DE4408730A1 - Steuerbarer Instrumentenkanal - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen steuerbaren Instrumentenkanal nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Problem bei zu schiebenden schlauchförmigen Geräten, wie z. B. flexiblen Endoskopen und Kathetern, ist ihre Starrheit während des Vortriebs. Lenkmechanismen bewegen oft nur das distale Ende des Gerätes, so daß dieses während des Vortriebs im medizinischen Einsatz mit seiner Längsseite an dem Gewebe entlangschleift. Dies verursacht oft Schmerzen und Traumata und ist der Grund für den räumlich begrenzten Einsatz. Denn es ist bisher nicht möglich, Katheter oder flexible Endoskope um enge Biegungen herumzuführen. Speziell gibt es daher auch noch keine Endoskope, die den Dünndarm in seiner gesamten Länge durchfah­ ren können. Auch ist der Einsatz von Minirobotern oder Mini­ fahrzeugen aufgrund der extrem glitschigen und empfindlichen Innenoberfläche sowie der Peristaltik nahezu unmöglich.

Die hier vorgelegte Erfindung behebt das Problem durch einen speziellen Einsatz eines bekannten Biegemechanismus, der es erlaubt, das schlauchförmige Gerät an jeder beliebigen Stelle in jede Richtung zu bewegen. Das Gerät zur Eingabe der gewünschten Biegung basiert auf dem in der Europäischen Paten­ tanmeldung 93109348.8 dargelegten Abtastprinzip einer Form eines elastischen Körpers.

Anhand der folgenden Figuren wird das Gerät näher erläutert:

Fig. 1a - Querschnitt durch einen Teil eines schlauch­ förmiges Gerät mit Plättchen aus Formgedächtnis- oder Bimetall,
b - Längsschnitt durch das schlauchförmiges Gerät der Fig. 1a entlang der Linie A-A′ und
c - Querschnitt wie in Fig. 1a mit die Bewegungsrichtung der Aktuatoren anzeigenden Pfeilen.

Fig. 2a - Querschnitt durch ein schlauchförmiges Gerät mit Spiralfedern aus Formgedächtnismaterial,
b - Längsschnitt durch das schlauchförmiges Gerät der Fig. 1a im ungeschalteten Zustand und
c - im geschalteten Zustand.

Fig. 3 Beispiel des Einsatzes des Gerätes beim Durchfahren eines unbekannten Ganges in fünf Einzelzeitschritten.

Fig. 4 Eingabegerät für die gewünschte Biegung eines steuer­ baren Instrumentenkanals,
a - im Querschnitt
b - im Längsschnitt an der Ebene BB′ im ungekrümmten Zustand und
c - im Längsschnitt an der Ebene BB′ im gekrümmten Zustand.

Fig. 5 Eingabegerät für die gewünschte Biegung eines steuer­ baren Instrumentenkanals mit an ein leitfähiges Gummi angesetzten Elektroden.

Fig. 6 Stützvorrichtung im Inneren des Eingabegerätes.

Fig. 1 verdeutlicht den Aufbau eines steuerbaren Instrumenten­ kanals im Querschnitt. Der Kanalmantel 1 ist aus einem elasti­ schen Material gefertigt, in den die Aktuatoren 2 eingelagert sind. Diese können z. B. Streifen aus Formgedächtnis- oder Ther­ mobimetall sein. Diese Aktuatoren sind so eingebaut, daß sie sich in radialer Richtung nach außen biegen. Diese Wirkrichtung ist durch die Pfeile 3 angedeutet. Die dabei frei werdende Wärme kann mittels Kühlmittel abgeführt werden. Dieses Kühl­ mittel fließt durch die ebenfalls in den elastischen Kanalman­ tel eingelassenen Kanäle bzw. Schläuche 4. Die hier nicht ge­ zeigten Stromzuführungen verlaufen in einem Leitungskanal 5 z. B. als auf Folie gedruckte Leitungen. Der Leitungskanal kann, wie hier gezeigt, von dem Anwendungskanal 6 durch einen Schlauch 7 getrennt liegen. Die Leitungen könnten aber auch in ihrer Gesamtheit in den elastischen Kanalmantel eingebettet sein.

