DE10303270A1

DE10303270A1 - Medizintechnische Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung

Info

Publication number: DE10303270A1
Application number: DE10303270A
Authority: DE
Inventors: Jörg Herrmann; Thorsten Kern
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2003-01-28
Filing date: 2003-01-28
Publication date: 2004-08-05
Also published as: WO2004067053A3; WO2004067053A2

Abstract

Bei einer medizinischen Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung, die zum zumindest teilweisen Einführen in einen Organismus durch eine Körperöffnung bestimmt ist und wenigstens einen Sensor umfaßt, der eine an der langgestreckten Einrichtung intrakorpuskular angreifende Kraft/Kräfte erfaßt, ist ein Aktuator vorgesehen, der gemäß der erfaßten Kraft/Kräfte einen haptischen Eindruck an einem Betätigungsbereich der langgestreckten Einrichtung erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizintechnische Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung zum zumindest teilweisen Einführen in einen Organismus.
Unter einer Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung sind medizintechnische Instrumente, wie ein Katheter, ein Katheter mit einem Führungsdraht, ein flexibles Endoskop, also im wesentlichen Instrumente der minimal-invasiven Chirurgie, zu verstehen. Eine derar tige Vorrichtung umfasst eine langgestreckte Einrichtung mit einer im Verhältnis zur Länge geringen Dicke, insbesondere einem im Verhältnis zur Länge kleinen Durchmesser. Eine Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung besteht darin, unter Beigabe von durch die langgestreckte Einrichtung geförderten Kontrastmittel Organe infolge der Absorption von Röntgenstrahlung in einem Röntgenbild darstellen zu können. Die langgestreckte Einrichtung kann auch für chirurgische Eingriffe am schlagenden Herzen, zur Aufweitung von Gefäßen oder zu einer Intervention an blutführenden Gefäßen im Gehirn eingesetzt werden.
Um die langgestreckte Einrichtung an die gewünschte Stelle in dem Organismus zu verbringen, ist sie über eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in den jeweiligen Organismus zumindest teilweise einzuführen. Dabei kann die langgestreckte Einrichtung an ihrem dem Organismus zuzuwendenden Ende eine Ausrüstung zum Manipulieren des jeweiligen Gefäßes aufweisen, oder kann dazu ausgelegt sein, bestimmte Fluide an die entsprechende Stelle im Organismus zu injizieren.
Das Legen, also Einführen, der langgestreckten Einrichtung an das zu untersuchende bzw. zu behandelnde Gebiet wird nach den herkömmlichen Praktiken durch manuelles Vorschieben der langgestreckten Einrichtung zum Behandlungsgebiet realisiert. Das Vorschieben birgt eine Quelle von Verletzungen an Gefäßen, Gefäßwänden und Geweben des Organismus vor allem durch die Spitze der langgestreckten Einrichtung in sich, nämlich dann, wenn der Vorschub unkontrolliert vonstatten geht und sich Kanten der Spitze in das Gewebe des Organismus einschneiden. Je präziser dem behandelnden Arzt die Lage der langgestreckten Einrichtung bezüglich des Gefäßes vermittelt wird, desto geringer ist die Gefahr von Verletzungen.
Zur visuellen Identifizierung der Lage der langgestreckten Einrichtung können beispielsweise bei der Untersuchung von venösen oder arteriellen Blutgefäßen Echtzeit-Röntgenkontrastmittel-Bildaufnahmen oder -Videoaufnahmen herangezogen werden. Als weitere Informationsquelle über die Lage einer Katheterspitze nutzt der Arzt seine Kenntnisse über den jeweiligen Gefäßverlauf des zu kathetisierenden Gefäßes. Weniger erfahrene Ärzte können auf einen derartigen Erfahrungsschatz nicht zurückgreifen.
Weiterhin helfen dem behandelnden Arzt die beim manuellen Vorschieben der langgestreckten Einrichtung auf letztere an dem Betätigungsgriff spürbaren Kräfte, die dem geschulten Arzt mitteilen können, welchen Verlauf das zu katheterisierende Gefäß nimmt.
Allerdings werden die dem behandelnden Arzt mitgeteilten Kräfte aufgrund der mechanischen Eigenschaft des Materials, nämlich der Elastizität der langgestreckten Einrichtung und der Reibung der langgestreckten Einrichtung an den Gefäßwänden, verfälscht. Nur im Umgang mit der medizinischen Vorrichtung erfahrene Ärzte können die an der Spitze der langgestreckten Einrichtung angreifenden Kräfte, die für Verletzungen am Organismus meist verantwortlich sind, von den normalen Vorschubkräften taktil unterscheiden. Diese marginal kleinen taktilen Empfindungsunterschiede machen es dem behandelnden Arzt oft schwer, die zur Betätigung der langgestreckten Einrichtung aufzubringenden Kräfte und Momente angemessen zu dosieren, vor allem nicht überzudosieren.

