DE102012110143A1

DE102012110143A1 - Medizinisches Instrument mit Wärmeabführung

Info

Publication number: DE102012110143A1
Application number: DE201210110143
Authority: DE
Inventors: Hans-Peter Eisele; Peter Schwarz
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2012-10-24
Filing date: 2012-10-24
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Ein medizinisches Instrument (10) weist in dessen Innerem ein wärmeabgebendes Bauteil (14, 74) auf. Ein Schaft (12) ist in seinem proximalen Endbereich (37) an seiner Außenseite (46) von einem wärmeabführenden Element (38) umgeben. Dieses ist wiederum von einem hülsenartigen umfänglich geschlossenen Griffteil (50) umgeben, dessen Innenseite wärmereflektierend (54) ausgebildet ist. Das wärmeabführende Element (38) ist beidseitig offen, so dass Kühlluft (64) in axialer Richtung des Griffteiles (50) durch das wärmeabführende Element (38) strömbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument in dessen Innerem ein wärmeabgebendes Bauteil aufgenommen ist.
Bei zahlreichen medizinischen Instrumenten, insbesondere im Endoskopbau, wurde ursprünglich darauf geachtet, keine wärmeabgebenden Bauteile im Inneren des Instrumentes aufzunehmen, um eine unerwünschte Erwärmung zu vermeiden. Daher wurde bspw. bei Endoskopen oder auch bei Exoskopen das notwendige Beleuchtungslicht an abseits liegenden Lichtquellen erzeugt und dann das Licht über Lichtleiter an das distale abstrahlende Ende des Instrumentes geführt. Durch die Miniaturisierung von Bauelementen, bspw. von Lichtquellen in Form von LED's oder von Bildaufnahmereinheiten, ist es möglich geworden, diese Bauteile im Inneren eines medizinischen Instrumentes bspw. in einem Endoskop anzuordnen. Damit ist das Problem verbunden, dass sich ein solches Instrument während des Einsatzes aufgrund des wärmeabgebenden Bauteils nach und nach erwärmt.
Da medizinische Instrumente in lebenden Körpern eingesetzt werden können und die Körpertemperatur eines Menschen im Bereich von 37°C liegt, muss vermieden werden, dass sich das Instrument so aufwärmt, dass dadurch Beeinträchtigungen am Patienten zu befürchten sind.
Daher muss die Wärme vom medizinischen Instrument irgendwie abgeführt werden. Dazu bieten sich die außerhalb des Patienten liegenden Abschnitte des Instrumentes an, so dass über diese außerhalb des Körpers liegende Teile die Wärme abgeführt wird.
Problematisch ist dabei, dass diese Bauteile meist von dem Operateur von einer Hand ergriffen werden, um den chirurgischen Eingriff durchzuführen.
Somit besteht das Problem, insbesondere bei lang dauernden Eingriffen, dass der Bereich, der von der Hand ergriffen wird, so heiß wird, dass der Operateur das Instrument nicht mehr länger in der Hand halten kann.
Aus der US 5 457 611 A1 ist ein medizinisches Instrument bekannt, das in seinem Griffteil eine hochintensive Lichtquelle enthält, die erhebliche Wärmemengen abgibt. Das Griffteil wird so ausgestaltet, dass es diese Wärmequelle in einem gewissen Abstand umgibt und dass das Griffteil in dem Bereich, in dem es von der Hand ergriffen wird, zahlreiche Öffnungen zur Außenseite hin aufweist, über die die Wärme austreten kann.
Da der Operateur aber gerade hier das Instrument ergreift, besteht die Gefahr, dass bei starker Wärmeentwicklung das Instrument nicht mehr in der Hand gehalten werden kann.
Aus der DE 10 2009 042 230 A1 ist ein medizinisches Instrument bekannt, dessen Handhabe ein wärmeabgebendes Innenteil aufweist, das innerhalb der Handhabe angeordnet ist. Dabei ist die Handhabe als Handgriff ausgebildet, welche vom Innenteil beabstandet ist und welche Durchbrechungen aufweist, die zur Abfuhr der vom Innenteil abgegebenen Wärme ausgebildet sind. Dabei ist der Handgriff als eine Art Drahtkorb ausgebildet, um möglichst große Öffnungen zur Abfuhr der Wärme zu schaffen. Hier besteht zum einen das Problem, dass ein solcher korbartiger Griff kein Bauteil darstellt, das ergonomisch von einer Hand erfasst werden kann. Ferner ist ein solcher Drahtkorb schwierig zu reinigen, zu desinfizieren und zu sterilisieren, da er zahlreiche Bakteriennischen zeigt.
Aus der DE 10 2001 024 003 A1 ist ein Endoskop bekannt, in dessen Schaft, und zwar in dessen distalem Bereich, eine wärmeabgebende Lichtquelle angeordnet ist. Die im distalen Endbereich erzeugte Wärme wird durch ein Wärmerohr in Form einer Heatpipe nach proximal geführt und dort von einem Wärmesenkekörper aufgenommen. Die Wärme wird von dem Wärmesenkekörper entweder direkt oder über das Gehäuse abgegeben, das den Wärmesenkekörper aufnimmt. Diese Bauelemente sind meist metallische Baukörper und erhöhen erheblich das Gewicht des Instrumentes.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein medizinisches Instrument mit einem wärmeabgebenden Bauteil dahingehend weiterzuentwickeln, dass erhebliche Wärmemengen abgeführt werden können, ohne die Dimensionen und insbesondere das Gewicht des Handgriffes zu vergrößern. Ferner soll das Instrument einfach zu reinigen, zu desinfizieren und zu sterilisieren sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem medizinischen Instrument, in dessen Inneren ein wärmeabgebendes Bauteil aufgenommen ist, dadurch gelöst, dass ein Schaft vorgesehen ist, dessen proximaler Endbereich an dessen Außenseite von einem wärmeabführenden Element umgeben ist, das wiederum von einem hülsenartigen umfänglich geschlossenen Griffteil umgeben ist, dessen Innenseite wärmereflektierend ausgebildet ist, und dass das wärmeableitende Element an beiden Enden offen ist, so dass Kühlluft in axialer Richtung des Griffteiles durch das wärmeableitende Element strömbar ist.
