DE4313903C1 - Chirurgisches Backen-Instrument - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Instrument der im Oberbegriff des Anspruches 1
genanntenm Art.
Derartige Instrumente können je nach Ausbildung der Backen als
Zangen oder Scheren dienen. Es handelt sich um Handinstrumente,
bei denen zwei Griffe gegeneinander betätigt werden, die je nach
Ausbildung des Betätigungsteiles scherenförmig oder pistolengriffartig
ausgebildet sein können. Das proximale Ende des Instrumentes
weist relativ zueinander bewegbare Backen auf, die je nach Ausbildung
eine feststehende und eine bewegbare Backe oder zwei gegeneinander
bewegbare Backen aufweisen können. Es kann sich um
einfache Schereninstrumente mit gekreuzten Branchen handeln oder
um endoskopische Instrumente mit langgestreckten Schaftteil zwischen
den Griffen und den Backen.
Bei Instrumenten der eingangs genannten Art ist in der die Kraft
von den Griffen zu den Backen übertragenden Übertragungseinrichtung,
die beispielsweise als Hebel oder Zugdraht ausgebildet
sein kann, eine Überlastschutzeinrichtung vorgesehen, die vermeiden
soll, daß bei griffseitiger zu starker Kraftaufbringung Teile des
Instrumentes durch Bruch oder bleibende Verformung zerstört werden.
Die gefährdete Stelle liegt beispielsweise bei endoskopischen
Schaftinstrumenten mit Zugdraht, zumindest bei der die Kraft von
dem Zugdraht zu den Backen übertragenden Gelenkrichtung.
Ohne eine solche Überlastschutzeinrichtung kann es zu überlastbedingter
Zerstörung kommen. Dann muß beispielsweise mitten in einer
kritischen Operationsphase das Instrument gewechselt werden
oder es können sogar Teile des Instrumentes abfallen, was insbesondere
bei endoskopischen Instrumenten bei Lösen eines Teiles in
einer Körperhöhle zu erheblichen Komplikationen führen kann.
Bekannte Instrumente der eingangs genannten Art weisen als Überlastschutzeinrichtungen beispielsweise Überlastkupplungen oder
Sollbruchstellen in der Übertragungseinrichtung auf, die an unkritischen
Stellen, also vorzugsweise am proximalen Ende des Instrumentes
vorgesehen sind. Von diesen beiden Möglichkeiten sind
Überlastkupplungen vorzuziehen, da sie bei geeigneter
Konstruktion vom Operateur wieder in Eingriff gebracht werden
können, ohne daß das Insrument gewechselt werden muß.
Nachteilig dabei ist aber zumindest eine störende
Operationsunterbrechung, deren Länge vom Bastelgeschick des
Operateurs abhängt.
Ein gattungsgemäßes Instrument ist aus der DE 36 01 166 C2 bekannt.
Bei dieser Konstruktion werden die Backen von den Griffen
her über ein Schaftrohr und eine darin liegende Stange betätigt, die
relativ zueinander verschiebbar sind. Das Schaftrohr ist zweigeteilt
und weist eine zwischengeschaltete Druckfeder auf, die mit ihrer
Kraft die beiden Rohrteile auf Anschlag hält und erst ab einer höheren
Kraft federnd nachgibt. In der Spannungs/Dehnungskurve für
die Kraftübertragung durch das Schaftrohr ergibt sich also bei
Überschreiten einer gewissen Kraft ein Plateau, bei dem die Feder
nachgibt, ohne daß weitere Verstellbewegung übertragen wird.
Hiermit wird eine Überlastschutzeinrichtung geschaffen, die bei
zulässigen Kräften ohne Federwirkung starr überträgt und somit ein
genaues Manipulieren der Backen ermöglicht, bei nicht zulässigen
höheren Kräften aber federnd nachgibt, so daß Zerstörungen vermieden
werden. Allerdings ist diese Konstruktion technisch
aufwendig und benötigt einen vergrößerten Durchmesser, der
insbesondere bei endoskopischen oder laparoskopischen Instrumenten
sehr stört.
Aus der EP 0 450 608 A1 ist es bekannt, in der Übertragungseinrichtung
ein federndes Bauteil vorzusehen, das über den ganzen
Betätigungsweg stets federnd nachgibt. Nachteilig hierbei ist die
ständige Übertragung der Kraft über eine nachgebende Feder, somit
ein ungenaues Griffgefühl, das den Operateur beim exakten Erfassen
von Gegenständen oder beim Abtasten von Organen mittels des
Instrumentes stark stört.
Aus den Aufsätzen
- STÖCKEL, D.: NiTi-Formgedächtnislegierungen -
Intelligente Werkstoffe für moderne Problemlösungen. In:
VDI Berichte Nr. 797, 1990, Seiten 203-216
(insbesondere Seiten 215, 216), - BEVER, M. B. (Ed.): Encyclopedia of Materials Science and
Engineering.
