DE69810227T2

DE69810227T2 - Ultraschallkoagulationsvorrichtung mit Greifer und Betätigungsmechanismus dafür

Info

Publication number: DE69810227T2
Application number: DE69810227T
Authority: DE
Inventors: Paul Smith; Gary Whipple
Original assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Current assignee: Ethicon Endo Surgery Inc
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2003-11-13
Anticipated expiration: 2018-10-10
Also published as: EP0908153B1; CA2249672A1; AU732889B2; JPH11192235A; US5873873A; EP0908153B8; DE69810227D1; CA2249672C; AU8841798A; ES2189097T3; EP0908153A1; JP4063425B2

Description

Fachgebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf chirurgische Ultraschallvorrichtungen und im besonderen auf eine chirurgische Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung zum Koagulieren und/oder zum Schneiden von Gewebe, die einen Klemm- Mechanismus enthält, der speziell so ausgeführt ist, daß er eine Anwendung des gewünschten Klemmens in einem Instrument erlaubt, das einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweist.

Hintergrund der Erfindung

Chirurgische Ultraschallinstrumente finden auf Grund der einzigartigen Leistungsmerkmale solcher Instrumente eine zunehmend breitere Anwendung bei chirurgischen Eingriffen. Je nach deren speziellen Konstruktionsausführung und den Funktionsparametern kann man chirurgische Ultraschallinstrumente im wesentlichen gleichzeitig zum Schneiden von Gewebe und zur Hämostase bei der Koagulation einsetzen, was in wünschenswerter Weise das Trauma für den Patienten minimiert. Der Schneidvorgang wird typischerweise durch einen am distalen Ende des Instrumentes befindlichen End-Manipulator ausgeführt, wobei durch den End-Manipulator Ultraschallenergie auf das mit ihm in Kontakt kommende Gewebe übertragen wird. Ultraschallinstrumente dieser Art können sowohl für den Einsatz in der offenen Chirurgie als auch für laparoskopische oder endoskopische chirurgische Eingriffe eingerichtet sein.
Es sind chirurgische Ultraschallinstrumente entwickelt worden, die einen Klemm-Mechanismus enthalten, der dazu dient, das Gewebe gegen den End-Manipulator des Instrumentes zu drücken, um Ultraschallenergie in das Gewebe des Patienten einzukoppeln. Eine solche Anordnung (die gelegentlich auch als Ultraschall-Durchtrenner bezeichnet wird) wird in dem US-Patent Nr. 5.322.055 offenbart, wobei dessen Offenbarung den Oberbegriff des angefügten Anspruches 1 bildet. Wie allgemein bekannt ist, erfordert die Durchführung des gewünschten Einkoppelns von Ultraschallenergie in das Gewebe eines Patienten, daß der Klemm-Mechanismus eines Ultraschallinstrumentes so ausgebildet ist, daß dieser zwischen dem Klemmarm und dem zugeordneten End-Manipulator eine ausreichende Klemmkraft beim Zusammenpressen ausübt. Zwar sind in der Vergangenheit geeignete Klemm- Mechanismen in vergleichsweise großen chirurgischen Ultraschallinstrumenten geschaffen worden, doch die gegenwärtig bevorzugten Instrumente sind relativ dünn und weisen einen relativ kleinen Querschnitt auf. So haben, zum Beispiel, gegenwärtig eingesetzte Instrumente einen Durchmesser von weniger als 6 mm, wodurch die "Hülle", in der ein Klemm- Mechanismus angeordnet sein muß, begrenzt wird. Wie allgemein bekannt, ist die Klemmkraft eine Funktion des Kraftarmes, der um die Schwenkachse des Klemmarmes des Klemm-Mechanismus erzeugt wird, wobei durch das Aufkommen von solchen vergleichsweise kleinen Instrumenten der zur Erzeugung der gewünschten mechanischen Schwenckraft erforderliche Raum eingeschränkt ist. Hinzu kommt, daß man im allgemeiner bevorzugt, innerhalb der Grenzen eines relativ kleinen Instrumentes einen End-Manipulator, so groß wie möglich, zur Verfügung zu haben, da dies in wünschenswerter Weise ein übermäßiges Erhitzen des End-Manipulators vermindert und ein effizientes Ultraschallschneiden und Koagulieren ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist im besonderen darauf gerichtet, eine Ultraschall- Klemmkoagulatorvorrichtung zu schaffen, die einen verbesserten Klemm-Mechanismus aufweist, der speziell dazu ausgebildet ist, eine Längsbewegung in eine schwenkende Klemmbewegung umzuwandeln, um die gewünschte Klemmkraft in einem chirurgischen Instrument, das einen relativ kleinen Querschnitt aufweist, zu erzeugen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Eine Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung gemäß der Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert wird, ist so ausgeführt, daß sie während eines chirurgischen Eingriffes selektives Schneiden, Koagulieren und Klemmen von Gewebe ermöglicht. In einer zur Zeit bevorzugten Ausführungsform ist ein längliches Teil des Instrumentes, das für endoskopische Anwendungen eingerichtet sein kann, vorzugsweise so ausgebildet, daß es einen Außendurchmesser kleiner ungefähr 6 mm aufweist. Die Konstruktion umfaßt einen Klemm-Mechanismus mit einem am distalen Bereich des Instrumentes schwenkbar gelagerten Klemmarm, der speziell so ausgebildet ist, daß er trotz des kleinen Querschnittes des länglichen Teiles die gewünschte Stärke an Preß-Klemmkraft erzeugt.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform umfaßt die vorliegende Klemmkoagulatorvorrichtung ein Gehäuse und eine äußere Rohrhülse, deren proximales Ende mit dem Gehäuse verbunden ist. Die äußere Rohrhülse enthält ein distales Ende, das zur Durchführung eines chirurgischen Eingriffes entsprechend positioniert werden kann, wobei die Rohrhülse eine Längsachse der Vorrichtung definiert.
Ein inneres, vorzugsweise rohrförmiges Betätigungselement ist hin- und herbeweglich in der äußeren Rohrhülse angeordnet. Das Betätigungselement bewegt sich zur Betätigung des Klemm-Mechanismus der Vorrichtung hin und her.
