WO1999044489A1

WO1999044489A1 - Schwenkbares teil am distalen ende eines endoskopisch eingesetzten instruments

Info

Publication number: WO1999044489A1
Application number: PCT/EP1999/001230
Authority: WO
Inventors: Bernd Vogel; Harald Fischer; Klaus Brhel; Wilhelm Pfleging; Heino Besser
Original assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 1999-09-10
Anticipated expiration: 2000-09-06

Abstract

Das schwenkbare Teil am distalen Ende eines Endoskops besteht aus einem hochelastischen, gewebeverträglichen Material. Es hat vorgegeben tiefe Einschnitte, deren jeweilige Schnittebenen die Achse schneiden. Durch diese gewiessermassen vielgelenkige Struktur ist eine hohe elastische Beweglichkeit gegeben. Da das Teil aus einem Stück gefertigt ist, gibt es keine verdeckt gegeneinander bewegenden Flächen, die für die Reinigung und Sterilisation problematisch sind. Das bewegliche Teil, aus superelastischem NiTi hergestellt, ist ein leichter, hochfester und doch elastisch schwenkbarer Aufsatz für ein Endoskop.

Description

Schwenkbares Teil am distalen Ende eines endoskopisch eingesetzten Instruments

Die Erfindung betrifft ein Schwenkbares Teil am distalen Ende eines endoskopisch eingesetzten Instruments.

Solche Endoskope erfüllen die Forderung am unmittelbaren Operationsort beweglich zu sein und einen großen Schwenkbereich, einerseits für die Diagnose wie z. B. das Ausleuchten, Absaugen oder Spulen des Operationsgebiets zu haben, oder andrerseits f r Operationsvorgange m die geeignete Position zu kommen.

Technische Losungen für den distalen flexiblen Teil eines Endos- kops gibt es vielfaltige. Auf zwei häufig eingesetzte Prinzipien sei hier hingewiesen:

Ineinandergeschobene, unterschiedlich gekrümmte Hülsen oder ein von einem Metallgeflecht umgebener Kunststoffschlauch bilden den schwenkbaren, distalen Endoskopbereich, wie z. B. aus der PS 197 21 030 bekannt ist.

Vielgelenke haben einen symmetrischen oder einseitigen, ebenen Schwenkbereich, der von der Geometrie und Gelenkelementanzahl festgelegt wird. Ein grundsätzlicher, technisch nicht zu unterdruckender Nachteil ist dabei das Gelenkspiel, das mit zunehmendem Aufwand allenfalls eingeschränkt aber nicht völlig vermieden werden kann. Bei kleinen Gelenkabmessungen, wie sie bei medizinischen Geraten notwendig sind, ist eine hohe Maßgenauigkeit zwingend, die mit hohen Herstellungskosten verbunden ist. Darüber hinaus sind solche aneinander gleitenden Gelenkgeometrien problematisch für die Reinigung und Sterilisierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Endbereich eines Endoskops oder, speziell für die Bauchchirurgie, eines Laparos- kops technisch so zu gestalten, daß bei stillstehendem Endo- skopschaft ein großer Schwenkbereich für das distale Ende be-

1 steht und innerhalb dieses Bereichs das Ende m jeder Position genau festgestellt werden kann. Weiter soll eine möglichst große lichte Weite, das Lumen, zur Durchfuhrung von Instrumenten be^¬ stehen.

Die Aufgabe wird durch ein schwenkbares Teil gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelost. Eine solches Teil ist aus einem gewebevertraglichen, hochelastischen Material, in das bezüglich der Achse aquidistante Einschnitte vorgegebener Tiefe eingebracht sind. Die jeweilige Schnittebene der Einschnitte liegen parallel zueinander und werden von der Rohrachse durchdrungen. Das schwenkbare Teil ist aus hochelastischem Material, so daß es über eine im Lumen verlaufende Zug- und/oder Schiebeeinrichtung m einer Ebene geschwenkt werden kann. Dadurch kann das distale Ende des am Endoskop verankerten Teils eben und symmetrisch nach links und rechts geschwenkt werden.

Die Schnittebenen der Einschnitte werden vorzugsweise senkrecht von der gestreckten Hulsenachse durchdrungen (Anspruch 2) . Die Einschnitte können aber auch so gelegt werden, daß die Rohrachse und die Normale der Ebenen einen spitzen Winkel bilden.

