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Die
Erfindung betrifft ein Instrument zum Einführen in von
außen unzugängliche Räume nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruchs. Derartige Instrumente sind in der Medizintechnik
beispielsweise als invasive Instrumente bekannt und sind Bestandteile
der Standardausrüstung von Krankenhäusern und
Kliniken. Zum Einsatz kommen dabei starre und flexible Instrumente
und Geräte. Abhängig vom Einsatzgebiet bestehen
unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich Geometrie und Funktionalität.
So wird für die Arthroskopie ein flexibles Endoskop eingesetzt, das
aus einem optischen System und einer Lichtquelle besteht, aber auch
eine Möglichkeit zur Absaugung und Spülung der
Operationsstelle besitzt. Ein starres Endoskop mit einem Durchmesser
von 9 mm bis 12 mm wird in der Gastroskopie eingesetzt und besitzt
nur einen Entnahmekanal. Als operative Zugangswege werden Trokare
eingesetzt.
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Besonders
wichtig für den Einsatz von invasiven Instrumenten ist
deren Steuerbarkeit im Körper. Das bedeutet, dass Instrumente
mit einer beweglichen und sogar von außen steuerbaren Instrumentenspitze
besondere medizinische Vorteile besitzen.
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Aus
der
WO 99/09879 (
DE 698 27 276 T2 )
ist eine in verschiedene Richtungen steuerbare chirurgische Positioniervorrichtung
bekannt, die ein Rohrteil aufweist, in dessen Rohrwandung mindestens
ein Fluidkanal angeordnet ist, der mit einem Druckfluid verbindbar
ist. Die Richtung der Instrumentenspitze wird durch Druckbeaufschlagung
des mindestens einen Fluidkanals geändert. Dabei sind zwei
Positionen möglich, die aus den Zuständen gefüllt
und ungefüllt ergeben.
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Die
DE 44 35 644 A1 beschreibt
ein Endoskop mit einem flexiblen Einführtubus und einem
daran angesetzten Biegeabschnitt. Der Biegeabschnitt weist einen
Elastikkörper aus einem Elastomermaterial auf, und ist
als längliches zylindrisches Formteil ausgebildet. Mittig
ist ein Durchgangskanal zum Einführen eines optischen Faserbündels
vorgesehen. Der Elastikkörper enthält drei längsgerichtete
Druckkammern, die radial verteilt sind und die zur Seite des Einführtubus
offen sind. Über durch den Einführtubus gerichtete
Fluidzuführrohre wird beispielsweise Luft zugeführt.
Der Elastikkörper ist von einer Wickelfeder zur Begrenzung
der Deformation des Elastikkörpers in einer Radialrichtung
umgeben. Durch Zuführung von Luft unterschiedlichen Drucks
in die Druckkammern dehnen sich diese aus und ziehen sich zusammen,
wodurch ein Verbiegen des Elastikkörpers realisiert werden
soll. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der Wickelfeder eine
unkontrollierte Verformung des Elastikkörpers auftritt,
da der Druck sich gleichmäßig ausbreitet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Instrument zum Einführen
in unzugängliche Räume zu schaffen, das in vielfältigen
Einsatzbereichen verwendbar ist, kostengünstig und geometrisch
klein auszubilden ist, wobei eine gute Steuerbarkeit der Fortbewegung
sowie der Richtungsänderung des beweglichen Endabschnitts
möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs gelöst.
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Dadurch,
dass der flexible Endabschnitt eine als Faltenbalg ausgebildete
Außenhülle aufweist, wird die Verformung bzw.
Biegung des Endabschnitts durch die vorhandene Geometrie des Endabschnitts, die
genügend Material für die Verformung zur Verfügung
stellt, gewährleistet. Die Verformung wird nicht durch
eine Elastizität des Materials gegeben, sondern, wie ausgeführt,
aufgrund des durch die Geometrie zur Verfügung gestellten
Materials. Der Aufbau des Instruments ist einfach und kostengünstig
und gestattet eine leichte Bewegung des Instruments.
