DE60016303T2

DE60016303T2 - Kontrollgerät für ein automatisches, chirurgisches Biopsiegerät

Info

Publication number: DE60016303T2
Application number: DE60016303T
Authority: DE
Inventors: John A. Mason Hibner; Chris K. Homewood Quatrochi; Randy M. Schaumburg Raczek; Mark A. Loveland Burdorff; Anthony T. Cincinnati Nguyen
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-03-02
Also published as: EP1952774A1; EP1493395B1; EP1044651A1; EP1952774B1; DE60016303T8; EP1493395A3; EP1493395A2; DE60040177D1; JP2000316867A; US6086544A; CA2303015A1; CA2303015C; DE60016303D1; AU2418300A; JP4489239B2; AU769342B2; ES2233285T3; EP1044651B1; ES2312920T3

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Steuervorrichtung zum Steuern der Entfernung von Gewebe in Biopsieinstrumenten und genauer zum Steuern der Drehung und des Versetzens einer Trenneinrichtung in einem Biopsieinstrument.
Hintergrund der Erfindung
Die Diagnose und Behandlung von Patienten mit Tumoren, prämalignen Zuständen und anderen Erkrankungen war lange Gegenstand intensiver Forschung. Nichtinvasive Verfahren zur Untersuchung von Gewebe umfassen Palpation, Röntgen, Magnetresonanzbildgebung (MRI), Computertomographie (CT) und Ultraschallbildgebung. Wenn ein Arzt vermutet, dass ein Gewebe Krebszellen enthalten kann, kann eine Biopsie entnommen werden entweder mit einem offenen oder einem perkutanen Eingriff. Für einen offenen Eingriff wird ein Skalpell verwendet, um einen großen Einschnitt in dem Gewebe vorzunehmen, um ein direktes Sehen und einen direkten Zugang zu der interessierenden Gewebemasse bereitzustellen. Die gesamte Masse (exzisionale Biopsie) oder ein Teil der Masse (inzisionale Biopsie) kann dann entfernt werden. Bei den meisten perkutanen Biopsieeingriffen wird ein nadelähnliches Instrument durch einen sehr kleinen Einschnitt eingeführt, um Zugang zu der interessierenden Gewebemasse zu erhalten und eine Gewebeprobe für die spätere Untersuchung und Analyse zu erhalten.
Aspiration und Kernbeprobung sind zwei perkutane Verfahren, um einen Teil von Gewebe aus dem Inneren des Körpers zu erhalten. Bei einem Aspirationseingriff wird Gewebe in Stücke zergliedert und durch eine feine Nadel in ein Flüssigmedium gezogen. Das Verfahren ist weniger lästig als die meisten anderen Beprobungstechniken, es weist jedoch eine beschränkte Anwendung auf, da die durch Aspiration ausgeschnittene Gewebestruktur zerstört wird, was für die Analyse nur einzelne Zellen (Zytologie) und nicht die Gewebestruktur (Pathologie) zurücklässt. Bei der Kernbiopsie wird ein Kern oder Fragment eines Gewebes in einer Art und Weise erhalten, die sowohl die Zellen als auch die Struktur für die histologische Untersuchung erhält. Die Art der verwendeten Biopsie hängt hauptsächlich von verschiedenen Faktoren ab und kein einzelner Eingriff ist für alle Fälle ideal. Kernbiopsie ist jedoch sehr nützlich bei einer Anzahl von Zuständen und wird von Ärzten umfangreich angewendet.
Beispiele für Kernbeprobungsbiopsieinstrumente sind in den US-Patenten 5,562,822 und 5,769,086 (beide erteilt an Ritchart et al.) und in EP 0 970 658 beschrieben. Ein weiteres Beispiel für ein Kernbeprobungsbiopsieinstrument ist das Biopsieinstrument, das nun von Ethicon Endo-Surgery, Inc., Cincinnati, Ohio, unter dem Handelsnamen MAMMOTOME vermarktet wird. Ein jedes dieser Instrumente ist eine Art von bildgesteuertem, perkutanem, kernbeprobendem Brustbiopsieinstrument, das ein Vakuum verwendet, um Gewebeproben zu gewinnen. Ein Arzt verwendet diese Instrumente, um „aktiv" (unter Verwendung von Vakuum) Gewebe zu erfassen, bevor es vom Körper abgetrennt wird. Insbesondere wird bei diesen Biopsieinstrumenten Gewebe in eine Öffnung am distalen Ende eines Durchstechungselementes gezogen, das hierin als ein Lochdorn bezeichnet wird. Ein Trenneinrichtungselement, hierin im Folgenden als Trenneinrichtung bezeichnet, wird gedreht und durch einen Hohlraum des Lochdornes jenseits der Öffnung bewegt. Während sich die Trenneinrichtung durch die Öffnung bewegt, trennt es Gewebe von dem umgebenden Gewebe ab, das in die Öffnung gezogen wird. Während die Trenneinrichtung allgemein gedreht wird unter Verwendung von irgendeiner Art von Motor, kann sie entweder manuell oder automatisch nach vorne bewegt werden. Bei dem MAMMOTOME-Instrument bewegt der Chirurg die Schneideinrichtung vor und zurück durch seitliches Bewegen eines an der Außenseite des Instrumentes angebrachten Knopfes. Wenn die Trenneinrichtung, proximal zu der Gewebeöffnung, einmal vor Ort ist, wird eine weitere seitliche Bewegung des Knopfes verhindert und die Trenneinrichtung durch die Gewebeöffnung nach vorne bewegt, um Gewebe durch Drehen des Knopfes abzutrennen. Diese Anordnung ist insoweit von Vorteil, als dass der Arzt in der Lage ist, durch taktile und/oder hörbare Rückkopplung zu bestimmen, ob die Trenneinrichtung wirksam Gewebe abtrennt oder ob es ein Problem gibt, wie beispielsweise Blockieren oder Festfahren. Der Chirurg kann dann die Geschwindigkeit einstellen, mit der die Trenneinrichtung durch das Gewebe bewegt wird, die Trenneinrichtung anhalten oder die Trenneinrichtung von dem Gewebe wegziehen.
Wie in den US-Patenten 5,562,822 und 5,769,086 beschrieben, kann das Versetzen der Trenneinrichtung automatisiert sein, um den Eingriff zu erleichtern. Wenn jedoch der Eingriff wie in diesen Literaturstellen beschrieben automatisiert ist, verliert der Chirurg den Vorteil der taktilen Rückkopplung, die sich bei einem manuellen Fortbewegen der Trenneinrichtung einstellt. Es ist im Allgemeinen wünschenswert zu gewährleisten, dass die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung nicht unter eine zuvor bestimmte Geschwindigkeit fällt, um die Gewebeprobe sauber von dem umgebenden Gewebe abzutrennen und eine Beschädigung der Gewebeprobe zu vermeiden. Das Automatisieren des Versetzens der Trenneinrichtung wird, in einem bestimmten Umfang, die taktile Rückkopplung beseitigen, die der Chirurg dadurch erhält, dass die Trenneinrichtung manuell bewegt wird. Das vorteilhafte Verfahren des automatischen Messens und Steuerns der Drehung und der Versetzung der Trenneinrichtung ist für keine der Vorrichtungen in den '822- oder '086-Patenten beschrieben. Dieses automatische Steuerverfahren könnte, beispielsweise, verwendet werden, um zu verhindern, dass sich die Trennvorrichtung nach vorne bewegt, wenn die Öffnung durch etwas anderes als Gewebe blockiert ist. Ein derartiges automatisches Steuerverfahren könnte auch verwendet werden, um zu gewährleisten, dass sich die Trenneinrichtung mit einer optimalen Geschwindigkeit dreht, um ein ordentliches Schneiden des Gewebes zu gewährleisten und um zu verhindern, dass die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung unterhalb einer zuvor eingestellten Grenze fällt.
Ein weiterer Vorteil einer Kernbeprobungsbiopsievorrichtung, die mit einem automatischen Steuerungsverfahren verwendet wird, besteht darin, dass der Betreiber in der Lage wäre, den chirurgischen Eingriff in kürzerer Zeit durchzuführen als mit einer motorisierten Vorrichtung, die kein automatisches Steuerverfahren aufweist. Da Kernbeprobungsbiopsievorrichtungen Gewebeproben von tief aus dem Körper des chirurgischen Patienten extrahieren, ist das durchdringende Element, oder der Lochdorn, notwendigerweise lang, um Zugang zum Gewebe zu erhalten. Das angetriebene Element, oder Trenneinrichtung, muss von dem proximalen Ende des Lochdornes zum distalen Ende versetzt werden, um die Gewebeprobe zu sammeln. Dann transportiert die Trenneinrichtung die Gewebeprobe vom distalen Ende des Lochdorns zu dem proximalen Ende, das sich außerhalb des Körpers des Patienten befindet. Während die Trenneinrichtung tatsächlich durch Gewebe schneidet und die Gewebeprobe sammelt, sollte die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung in einem optimalen Bereich gehalten werden. Für alle anderen Teile der Trenneinrichtungsversetzung kann aber die Versetzungsgeschwindigkeit ohne nachteilige Wirkungen vergleichsweise hoch sein. Somit könnte die zum Erhalten einer jeden Gewebeprobe erforderliche Zeit verringert werden. Da viele Gewebeproben von einem Patienten während eines typischen chirurgischen Eingriffes entfernt werden können, könnte die angesammelte gesparte Zeit erheblich sein, was einen offenkundigen Vorteil für sowohl den Chirurgen als auch den Patienten darstellt.
Ein chirurgisches Kernbeprobungsinstrument mit einer Nadelführungsstufe eines stereotaktischen Mammographiebiopsiesystems ist in US-Patent 5,830,219 von Bird et al. beschrieben. Bei diesem Instrument wird das angetriebene Element (hierin im Folgenden als eine Trenneinrichtung bezeichnet) versetzt, um Gewebe zu schneiden, das im distalen Ende des Instrumentes gefangen ist. Dieses Instrument verbindet Rückkopplung von einem optischen Schrittgeber mit einem Mikroprozessor, um den Schneidwiderstand zu berechnen, so dass wenn die Trenneinrichtung, beispielsweise, eine dichte Gewebemasse trifft, die dazu führt, dass die Trennelementumdrehung abnimmt, zusätzlich elektrischer Strom automatisch an dem Trenneinrichtungsmotor bereitgestellt wird, um die erwünschte Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung wieder einzunehmen. Der Schrittgeber liefert auch Informationen an den Mikroprozessor, um automatisch den Winkelausschlag der Trenneinrichtung zu steuern, während sie zwischen der Richtung im Uhrzeigersinn und in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn oszilliert. Dieses Trennelementensteuerverfahren des geschlossenen Regelkreises ist in '219 beschrieben als nur bereitgestellt für den Fall, dass sich die Trenneinrichtung in dem Trennteil seiner axialen Bewegung befindet.
Ein alternatives Steuerverfahren, das mit einer Erhöhung des Schneidwiderstandes (infolge des Auftreffens auf dichtem Gewebe oder Hindernissen) fertig werden soll, besteht darin, die Versetzungsgeschwindigkeit des Trennelementes in Inkrementen zu verringern, bis eine erwünschte Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung wieder aufgenommen wird. Wenn die Trenneinrichtung die Obstruktion nicht penetrieren und die erwünschte Drehgeschwindigkeit trotz Verringerung der Versetzungsgeschwindigkeit nicht wieder aufgenommen werden kann, dann könnte die Versetzung der Trenneinrichtung vollständig angehalten werden und eine Fehlermeldung könnte beispielsweise an den Betreiber übertragen werden. Dieses alternative Steuerungsverfahren hätte einen Vorteil dahingehend, dass ein Schaden an dem Biopsieinstrument verhindert wird, da die Gewebeprobe infolge der verlangsamten Fortbewegung der Trenneinrichtung durch das Gewebe weniger aggressiv erhalten wird oder das Versetzen der Trenneinrichtung vollständig angehalten wird, wenn die Obstruktion nicht penetriert werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Verringerung der Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung statt der Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung in Reaktion auf eine Erhöhung des Drehwiderstandes an der Trenneinrichtung besteht darin, dass kleinere, weniger leistungsstarke und weniger teure Motoren verwendet werden könnten, um die Trenneinrichtung anzutreiben. Sowohl der Versetzungsmotor zum Fortbewegen der Trenneinrichtung als auch der Drehmotor zum Drehen der Trenneinrichtung können kleiner sein, da die Gesamtgeschwindigkeit, mit der Arbeit an dem Gewebe durch die Trenneinrichtung verrichtet werden könnte, verringert werden könnte. Die Verwendung von kleineren, leichtgewichtigeren Motoren würde auch ihren Einbau in den handgehaltenen Teil des Biopsieinstrumentes erleichtern. Wie in EP 0 995 400 beschrieben, können die Motoren fern in einer getrennten Kontrolleinheit angeordnet und funktionsfähig mit dem handgehaltenen Teil des Biopsieinstrumentes durch wenigstens einen drehbaren Schaft verbunden sein. Bei einem derartigen Biopsieinstrument wäre die Verwendung von kleinen Motoren insoweit vorteilhaft, als dass sie die Verwendung von drehbaren Schäften mit einem geringen Durchmesser und einem geringen Gewicht erlauben würden. Zusätzlich zu den Kosteneinsparungen, die bei der Herstellung der Vorrichtung realisiert würden, könnte das Biopsieinstrument während des chirurgischen Biopsieeingriffes durch den Betreiber mehr durch die Hand manipulierbar sein.
Es ist auch vorteilhaft, beide Arten von Reaktionen auf erhöhte Drehgeschwindigkeit an der Schneideinrichtung zu verwenden. Das heißt, dass ein einzelnes Steuerverfahren, das ein Verfahren zum Verringern der Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung und ein Verfahren zum Erhöhen der Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung in Reaktion auf eine Verringerung der Drehung der Trenneinrichtung kombiniert, verwendet werden könnte. Zum Beispiel kann der elektrische Strom zu dem Drehmotor der Trenneinrichtung automatisch um eine zuvor bestimmte Menge erhöht werden, wenn die Trenneinrichtung auf eine Obstruktion im Gewebe trifft und der Schneidwiderstand scharf ansteigt. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung gemessen und mit einer erwünschten, zuvor eingestellten Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung verglichen und festgestellt wird, dass die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung noch nicht hoch genug ist, dann kann die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung um eine zuvor bestimmte Größe verringert werden. Diese Schritte könnten automatisch wiederholt werden, bis die Gewebeprobe erhalten ist oder bis bestimmte Betriebsschwellen (beispielsweise minimale Versetzungsgeschwindigkeit, maximaler Strom an dem Drehmotor) erreicht werden. Unter Verwendung eines derartigen kombinierten Verfahrens in Reaktion auf eine Erhöhung des Drehwiderstandes an der Trenneinrichtung können die Dreh- und Versetzungsmotoren der Trenneinrichtung kleiner sein als wenn ein Verfahren verwendet wird, bei dem die Trenneinrichtungsdrehung alleine modifiziert wird.
Wenn ein Betreiber ein handgehaltenes Instrument verwendet, das funktionsfähig mit einem fern angeordneten Motor durch einen flexiblen, drehbaren Schaft verbunden ist, kann die Funktionskonfiguration des drehbaren Schaftes die Leistungsfähigkeit der an das Handstück übertragenen mechanischen Energie beeinflussen. Wenn es zum Beispiel für den Betreiber erforderlich ist, das handgehaltene Instrument während des chirurgischen Eingriffes so zu halten, dass der flexible, drehbare Schaft scharf gebogen ist, ist der Drehwiderstand des drehbaren Schaftes höher als wenn sich der drehbare Schaft in einer geraden Konfiguration befindet. Wenn der Betreiber die Sonde des Instrumentes handhabt, um in die interessierende Gewebemasse einzudringen, kann auch unvermeidbar an dem Lochdorn der Sonde ein Biegemoment angelegt werden, was den Drehwiderstand der Trenneinrichtung erhöht, die in dieser Anordnung in enger Ausrichtung mit dem Lochdorn konstruiert ist. Es können auch zusätzliche mechanische Verluste auftreten, beispielsweise infolge Abnutzung oder fehlerhafter Ausrichtung von Leistungsübertragungskomponenten. Deshalb wäre es vorteilhaft in der Lage zu sein, den gesamten Drehwiderstand zu messen, bevor die Trenneinrichtung auf Gewebe trifft, so dass die Drehung der Trenneinrichtung auf die erwünschte, zuvor bestimmte Drehgeschwindigkeit zum Schneiden von Gewebe erhöht werden kann.
Für eine automatisierte handgehaltene Biopsievorrichtung können die Dreh- und Versetzungsmotoren der Trenneinrichtung in einer entfernten Einheit angebracht sein, um die Gesamtgröße und das Gesamtgewicht des Handstückes zu minimieren. Wie in EP 0 995 400 beschrieben, kann ein jeder Motor mit der Trenneinrichtung des Handstückes der Biopsievorrichtung durch einen flexiblen drehbaren Schaft funktionsfähig verbunden sein. Ein mit der Verwendung eines flexiblen, drehbaren Schaftes verbundener Kompromiss besteht darin, dass sich der Schaft über seine Länge verdrehen oder unter Last „verwinden" kann. Eine Messung der Winkelposition des Schaftes am proximalen Ende des drehbaren Schaftes kann von der am distalen Ende abweichen. Da die genaue Anzahl von Schaftdrehungen verwendet werden kann, um die axiale Position der Trenneinrichtung zu berechnen, ist es wünschenswert, ein hoch auflösendes Mittel innerhalb der Biopsievorrichtung einzubauen, um das Verdrehen des flexiblen, drehbaren Schaftes, der mit dem entfernt angeordneten Versetzungsmotor funktionsfähig verbunden ist, zu messen und auszugleichen.
