DE19604156A1 - Schneidvorrichtung für Haut zur schmerzarmen Entnahme kleiner Blutmengen - Google Patents
Schneidvorrichtung für Haut zur schmerzarmen Entnahme kleiner BlutmengenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung für Haut zur schmerzarmen Ent
nahme kleiner Blutmengen aus menschlichem oder tierischem Gewebe, beinhaltend eine
Klinge mit einer Schnittkante, die eine Länge von weniger als 10 mm besitzt und einen
Oszillator, der die Klinge im wesentlichen parallel zur Schnittkante in eine Schwingbewe
gung versetzt.
Um für Diagnosezwecke eine geringe Menge Blut aus dem Finger oder dem Ohrläppchen
zu entnehmen, werden in der ärztlichen Praxis Lanzetten verwendet, die manuell oder mit
einer einfachen Apparatur von dem Arzt oder Laborpersonal in das entsprechende Körper
teil gestochen werden. Die Lanzette muß selbstverständlich scharf und steril sein. Im übri
gen sind aber in der ärztlichen Praxis keine besonders hohen Anforderungen zu stellen, weil
die Blutentnahmen bei einzelnen Patienten in großen zeitlichen Abständen durchgeführt
werden und der Einstich durch trainiertes, speziell ausgebildetes Personal ausgeführt wird.
Wesentlich höher sind dagegen die Anforderungen bei Blutlanzettenvorrichtungen, die zur
Handhabung durch den Patienten selbst bestimmt sind. Sie werden vor allem benötigt, um
im Rahmen des sogenannten "home monitoring" besonders gefährdeten Patientengruppen
eine regelmäßige Überwachung bestimmter analytischer Werte ihre Blutes zu ermöglichen.
Dies gilt insbesondere für Diabetiker, die ihren Blutzuckerspiegel häufig und regelmäßig
kontrollieren sollten, um durch Anpassung der Insulininjektionen an den Bedarf der von der
Nahrungsaufnahme, der körperlichen Aktivität und anderen Faktoren abhängt, möglichst
ständig innerhalb bestimmter Sollgrenzen zu halten. Dies ist für die Gesundheit solcher
Patienten und die Vermeidung schwerwiegender Spätschäden, wie beispielsweise Erblin
dung und Amputation von Körperteilen, von allergrößter Bedeutung.
Aus diesem Grunde wurden kleine, einfach zu bedienende und verhältnismäßig kosten
günstige Analysesysteme entwickelt, die meist aus Blutteststreifen und einem zugehörigen
Auswertegerät bestehen. Obwohl heute die Möglichkeit zur Analyse jedem Patienten
problemlos und relativ kostengünstig zur Verfügung gestellt werden kann, hat die Selbst
kontrolle der Blutzuckerwerte noch nicht die wünschenswerte allgemeine Verbreitung unter
Diabetikern gefunden. Ein Hauptgrund dafür sind die Schmerzen, die mit der Erzeugung der
für die Blutentnahme erforderlichen Stichwunde verbunden sind.
Im Stand der Technik sind Lanzettenvorrichtungen bekannt, bei denen eine Lanzette durch
eine Feder mit hoher Geschwindigkeit in die Haut einsticht. Aus der hierdurch erzeugten
Wunde tritt Blut aus, das zur Durchführung eines diagnostischen Tests verwendet werden
kann. Vorrichtungen dieses Typs sind beispielsweise aus den US-Patenten US-4,203,446
und US-4,895,147 bekannt. Eine Vielzahl solcher Vorrichtungen mit unterschiedlich ge
schliffenen Lanzetten und unterschiedlichen Federmechanismen sind im Markt erhältlich. Es
hat sich jedoch herausgestellt, daß der Schmerz, der durch diese Art von Vorrichtung er
zeugt wird, nicht unter eine Grenze abgesenkt werden kann, die für den Benutzer noch
deutlich als unangenehm empfunden wird. Bei Diabetikern kommt erschwerend hinzu, daß
häufig Tests durchgeführt werden müssen und auf den zugänglichen Hautpartien, insbe
sondere den Fingerbeeren, Verhornungen entstehen, die größere Stichtiefen erforderlich
machen und somit den durch die Stechvorrichtungen verursachten Schmerz steigern.
Es wurden zahlreiche verschiedene Blutlanzettenvorrichtungen entwickelt, die geeignet sein
sollen, die für die Blutgewinnung erforderliche Stichwunde auf einfache Weise und verhält
nismäßig schmerzarm zu erzeugen. Beispiele sind in den Patentschriften US-4,442,836, US-
4,469,110, US-4,535,769 und US-4,924,897 beschrieben. Blutentnahmegerät und Lanzette
sind meist aufeinander abgestimmt und werden auch als Blutentnahmesystem bezeichnet.
Trotz einiger Fortschritte ist auch bei diesen für die Benutzung durch den Patienten selbst
bestimmten Blutlanzettenvorrichtungen der durch den Einstich erzeugte Schmerz noch zu
groß.
Durch Blutlanzettenvorrichtungen, bei denen die Nadel kontrolliert geführt wird
(US-4,924,879 und US-5,3 18,584), konnte die Schmerzhaftigkeit des Einstiches verringert
werden. Solche Vorrichtungen werden als zwangsweggesteuert bezeichnet und stehen im
Gegensatz zu sogenannten ballistischen Systemen, bei denen die Lanzette in relativ un
kontrollierter Weise über einen Federmechanismus auf die Hautoberfläche geschleudert
wird. Bei zwangsweggesteuerten Vorrichtungen ist es vorteilhaft, daß der gesamte Ablauf
weg in definierter Weise durchfahren wird. Die Schmerzhaftigkeit des Hautpenetrationsvor
ganges ist zwar durch die besser geführte und in ihrer Austrittsweite steuerbare Lanzetten
bewegung der zwangsweggesteuerten Vorrichtungen optimiert, jedoch ist durch die hohe
Relativbewegung der Lanzette in Bewegungsrichtung, im Moment des Auftreffens der
Lanzette auf die Haut, eine entsprechende Druckwelle und der dadurch verursachte
Schmerz unvermeidbar.
