DE69228410T2

DE69228410T2 - Flüssigkeitenbehandlungssystem

Info

Publication number: DE69228410T2
Application number: DE69228410T
Authority: DE
Inventors: David G. Chicago Illinois 60657 Beiser; Kenneth W. Newhampshire 03873 Krause; Steven B. Boston Massachusetts 02110 Woolfson
Original assignee: Smith and Nephew Inc
Current assignee: Smith and Nephew Inc
Priority date: 1991-08-21
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2012-08-18
Also published as: EP0692265B1; DE69228410D1; ES2148425T3; EP0529902B1; ATE190850T1; DE69231100D1; CA2076502A1; US5630798A; US5882339A; US5643203A; EP0692266B1; US5662611A; ATE193213T1; US5643302A; DE69230837T2; US5630799A; ES2129434T3; EP0692265A2; EP0692265A3; EP0692266A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit unter Druck zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens und insbesondere auf eine verbesserte arthroskopische Pump- Vorrichtung.
Pumpen-Systeme wurden zur Zuführung von Flüssigkeit unter Druck zu einer Körperhöhle mittels einer Zuflußpumpe während eines enddoskopischen Verfahrens, wie beispielsweise in der arthroskopischen Chirurgie, bereits vorgeschlagen. Zwei arthroskopische Pumpen-Systeme aus dem Stand der Technik sind hierfür beispielhaft, nämlich das von DeSatnick et al., US-Patent Nr. 4 650 462, ausgegeben am 17. März 1987 und das von Mathies et al., US- Patent Nr. 4 902 2777, ausgegeben am 20. Februar 1990. De Satnick et al schlagen die Verwendung einer Verdränger-Pumpe in einem offenen Regelkreis als Abführungspumpe vor. Mathies et al schlagen die Verwendung einer in einem geschlossenen Regelkreis gesteuerten Zuführungs-Pumpe und eine Saugpumpe in einem offenen Regelkreis vor, die automatisch zwischen einer Ausfluß-Kanüle und einem Werkzeug hin- und hergeschaltet wird.
Das europäische Patent Nr. 0 329 599 offenbart ein System zur Zuführung von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle, bei dem eine Pumpe verwendet wird, die speziell als peristaltische Pumpe ausgebildet ist, welche eine Verdränger- Pumpe ist.
Die internationale Patentanmeldung Nr. WO 86/01390 beschreibt ein System zur Zuführung von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle, welches eine Magnet- Antrieb-Zahnradpumpe verwendet, die ebenfalls eine Verdränger-Pumpe ist.
Verdränger-Pumpen arbeiten, indem sie Flüssigkeitsvolumina als Funktion der Pumpengeschwindigkeit unabhängig vom Ausgangsdruck der Pumpe liefern. Somit ist es bei Verdränger-Pumpen selbst bei niedrigen Pumpengeschwindigkeiten möglich, Drucke zu erzeugen, die zu hoch sein können, das heißt, wenn der Ausfluß aus der unter Druck stehenden Körperhöhle durch Blockaden oder dergl. eingeschränkt ist. Die vorliegende Erfindung schafft ein sicheres System, indem sie ein Flüssigkeitszuführungsmittel verwendet, dessen Abführungs-Förderleistung inhärent gegenläufig auf Änderungen des Druckes der Körperhöhle reagiert. Vorzugsweise ist das Flüssigkeitszuführungsmittel in inhärenter Weise in der Lage, Flüssigkeit mit im wesentlichen konstantem Druck und innerhalb eines relativ weiten Bereiches von Fördermengen im wesentlichen unabhängig von der durch das Flüssigkeitszuführungsmittel gelieferten Fördermenge zuzuführen. Das Flüssigkeitszuführungsmittel nach der Erfindung kann, wenn es durch einen geschlossenen Regelkreis geregelt wird, der auf den Druck in der Körperhöhle anspricht, eine genaue Steuerung des Körperhöhlendrucks leisten, unabhängig von Änderungen im Volumen der Körperhöhle oder Änderungen in der Abführungsgeschwindigkeit aus der Körperhöhle, beispielsweise durch das chirurgische Werkzeug, eine Leckage oder eine Blockade oder in anderer Weise.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens geschaffen mit:
a) einem Flüssigkeitszuführungsmittel;
b) einem Mittel zur Erzeugung eines Körperhöhlendrucksignals, welches den in der besagten Körperhöhle herrschenden Druck darstellt;
c) einem Rohrleitungsmittel zur Verbindung des besagten Flüssigkeitszuführungsmittels mit der besagten Körperhöhle zur Förderung von Flüssigkeit unter Druck zu der besagten Körperhöhle; und
d) einem Steuermittel, welches auf das besagte Körperhöhlendrucksignal anspricht zum Anheben oder Absenken des Druckes der besagten Flüssigkeit, die durch das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel gefördert wird, um dadurch den besagten Körperhöhlendruck auf einem vorgegebenen Wert zu halten
dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitszuführungsmittel ein dynamisches Pumpenmittel ist.
Entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens, wie oben beschrieben, geschaffen, welche ein Sensormittel zur Erzeugung eines Körperhöhlendrucksignals aufweist, das in der besagten Körperhöhle herrschenden Druck darstellt.
Vorzugsweise ist das Flüssigkeitszuführungsmittel eine Zentrifugalpumpe. In der vorliegenden Anmeldung werden die Begriffe "dynamische Pumpe" und "Verdränger-Pumpe" so verwendet, wie dies in der Klassifikation von Pumpen im Pumpenhandbuch herausgegeben von IJ Karassik et al, zweite Ausgabe, McGraw-Hill Book Company, auf den Seiten 1.2 bis 1.5 dargelegt ist. Eine dynamische Pumpe, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liefert vorzugsweise in einer im wesentlichen gegen Änderungen der Fördermenge unempfindlichen Weise eine konstante Druckhöhe.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann eine Saugpumpe zum Ansaugen von Flüssigkeit aus der Körperhöhle umfassen. In alternativer Weise kann die Flüssigkeit aus der Körperhöhle mittels einer Saugquelle, wie beispielsweise einem Wand-Sauganschluß, abgesaugt werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist die Abführungs-Fördermenge unabhängig vom Körperhöhlendruck und wird dagegen so gewählt, daß die Funktion des verwendeten chirurgischen Werkzeugs optimalisiert wird. Die Kombination einer dynamischen Zufluß-(oder Irrigations-)Pumpe, wie beispielsweise eine Zentrifugal-Zufluß-Pumpe, die in Abhängigkeit vom Körperhöhlendruck angesteuert wird, mit einer von einem offenen Regelkreis gesteuerten Absaugung von Flüssigkeit aus der Körperhöhle schafft ein sicheres, stabiles druckbegrenztes Steuersystem.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie vorzugsweise in einem Zweitor-System besteht. Das heißt, es werden an der Operationsstelle nur zwei Kanülen eingesetzt, nämlich eine Zuführungskanüle für das Endoskop und eine Abführungskanüle für das chirurgische Werkzeug. Normalerweise wird die unter Druck stehende Flüssigkeit der Körperhöhle vom Flüssigkeitszuführungsmittel durch den Ringraum zwischen der Zuführungskanüle und einem Endoskop in der Kanüle zugeführt, während die Flüssigkeit von der Operationsstelle durch Absaugen über die Abführungskanüle oder ein in die Abführungskanüle eingesetztes chirurgisches Werkzeug abgeführt wird. In alternativer Weise kann die einströmende Flüssigkeit über ein Endoskop zugeführt werden, das eine innere Leitung für die Zuführung von Flüssigkeit zur Körperhöhle aufweist. Obwohl dies zur Zeit nicht bevorzugt wird, kann die ausströmende Flüssigkeit einfach aus der Abführungskanüle abgeführt werden. Weiterhin wird der Körperhöhlendruck aus dem Ausgangssignal eines Drucksensors berechnet, der in Verbindung mit der einströmenden Flüssigkeit an einer Stelle stromaufwärts der Körperhöhle positioniert ist und somit ein drittes Tor für einen in die Körperhöhle eingesetzten Drucksensor unnötig macht. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist der Drucksensor der Körperhöhle dicht benachbart angeordnet, beispielsweise an der Verbindung eines Endoskops mit der Rohrleitung, über welche einströmende Flüssigkeit der Körperhöhle über das Endoskop zugeführt wird. Bei einer z. Zt. bevorzugten Ausführungsform der Erfindung tastet der Drucksensor den Druck am Ausgang der Zufluß-Pumpe ab und ist in einer Einwegkassette angeordnet.
