DE102013217500A1

DE102013217500A1 - Endoskop und Endoskopspitze

Info

Publication number: DE102013217500A1
Application number: DE102013217500.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Rose; Uwe Schöler
Original assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Current assignee: Olympus Winter and Ibe GmbH
Priority date: 2013-09-03
Filing date: 2013-09-03
Publication date: 2015-03-05
Also published as: WO2015032471A2; CN105491937A; US20160174813A1; JP2016530015A; WO2015032471A3; JP6644689B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Endoskop (1) mit einer am distalen Ende des Endoskops (1) angeordneten Endoskopspitze (10), wobei die Endoskopspitze (10) eine Außenwand mit einer Öffnung und ein hermetisch in die Öffnung eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster (20) umfasst. Das erfindungsgemäße Endoskop (1) ist dadurch weitergebildet, dass die Außenwand ein keramisches Material aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Endoskopspitze (10) für ein Endoskop (1), insbesondere für ein optisches Endoskop oder ein Videoendoskop, insbesondere für ein Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Endoskopspitze (10) einen Spitzenkörper (30) mit einer eine Öffnung aufweisenden Außenwand und ein in die Öffnung hermetisch eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster (20) umfasst. Die erfindungsgemäße Endoskopspitze ist dadurch weitergebildet, dass der Spitzenkörper (30), insbesondere die Außenwand des Spitzenkörpers, ein keramisches Material aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop mit einer am distalen Ende des Endoskops angeordneten Endoskopspitze, wobei die Endoskopspitze eine Außenwand mit einer Öffnung und ein hermetisch in die Öffnung eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster umfasst.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Endoskopspitze für ein Endoskop, wobei die Endoskopspitze einen Spitzenkörper mit einer eine Öffnung aufweisenden Außenwand und ein in die Öffnung hermetisch eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster umfasst.
Im Stand der Technik sind Videoendoskope zur chirurgischen Verwendung bekannt, die am distalen Ende eines Schaftes ein optisch transparentes Sichtglas aufweisen. Zum Schutz von mechanischen, elektrischen und/oder optischen Komponenten des Videoendoskops innerhalb des Schafts bzw. hinter dem Sichtglas, insbesondere beim Reinigen, Desinfizieren und/oder Autoklavieren muss das Sichtglas hermetisch in eine entsprechende Öffnung am distalen Ende des Schaftes eingefügt werden. Dies erfolgt in der Regel mittels einer Lötverbindung.
Gleichzeitig müssen die äußeren Oberflächen des Videoendoskops aus biokompatiblen Materialien bestehen, um Komplikationen beim chirurgischen Einsatz der Videoendoskope, beispielsweise durch Gewebereizungen oder allergische Reaktionen zu vermeiden. Aus diesem Grund besteht der Schaft bekannter Videoendoskope in der Regel aus Edelstahl, beispielsweise Edelstahl 1.4301, und das Sichtglas aus Saphir oder einem anderen Korund.
Dabei ergibt sich die Problematik, dass sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Saphir mit etwa 6 × 10^–6/K und Edelstahl 1.4301 mit etwa 16 × 10^–6/K stark voneinander unterscheiden. Dies hat zur Folge, dass während des Verlötens und/oder während der anschließenden Abkühlphase Spannungen im Glas entstehen, die es zum Brechen bringen können.
Um diese Problematik zu vermeiden, wird in EP 2 263 518 A1 ein Endoskop vorgeschlagen, das ein Fenster an einem distalen Ende des Endoskops, einen Innenkörper mit einem ersten Material am distalen Ende und einen Mantel mit einem zweiten Material am distalen Ende umfasst, wobei das Fenster und der Innenkörper gefügt sind. Auf diese Weise kann der Innenkörper ohne Rücksicht auf die Biokompatibilität aus einem Material gewählt werden, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient nahe an dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Fensters liegt. Hierfür werden beispielsweise NiFe-Legierungen mit Nickel-Massen-Anteilen von ca. 42% oder NiCoFe-Legierungen mit Nickel-Massen-Anteil von ca. 29% und einem Cobalt-Massen-Anteil von ca. 17% vorgeschlagen. Die Biokompatibilität wird dadurch sichergestellt, dass der Innenkörper mit dem Mantel bedeckt wird und dadurch keine äußere Oberfläche des Endoskops bildet.