Dadurch dass das wärmeabführende Element vorhanden ist, kann gezielt über dieses Bauelement die Wärme abgeführt werden. Da dieses wärmeabführende Element ein Bauteil des Griffes ist, liegt es außerhalb des Patienten. Dadurch dass es mit dem Schaft verbunden ist, kann ganz gezielt ein Wärmegradient erzeugt werden, der dafür sorgt, dass das medizinische Instrument im distalen Schaftbereich, in dem es üblicherweise mit dem Körper des Patienten in Berührung stand, als ”kalter” Abschnitt ausgebildet ist. Die Wärme des wärmeabgebenden Bauteils wird gezielt zu dem wärmeabführenden Element am proximalen Endbereich des Schaftes geführt, dort ist also der ”warme oder heiße” Bereich. Der Schaft als solcher kann starr oder flexibel sein. Der Schaft kann mittig im Griffteil angeordnet sein, es ist aber auch eine außermittige Anordnung vorgesehen. So können im Griffteil auch andere Bauelemente, wie elektronische Steuerelemente angeordnet sein und das wärmeabführende Element kann neben dem Schaft angeordnet sein, ohne diesen vollständig zu umrunden. Die Längsachse des Griffteiles kann sich in Richtung der Längsachse des Schaftes oder auch quer dazu erstrecken. Das Griffteil kann auch als ein seitlich am proximalen Ende des Schaftes pistolengriffartig vorstehender Teil sein. Schaft und Griffteil können auch relativ zueinander verdrehbar sein.
Das Griffteil ist hülsenartig und umfänglich geschlossen ausgebildet, umgreift somit das wärmeabführende Element vollumfänglich. Dadurch dass das Griffteil an seiner Innenseite wärmereflektierend ausgebildet ist, kann ausgeschlossen werden, dass auch bei Wärmestaus oder übermäßiger Wärmeentwicklung sich die Außenseite des Griffteiles, die vom Operateur ergriffen wird, unerwünscht stark erwärmt.
Die Wärme wird über das beidseitig offene Element abgeführt. Dadurch dass die Wärme gezielt diesem wärmeabführenden Element im Inneren des Griffteiles zugeführt wird, kann sich dieses erheblich erwärmen und Temperaturen bis bspw. 70°C einnehmen. Aufgrund des großen Temperaturunterschiedes zur Umgebungstemperatur entwickelt sich eine intensive Konvektion. Dadurch kann eine hohe Kühleffektivität mittels der Umgebungsluft erreicht werden. Dadurch dass das Griffteil umfänglich geschlossen ist und dessen Innenseite wärmereflektierend ausgebildet ist, ist ausgeschlossen, dass sich die Außenseite des Griffteiles übermäßig erwärmt.
Dadurch dass das wärmeabführende Element an beiden Enden offen ist, kann über diese Stellen die Wärme aus dem Instrument abgeführt werden, z. B. Umgebungsluft an einem Ende eingesaugt und am anderen Ende ausgeblasen werden. Durch die relativ hohen Temperaturunterschiede kann eine Art Kamineffekt erzielt werden, um eine intensive Zirkulation von Kühlluft in axialer Richtung durch das Innere des Griffteiles zu bewirken. Wird bspw. die erwärmte Luft am proximalen Ende des Griffteiles abgeführt, beeinträchtigt dies die Handhabung durch den Operateur deswegen nicht, da diese Stelle ohnehin durch Kabel, Leitungen oder dergleichen belegt ist, die entweder zur elektrischen Versorgung oder zum Versorgen des Schaftes mit Medien wie Spülflüssigkeiten oder dergleichen dienen. Das wärmeabführende Element ist dazu da, um die vom Inneren des medizinischen Instrumentes kommende Wärme an die durchströmende Kühlluft abzugeben, so dass das kein ausladendes oder schweres Bauteil sein muss, das das Gewicht im Bereich des Griffteils unnötig erhöhen würde.
Das äußere umfänglich geschlossene hülsenartige Griffteil kann so ausgebildet sein, dass es einfach über das wärmeabführende Element geschoben oder gesteckt wird. Zum Reinigen kann dann das hülsenartige Griffteil schlicht und einfach abgenommen, bspw. abgezogen werden, so dass dann die weiter innenliegenden Bauteile einem Reinigungsvorgang einfach zugänglich sind.
Dazu ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die drei Komponenten, nämlich Schaft, wärmeabführendes Element und Griffteil als separate Bauteile ausgebildet sind, wobei das wärmeabführende Element passend auf das proximale Ende des Schaftes montierbar ist und das Griffteil passend auf das wärmeableitende Element aufschiebar ist. Dadurch kann eine Materialauswahl getroffen werden, die jeweils für die einzelne Komponente günstig ist und die die entsprechenden Reinigungs- und Autoklaviervorgänge ermöglichen. So kann bspw. der Schaft als zur Außenseite allseitig hermetisch abgeschlossene metallische Komponente ausgebildet sein, von der allenfalls Versorgungsleitungen oder elektrische Kabel abstehen müssen. Das wärmeableitende Element ist dann passend auf das proximale Ende des Schaftes montierbar, so dass geeignete Materialien und Geometrien geschaffen werden können, die eine optimale Wärmeabfuhr fördern.