Die vorliegende Erfindung wird nun in beispielhafter Weise anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 die Vorrichtung nach der Erfindung in einer schematischen Darstellung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild für ein Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Kurve, welche die Beziehung zwischen dem Druckabfall vom druckabtastenden Mittel bis zur Zuführungskanüle und der Zuführungsfördermenge darstellt;
Fig. 4 eine Kurvenschar, welche die Beziehung zwischen dem Zufluß- Pumpen-Druck und der Zuführungs-Fördermenge bei unterschiedlichen Pumpengeschwindigkeiten darstellt;
Fig. 5 eine Kurve, welche die Beziehung zwischen dem Druckabfall von der Zufluß-Pumpe bis zum druckabtastenden Mittel und der Zuführungs-Fördermenge darstellt;
Fig. 6 eine Operationskanüle in einer Schnittdarstellung;
Fig. 6a eine vergrößerte Detailansicht der Dichtung in der Operationskanüle;
Fig. 7 ein Irregations-Verlängerungsstück in Schnittdarstellung;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung, welche Operationskanüle und Irregations- Verlängerungsstück im zusammengekoppelten Zustand zur Bildung einer Zuführungskanüleneinheit darstellen mit einem in die Zuführungskanüleneinheit eingesetzten Endoskop;
Fig. 9 eine geschnittene Detailansicht eines druckabtastenden Mittels;
Fig. 10 in einer Schnittdarstellung die Klinge eines in die Operationskanüle eingesetzten chirurgischen Werkzeugs.
Wie Fig. 1 zu entnehmen, besitzt die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung eine Flüssigkeitsquelle 1, gewöhnlich zwei Beutel mit steriler Salzlösung, die über eine Leitung 2 mit dem Einlaß einer Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 (Fig. 2) verbunden ist, die innerhalb einer Kassette 200 in einer Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 angeordnet ist. Die Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 fördert unter Druck stehende Flüssigkeit durch ihren Auslaß in die Leitung 7 und dann zur Körperhöhle 10. Wie weiter unten ausführlicher diskutiert wird, ist die Zuführungskanüleneinheit 9 in die Körperhöhle 10 eingesetzt und ein Endoskop 8 ist innerhalb der Zuführungskanüleneinheit 9 derart angeordnet, daß unter Druck stehende Flüssigkeit von der Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 durch den Ringraum zwischen dem Endoskop 8 und der Zuführungskanüleneinheit 9 der Körperhöhle 10 zugeführt wird.
Ein Druck-Meßwertwandler 11 ist stromaufwärts der Körperhöhle 10 angeordnet und tastet den Flüssigkeitsdruck in der Leitung 7 ab, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird. Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung liegt der Druck-Meßwertwandler 11 an der Verbindungsstelle zwischen der Leitung 7 und dem Endoskop 8. Das Ausgangssignal des Druck-Meßwertwandlers 8 wird über eine Leitung 12 einem Drucksignalprozessor 13 (Fig. 2) innerhalb der Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 zugeführt zur Berechnung des Druckes innerhalb der Körperhöhle 10. Der gewünschte Druck für die Körperhöhle wird durch Betätigung eines Selektors 5a an der Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 eingestellt, und ein Anzeigeelement 5b zeigt den eingestellten Druck an. Eine Drucksteuereinheit 40 (Fig. 2) innerhalb der Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 reagiert auf das Körperhöhlendrucksignal, das vom Drucksignalprozessor 13 erzeugt wird und stellt die Geschwindigkeit der Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 so ein, daß der Ausgangsdruck, der von der Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 gelieferten Flüssigkeit ansteigt oder absinkt, wodurch der Körperhöhlendruck auf dem gewünschten Einstellwert gehalten wird, wie weiter unten genauer erläutert wird.
Eine Abführungskanüle 14 (weiter unten ausführlich beschrieben) ist in die Körperhöhle 10 eingesetzt. Durch die Abführungsleitung 14 ist ein Werkzeug 15 in die Körperhöhle 10 hineingeführt, und der Chirurg betätigt das Werkzeug 15, während er in üblicher Weise die Behandlung durch das Endoskop 8 beobachtet. Eine Werkzeugsteuereinheit 21 versorgt das Werkzeug 15 über ein Leistungskabel 22 mit Leistung. Die Abführungsleitung 16 verbindet den Einlaß einer Saugpumpe 18 (Fig. 2) innerhalb der Einheit 5 mit dem Auslaß des Werkzeuges 15, wodurch die Flüssigkeit innerhalb der Körperhöhle 10 angesaugt und über eine Leitung 20 einem Abfallbehälter 19 zugeführt werden kann. Die aus der Körperhöhle 10 austretende Flüssigkeit wird mittels eines stromaufwärts der Saugpumpe 18 angeordneten Gewebeabscheiders 16a gefiltert.
Das Endoskop 8 und das Werkzeug 15 werden nach einer Sterilisation wiederverwendet. Es wird zur Zeit bevorzugt, daß die Pumpen 4 und 18, der Druck-Meßwertwandler 11 und die Leitungen Einwegerzeugnisse sind, ebenso wie die Klingen für das Werkzeug 15.
Während der Operationsvorbereitung wählt der Chirurg einen gewünschten Druck für die Körperhöhle für die vorgegebene chirurgische Behandlung durch Betätigung eines Druckeinstellselektors 5a, wodurch der Druckgenerator 30 (Fig. 2) so eingestellt wird, daß er ein Druckeinstellsignal 31 erzeugt, das dem Eingang der Drucksteuereinheit 40 zugeführt wird. Dem anderen Eingang der Drucksteuereinheit 40 wird ein Signal 32a zugeführt, welches dem Druck in der Körperhöhle 10 entspricht.
Das Körperhöhlendrucksignal 32a kann vom Drucksignalprozessor 13, unter Benutzung eines pauschalierten Parametermodells berechnet werden, das im folgenden beschrieben wird. Durch empirisches Bestimmen des Druckes in bezug auf die Durchflußeigenschaften jeder der Komponenten im Durchflußweg des Flüssigkeitsstroms (von der Flüssigkeitsquelle 1 zum distalen Ende 92 (Fig. 1) der Zuflußeinheit 9) kann man den Körperhöhlendruck durch Berechnen der Druckabfälle an jeder Komponente bestimmen. Ein Verfahren berücksichtigt dabei den individuellen Druck in bezug auf die Durchflußeigenschaften der Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4, der Leitung 7 und der Zuführungskanüleneinheit 9, obwohl dies einen größeren Bedarf an Softwareberechnungen erfordert, erlaubt es eine leichtere theoretische Entwicklung der Wirkungen von Druckänderungen in bezug auf die Durchflußeigenschaften jeder Komponente. Ein anderes Verfahren pauschaliert den Druck in bezug auf die Durchflußeigenschaften der Zufluß-Pumpe 4 und der Leitung 7 bis zum Punkt der Druckmessung durch den Wandler 11. Dieses Verfahren vereinfacht die Berechnung des Körperhöhlendrucks, aber es ist spezifisch für die Auslegung der Zufluß-Pumpe und der Leitung 7. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann jedes Verfahren verwendet werden.