Vol. 6 (R-S), Pergamon Press, 1986, Seiten 4365 bis 4371. ISBN 0-08-022158-0
sowie
- WAYMAN, C. M.: Some Applications of
Shape-Memory Alloys.
In: Journal of Metals, June, 1980, Seiten 129 bis 137,
ist die Verwendung von Ni/Ti-Legierungen bekannt hinsichtlich
ihrer unterschiedlichen Eigenschaften, insbesondere ihres Formgedächtnisses.
Es wird auch ihre sogenannte superelastische Eigenschaft
erwähnt, also die Eigenschaft, daß derartige Legierungen in
ihrem Spannungs/Dehnungsdiagramm ein Pleteau aufweisen, auf
dem sie unter im wesentlichen konstanter Krafteinwirkung bis etwa
10% reversibel dehnen können, ohne daß Zerstörung eintritt.
In den genannten Aufsätzen sind einige Anwendungen auch für die
Medizin genannt. Es handelt sich dabei um Körperimplantate, wie
beispielsweise Knochenklammern oder Zahnregulierspangen, die
unter Dehnung eingesetzt werden und auch bei größeren Wanderungsbewegungen
der zu klammernden Teile bei der konstanten
Körpertemperatur in einem größeren Dehnungsbereich konstant
Rückstellkräfte ausüben.
Eine Anwendung für Überlastsicherungen ist hieraus nicht bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfacheres
und raumsparenderes Instrument der gattungsgemäßen Art
zu schaffen unter Beibehaltung der Vorteile, daß bei niedrigen
Kräften exakt positioniert wird und bei unzulässiger höherer Kraft
ein nachgebendes Plateau der Spannungs/Dehnungskurve der Kraftübertragung
erreicht wird.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Instrument erfindungsgemäß durch die im
Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß wird eines der kraftübertragenden Bauteile der
Übertragungseinrichtung aus einer superelastischen Legierung gebildet.
Es sind daher keine zusätzlichen Teile erforderlich, wodurch
die Konstruktion sehr einfach wird. Vor allem aber wird durch den
Wegfall zusätzlicher Überlastschutzeinrichtungen Raum gespart und
insbesondere Durchmeser, was bei endoskopischen Instrumenten
von Vorteil ist. Bei der Handhabungstemperatur des Instrumentes
im Bereich der Raumtemperatur oder der Körpertemperatur kann
dieses Bauteil bis zu einer Lastgrenze belastet werden, bei der es in
eine Plateauphase gelangt, in der es bei konstanter Kraft einer Dehnung
unterliegt, die bei handelsüblichen geeigneten Legierungen bis
über 10% reichen kann. Dabei ist das Bauteil derart dimensioniert,
daß es vor oder bei Erreichen der unter Beachtung der belastungskritischen
Stellen des Instrumentes berechneten Überlast
(maximale Belastung, bei der das schwächste Bauteil des Instrumentes
bricht oder bleibend deformiert wird) das Plateau erreicht,
so daß die Überlastung kritischer Konstruktionsstellen des Instrumentes
vermieden wird, da das superelastische Bauteil dehnend
nachgibt unter Aufrechterhaltung einer konstanten, die Überlastgrenze
nicht überschreitenden Kraft. Nach Lösen der Kraft geht das
Bauteil unter Durchlaufen der Spannungs/Dehnungs-Hysterese wieder
in seine ursprüngliche Form zurück und ist sofort wieder
einsatzbereit. Es wird also ein sicherer Überlastschutz ohne jede
Operationsunterbrechung gewährleistet. Bis zum Erreichen des Plateaus
ist das Bauteil ohne wesentliche Dehnung belastbar, so daß
der Operateur beim Bedienen des Instrumentes stets ein exaktes
Griffgefühl hat.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen.
Zugstangen dieser Art sind von erheblicher Länge. Sie können im
Plateaubereich um mehrere Millimeter bei konstanter Kraft gedehnt
werden, was einen besonders sicheren Überlastschutz gewährleistet.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Sind
Endanschläge in dieser Weise vorgesehen, so kommen diese in
Anlage, bevor das Ende des Plateaus erreicht wird. Es wird also
mit Sicherheit vermieden, daß durch weitere Dehnung die Zone erneuten
Kraftanstiegs am Ende des Plateaus erreicht wird, also die
Überlast überschritten wird.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch
dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 in Seitenansicht eine endoskopische Schaftzange und
Fig. 2 das Spannungs/Dehnungs-Diagramm eines geeigneten
superelastischen Materials.
