DE112005002972B4

DE112005002972B4 - Hermetischer Endoskopzusammenbau

Info

Publication number: DE112005002972B4
Application number: DE112005002972.7T
Authority: DE
Inventors: Ezra Navok; Gregory Konstorum; Christopher A. Cook; Tai Lin Fan
Original assignee: Gyrus ACMI Inc
Current assignee: Gyrus ACMI Inc
Priority date: 2004-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2025-12-14
Also published as: WO2006066022A8; DE112005002972T5; US20080300463A1; WO2006066022A2; US20060173242A1; WO2006066022A3; JP4719225B2; US8568300B2; US20140330082A1; US20130211199A1; US7410462B2; JP2008522790A

Abstract

Griff eines Endoskops, welcher zum Unterbringen eines Bauteils des Endoskops eingerichtet ist, wobei der Griff Folgendes umfasst:
einen Gehäuseabschnitt mit einer mittleren Sektion, welche ein distales Ende und ein proximales Ende definiert und ein metallisches Material umfasst, und eine Endsektion, welche ein metallisches Material mit einem von dem metallischen Material der mittleren Sektion verschiedenen Schmelzpunkt umfasst und, die mit der mittleren Sektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang verbunden ist, der eine Verschmelzung der metallischen Materialien bei einer Temperatur unterhalb der jeweiligen Schmelzpunkte der beiden metallischen Materialien, ohne ein zusätzliches Füllmaterial, erzeugt, um eine hermetische Dichtung zwischen den metallischen Materialien zu bilden, und
ein Übergangselement, welches das gleiche metallische Material wie das Material der Endsektion umfasst und durch einen Schweißvorgang mit der Endsektion des Gehäuseabschnitts verbunden ist.

Description

Diese Anmeldung beansprucht Priorität und das Vorrecht aus der vorläufigen US-Patentanmeldung Seriennr. 60/635,928 , eingereicht am 13. Dezember 2004, durch Ezra Navok et al., unter dem Titel „ENDOSCOPE ASSEMBLAGE“.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein medizinisches Endoskop ist ein Instrument, das verwendet wird, um das Innere eines Körpers zu untersuchen. Ein typisches Endoskop hat ein distales Ende, das ein optisches oder elektronisches bildgebendes System umfaßt, ein proximales Ende mit Steuerungen zum Manipulieren des Instruments und Vorrichtungen zum Betrachten des Bildes und einen massiven oder röhrenförmigen länglichen Schaft, der die Enden verbindet. Um ein Endoskop zu verwenden, führt ein Arzt das distale Ende durch eine natürliche Öffnung oder einen künstlichen Einschnitt in den Patienten ein und schiebt danach den Schaft in den Patienten, bis das distale Ende einen Ort von Interesse erreicht. Das proximale Ende verbleibt außerhalb des Patienten und ist typischerweise mit einem Okular, einem Videomonitor oder einem anderen Gerät verbunden. Einige Endoskope lassen den Arzt Instrumente oder Behandlungen einen hohlen Kanal hinab hindurchführen, zum Beispiel um Gewebe zu resezieren oder Gegenstände herauszuholen. Andere Endoskope sind im engsten Sinne Untersuchungsvorrichtungen und werden nicht für Fernarbeitsgänge verwendet.
Nachdem ein Endoskop bei einem bestimmten Patienten verwendet wird, muß das Endoskop sterilisiert werden, bevor es wieder verwendet werden kann. Das Ziel des Sterilisierens ist es, alle Fremdstoffe und alle Pathogene zu entfernen. Ein herkömmliches Verfahren zum Sterilisieren metallischer chirurgischer Instrumente ist es, sie in eine Vorrichtung, genannt Autoklav, zu legen. Ein Autoklav ist ein starkes, umhülltes Druckgefäß mit einer Heizvorrichtung und einer druckdichten Tür. Ein Autoklav erhitzt seinen Inhalt mit Druckdampf auf eine hohe Temperatur, oberhalb des Siedepunktes von Wasser, was Pathogene und Mikroorganismen abtötet.
Die hohe Temperatur und der Druck innerhalb eines Autoklaven können jedoch Endoskope und ähnliche Instrumente beschädigen oder beeinträchtigen. Da Endoskope ausgeklügelter und teurer geworden sind, ist es wichtiger geworden, diese Beschädigung und Beeinträchtigung zu verringern oder zu verhindern, während man sich zum sicheren Sterilisieren weiterhin auf einen Autoklaven verläßt.
Ein typisches elektronisches Endoskop kann Leiterplatten, integrierte Schaltkreise, Steckverbinder, Linsen, Prismen, Bildsensoren und so weiter enthalten. Ein typisches Endoskop schützt diese inneren Teile, zum Beispiel während des Sterilisierens, durch ein Abdichtungssystem auf der Grundlage von O-Ringen, Silikondichtungen, Epoxiddichtungen oder ähnlichen flexiblen, halbflexiblen oder klebenden Abdichtungsmitteln. Unglücklicherweise können einige dieser Abdichtungsverfahren dem wiederholten Einwirken von Druckdampf in einem Autoklaven oder anderen Sterilisationsbedingungen nicht widerstehen. Sterilisationsvorgänge für Endoskop beginnen gemeinhin mit einem teilweisen oder vollständigen Auseinanderbauen, gefolgt vom Sterilisieren durch Eintauchen in sterilisierende Gase, Flüssigkeiten oder Plasmen. Diese Sterilisationsvorgänge sind arbeitsintensiv und teuer. Was schlimmer ist, sie sind nicht immer vollkommen wirksam beim Desinfizieren und Dekontaminieren des Instruments. Krankheitserregende Mikroorganismen können die Bearbeitung überleben, was eine Gefahr einer iatrogenen Infektion für nachfolgende Patienten schafft - eine Komplikation, die zu verlängerten Krankenhausaufenthalten und einer gesteigerten Mortalität und Morbidität beiträgt.
Es wird ein elektronisches Endoskop benötigt, das die strenge Sterilisation in einem Autoklaven überstehen kann - der, aus der Notwendigkeit und der Auslegung heraus, eine sehr rauhe Umgebung schafft. Idealerweise würde das Endoskop kein bedeutsames Auseinanderbauen von der Autoklavenbehandlung erfordern. Idealerweise würde es eine wiederholte Autoklavenbehandlung ohne Beschädigung oder Beeinträchtigung überleben. Es sind einige Versuche unternommen worden, hermetische Umhüllungen bereitzustellen. Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift Nr. 6,572,537 ein Endoskop, das eine Festkörper-Bildaufhahmevorrichtung mit einem Saphirfenster an der distalen Spitze und einer Saphirabdeckung am hinteren Ende hat. Die Abdeckung und das Fenster werden einem Metallisierungsvorgang unterworfen und danach durch einen luftdichten Hartlötvorgang mit Metallelementen verbunden, um eine hermetische Dichtung zu formen. Gelötete oder hartgelötete Verbindungen werden an verschiedenen anderen Orten in der Vorrichtung verwendet, um hermetische Dichtungen zu formen. (Siehe ebenfalls die US-Patentschriften Nr. 6,716,161, 6,547,722, 6,547,721, 6,425,857, 6,328,691, 6,146,326, 6,080,101, 6,030,339, 5,868,664, 5,810,713, 5,188,094 und 4,878,485.)
Unglücklicherweise ist den vorstehenden Notwendigkeiten durch den Stand der Technik nicht entsprochen worden, da die bloße Gestaltung einer hermetischen Umhüllung, die in der Lage sein könnte, rauhen Umgebungsbedingungen zu widerstehen, nicht automatisch andere funktionelle und betriebliche Notwendigkeiten befriedigt. Insbesondere erfordern unterschiedliche Teile eines Endoskops idealerweise unterschiedliche Materialattribute. Manche wünschenswerten Materialien, die rauhen Bedingungen widerstehen können, mögen sich nicht leicht mit anderen wünschenswerten Materialien verbinden. Dies ist gewiß der Fall in Bezug auf Aluminium, rostfreien Stahl und Titanmetalle oder deren Legierungen, zum Beispiel, deren jedes wünschenswerte betriebliche oder funktionelle Attribute bereitstellen kann.
Im einzelnen ergibt sich die Notwendigkeit, verschiedene Metalle zu verbinden, teilweise aus der Auswahl der Materialien Teil für Teil, geleitet von dem Zweck jedes Teils und den Eigenschaften der verfügbaren Metalle und Legierungen. Die Teile von medizinischen Instrumenten, die tatsächlich in den Körper eines Patienten eindringen, sind häufig aus rostfreiem Stahl hergestellt, einem durch die FDA genehmigten Material mit korrosionsbeständigen Eigenschaften, die zum Aufrechterhalten einer sterilen Oberfläche wünschenswert sind. Jedoch hat rostfreier Stahl eine geringe Wärmeleitfähigkeit und ist verhältnismäßig schwer. Im Gegensatz dazu hat Aluminium eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, was es zu einem bevorzugten Material für die Teile von medizinischen Instrumenten macht, die Wärmequellen, wie beispielsweise elektrische oder elektronische Vorrichtungen, enthalten. Aluminium ist ebenfalls leichter als rostfreier Stahl, was es für größere Teile besser macht, insbesondere jene, die ein genaues Manipulieren erfordern. Aluminium ist unglücklicherweise anfällig für Korrosion, was es nicht ideal macht für Teile, die in den Körper hineingehen; und Aluminium ist verhältnismäßig weich, was es nicht ideal macht für Teile, die Reibung, Kratzen und Verschleiß ausgesetzt sind. Andererseits ist Titan außerordentlich stark, hart und fest, was es zum Vorzugsmaterial macht für Teile, die Reibung und Verschleiß ausgesetzt sind. Im Ergebnis seiner Festigkeit ist Titan herkömmlicherweise schwer spanend zu bearbeiten gewesen, so daß Titanteile teuer gewesen sind. Laufende Verbesserungen in Metallbearbeitungstechnologien haben zu einer laufenden Erweiterung der Verwendung von Titan in medizinischen Instrumenten und anderswo geführt.
Das Herstellen einer hermetischen Umhüllung zieht großen Nutzen aus der Fähigkeit, Schmelzverbindungen, wie beispielsweise Schweißungen, zu bilden. Es ist jedoch schwierig oder unmöglich, unterschiedliche Metalle, wie beispielsweise rostfreien Stahl, Aluminium und Titan, anders als über Laserschweißen, Lichtbogenschweißen und ähnliche Techniken aneinanderzuschweißen. Eine Herangehensweise wäre, alle strukturellen Bauteile aus verträglichen Metallen oder Legierungen zu fertigen. Zum Beispiel könnten die strukturellen Teile des Objektivkopfes, des Schafts und des Griffs alle aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, was die Bildung von Schmelzverbindungen erleichtert. Diese Herangehensweise schließt die Auswahl von Metallen und Legierungen Teil für Teil aus, ein beträchtlicher Nachteil. Das Verschmelzen optischer Gläser, die in Objektivköpfen verwendet werden, stellt ähnliche Herausforderungen.
US 6,716,161 B2 offenbart ein Endoskop, welches für eine Sterilisation in einem Autoklaven geeignet ist. Das Endoskop weist ein Okular auf, das einen metallischen Gehäuseabschnitt aufweist, in dem mehrere Linsen enthalten sind. Das Okular weist ferner ein Eingangs- und ein Ausgangsfenster auf sowie einen metallischen Bulk, der mit dem metallischen Gehäuseabschnitt verbunden ist. Als Verbindung von metallischen Materialien wird u. a. Druckschweißen offenbart.
