Motorové systémy v lékařské technice

Motorové systémy v lékařské technice

Minimálně 50 000 pacientů ročně v Evropě zemře na infekce získané v nemocnici. S tímto alarmujícím číslem poukázala Německá společnost pro nemocniční hygienu (DGKH) na začátku roku 2008 na vážný problém: antibiotiky rezistentní bakterie jsou v nemocnicích na vzestupu. Požadavek na větší hygienu v operačních sálech zahrnuje také chirurgické nástroje.

Medicínské výkonné nástroje, jako jsou vrtačky, pily nebo brusky, se dnes používají při mnoha chirurgických zákrocích a ortopedických operacích. Pokud je zlomená kost fixována pomocí osteosyntézy s použitím desky, jsou používány vrtačky a šroubováky. V protetice slouží kompaktní lavážní systém k čištění kostního lůžka pro optimální rozhraní s kostním cementem.

Po operaci musí být nástroje důkladně vyčištěny a sterilizovány. Nejčastěji používanou metodou ničení mikroorganismů v nemocnicích a ordinacích je parní sterilizace.

Chirurgické nástroje jsou poháněny různými motory. Elektrické motory — akumulátorové nebo kabelové — soupeří s pneumaticky poháněnými systémy. Ne každá pohonná metoda je však vhodná pro sterilizaci vodní parou. Sterilizační materiál se ošetřuje čistou, nasycenou parou při teplotě až 134 stupňů Celsia, která působí na všechny povrchy předem vyčištěného nástroje.

Velmi vhodné pro sterilizaci parou jsou moderní vzduchové motory. U elektromotorů hrozí riziko zkratu. Baterie mohou být při ošetření v autoklávu poškozeny. Proto se nabíjejí mimo operační sál a zůstávají tak ne sterilní.
Výrazná nevýhoda oproti vzduchovým systémům, které jsou v operačním sále zcela sterilní a přímo u operačního stolu připravené.

Společnost DEPRAG SCHULZ GMBH u CO. v hornofalckém Ambergu je renomovaným specialistou na výrobu vysoce kvalitních vzduchových motorů. S řadou 67 nabízí program nerezových vzduchových lamelových motorů, které lze bez problémů sterilizovat parou a jsou tak předurčeny pro použití v medicíně. Hřídel tohoto motoru je rovněž z vysoce kvalitní nerezové oceli a odolává i agresivním čisticím prostředkům. Všechny motory jsou plně utěsněné, nemůže z nich unikat vzduch. Vnitřní přetlak v pneumaticky poháněném nástroji dále brání vniknutí nečistot, což je výhodné při použití v operačním prostředí.

S nerezovými lamelovými motory DEPRAG má výrobce medicínských výkonných nástrojů ideální pohon, který splňuje vysoké požadavky trhu. Při konstrukci motorů pro medicínské aplikace je kladen velký důraz na hladké povrchy — to usnadňuje čištění a přispívá k dokonalé hygieně.

Princip vzduchového motoru je jednoduchý. Stlačený vzduch generovaný kompresorem motor uvádí do otáček. U lamelového motoru se to děje takto: Rotor, který se pohybuje v excentrickém válci, je uveden do pohybu. V jeho drážkách jsou lamely, které jsou nyní odstředivou silou tlačeny ven proti stěně válce. Tím vznikají pracovní komory pro expandující stlačený vzduch. Díky expanzi tohoto vzduchu se přeměňuje tlaková energie na kinetickou — vzniká otáčení.

Jaké požadavky klade chirurg vedle sterilizovatelnosti na moderní chirurgický nástroj? Výkonné, kompaktní motory mají pohánět vrtačky s pravým a levým chodem pro řezání závitů (s otáčkami cca 800 za minutu a točivým momentem až 4,5 Nm), přímočaré a oscilační pily (pracující při cca 16 000 otáčkách za minutu), a také kostní frézy (s otáčkami cca 250 za minutu a točivým momentem až 14 Nm).
Nástroj má být přitom lehký a ergonomicky dobře držitelný — operace totiž někdy trvá i několik hodin.

Odborníci předpokládají, že přibližně čtvrtina chirurgických motorových nástrojů v USA je poháněna vzduchovým motorem. Především proto, že se snadno připojují na stávající vzduchovou síť v nemocnicích.
V Německu a z velké části i v ostatní Evropě je vzduchová infrastruktura v nemocnicích dostupná a lze ji bez velkých nákladů udržovat. To výrazně podporuje použití vzduchem poháněných nástrojů v operačních sálech. Moderní akumulátorové systémy jsou díky použití Li-ion technologií spolehlivější a odolnější než jejich předchůdci, avšak ve srovnání s výkonem vzduchu je vzduch neomezeně dostupný, ať už operace trvá jakkoliv dlouho.

Elektromotory mají ještě jednu velkou nevýhodu: při zatížení se motor zahřívá, což se špatně odvádí. Při dlouhodobém zatížení se elektrické systémy obecně přehřívají. Aby se zabránilo přehřátí systému a případnému poškození pacienta nebo obsluhy, je nutná doba na ochlazení. U pneumaticky poháněného systému je to jiné: „Přehřátí u vzduchového motoru je vyloučeno jeho provozem,“ říká Dagmar Hierl, produktová manažerka DEPRAG SCHULZ GMBH u CO. „Díky expanzi vzduchu se motor při zatížení ochlazuje.“

Vzduchový motor lze bez problémů zatížit až do úplného zastavení a přitom nezpůsobí žádnou škodu. Po snížení zatížení opět bez problémů nastartuje a to i opakovaně, i při vysoké době provozu. To činí pneumaticky poháněný nástroj bezporuchovým a spolehlivým.

Výkon, který vzduchový motor dodává, je při širokém rozsahu otáček téměř konstantní. Lze jej proto optimálně provozovat i při širokém spektru měnících se zátěží. Otáčky lze plynule regulovat pomocí škrticí klapky na přívodu vzduchu. Chirurg tak může snadno přizpůsobit požadovaný výkon motoru specifickým potřebám. Například u lavážního systému může nastavit výkon čerpadel podle hustoty kostní tkáně pacienta.
Hlavní výhodou vzduchového motoru jako pohonu je jeho vysoká hustota výkonu. V závislosti na provedení potřebuje pouze pětinu hmotnosti běžného elektromotoru nebo třetinu jeho velikosti. Chirurgické nástroje mají být malé a mimořádně praktické. To je pochopitelné, když se myslí na přesné použití v omezeném operačním poli. Seriový vzduchový motor DEPRAG z nerezové oceli s integrovaným planetovým převodem a výkonem 400 W je pouze 61 milimetrů dlouhý a má průměr 32 milimetrů.

V operačním sále musí pohon pracovat bez oleje, stejně jako v potravinářském nebo chemickém průmyslu. Pro vzduchové motory DEPRAG to není problém, pouze je třeba občas vyměnit levné lamely jako součásti opotřebení. Pro použití v čistých prostorách bez oleje nabízí výrobce speciální lamely upravené právě pro tento účel. Nízké náklady na údržbu jsou jasnou výhodou. Ve srovnání s motory na baterie, u nichž je nová baterie významným nákladem na údržbu systému, je pneumaticky poháněný pohon robustní, odolný a s nízkými náklady na údržbu po mnoho let.

Řada DEPRAG Advanced 67 zahrnuje motory s různým vybavením za atraktivní cenu. Standardně jsou k dispozici různé výstupní hřídele i různé upevnění motoru. K dispozici jsou také zákaznická řešení motorů, například ferit-free pohony z skla nebo plastu, které nacházejí uplatnění například v magnetické rezonanci.