Die Konstruktion eines entsprechenden Endoskops ist allerdings komplex und damit potenziell fehleranfällig. Insbesondere bedarf es einer weiteren Abdichtung zwischen dem Mantel und dem Fenster, um eine Autoklavierbarkeit sicherzustellen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine alternative Lösung für ein Endoskop mit einer ein Fenster aufweisenden Endoskopspitze bereitzustellen, wobei insbesondere ein Brechen des Fensters aufgrund thermisch induzierter Spannungen vermieden und die Konstruktion möglichst einfach gehalten werden soll.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Endoskop mit einer am distalen Ende des Endoskops angeordneten Endoskopspitze, wobei die Endoskopspitze eine Außenwand mit einer Öffnung und ein hermetisch in die Öffnung eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster umfasst, wobei das erfindungsgemäße Endoskop dadurch weitergebildet ist, dass die Außenwand ein keramisches Material aufweist. Vorzugsweise ist die Endoskopspitze am distalen Ende aus einem keramischen Material, das insbesondere vorzugsweise einen Wärmeausdehnungskoeffizienten im Bereich des Wärmeausdehnungskoeffizienten von Saphir aufweist.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keramisches Material und transparentes anorganisches oder mineralisches Material, beispielsweise Glas oder Saphirglas, vergleichbare Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Indem insbesondere ein das in die Öffnung der Außenwand eingefügte Fenster umgebende Material der Außenwand einen vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Fenster oder ein Material des Fensters aufweist, werden thermisch induzierte Spannungen des Fensters generell reduziert oder ausgeschlossen. Dies ist über einen weiten Temperaturbereich der insbesondere die beim Autoklavieren und beim Löten auftretenden Temperaturen möglich.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keramisches Material chemisch träge reagiert und daher in der Regel biokompatibel ist. Des Weiteren sind keramische Oberflächen bzw. Oberflächen keramischer Materialien auf vielfältige Weise behandelbar oder versiegelbar, beispielsweise mittels Beschichtungsverfahren oder Glasierverfahren. Dadurch ist eine insbesondere äußere Oberfläche der Außenwand an der Endoskopspitze vorteilhafterweise leicht an die im Einzelfall gewünschten Eigenschaften, insbesondere bezüglich Aussehen, Oberflächenstruktur und/oder Beständigkeit, anpassbar.
Im Rahmen der Erfindung wird unter einer Endoskopspitze der Teil eines Endoskops verstanden, der an einem distalen Ende eines Schaftes des Endoskops angeordnet ist. Insbesondere umfasst die Endoskopspitze einen Bereich oder Abschnitt des Schaftes an dessen distalen Ende oder ist mit einem distalen Ende des Schaftes verbunden.
Das erfindungsgemäße Endoskop ist beispielsweise als optisches Endoskop und/oder Videoendoskop ausgebildet. Hierfür ist insbesondere wenigstens eine optische Komponente in einem von dem Fenster und der Außenwand umschlossenen, hermetischen Raum des Endoskops vorgesehen oder angeordnet. Eine optische Komponente ist beispielsweise ein Prisma, ein Spiegel und/oder ein elektronischer Bildaufnehmer, insbesondere ein photosensitiver Halbleiterchip wie ein CCD Sensor. Insbesondere ermöglicht die wenigstens eine optische Komponente eine direkte oder indirekte Beobachtung einer Umgebung der Endoskopspitze von einem proximalen, insbesondere der Endoskopspitze entgegengesetzten, Ende des Endoskops aus.
Vorzugsweise ist das Fenster mittels einer Lötverbindung in die Öffnung der Außenwand eingefügt. Hierfür werden das Fenster und die Außenwand beispielsweise jeweils an miteinander zu fügenden Flächen metallisiert oder metallisch beschichtet und anschließend an den metallisierten oder beschichteten Flächen unter Verwendung eines Lotmaterials miteinander verlötet. Dieses Verfahren wird auch als Weichlöten bezeichnet. Ein Material für die Metallisierung oder Beschichtung und/oder ein Lotmaterial umfasst dabei vorzugsweise ein Edelmetall, insbesondere Silber oder Gold. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Lötverbindung zwischen dem Fenster und der Außenwand korrosionsbeständig und biokompatibel ausgebildet ist. Alternativ können diese Flächen durch Aktivlöten, insbesondere auch ohne vorherige Metallisierung, miteinander verbunden werden.
Ein Material des Fensters ist vorzugsweise Saphir oder Saphirglas. Saphir weist insbesondere die für ein Endoskop, insbesondere Videoendoskop, erforderlichen optischen Eigenschaften auf, insbesondere bezüglich Transparenz und Reflektion für sichtbares Licht, und ist biokompatibel.
Eine besondere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch ausgezeichnet, dass das Fenster eine gewölbte, insbesondere nach außen gewölbte, Form aufweist.
Dadurch wird ein besonders großer Bereich oder Abschnitt der Umgebung bei der Endoskopspitze mittels wenigstens einer optischen Komponente hinter der Endoskopspitze optisch erfassbar. Insbesondere ergibt sich ein großer Bereich an unterschiedlichen Betrachtungs- oder Blickwinkeln mit konstanter Glasdicke oder Fensterdicke in Blickrichtung. Dadurch ist die Erfindung insbesondere für Videoendoskope mit variabler oder veränderbarer Blickrichtung geeignet.