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In
vorteilhafter Weise ist koaxial zur Außenhülle
mit Faltenbalgstruktur des flexiblen Endabschnitts ein Innenrohr
angeordnet, das mit der Außenhülle über
Längsstege verbunden ist, wobei zwischen Innenrohr, Außenhülle
und Stegen die Kammern zur Druckbeaufschlagung ausgebildet sind.
Diese Anordnung ergibt einen einfachen Aufbau, es kann eine Mehrzahl
von Druckkammern entsprechend den gewünschten Anwendungsgebieten vorgesehen
werden, wodurch die kontrollierte Bewegung des flexiblen Endabschnitts
erreicht wird.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass der Querschnitt der Längsstege des
Endabschnitts in Längsrichtung gesehen, ausgehend vom Innenrohr
zur Außenhülle mit Faltenbalgstruktur, gleichfalls
einer Faltenbalgstruktur folgt. Auf diese Weise ist auch bei den
Längsstegen des Endabschnitts, insbesondere zur Außenhülle
hin gerichtet, genügend Material für die Verformung
und Biegung des Endabschnitts vorhanden, wobei das innere Rohr,
das vorzugsweise über seine Länge glatt ist und
einen konstanten Querschnitt aufweist, elastisch den Bewegungen
des Faltenbalgs nachgehen kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Einführabschnitt
ein im Vergleich zum flexiblen Endabschnitt starres Außenrohr
zur Realisierung der Führungsfunktion des Einführabschnitts
und ein das Innenrohr des Endabschnitts verlängerndes Innenrohr
auf, das mit dem Außenrohr über Längsstege verbunden
ist, wobei zwischen Innenrohr, Außenrohr und Stegen Kammern
zur Durchleitung von Druckfluid gebildet sind, die mit den Druckkammern
des Endabschnitts verbunden sind. Durch diese Ausbildung setzt sich
der einfache Aufbau auch für den Einführabschnitt
des Instruments fort und es ist möglich, den Endabschnitt
und den Einführabschnitt einstückig zu formen,
vorteilhafterweise aus einem Material, wie HPFE, Silikon, Polyurethan
und dergleichen, wobei das Material für die verschiedenen
Abschnitte unterschiedlich gradiert sein kann, d. h. z. B. unterschiedliche
Mischungsverhältnisse oder Zusätze haben kann.
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In
vorteilhafter Weise sind die Kammern des Einführabschnitts
und damit die Kammern des Endabschnitts durch eine Steuer- und Regeleinrichtung selektiv
mit einer Druckfluidquelle verbindbar, wodurch eine gezielte Verformung
in die gewünschte Richtung erreich bar ist. Dabei kann das
System entweder ein gasförmiges oder ein flüssiges
Druckmedium verwenden, so dass es möglich ist, das Instrument
an den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen und für den jeweiligen
Einsatz das optimale Fluid auszuwählen. Weiterhin ist es
möglich, das Instrument für verschiedene Größenverhältnisse
anzupassen. Als Gas im medizinischen Einsatz ist vorteilhafterweise
Kohlendioxid vorgesehen, als flüssiges Medium im medizinischen
Einsatz kann eine Natriumchlorid-Lösung verwendet werden.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass an dem Einführabschnitt oder dem
Endabschnitt ein Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdrucks angeordnet
ist und dass in den einzelnen Kammern des Endabschnitts oder des
Einführabschnitts jeweils ein Drucksensor zur Erfassung
des Kammerinnendrucks angeordnet ist. Durch Erfassung des Umgebungsdrucks
kann die Steuer- und Regeleinrichtung den notwendigen Innendruck
der Kammern an den Umgebungsdruck des Instruments, beispielsweise
an den Druck einer Blutbahn, anpassen und durch die Aufnahme des
Kammerinnendrucks ist eine präzise Regelung desselben zur
gezielten Verformung des Endabschnitts des Instruments möglich.