Dabei können Schaft und wärmeabführendes Element als eine kompakte in sich abgeschlossene und vorfabrizierte Baueinheit ausgestaltet werden, oder diese beiden Elemente können als lösbare bzw. zusammensetzbare Bauteile ausgeführt sein. Das kann bspw. über eine Schraubverbindung, über eine Clipsverbindung, oder über eine reibschlüssige Verbindung erfolgen. Je nachdem, ob schon der Schaft als in sich abgeschlossene Komponente ausgebildet ist oder nicht, kann das wärmeabführende Element am distalen Ende offen sein, oder dort abgeschlossen sein, wobei dann Möglichkeiten vorgesehen sein müssen, um allfällige Versorgungskabel oder Leitungen durchzuführen. Auf diesen Zusammenbau kann nun das äußere hülsenartige Griffteil aufgeschoben werden, wobei dies ebenfalls durch Reibschluss erfolgen kann. Zur Fixierung können dann Fixierschrauben oder andere übliche Mittel wie Rasten oder dergleichen dienen.
Das eröffnet die Möglichkeit eines einfachen Reinigens dadurch, dass nach einem Einsatz das äußere hülsenartige Griffteil schlicht und einfach abgezogen wird und dann das wärmeabführende Element für einen Reinigungsvorgang freiliegt. Gegebenenfalls kann das hülsenartige Griffteil als Einwegteil ausgebildet sein und nach einmaligem Gebrauch verworfen werden. In dem Fall, in dem auch das wärmeabführende Element als lösbares Bauteil ausgebildet ist, kann dieses ebenfalls vom Schaft abgenommen und ggf. verworfen werden. Dann braucht nur noch der Schaft aus solchen Materialien hergestellt werden, die Autoklaviervorgängen unterworfen werden können, bspw. metallische Materialien.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung überragt das Griffteil das wärmeabführende Element proximal und distal.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass durch diese axiale Überragung ein Schutz dahingehend geschaffen wird, dass eine Person, die das Griffteil umfasst hat, nicht mit dem weiter innenliegenden ”heißen” wärmeabführenden Element in Berührung treten kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Griffteil als Griffhülse ausgebildet, deren Innenseite mit einer wärmereflektierenden Beschichtung versehen ist.
Diese Maßnahme hat mehrere Vorteile. Die äußere Griffhülse kann als besonders ergonomisch ergreifbares Gebilde, bspw. mit entsprechenden Fingermulden oder Rippen hergestellt werden. Dabei können gängige Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. Durch das Vorsehen einer wärmereflektierenden Beschichtung an der Innenseite wird sichergestellt, dass sich die Außenseite des Griffteiles nicht unerwünscht erwärmt. Wenn entsprechende Materialien kostengünstig vorhanden sind, kann das ganze Griffteil aus einem Material hergestellt werden, das an der Innenseite des Griffteiles wärmereflektierende Eigenschaften aufweist. Wenn das nicht der Fall ist, wird in der Griffhülse eine entsprechende wärmereflektierende Beschichtung, verbaut bspw. aus einem entsprechenden Kunststoffmaterial, mit einer glänzenden ggf. weißen wärmereflektierenden Oberfläche. Hier können bspw. auch Keramikinlets oder dergleichen eingesetzt werden. Je nach Hochwertigkeit der Materialien, kann dann das Griffteil als wiederverwendbares Griffteil oder als Wegwerfteil nach einmaligem Gebrauch ausgebildet sein. Das hängt auch davon ab, wie das medizinische Instrument ausgestattet ist. Ist es ein Instrument, das nur kurzzeitig eingesetzt wird und nur kurze Wärmespitzen zu erwarten sind, bspw. bei einem Koagulationsvorgang oder dergleichen, können relativ einfache und kostengünstige Griffteile zur Verfügung gestellt werden. Sind im Inneren des Schaftes oder im Inneren des Griffteils stark wärmeabgebende Leuchtmittel enthalten und das medizinische Instrument wird bei einem operativen Eingriff eingesetzt, der sich ggf. über mehrere Stunden hin ziehen kann, sind entsprechend Materialien einzusetzen, die über diese lange Dauer eine permanente Wärmeabfuhr gewährleisten, ohne dass sich die Außenseite des Griffteiles auf Temperaturen erwärmt, die für die Handhabungsperson unangenehm oder gar unerträglich sind. Hier besteht eine große Bandbreite an Einsatz- und Konstruktionsmöglichkeiten, je nach Art des medizinischen Instrumentes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Griffteil aus einer äußeren Griffhülse aufgebaut, in die ein Rohr aus wärmereflektierendem Material eingesetzt ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass fertigungstechnisch sehr einfach dem Griffteil diejenigen Eigenschaften verliehen werden können, die für den jeweiligen Einsatz notwendig sind. Dabei kann dann das innere eingesetzte Rohr aus wärmereflektierendem Material, sowohl was die Auswahl der Materialien als auch die Wandstärke betrifft, entsprechend ausgewählt werden, um für den jeweiligen Einsatz optimale Wärmereflektionseigenschaften zu bieten.
