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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine fernbedienbare (ferngesteuert
oder manuell) Kanülenführung zum
Einstechen langer Kanülen,
beispielsweise einer Injektionsnadel für die Injektion von Medikamenten,
medizinischen Präparaten
oder Kontrastmitteln oder auch von Instrumenten, in einen Patientenkörper unter
beengten Verhältnissen
gemäß des ersten
Patentanspruchs.
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Die
vorgenannten beengten Verhältnisse
liegen beispielsweise bei interventionellen radiologischen Untersuchungen
oder Eingriffen, beispielsweise im Computertomographen (CT) oder
Magnetresonaztomographen (MRT) vor. Üblicherweise liegt der Patient
dabei auf einer Patientenliege im MRT- oder CT-Kanal, während der
behandelnde Arzt den Eingriff visuell am Bildschirm unter Nutzung
der MRT- oder CT-Daten überwacht
und die Eingriffe von außen
her steuert.
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Eingriffe
der vorgenannten Art dienen beispielsweise der Injektion von Medikamenten,
medizinischen Präparaten
oder Kontrastmitteln unter Verwendung langer Kanülen, die bildgestützt in den
Patienten, d. h. in den beengten Verhältnissen exakt in ein bestimmte
Zielposition eingestochen werden. Gerade Kanülen erleichtern dabei eine
präzise
Positionierung der Kanülenspitze
im Patentenkörper.
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Alternativ
dienen Kanülenführungen
der eingangs genannten Art der Einführung von optischen, elektrischen,
mechanischen oder kryotechnischen Verbindungen (z.B. Kabel, Glasfasern
etc.) in einen Patientenkörper.
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Die
DE 41 13 045 C1 beschreibt
beispielhaft eine Kanülenführung für eine gerade
Kanüle,
die von der distalen Ende her durch eine ebenfalls gerade Kunststoffführung verschiebbar
angeordnet ist.
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Die
genannte Führung
weist bei den vorgenannten beengten Verhältnissen nur einen eingeschränkten Anwendungsbereich
auf. Insbesondere die Kanalwandungen eines MRT oder CT begrenzen den
Raum um den Patienten massiv, sodass längere gerade Kanülen nur
schräg
in einen im Kanal eingeschobenen Patientenkörper eingestochen werden können.
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Die
DE 694 07 964 T2 offenbart
eine Vorrichtung zur arteriellen transintimalen Rekanalisation, welche
dazu geeignet ist, eine flexible Nadel durch eine Gefäßstruktur
eines Patienten zu führen
und daher eine gebogene Führungshülse für die Nadel
aufweist, die den Draht im Patienten in eine bestimmte Richtung
zu lenken. Damit verbunden ist jedoch ein mögliches Führungsspiel der Nadel in der
Führungshülse, welches
einer exakten Positionierung der Nadelspitze im Patientenkörper entgegenwirkt.
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Die
Aufgabe der Erfindung liegt demnach darin, eine Kanülenführung vorzuschlagen,
welche die vorgenannten Einschränkungen
nicht aufweist, insbesondere aber eine verbesserte und exaktere
Positionierung einer Kanülespitze
im Patientenkörper
ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird mit einer fernsteuerbaren oder manuelle Kanülenführung mit
den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.
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Zur
Lösung
der Aufgabe wird eine Kanülenführung vorgeschlagen,
die mindestens eine Umlenkzwangsführung für die Kanüle umfasst. Mit einer derartigen
Zwangsführung
kann beispielsweise eine lange Kanüle parallel zum Patientenkörper zu
der Einstichstelle positioniert werden und dort in Richtung des
Körpers
in einer vorgegebenen Ausrichtung umgelenkt werden. Dies setzt eine
elastische Kanüle voraus,
welche sich außerhalb
der Zwangsführung
in die gerade Ausgangsform zurückformt.
Als Kanülenmaterialien
eignen sich besonders superelastische Materialien wie z.B. Formgedächtnislegierungen, welche
ohne plastische Verformungen in der Umlenkzwangsführung auch
in kleineren Radien biegbar sind und somit den erforderlichen Platzbedarf
für die Kanülenführung vorteilhaft
weiter reduziert.