Hier ist nur eine Lage aus Aktuatoren gezeigt. Möglich sind mehrere übereinander oder ineinander verschachtelte Lagen in radialer Richtung. Auch kann die Aktuatorenanzahl an einzelnen Stellen entlang des Gerätes variieren.

Da die Aktuatoren in radialer Richtung wirken, ist durch ein sukzessives Schalten einiger oder Gruppen von Aktuatoren eine beliebige Biegung des Schlauches möglich. In radialer Richtung ergibt sich die Auslenkung durch Vektoraddition der Richtungs­ pfeile 3.

Fig. 2 zeigt die Biegung eines Teilstückes 8 eines schlauch­ förmigen Instrumentenkanals, welches mit aus Formgedächtnis­ material gefertigten Spiralfedern 9 verformt wird. Die Strom- und Kühlleitungen sind zur besseren Übersicht hier nicht mit­ gezeichnet. Die Federn 9 liegen mit ihrer Längsrichtung, welche auch ihre Wirkrichtung ist, in Schlauchlängsrichtung. Fig. 2b zeigt die Federn im ungeschalteten Zustand. Bei Erwärmung kon­ trahieren die Federn 10 und 11, und die Federn 12 dilatieren. Das Schlauchteilstück biegt dann in der in Fig. 2c gezeigten Art, wenn die Federn 10′, 11′ und 12′ geschaltet werden.

Aufgrund der Vielzahl von in den elastischen Kanalmantel einge­ lagerten Schaltelementen läßt sich der Schlauch an jeder belie­ bigen Stelle des Gerätes verformen und beim Vorschub um nahezu jede Biegung lenken. Als Beispiel ist in Fig. 3 das Durchfahren eines unbekannten Kanals 13 in fünf Einzelzeitschritten ge­ zeigt. Der auf einer Rolle 14 gelagerte schlauchförmige Instru­ mentenkanal wird durch Abrollen - in der Figur durch den Pfeil 15 gezeigt - in den Kanal 13 geschoben. An Biegungen wird das Gerät entsprechend ausgelenkt. Diese Auslenkung kann durch entsprechendes sukzessives Schalten der Aktuatoren in proximale Richtung wandern. Im bewegten Koordinatensystem des Gerätes wandern die Schlauchbiegungen in Richtung Rolle 14, im orts­ festen Koordinatensystem des Kanals bleiben sie an den Kanal­ krümmungen stehen.

Die Auslenkung kann im medizinischen Einsatz durch z. B. Rönt­ genbeobachtungen gesteuert werden. Es können auch Dehnungsmeß­ streifen, Schalter oder Drucksensoren in oder an den Kanalman­ tel positioniert sein. Das Gerät kann so freischwebend durch den Raum getrieben werden. Beim Einsatz z. B. im menschlichen Dünndarm wird somit eine Belastung der empfindlichen Innenhäute vermieden. Durch angesetzte Drucksensoren kann das Gerät den peristaltischen Bewegungen des Darms ausweichen.

Das Gerät zur Eingabe der gewünschten Biegung basiert auf dem in der Europäischen Patentanmeldung 93109348.8 dargelegten Abtastprinzip einer Form eines elastischen Körpers.

Fig. 4a zeigt eine mögliche Meßvorrichtung. Dargestellt ist der Querschnitt einer schlauchförmigen Meßapparatur, die aus elek­ trisch leitfähigem Gummi 19 aufgebaut ist. Dieses Meßinstrument stellt von seiner Form her eine identische Nachbildung des Instrumentenkanals dar, welche der Operateur außerhalb des Einsatzgebietes in den Händen halten kann.