DE 201 04 874 U1 offenbart ein medizinisches Instrument, das in Längsausdehnung eine Mehrzahl von Segmenten umfasst, die mittels Diffusionverschweißung miteinander verbunden sind.
US 5,868,664 A offenbart eine endoskopische Videokamera, die elektrisch isoliert ist, so dass sie sterilisierbar ist. Die Vorrichtung weist ein inneres Gehäuse auf, das aus Titan gebildet ist und mit Saphir-Fenstern abgeschlossen ist. Das innere Gehäuse ist mit einer Schweißverbindung, vorzugsweise einer Elektronenstrahlverschweißung, einer Trennwand verbunden.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDERISCHEN KONZEPTE
Die Erfindung betrifft einen Griff eines Endoskops nach Anspruch 1, ein Verfahren zum Formen eines Endoskopgriffs nach Anspruch 17 sowie ein Endoskop nach Anspruch 27.
Bei bestimmten Ausführungsformen ist das vorliegende erfinderische Konzept auf ein hermetisch abgedichtetes Endoskop sowie verwandte Verfahren gerichtet, mit den folgenden Eigenschaften, allein oder in Kombination:
Bei bestimmten Ausführungsformen sind die vorliegenden erfinderischen Konzepte auf eine hermetisch abgedichtete Umhüllung gerichtet, geeignet zur Verwendung in einem elektronischen Endoskop mit einem Onboard-Bildsensor, wie beispielsweise einem CCD- oder CMOS-Chip, das zu wiederholten Sterilisationszyklen in einem Autoklaven in der Lage ist. Um wiederholte Autoklavenbehandlung ohne größeres Auseinanderbauen zu überleben, schützt eine Endoskopumhüllung alle Verbindungen, Steuerungen und Anschlüsse mit Schmelzmetall- oder Koaleszenz-Metallabdichtungstechniken, wie beispielsweise Löten, Hartlöten, Laserschweißen oder Reibungsschweißen. Sie kann ebenfalls Schmelzglasstopfen verwenden, durch die elektrische Leitungen vom Inneren einer Umhüllung zum Äußeren hindurchgehen können. Sie muß keine freigelegten O-Ring-Dichtungen, Silikondichtungen, Epoxiddichtungen oder ähnliche flexible, halbflexible oder klebende Dichtungen einsetzen.
Bestimmte Ausführungsformen des vorliegenden erfinderischen Konzepts schützen alle inneren Teile des bildgebenden Systems, einschließlich des optischen Systems, des Beleuchtungssystems oder beider, durch die Verwendung von Öffnungen oder Fenstern, hergestellt aus nichtmetallischen, optischen Materialien, wie beispielsweise optischem Saphir, die in eine Öffnung gelötet sind, bereitgestellt in einer kappenartigen Abdekkung, die anschließend an den Endoskopschaft geschweißt wird. Das Zusammenbauen durch Schmelzmetalldichtungen erzeugt einen hermetisch abgedichteten Objektivkopf, der die optischen und Beleuchtungssysteme schützt. Das Vorlöten der Fenster und Öffnungen in die Abdeckung und das anschließende Schweißen der Abdeckung an den Schaft beseitigt vorteilhafterweise eine Hitzebeschädigung sowohl der optischen als auch der Beleuchtungsbestandteile während des Zusammenbauens. Beleuchtungsbestandteile, wie beispielsweise Glasfaserbündel und LEDs, sind besonders wärmeempfindlich, eine Eigenschaft, die sonst die Verwendung einer Epoxiddichtung (zum Beispiel) zwischen der Lichtöffnung und der Abdeckung erzwingen könnte. Das Vorlöten der Lichtöffnung in die Abdeckung beseitigt diese nicht dauerhafte, nicht hermetische Dichtung, so daß nicht nur das optische System, sondern ebenfalls das Beleuchtungssystem den Nutzen aus einer hermetischen Umhüllung zieht.
Bei anderen Ausführungsformen sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte optische Einzel- oder Verbundfenster vor, befestigt durch eine opake Verbindung, die durch Löten mit Gold, dessen Legierungen oder ähnlichen Metallen oder Legierungen geformt wird. Es ist ein Vorteil einer opaken Verbindung, Reflexionen in oder zwischen den optischen Elementen zu verringern, den Kontrast zu steigern und die Bildqualität zu verbessern.
Bei anderen Ausführungsformen erreichen die vorliegenden erfinderischen Konzepte einen verbesserten Kontrast durch die Verwendung einer oder mehrerer Rillen, die in eine oder mehrere Oberflächen eines optischen Elements eingeschrieben sind, um es in verschiedene Regionen zu unterteilen.
Bei noch anderen Ausführungsformen sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte einen hermetisch abgedichteten Gehäuseabschnitt vor, gebildet aus unterschiedlichen Metallen, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Titan, Aluminium und Nitinol. Der Gehäuseabschnitt kann dauerhaft am Schaft eines Endoskops befestigt oder lösbar an demselben befestigt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen enthalten die Gehäuseabschnitte ein bildgebendes System.
Bei anderen Ausführungsformen sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte einen Griffabschnitt vor, der Hall-Effekt- oder andere elektromagnetische Schalter für Steuerungen einsetzt, wodurch sich das Perforieren des Endoskopgriffs erübrigt und dessen hermetische Umhüllung bewahrt wird.
Diese und andere erfinderische Ausführungsformen werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Figuren ausführlicher beschrieben.
Figurenliste

1 bis einschließlich 16C zeigen repräsentative Ausführungsformen nach den Prinzipien der vorliegenden erfinderischen Konzepte, wobei die gleichen oder ähnliche Merkmale gemeinsame Bezugszahlen in einem Bereich von 1 bis 99 teilen, denen im Fall eines ähnlichen oder analogen Merkmals eine Zahl im Hunderterbereich vorangehen kann. Der Klarheit wegen kann sich jede Bezugszahl auf einen Gegenstand, der allgemein und abstrakt betrachtet wird, sowie auf Fälle des Gegenstandes im Kontext einer oder mehrerer Ausführungsformen beziehen.
1A zeigt eine Seitenansicht eines repräsentativen endoskopischen Systems nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten,
1B zeigt eine Draufsicht desselben,
1C zeigt eine proximale Stirnansicht desselben,
2A zeigt eine distale Stirnansicht einer distalen Spitze eines Objektivkopfes mit mehreren Scheiben, nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten,
2B zeigt einen Längsschnitt derselben, längs der Linie 2B - 2B in 2A,
2C zeigt einen Querschnitt derselben, mit einigen entfernten Bauteilen, längs der Linie 2C - 2C in 2B,
2D zeigt eine distale Stirnansicht derselben, mit einer anderen Querschnittslinie 2E -2E,
2E zeigt einen anderen Längsschnitt derselben, längs der Linie 2E - 2E in 2D,
3A und 3B zeigen eine Seitenansicht und ein Eckdetail einer exemplarischen Scheibe zur Verwendung in einem endoskopischen System, nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten,
4A zeigt eine distale Stirnansicht der distalen Spitze einer alternativen Ausführungsform einer ringförmigen Scheibe,
4B zeigt einen Längsschnitt derselben, längs der Linie 3B - 3B in 4A,
4C zeigt eine Stirnansicht der Lichtöffnung in Isolation,
4D ist eine Seitenansicht derselben,
5A zeigt eine Stirnansicht der distalen Spitze einer alternativen Ausführungsform, dafür eingerichtet, ein Bild in einem Winkel in Bezug auf die Längsachse zu erfassen,
5B zeigt einen Längsschnitt derselben, längs der Linie 5B - 5B in 5A,
6A zeigt eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform eines optischen Fensters oder einer Lichtöffnung mit einer halbmondförmigen freigelegten Fläche,
6B ist eine Unteransicht derselben,
6C ist eine Seitenansicht derselben,
7A zeigt eine Vorderansicht einer Verbundfensterbaugruppe, die zwei der Fenster von 6A, aneinander goldgelötet, umfaßt,
7B ist ein Querschnitt derselben, längs der Linie 7B - 7B in 7A,
8A zeigt eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform einer Verbundfensterbaugruppe, die zwei der Fenster von 6A mit einer geschmolzenen Glasfritte dazwischen umfaßt,
8B zeigt einen Querschnitt derselben, längs der Linie 8B - 8B in 8A,
9A zeigt eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform einer Verbundfensterstruktur,
9B zeigt einen Querschnitt derselben, längs der Linie 9B - 9B in 9A,
10A zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines optischen Fensters mit Rillen, die das Fenster in optische Regionen teilen,
10B zeigt einen Querschnitt derselben, längs der Linie 10B - 10B in 10A,
11 ist ein aufgeschnittener Längsschnitt des proximalen Griffabschnitts zur Verwendung in einem endoskopischen System, wie beispielsweise dem von 1A, nach der vorliegenden Erfindung,
11B, 11C und 11D sind Querschnitte desselben, längs der Linien 11B - 11B, 11C-11C bzw. 11D - 11D in 11A,
12 ist ein aufgeschnittener Längsschnitt eines Rohlings für den Griff von 11A,
13A zeigt eine Draufsicht eines Griffgehäuses, geformt aus dem Griffrohling von 12,
13B zeigt eine Stirnansicht desselben,
13C zeigt einen aufgeschnittenen Längsschnitt desselben, längs der Linie 13C - 13C in 13B,
13D zeigt einen anderen aufgeschnittenen Längsschnitt desselben, längs der Linie 13D - 13D in 13B,
14 zeigt eine aufgeschnittene Ansicht eines distalen Übergangselements zur Verwendung mit dem Griffabschnitt von 13, und
15 ist eine aufgeschnittene Ansicht der Griffgehäusebaugruppe für ein endoskopisches System, wie beispielsweise das von 1A, nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten.
16A zeigt eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform eines Gehäuseabschnitts nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten.
16B zeigt eine Vorderansicht des Gehäuseabschnitts von 1A.
16C zeigt eine Rückansicht des Gehäuseabschnitts von 1C.

Das Vorstehende ist nicht als eine erschöpfende Liste aller Ausführungsformen und Merkmale der vorliegenden erfinderischen Konzepte vorgesehen; Fachleute auf dem Gebiet sind in der Lage, aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen andere Ausführungsformen und Merkmale zu erkennen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDERISCHEN KONZEPTE
DEFINITIONEN
„Hermetisch“ und seine Variationen bezeichnen hierin einen abgedichteten, gasdichten und fluiddichten Behälter, eine Röhre oder Umhüllung im Verhältnis zu den Umgebungsbedingungen, denen ein endoskopisches Gehäuse oder eine Umhüllung, die hierin beschrieben werden, normalerweise ausgesetzt wären.
„Schmelzmetalldichtung“ und seine Variationen bezeichnen hierin eine beliebige Verbindung, die durch eine beliebige von mehreren Löt-, Hartlöt-, Schweiß- oder Schmelztechniken, wie beispielsweise Laserschweißen und Goldlöten, geformt wird.
