DE4327219C2 - Medizinisches Instrument - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument mit einem von einer flexiblen Wand umschlossenen Hohlraum, in den eine elektrorheologische Flüssigkeit eingefüllt ist und an dem mindestens zwei Elektroden anliegen, zwischen denen durch Anlegen einer Spannung ein den Hohlraum durchsetzendes elektrisches Feld erzeugbar ist.

Medizinische Instrumente dieser Art können die ver­ schiedensten Konfigurationen haben, es kann sich bei­ spielsweise um Aufweitungsballone, um katheterförmige, schlauchartige Instrumente oder um Ringe handeln, die in verschiedene Körperbereiche vorgeschoben werden und die durch die flexible Wand und durch die Füllung mit einer Flüssigkeit in ihrer äußeren Form verändert wer­ den können. Dadurch können sie sich an die Körperumge­ bung anpassen, beispielsweise können Katheter der In­ nenwand eines Gefäßes folgen. Es ist bekannt, durch Er­ höhung des Druckes der Flüssigkeit in derartigen In­ strumenten die flexible Wand an Körperstrukturen anzu­ legen und dadurch zu fixieren, dem sind jedoch enge Grenzen gesetzt, da eine Verletzung von Körperstruktu­ ren nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.

In einem Zeitschriftenartikel (J.Biomed Eng. 1991, Vol. 13, May, Seite 234 bis 237) wird ein Katheter für an­ gioplastische Zwecke beschrieben, das aufgrund seines Gehalts an elektrorheologischer Flüssigkeit in seiner Steifigkeit verändert werden kann. Nähere Ausführungen über Anwendungen und Weiterbildungen sind diesem Arti­ kel nicht zu entnehmen.

Elektrorheologische Flüssigkeiten zeigen einen bemer­ kenswerten Effekt. In einem von einem elektrischen Feld freien Zustand verhalten sich derartige Flüssigkeiten wie normale Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität. Werden sie jedoch in ein elektrisches Feld gebracht, erhöht sich ihre Viskosität schlagartig um einige Grö­ ßenordnungen, so daß die Flüssigkeit ihre Fließeigen­ schaften vollständig ändert, bei geeigneter Größe des Feldes nimmt die Flüssigkeit Eigenschaften eines Fest­ körpers an, sie erstarrt also. Dieser Effekt ist rever­ sibel, so daß durch Entfernung des elektrischen Feldes wieder der niederviskose Fließzustand erreicht werden kann. Flüssigkeiten, die diesen Effekt zeigen, werden "elektrorheologische" Flüssigkeiten genannt. Es handelt sich dabei beispielsweise um Suspensionen von nichtme­ tallischen, polarisierbaren hydrophilen Teilen in elek­ trisch nichtleitenden Ölen. Diese Flüssigkeiten sind insgesamt elektrisch nichtleitend. Beim Anlegen eines elektrischen Feldes erfolgt eine Polarisation der in den nichtleitenden Ölen enthaltenen Teilchen, dadurch erhöht sich die Viskosität der Gesamtflüssigkeit schlagartig. Beispielsweise kann es sich bei derartigen Flüssigkeiten um Mineralöle handeln, in denen Stärke oder Gelatine suspendiert ist.

Durch das Anlegen einer Spannung an derartige Flüssig­ keiten wird das Flüssigkeitsvolumen sozusagen starr, d. h. die einmal im Zustand des fehlenden elektrischen Feldes erreichte Form der Flüssigkeit der umhüllenden Wand bleibt gleichsam eingefroren, solange das Feld aufrechterhalten wird. Diese Eigenschaft läßt sich in vielfältiger Weise nutzen, da bei fehlendem Feld das Instrument seine Form beliebig ändern kann, während nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes die einmal erreichte Form beibehalten wird. Hier sind unterschied­ liche Anwendungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise kann die einmal erreichte Position eines in eine Kör­ peröffnung eingeschobenen Instrumentes dadurch festge­ legt werden, ohne daß ein erhöhter Druck auf die umge­ benden Körperteile ausgeübt wird.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Veränderung der Steifigkeit bei ei­ nem medizinischen Instrument zu erreichen, ohne hohe elektrische Felder im Hohlraum zu erzeugen.

Bei einem medizinischen Instrument der eingangs be­ schriebenen Art wird dies bei einer ersten Konstruktion erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden als parallel zur Längsachse der rohr- oder schlauchförmigen Wand verlaufende und auf diametral gegenüberliegenden Seiten derselben angeordnete Leiter ausgebildet sind.

Bei einer zweiten Ausführungsform wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden als die rohr- oder schlauchförmige Wand schraubenförmig um­ gebendes Leiterbahnpaar ausgebildet sind.

Bei einem rohr- oder schlauchförmigen Instrument kann der von der elektrorheologischen Flüssigkeit ausgefüll­ te Hohlraum sehr kleine Durchmesser aufweisen, so daß die beiden Elektroden einander sehr nahe rücken. Da­ durch ist es möglich, auch unter Anwendung nicht allzu hoher Spannungen hohe elektrische Felder in dem Hohl­ raum zu erzeugen, und zwar durch beide vorstehend ge­ nannten Anordnungen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Elektroden in die flexible Wand eingebet­ tet sind.