Was benötigt wird, ist eine Kernbeprobungsbiopsievorrichtung mit einem Steuerverfahren und einer Vorrichtung, die erlaubt, dass die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung automatisch auf Schneidwiderstand reagiert, der durch Obstruktionen oder dichtes Gewebe bedingt wird, auf die/das die Trenneinrichtung trifft. Was weiter benötigt wird, ist eine Kernbeprobungsbiopsievorrichtung mit einem Steuerverfahren und einer Steuervorrichtung, die erlaubt, dass die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung automatisch auf einen Gesamtdrehwiderstand an der Trenneinrichtung vor und während des Schneidens von Gewebe reagiert. Was weiter benötigt wird, ist eine Kernbeprobungsbiopsievorrichtung mit einem Steuerverfahren und einer Steuervorrichtung, die erlaubt, dass die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung automatisch auf die Versetzungsposition der Trenneinrichtung reagiert, so dass die Zeit des chirurgischen Eingriffes verringert werden kann. Was schließlich benötigt wird, ist ein hoch auflösendes Mittel innerhalb der Biopsievorrichtung, um das Verdrehen des flexiblen drehbaren Schaftes, der funktionsfähig mit dem entfernt angeordneten Versetzungsmotor verbunden ist, zu messen und dieses auszugleichen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist eine Steuervorrichtung zum Entfernen von wenigstens einer Gewebeprobe von einem chirurgischen Patienten unter Verwendung einer chirurgischen Biopsievorrichtung. Die Biopsievorrichtung umfasst einen verlängerten Lochdorn mit einem Lochdornhohlraum, der sich dadurch hindurch erstreckt, und eine Trenneinrichtung, die relativ zu dem Lochdorn drehbar und axial positionierbar ist. Der Lochdorn weist eine Öffnung auf zum Aufnehmen und Überführen der Gewebeprobe in den Lochdornhohlraum. Die Biopsievorrichtung umfasst weiter einen Drehmotor zum Drehen der Trenneinrichtung und einen Versetzungsmotor zum Versetzen der Trenneinrichtung in der axialen Richtung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Rechenvorrichtung für die koordinierte Steuerung des Dreh- und Versetzungsmotors. Die Steuervorrichtung umfasst weiter einen ersten Messfühler, der betriebsfähig mit dem Drehmotor verbunden ist, um ein Drehsignal an der Rechenvorrichtung bereitzustellen zum Messen der Drehgeschwindigkeit der Schneideinrichtung. Die Steuervorrichtung umfasst weiter einen zweiten Messfühler, der betriebsfähig mit dem Versetzungsmotor verbunden ist, um ein Versetzungssignal an die Rechenvorrichtung zum Messen der Versetzungsposition und der Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung zu liefern. Die Steuervorrichtung umfasst weiter einen ersten Treiber zum Antreiben des Versetzungsmotors in Reaktion auf einen Versetzungsbefehl von der Rechenvorrichtung und einen zweiten Treiber zum Antreiben des Drehmotors in Reaktion auf einen Drehbefehl von der Rechenvorrichtung. Die Steuervorrichtung modifiziert automatisch die Drehgeschwindigkeit und die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung in Reaktion auf die Versetzungsposition und den Drehwiderstand, der auf die Schneideinrichtung wirkt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die neuen Merkmale der Erfindung werden insbesondere in den angefügten Ansprüchen angegeben. Die Erfindung selbst kann jedoch, sowohl bezüglich des Aufbaus als auch der Betriebsweisen zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen davon am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, worin:
1 eine isometrische Ansicht der vorliegenden Erfindung ist, ein Biopsieinstrument, das ein Handstück zum Sammeln von Weichgewebe enthält;
2 eine isometrische Ansicht des Handstückes ist, die eine Sondenanordnung vor der Befestigung an einen Halter zeigt;
3 eine isometrische Explosionsansicht der in 2 dargestellten Sondenanordnung ist;
4 eine isometrische Ansicht der Sondenanordnung von 2 ist, wobei das linke Griffgehäuse entfernt ist, um die inneren Bestandteile zu enthüllen;
5 eine isometrische Explosionsansicht des Halters ist, die einen nicht ummantelten Drehmessfühler zeigt, der auf einem Verschiebungsspindelschaft angebracht ist;
6A eine Draufsicht im Querschnitt der Sondenanordnung und eines distalen Teils des Halters ist, die eine Trenneinrichtung in einer ersten, vollständig zurückgezogenen Position zeigt;
6B eine Draufsicht des distalen Endes der Sondenanordnung im teilweisen Querschnitt ist, die die Schneideinrichtung in der ersten, vollständig zurückgezogenen Position zeigt, wobei die Öffnung am distalen Ende des Lochdorns offen ist;
7A eine Draufsicht der Sondenanordnung und eines distalen Teils des Halters im Querschnitt ist, die die Trenneinrichtung in der dritten Position zeigt, wobei sich das distale Ende der Trenneinrichtung unmittelbar proximal zu der Öffnung befindet;
7B eine Draufsicht im teilweisen Querschnitt des distalen Endes der Sondenanordnung ist, wobei die Öffnung des distalen Ende des Lochdorns offen ist und das distale Ende der Trenneinrichtung in der dritten Position unmittelbar proximal zur Öffnung ist;
8A eine Draufsicht im Querschnitt der Sondenanordnung und eines distalen Teils des Halters ist, die die Trenneinrichtung in der vierten, vollständig entfalteten Position darstellt;
8B eine Draufsicht im teilweisen Querschnitt des distalen Endes der Sondenanordnung ist, die das distale Ende der Trenneinrichtung in der vierten Position distal zu der Öffnung am distalen Ende des Lochdorns zeigt;
9 eine isometrische Ansicht der Sondenanordnung ist, wobei das linke Griffgehäuse entfernt ist, die die Trenneinrichtung in der ersten Position zeigt, wobei eine Gewebeprobe auf einer Gewebeprobenoberfläche abgelagert gezeigt ist;
10 eine Teilansicht von oben einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist, wobei ein erster und ein zweiter Motor in einem handgehaltenen Halter enthalten sind statt in einer entfernt angeordneten Steuereinheit wie für die Ausführungsform von 5, und wobei das obere Gehäuse des Halters und das obere Gehäuse der Sondenanordnung entfernt worden sind, um die inneren Bestandteile zu zeigen;
11 eine isometrische Ansicht des Halters und der in 10 gezeigten unteren Gehäuse der Sondenanordnung ist, wobei das unter Gehäuse des Halters einen Schlitz zum entfernbaren Aufnehmen einer Einschnappklinke an dem unteren Gehäuse der Sondenanordnung enthält;
12 ein Längsquerschnitt des Halters und der unteren Gehäuse der Sondenanordnung von 11 ist, die ihre lösbare Befestigung aneinander darstellt;
13 eine isometrische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform des in 5 dargestellten Halters ist, wobei die weitere Ausführungsform die drei Schalter enthält, die auf einer Schalttafel angebracht sind, die mittels eines Bandkabels elektrisch mit der Steueranschlussleitung verbunden ist (statt dass die drei Schalter elektrisch durch einzelne Schalterleitungen mit der Steueranschlussleitung verbunden sind, wie in 5 dargestellt) und wobei die weitere Ausführungsform einen ummantelten Drehmessfühler statt des nicht ummantelten Drehmessfühlers der in 5 dargestellten Ausführungsform enthält;
14 eine schematische Darstellung einer Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
15 eine vergrößerte Darstellung einer in 14 dargestellten LCD-Anzeige ist;
16A der erste von zwei Teilen eines aufgeteilten schematischen Diagramms der in 14 dargestellten Steuereinheitenbestandteile ist;
16B der zweite der zwei Teile des aufgeteilten schematischen Diagramms der in 14 dargestellten Steuereinheitenkomponenten ist;
17A ein erster Teil eines Flussdiagramms ist, das zu einer ersten Ausführungsform und einer zweiten Ausführungsform eines Steuerverfahrens für den Betrieb der Trenneinrichtung gehört, der die Steuereinheitenlogik dafür zeigt, wenn die Trenneinrichtung von der ersten Position in die zweite Position versetzt wird;
17B ein zweiter Teil eines Flussdiagramms ist, das zu der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform des Steuerverfahrens für den Betrieb der Trenneinrichtung gehört, der die Steuereinheitenlogik zeigt dafür, wenn die Trenneinrichtung von der zweiten Position in die dritte Position versetzt wird;
17C ein dritter Teil eines Flussdiagramms ist, das zu der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform des Steuerverfahrens für den Betrieb der Trenneinrichtung gehört, der eine zusätzliche Steuereinheitenlogik dafür zeigt, wenn die Trenneinrichtung von der zweiten in die dritte Position versetzt wird;
17D ein vierter Teil eines Flussdiagramms ist, das speziell zu der Ausführungsform des ersten Steuerverfahrens für den Betrieb der Trenneinrichtung gehört, der die Steuereinheitenlogik dafür zeigt, wenn die Trenneinrichtung von der dritten Position in die vierte Position versetzt wird; und
17E ein fünfter Teil eines Flussdiagramms ist, das speziell zu der Ausführungsform des zweiten Steuerverfahrens für den Betrieb der Trenneinrichtung gehört, der die Steuereinheitenlogik dafür zeigt, wenn die Trenneinrichtung von der dritten Position in die vierte Position versetzt wird.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Kernbeprobungsbiopsieinstrument umfassend eine Sondenanordnung 40, einen Halter 140, ein Flüssigkeitssammelsystem 22, eine Steuereinheit 342 und eine Stromübertragungsquelle 24. Die Sondenanordnung 40 ist lösbar mit dem Halter 140 befestigt. Zusammen bilden sie ein leichtgewichtiges, ergonomisch geformtes und mit der Hand betätigbares Teil, das als Handstück 20 bezeichnet wird. Die Sondenanordnung 40 umfasst einen Lochdorn 70, der sich distal von einem hohlen Griff 43 erstreckt. Die Sondenanordnung 40 ist durch ein erstes Vakuumrohr 94 und ein zweites Vakuumrohr 136 in Flüssigkontakt mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22. Das erste und zweite Vakuumrohr sind lösbar mit einem Flüssigkeitssammelsystem 22 durch einen ersten Verbinder 27 bzw. einen zweiten Verbinder 25 verbunden. Der erste Verbinder 27 weist einen männlichen Teil 32 und einen weiblichen Teil 28 auf, der an dem ersten Vakuumrohr 94 angebracht ist. Der zweite Verbinder 25 weist einen weiblichen Teil 30 und einen männlichen Teil 26 auf, der an dem zweiten Vakuumrohr 136 angebracht ist. Die Verbindungsteile 26, 28, 30 und 32 sind auf diese Art und Weise angebracht, um das unbeabsichtigte Schalten des ersten und zweiten Rohres 136 und 94 mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22 zu verhindern. Der Halter 140 umfasst einen ersten drehbaren Schaft 34, einen zweiten drehbaren Schaft 36 und eine Steueranschlussleitung 38. Der erste und zweite drehbare Schaft 34 und 36 sind bevorzugterweise flexibel, so dass der Anwender leicht das Handstück 20 mit einer Hand handhaben kann. Die Steueranschlussleitung 38 verbindet das Handstück 20 funktionsfähig mit der Leistungsübertragungsquelle 24 und der Steuereinheit 342.
Da das Handstück 20 durch die Hand des Betreibers gehandhabt wird statt durch einen elektromechanischen Arm, kann der Betreiber die Spitze des Handstückes 20 mit großer Freiheit zu der interessierenden Masse steuern. Der Chirurg hat eine taktile Rückkopplung während er dies macht und kann somit, in einem ausreichenden Umfang, die Dichte und Härte des angetroffenen Gewebes feststellen. Zusätzlich kann das Handstück 20 parallel zur Brustwand des Patienten gehalten werden, um Gewebeteile näher an der Brustwand zu erhalten, als sie erhalten werden können, wenn ein Instrument verwendet wird, das auf einem elektromechanischen Arm angebracht ist.
Die Fachleute auf dem Gebiet werden anerkennen, dass eine Halterung oder „Nest" bereitgestellt werden könnte, um das Handstück 20 fest an dem beweglichen Arm eines stereotaktischen Röntgentisches zu befestigen. Dies würde dem Betreiber die Möglichkeit eröffnen, das Handstück 20 zu verwenden, um Zugang zu der Gewebemasse innerhalb des chirurgischen Patienten sehr ähnlich wie zuvor für die Verwendung des MAMMOTOME-Instrumentes beschrieben zu haben. Diese Vielseitigkeit kann für den Betreiber vorteilhaft sein, beispielsweise in einer Situation, wo die handgehaltene Bildgebungsvorrichtung vorübergehend für die Anwendung nicht verfügbar war und es erforderlich wäre, den stereotaktischen Röntgentisch zu verwenden.
2 zeigt den Halter 140 und die Sondenanordnung 40 getrennt. Ein Paar Streifen 144 stehen seitlich von einer jeden Seite eines oberen Gehäuses des Halters 142 vor und greifen in die rechte und linke hinterschnittenen Leisten 138 bzw. 139 des hohlen Griffes 43 der Sondenanordnung 40. Eine Vielzahl von Vertiefungen 66 ist an dem Griff 43 bereitgestellt, um den Griff des Anwenders an dem Instrument zu verbessern. Ein Rohrschlitz 163 in dem unteren Gehäuse 156 des Halters 140 liefert einen freien Raum für das erste und zweite Vakuumrohr 94 und 136. Ein Vorwärtsschalter 146 für die Trenneinrichtung zum Bewegen einer Trenneinrichtung 96 (siehe 3) in der distalen Richtung, ein Rückwärtsschalter 148 für die Trenneinrichtung, um die Trenneinrichtung 96 in der proximalen Richtung zu bewegen, und einen Vakuumschalter 150 sind in dem distalen Abschnitt des Halters 140 angebracht, so dass der Betreiber das Handstück 20 mit einer einzigen Hand verwenden kann. Der einhändige Betrieb erlaubt, dass die andere Hand frei ist um, beispielsweise, eine Ultraschallbildgebungsvorrichtung zu halten. Der Steg 152 am distalen Ende des Halters 140 wird bereitgestellt, um den Betreiber bei Ergreifen des Handstückes 20 und beim Bedienen der Schalters 146, 148 und 150 zu unterstützen.
Noch in 2 umfasst die Sondenanordnung 40 ein Fenster 58, so dass ein Teil des ersten Vakuumrohres 94 betrachtet werden kann. Das erste und zweite Vakuumrohr 94 und 136 sind aus einem flexiblen, transparenten oder durchscheinenden Material wie beispielsweise Silikonschlauch hergestellt. Das erlaubt ein Visualisieren des durch das Rohr 94 und 136 fließenden Materials. Indem das Fenster 58 in der Sondenanordnung 40 vorhanden ist, kann der Betreiber den Fluss in dem ersten Vakuumrohr 94 sehen, ohne von dem Gewebe wegschauen zu müssen, in das der Lochdorn 73 eingeführt ist. Eine transversale Öffnung 68 ist im distalen Ende des hohlen Griffes 43 bereitgestellt, die einen Zugang von einer jeden Seite zu einer Gewebebeprobungsoberfläche 64 erlaubt. Das aus dem chirurgischen Patienten extrahierte Gewebe wird durch den Anwender oder durch einen Assistenten von der Gewebebeprobungsoberfläche 64 entnommen.
3 ist eine isometrische Explosionsansicht der Sondenanordnung 40. Der Griff 43 ist aus einem rechten Griffgehäuse 42 und einem linken Griffgehäuse 43 ausgebildet, ein jedes aus einem steifen, biokompatiblen Kunststoff, wie beispielsweise Polycarbonat, geformt. Nach dem Endzusammenbau der Sondenanordnung 40 werden das linke und das rechte Griffgehäuse 42 und 44 durch Ultraschallschweißen entlang einer Verbindungskante 62 oder durch irgendeines von mehreren in der Technik gut bekannten Verfahren verbunden. Die Sondenanordnung 40 umfasst den Lochdorn 70 mit einem verlängerten metallischen Lochdornrohr 74 und einem Lochdornhohlraum 80. Auf der Seite des distalen Endes des Lochdornrohres 74 befindet sich eine Öffnung 78 zum Aufnehmen des aus dem chirurgischen Patienten zu extrahierenden Gewebes. Entlang dem Lochdornrohr 74 angebracht ist ein verlängertes, röhrenförmiges metallisches Vakuumrohr 76, mit einem Vakuumhohlraum 82. Der Lochdornhohlraum 80 ist in Flüssigverbindung mit dem Vakuumhohlraum 82 vermittels einer Vielzahl von Vakuumöffnungen 77 (siehe 6B), die in dem Boden der durch die Öffnung 78 definierten „Schüssel" angeordnet ist. Diese Vakuumöffnungen 77 sind klein genug, um die Flüssigkeiten zu entfernen, aber nicht groß genug, um zu erlauben, dass herausgeschnittene Gewebeteile durch das erste Vakuumrohr 94 entfernt werden (siehe 2), das mit der Vakuumkammer 76 in Flüssigverbindung ist. Ein metallisches, spitzes distales Ende 72 ist an dem distalen Ende des Lochdorns 70 angebracht. Es ist so konstruiert, dass es Weichgewebe wie die Brust eines weiblichen chirurgischen Patienten durchdringt. Bei dieser Ausführungsform ist das scharfe distale Ende 72 eine dreiseitige, pyramidenförmige Spitze, obwohl die Spitzenkonfiguration auch andere Formen aufweisen kann.