„Unterschiedliche metallische Materialien“ bezeichnet im Kontext dieser Anmeldung metallische Materialien, die auf Grund des Schmelzpunktes oder metallurgischer Unverträglichkeiten in den zu verbindenden Metallgrundmaterialien nicht unmittelbar durch Schweißtechniken verbunden werden können, um Schmelzmetalldichtungen zu bilden.
„Goldlöten“ bezeichnet hierin die Verwendung von Gold oder dessen Legierungen als schmelzbares Material, um eine Verbindung zwischen Grundmaterialien zu bilden. Alle als goldgelötet identifizierten Verbindungen weisen darauf hin, daß Gold oder ein Lötmetall oder Lot auf Goldgrundlage eine bevorzugte Schweißtechnik für medizinische endoskopische Systeme ist, weil es bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur einen bioverträglichen, verformbaren, chemisch inerten hermetischen Verschluß erzeugt. Es versteht sich, daß „Goldlöten“ hierin nicht die Verwendung anderer schmelzbarer Materialien, Metalle oder Legierungen ausschließt, insbesondere, falls das schmelzbare Material bioverträglich ist und wiederholten Autoklavenzyklen widerstehen kann. Löten mit anderen bioverträglichen Metallen oder Legierungen kann zu Beispiel für bestimmte Verbindungen das Goldlöten ersetzen.
„Laserschweißen“ bezeichnet hierin eine beliebige von verschiedenen Schweißtechniken, die wesentlich kohärentes Licht einsetzen, um die zum Zusammenschmelzen von Teilen erforderliche Hitze zu erzeugen. Alle als Laserschweißungen identifizierten Verbindungen weisen daraufhin, daß Laserschweißen eine bevorzugte Technik ist, weil es sauber, genau und schnell ist und empfindliche Bauteile nicht beschädigt. Es versteht sich jedoch, daß „Laserschweißen“ hierin nicht unbedingt alternative Verbindungstechniken, wie beispielsweise Goldlöten, Elektronenstrahlschweißen und Preßpassung, ausschließt.
„Licht“ schließt sowohl sichtbare als auch unsichtbare Anteile des elektromagnetischen Spektrums sowie polarisiertes, gepulstes, gefiltertes und kohärentes (Laser-) Licht ein.
„Scheibe“ oder „optische Scheibe“ bezeichnet hierin Fenster oder Öffnungen mit einem beliebigen Transmissionswirkungsgrad, die ein Durchlassen eines gewissen Anteils des elektromagnetischen Spektrums ermöglichen, zum Zweck der Bilderfassung durch ein bildgebendes System für ein Endoskop oder zur Beleuchtung eines Zielorts im Körper eines Patienten.
„Prisma“ schließt hierin einen Spiegel oder ein anderes optisches Element zum Umleiten der Bahn eines Lichtstrahls ein.
Unter Bezugnahme auf 1A, 1B und 1C umfaßt ein Endoskop 20 einen distalen Endabschnitt 22 einschließlich eines Objektivkopfs 28, einen Schaft 26 und einen proximalen Endabschnitt 24 einschließlich eines Griffabschnitts 50. Unter Bezugnahme auf 2A bis 2E schließt der Objektivkopf 28 ein elektronisches bildgebendes System 30 zum Erfassen eines Bildes und ein Beleuchtungssystem 32 ein. Das bildgebende System 30 schließt typischerweise ein optisches System 31 und eine oder mehrere Bildaufzeichnungsvorrichtungen 38, zuzüglich von Hilfselektronik, Leitern und Verbindungen, ein. Wie weiter unten ausführlicher erörtert, haben optische Scheiben aus lichtdurchlässigem Material eine Oberfläche am Äußeren des Endoskops und befinden sich in optischer Ausrichtung mit dem bildgebenden System und dem Beleuchtungssystem. (Eine „Scheibe“ kann, in Abhängigkeit von der Funktion, hierin ebenfalls als „Fenster“ oder „Öffnung“ oder ein Abschnitt davon bezeichnet werden.)
Das optische System 31 schließt typischerweise eine oder mehrere Scheiben, die ein optisches Fenster umfassen, und ein oder mehrere innere optische Elemente 33a bis einschließlich 33n ein. Die inneren Elemente 33a bis einschließlich 33n können Linsen, Prismen oder Spiegel, allein oder in einer beliebigen Kombination, einschließen. Einige Ausführungsformen schließen ferner ein Prisma 36, eingerichtet zum Reflektieren von Licht zur Bildaufzeichnungsvorrichtung 38, ein.
Das optische Fenster 34 ist eine Öffnung, in der Lage, das Durchlassen von elektromagnetischer Energie, wie beispielsweise sichtbarem Licht, zu ermöglichen. Die Öffnung ist in der distalen Spitze des Objektivkopfs 28 angeordnet, um das bildgebende System 30 abzudichten oder zu schützen und wahlweise, um optische Wirkungen bereitzustellen. Das Fenster 34 kann optisch vergütet (zum Beispiel zum Verbessern der Lichtdurchlässigkeit) oder gefärbt oder gemustert (zum Beispiel zum Filtern oder anderweitigen Modifizieren des in das optische System 31 eintretenden Lichts) sein. Das Fenster 34 kann ein Kreiszylinder sein, angebracht in der distalen Spitze des Objektivkopfs 28, mit seiner Achse parallel zu einer Objektivachse 25, wobei es, wie in 2D und 3F gezeigt, eine kreisförmige Fläche freilegt. Es ist aber eine beliebige Form für den Zweck geeignet, die das Objektivelement des bildgebenden Systems abdeckt. Zum Beispiel kann die freigelegte Fläche quadratisch, rechteckig, linear, vieleckig oder unregelmäßig sein.
Bei bestimmten Ausführungsformen schließt der Objektivkopf 28 einen mit Fenster versehenen Verschluß für das distale Ende des Schafts 26 ein, wie beispielsweise eine kappenartige Metallabdeckung 40, die wie weiter unten erörtert, an einer Schweißung 42 mit dem Schaft 26 verbunden ist. Die distale Oberfläche der Abdeckung 40 stellt eine Öffnung oder eine andere Aufnahme zum Halten jedes optischen Fensters 34, jeder Lichtöffnung 35 oder Verbundfensterbaugruppe, wie weiter unten ausführlich beschrieben, bereit. Bei einer Ausführungsform entspricht der Außendurchmesser der Abdekkung 40 wesentlich demjenigen des Schafts 26, so daß die Abdeckung 40 an den Schaft 26 anstößt und die Schweißung 42 ein Stumpfstoß ist. Bei einer anderen Ausführungsform gleitet die Abdeckung 40 über das distale Ende des Schafts 26. Dementsprechend entspricht der Innendurchmesser der Abdeckung 40 annähernd dem Außendurchmesser des Schafts 26, so daß die Abdeckung 40 den Schaft 26 überlappt und die Schweißung an einer Position 42 das proximale Ende der Abdeckung 40 gegenüber der benachbarten eingefügten Fläche des Schafts 26 abdichtet. Bei einer anderen Ausführungsform gleitet die Abdeckung 40 in das distale Ende des Schafts 26. Dementsprechend entspricht der Außendurchmesser der Abdeckung 40 annähernd dem Innendurchmesser des Schafts 26, und die Schweißung 42 dichtet das distale Ende des Schafts 26 gegenüber der benachbarten eingefügten Fläche der Abdeckung 40 ab. Die Begriffe „Innendurchmesser“ und „Außendurchmesser“ bezeichnen hierin die Verschachtelungsfolge der Abdeckung 40 und des Schafts 26 und deuten nicht an, daß die Abdeckung 40 und der Schaft 26 unbedingt ein kreisförmiges Querschnittsprofil haben. Das Außenprofil des eingefügten Teils sollte sich allgemein dem Innenprofil des umschließenden Teils anpassen, was das Bilden einer hermetischen Dichtung an der Schweißung 42 erleichtert.
Das Beleuchtungssystem 32 ist ein Mittel zum Beleuchten des Orts von Interesse, typischerweise mit sichtbarem Licht, aber alternativ dazu mit einem beliebigen Teil des elektromagnetischen Spektrums. Das Beleuchtungssystem 32 schließt wenigstens eine Lichtquelle 65 (11 und 15), wenigstens eine Scheibe, die eine Lichtöffnung 35 umfaßt, und, bei einigen Ausführungsformen, wenigstens einen Lichtleiter 67 ein. Die Lichtquelle 65 kann zum Beispiel eine oder mehrere Festkörperlichtquellen (z.B. LED) sein, die irgendwo innerhalb des Endoskops 20 angeordnet sein können. Alternativ dazu kann die Lichtquelle 65 ein Lichtleiter, wie beispielsweise ein Glasfaserbündel, gekuppelt an eine äußere Lichtquelle, sein. Andere lichterzeugende Vorrichtungen liegen im Rahmen der vorliegenden erfinderischen Konzepte.
Das Beleuchtungssystem 32 kann auf einem oder mehreren Lichtleitern 67 beruhen, wie beispielsweise einem oder mehreren Glasfaserbündeln, um Licht von der Lichtquelle 65 zur Lichtöffnung 35 und anschließend zum Ort des Interesses weiterzuleiten. Zum Beispiel erzeugt, wie in 15 gezeigt, die Lichtquelle 65, hier eine oder mehrere LED im Griff 50, Licht, das vom Lichtleiter 67 durch den Schaft 26 zum Objektivkopf 28 weitergeleitet wird. Bei einer alternativen Ausführungsform können sich eine oder mehrere Lichtquellen 65 innerhalb eines Gehäuses oder einer Umhüllung, wie beispielsweise des Abschnitts des Objektivkopfes 28 des Endoskopschafts, befinden, was einen oder mehrere Lichtleiter 67 erübrigt.
Die Lichtöffnung 35 ist eine Scheibe, ähnlich dem optischen Fenster 34, und ist an der distalen Spitze des Endoskops 20 in die Abdeckung 40 gesetzt, um wenigstens ein Beleuchtungssystem 32, das wenigstens eine Lichtquelle hat, zu schützen, um die Eigenschaften des durchgelassenen Lichts zu verändern oder beides. Die Lichtöffnung 35 kann durchsichtig, durchscheinend oder optisch vergütet oder gefärbt sein, um einen Filter zu bilden oder um andere gewünschte optische Wirkungen zu erzielen. Zum Beispiel kann die Lichtöffnung 35 eine mattierte Oberfläche haben, um das Licht vom Beleuchtungssystem 32 zu streuen. Die Lichtöffnung 35 kann, wie in 2D und 3F gezeigt, ein Kreiszylinder sein, so angebracht, daß er eine kreisförmige Fläche freilegt. Es ist jedoch jede Fläche für den Zweck geeignet, die eine Abdeckung für wenigstens ein Beleuchtungssystem 32 erzeugt. Zum Beispiel kann die freigelegte Fläche quadratisch, rechteckig, linear, vieleckig oder unregelmäßig sein. 4A bis D zeigen zum Beispiel eine Lichtöffnung 135 mit einer ringförmigen (ringförmigen oder unterlegscheibenförmigen) freigelegten Fläche, dafür eingerichtet, mehrere Beleuchtungssysteme 32 abzudecken, die um den Umfang der distalen Spitze des Objektivkopfs 28 angeordnet sind, so daß ein „Loch“ 135b einen inneren Abschnitt der distalen Spitze unbedeckt läßt. Obwohl die Lichtöffnung 135 und das optische Fenster 34 hierin häufig als physisch unterschiedene Teile erörtert werden, können einige Ausführungsformen ein einziges physisches Teil für beide Zwecke einsetzen.
