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Die bereitgestellt Erfindung bezieht sich auf ein Kupplungsvorrichtung zur Kupplung eines medizinischen Instruments an externe Versorgungsgeräte, umfassend einen elektrisch isolierenden Hauptkörper, ein Profilelement, welches sich von dem Hauptkörper aus in eine proximale Richtung erstreckt, ein rohrförmiges Führungsstück, welches derartig innerhalb des Profilelements angeordnet ist, dass es von einem proximalen Ende in Richtung des Hauptkörpers verläuft und sich in diesen hinein erstreckt, und ein Bündel von Lichtleitfasern, welches durch das Führungsstück verläuft und in den Hauptkörper eintritt und weiter in eine distale Richtung des Hauptkörpers geführt ist.
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Zur Stellung einer Diagnose oder zur Durchführung eines medizinischen Eingriffs in schwer zugänglichen Bereichen eines menschlichen oder tierischen Patienten existieren eine Reihe verschiedener Instrumente, die dem behandelnden Arzt einen verbesserten Blick auf den interessierenden Bereich erlauben oder diesen erst ermöglichen. Solche Instrumente, wie z.B. Endoskope oder Laparoskope, sind in der Regel mit einem langgestreckten starren oder flexiblen Schaft ausgestattet, an dessen Spitze sich eine Bildaufnahmevorrichtung, z.B. ein Bildsensor, befindet, welche an eine geeignete Position geführt werden kann. Alternativ kann auch eine optische Anordnung in dem Schaft vorgesehen sein, über welche an der Schaftspitze einfallendes Licht in proximale Richtung des Schafts projiziert wird.
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Damit diese Instrumente überhaupt ein Bild aus dem Inneren des Körpers des Patienten aufnehmen können, ist es notwendig, dass Beleuchtungslicht zugeführt wird. Dieses wird häufig in externen Versorgungsgeräten erzeugt und von dort mit Hilfe von Lichtleitfasern durch das Instrument an die Spitze des Schafts geführt, von wo es abgestrahlt werden kann. Versorgungsgerät und Instrument sind dabei trennbar voneinander ausgeführt, wodurch eine effektive Sterilisation des Instruments, beispielsweise in einem Autoklaven, erleichtert ist. Das Versorgungsgerät kann dann während eines medizinischen Eingriffs außerhalb des sterilen Bereiches verbleiben. Neben der Versorgung mit Beleuchtungslicht können über dasselbe oder weitere Versorgungsgeräte zusätzlich benötigte Funktionsträger, wie etwa elektrische Energie, zugeführt werden.
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Eine möglichst energieeffiziente Verbindung zur Übertragung von Beleuchtungslicht vom Versorgungsgerät an die Lichtleitfasern erfordert dabei eine geeignete parallele Ausrichtung der Fasern am Übergang. Die Kupplungsstelle muss außerdem so gestaltet sein, dass kein Beleuchtungslicht austritt und in den Operationssaal abgegeben wird, wo es eine Gefahr für anwesende Personen darstellt. Um dies zu erreichen, wird die instrumentenseitige Kupplungsstelle mit einem Profilelement versehen, welches eine Steckverbindung mit dem Versorgungsgerät eingehen kann. Damit die Lichtleitfasern in das Profilelement eingebracht werden können, sind diese durch ein rohrförmiges Führungsstück gezogen und gegenüber diesem durch Verkleben am distalen und Krimpen am proximalen Ende gegen Verschieben gesichert. Um die Verkrimpung zu ermöglichen, besteht das Führungsstück aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einer Nickel-Kupfer-Eisenlegierung (Monel). Dieses Führungsstück kann dann zusammen mit den Lichtleitfasern durch das Profilelement geschoben werden. Zur Lagesicherung wird das Führungsstück in distale Richtung dann gegen ein proximales Fenster des Profilelements verspannt.