In der äußeren Rohrhülse und in dem inneren röhrenförmigen Betätigungselement ist ein Ultraschall-Wellenleiter angeordnet. Der Wellenleiter enthält einen End-Manipulator, der sich in distaler Richtung aus dem distalen Ende der äußeren Rohrhülse erstreckt, wobei die Ultraschallenergie von einer zugeordneten Ultraschall-Antriebseinheit über den Wellenleiter in den End-Manipulator eingespeist wird, wodurch das gewünschte Schneiden und Koagulieren von Gewebe bewirkt wird.
Der Klemm-Mechanismus der Vorrichtung umfaßt einen am distalen Ende der äußeren Rohrhülse schwenkbar gelagerten Klemmarm zum Ausführen einer Schwenkbewegung relativ zum End-Manipulator. Durch diese Anordnung wird zwischen dem Klemmarm und dem End-Manipulator Gewebe geklemmt, wobei ein solches Klemmen möglich ist, ohne daß Ultraschallenergie dem End-Manipulator zugeführt wird, was in einigen Fällen wünschenswert sein kann.
Uni die gewünschte Stärke an Klemmkraft zu erreichen, ist der Klemmarm um eine Schwenkachse schwenkbar, die zur Längsachse der Vorrichtung versetzt ist. Der Klemmarm umfaßt eine Anordnung, die zu der Schwenkachse des Klemmarmes in Richtung des End-Manipulators einen Abstand aufweist und die den Klemmarm funktionell mit dem Betätigungselement verbindet. Auf diese Weise schwenkt die Hin- und Herbewegung des Betätigungselements den Klemmarm relativ zum End-Manipulator.
Die Anordnung zum Ausführen der Schwenkbewegung des Klemmarmes umfaßt ein Paar Hebelabschnitte, die sich als integraler Bestandteil eines Klemmteiles des Klemmarmes von diesem erstrecken. Da die spezielle Ausführung der Hebelabschnitte variieren kann, wobei sie die hier offenbarten Prinzipien einhält, weist der Klemmarm ein Paar Hebelabschnitte auf, die sich von der Schwenkachse des Klemmarmes her zu beiden Seiten des End-Manipulators und der Längsachse der Vorrichtung erstrecken. Die Klemmkraft kann auf diese Weise durch die beiden gemeinsam wirkenden Hebelabschnitte auf den Klemmarm übertragen werden.
Die Schwenkfunktionsverbindung der Hebelabschnitte des Klemmarmes mit dem Betätigungselement wird dadurch bewirkt, daß ein Paar von Öffnungen, die durch das Betätigungselement bestimmt und in denen die Hebelarme entsprechend angeordnet werden, vorgesehen sind. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat jede Öffnung eine kerbenförmige Gestalt, in die hinein sich die entsprechenden Hebelabschnitte erstrecken. In einer alternativen Ausführungsform wird jede Öffnung durch eine im wesentlichen gekrümmte Fläche definiert, wobei jeder der Hebelabschnitte einen kreisrunden Stiftbereich aufweist, der mit jeweils einer der gekrümmten Flächen in Eingriff steht.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden jetzt an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen verdeutlicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines chirurgischen Ultraschallsystems, das eine Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung enthält, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert.
Fig. 2 ist eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines Teiles eines Klemm-Mechanismus der in Fig. 1 dargestellten Koagulationsklemmvorrichtung.
Fig. 3 ist eine Darstellung einer Ausführungsform des Klemmkoagulators gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung als seitlicher Aufriß, teilweise freigelegt, in funktioneller Verbindung mit einer Ultraschallantriebseinheit des in Fig. 1 dargestellten chirurgischen Systems.
Fig. 4 ist eine Ausführungsform einer chirurgischen Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung in Explosivdarstellung, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert,
Fig. 5 ist eine vergrößerte, fragmentarische Darstellung der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung, die dessen Klemmantriebsmechanismus mit dem zugehörigen Rastmechanismus zeigt.
Fig. 6 ist eine weitere Ansicht, die den Klemmantriebsmechanismus mit dem zugehörigen Rastmechanismus der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung schematisch darstellt.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Rastmechanismus der vorliegenden Erfindung.
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung eines Antriebsbundes des Klemm-Mechanismus der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung.
Fig. 9 ist eine weitere fragmentarische perspektivische Darstellung des in Fig. 2 dargestellten Klemm-Mechanismus.
Fig. 10 ist eine schematische Explosivdarstellung einer alternativen Ausführungsform des vorliegenden Klemm-Mechanismus.
Fig. 11 ist eine schematische Schnittdarstellung des in Fig. 10 dargestellten Klemm- Mechanismus.

Ausführliche Beschreibung

Obwohl die vorliegende Erfindung viele mögliche Ausführungsformen zuläßt, wird in den Zeichnungen ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt und im folgenden beschrieben, wobei es als selbstverständlich betrachtet wird, daß die vorliegende Offenbarung lediglich als eine Veranschaulichung der Erfindung anzusehen ist und daß es nicht beabsichtigt ist, die Erfindung auf die besonders dargestellte Ausführungsform zu beschränken.
Die vorliegende Erfindung richtet sich im besonderen auf eine verbesserte Vorrichtung eines chirurgischen Ultraschall-Klemmkoagulators, der so eingerichtet ist, daß er das Schneiden, Koagulieren und/oder das Klemmen von Gewebe während eines chirurgischen Eingriffes bewirken kann. Die vorliegende Vorrichtung kann ohne Probleme zum Einsatz sowohl für Eingriffe in der offenen Chirurgie als auch für laparoskopische oder endoskopische Eingriffe eingerichtet werden. Der selektive Einsatz von Ultraschallenergie erleichtert deren vielseitige Verwendung. Wenn die Ultraschallkomponenten der Vorrichtung nicht aktiviert sind, kann das Gewebe ohne weiteren Aufwand ergriffen und in der gewünschten Weise manipuliert werden, ohne in das Gewebe einzuschneiden oder es zu beschädigen.
Wenn die Ultraschallkomponenten im aktiven Zustand sind, kann man mit der Vorrichtung das Gewebe zum Einkoppeln von Ultraschallenergie fassen, um eine Gewebekoagulation durchzuführen, wobei eine Beaufschlagung mit einem erhöhten Druck ein effizientes Schneiden des Gewebes und Koagulieren bewirkt. Wenn erforderlich, kann die Beaufschlagung des Gewebes mit Ultraschallenergie erfolgen, ohne daß der Klemm- Mechanismus der Vorrichtung zum Einsatz kommt, und zwar indem die Ultraschall- "Klinge" oder der End-Manipulator der Vorrichtung entsprechend manipuliert wird.
Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, ist die vorliegende Klemmkoagulatorvorrichtung wegen ihrer unkomplizierten Bauweise besonders für eine einmalige Verwendung geeignet. Wegen dieser Beschaffenheit ist vorgesehen, daß die Vorrichtung in Verbindung mit einer Ultraschallantriebseinheit eines chirurgischen Systems zum Einsatz gelangt, wobei die von der Antriebseinheit gelieferte Ultraschallenergie die gewünschte Ultraschallwirkung für die vorliegende Klemmkoagulatorvorrichtung liefert. Es ist leicht einzusehen, daß eine Klemmkoagulatorvorrichtung, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist, auch für eine Mehrfachbenutzung eingerichtet werden und unlösbarer Bestandteil einer zugeordneten Ultraschallantriebseinheit sein kann. Jedoch wird gegenwärtig die lösbare Verbindung der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung mit einer zugehörigen Ultraschallantriebseinheit für den Einsatz des Gerätes an einem einzigen Patienten der Vorzug gegeben.
In den Fig. 1 und 3 wird zuerst eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines chirurgischen Systems dargestellt, das durchgängig mit 10 bezeichnet wird, welches eine Klemmkoagulatorvorrichtung enthält, die nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Ultraschallerzeugers und der zugehörigen Ultraschallantriebseinheit des chirurgischen Systems 10 werden zuerst beschrieben, danach folgt eine detaillierte Beschreibung der chirurgischen Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung einschließlich eines Klemm-Mechanismus, der für eine indexierte Rotationsbewegung ausgelegt ist, welche nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
Das chirurgische System 10 umfaßt einen Ultraschallerzeuger 30 und ein zugehöriges chirurgisches Ultraschallinstrument. Das chirurgische Instrument enthält eine Ultraschallantriebseinheit, die mit 50 bezeichnet ist, und ein Ultraschallklemmkoagulatorgerät 120, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Wie dann weiter beschrieben wird, bilden ein Ultraschallwandler der Antriebseinheit 50 und ein Ultraschallwellenleiter des Klemmkoagulators 120 zusammen eine Akustikeinheit für das vorliegende chirurgische System, wobei die Akustikeinheit die Ultraschallenergie für den jeweiligen chirurgischen Eingriff liefert, wenn diese durch den Generator 30 mit Strom versorgt wird. Man wird feststellen, daß bei einigen Anwendungen die Ultraschallantriebseinheit 50 als "Handstückeinheit" bezeichnet wird, weil das chirurgische Instrument des chirurgischen Systems derart ausgebildet ist, daß der Chirurg die Ultraschallantriebseinheit 50 während verschiedener Eingriffe und Operationen ergreift und manipuliert. Das Klemmkoagulatorgerät 120, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert, enthält vorzugsweise eine scherenähnliche Griffanordnung, die, abgesehen von der Manipulation der Ultraschallantriebseinheit 50, das Positionieren und das Manipulieren des Instrumentes erleichtert.
Der Generator 30 des chirurgischen Systems sendet durch das Kabel 32 ein elektrisches Signal von ausgewählter Amplitude/Auslenkung, Frequenz und Phase, die durch ein Steuersystem des Generators 30 bestimmt werden. Wie im weiteren noch beschrieben werden wird, bewirkt das Signal ein Ausdehnen und Zusammenziehen eines oder mehrerer piezoelektrischer/n Elemente(s) der Akustikeinheit des chirurgischen Instrumentes, wodurch die elektrische Energie in mechanische Bewegung umgewandelt wird. Die mechanische Bewegung erzeugt Longitudinalwellen von Ultraschallenergie, die sich durch die Akustikeinheit als stehende Schallwelle fortpflanzt, um die Akustikeinheit mit einer ausgewählten Frequenz und Amplitude/Auslenkung schwingen zu lassen. Ein am distalen Ende des Wellenleiters der Akustikeinheit angeordneter End-Manipulator wird so plaziert, daß er sich in Kontakt mit dem Gewebe des Patienten befindet, um die Ultraschallenergie auf dieses zu übertragen. Wie weiter unten noch beschrieben werden wird, setzt man vorzugsweise ein chirurgisches Werkzeug ein, zum Beispiel einen Klemmbacken- oder Klemm- Mechanismus, um das Gewebe gegen den End-Manipulator zu pressen.
Durch die Ankopplung des End-Manipulators an das Gewebe wird als Ergebnis der Reibung, der akustischen Absorption und der Viskositätsverluste in dem Gewebe Wärmeenergie oder Wärme erzeugt. Die Hitze ist ausreichend, um Protein-Wasserstoff-Bindungen aufzubrechen, was zur Folge hat, daß die stark strukturierten Proteine (das heißt, Kollagen und Muskelproteine) denaturiert werden (das heißt, sie in eine niedere Aufbauform zu überführen). Mit dem Denaturieren der Proteine bildet sich ein klebriges Koagulat, so daß durch dieses kleine Blutgefäße versiegelt oder koaguliert werden. Eine tiefere Koagulation von größeren Blutgefäßen wird dadurch erreicht, indem man den Effekt länger wirken läßt.
Die Übertragung von Ultraschallenergie auf das Gewebe verursacht weitere Effekte einschließlich eines mechanischen Zerreißens, Schneidens, Aushöhlens, Auseinanderreißens von Zellen und der Emulsionsbildung. Die erreichbare Größe der Inzisionen sowie der erreichbare Grad von Koagulation variiert mit der Auslenkung des End-Manipulators, den Schwingungsfrequenzen, der Stärke des durch den Benutzer beaufschlagten Druckes, der Schärfe des End-Manipulators und der Kopplung zwischen End-Manipulator und Gewebe.