Es besteht also insbesondere bei minimalinvasiven chirurgischen Instrumenten das allgemeine Interesse, die Verletzungsgefahr beim Einsatz dieser Vorrichtungen zu reduzieren. Aus der U.S.-6,221,023 ist eine medizinische Vorrichtung mit einem Sensor bekannt, der die an der Spitze der langgestreckten Einrichtung beim Einführen in den Organismus auftretenden Kräfte messen kann. Die durch den Sensor ermittelten Meßergebnisse werden an einem Display visuell angezeigt. Die Bedienung des Instruments erfordert allerdings einen hohen Aufmerksamkeitsgrad durch die Bedienperson, welche die angezeigten Meßergebnisse ständig genau beobachten muß. Hierbei können kurze Konzentrationschwächen, eine Ermüdung der Augen, die bei länger andauernder Betrachtung des Bildschirms keine Seltenheit ist, sowie kurzes Abschweifen der Augen von dem Bildschirm zu entscheidenden Behandlungsfehlern des Arztes führen.

Die U.S.-6,096,004 offenbart eine minimalinvasive chirurgische Anordnung, die eine Fernbetätigung des minimalinvasiven Instruments ermöglicht. Hierfür sind eine Hauptsteuereinrichtung und eine Nebensteuereinrichtung vorgesehen, wobei die Hauptsteuereinrichtung mechanisch erfasste Betätigungsbewegungen einer Bedienperson elektrisch auswertet und als elektrische Signale dem Nebensteuersystem per Fernübertragung mitteilt. Das Nebensteuersystem überträgt die Signale einem Aktuator, der auf der Basis der Betätigungsbewegungen der Bedienperson eine langgestreckte Einrichtung manipuliert. Der Aktuator des Nebensteuersystems weist Sensoren auf, welche von der langgestreckten Einrichtung auf den Aktuator übertragene Betriebskräfte ermitteln können. Da die Hauptsteuereinrichtung und die von der Hauptsteuereinrichtung andererorts befindliche Nebensteuereinrichtung über Fernsignalübertragung miteinander kommunizieren und die Bedienperson keinen unmittelbaren körperlichen Kontakt zum Patienten aufnehmen kann, werden die am Nebensteuersystem ermittelten Betriebskräfte einem weiteren mit dem Hauptsteuersystem verbundenen Aktuator übermittelt, welcher der Bedienperson einen haptischen Eindruck von den Betriebskräften des Instruments vermitteln soll. Auf diese Weise kann der Nachteil der örtlichen Trennung von Bedienperson und Patienten, wenn nicht aufgehoben, jedoch abgeschwächt werden. Allerdings wird der Bedienperson eine Summe von Kräften, wie den Reibungskräften, den elastischen Verformungskräften und den unter Umständen auftretenden Kollisionskräften, der Spitze des Instruments an einem Gewebehindernis mitgeteilt. Die Kräfte an dem Betätigungselement werden folglich durch einen mechanischen Tiefpaß gefiltert, besser gesagt verfälscht, dessen Filterwirkung von der Länge des minimalinvasiven Instruments, seiner Masse, der Reibung an den Gefäßwänden und vielen weiteren Parametern abhängt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine medizintechnische Vorrichtung zu schaffen, mit der eine einfache Bedienung minimalinvasiver Instrumente möglich ist, wobei die Gefahr einer Verletzung oder Komplikation des zu behandelnden Organismus gegenüber den bekannten Vorrichtungen zu verringern ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße medizintechnische Vorrichtung hat eine langgestreckte Einrichtung, wie einen Katheter oder ein flexibles Endoskop, die mit mindestens einem Sensor versehen ist. Der Sensor an der langgestreckten Einrichtung erfaßt eine Kraft oder Kräfte, die beispielsweise beim Vorschieben der langgestreckten Einrichtung in den Organismus an den dem Organismus zuzuwendenden Bereichen der langgestreckten Einrichtung angreift oder angreifen. Diese intrakorpuskular er mittelten Kräfte werden einem Aktuator übermittelt, der entsprechend der übermittelten Kräfte einen haptischen Eindruck für die Bedienperson der langgestreckten Einrichtung erzeugt, und zwar an einem Betätigungsbereich der langgestreckten Einrichtung, beispielsweise eines Handgriffs oder Joy-Sticks, an