Wie bereits zuvor erwähnt, kann der Schaft als hermetisch abgeschlossene Baueinheit ausgebildet sein, von der proximalseitig ein Versorgungskabel abgeführt ist, das durch das wärmeabführende Element hindurchführbar ist. Der Begriff Versorgungskabel ist so zu verstehen, dass, falls im Schaft bspw. eine Bildaufnehmereinheit angeordnet ist, das Versorgungskabel dazu dient, um die in elektrische Signale umgewandelten Bildsignale von der Vorrichtung abzuführen, bspw. zu einem Monitor und dort das Bild visuell darzustellen. Sollen durch den Schaft hindurch ggf. auch Kühl-, oder Spül- oder sonstige Flüssigkeiten hindurchgeführt werden, können diese ebenfalls durch ein solches Versorgungskabel in den Schaft ein- bzw. von dessen proximalem Ende abgeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das äußere Griffteil aus zwei schalenförmigen Teilen, die zu dem hülsenartigen Griffteil zusammensetzbar sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, insbesondere wenn relativ steife Versorgungskabel durchgeführt werden müssen, dass diese nicht durch eine Hülse hindurchgefädelt werden müssen, sondern dass die beiden schalenförmigen Teile einfach an die Außenseite des wärmeabführenden Elementes herangeführt werden, das mit dem Schaft verbunden ist, und dann zu dem hülsenartigen Körper verbunden werden. Dies kann durch entsprechende Montagemerkmale erfüllt werden, so dass bspw. diese beiden Griffschalen zusammengeclipst werden können.
Es ist auch möglich, in diesem Griffteil Betätigungselemente bspw. Bedienknöpfe oder dergleichen zu integrieren, die mit dem Versorgungskabel des Schaftes verbunden werden können, so dass dann über das Griffteil auch entsprechende Manipulationsvorgänge wie Licht an/aus, Spülung ein/aus durchgeführt werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmeabführende Element als Rohrkörper ausgebildet, von dessen Außenseite radiale Kühlrippen vorspringen, längs der die Kühlluft axial strömt.
Diese Maßnahmen haben nun zahlreiche Vorteile. Die grundsätzliche Ausbildung als Rohrkörper eröffnet die Möglichkeit, das wärmeabführende Element einfach auf die Außenseite eines Schaftes zu montieren. Durch die radial vorstehenden Kühlrippen ist ein optimaler Wärmeaustausch mit der zwischen den Kühlrippen axial strömenden Kühlluft möglich.
Das radial äußere Ende der Kühlrippen kann zugleich als Abstütz- bzw. Montagepunkte für die Innenseite des äußeren hülsenartigen Griffteiles dienen. Bei der Montage kann bspw. das hülsenartige Griffteil schlicht und einfach über die jeweils äußeren Kanten der radial vorstehenden Kühlrippen geschoben werden. Zum Reinigen kann das Griffteil wieder abgezogen werden und es kann bspw. mit einer Bürste von der Außenseite her der Zwischenraum den Kühlrippen gereinigt werden. Dabei erstrecken sich die Kühlrippen im einfachsten Fall linear längs der Rohrkörpers. Nach aufgeschobenem Griffteil sind längs verlaufende Kühlkanäle vorhanden, durch die die Kühlluft strömen kann und somit die Wärme von den Kühlrippen abführen kann. Auch hier kann wieder durch die Geometrie, die Anzahl, der Länge der radialen und axialen Erstreckung der Kühlrippen sehr flexibel an die jeweiligen Gegebenheiten des Instrumentes angepasst werden. Ein solcher Rohrkörper mit radial vorstehenden Kühlrippen kann sehr einfach hergestellt werden, bspw. als Spritzguss- oder Extrusionsbauteil. Auch diese Komponente kann als Wegwerfteil ausgebildet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Griffteil eine drehbare Lüfterschaufel angeordnet, die ein Strömen der Kühlluft längs der Kühlrippen fördert.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass durch die Lüfterschaufel nun noch aktiv die Konvektion unterstützt werden kann. Dabei kann die Lüfterschaufel durch einen Motor angetrieben werden. Sollte man während einer Operation, insbesondere bei einer Operation, die aufgrund von Komplikationen sehr lang dauert, feststellen, dass eine ausreichende Wärmeabfuhr rein durch Konvektion nicht auf Dauer sichergestellt werden kann, kann ein Motor aktiviert werden um die Lüfterschaufel zusätzlich oder stärker drehen, so dass eine erhöhte Wärmeabfuhr möglich ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Motor ein im hermetisch abgeschlossenen Schaft angeordneten Stator auf, der über eine Magnetkupplung mit Permanentmagneten an der Lüfterschaufel antreibbar zusammenwirkt.
Eine Lüfterschaufel selbst ist ein einfach und kostengünstig herzustellendes Bauteil, das bspw. aus Kunststoffmaterial hergestellt werden kann. In die Lüfterschaufel sind nun zumindest zwei Permanentmagnete eingesetzt, wobei diese bspw. beim Spritzgießen mit eingegossen werden können.
Wird der im Inneren angeordnete Stator durch Stromfluss aktiviert, kann über berührungslose Maßnahmen, nämlich die Magnetkupplung die Lüfterschaufel angetrieben werden. Diese Variante wird dann einsetzbar sein, wenn der hermetisch abgeschlossene Schaft aus hochwertigen Materialien hergestellt ist, und für zahlreiche Autoklaviervorgänge vorgesehen ist. Die anderen Bauelemente, also sei es das wärmeabführende Element, das Griffteil oder die entsprechende Lüfterschaufel, können dann als kostengünstige Komponenten hergestellt werden und somit als Wegwerfteile für den Einmalgebrauch vorgesehen sein. Ein solches Instrument ist einfach zusammenzusetzen, bspw. indem nur die entsprechenden Bauteile nach und nach auf den Schaft aufgesteckt bzw. aufgeschoben werden und nach dem Einsatz von diesem wieder abgenommen, bspw. abgezogen werden können. Dabei kann die Lüfterschaufel entweder auf das proximale Ende des Schaftes, das proximale Ende des wärmeabführenden Elementes oder gar am proximalen Ende des Griffteiles montiert sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmeabgebende Bauteil im proximalen Endbereich des Schaftes angeordnet.