Wie in Fig. 1 gezeigt wird, umfaßt der Generator 30 ein mit diesem integrales Steuersystem, einen Netzschalter 34 und eine Triggereinrichtung 36. Der Netzschalter 34 regelt die Zuführung von elektrischem Strom zum Generator 30, und wenn dieser durch die Triggereinrichtung 36 aktiviert ist, dann liefert der Generator 30 die Energie, um die Akustikeinheit des chirurgischen Systems 10 mit einer vorherbestimmten Frequenz und den End- Manipulator mit einem vorherbestimmten Pegel der Auslenkung zu fahren. Der Generator 30 fährt oder erregt die Akustikeinheit mit bzw. zu einer geeigneten Resonanzfrequenz der Akustikeinheit.
Wenn der Generator 30 über die Triggereinrichtung 36 aktiviert ist, liegt kontinuierlich die vom Generator 30 gelieferte elektrische Energie an dem Wandlerstapel oder der Wandlereinheit 40 der Akustikeinheit an. Ein Phasenregelkreis im Steuersystem des Generators 30 überwacht die Rückkopplung von der Akustikeinheit. Der Phasenregelkreis stellt die Frequenz der vom Generator 30 gelieferten elektrischen Energie ein, um die Resonanzfrequenz der ausgewählten longitudinalen Schwingungsform der Akustikeinheit, unter Einschluß der Gewebelast, anzupassen. Außerdem hält eine zweite Rückkopplungsschleife in dem Steuersystem den an die Akustikeinheit abgegebenen elektrischen Strom auf einem vorgewählten konstanten Pegel, um eine im wesentlichen konstante Auslenkung am End- Manipulator der Akustikeinheit zu erreichen.
Das an die Akustikeinheit gegebene elektrische Signal bewirkt, daß das distale Ende des Wellenleiters, das heißt der End-Manipulator, in einem Bereich von beispielsweise ungefähr 20 kHz bis 250 kHz und vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 54 kHz bis 56 kHz, und am vorteilhaftesten bei ungefähr 55,5 kHz in longitudinaler Richtung schwingt bzw. vibriert. Die Auslenkungen der Vibrationen am End-Manipulator können, zum Beispiel durch Steuerung der Amplitude des durch den Generator 30 in die Wandlereinheit 40 der Akustikeinheit eingegebenen elektrischen Signals, geregelt werden.
Wie oben festgestellt wurde, kann der Benutzer über die Triggereinrichtung 36 des Generators 30 diesen einschalten, so daß die Akustikeinheit kontinuierlich mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Die Triggereinrichtung 36 besitzt vorzugsweise einen Fußschalter, der über ein Kabel oder eine Schnur mit dem Generator 30 lösbar verbunden oder an diesem befestigt ist. Es ist aber auch möglich, die Triggereinrichtung als Handschalter auszuführen, der in der Ultraschallantriebseinheit 50 eingebaut ist, so daß auf diese Weise der Generator 30 durch den jeweiligen Benutzer aktiviert werden kann.
Der Generator 30 besitzt weiterhin eine elektrische Anschlußleitung 38, die mit einer chirurgischen Stromversorgungseinheit verbunden oder in eine gewöhnliche elektrische Steckdose eingesteckt werden kann. Ebenfalls kommt in Betracht, daß der Generator 30 auch durch eine Gleichstromquelle, wie zum Beispiel durch eine Batterie, gespeist werden kann. Der Generator 30 kann jeder geeignete Generator sein, wie zum Beispiel das Modell Nr. GENO1, das bei Ethicon Endo-Surgery, Inc. erhältlich ist.
In den Fig. 1 und 3 umfaßt die Ultraschallantriebseinheit 50 des chirurgischen Instrumentes ein mehrteiliges Gehäuse 52, das so konstruiert ist, daß es die Schwingungen der Akustikeinheit nicht auf den Benutzer überträgt. Das Gehäuse 52 der Antriebseinheit kann eine derartige Form aufweisen, daß ein Halten durch den Benutzer in herkömmlicher Weise möglich ist, es ist aber auch daran gedacht, daß der vorliegende Klemmkoagulator 120 im Prinzip mittels einer durch das Gehäuse des Gerätes gegebenen scherenförmigen Anordnung ergriffen und manipuliert werden kann, wie noch beschrieben werden wird. Das Gehäuse 52 wird zwar als ein aus mehreren Teilen bestehendes dargestellt, es kann aber auch aus einem einzigen oder einem einheitlichen Bauteil bestehen.
Das Gehäuse 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 weist ganz allgemein ein proximales Ende, ein distales Ende und einen sich darin in Längsrichtung erstreckenden Hohlraum auf. Das distale Ende des Gehäuses 52 enthält eine Öffnung 60, die so eingerichtet ist, daß sich durch diese die Akustikeinheit des chirurgischen Systems 10 erstrecken kann. Das proximale Ende des Gehäuses 52 ist durch das Kabel 32 mit dem Generator 30 verbunden. Das Kabel 32 enthält vorzugsweise Belüftungsrohre oder Luftkanäle 62, welche das Zuführen von Luft in das Gehäuse 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 ermöglichen, um die Wandlereinheit 40 der Akustikeinheit zu kühlen.
Das Gehäuse 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 ist vorzugsweise aus einem dauerhaften Kunststoff gefertigt, wie zum Beispiel Ultem®. Es ist auch möglich, daß das Gehäuse 52 alternativ aus einer Vielzahl von Stoffen gefertigt sein kann, einschließlich anderer Kunststoffe [das heißt, Flüssigkristallpolymere (LCP), Nylon oder Polycarbonate]. Eine geeignete Ultraschallantriebseinheit 50 ist das Modell Nr. HP050, das bei Ethicon Endo-Surgery, Inc. erhältlich ist.
Die Akustikeinheit des chirurgischen Instrumentes enthält im allgemeinen einen ersten Akustikbereich und einen zweiten Akustikbereich. Der erste Akustikbereich wird vorzugsweise durch die Ultraschallantriebseinheit 50 getragen, und der zweite Akustikbereich (in Form eines Wellenleiters und End-Manipulators, wie noch beschrieben werden wird,) von der Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung. Das distale Ende des ersten Akustikbereiches ist funktionell mit dem proximalen Ende des zweiten Akustikbereiches vorzugsweise über eine Schraubverbindung gekoppelt.
Wie in Fig. 3 dargestellt wird, enthält der erste Akustikbereich einen Wandlerstapel oder eine Wandlereinheit 40 und eine Halterungsvorrichtung 84, und der zweite Akustikbereich ein Übertragungsteil oder Arbeitsteil, das hier im weiteren als Wellenleiter mit einem End- Manipulator bezeichnet wird.
