Motorsystemen in de medische technologie

Motorsystemen in de medische technologie

Minimaal 50.000 Patienten sterven jaarlijks in Europa aan infecties die ze in het ziekenhuis hebben opgelopen. Met dit verontrustende cijfer legde de Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH) begin 2008 de vinger op een serieuze wond: antibioticaresistente kiemen zijn in opmars in de ziekenhuizen. De eis voor meer hygiëne in de operatiekamers omvat ook het chirurgisch gereedschap.

Medisch power tools zoals boormachines, zagen of freesmachines worden tegenwoordig bij veel chirurgische ingrepen en orthopedische operaties ingezet. Wanneer door osteosynthese een gebroken bot wordt gefixeerd met behulp van een plaat, worden boormachines en schroevendraaiers gebruikt. In de prothetiek dient een handzaam lavage-systeem voor het reinigen van het botbed voor een optimaal botcement-interfaces.

Na de operatie moet het gereedschap grondig worden gereinigd en gesteriliseerd. Daarbij is stoomsterilisatie de gangbare methode voor het doden van micro-organismen in het ziekenhuis en in de praktijk.

Chirurgisch gereedschap wordt met verschillende motoren aangedreven. Elektrische motoren - accu- of snoerbetrieben - concurreren met pneumatisch aangedreven systemen. Maar niet elke aandrijfwijze is even geschikt voor sterilisatie met waterdamp. Het te steriliseren materiaal wordt behandeld met zuivere, verzadigde waterdamp tot 134 graden Celsius, die op alle oppervlakken van het vooraf gereinigde instrument inwerkt.

Als uiterst geschikt voor sterilisatie met stoom blijken moderne drukluchtmotoren. Bij elektromotoren bestaat het risico op kortsluiting. Batterijen kunnen door de behandeling met stoom in de autoclaaf beschadigd raken. Ze worden daarom buiten de operatiezaal opgeladen en blijven zo onsteriel.
Een duidelijk nadeel ten opzichte van druklucht systemen, die in de operatiezaal volledig steriel naast de OK-tafel worden opgesteld.

De DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. in Oberpfälzisch Amberg is een gerenommeerde specialist in de productie van hoogwaardige drukluchtmotoren. Met de serie 67 biedt zij een roestvrijstalen drukluchtlamellenmotorenprogramma, dat probleemloos met stoom te steriliseren is en daarmee geschikt voor gebruik in de medische techniek. De motoras van deze serie is eveneens van hoogwaardig roestvrij staal en bestand tegen agressieve reinigingsmiddelen. Alle motoren zijn volledig afgedicht, er kan geen lekkage- of luchtverlies optreden. De interne overdruk in een pneumatisch aangedreven gereedschap voorkomt bovendien dat vuil binnendringt, een voordeel bij gebruik in een operatieve omgeving.

Met de DEPRAG-lamellenmotoren van roestvrij staal heeft de fabrikant van medisch power tools een optimale aandrijving om aan de hoge eisen van de markt te voldoen. Bij het ontwerp van de motoren voor medische toepassingen wordt veel waarde gehecht aan gladde oppervlakken – dat vergemakkelijkt de reiniging en draagt bij aan perfecte hygiëne.

Het principe van de drukluchtmotor is eenvoudig. De door compressor gegenereerde druklucht zet de motor in rotatie. Bij de lamellenmotor gebeurt dat op de volgende wijze: De in een excentrische cilinder lopende rotor wordt in beweging gezet. In de sleuven zitten de lamellen. Deze worden door centrifugale kracht naar buiten gedrukt tegen de cilinderwand. Zo ontstaan werkkamers voor de zich uitbreidende druklucht. Via deze expansie van de uitzettende druklucht wordt de drukenergie omgezet in kinetische energie – de draaiende beweging ontstaat.

Welke eisen stelt de chirurg naast steriliseerbaarheid aan een modern chirurgisch gereedschap? Krachtige, compacte motoren moeten hun boormachines met rechts- en linksdraaien voor het tappen (met een toerental van ca. 800 omwentelingen/minuut en een draaimoment tot 4,5 Nm), hun steek- en oscillerende zagen (die bij een toerental van ca. 16.000 omwentelingen/minuut werken), evenals botfreesmachines (met een toerental van ca. 250 omwentelingen/minuut en een draaimoment tot 14 Nm) aandrijven.
Het gereedschap moet daarbij licht zijn en ergonomisch goed in de hand liggen – een operatie duurt tenslotte soms meerdere uren.