Es wurde nach langwierigen Untersuchungen herausgefunden, daß die Nachteile der heuti
gen Systeme wahrscheinlich durch die Schmerzhaftigkeit des Hautpenetrationsvorganges
verursacht werden, die im wesentlichen auf die Erregung von Schmerzrezeptoren und deren
afferente Signale zurückgeht. Beim Auftreffen der Lanzette auf das Gewebe wird eine
Druckwelle vornehmlich in Bewegungsrichtung erzeugt. Diese Druckwelle läuft der ein
tretenden Klinge voraus und erregt so auch zusätzliche Schmerzrezeptoren, die durch den
reinen Schneid- bzw. Reißvorgang der Lanzette beim Penetrationsvorgang bzw.
Schneidvorgang nicht erregt werden. Durch Vermeidung einer Druckwelle beim Auftreffen
der Lanzette auf die Haut kann die Schmerzempfindung somit signifikant reduziert werden.
Daneben sind wahrscheinlich die nicht definierte Eindringtiefe und unkontrollierte
Bewegungsabläufe der Lanzette weitere Gründe für einen unnötig hohen Schmerz bei
Nutzung der entsprechenden Systeme.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die einen ge
ringeren Schmerz bei der Blutentnahme hervorruft, als dies bei Lanzettenvorrichtungen des
Standes der Technik der Fall ist.
Der Erfindung lag auch die Aufgabe zugrunde, eine Blutlanzettenvorrichtung zur Verfü
gung zu stellen, die bei einfacher Bauweise das Eindringen der Lanzette in das Gewebe in
einer Art und Weise steuert, bei der die auftretende Druckwelle und die Zahl der ange
schnittenen und/oder direkt erregten Schmerzrezeptoren minimiert wird.
Die erfindungsgemäße Lösung der vorgenannten Aufgaben besteht darin, daß zum einen ein
Penetrationsvorgang der Haut durchgeführt wird, der im wesentlichen ohne eine Druck
welle senkrecht zur Haut abläuft und bei dem zum anderen durch die präzise Führung und
verhältnismäßig geringe Einstichtiefe der Lanzette/Klinge relativ wenige Schmerzrezeptoren
erregt werden. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß die Haut mit einem Schneidvorgang,
der im wesentlichen parallel zur Hautoberfläche erfolgt, penetriert/eröffnet wird. Dieser
Schneidvorgang ist deutlich schmerzärmer als ein Stichvorgang.
Das erfindungsgemäße Prinzip, das eine Schmerzreduktion bei der Gewinnung kleiner
Blutmengen möglich macht, besteht darin, daß der Bewegung (in der Regel eine Linearbe
wegung) der Lanzette bzw. Klinge, die zum Eindringen in das Gewebe notwendig ist, eine
schnelle Schwingbewegung überlagert wird. Die Auslenkung der Klinge, die durch diese
Schwingbewegung hervorgerufen wird, kann prinzipiell quer zum Gewebe oder auch im
wesentlichen senkrecht zum Gewebe erfolgen. Für diese beiden Ausführungsarten haben
sich jedoch unterschiedliche Klingenformen als günstig erwiesen, so daß die Ausführungs
formen im Folgenden getrennt voneinander beschrieben werden.
Vorteilhaft ist bei der Kopplung einer langsamen Einstichbewegung mit einer Oszillation,
daß trotz einer extrem hohen Relativbewegung von Klinge zur Haut eine tiefer in das Ge
webe hineinreichende Druckwelle fast gänzlich vermieden wird, da die Auslenkung der
Klinge trotz der hohen Geschwindigkeit sehr klein gehalten werden kann (etwa im Bereich
von 10-200 µm) und quasi keine Druckkomponente senkrecht zur Gewebeoberfläche er
zeugt wird. Die Klinge "fällt" sozusagen in die Haut. Das Penetrationsprinzip beruht also
auf einem Schneidvorgang, der durch die "vibrierende" Klinge ohne wesentliche Druck
komponente senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgeführt werden kann und der Schnitt
durch den nur sehr kleinen Hub der Klingenbewegung auf kleine Dimensionen begrenzt
werden und gut kontrolliert werden kann.
Das erfindungsgemäße Prinzip der Kopplung einer langsamen Klingenbewegung mit einer
Oszillation führt allein schon zu Schneidvorgängen, die schmerzärmer sind als die im Stand
der Technik bekannten Verfahren zur Gewinnung kleiner Blutmengen. Eine Verbesserung
erfinderungsgemäßer Vorrichtungen kann noch erreicht werden, wenn die erzeugte
Hautöffnung möglichst klein gewählt wird, vorzugsweise kleiner als 1,5 mm, noch besser
kleiner als 1 mm und die Schnittbewegung sehr kontrolliert durchgeführt wird.
Es ist auch von Bedeutung, daß die eröffnete Stelle durch einen Schnitt unter einer
kontrollierten Bewegung und nicht durch einen unkontrollierten "Riß" erzeugt wird. Ein
"Reißen" des Gewebes würde eine entsprechende Druckwelle bzw. ein Ziehen des Gewebes
zur Folge haben und damit Schmerzen hervorrufen. Als vorteilhaft haben sich Bewegungs
abläufe erwiesen, bei denen die Klinge so geführt wird, daß ihre Bahn bei Hin- und Rück
bewegung gleich ist. Günstig ist es auch, die Bewegung so zu steuern, daß eine Hinbewe
gung erfolgt, die nach Erreichen eines vordefinierten Totpunktes in eine Rückbewegung
übergeht.
Zur Definition der Bewegungsrichtungen der Lanzette ist in Fig. 10 ein Koordinaten
system dargestellt. Die Hautpartie liegt in der XZ-Ebene. Zum Eindringen in das Gewebe
muß die Lanzette eine Bewegung ausführen, die einen Y-Anteil besitzt. Im dargestellten Fall
befindet sich die Schnittkante (2) auf der Z-Achse und die Klinge (1) innerhalb der YZ-Ebene.