Dies führt zu relativ kurzen Wärmetransportwegen und vermindert die Gefahr, dass sich der Schaft im distalen Endbereich zu sehr erwärmt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das wärmeabgebende Bauteil im distalen Endbereich des Schaftes angeordnet.
Ist das wärmeabgebende Bauteil bspw. eine Lichtquelle, so ist es im Hinblick auf die Minimierung von Lichtverlusten sinnvoll, diese Lichtquelle direkt am distalen Endbereich des Schaftes anzuordnen. Dadurch entfallen dann konstruktionsaufwändige Maßnahmen, um das Licht an das distale Ende zu führen. Allerdings muss für einen stetigen Wärmetransport von distal nach proximal gesorgt werden.
In einer Ausgestaltung ist dazu vorgesehen, dass der Wärmetransport durch ein im Inneren des Schaftes umgewälzte Flüssigkeit von distal nach proximal transportierbar ist. Diese Flüssigkeit kann Wasser sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wärmetransport durch ein Peltier-Element erfolgt.
Diese an sich bekannte Maßnahme hat den Vorteil, dass durch eine sogenannte Heat-Pipe Wärme aufgrund von Halbleitereffekten von distal nach proximal transportiert werden kann. Da das distale Ende eines Endoskopes die Körpertemperatur nicht erheblich übersteigen sollte, also bspw. nicht mehr als 40°C betragen sollte, wird dafür Sorge getragen, dass der Wert nicht überschritten wird. Dann würde aber keine Temperaturdifferenz am distalen Ende vorherrschen und somit keine Wärmeabfuhr erfolgen. Ein Peltier-Element im proximalen Bereich wird die abzuführende Wärme auf ein höheres Temperaturniveau transferieren, wodurch eine Wärmeabgabe an die Umgebungsluft möglich wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Schaft ein äußeres dünnes Metallrohr auf, das auf ein inneres Versteifungsrohr passend aufschiebbar ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass das äußere Metallrohr eine Außenseite bietet, die den aggressiven Medien beim Aufbereiten hervorragend widersteht. Allerdings besteht die Gefahr, dass bei einem solchen dünnen Metallrohr nicht die ausreichende mechanische Stabilität vorhanden ist. Daher ist vorgesehen ein inneres Versteifungsrohr vorzusehen, das bspw. aus einem sehr kostengünstigen Kunststoffmaterial bestehen kann. Dieser Zusammenbau verleiht dann dem Schaft, insgesamt gesehen, die ausreichende mechanische Stabilität. Da das äußere Metallrohr relativ dünn ist, kann es nicht intensiv zu einem unerwünschten Wärmetransport von proximal nach distal beitragen, wenn die Wärmequelle im proximalen Bereich angeordnet ist. Metalle sind gute Wärmeleiter, so dass nicht ausgeschlossen werden kann, dass nicht nur der gewünschte Wärmeaustausch am proximalen Ende erfolgt, sondern dass auch über einen metallischen Schaft die Möglichkeit besteht, Wärme nach distal zu leiten.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen einsetzbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
1 stark schematisiert, einen Längsschnitt durch ein medizinisches Instrument, nämlich ein Endoskop;
2 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Komponenten des Endoskopes von 1, nämlich Schaft, wärmeableitendes Element und Griffteil;
3 einem der Schnittdarstellung von 1 vergleichbare Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines medizinischen Instrumentes mit zusätzlichen Kühlmöglichkeiten;
4 einen Querschnitt des Schaftes von 3 und
5 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines medizinischen Instrumentes in dessen proximalen Griffteilbereiches.
Ein in den 1 und 2 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel eines medizinischen Instrumentes ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Das Instrument 10 weist einen zentralen lang erstreckten starren Schaft aus metallischem Material auf. Im Inneren des Schaftes 12 ist in dessen distalem Endbereich 18 eine Bildaufnehmereinheit 20 aufgenommen, die als Videomodul 22 ausgebildet ist.
Das Videomodul 22 weist distalseitig ein Fenster 24 auf, über das Licht eintreten kann. Daran schließen sich Linsen 26 ein, die das einfallende Licht auf einen Bildwandler 28 fokussieren. Der Bildwandler 28 wandelt die Lichtsignale in elektrische Signale um. Diese Signale werden über ein Kabel 30 nach distal und vom zentralen Schaft 12 abgeführt.
Im Schaft 12 ist ferner ebenfalls im distalen Endbereich 18 ein wärmeabgebendes Bauteil 14 vorhanden, und zwar in Form einer Reihe von LED's. Diese Leuchtdioden 16 werden ebenfalls über ein hier nicht näher dargestellten elektrisches Kabel stromtechnisch versorgt.
Wie insbesondere aus 2 zu entnehmen, sind die LED's 16 in einem mondsichelförmigen Raum neben dem Videomodul 22 angeordnet.
Diese Leuchtdioden 16 erzeugen Wärme, die vom Instrument 10 abgeführt werden soll, und zwar über dessen proximaler Endbereich.
Das Instrument 10 ist ein Beobachtungsinstrument, nämlich ein Endoskop, bei dem der Schaft im Inneren eines Körpers eines Patienten steckt, in dem Temperaturen von etwa 37°C vorherrschen.
Sind zahlreiche LED's 16 vorhanden und werden diese während eines chirurgischen Eingriffes über längere Zeit betrieben, strahlen diese eine erhebliche Verlustwärmemenge ab, die zu einer starken Erwärmung des Schaftes 12 im distalen Endbereich 18 führt.
