Die Erfindung betrifft einen Insufflator.

Insufflatoren werden in der Laparoskopie (der endoskopischen Abdominalchirurgie) eingesetzt und dienen dazu, einem Operateur durch ein Endoskop eine freie Sicht auf ein Operationsfeld im Abdomen zu verschaffen, indem in das Abdomen Kohlendioxid (CO ₂ ) eingeleitet wird. Hierzu wird über eine sog. Verres-Kanüle oder einen Trocar CO ₂ -GaS mit einem maximalen Druck von 30 mm _Hg in das Abdomen insuffliert. Durch den steigenden Innendruck wird die Bauchdecke (Perituneum) angehoben und im Abdomen entsteht der gewünschte Hohlraum, der die endoskopische Betrachtung des Operationsfeldes erlaubt. Derartige CO ₂ -lnsufflatoren sind grundsätzlich bekannt.

Aus dem Stand der Technik beim Bau von Insufflatoren sind zwei grundlegende Prinzipien bekannt.

Gemäß dem ersten Prinzip sind die pneumatischen Bauteile am Gehäuse des Gerätes fest verschraubt. Die Verbindung zwischen den pneumatischen Bauteilen erfolgt per Schlauch. Die Verbindung der pneumatischen Bauteile mit der Elektronik (z.B. für Ventile und Drucksensoren) erfolgt per Kabel. Der Fertigungsaufwand ist hoch. Die Schläuche müssen zugeschnitten, aufgesteckt und gesichert werden. Die Kabel müssen konfektioniert werden. Diese Tätigkeiten können nicht maschinell durchgeführt werden. Durch die manuelle Fertigung und den monotonen Ablauf ist die Fehlerhäufigkeit hoch.

Gemäß dem zweiten Prinzip werden die pneumatischen Bauteile auf einem Block integriert. In diesem Block sind alle pneumatischen Verbindungen realisiert. Die pneumatischen Bauteile werden auf diesen Block aufgeschraubt. Eine Verschlauchung ist nicht oder kaum erforderlich. Die Verbindung der pneumatischen Bauteile mit der Elektronik wird über Kabel realisiert. Durch das zweite Prinzip wird die Verschlauchung mit all ihren Fehlermöglichkeiten eingespart.

Ausgehend von bekannten Insufflatoren ist das Ziel der Erfindung, einen verbesserten Insufflator zu schaffen, der infolge einfachen Aufbaus wirtschaftlich gefertigt werden kann, zuverlässig ist und auch ausreichend hohe Volumenströme zulässt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Insufflator gelöst, der in üblicher Manier einen Zuleitungsanschluss und einen Ableitungsanschluss und eine zwischen diesen Anschlüssen angeordnete Druck- und Strömungsmesseinrichtung aufweist. Die Druck- und Strömungsmesseinrichtung ist zum Bestimmen von einem am Ableitungsanschluss anliegenden Gasdruck und eines am Ableitungsanschluss anliegenden Gasvolumenstroms ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst die Druck- und Strömungsmessein- richtung eine mehrschichtige Platine, die in ihrem Inneren wenigstens einen Strömungskanal aufweist, der an seinem Eingang mit dem Zuleitungsanschluss und an seinem Ausgang mit dem Ableitungsanschluss verbunden ist. Auf der Platine sind Druckmesssensoren sowie elektronische Bauelemente zur Beschaltung der Druckmesssensoren angeordnet. Die Druckmesssensoren sind jeweils durch eine entsprechende Öffnung mit einer den Strömungskanal im Übrigen dicht abdeckenden Platinenschicht mit dem Strömungskanal in unmittelbarer Verbindung und ausgebildet, einen am Ort der jeweiligen Öffnung herrschenden statischen Druck repräsentierenden Ausgangswert zu liefern.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Platine, die den Strömungskanal einschließt, im Übrigen solchen Leiterplatten entspricht, wie sie in bekannten Geräten für elektronische Komponenten verwendet werden, so dass die elektronischen Komponenten über die Platine mit den ansonsten separat realisierten fluidischen Elementen eines Insufflators zu einer Baugruppe zusammengefasst werden. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer monolithischen Integration von Elektronik und Fluidik auf einer gemein- samen Basis. Dadurch entfällt der sonst übliche Verschlauchungs- und Verdrahtungsaufwand. Dies wiederum vereinfacht die Herstellung und erhöht die Zuverlässigkeit. Die Herstellung kann auch einfach automatisiert werden. Schließlich kann der Insufflator - auch im Vergleich zu bekannten Insufflatoren - äußerst kompakt aufgebaut werden. Durch die Verwendung von Leiterplattenmaterial als Basis für die Platine des erfindungsgemäßen Insufflators können weiter Kosten reduziert werden. Leiterplatten und die dazugehörige Technologie sind weit verbreitet und sind sehr kostengünstig.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Insufflators sind bei der mehrschichtigen Platine demnach alle Platinen herkömmliche glasfaserverstärkte Epoxidharzleiterplatten, beispielsweise solche mit einer Materialkennung FR4.

