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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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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", deren
gesamte Offenbarung hiermit, als in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke
dargelegt, im Wege der Bezugnahme aufzunehmen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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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.
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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.
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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.
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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.
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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-Bildaufnahmevorrichtung
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.) Alle vorstehenden Patentschriften sind
hiermit, als in ihrer jeweiligen Gesamtheit für alle Zwecke dargelegt, als
Referenz einbezogen.
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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.
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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 Wärmeleitfä higkeit 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.
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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.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDERISCHEN KONZEPTE
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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.
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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 Abdeckung, 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese
und andere erfinderische Ausführungsformen
werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung
und den Figuren ausführlicher
beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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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.
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1A zeigt
eine Seitenansicht eines repräsentativen
endoskopischen Systems nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten,
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1B zeigt
eine Draufsicht desselben,
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1C zeigt
eine proximale Stirnansicht desselben,
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2A zeigt
eine distale Stirnansicht einer distalen Spitze eines Objektivkopfes
mit mehreren Scheiben, nach den vorliegenden erfinderischen Konzepten,
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2B zeigt
einen Längsschnitt
derselben, längs
der Linie 2B–2B
in 2A,
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2C zeigt
einen Querschnitt derselben, mit einigen entfernten Bauteilen, längs der
Linie 2C–2C
in 2B,
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2D zeigt
eine distale Stirnansicht derselben, mit einer anderen Querschnittslinie
2E– 2E,
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2E zeigt
einen anderen Längsschnitt derselben,
längs der
Linie 2E–2E
in 2D,
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3A und 3B zeigen
eine Seitenansicht und ein Eckdetail einer exemplarischen Scheibe zur
Verwendung in einem endoskopischen System, nach den vorliegenden
erfinderischen Konzepten,
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4A zeigt
eine distale Stirnansicht der distalen Spitze einer alternativen
Ausführungsform einer
ringförmigen
Scheibe,
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4B zeigt
einen Längsschnitt
derselben, längs
der Linie 3B–3B
in 4A,
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4C zeigt
eine Stirnansicht der Lichtöffnung
in Isolation,
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4D ist
eine Seitenansicht derselben,
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5A zeigt
eine Stirnansicht der distalen Spitze einer alternativen Ausführungsform,
dafür eingerichtet,
ein Bild in einem Winkel in Bezug auf die Längsachse zu erfassen,
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5B zeigt
einen Längsschnitt
derselben, längs
der Linie 5B–5B
in 5A,
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6A zeigt
eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform eines optischen
Fensters oder einer Lichtöffnung
mit einer halbmondförmigen freigelegten
Fläche,
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6B ist
eine Unteransicht derselben,
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6C ist
eine Seitenansicht derselben,
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7A zeigt
eine Vorderansicht einer Verbundfensterbaugruppe, die zwei der Fenster
von 6A, aneinander goldgelötet, umfaßt,
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7B ist
ein Querschnitt derselben, längs der
Linie 7B–7B
in 7A,
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8A zeigt
eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform einer Verbundfensterbaugruppe,
die zwei der Fenster von 6A mit
einer geschmolzenen Glasfritte dazwischen umfaßt,
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8B zeigt
einen Querschnitt derselben, längs
der Linie 8B–8B
in 8A,
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9A zeigt
eine Vorderansicht einer alternativen Ausführungsform einer Verbundfensterstruktur,
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9B zeigt
einen Querschnitt derselben, längs
der Linie 9B–9B
in 9A,
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10A zeigt eine Seitenansicht einer alternativen
Ausführungsform
eines optischen Fensters mit Rillen, die das Fenster in optische
Regionen teilen,
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10B zeigt einen Querschnitt derselben, längs der
Linie 10B–10B
in 10A,
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11 ist ein aufgeschnittener Längsschnitt des
proximalen Griffabschnitts zur Verwendung in einem endoskopischen
System, wie beispielsweise dem von 1A, nach
der vorliegenden Erfindung,
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11B, 11C und 11D sind Querschnitte desselben, längs der
Linien 11B–11B, 11C–11C bzw.
11D–11D
in 11A,
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12 ist
ein aufgeschnittener Längsschnitt eines
Rohlings für
den Griff von 11A,
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13A zeigt eine Draufsicht eines Griffgehäuses, geformt
aus dem Griffrohling von 12,
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13B zeigt eine Stirnansicht desselben,
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13C zeigt einen aufgeschnittenen Längsschnitt
desselben, längs
der Linie 13C–13C
in 13B,
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13D zeigt einen anderen aufgeschnittenen Längsschnitt
desselben, längs
der Linie 13D–13D
in 13B,
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14 zeigt
eine aufgeschnittene Ansicht eines distalen Übergangselements zur Verwendung mit
dem Griffabschnitt von 13, und
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15 ist
eine aufgeschnittene Ansicht der Griffgehäusebaugruppe für ein endoskopisches
System, wie beispielsweise das von 1A, nach
den vorliegenden erfinderischen Konzepten.
