit diesem Ansatz kann der Sensor 38 versetzt von der vorbestimmten Position angeordnet werden, an der die Schneidfläche von der Kanülenschneidöffnung frei ist. So kann dann, wenn das Signal von dem Sensor 38 empfangen wird, die Stromzufuhr zu dem Motor beendet werden und der Motor zu einem Anhalten an der geeigneten Position ausläuft.

Bei der vorherigen Ausführungsform führt der Motorsteuerschaltkreis eine Impulsbreitenmodulierung durch, um die Motordrehzahl und den Motorbetrieb zu steuern. Bei einer weiteren Ausführungsform verlässt sich ein in 8 gezeigter Steuerschaltkreis auf eine Stromrückkopplung, um die Motordrehzahl zu steuern. Spezifisch umfasst der Steuerschaltkreis 110 einen Stromsensor 114 und einen Stromverstärkerschaltkreis 112. Das Motorantriebssignal 116 wird am Ausgang des Stromverstärkerschaltkerises 112 zur Verfügung gestellt. Ein Drehzahlsteuersignal 118 wird als Eingang des Verstärkerschaltkreises 112 auf der Grundlage einer Drosselposition zugeführt. Das Drehzahlsteuersignal 118 kann auf dem Signalweg 32 zugeführt werden (1). Der Strom für das Motorsantriebssignal 116 über den Widerstand 122 zugeführt. Der Ausgang des Stromverstärkerschaltkreises 112 wird einem Differenzverstärker 124 in dem Stromsensor 114 direkt und über den Widerstand 122 zugeführt. Der Ausgang 126 des Differenzverstärkers wird als Rückkopplungssignal einem Eingang des Stromverstärkerschaltkreises 112 zugeführt.

Der Verstärkerschaltkreis umfasst einen Operationsverstärker 128, der den Rückkopplungsausgang 126 und den Signaleingang 118 empfängt, der durch einen Widerstand 130 konditioniert wird. Ein Widerstand 134 skaliert und verstärkt die Eingangssignale, um das Stromsignal dem Motorantriebssignal 116 zuzuführen.

Unter einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist ein Rückkopplungsdeaktivierungsschalter 136 zwischen dem Rückkopplungsausgang 126 und dem Eingang zu dem Stromverstärkerschaltkreis 112 angeordnet. Ein Bremssignal 120 wird dem Schalter 136 zugeführt, um seinen Zustand zu bestimmen. Bei der gezeigten Position in 8 verbindet der Schalter 136 den Rückkopplungsausgang 126 mit dem Stromverstärkerschaltkreiseingang. In seiner alternativen Position erdet der Schalter 136 den Rückkopplungsausgang 126, wodurch das Stromrückkopplungssteuermerkmal des Antriebsschaltkreises 110 deaktiviert wird. In diesem Fall erhöht das Fehlen der Stromrückkopplung die natürlichen Bremscharakteristiken des Handstücks und des Antriebssystems.

Der Bremssignaleingang 120 kann von dem Motorstoppsignal 32, abgeleitet werden, das in 2 identifiziert ist. Alternativ kann der Bremssignaleingang 120 mit dem Ausgang 322 verbunden werden, der für ein Verlangsamungssignal mit dem in 2 gezeigten Motorsteuerschaltkreis verwendet worden ist. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen verlässt sich der Motorsteuerschaltkreis 110 auf den natürlichen Drehwiderstand und die Bremscharakteristiken des Motors und der Schneideinrichtung. Diese Charakteristiken sind bei einem Bürstengleichstrommotor besonders ausgeprägt und können leicht quantifiziert werden.

Während die Erfindung detailliert in den vorstehenden Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung gezeigt und beschrieben wurde, werden diese als veranschaulichend und nicht einschränkend erachtet, wobei ersichtlich ist, dass nur die bevorzugten Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden und dass alle Änderungen und Modifikationen, die unter den Umfang der Ansprüche fallen, geschützt werden sollen.


Anspruch[de]
Gewebeschneidvorrichtung (10) mit:

einem länglichen Gehäuse (64), das in eine Körperstelle einführbar ist, wobei das Gehäuse (26) ein erstes Ende (66) hat, das eine daran angrenzende Öffnung (68) begrenzt;

einem Gewebeschneidwerkzeug (36), das in dem Gehäuse (64) angeordnet ist und mindestens eine Schneidfläche hat, die relativ zu dem Gehäuse (26) angrenzend an die Öffnung bewegbar ist, um dadurch in die Öffnung ragendes Gewebe zu entfernen;