Allerdings ist die heute bekannte Standard-Leiterplattentechnologie nicht in der Lage, fluidische Funktionen zu übernehmen. Diese bisher geltende Beschränkung wird durch eine Platine überwunden, die in ihrem Inneren einen Strömungskanal aufweist und beispielsweise als mehrschichtige Platine aufgebaut sein kann.

Dies erlaubt - wie bereits gesagt - einen monolithischen Aufbau durch automatisierte Fertigung. Der gesamte CO ₂ -lnsufflator, der auch das Netzteil einschließen kann, wird auf Basis einer mehrschichtigen Platine durch Automaten gefertigt. Es ist dann nur noch der Einbau in ein klinisch taugliches Gerät, die Kalibrierung und die Endkontrolle erforderlich.

Die so erzielte Vereinfachung kann zu einer Einsparung in der Größenordnung bis 70 % der Fertigungskosten heutiger Insufflatoren führen. Vorzugsweise sind der Zuleitungsan- schluss und der Ableitungsanschluss sowie die Drucksensoren jeweils derart gasdicht auf die mehrschichtige Platine aufgeklebt, dass der Zuleitungsanschluss, der Ableitungsanschluss und die Drucksensoren mit dem von dem Hohlraum der Platine gebildeten Strö- mungskanal verbunden und somit pneumatisch miteinander verbunden sind. Durch das Aufkleben der fluidischen Komponenten (Zuleitungsanschluss, Ableitungsanschluss und Drucksensoren) auf die Platine ist es möglich, diese Komponenten gasdicht und fest mit der Platine zu verbinden. Ein geeigneter Klebstoff ist beispielsweise der Klebstoff, der auch zum Fixieren der üblichen elektronischen Komponenten auf der Platine vor dem Verlöten dieser Komponenten verwendet wird. Auf diese Weise ist eine besonders einfache automatische Fertigung möglich, die gleichzeitig zu einem qualitativ hochwertigen Ergebnis führt. - A -

Alternativ sind der Zuleitungsanschluss und der Ableitungsanschluss sowie die Drucksensoren jeweils über Schrauben oder andere Befestigungsmittel mit der mehrschichtigen Platine verbunden.

Die Drucksensoren sind auf der mehrschichtigen Platine vorzugsweise so angeordnet, dass sie rückwärtig auf der Platine aufgeklebt sind und auf diese Weise mit dem Strömungskanal fluidverbunden sind. Als eine Konsequenz sind die Drucksensoren im Betrieb des Insufflators rückwärtig mit Druck beaufschlagt. Der Begriff "rückwärtig" ist hier so zu verstehen, dass diejenige Öffnung eines üblichen Differenz-Drucksensors, die üblicherweise mit der Umgebungsluft in unmittelbarer Verbindung steht, bei der bevor- zugten Ausführungsvariante mit dem Strömungskanal in Verbindung steht, während die andere, üblicherweise dem zu messenden Druck zugewandte Öffnung eines üblichen Drucksensors zum Umgebungsdruck hin offen ist. Alternativ können die Drucksensoren auch umgekehrt angeordnet sein.

Vorzugsweise sind die Drucksensoren darüber hinaus mit ihren elektrischen Anschlüssen auf die Platine gelötet. Hierzu weist die Platine vorzugsweise elektrische Leiterbahnen auf. Damit ist eine weitere sichere mechanische und elektrische Verbindung dieser Drucksensoren mit der Platine und den übrigen elektronischen Komponenten des Insufflators gegeben. Diese übrigen Komponenten sind vorzugsweise ebenfalls auf die Platine gelötet und über Leiterbahnen auf der mehrschichtigen Platine miteinander und mit den Drucksensoren verbunden.

