Perfektion für sanfte Operationen

Statt großer Schnitte in Bauch, Brustkorb oder Gelenken, wie sie bei konventionellen, offenen OP-Techniken unvermeidlich sind, erfordert die minimal-invasive Chirurgie nur noch kleinste Hautschnitte. Der technische und instrumentelle Aufwand ist im Vergleich zu konventionellen Operationsmethoden hoch. Es sind operationstechnische Geräte und Spezialinstrumente wie spezielle endoskopische Videokameras und leistungsstarke Lichtquellen erforderlich, um das Operationsgebiet einsehen zu können.

Bei laparoskopischen Operationen, beispielsweise zum Entfernen des Blinddarms oder der Gallenblase, sind zusätzliche technische Hilfsmittel erforderlich, um den für einen Eingriff erforderlichen Raum zu schaffen: Die Bauchdecke des Patienten muss angehoben und im Inneren durch einen Überdruck ein Freiraum für die Operation aufgebaut werden. Dazu werden so genannte Insufflatoren eingesetzt.

Mit Hilfe dieser Geräte kann CO2 eingeleitet und auf diese Weise die Bauchdecke eines Patienten angehoben werden. Dies geschieht möglichst schonend und unter strengsten Sicherheitsstandards. Auf diese Weise wird das Operationsgebiet vergrößert sowie das Einbringen von Trokaren und damit medizinischen Instrumenten ermöglicht.

Herzstück dieser Geräte ist der Insufflatorblock, eine Niederdruck-Gasregeleinheit, die das Ein- und Ableiten der Gase mit Ventilen regelt und über eine zusätzliche Niederdrucksicherung verfügt. In der neuesten Generation von Insufflatoren des Berliner Medizingeräteherstellers Word of Medicine A.G. (W.O.M.), einem Anbieter im Bereich der minimal-invasiven Chirurgie, arbeitet ein Insufflatorblock, der im Systemhaus Ingelfingen des Fluidtechnikspezialisten Bürkert von beiden Unternehmen entwickelt wurde.

Während des Entwicklungsprozesses wurde zunächst das von Bürkert vorgeschlagene Ventilkonzept von W.O.M. geprüft und im Anschluss ein Prototyp aus gefrästem Polycarbonat hergestellt. Im nächsten Schritt fertigte Bürkert mit Hilfe eines hochmodernen 3-D-Druckers einen weiteren Prototyp, der als Vorlage für das SLA-Muster diente.

Die Ventileinheit besteht aus zwei direktwirkenden 2/2-Wege-Klein-Magnetventilen des Typs 6013 DN 6, einem reibungsfreien 2/2-Wege-Proportionalventil Typ 2873 DN 2 sowie einer Niederdrucksicherung von W.O.M., die auf einem gespritzten Kunststoffblock montiert sind. Das Ventil Typ 2833 regelt zunächst den Eingangsdruck auf wenige Millibar (0–40 mbar) herunter, da beispielsweise der menschliche Bauch nur mit sehr geringen Drücken beaufschlagt werden darf. Ein Typ 6013 dient als direktes Ausgangsventil zur Einleitung des Gases in den menschlichen Körper. Das zweite Ventil gleichen Typs fungiert als reines Sicherheitsventil, das – falls erforderlich – geschaltet werden kann, um den Druck sofort in die Umgebung abzulassen. Die ebenfalls integrierte Niederdrucksicherung ist eine vollständig mechanische Einheit, die sich sofort automatisch öffnet, wenn ein zuvor eingestellter Maximaldruck überschritten wird.

Der neue Insufflatorblock ist eine Weiterentwicklung der bisher in den Insufflatoren von W.O.M. eingesetzten Ventileinheit, die ebenfalls zum Teil von Bürkert stammte. Ziel war es, die Herstellungskosten, die Größe und das Gewicht des Insufflatorblocks bei unverändert hoher Leistungsfähigkeit und Sicherheit zu reduzieren. Die Spezialisten bei Bürkert erreichten die Zielvorgaben durch Veränderungen an der Konstruktion und den Ersatz des bisher ohne Gehäuse als Sonderanfertigung produzierten Proportionalventils durch ein Ventil Typ 2873 mit Standardgehäuse.

Basis des neuen Insufflatorblocks ist ein gespritzter Kunststoffblock aus einem gesundheitlich unbedenklichen Polycarbonat-Werkstoff, der die von W.O.M. geforderte UL-Zulassung hinsichtlich der Brennbarkeitsklasse aufweist. Durch die neue Konstruktion wurde die Größe der Ventileinheit um 29 % reduziert. Der Ersatz des gefrästen Aluminiumblocks durch ein Spritzteil aus Kunststoff und die Verwendung eines Proportionalventils im Standardgehäuse ermöglichten beim Gewicht noch deutlichere Einsparungen – statt zuvor 2600 g wiegt der neue Insufflatorblock nur 870 g. Die Gesamteinsparungen bei den Produktionskosten liegen bei etwa 30 %.

Während der Entwicklungsphase führte Bürkert umfangreiche Tests und Simulationen zur Optimierung der Konstruktion des Insufflatorblocks durch. Dazu zählte eine Durchflussoptimierung mittels eines CFD-Tests (Computational Fluid Dynamics) bei dem überprüft wurde, ob der von W.O.M. geforderte Durchfluss im Insufflatorblock auch tatsächlich erreicht wird. „Aufgrund der Simulationsergebnisse haben wir die so genannte ‚Niere‘ um den Sitz des Ausgangsventils auf dem Kunststoffblock vergrößert, um den Durchfluss zu optimieren“, erläutert die Produkt-Ingenieurin Julia Adelmann aus dem Global Marketing bei Bürkert.

Auch den Produktionsprozess beim Spritzguss des neuen Insufflatorblocks aus Polycarbonat nahm Bürkert bereits in der Entwicklungsphase kritisch unter die Lupe. Mit Hilfe einer am Computer durchgeführten Mold-Flow-Analyse, bei der das Füllen der Spritzgussform mit flüssigem Kunststoff simuliert wird, wurde ermittelt, dass die Geometrie der Niere am Ausgangsventil ebenfalls modifiziert werden musste.

Der neue Insufflatorblock ist inzwischen medizinisch zugelassen und wird im neuen Insufflator von W.O.M. eingesetzt. Die Applikation wurde zunächst in präklinischen Tests erfolgreich getestet und ist mittlerweile in Deutschland und den USA im klinischen Einsatz. su