einem Motor (34), der eine Antriebswelle (70) antreibt, die sich von ihm aus erstreckt und mit dem Schneidwerkzeug (36) verbunden ist, wobei der Motor (34) betreibbar ist, um das Schneidwerkzeug (36) mit einer Schneidgeschwindigkeit zum Entfernen von Gewebe an der Öffnung anzutreiben;

einem Mittel (38, 114) zum Erkennen einer vorbestimmten Stellung der Antriebswelle (70) relativ zu dem Gehäuse (64) und Erzeugen eines dazu entsprechenden Stoppstellungssignals, wobei die vorbestimmte Stellung einer Stellung der mindestens einen Schneidfläche relativ zu der Öffnung entspricht, um zu vermeiden, dass nicht entferntes Gewebe dazwischen festgehalten wird;

einem Mittel (38, 114) zum Erzeugen eines Motorstoppsignals, wenn das Schneidwerkzeug zu stoppen ist;

gekennzeichnet durch einen Steuerkreis (12, 110), der auf das Motorstoppsignal ansprechen kann, um den Motor (34) abzuschalten, wenn die Antriebswelle in einer Stellung vor der vorbestimmten Stellung ist, so dass der Motor (34) stoppt, wenn die Antriebswelle im Wesentlichen in der vorbestimmten Stellung ist.
Gewebeschneidvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der Motor (34) ein Gleichstrommotor mit Bürsten ist. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der der Motor (34) auf ein Motoreinschaltsignal ansprechen kann, das von dem Steuerkreis (12) geliefert wird, um die Antriebswelle (70) drehanzutreiben. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Antriebswelle (70) mit dem Schneidwerkzeug (36) verbunden ist, um dadurch das Schneidwerkzeug (36) drehend um eine Längsachse anzutreiben, die von dem länglichen Gehäuse (64) festgelegt wird. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer zwischen dem Motor (34) und dem Schneidwerkzeug (36) angeordneten Getriebeeinrichtung (72) zum Umwandeln einer Drehbewegung der sich drehenden Antriebswelle (70) in eine hin- und hergehende lineare Bewegung des Schneidwerkzeugs (36), um dadurch das Schneidwerkzeug (36) auf eine linear hin- und hergehende Weise relativ zu einer Längsachse, die von dem länglichen Gehäuse (64) festgelegt wird, anzutreiben. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Mittel (38) zum Feststellen einer vorbestimmten Stellung der Antriebswelle (70) relativ zu dem Gehäuse (64) eine der Antriebswelle zugeordnete Markierung (76, 77) und einen Sensor (38) enthält, der das Vorbeigehen der Markierung (76, 77) wahrnehmen und das Stoppstellungssignal erzeugen kann. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach Anspruch 6, bei der die Markierung (76, 77) ein magnetisiertes Erkennungszeichen ist, das an der Antriebswelle befestigt ist. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Sensor (38) ein Halleffekt-Sensor ist, der an dem Gehäuse (64) befestigt ist. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Motoreinschaltsignal ein Signal mit veränderlicher Motordrehzahl ist und ein Motorsteuerkreis (28), der zwischen dem Steuerkreis (12) und dem Motor (34) angeordnet ist, enthalten ist, wobei der Motorsteuerkreis (28) auf das Signal mit veränderlicher Motordrehzahl ansprechen kann, um den Motor (34) mit einer entsprechenden Drehzahl anzutreiben. Gewebeschneidvorrichtung nach Anspruch 9, bei der der Motorsteuerkreis (28)

einen Pulsbreiten-Modulations(PBM)-Signalerzeuger (56), der auf das Motordrehzahlsignal ansprechen kann, um ein entsprechendes PBM-Signal zu erzeugen; und

einen Motortreiberkreis (58) enthält, der auf das PBM-Signal ansprechen kann, um den Motor (34) mit einer entsprechenden Drehzahl anzutreiben.
Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendweinem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Unterdruckeinheit (42), die mit dem Gehäuse (64) verbunden ist, um darin einen Unterdruck zu erzeugen. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach Anspruch 11, mit einem Unterdrucksteuerkreis (46), der zwischen dem Steuerkreis (12) und der Unterdruckeinheit (42) angeordnet ist, wobei der Unterdrucksteuerkreis (46) auf mindestens ein Unterdrucksteuersignal ansprechen kann, das von dem Steuerkreis (12) geliefert wird, um die Unterdruckeinheit (42) zu steuern. Gewebeschneidvorrichtung (10) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche,

bei der der Motor (34) Motoranschlüsse enthält, um Signale von dem Steuerkreis (12) zu empfangen; und

der Steuerkreis (12) ein Relais (110) enthält, das die Motoranschlüsse überspannt und auf das Motorstoppsignal ansprechen kann, um einen Kurzschluss über die Anschlüsse hinweg hervorzurufen.






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