Bei jedem Verfahren wird der Körperhöhlendruck Pc berechnet, indem der Druckabfall an der Zuführungskanüleneinheit 9 von dem Druck Ps abgezogen wird, der vom Wandler 11 abgetastet wird. Der Druckabfall an der Zuführungskanüleneinheit 9 (Ps - Pc) wurde für unterschiedliche Durchflüsse (Qin) empirisch bestimmt, indem der Druck am Auslaß 92 der Zuführungskanüleneinheit 9 bei einem gegebenen Durchfluß Qin gemessen wurde und vom sensierten Druck Ps bei diesem Durchfluß subtrahiert wurde. Eine typische Kurve, in der der Wert (Ps - Pc) gegen den Durchfluß aufgetragen ist, ist schematisch in Fig. 3 dargestellt und wurde genau angepaßt unter der Verwendung der Funktion:
(1) Ps - Pc = A&sub1;Qin² + A&sub2;Qin
wobei A&sub1; und A&sub2; Konstanten sind und die Funktion folgendermaßen umgeschrieben werden kann:
(2) Pc = Ps - A&sub1;Qin² - A&sub2;Qin
Die Werte für die konstanten A&sub1; und A&sub2; werden bestimmt und im Speicher zur Verwendung durch den Drucksignalprozessor 13 eingespeichert.
Bei einem gattungsgemäßeren Verfahren zur Bestimmung des Körperhöhlendrucks wird der Zufluß Qin durch Auflösen zweier gekoppelter, nicht linearer Gleichungen berechnet, wie im folgenden beschrieben. Die Beziehung zwischen dem Zufluß Qin und dem Pumpendruck Pp kann empirisch bestimmt werden durch Auftragen von Pp gegen Qin an der Zuflußpumpe 4 für einen Bereich von Pumpendrehzahlen (RPM). Es wurde für Pp gegen Qin über einen Bereich von Pumpendrehzahlen (RPM) eine Kurvenschar erhalten, die in Fig. 4 schematisch dargestellt wird. Für ein gegebenes RPM und unter Verwendung einer Zentrifugal-Zufluß-Pumpe, die mit der Flüssigkeitsquelle 1 über eine Leitung 2 mit 6,35 mm (0,25 inch) ID und 2,29 mm (90 inch) Länge, die aus PVC hergestellt war, verbunden war, wurde die Gleichung in folgender Weise aufgestellt:
(3) Pp = B&sub0; + B&sub1;Qin² + B&sub2;Qin
welche in folgender Weise umgeschrieben werden kann:
wobei vorausgesetzt, daß Qin immer positiv sein muß.
In dieser Gleichung ist B&sub0; die Konstante, die bei Nulldurchfluß erhalten wird und die eine Komponente enthält, welche aus der Höhe der Flüssigkeitsquelle (z. B. der Beutel 1 mit Salzlösung) über der Zufluß-Pumpe 4 abgeleitet wird.
Wenn die Drehzahl des Motors 4a verändert wird, ändert sich der Wert für Bn, aber die allgemeine Funktion ändert sich nicht. Durch Wiederholung dieses Experiments, den Druck in Abhängigkeit vom Durchfluß für viele unterschiedliche Motordrehzahlen zu bestimmen, werden Funktionen für Bn als Funktion der Motordrehzahl bestimmt. Die Drehzahl des Motors 4a (Fig. 2) kann durch Anwendung eines rückgekoppelten Drehzahlmessers bestimmt werden, aber es wird angenommen, daß die tatsächliche Motordrehzahl eine direkte Funktion des Impulsbreitenmodulationssignals 61 (Fig. 2) ist, das für den Antrieb des Motors 5a verwendet wird und weiter unten ausführlich beschrieben wird. Die Funktionen für jedes Bn können als Funktion der RPM ausgedrückt werden durch:
(5) Bn = f(RPM)
und RPM kann als Funktion des Impulsbreitenmodulationssignals (PWM) ausgedrückt werden durch:
(6) RPM = C.PWM
Der Druckwandler 11 tastet den Druck der Flüssigkeit in der Leitung 7 an einem Punkt zwischen der Zentrifugal-Pumpe 4 und der Zuführungskanüle 9 ab. Die Beziehung zwischen dem Zufluß Qin und dem Druckabfall von der Zentrifugal-Zufluß-Pumpe 4 bis zum Wandler 11 kann auch empirisch bestimmt werden, indem Pp (Pumpenauslaßdruck) und Ps (abgetasteter Druck) über einen Bereich von Durchflußmengen gemessen und die sich ergebenden Daten (Pp - Ps) gegen Qin, wie schematisch in Fig. 5 dargestellt, an eine Gleichung angepaßt werden. Bei Verwendung einer Leitung 7 mit 6,35 mm (0,25inch) ID und einer Länge von 10 Fuß, die aus PVC besteht, wurde folgende Funktion bestimmt:
(7) Pp - Ps = D&sub1;Qin² + D&sub2;Qin
welche unter der Voraussetzung, daß Qin immer positiv sein muß, folgendermaßen umgeschrieben werden kann:
Wenn der abgetastete Druck PS und das Impulsbreitenmodulationssignal (PWM) vorgegeben sind, kann der Höhlendruck Pc in folgender Weise berechnet werden:
a) aus einem gegebenen PWM wird nach Gleichung (6) RPM berechnet;
b) aus einem gegebenen RPM wird gemäß Gleichung (5) Bn berechnet;
c) aus einem gegebenen Bn und Ps werden die Gleichungen (4) und (8) nach den beiden unbekannten Qin und Pp aufgelöst;
d) aus den gegebenen Ps, An und Qin wird gemäß Gleichung (2) Pc berechnet.
Der Drucksignalprozessor 13 kann mit irgendeinem geeigneten Algorithmus versehen werden, um die Gleichungen (4) und (8) nach den Unbekannten Pp und Qin aufzulösen. Geeignete Algorithmen sind im Handel erhältlich. Die Gleichungen (2), (5) und (6) werden unter Verwendung geeigneter Software- Routinen üblicher Art gelöst.
Der Drucksignalprozessor 13 erzeugt dann ein dem Körperhöhlendruck Pc entsprechendes Signal, welches über die Leitungen 32 und 32a dem Eingang der Drucksteuereinheit 40 und über die Leitungen 32 und 32b einer Druckanzeigeeinheit 5b an der Vorderseite der Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 (Fig. 1) zugeführt wird. Der Prozessor 13 kann ein Signal erzeugen, welches die Durchflußmenge Qin der Flüssigkeit in die Körperhöhle repräsentiert und das über die Leitung 33 einer Anzeigeeinheit 5b an der Einheit 5 zur Anzeige der Zuflußmenge zugeführt werden kann. Wenn es gewünscht wird, kann der Zufluß Qin über die Zeit integriert werden, um das Gesamtvolumen der eingeführten Flüssigkeit abzuschätzen und das Ergebnis kann an der Einheit 5 (nicht dargestellt) angezeigt werden, so daß der Arzt den Flüssigkeitsverbrauch überwachen und ein unerwartetes Versiegen der Flüssigkeitszufuhr vermeiden kann. Da der Druck innerhalb enger Grenzen aufrechterhalten wird, kann Qin genau gemessen werden.
Die Drucksteuereinheit 40 vergleicht das eingestellte und über die Leitung 31 zugeführte Drucksignal mit dem berechneten, über die Leitung 32a zugeführten Körperhöhlendrucksignal und erzeugt ein Signal, welches die Pumpendrehzahl repräsentiert, die notwendig ist, um den berechneten Körperhöhlendruck anzuheben oder zu erniedrigen, damit er gleich dem eingestellten Druck wird. Die Drucksteuereinheit 40 stellt somit die Drehzahl des Motors 4a der Zentrifugal-Pumpe 4 ein und daher repräsentiert das Ausgangssignal der Drucksteuereinheit 40 zu jedem gegebenen Zeitpunkt die tatsächliche Drehzahl der Pumpe 4 zu dieser Zeit. Dieses Pumpendrehzahlausgangssignal wird über die Leitungen 41 und 42 einem Eingang des Drucksignalprozessors 13 zugeführt, so daß der Prozessor 13 die Konstanten Bn für die Gleichung (4) unter Verwendung der Gleichung (5) auswählen kann. Das heißt, der Prozessor 13 kann mit der Gleichung (5) für die Konstanten Bn als Funktion von RPM versorgt werden. Unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens kann dann der Körperhöhlendruck Pc berechnet werden.