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Dabei tritt das Problem auf, dass sowohl das Profilelement als auch das Führungsstück elektrisch leitend sind. Dies kann zur Folge haben, dass Therapieströme, welche etwa bei der Durchführung elektrochirurgischer Prozeduren entstehen, möglicherweise nicht zuverlässig über die dafür vorgesehenen Elektroden abgeführt werden. Stattdessen kann das Sichtinstrument über das angeschlossene Versorgungsgerät für Beleuchtungslicht selbst zur Elektrode werden. In der Folge können der Behandlungserfolg beeinträchtigt werden oder Gefahren für den Patienten aufgrund nicht kontrolliert fließender Ströme entstehen. Aus diesem Grund ist es notwendig, innerhalb des Instruments und der Kupplungsstelle eine entsprechende elektrische Entkopplung zusätzlich vorzusehen, um über das Versorgungsgerät abfließende Ströme zu unterbinden bzw. auf ein zulässiges Maß zu reduzieren.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Kupplung zwischen Instrument und Versorgungsgerät hinsichtlich der beschriebenen Problematik zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplungsvorrichtung zur Kupplung eines medizinischen Instruments an externe Versorgungsgeräte, umfassend einen elektrisch isolierenden Hauptkörper, ein Profilelement, welches sich von dem Hauptkörper aus in eine proximale Richtung erstreckt, ein rohrförmiges Führungsstück, welches derartig innerhalb des Profilelements angeordnet ist, dass es von einem proximalen Ende in Richtung des Hauptkörpers verläuft und sich in diesen hinein erstreckt, ein Bündel von Lichtleitfasern, welches durch das Führungsstück verläuft und in den Hauptkörper eintritt und weiter in eine distale Richtung des Hauptkörpers geführt ist, welches dadurch weitergebildet ist, dass das Führungsstück aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt ist
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Bei Kupplungsvorrichtungen dieser Bauart kommt der Kontakt zum Versorgungsgerät an dem Profilelement zustande, welches in eine entsprechend geformte Aufnahme am Versorgungsgerät in dieses eingesteckt werden kann. Durch die geometrische Ausführung kann das Profilelement am Versorgungsgerät eingeklemmt oder eingerastet werden. Das Profilelement kann rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder in einer nicht symmetrischen Form ausgeführt sein. Es kann an seiner Oberfläche mit profilgebenden Elementen versehen sein. Dieses Profilelement muss dabei wegen des mehrfachen Einsteckens verschleißfest ausgeführt sein, weswegen es in der Regel aus einem metallischen und elektrisch leitfähigen Material gefertigt ist. Dadurch dass nun das darin liegende Führungsstück in einem elektrisch isolierenden Material ausgeführt ist, wird ein mögliches Abfließen elektrischer Ströme über das Führungselement und das Profilstück genügend reduziert. Da außerdem der Hauptkörper zumindest im Bereich der Aufnahme des Profilstücks ebenfalls elektrisch isolierend ausgeführt ist, sind das Versorgungsgerät und das Instrument elektrisch voneinander entkoppelt
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Unter einem elektrisch isolierenden Material wird dabei ein solches verstanden, welches einen spezifischen elektrischen Widerstand oberhalb von 1012 Ωmm2/m bei einer Temperatur von 20 °C aufweist.
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Infolge einer solchen Bauweise und des damit ausbleibenden Stromes über die Kupplungsvorrichtung und das Versorgungsgerät können weitere, bisher notwendige elektrische Entkopplungen im Instrument oder in der Kupplungsvorrichtung entfallen. Insbesondere entfallen Anforderungen an die Kriechstromfestigkeit von Bauteilen, über welche herkömmlicherweise Ströme abfließen könnten. Dadurch kann der gesamte konstruktive Aufbau dieser Komponenten vereinfacht werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform einer Kupplungsvorrichtung im Sinne der Erfindung kann das Führungsstück aus einem Kunststoff gefertigt sein. Besonders bevorzugt kann dafür ein Plastomer oder ein Duromer verwendet werden. Insbesondere kann das Führungsstück aus Polyetheretherketon (PEEK) gefertigt sein. Diese Werkstoffe lassen sich verhältnismäßig kostengünstig für den Einsatz als Führungsstück heranziehen. Insbesondere dann, wenn bereits verschiedene Kunststoffteile in der Kupplungsvorrichtung oder dem anzuschließenden Instrument benötigt werden, kann die Herstellung bzw. der Bezug über dieselbe Infrastruktur erfolgen. PEEK weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 1020 Ωmm2/m auf und ist somit als elektrisch isolierendes Material an dieser Stelle geeignet.