Fig. 1 zeigt eine endoskopische Schaftzange, die zu Erläuterungsgründen
in konstruktiv stark vereinfachter Form dargestellt ist. Die
Zange weist eine Schaftstange 1 auf, deren distales Ende eine feststehende
Backe 2 ausbildet. Mit einer Achse 3 ist eine bewegliche
Backe 4 angelenkt, deren rückwärtiges Ende 5 die Achse 3 überragt
und dort gelenkig am distalen Ende einer Zugstange 6 angelenkt ist.
Am proximalen Ende der Schaftstange 1 geht diese in einen festen
Hebel 7 über, an dessen Ende ein fester Fingergriff 8 vorgesehen
ist. Mit einer Achse 9 ist am festen Hebel 7 ein beweglicher Hebel
10 angelenkt, an dessen Ende ein beweglicher Fingergriff 11 sitzt.
Exzentrisch zur Achse 9 ist am beweglichen Hebel 10 das proximale
Ende der Zugstange 6 angelenkt.
Die Zange ist in geöffneter Stellung der Backen 2, 4 dargestellt, die
einen festen Gegenstand 12 halten, beispielsweise einen in einer
Körperhöhle ergriffenen Stein (Blasenstein od. dgl.). Der die Zange
bediende Operateur bringt die Haltekraft dadurch auf, daß er mit
zwei Fingern die Fingergriffe 8, 11 ergreift und gegeneinander bewegt.
Die Teile der Zange werden dabei in Richtung der Pfeile betätigt,
also in Schließrichtung der Backen 2, 4.
Handelt es sich, wie dargestellt, um einen festen, nicht nachgiebigen
Gegenstand 12 und ist der Operateur unvorsichtig, so kann er
zwischen den Fingergriffen 8, 11 eine Kraft erzeugen, die unter Berücksichtigung
der Hebelübersetzungen zu bestimmte Teile der
Zange zerstörender Überlast führt. Überlastgefährdet sind insbesondere
die in der Regel sehr kompliziert ausgebildeten Gelenke
und Hebel, die von der Zugstange 6 die Kraft auf die Backen 2, 4
übertragen. Kommt es hier zu Zerstörung, so kann im
ungünstigsten Fall eine Backe abfallen und im Patienten
liegenbleiben, beispielsweise wenn im Fall der in Fig. 1
dargestellten Zange die die Backen 2, 4 verbindende Achse 3 bricht
und das distale Ende der Zugstange 6 aus dem rückwärtigen Ende 5
der beweglichen Backe 4 aushakt.
Um eine solche Überlastaufbringung zu vermeiden, ist in bevorzugter
Ausführungsform die Zugstange 6 aus einer superelastischen
Nickel/Titan-Legierung ausgebildet. Diese Legierung ist derart gewählt,
daß sie im Bereich der Handhabungstemperatur, die bei
Raumtemperatur oder bei Körpertemperatur liegen kann, sogenannte
superelastische Eigenschaften aufweist, wie sie in vorgenannter
Literaturstelle
VDI Berichte Nr. 797
insbesondere Seite 215, unten,
beschrieben sind. In Fig. 2 ist für die Handhabungstemperatur das
Spannungs/Dehnungs-Diagramm einer solchen Legierung angegeben.
Auf den Koordinatenachsen ist die Dehnung mit D und die Spannung
mit S bezeichnet. Man sieht, daß bei steigender Spannung die
Zugstange zunächst elastisch verformt wird, bis sie die mit B bezeichnete
Spannung erreicht. Nun tritt auf einem Plateaubereich,
der parallel zur Achse D liegt, eine erhebliche Dehnung auf, und
zwar bis zu der mit A bezeichneten Dehnungsgrenze. Dann erfolgt
weitere elastische Dehnung unter Spannungsanstieg. Das Verhalten
im Plateaubereich wird als superelastisches Verhalten bezeichnet.
Wird die einwirkende Kraft, also die Spannung zurückgenommen,
so kehrt das Material in der dargestellten Hystereseschleife wieder
in seine ursprüngliche Form zurück und kann sofort erneut belastet
werden.
Die Zugstange 6 ist bei geeigneter Wahl der Legierung hinsichtlich
des Temperaturbereiches und der Höhe des Plateaus in ihrem Querschnitt
derart zu wählen, daß die Spannung B bei Erreichen des
Plateaus unter oder bei der Überlastspannung liegt, bei der die
Kräfte am schwächsten Punkt der Zange die Zerstörungsgrenze erreichen.
Dazu ist insbesondere der Querschnitt der Zugstange 6 geeignet
zu wählen.
Die in Fig. 1 dargestellte Zange weist an den Fingergriffen 8 und
11 gegeneinander in Anschlag gelangende Endanschläge 13 auf.
Unter Beachtung des Diagrammes in Fig. 2 sind die Endanschläge
13 vorzugsweise so auszubilden, daß spätestens bei Erreichen der
Dehnung A der Zugstange 6 die Endanschläge 13 in Anschlag gelangen.