Ein erwogenes Material für eine optische Scheibe, wie beispielsweise das Fenster 34, die Lichtöffnung 35 oder beides, ist optischer Saphir. Andere durchlässige Materialien als Saphir können für das vorliegende erfinderische Konzept geeignet sein. Bei bestimmten, weiter unten erörterten, Ausführungsformen muß das ausgewählte Material Schmelzmetall-Montagetechniken und der Hochdruck-, Hochtemperatur-Autoklavenumgebung widerstehen. Die Wahl von optischem Saphir spiegelt dessen außerordentliche Härte und Festigkeit wider, welche die Gefahr von Kratzern und anderer Beschädigung während der Verwendung, der Autoklavenbehandlung, der Handhabung und der Lagerung verringern. Ein Filter, eine Vergütung oder eine andere optische Eigenschaft oder Behandlung können dem Fenster 34 oder der Lichtöffnung 35 zugeordnet sein, um gewünschte Wirkungen zu erzielen.
Die Anordnung und die Konfiguration des optischen Fensters 34, der Lichtöffnungen 35 und der Objektivachse 25 können für die Zwecke der vorliegenden erfinderischen Konzepte auf eine Vielzahl von Weisen umgesetzt werden. 4A und 4B zeigen eine Ausführungsform mit mehreren Beleuchtungssystemen 32, die um den Umfang der distalen Spitze des Objektivkopfs 28 angeordnet sind. 5A und 5B zeigen eine Ausführungsform, wobei die Objektivachse 25 über ein Prisma oder einen Spiegel 37 in einem Winkel 39 gegenüber der Längsachse des Objektivkopfs 28 versetzt ist.
Die Bildaufzeichnungsvorrichtung (der Bildsensor) 38 kann ein Komplementär-Metalloxid-Halbleiter- (CMOS-) Chip, ein Ladungskopplungsbauelement- (CCD-) Chip oder eine andere Vorrichtung sein, die in der Lage ist, ein optisches Bild in ein digitales oder analoges Signal umzusetzen. Das bildgebende System 30 - im wesentlichen eine Miniaturvideokamera - kann ein System mit fester oder einstellbarer Brennweite sein. Für eine zusätzliche Offenbarung über bildgebende Systeme für Endoskope siehe die PCT-Patentanmeldung Nummer 03/00399, Veröffentlichung Nummer WO 037098913, unter dem Titel „Miniature Camera Head“, eingereicht am 15. Mai 2003.
Um dazu beizutragen, daß das Endoskop 20 den Sterilisationsbedingungen widersteht, können Schmelzmetalldichtungen, wie beispielsweise Lötmetallverbindungen, hartgelötete Verbindungen und andere metallische Lote, lasergeschweißte Verbindungen oder Festkörper-Koaleszenzverbindungen (z.B. reibungsgeschweißte Verbindungen) verwendet werden, um eine hermetisch abgedichtete Umhüllung für empfindliche oder anfällige Bauteile zu schaffen. Dementsprechend kann das Endoskop 20 ohne jegliche O-Ring-, Silikon- oder Klebedichtungen, wie beispielsweise Epoxiddichtungen, aufgebaut sein. Krankenhaus- oder Klinikpersonal kann das gesamte Instrument - einschließlich seines Griffs 50, des Schafts 26, des Objektivkopfs 28 und des bildgebenden Systems 30 - unmittelbar in einen Autoklaven geben. Dieser einfache Vorgang spart Zeit, spart Kosten und verringert die Gefahr von Patientenkomplikationen, wie beispielsweise einer iatrogenen Infektion. Der hermetische Aufbau eines Endoskops 20 nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten trägt dazu bei, empfindliche Systembauteile während der Autoklavensterilisation zu schützen und eine Beschädigung oder Beeinträchtigung zu verhindern.
Um diese Vorteile zu erreichen, setzt ein Endoskop 20 nach bestimmten erfinderischen Ausführungsformen, wie weiter unten ausführlich beschrieben, eine Kombination von Abdichtungstechnologien ein.
HERMETISCHES ABDICHTEN VON OPTISCHEN FENSTERN UND LICHTÖFFNUNGEN
Wie oben erörtert, schließt ein elektronisches Endoskop 20 typischerweise ein elektronisches bildgebendes System 30, angeordnet in einer Umhüllung, wie beispielsweise dem Objektivkopf 28, ein, das in einen Zielort im Körper eines Patienten eingeführt werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das am weitesten distale optische Element des bildgebenden Systems 30 das optische Fenster 34, typischerweise eine transparente Sichtöffnung, angebracht am distalen Ende der Abdeckung 40, um die inneren Bauteile des bildgebenden Systems 30 zu schützen. Jedes Beleuchtungssystem 32 kann eine ähnliche schützende Lichtöffnung 35 haben.
Eine Ausführungsform der vorliegenden erfinderischen Konzepte ist die hermetische Anordnung des bildgebenden Systems 30 hinter dem optischen Fenster 34 und des Beleuchtungssystems 32 hinter einer oder mehreren Lichtöffnungen 35, angeordnet am distalen Endabschnitt des Endoskops 20. Um eine hermetische Abdichtung zu erreichen, kann das Befestigungsverfahren eine Schmelzmetalldichtung, wie beispielsweise Goldlötung, sein. Ähnliche Metalle und Legierungen liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden erfinderischen Konzepte, insbesondere schmelzbares Material, das bioverträglich ist und wiederholten Autoklavenzyklen widerstehen kann und eine gelötete oder hartgelötete Verbindung erzeugen kann.
Zum Beispiel zeigen 2A bis 3G verschiedene Ansichten einer Ausführungsform mit optischen Scheiben in der Form des optischen Fensters 34 und der Lichtöffnungen 35. Diese Scheiben können aus optischem Saphir sein. Bei der gezeigten Ausführungsform paßt jedes Fenster 34 und jede Öffnung 35 in eine entsprechende Aufnahme am distalen Endabschnitt des Endoskops 20. Bei diesem Beispiel sind die Aufnahmen Löcher in einer Abdeckung 40. Für medizinische Instrumente ist ein geeignetes Material für die Aufnahmen rostfreier Stahl medizinischer Güte. Ein schmelzbares Material, wie beispielsweise Goldlot 44, wird auf die Verbindung oder Grenzfläche zwischen jedem Fenster 34 oder jeder Öffnung 35 und dessen oder deren Loch aufgebracht. Das Goldlot 44 wird auf die gesamte Umgrenzung des Fensters 34 oder der Öffnung 35 aufgebracht, um einen hermetischen Verschluß zu erreichen. Das Goldlot 44 kann ein Aufbringen von Gold über Metallisieren auf die Umgrenzung des Fensters 34 oder der Öffnung 35 und auf die Paßfläche jedes Lochs in der Abdeckung 40 erfordern, um Verbindungsflächen zu schaffen, die für Goldlot 44 oder ein anderes Grenzflächenmaterial empfänglich sind. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß äquivalente Schmelzmetall-Abdichtungstechniken ähnliche Behandlungen für unterschiedliche Verbindungsflächen erfordern können, um eine starke Bindung zu erreichen. Diese Techniken sind auf dem Gebiet gut bekannt. Siehe zum Beispiel die im Abschnitt zum Stand der Technik zitierten früheren Patentschriften.
Die Montagefolge der Abdeckung 40 und der Fenster 34 oder Öffnungen 35 ist ein Aspekt der vorliegenden erfinderischen Konzepte. Während des Zusammenbauens bestimmter Ausführungsformen wird jedes Fenster 34, jede Öffnung 35 oder Verbundfensterstruktur in sein oder ihr Loch an der distalen Fläche der Abdeckung 40 gelötet, bevor die Abdeckung 40 an das distale Ende des Schafts 26 geschweißt wird. Das Erzeugen einer Schmelzmetalldichtung, vorzugsweise von Goldlotverbindungen 44, an einer abgenommenen Abdeckung 40 ermöglicht zum Beispiel, daß sich die Unterbaugruppe aus Abdeckung 40, Fenstern 34 und Öffnungen 35 abkühlt, bevor sie mit dem distalen Ende des Schafts 26 verbunden wird, der die inneren Teile des optischen Systems 31 und des Beleuchtungssystems 32 enthält. Das Vorlöten der Fenster 34 und Öffnungen 35 in die Abdeckung 40 beseitigt während des Goldlötvorgangs die Wärmeübertragung zu den inneren Teilen des optischen Systems 31 und des Beleuchtungssystems 32. Daher beseitigt das Vorlöten die Hitzebeschädigung der inneren Teile des Objektivkopfs 28, die bei Temperaturen von über 150°C auftreten kann. Eine anschließende Laserschweißung 42, welche die Abdeckung 40 mit dem Schaft 26 verbindet, erzeugt keine Hitze, die dem optischen System 31 oder dem Beleuchtungssystem 32 schadet.
Ein besonderer Vorteil der oben ausführlich beschriebenen Montagefolge ist die Fähigkeit, sowohl das optische System 31 als auch das Beleuchtungssystem 32 mit Schmelzmetalldichtungen zu schützen. Beleuchtungsbauteile, wie beispielsweise Glasfaserbündel und LED, sind besonders empfindlich für eine Hitzebeschädigung während des Lötens. Das Vorlöten der Lichtöffnung 35 an die Abdeckung 40 ermöglicht insbesondere das Ersetzen einer flexiblen, halbflexiblen oder klebenden Dichtung durch eine Schmelzmetalldichtung 44. Das vollständige Beseitigen von Nicht-Schmelzmetalldichtungen in Bezug auf das optische System 31, das Beleuchtungssystem 32 oder beide ergibt einen Objektivkopf mit einem dauerhaften hermetischen Verschluß.
Ein anderer Vorteil der oben ausführlich beschriebenen Montagefolge für einen Objektivkopf ist, daß die Unterbaugruppe aus Abdeckung und Scheiben in einem Schritt mit der Schaftbaugruppe verbunden werden kann, was die Endmontage vereinfacht und die Gefahren für die Bauteile innerhalb des Schafts während des Zusammenbauens verringert. Zum Beispiel ermöglicht die Vormontage, daß die Unterbaugruppe aus Abdeckung und Scheiben untersucht und gereinigt wird, bevor sie befestigt wird, was die Gefahr verringert, Flußmittel oder andere Fremdstoffe innerhalb des zusammengebauten Objektivkopfs einzuschließen. Das Löten der Fenster und Öffnungen an Ort und Stelle erfordert, im Gegensatz zu den vorliegenden erfinderischen Konzepten, einen komplexeren Montagevorgang mit einer größeren Möglichkeit für Fehler, geringerer Möglichkeit für eine Zwischenuntersuchung und größerer Nähe zu empfindlichen Teilen.
Bei einer anderen Ausführungsform zeigen 4A bis einschließlich 4D ein optisches Fenster 34 mit einer kreisförmigen freigelegten Fläche und eine Lichtöffnung 135 mit einer ringförmigen (ring- oder unterlegscheibenförmigen) freigelegten Fläche. Bei dieser Ausführungsform ist das Fenster 34, wie oben beschrieben, durch Goldlot 44 an der Abdeckung 40 befestigt. Die Lichtöffnung 135 erfordert, im Gegensatz dazu, ein Goldlot 44b um die äußere Umgrenzung und ein Goldlot 44c um die innere Umgrenzung eines Lochs 135b.