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Bevorzugter Weise kann in einer Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung ein Halteelement am proximalen Ende des Führungsstücks angeordnet sein, welches aus einem Elastomer besteht und ringförmig ausgestaltet ist, wobei das Halteelement das Führungsstück und aus dem Führungsstück austretende Lichtleifasern umschließt, und wobei das Halteelement dazu eingerichtet ist, die Lichtleitfasern gegen ein Verrutschen gegenüber dem Führungsstück zu sichern.
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Dazu kann ein solches ringförmiges Halteelement mit einem geringeren Innendurchmesser ausgeführt sein als das zu umschließende Bündel an Lichtleitfasern. Das Halteelement kann beim Zusammenbau dann aufgedehnt und über den zu fixierenden Bereich geschoben werden. Sobald sich das Halteelement wieder zusammenzieht, ergibt sich eine genügende Flächenpressung, sodass das Halteelement gegenüber dem Führungsstück nicht mehr verschiebbar ist. Im Bereich der umfassten Lichtleitfasern wird ebenfalls genug Flächenpressung erzielt, sodass das Bündel der Lichtleitfasern im Bereich des Austritts aus dem Führungsstück gegenüber diesem nicht mehr bewegt werden kann, sodass ein konsistent verlustarmes Einleiten von Beleuchtungslicht an dieser Stelle möglich ist. Bevorzugt kann in einer erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung das Bündel von Lichtleitfasern am distalen Ende des Führungsstücks mit dem Führungsstück verklebt sein. Diese zusätzliche Fixierung der Lichtleitfasern im Führungsstück sorgt für eine zusätzliche Sicherheit gegen Verrutschen. Insbesondere axiale, in Faserrichtung verlaufende Kräfte können so zuverlässig aufgenommen werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann das Profilelement an seinem proximalen Ende mit einem lichtdurchlässigen Fenster verschlossen sein. Dieses Fenster sorgt zum einen für einen Schutz der mit dem Führungsstück abschließenden Lichtleitfasern. Diese könnten ansonsten dadurch beschädigt werden, dass beim Einstecken in das Versorgungsgerät oder beim Hantieren mit der Kupplungsvorrichtung hervorstehende Kanten in die Öffnung des Profilelements eindringen und auf die Faserenden mechanisch einwirken. Darüber hinaus kann das Fenster als Dichtelement gegen eindringenden Schmutz oder Flüssigkeiten wirken.
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Weiterhin kann die Kupplungsvorrichtung vorteilhaft derartig ausgestaltet sein, dass das Führungsstück in proximale Richtung gegen das Fenster verspannt ist. Dadurch ist die Lage des Führungsstücks innerhalb des Profilelements festgelegt, sodass die Faserenden sich nicht von dem Fenster in distale Richtung verschieben, wodurch die Effizienz der Lichteinkopplung in diese Fasern reduziert werden würde.
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In einer möglichen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung kann diese ein Schutzelement umfassen, welches aus dem Hauptkörper an einem distalen Ende austritt, und in welches die Lichtleitfasern innerhalb des Hauptkörpers eingeleitet sind.