Die Bestandteile der Akustikeinheit sind vorzugsweise akustisch aufeinander derart abgestimmt, daß die Baulänge jedes Teiles ein Ganzzahliges der halben Wellenlängen (nλ/2) beträgt, wobei die Wellenlänge λ die Wellenlänge einer ausgewählten oder longitudinalen Betriebsschwingungsfrequenz f&sub0; der Akustikeinheit und n eine nicht-negative ganze Zahl bezeichnet. Es ist auch vorgesehen, daß die Akustikeinheit jede geeignete Anordnung von Akustikelementen enthalten kann.
Die Wandlereinheit 40 der Akustikeinheit wandelt die elektrischen Signale vom Generator 30 in mechanische Energie, was eine Längsschwingungsbewegung des End-Manipulators bei Ultraschallfrequenzen zur Folge hat. Wenn der Akustikeinheit Energie zugeführt wird, erzeugt die Akustikeinheit eine Vibrationsbewegungen ausführende stehende Welle. Die Auslenkungen dieser Vibrationsbewegungen an jedem beliebigen Punkt entlang der Akustikeinheit hängen von dem Ort entlang der Akustikeinheit ab, an dem die Vibrationsbewegung gemessen wird. Ein Minimum oder ein Nulldurchgang der die Vibrationsbewegungen ausführenden stehenden Welle wird im allgemeinen als Knoten bezeichnet (das heißt, wo die Bewegung gewöhnlich minimal ist), und ein Absolutwertmaximum oder ein Scheitelwert in der stehenden Welle wird im allgemeinen als Antiknoten bezeichnet. Die Entfernung zwischen Antiknoten und dem dazu nächsten Knoten beträgt eine viertel Wellenlänge (λ/4).
Wie in Fig. 3 dargestellt wird, enthält die Wandlereinheit 40 der Akustikeinheit, die auch unter der Bezeichnung "Langevin Stapel" bekannt ist, im allgemeinen einen Wandlerbereich 90, einen ersten Resonator 92 und einen zweiten Resonator 94. Die Wandlereinheit ist vorzugsweise ein Ganzzahliges der halben Systemwellenlängen (nλ/2) bezogen auf die Länge. Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung aber auch so ausgeführt sein kann, daß sie eine Wandlereinheit enthält, die aus magnetostriktiven, elektromagnetischen oder elektrostatischen Wandlern besteht.
Das distale Ende des ersten Resonators 92 ist mit dem proximalen Ende des Wandlerbereiches 90 verbunden, und das proximale Ende des zweiten Resonators 94 ist mit dem distalen Ende des Wandlerbereiches 90 verbunden. Der erste Resonator 92 und der zweite Resonator 94 sind vorzugsweise aus Titan, Aluminium, Stahl oder einem anderen geeigneten Material gefertigt, besonders vorteilhaft ist es, den ersten Resonator 92 aus rostfreiem 303- Stahl und den zweiten Resonator 94 aus 7075-T651-Aluminium zu fertigen. Der erste Resonator 92 und der zweite Resonator 94 weisen eine Länge auf, die durch eine Anzahl von Variablen bestimmt wird, einschließlich der Länge des Wandlerbereiches 90, der Schallgeschwindigkeit des in den Resonatoren 92 und 94 verwendeten Materials und der gewünschten Grundfrequenz f&sub0; der Wandlereinheit 40. Der zweite Resonator 94 kann innen vom proximalen Ende hin zum distalen Ende konisch verlaufen, um als Geschwindigkeitswandler zu arbeiten und um die Auslenkungen der Ultraschallschwingungen zu verstärken.
Der Wandlerbereich 90 der Wandlereinheit 40 umfaßt vorzugsweise einen piezoelektrischen Abschnitt aus abwechselnd positiven Elektroden 96 und negativen Elektroden 98, wobei die piezoelektrischen Elemente 100 alternierend zwischen den Elektroden 96 und 98 angeordnet sind. Die piezoelektrischen Elemente 100 können aus jedem geeigneten Material gefertigt sein, wie zum Beispiel aus Blei-Zirkonat-Titanat, Blei-Meta-Niobat, Blei- Titanat oder anderen piezoelektrischen Stoffen. Eine durchgehende Bohrung verläuft mittig durch jede der positiven Elektroden 96, der negativen Elektroden 98 und durch jedes der piezoelektrischen Elemente 100. Die positiven Elektroden 96 und die negativen Elektroden 98 sind elektrisch mit den Leitungen 102 bzw. 104 verbunden. Diese Leitungen 102 und 104 übertragen das elektrische Signal vom Generator 30 zu den Elektroden 96 und 98.
Wie in Fig. 3 dargestellt, werden die piezoelektrischen Elemente 100 durch einen Bolzen 106 zwischen dem ersten Resonator 92 und dem zweiten Resonator 94 unter Druck gehalten. Der Bolzen 106 besteht vorzugsweise aus einem Kopf, einem Schaft und einem mit Gewinde versehenen distalen Ende. Der Bolzen 106 wird vom proximalen Ende des ersten Resonators 92 her durch die Bohrungen des ersten Resonators 92, die Bohrungen der Elektroden 96 und 98 und diejenigen in den piezoelektrischen Elementen 100 gesteckt. Das mit Gewinde versehene distale Ende des Bolzen 106 wird in eine mit Gewinde versehene Bohrung in dem proximalen Ende des zweiten Resonators 94 eingeschraubt. Der Bolzen kann aus Stahl, Titan, Aluminium oder einem anderen geeigneten Material gefertigt sein, vorzugsweise aus Ti-6A1-4V-Titan, und besonders vorteilhaft ist es, wenn er aus niedrig legiertem Stahl vom Typ 4037 gefertigt ist.
Durch ein elektrisches Signal von dem Generator 30 werden die piezoelektrischen Elemente 100 erregt und erzeugen in der Akustikeinheit eine akustische stehende Welle. Das elektrische Signal bewirkt, daß sich ein elektromagnetisches Feld über den piezoelektrischen Elementen 100 aufbaut, was wiederum bewirkt, daß sich die piezoelektrischen Elemente 100 entlang der Achse des Spannungsgefälles kontinuierlich ausdehnen und zusammenziehen, wodurch sich hochfrequente Longitudinalwellen mit Ultraschallenergie aufbauen. Durch die Akustikeinheit wird diese Ultraschallenergie auf den End-Manipulator übertragen.