De vakwereld gaat ervan uit dat in de VS ongeveer een kwart van de chirurgische motorisch aangedreven gereedschappen wordt aangedreven door een drukluchtmotor. Vooral omdat ze gemakkelijk kunnen worden aangesloten op het bestaande drukluchtnet in ziekenhuizen.
In Duitsland en grotendeels in de rest van Europa is de drukluchtinfrastructuur in ziekenhuizen aanwezig en kan zonder grote kosten worden onderhouden. Dit spreekt in hoge mate voor het gebruik van op druklucht werkende gereedschappen in de operatiezaal. Moderne accu-systemen zijn door het gebruik van Li-ion batterijen betrouwbaarder en duurzamer dan de voorgangerstechnologie, maar in vergelijking met de accu-capaciteit staat de druklucht onbeperkt ter beschikking, ongeacht hoe lang de operatie duurt.

Elektrische motoren hebben een ander groot nadeel: onder belasting ontwikkelt de motor hitte, die niet goed kan worden afgevoerd. Bij langdurige belasting kunnen elektrische systemen zich in het algemeen verwarmen. Om oververhitting van het systeem en daarmee mogelijke verwondingen van patiënt of gebruiker te voorkomen, moet een afkoelperiode in acht worden genomen. Bij het pneumatisch aangedreven systeem is dat anders: ‘Oververhitting wordt bij de drukluchtmotor door zijn werkwijze uitgesloten,’ zegt Dagmar Hierl, productmanager bij DEPRAG SCHULZ GMBH u. CO. ‘Door de ontspanning van de lucht koelt de motor onder belasting af.’

De drukluchtmotor kan probleemloos tot stilstand worden belast en neemt daarbij geen schade. Na het verminderen van de belasting loopt hij probleemloos weer aan en dat herhaaldelijk, ook bij hoge bedrijfstijd. Dit maakt een pneumatisch aangedreven gereedschap foutbestendig en betrouwbaar.

De afgegeven prestaties bij de drukluchtmotor zijn over grote snelheidsbereiken vrijwel constant. Hij kan daarom ook in een breed veld van wisselende belastingen optimaal worden gebruikt. De toerental kan traploos worden geregeld door de hoeveelheid lucht te beperken. De chirurg kan de benodigde motorprestaties probleemloos afstemmen op de specifieke eisen. Zo kan hij bijvoorbeeld bij een lavage-systeem de pompprestatie afstemmen op de botdichtheid van zijn patiënt.

Het belangrijkste voordeel van de drukluchtmotor als aandrijving is de grote vermogensdichtheid. Afhankelijk van de uitvoering heeft hij slechts een vijfde van de massa van een gangbare elektromotor of een derde van zijn grootte nodig. Chirurgisch gereedschap moet klein en uiterst handzaam zijn. Begrijpelijk, als je denkt aan het millimeterprecies gebruik in een beperkte OK-ruimte. Een serie DEPRAG drukluchtmotoren van roestvrij staal met een geïntegreerd planetair tandwiel en een vermogen van 400 W is slechts 61 millimeter lang en heeft een diameter van 32 millimeter.

In de operatiezaal moet een aandrijving olie-vrij werken, net als in de voedingsmiddelen- of chemische industrie. Voor DEPRAG drukluchtmotoren geen probleem, alleen de goedkope lamellen moeten af en toe worden vervangen als slijtdelen. Voor gebruik in de cleanroom zonder olie biedt de fabrikant aangepaste speciale lamellen aan voor deze toepassing. Lage onderhoudskosten spreken voor zich. In vergelijking met batterijaangedreven motoren, waarbij de aanschaf van nieuwe accu’s een niet te onderschatten kostenfactor vormt voor het onderhoud van de systemen, is een pneumatisch aangedreven aandrijving robuust, onverslijtbaar en kan jarenlang met weinig onderhoud worden ingezet.

De DEPRAG Advanced serie 67 omvat motoren met verschillende uitrustingen in een aantrekkelijke prijs-kwaliteitverhouding. Diverse aandrijfschachten zijn standaard inbegrepen, evenals verschillende motorbevestigingen. Klantspecifieke motoraanpassingen zoals ferrietvrije aandrijvingen van glaskeramiek of kunststof, die bijvoorbeeld in magnetische resonantietherapie worden gebruikt, zijn eveneens beschikbaar.