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Der
Einführabschnitt des Instruments ist vorteilhafterweise
mit einem Handhabungsteil für eine manuelle Steuerung der
Bewegung des Einführabschnitts verbunden, wobei zusätzlich
an dem Handhabungsteil oder einem getrennten Bedienteil Bedienelemente
zur Steuerung der Bewegung bzw. der Verformung des Endabschnitts
vorgesehen sind, die mit der Steuer- und Regeleinrichtung verbunden sind. Über
die Bedienelemente sind die Bewegungsbefehle des Endabschnitts an
die Steuereinrichtung lieferbar, die diese in entsprechende Druckinformationen
für die Kammern umsetzt.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass im Bereich des freien Endes des Endabschnitts
ein Lagesensor, beispielsweise ein Sensor mit einer seismischen Masse
vorgesehen ist, der Informationen an die Steuer- und Regeleinrichtung
liefert, die den Bezug auf das Koordinatensystem der Bedienelemente
berechnet. Durch diese Lageinformation ist es möglich, die
Bewegung des flexiblen Endabschnitts zweidimensional durch Röntgengeräte
zu überwachen, was gestattet, die Bewegung des Endabschnitts
stets an das angezeigte zweidimensionale Bild anzupassen. Die Steuerung
des Instruments ist, wie ausgeführt, durch die Bedienelemente
realisierbar, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung die von der
Bedienperson eingegebenen Befehle in Bewegungen des Endabschnitts
des Instruments umsetzt.
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In
einem Ausführungsbeispiel ist der Einführabschnitt
mit einem Anschluss zur Durchleitung von Stoffen, wie Kontrastmittel
oder Medikamente durch das Innenrohr versehen. Neben der Durchleitung
von solchen Stoffen kann der durch das Innenrohr vorgegebene Kanal
auch zur Durchführung von bildgebenden Vorrichtungen, Greifern
oder anderen Komponenten verwendbar sein. Damit sind Diagnose, Inspektion
oder Aktionen durch das Instrument hindurch möglich.
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Selbstverständlich
können zusätzliche Kanäle oder Röhren
für die gleichzeitige Durchführung von Sichtgeräten
und Aktoren eingesetzt werden.
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Unterschiedliche
Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Instruments
sind denkbar. Vorrangig ist die Verwendung in der Medizintechnik
für die Diagnose und Behandlung sowohl in Gas gefüllten
(z. B. Lunge und Bauchraum) als auch in flüssigkeitsgefüllten
Räumen des Körpers (wie Gelenke oder Blutbahnen)
möglich. Weiterhin können Instrumente dieser Art
in allen Anwendungen eingesetzt werden, in denen schwer oder nicht
zugängliche Räume inspiziert werden oder Aktionen
ausgeführt werden sollen. Ein Beispiel ist die Inspektion
von Turbinenschaufel-Hohlräumen bzw. die Entfernung von
Graten von Bohrungen in Turbinenschaufel-Hohlräumen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Instruments,
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2 eine
perspektivische Ansicht des flexiblen Endabschnitts des erfindungsgemäßen
Instruments,
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3 eine
Schnittansicht entsprechend den Schnittlinien A-A in 2,
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4 eine
Detailansicht B aus 3,
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5 eine
Aufsicht auf den Endabschnitt, und
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6 einen
Schnitt gemäß der Schnittlinie I-I in 5.
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Das
in 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße
Instrument, das beispielsweise als Endoskop ausgebildet ist, weist
ein schlauchförmiges Teil 1 und eine Ansteuereinheit 2 auf.
Der schlauchförmige Teil 1 ist so aufgebaut, dass
sich an einen relativ starren Einführabschnitt 3 ein
hochflexibler Endabschnitt 4 anschließt, der gezielt
bewegt werden kann. Relativ starr bedeutet, dass der Einführabschnitt
in der Lage ist, sich Umgebungsbedingungen, wie z. B. intrakorporalen
Gegebenheiten (z. B. in Blutbahnen) anzupassen, ohne durch die Funktion
des flexiblen Endabschnitts 4 beeinträchtigt zu werden.