Die Halterungsvorrichtung 84 der Akustikeinheit weist ein proximales Ende und ein distales Ende auf und hat vorzugsweise eine Länge, die im wesentlichen gleich dem Ganzzahligen der halben Systemwellenlängen ist. Das proximale Ende der Halterungsvorrichtung 84 ist vorzugsweise axial ausgerichtet und mit dem distalen Ende des zweiten Resonators 94 durch eine mit Innengewinde versehene Verbindung nahe einem Antiknoten gekoppelt (gemäß dieser Offenbarung definiert sich der Begriff "nahe"/"in der Nähe" als "genau an" oder "sehr nahe bei"). Es ist ebenfalls als Möglichkeit in Betracht zu ziehen, die Halterungsvorrichtung 84 durch geeignete Mittel an dem zweiten Resonator 94 zu befestigen und den zweiten Resonator 94 und die Halterungsvorrichtung 84 als Einzelbauteil oder als einheitliches Bauteil auszubilden.
Die Halterungsvorrichtung 84 ist mit dem Gehäuse 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 in der Nähe eines Knotens verbunden. Die Halterungsvorrichtung 84 enthält vorzugsweise einen als integralen Bestandteil auf ihrem Umfang angebrachten Befestigungsflansch 108. Dieser Befestigungsflansch 108 ist vorzugsweise in einer in dem Umfang des Gehäuses 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 eingearbeiteten Ringnut 110 vorgesehen, um die Halterungsvorrichtung 84 an das Gehäuse 52 zu koppeln. Ein elastisches Teil oder Material 112, wie zum Beispiel ein Paar Dichtungsringe aus Silikonkautschuk, die über Abstandshalter angebracht werden, kann zwischen der Ringnut 110 des Gehäuses 52 und dem Flansch 108, der ein integrales Teil der Halterungsvorrichtung 84 ist, plaziert werden, um ein Übertragen der Ultraschallvibrationen von der Halterungsvorrichtung 84 auf das Gehäuse 52 zu reduzieren oder zu verhindern.
Die Halterungsvorrichtung 84 wird vorzugsweise in einer vorher festgelegten axialen Lage durch eine Vielzahl von Stiften 114, vorzugsweise durch vier, gesichert. Die Stifte 114 sind in Längsrichtung und um neunzig (90) Grad relativ zueinander beabstandet um den Außenumfang der Halterungsvorrichtung 84 angebracht. Die Stifte 114 sind mit dem Gehäuse 52 der Ultraschallantriebseinheit 50 verbunden und werden durch Kerben in dem Akustikbefestigungsflansch 108 der Halterungsvorrichtung 84 angebracht. Die Stifte 114 sind vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt.
Die Halterungsvorrichtung 84 ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sie die Auslenkungen der Ultraschallschwingungen, die durch die Akustikeinheit auf das distale Ende des End- Manipulators übertragen werden, verstärkt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Halterungsvorrichtung 84 einen konisch verlaufenden Festkörperhornstrahler. Wenn die Ultraschallenergie durch die Halterungsvorrichtung 84 übertragen wird, erfährt die durch die Halterungsvorrichtung 84 übertragene Schallwelle eine Verstärkung. Es wird jede geeignete Form für die Ausführung der Halterungsvorrichtung 84 in Betracht gezogen, wie zum Beispiel ein stufenförmiges Horn, ein konisches Horn, ein Horn mit Exponentialverlauf, ein kontinuierlich zunehmendes Horn oder dergleichen mehr.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist die Halterungsvorrichtung 84 vorzugsweise akustisch mit dem zweiten Akustikbereich der Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 gekoppelt. Das distale Ende der Halterungsvorrichtung 84 ist über eine mit Innengewinde versehene Verbindung in der Nähe einer Antinode vorzugsweise an das proximale Ende des zweiten Akustikbereiches gekoppelt, aber es sind auch alternative Kopplungsanordnungen einsetzbar.
In Fig. 4 wird an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles eine Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 des chirurgischen Systems 10 in einer Explosivdarstellung gezeigt. Das proximale Ende der Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 nimmt vorzugsweise das distale Ende der Ultraschallantriebseinheit 50 auf und wird an diesem befestigt, indem die Antriebseinheit in das Gehäuse des Gerätes eingesetzt wird, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Die Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 wird vorzugsweise als Einheit an der Ultraschallantriebseinheit 50 befestigt oder von dieser entfernt. Die Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 kann nach einmaliger Benutzung weggeworfen werden.
Die Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 umfaßt vorzugsweise eine Griffeinheit oder ein Gehäuse 130, das vorzugsweise aus aneinander passenden Gehäuseteilen 131, 132 besteht, und ein langgestrecktes oder endoskopisches Teil 150. Wenn das vorliegende Gerät für eine endoskopische Anwendung eingerichtet ist, dann kann die Konstruktion so dimensioniert sein, daß das Teil 150 einen Außendurchmesser von ungefähr 5,5 mm hat. Das langgestreckte Teil 150 der Ultraschall-Klemmkoagulatorvorrichtung 120 erstreckt sich rechtwinklig vom Gehäuse 130 der Vorrichtung. Das langgestreckte Teil 150 kann selektiv relativ zu dem Gehäuse 130 gedreht werden, wie weiter unten noch beschrieben werden wird. Das langgestreckte Teil 150 umfaßt vorzugsweise eine äußeres röhrenförmige/s Bauteil oder Hülse 160, ein inneres röhrenförmiges Betätigungselement 170 und den zweiten Akustikbereich der Akustikeinheit in Form eines Wellenleiters 180 mit dem End- Manipulator 180. Wie noch beschrieben werden wird, werden die äußere Hülse 160, das Betätigungselement 170 und der Wellenleiter 180 vorzugsweise so miteinander verbunden, daß sie als eine Einheit (zusammen mit der Ultraschallantriebseinheit 50) eine indexierte Drehbewegung in bezug auf das Gehäuse 130 ausführen.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist das proximale Ende des Wellenleiters 180 des zweiten Akustikbereiches vorzugsweise lösbar mit der Halterungsvorrichtung 84 der Ultraschallantriebseinheit 50 in der Nähe einer Antinode verbunden, wie oben bereits beschrieben wurde. Der Wellenleiter 180 hat vorzugsweise eine Länge von im wesentlichen gleich dem Ganzzahligen einer halben Systemwellenlänge (nλ/2). Der Wellenleiter 180 besteht vorzugsweise aus einem festen Kernschaft, der aus einem Material gefertigt ist, in dem sich in effizienter Weise Ultraschallenergie fortpflanzen kann, wie zum Beispiel Titanlegierungen (das heißt, Ti-6A1-4V) oder eine Aluminiumlegierung. Es wird auch die Möglichkeit in Betracht gezogen, daß der Wellenleiter 180 alternativ aus jedem anderen geeigneten Material gefertigt werden kann.