Des Weiteren ist bevorzugt, wenn das keramische Material Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid (ATZ), Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA), Aluminiumoxid oder Strontiumtitanat ist. Siliziumnitrit mit der Summenformel Si₃N₄ und Strontiumtitanat mit der Summenformel SrTiO₃ sind insbesondere keramische Materialien, deren mechanischen Eigenschaften auch den Einsatz an mechanisch besonders beanspruchten Bereichen eines Endoskops erlauben. Aluminiumoxid hat hierbei die Summenformel A₂O₃. Zirkonoxid ist vorzugsweise Zirconiumdioxid, also ZrO₂. Insbesondere wird dadurch ermöglicht, die Endoskopspitze eines erfindungsgemäßen Endoskops als einen Schaft oder wenigstens als einen Teil eines Schaftes des Endoskops auszubilden. Das Fenster ist vorzugsweise aus Saphir.
Vorzugsweise weist das Endoskop wenigstens einen Lichtleiter zum Leiten von Licht einer Lichtquelle zu der Endoskopspitze auf.
Im Rahmen der Erfindung ist die Lichtquelle dabei insbesondere eine interne Lichtquelle des Endoskops oder eine externe, insbesondere am proximalen Ende an das Endoskop angeschlossene oder anschließbare, Lichtquelle.
Der Lichtleiter weist insbesondere eine Lichtaustrittsfläche auf, die bei dem Fenster angeordnet ist. Hierdurch wird eine Ausleuchtung der Umgebung des Fensters und somit eines mittels einer Optik des Endoskops beobachtbaren Bereichs vor der Endoskopspitze erreicht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des Weiteren gelöst durch eine Endoskopspitze für ein Endoskop, insbesondere für ein optisches Endoskop und/oder ein Videoendoskop, wobei die Endoskopspitze einen Spitzenkörper mit einer eine Öffnung aufweisenden Außenwand und ein in die Öffnung hermetisch eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster umfasst, wobei die erfindungsgemäße Endoskopspitze dadurch weitergebildet ist, dass der Spitzenkörper, insbesondere die Außenwand des Spitzenkörpers, ein keramisches Material aufweist. Vorzugsweise besteht der Spitzenkörper aus einem keramischen Material.
Die erfindungsgemäße Endoskopspitze ist insbesondere für ein erfindungsgemäßes Endoskop mit den zuvor beschriebenen Merkmalen geeignet.
Der Spitzenkörper ist beispielsweise als Schaft für ein Endoskop ausgebildet.
Bei einer alternativen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist der Spitzenkörper mit einem Schaft eines Endoskops fügbar, insbesondere lötbar, wobei der Schaft vorzugsweise aus Edelstahl ist. Keramisches Material ist in der Regel bruchfester als transparentes anorganisches und/oder mineralisches Material, insbesondere Glas oder Saphir. Dadurch sind thermisch induzierte Spannungen an einer Verbindung zwischen dem Spitzenkörper und einem Schaft, beispielsweise einem Schaft aus Edelstahl, insbesondere Edelstahl 1.4301, unkritisch. Somit ist an dieser Stelle ungeachtet gegebenenfalls unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten von Spitzenkörper und Schaft eine herkömmliche Lötverbindung verwendbar oder einsetzbar.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
1: schematisch ein Endoskop gemäß der Erfindung;
2: schematisch eine Endoskopspitze gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
3: schematisch eine Endoskopspitze gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Videoendoskop 1 mit einem Schaft 12 gezeigt. Der Schaft 12 verbindet eine am distalen Ende des Schafts 12 angeordnete Endoskopspitze 10 mit einem proximalen Bereich 14 des Videoendoskops 1.
Das Videoendoskop 1 ist insbesondere dazu ausgebildet, mit der Endoskopspitze 10 in eine natürlich oder operativ geschaffene Körperöffnung im Rahmen eines chirurgischen Eingriffs in einen menschlichen oder tierischen Körper eingeführt zu werden, um dort eine visuelle Untersuchung vorzunehmen. Hierfür sind in der Endoskopspitze 1 hinter einem Saphirfenster 20 optische Komponenten, beispielsweise ein Spiegel, ein Prisma oder eine Linse, vorgesehen, um ein Bild von einer Umgebung der Endoskopspitze 10 zu erfassen bzw. weiterzuleiten. Zudem oder alternativ kann auch eine Kamera oder ein CCD-Chip vorgesehen sein, um ein entsprechendes Bild aufzunehmen. Es können auch mechanische, elektrische oder mechatronische Komponenten, beispielsweise zum Schwenken eines Spiegels, oder elektrische Komponenten, beispielsweise ein photosensitiver Halbleiterchip zur digitalen Erfassung des Bildes der Umgebung, vorgesehen sein.