dem die Bedienperson die langgestreckte Einrichtung führt, lenkt, manipuliert und vor- oder zurückbewegt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Bedienperson unmittelbar taktil mitgeteilt, ob beispielsweise ein Hindernis, wie eine Gefäßverengung, einen weiteren Vorschub der langgestreckten Einrichtung behindert, weil durch die direkte Messung der intrakorpuskularen Kräfte die Bedienperson einem unmittelbaren Aufschluß über die Kraftzustände an dem potentiellem Gefahrenstellen der langgestreckten Einrichtung erhält. Durch das taktile Feedback wird der Bedienperson ein Hindernis deutlich mitgeteilt, so daß es auch bei Konzentrationsschwächen des behandelnden Arztes zu keinen Verletzungen des Gewebes kommen muß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Bedienperson daran hindern, durch undosierte Vorschubbewegungen eine Verletzung von Gefäßen des Organismus zu verursachen. Kräfte bzw. Momente, welche Gefäßwände verletzen könnten, können bereits sehr früh erkannt, nämlich verspürt, werden. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kräfte intrakorpuskular erfaßt werden, können die Störfaktoren, wie die Reibung und die Elastizität der langgestreckten Einrichtung, die außerhalb des Körpers ermittelte Kraftmeßergebnisse stark verfälschen, weitestgehend ausgeschaltet werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit mehreren Sensoren an der langgestreckten Einrichtung versehen sein, um damit die Wirkrichtung einer im Bereich der Sensoren angreifenden Kraft genauer zu bestimmen und der Bedienperson präziser spürbar zu machen. Schließlich wird erfindungsgemäß eine exaktere Führung der langgestreckten Einrichtung durch den Organismus erreicht, wobei die Gefahr von Verletzungen des Organismus annähernd ausgeschlossen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Betätigungsbereich mit der langgestreckten Einrichtung mechanisch und/oder baulich gekoppelt. Allerdings kann auch vorgese hen sein, den Betätigungsbereich als eigenständiges Betätigungsbauteil auszuführen, das von der langgestreckten Einrichtung bzw. dem Aktuator strukturell entkoppelt ist. Bei der zweitgenannten Ausführungsalternative ist der Aktuator von der langgestreckten Einrichtung baulich getrennt, wobei die an dem Sensor erfaßten Meßergebnisse dem Aktuator telemetrisch übersandt werden, und mit dem Betätigungsbauteil mechanisch gekoppelt, wobei dem Betätigungsbauteil ein den an dem langgestreckten Bauteil erfaßten Kräften entsprechender haptischer Eindruck vermittelbar ist.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Aktuator, der eine translatorische sowie rotatorische Bewegung der langgestreckten Einrichtung betreiben kann, in einer Manschette untergebracht. Die Manschette kann extrakorpuskular an einer Gliedmaße des Organismus vorteilhafterweise angebracht werden. Auf diese Weise wird ein fester Bezugspunkt der Vorrichtung bezüglich des Organismus definiert.

Eine besonders einfache Ausführung eines Betätigungsbereichs, der zum Halten in der Hand der Bedienperson ausgelegt sein soll, wird durch die Form einer Spritze realisiert, welche zudem ein Injizieren eines Fluids durch die langgestreckte Einrichtung hindurch zuläßt.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Einrichtung zum Steuern des Aktuators. Die Steuereinrichtung kontrolliert die auf die langgestreckte Einrichtung bzw. den Betätigungsbereich wirkenden, von dem Aktuator zu erzeugenden Kräfte und Momente. Die von dem Aktuator zu erzeugenden Kräfte bzw. Momente hängen zum einen von der Stärke der durch den wenigstens einen Sensor ermittelten Kräfte an der langgestreckten Einrichtung ab. Zum anderen hängt die von dem Aktuator ausgegebene Kraft von den standardisierbaren Betriebsbedingungen ab, zu denen die Reibung zwischen der langgestreckten Einrichtung und dem Organismus sowie die Elastizität der langgestreckten Einrichtung, des Aktuators, des Betätigungsbereichs, etc. zählen.