Die Klinge kann nun senkrecht, d. h. in Richtung der negativen Y-Achse, in das
Gewebe geführt werden oder sie kann auch innerhalb einer Ebene E′ bewegt werden, die
gegen die YZ-Ebene verkippt ist. Die Bezeichnung "im wesentlichen senkrecht" für die Be
wegungsrichtung soll auch noch solche Bewegungen einschließen, die beispielsweise um
30° gegenüber der YZ-Ebene verkippt sind. Bei einer ersten Ausführungsform wird die
Klinge in eine Oszillationsbewegung quer zur Schneidrichtung versetzt. Im Koordinaten
system der Fig. 10 ist dies eine Oszillation der Klinge in Z-Richtung.
In fast allen Bereichen des Körpers besitzt der Mensch eine sogenannte Plattenhaut, aus der
eine Blutentnahme mit Lanzetten nicht oder nur schwer möglich ist, da sich diese Haut
wegen ihrer hohen Retraktionsfähigkeit nach dem Einstich oder Einschnitt in sehr kurzer
Zeit verschließt, so daß das aus den verletzten Gefäßen austretende Blut nicht die Haut
oberfläche erreichen kann und in subcutane Gewebeareale abgegeben wird, was denn zu so
genannten (Micro)-Hämatomen führt. Zur Entnahme von Blut geeignete Hautpartien be
finden sich an den Fingerkuppen, Zehenkuppen sowie den Ohrläppchen. An den Finger- und
Zehenkuppen besitzt der Mensch eine sogenannte Leistenhaut. Die oberste Schicht dieser
Haut ist die Epidermis, die eine Dicke von 0, 1 bis 0,5 mm aufweist. Unterhalb der Epi
dermis beginnt das Corium, bestehend aus dem Stratum papillare und dem Stratum
reticulare. Unterhalb des Coriums liegt die Subcutis. Für eine schmerzarme Gewinnung
kleiner Blutmengen ist insbesondere der obere Teil des Coriums, das Stratum papillare, von
Bedeutung. Das Stratum papillare ist durchzogen von einem feinen Netz von eng benach
barten Blutgefäßen und Schmerzrezeptoren. Diese Blutgefäße können in diesem Gewebe
bereich in Kapillaren und Microgefäße unterteilt werden. Die Kapillaren besitzen die Form
einer Haarnadel, die sich in den Hautpapillen widerspiegelt. Das arterielle Blut steigt aus
dem Innern des Gewebes zur Krümmung der Haarnadel, empor, gibt dort den Sauerstoff
und das umliegende Gewebe ab und wird als venöses Blut wieder in tiefer liegende Gewebe
schichten über das venöse Gefaßsystem zurückgeführt. Aufgrund der anatomischen Gege
benheiten ist es lediglich notwendig, die Epidermis zu durchdringen und entweder einige der
haarnadelförmigen Blutgefäße des Stratum papillare zu durchtrennen oder/und einige der in
dieser Geweberegion vorkommenden Microgefäße zu zerschneiden, um für die angestrebten
Diagnosezwecke eine ausreichende Blutmenge (ca. 5 µl bis 30 µl) zu erhalten.
Im Stand der Technik bekannte Lanzettenvorrichtungen dringen jedoch wesentlich tiefer
und zudem unkontrollierter, d. h. mit starken Bewegungen senkrecht zur Vorschubrichtung
in das Corium ein. Der Grund hierfür ist der Fig. 1 zu entnehmen. Um an der Oberfläche
des Coriums eine Wunde der Breite d zu erzeugen, muß die Spitze der Lanzette um die
Tiefe h in das Corium eindringen. Eine Verringerung dieser Tiefe h ist mit der im Stand der
Technik bekannten Technologie nur möglich, wenn die Spitze der Lanzette flacher gewählt
wird, daher das Verhältnis h/d verringert wird. Stumpfere Lanzetten rufen jedoch, wie ex
perimentell gezeigt werden konnte, einen höheren Einstichschmerz hervor.
Erfindungsgemäß wird der Einstichschmerz dadurch erniedrigt, daß die Klinge in eine
schnelle Schwingungsbewegung versetzt wird und die schwingende Klinge relativ langsam,
vorzugsweise langsamer als mit 2 km/h, in das Gewebe gesenkt wird. Bei einer ersten Aus
führungsform wird eine Klinge verwendet, die im wesentlichen parallel zur Schnittkante
schwingt.
Fig. 2 zeigt prinzipiell die Anordnung von Klinge und Gewebepartie zueinander. Die dar
gestellte Klinge (1) besitzt eine Schnittkante (2), die eine Schwingbewegung in Richtung
des dargestellten Doppelpfeiles durchführt. Wird diese Klinge, während sie oszilliert, an die
Epidermis herangeführt, so vermag sie die Epidermis zu durchdringen, ohne daß dabei ein
nennenswerter Schmerz auftritt. Aufgrund der Oszillationsbewegung wird die Epidermis
aufgeschnitten und die Geschwindigkeit, mit der die Klinge in Epidermis und Corium abge
senkt wird, kann im Gegensatz zu heute üblichen Stechlanzetten sehr klein gewählt werden.
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß diese Ausführungsform eine Klingenform ermöglicht, mit
der bei sehr kleiner Eindringtiefe in das Corium dieses in einem ausreichend breiten Teil
stück d zerschnitten wird. Aufgrund der Anordnung der haarnadelförmigen Blutgefäße und
anderer in dieser Region vorkommenden Microgefäße im Corium werden diese durch die
Oszillationsbewegung der Klinge effektiv durchtrennt, so daß zur Gewinnung einer aus
reichenden Blutmenge lediglich eine Schnittbreite d von 300 bis 900 µm erforderlich ist. Zur
Gewinnung größerer Blutmengen können erfindungsgemäß natürlich entsprechend längere
Klingen verwendet werden.