Im proximalen Bereich 14 des Videoendoskops 1 sind beispielsweise optische und/oder elektrische Anschlüsse 16 vorgesehen, die mit den internen Komponenten des Videoendoskops 1 verbunden sind und beispielsweise einer Spannungs- oder Stromversorgung sowie einer Auslese digitaler Bildsignale dienen.
2 zeigt schematisch eine vergrößerte Darstellung der Endoskopspitze 10. Die Endoskopspitze 10 umfasst einen keramischen Körper 30 mit einer Öffnung, in die ein Saphirfenster 20 eingelötet ist. Der keramische Körper 30 mit dem Saphirfenster 20 ist hermetisch mit dem distalen Schaftende 32 des Schaftes 12 verbunden, beispielswiese verlötet.
3 zeigt schematisch eine Endoskopspitze 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Fall ist der keramische Körper 30 als Schaft 12 für ein Videoendoskop 1 ausgebildet. Somit ist insbesondere der Schaft 12 ein keramischer Körper 30 mit einer Öffnung, in die ein Fenster 20, beispielsweise aus Saphir, eingefügt ist.
Des Weiteren weist eine Außenwand des keramischen Körpers 30 längsaxiale, insbesondere entlang einer Längserstreckung des Schaftes 12 ausgerichtete, Kanäle auf, in die beispielsweise Lichtleitfasern oder Lichtleiter eingebettet sind. Die Lichtleiter sind beispielsweise mittels eines der Anschlüsse 16, der insbesondere ein optischer Anschluss ist, mit einer externen Lichtquelle verbindbar.
An der Endoskopspitze 10 weisen die Lichtleitfasern Lichtaustrittsflächen 42 auf, wobei mehrere Lichtaustrittsflächen 42 um das Fenster 20 herum angeordnet sind. So wird eine gleichmäßige Ausleuchtung eines Untersuchungsbereichs oder einer Umgebung vor dem Fenster 20 für die Durchführung einer bestimmungsgemäßen Untersuchung mit dem Videoendoskop gewährleistet.
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit insbesondere gekennzeichnet sind, vorzugsweise fakultative Merkmale.
Bezugszeichenliste

1: Videoendoskop
10: Endoskopspitze
12: Schaft
14: proximaler Bereich
16: Anschluss
20: Saphirfenster
30: keramischer Körper
32: Rohr
42: Lichtaustrittsöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2263518 A1 [0006]

Claims

Endoskop (1) mit einer am distalen Ende des Endoskops (1) angeordneten Endoskopspitze (10), wobei die Endoskopspitze (10) eine Außenwand mit einer Öffnung und ein hermetisch in die Öffnung eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand ein keramisches Material aufweist.
Endoskop (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (1) als optisches Endoskop oder Videoendoskop ausgebildet ist.
Endoskop (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (20) mittels einer Lötverbindung in die Öffnung der Außenwand eingefügt ist.
Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material des Fensters Saphir ist.
Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (20) eine gewölbte, insbesondere konkav gewölbte, Form aufweist.
Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid (ATZ), Zirkonoxidverstärktes Aluminiumoxid (ZTA), Aluminiumoxid oder Strontiumtitanat ist.
Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Endoskop (1) wenigstens einen Lichtleiter zum Leiten von Licht einer Lichtquelle zu der Endoskopspitze (10) aufweist, wobei der Lichtleiter insbesondere eine Lichtaustrittsfläche (42) aufweist, die bei dem Fenster (20) angeordnet ist.
Endoskopspitze (10) für ein Endoskop (1), insbesondere für ein optisches Endoskop oder ein Videoendoskop, insbesondere für ein Endoskop (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Endoskopspitze (10) einen Spitzenkörper (30) mit einer eine Öffnung aufweisenden Außenwand und ein in die Öffnung hermetisch eingefügtes optisch wenigstens teilweise transparentes Fenster (20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Spitzenkörper (30), insbesondere die Außenwand des Spitzenkörpers, ein keramisches Material aufweist.
Endoskopspitze (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (20) mittels einer Lötverbindung in die Öffnung der Außenwand eingefügt ist.
Endoskopspitze (10) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material des Fensters Saphir ist.
Endoskopspitze (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fenster (20) eine gewölbte, insbesondere konkav gewölbte, Form aufweist.
Endoskopspitze (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das keramische Material Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid-verstärktes Zirkonoxid (ATZ), Zirkonoxid-verstärktes Aluminiumoxid (ZTA), Aluminiumoxid oder Strontiumtitanat ist.