Die Reibungskraft nimmt mit zunehmender Einführung der langgestreckten Einrichtung in den Organismus zu. Das gleiche gilt für die Verformarbeit, die aufzubringen ist, um die elasti sche Verformung der langgestreckten Einrichtung, des Aktuators, etc. für den Vorschub der langgestreckten Einrichtung zu überwinden.

Um der Bedienperson die beispielsweise an der Spitze der langgestreckten Einrichtung auftretenden Kräfte haptisch deutlich mitzuteilen, werden vorzugsweise die Betriebskräfte mit den beispielsweise an der Spitze der langgestreckten Einrichtung ermittelten Kräfte überlagert. Bei einer starren Kopplung des Betätigungsbereichs über einen Abschnitt der langgestreckten Einrichtung zum Aktuator läßt sich die für einen Vorschub der langgestreckten Einrichtung zu überwindende Kraft in folgender Gleichung darstellen: B = R + E + H,wobei
B = die Kraft zum Erzeugen eines Vorschubs der langgestreckten Einrichtung am Betätigungsbereich;
R = zu überwindende Reibungskraft zwischen langgestreckter Einrichtung und Organismus;
E = Kraft zur elastischen Verformung der langgestreckten Einrichtung;
H = die von dem Aktuator erzeugte Widerstandskraft, die der an dem Sensor erfaßten Kraft entspricht.

Um der Bedienperson einen ausreichend großen haptischen Eindruck zu vermitteln, muß die durch den Aktuator erzeugte Widerstandskraft H erheblich größer als die Summe der Reibungskraft R und der Kraft E zum elastischen Verformen der langgestreckten Einrichtung sein, welche Kräfte R, E die Bedienperson beim hindernisfreien Vorschieben stets verspürt.

Um die Kraft der Bedienperson, die zum Vorschieben der langgestreckten Einrichtung aufzubringen ist, verringern zu können, kann der Aktuator derart gesteuert sein, daß die betriebsbe dingten Widerstandskräfte R, E nicht von der Bedienperson sondern im wesentlichen von dem Aktuator selbst überwunden werden. Folglich werden der Bedienperson nur noch die Widerstandskräfte H mitgeteilt, die von dem wenigstens einen an einer gewünschten Stelle an der langgestreckten Einrichtung angeordneten Sensor erfaßt werden. Der Aktuator kann also die langgestreckte Einrichtung in mehrere Richtungen bewegen.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Unterbrechungsmechanismus vorgesehen, der eine Betätigung der langgestreckten Einrichtung unterbindet. Diese Unterbrechungsmechanismus kann aktiviert werden, wenn bei dem wenigstens einen Sensor ein Kraftbetrag gemessen wird, der einen vorbestimmbaren Kraftschwellenwert überschritten hat. Der Unterbrechungsmechanismus kann als eine Klemmeinrichtung ausgefürt sein, welche die langgestreckte Einrichtung zum Blockieren des weiteren Vorschubs mit einem ortsfesten Bauteil verklemmt. Auf diese Weise besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung, die starke Verletzungen des Organismus verhindert. Die Klemmeinrichtung kann auch dynamisch realisiert sein, indem der Aktuator dem Betätigungsbereich eine entsprechend große Widerstandskraft mitteilt, wie sie an dem Betätigungsbereich von der Bedienperson ausgeübt wird.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Filtereinrichtung vorgesehen, welche die von dem wenigstens einen Sensor erzeugten Signale filtert, insbesondere nach hochfrequenten Anteilen filtert. Außerdem kann eine Einrichtung zum Skalieren der von dem wenigstens einen Sensor ermittelten Kräfte vorgesehen sein, um eine stufenweise, annähernd kontinuierliche oder kontinuierliche haptische Echtzeitwiedergabe der erfaßten Kräfte an dem Betätigungsbereich zu realisieren.