Zur Erzielung eines schmerzarmen Eindringens der Klinge in das Gewebe hat es sich als
wichtig herausgestellt, daß die Klinge im wesentlichen parallel zur Schnittkante eine
Schwingung durchführt, deren Frequenz oberhalb 500 Hz liegt. Noch wesentlich verbessert
werden konnte die erfindungsgemäße Schneidvorrichtung, indem die Frequenz der
Schwingbewegung auf über 700 Hz angehoben wurde. Besonders effiziente Schneidvor
gänge werden mit Frequenzen im Kiloherzbereich bzw. oberhalb 900 Hz erreicht. Das
Schmerzempfinden während des Schneideprozesses wird auch wesentlich durch die
Amplitude der Schwingbewegung mitbestimmt. Es hat sich herausgestellt, daß die
Amplitude der Schwingbewegungen unterhalb 500 µm liegen sollte. Vorzugsweise liegt sie
unterhalb 300 µm und besonders bevorzugt unterhalb 250 µm. Oszillatoren, mit denen die
beschriebenen Anforderungen realisiert werden können, sind insbesondere Piezoelemente,
Ultraschallkeramiken, elektrodynamische Wandler und mechanische Wandler. Insbesondere
haben sich Piezoelemente als Oszillatoren bewährt, die beim Anlegen einer elektrischen
Spannung Längenänderungen ausführen. Da diese Längenänderungen in der Regel nur ein
oder wenige µm betragen ist zur Erzielung größerer Schwingungsamplituden eine
mechanische Übersetzung notwendig. Es können jedoch vorteilhaft auch Stapel, zu
sammengesetzt aus einer Vielzahl von Piezoelementen, verwendet werden, da sich hier bei
geeigneter Anordnung die Längenänderungen der Einzelelemente addieren.
Mechanische Wandler, die eine Oszillation der Klinge bewirken, können beispielsweise
durch eine Stimmgabel realisiert werden, an deren einem Schenkel sich die Klinge oder ein
Halter befindet, an dem die Klinge befestigt wird.
Für Schneidvorrichtungen zur Entnahme kleiner Blutmengen sind Klingen geeignet, deren
Schnittkante weniger als 10 mm beträgt. Für die Entnahme von Blutmengen im Bereich von
100 µl haben sich Schnittkanten einer Länge von 0,2 bis 2 mm, vorzugsweise 0,4 bis
1,5 mm als geeignet erwiesen. Besonders geeignet sind Schnittkanten einer Länge von 0,5
bis 1,0 mm.
Als Materialien für die Klinge haben sich insbesondere die für Lanzetten im Stand der
Technik gebräuchlichen Materialien, wie z. B. Stahl erwiesen. Allgemein können Metalle,
Gläser und keramische Materialien verwendet werden. Es hat sich herausgestellt, daß Be
schichtungen der Klingen mit Stoffen, die die Reibung zwischen Klinge und Gewebe ver
ringern, vorteilhaft sind. Durch Verringerung der Reibung zwischen Klinge und Gewebe
kann der mechanische Energieeintrag in das Gewebe und somit ein Schmerz durch Er
hitzung vermieden werden.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Schneidvorrichtung, die ein Gehäuse besitzt, in dem
die Klinge und der Oszillator angeordnet sind. Das Gehäuse besitzt eine äußere Hülle (10),
die dem Benutzer zur Handhabung der Vorrichtung dient. Im Inneren dieser Hülle befindet
sich ein Hebel (12), an dem die Klinge (13) befestigt ist. Der Piezokristall (14), der mit dem
Hebel (12) verbunden ist, wird über einen elektronischen Schwingungsgenerator (15) ange
steuert, so daß die Klinge (13) Schwingungsbewegungen im wesentlichen parallel zur
Schnittkante ausführt. Im dargestellten Beispiel befindet sich im Inneren der äußeren Hülle
(10) eine weitere Hülle (11), die innerhalb der äußeren Hülle verschiebbar angeordnet ist, so
daß die Länge der Klinge, die aus der äußeren Hülle (10) herausragt, eingestellt werden
kann. Der Hebel (12) ist über eine Achse (18) mit der Hülle (11) verbunden. An ihrem unte
ren Ende besitzt die Hülle (10) eine Kontaktfläche (16), die manuell auf ein Gewebeteil auf
gesetzt wird. Der Bereich, um den die Klinge über die Kontaktfläche hinausragt, gibt somit
die Schnittiefe im Gewebe vor. Erfindungsgemäß wird die Schneidvorrichtung mit einer
Einstellvorrichtung ausgerüstet, welche die maximale und die minimale Länge, um die die
Klinge über die Kontaktfläche hinausragt, vorgibt. Der Einstellbereich des Intervalls wird
vorzugsweise so gewählt, daß seine untere Grenze größer ist als 200 µm und seine obere
Grenze kleiner ist als 2500 µm. Bevorzugt ist ein Einstellbereich zwischen 0,5 und 2,0 mm
oder noch besser zwischen 0,7 und 1,3 mm.
Für die Funktionsweise der Vorrichtung ist es wichtig, daß der Hebel (12) aus einem
Material mit ausreichend hohem Elastizitätsmodul besteht, um die Energie der Piezo
schwingung auf die Klinge (13) zu übertragen. Geeignete Materialien für den Hebel sind
beispielsweise Glas, Federstähle und Keramiken. Weiterhin ist es wichtig, daß das Gewicht
der schwingenden Bauteile (Hebel und Klinge) klein ist im Vergleich zu dem Gewicht auf
der gegenüberliegenden Seite des Piezoelementes. Besonders vorteilhaft ist es, die Apparatur
so zu betreiben, daß Hebel und Klinge in einer Resonanzfrequenz schwingen.
Fig. 4 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform, bei der die manuelle Bewegung, die mit der
in Fig. 3 dargestellten Apparatur notwendig ist, durch ein Federelement (20) vorge
nommen wird. Die Feder (20) ist mit einer Schiene (21) verbunden, die eine Ausnehmung
besitzt, in die ein Hebel (22) eingreift. Der Hebel (22) besitzt einen Druckknopf außerhalb
des Gehäuses, so daß bei Drücken dieses Druckknopfes die Arretierung gelöst und die
innere Hülle (11) relativ zur äußeren Hülle verschoben wird. Dadurch gelangt die Klinge
(13) außerhalb des äußeren Gehäuses. Durch Variation des Abstandes X, d. h. zwischen
dem Rand des inneren Gehäuses (11) und der Innenseite der Kontaktfläche (16) in der Aus
gangsposition kann die Tiefe reguliert werden, um die die Klinge in das Gewebe eindringt.