Außerdem sind vorzugsweise ein oder mehrere Ventile auf der Platine derart angebracht, dass sie mit den Strömungskanälen fluidverbunden und im Betrieb des Insufflators mit Druck und Flow beaufschlagt werden. Die Ventile weisen elektrische Anschlüsse auf, die vorzugsweise mit Leiterbahnen der Platine verlötet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Insufflators ist der Strömungskanal von einem Hohlraum in der mehrschichtigen Platine gebildet, der derart geformt ist, dass er einen Abschnitt aufweist, der als Strömungsdrossel wirkt und eine Volumenstrommessung nach dem Prinzip des Pneumotachographen erlaubt.

Für eine Volumenstrommessung weist die Strömungsdrossel in einer bevorzugten Aus- führungsform beispielsweise folgende Dimensionen auf: Kanallänge von etwa 60 mm, Kanalhöhe von etwa 1 mm und einen Kanalbreite von etwa 6 mm. Bevorzugt ist am Eingang und am Ausgang des als Strömungsdrossel wirkenden Abschnitts des Hohlraums jeweils ein Drucksensor angeordnet, der jeweils mit elektronischen Komponenten verbunden ist, wobei die Drucksensoren ausgebildet sind, eine Differenz zwischen dem statischen Druck am Eingang des als Strömungsdrossel wirken- den Abschnitts des Hohlraums und dem statischen Druck am Ausgang des als Strömungsdrossel wirkenden Abschnitts des Hohlraums zu bestimmen.

Der Insufflator ist demnach bevorzugt dazu ausgebildet, eine Strömungsregelung durch eine Druckregelung zu implementieren. Dazu ist der Insufflator in einer Ausführungsform ausgebildet, nach einem Niederdruckprinzip zu verfahren, bei dem der Insufflationsdruck gleich einem Solldruck ist, der in der Regel einem theoretischen maximalen Druck im Abdomen entspricht. Aufgrund eines Druckabfalls über einen Einlass und entlang einer Wandung eines zum Abdomen führenden Schlauches herrscht im Abdomen tatsächlich ein niedriger Druck als der Solldruck. Dieses Verfahren stellt meistens ein kontinuierliches Verfahren dar.

In einer anderen Ausführungsform ist der Insufflator ausgebildet, nach einem Überdruckprinzip zu arbeiten, bei dem der Insufflationsdruck stufenweise höher als der Solldruck eingestellt wird, wobei hier eine Messung eines intraabdominellen Drucks zyklisch in Pausen erfolgt, in denen der Insufflationsdruck und der Volumenstrom auf einen Betrag von jeweils etwa Null eingestellt werden. Dieses Überdruckverfahren stellt zumeist ein intermittierendes Verfahren dar.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Insufflator ausgebildet, das Gas gemäß dem aus der Veröffentlichung der europäischen Patentanmeldung EP 1 352 669 A1 bekannten quasi-kontinuierlichen Verfahren in den Körper des Patienten einzuleiten. Auf diese Veröffentlichung, insbesondere auf die Ausführungsbeispiele gemäß den Figuren 4 und 5, wird hiermit explizit verwiesen. Demnach ist der Insufflator bevorzugt ausgebildet, die Insufflation des Gases in Abhängigkeit von einem vorgebaren Zieldruck im Körper und dem Volumenstrom durchzuführen, bei einem Istdruck im Körper des Patienten kleiner als der Zieldruck das Gas mit Überdruck größer als der Zieldruck zu insufflieren, zum Ermitteln einer Differenz und einer Regelung zwischen Zieldruck und Istdruck im Körper den Volumenstrom während der Insufflation mit Überdruck zyklisch bis zum Zieldruck oder einem niedrigeren Solldruck zu reduzieren und den Wert des gemessenen Volumenstroms beim Zieldruck oder Solldruck als Regelgröße zwischen Zieldruck und Istdruck im Körper für die weitere Insufflation zu verwenden. Der Strömungskanal im Inneren der mehrschichtigen Platine wird vorzugsweise von einem Hohlraum gebildet, der eine lichte Höhe (in Dickenrichtung der Platine) von 1 mm und eine lichte Breite von 1 - 8 mm hat. Es hat sich herausgestellt, dass ein derartiger Strömungskanal zum einen leicht mit Hilfe einer mehrschichtigen Platine zu realisieren ist und im Übrigen einen Volumenstrom von mehr als 40 l/min gasförmigem CO ₂ zulässt. Entsprechend wird auch ein Insufflator bevorzugt, der für einen CO ₂ -Gasvolumenstrom von mehr als 40 l/min ausgebildet ist.