VERBUNDFENSTERAUFBAU FÜR VERBESSERTE OPTIK
Statt Scheiben in gesonderten Öffnungen anzuordnen, die in eine distale Abdeckung gespant sind, sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte vor, daß das bildgebende und das Beleuchtungssystem hinter einer einzigen, gemeinsamen Fenstereinheit angeordnet sein können. Jedoch kann, falls die Systeme nicht hinter gesonderten Scheiben liegen, unerwünschtes gestreutes oder reflektiertes Licht in das bildgebende System eintreten, was die Bildkontraste verringert oder andere negative Lichtwirkungen verursacht. Daher sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte eine einzige Verbundfenstereinheit mit mehreren Scheiben vor. Die mehreren Scheiben können einzelne Bauteile sein, die miteinander als eine einzige Einheit verbunden sind, oder sie können eine monolithische, einzige Einheit mit unterschiedenen Scheibenzonen sein. Optische Grenzen oder Grenzflächen, die zwischen Scheiben geformt sind, verringern vorteilhafterweise innere Reflexion und Lichtstreuung. Erwogene Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen von Verbundfenstern schließen verringerte Kosten, Leichtigkeit der Montage und die Fähigkeit, jede Scheibe 335 nach ihrer besonderen Funktion und ihrem Zweck auszuwählen und anzupassen, ein.
Zum Beispiel zeigen 6 bis 9 eine optische Scheibe 235 mit einer Halbmondform. Solche Formen können verbunden werden, um Verbundfensterstrukturen zu bilden.
In einem anderen Beispiel zeigen 7A und 7B Scheiben 335, verbunden zum Beispiel durch Gold- oder ähnliches Lot 344, das ebenfalls eine Grenze zwischen den Scheiben 335 und um deren kombinierte Umgrenzung bereitstellt, die eine Verbundfensterbaugruppe bilden. Jede der oberen und unteren Scheiben kann als ein optisches Fenster, eine Lichtöffnung oder beides dienen.
In einem anderen Beispiel zeigen 8A und 8B Scheiben 435, getrennt durch eine opake Grenzsubstanz 444, wie beispielsweise einer geschmolzenen Glasfritte (Glasurmasse).
Bei einer anderen Ausführungsform zeigen 9A und 9B eine Verbundfensterbaugruppe mit einem optischen Fenster 534, gesetzt in ein Loch, das in eine Lichtöffnung 535 geschnitten oder geformt ist, wobei die Scheiben durch ein Grenzmaterial 544, wie beispielsweise ein Lot auf Goldgrundlage, verbunden sind.
Die hierin beschriebenen Verbundfenster können in einer Palette von Größen und Formen umgesetzt werden. Das in 8A gezeigte Verbundfenster kann so bemessen sein, daß es ein minimal invasives Endoskop bereitstellt, das einen Durchmesser hätte, der geringfügig größer ist als der des Fensters: zum Beispiel etwa einen Fensterdurchmesser von etwa 4,5 mm, mit einer opaken Grenzfläche 444 von 0,1 mm bis 0,2 mm. Ähnlich kann das Verbundfenster von 9A einen Außendurchmesser von etwa 4,5 mm für die äußere Scheibe 535 haben, und die innere Scheibe 534 kann einen Durchmesser von etwa 2 mm bis 2,5 mm haben, mit einer opaken Grenzfläche 544 von 0,1 mm bis 0,2 mm. Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß verschiedene Formen für das optische Fenster 34 und die Lichtöffnung 35 zu entsprechenden Anpassungen bei der Abdeckung 40 und bei der Anwendung eines Grenzmaterials, wie beispielsweise Goldlot, verpflichten.
Die Verwendung von Goldlot zum Zusammenbauen von Scheiben und Formen einer Grenze in einem Verbundfenster erzeugt eine chemisch nicht reagierende hermetische Dichtung für das Verbundfenster.
Für die Abrieb- und Kratzfestigkeit bei dauerhaften Endoskopabdichtungsfenstern sind Saphir und andere harte optische Materialien wünschenswert. Es ist schwierig, diese Materialien zu schneiden oder zu formen. Dies macht das Formen eines Verbundfensters aus Saphir zu einer Herausforderung. Saphir kann jedoch durch chemisches oder Ionenätzen, Abstechschleifen oder Laserabschmelzen mit Rillen versehen werden. Bei einigen spezifischen Glasarten, wie beispielsweise den für geformte Linsen verwendeten, kann es möglich sein, Rillen durch einen Vorgang von Erhitzen und Prägen zu formen. Die Rillen allein verringern die reflektierte Komponente durch Zerstreuen von Licht. Das Hinzufügen eines opaken, absorbierenden Materials in den Rillen verringert die reflektierte Komponente durch Absorbieren von etwas von dem zerstreuten Licht weiter.
10A und 10B zeigen eine Scheibe 635 mit einer Rille 646, die in deren erste Oberfläche geschnitten, eingeritzt, geätzt oder auf andere Weise eingekerbt ist, und einer zweiten Rille 648, die in deren zweite, gegenüberliegende Oberfläche geschnitten, eingeritzt, geätzt oder auf andere Weise eingekerbt ist. Das Versetzen der Rillen 646 und 648 auf gegenüberliegenden Seiten des Fensters definiert die Scheibe 635 und erzeugt eine wirksam tiefere und überlegene optische Grenze zwischen einer Scheibe für eine Beleuchtungsquelle und einer Scheibe für ein bildgebendes System.
Das Rillenformen und Opakmachen in oder auf einer Fensteroberfläche verringert oder beseitigt das Lichtleiten innerhalb des optischen Materials durch das Einführen von Lichtunterbrechungen, die Strahlung absorbieren, zerstreuen oder streuen. Dies verringert die Reflexionskopplung zwischen zwei parallelen Oberflächen.
Zusammengefaßt sieht die vorliegende Erfindung Verbundscheibenanordnungen vor, wobei eine optische Grenze die Scheiben für ein bildgebendes System und ein Beleuchtungssystem trennt. Die optische Grenze kann aus opakem Material, das eine Grenze definiert, oder einem Bereich einer Scheibe, der dafür vorgesehen ist, eine Grenze zu definieren, oder beidem geformt sein. Es ist zu bemerken, daß der Begriff „opak“, wie er hierin verwendet wird, ein relativer Begriff ist, der die Verwendung von Materialien nicht ausschließt, die wesentlich opak sind und eine unerwünschte optische Wirkung beträchtlich, aber nicht unbedingt vollständig, beseitigen. Ein Material kann ebenfalls vollständig oder wesentlich opak sein, was ausgewählte Anteile des elektromagnetischen Spektrums von Interesse betrifft, aber nicht für andere, die nicht von Belang sind.
SCHMELZMETALLDICHTUNG, DIE DEN MIT FENSTER VERSEHENEN VERSCHLUSS AM SCHAFT BEFESTIGT
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel schließt das Endoskop 20 einen Schaft 26 mit einem bildgebenden System 30 am distalen Endabschnitt 22 und einen Griffabschnitt 50 mit Steuerungen 60 ein. Der Schaft 26 ist im wesentlichen eine Metallröhre oder ein - rohr, häufig, aber nicht immer, mit einem kreisförmigen Querschnittsprofil.
Bei einem vorteilhaften Montageverfahren bleibt ein distaler Endabschnitt des Schafts 26 während des Zusammenbauens offen, zum Beispiel, um das Einsetzen und Montieren des bildgebenden Systems 30 zu erleichtern. Um am distalen Ende 22 einen hermetischen Verschluß bereitzustellen, kann ein mit Fenster versehener Verschluß, wie beispielsweise eine kappenartige Abdeckung 40, am distalen Ende des Schafts 26 befestigt sein. Eine geeignete Abdeckung 40 hat eine annähernd zylindrische Form, geschlossen an ihrem distalen Ende (mit Ausnahme von Aufnahmen für das optische Fenster 34, die Lichtöffnungen 35 oder beides) und offen an ihrem proximalen Ende. Die Öffnung am proximalen Ende der Abdeckung 40 sollte so bemessen und konfiguriert sein, daß sie auf das wechselseitige offene Ende des Schafts 26 paßt. Falls zum Beispiel das distale Ende des Schafts 26 ein kreisförmiges Querschnittsprofil eines gegebenen Außendurchmessers hat, dann sollte die Abdeckung 40 ein proximales Ende mit wesentlich dem gleichen Profil und Durchmesser haben.
Ein Aspekt der vorliegenden erfinderischen Konzepte ist die Verwendung wenigstens einer Schmelzmetall- oder Koaleszenz-Metalldichtung an einer Position 42 der Schaftbaugruppe. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise befestigt eine Laserschweißung das offene proximale Ende der Metallabdeckung 40 am offenen distalen Ende des Schafts 26, was einen verschmolzenen, hermetischen Verschluß erzeugt. Das Laserschweißen ist eine bevorzugte Verbindungstechnik, weil es sauber, genau, schnell ist und typischerweise empfindliche Bauteile nicht beschädigt. Alternative Verbindungstechniken, wie beispielsweise Goldlöten, Elektronenstrahlschweißen und Preßpassung, liegen innerhalb des Rahmens der vorliegenden erfinderischen Konzepte. Zum Beispiel zeigen 2B und 2E aufgeschnittene Längsansichten des distalen Endes eines repräsentativen Endoskops 20 nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten. Wie gezeigt, ist die Abdeckung 40 über eine Laserschweißung an einer Position 42, die auf die Verbindung zwischen der Abdeckung 40 und dem Schaft 26 aufgebracht wird, am Schaft 26 befestigt. Die Laserschweißung 42 wird auf die gesamten Verbindungsflächen der Abdeckung 40 und des Schafts 26 aufgebracht.
Während das Laserschweißen allgemein bekannt ist, stellt es bei dieser neuartigen Anwendung für einen mit Fenster versehenen Verschluß eine Metalldichtung bereit, die beständig gegen Druck, Feuchtigkeit und Hitze und daher in der Lage ist, der rauhen Umgebung innerhalb eines Autoklaven zu widerstehen.
GRIFF MIT UMHÜLLTEN STEUERUNGEN UND HERMETISCHEN VERBINDERN
Der proximale Endabschnitt 24 des Endoskops 20 schließt einen proximalen Gehäuseabschnitt oder Griffabschnitt 50 ein, der Steuerungen 60, wie beispielsweise Knöpfe, und Verbindungspunkte, wie beispielsweise einen hermetischen Steckverbinder 59, enthalten kann. Das Gehäuse oder der Griff kann ebenfalls andere Systeme oder Bauteile enthalten. Das Anpassen des Griffs 50, damit er der Autoklavenumgebung widersteht, erfordert, ein Griffgehäuse 52 zu schaffen, das ein hermetisches Abdichten aller Verbindungen und Steuerungen gewährleistet. 1A und 1B zeigen eine äußere Ansicht des Griffs 50, und 11A und 15 zeigen aufgeschnittene Ansichten desselben.
Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt der Griff 50 ein Griffgehäuse 52, ein distales Übergangselement 56, ein proximales Übergangselement 57, wenigstens einen hermetischen Steckverbinder 59 und keine oder mehr Steuerungen 60. Er umfaßt ferner keine oder mehr Schaltermittel, die aktiviert werden können, ohne eine Öffnung in einem Gehäuse, wie beispielsweise dem Griffgehäuse 52, zu erzeugen. Zum Beispiel können die Schaltermittel ein Hall-Effekt- oder andere magnetische, elektronische oder drahtlose Schalter 62 sein, die vorteilhafterweise keinerlei Öffnung im Griffgehäuse 52 erfordern, was die Aufgabe fördert, eine hermetische Umhüllung zu schaffen.
Bei bestimmten Ausführungsformen sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte die Verwendung einer Festkörper-Schweißtechnik vor, um einen Rohling 51, geformt aus unterschiedlichen Materialien, zu erzeugen. Ein so aufgebautes Gehäuse 52 bewahrt vorteilhafterweise die Fähigkeit, Metalle auf einer Grundlage von Teil zu Teil auszuwählen, geleitet durch den Zweck des Teils und die Eigenschaften der verfügbaren Metalle und Legierungen. Die große Aluminiumfläche des Griffgehäuses 52 verbessert zum Beispiel vorteilhaft dessen Fähigkeit, Wärme abzuleiten. Das Gehäuse 52 ermöglicht gleichzeitig die Formung von Schmelzmetalldichtungen, die eine hermetische Umhüllung ergeben.
Der Griff 50 kann ein distales Übergangselement 56 einschließen. Das Übergangselement ist eine Übergangskappe, hergestellt aus einem Metall, das mit dem des Schafts 26 verträglich ist, so daß das Übergangselement 56 über eine Schmelzmetalldichtung 58a mit dem Schaft 26 verbunden werden kann. Fall der Schaft 26 zum Beispiel aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, dann ist das Übergangselement 56 aus einem verträglichen rostfreien Stahl hergestellt, was das Befestigen des Übergangselements 56 am Schaft 26 über eine Laserschweißung 58a erleichtert. Das Übergangselement 56 kann ein gesondertes Teil sein, gefertigt zum Beispiel durch Stanzen, Gießen, Drehen oder Schleudern; oder es kann eine Übergangsform sein, die in das distale Ende des Griffrohlings 51 gespant ist. Das Übergangselement 56 wird über eine Schmelzmetalldichtung mit dem Griffgehäuse 52 verbunden. Falls das Übergangselement 56 zum Beispiel aus einem rostfreien Stahl hergestellt ist, dann ist das distale Ende des Griffgehäuses 52 aus einem verträglichen rostfreien Stahl hergestellt, was die Befestigung des Übergangselements 56 am Gehäuse 52 über eine Laserschweißung 58b erleichtert. 14 zeigt einen Querschnitt des Übergangselements 56 in Isolation.
Das proximale Übergangselement 57 ist eine Übergangskappe, hergestellt aus einem Metall, das mit dem des hermetischen Steckverbinders 59 verträglich ist, so daß das Übergangselement 57 über eine Schmelzmetalldichtung 58b mit dem Steckverbinder 59 verbunden werden kann. Falls der Körper des hermetischen Steckverbinders 59 zum Beispiel aus Titan hergestellt ist, dann ist das Übergangselement 57 ebenfalls aus Titan hergestellt, was die Befestigung des Übergangselements 57 am Steckverbinder 59 über die Laserschweißung 58b erleichtert. Das Übergangselement 57 kann ein gesondertes Teil sein, gefertigt zum Beispiel durch Stanzen, Gießen, Drehen oder Schleudern; oder es kann eine Übergangsform sein, die, wie in 11 gezeigt, in das proximale Ende des Griffrohlings 51 gespant ist. Es ist zu bemerken, daß ein Übergangselement wahlweise ist. Zum Beispiel ist vorgesehen, daß ein Schaft unmittelbar mit einem Gehäuseabschnitt verbunden sein kann oder der Schaft ein Übergangselement oder einen -abschnitt haben kann.
Der hermetische Steckverbinder 59 ist ein elektrischer und elektronischer Verbindungspunkt, dafür eingerichtet, der Hochtemperatur-, Hochdruck-Autoklavenumgebung zu widerstehen. Der Steckverbinder 59 stellt ein Mittel bereit, um den Griff 50 und dadurch das Endoskop 20 über Leiter 54 (zum Beispiel) mit einer Stromversorgung, Vorrichtungen zum Anzeigen, Verarbeiten oder Aufzeichnen des Bildes und anderer externer Ausrüstung zu verbinden. Der Steckverbinder 59 ist vorzugsweise über eine Schmelzmetalldichtung mit dem Griffgehäuse 52 verbunden. Bei einer Ausführungsform ist der Körper des Steckverbinders 59 aus Titan hergestellt und über eine Laserschweißung 58c mit dem Gehäuse 52 verbunden.
Ein Hall-Effekt- oder Magnetschalter 62 ist eine berührungsfreie Sensorvorrichtung, die durch Abfühlen entweder eines äußeren Magneten oder eines Eisengegenstandes arbeitet. Das elektromagnetische Arbeitsprinzip eines Hall-Effekt-Schalters ist auf dem Gebiet bekannt und liegt jenseits des Rahmens der vorliegenden Offenbarung. Hier ist wichtig, daß ein Hall-Effekt-Schalter 62, in Verbindung mit einer Steuerung 60, ein Mittel bereitstellt, um das Endoskop 20 zu steuern, ohne das Griffgehäuse 52 zu perforieren. Unter Bezugnahme auf 15 sitzt jeder Hall-Effekt-Schalter 62 topologisch innerhalb der Umhüllung des Griffs 50. Jede Steuerung 60 verbleibt topologisch außerhalb der Umhüllung des Griffs 50. Die Kommunikation zwischen dem Hall-Effekt-Schalter 62 und der entsprechenden Steuerung 60 ist elektromagnetisch, nicht mechanisch, wodurch der hermetische Verschluß des Griffs 50 bewahrt wird.
Eine Steuerung 60 ist ein Druckknopf, ein Kippschalter oder eine ähnliche Vorrichtung, angebracht an der Außenseite des Griffgehäuses 52 und in elektromagnetischer Kommunikation mit einem bestimmten Hall-Effekt-Schalter 62. Jede Steuerung 60 umfaßt einen Magneten oder einen Eisengegenstand, dafür eingerichtet, sich als Reaktion auf eine vordefinierte Benutzerhandlung zu bewegen. Der entsprechende Schalter 62 erfaßt die Bewegung des Magneten oder des Eisengegenstandes und reagiert durch Ausgeben eines Steuersignals an ein elektronisches Bauteil des Endoskops 20. Das Bauteil interpretiert das Signal auf eine vordefinierte Weise, um einen vordefinierten Aspekt des Betriebs des Endoskops 20 zu aktivieren, zu deaktivieren oder auf andere Weise zu modifizieren.
Angenommen, die Steuerung 60 ist zum Beispiel ein Knopf, konfiguriert als ein Schalter zum Aktivieren oder Deaktivieren eines Beleuchtungssystems 32. Ein einmaliges Niederdrücken der Steuerung 60 kann die Lichtquelle auf „An“ schalten, und ein Niederdrücken der Steuerung 60 zum zweiten Mal kann die Lichtquelle auf „Aus“ schalten. Für den Benutzer erscheint die Bedienung der Steuerung 60 wie die eines gewöhnlichen, mit dem Beleuchtungssystem 32 verbundenen, Kippschalters. In Wirklichkeit besteht zwischen dem Knopf und dem Beleuchtungssystem 32 keine mechanische Verbindung. In Wirklichkeit induziert ein einmaliges Drücken der Steuerung 60 eine Reaktion in einem entsprechenden Hall-Effekt-Schalter 62. Leiter innerhalb des Endoskops 20 leiten diese Reaktion oder eine Ableitung davon zu einer oder mehreren elektronischen Vorrichtungen innerhalb des Endoskops 20 weiter. Diese Vorrichtungen interpretieren die Reaktion als ein vorbestimmtes Steuersignal und schalten das Beleuchtungssystem 32 auf „An“. Ein Drücken der Steuerung 60 zum zweiten Mal ergibt eine ähnliche Kette von Ereignissen, die als Aufforderung interpretiert wird, das Beleuchtungssystem 32 auf „Aus“ zu schalten. Der spezifische Nutzen dieser Anpassung ist, daß ein Mechanismus bereitgestellt wird, um den Betrieb des Endoskops 20 zu steuern, ohne die hermetische Umhüllung des Griffs 50 zu verletzen.
Die Zahl der Steuerungen 60 (und der entsprechenden Schalter 62) hängt vom besonderen Zweck des Endoskops 20 ab. Ein typisches Endoskop 20 hat mehrere Steuerungen 60. Ausführungsformen mit keinen, einer oder mehreren Steuerungen 60 liegen im Rahmen der vorliegenden erfinderischen Konzepte. Eine Ausführungsform mit keinen griffmontierten Steuerungen kann beliebige benötigte Steuersignale zum Beispiel über einen hermetischen Steckverbinder 59 bereitstellen. Alternativ dazu kann ein endoskopisches System eine Fernsteuerung einschließen, die drahtlos mit Systemen oder Bauteilen in einem Endoskopgehäuse kommuniziert, was ein hermetisches Endoskop ermöglicht.
UMHÜLLUNG AUS UNTERSCHIEDLICHEN MATERIALIEN. GEFORMT UNTER VERWENDUNG DES FESTKÖRPERSCHWEISSENS
Der Griff 50 ist eine Umhüllung, welche die Schalter 62 und die anderen inneren Bauteile des Endoskops 20, wie beispielsweise eine Leiterplatte 64, eine Lichtquelle 65 und einen Kühlkörper 66, schützt. Um das Einsetzen von Bauteilen in den Griff 50 während der Fertigung zu erleichtern, schließt der Griff 50 ein Griffgehäuse 52, ein distales Übergangselement 56, ein proximales Übergangselement 57 und wenigstens einen hermetischen Steckverbinder 59 ein. Während des Zusammenbauens werden diese Bauteile durch Dichtungen (Grenzflächen) 58a, 58b und 58c verbunden, um eine hermetisch abgedichtete Umhüllung zu bilden. Das distale Übergangselement 56, das proximale Übergangselement 57 und der hermetische Steckverbinder 59 können aus unterschiedlichen Materialien geformt sein. Unterschiedliche metallische Materialien können allgemein unter Verwendung von Festkörper-Schweißtechniken verbunden werden. Festkörperschweißen ist eine Gruppe von Techniken, die bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes der zu verbindenden Grundmaterialien, ohne das Zugeben eines Lotmaterials, eine Koaleszenz erzeugen. Sie schließt Reibungsschweißen, Kaltschweißen, Diffusionsschweißen, Explosionsschweißen, Schmiedeschweißen, Warmpreßschweißen, Walzschweißen und Ultraschallschweißen ein. Es wird angenommen, daß einige oder alle dieser Techniken verwendet werden können, um eine hermetische Umhüllung für ein medizinisches Instrument zu formen, und in der folgenden Beschreibung wird Reibungsschweißen als eine repräsentative Technik aus der Gruppe verwendet. Im allgemeinen schließt das Reibungsschweißen ein, Metallgrundmaterialien zusammenzupressen und die Materialien im Verhältnis zueinander in Reibungseingriff zu bringen, beispielsweise durch Vibration, Rotation oder eine andere Bewegung, um Wärme und eine Koaleszenz der Materialien zu erreichen. Das Reibungsschweißen kann ebenfalls ausgeführt werden durch Zusammenpressen der Materialien und Bringen eines Werkzeugs in Reibeingriff längs der Grenze der Materialien, um die Koaleszenz zu bewirken. Diese Technik ist im einzelnen als „Reibungsrührschweißen“ bekannt.