Dies ist beispielsweise durch Variation der Länge der äußeren Hülle, z. B. durch eine
Schraube, möglich. Weitere Möglichkeiten, die Eindringtiefe in das Gewebe zu variieren
sind aus US-4,895, 147 und US-5,3 18,584 bekannt. Die Anordnung kann beispielsweise
auch so gewählt werden, daß die Klinge feststeht und sich die Hautkontaktfläche auf der
Stirnseite einer Hülse befindet, die federnd gegen einen einstellbaren Anschlag montiert ist.
Die Einstellmechanik für die Einstellung der Einstichtiefe ist vorzugsweise so ausgebildet,
daß sie stufenweise einstellbar ist, wobei der Stufenabstand zumindest in den oben ge
nannten Einstellbereichen höchstens etwa 0,4 mm und mindestens etwa 0,2 mm, bevorzugt
0,3 mm beträgt. Selbstverständlich kann der Einstellbereich auch über die genannten Ober
grenzen hinausgehen und somit auch größere Einstichtiefen umfassen, um den Erforder
nissen der relativ wenigen Personen Rechnung zu tragen, bei denen mit den genannten
niedrigen Einstichtiefen (beispielsweise wegen einer besonders dicken Hornschicht) keine
ausreichende Blutmenge gewonnen werden kann. Für eine genaue Einstellung der Einstich
tiefe kommt es auch darauf an, daß die Klinge in ihrer Halterung derartig präzise positio
niert ist, daß die Position des Klingenendes in Richtung der Einstichbewegung relativ zu
dem Klingenhalter reproduzierbar ist, wenn nacheinander mehrere Klingen in der Klingen
halterung befestigt werden.
Durch die vorteilhafte Eigenschaft der erfindungsgemäßen Vorrichtung, das Gewebe nur
sehr wenig zu schieben bzw. zu verdichten bevor der Penetrationsvorgang einsetzt, kann
eine sehr gute Reproduzierbarkeit der Einstichtiefe erreicht werden, die deutlich besser ist
(<±0,1 mm) als die von heute verfügbaren Systemen. Durch diese sehr gute Penetrations
fähigkeit mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auch individuelle Variabilitäten des
Hautturgors und/oder der Hautdichte bzw. der Hautelastizität nunmehr nur noch von unter
geordneter Bedeutung. Dies liegt daran, daß sich das der Klinge gegenüberliegende Gewebe
beim ersten Kontakt mit der vorwärts drängenden Klinge nicht verdichtet, sondern der
Penetrations- bzw. Schneidvorgang bereits mit Auftreffen der Klinge auf die Haut beginnt.
In Fig. 11 ist dargestellt, wie die Austrittsweite der Lanzette aus der Schneidvorrichtung
und die Eindringtiefe in das Gewebe zusammenhängen. Fig. 11A zeigt den Ausgangszu
stand des Systems, bei dem sich die Klinge (1) vollständig im Gehäuse (51) befindet und das
Gehäuse auf eine Hautpartie (50) gedrückt wird. Fig. 5B zeigt einen Zustand, bei dem die
Klinge die Haut verdrängt, ohne sie zu durchschneiden. Die Deformation der Haut ist mit
(D) bezeichnet. Fig. 5C stellt einen Zustand dar, bei dem die Klinge die Haut durchtrennt
hat. Die Austrittsweite (A) der Klinge aus dem Gehäuse resultiert in einer Deformation (D)
und einer Eindringtiefe (E) in das Gewebe. Die Deformation (D) kann individuell und auch
beim gleichen Individuum stark schwanken, so daß bei konstanter Austrittsweite die Ein
dringtiefe (E) ebenfalls stark schwankt, was unerwünscht ist. Bei Vorrichtungen gemäß der
vorliegenden Erfindung ist die Deformation (D) aus bereits genannten Gründen sehr klein,
so daß Schwankungen von (D) ebenfalls sehr klein sind und daher bei festgelegter Aus
trittsweite (A) die Eindringtiefe (E) in die Haut sehr genau vorbestimmt werden kann.
Die Einstichtiefe sollte durch den Benutzer selbst leicht und präzise einstellbar sein. Vor
zugsweise umfaßt der Einstellbereich dabei ungewöhnlich niedrige Einstichtiefen zwischen
0,5 und 2,0 mm, wobei der Bereich zwischen 0,7 mm und 1,3 mm von besonderer Bedeu
tung ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die in der Praxis für
die Analyse benötigte Blutmenge, welche üblicherweise zwischen 1 und 50 µl, in der Mehr
zahl der Fälle zwischen 5 und 30 µl liegt, bei der überwiegenden Mehrzahl der Menschen
überraschenderweise bereits mit solchen niedrigen Einstichtiefen bei deutlich reduziertem
Schmerz gewonnen werden kann, wenn man dafür sorgt, daß die Tiefe des Einstichs bei
einer bestimmten, unveränderten Einstellung des Gerätes gut reproduzierbar ist. Bei unver
änderter Einstellung der Schneidvorrichtung sollten aufeinanderfolgende Schneidvorgänge
in der maximal erreichten Schnittiefe um weniger als 0, 15 mm, bevorzugt 0,1 mm und be
sonders bevorzugt 0,05 mm variieren.
Fig. 5A zeigt eine Schneidvorrichtung, bei welcher der Hebel (12), an dem sich die Klinge
(13) befindet, an einem Gewicht (41) befestigt ist. Das Gewicht (41) befindet sich in einer
inneren Hülse (23), die ihrerseits in der äußeren Hülse (10) verschiebbar angeordnet ist.