Es ist vorteilhaft, wenn das Leiterbahnpaar in einem gewebten oder gewirkten Mantel eingebettet ist.

Es ist weiterhin besonders günstig, wenn der rohrförmig ausgebildeten Wand Mittel zur Veränderung der Krümmung des von ihr ausgebildeten Schlauches zugeordnet sind. Es kann sich dabei beispielsweise um Seilzüge oder me­ tallische Federn handeln, besonders vorteilhaft ist auch eine Ausbildung, bei der vor­ gesehen ist, daß der Schlauch längs seines Umfanges in unter­ schiedlichem Masse längsdehnbar ist und daß der Schlauch eine mit einem fließfähigem Medium unter Druck befüllbare, sich mindestens über einen Teilbereich seiner Länge erstreckende Kammer aufweist. Derartige Katheter, die an sich bekannt sind, ermöglichen durch Befüllung der Kammer mit unter Druck stehen­ dem fließfähigem Medium eine Längsdehnung der schlauchförmigen Wandung, die aufgrund der unterschiedlichen Längsdehnbarkeit auf gegenüberliegenden Seiten zu einem Abbiegen des Schlauches führt. Es läßt sich somit die Krümmung mit dem fließfähigen Medium bestimmen. Wenn eine gewünschte Krümmung erreicht ist, kann diese durch Anlegen einer Spannung fixiert werden, weil sich dabei die elektrorheologische Flüssigkeit versteift.

Die unterschiedliche Längendehnbarkeit des Schlauches in unter­ schiedlichen Umfangsbereichen kann unter Umständen auch durch die auf dem Mantel angeordneten Elektroden selbst erfolgen. So könnte beispielsweise eine der Elektroden als im wesentlichen nicht längendehnbarer Leiter ausgeführt sein, während die gegenüberliegende Elektrode durch eine gewellte Ausführung längendehnbar ist. Die Elektroden könnten somit eine Doppel­ funktion bei dieser speziellen Konstruktion übernehmen.

Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn als fließfähiges Medium die elektrorheologische Flüssigkeit verwendet ist und wenn der diese aufnehmende Hohlraum die Kammer ausbildet. Bei einer solchen Ausgestaltung übernimmt die elektrorheologische Flüssigkeit eine Doppelfunktion, nämlich einmal die Krümmung des Schlauches entsprechend dem Füllungsgrad des aufnehmenden Hohlraumes und damit des Druckes in diesem, und zum anderen die Fixierung der einmal erreichten Form durch sprunghafte Erhöhung der Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit beim An­ legen einer elektrischen Spannung.

Auf diese Weise kann beispielsweise ein Katheter in ein Gefäß eingeschoben werden, wobei im Spitzenbereich durch gezieltes Abbiegen des Katheters die Vorschubrichtung bestimmt wird, also beispielsweise der Eintritt in ein bestimmtes Gefäß bei einer Verzweigung. Sobald der katheterförmige Schlauch die richtige Position erreicht hat, kann durch Anlegen einer Spannung der katheterförmige Schlauch versteift werden, so daß er jetzt gegen eine Verschiebung im Gefäß gesichert ist.

Bei einer anderen Anwendung kann im Spitzenbereich eines der­ artigen katheterförmigen Schlauches durch Abbiegen des Spitzen­ bereiches ein hakenförmiger Vorsprung gebildet werden, der durch Anlegen einer Spannung nach dem Ausbilden versteift und verfestigt wird, so daß dieser Haken als Zugwerkzeug eingesetzt werden kann. Nach Beendigung der Aufgabe kann durch Entfernen der elektrischen Spannung auch der Spitzenbereich wieder frei beweglich werden, so daß der katheterförmige Schlauch ohne weiteres wieder aus dem Gefäß herausgezogen werden kann.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen schlauchförmigen Bereich eines medizinischen Instrumentes mit einer Füllung einer elektrorheologischen Flüssig­ keit mit einander diametral gegenüber­ liegenden Elektroden und

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit zwei das Instrument nach Art eines Doppelwendelpaares umgebenden Elektroden.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines katheter­ förmigen, schlauchförmigen ärztlichen Instrumentes erörtert, es versteht sich aber von selbst, daß die Erfindung auch bei anders geformten ärztlichen Instrumenten angewendet werden kann, beispielsweise bei ballonförmigen- oder ringförmigen Instrumenten.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines katheter­ förmigen ärztlichen Instrumentes weist dieses eine rohr- oder schlauchförmige Wand 1 aus einem flexiblen Material auf, bei­ spielsweise aus Silikon. Der Innenraum 2 ist mit einer elektro­ rheologischen Flüssigkeit 3 gefüllt, beispielsweise mit einem Mineralöl, in dem Stärketeilchen suspendiert sind.