Außerdem ist der Insufflator vorzugsweise für einen Ausgangsdruck (der dem Abdominaldruck entspricht) von bis zu 30 mm _Hg ausgebildet. Dies entspricht in etwa einem Druck von 4 kPa.

Ein Beatmungsgerät, ein Überwachungs- oder Patientenmonitoring-Gerät und ein Blutdruckmessgerät bilden weitere Aspekte der Erfindung. Das Beatmungsgerät, Überwachungs- oder Patientenmonitoring-Gerät und Blutdruckmessgerät weisen jeweils in üblicher Manier einen Zuleitungsanschluss und einen Ableitungsanschluss und eine zwischen diesen Anschlüssen angeordnete Druck- und Strömungsmesseinrichtung auf. Die Druck- und Strömungsmesseinrichtung ist zum Bestimmen von einem am Ableitungsanschluss anliegenden Gasdruck und eines am Ableitungsanschluss anliegenden Gasvolumenstroms ausgebildet. Erfindungsgemäß umfasst die Druck- und Strömungsmesseinrichtung eine mehrschichtige Platine, die in ihrem Inneren wenigstens einen Strömungskanal aufweist, der an seinem Eingang mit dem Zuleitungsanschluss und an seinem Ausgang mit dem Ableitungsanschluss verbunden ist. Auf der Platine sind Druckmesssensoren sowie elektronische Bauelemente zur Beschaltung der Druckmesssensoren angeordnet. Die Druckmesssensoren sind jeweils durch eine entsprechende Öffnung mit einer den Strömungskanal im Übrigen dicht abdeckenden Platinenschicht mit dem Strömungskanal in unmittelbarer Verbindung und ausgebildet, einen am Ort der jeweiligen Öffnung herrschenden statischen Druck repräsentierenden Ausgangswert zu liefern.

Das Beatmungsgerät, das Überwachungs- bzw. Patientenmonitoring-Gerät und das Blutdruckmessgerät teilen weitestgehend die Vorteile des erfindungsgemäßen Insuffla- tors.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Herstellen eines Insufflators, welches die Schritte umfasst:

Bereitstellen einer mehrschichtigen Platine mit integriertem Strömungskanal; Bestücken der Platine mit fluidischen Bauelementen durch Aufkleben der fluidischen Bauelemente;

Bestücken der Platine mit elektrischen Bauelementen durch Auflöten der elektrischen Bauelemente.

Vorzugsweise umfasst der Verfahrensschritt des Bestückens der Platine mit fluidischen Bauelementen das Auftragen von Klebstoff mittels eines Dispensers. Vorzugsweise erfolgt dieser Kleberauftrag in der bei einer Bestückung von elektronischen Bauelementen in SMD-Technik (SMD: Surface Mounted Device) üblichen Manier.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Insufflators ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert werden. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 : Einen schematischen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Insuffla- tor;

Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf eine bestimmte mehrschichtige Platine des erfindungsgemäßen Insufflators; und

Fig. 3: in schematischer Darstellung das prinzipielle Layout der Platine aus Fig. 2.

In Fig. 1 ist schematisch ein Gehäuse 10 eines Insufflators angedeutet, an welchem ein CO ₂ -Anschluss 12 zum Anschluss an eine Quelle für gasförmiges CO ₂ vorgesehen ist sowie einen Ableitungsanschluss 14, an den ein Schlauch zum Einführen in das Abdomen eines Patienten anzuschließen ist. Außerdem weist der Insufflator gemäß Fig. 1 einen elektrischen Netzanschluss 16 sowie ein Bedienpanel 18 auf.

Kernstück des Insufflators aus Fig. 1 ist eine mehrschichtige Platine 20, auf die ein Zulei- tungsanschluss 22 und der Ableitungsanschluss 14 gasdicht aufgeklebt sind. Der Zulei- tungsanschluss 22 ist mit dem CO ₂ -Anschluss 12 über einen entsprechenden Schlauch 11 verbunden. Die Platine 20 ist mehrschichtig und weist in ihrem Inneren Hohlräume auf, die einen mehrteiligen Strömungskanal 26 bilden. Der Zuleitungsanschluss 22 und der Ableitungs- anschluss 14 sind mit diesem Strömungskanal 26 fluidverbunden. Außerdem sind auf der Außenseite der Platine 20 elektrische und elektronische Bauteile des Insufflators montiert sowie Ventile 28 und 30 und Drucksensoren 32 und 34. Die Ventile 28 und 30 und die Drucksensoren 32 und 34 sind ebenfalls gasdicht auf die Platine 20 aufgeklebt. Die Drucksensoren 32 und 34 sind Differenzdrucksensoren, die rückwärtig auf die Platine 20 gasdicht aufgeklebt sind.