Ein unterschiedliches und zur Zeit bevorzugtes Verfahren, das zur Berechnung des Höhlendruckes Pc verwendet wird, macht die Berechnung von Qin aus Pp und dem durch die Leitung 7 bewirkten Druckabfall unnötig. Dafür werden der Druck in bezug auf die Durchflußeigenschaften der Zufluß-Pumpe 4 und der Leitung 7 pauschal zusammengefaßt und empirisch als eine einzige Komponente bestimmt; daher kann Qin direkt aus Ps bestimmt werden. Der Druck in Abhängigkeit von den Durchflußeigenschaften der Zuführungskanüleneinheit 9 ist, wie oben anhand von Gleichung (2) beschrieben, gegeben durch:
(2) Pc = Ps - A&sub1;Qin² - A&sub2;Qin
Da Ps gemessen ist und die Werte An vorher empirisch bestimmt werden, kann bei Kenntnis von Qin der Wert Pc berechnet werden.
Um Qin zu berechnen, wird der Druck in Abhängigkeit von den Durchflußeigenschaften der Zufluß-Pumpe 4 in Verbindung mit den Leitungen 2 und 7 von der Flüssigkeitsquelle 1 bis zum Punkt der Druckmessung durch den Wandler 11 über einen Bereich von Drehzahlen des Motors 4a empirisch bestimmt. Diese empirische Beziehung des Druckes in Abhängigkeit vom Durchfluß wurde mit der folgenden Funktion genau angepaßt:
(9) Ps = E&sub0; - E&sub1;Qin² - E&sub2;Qin
die folgendermaßen umgeschrieben werden kann:
Wie oben beschrieben, könnten die Funktionen für jedes Bn als Funktionen von RPM ausgedrückt werden durch:
(11) En = f(RPM)
und RPM kann als Funktion des Impulsbreitenmodulationssignals (PWM) ausgedrückt werden durch:
(12) RPM = C · PWM
Obwohl der Wert für C in Gleichung (12) der gleiche ist wie der Wert für C in Gleichung (6), sind die Werte für En, die aus Gleichung (11) abgeleitet werden, nicht die gleichen wie die Werte für Bn, die aus Gleichung (5) abgeleitet werden.
Wenn der sensierte Druck Ps und das Impulsbreitenmodulationssignal (PWM) vorgegeben sind, wird der Körperhöhlendruck Pc in folgender Weise berechnet:
a) bei vorgegebenem PWM wird RPM aus Gleichung 12 berechnet;
b) bei vorgegebenem RPM wird En aus Gleichung 11 berechnet;
c) bei vorgegebenem En und Ps wird Qin aus Gleichung 10 berechnet;
d) bei vorgegebenem Ps, An und Qin wird Pc aus Gleichung 2 berechnet.
Die Gleichungen (2), (10), (11) und (12) können unter Verwendung geeigneter Software-Routinen üblicher Art gelöst werden.
Die UND-Gatter 60a und 60b (Fig. 2) sind in der Software enthaltene bedingte Anweisungen, könnten aber auch in Hardware realisiert werden, wenn dies gewünscht ist. Dem Eingang des UND-Gatters 60a wird über die Leitungen 41 und 43 das Pumpendrehzahlsignal zugeführt. Wenn dem anderen Eingang des UND-Gatters 60a nicht über die Leitung 52 ein Ausschaltsignal zugeführt wird, wird das PWM-Signal für die Pumpendrehzahl über die Leitung 61 einem, mit variabler Drehzahl antreibbaren Motor 4a zugeführt, um die Pumpendrehzahl derart zu erhöhen oder zu erniedrigen, daß sie gleich der durch das Pumpendrehzahlsignal repräsentierten Pumpendrehzahl ist.
Eine Störungszustand-Steuereinheit 50 ist dafür vorgesehen, ein Ausschaltsignal zu erzeugen, wenn irgendeine von einer Anzahl von Systemstörungen erkannt wird. Den Eingängen 50a der Steuereinheit 50 werden Störungen anzeigende Signale zugeführt, wie beispielsweise bei extrem hohem Körperhöhlendruck, extrem hohem Zufluß, Ausfallen eines Sensors usw.. Die Steuereinheit 50 erzeugt in üblicher Weise ein Störungssignal, welches über die Leitungen 51 und 52 dem UND-Gatter 60a und über die Leitungen 51 und 53 dem UND-Gatter 60b zugeführt wird, das der Saugpumpe 18 zugeordnet ist. Das Vorhandensein eines Störungssignals am Eingang der Gatter 60a und 60b erzeugt ein Pumpenausschaltsignal an den Ausgängen der Gatter 60a und 60b, welches jeweils die Motoren 4a und 18a der Zentrifugal-Zufluß- Pumpe 4 und der Saugpumpe 18 abschaltet.
Die Gatter 60a, 60b, der Prozessor 13 und die Steuereinheiten 40 und 50 werden vorzugsweise mittels eines Mikroprozessors realisiert.
Das Werkzeug 15 und die Werkzeugsteuereinheit 21 werden vorzugsweise jeweils mittels der PS 3500 Motor-Antriebseinheit und PS 3500 EP-Steuereinheit realisiert, die von der Firma Smith & Nephew Dyonics Inc., Andover, Massachusetts bezogen werden können. Das Werkzeug 15 enthält somit einen Motor, eine Koppelvorrichtung zur Aufnahme einer gewünschten Operationsklinge und einen inneren Durchtrittsweg für den Durchfluß von Flüssigkeit von der Operationsstelle durch die Klinge und das Werkzeug zur Leitung 16 und dann zur Saugpumpe 18. Die Werkzeugsteuereinheit 21 enthält eine Leistungsquelle und eine Steuervorrichtung für den Werkzeugmotor. Bekanntlich speichert die PS-3500-Steuereinheit von DYONICS die Bereiche geeigneter Werkzeugmotordrehzahlen für jede der Operationsklingen von DYONICS, die in Verbindung mit dem PS-3500-Motorantrieb von DYONICS verwendet werden können und zeigt dem Chirurgen diesen Bereich automatisch auf dem Anzeigefeld 6b (Fig. 1) an, nachdem die Klinge in den PS-3500-Motorantrieb eingesetzt ist. Der Chirurg wählt eine Klingengeschwindigkeit innerhalb dieses Bereiches aus, indem er den Selektor 6a (Fig. 1) betätigt. Siehe US-Patent Nr. 4 705 038, ausgegeben am 10. November 1987.
Die Steuereinheit 21 erzeugt Ausgangssignale, welche die ausgewählte Klinge und die Drehzahl des Werkzeugmotors repräsentieren, und diese Signale werden über die Leitung 23 jeweils den Leitungen 23a und 23b (Fig. 2) zugesandt und dann der Saugpumpensteuereinheit 70. Diese Information wird von der Saugpumpensteuereinheit 70 verarbeitet, die über die Leitung 70a dem UND-Gatter 60b ein Ausgangssignal zuführt, das die gewünschte Saugpumpenmotordrehzahl repräsentiert. Wenn der Werkzeugmotor abgeschaltet ist, kann der Saugpumpenmotor abgeschaltet sein oder mit niedriger Drehzahl, wie beispielsweise bis etwa 200 RPM laufen. Wenn der Werkzeugmotor eingeschaltet ist, liegt in Abhängigkeit von der ausgewählten Klinge die Saugpumpenmotordrehzahl im Bereich zwischen etwa 500 bis etwa 4000 RPM. Das Saugpumpenmotordrehzahlsignal wird vom UND-Gatter 60b über die Leitung 70b zum Pumpenmotor 18a geführt, solange an den Eingang des Gatters 60b über die Leitung 53 kein Störungssignal angelegt wird.
Für den Motor 18a wird kein geschlossener Regelkreis verwendet. Die Ausflußmenge an Flüssigkeit hängt nur von der Klinge ab, die im Werkzeug 15 verwendet wird und davon, ob der Motor (nicht dargestellt) des Werkzeugs 15 läuft oder stillsteht.