In das Gummi eingebettet sind Elektroden 16. Diese sind hier schematisch als Kreise dargestellt, können aber jede beliebige Form besitzen. Fig. 4b zeigt den Längsschnitt entlang der Ebene BB′ der Fig. 4a. Wird dieses so geartete Eingabegerät vom Ope­ rateur gekrümmt, dehnt sich das Material 19′ auf der einen und staucht 19′′ sich auf der anderen lateralen Seite. Ist die Leitfähigkeit des Material druckabhängig, so kann zwischen den Elektroden 16′ ein höher und zwischen den Elektroden 16′′ ein geringerer elektrischer Widerstand gemessen werden.

Diese Meßergebnisse werden genutzt, um den Instrumentenkanal gezielt zu verformen. Der Operateur hat das steuerbare schlauchförmige Gerät damit geradezu in der Hand. In einem Kanal 20 des Eingabegerätes kann eine Stützvorrichtung einge­ arbeitet sein, die die gekrümmte Form dauerhaft bis zur näch­ sten Ausbiegung hält. Fig. 6 zeigt hierzu eine Beispielkon­ struktion im Schnitt. Die Einzelteile 18 der Stützvorrichtung haben einen greifzangenförmigen 21 und einen kugelförmigen 22 Teil, sie sind rotationssymmetrisch zur Achse CC′. Fig. 6b zeigt, wie der greifzangenförmige Teil auf dem kugelförmigen Teil des nächsten Stützteils 18 sitzt. Dabei ist der durch den greifförmigen Teil ausgeübte Druck gerade ausreichend, um ein selbständiges Verrutschen zu verhindern.

Fig. 5 zeigt eine andere Art, wie eine Eingabevorrichtung erstellt werden kann. Hier sind um das gummiartige Material 23 Dehnungsmeßstreifen befestigt, die die Krümmung aufnehmen. Eine Stützvorrichtung ist aus Gründen der besseren Übersicht nicht gezeigt.

Claims (8)

1. Steuerbarer Instrumentenkanal, dadurch gekennzeichnet, daß dieser aus einem elastischen Material gefertigt ist, in dem Aktuatoren (2) derart eingebettet sind, daß diese, wenn einzeln oder in Gruppen geschaltet werden, den Kanalmantel in beliebige radiale Richtung (3) krümmen können.

2. Steuerbarer Instrumentenkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktuatoren Spiralfedern (9) aus Formgedächtnismaterial, Kunststoffe mit Formgedächtnis oder Thermobimetalle sind.

3. Steuerbarer Instrumentenkanal nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch in die Instrumentenkanalwand eingelagerte Schalter oder Sensoren die momentane Stellung des Kanals bestimmt wird.

4. Steuerbarer Instrumentenkanal nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Dehnungsmeßstreifen, die im oder an der Instrumentenka­ nalwand positioniert sind, die momentane Stellung des Kanals bestimmt wird.

5. Steuerbarer Instrumentenkanal nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Instrumentenkanalwand aus einem elektrisch leitfähigem Gummi hergestellt ist, welches seine Leitfähigkeit bei Dehnung oder Stauchung ändert und Elektroden in das Materi­ al eingebettet sind, so daß die momentane Stellung des Kanals durch Messen des elektrischen Widerstandes zwischen benachbar­ ter Elektroden bestimmt werden kann.

6. Vorrichtung nach einem Mechanismus zur Abtastung der Form­ änderung eines elastischen Körpers zur Eingabe der gewünschten Stellung des steuerbaren Instrumentenkanals, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabegerät ebenso wie der zu steuernde Instrumentenkanal in identischer oder unterschiedlicher Größe gestaltet ist und vom Operateur per Hand in die Form gekrümmt wird, wie er sich die Sollstellung des Instrumentenkanals vorstellt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stützvorrichtung im Inneren des Eingabegerätes die gekrümmte Form dauerhaft bis zur nächsten Ausbiegung hält.

8. Verfahren zur gezielten Auslenkung eines steuerbaren Instrumentenkanals, dadurch gekennzeichnet, daß ein selbstlernender Rechenalgorithmus den Vergleich zwischen der radiologisch oder sensorisch gemessenen Ist- und der durch das Eingabegerät gemessenen Sollstellung übernimmt.