Die verschiedenen Abschnitte des Strömungskanals 26 im Inneren der Platine 20 haben eine lichte Höhe von 1 mm und eine lichte Breite zwischen 1 mm und 8 mm.

Der Insufflator erlaubt einen Gasvolumenstrom von CO ₂ von bis zu 44 l/min. Er ist für einen Intraabdominaldruck von 1 bis 30 mm _Hg ausgelegt. Durch die Ventile 28 und 30 ist ein intermittierender Gasfluss möglich.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung das Kernstück des Insufflators aus Fig. 1 , nämlich die mehrschichtige Platine 20 mit den darauf montierten elektronischen und fluidischen Bauelementen, die für den beispielhaft dargestellten Insufflator erforderlich sind. Dies sind die Ventile 28 und 30, leistungselektronische Bauelemente 4, welche mit den Ventilen 28 bzw. 30 über Leiterbahnen 3 verbunden sind, die Drucksensoren 32 und 34, einen Steckverbinder 5 zum Verbinden mit dem in Fig. 1 nicht dargestellten Netzan- Schluss 16, , eine Ventilansteuerung, eine Sensorsignalaufbereitung, ein Mikrocontroller 6, Tasten und Anzeigen. Die Strömungskanäle im Inneren der mehrschichtigen Platine sind in Fig. 2 nicht zu erkennen. Sie stellen die fluidische Verbindung zwischen dem Zuleitungsanschluss 22 und dem Ableitungsanschluss 14 sowie den Ventilen 28 und 30 und Drucksensoren 32 und 34 dar, die als pneumatische (fluidische) Bauelemente eben- falls auf der Platine 20 befestigt sind. Die fluidischen Bauelemente sind dabei so angeordnet, dass sie sowohl fluidischen Kontakt zu den im Inneren der Platine 20 angeordneten Strömungskanälen als auch elektrischen Kontakt zu den elektrischen und elektronischen Bauelementen 4 und 6 des Insufflators haben. Diese doppelte Nutzung der Platine 20 ermöglicht einen kompakten und preiswerten Aufbau eines Insufflators.

In Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung das Layout der Platine 20 einschließlich des Strömungskanals 26, der leistungselektronischen Bauelemente 4, des Mikrocontrollers 6, einer Vielzahl Steckverbinder 5, der montierten Ventile 28 und 30, der Drucksensoren 32 und 34 und einem Strömungskanalausgangs 8, welcher zum in Fig. 3 nicht dargestellten Ableitungsanschluss 14 führt. . Diese mehrschichtige Platine 20 stellt eine wichtige Neuerung des erfindungsgemäßen Insufflators dar. Entscheidend hierfür sind die Hohlräume in Inneren der Platine 20, die dadurch erzeugt werden, dass einzelne Leiterplatten mit geeignetem Layout großflächig und gasdicht miteinander verklebt werden. Eine derartige mehrschichtige Platine weicht von bekannten Standardtechnologien für die Herstellung von Multilayer-Leiterplatten ab, da die einzelnen Leiterplatten zunächst vollständig mit einem geeigneten Klebstoff beschichtet und anschließend verpresst werden müssen.

Bekannte Verklebungstechniken von bekannten Multilayer-Leiterplatten unterscheiden sich von der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Platine dadurch, dass sie üblicherwei- se nicht gasdicht miteinander verklebt sind, während dies bei der mehrschichtigen Platine 20 erfindungsgemäß der Fall ist.

Bezugszeichenliste

3 Leiterbahnen

4 leistungselektronische Bauelemente

5 Steckverbinder 6 Mikrocontroller

8 Ausgang des Strömungskanals 26

10 Gehäuse eines I nsufflators

11 Schlauch

12 CO ₂ -Anschluss 14 Ableitungsanschluss

16 Netzanschluss

18 Bedienpanel

20 mehrschichtige Platine

22 Zuleitungsanschluss 26 Strömungskanal

28,30 Ventile

32,34 Drucksensoren