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Vorzugsweise
umfasst die Umlenkzwangsführung
mindestens einen an beiden Enden fixierten Führungsschlauch, in dem die
Kanüle
axial verschiebbar geführt
ist. Als Führung schlauch
eignen sich insbesondere biegeweiche Schläuche mit einem formstabilen
Querschnitt mit geringem Reibwiderstand hin zur Kanüle, beispielsweise
Nylonschläuche oder
Bodenzugschläuche
mit einer Spiraldrahtarmierung. Die beiden Enden dienen nicht nur
Positionierung, sondern auch der Ausrichtung der am jeweiligen Ende
den Schlauch verlassenen Kanüle.
Hierzu ist mindestens eines der beiden Enden eines jeden Führungsschlauchs über Verstellvorrichtungen
mit Antrieben (Kolbenantriebe, Stellmotoren etc.) und ggf. einer
separaten Sensorik (Weg- und Winkelsensoren) in ihrer Lage und Ausrichtung
verstellbar zu gestalten.
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Für das Vor-
und Zurückziehen
der Kanüle
in der Umlenkzwangsführung
dient eine Vorschubvorrichtung, vorzugsweise ein Linearantrieb (Stellmotor, Stellkolben
etc.) mit einem Greifer zum Greifen sowie zum Vor- und Zurückfahren
der Kanüle.
Ein möglichst exakt
positioniertes und ausgerichtetes Einstechen der Kanüle in den
Patientenkörper
erzielt man dann, wenn der Angriffspunkt der Vorschubeinrichtung
an der Kanüle
distal zu den Umlenkzwangsführungen direkt
nahe am Einstichpunkt am Patienten positioniert ist und durch diese
nicht beeinflusst wird. Mit dem Greifer ist ein letztes Ausrichten
und Positionieren der Kanüle
vor dem Einstichpunkt außerhalb
des Patientenkörpers
möglich.
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Die
Vorschubeinrichtung arbeitet ähnlich dem
sog. Stickslip-Prinzip. Nach dem Greifen der Kanüle wird diese axial vor- oder
zurückgeschoben
und in der neuen Position losgelassen, wobei sie von der Reibung
in der Kanülenführung und
im Patientenkörper
gehalten wird. Es folgt eine Verschiebung des gelösten Greifers
auf der Kanüle
mit einem erneuten Greifen der Kanüle durch den Greifer an anderer Stelle.
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Alternativ
werden sog. Inch-Worm-Antriebe als Vorschubeinrichtung vorgeschlagen.
Sie bestehen aus zwei wechselweise angreifenden Greifern für die Kanüle mit zwischengeschaltetem
Linearaktor für
die Vorschubbewegung. Dabei kann in einer weiteren Ausführungsform
auch der distalseitige Greifer als Führungsgreifer, abgekoppelt
von dem Antrieb, aber, falls erforderlich, optional mit zusätzlichen
Richtungskorrekturmöglichkeiten
konzipiert sein.
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Als
weitere Alternative bieten sich grundsätzlich auch Reibradantriebe
an, die jedoch einen erhöhten
Abrieb auf der Kanüle
erwarten lassen und damit einen Einsatz für ein Einschieben einer Kanüle in einen
Patientenkörper
erheblich einschränken.
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Alle
genannten Antriebe und Vorschubeinrichtungen sind somit nicht manuell
und damit grundsätzlich
fernsteuerbar.
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Als
medizinisches Gerät
muss die Kanülenführung besonderen
Anforderungen hinsichtlich einer Sterilität genügen. Insbesondere umfasst die
Kanülenführung einen
Sterilbereich für
die Kanüle,
der vorzugsweise von den Umlenkzwangsführungen sowie von dichtend
an diese anschließenden
Sterilschutzschläuchen
umschlossen ist.
