Automatischer Rippenspreizer: Sanfte Methode für die Chirurgie.

Eine US-Hochtechnologiefirma hat einen automatischen Rippenspreizer entwickelt, der post-operative Schmerzen des Patienten reduziert und die Regeneration verbessert. Drehmomentstarke maxon-Motoren sorgen für einen ruckfreien Bewegungsablauf des Tools.

Auch wenn man es kaum glauben mag: Einige der heute in der invasiven Chirurgie verwendeten Werkzeuge wurden ursprünglich in den 1930er Jahren entwickelt und seither kaum verbessert. In den meisten Fällen sind diese Werkzeuge für ihre Zwecke tauglich, auch wenn die Genesung langwierig ist. Dies gilt besonders für Eingriffe in den Brustkorb, wie Herz- oder Lungenoperationen. Zurzeit gibt es zwei hauptsächliche Methoden, den Brustkorb so weit zu öffnen, dass ein Arzt darin arbeiten kann: die Thorakotomie (Schnitt im Rippenzwischenraum) und die Sternotomie (Längsdurchtrennung des Brustbeins). Bei einer Thorakotomie erfolgt der Zugang mittels eines Schnitts zwischen zwei Rippen. Bei einer Sternotomie sägt der Chirurg längs durch das Brustbein, um den Brustkorb zu öffnen. In beiden Fällen spreizt der Chirurg die Rippen oder die beiden Teile des Brustbeins mittels einer Winde mit Handkurbel und Sperrklinke, dem so genannten Spreizer. Das Spreizen von Rippen erfordert jedoch hohe Kräfte.

Das Entwicklungsteam des US-Unternehmens Physcient hat herausgefunden, dass die zum Spreizen der Rippen erforderliche Kraft in etwa dem Gewicht des Patienten entspricht. Dies bedeutet, dass die Anwendung eines Spreizers mit Knochenbrüchen, eingeklemmten Nerven, überdehnten Gelenken und Bänderrissen einhergehen kann. Was wiederum zu dauerhaften postoperativen Schäden führen kann. Physcient (Durham, North Carolina) hat Technologien entwickelt, mit denen sich die durch die Spreizung des Thorax entstehenden Schäden erheblich reduzieren lassen.
Chuck Pell, der gemeinsam mit Hugh Crenshaw die Firma Physcient gegründet hat, erklärt: "Es gab zwei wichtige Probleme, die wir lösen mussten. Zum einen durfte unser Spreizer nicht grösser als die derzeit in OP-Sälen verwendeten Geräte sein. Zum anderen mussten wir ihn sehr häufig sterilisieren können.

"Der Assuage™ Smart Retractor™ von Physcient wurde mit der Zielsetzung entwickelt, mit Hilfe neuer Technologien ein altbekanntes Problem zu lösen, ohne dabei die Methoden der Chirurgen zu verändern. Pell ergänzt: "Wir haben beide Biomechanik studiert. Deshalb versuchen wir, unser Wissen über die Bewegungsweise von Lebewesen in Technologie zu übertragen. Seit kurzem beschäftigen wir uns mit chirurgischen Instrumenten, was ein sehr interessantes Feld ist. Viele der heute in der Chirurgie verwendeten Werkzeuge wurden erfunden, bevor die Biomechanik eine ausgereifte Wissenschaft war." Laut dem „National Heart, Lung, and Blood Institute“ werden jährlich über eine halbe Million Herzoperationen durchgeführt. Wenn man noch hunderttausend Lungeneingriffe hinzurechnet, wird der Bedarf an besseren Instrumenten schnell offensichtlich. Wegen der antiquierten Konstruktion heutiger Rippenspreizer und der schieren Anzahl der durchgeführten Operationen nimmt die Anzahl der Rippenbrüche stetig zu.