Noch Bezug nehmend auf 3 ist das proximale Ende des Lochdorns 70 an eine Verbindungsbüchse 90 angebracht mit einer Längsbohrung 84 durch sie hindurch, einem aufgeweiteten Mittelabschnitt 86 und eine transversale Öffnung 88 durch den aufgeweiteten mittleren Abschnitt 86. Die Verbindungsbüchse 90 ist zwischen dem linken und dem rechten Griffgehäuse 44 bzw. 42 auf einem Paar Verbindungsbüchsenrippen 50 (nur die Rippe in dem rechten Griffgehäuse ist sichtbar) angebracht, die von einem jeden Griffgehäuse vorstehen. Eine verlängerte metallische röhrenförmige Trenneinrichtung 96 ist axial innerhalb der Längsbohrung 84 der Verbindungsbüchse 90 und dem Trenneinrichtungshohlraum 80 des Lochdorns 70 ausgerichtet, so dass die Trenneinrichtung leicht in sowohl die distale als auch die proximale Richtung gleiten kann. Ein Paar Trenneinrichtungsführungen 46 sind einstückig in einer jeden Griffhälfte 42 und 44 ausgeformt, um die Trenneinrichtung 96 in einer mit dem proximalen Ende des Lochdornrohres 74 koaxial ausgerichteten Position verschiebbar zurückzuhalten. Die Trenneinrichtung 96 weist einen Trenneinrichtungshohlraum 95 über die gesamte Länge der Trenneinrichtung 96 auf. Das distale Ende der Trenneinrichtung 96 ist geschärft, um eine Trenneinrichtungsklinge 97 zum Schneiden von Gewebe auszubilden, das gegen die Trenneinrichtungsklinge 97 gehalten wird, während die Trenneinrichtung 96 gedreht wird. Das proximale Ende der Trenneinrichtung 96 ist an der Innenseite einer Trenneinrichtungsgetriebebohrung 102 eines Trenneinrichtungsgetriebes 98 angebracht. Das Trenneinrichtungsgetriebe 98 kann aus einem Metall oder einem Polymer sein und weist eine Vielzahl von Trenneinrichtungsgetriebezähnen 100 auf, wobei jeder Zahn eine typische (?)getriebezahnkonfiguration aufweist, wie sie in der Technik gut bekannt ist.
Noch in 3 wird das Trenneinrichtungsgetriebe 98 durch ein verlängertes Antriebsgetriebe 104 mit einer Vielzahl von Antriebsgetriebezähnen 106 angetrieben, die so konstruiert sind, dass sie mit den Trenneinrichtungsgetriebezähnen 100 ineinander eingreifen. Die Funktion des Antriebsgetriebes 104 besteht darin, das Trenneinrichtungsgetriebe 98 und die Trenneinrichtung 96 zu drehen, während sie in beide Längsrichtungen versetzt werden. Das Antriebsgetriebe 104 ist bevorzugterweise aus einem Metall wie beispielsweise rostfreiem Stahl hergestellt. Eine distale Antriebsachse 108 steht von dem distalen Ende des Antriebsgetriebes 104 vor und greift in eine Achsenstützversteifungsrippe (nicht sichtbar) ein, die an der Innenseite des linken Griffgehäuses 44 ausgeformt ist. Ein Getriebeschaft 110 steht vom proximalen Ende des Antriebsgetriebes 104 vor und wird durch eine Getriebeschaftstützverstärkungsrippe (nicht sichtbar) gestützt, die auch an der Innenseite des linken Griffgehäuses 44 ausgeformt ist. Ein linker Querstift 112 ist an dem proximalen Ende des Getriebeschaftes 110 als ein Mittel angebracht, um drehend in das Antriebsgetriebe 104 einzugreifen.
Noch immer Bezug nehmend auf 3 ist ein Laufwerk 124 bereitgestellt, das das Trenneinrichtungsgetriebe 98 hält und das Trenneinrichtungsgetriebe 98 trägt, während es in der distalen und proximalen Richtung gedreht wird. Das Laufwerk 124 ist bevorzugterweise aus einem steifen Polymer gegossen und ist zylindrisch mit einer mit einem Gewinde versehenen Bohrung 126 durch es hindurch und mit einem Laufwerksfuß 130 ausgebildet, der sich von seiner Seite erstreckt. Der Fuß 130 weist eine Aussparung 128 auf, die in ihm ausgebildet ist, um das Trenneinrichtungsgetriebe 98 drehbar in der geeigneten Orientierung zu halten, damit die Trenneinrichtungsgetriebezähne 100 in geeigneter Weise in die Antriebsgetriebezähnen 106 eingreifen. Das Laufwerk 124 ist vermittels der mit einem Gewinde versehenen Bohrung 126 an einer verlängerten Schraube 114 angebracht, die parallel zum Antriebsgetriebe 104 ist. Die Schraube 114 weist eine Vielzahl von herkömmlichen Verstellschraubenspindelgewinden 116 auf und ist bevorzugterweise aus einem rostfreien Stahl hergestellt. Die Drehung der Schraube 114 in eine Richtung bedingt, dass sich das Laufwerk 124 distal bewegt, während die umgekehrte Drehung der Schraube 114 dazu führt, dass sich das Laufwerk 124 proximal bewegt. Das Trenneinrichtungsgetriebe 98 wiederum bewegt sich distal und proximal gemäß der Richtung der Schraubendrehung und die Trenneinrichtung 96 wird nach vorne bewegt oder zurückgezogen. In dieser Ausführungsform ist die Schraube 114 mit einem Rechtsgewinde versehen gezeigt, so dass eine Drehung im Uhrzeigersinn (betrachtet von der proximalen zur distalen Richtung) dazu führt, dass sich das Laufwerk 124 in die proximale Richtung versetzt wird. Es ist auch möglich, ein linksgängiges Gewebe für die Schraube 114 zu verwenden, solange in der Steuereinheit 342 Vorkehrungen getroffen sind, dies zu tun. Eine distale Schraubenachse 118 und ein proximaler Schraubenschaft 120 stehen vom distalen Ende bzw. proximalen Ende der Schraube 114 vor. Die distale Schraubenachse greift drehbar in eine distale Schraubenstütze 48 des rechten Griffgehäuses 42 ein, während der proximale Schraubenschaft 120 auch in dem rechten Griffgehäuse 42 drehbar in einen proximalen Schraubenträger 54 eingreift. Ein rechter Kreuzstift 122 ist an dem proximalen Ende des Schraubenschaftes 120 als ein Dreheingriffsmittel angebracht.
An diesem Punkt der detaillierten Beschreibung ist es wichtig darauf hinzuweisen, dass sich während des Betriebs der vorliegenden Erfindung die Trenneinrichtung 96 in eine jede Richtung zwischen einer vollständig zurückgezogenen Position gerade proximal der Gewebebeprobungsoberfläche 64 und einer vollständig entfalteten Position gerade distal zur Öffnung 78 bewegt (siehe 4). Es gibt Schlüsselzwischenpositionen entlang der Länge (etwa 6 Zoll für diese spezielle Ausführungsform) der Trenneinrichtungsversetzung. Wenn das distale Ende der Trenneinrichtung eine jede dieser Positionen erreicht, werden wichtige Anpassungen an entweder der Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung (manchmal einfach als Drehgeschwindigkeit bezeichnet) oder der Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung (manchmal einfach als Versetzungsgeschwindigkeit bezeichnet) oder beiden automatisch vorgenommen. Für die hierin beschriebene Ausführungsform der Biopsievorrichtung gibt es vier Positionen entlang der Länge der Trenneinrichtungsversetzung. An diesen Positionen werden Signale an die Steuereinheit 342 gesendet, um die geeigneten Anpassungen an der Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung und/oder der Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung vorzunehmen. Um die Beschreibung der Trenneinrichtungspositionen zu erleichtern, sollen sie tatsächlich als die Position der Trenneinrichtungsklinge 97 an dem distalen Ende der Trenneinrichtung 96 verstanden werden. Diese vier Trenneinrichtungspositionen sind die folgenden: eine erste Position, wo die Trenneinrichtung gerade proximal zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 ist (siehe 6B); eine zweite Position, wo die Trenneinrichtung 96 gerade distal zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 ist (in 6B würde die Trenneinrichtungsklinge 97 links zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 anstatt rechts angeordnet sein); eine dritte Position, wo die Trenneinrichtung 96 gerade proximal zur Öffnung 78 ist (siehe 7B); und eine vierte Position, wo die Trenneinrichtung gerade distal zu der Öffnung 78 ist (siehe 8B). Diese vier Trenneinrichtungspositionen werden beispielhaft angeführt, obwohl bei der vorliegenden Erfindung viele andere Trenneinrichtungspositionen zur automatischen Signalanpassung der Drehgeschwindigkeit und/oder Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung verwendet werden können. Diese vier Positionen werden manchmal als eine Position eins, eine Position zwei, eine Position drei und eine Position vier bezeichnet. Sie werden auch als eine Position 1, eine Position 2, eine Position 3 und eine Position 4 bezeichnet.
Es ist möglich, dass mehr oder weniger als vier Trenneinrichtungspositionen identifiziert werden, abhängig davon, was in der Steuereinheit 342 programmiert ist. Beispielsweise kann sich eine fünfte Position der Trenneinrichtung 96 an einer Stelle etwa 2 mm proximal zur Öffnung 78 befinden. Die Drehung der Trenneinrichtung 76 kann dann auf die geeignete Geschwindigkeit (beispielsweise 1450 Upm) beschleunigt werden, kurz bevor die Trenneinrichtung 96 auf Gewebe trifft, das in die Öffnung 78 prolabiert ist. In ähnlicher Weise kann eine sechste Position der Trenneinrichtung 96 an einer Stelle etwa 2 mm distal zu der Öffnung 78 sein, so dass die Trenneinrichtung 96 abgebremst wird, nachdem sie die gesamte Länge der Öffnung 78 überquert hat.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist das distale Ende des ersten Vakuumrohres 94 an einem Polymervakuumanschlussstück 92 angebracht, das eng in die Transversalöffnung 88 der Verbindungsbüchse 90 eingeführt ist. Dies erlaubt die Verbindung von Flüssigkeiten in dem Lochdornhohlraum 88 mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22. Das erste Vakuumrohr 94 ist in dem hohlen Griff 43 in einem offenen Raum oberhalb der Schraube 114 und dem Antriebsgetriebe 104 enthalten und tritt aus dem distalen Ende des hohlen Griffes 143 durch eine Öffnung 57 aus. Das zweite Vakuumrohr 136 ist flüssig verbunden mit dem proximalen Ende eines verlängerten, metallischen röhrenförmigen Gewebeentferners 132. Das zweite Vakuumrohr 136 tritt aus dem hohlen Griff 43 entlang des ersten Vakuumrohres 94 aus der Öffnung 57 aus. Ein Sieb 134 ist am distalen Ende des Gewebeentferners 132 angebracht, um den Durchtritt von fragmentierten Gewebeteilen durch ihn hindurch und in das Flüssigkeitssammelsystem 22 zu verhindern. Der Gewebeentferner 132 ist verschiebbar in die röhrenförmige Trenneinrichtung 96 eingeführt. Während des Betriebs des Biopsieinstrumentes ist der Gewebeentferner 132 immer stationär und ist zwischen einem Paar aus proximalen Trägern 52 auf der Innenseite des rechten und linken Griffgehäuses 42 bzw. 44 angebracht. Wenn die Trenneinrichtung 96 vollständig zur ersten Position zurückgezogen ist, ist das distale Ende des Gewebeentferners 132 etwa bündig mit dem distalen Ende der Trenneinrichtung 96. Das distale Ende der Trenneinrichtung 96 ist, wenn sie an ihrer ersten, vollständig zurückgezogenen Position ist, etwas distal zu einer vertikalen Wand 69, die proximal und senkrecht zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 ist.
In 3 ist ein rechtes Zugangsloch 56 in dem proximalen Ende des rechten Griffgehäuses 43 gezeigt. Das rechte Zugangsloch 56 liefert einen Zugang zu dem proximalen Ende der Schraube 140 für einen funktionsfähigen Eingriff in die Leistungsübertragungsquelle 24. In ähnlicher Weise wird ein linkes Zugangsloch (nicht gezeigt) in dem linken Griffgehäuse 44 bereitgestellt, um Zugang zu dem proximalen Ende des Antriebsgetriebes 104 für den funktionsfähigen Eingriff in die Leistungsübertragungsquelle 24 bereitzustellen.
Der Gewebeentferner 132 weist zwei Funktionen auf. Zuerst hilft er dabei, Flüssigkeiten, die in dem Lochdornhohlraum 80 enthalten sind, abzusaugen. Dies wird erreicht durch die Befestigung des zweiten Vakuumrohres 136 an dem proximalen Ende des Gewebeentferners 132. Da das distale Ende des Gewebeentferners 132 in den Lochdornhohlraum 80 eingeführt ist, ist der Lochdornhohlraum 80 flüssig mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22 verbunden. Zweitens entfernt der Gewebeentferner 132 Gewebe von der Trenneinrichtung 96 wie folgt. Wenn eine Gewebeprobe entnommen wird, bewegt sich die Trenneinrichtung 96 zu der vierten Position gerade distal der Öffnung 78 und eine abgetrennte Gewebeprobe 200 (siehe 9) ist innerhalb des Lochdornhohlraumes 95 in dem distalen Ende der Trenneinrichtung 96 gefangen. Dann wird die Trenneinrichtung 96 an die erste Position versetzt, so dass die Trenneinrichtungsklinge 97 gerade distal zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 ist. An dieser Position der Trenneinrichtung 96 ist das distale Ende des Gewebeentferners 132 (der immer stationär ist) in etwa bündig mit dem distalen Ende der Trenneinrichtung 96. Deshalb wird ein jeglicher Gewebeteil mit einer erheblichen Größe, der in dem Trenneinrichtungshohlraum 95 enthalten ist, aus dem Trenneinrichtungshohlraum 95 und auf die Gewebebeprobungsoberfläche 64 ausgestoßen, wie in 9 gezeigt. Der Betreiber oder ein Assistent kann dann die Gewebeprobe 200 gewinnen.
Wendet man sich nun 4 zu, so offenbart die isometrische Ansicht der Sondenanordnung 40, bei der das linke Griffgehäuse 44 entfernt ist, die Anordnung der Bestandteile, die für 3 beschrieben worden sind. Ein Teil des ersten Vakuumrohres 94 ist auch aus Klarheitsgründen entfernt worden. Das Laufwerk 124 ist in der vollständig zurückgezogenen Position gezeigt, so dass sich die Schneideinrichtung 96 auch an der vollständig zurückgezogenen oder ersten Position befindet. Die Trenneinrichtungsklinge 97 ist leicht distal zu der vertikalen Wand 69 am Griff 43. Der Fuß 130 des Laufwerkes 124 ist angepasst, um entlang der Laufwerksführungsoberfläche 60 auf dem inneren Boden des hohlen Griffes 43 zu gleiten.
Wie in 4 gezeigt, umfasst eine Trenneinrichtungsversetzungskraftübertragung 121 das Laufwerk 124, die Schraube 114 und den Schraubenschaft 120. Eine Trenneinrichtungsdrehkraftübertragung 109 umfasst das Antriebsgetriebe 104, das Trenneinrichtungsgetriebe 98 und den Getriebeschaft 110.
5 ist eine isometrische Explosionsansicht des Halters 140. Ein oberes Gehäuse 142 des Halters und ein unteres Gehäuse 156 des Halters sind jeweils aus einem steifen, biokompatiblen Kunststoff, wie beispielsweise Polyurethan, spritzgegossen. Nach dem Endzusammenbau werden die Gehäuse durch Schrauben (nicht gezeigt) oder andere Arten von Befestigern, die in der Technik gut bekannt sind, in einer Vielzahl von Ausrichtungslöchern 164 miteinander verbunden. Ein Getriebeantriebsschaft 180 und ein Schraubenantriebsschaft 182 sind in dem proximalen umfassten Teil des Halters 140 enthalten. Diese Schäfte erstrecken sich von einer Durchführungsdichtung 176, die eine Nut 172 aufweist zum zurückhaltenden Befestigen auf der Gehäusekante 170 von sowohl dem oberen als auch dem unteren Gehäuse des Halters 142 bzw. 156. Die Durchführungsdichtung 176 befestigt den ersten drehbaren Schaft 34 an dem Schraubenantriebsschaft 182 drehbar und den zweiten drehbaren Schaft 36 mit dem Getriebeantriebsschaft 180. Der erste drehbare Schaft 34 ist drehbar in eine linke Bohrung 172 der Durchführungsdichtung 176 eingeführt. Der zweite drehbare Schaft 36 ist drehbar in eine rechte Bohrung 178 eingeführt. Die Durchführungsdichtung 176 liefert auch eine zugentlastete Befestigung der Steueranschlussleitung 38 an dem Halter 140.
Weiter unter Bezugnahme auf 5 ist der Getriebeantriebsschaft 180 drehbar auf einem Paar von Getriebeantriebshalterungen 160 gestützt, die in einer ersten Wand 166 und einer zweiten Wand 168 der Innenseite der Haltergehäuse 142 und 156 ausgebildet sind. Der Schraubenantriebsschaft 182 ist in ähnlicher Weise drehbar auf den Schraubenantriebshalterungen 158 gestützt. Eine linke Kupplung 184 ist an dem distalen Ende des Antriebsgetriebeschaftes 180 angebracht und weist eine linke Kupplungsöffnung 192 auf zum Dreheingriff mit dem linken Kreuzstift 112, der an dem Getriebeschaft 110 angebracht ist. Wenn die in 4 gezeigte Sondenanordnung 40 an dem Halter 140 angebracht ist, greift der Getriebeschaft 110 drehbar in den Getriebeantriebsschaft 180. Dies kann deutlicher in 6A gesehen werden. In ähnlicher Weise weist der Schraubenantriebsschaft 182 eine rechte Kupplung 186 mit einer Öffnung 194 auf, die drehbar in den Kreuzstift 122 des Schraubenschaftes 120 eingreift. Sowohl die linke als auch die rechte Kupplung 184 und 186 weisen einen Kupplungsflansch 188 und 190 auf, der drehbar in die Schubschlitze 159 eingreift, die in den entsprechenden Abschnitten der Antriebshalterungen 158 und 160 ausgebildet sind. Die Kupplungsflansche 188 und 190 tragen die Versetzungslast der Antriebsschäfte 180 und 182.