Ein manuell betätigbarer Ausschalter ist vorgesehen, um es dem Chirurgen zu ermöglichen, die Steuereinheit 70 auszuschalten, um eine niedrige, mittlere oder hohe Drehzahl für den Motor 18a für unterschiedliche Ausfluß-Szenarios auszuwählen. Die Störungszustand-Steuereinheit 50 schaltet die Steuereinheit 70 ebenfalls ab, indem sie über die Leitung 53 einem Eingang des UND- Gatters 60b ein Störungssignal zuführt, welches in der oben beschriebenen Weise den Pumpenmotor 18a abschaltet.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Operationskanüle 9a und ein Irrigations- Verlängerungsstück 9b, die ineinander einrasten zur Bildung der Zuführungskanüleneinheit 9, die in Fig. 8 dargestellt ist. Die Operationskanüle 9a besitzt einen Nadelabschnitt 91, der in das distale Ende 92 ausläuft. Bohrungen 93a und 93b sind mittels einer Dichtung 94 abgedichtet, die, wenn sie mittels des Dichtungslochers 95 (Fig. 7 und 8) des Verlängerungsstücks 9b geöffnet wird, es der Flüssigkeit ermöglicht, durch die Kanüleneinheit 9 in die Körperhöhle 10 einzuströmen.
Das Verlängerungsstück 9b ist mit einer Bohrung 96 versehen, die das proximale Ende 97 der Kanüle 9a aufnimmt. Die Verriegelung 104 rastet in die Nut 98 der Kanüle 9a ein, um die Zuführungskanülenteile 9a und 9b zusammenzuhalten. Die Dichtung 94 (Fig. 6A) besitzt einander gegenüberliegende Flächen 94a und 94b, die von einem Elastomer gebildet sind und Querschlitze 94c und 94d aufweisen, sowie einen äußeren Montagering 94e. Die Dichtung 94 kann unter Verwendung eines herausnehmbaren Einsatzstückes zwischen den Flächen 94a und 94b ausgebildet sein. Der Dichtungslocher 94 dringt durch die Schlitze 94c und 94d zum Öffnen der Dichtung; die Dichtung 94 wird wieder abgedichtet, wenn das Verlängerungsstück 9b von der Kanüle 91 abgekoppelt wird.
Das Verlängerungsstück 9b ist mit einem drehbar montierten Einlaß 99 versehen, der mit der inneren Bohrung 99a über die Einlaßbohrung 99b und die Öffnungen 99c in Verbindung steht. Wenn das Endoskop 8 (Fig. 8) in die Zuführungskanüleneinheit 9 eingesetzt wird, strömt die zufließende Flüssigkeit durch die Bohrung 99b des Einlasses 99 und tritt am distalen Ende 92 über die Öffnungen 99c und den Ringraum 99d zwischen dem Rohr 91 der Kanüle 9a und dem Endoskop 8 aus.
Das Endoskop 8 kann mit dem Verlängerungsstück 9b über einen (nicht dargestellten) Bajonettverschluß verriegelt sein unter Benutzung des Zapfens 99e zur Erleichterung der Verriegelung des Verlängerungsstücks 9b mit dem Endoskop 8. Das Endoskop 8 ist ein übliches Endoskop mit einem Okular 8b, einem Lichtleiter 8c und einem Lichteinlaß 8d.
Wie aus Fig. 9 ersichtlich, wird ein Druck-Meßwertwandler 11 mit einer piezoresistiven Brücke von einem Verbindungsstück 100 getragen. Im Handel erhältliche Wandler können verwendet werden, wenn sie derart modifiziert werden, daß biokompatibles Material verwendet wird. Das Verbindungsstück 100 besteht aus einem vorderen Teil 101 und einem hinteren Teil 102. Der vordere Teil 101 besitzt eine Innenbohrung 103 zur Aufnahme des Zuführungs-Einlaßstücks 99 der Verlängerung 9b, welches in seiner Lage durch die federbelastete Verriegelungsvorrichtung 104 festgehalten wird, welche in die Nut 98 des Zuführungs-Einlaßstücks 99 eingreift. Das Einsetzen des Zuführungs- Einlaßstücks 99 in die Bohrung 103 öffnet auch ein federbelastetes Ventil 101a in der vorderen Einheit 101. Die hintere Einheit 102 ist mit einer abgestuften Bohrung 104a und 104b versehen, welche über eine Schulter 104c miteinander verbunden sind. Der Wandler 11 ist auf die Unterseite der Einheit 102 aufgeklebt, wobei die Bohrung 105 in der Einheit 102 in Flüssigkeitsverbindung mit der Bohrung 11a im Wandler 11 steht derart, daß durch die Leitung 7 strömende Flüssigkeit die Bohrungen 105 und 11a ausfüllt und in direkten Kontakt mit der abtastenden Membran 11b des Wandlers 11 gerät. Die Bohrungen 105 und 11a besitzen einen Durchmesser von beispielsweise etwa 1,0 mm (0,04 Inch), und die Membran 11b steht daher mit einer dünnen Flüssigkeitssäule in Kontakt, die sich auf demselben Druck befindet, wie die zuströmende Flüssigkeit. Der Wandler 11 überträgt ein dem Druck Ps entsprechendes, durch die Membran 11b abgetastetes Spannungssignal über die Leitung 12 zum Prozessor 13.
Natürlich kann der Druckwandler 11 an beliebiger Stelle zwischen der Pumpe 4 und der Körperhöhle 10 angeordnet sein und der Körperhöhlendruck kann, wie oben beschrieben, berechnet werden. Wenn der Wandler 11 an der Pumpe 4 angeordnet ist, braucht nur der Druckabfall zwischen der Pumpe 4 und der Kanülenspitze 92 in Betracht gezogen werden.
In alternativer Weise kann ein (nicht dargestelltes) Druckabtastrohr verwendet werden, das an einem Ende mit der Körperhöhle 10 oder mit den Leitungen 7 oder 16 unmittelbar außerhalb der Körperhöhle 10 verbunden ist und in bekannter Weise Luft als Übertragungsmittel verwendet. Siehe beispielsweise DeSatnick et al. US-Patent Nr. 4 650 462. Andere Drucksensoren können ebenso verwendet werden.
Gemäß Fig. 10 ist die Abführungskanüle 14 mit der Klinge 15a eines chirurgischen Werkzeugs 15 zusammengebaut. Die Abführungskanüle 14 ist vorzugsweise identisch mit der Operationskanüle 9a und besitzt ein Luer-Anpaßstück 14a in einer Bohrung 14b und eine Doppelschnecke 14c am proximalen Ende 14d. Die Klinge 15a besitzt ein komplementäres Luer-Anpaßstück 15b und ein Doppelschneckengewinde 15c, so daß die Klinge 15a in dichtender Weise an der Kanüle 14 befestigt werden kann. Der rohrförmige Abschnitt 15d öffnet sich und ist durch die Dichtung 94 hindurchgeführt. Die Klinge 15a ist betriebsmäßig über einen Schaft 15e mit einem Werkzeug 15 (Fig. 1) ver bunden. Ein mittels der Saugpumpe 18 angelegter Saugdruck saugt Flüssigkeit aus der Körperhöhle 10 durch den rohrförmigen Abschnitt 15d in das Werkzeug 15. Die Flüssigkeit tritt über den Auslaß 15f (Fig. 1) aus dem Werkzeug 15 aus und in die Leitung 16 ein.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann in der folgenden Weise betrieben werden. Die Zuführungskanüleneinheit 9 und die Abführungskanüle 14 werden in die Körperhöhle 10 eingesetzt, das Endoskop 8 wird über die Zuführungskanüleneinheit 9 in die Körperhöhle 10 eingebracht und die Leitung 7 wird zwischen die Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 und das Einlaßstück 99 des Verlängerungsstücks 9b eingeschaltet. Wenn der Chirurg die Absicht hat, vor dem Einsetzen des Werkzeugs 15 in die Höhle 10 die Operationsstelle zu überprüfen, wird vorzugsweise die Abführungsleitung 16 direkt zwischen die Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 und die Abführungskanüle 14 eingeschaltet. In einem solchen Fall wird die geeignete Drehzahl für die Pumpe 18 durch Betätigung des manuellen Ausschalters 71 bestimmt. Im übrigen wird die Abführungsleitung 16 zwischen die Flüssigkeitsbehandlungseinheit 5 und den Auslaß 15f des Werkzeugs 15 eingeschaltet, wie in Fig. 1 dargestellt. In jedem Fall wird der gewünschte Druck in der Körperhöhle 10 durch den oben beschriebenen geschlossenen Regelkreis aufrechterhalten, während die Abführungsfördermenge, unabhängig vom Druck in der Körperhöhle 10 durch die Art der Klinge im Werkzeug 15 und die Drehzahl des Motors im Werkzeug 15 bestimmt wird.
Es wird dann der Generator 30 für den eingestellten Druck in Betrieb genommen, um einen geeigneten Druck für die Operationsstelle auszuwählen. So kann beispielsweise der ausgewählte Druck innerhalb der unten angegebenen Bereiche liegen:

Operationsstelle Druckbereich (mmHg)

Knöchel 80-150
Knie 35-90
Schulter 80-150
Handgelenk 30-80
vom Benutzer definiert < 150
Eine weitere Vereinfachung wurde gemacht, weil empirisch bestimmt wurde, daß für eine gegebene Auslegung der Zentrifugalpumpe der Koeffizient B&sub0; in Gleichung 4 und E&sub0; in Gleichung 10 streng von der TAC und der Höhe der Flüssigkeitszuführung 1 über der Pumpe 4, aber unabhängig vom Durchfluß ist. Die verbleibenden Variablen B&sub1;, B&sub2;, E&sub1; und E&sub2; sind tatsächliche Konstanten, die nur von der Auslegung des Rohres, der Kanüle und der Pumpe abhängig sind, und da diese fest sind, sind es auch die zugeordneten Variablen B&sub1;, B&sub2;, E&sub1; und E&sub2;.
Die oben beschriebenen Variablen B&sub0; und E&sub0; sind abhängig von der Höhe der Flüssigkeitszuführung 1 über der Pumpe 4, der Pumpendrehzahl RPM und der Auslegung der Zentrifugalpumpe 4. Da die Pumpenauslegung fest und die Pumpendrehzahl meßbar ist, muß daher die Höhe der Beutel 1 über der Pumpe 4 entweder fest oder eine meßbare Variable sein. Da bei der zur Zeit bevorzugten Ausführungsform die Höhe der Flüssigkeitszuführungsbeutel 1 auf 610 mm (zwei Fuß) über der Pumpe 4 (45 mmHg) fixiert ist, enthält die Software für den Prozessor 13 die Variable P&sub0; (Beutel-Ablage), die auf einen konstanten Wert von 45 mmHg eingestellt ist, aber die Beutel-Höhen-Ablage kann mit geeigneter Veränderung als variable Eingangsgröße in der Software für den Prozessor verwendet werden.
Bei einer vorgegebenen festen Auslegung der Zentrifugalpumpe ist der Spitzendruck, den die Zentrifugalpumpe ohne Durchfluß durch sie erzeugen kann, eine Funktion der Drehzahlmessergeschwindigkeit TAC, die gegeben ist durch:
(A) Pz = f(TAC) = G&sub1;(TAC)² + G&sub2;(TAC)
Der Spitzendruck bei Null-Durchfluß, den das System erzeugen kann, ist also abhängig von der Ablage P&sub0; des Flüssigkeitszuführungsbeutels, daher kann der Gesamtdruck Pt bei Null-Durchfluß, den das System erzeugen kann, definiert werden durch:
(B) Pt = Pz + P&sub0;
Der Druckabfall P&sub1; stromaufwärts des Sensors über dem Rohr 2 und der Zentrifugalpumpe 4 ist mit dem Durchfluß durch es gegeben durch:
(C) P&sub1; = Pt - Ps = H&sub1;Qin² + H&sub2;Qin
wobei PS der abgetastete Druck und Pt der schon früher beschriebene Gesamtdruck bei Null-Durchfluß ist. Die Gleichung C ist die gleiche Beziehung wie Gleichung 9, wobei Pt = E&sub0;, H&sub1; = E&sub1; und H&sub2; = E&sub2; ist. Die Werte für H&sub1; und H&sub2; sind abhängig von der Lage des Drucksensors 257 im Ausflußweg der Zentrifugalpumpe, von der Geometrie der Zentrifugalpumpe, der Geometrie des Rohres 2 und der Größe der Spitzen (nicht dargestellt). Weil der ganze Zuflußrohrsatz 2 und die Pumpe 4 unter engen Toleranzbedingungen hergestellt sind, wurde herausgefunden, daß die Werte für H&sub1; und H&sub2; sich von einer Anordnung zur anderen nicht signifikant verändern. Deshalb kann der folgende Druckumwandlungsalgorithmus auf jede derartige Pumpe und Zuflußrohrsatzeinheit angewendet werden, solange die Werte für A&sub1; und A&sub2; in Gleichung 1 und H&sub1; und H&sub2; in Gleichung C sich von einem Aufbau zum anderen nicht signifikant ändern.
Der Druckabfall P&sub2; stromabwärts des Sensors über dem Rohr 7 und der Kanüle 9 ist mit dem Durchfluß durch sie über die Gleichung D verknüpft, die die gleiche wie Gleichung 1 ist:
(D) P&sub2; = Ps - Pc = A&sub1;Qin² + A&sub2;Qin
wobei Ps der abgetastete Druck und Pc der Druck am distalen Ende 92 der Kanüle 9 ist. Die Konstanten A&sub1; und A&sub2; sind abhängig von der Größe des Rohres 7 und der Größe und der Auslegung des Arthroskops 8 und der Zuflußkanüle 9 und daher muß dafür gesorgt werden, daß Änderungen in der Auslegung oder der Konstruktion der unterschiedlichen Komponenten nicht die Beziehung zwischen dem Gesamtdruck und dem Durchfluß, Gleichung D, in signifikanter Weise über den gewünschten Bereich beeinflussen. Wenn Änderungen auftreten, wird der Prozessor 13 mit einer Software versorgt, die den Prozessor mit unterschiedlichen Konstanten A&sub1; und A&sub2; auf den neuesten Stand bringt.
Obwohl dies nicht die zur Zeit bevorzugte Ausführungsform ist, könnte, wenn es möglich ist, sowohl die Durchflußmenge Qin als auch den Druck Ps direkt zu messen an Pc direkt aus der Gleichung 2 abgeschätzt werden:
(2) Pc = Ps - A&sub1;Qin² - A&sub2;Qin.
In alternativer Weise kann der Gesamtdruckabfall (Pt - Pc) im System verwendet werden, welcher P&sub1; plus P&sub2; ist und dargestellt werden kann als:
(E) Pt - Pc = (A&sub1; + H&sub1;)Qin² + (A&sub2; + H&sub2;)Qin