Crenshaw und Pell erkannten, dass die von Rippenspreizern aufgebrachten Kräfte kaum erforscht waren und haben ein Team zusammengestellt, um die Wirkungen zu messen und Technologien zur Reduzierung der Schäden zu entwickeln. Knochen sind flexibel und man kann sie ziemlich weit biegen, bevor sie brechen. Dies ist aber von der Geschwindigkeit abhängig, mit der sich der der Spreizer bewegt. Wird eine Rippe ruckartig gebogen – wie es bei einem Spreizer mit Handkurbel häufig vorkommt – kann sie brechen. Denn die Knochenfasern brauchen ein wenig Zeit, um sich zu dehnen. Dank eingebauter Sensoren im automatischen Assuage™ Rippenspreizer ist es einfacher zu erkennen, wenn die Fasern instabil werden. Diese Information wird zurück zum Werkzeug gesendet, so dass es sofort auf Vorfälle im Gewebe reagieren kann. Dieser geschlossene Feedback-Regelkreis für den Motor muss extrem genau und absolut zuverlässig sein, damit er in medizinischen Geräten benutzt werden kann.

Drehmomentstarke maxon-Motoren für sanfte Bewegungen
Auf Basis eines maxon-Motors hat Physcient seinen ersten Prototypen konstruiert. Eine der wichtigeren Spezifikationen für den Motor war, dass er auch bei niedrigen Drehzahlen frei von Rastmomenten sein muss. Der Rippenspreizer muss sich sanft und ruckfrei bewegen, um die Belastung des Patienten auf ein Minimum zu reduzieren. Die bürstenlosen Gleichstrommotoren werden einfach mit einer Batterie betrieben. Eine eingebaute Steuerung mit Sensorsystem hilft, den Spreizvorgang genau zu kontrollieren. Um die hohen Kräfte bewältigen zu können, hat Physcient drehmomentstarke Motoren gewählt. "Die Motoren, die wir von maxon beziehen, müssen nicht nur die höchsten in der Medizingeschichte jemals gemessenen Spreizkräfte bewältigen, sie müssen dabei auch sehr präzise arbeiten, um die Beschädigung von Bändern und weichem Gewebe zu minimieren", erklärt Pell.

maxon motor produziert eine grosse Bandbreite von Motoren mit Durchmessern von 6 mm bis 90 mm für verschiedenste Anwendungen. Durch elektronische Kommutierung werden elektromagnetische Störungen minimiert. Die bürstenlosen Gleichstrommotoren haben keine mechanischen Bürsten, die verschleissen könnten, wodurch eine sehr hohe Lebensdauer gewährleistet ist. Ausserdem wird durch hochwertige, vorgespannte Kugellager die Lebensdauer der Motoren noch weiter erhöht.

Der Physcient Assuage™ Smart Retractor™ berücksichtigt die Physik von Knochen und Gewebe. Wie bei den meisten Forschungsprojekten in Bereich der Kardiothorax-Chirurgie wurden Versuche an Schweinen durchgeführt, weil deren Biomechanik der des Menschen recht ähnlich ist. Das Physcient-Team konstruierte einen Prototyp mit zwei Reihen gekrümmter Metallzinken, die jeweils eine Rippe umschliessen. Während der Spreizer die Rippen automatisch auseinanderzieht, wird der maxon-Motor mit Hilfe der Sensorsignale so geregelt, dass ein sanfter Öffnungsvorgang gewährleistet ist. In den Experimenten konnte das Spreizgerät von Physcient Gewebetrauma und Schmerzen erheblich reduzieren. Die Atmung wurde ebenfalls erleichtert und die Genesung verlief auch schneller. Wenn die Produktion des Assuage™ erst einmal angelaufen ist, wird sich das Physcient-Entwicklungsteam weitere medizinische Geräte vornehmen, die seit Langem nicht verbessert worden sind.

Physcient hat bei der Verbesserung medizinischer Instrumente stets das Wohl des Patienten im Auge. Die Firma plant, die gesamten OP-Tools der Chirurgen zu automatisieren und zu verbessern. Die Markteinführung des Assuage™ Smart Retractor™ ist für 2013 geplant.

 © maxon motor ag

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