Autoklavierbare, bürstenlose DC-Motoren vereinfachen die Konstruktion chirurgischer Elektrowerkzeuge

Jamie Gewirtz, F&E-Manager für Chirurgiemotoren bei Portescap, beschreibt die Herausforderungen bei der Konstruktion und nennt Kriterien für die Auswahl des optimalen Elektromotors.

Nachdem inzwischen praktisch alle Hersteller von angetriebenen chirurgischen Werkzeugen von pneumatischem auf elektrischen Betrieb umgestellt haben, ist die Auswahl des am besten geeigneten Elektromotors zu einem zentralen Konstruktionsaspekt geworden. Geräte wie Arthroskopie-Shaver, Sagittalsägen, oszillierende Sägen, orthopädische Bohrer, Bohrer mit mittlerer und hoher Drehzahl, Drahttreiber und Klammernahtgeräte (Stapler) stellen an sich schon hohe Anforderungen an den Motor. Darüber hinaus müssen die Hygieneanforderungen berücksichtigt werden.

Die in Krankenhäusern am häufigsten verwendete Sterilisationsmethode ist das Autoklavieren, ein Dampfsterilisationsverfahren. Hierbei werden die chirurgischen Handwerkzeuge mehrere Minuten lang hohen Temperaturen und hohem Dampfdruck ausgesetzt, um sie steril zu machen. Die meisten Autoklaven arbeiten zusätzlich mit Vakuumzyklen, um vollständige Dampfdurchdringung zu erreichen, damit auch Bakterien, Viren, Pilze und Sporen im Inneren des Werkzeugs abgetötet werden.

Diese wiederkehrenden Extrembedingungen im Autoklaven sind es, die die Hersteller bei der Elektrifizierung ihrer Werkzeuge vor die größten Herausforderungen stellen. Welche Optionen stehen also zur Verfügung?

Angesichts des belastenden Sterilisationsprozesses ist ein Ansatz die Entwicklung von Einwegwerkzeugen, die nach der Operation einfach entsorgt werden. Diese können von einem kostengünstigen DC-Motor mit Kunststoffkomponenten betrieben werden. Ein anfänglicher Kostenvorteil kann allerdings auch schnell wieder zunichte gemacht werden, wenn beispielsweise Operationen täglich mehrfach stattfinden. Außerdem bemühen sich die Krankenhäuser zunehmend um Umweltschutz und insbesondere eine Reduzierung ihres Sondermülls.

Ein alternatives Konzept ist die Verwendung von Standard-DC-Motoren mit einem separaten, nicht autoklavierbaren Elektronik- und Batteriepaket. Hier muss das chirurgische Personal den Motor/Akkupack vor der Sterilisation des Werkzeugs entfernen. Anschließend müssen die unsterilen Komponenten wieder in das sterile chirurgische Instrument eingesetzt werden. Hierbei sind jedoch bestimmte Vorgehensweisen erforderlich, bei denen es unter Umständen zu Anwenderfehlern kommen kann. Auch sind Bedenken nicht von der Hand zu weisen, dass das chirurgische Personal einmal vergessen könnte, die nicht autoklavierbaren Komponenten vor dem Sterilisieren zu entfernen, was unweigerlich zum vorzeitigen elektrischen Versagen des Gerätes führt.

Wieder ein anderer Ansatz besteht darin, einen regulären, fest mit dem Werkzeug verbundenen Gleichstrommotor zu verwenden und diesen gegen die äußere Umgebung abzudichten. In den meisten Fällen führt dies jedoch zu sehr sperrigen Konstruktionen, weil die Dichtungen redundant ausgelegt werden müssen, um die notwendige Zuverlässigkeit zu erreichen.

Wir sehen also, dass die Wahl des Motors unmittelbaren Einfluss auf die Sicherheit der Sterilisation hat sowie auf die Zuverlässigkeit der Werkzeuge und die Instandhaltungskosten. So kann ein kostengünstiger, nicht autoklavierbarer Motor das Endprodukt letztlich sogar verteuern, wenn man die Zusatzkosten berücksichtigt. Schließlich hängen von der Wahl des Motors auch die Zuverlässigkeit des Werkzeugs und die Wartungskosten ab.

Autoklavierbare Motoren

Angesichts der oben beschriebenen Nachteile wäre die ideale Lösung ein DC-Motor, der dem Sterilisationsprozess im Autoklaven konstruktionsbedingt standhält, ohne dass Werkzeugteile entfernt oder Elemente des Dichtungssystems doppelt ausgeführt werden müssen. So bliebe der Sterilisationsprozess möglichst einfach und das Werkzeug handlich.

Nur wenige Motorenhersteller, darunter Portescap, verfügen über das notwendige Know-how für derartige autoklavierbare Motoren für chirurgische Handwerkzeuge. Tests haben nachgewiesen, dass diese Motoren mehr als 1.000 Sterilisationszyklen überstehen können, was oft bei weitem die erwartete Lebensdauer des handgeführten chirurgischen Elektrowerkzeugs übersteigt.

Darüber hinaus bietet Portescap eine vollständige kundenindividuelle Anpassung des Motors an die jeweilige Anwendung an. Die Optionen umfassen unter anderem kundenspezifisch kanülierte Wellen, Querbohrungen, Getriebeübersetzungen, Wicklungskonfigurationen, Stiftverbindungen und Temperaturoptimierung. Portescap bietet in diesem Produktsegment eine große Auswahl mit Motor- und Planetengetriebedurchmessern von 12,7 mm bis 38,1 mm an.

Immer mehr Hersteller chirurgischer Instrumente erkennen die Vorteile der autoklavierbaren, bürstenlosen Motortechnologie. Durch überlegene Leistung und unübertroffene Leistungsdichte sowie die Sterilisierbarkeit im Autoklaven tragen diese Motoren dazu bei, die Sicherheit von Operationen zu gewährleisten und auf Dauer die Gesamtbetriebskosten zu senken.