Durch das Gewicht (41) ist der Hebel (12) gesteckt, der mit dem Gewicht (41) starr, bei
spielsweise über eine Verklebung oder Verschraubung, verbunden ist. In den Hebel (12) ist
ein Piezoelement (14) integriert, das den Hebel (12) und die Klinge (13) in Schwingung ver
setzt. An der Kontaktfläche (16) der Vorrichtung, die an die Haut angedrückt wird, kann
vorteilhaft ein Wulst (42) angebracht sein, der um die Öffnung zum Austritt der Klinge ver
läuft. Dieser Wulst dient dazu, die Hautpartie, die von der Klinge (13) geschnitten wird, zu
spannen und zu fixieren. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Wulst (42) um 0,2
bis 0,3 mm über die Kontaktfläche (16) hinausragt.
Fig. 5A zeigt weiterhin eine vorteilhafte Antriebsmechanik für eine Bewegung der Klinge
in das Gewebe. Diese Antriebsvorrichtung besitzt eine Exzenterscheibe (25), an der über
eine Achse eine Hebelstange (26) befestigt ist, die ihrerseits über eine Achse mit dem Hebel
(12) verbunden ist. Fig. 5B zeigt die Exzenterscheibe (25) von der Rückseite. Auf dieser
Seite besitzt die Exzenterscheibe ein Zahnrad (27), das über eine Zahnstange (28) ange
trieben wird. Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung besitzt den Vorteil, daß beim Drücken
der Zahnstange (28) durch den Benutzer die Klinge in das Gewebe abgesenkt und auch
wieder herausgezogen wird. Da der Benutzer lediglich eine einzige Druckbewegung
ausführen muß, wird die Handhabung der Schneidvorrichtung erleichtert. Für die Rückbe
wegung der Zahnstange (28) in ihre Ausgangsposition kann ein Federelement (29) vorge
sehen werden, das bei Herabdrücken der Zahnstange komprimiert wird und dazu dient, die
Zahnstange in ihre Ausgangsposition zurückzubewegen. Vorteilhaft kann weiterhin ein
Freilauf für das Zahnrad (27) vorgesehen werden, so daß bei der Zurückbewegung der
Zahnstange in ihre Ruheposition keine Drehung der Exzenterscheibe (25) erfolgt und die
Klinge nicht nochmals in das Gewebe abgesenkt wird.
Fig. 5C zeigt den Hebel (12) mit integriertem Piezoelement (14). Das Piezoelement ist so
beschaffen, daß es beim Anlegen einer elektrischen Schwingung Längenänderungen entlang
seiner Längsachse ausführt. Durch diese Längenänderungen findet eine Verbiegung
des Hebels, analog zu einem Bimetallstreifen, statt. Mit elektrischen Signalen geeigneter
Frequenz, die an das Piezoelement angelegt werden, kann eine mechanische Schwingung
des Hebels (12) hervorgerufen werden.
Fig. 6 zeigt drei erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsformen von Klingen. In
Fig. 6A ist eine trapezförmige Klinge mit gerade Schnittkante dargestellt. Fig. 6B zeigt
eine wiegemesserförmige Klinge und die Klinge in Fig. 6C läuft spitz zu. Jeder dieser
3 Klingentypen kann verschiedene Formen des Querschnitts besitzen. Fig. 7 zeigt zwei
Querschnitte A und B, die beispielsweise möglich sind. Jede der in Fig. 6A bis 6C darge
stellten Klingen kann einen dieser beiden Querschnitte besitzen. Zur Verdeutlichung ist in
den Fig. 6A bis 6C jeweils durch eine Strichelung angegeben, in welcher Höhe die
Querschnitte dargestellt sind.
Die Grundformen der Klinge können beispielsweise trapezförmig, kreis- und halbkreis
förmig, viereckig, vieleckig, spitz zulaufend oder wiegemesserförmig sein. Als Anschliff
arten sind beispielsweise möglich:
- - umlaufender Anschliff
- - Facettenschliff und
- - Schliff mit Gegenschliff.
Zur Erfindung gehört weiterhin eine Ausführungsform, bei der die Klinge senkrecht zur Ge
webeoberfläche in eine Schwingbewegung versetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ver
laufen daher die mikroskopischen Bewegungen der Klinge durch die Schwingbewegung und
die Bewegung zum Einführen der Klinge in das Gewebe im wesentlichen parallel. Bei dieser
Ausführungsform können vorteilhaft spitz zulaufende Klingen und auch Klingen mit
mehreren Kanten eingesetzt werden. Letzterer Typ von Klingen kann beispielsweise durch
einen Facettenanschliff erreicht werden.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung, wie diese zweite Ausführungsform der Erfin
dung realisiert werden kann. Die Stange (30) ist verschiebbar in einer Hülse (31) ange
ordnet. An der Stange (30) befindet sich ein Piezokristall (32), der seine Schwingungen auf
die Klinge (33) überträgt. Bei dieser Ausführungsform ist der Piezokristall so angeordnet,
daß seine Schwingungen eine Bewegung der Klinge (33) gemäß dem oberhalb der Stange
dargestellten Doppelpfeil hervorrufen. Zur Durchführung eines Gewebeschnitts wird zu
nächst der Piezokristall (32) in Schwingungen versetzt und die Klinge (33) daraufhin durch
Verschieben der Stange (30) auf das Gewebe abgesenkt. Nach Erzeugung eines ausreichend
großen Schnittes wird die Stange (30) in der entgegengesetzten Richtung bewegt und die
Klinge (33) aus dem Gewebe herausgezogen. Bei dieser Ausführungsform haben sich spitz
zulaufende Klingen als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere sind flache Klingen, mit einem
Querschnitt gemäß den Fig. 7A oder 7B vorteilhaft. Es hat sich weiterhin herausgestellt,
daß die Schwingungsfrequenz der Klinge quer zur Gewebeoberfläche oberhalb 100 Hz
liegen sollte, damit die Schmerzempfindung bei dem Schneideprozeß klein ist. Durch
Erhöhung der Frequenzen auf über 500 Hz ist eine weitere Verminderung des
Schmerzempfindens möglich. Aus dem gleichen Grund sollte auch die Amplitude der
Schwingbewegung unterhalb 100 µm, vorzugsweise unter 50 µm liegen.