Neben stets gleicher Emschnittiefe (Anspruch3) ist eine Änderung derselben vom proximalen Ende bis zum distalen ebenso möglich (Anspruch 4). Insbesondere wird mit monoton zunehmender Einschnittiefe zum distalen Ende hin (Anspruch 5) erreicht, daß die Schwenkung über die am distalen Ende ansetzende Zug- und/oder Schiebeeinrichtung stets dort beginnt.

Die Form der Einschnitte ist wichtig, insbesondere m den Endbereichen eines Einschnitts (Anspruch 6) . Diese Bereiche sind durch ihre Formung für die stets elastische Schwenkung entschei- dent . Die Geometrie der Einschnitte orientiert sich an der Festigkeit des Hulsenmateπals . An den jeweiligen Einschnittenden sollen a bei maximaler Schwenkung der Hülse noch sicher elastische Verhaltnisse bestehen. Die Einschnitte sind m ihren Endbereichen wegen der dort stärksten Verformung rund ausgenommen. Die durch die Einschnitte gebildeten ringförmigen Stege laufen dort dunner zu und haben in der Mitte ihre größte Breite. Andere Einschnitt- und Stegformen sind auch möglich, solange Zug- und Druckbelastung bei maximaler Schwenkung noch sicher im elastischen Bereich belasten und damit keine Gefahr zur Rißbildung besteht .

Maßgebend für den Schwenkbereich sind die Zahl der Einschnitte, deren Abstand zueinander (Anspruch 7) und, ganz entscheident, die elastischen Materialeigenschaften (Ansprüche 8 bis 10) . Ausgezeichnet geeignetes Material ist die hochfeste und hochelastische, nämlich superelastische NiTi-Legierung (Anspruch 9) , mit der optimal ein großer Schwenkbereich bei wenig Material und hoher Festigkeit erreicht wird.

Technisch einfach und zuverlaßig lost ein Bowdenzug (Anspruch 11) als Zugeinrichtung und bei genügend steifem Zug auch als Schiebeeinrichtung. Da das Endoskop oder Laparoskop aber um seine Schaftachse gedreht werden kann, genügt ein Schwenken durch das Ziehen alleine.

Der Vorteil dieses schwenkbaren Teils besteht darin, daß es ein elastisches, im herkömmlichen Sinne gelenkfreies Bauteil ist, das ein Lumen bildet. Es ist doch wieder wie ein Vielgelenkme- chanismus, dessen „Elementargelenke" aus elastisch auf Zug und Druck beanspruchte jedoch zusammenhangende Materialzonen bestehen, die über den die Rmgzylmder verbindenden Steg in Position gehalten werden, ohne daß irgendwelche Bereiche dieser Zonen aneinander gleiten. Es gibt kein Gelenkspiel und damit irgendwelches hystereseartiges Bewegungsverhalten. Durch die d nnwandige zylindrische Hulsenform besteht im Gegensatz zum klassischen Gelenkmechanismus eine große lichte Weite der Hülse, die lediglich durch die Zug- und/oder Schiebeeinrichtung verringert wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen: Figur 1 die Struktur des schwenkbaren Teils,

Figur 2 den zugrunde liegenden ebenen Blechstreifen mit Einschnittgeometrie,

Figur 3a - c das zusammengeschweißte Teil mit montiertem Bowden- zug und

Figur 4. die Gesamtansicht des Instruments mit distal aufgesetztem, schwenkbaren Teil.

Das Ausfuhrungsbeispiel des schwenkbaren Teils am distalen En- doskopende besteht zunächst aus dem ebenen, rechteckigen, kaltgewalzten, superelastischen NiTi-Blech von 170 - 500 μm Starke, das gemäß der Fig.2 gezeichneten Vorgabe mit einem automati^¬ sierten oder rechnergesteuerten Schneidegerat, einem Laser- strahlschneider, ausgeschnitten wird. Nach bekanntem mehrstufigem Glüh- und Formprozeß wird das ausgeschnittene Blech schritt^¬ weise die Zylmdergeometrie bergeführt. Für diesen Glüh- und Formprozeß werden eigens dafür angefertigte Werkzeuge (Aussenformen und Innenhulse) verwendet. Nachdem die vorgegebene zylindrische Form mit den Einschnitten maßgenau vorliegt, wird sie entlang der durch die beiden Stoßkanten gebildeten Mantel- linie durch Laserstrahlschweißen vollends zum mit Lumen versehenen schwenkbaren Teil zusammengeschweißt.

Es wird anhand von Figur 2 klar, wenn die gleichen Ausschnitte aus dem einst ebenen NiTi-Blech eine gerade Längsachse haben, durchdringt die Achse des fertigen beweglichen Teils die parallelen Schnittebenen senkrecht. Haben die Ausschnitte eine gleichartig gekrümmte Langsachse, dann bildet die Normale der jeweiligen Einschnittebene mit der Achse einen spitzen Winkel.