Noch Bezug nehmend auf 5 umfasst der Halter 140 weiter einen nicht ummantelten Drehmessfühler 198, um ein elektrisches Signal an die Steuereinheit 342 bereitzustellen, die später beschrieben werden soll. Ein geeignetes Beispiel für einen nicht ummantelten Drehmessfühler 198 ist ein optischer Schrittgeber, Teilenummer HEDR-81002P, der von Hewlett-Packard Corporation erhältlich ist. In dieser ersten Ausführungsform ist der nicht ummantelte Drehmessfühler 198 innerhalb der Innenseite eines oberen Gehäuses 142 des Halters und in einer Position direkt oberhalb des Schraubenantriebsschafts 182 angebracht. Ein geripptes Rad 199 ist an dem Schraubenantriebsschaft 182 angebracht und erstreckt sich vor einer lichtemittierenden Diode, die innerhalb des nicht ummantelten Drehmessfühlers 198 enthalten ist. Wenn sich das gerippte Rad 192 dreht, werden die unterbrochenen Lichtstrahlen elektronisch nachgewiesen und zu der Kontrolleinheit 342 zurückübertragen, um Informationen hinsichtlich der Drehgeschwindigkeit des Schraubenantriebsschaftes 182 bereitzustellen. Indem die Anzahl von Schraubendrehungen vom Beginn des Betriebes an gezählt werden, kann die momentane axiale Versetzungsposition und Geschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 in einer jeden Richtung durch die Kontrolleinheit 342 berechnet werden. Leitungen des nicht ummantelten Drehmessfühlers 196 gehen durch die Durchführungsdichtung 176 und sind Teil des Leitungsbündels innerhalb der Steueranschlussleitung 38.
Der in 5 gezeigte Halter 140 weist Vorwärts-, Rückwärts- und Vakuumschalter 146, 148 bzw. 150 auf, die auf der Innenseite des oberen Gehäuses 142 des Halters angebracht sind. Die Schalter 146, 148 und 150 sind elektronisch mit einer Vielzahl von Leitern 193 verbunden, die in der Steueranschlussleitung 38 enthalten sind. Der Vakuumschalter 150 bedient eine Flüssigverbindung mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22 und stellt auch die Steuereinheit 342 ein, um auf verschiedene Befehle zu reagieren, wie später beschrieben. Der Umkehrschalter 148 bedient die Bewegung der Trenneinrichtung 96 in der proximalen Richtung und stellt die Kontrolleinheit 342 ein, um auf verschiedene Befehle zu antworten. Der Vorwärtsschalter 150 bedient die Bewegung der Trenneinrichtung 96 in der distalen Richtung und stellt die Steuereinheit 342 ein, um auf verschiedene Befehle zu antworten. Die physikalischen Stellen der Schalter 146, 148 und 150 auf dem Handstück 20 sind nicht auf die in 2 dargestellten Stellen beschränkt. Andere Ausführungsformen des Handstückes 20 der vorliegenden Erfindung können bestimmte ergonomische oder andere Überlegungen aufnehmen und die Schalter 146, 148 und 150 können woanders angeordnet sein. Zusätzlich können die Schalter 146, 148 und 150 auch verschiedene Formen und Farben aufweisen oder können verschiedene Oberflächenbehandlungen aufweisen, um sie voneinander zu unterscheiden, und um dem Betreiber bei der Unterscheidung voneinander entweder durch taktile oder visuelle Identifizierung zu unterstützen.
Wie bereits beschrieben stellen die 6A bis 8A drei der vier Positionen der Trenneinrichtung 96 während des Betriebs der vorliegenden Erfindung dar, wie in den vorherigen 1 bis 5 ausgeführt. Die drei Positionen werden am leichtesten dadurch unterschieden, dass die Relativpositionen des Laufwerkes 124 (das sich zusammen mit der Trenneinrichtung 96 bewegt) und die Trenneinrichtungsklinge 97 am distalen Ende der Trenneinrichtung 96 beobachtet werden.
In den 6A und 6B befindet sich die Trenneinrichtung 96 an der ersten Position. Das Laufwerk 124 beginnt seine Versetzung an den proximalen Enden des Antriebsgetriebes 104 und der Schraube 114. Die Trenneinrichtungsklinge 97 ist so gezeigt, dass sie sich unmittelbar proximal zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 befindet. In dieser ersten Position kann die Gewebeprobe 200 von der Gewebebeprobungsoberfläche 64 wiedergewonnen werden (siehe 9).
In den 7A und 7B befindet sich die Trenneinrichtung 96 an der dritten Position. Das Laufwerk 124 ist so gezeigt, dass es zu der Zwischenposition versetzt wurde, die eine kurze Entfernung von den distalen Enden der Schraube 114 und des Antriebsgetriebes 104 entfernt ist. Die Trenneinrichtungsklinge 97 ist durch die verdeckten Linien als gerade proximal der Öffnung 78 angeordnet gezeigt. Die Vakuumlöcher 77 sind zu der Öffnung 78 offen, so dass Weichgewebe benachbart der Öffnung 78 in die Öffnung 78 gezogen werden kann, wenn das erste Vakuumrohr 94 mit dem Vakuum des Flüssigkeitssammelsystems 22 flüssig verbunden ist.
Die 8A und 8B zeigen die Trenneinrichtung 96 an der vierten Position. Das Laufwerk 124 ist nahe den distalen Enden der Schraube 114 und des Antriebsgetriebes 104 angeordnet gezeigt. Die Trenneinrichtungsklinge 97 ist nun (durch die verdeckten Linien) so gezeigt, dass sie distal zu der Öffnung 78 ist und die Vakuumlöcher 77 abdeckt. Das in die Öffnung 78 gezogene Gewebe wird durch das Drehen, nach vorne Bewegen der Klinge 97 abgetrennt werden und innerhalb des Trenneinrichtungshohlraumes 95 des distalen Endes der Trenneinrichtung 96 gelagert werden. Wenn sich die Trenneinrichtung 96 auf die erste Position zurückzieht, wie in den 6A und 6B gezeigt, kann die Gewebeprobe 200 wie in 9 gezeigt entnommen werden.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, einschließlich einem einstückig motorisierten Halter 221. Der Hauptunterschied gegenüber der Ausführungsform des Halters 140, der in 5 gezeigt ist, besteht darin, dass der einstückig motorisierte Halter 221 einen ersten bürstenlosen Elektromotor 234 und einen zweiten bürstenlosen elektrischen Motor 236 enthält. Ein geeignetes Beispiel für den ersten und zweiten bürstenlosen Elektromotor 234 und 236 ist das Teil mit der Nummer B0508-050, das von Harowe Servo Controllers, Incorporated erhältlich ist. In der Ausführungsform von 10 sind die drehbaren Schäfte 34 und 36 entfernt worden, so dass nur eine Steuer-/elektrische Leistungsanschlussleitung erforderlich ist, um den einstückig motorisierten Halter 221 mit der Leistungsübertragungsquelle 24 und der Steuereinheit 342 zu verbinden (siehe 1). Ein unteres Gehäuse 222 des Halters weist eine erste Wand 242 und eine zweite Wand 244 auf, die räumlich voneinander getrennt und angepasst sind, um das Paar bürstenloser Elektromotoren 234 und 236 in einer Seite-an-Seite-Anordnung zu stützen. Die Verwendung der bürstenlosen Elektromotoren 234 und 236 beseitigt die Notwendigkeit für einen getrennten Drehmessfühler, der in dem Antriebsstrang von entweder der Schraube 206 oder dem Antriebsgetriebe 204 oder beiden angebracht werden soll, wie für den in 5 gezeigten Halter 142 beschrieben. Wie bei dem Halter 140 von 5 greift, wenn eine Sondenanordnung 202 an dem einstückig motorisierten Halter 221 angebracht ist, eine rechte Kupplung 238 drehend in einen rechten Querstift 214 eines Schraubenschaftes 210 ein. Eine linke Kupplung 240 greift drehend in einen linken Querstift 216 eines Getriebeschaftes 212 ein. Ein Befestigungsschlitz 233 in dem Haltergehäuse 222 enthält eine Durchführungsdichtung 230 mit einer Durchführungsdichtungsnut 231. Befestigungslöcher 228 werden bereitgestellt, um das untere Gehäuse 222 des Halters an einem oberen Gehäuse des Halters (nicht gezeigt) unter Verwendung von Schrauben oder anderen Arten von in der Technik gut bekannten Befestigern zu befestigen.
Ein weiterer Unterschied des in 10 gezeigten einstückig motorisierten Halters 221 gegenüber dem in 5 gezeigten Halter 140 besteht darin, dass die Sondenanordnung 202 ein unteres Gehäuse 208 und ein oberes Gehäuse (nicht gezeigt) umfasst. Der hohle Griff 43 des Halters 140, der in 5 gezeigt ist, ist jedoch vertikal in das linke bzw. rechte Gehäuse 44 bzw. 42 geteilt. Diese Anordnung erleichtert die Befestigung der bürstenlosen Motoren 234 und 236 und zusätzlichen, im Text beschriebenen Merkmalen.
11 zeigt eine isometrische Ansicht eines unteren Sondengehäuses 208 und eines unteren Haltergehäuses 222 des in 10 gezeigten einstückig motorisierten Halters. Die Ansicht in 11 steht verglichen mit der Ansicht von 10 auf dem Kopf, um eine Sondeneinschnappklinke 220 zu zeigen, die in das untere Gehäuse 208 der Sonde eingegossen ist. Die Sondeneinschnappklinke 220 ist ein frei tragender Träger und kann nach unten durch eine auf eine Einschnappklinkenrampenoberfläche 231 angewandte Kraft abgelenkt werden. Die Sondeneinschnappklinke 220 umfasst weiter einen Einschnappklinkenfortsatz 219 zum Einführen in einen Halterschlitz 224, wenn die Sondenanordnung 202 in den einstückig motorisierten Halter 221 eingeführt ist. Die Rampenoberfläche 220 wird nach unten durch Wechselwirkung mit einer innenseitigen Oberfläche 225 des Haltergehäuses 222 abgelenkt und schnappt in einen Schlitzschlüssel 226 zurückhaltbar ein, wenn die Sondenanordnung 202 vollständig in den einstückig motorisierten Halter 221 eingeführt ist. Indem der Einschnappklinkenfortsatz 220 auf diese Art und Weise eingreift, greifen die linke und rechte Kupplungen 240 und 238 drehend in den Antriebsschaft 212 bzw. den Getriebeschaft 210 ein, wie in 10 gezeigt. Um die Sondenanordnung 202 aus dem einstückig motorisierten Halter 221 zu entfernen, drückt der Betreiber einen Fortsatz 219, während er sie auseinanderzieht. 12 zeigt einen Längsschnitt durch die Mittelachse des unteren Sondengehäuses 208 und des unteren Haltergehäuses 222 von 11 für den Fall, dass sie vollständig miteinander verbunden sind.
13 ist einen isometrische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die eine Schalttafel 274 integral innerhalb eines Schalttafelmodifizierten Halters 251 angebracht enthält. Der Schalttafel-modifizierte Halter 251 kann zusammen mit der Sondenanordnung 40, die in den 1 bis 4 gezeigt ist, verwendet werden. Ein erster drehbarer Schaft 264 und ein zweiter drehbarer Schaft 266 sind jeweils durch eine Durchführungsdichtung 262 mit einem Antriebsschaft 258 bzw. einem Schraubenschaft 260 verbunden. Die drehbaren Schäfte 264 und 266 sind bevorzugterweise ebenfalls flexibel, so dass der Schalttafel-modifizierte Halter 251 zusammen mit der Sondenanordnung 40 (siehe 2) leicht mit einer Hand betätigbar ist. Ein ummantelter Drehmessfühler 268 (auch als ein dritter Messfühler bezeichnet) ist auf einem Schraubenschaft 260 angebracht gezeigt. Ein geeignetes Beispiel für den ummantelten Drehmessfühler 268 ist ein optischer Minischrittgeber, der als Modell Nummer SEH17 von CUI Stack, Incorporated, kommerziell erhältlich ist. Er ist elektrisch mit einer Schalttafel 274 verbunden, die an der Innenseite des oberen Gehäuses 252 des Halters angebracht ist. Die Schalttafel 274 weist auch ein Bandkabel 270 auf, das eine Vielzahl von Leitern enthält, um elektronische Informationen zu und von der Steuereinheit 342 zu übertragen. Die Schalttafel 274 weist an ihrem distalen Ende angebracht drei Schalter 276, 278 und 280 auf zum Betrieb der vorliegenden Erfindung in der gleichen Art und Weise, wie für den Halter 140 von 5 beschrieben: einen Vakuumschalter 280 für Flüssigverbindung mit dem Vakuum des Flüssigkeitssammelsystems 22; einen Vorwärtsschalter 276 für die Vorwärtsbewegung der Trenneinrichtung 96 und einen Rückwärtsschalter 278 für die Rückwärtsbewegung der Trenneinrichtung 96. Die Schalter 276, 278 und 280 stehen durch die drei Schalteröffnungen 254 des oberen Gehäuses 252 des Halters vor. Ein unteres Gehäuse 256 des Halters ist an das obere Gehäuse 252 wie in den anderen Ausführungsformen angebracht, um die Bestandteile des proximalen Abschnittes des Halters 251 zu umfassen. Es ist in der Technik gut bekannt, dass Steuerungen für ein chirurgisches Instrument, wie in den Ausführungsformen hierin beschrieben, in einen Fuß-betätigbaren Mechanismus eingebaut sein können, um die Hände des Betreibers freizugeben.
14 ist eine schematische Darstellung, die die Zusammenschaltung der elektromechanischen Bestandteile der Biopsievorrichtung an die Steuereinheit 342 darstellt. 14 veranschaulicht die in 1 dargestellte Biopsievorrichtung und umfasst die Steuereinheit 342, das Flüssigkeitssammelsystem 22, die Leistungsübertragungsquelle 24 und das Handstück 20 (siehe 1). Eine detailliertere schematische Darstellung, die die Elemente der Steuereinheit 342 veranschaulicht, ist in den 16A und 16B gezeigt und wird später beschrieben werden. Alle Bestandteile von 14 können in eine tragbare, mit Rädern versehene Einheit verpackt sein und von einem Raum zu einem anderen wie in einer Arztpraxis bewegt werden. Das Handstück 20 (siehe 1) kann, wie früher beschrieben, an einem stereotaktischen Tisch, der sich bereits in dem Raum befindet, befestigt werden, oder in der Hand gehalten und zusammen mit einer handgehaltenen Bildgebungsvorrichtung wie beispielsweise einem handgehaltenen Ultraschallbildgeber verwendet werden. Jedes Mal wenn die Biopsievorrichtung für einen neuen Patienten verwendet wird, kann eine neue sterile Sondenanordnung 40 in dem Handstück 20 verwendet werden.
Insbesondere veranschaulicht 14 die Zusammenschaltung des Schalttafel-modifizierten Halters 251 mit der Kontrolleinheit 342 und die Verbindung der Leistungsübertragungsquelle 24 mit der Steuereinheit 342. In der in 14 dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Leistungsübertragungsquelle 24 einen Drehmotor 338 und einen Versetzungsmotor 340. Der Drehmotor 338 und der Versetzungsmotor 340 übertragen Drehleistung an den Schalttafel-modifizierten Halter 251 vermittels eines ersten und zweiten drehbaren Schaftes 264 bzw. 266. Ein Beispiel für einen Motor, der für entweder den Drehmotor 338 oder den Versetzungsmotor 340 geeignet ist, ist von Micro Motors Electronics, Incorporated, als DC Micro Motors Series 3863 mit integralem optischen Miniaturschrittgeber, Teilenummer SHE 17, erhältlich. Der Drehmotor 338 weist einen integralen Drehmessfühler auf, der auch als ein erster Messfühler bezeichnet wird. Der Versetzungsmotor 340 weist einen integralen Drehmessfühler auf, der auch als zweiter Messfühler bezeichnet wird.
Indem der ummantelte Drehmessfühler 268 in dem Schalttafel-modifizierten Halter 251, wie in 14 gezeigt, angebracht ist, ist es für die Steuereinheit 342 möglich, das Ausmaß an Verdrehen entlang der Länge des ersten drehbaren Schaftes 266 zu berechnen, indem die Ausgabe des Schrittgebers des Drehmotors 338 mit der Ausgabe des umhüllten Drehmessfühlers 268 verglichen wird. Da die Anzahl von Umdrehungen des drehbaren Schaftes 266 verwendet wird um zu bestimmen, wo die Trenneinrichtung 96 axial angeordnet ist, könnte dieses Verdrehen einen wesentlichen Fehler verursachen, insbesondere wenn der drehbare Schaft 266 sehr lang ist. Dieser Fehler könnte beispielsweise dazu führen, dass die Trenneinrichtung 96 nicht unmittelbar anhält, wenn der Versetzungsmotor 340 abgeschaltet wird, da sich der erste drehbare Schaft 266 weiter „entwindet". Als ein Ergebnis verwendet die Steuereinheit 342 die Signale von dem integralen Drehmessfühler (auch als der erste Messfühler bezeichnet) des Versetzungsmotors 340 und dem Drehmessfühler 268, um die axiale Position der Trenneinrichtung 96 genau zu berechnen.