Vorzugsweise kann der Aktuator nach einem magneto- oder elektrorheologischen Funktionsbetrieb arbeiten, so daß einer von der Bedienperson an dem Betätigungsbereich aufgeprägten Bewegung dämpfend entgegengewirkt werden kann. Es wird allerdings bevorzugt, daß der Aktuator am Betätigungsbereich Kräfte und Momente aktiv erzeugt, um auf diese Weise die Nachgiebigkeit der langgestreckten Einrichtung darstellen zu können.

Bei einer bevorzugten Ausführung des Betätigungsbereichs ist diese zur Aufnahme verschieden breiter langgestreckter Einrichtungen ausgelegt. Vor allem bei als Katheter ausgebildeten langgestreckten Einrichtungen ist der Betätigungsbereich vorzugsweise dazu fähig, Katheter mit unterschiedlichen Durchmessern betätigen zu können.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes vorgesehen. Vorzugsweise liegt der wenigstens eine Sensor an der dem Organismus zuzuwendenden Spitze der langgestreckten Einrichtung. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß Hindernisse, wie Gefäßverengungen, unmittelbar am Kollisionsort erfaßt werden, und der Bedienperson haptisch an dem Betätigungsbereich mitgeteilt werden.

Vorzugsweise ist der wenigstens eine Sensor als Dehnmeßstreifen oder als piezoelektrisches Bauteil ausgeführt. Beide Ausführungsarten können an der Oberfläche der langgestreckten Einrichtung angeordnet oder im Material der langgestreckten Einrichtung eingebettet sein. Vor allem bei der Verwendung eines Dehnmeßstreifens kann es von Vorteil sein, die Anbringstelle des wenigstens einen Sensors materialverstärkt oder materialgeschwächt auszubilden. Auf diese Weise kann die Meßempfindlichkeit des Dehnmeßstreifens vorteilhaft eingestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor durch eine strukturelle Metallisierungsschicht gebildet, die vorzugsweise an der Oberfläche der langgestreckten Einrichtung angeordnet oder im Material der langgestreckten Einrichtung eingebettet ist. Besonders bevorzugt wird der wenigstens eine Sensor als die langgestreckte Einrichtung zumindest teilweise umgebende Umhüllung ausgebildet. Auf diese Weise können an der langgestreckten Einrichtung angreifende Kräfte vollumfänglich erfaßt werden.

Die langgestreckte Einrichtung kann mit einem bestimmten Funktionsmechanismus ausgestattet sein. Darunter können chirurgische Apparaturen oder andere Funktionselemente, wie ein Ballonkatheter, verstanden werden. Für einen gesicherten Vorschub der langgestreckten Einrichtung kann der wenigstens eine Sensor an der von dem Organismus abgewandten Seite des Funktionsmechanismus angeordnet sein. Ferner kann auch der Funktionsmechanismus mit einem Sensor zur Krafterfassung ausgestattet sein, um auch die Funktionsabläufe des Funktionsmechanismus an dem Betätigungsbereich haptisch darzustellen.

Die bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Mittel zum Übertragen von Signalen von dem wenigstens einen Sensor insbesondere zur Steuereinrichtung. Das Übertragungsmittel kann beispielsweise als elektrische Leitung, insbesondere als ein in der langgestreckten Einrichtung eingebrachter Draht, ausgebildet sein. Für eine sehr kompakte Sensoranordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Leitung auch zur Energieversorgung des Sensors oder anderer elektrischer Bauteile benachbart dem Sensor genutzt werden. Ein weiteres bevorzugtes Mittel zur Übertragung von Signalen von dem wenigstens einen Sensor kann durch eine drahtlose Sender-Empfänger-Anordnung realisiert sein. Dabei kann der Sender benachbart dem wenigstens einen Sensor liegen und mit diesem betriebsmäßig verbunden sein. Vorzugsweise besitzen der wenigstens eine Sensor und/oder der Sender eine autarke Energieversorgung, indem beispielsweise ein Bauteil zur Erzeugung von Energie in struktureller Nähe des Sensors und/oder des Senders angeordnet ist. Außerdem kann für den wenigstens einen Sensor und/oder den Sender ein drahtloser Energieübertragungsmechanismus vorgesehen sein.

Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Ultraschallsender vorgesehen, der entweder Signale durch das Material der langgestreckten Einrichtung oder durch ein in der langgestreckten Einrichtung zu förderndes Fluid sendet.