Der innere Aufbau des am Ende des schlauchförmigen Teils 1 befindlichen
Endabschnitts 4 (wie später genauer erläutert
wird) weist eine Anordnung aus mehreren, beispielsweise drei oder
vier einzeln ansteuerbaren Druckkammern 5 auf. Der starre
Endabschnitt 3 dient neben dem Erreichen der Einsatzzone
der Durchleitung des Drucks bzw. des Druckfluids in den Endabschnitt 4 und
hat gleichzeitig eine Führungsfunktion, beispielsweise
im Sinne eines Führungsdrahtes. Durch gezielte Beaufschlagung
der Kammern 5 mit Über- oder Unterdruck wird der
flexible Endabschnitt 4 in eine beliebige Richtung bewegt.
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Der
schlauchförmige Teil 1 ist mit einem schematisch
angedeuteten Handhabungsteil verbunden, das der Bedienperson ermöglicht,
den Vorschub bzw. die Änderung der Eindringtiefe durch
Schieben bzw. Ziehen zu steuern. Weiterhin sind Bedienelemente 7 vorgesehen,
die an dem Handhabungsteil 6 angeordnet sein können,
jedoch auch getrennt von diesem vorgesehen sein können.
Eine Ausbildung der Bedienelemente 7 ist beispielsweise
ein Joy-Stick. Die Bedienelemente 7 sind über
eine elektrische Leitung mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 8 verbunden,
die insgesamt die Steuerung und Regelung der Funktion des Instruments übernimmt. Weiterhin
ist eine Druckfluidquelle 9 über schematisch mit 10 angedeutete
Ventile mit dem schlauchförmigen Teil bzw. dem flexiblen
Endabschnitt verbunden, wobei die Steuereinrichtung 8 die
Zufuhr des Druckfluids aus der Quelle über die Ventile 10 zu den einzelnen
Druckkammern 5 steuert bzw. regelt.
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An
dem Einführabschnitt 3 ist ein Drucksensor 11 zur
Erfassung des Umgebungsdrucks vorgesehen und innerhalb der Druckkammern 5 bzw.
der Zuführungen zu den Druckkammern über den Einführabschnitt 3 sind
für jede Druckkammer Drucksensoren 12 zur Erfassung
des jeweiligen Innendrucks angeordnet (hier nur schematisch durch
einen Drucksensor dargestellt). Schließlich ist ein Lagesensor 13 in
den flexiblen Endabschnitt 4, vorzugsweise an seinem Ende
integriert. Die Sensoren liefern ihre Signale über die
schematisch angedeutete Leitung 14 an die Steuer- und Regeleinrichtung 8.
Schließlich ist an dem Einführabschnitt 3 noch
ein Zufuhranschluss 15 für Kontrastmittel oder
Medikamente oder dergleichen, die von der Zuführung in
einen Längskanal in dem schlauchförmigen Teil
(wie später beschrieben) geleitet werden.
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In
den 2 bis 6 ist der flexible Endabschnitt 4 genauer
dargestellt. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, hat der Endabschnitt 4 eine
Faltenbalgstruktur, die es ermöglicht, dass ausreichend Material
für die Verformung zur Verfügung steht, so dass
im Sinne des vorgenannten Standes der Technik keine elastische Verformung
des Materials des Endabschnitts 4 auftritt. Wie insbesondere
auch aus 5 hervorgeht, sind drei Druckkammern 5 vorgesehen,
die am freien Ende des Endabschlusses 4 nach außen
hin geschlossen sind und die im vorliegenden Fall von der Außenhülle 16 in
Faltenbalgstruktur, durch ein koaxial zur Längsachse des Endabschnitts 4 angeordnetes
Innenrohr 17 sowie durch zwischen Innenrohr 17 und
Außenhülle 16 angeordneten Längsstegen 18 begrenzt
werden.