Um das Formen von Schmelzmetalldichtungen zu erleichtern, kann das Griffgehäuse 52 eine reibungsgeschweißte Struktur, wie weiter unten beschrieben, sein.
12 und 13A bis 13D zeigen einen möglichen Aufbau eines Griffgehäuses 52. Bei dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 52 aus einem reibungsgeschweißten Rohling 51 gespant. Der Rohling 51 umfaßt eine Zwischensektion oder einen Kern 74, eine distale Kappe 72 und eine proximale Sektion, wie beispielsweise eine Kappe 76. Der Kern 74 kann aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium, geformt sein, ausgewählt wegen seines leichten Gewichts und der Wärmeableitung. Die distale Kappe 72 kann aus einem Metall, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, geformt sein, ausgewählt wegen der Verträglichkeit mit dem distalen Übergangselement 56. Die proximale Sektion 76 kann aus einem Metall geformt sein, ausgewählt wegen der Verträglichkeit mit dem hermetischen Steckverbinder 59. Der Kern 74, die distale Kappe 72 und die proximale Kappe 76 können aus unterschiedlichen Materialien sein, die nicht leicht durch herkömmliches Schmelzmetall-Dichtungsschweißen zu verbinden sind. Um diese Unterschiedlichkeit zu überwinden, kann der Rohling 51 durch Reibungsschweißungen an den Positionen 78a und 78b geformt sein. Daher ist der Rohling 51 eine Art laminierter Struktur, wobei die distale Kappe 72 an der Reibungsschweißposition 78a an das distale Ende des Rohlings 51 plattiert ist und die proximale Kappe 76 an der Reibungsschweißposition 78b an das proximale Ende des Rohlings 51 plattiert ist. Bei dieser neuartigen Konstruktion eines Endoskopgriffs können auf dem Gebiet bekannte Reibungsschweißtechniken verwendet werden. Der Rohling 51 kann anschließend auf dem Gebiet bekannte Spanarbeitsgänge durchlaufen, um die spezifizierte Form des Griffgehäuses 52 zu erzeugen.
Angenommen, daß zum Beispiel das distale Übergangselement 56 aus rostfreiem Stahl ist und der Körper des hermetischen Steckverbinders 59 aus Titan ist. Ferner angenommen, daß der Kern 74 aus Aluminium ist. In diesem Fall ist die distale Kappe 72 an der Reibungsschweißung 78a mit dem distalen Ende des Aluminiumkerns 74 verbunden, und die proximale Kappe 76 ist an der Reibungsschweißung 78b mit dem proximalen Ende des Aluminiumkerns 74 verbunden. Ein von diesem Rohling 51 abgeleitetes Griffgehäuse 52 ist dadurch so konfiguriert, daß das Formen der Schmelzmetalldichtungen 58b und 58c, wie beispielsweise Laserschweißungen, erleichtert wird. Nach dem Einsetzen der Bauteile in das Griffgehäuse 52 ergeben Dichtungen, wie beispielsweise die Laserschweißungen 58b und 58c, eine hermetisch abgedichtete Umhüllung, die einer Autoklavensterilisation widerstehen können.
Zusammengefaßt werden zum Erzeugen eines hermetisch abgedichteten Endoskops 20 alle Verbindungen von der distalen Spitze 22 bis zum proximalen Ende 24 durch Schmelzmetall- oder Koaleszenz-Metalldichtungen, wie beispielsweise Löten, Laserschweißen und Reibungsschweißen, geformt. Zum Beispiel beginnt bei der Ausführungsform von 1 die Verbindungsfolge, von distal nach proximal, mit dem optischen Saphirfenster 34 und den Saphir-Lichtöffnungen 35, die bei 44 an Löcher in der distalen Spitze einer Abdeckung 40 aus rostfreiem Stahl goldgelötet werden. Die Abdeckung 40 wird bei 42 an den Schaft 26 aus rostfreiem Stahl lasergeschweißt, der bei 58a an das distale (apikale) Ende eines distalen Übergangselements 56 aus rostfreiem Stahl lasergeschweißt wird. Das proximale (basale) Ende des distalen Übergangselements 56 wird bei 58b an eine Kappe 72 aus rostfreiem Stahl am distalen Ende des Griffgehäuses 52 lasergeschweißt. Die Kappe 72 wird über eine Reibungsschweißung 78a mit einem Aluminiumkern 74 verbunden. Der Aluminiumkern 74 wird an der Laserschweißung 58c mit dem hermetischen Steckverbinder 59 verbunden. Dementsprechend kann das gesamte Endoskop 20 zum Sterilisieren in einen Autoklaven gelegt werden.
Was die Steuerungen betrifft, so sehen die vorliegenden erfinderischen Konzepte die Verwendung eines oder mehrerer Hall-Effekt- oder anderer magnetischer Schalter 62 innerhalb des abgedichteten Griffgehäuses 52 vor. Solche Schalter 62 arbeiten durch Abfühlen entweder eines äußeren Magneten oder eines Eisengegenstandes, der zum Beispiel in einem Steuerknopf 60 enthalten ist, der auf die Außenseite eines abgedichteten Griffs 50 aufgebracht ist. Die Verwendung eines Steuerschalters 60, der auf einem Magneten oder einen Eisengegenstand beruht, der mit einem Hall-Effekt-Schalter 62 kommuniziert, erzeugt eine griffmontierte Steuerung, die das hermetisch abgedichtete Griffgehäuse 52 nicht unterbricht.
16A bis C zeigen eine alternative Ausführungsform eines Gehäuseabschnitts 150 für ein endoskopisches System. Bei diesem System umschließt der Gehäuseabschnitt eine Kamerabaugruppe, die ein bildgebendes System (nicht gezeigt) einschließt. Das bildgebende System kann einen oder mehrere Bildsensoren einschließen. Der Gehäuseabschnitt schließt ein mechanisches Kupplungssystem 790 zum lösbaren Kuppeln des Gehäuseabschnitts an ein Endoskop, typischerweise am proximalen Ende des Endoskops, an einem Okular, ein. Kupplungssysteme für proximale Kamera-Endoskop-Baugruppen sind auf dem Gebiet gut bekannt und werden hier nicht ausführlich beschrieben. Bei einer möglichen Ausführungsform ist das bildgebende System ein 3-Chip-System. Jeder Chip ist einem spezifischen Lichtband, typischerweise eine Primärfarbe, zugeordnet. Das Gehäuse schließt optische Elemente für das bildgebende System, wie beispielsweise eine Bandtrennvorrichtung zum Trennen des Lichts in Bänder, wie beispielsweise die Primärfarben, ein. Eine beispielhafte Bandtrennvorrichtung ist ein Prisma, und es ist im Gehäuse angeordnet, um jedes Lichtband dem einem bestimmten Band zugeordneten Chip zuzuführen. Der Gehäuseabschnitt kann ebenfalls einen Satz 780 von hermetischen Steckverbindern, wie oben für andere Ausführungsformen beschrieben, einschließen.
Der Gehäuseabschnitt schließt ein proximales Fenster 735 ein, das so angeordnet ist, daß es optisch mit dem optischen Zug oder den Elementen eines optischen Geräts und ebenfalls mit dem bildgebenden System im Kameragehäuse ausgerichtet ist. Das Fenster ist in einen vorderen Verschluß 740 für das Kameragehäuse eingesetzt, der eine oder mehrere Sektionen einschließen kann. Der Verschluß 740 hat eine Aufnahme für das Fenster 735, ähnlich der oben erörterten Anordnung für ein Fenster am distalen Ende eines Endoskopschafts. Das Fenster kann aus Saphir sein, und die Aufnahme kann durch ein Metallanschlußstück oder einen -einsatz 741, eingeschlossen als Teil des Verschlusses, definiert sein. Das Fenster ist vorzugsweise durch eine Schmelzmetallverbindung, wie beispielsweise eine Goldlötung 742, mit einem Metallverschluß verbunden.
Der Einsatz 741 kann mit einer zweiten Sektion 743 in dem Verschluß aus dem gleichen Metall wie der Einsatz oder einem anderen verbunden sein. Zum Beispiel kann die zweite Sektion aus Aluminium geformt sein.
Der Verschluß 740 kann durch Schmelzmetalldichtungen (z.B. Laserschweißen oder Festkörperschweißen (z.B. Reibungsschweißen)) an einer aus Aluminium oder anderen Metallen hergestellten Körpersektion 745 befestigt werden.
Der Gehäuseabschnitt 150 kann ebenfalls einen hinteren Abschnitt 770 mit einem Steckverbinder 771 zum elektrischen Koppeln mit anderen Systemen, wie beispielsweise Videoverarbeitung und Stromversorgung, haben. Dieser hintere Steckverbinder ist allgemein ähnlich dem bei den weiter oben beschriebenen Endoskopausführungsformen. Um das Gehäuse hermetisch abzudichten, schließt der hintere Abschnitt zum Beispiel einen Glasstopfen 772, geformt aus geschmolzenem Saphir, ein. Leitfähige Stifte (nicht gezeigt) erstrecken sich hermetisch aus dem Inneren des Gehäuses durch den Stopfen zum Äußeren des Gehäuses. Der Glasstopfen ist in einem Metalleinsatz oder -anschlußstück 772 geformt, der oder das in einen Flansch 773 eingepaßt oder mit demselben geformt sein kann. Diese Teile können, falls sie gesonderte Teile sind, aus rostfreiem Stahl und aneinander lasergeschweißt sein. Der Einsatz aus rostfreiem Stahl wiederum ist in eine andere Sektion des Gehäuses 776 eingesetzt, die aus einem unterschiedlichen Metall, wie beispielsweise Aluminium, sein kann. Wie bei anderen Ausführungsformen kann eine Festkörperschweißtechnik, wie beispielsweise Reibungsschweißen, verwendet werden, um unterschiedliche Materialien zu verbinden. Die vorstehende Gehäusebaugruppe verwendet vorteilhafterweise geschmolzene Materialien und Schmelz- oder Koaleszenz-Metalldichtungen, um ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse für eine abnehmbare Kamera bereitzustellen, das mit neuen Endoskopen oder einer vorhandenen Basis von herkömmlichen Endoskopen verwendet werden kann.
Weitere Einzelheiten für den Aufbau einer hermetischen, lösbar kuppelbaren Kamerabaugruppe werden in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. 11/109,902 , eingereicht am 19. April 2005 (vorläufig 607563,857, eingereicht am 19. April 2004), Anwaltsverzeichnis Nr. ACMI-2.068.US, unter dem Titel „AUTOCLAVABLE VIDEO CAMERA FOR AN ENDOSCOPE“, offenbart, die an den Erwerber der hierin beschriebenen erfinderischen Konzepte übertragen ist. Die Patentanmeldung '902 offenbart ebenfalls hermetische Schalter, Steuerungen und Linsenbaugruppen für eine hermetische Umhüllung.