Aufgrund der kostengünstigen und einfachen Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese als Einwegprodukt geeignet. Auf diese Weise kann eine kostengünstige und sterile Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet sein.

Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften sind in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen angegeben, in denen zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

2 eine Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer langgestreckten Einrichtung in einer ersten Ausführung;

3 eine Seitenansicht eines Teilbereichs der langgestreckten Einrichtung in einer zweiten Ausführung;

4 eine Seitenansicht eines dem Organismus zuzuwendenden Endes eines Ballonkatheters;

5 eine Seitenansicht eines dem Organismus zuzuwendenden Endes eines Führungsdrahts für einen Katheter;

6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die an einem Arm eines Patienten angebracht ist; und

7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufbaus eines Aktuators der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt, die eine langgestreckte Einrichtung 3 und einen, in 1 nicht näher dargestellten, an der Spitze der langgestreckten Einrichtung 3 angeordneten Sensor 4 umfaßt. Wie in 1 angedeutet ist, ist der Bereich der dem Organismus zuzuwendenden Spitze in ein Blutgefäß 5 eingeführt. Die langgestreckte Einrichtung 3 stößt an ihrem Ende an die Innenwand des Gefäßes 5, so daß der dort angeordnete Sensor 4 aktiviert wird und ein entsprechend dem Anpreßdruck der Einrichtung 3 gemessenes Kraftsignal K erzeugt, das an einen Sender 7 geleitet wird. Der Sender 7 übermittelt das Signal S_K an einen Verstärker 9, der eine, nicht näher dargestellte Steuereinrichtung umfaßt. Der Verstärker 9 mit Steuereinrichtung ist distal von dem Sensor 4 angeordnet. Die Steuereinrichtung übergibt ein Signal S_VK einem Aktuator 11, der entsprechend dem gemessenen Kraftsignal K einen Betätigungsbereich 13 der langgestreckten Einrichtung hap tisch beeinflußt. Der Betätigungsbereich 13 ist in 1 schematisch lediglich als Teil der langgestreckten Einrichtung dargestellt, um bei dieser bevorzugten Ausführung zu verdeutlichen, daß die langgestreckte Einrichtung 3 baulich mit dem Betätigungsbereich gekoppelt sein kann. Der Betätigungsbereich kann auch als separates Betätigungsbauteil, wie eine Spritze oder ein Joy-Stick, ausgeführt sein, dem das verstärkte ggf. geregelte Aktuatorsignal S_VKA auch drahtlos mitgeteilt werden kann.

In 2 ist das dem Organismus zuzuwendende Ende einer langgestreckten Einrichtung 3 dargestellt, die als schlauchförmiger Katheter ausgebildet ist. Die langgestreckte Einrichtung 3 umfaßt einen Innenkanal 15, der für die Injizierung eines Fluids, wie eines Kontrastmittels, geeignet ist. In einem geringen Abstand d von dem stumpfen Ende 17 der langgestreckten Einrichtung 3 ist eine umläufige Vertiefung 19 an der Außenseite der langgestreckten Einrichtung 3 vorgesehen. In diese Vertiefung 19 ist formschlüssig der Sensor 4 in Form eines Dehnmeßstreifens 21 derart eingesetzt, daß seine Außenfläche mit der Umgebungsfläche der langgestreckten Einrichtung 3 planflächig liegt.

Sollte der am im Bild untere Bereich des Endes 17 gegen ein Hindernis stoßen, so wird lediglich der untere Abschnitt des Dehnmeßstreifens 21 verformt, was über die Verstärkungs- und Steuereinrichtung 9 dem Aktuator 11 derart mitgeteilt wird, daß der Bedienperson diese Kräfteinformation, nämlich ein Kontakt des unteren Bereichs der langgestreckten Einrichtung, simultan haptisch am Betätigungsbereich 13 dargestellt wird.

3 zeigt eine weitere Ausführung der Anordnung eines Sensors 4 an dem Endbereich einer langgestreckten Einrichtung 3, wobei der Sensor 4 bei dieser Ausführung die langgestreckte Einrichtung längs einer Strecke 1 umgibt, deren Ausdehnung größer als der Durchmesser der langgestreckten Einrichtung 3 ist. Bei einer derartigen Ausführung kann der Sensor 4 durch eine piezokeramische Folie gebildet sein.