Die im distalen Endbereich 18 durch das wärmeabgebende Bauteil 14 erzeugte Wärme, wird zunächst mittels einer Flüssigkeit in einer doppellumigen Leitung 32, in der eine Pumpe 34 angeordnet ist, einer proximalseitigen Umwälzkammer 36 zugeführt.
Im proximalen Endbereich 37 ist der Schaft 12 von einem wärmeabführenden Element 38 umgeben, das insbesondere aus 2 ersichtlich ist.
Das wärmeabführende Element 38 besteht aus einem geradlinigen Rohrkörper 40 von dessen Außenseite radial vorstehende Kühlrippen 42 sich wegerstrecken. Außerdem erstrecken sich die Kühlrippen 42 noch über die gesamte axiale Längserstreckung des Rohrkörpers 40.
Der Innendurchmesser 44 des Rohrkörpers 40 ist so gewählt, dass dieser auf die Außenseite 46 des Schaftes 12 passend aufschiebbar ist.
In 1 ist dargestellt, dass der proximale Endbereich 37 des Schaftes 12 sich über die gesamte Länge des Innenraums und des Rohrkörpers 40 erstreckt.
Auf den Kühlrippen 42 des Rohrkörpers 40 ist ein hülsenartiges Griffteil 50 montiert.
Das Griffteil 50 besteht aus einer geradlinigen hohlen Hülse 52 deren Innendurchmesser 56 so gewählt ist, dass diese gerade über die Kühlrippen 42 schiebbar ist.
Im in 1 dargestellten montierten Zustand ruhen somit die äußeren axial verlaufenden Längskanten 43 der Kühlrippen 42 auf der Innenseite des Rohrkörpers 40.
Aus der Darstellung von 1 ist ersichtlich, dass die axiale Länge 58 des Griffteiles 50 länger ist als die axiale Länge 60 des wärmeabführenden Elementes 38.
In anderen Worten ausgedrückt, ragt das Griffteil 50 in axialer Richtung beidseitig, also sowohl proximalseitig als auch distalseitig, über das wärmeabführende Element 38 hinaus.
Das Griffteil 50 weist eine äußere Hülse 52 auf, die in der vereinfachten Darstellung lediglich als glatter Rohrkörper dargestellt ist.
Falls erwünscht kann die Außenseite die Hülse 52 so ausgeformt sein, dass entsprechende Riffelungen oder Griff- oder Fingermulden vorhanden sind, die das Ergreifen des Instrumentes über die Außenseite des Griffteiles 50 ergonomisch zulassen. Die Hülse 52 ist im Inneren mit einer wärmereflektierenden Beschichtung 54 versehen. Die Beschichtung 54 kann als Rohrstück ausgebildet sein, bspw. aus einem weißen Kunststoffmaterial wie Teflon, PE, Polycarbonat oder auch aus einem Keramikrohr bestehen. In der Darstellung von 1 und 2 ist ersichtlich, dass das Griffteil 50 aus der äußeren Hülse 52 und der inneren Beschichtung 54 aufgebaut ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Griffteil 50 einstückig ausgebaut ist, dann muss das Griffteil aus einem Material hergestellt sein, das innenseitig wärmereflektierende Eigenschaften zeigt. Das kann durch eine entsprechende Oberflächenbearbeitung gefördert werden, z. B. durch Polieren.
In zusammengebautem Zustand wie das in 1 dargestellt ist, ist der Rohrkörper 40 mit den Kühlrippen 42 über die Außenseite des Schaftes 12 geschoben und mit diesem fest verbunden, wobei das bspw. durch eine hier nicht näher dargestellte sich radial erstreckende Feststellschraube folgen kann. Es kann auch durch Aufschieben mit einem engen Sitz die für eine Handhabung unverrückbare Verbindung zwischen dem Schaft 12 und dem wärmeabführenden Element 38 bewerkstelligt werden.
Das wärmeabführende Element 38 selbst kann entweder aus einem metallischen Körper oder aus einem Kunststoffkörper hergestellt sein. Durch die über die Kühlrippen geschobene Hülse 52 des Griffteiles 50 werden zwischen den Kühlrippen 42 und der Innenseite der Hülse 52 entsprechende Strömungskanäle 62 ausgebildet.
Diese Strömungskanäle 62 sind beidseitig, also sowohl proximalseitig als auch distalseitig, offen. Dadurch ist es möglich, dass Kühlluft 64 durch diese Strömungskanäle 62 strömt und dabei Wärme vom wärmeabführenden Element 38 abführt.
Die von den LED's 16 am ditalen Ende des Schaftes 12 erzeugte Wärme wird also zunächst in die Umwälzkammer 36 verbracht, dort auf das wärmeabführende Element 38 übertragen und über die durchströmende Kühlluft 64 an die Umgebung abgeführt.
Je nach Überdeckungsgrad kann der distale bzw. proximale Ringraum um die Kühlrippen 42 herum noch durch ein Schutzgitter etc. abgedeckt sein. Zum einen soll das vermeiden, das versehentlich ein Finger mit den ggf. heißen Kühlrippen 42 in Berührung tritt, oder sich allfällige Teilchen in den Strömungskanälen 62 absetzen.
Im in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele ist der Schaft 12 eine in sich hermetisch abgeschlossene Baueinheit von deren geschlossenem Ende lediglich das Kabel 30 distalseitig abgeführt ist. Der Schaft 12 ist mittig im Griffteil 50 angeordnet. Er kann auch außermittig angeordnet sein und auch das Griffteil kann asymmetrisch ausgebildet sein, und z. B. mit pistolengriffartigen Griffmulden versehen sein.