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Weitere
Anwendungen der Kanülenführung, wie
des minimalinvasiven Einschiebens beispielsweise von Sonden, Instrumenten,
Elektroden, Kathetern oder Aktoren wie Ultraschallwandlern bedürfen keiner
grundlegend anderen Auslegung der Kanülenführung und werden damit zumindest
als Äquivalente durch
die Erfindung mit abgedeckt.
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels
mit den folgenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
vereinfachte seitliche Ansicht des Ausführungsbeispiels sowie
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2 eine
Kanüle
mit Einwegkomponenten des Ausführungsbeispiels.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel besteht im Wesentlichen
aus einem Führungsschlauch 1 für die Umlenkung
einer elastischen Kanüle 2 hin
zum Patentenkörper 3.
Die Vorschubeinrichtung 4, gestaltet als Inch-Worm-Antrieb,
greift die Kanüle 2 mit
einem pneumatischen Führungsgreifer 5 und
einem ebenfalls pneumatischen Greifer 6 wechselseitig und
distal zum Führungsschlauch 1 möglichst
nahe am Patientenkörper 3 an,
wodurch der Einfluss durch mögliche
Nachgiebigkeiten oder Reibungseffekte in der Kanülenführung auf die Positioniergenauigkeit
bis auf ein Minimum eliminierbar ist. Die Vorschubeinrichtung in 1 umfasst
ferner einen beidseitig bidirektionalen Pneumatikzylinder als Linearaktor 7,
wobei der feste Führungsgreifer 5 mit
dem Zylinder und der bewegliche Greifer 6 mit dem Kolben
verbunden ist. Die pneumatische Vorschubeinrichtung kommt ohne magnetische
oder elektrisch leitfähige
Bauteile aus, womit diese für
einen Einsatz im MRT bzw. CT besonders prädestiniert ist.
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Bei
einer Vorschubbewegung wird zunächst die
Kanüle
vom Führungsgreifer 5 oder
allein durch die Reibung in der Vorrichtung festgehalten, während der
Greifer 6 seine Greifposition anfährt. Es folgt ein Greifen der
Kanüle
durch den Greifer 6 und ein Lösen des Führungsgreifers 5 mit
anschließenden
Verfahren der Kanüle über den
Greifer 6 mit dem Linearatrieb 7 in eine gewünschte Richtung
oder Position. Bei der Vorschubbewegung dienen dabei Führungsgreifer 5 und
Klemmstück 12 in
vorteilhafter Weise als mechanische Sicherheitsbegrenzungen für den Führungsgreifer 5.
Ist eine Position erreicht, kann über ein Lösen und erneutes Positionieren
des Greifers 6 auf der Kanüle eine weitere Vorschubbewegung über ein
Wiederholen der vorgenannten Schritte eingeleitet werden.
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Die
Kanüle
besteht vorzugsweise aus einer superelastischen Legierung, beispielsweise
einer Ni-Ti-Legierung mit den bekannten mechanischen und biokompatiblen
Eigenschaften.
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In 1 sind
ferner ein Wegmesssystem 8 für den Vorschub der Kanüle 2 sowie
ein Positionsmesssystem 9 für den Linearaktor 7 als
Teile der Sensorik dargestellt. Das Positionsmesssystem 9 umfasst
zwei Wegaufnehmer für
die Erfassung der Position des Greifers 6. Die Übertragung
von den Greifern zum Positionsmesssystem erfolgt über Seilzüge 11 mit
Umlenkrolle 10.
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In 1 nicht
dargestellt ist beispielsweise ein Trägerelement, welches als Chassis
und/oder Gehäuse
für die
dargestellten Komponenten dient.
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Der
Führungsschlauch 1 endet
an beiden Seiten mit je einem Klemmstück 12 und 13,
welche über
nicht dargestellte Fixierungen mit dem Trägerelement verbunden sind.