4 zeigt im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes 22 der langgestreckten Einrichtung 3 einen Ballonkatheter 23, welcher insbesondere mit einem Kontrastmittel aufgebläht werden kann, um eine Gefäßverengung zu weiten. Bei einer derartigen Ausführung der langgestreckten Einrichtung 3 mit einem zusätzlichen Funktionsmechanismus, der im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes liegt, ist der Sensor 4, der hier als Dehnmeßstreifen ausgebildet ist, auf der dem Organismus abgewandten Seite des Funktionsmechanismus anzuordnen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß durch den Betrieb des Funktionsmechanismus die an dem Sensor 4 ermittelten Meßergebnisse nicht verfälscht werden.

In 5 ist die langgestreckte Einrichtung 3 als Führungsdraht 25 ausgebildet, an dessen dem Organismus zuzuwendenden Ende eine den Flachspitzbereich bedeckende Klebschicht 27 vorgesehen ist, an dem ein Kraftsensor 4 fest angebracht ist. Der Kraftsensor 4 sowie die Kraftsensorbefestigung 27 und der Führungsdraht 25 ist zum Schutz vor Verschleiß mit einem isolierenden Mantel umschlossen, welcher gleichzeitig als Rückleiter für das Kraftsignal dient.

In 6 wird eine Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die langgestreckte Einrichtung 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird in den Organismus über eine Standard-Katheter-Schleuse 31 steril eingeführt. Bevor die Katheterschleuse 31 erreicht wird, durchläuft die langgestreckte Einrichtung 3 eine an einem Arm 33 des Patienten angebrachte Manschette 35, in welcher der Aktuator (nicht sichtbar) entsprechend der an der langgestreckten Einrichtung gemessenen Kräfte des Sensor die langgestreckte Einrichtung 3 lenkt, vor- und zurückschiebt oder auf sonstige Weise manipuliert.

In 7 ist die Realisierung einer Aktorik eines Aktuators 11 zur Erzeugung der haptischen Kräfte an der langgestreckten Einrichtung 3 dargestellt. Es sind zwei Zylinderrollen 37, 39 vorgesehen, durch deren Drehung (durch Pfeil A angedeutet) der translatorische Vorschub der langgestreckten Einrichtung erzeugt wird. Die rotatorische Bewegungsaktorik wird durch die translatorische Verschiebung (durch Pfeil B angedeutet) der Zylinderrollen 37, 39 realisert. Die Zylinderrollen 37, 39 sind mit Motoren, insbesondere Elektromotoren, 41, 43 gekoppelt, die den Antrieb der Zylinderrollen 37, 39 sicherstellen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

1: Medizintechnische Vorrichtung
3: Langgestreckte Einrichtung
4: Sensor
5: Blutgefäß
7: Sender
9: Verstärker
11: Aktuator
13: Betätigungsbereich
15: Innenkanal
17: Ende
19: Vertiefung
21: Dehnmeßstreifens
22: Ende
23: Ballonkatheter
25: Führungsdraht
27: Klebschicht
31: Standard-Katheter-Schleuse
33: Arm
35: Manschette
37, 39: Zylinderrollen
41, 43: Elektromotoren
K: Kraftsignal
S_K: Signal an Verstärker
S_VK: Verstärkter Signal
S_VKA: Aktuatorsignal