Es können sowohl das wärmeabführende Element 38 als auch das Griffteil 50 als kostengünstig herzustellende Kunststoffbauteile produziert werden, die als Wegwerfteile vorgesehen sind, sprich nach einem Einmalgebrauch vom Schaft 12 abgezogen und verworfen werden.
Ist die Konstruktion so, dass wärmeabführendes Element 38 und Schaft 12 entweder fest miteinander verbunden sind oder wiederverwendet werden sollen, so kann lediglich das äußere Griffteil 50 abgezogen werden. Dann stehen die Zwischenräume zwischen den Kühlrippen 42, wie das insbesondere aus der perspektivischen Darstellung von 2 ersichtlich ist, einem Reinigungsvorgang offen, bspw. kann mit einer Bürste zwischen die Kühlrippen 42 eingefahren und diese gereinigt werden.
Ein in 3 dargestelltes zweites Ausführungsbeispiel eines medizinischen Instrumentes ist in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 70 versehen. Identische Bauteile wie sie auch in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden sind, haben die identischen Bezugszeichen.
Auch hier ist ein zentraler Schaft 72 vorhanden, dessen distaler Endbereich mit einem wärmeabführenden Element 38 verbunden ist, wie es zuvor in 1 beschrieben wurde. Allerdings erstreckt sich hier das distale Ende des mittigen Schaftes 72 nur soweit von distal nach proximal in den Innenraum des Rohrkörpers 40 hinein, dass eine stabile Verbindung zwischen diesen Bauelementen möglich ist. Im Rohrkörper 40 sind wärmeabgebende Bauteile 74 angeordnet, die ebenfalls als LED's 76 ausgebildet sind. Das von den Dioden erzeugte Licht wird über Lichtleiter 78 zum distalen Ende des Schaftes 72 geführt. Im Schaft 72 ist koaxial, eine Bildaufnahmeeinheit 80 angeordnet. Diese ist identisch aufgebaut wie die Bildaufnehmereinheit 20, ist aber zentral mittig angeordnet, so dass um diese ein Ringraum herum verbleibt, in der die Lichtleiter 78 angeordnet werden können, die das von den Leuchtdioden erzeugte Licht leiten und am distalen Ende abstrahlen.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die wärmeabgebenden Bauteile 74 im proximalen Endbereich des Instrumentes 70 angeordnet. Dabei sind die wärmeabgebenden Bauteile 74 unmittelbar an der Innenwand des Rohrkörpers 40 des wärmeabführenden Elementes 38 montiert, um eine effektivere Wärmeübertragung gewährleisten zu können. Diese Wärme wird direkt in den Rohrkörper 40 mit den Kühlrippen 42 übertragen und dann wieder durch die Kühlluft 64 abgeführt werden. In diesem Fall können auch Leistungsstarke, sprich auch relativ große Verlustwärmemengen erzeugende Lichtquellen vorhanden sein.
Das Griffteil 50 ist wieder identisch wie zuvor beschrieben aufgebaut. Wie aus 3 zu entnehmen, ist am distalen Ende noch eine Lüfterschaufel 86 montiert, die entweder über die Kühlluft 64 selbst angetrieben werden kann, oder einen Motor 88 aufweisen kann. Dieser Motor 88 kann entweder von dem Kabel 82 über eine Zweigleitung 90 gespeist sein. Der Antrieb kann auch auf piezo-elektrischen Effekten beruhen, da hier Bauteile mit unterschiedlichen Temperaturen aufeinandertreffen, so dass piezo-elektrische Effekte zum Treiben der Lüfterschaufel herangezogen werden können. Dadurch ist eine besonders intensive Durchfuhr von Kühlluft 64 durch die Strömungskanäle zwischen den Kühlrippen möglich, so dass eine besonders effektive Wärmeabfuhr erzielt werden kann, selbst dann, wenn extrem wärmeerzeugende bzw. wärmeabgebende Bauteile 74 im Inneren des Instrumentes 70 verbaut sind. Auch hier ist wieder das Griffteil 50 an seiner Innenseite zur Sicherheit wärmereflektierend ausgebildet.
Aus 3 ist ersichtlich, dass das Griffteil 50 das wärmeabführende Element 38 proximal- und distalseitig wieder überragt. Die Lüfterschaufel 86 ist in diesem Bereich verbaut, d. h. es besteht nicht die Gefahr, dass eine Handhabungsperson die das Griffteil 50 ergreift, mit der Lüfterschaufel 86 in Kollision tritt.
Auch hier kann vorgesehen sein, dass distalseitig ein entsprechendes Abdeckgitter vorhanden ist. Der hier nicht näher bezeichnete Sockel der Lüfterschaufel 86 kann so ausgebildet sein, dass dieser mit leichtem Pressdruck in den Rohrkörper 40 eingedrückt werden kann.
In 4 ist ein Querschnitt einer Variante des Schafts 72 dargestellt, bei dem der eigentliche Schaft 72 aus einem relativ dünnen metallischen Rohr ausgebildet ist. Im Inneren des Schaftes 72 ist ein Versteifungsrohr 73 eingeschoben, das zur mechanischen Versteifung des Schaftes 72 vorgesehen ist.
Dadurch dass die Außenseite des Schaftes 72 durch ein metallisches Rohr gebildet ist, kann dieser Schaft den aggressiven Medien wie Wasserstoffperoxyd oder dergleichen beim Autoklavieren widerstehen. Dadurch dass das äußere metallische Rohr relativ dünn ist, erfolgt auch nur eine relativ geringe Wärmeleitung von proximal nach distal. Die wärmeabgebenden Bauteile 74 stehen ohnehin nicht mit dem Schaft 72 in unmittelbarer Berührung, denn sie sind an der Innenseite des Rohrkörpers 40 montiert. Dennoch ist nicht auszuschließen, wenn die wärmeabgebenden Bauteile 74 extreme Hitze entwickeln, dass eine gewisse Wärmemenge über den äußeren metallischen Schaft 72 auch nach distal geleitet wird.