Der zweite drehbare Schaft 264 läuft parallel zu dem ersten drehbaren Schaft 266 zwischen der Steuereinheit 342 und dem Halter 251. Die mechanische Leistungsfähigkeit eines jeden Schaftes bei der Übertragung von Drehung von dem entsprechenden Motor an den Halter 251 schwankt in einem bestimmten Umfang mit der Orientierung des drehbaren Schaftes. Wenn es beispielsweise während des chirurgischen Eingriffes für den Betreiber erforderlich ist, den ersten und zweiten drehbaren Schaft 266 und 264 zu drapieren, so dass sie erheblich gebogen sind, dann wird es mehr Reibungsenergieverluste geben als wenn die Schäfte gerade sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wenn der anfänglich an den Drehmotor 338 bereitgestellte Strom nicht ausreichend ist, um eine zuvor bestimmte Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung zu erreichen, der Strom an den Drehmotor 338 erhöht, bis die erwünschte Drehgeschwindigkeit erreicht wird. Der Drehmessfühler, der in dem Drehmotor 338 integriert ist, liefert Rückkopplungssignale an die Kontrolleinheit 342, so dass der Ausgleichsstrom an dem Drehmotor 338 bereitgestellt werden kann. Wenn einmal die erwünschte Drehgeschwindigkeit erreicht ist, wird der Strom an den Drehmotor 338 „verriegelt", bis die Trenneinrichtung 96 die Position vier am Ende ihrer Versetzung erreicht. Diese elektrische Kompensation erfolgt jedes Mal, wenn die Trenneinrichtung 96 zwischen der zweiten und dritten Position versetzt wird, bevor die Trenneinrichtung 96 damit beginnt, das Gewebe zu schneiden. Dies erlaubt Variationen in der Art und Weise, wie die drehbaren Schäfte 264 und 266 jedes Mal ausgerichtet sind, wenn der Betreiber das Biopsieinstrument zum Sammeln einer Gewebeprobe positioniert.
Unter Bezugnahme nun auf das Flüssigkeitssammelsystem 22, das in 14 gezeigt ist, umfasst das Flüssigkeitssammelsystem 22 ein erstes Ventil 314, ein zweites Quetschventil 316, einen Flüssigkeitssammelbehälter 318, ein Regulatorventil 322, einen Druckmessfühler 328 und eine Vakuumpumpe 330. Diese Bestandteile werden miteinander, der Steuereinheit 342 und der Sondenanordnung (1) wie folgt zusammengeschaltet. Zuerst kommt das Vakuumrohr 94 von der Sondenanordnung 40 (1) und wird an einem ersten Vakuum-Y-Verbinder 302 befestigt, der in Flüssigverbindung mit einer ersten oberen Leitung 306 und einer ersten unteren Leitung 308 ist. Die beiden Leitungen 306 und 308 gehen durch ein erstes Quetschventil 314. Ein Beispiel für ein geeignetes, kommerziell erhältliches Dreiwege-Quetschventil für diese Anwendung ist Modell Nummer 373 12-7 15, das von Angar Scientific Company, Incorporated, erhältlich ist. Das Quetschventil 314 schließt entweder die obere Leitung 306 oder die untere Leitung 308, aber nie beide Leitungen gleichzeitig. Die untere Leitung 308 liefert eine Entlüftungsöffnung auf Atmosphärendruck. Die obere Leitung 306 ist mit dem Flüssigkeitssammelbehälter 318 verbunden. In ähnlicher Weise ist die zweite Vakuumleitung 136 von der Sondenanordnung 40 mit einem zweiten Y-Verbinder 304 verbunden, der in Flüssigverbindung mit einer zweiten oberen Leitung 310 und einer zweiten unteren Leitung 312 ist. Der erste und zweite Vakuum-Y-Verbinder 302 und 304 können aus einem steifen Polymer wie beispielsweise Polycarbonat geformt sein. Die zweite obere Leitung 310 führt durch ein zweites Quetschventil 316, das identisch zu dem ersten ist, und zu dem Behälter 318. Die zweite untere Leitung 312 führt durch das zweite Quetschventil 316 und belüftet zur Atmosphäre. Wiederum kann nur die eine oder die andere der zwei Leitungen 310 und 312 zu einem bestimmten Zeitpunkt geschlossen gequetscht werden.
Weiter Bezug nehmend auf das Flüssigkeitssammelsystem 22 von 14 verbindet eine Hauptvakuumleitung 320 den Behälter 318 mit der elektrisch angetriebenen Vakuumpumpe 330. Ein Beispiel für eine für diese Anwendung geeignete Vakuumpumpe ist erhältlich von WOB-L-Piston Serie 2639 von Thomas Compressors and Vacuum Pumps, Incorporated. Die Hauptvakuumleitung 320 geht durch das Regulatorventil 322, um den an dem Behälter 318 angelegten Vakuumdruck elektronisch anzupassen. Ein Beispiel für ein kommerziell erhältliches Regulatorventil für diese Anwendung ist Modell Nummer VSONC6S11VHQ8 von Parker Hannifin Corporation, Pneutronics Division. Der Druckmessfühler 328 ist in Flüssigverbindung mit der Hauptvakuumleitung 320 an einer Messfühlerverbindung 324 angebracht. Das Signal von dem Druckmessfühler 328 wird zu einem A/D-Wandler 396 der Steuereinheit 342 gesendet. Ein Beispiel für einen kommerziell erhältlichen, kompensierten Druckmessfühler für diese Anwendung ist Modell Nummer SDX15 von SenSym, Incorporated.
In 14 ist die Steuereinheit 342 so gezeigt, dass sie die Elemente innerhalb des gezeichneten Kästchens enthält, eine Flüssigkristallanzeige (LCD) 334, und einen Berührungsbildschirm 336. Die 16A und 16B bilden zusammen ein detailliertes Schema der Elemente der Steuereinheit 342. Es kann auf die 14, 16A und 16B gleichzeitig für die Beschreibung der Elemente der Steuereinheit 342 verwiesen werden. Das Herz der Steuereinheit 342 ist ein Mikroprozessor 408. Ein Beispiel für einen geeigneten Mikroprozessor 408 ist der 40 MHz, 32-Bit-Mikroprozessor, der von Motorola, Incorporated, als Teilenummer XCF5206EFT40 erhältlich ist. Der Mikroprozessor 408 ist so konstruiert, dass er logische Operationen durchführt, die in einfache elektromechanische Handlungen umgesetzt werden können. Der LCD 334 weist den Anwender während des Betriebs der Biopsievorrichtung an und informiert diesen. Ein geeignetes Beispiel für den LCD 334 ist das 640 × 480 Farb-TFT-LCD-Display, das von Sharp Electronics Corporation als Teilenummer LQ64D343 erhältlich ist. Ein Widerstandsberührungsbildschirm 336 deckt das LCD 334 für die Anwenderschnittstelle ab. Ein Beispiel für einen geeigneten Berührungsbildschirm 336 ist von Dynapro Thin Film Products, Incorporated, als Teilenummer 95638 erhältlich. Der LCD 334 ist elektronisch mit einer Berührungsbildschirmsteuerung 402 in der Steuereinheit 342 verbunden.
An den Mikroprozessor 408 ist ein Oszillator 540, ein EPROM 542 und eine Spannungsüberwachung 541 angeschlossen. Der Oszillator 540 ist, beispielsweise, als Teil mit der Nummer ASV-40.000000-PCSA (40 MHz) von Abracon Corporation erhältlich. Ein geeignetes Beispiel für das EPROM 542 ist Teilenummer AT27BV4096-15JC, das von Atmel Corporation erhältlich ist. Ein geeignetes Beispiel für eine Spannungsüberwachung 541 (für eine Versorgung von 2,93 Volt) ist als Teilenummer TLC773ID von Texas Instruments, Incorporated, erhältlich.
Die Berührungsbildschirmsteuerung 402 erlaubt, dass die Steuereinheit 342 auf die Berührung des Anwenders reagiert, indem die Berührungseingaben interpretiert werden. Andere üblichere Vorrichtungen wie beispielsweise mechanische Schalter, können anstelle der Berührungsbildschirmsteuerung 402 zum Steuern der Steuereinheit 342 verwendet werden. Die Berührungsbildschirmsteuerung 402 ist jedoch leicht sauber zu halten und ist für den Anwender intuitiv zu verwenden. Die Berührungsbildschirmsteuerung 402 umfasst eine Mikrosteuerung 511, einen A/D-Wandler 512, einen Multiplexer-Demultiplexer 513 und ein EEPROM 514. Ein geeignetes Beispiel für die Mikrosteuerung 511 ist eine 8-Bit- Mikrosteuerung mit der Teilenummer 95705 von Microchip Technology, Incorporated. Ein geeignetes Beispiel für einen A/D-Wandler 512 ist ein serieller 10 Bit-A/D-Wandler mit der Teilenummer TLV1543CDW von Texas Instruments, Incorporated. Ein geeignetes Beispiel für einen Multiplexer-Demultiplexer 513 ist der duale analoge 4-auf-1-Leitung-Multiplexer-Demultiplexer mit der Teilenummer MC74HC4052D von Motorola, Incorporated. Ein geeignetes Beispiel für das EEPROM 514 ist ein serielles 1 K-Bit-EEPROM mit der Teilenummer 93AA46SN von Microchip Technology, Incorporated.
Eine LCD-Steuerung 404 ist bereitgestellt, um zwischen dem Mikroprozessor 408 und dem LCD 334 zwischengeschaltet zu werden. Die LCD-Steuerung 404 verringert die Belastung des Mikroprozessors 408, indem die Anzeigenparameter wie beispielsweise Farbe, Kontrast, Bildschirmerneuerungsgeschwindigkeiten wirksam gesteuert werden und sie hat typischerweise direkten Zugang zu den Speicherchips des Mikroprozessors 408. Die LCD-Steuerung 404 umfasst einen 25 MHz-Oszillator 539, der beispielsweise als Teilenummer ASV-25.000000-PCSA von Abracon Corporation erhältlich ist. Die LCD-Steuerung 404 umfasst auch eine LCD/CRT-Steuerung 508, die, beispielsweise, als Teilenummer SED1354FOA von Seiko Epson Corporation erhältlich ist, und einen 1-Meg × 16-Bit, 60-nanosec, EDO DRAM 507, der, beispielsweise, als Teilenummer MT4LC1M16ESTG-6 von Micron Technology, Incorporated erhältlich ist. Die LCD-Steuerung 404 umfasst weiter ein Paar aus 16-Bit-Treibern 509 und 510 der nicht invertierenden Pufferleitungsart, die, beispielsweise, als Teilenummer 74ACTQ16244SCX von National Semiconductor Corporation erhältlich sind.
Eine Miniaturmeldeeinrichtung 332 wird an der Steuereinheit 342 bereitgestellt, um dem Betreiber hörbare Rückkopplungs-„Pieps" nach einer jeden Aktivierung einer Bildsymbolsteuerung auf dem LCD 334 zu liefern. Ein Beispiel für eine für diese Anwendung geeignete Meldeeinrichtung ist das Modell mit der Nummer EAS-45P104S von Matsushita Electric Corporation of America (Panasonic Division). Die Meldeeinrichtung 332 ist mit dem Mikroprozessor 408 durch einen Oszillator 400 verbunden, der das digitale Eingangssignal von dem Mikroprozessor 408 in ein analoges, periodisches Ausgabesignal umwandelt und somit die Audiofrequenz des Verbinders 332 steuert. Die Lautstärke des Tons, der aus der Meldeeinrichtung 332 herauskommt, ist, wie später beschrieben werden wird, steuerbar. Unter Bezugnahme auf 16B umfasst der Oszillator 400 ein 62dB-Audio-Betätigungsmittel 517, das, beispielsweise, als Teilenummer LM1971M von National Semiconductor Corporation erhältlich ist. Der Oszillator 400 umfasst weiter einen Operationsverstärker 516, der, beispielsweise identisch sein kann mit dem bereits beschriebenen Operationsverstärker 530. Der Oszillator 515 umfasst weiter einen Audio-Leistungsverstärker 515, der, beispielsweise, als Teilenummer LM486M von National Semiconductor Corporation erhältlich ist.
Noch Bezug nehmend auf die Steuereinheit 342, die in den 14, 16A und 16B gezeigt ist, ist eine erste Motorsteuerung und Treiber 390 mit dem Versetzungsmotor 340 und mit dem Mikroprozessor 408 verbunden. Der Versetzungsmotor 340 ist funktionsfähig mit dem zweiten drehbaren Schaft 266 verbunden. Steuerung und Treiber 390 wandeln digitale Eingangssignale von dem Mikroprozessor 408 in analoge Motoreingangssignale um, um die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Motors zu steuern. Eine digitale Geschwindigkeitssteuerung mit geschlossenem Regelkreis des Versetzungsmotors 340 wird auch innerhalb der Steuerung und des Treibers 390 erreicht unter Verwendung von Rückkopplungssignalen von dem ummantelten Drehmessfühler 268 in den Griff 251 und dem Drehmessfühler, der innerhalb des Versetzungsmotors 340 integriert ist. Die erste Motorsteuerung und Treiber 390 umfasst einen ersten H-Brückenmotortreiber 552 (auch als ein erster Treiber bezeichnet) und eine erste Motorsteuerung 523. Ein geeignetes Beispiel für einen H-Brückenmotortreiber ist als Teilenummer LMD18200T von National Semiconductor Corporation erhältlich. Ein geeignetes Beispiel für eine Motorsteuerung ist als Teilenummer LM629M-8 von National Semiconductor Corporation erhältlich.
Noch Bezug nehmend auf die 14, 16A und 16B treibt der Drehmotor 338 den ersten drehbaren Schaft 264 an. Der Drehmotor 338 ist an den Mikroprozessor 408 durch die zweite Steuerung und Treiber 406 angeschlossen, der einen zweiten H-Brückenmotortreiber 551 (auch als zweiter Treiber bezeichnet) und eine zweite Motorsteuerung 522 umfasst. Der zweite H-Brückenmotortreiber 551 kann identisch sein zu dem ersten H-Brückenmotortreiber 552, der bereits beschrieben wurde. Die zweite Motorsteuerung 552 kann identisch zu der ersten Motorsteuerung 523 sein, die bereits beschrieben wurde. Der Mikroprozessor 408 berechnet vermittels der zweiten Steuerung und des Treibers 406 fortlaufend die Drehpositionen der Trenneinrichtung 96 und erneuert diese ebenso wie die Drehgeschwindigkeit und die Beschleunigung unter Verwendung von Rückkopplungssignalen des in dem Drehmotor 338 integrierten Drehmessfühlers.
Noch Bezug nehmend auf die Steuereinheit 342, die in den 14, 16A und 16B gezeigt ist, ist eine serielle Steuerung 308 elektronisch mit der Schalttafel 274 durch das Bandkabel 270 und die Steueranschlussleitung 265 verbunden. Das Bandkabel 270 ist in dem Halter 251 enthalten. Die Kontrollanschlussleitung 265 verläuft entlang dem ersten drehbaren Schaft 264 und dem zweiten drehbaren Schaft 266 und kann damit verbunden sein. Die serielle Steuerung 380 koordiniert den Informationsaustausch über die serielle Kommunikationsverbindung zwischen der Schalttafel 274 und dem Mikroprozessor 408. Ein optionaler Kartenleser 382 kann in der Steuereinheit 342 zum Lesen von Daten von der Speicherkarte bereitgestellt sein, um die zukünftigen Softwareaktualisierungen und Wartung zu erleichtern. Ein serieller Anschluss 384 ist für den bidirektionalen Datenaustausch in einem seriellen Übertragungsmodus vorgesehen, was wiederum zukünftige Softwareaktualisierungen und Wartung erleichtert. Die serielle Steuerung 380 umfasst einen Vierfachdifferenzialleitungsempfänger 524, der, beispielsweise, erhältlich ist als Teilenummer DS90C032TM von National Semiconductor Corporation. Die serielle Steuerung 380 umfasst weiter eine ESD (elektrostatische Entladungs-)Überspannungsschutzanordnung 525, die, beispielsweise, als Teilenummer SP723AB von Harris Semiconductor Products erhältlich ist.
Ein erster PWM (Pulsweitenmodulations-)Treiber 386 ist an dem ersten Quetschventil 314 und dem Mikroprozessor 408 angeschlossen. Der erste PWM-Treiber 386 wandelt ein digitales Eingangssignal von dem Mikroprozessor 408 in ein analoges Ausgangssignal um, das eine Welle mit einer festen Frequenz und Amplitude, aber variierendem Lastspiel aufweist. Um den Solenoid in dem Quetschventil 314 anzutreiben, wird der PWM-Treiber 386 verwendet, wenn das Lastspiel hoch ist, um den Solenoid initial zu bewegen. Wenn das Quetschventil 314 einmal betätigt ist, wird das Lastspiel auf ein Niveau verringert, das die Ventilposition hält, wodurch die Stromerfordernisse minimiert werden. Ein zweiter PWM-Treiber 388 schließt in ähnlicher Weise gleichzeitig ein zweites Klemmventil 316 an den Mikroprozessor 408 an. Ein geeignetes Beispiel für sowohl den ersten PWM-Treiber 386 als auch den zweiten PWM-Treiber 388 ist FET (60 Volt, 3,5 Ampere, 0,10 Ohm, N-Kanal dual) mit der Teilenummer NDS9945, der von Fairchild Semiconductor Corporation erhältlich ist.