Claims

Medizintechnische Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung (3), die zum zumindest teilweisen Einführen in einen Organismus durch eine Körperöffnung bestimmt ist und wenigstens einen Sensor (4) umfasst, der eine an der langgestreckten Einrichtung (3) intrakorpuskular angreifende Kraft/Kräfte erfasst, gekennzeichnet durch einen Aktuator (11), der gemäß der erfassten Kraft/Kräfte einen haptischen Eindruck an einem Betätigungsbereich (13) der langgestreckten Einrichtung (3) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensoren (4) zur Bestimmung einer Kraftvektorrichtung vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbereich (13) mit der langgestreckten Einrichtung mechanisch und/oder baulich gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (11) in einer Manschette (35) untergebracht ist, die insbesondere extrakorpuskular insbesondere an einer Gliedmaße (33) des Organismus fest anbringbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbereich (13) zum manuellen Bedienen der langgestreckten Einrichtung (3) ausgestaltet ist, insbesondere ähnlich einer Spritze ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Steuern des Aktuators (11) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (11) derart gesteuert wird, daß störende Betriebswiderstandskräfte der Vorrichtung (1), wie Reibungskraft zwischen der langgestreckten Einrichtung (3) und dem Organismus, Kraft zur elastischen Verformung der langgestreckten Einrichtung (3), des Aktuators (11), etc., mit der von dem wenigstens einen Sensor (4) ermittelten Kraft/Kräften überlagert wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (11) derart gesteuert wird, daß störende Betriebswiderstandskräfte der Vorrichtung (1), wie Reibungskraft zwischen der langgestreckten Einrichtung (3) und dem Organismus, Kraft zur elastischen Verformung der langgestreckten Einrichtung (3), des Aktuators (11), etc., von dem Aktuator (11) kompensiert werden, so daß am Betätigungsbereich (13) ein haptischer Eindruck spürbar ist, welcher im wesentlichen nur der/den von dem wenigstens einen Sensor (4) erfassten Kraft/Kräften entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unterbrechungsmechanismus vorgesehen ist, der eine Betätigung der langestreckten Einrichtung (3) unterbindet.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrechungsmechanismus auf eine bestimmte von dem wenigstens einen Sensor (4) gemessenen Kraft hin aktivierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterbrechungsmechanismus eine Klemmeinrichtung umfaßt, die einen Vorschub der langgestreckten Einrichtung (3) verhindert.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung dadurch realisiert ist, daß der Aktuator (11) der langgestreckten Einrichtung (3) eine Widerstandskraft mitteilt, welche die jeweilige von der Bedienperson aufgebrachte Betätigungskraft ausgleicht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Filtereinrichtung vorgesehen ist, die von dem wenigstens einen Sensor (4) erzeugte Signale filtert, insbesondere hochfrequente Anteile filtert.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Skalieren der von dem wenigstens einen Sensor (4) ermittelten Kräfte vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator (11) nach einem magneto- oder elektrorheologischen Funktionsprinzip arbeitet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren (11) zum aktiven Erzeugen von Kräften und/oder Momenten am Betätigungsbereich (13) und/oder an der langgestreckten Einrichtung (3) ausgelegt sind.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsbereich (13) zur Aufnahme der langgestreckten Einrichtung mit unterschiedlicher Breite, insbesondere Durchmessern, ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (4) im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes, vorzugsweise an der dem Organismus zuzuwenden Spitze, der langgestreckten Einrichtung (3) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (4) als Dehnmeßstreifen, der vorzugsweise an der Oberfläche der langgestreckten Einrichtung (3) angeordnet ist, oder als piezoelektrisches Bauteil ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckte Einrichtung an der Stelle, an dem der wenigstens eine Sensor (4) angebracht ist, materialverstärkt oder materialgeschwächt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (4) durch eine strukturierte Metallisierungsschicht gebildet ist, die vorzugsweise an der Oberfläche der langgestreckten Einrichtung (3) angeordnet oder im Material der langgestreckten Einrichtung (3) eingebettet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (4) als eine die langgestreckte Einrichtung (3) zumindest teilweise umgebende Umhüllung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer langgestreckten Einrichtung (3) mit einem Funktionsmechanismus (23), wie ein Katheterballon oder dgl., der wenigstens eine Sensor (4) auf der von dem Organismus abgewandten Seite des Funktionsmechanismus (23) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zum Übertragen von Signalen des wenigstens einen Sensors (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsmittel als elektrische Leitung, insbesondere als ein in der langgestreckten Einrichtung (3) eingebrachten Draht, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die in die langgestreckte Einrichtung (3) eingebrachte Leitung zur Energieversorgung des wenigstens einen Sensors (4) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Übertragung von Signalen des wenigstens einen Sensors (4) eine drahtlose Sender-/Empfängeranordnung ist und insbesondere der Sender benachbart dem wenigstens einen Sensor (4) liegt und mit dem wenigstens einen Sensor (4) betriebsmäßig verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (4) und/oder der Sender ein Bauteil zur autarken Erzeugung von Energie aufweisen oder daß der wenigstens eine Sensor (4) und/oder der Sender zu einem drahtlosen Energieempfang ausgelegt sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ultraschallsender vorgesehen ist, der Signale durch das Material der langgestreckten Einrichtung (3) oder durch ein in der langgestreckten Einrichtung (3) zu förderndes Fluid sendet.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Einwegprodukt ist.