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16A zeigt eine Seitenansicht einer alternativen
Ausführungsform
eines Gehäuseabschnitts nach
den vorliegenden erfinderischen Konzepten.
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16B zeigt eine Vorderansicht des Gehäuseabschnitts
von 1A.
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16C zeigt eine Rückansicht des Gehäuseabschnitts
von 1C.
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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.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDERISCHEN KONZEPTE DEFINITIONEN
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„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.
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„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.
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„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.
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„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.
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„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 darauf hin, 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.
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„Licht" schließt sowohl
sichtbare als auch unsichtbare Anteile des elektromagnetischen Spektrums
sowie polarisiertes, gepulstes, gefiltertes und kohärentes (Laser-)
Licht ein.
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„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.
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„Prisma" schließt hierin
einen Spiegel oder ein anderes optisches Element zum Umleiten der Bahn
eines Lichtstrahls ein.
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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.
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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.
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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 Abdeckung 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.
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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.
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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.
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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 quadra tisch, 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.
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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.
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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.
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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, deren gesamte Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit
als Referenz einbezogen wird.
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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.
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Um
diese Vorteile zu erreichen, setzt ein Endoskop 20 nach
bestimmten erfinderischen Ausführungsformen,
wie weiter unten ausführlich
beschrieben, eine Kombination von Abdichtungstechnologien ein.
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HERMETISCHES
ABDICHTEN VON OPTISCHEN FENSTERN UND LICHTÖFFNUNGEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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VERBUNDFENSTERAUFBAU
FÜR VERBESSERTE
OPTIK
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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.
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Zum
Beispiel zeigen 6 bis 9 eine
optische Scheibe 235 mit einer Halbmondform. Solche Formen
können
verbunden werden, um Verbundfensterstrukturen zu bilden.
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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.
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In
einem anderen Beispiel zeigen 8A und 8B Scheiben 435,
getrennt durch eine opake Grenzsubstanz 444, wie beispielsweise
einer geschmolzenen Glasfritte (Glasurmasse).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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SCHMELZMETALLDICHTUNG
DIE DEN MIT FENSTER VERSEHENEN VERSCHLUSS AM SCHAFT BEFESTIGT
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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.
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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.
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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.
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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.
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GRIFF MIT UMHÜLLTEN STEUERUNGEN
UND HERMETISCHEN VERBINDERN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
Schmelzmetalidichtung 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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UMHÜLLUNG AUS UNTERSCHIEDLICHEN
MATERIALIEN, GEFORMT UNTER VERWENDUNG DES FESTKÖRPERSCHWEISSENS
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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.
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Um
das Formen von Schmelzmetalldichtungen zu erleichtern, kann das
Griffgehäuse 52 eine reibungsgeschweißte Struktur,
wie weiter unten beschrieben, sein.
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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.
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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.
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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 Ausfüh rungsform 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.
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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 griffinontierte Steuerung, die das hermetisch abgedichtete
Griffgehäuse 52 nicht
unterbricht.
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16A bis 16C 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.
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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 -ensatz 741, eingeschlossen als Teil des Verschlusses,
definiert sein. Das Fenster ist vorzugsweise durch eine Schmelzmetallverbindung,
wie beispielsweise eine Goldlötung 742,
mit einem Metallverschluß verbunden.
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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.
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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.
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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.
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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.
Die Patentanmeldung '902
wird hiermit, als in ihrer Gesamtheit dargelegt, als Referenz einbezogen.
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Einige
oder alle der vorliegenden erfinderischen Konzepte können allgemein
in einer beliebigen Art von Endoskop für eine beliebige An 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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Offenbart
werden hermetisch abgedichtete Umhüllungen und Konstruktionen
zur Verwendung in endoskopischen Systemen, insbesondere endoskopischen
Systemen mit elektronischen bildgebenden und Beleuchtungssystemen
in den Umhüllungen.
Es werden ebenfalls optische Verbundfenster zur Verwendung in den
Systemen bereitgestellt. Die optischen Verbundfenster können gesonderte
Scheiben für
ein bildgebendes System und ein Beleuchtungssystem haben, und kontrastmindernde
optische Grenzen befinden sich zwischen den Scheiben.