Der Wellenleiter ist vorzugsweise halbflexibel. Es ist aber auch möglich, daß der Wellenleiter alternativ im wesentlichen starr sein kann oder aus einem flexiblen Draht besteht. Der Wellenleiter kann so ausgeführt sein, daß er die durch den Wellenleiter zum End- Manipulator übertragenen mechanischen Vibrationen verstärkt, wie es in dem Fachgebiet bekannt ist. Der Wellenleiter kann weiterhin Eigenschaften aufweisen, welche das Anwachsen der Längsschwingungen entlang dem Wellenleiter steuern, und Eigenschaften, die dem Wellenleiter auf die Resonanzfrequenz des Systems abstimmen.
Selbstverständlich kann der Querschnitt des Wellenleiters 180 jede geeignete Abmessung besitzen. So kann zum Beispiel der Wellenleiter einen im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt aufweisen, oder er kann an verschiedenen Abschnitten konisch sein oder aber auch konisch über seine ganze Länge verlaufen.
Wie in Fig. 4 dargestellt wird, besitzt der Wellenleiter 180 ganz allgemein einen ersten Abschnitt 182, einen zweiten Abschnitt 184 und einen dritten Abschnitt 186. Der erste Abschnitt 182 des Wellenleiters erstreckt sich distal vom proximalen Ende des Wellenleiters und weist einen im wesentlichen kontinuierlichen Querschnitt auf.
Der erste Abschnitt 182 besitzt vorzugsweise wenigstens eine radiale Bohrung oder Öffnung 188, die sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Wellenleiters 180 diametral hindurch erstreckt. Die Öffnung 188 ist vorzugsweise an einem Knoten angeordnet, kann aber auch an anderer Stelle angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, daß die Öffnung 188 jede geeignete Tiefe aufweisen und jede geeignete Form annehmen kann. Die Öffnung ist so gestaltet, daß sie einen Verbindungsstift aufnehmen kann, der den Wellenleiter 180, das röhrenförmige Betätigungselement 170 und die röhrenförmige äußere Hülse 160 miteinander verbindet, so daß diese gemeinsam eine indexierte Drehbewegung relativ zum Gehäuse 130 der Vorrichtung durchführen.
Der zweite Abschnitt 184 des Wellenleiters 180 erstreckt sich distal von dem ersten Abschnitt 182. Der zweite Abschnitt 184 weist vorzugsweise ebenfalls einen im wesentlichen kontinuierlichen Querschnitt auf. Der Durchmesser des zweiten Abschnittes 184 ist kleiner als der Durchmesser des ersten Abschnittes 182 und größer als der Durchmesser des dritten Abschnittes 186. Wenn die Ultraschallenergie vom ersten Abschnitt 182 des Wellenleiters 180 in den zweiten Abschnitt 184 übertritt, dann führt die Verengung des zweiten Abschnittes 184 dazu, daß die Amplitude der den Abschnitt durchlaufenden Ultraschallenergie sich vergrößert.
Der dritte Abschnitt 186 erstreckt sich distal vom distalen Ende des zweiten Abschnittes 184. Der dritte Abschnitt 186 weist ebenfalls einen im wesentlichen kontinuierlichen Querschnitt auf. Der dritte Abschnitt 186 kann aber auch kleine Veränderungen des Durchmessers über die Länge enthalten. Wenn die Ultraschallenergie vom zweiten Abschnitt 184 des Wellenleiters 180 in den dritten Abschnitt 186 übergeht, dann führt die Verengung des dritten Abschnittes 186 dazu, daß die Amplitude der den Abschnitt durchlaufenden Ultraschallenergie sich vergrößert.
Der dritte Abschnitt 186 kann eine Vielzahl von auf seinem Außenumfang ausgebildeten (nicht dargestellten) Nuten oder Kerben aufweisen. Die Nuten können an den Knoten des Wellenleiters 180 angeordnet sein und dienen als Justieranzeige bei der Installation eines (nicht dargestellten) Dämpfungsmantels und stabilisieren während der Fertigung Silikonringe oder elastische Lagerungen. Eine Dichtung ist vorzugsweise an dem äußersten distalen Knoten in der größtmöglichen Nähe zum End-Manipulator 180' vorgesehen, um den Eintritt von Gewebe, Blut und anderen Stoffen in den Bereich zwischen dem Wellenleiter und dem Betätigungselement 170 zu vermindern.
Der End-Manipulator 180' des Wellenleiters 180 ist vorzugsweise ein integraler Bestandteil des letzteren, und sie sind als eine Einheit ausgebildet. In einer anderen Ausführung kann der End-Manipulator durch eine mit Gewinde versehene Verbindung oder durch eine Schweißverbindung angeschlossen sein. Das distale Ende des End-Manipulators ist in der Nähe einer Antinode vorgesehen, um die Akustikeinheit auf eine bevorzugte Resonanzfrequenz f&sub0; abzustimmen, wenn die Akustikeinheit nicht durch. Gewebe belastet ist. Das distale Ende des End-Manipulators ist so ausgeführt, daß es sich in Längsrichtung in einem Bereich von, zum Beispiel, annähernd 10 Mikrometer bis 500 Mikrometer Spitze-zu- Spitze, vorzugsweise in einem Bereich von ungefähr 10 Mikrometer bis ungefähr 100 Mikrometer bei einer vorherbestimmten Vibrationsfrequenz f&sub0; bewegt, wenn die Wandlereinheit erregt wird.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform ist der End-Manipulator 180', der gelegentlich als Klinge bezeichnet wird, vorzugsweise zylindrisch, um mit dem zugeordneten Klemm- Mechanismus der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung zusammenwirken zu können. Wie in dem Fachgebiet bekannt ist, kann der End-Manipulator in geeigneter Weise oberflächenbehandelt werden.