Unter Bezugnahme auf 16B ist ein erstes EPLD (löschbar programmierbare logische Vorrichtung) 521 an die LCD-Steuerung 404, den PWM-Treiber 388, den PWM-Treiber 386, ein FET 554, den Oszillator 400, einen ersten 8 MHz-Oszillator 538, die serielle Steuerung 380 und den Mikroprozessor 408 (vermittels den durch das eingekreiste „A" dargestellten Weg) angeschlossen. Ein geeignetes Beispiel für die erste EPLD 521 ist als Teilenummer EPM7256ATC144-7 von Altera Corporation erhältlich. Das FET 554 kann beispielsweise identisch sein mit dem FET 556 des zweiten PWM-Treibers 388. Der erste Oszillator 538 ist, beispielsweise, als Teilenummer ASL-8.000000-PCSA von Abracon Corporation erhältlich.
Eine zweite EPLD 520 schließt den Mikroprozessor 408 an den seriellen Anschluss 384, die erste Steuerung und Treiber 390, die zweite Steuerung und Treiber 406, die Berührungsbildschirmsteuerung 402, das RAM 392, den Flash-Speicher 398 und den Oszillator 580 an. Die EPLD 520 ist in der Lage, bei 166,7 MHz zu arbeiten und ist, beispielsweise, als Teilenummer EPM7256ATC144-7 von Altera Corporation erhältlich.
Ein dritter PWM-Treiber 394 ist an dem Regulatorventil 322 und dem A/D-Umwandler 396 angeschlossen. Der PWM-Treiber 394 umfasst eine Spannungsreferenzvorrichtung 526, die einen ersten Operationsverstärker und eine Spannungsreferenz umfasst. Der PWM-Treiber 394 umfasst weiter einen zweiten Operationsverstärker 527, einen dritten Operationsverstärker 528, einen vierten Operationsverstärker 529, einen fünften Operationsverstärker 530, einen sechsten Operationsverstärker 531 und einen siebten Operationsverstärker 532. Der Operationsverstärker in der Spannungsreferenzeinrichtung 526 und die Operationsverstärker 527, 528, 529, 530, 531 und 532 sind beschreibender als „Vierfach-rail-to-rail-Operationsverstärker" bezeichnet. Ein geeignetes Beispiel für einen jeden ist als Teilenummer LMC6484IM von National Semiconductor Corporation erhältlich. Der PWM-Treiber 394 umfasst weiter einen ersten FET (Feldeffekttransistor) 553. Ein geeignetes Beispiel für FET 553 ist als Teilenummer MDS9945 (60 Volt, 3,5 Ampere, 0,5 Ohm, N-Kanal dual) von Fairchild Semiconductor Corporation erhältlich.
Eine RAM (Direktzugriffsspeicher)-Speichereinrichtung 392 (auch als vorübergehende Speichereinrichtung bezeichnet) wird mit dem Mikroprozessor 408 versehen und verliert unvermeidlicherweise gespeicherte Daten, wenn der Strom abgestellt wird. Eine Flash-Speichereinrichtung 398 (auch als nicht-volatile Speichereinrichtung bezeichnet) andererseits wird mit dem Mikroprozessor 408 versehen, um Daten sogar ohne Strom zu speichern, weist aber eine längere Zugriffszeit als die RAM-Speichereinrichtung 392 auf. Die RAM-Speichereinrichtung 392 umfasst vier EDO DRAM-Einrichtungen 547, 548, 549 und 550. Diese Einrichtungen können identisch sein und ein geeignetes Beispiel für ein jedes ist als Teilenummer MT4LC1M16ESTG-6 von Micron Technology, Incorporated, erhältlich. Die Flash-Speichervorrichtung 398 umfasst vier RAM-Einrichtungen, die identisch sein können, und ein geeignetes Beispiel für ein jedes ist als Teilenummer AM29LV800BT-70REC von Advanced Micro Devices Incorporated erhältlich. Die Kombination aus der RAM-Speichereinrichtung (vorübergehende Speichereinrichtung) 392, der Flash-Speichereinrichtung (nicht-volatilen Speichereinrichtung) 398 und des Mikroprozessors 408 werden manchmal einfach als eine Rechenvorrichtung bezeichnet. Die Rechenvorrichtung kann in einer alternativen Ausführungsform auch die erste Steuerung 523 und die zweite Steuerung 522 enthalten.
Der serielle Anschluss 384 umfasst einen dualen, universalen, asynchronen Empfänger/Sender 533, der, beispielsweise, als Teilenummer ST16C2552CJ44 von Exar Corporation erhältlich ist. Der serielle Anschluss 384 umfasst weiter einen ersten Treiber-Empfänger 534 und einen zweiten Treiber-Empfänger 535, die beschreibendererweise ein „TIA/EIA-232, 3×5 Treiber-Empfänger" genannt werden und, beispielsweise, als Teilenummer DS14C335MSA von National Semiconductor Corporation erhältlich sind. Der serielle Anschluss 384 umfasst weiter einen ersten Überspannungsschutz 536 und einen zweiten Überspannungsschutz 537, jeweils eine bidirektionale, 24 Volt, 300 Watt Einheit, die, beispielsweise, als Teilenummer SMDA24C-8 von General Semiconductor, Incorporated, erhältlich ist.
Der Ort für einen optionalen Kartenleser 382, der mit dem Mikroprozessor 408 verbunden ist, ist auch in 16A gezeigt. Der Kartenleser 382 kann bei zukünftigen Ausführungsformen der Biopsievorrichtung verwendet werden, um die Steuereinheit 342 mit alternativen Werten, beispielsweise der erwünschten Versetzungs- und Drehgeschwindigkeiten der Trenneinrichtung 96, zu programmieren.
Ein A/D-Wandler 396 wandelt Spannungssignale von dem Druckmessfühler 328 in digitale Signale um, die an den Mikroprozessor 408 übertragen werden und durch den Mikroprozessor 408 verwendet werden, um einen erwünschten Vakuumdruck in dem Flüssigkeitssammelsystem 22 aufrechtzuerhalten. Ein geeignetes Beispiel für einen A/D-Wandler 396 ist die ADC-DAC-8-Bit, 12 C-Bus-Schnittstelle, der als Teilenummer PCF8591AT von Philips Electronics N.V. erhältlich ist.
Die Biopsievorrichtung wird weiter mit einer herkömmlichen 48 Volt Gleichstromquelle versehen, die in Verbindung mit standardmäßigen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandlern und elektrischen Spannungsreglern verwendet wird, um verringerte Spannungen an die Bestandteile der Steuereinheit 342 zu liefern.
Der Mikroprozessor 408 kann verwendet werden, um den Ausgabewert der zweiten Steuerung und des Treiber-406-PED-Filters zu überwachen, so dass wenn die Ausgabe davon einen zuvor definierten Maximalwert überschreitet, die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 auf ein eingestelltes Maß verringert wird, indem ein aktualisierter Geschwindigkeitsbefehl zu der ersten Steuerung und Treiber 390 geschickt wird. Dieses geschlossene Regelkreissystem gewährleistet, dass die erwünschte Trenneinrichtungsdrehgeschwindigkeit aufrechterhalten wird, indem die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 verringert wird. Diese automatische Anpassung an die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung erfolgt, wenn der Drehwiderstand der Trenneinrichtung anormal hoch wird. Der Drehwiderstand der Trenneinrichtung ist die Kombination aus Schneidwiderstand (wenn die Trenneinrichtung 96 beispielsweise auf Obstruktionen, sehr dichtes Gewebe oder kalzifizierte Läsionen trifft) und mechanischem Widerstand (wenn der Betreiber beispielsweise den Lochdorn 70 mit ausreichender Kraft in Gewebe handhabt, um ein erhebliches Biegemoment an dem Lochdorn 70 anzulegen, so dass die Trenneinrichtung 96 innerhalb des Lochdornhohlraums 80 blockiert. Anstatt zu versuchen, die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung aufrechtzuerhalten, indem die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung hochgefahren wird, wird die Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung verringert, um den Drehwiderstand der Trenneinrichtung zu verringern. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird dies in der folgenden Art und Weise erreicht. Im Beprobungsmodus und wenn sich die Trenneinrichtung 96 zu der dritten Position (proximal der Öffnung 78) bewegt, sendet der Mikroprozessor 408 ein Signal an die zweite Steuerung und Treiber 406, um die Drehung der Trenneinrichtung zu initiieren, wenn die Trenneinrichtung 96 eine zuvor bestimmte Versetzungsposition erreicht. Die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 folgt einem zuvor definierten Geschwindigkeitsprofil, was gewährleistet, dass die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung bei einem zuvor bestimmtem Q (auch als vorbestimmte Drehgeschwindigkeit bezeichnet) Umdrehungen pro Minute (Upm) ist, wenn die Trenneinrichtung 96 die dritte Position erreicht. Wenn die Trenneinrichtung 96 die dritte Position erreicht, sendet der Mikroprozessor 408 ein Signal zu der ersten Steuerung und Treiber 390, um die Trenneinrichtung 96 mit einer zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit T (auch als eine dritte, zuvor bestimmte Versetzungsgeschwindigkeit bezeichnet) Zoll pro Sekunde (Zoll/Sek.) nach vorne zu bewegen. Die Trenneinrichtung 96 schreitet durch die Öffnung 78 mit einer zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit T Zoll/Sek. hindurch voran, während sie sich mit einer Geschwindigkeit Q Upm dreht. Während sie sich durch die Öffnung 78 nach vorne bewegt, wird die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 durch eine zweite Steuerung und Treiber 406 überwacht unter Verwendung von Signalen von den Drehmessfühlern, die in dem Drehmotor 338 integriert sind. Wenn die Drehgeschwindigkeit größer als Q Upm ist, wird der elektrische Strom an dem Versetzungsmotor 340 erhöht. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung geringer als Q Upm ist, wird der elektrische Strom an den Versetzungsmotor 340 verringert.
Wenn es erwünscht ist, die Geschwindigkeit entweder des Versetzungsmotors 340 oder des Drehmotors 338 in Reaktion auf einen erhöhten Trenneinrichtungsdrehwiderstand zu steuern, wie beispielsweise in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, besteht ein Weg dafür darin, ein Fehlersignal auf der Grundlage des Unterschiedes zwischen der erwünschten Geschwindigkeit (Versetzung oder Drehung, abhängig davon, welcher Motor gesteuert wird) und der tatsächlichen Geschwindigkeit zu erzeugen. Das Fehlersignal wird dann in einen proportionalen, integralen und derivativen (PID) Digitalfilter eingegeben, der Teil der entsprechenden Steuerung und des Treibers ist, entweder der ersten Steuerung und des Treibers 390 oder der zweiten Steuerung und des Treibers 406. Die Summe dieser drei Terme wird verwendet, um das Pulsweitenmodulations (PWM)-Signal zu erzeugen. Die erste und zweite Steuerung und Treiber 390 und 406 erzeugen jeweils das Fehlersignal und das PWM-Signal. Ein PWM-Signal ist eine Eingabe zur ersten Steuerung und zum ersten Treiber 390, um den Versetzungsmotor 340 anzutreiben. Ire ähnlicher Weise ist ein PWM-Signal eine Eingabe zu der zweiten Steuerung und dem zweiten Treiber 406, um ein analoges Ausgabesignal zu erzeugen, um den Drehmotor 338 anzutreiben.
Als nächstes wird die Benutzerschnittstelle für die Biopsievorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 15 ist eine vergrößerte Ansicht des LCD334 mit einem Anzeigenbereich 344 und einem Berührungsbildschirm 336, die beide Teil der Steuereinheit 342 von 14 sind. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind für einen Anwender zwölf verschiedene Betriebsmodi verfügbar. Ein Kontrollschalter für einen jeden Betriebsmodus ist graphisch auf dem LCD334 in der Form von Piktogrammen 346, 348, 350, 352, 354, 356, 358, 360, 362, 364, 366 und 368 dargestellt. Der Anwender kann einen speziellen Betrieb initiieren, indem er den Berührungsbildschirm in dem Bereich des entsprechenden Piktogrammes zur geeigneten Zeit während des chirurgischen Eingriffes drückt, um den Betrieb der Biopsievorrichtung elektronisch zu steuern.
Ein jeder Betriebsmodus wird für einen speziellen Teil des allgemeinen Biopsieverfahrens verwendet. Der „Haupt"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Anwender die Instrumente für die Anwendung vorbereitet. Wenn ein Anwender den „Haupt"-Betriebsmodus aktiviert durch, beispielsweise, berühren des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 346, zeigt der Anzeigenbereich 344 den Status als „Hauptmodus" an. Die Trenneinrichtung 96 wird dann an die dritte Position gerade proximal zur Öffnung 78 versetzt. Wenn die Trenneinrichtung 96 in dieser dritten Position ist, weist der Anzeigenbereich 344 den Betreiber an, Saline in die Öffnung 78 zu geben und den Vakuumschalter 150 zu drücken, wie es erforderlich ist, um Saline in den Lochdorn 70 und durch die Sondenanordnung 40 zu ziehen. Der Betreiber kann den Salinestrom durch das Fenster 58 beobachten. Schließlich werden das ersten Klemmventil 314 und das zweite Klemmventil 316 jeweils so eingestellt, dass sie auf den Vakuumschalter 150 reagieren.
Der „Einführungs"-Betriebsmodus wird als nächstes ausgewählt, wenn der Anwender sich anschickt, den Lochdorn in das Gewebe einzuführen. Wenn ein Anwender den „Einführungs"-Betriebsmodus beispielsweise durch berühren des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 348 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Einführungsmodus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die vierte Position versetzt, gerade distal zur Öffnung 78. Wenn die Trenneinrichtung 96 zu der vierten Position versetzt wird, zeigt die Anzeige an, dass das Instrument bereit ist, eingeführt zu werden.
Der „Überprüfungs"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Anwender zu überprüfen wünscht, ob sich die Trenneinrichtung 96 an der vierten Position befindet oder nicht. Wenn ein Anwender den „Überprüfungs"-Betriebsmodus aktiviert durch, beispielsweise, berühren von LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 350, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Überprüfungsmodus" ist. Wenn sich die Trenneinrichtung nicht in der vierten Position befindet, wird der Versetzungsmotor 340 eingestellt, um auf einen Vorwärtsschalter 346 auf dem Handstück 20 zu reagieren. Dann weist der Anzeigenbereich 344 den Betreiber an, die Öffnung 78 durch Drücken des Vorwärtsschalters 146 auf dem Handstück zu schließen. Wenn der Betreiber den Vorwärtsschalter 156 drückt, wird die Trenneinrichtung 96 in die vierte Position versetzt. Der Versetzungsmotor 340 wird dann eingestellt, um auf den Umkehrschalter 148 auf dem Handstück 20 zu reagieren. Wenn sich die Trenneinrichtung 96 bereits an der vierten Position befindet, wenn der „Überprüfungs"-Modus ausgewählt wird, dann wird der zweite Motor 340 eingestellt, um auf den Umkehrschalter 148 zu reagieren. Dann weist der Anzeigenbereich 344 den Betreiber an, die Öffnung 78 durch Drücken des Umkehrschalters 148 auf dem Handstück 20 zu öffnen. Wenn der Betreiber den Umkehrschalter 148 drückt, wird die Trenneinrichtung 96 in die dritte Position gerade proximal zur Öffnung 78 versetzt. Dann wird der Versetzungsmotor 340 eingestellt, um auf den Vorwärtsschalter 146 zu reagieren.
Der „Beprobungs"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber wünscht, einen Gewebeteil aus dem chirurgischen Patienten zu extrahieren. Wenn der Betreiber den „Beprobungs"-Betriebsmodus beispielsweise durch Berühren des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 352 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Beprobungsmodus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die dritte Position versetzt, die gerade proximal zur Öffnung 78 ist. Dann wird der Versetzungsmotor 340 eingestellt, um auf den Vorwärtsschalter 146 zu reagieren. Wenn die Trenneinrichtung 96 in der dritten Position ist, weist der Anzeigenbereich 344 den Anwender an, eine Probe durch Drücken des Vorwärtsschalters 146 auf dem Handstück 20 zu nehmen. Wenn der Vorwärtsschalter 146 gedrückt wird, werden das erste Quetschventil 314 und das zweite Quetschventil 316 geöffnet und der Drehmotor 338 wird aktiviert, um die Trenneinrichtung 96 mit der geeigneten Geschwindigkeit zu drehen. Dann wird die Trenneinrichtung 96 in die vierte Position versetzt, wobei der in die Öffnung 78 prolabierende Gewebeabschnitt abgetrennt wird, während sich die Trenneinrichtung 96 distal bewegt. Während des Versetzens in die vierte Position kann der Betreiber den Beprobungshieb vorzeitig, bevor die Trenneinrichtung 96 den Mittelpunkt der Öffnung 78 erreicht, durch Drücken des Vorwärtsschalters, des Rückwärtsschalters oder des Vakuumschalters 146, 147 bzw. 150 auf dem Handstück 20 abbrechen. An diesem Punkt wird die Versetzung der Trenneinrichtung 96 angehalten und der Anzeigenbereich 344 weist den Anwender an, entweder durch Drücken des Vorwärtsschalters 146 mit der Beprobung fortzufahren oder durch Drücken des Umkehrschalters 248 in die erste, vollständig zurückgezogene Position zurückzukehren. Wenn die Trenneinrichtung 96 die vierte Position erreicht, wird der Drehmotor 338 deaktiviert und die Trenneinrichtung hört auf, sich zu drehen. Dann wird das erste Quetschventil 314 aktiviert, um die erste obere Leitung 306 zu schließen. Der nächste Anzeigenbereich 344 weist den Anwender an, eine Gewebeprobe zu gewinnen durch Drücken des Umkehrschalters 148 auf dem Handstück 20. Der Versetzungsmotor 340 wird eingestellt, um auf den Umkehrknopf 148 auf dem Handstück 20 zu antworten. Wenn der Anwender den Umkehrschalter 148 drückt, wird die Trenneinrichtung 96 in die erste, vollständig zurückgezogene Position gerade distal der Beprobungsoberfläche 64 versetzt. Dann wird das zweite Quetschventil 316 aktiviert, um das Vakuum für den Gewebeentferner 132 zu schließen. Ein „intelligentes Vakuum" wird auch aktiviert, und eine Vielzahl von Vakuumimpulsen (0,5s an und 0,5 s aus) werden an der zweiten Vakuumleitung 136 angelegt. Ein detaillierte Beschreibung des „intelligenten Vakuums" wird in EP 0 890 339 gegeben. Der Anzeigenbereich 344 weist dann den Anwender an, die Gewebeprobe 200 zu entfernen. Wenn keine Probe extrahiert wurde, d. h. die abgetrennte Gewebeprobe am distalen Ende des Lochdorns 17 verblieb und nicht auf die Gewebebeprobungsoberfläche 64 abgelegt wurde, wird der Betreiber angewiesen, „Trockene Falle" auszuwählen. Der Betreiber wird auch angewiesen, „Entferne Luft/Blut" auszuwählen, sofern dies erforderlich ist, um überschüssige Flüssigkeiten in dem Patienten und in der Probenanordnung 40 zu entfernen. Der Betreiber wird schließlich angewiesen, den Vorwärtsschalter 146 auf dem Handstück 20 zu drücken, um die nächste Probe zu extrahieren. Als nächstes wird der Versetzungsmotor eingestellt, um auf den Vorwärtsschalter 146 auf dem Handstück 20 zu antworten. Wenn der Vorwärtsschalter 146 durch den Betreiber gedrückt wird, wird das „intelligente Vakuum" aufgehoben und das erste und zweite Klemmventil 314 und 316 werden aktiviert, um zu öffnen. Der Drehmotor 338 wird aktiviert, um die Trenneinrichtung 96 zu drehen, die dann in die vierte, vollständig distale Position versetzt wird. Die Drehung der Trenneinrichtung 96 wird dann angehalten und das erste Quetschventil 314 wird geschlossen, um das Vakuum an dem Vakuumdruckkammerrohr 76 anzuhalten, das durch das erste Vakuumrohr 94 bereitgestellt wird.