Einige oder alle der vorliegenden erfinderischen Konzepte können allgemein in einer beliebigen Art von Endoskop für eine beliebige Art medizinischer oder industrieller Anwendung, einschließlich starrer Endoskope, Kapselendoskope (z.B. frei im Magen-Darm-Trakt beweglicher) und flexibler Endoskope, eingesetzt werden. Zusätzlich zu herkömmlichen Konstruktionen flexibler Endoskope kann ein flexibler Schaft 26 aus einem superelastischen Material, wie beispielsweise Nitinol oder MP35N, gefertigt sein, konfiguriert in mit Zwischenraum angeordneten Biegelinien, die ähnlich wie Akkordeonfalten den Schaft ganz oder teilweise umgeben. Das Arbeitsprinzip ist dem des bekannten flexiblen Trinkhalms äquivalent. Vorteilhafterweise stellt ein flexibler Schaft, der aus einem einteiligen Metallkörper geformt ist, eine nahtlose hermetische Umhüllung bereit.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß viele Modifikationen und Variationen möglich sind in den Einzelheiten, Materialien und Anordnungen der Teile und Funktionen, die beschrieben und illustriert worden sind, um die Beschaffenheit der erfinderischen Konzepte zu erläutern, und daß solche Modifikationen und Variationen von dem Geist und dem Rahmen der darin enthaltenen Lehren und Ansprüche nicht abweichen.

Claims

Griff eines Endoskops, welcher zum Unterbringen eines Bauteils des Endoskops eingerichtet ist, wobei der Griff Folgendes umfasst: einen Gehäuseabschnitt mit einer mittleren Sektion, welche ein distales Ende und ein proximales Ende definiert und ein metallisches Material umfasst, und eine Endsektion, welche ein metallisches Material mit einem von dem metallischen Material der mittleren Sektion verschiedenen Schmelzpunkt umfasst und, die mit der mittleren Sektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang verbunden ist, der eine Verschmelzung der metallischen Materialien bei einer Temperatur unterhalb der jeweiligen Schmelzpunkte der beiden metallischen Materialien, ohne ein zusätzliches Füllmaterial, erzeugt, um eine hermetische Dichtung zwischen den metallischen Materialien zu bilden, und ein Übergangselement, welches das gleiche metallische Material wie das Material der Endsektion umfasst und durch einen Schweißvorgang mit der Endsektion des Gehäuseabschnitts verbunden ist.
Griff nach Anspruch 1, der ferner wenigstens eines von einem elektronischen Bauteil eines bildgebenden Systems und einer elektronischen Komponente eines Beleuchtungssystems, die in dem Gehäuseabschnitt angeordnet ist, einschließt.
Griff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Endsektion des Gehäuseabschnitts eine distale Endsektion, die in dem distalen Ende angeordnet ist, und eine proximale Endsektion, die an dem proximalen Ende angeordnet ist, umfasst, wobei das Übergangselement ein distales Übergangselement und ein proximales Übergangselement umfasst, die jeweils mit der distalen Endsektion bzw. der proximalen Endsektion verbunden sind.
Griff nach Anspruch 3, wobei die distale Endsektion und die proximale Endsektion aus Metallen geformt sind, die unterschiedliche Schmelzpunkte zueinander aufweisen.
Griff nach Anspruch 2, wobei die mittlere Sektion Aluminium umfasst und die Endsektion eine Legierung aus rostfreiem Stahl oder eine Legierung aus Titan umfasst.
Griff nach Anspruch 3, wobei der Festkörper-Schweißvorgang Reibungsschweißen umfasst.
Griff nach Anspruch 3, der ferner einen Metallschaftabschnitt, der sich aus dem distalen Übergangselement erstreckt, und eine hermetische Metalldichtung zwischen diesen umfasst.
Griff nach Anspruch 7, wobei das proximale Übergangselement einen elektrischen Steckverbinder einschließt.
Griff nach Anspruch 8, wobei die distale Sektion rostfreien Stahl umfasst, die zweite Sektion Aluminium umfasst und die proximale Sektion Titan umfasst.
Griff nach Anspruch 7, wobei der Schaft ein bildgebendes System in einem distalen Endabschnitt des Schafts einschließt.
Griff nach Anspruch 10, der ferner eine am Schaft getragenen Metallaufnahme und eine Scheibe, die durch eine Schmelzmetalldichtung mit der Metallaufnahme verbunden ist, umfasst, wobei das bildgebende System hinter der Scheibe angeordnet ist..
Griff nach Anspruch 11, wobei die Scheibe eine erste Scheibe umfasst, die Metallaufnahme eine erste Metallaufnahme umfasst und die Schmelzmetalldichtung eine erste Schmelzmetalldichtung umfasst, wobei der Griff ferner ein Beleuchtungssystem, eine zweite Metallaufnahme, die an dem Schaft gehalten ist, und eine zweite Scheibe, die durch eine zweite Schmelzmetalldichtung mit der zweiten Metallaufnahme verbunden ist, umfasst, wobei das Beleuchtungssystem hinter der zweiten Scheibe angeordnet ist.
Griff nach Anspruch 7, das ferner ein Beleuchtungssystem und ein bildgebendes System und ein Verbundfenster umfasst, wobei die Systeme hinter dem Verbundfenster angeordnet sind, wobei das Verbundfenster wenigstens zwei Scheiben umfasst, wobei eine oder mehrere der Scheiben dem bildgebenden System zugeordnet sind und eine oder mehrere der Scheiben dem Beleuchtungssystem zugeordnet sind, wobei die Scheibe(n) des Beleuchtungssystems und die Scheibe(n) des bildgebenden Systems durch ein optisches Band voneinander getrennt sind, um die Übertragung von Licht über die Grenze zwischen den Scheiben zu verringern.
Griff nach Anspruch 1, wobei die unterschiedlichen Metalle aus einer Gruppe von Aluminium oder dessen Legierungen, rostfreiem Stahl und Titan oder dessen Legierungen ausgewählt sind.
Griff nach Anspruch 1, das ferner Steuerungen umfasst, die am Gehäuseabschnitt angeordnet sind und die sich topologisch außerhalb des Gehäuses befindet.
Griff nach Anspruch 15, wobei die Steuerungen Hall-Effekt-Schalter umfassen.
Verfahren zum Formen eines Endoskopgriffs, welcher zum Aufnehmen eines Bauteils des Endoskops eingerichtet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Gehäuseabschnittes mit einer mittleren Sektion, welche ein distales Ende und ein proximales Ende definiert und ein metallisches Material umfasst, und eine Endsektion, welche ein metallisches Material mit einem von den metallischen Material der mittleren Sektion verschiedenen Schmelzpunkt umfasst; Verbinden der mittleren Sektion und der Endsektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang, der eine Verschmelzung der metallischen Materialien bei einer Temperatur unterhalb der jeweiligen Schmelzpunkte der beiden metallischen Materialien, ohne ein zusätzliches Füllmaterial, erzeugt, wodurch eine hermetische Dichtung zwischen den metallischen Materialien gebildet wird; und Verbinden eines Übergangselements, welches das gleiche metallische Material wie das Material der Endsektion umfasst, mit der Endsektion durch Schweißen.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Anordnen wenigstens einer elektronischen Komponente eines bildgebenden Systems und/oder einer Komponente eines Beleuchtungssystems innerhalb des Gehäuseabschnitts.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Endsektion des Gehäuseabschnittes eine distale Endsektion, die an einem distalen Ende angeordnet ist, und eine proximale Endsektion, die an dem proximalen Ende angeordnet ist, umfasst, wobei der Vorgang der Verbindung der mittleren Sektion und der Endsektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang ein Verbinden der mittleren Sektion mit sowohl der distalen Endsektion als auch der proximalen Endsektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang umfasst und der Vorgang des Verbindens des Übergangselements durch Schweißen ein Verbinden von jeweils einem Übergangselement mit der distalen Endsektion und der proximalen Endsektion durch Schweißen umfasst.
Griff nach Anspruch 2, wobei der Gehäuseabschnitt dafür eingerichtet ist, lösbar an einem Endoskop befestigt zu sein.
Griff nach Anspruch 20, wobei der Gehäuseabschnitt ein bildgebendes System umfasst, das wenigstens einen Bildsensor umfasst.
Griff nach Anspruch 21, der ferner einen elektrischen Steckverbinder umfasst, der elektrische Leitungen umfasst, die in einem Schmelzglas angeordnet sind, das in einer Metallöffnung im Gehäuseabschnitt geformt ist.
Griff nach Anspruch 21, der ferner hermetische Steuerungen umfasst, die am Gehäuseabschnitt angeordnet sind und die topologisch außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Griff nach Anspruch 21, der ferner einen mit Fenster versehenen Verschluß umfasst, der ein Metallmaterial umfasst und wenigstens eine erste Aufnahme für wenigstens eine Scheibe für wenigstens ein bildgebendes System oder ein Beleuchtungssystem hat und wobei eine oder mehrere Scheiben in der Aufnahme angeordnet und mit derselben durch eine Schmelzmetalldichtung verbunden sind, wobei der Verschluß dafür eingerichtet ist, an den proximalen Endabschnitt eines Endoskopschafts gekoppelt zu sein, so daß sich die Scheibe optisch mit einem optischen Element in einem proximalen Endabschnitt des Endoskops ausrichtet.
Griff nach Anspruch 2, wobei die bildgebende Komponente einen Bildsensor umfasst und die Beleuchtungskomponente eine LED-Lichtquelle umfasst.
Griff nach Anspruch 3, wobei die mittlere Sektion Aluminium umfasst und wenigstens eine der Endsektionen rostfreien Stahl umfasst.
Endoskop, das Folgendes umfasst: einen Griff mit einem Gehäuse mit einer mittleren Sektion, die ein distales Ende und ein proximales Ende definiert und die ein metallisches Material umfasst, und einer Endsektion, die ein metallisches Material mit einem von metallischen Material der mittleren Sektion unterschiedlichen Schmelzpunkt umfasst und die mit der mittleren Sektion durch einen Festkörper-Schweißvorgang verbunden ist, der eine Verschmelzung der metallischen Materialien bei einer Temperatur unterhalb der jeweiligen Schmelzpunkte der bei den metallischen Materialien, ohne ein zusätzliches Füllmaterial, erzeugt, um eine hermetische Dichtung zwischen den metallischen Materialien zu bilden, und einem Übergangselement, welches das gleiche metallische Material wie das Material der Endsektion umfasst und durch einen Schweißvorgang mit der Endsektion des Gehäuses verbunden ist; ein Beleuchtungssystem, welches in dem Gehäuse angeordnet ist; und ein bildgebendes System, das in dem Gehäuse angeordnet ist.
Endoskop nach Anspruch 27, wobei die Endsektion des Gehäuses eine distale Endsektion, die an dem distalen Ende angrenzend angeordnet ist, und eine proximale Endsektion, die an dem proximalen Ende angrenzend angeordnet ist, umfasst, wobei das Übergangselement ein distales Übergangselement und ein proximales Übergangselement umfasst, die mit der distalen Endsektion bzw. der proximalen Endsektion verbunden sind.
Endoskop nach Anspruch 28, wobei die distale Endsektion und die proximale Endsektion aus Metallen gebildet sind, die zueinander unterschiedliche Schmelzpunkttemperaturen aufweisen.