wobei lediglich die Durchflußmenge Qin dazu benötigt wird, den Körperhöhlendruck Pc abzuschätzen, weil Pt als Funktion von TAC bekannt ist. Dies wurde nicht realisiert wegen der hohen Kosten, die bei der Verwendung so wohl eines Drucksensors und eines Durchflußsensors im System entstehen und weil ein Mittel gefunden wurde, den Durchfluß Qin aus bekannten Eigenschaften der Zentrifugalpumpe und der Rohre 2 und 7 zu bestimmen.
Die zur Zeit bevorzugte Ausführungsform bestimmt in wirksamer Weise den Körperhöhlendruck Pc durch Berechnung des Druckabfalls P&sub2; stromabwärts des Drucksensors aus dem gemessenen Druckabfall P&sub1; stromaufwärts des Drucksensors. Dies ist möglich, weil, da der Durchfluß durch den Beutel 1 - das Rohr 2 - die Pumpe 4 und der Durchfluß durch das Rohr 7 - die Kanüle 9 der gleiche ist, eine direkte Beziehung zwischen dem Druckabfall P&sub1; über dem Beutel 1 - dem Rohr 2 - der Pumpe 4 und dem Druckabfall P&sub2; über dem Rohr 7 - der Kanüle 9 bestehen muß. Da P&sub2; eine Funktion des Durchflusses Qin und P&sub1; ebenfalls eine Funktion des Durchflusses Qin ist, muß P&sub2; eine Funktion von P&sub1; sein mit der Beziehung:
(E) P&sub2; = k(P&sub1;)
welche vorherbestimmt und im Programmspeicher des Prozessors 13 gespeichert werden kann.
Der Drucksignalprozessor 13 erhält ein Drucksignal Ps vom Druck-Meßwertwandler 257 über die Leitung 12. Der Drucksignalprozessor 13 skaliert das Drucksignal Ps und liefert einen Druckwert in Einheiten von mmHg-Druck
(F) Ps(mmHg) = Ps/16.
Der Drucksignalprozessor 13 erhält weiterhin vom Drehzahlmesser 406 über die Leitung 42d ein Tachometersignal TAC. Der Drucksignalprozessor 13 berechnet den Pumpendruck Pz bei Null-Durchfluß unter Benutzung der Gleichung A:
(A) Pz = f(TAC) = G&sub1;(TAC)² + G&sub2;(TAC)
und berechnet dann den Gesamtpumpendruck Pt bei Null-Durchfluß unter Verwendung der Gleichung B, wobei P&sub0; die bekannte Höhe des Beutels 1 über der Pumpe 4 ist:
(B) Pt = Pz + P&sub0; = G&sub1;(TAC) + P&sub0;.
Aufgrund der Definition ist P&sub1; der Druckabfall stromaufwärts des Drucksensors, der durch die Gleichung C beschrieben wird:
(C) P&sub1; = Pt - Ps(mmHg).
Aus Gleichung D, P&sub2; = Ps - Pc, und aus Gleichung F kann der gemeinsame Druck Pc in Einheiten des berechenbaren Druckabfalls P&sub1; definiert werden durch
(G) Pc = Ps - k(P&sub1;)
der dann über 32a zur Darstellung am Druckanzeigeelement 5b weitergeleitet werden kann.
Der Drucksignalprozessor 13 ist auch mit der Drucksteuereinheit 40 über Leitungen 32 und 32b verbunden. Die Drucksteuereinheit 40 erhält die Werte für P&sub1; vom Drucksignalprozessor 13 und berechnet den Gesamtdruckabfall Pd über der Pumpe, dem Rohr und der Kanüle durch
(H) Pd = P&sub1; + P&sub2; = P&sub1; + k(P&sub1;).
Ein laufender Mittelwert von 16 Berechnungen pro Sekunde für Pd wird festgehalten, um das turbulente Rauschen des Motors 4a auszufiltern. Aus Glei chung E und in Kenntnis des gewünschten eingestellten Druckes Pset berechnet die Drucksteuereinheit 40 den erforderlichen Pumpenspitzendruck P¹z, um den Gesamtdruckabfall Pd im System zu überwinden, durch
(I) P¹z = Pset + Pd - P&sub0;
Weil eine Zentrifugalpumpe keine negativen Drücke erzeugen kann, ist P¹z an positive Werte gebunden. Die Ziel-Drehzahl wird durch Auflösen der Gleichung B nach TAC berechnet, welche geschrieben werden kann als:
Da P¹z aus Gleichung 1 bekannt ist, kann Gleichung J nach ZIEL aufgelöst werden. Die ZIEL-Drehzahl wird dann der Motordrehzahlsteuereinheit 407 über die Leitungen 41 und 61 zugeführt. Wenn der Wert von ZIEL größer als 100 ist, erzeugt die Drucksteuereinheit 40 ein ZIEL-Signal, das gleich 100 ist, um eine maximale Pumpendrehzahl von 4000 RPM aufrechterhalten, da die für den Motor 4a verwendete RPM = 40 TAC ist.
Es wird zur Zeit bevorzugt, die Gleichungen A und I mittels einer Nachschlagetabelle zu lösen, die im Speicher gespeichert ist und die Werte für Pz und die ihnen entsprechenden TAC-Werte auflistet.
Zusammenfassend gesagt berechnen der Prozessor 13 und die Drucksteuereinheit 40 die ZIEL-Drehzahl des Motors 406a und damit die Drehzahl der Pumpe 4 unter Verwendung der Motordrehzahl TAC des abgetasteten Druckes PS und des Einstelldruckes Pset auf der Basis der Druckabfälle stromaufwärts des Sensors zur Flüssigkeitszuführung und stromabwärts des Sensors zur Spitze der Zuführungskanüle als Eingangssignale.
Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 4a ein bürstenloser Dreiphasen-Gleichstrom-Motor, der von der Firma BEI KIMCO Magnetics Division, San Marcos, California, Part No. DIH 23-20-BBNB bezogen werden kann und durch einen Mikroprozessor gesteuert ist. Obwohl übliche Mikroprozessorsteuerungen verwendet werden können, wird zur Zeit die Verwendung des Steuersystems für einen bürstenlosen Motor, wie es in dem US- Patent Nr. US-A-5270622 beschrieben ist, bevorzugt.