Der „Markierungs"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber wünscht, einen Metallmarker innerhalb des chirurgischen Patienten an einer Stelle zu implantieren, von der die Gewebeprobe 200 extrahiert wurde. Wenn der Anwender den „Markierungs"-Betriebsmodus durch, beispielsweise, Berühren der LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 354 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 den Status „Markierungsmodus" an und veranlasst den Betreiber, sofern erforderlich, „Trockene Falle" auszuwählen. Dann wird der Betreiber angewiesen, den Vakuumschalter 150 auf dem Handstück 20 zu drücken, um den „Markierungs"-Modus zu aktivieren. Ein Markierungsinstrument, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung zum Markieren von Gewebe verwendet werden kann, ist kommerziell unter dem Handelsnamen MICROMARK von Ethicon Endo-Surgery, Inc., Cincinnati, Ohio erhältlich. Eine vollständige Beschreibung des MICROMARK-Aufbringungsmittels und Clips und das Verfahren für seine Verwendung ist in EP 0 966 924 und EP 0 966 925 beschrieben. Wenn der Betreiber den Vakuumschalter 150 drückt, wird die Trenneinrichtung 96 in die erste Position gerade proximal zum Gewebebeprobungsbereich 64 versetzt. Der Anzeigenbereich 344 weist dann den Anwender an, das MICROMARK-Instrument einzuführen, den Vakuumschalter 150 auf dem Handstück 20 zu drücken, wenn er bereit ist abzusetzen und den Marker abzusetzen. Dann, wenn der Vakuumschalter 150 gedrückt wird, wird das erste Quetschventil 314 in die offene Position für fünf Sekunden aktiviert, um Vakuum durch die Vakuumkammer 76 an der Öffnung 78 anzulegen. Als nächstes weist der Anzeigenbereich 344 den Betreiber an, das MICROMARK-Instrument erneut zu positionieren, wenn die Abgabe des Markers nicht vollständig war, den Vakuumschalter 150 auf dem Handstück 20 zu drücken, wenn er bereit ist, den Marker abzusetzen, den Marker abzusetzen und, sofern die Abgabe des Markers vollständig ist, das MICROMARK-Instrument zu entfernen.
Der „Entfernungs"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber bereit ist, den Lochdorn 70 aus dem Gewebe des chirurgischen Patienten zu entfernen. Wenn der Anwender den „Entfernungs"-Betriebsmodus beispielsweise durch Berühren des LCD334 im Bereich des Piktogramms 356 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Entfernungsmodus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird in die vierte, vollständig zurückgezogene Position versetzt und schließt die Öffnung 78. Der Anzeigenbereich 344 weist den Anwender an, dass das Instrument bereit ist, entfernt zu werden.
Der „Entfernen von Luft/Blut"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber wünscht, dass irgendwelche Flüssigkeiten, die nahe dem distalen Ende des Lochdornes 78 und innerhalb der Sondenanorndung 40 vorhanden sind, entfernt werden sollen. Wenn der Betreiber den „Entfernen von Luft/Blut"-Betriebsmodus beispielsweise durch Drücken des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 360 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Entfernen von Luft/Blut-Modus" ist. Die Trenneinrichtung wird dann in die dritte Position gerade proximal zu der Öffnung 78 versetzt. Das erste Klemmventil 314 und das zweite Klemmventil 316 werden jeweils darauf eingestellt, auf den Vakuumschalter 150 auf dem Handstück 20 zu reagieren. Der Anzeigenbereich 344 weist dann den Betreiber an, die Luft/das Blut durch Drücken des Vakuumschalters 150 auf dem Handstück 20 zu entfernen. Wenn der Vakuumschalter 150 gedrückt wird, werden das erste Klemmventil 314 und das zweite Klemmventil 316 aktiviert, um für fünf Sekunden zu öffnen. Wenn sie geschlossen sind, wird die Trenneinrichtung 96 dann in die erste, vollständig zurückgezogene Position gerade proximal zur Gewebebeprobungsoberfläche 64 versetzt. Dann wird der „Entfernen von Luft/Blut"-Modus automatisch verlassen und der vorherige ausgewählte Modus wird automatisch wieder hergestellt.
Der „Trockene Falle"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber versucht hatte, einen Gewebeteil aus dem chirurgischen Patienten unter Verwendung des „Beprobungs"-Betriebsmodus zu entfernen, aber keine Gewebeprobe 200 auf der Gewebebeprobungsoberfläche abgelegt wurde. Dies kann vorkommen, wenn die Gewebeprobe 200 richtig von dem chirurgischen Patienten abgetrennt wurde, aber im distalen Ende des Lochdornes 78 verblieben ist. Wenn der Anwender den „Trockene Falle"-Betriebsmodus durch beispielsweise Drücken des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 358 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344, dass der Status „Trockene Falle-Modus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die dritte Position gerade proximal zur Öffnung 78 versetzt. Dann wird das zweite Klemmventil 316 aktiviert, um, dreimal, für 0,5 Sekunden zu öffnen und für 0,5 Sekunden zu schließen, um das an dem Gewebeentferner 132 durch das zweite Vakuumrohr 136 bereitgestellte Vakuum zu pulsen. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die erste, vollständig zurückgezogene Position gerade distal zu der Gewebebeprobungsoberfläche 64 versetzt. Der „Trockene Falle"-Betriebsmodus wird dann verlassen und der zuvor ausgewählte Betriebsmodus wird automatisch ausgewählt.
Der „Spül"-Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber wünscht, dass eine Obstruktion (Gewebefragmente etc.) am distalen Ende des Gewebeentferners 132 entfernt wird, um den Durchtritt von Flüssigkeiten dadurch hindurch zu erlauben. Wenn ein Betreiber den „Spül-"Betriebsmodus durch beispielsweise Drücken des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 362 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Spül-Modus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die erste, vollständig zurückgezogene Position versetzt, wodurch das distale Ende des Gewebeentferners 132 exponiert wird. Die Steuereinheit 342 wird eingestellt, um auf den Vakuumschalter 150 zu reagieren, was, wenn durch den Betreiber gedrückt, bedingt, dass der „Spül-"Betriebsmodus verlassen wird und der zuvor eingestellte Betriebsmodus automatische wieder eingestellt wird. Bevor der Vakuumschalter 150 gedrückt wird, kann der Betreiber jedoch vorübergehend den zweiten Verbinder 304 trennen, Flüssigkeit wie beispielsweise Saline in das zweite Vakuumrohr 136 unter Verwendung einer Spritze injizieren und den zweiten Verbinder 304 wieder anschließen.
Der „Injektions-"Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber eine Flüssigkeit, wie beispielweise ein Lokalanästethikum, in das Gewebe umgebend das distale Ende des Lochdorns 78 injizieren will. Wenn der Betreiber den „Injektions-"Betriebsmodus durch beispielsweise Berühren des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 364 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344 an, dass der Status „Injektionsmodus" ist. Die Trenneinrichtung 96 wird dann in die zweite Position gerade proximal zur Öffnung 78 versetzt. Die Steuereinheit 342 wird dann eingestellt, um auf den Vakuumschalter 150 auf dem Handstück 20 zu reagieren. Die nächste LCD-Anzeige weist den Betreiber an, die Flüssigkeit in das zweite Vakuumrohr 36 zu injizieren und den Vakuumschalter 150 wieder zu drücken, wenn die Injektion abgeschlossen ist. Wenn der Betreiber die Injektion in das zweite Vakuumrohr 136 abgeschlossen hat, es mit dem Flüssigkeitssammelsystem 22 wieder verbunden hat und den Vakuumschalter 150 gedrückt hat, wird die Trenneinrichtung 96 in die erste, vollständig zurückgezogene Position versetzt. An diesem Punkt wird der „Injektions"-Modus verlassen und der zuvor eingestellte Betriebsmodus wird automatisch wieder eingestellt.
Der „Manuell-"Betriebsmodus wird ausgewählt, wenn der Betreiber wünscht, die Positionierung der Trenneinrichtung und/oder die Vakuumfunktionen manuell zu bedienen. Wenn der Verwender den „Manuell-"Betriebsmodus durch beispielsweise Berühren des LCD334 in dem Bereich von Piktogramm 366 aktiviert, zeigt der Anzeigenbereich 344, dass der Status „Manueller Modus" ist. Bei diesem Modus wird der Versetzungsmotor 340 eingestellt, um auf den Vorwärtsschalter 346 und den Umkehrschalter 148 für die Dauer des Drückens des Schalters zu reagieren. Der Betreiber kann an einem jeglichen Punkt zwischen der ersten, vollständig zurückgezogenen Position und der vierten, vollständig distalen Position die Versetzung der Trenneinrichtung 96 anhalten. Zusätzlich werden das erste Quetschventil 314 und das zweite Quetschventil 316 jeweils eingestellt, um auf den Vakuumschalter 150 zu reagieren.
Eine alternative Art und Weise, den Betriebsmodus auszuwählen, ist für den Betreiber verfügbar. Durch ein schnelles Doppelklicken des Vakuumschalters 150 auf dem Handstück 20 wird die Einheit in einen „Roll-"Betriebsmodus verbracht. Der Anzeigenbereich 344 weist den Betreiber an, den Vorwärtsschalter 146 oder den Rückwärtsschalter 148 zu bedienen, um zu dem erwünschten Betriebsmodus zu wechseln. Nach Erreichen des ausgewählten Betriebsmodus wird er durch Drücken des Vakuumschalters 150 betätigt. Diese Art der Auswahl des Betriebsmodus ist besonders nützlich für einen Verwender, der keinen Assistenten (mit sauberen Händen) hat, um den Berührungsbildschirm 336 zu verwenden, während der Betreiber die bildgebende Vorrichtung und das Handstück 20 handhabt.
Jedes mal wenn einer der verfügbaren Betriebsmodi ausgewählt wird, liefert der Anzeigenbereich 334 schriftliche und grafische Informationen, um dem Betreiber die richtige Verwendung des Gerätes und die nächsten Betriebsschritte vorzusagen. Eine Modusanzeige 370 umfasst eine Darstellung der Sondenanordnung 40, die die derzeitige Position der Trenneinrichtung 96 zeigt, die als Trenneinrichtungspositionsanzeiger 373 bezeichnet wird. Die Modusanzeige 370 zeigt auch die Aktivierung eines vorderen Vakuumanzeigers 372 (entsprechend dem ersten Vakuumrohr 94) und die Aktivierung eines hinteren Vakuumanzeigers 371 (entsprechend dem zweiten Vakuumrohr 136) an.
Die 17A, 17B, 17C und 17D veranschaulichen ein Flussdiagramm einer ersten Ausführungsform des Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Trenneinrichtung 96 vier verschiedene Positionen aufweist. Die 17A, 17B, 17C und 17E veranschaulichen ein Flussdiagramm einer zweiten Ausführungsform des Steuerverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die Trenneinrichtung 96 auch vier distinkte Positionen aufweist. Die Schritte des Steuerverfahrens sind in dem Flussdiagramm dargestellt. Obwohl ein jedes Kästchen mehr als einen Schritt darstellen kann oder nur ein Teil eines Schrittes sein kann, wird ein jedes Kästchen einfach als ein Schritt bezeichnet. Das Aufeinanderfolgen der Schritte erfolgt im allgemeinen in der Richtung der Pfeile, die die Kästchen verbinden. Die Ausführungsformen des ersten und zweiten Steuerverfahrens können mit irgendeiner Ausführungsform des Biopsieinstrumentes verwendet werden, das in den 5, 10 und 13 gezeigt ist. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen des ersten und zweiten Steuerverfahrens wird jedoch Bezug genommen auf die in 13 und auch in 14 gezeigte Ausführungsform des Biopsieinstruments.
Die Schritte für die Ausführungsform des ersten und zweiten Steuerverfahrens sind für die 17A, 17B und 17C identisch. Man betrachte 16 für die Bezugnahme auf Elemente der Steuereinheit 342. Bezugnehmend zuerst auf 17A stellt Schritt 410 den Beginn des Steuerverfahrens dar. Wenn entweder der „Manuell-" oder „Beprobungs-" Betriebsmodus aktiviert wird, wird die serielle Kommunikationsschleife durch den Mikroprozessor 408 und EPLD520 geschlossen, um die Schalterschnittstellendaten für die Initiierung der Steuerung 532 aufzunehmen, um den H-Brückenmotorantrieb 552 in die Lage zu versetzen, den geeigneten Strom an den Versetzungsmotor 340 zu senden. Die Trenneinrichtung 96 beginnt, sich distal von der ersten Position zu versetzen, dreht sich aber nicht. Bei Schritt 412 wird die Trenneinrichtung 96 weiter von der Position 1 zur Position 2 versetzt. Bei Schritt 414 wird ein Signal von dem Schrittgeber (auch als der erste Messfühler bezeichnet) des Versetzungsmotors 340 eingelesen und mit einer ersten, zuvor bestimmten Versetzgeschwindigkeit R verglichen, die in der Steuerung 523 einprogrammiert ist. Der Wert von R kann für verschiedene Ausführungsformen variieren, ein bevorzugter Wert für R ist jedoch etwa im Bereich von 0,67 Zoll pro Sekunde. Eine Differenz zwischen R und der tatsächlichen Versetzungsgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 wird berechnet und in Schritt 415 wird die Differenz mit dem programmierten, als RD bezeichneten Wert (auch als eine erste zuvor bestimmte Differenzialversetzungsgeschwindigkeit bezeichnet) verglichen, was eine erlaubbare Differenz für den Wert R darstellt. Ein bevorzugter Wert für RD ist etwa im Bereich von 0,02 Zoll pro Sekunde. Wenn die berechnete Differenz zwischen R und der tatsächlichen Geschwindigkeit größer als RD ist, dann wird der Strom zu dem Versetzungsmotor 340 unterbrochen (Schritt 418) und der Fehler wird auf dem Anzeigenbereich 344 angezeigt. Wenn die Versetzungsgeschwindigkeitsdifferenz weniger als RD ist, dann wird der Strom zum Versetzungsmotor 340 angepasst, um die Versetzungsgeschwindigkeitsdifferenz zu verringern, wie durch Schritt 420 dargestellt. Die Trenneinrichtung 96 passt fortwährend die Versetzungsgeschwindigkeit auf diese Weise an, bis die Trenneinrichtung 96 Position zwei erreicht, wie im Schritt 422 dargestellt. Die Anzahl von Drehungen des Versetzungsmotors 340 werden durch den Drehmessfühler 268 gezählt, so dass die Anzahl von Schraubendrehungen der Schraube 114 (siehe 9) bestimmt werden kann, wodurch die Position des Laufwerkes 124 (siehe 9), und schließlich die Position der Trenneinrichtung 96 geliefert wird. Die Korrektur für das Verdrehen des drehbaren Schaftes 266 wird an diesem Punkt des Steuerverfahrens berechnet durch Verwenden der Signale von sowohl dem Drehmessfühler 268 als auch von dem mit dem Versetzungsmotor 340 einstückigen Schrittgeber.