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Der
relativ starre Endabschnitt 3 weist in dem be schriebenen
Ausführungsbeispiel einen korrespondierenden Aufbau auf,
d. h. er umfasst ein glattes Außenrohr 19, ein
dem Innenrohr 17 des Endabschnitts 4 entsprechendes
Innenrohr und Längsstege, die sich jeweils in die Außenhülle 16,
das Innenrohr 17 und die Stege 18 des Endabschnitts 4 verlängern.
Dabei kann der gesamte schlauchförmige Teil einstückig
in einem einzigen Form- bzw. Blasverfahren hergestellt sein. Selbstverständlich
kann der Einführabschnitt 3 auch anders aufgebaut
sein, beispielsweise können Druckleitungen zu den Druckkammern 5 geführt
sein, wesentlich ist, dass die Druckkammern 5 dann zu den
Druckleitungen abgedichtet sind.
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Wie
aus den Schnitten nach 3, 4 gemäße
der Schnittlinie A-A der 2 und dem Schnitt der 6 entsprechend
der Schnittlinie I-I der 5 hervorgeht, folgen die Längsstege 18 der
Faltenbalgstruktur der Außenhülle 16 dahingehend, dass
die Stege 18 gerade an das Innenrohr 17 ansetzen
und zur Außenhülle 16 sich im Schnitt
dreieckförmig verlängern. Damit können
auch die Innenstege 17 der Bewegung des Faltenbalgs der
Außenhülle 16 folgen und das Innenrohr 17 geht
elastisch den Bewegungen des Faltenbalgs nach. Beim Gebrauch des
Instruments, beispielsweise als Katheter, wird der schlauchförmige
Teil 1 von der Bedienperson über das Handhabungsteil 6 in
die Blutbahn eingeschoben und es wird über den Drucksensor 11 der Umgebungsdruck
erfasst. Abhängig von diesem Umgebungsdruck werden die
Druckwerte des Über- bzw. Unterdrucks des Druckmediums,
das als Gas Kohlendioxid oder als flüssiges Medium eine
Natriumchlorid-Lösung ist, für die gewünschten
Verformungen des flexiblen Endabschnitts bestimmt. Üblicherweise
wird das Instrument zweidimensional durch Röntgengeräte überwacht
und abhängig von der von der Bedienperson ge wünschten
Richtung des flexiblen Endabschnitts betätigt diese die
Bedienelemente 7. Die Steuer-Regeleinrichtung steuert in entsprechender
Weise die Drücke in den Kammern 5, um die kontrollierte
Bewegung des flexiblen Endabschnitts 4 zu erreichen. Der
Lagesensor 13 erfasst die Lage des flexiblen Endabschnitts 4 und
die Steuer- und Regeleinrichtung stellt die Korrelation zwischen
der Lageinformation und dem Koordinatensystem der Bedienelemente
her, wodurch die Bewegungsbefehle der Bedienelemente 7 in
Bewegungen des Instrumentenendes umgesetzt werden. Die Steuer-Regeleinrichtung
ermöglicht somit die Bewegung des flexiblen Endabschnitts 14 stets
an das angezeigte zweidimensionale Bild des eingeführten schlauchförmigen
Teils 1 anzupassen.
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Für
andere Anwendungen können durch den vom Innenrohr 17 und
entsprechend der Verlängerung durch den Einführabschnitt 3 gebildeten
Kanal andere Instrumente, wie Greifer, bildgebende Vorrichtungen
oder andere Komponenten geführt werden.
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Selbstverständlich
sind Abwandlungen der beschriebenen Anordnung, beispielsweise in
Hinblick auf die Ansteuereinheit 2, die Anzahl der Kammern 5,
die Anordnung der Komponenten, möglich. Es kann das zentrale
Innenrohr weggelassen werden, solange entsprechende Druckkammern
zur Verfügung gestellt werden, es können zusätzliche
Röhren, beispielsweise um Sichtgeräte und Aktoren gleichzeitig
hindurchzuführen, hinzugefügt werden, und dergleichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 99/09879 [0003]
- - DE 69827276 T2 [0003]
- - DE 4435644 A1 [0004]