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Entsprechend dem proximalen Ende, welches während der Verwendung dem Versorgungsgerät zugewandt ist, wird in diesem Zusammenhang unter dem distalen Ende diejenige Seite verstanden, an welche sich ein in Richtung eines medizinischen Instruments verlaufendes Schutzelement anschließt. Das distale Ende des Hauptkörpers muss dabei nicht unbedingt dem proximalen Ende unmittelbar gegenüberliegen. Das Schutzelement kann dabei zwischen der Kupplungsvorrichtung und dem Instrument einen mechanischen Schutz für die darin liegenden Lichtleitfasern darstellen. Bei dem Schutzelement kann es sich beispielsweise um ein rohr- oder schlauchförmiges Bauteil handeln. Das Schutzelement kann elastisch, dreh- oder verbiegbar ausgestaltet sein. Das Schutzelement kann insbesondere die Lichtleitfasern an ein medizinisches Instrument weiterleiten. Bei solchen Instrumenten kann es z.B. um ein Endoskop oder um ein Laparoskop handeln. Auch andere Arten von Instrumenten mit anderen oder zusätzlichen Funktionen sind denkbar. Über den im Schutzelement liegenden Abschnitt der Lichtleitfasern kann das Beleuchtungslicht in den sterilen Bereich des Operationssaals geführt werden.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung kann das Schutzelement innerhalb des Hauptkörpers das Führungsstück umfassen. Dies erlaubt eine stabile Führung der Lichtleitfasern durch den gesamten Hauptkörper.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Kupplungsvorrichtung nach der Erfindung können ein oder mehrere elektrische, mechanische oder fluide Übertragungselemente aus dem Hauptkörper in das Schutzelement eingeleitet sein. In diesem Fall werden in dem Schutzelement neben den Lichtleitfasern weitere Elemente geführt. Diese können ebenfalls an ein medizinisches Instrument geführt werden. Unter elektrischen Übertragungselemente werden z.B. Kabel zur Übertragung elektrischer Energie oder von Daten verstanden. Insbesondere können über ein solches Übertragungselement Bilddaten von einem am Instrument angeordneten Bildsensor übertragen werden. Alternativ oder zusätzlich können am Instrument angeordnete Bedienelemente über das Übertragungselement versorgt werden oder ein von dem Bedienelement abgegebenes Signal kann in proximale Richtung geleitet werden. Mechanische Übertragungselemente können Komponenten sein, die dafür geeignet sind, eine Kraft oder eine Verschiebung z.B. eines Aktuators durch das Schutzelement zu übertragen. Fluide Übertragungselemente können Flüssigkeiten oder Gase in distale Richtung dem Instrument zuführen oder von dort in proximale Richtung abführen. Die mechanische Schutzwirkung des Schutzelements erstreckt sich in dieser Ausführungsform dann ebenfalls auf die Übertragungselemente.
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Eine ergänzende Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung kann vorsehen, dass zumindest eines der elektrischen, mechanischen oder fluiden Übertragungselemente in den Hauptkörper eingeleitet und durch diesen hindurchgeführt ist. Der Hauptkörper dient dann in diesem Fall als Durchgangselement, in welchem die Lichtleitfasern mit mindestens einem weiteren von außen zugeführten Übertragungselement zur Einleitung in das Schutzelement gebündelt werden. Zusätzlich dazu können weitere im Hauptkörper endende Führungselemente ebenfalls durch das Durchgangselement geführt sein. Die Zuführung in das Schutzelement kann am Übergang zwischen Schutzelement und Führungsstück erfolgen. Alternativ kann eine Öffnung im Schutzelement innerhalb des Hauptkörpers vorgesehen sein, durch welche die Zuführung erfolgt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhafter Darstellungen näher beschrieben, wobei die in der Darstellungen gezeigte Ausführungsform lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung beitragen sollen, ohne diese einzuschränken.
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Es zeigt:
- 1: eine erfindungsgemäße Kupplungsvorrichtung.