Auf diametral gegenüberliegenden Seiten der rohrförmigen Wand 1 sind an der Außenseite in Längsrichtung verlaufende Leiter­ bahnen 4 und 5 angeordnet, die beispielsweise im einfachsten Fall durch in die Wand eingebettete Drähte gebildet werden. Diese Drähte könnten auch wellig ausgebildet sein, so daß bei Verwendung eines dehnbaren Wandmaterials eine Längsdehnung der Wand möglich bleibt.

Jede dieser Leiterbahnen 4 und 5 ist über eine Leitung 6 bzw. 7 mit einer Spannungsquelle 8 verbunden, durch die eine Spannung zwischen die beiden Leiterbahnen 4 und 5 angelegt werden kann. Dadurch entsteht in dem Innenraum 2 im Raum zwischen den Leiterbahnen 4 und 5 ein elektrisches Feld. Die Größe der Spannung kann so gewählt werden, daß hier beispielsweise Feld­ stärken in der Größenordnung von einigen KV/cm entstehen. Die angelegte Spannung ist eine Gleichspannung, so daß das elek­ trische Feld zeitlich unverändert aufrechterhalten wird, solange von der Spannungsquelle 8 eine Spannung an die Leiter­ bahnen 4 und 5 angelegt wird.

Ohne angelegte Spannung verhält sich die Flüssigkeit 3 im Innenraum 2 wie eine normale niederviskose Flüssigkeit, d. h. das Instrument kann dank der Flexibilität der Wand 1 in eine beliebige Form gebracht werden, es kann beispielsweise oval verformt oder abgebogen werden. Dadurch ist es möglich, dieses Instrument auch durch enge Körperöffnungen an eine gewünschte Stelle vorzuschieben.

Beim Anlegen einer Spannung an die Leiterbahnen 4 und 5 erhöht sich die Viskosität der Flüssigkeit 3 schlagartig, der gesamte von der Wand 1 ausgebildete Schlauch wird damit versteift und wird mehr oder weniger starr. Dieser Effekt dauert so lange an, wie die Spannung an die Leiterbahnen 4 und 5 angelegt ist, beim Entfernen der Spannung geht die Flüssigkeit 3 sofort wieder reversibel in den niederviskosen Zustand über.

Ein katheterförmiges Instrument kann über die gesamte Länge in der in Fig. 1 dargestellten Weise ausgebildet sein oder nur bereichsweise, so daß wunschgemäß entweder das gesamte In­ strument oder nur Bereiche desselben durch Anlegung der Span­ nung versteift und reversibel wieder gelöst werden können.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, sind die Leiterbahnen 4 und 5 nicht auf den diametral gegenüber­ liegenden Seiten in Längsrichtung des Instrumentes angeordnet, sondern nach Art einer Doppelhelix als Wendel um die schlauch­ förmige Wand 1 herumgelegt. Es gelingt auch in diesem Falle, ein elektrisches Feld im Innenraum 2 aufzubauen, wenn eine Spannung an die Leiterbahnen 4 und 5 angelegt ist. Die Funktionsweise entspricht dann vollständig der des in Fig. 1 dargestellten Instrumentes.

Claims (7)

1. Medizinisches Instrument mit einem von einer fle­ xiblen Wand umschlossenen Hohlraum, in den eine elektrorheologische Flüssigkeit eingefüllt ist und an dem mindestens zwei Elektroden anliegen, zwischen denen durch Anlegen einer Spannung ein den Hohlraum durchsetzendes elektrisches Feld er­ zeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden (4, 5) als parallel zur Längsachse der rohr- oder schlauchförmigen Wand (1) verlaufende und auf diametral gegenüberliegenden Seiten der­ selben angeordnete Leiter ausgebildet sind.

2. Medizinisches Instrument mit einem von einer fle­ xiblen Wand umschlossenen Hohlraum, in den eine elektrorheologische Flüssigkeit eingefüllt ist und an dem mindestens zwei Elektroden anliegen, zwischen denen durch Anlegen einer Spannung ein den Hohlraum durchsetzendes elektrisches Feld er­ zeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek­ troden (4, 5) als die rohr- oder schlauchförmige Wand (1) schraubenförmig umgebendes Leiterbahnpaar ausgebildet sind.

3. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (4, 5) in die flexible Wand (1) eingebettet sind.

4. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterbahnpaar in einen gewebten oder gewirkten Mantel eingebettet ist.

5. Medizinisches Instrument nach einem der voranste­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmig ausgebildeten Wand (1) Mittel zur Ver­ änderung der Krümmung des von ihr ausgebildeten Schlauches zugeordnet sind.

6. Medizinisches Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch längs seines Um­ fanges in unterschiedlichem Maße längsdehnbar ist und daß der Schlauch eine mit einem fließfähigen Medium unter Druck befüllbare, sich mindestens über einen Teilbereich seiner Länge erstreckende Kammer aufweist.

7. Medizinisches Instrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als fließfähiges Medium die elektrorheologische Flüssigkeit (3) verwendet ist und daß der diese aufnehmende Hohlraum (2) die Kammer ausbildet.