Fig 3a zeigt das fertige Teil mit dem Maßstab zur Großenorien- tierung. Fig 3b zeigt einen Blick in das Lumen des Teils mit den Fuhrungsosen für den Bowdenzug. Fig 3c zeigt den Bowdenzug, der aus einem steifen Draht besteht, so daß durch Ziehen eine Schwenkrichtung und durch Schieben die entgegengesetzte gewählt werden kann.

Die fertige Struktur zeigt Fig. 1, insbesondere auch die zugrunde liegende Modellierung des Teils über die Methode der fi- niten Elemente, mit der die mechanischen Eigenschaften quantitativ festgelegt werden. Der durch die Einschnittreihe gebildete, verbliebene Steg m axialer Richtung wird in der Zeichenebene von rechts nach links monoton schmaler. Die beiden Enden des jeweiligen Einschnittendes sind rund ausgenommen. Die durch unmittelbar benachbarte Einschnitte gebildeten Schnittstege werden zur Mitte hm breiter. Durch die tiefer werdenden Einschnitte zur linken Zeicheneben h sind die Hebelverhaltnisse und Steiflgkeitseigenschaften des beweglichen Teils so eingerichtet, daß bei Zug oder Schub mit dem Bowdenzug die ebene Schwenkung stets am distalen Ende einsetzt.

Das bewegliche Teil wird an seinem außerhalb der rechten Zeichenebene m Figur 1 liegenden Ende auf das Endoskop oder Lapa- roskop aufgesetzt und verankert. In der Figur 4 ist es ganz links als letztes, gestrecktes Rohrstuck eingezeichnet, das ber die Zug- und/oder Schiebeeinrichtung bedient wird, die nur noch durch den dickeren, nicht ganz bis zur linken Kontur gehenden Strich an der unteren Schaftkonturkante angedeutet ist.

Der Gebrauch des superelastischen Werkstoffs TiNi verschafft den Vorteil, daß der Einbau eines Seilzugs ausreicht, womit weiterhin viel Freiraum im Lumen bestehen bleibt. Das schwenkbare Teil ist vor allem einwandfrei zu reinigen und zu sterilisieren, weil es keine schwer zuganglichen Gelenkbereiche und damit verdeckt gegeneinander sich bewegende Flachen gibt. Die Leichtigkeit des Hulsenwerkstoffs ist ein zusätzlicher Vorteil in Hinblick auf Langzeithandhabung .

Claims

Patentansprüche :

1. Schwenkbares Teil am distalen Ende eines endoskopisch einge^¬ setzten Instruments, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus aquidistant in einem zylindrischen Rohr einge^¬ brachten Einschnitten vorgegebener Tiefe besteht, so daß noch ein parallel zur Rohrachse verlaufender Steg bestehen bleibt, die Einschnittebenen parallel zueinander liegen und von der Rohrachse durchdrungen werden, das Material des Teils hochelastisch ist, am distalen Ende des Teils an der Innenwand gegen ber dem Steg eine im Lumen geführte und zum Bedienteil verlaufende Zug- und/oder Schiebeeinrichtung ansetzt.

2. Schwenkbares Teil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrachse die Einschnittebenen senkrecht durchdringt.

3. Schwenkbares Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emschnittiefe der Einschnitte gleich ist.

4. Schwenkbares Teil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Emschnittiefe vom proximalen zum distalen Bereich ändert.

5. Schwenkbares Teil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emschnittiefe vom proximalen zum distalen Bereich des Teils monoton zunimmt.

6. Schwenkbares Teil nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte an ihren jeweils beiden Endbereichen rund ausgenommen sind, so daß dort beim Manipulieren an der Zug- und/oder Schiebeeinrichtung bis zum gegenseitigen Berühren unmittelbar benachbarter Ringe sicher keine plastische Ver^¬ formung oder ein Riß auftritt.

7. Schwenkbares Teil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl Einschnitte und Stege und die Breite derselben den distalen Schwenkbereich bestimmen.

8. Schwenkbares Teil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus Federstahl ist.

9. Schwenkbares Teil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einer superelastischen NiTi-Legierung ist.

10. Schwenkbares Teil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil aus einem nichtmetallischen Material wie Kohlefaseroder Glasfaserverbundwerkstoff ist.

11. Schwenkbares Teil nach den Ansprüchen 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zug- und/oder Schiebeeinrichtung ein Bowdenzug ist.