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In 1 ist schematisch der Aufbau einer Kupplungsvorrichtung 1 dargestellt. Diese umfasst einen Hauptkörper 2, ein proximal am Hauptkörper angeordnetes Profilelement 3 und ein darin liegendes Führungsstück 4. Das Führungsstück 4 ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Dabei kann es sich um einen Kunststoff wie Polyetheretherketon (PEEK) handeln. Der Hauptkörper 2 ist zumindest im Bereich des Übergangs zum Profilelement ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Das Profilelement 3 ist gegenüber dem Hauptkörper 2 gegen Verschieben gesichert. Diese Sicherung ist in der Abbildung aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Dem Fachmann ist allerdings bekannt, dass eine Verbindung durch Einrastelemente, Verkleben oder zusätzlich vorzusehende Verbindungselemente, etwa zur Verschraubung, umgesetzt sein kann.
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Ein Bündel von Lichtleitfasern 5 verläuft durch das Führungsstück 4 und weiter in distale Richtung durch den Hauptkörper 2. Die Lichtleitfasern 5 sind dabei durch ein Halteelement 6 gegenüber dem Führungsstück 4 gegen Verschieben gesichert. Im dargestellten Beispiel ist das Halteelement 6 aus einem elastischen Ring bzw. Schlauch gebildet. Dieses liegt in einer Aussparung des Führungsstücks 4 auf dem Führungsstück 4 auf. Dadurch bilden Führungsstück 4 und Halteelement 6 eine annähernd flache Oberfläche. Dabei hat das Halteelement 6 einen Innendurchmesser, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des Bündels der Lichtleitfaser 5. Zur Montage muss das Halteelement 6 somit aufgedeht und über das Führungsstück 4 und die Lichtleitfasern 5 gezogen werden. Sobald sich das Halteelement 6 wieder zusammenzieht, ergibt sich eine genügende Flächenpressung, sodass das Halteelement 6 gegenüber dem Führungsstück 4 nicht mehr verschiebbar ist. Im Bereich der umfassten Lichtleitfasern 5 wird ebenfalls genug Flächenpressung erzielt, sodass das Bündel der Lichtleitfasern 5 im Bereich des Austritts aus dem Führungsstück 4 gegenüber diesem nicht mehr bewegt werden kann.
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Im distalen Bereich des Führungsstücks 4 ist außerdem eine Klebestelle 7 dargestellt, an welcher die Lichtleitfasern 5 mit dem Führungsstück 4 fixiert sein können. Diese zusätzliche Verklebung 7 der Lichtleitfasern 8 im Führungsstück 4 sorgt für eine zusätzliche Sicherheit gegen Verrutschen der Fasern. Insbesondere axiale, in Faserrichtung verlaufende Kräfte können so zuverlässig aufgenommen werden.
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Von der proximalen Seite der Lichtleitfasern 5 her, in der Abbildung von der rechten Seite, kann Beleuchtungslicht eingeleitet werden. Dazu lässt sich das Profilelement 3 der Kupplungsvorrichtung 1 in ein entsprechendes Versorgungsgerät einführen. Um eine entsprechende Steckverbindung mit dem Versorgungsgerät eingehen zu können, sind im dargestellten Beispiel Profilmerkmale 8 auf dem Profilelement 3 vorgesehen, in welche ein entsprechend gestaltetes Gegenstück des Versorgungsgerät einrasten und somit eine Haltekraft ausüben können. Das Profilelement 3 kann wie dargestellt rotationssymmetrisch ausgestaltet sein. Es eignet sich aber auch jede weitere dem Fachmann bekannte Ausführungsform einer Steckverbindung, solange ein Schutz gegen Austreten von Beleuchtungslicht gegeben ist.
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Das Profilelement 3 ist typischerweise metallisch und somit elektrisch leitend ausgeführt. Gemäß der Erfindung ist neben dem Hauptkörper 2 im Bereich des Profilelements 3 ebenfalls das Führungsstück 4 aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Der ausreichend hohe spezifische elektrische Widerstand der Materialien bewirkt dabei, dass höchstens vernachlässigbare Ströme zwischen dem Versorgungsgerät und der Kupplungsvorrichtung 1 fließen können. Das Versorgungsgerät ist somit von der Kupplungsvorrichtung 1 und dem Instrument elektrisch entkoppelt. Bisher zu berücksichtigende Kriechabstände brauchen nicht mehr beachtet zu werden.