Insbesondere das distalseitge Klemmstück 12 ist über die
Fixierung in einer bevorzugten Ausführungsform über eigene Verstellvorrichtungen
(Antriebe, Pneumatikzylinder, Bowdenzüge etc.) gemeinsam mit der
Vorschubeinrichtung 4 in mindestens einem der sechs Freiheitsgrade
(3× lateral,
3× rotatorisch)
ausricht- und positionierbar. Bezüglich einer ggf. erforderlichen
MRT- bzw. CT-Tauglichkeit dieser Verstellvorrichtung sowie der hierfür erforderlichen
zusätzlichen
Sensorik gilt das zu der Vorschubeinrichtung 4 entsprechend
genannte (keine elektrisch leitfähigen
oder magnetisierbaren Materialien, benötigt oder erzeugt kein elektrisches
oder magnetisches Feld).
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Die
Kanülenführung in 1 zeigt
zudem mehrere Sterilschutzschläuche 14 (dünnwandige Kunststoffschläuche), welche
gemeinsam mit dem Führungsschlauch 1 einen
Sterilbereich für
die Kanüle 2 bilden.
Im Ausführungsbeispiel überbrückt je ein Sterilschutzschlauch
den Zwischenraum zwischen den beiden Greifern 5 und 6,
dem Greifer 6 und dem Klemmstück 12 sowie dem Klemmstück 13 und
dem Luer-Lock-Ansatz 15 am
proximalen Ende der Kanüle 2.
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Es
bietet sich an, alle Komponenten, die den Sterilbereich umschließen, gemeinsam
mit der Kanüle 2,
den Klemmstücken 12 und 13 sowie
den zwei Adapterstücken 16 und 17 für die beiden
Greifer 5 und 6 als zusammenhängende Baugruppe als Einwegkomponenten
zu konzipieren. 2 zeigt beispielhaft diese Baugruppe
in einer Sterilverpackung 18 aus zwei miteinander verschweißbaren Kunststofffolien,
wobei die distalseitige Kanülenspitze durch
eine Schutzkappe 19 geschützt ist.
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Für eine Verwendung
wird die vorgenannte sterile Baugruppe (Einwegkomponenten mit Kanüle und Sterilbereich)
aus der Sterilverpackung entnommen und je nach Anwendung präpariert,
z.B. an eine Medikamentendosierung angeschlossen oder als Führungsrohr
für Laserlichtleiter,
Kryoleitungen etc. vorbereitet. Erst anschließend wird die Baugruppe in die
Vorrichtung (zweite, nicht sterile Baugruppe) eingesetzt, wobei
erst mit dem Zusammenfügen
der sterilen und nicht sterilen Baugruppe die Kanülenführung entsteht.
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Aus
medizinischer Sicht ist es für
den Patienten angenehmer, vor einem maschinellen fernbedienbaren
Einstechen an der Einstichstelle einen Kontakt durch leichtes Andrücken (im
Kraftbereich zwischen 10 und 20 N) einer weichen und sterilen Patientenauflage 20 (angedeutet
in 1) zu spüren. Die
Patientenauflage des Ausführungsbeispiels
umfasst einen kegelförmigen
komprimierbaren Kegel mit einem Kern aus Schaumstoff, welcher sicherstellt,
dass der Bereich um die anvisierte Einstichstelle flächig kontaktiert
wird und die von der Kanüle
zu durchstechenden Gewebeschichten des Patientenkörpers nicht
gegeneinander verrutscht werden. Nicht in 1 dargestellt
ist ein mitti ger kegelförmiger
Durchbruch für
die Kanüle
in der Mitte der Patientenauflage.
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- 1
- Führungsschlauch
- 2
- Kanüle
- 3
- Patientenkörper
- 4
- Vorschubeinrichtung
- 5
- Führungsgreifer
- 6
- Greifer
- 7
- Linearaktor
- 8
- Wegmesssystem
- 9
- Positionsmesssystem
- 10
- Umlenkrolle
- 11
- Seilzüge
- 12
- Klemmstück
- 13
- Klemmstück
- 14
- Sterilschutzschlauch
- 15
- Luer-Lock-Ansatz
- 16
- Adapterstück für unteren
Greifer
- 17
- Adapterstück für oberen
Greifer
- 18
- Sterilverpackung
- 19
- Schutzkappe
- 20
- Patientenauflage