Dann wird mit Sicherheit verhindert, daß jenseits von A bei
weiterer Dehnung der am Ende der Plateauphase auftretende weitere
Kraftanstieg erreicht wird, der zu Überlast führen kann.
Dabei ist die Kinematik der Zange derart auszulegen, daß bei Ergreifen
eines sehr großen Gegenstandes 12 mit maximal geöffneten
Backen 2, 4 die Endanschläge 13 noch in Anschlag gelangen, bevor
gemäß Fig. 2 der Punkt A der Kurve erreicht wird. Dennoch sollte
aber bei fast geschlossenen Backen 2, 4, wenn diese beispielsweise
eine dünne Nadel mit hoher Kraft halten sollen, die Spannung B
oder eine nicht wesentlich niedriger liegende Spannung erreicht
werden, um auch in diesem Fall maximale Kraft aufbringen zu
können. Bei geeigneter Ausbildung der Zugstange 6 sind diese
Auslegungseckwerte ohne weiteres unter Berücksichtigung der
Länge des Plateaus der Kurve der Fig. 2 einhaltbar.
Die Kraftübertragungseinrichtung zwischen dem bewegten Fingergriff
11 und der bewegten Backe 4 besteht nicht nur aus der
Zugstange 6, sondern auch aus dem bewegten Hebel 10. Auch der
bewegte Hebel 10 unterliegt bei Kraftaufbringung einer Biegespannung
und kann aus superelastischem Material ausgebildet sein, um
den Überlastschutz zu gewährleisten. In diesem Fall kann die
Zugstange 6 aus normalem, nicht superelastischem Material gewählt
werden. Auch andere Bauteile der Kraftübertragungseinrichtung
können superelastisch vorgesehen sein, beispielsweise in Fig. 1
nicht dargestellte Zwischenhebel oder Zwischenstangen.
Eine Ausbildung mit superelastischem beweglichen Hebel 10 ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um eine Zange handelt,
die nicht den in Fig. 1 dargestellten langen Schaft mit den Teilen 1,
6 aufweist. Die Backen 2, 4 können beispielsweise unmittelbar in
Verlängerung der Hebel 7, 10 jenseits der Achse 9 vorgesehen sein
und eine einfache Hebelzange bilden.
Die in Fig. 1 dargestellte Zange kann insbesondere in der üblichen
Bauform vorgesehen sein, bei der als druckübertragendes Glied anstelle
der Schaftstange 1 ein Schaftrohr vorgesehen ist, in dessen
Innenraum die Zugstange 6 angeordnet ist. Dabei kann, wie dargestellt,
eine feststehende Backe und eine bewegliche Backe oder eine
Zange mit zwei beweglichen Backen vorgesehen sein.
Bei dem in der Kraftübertragungseinrichtung sitzenden, superelastische
Eigenschaften aufweisenden Bauteil kann, wie Fig. 1 anhand
der Bauteile 6 und 10 erläutert, jeweils das ganze Bauteil aus einer
superelastischen Legierung bestehen. Es kann aber auch nur ein
Teil des Bauteiles aus superelastischer Legierung bestehen, beispielsweise
im Falle der Zugstange 6 ein Teil dieser Stange oder im
Falle des beweglichen Hebels 10 nur ein mittleres Stück dieses
Hebels.
Claims (3)
1. Chirurgisches Backen-Instrument mit distal angeordneten,
relativ zueinander bewegbaren Backen (2, 4), proximal vorgesehenen,
gegeneinander handbetätigbaren Griffen (8, 11)
und einer die Betätigungskraft von den Griffen (8, 11) zu den
Backen (2, 4) übertragenden Übertragungseinrichtung (6, 10)
mit einer Überlastschutzeinrichtung, die ein kraftübertragendes
Bauteil (6, 10) aufweist, das derart dimensioniert ist,
daß es vor oder bei Erreichen der Überlast auf einem Plateau
der Spannungs/Dehnungskurve elastisch nachgibt, dadurch
gekennzeichnet, daß das Bauteil (6, 10) aus einer bei Handhabungstemperatur
superelastischen Ni/Ti-Legierung gebildet
ist.
2. Backen-Instrument nach Anspruch 1 mit längerem, die Griffe
(8, 11) mit den Backen (2, 4) verbindendem Schaftteil (1, 6),
dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil als Zugstange (6)
ausgebildet ist.
3. Backen-Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß den Bewegungsbereich
der Griffe (8, 11) begrenzende Endanschläge (13) vorgesehen
sind, die in Eingriff gelangen, bevor das Bauteil (6,
10) beim superelastischen Nachgeben (D) das Ende (A) des
Plateaus erreicht.
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