Die zur Funktionsweise der Vorrichtung notwendige Bewegung (Schwingung) der Klinge
(33) kann insbesondere durch eine geeignete geometrische Anordnung von Massen erreicht
werden, so daß eine sogenannte Resonanzüberhöhung der Amplitude erzeugt wird.
Die in Fig. 8 schematisch dargestellte Apparatur kann beispielsweise mit denen in den
Fig. 4 und 5 beschriebenen Antriebsmechanismen zur Bewegung der Klinge quer zur
Gewebeoberfläche kombiniert werden.
Fig. 9 zeigt eine besonders einfache Ausführungsform, bei der sich innerhalb eines Ge
häuses (40) ein elektronischer Schwingungsgenerator (15) befindet, der durch eine Batterie
(17) angetrieben wird. Der Schwingungsgenerator (15) versetzt den Piezokristall (32) in
Schwingungen. Die Klinge (33) ist in dieser Ausführungsform direkt an den Piezokristall
angekoppelt. Der Benutzer führt die schwingende Klinge (33) selbst an die zu schneidende
Gewebepartie heran und führt einen Schnitt gewünschter Tiefe aus.
Bezugszeichenliste
1 Klinge
2 Schnittkante
10 äußere Hülle
11 innere Hülle
12 Hebel
13 Klinge
14 Piezokristall
15 elektronischer Schwingungsgenerator
16 Kontaktfläche
17 Batterie
18 Achse
19 Gewicht
20 Federelement
21 Schiene mit Ausnehmung
22 Hebel
23 Führungselement
24 Moosgummi
25 Exzenterscheibe
26 Hebelstange
27 Zahnrad
28 Zahnstange
29 Federelement
30 Stange
31 Hülse
32 Piezokristall
33 Klinge
40 Gehäuse
41 Gewicht
42 Wulst.
2 Schnittkante
10 äußere Hülle
11 innere Hülle
12 Hebel
13 Klinge
14 Piezokristall
15 elektronischer Schwingungsgenerator
16 Kontaktfläche
17 Batterie
18 Achse
19 Gewicht
20 Federelement
21 Schiene mit Ausnehmung
22 Hebel
23 Führungselement
24 Moosgummi
25 Exzenterscheibe
26 Hebelstange
27 Zahnrad
28 Zahnstange
29 Federelement
30 Stange
31 Hülse
32 Piezokristall
33 Klinge
40 Gehäuse
41 Gewicht
42 Wulst.
Claims (34)
1. Schneidvorrichtung für Haut zur schmerzarmen Entnahme kleiner Blutmengen aus
menschlichem oder tierischem Gewebe, beinhaltend
- - eine Klinge mit einer Schnittkante, die eine Länge von weniger als 10 mm besitzt und
- - einem Oszillator, der die Klinge im wesentlichen parallel zur Schnittkante in eine Schwingbewegung versetzt.
2. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ein Gehäuse besitzt, in dem Klinge und
Oszillator angeordnet sind und das eine Kontaktfläche zum Inkontaktbringen mit einer
Hautfläche besitzt, wobei diese Kontaktfläche eine Öffnung aufweist, die für die
Klinge und deren Oszillationshub ausreichend groß ist.
3. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1 und 2, bei der die Kontaktfläche zur Haut so
gestaltet ist, daß um die Peripherie der Öffnung ein Wulst verläuft, der die an die
Kontaktfläche angedrückte Haut bzw. das Gewebe spannt und fixiert.
4. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Wulst um 0,2 bis 0,3 mm über die
Kontaktfläche hinausragt.
5. Schneidvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Schnittkante
der Klinge eine Länge von 0,2 bis 2,0 mm, bevorzugt 0,4 bis 1,5 mm, besonders be
vorzugt 0,5 bis 1,0 mm besitzt.
6. Schneidvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Frequenz der
Schwingbewegung oberhalb 500 Hz, bevorzugt oberhalb 700 Hz, besonders bevor
zugt oberhalb 900 Hz liegt.
7. Schneidvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Amplitude der
Schwingbewegung unterhalb 500 µm, vorzugsweise unterhalb 300 µm, besonders be
vorzugt unterhalb 250 µm liegt.
8. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Klinge senkrecht zur Schnittkante
verschiebbar angeordnet ist, so daß die Schnittkante in einer ersten Position im
Inneren des Gehäuses angeordnet ist und in einer zweiten Position nach außen über
die Kontaktfläche hinausragt.
9. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1, 2 oder 8, bei dem die Klinge mit einem Vor
schubmechanismus senkrecht zur Schnittkante bewegt wird.
10. Schneidvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Klinge an einem
gespannten Federelement befestigt ist und die Klinge beim Entspannen des Feder
elementes senkrecht zur Schnittkante bewegt wird.
11. Schneidvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Klinge senk
recht zum Gewebe feststeht und die Hautkontaktfläche eine Hülse ist, die federnd
gegen einen einstellbaren Anschlag montiert ist, durch den die maximale Eindringtiefe
der Klinge in das Gewebe eingestellt wird.
12. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 9 oder 10, bei der der Antrieb oder das Feder
element die Klinge mit einer Geschwindigkeit von weniger als 2 km/h, bevorzugt
weniger als 0,5 km/h, besonders bevorzugt weniger als 0,2 km/h senkrecht zur
Schnittkante bewegt.
13. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der die Länge, um die die Klinge im Laufe
des Schneidvorganges maximal über die Kontaktfläche hinausragt, eingestellt werden
kann und der Einstellbereich ein Intervall umfaßt, dessen untere Grenze größer ist als
200 µm und dessen obere Grenze kleiner ist als 2500 µm.
14. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem die Klinge eine der folgenden Grund
formen besitzt:
- - trapezförmig,
- - kreis- und halbkreisförmig,
- - viereckig,
- - vieleckig,
- - spitz zulaufend oder
- - Wiegemesserform.
15. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei dem die Klinge eine der folgenden An
schliffarten besitzt:
- - umlaufender Anschliff
- - Facettenschliff
- - Schliff mit Gegenschliff.
16. Vorrichtung gemaß Anspruch 1, bei welcher der Oszillator einen Piezokristall, eine
Ultraschallkeramik oder einen elektrodynamischen Wandler oder ein mechanisch an
geregtes Schwingelement als Schwingelement beinhaltet und dieses Schwingelement
über einen elektronischen oder mechanischen Schwingungsgenerator angesteuert
wird.
17. Vorrichtung gemaß Anspruch 1, bei der die Klinge durch einen mechanischen Oszilla
tor in Schwingungen versetzt wird.
18. Verfahren zum Schneiden von Haut zur schmerzarmen Entnahme von Blutmengen
kleiner als 50 µl aus menschlichem oder tierischem Gewebe, mit den Schritten,
- - Versetzen einer Klinge mit einer Schnittkante von einer Länge kleiner als 10 mm in eine Schwingungsbewegung im wesentlichen innerhalb der Ebene der Schnitt fläche,
- - Heranführen der schwingenden Klinge an ein zu schneidendes Gewebeteil,
- - Hineinführen der Klinge im wesentlichen senkrecht in das Gewebe und
- - Zurückführen der Klinge aus dem Gewebe.
19. Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei die Schwingungsfrequenz oberhalb 200 Hz,
bevorzugt oberhalb 500 Hz, besonders bevorzugt oberhalb 900 Hz liegt.
20. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Heranführen und Herausziehen der
Klinge manuell erfolgt.
21. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem das Heranführen und Herausziehen der
Klinge durch eine Bewegungsvorrichtung erfolgt, und die Geschwindigkeit des Hin
einführens in das Gewebe kleiner als 2 km/h, bevorzugt kleiner als 1 km/h, besonders
bevorzugt kleiner als 0,5 km/h ist.
22. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Klinge auf einem Weg aus dem Gewebe
zurückgeführt wird, der im vorher gebildeten Schnittkanal verläuft.
23. Verfahren gemäß Anspruch 18, bei dem die Klinge in eine Tiefe unter die Gewebe
oberfläche geführt wird, die kleiner als 2500 µm, bevorzugt kleiner als 1800 µm, be
sonders bevorzugt kleiner als 1200 µm ist.
24. Schneidvorrichtung für Haut zur schmerzarmen Entnahme kleiner Blutmengen aus
menschlichem oder tierischem Gewebe, beinhaltend
- - eine Klinge mit einer spitz zulaufenden Schnittkante und
- - einen Oszillator, der die Klinge im wesentlichen senkrecht zur Gewebeoberfläche in eine Schwingbewegung versetzt, wobei die Frequenz der Schwingbewegung zwischen 10 Hz und 10 kHz liegt.
25. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der die Frequenz der Schwingbewegung
größer als 500 Hz, bevorzugt oberhalb 700 Hz, besonders bevorzugt oberhalb
1000 Hz, jedoch unterhalb 10 kHz liegt.
26. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der die Amplitude der Schwingbewe
gung unterhalb 300 µm, vorzugsweise unterhalb 100 µm, besonders bevorzugt unter
halb 50 µm ist.
27. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, die eine Bewegungsvorrichtung zur Bewe
gung der Klinge im wesentlichen senkrecht zur Gewebeoberfläche besitzt, die die Be
wegung der Klinge so steuert, daß die Bewegung bei Erreichen eines vordefinierten
Totpunktes in die Rückbewegung übergeht.
28. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, die eine Bewegungsvorrichtung zur Bewe
gung der Klinge im wesentlichen senkrecht zur Gewebeoberfläche und eine Führung
besitzt, die die Bewegung der Klinge in das Gewebe (Hinbewegung) und die Bewe
gung aus dem Gewebe (Rückbewegung) so steuert, daß die Bahn der Klinge bei Hin-
und Rückbewegung im wesentlichen gleich ist.
29. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der die Klinge an einem gespannten
Federelement befestigt ist und die Klinge beim Entspannen des Federelements im
wesentlichen senkrecht zur Schnittkante bewegt wird.
30. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 27 oder 29, bei der die durch die Bewegungs
vorrichtung oder das Federelement hervorgerufene Geschwindigkeit der Klinge senk
recht zur Gewebeoberfläche kleiner als 1 km/h, bevorzugt kleiner als 0,5 km/h, be
sonders bevorzugt kleiner als 0,2 km/h ist.
31. Schneidvorrichtung gemäß Anspruch 24, bei der die Klinge mehrere spitz zulaufende
Schnittkanten besitzt.
32. Verfahren zum Schneiden von Haut zur schmerzarmen Entnahme kleiner Blutmengen
aus menschlichem oder tierischem Gewebe, mit den Schritten,
- - Versetzen einer spitz zulaufenden Klinge in eine Schwingungsbewegung im wesentlichen senkrecht zur Gewebeoberfläche, wobei die Schwingungsbewegung eine Schwingungsfrequenz von mehr als 10 Hz aufweist,
- - Heranführen der Klinge an das zu schneidende Gewebe,
- - Absenken der Klinge in das Gewebe,
- - Herausführen der Klinge aus dem Gewebe.
33. Verfahren gemäß Anspruch 32, bei dem die Klinge mit einer Geschwindigkeit von
weniger als 1 km/h, bevorzugt weniger als 0,5 km/h, besonders bevorzugt weniger als
0,2 km/h in das Gewebe abgesenkt wird.
34. Verfahren gemäß Anspruch 32, bei dem die Klinge in eine Tiefe unter die Gewebe
oberfläche abgesenkt wird, die kleiner als 2500 µm, bevorzugt kleiner als 1800 µm,
besonders bevorzugt kleiner als 1200 µm ist.
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DE59711425T Expired - Lifetime DE59711425D1 (de) | 1996-02-06 | 1997-02-04 | Schneidevorrichtung für haut zur schmerzarmen gewinnung kleiner blutmengen |
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