Claims

1. Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens mit:

a) einem Flüssigkeitszuführungsmittel (4);

b) einem Mittel (11) zur Erzeugung eines Körperhöhlendrucksignals, welches den in der besagten Körperhöhle (10) herrschenden Druck darstellt;

c) einem Rohrleitungsmittel (7) zur Verbindung des besagten Flüssigkeitszuführungsmittels (4) mit der besagten Körperhöhle (10) zur Förderung von Flüssigkeit unter Druck zu der besagten Körperhöhle (10); und

d) einem Steuermittel (40), welches auf das besagte Körperhöhlendrucksignal anspricht zum Anheben oder Absenken des Druckes der besagten Flüssigkeit, die durch das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel gefördert wird, um dadurch den besagten Körperhöhlendruck auf einem vorgegebenen Wert zu halten,

dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitszuführungsmittel ein dynamisches Pumpenmittel ist.

2. Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens nach Anspruch 1, welche zusätzlich ein Sensormittel (11) zur Erzeugung eines Körperhöhlendrucksignals aufweist, das den in der besagten Körperhöhle (10) herrschenden Druck darstellt.

3. Vorrichtung zum Zuführen von Flüssigkeit zu einer Körperhöhle während eines endoskopischen Verfahrens nach Anspruch 1, bei welcher

a) das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel (4) zur Zuführung von Flüssigkeit unter Druck dient;

b) das besagte Mittel (11) zur Erzeugung eines Körperhöhlendrucksignals, das den in der besagten Körperhöhle herrschenden Druck darstellt, ein Sensormittel umfaßt, welches mit Flüssigkeit unter Druck in Verbindung steht, die durch das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel zu einer Stelle stromaufwärts von der besagten Körperhöhle (10) gefördert wird, sowie ein Drucksignal- Verarbeitungsmittel (13) zum Berechnen des Druckwertes in der besagten Körperhöhle (10) aus dem sensierten Druck und zum Erzeugen eines berechneten Körperhöhlendrucksignals als besagtes Körperhöhlendrucksignal.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei welcher das besagte Mittel zum Erzeugen des besagten Körperhöhlendrucksignals ein Druckabtastmittel ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher das besagte Sensormittel ein Druck-Meßwertwandlermittel (11) und eine wirksame Druckabtastmembran umfaßt, und das besagte Druckabtastmittel ein Kanalmittel zum Lenken einer Flüssigkeitssäule aus der durch das besagte Rohrleitungsmittel fließenden Flüssigkeit auf die besagte Membran enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das besagte Sensormittel eine Kammer mit einem offenen Ende umfaßt, sowie eine dünne, flexible, das besagte offene Ende verschließende Membran, ein Kanalmittel zum Lenken von durch das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel geförderter Flüssigkeit zur besagten Kammer und ein Druck-Meßwertwandlermittel, das mit der besagten flexiblen Membran betriebsmäßig in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das besagte dynamische Pumpenmittel eine Zentrifugal-Zufluß-Pumpe ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der Ort eines Sensormittels in der Nähe des Auslasses des besagten Pumpenmittels liegt.

9. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Flüssigkeits-Abführungskanüle (14) zur Einführung in die besagte Körperhöhle (10) vorgesehen ist, sowie eine Saugquelle (18), die mit der besagten Abführungskanüle (14) verbunden ist, zum Absaugen von Flüssigkeit aus der besagten Körperhöhle (10) über die besagte Flüssigkeits-Abführungskanüle (14).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei welcher die besagte Saugquelle eine Saugpumpe ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher ein Schlauchmittel (16) die besagte Saugquelle (18) mit der besagten Flüssigkeits-Abführungskanüle (14) verbindet und ein Mittel vorgesehen ist, um den besagten Schlauch wahlweise abzuklemmen und somit wahlweise den Fluß der aus der besagten Körperhöhle abgesaugten Flüssigkeit einzuschränken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das besagte Flüssigkeitszuführungsmittel einen Motor zum Antrieb der besagten Zentrifugal-Zuflußpumpe umfaßt, sowie einen Drehzahlmesser zum Erzeugen eines Drehzahlsignals, welches die Ist-Drehzahl des besagten Motors anzeigt, und bei welcher das Drucksignal-Verarbeitungsmittel ein Eingangsmittel zum Aufnehmen des besagten Drehzahlsignals, sowie eines, den sensierten Druck anzeigenden Signals und eines einen gewünschten Einstelldruck anzeigenden Signals aufweist, sowie ein Mittel zum Berechnen eines Zieldrehzahlsignals aus den besagten Eingangssignalen, wenn das besagte berechnete Körperhöhlensignal als Funktion des Druckes zwischen dem besagten Flüssigkeitszuführungsmittel und dem besagten Sensormittel sowie zwischen dem besagten Sensormittel und der besagten Körperhöhle abfällt, wobei das besagte Zieldrehzahlsignal die notwendige Motordrehzahl darstellt, um den Druck der durch das besagte Zentrifugal-Zuflußpumpenmittel geförderten Flüssigkeit ansteigen oder absinken zu lassen, um dadurch den besagten Körperhöhlendruck auf dem besagten vorgegebenen Wert zu halten.