Das Steuerverfahren schreitet als nächstes zu Schritt 424 von 17B fort, um das Versetzen der Trenneinrichtung 96 aus der Position zwei in die Position drei fortzusetzen. Als nächstes schreitet in Schritt 426, wenn die Trenneinrichtung 96 eine zuvor bestimmte intermediäre Position zwischen zwei und drei erreicht hat, das Steuerverfahren zu Schritt 428 fort. Die Stelle der zuvor bestimmten intermediären Position basiert auf der tatsächlichen Versetzungsgeschwindigkeit und der zuvor bestimmten Drehgeschwindigkeit Q der Trenneinrichtung. Dies soll eine ausreichende Zeitspanne erlauben, damit die Trenneinrichtung 96 von 0 auf die zuvor bestimmte Drehgeschwindigkeit Q beschleunigt, bevor die Trenneinrichtung 96 Position 3 erreicht hat, wo das Schneiden beginnt. Die tatsächliche Versetzungsgeschwindigkeit wird mit einer zweiten, zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit S verglichen, die in die Steuerung 523 einprogrammiert ist. Die Differenz wird in Schritt 428 berechnet und in Schritt 430 mit einem Wert SD verglichen, der erlaubbaren Differenz (auch als eine zweite, differenzielle Versetzungsgeschwindigkeit bezeichnet), die in die Steuerung 523 einprogrammiert ist. Ein bevorzugter Wert für SD liegt etwa im Bereich von 0,5 mm (0,02 Zoll)/Sekunden. Der Wert S kann für verschiedene Ausführungsformen variieren, ein bevorzugter Wert für eine zuvor bestimmte Versetzungsgeschwindigkeit S ist etwa im Bereich von 36,8 mm (1,45 Zoll)/Sekunden. Die zweite zuvor bestimmte Versetzungsgeschwindigkeit S ist viel höher als die erste zuvor bestimmte Versetzungsgeschwindigkeit R, da die durch die Trenneinrichtung 96 durchlaufende Entfernung zwischen Position 2 und 3 viel größer ist als zwischen Position 1 und 2. Die Verringerung der Zeit, um die Vorrichtung während des Beprobungsmodus zu betreiben, ist wichtig, um die Gesamtdauer des chirurgischen Eingriffes zu verringern, da mehrere Proben von dem Gewebe des Patienten verwendet werden können. Zusätzlich ist zwischen den Positionen zwei und drei das scharfe distale Ende 72 (der Trenneinrichtung 96) durch den Lochdorn 70 geschützt. Das scharfe distale Ende 72 wird jedoch zwischen den Positionen eins und zwei exponiert, was es vorteilhaft macht, sich zwischen den Positionen eins und zwei langsamer zu bewegen. Im Schritt 430 signalisiert, wenn die berechnete Differenz zwischen S und der tatsächlichen Geschwindigkeit größer ist als SD, die Steuerung 523 dem H-Brückenmotortreiber 552, den Strom an den Versetzungsmotor 340 in Schritt 432 anzuhalten, wodurch die Fortbewegung der Trenneinrichtung 96 angehalten wird. Wenn der Unterschied zwischen S und der tatsächlichen Geschwindigkeit nicht größer als SD ist, dann wird der Strom angepasst, um die Geschwindigkeitsdifferenz zu verringern, wie in Schritt 434 angegeben. Das Steuerverfahren schreitet als nächstes zu Schritt 424 fort, um mit der Versetzung der Trenneinrichtung 96 von der Position zwei in die Position drei fortzusetzen. Für Schritt 434 werden die Anpassungen an die Versetzungsmotorgeschwindigkeit weiter erfolgen, wie bereits beschrieben, wenn die Trenneinrichtung 96 Position drei nicht erreicht hat. Wenn die Trenneinrichtung 96 Position drei erreicht hat, dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 436 von 17C fort.
Bezugnehmend nun auf 17C wird die Trenneinrichtung 96 noch von der Position zwei zur Position drei versetzt. Bei Schritt 436 initiieren der Mikroprozessor 408 und EPLD520 die zweite Steuerung 522, um den H-Brückentreiber 551 in die Lage zu versetzen, den geeigneten Strom an den Drehmotor 338 zu liefern, um bei einer zuvor bestimmten Drehgeschwindigkeit von Q zu drehen. Der Wert vom Q kann für verschiedene Ausführungsformen variieren. Ein bevorzugter Wert für Q beträgt jedoch etwa 1350 Umdrehungen pro Minute (Upm). Man hat durch Experimentieren festgestellt, dass bei dieser Geschwindigkeit das Gewebe normalerweise glatt und ohne Reißen geschnitten wird, was zu einer guten Kerngewebebeprobung führt. In Schritt 438 wird die Differenz zwischen der zuvor berechneten Drehgeschwindigkeit Q und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit in der Steuerung 522 unter Verwendung des Signals aus dem einstückigen Schrittgeber des Drehmotors 338 berechnet. Dann wird in Schritt 440 der Strom an den Drehmotor 338 angepasst, um die Drehgeschwindigkeitsdifferenz zu verringern. Wie zuvor wird die tatsächliche Versetzungsgeschwindigkeit mit der zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit S verglichen, die in der Steuerung 523 einprogrammiert ist. Die Differenz wird in Schritt 444 berechnet und in Schritt 446 mit einem Wert SD verglichen, der erlaubbaren differenziellen Versetzungsgeschwindigkeit, die auch als eine zweite, zuvor bestimmte Differenzialversetzungsgeschwindigkeit bezeichnet wird, die in die Steuerung 523 einprogrammiert ist. In Schritt 452 signalisiert dann, wenn die berechnete Differenz zwischen S und der tatsächlichen Geschwindigkeit größer als SD ist, die Steuerung 523 dem H-Brückenmotortreiber 552, den Strom an den Versetzungsmotor 340 und den Drehmotor 338 anzuhalten, wodurch die Fortbewegung und die Drehung der Trenneinrichtung 96 angehalten wird. Wenn der Unterschied zwischen S und der tatsächlichen Geschwindigkeit nicht größer als SD ist, dann wird der Strom an den Versetzungsmotor 340 angepasst, um den Geschwindigkeitsunterschied zu verringern, wie in Schritt 448 angegeben. In Schritt 450 geht die Steuerung zurück zu Schritt 438, wenn die Trenneinrichtung 96 nicht Position drei erreicht hat. Wenn die Trenneinrichtung 96 Position drei erreicht hat, dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 454 voran, wo die erste Steuerung 523 den ersten H-Brückentreiber 552 initiiert, um den Strom an dem Versetzungsmotor 340 zu modifizieren, um die Trenneinrichtungsversetzungsgeschwindigkeit auf eine neue befohlene Versetzungsgeschwindigkeit zu ändern. Ein bevorzugter Anfangswert für die befohlene Versetzungsgeschwindigkeit ist etwa im Bereich von 0,28 Zoll pro Sekunde. Man hat durch Experimentieren festgestellt, dass dieser Wert für die anfängliche befohlene Versetzungsgeschwindigkeit eine saubere Kerngewebeprobe liefert. Die anfängliche befohlene Versetzungsgeschwindigkeit ist geringer als die Geschwindigkeiten während der anderen Teile des Fahrens der Trenneinrichtung 96, da eine geringere Geschwindigkeit zum Abtrennen von Gewebe zwischen Positionen 3 und 4 entlang der Länge der Öffnung 78 erwünscht ist. Die nachfolgend befohlenen Versetzungsgeschwindigkeiten können geringer sein infolge erhöhten Drehwiderstandes der Trenneinrichtung, wie als nächstes beschrieben ist. Nach Erreichen von Schritt 454 kann das Steuerverfahren entweder als eine Ausführungsform fortgesetzt werden, die als „Erstes Steuerverfahren" (eingekreister Buchstabe „C") bezeichnet wird, oder als eine weitere Ausführungsform, die als „Zweites Steuerverfahren" („D") bezeichnet wird. Das Steuerverfahren der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese zwei Ausführungsformen beschränkt; sie werden als Beispiele für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung angeführt.
Unter Bezugnahme nun auf 17D, die den letzten Abschnitt der Ausführungsform des ersten Steuerverfahrens zeigt, wird in Schritt 456 die Trenneinrichtung 96 weiter distal von Position drei zu Position vier versetzt. In Schritt 458 wird die tatsächliche Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung 96 mit einer niedrigsten erlaubbaren Drehgeschwindigkeit QL (auch als eine zuvor bestimmte minimale Drehgeschwindigkeit bezeichnet) verglichen. Ein bevorzugter Wert für QL beträgt etwa 1200 Upm, obwohl dieser Wert variieren kann. Der einstückige Schrittgeber des Drehmotors 338 sendet ein Signal, das mit dem programmierten Wert für QL in der zweiten Steuerung 522 verglichen werden soll. Wenn die tatsächliche Drehgeschwindigkeit kleiner als QL ist, dann werden sowohl der Drehmotor 338 als auch der Versetzungsmotor 340 angehalten (Schritt 460) und der Fehler wird im Anzeigenbereich 344 angezeigt. Wenn die Drehgeschwindigkeit größer als QL ist, dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 461 fort, um W zu berechnen, wobei W der zuvor bestimmten Drehgeschwindigkeit minus der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit ist. In Schritt 462 schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 470 fort, wenn die zuvor eingestellte Drehgeschwindigkeit minus der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit geringer als QD, eine zuvor bestimmte differentielle Drehgeschwindigkeit, ist. Ein bevorzugter Wert für QD ist etwa im Bereich von 200 Upm. Wenn W nicht geringer als QD ist, wird die befohlene Versetzungsgeschwindigkeit um einen zuvor bestimmten Wert verringert, wie in Schritt 464 spezifiziert. Ein ungefährer Wert für die zuvor bestimmte Menge ist im Bereich von 1,5 mm (0,06 Zoll)/sek. Dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 466 voran. Wenn die befohlene Versetzungsgeschwindigkeit geringer ist als eine zuvor bestimmte minimal Versetzungsgeschwindigkeit, TL, dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 468 voran. Ein ungefährer Wert für TL ist im Bereich von 1,5 mm (0,06 Zoll)/sek. Wenn nicht, dann schreitet das Steuerverfahren zu Schritt 470 voran, wo, wie in vorherigen Schritten, die befohlene Versetzungsgeschwindigkeit mit der tatsächlichen Versetzungsgeschwindigkeit verglichen wird, wie durch den einstückigen Schrittmacher auf dem Versetzungsmotor 340 gemessen. Wenn die berechnete Differenz in Schritt 472 größer ist als ein erlaubbarer TD (auch als eine dritte, zuvor bestimmte differentielle Versetzungsgeschwindigkeit bezeichnet) in Schritt 450, dann wird der Strom an den Versetzungsmotor 340 und an den Drehmotor 338 angehalten und der Fehler in Schritt 468 berichtet. Wenn der Unterschied nicht größer als TD ist, dann wird der Strom an den Versetzungsmotor 340 in Schritt 474 angepasst, um die Geschwindigkeitsdifferenz in der gleichen Art und Weise wie zuvor zu verringern. Ein bevorzugter Wert von TD ist etwa im Bereich von 0,25 mm (0,01 Zoll)/s, obwohl dieser Wert bei anderen Ausführungsformen variieren kann. In Schritt 476 werden, wenn die Trenneinrichtung 96 die Position vier erreicht hat (die distalste Position der Trenneinrichtung), die Dreh- und Versetzungsmotoren 338 bzw. 340 angehalten (Schritt 468) und die Trenneinrichtung 96 hält unmittelbar an, unabhängig von der Versetzungsposition. Wenn die Trenneinrichtung 96 Position vier nicht erreicht hat, dann geht das Steuerverfahren zurück zu Schritt 456 und die Einstellungen bezüglich Versetzungs- und Drehgeschwindigkeit werden wie zuvor fortgesetzt.
Unter Bezugnahme nun auf 17E, die den letzten Teil der Ausführungsform des zweiten Steuerverfahrens darstellt, wird die Trenneinrichtung 96 von Position drei in Position vier versetzt. In Schritt 456 wird die Trenneinrichtung 96 weiter von Position drei zu Position vier versetzt. In Schritt 458 wird die tatsächliche Drehgeschwindigkeit mit QL verglichen. Die Differenz zwischen der zuvor bestimmten Drehgeschwindigkeit Q und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit wird in der Steuerung 522 berechnet unter Verwendung des Signals von dem einstückigen Schrittgeber des Drehmotors 338. Wenn die tatsächliche Drehgeschwindigkeit geringer als QL ist, die in die Steuerung 552 einprogrammiert ist, dann wird der Strom an den Drehmotor 338 und an den Versetzungsmotor 340 angehalten. Ansonsten wird in Schritt 459 die Differenz zwischen Q und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit berechnet. In Schritt 463 wird der Strom an den Drehmotor 338 eingestellt, um die Differenz zwischen Q und der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit zu verringern. Dann schreitet in Schritt 465, wenn der Strom an den Drehmotor 338 größer ist als ein Wert X, das Steuerverfahren zu Schritt 464 voran, wo die befohlene Versetzungsgeschwindigkeit verringert wird um einen zuvor bestimmten Betrag. Der Wert für X hängt von den Spezifikationen des speziellen, verwendeten Motors ab. Für das in der Beschreibung von 14 bereitgestellte Beispiel ist ein bevorzugter Wert von X etwa im Bereich von 3,5 Ampere. Dann setzt sich das Steuerverfahren durch die gleichen Schritte wie für die Ausführungsform des ersten Steuerverfahrens von 17D beschrieben fort. Wenn in Schritt 465 der Strom an den Drehmotor 338 nicht größer als X ist, dann schreitet die Ausführungsform des zweiten Steuerverfahrens zu Schritt 470 voran und macht mit den gleichen Schritten weiter, wie für das erste Steuerverfahren von 17D beschrieben.
Wenn der Betreiber den Umkehrschalter 148 (siehe 2) aktiviert, wird die Trenneinrichtung 96 proximal mit einer vierten zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit zur Position eins zurück versetzt. Ein Wert einer vierten zuvor bestimmten Versetzungsgeschwindigkeit ist in dieser Ausführungsform etwa im Bereich von 36,8 mm (1,45 Zoll)/sek, obwohl diese Geschwindigkeit für andere Ausführungsformen variieren kann. Der abgetrennte Gewebeteil wird auf der Gewebebeprobungsoberfläche 64 abgelegt und kann von dem Anwender wie zuvor beschrieben gewonnen werden. Das obige Steuerverfahren wird jedes Mal wiederholt, wenn eine Gewebeprobe unter Verwendung der „Manuell"- oder „Beprobungs"-Modi extrahiert wird.
Während hierin bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und hierin beschrieben worden sind, wird es für die Fachleute auf dem Gebiet offenkundig sein, dass derartige Ausführungsformen lediglich beispielhaft angeführt sind. Vielfältige Variationen, Änderungen und Austäusche werden den Fachleuten auf dem Gebiet nun einfallen, ohne vom Umfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

Steuervorrichtung zum Steuern einer chirurgischen Biopsievorrichtung zum Entfernen von wenigstens einer Gewebeprobe von einem chirurgischen Patienten, wobei die chirurgische Biopsievorrichtung einen verlängerten Lochdorn (70) mit einem Lochdornhohlraum (80) umfasst, der sich dadurch hindurcherstreckt, eine Trenneinrichtung (96), die relativ zu dem Lochdorn (70) drehbar und axial positionierbar ist, wobei der Lochdorn (70) eine Öffnung (78) aufweist zum Aufnehmen und Überführen der Gewebeprobe in den Lochdornhohlraum (80), wobei die Biopsievorrichtung weiter einen Drehmotor (338) zum Drehen der Trenneinrichtung (96) und einen Versetzmotor (340) zum Versetzen der Trenneinrichtung in der Axialrichtung umfasst, wobei die Steuervorrichtung umfasst: a) eine Rechenvorrichtung (342) zur koordinierten Steuerung des Dreh- und Versetzmotors (338, 340); b) einen ersten Treiber zum Antreiben des Versetzmotors (340) in Antwort auf einen Versetzbefehl von der Rechenvorrichtung (342); und c) einen zweiten Treiber zum Antreiben des Drehmotors (338) in Antwort auf einen Drehbefehl von der Rechenvorrichtung (342); dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung weiter umfasst: d) einen ersten Messfühler (198), der betriebsfähig mit dem Drehmotor (338) verbunden werden kann, um ein Drehsignal an der Rechenvorrichtung (342) zum Messen der Drehgeschwindigkeit der Trenneinrichtung (96) bereitzustellen; e) einen zweiten Messfühler, der betriebsfähig mit dem Versetzmotor (340) verbunden werden kann, um ein Versetzsignal an der Rechenvorrichtung (342) zum Messen der Versetzposition und Versetzgeschwindigkeit der Trenneinrichtung (96) bereitzustellen; wobei die Steuervorrichtung automatisch angepasst ist, um die Drehgeschwindigkeit und die Versetzgeschwindigkeit der Trenneinrichtung (96) in Antwort auf die Versetzposition der Trenneinrichtung und den Drehwiderstand, der auf die Trenneinrichtung (96) wirkt, zu modifizieren.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rechenvorrichtung (342) einen Mikroprozessor, eine nichtflüchtige Speichereinrichtung und einen Pufferspeicher umfasst.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Rechenvorrichtung (342) weiter eine erste Steuerung zum Steuern des Versetzmotors und eine zweite Steuerung zum Steuern des Drehmotors umfasst.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trenneinrichtung (96) betriebsfähig mit dem Versetzmotor durch einen flexiblen, drehbaren Schaft mit einem proximalen und einem distalen Ende verbunden ist; die zweite Steuerung betriebsfähig nahe an dem proximalen Ende des flexiblen, drehbaren Schaftes verbunden ist; und die Vorrichtung weiter einen dritten Messfühler umfasst, der betriebsfähig mit dem Versetzmotor (340) und nahe an dem distalen Ende des ersten flexiblen, drehbaren Schaftes verbunden ist, um ein zweites Versetzsignal an der Rechenvorrichtung (342) bereitzustellen, wobei das zweite Versetzsignal mit dem ersten Versetzsignal verglichen wird, um die Versetzposition der Trenneinrichtung zu bestimmen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei der dritte Messfühler ein optischer Schrittgeber ist.