Diese Wärmemengen werden aber schon zum einen dadurch reduziert, dass das äußere metallische Rohr nur relativ dünn ist, so dass diese nach distal von diesem dünnen Rohr geleiteten Wärmemengen vernachlässigbar sind.
In 5 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines medizinischen Instrumentes dargestellt, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet ist.
Auch hier ist wieder ein hermetisch in sich abgeschlossener Schaft 102 vorgesehen, der von einem wärmeableitenden Element 108 umgeben ist, wobei es sich hier wiederum um einen solchen Rohrkörper 40 mit Kühlrippen 42 handeln kann, wie zuvor beschrieben.
Am distalen Endbereich sind im Innenraum des Schaftes 102 Statormagnete 104 angeordnet, die eine elektrische Wicklung aufweisen. Die Stromversorgung kann über ein Kabel geschehen wie das zuvor beschrieben worden ist.
Das Griffteil 110 umgibt wiederum das wärmeableitende Element 108 und weist distalseitig eine Verlängerung 112 auf.
In diesem Raum ist wiederum eine Lüfterschaufel 114 montiert, die über Stege 118 mit dem stirnseitigen offenen Ende der Verlängerung 112 verbunden ist.
In der Lüfterschaufel 114 sind zumindest zwei gegenpolige Permanentmagnete 116 integriert, die in Zusammenhang mit dem Statormagnet 104 eine berührungslose, also magnetgekoppelte Antriebseinheit darstellen. Fließt Strom durch die Statormagnete 104, wird die Lüfterschaufel 114 gedreht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5457611 A1 [0007]
DE 102009042230 A1 [0009]
DE 102001024003 A1 [0010]

Claims

Medizinisches Instrument, in dessen Innerem ein wärmeabgebendes Bauteil (14, 74) aufgenommen ist, mit einem Schaft (12, 72, 102) dessen proximaler Endbereich (37) an seiner Außenseite (46) von einem wärmeabführenden Element (38) umgeben ist, das wiederum von einem hülsenartigen umfänglich geschlossenen Griffteil (50) umgeben ist, dessen Innenseite wärmereflektierend (54) ausgebildet ist, und dass das wärmeabführende Element (38) beidseitig offen ist, so dass Kühlluft (64) in axialer Richtung des Gritteiles (50) durch das wärmeabführende Element (38) strömbar ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Komponenten, nämlich Schaft (12, 72, 102), wärmeabführendes Element (38) und Griffteil (50) als separate Bauteile ausgebildet sind, und dass das wärmeabführende Element (38) passend auf das proximale Ende (37) des Schaftes (12, 72, 104) montierbar ist, und dass das Griffteil (50) passend auf das wärmeabführende Element (38) aufbringbar ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schaft (12, 72, 102) und wärmeableitendes Element (38) eine Baueinheit bilden, über die das Griffteil (50) passend aufschiebbar ist.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Griffteil (50) das wärmeabführende Element (38) proximalseitig und distalseitig überragt.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Griffteil (50) als Griffhülse (52) ausgebildet ist, deren Innenseite mit einer wärmereflektierenden Beschichtung (54) versehen ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Griffteil (50) aus einer äußeren Griffhülse (52) aufgebaut ist, in die ein Rohr (54) aus wärmereflektierendem Material passend eingesetzt ist.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (12, 72, 102) als hermetisch abgeschlossene Baueinheit ausgebildet ist, von der proximalseitig ein Versorgungskabel (30, 82) abgeführt ist, das durch das wärmeabführende Element (38) hindurchführbar ist.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Griffteil (50) aus schalenförmigen Teilen besteht, die zu dem hülsenartigen Griffteil (50) zusammensetzbar sind.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabführende Element (38) als Rohrkörper (40) ausgebildet ist, von dessen Außenseite radial Kühlrippen (42) vorspringen, längs derer die Kühlluft (64) axial strömt.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Griffteil (50, 110) eine drehbare Lüfterschaufel (86, 114) angeordnet ist, die ein Strömen der Kühlluft (64) längs der Kühlrippen (42) fördert.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterschaufel (86) durch einen Motor (88) antreibbar ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor einen im hermetisch abgeschlossenen Schaft (102) angeordneten Stator (104) aufweist, und über eine Magnetkupplung mit Permanentmagneten (116) an der Lüfterschaufel (114) antreibend zusammenwirkt.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterschaufel (86, 114) auf das proximale Ende (37) des Schaftes (112) oder des wärmeabführenden Elementes (38) oder am Griffteil (50) anbringbar ist.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabgebende Bauteil (74) im proximalen Endbereich (34) des Schaftes (32) angeordnet ist.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabgebende Bauteil (14) im distalen Endbereich (18) des Schaftes (12) angeordnet ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die im distalen Endbereich (18) des Schaftes (12) abgegebene Wärme zum proximalen Endbereich (37) transportierbar ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransport durch eine im Inneren des Schaftes (12) umgewälzte Flüssigkeit bewirkbar ist.
Medizinisches Instrument nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetransport durch ein Peltier-Element erfolgt.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeabgebende Bauteil (14, 74) ein Leuchtmittel, insbesondere LED's (16, 76) sind.
Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft (72) ein äußeres dünnes Metallrohr aufweist, das auf ein inneres Versteifungsrohr (73) passend aufschiebbar ist.