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Zur axialen Lagesicherung des Führungsstücks 4 und somit der Lichtleitfasern 5 sind diese in diesem Beispiel gegen ein Fenster 9 verspannt. Dieses Fenster 9 sorgt für einen Schutz gegen mechanische Einwirkungen der darunter liegenden Lichtleitfasern 5. Außerdem kann es dichtend gegen eindringende Verschmutzungen und Flüssigkeiten wirken. Zusätzlich dafür benötigte und dem Fachmann bekannte Dichtmittel sind hier nicht dargestellt. Die Verspannung des Führungsstücks 4 erfolgt hier über eine Spiralfeder 10, welche über einen fest mit dem Führungsstück 4 verbundenen Vorsprung 11 in proximale Richtung wirkt. Zusätzlich wird im dargestellten Beispiel ein O-Ring zwischen Vorsprung 11 und Hauptkörper 2 verspannt. Die Feder 10 selbst wird mit Hilfe eines ersten Deckels 13 vorgespannt. Der Deckel 13 ist durch Befestigungsmittel mit dem Hauptkörper 2 verbunden. Diese sind genau wie vorzusehende Dichtungsmittel in der Abbildung nicht dargestellt, sie sind dem Fachmann aber bekannt.
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Nachdem das Bündel von Lichtleitfasern 5 das Führungsstück 4 in distale Richtung verlassen hat, verläuft es in einem Schutzelement 14. Dieses Schutzelement 14 verlässt den Hauptkörper 2 in distale Richtung. Im dargestellten Beispiel soll der Austrittsbereich des Schutzelements 14 durch den Deckel 13 ebenfalls gegen Eindringen von Schmutz und Flüssigkeiten gesichert sein, was in der Zeichnung zur besseren Übersicht nicht explizit dargestellt ist. Über den Deckel 13 kann das Schutzelement 14 ebenfalls gegen auftretende mechanische Belastungen etwa gegen ein Herausziehen gesichert sein. In diesem Beispiel umfasst das Schutzelement 14 das Führungsstück, sodass die darin verlaufenden Lichtleitfasern 5 unmittelbar in das Schutzelement 14 übertreten.
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Bei dem Schutzelement 14 handelt es sich hier um ein schlauchförmiges Bauteil, welches elastisch und verbiegbar ausgestaltet sein kann. Das Schutzelement 14 kann insbesondere das Bündel von Lichtleitfasern 5 an ein medizinisches Instrument weiterleiten. Bei einem solchen Instrument kann es sich z.B. um ein Endoskop oder um ein Laparoskop handeln.
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Im dargestellten Fall verläuft außerdem ein elektrisches Verbindungselement 15 durch das Schutzelement 14. Das elektrische Verbindungselement 15 kann etwa für die elektrische Versorgung am medizinischen Instrument angeordneter Komponenten vorgesehen sein oder Daten, beispielsweise von einem Bildaufnehmer, übertragen. Abweichend vom dargestellten Beispiel können noch weitere Verbindungselemente 15 durch das Schutzelement 14 verlaufen. Dabei kann es sich um weitere elektrische Verbindungselemente handeln. Alternativ oder zusätzlich können ebenso mechanische oder fluide Verbindungselemente Verwendung finden.
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In 1 durchquert das elektrische Verbindungselement 15 den Hauptkörper 2 und verlässt ihn durch einen Austritt, welcher mit einem zweiten Deckel 16 verschlossen ist. Auch an dieser Stelle sind beliebige andere Verschlüsse denkbar. Das Verbindungselement 15 kann dann mit einem Versorgungsgerät verbunden sein. Dabei kann es sich um dasselbe Versorgungsgerät handeln, welches auch an die Lichtleitfasern 5 Licht abgibt. Das Versorgungsgerät für das elektrische Verbindungselement 15 kann aber auch ein eigenständiges Gerät sein.