Es wird jetzt im besonderen auf die Fig. 2 und 9 eingegangen. In diesen wird der Klemm- Mechanismus des vorliegenden Klemmkoagulators 120 dargestellt, der so ausgeführt ist, daß er mit dem End-Manipulator 180' des Wellenleiters 180 zusammenwirken kann. Der Klemm-Mechanismus umfaßt einen Schwenkbewegungen durchführenden Klemmarm 190, der über sein distales Ende an dem distalen Ende der äußeren röhrenförmigen Hülse 160 angelenkt ist. Der Klemmarm 190 umfaßt vorzugsweise einen Klemmbereich 191, der sich distal von der Schwenkachse des Klemmarmes erstreckt, um mit dem End- Manipulator 180' zusammenzuwirken. Eine Klemmauflage 192, die vorzugsweise aus Teflon oder einem anderen geeigneten Material von geringer Reibung besteht, ist auf der Oberfläche des Klemmbereiches 191 des Klemmarmes zum Zusammenwirken mit dem End-Manipulator 180' aufgebracht, wobei die Schwenkbewegung des Klemmarmes die Klemmauflage im wesentlichen parallel zu und in Kontakt mit dem End-Manipulator 180' positioniert. Durch diese Konstruktion wird das zu klemmende Gewebe zwischen der Klemmauflage 192 und dem End-Manipulator 180' gegriffen. Wie dargestellt wird, ist die Klemmauflage 192 vorzugsweise mit einer sägezahnähnlichen Ausbildung versehen, um die Greifwirkung auf das Gewebe im Zusammenwirken mit dem End-Manipulator 180' zu steigern.
Am Klemmarm 190 ist ein Paar von Hebelabschnitten 193 am proximalen Ende des Klemmarmes vorgesehen, um die Schwenkbewegung des Klemmarmes relativ zum End- Manipulator zu bewirken. Die Hebelabschnitte sind auf den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters 180 und des End-Manipulators 180' angebracht und sind funktionell mit einem Antriebsteil 194 des hin- und herbewegbaren Betätigungselementes 170 verbunden. Die Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes relativ zu der äußeren röhrenförmigen Hülse 160 und zum Wellenleiter 180 bewirkt durch diese eine Schwenkbewegung des Klemmar nes relativ zum End-Manipulator. Die Hebelabschnitte 193 können in einem Paar von durch das Antriebsteil 194 definierten Öffnungen entsprechend positioniert werden (was noch beschrieben werden wird) oder auf andere geeignete Weise mechanisch mit diesen verbunden werden, wobei die Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes durch das Antriebsteil 194 und die Hebelteile 193 derart wirkt, daß der Klemmarm geschwenkt wird.
Wie dargestellt ist, befinden sich die Hebelbereiche 193 auf den entsprechend gegenüberliegenden Seiten einer Längsachse, die durch die äußere Rohrhülse 160 der Klemmkoagulatorvorrichtung definiert wird, und auf den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des End-Manipulators 180'. Der Klemmarm 190 ist mit einem Paar von Hebelabschnitten versehen, die zusammenwirken, um in Folge der proximalen Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes 170 die Klemmbewegung des Klemmarmes zu bewirken.
In dieser dargestellten Ausführungsform enthält jeder der Hebelabschnitte 193 ein Versteifungsblech, das mit 193' bezeichnet ist und das in wünschenswerter Weise die Verbindung jedes Hebelabschnittes mit dem Klemmbereich 191 des Klemmarmes verstärkt. Durch ein Paar von kerbenartigen Öffnungen 195, die durch das Antriebsteil 194 des Betätigungselementes definiert werden, wird die funktionelle Verbindung zwischen jedem Hebelarm und dem zugehörigen Betätigungselement hergestellt. Die Hebelabschnitte 193 sind jeweils in den Öffnungen 195 angeordnet (siehe Öffnung 195 in Fig. 9), um auf diese Weise den Klemmarm 190 mechanisch mit dem Betätigungselement durch eine entsprechende Anlenkung jedes Hebelabschnittes zu koppeln.
In der dargestellten Anordnung funktioniert das Betätigungselement 170 entlang einer Linie auf den Hebelabschnitten 193 beabstandet zu der Schwenkachse des Klemmarmes 190 in Richtung auf den End-Manipulator 180'. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Schwenkfunktionsverbindung der jeweiligen Hebel entgegengesetzt zur Klemmarm- Schwenkachse in bezug auf die Längsdrehachse des langgestreckten Teiles 150 versetzt. Die auf diese Weise erzeugte Maximierung des Kraftarmes erleichtert die Erzeugung der gewünschten Preß-Klemmkraft gegen den End-Manipulator 180' innerhalb der Begrenzungen eines Instrumentes von relativ kleinem Querschnitt. In den vorliegenden Ausführungsformen können äußere Rohrhülsen 160 mit einem Außendurchmesser kleiner ungefähr 6 mm erreicht werden, wobei der dargestellte Klemm-Mechanismus so ausgeführt ist, daß er eine Klemmkraft in der Größenordnung von 2 Pfund liefert.
Eine alternative Ausführungsform des vorliegenden Klemm-Mechanismus wird in den Fig. 10 und 11 dargestellt. In dieser alternativen Ausführungsform weist der modifizierte Klemmarm 290 einen Klemmbereich 291 auf, auf dem eine Auflage 292 von vorzugsweise geringer Reibung (in Fig. 11 dargestellt) aufgebracht ist. Die integrierten Hebelabschnitte 293 erstrecken sich vom distalen Bereich des Klemmarmes 290, wobei jeder Hebelabschnitt an seinem freien Ende einen im wesentlichen runden Zapfen 293' aufweist.
In dieser alternativen Ausführungsform enthält das hin- und herbewegliche Betätigungselement der Vorrichtung ein modifiziertes Antriebsteil 294, das ein Paar von Öffnungen 295 definiert, von denen jede eine im wesentlichen bogenförmige Fläche aufweist. Die Öffnungen 295 nehmen die entsprechenden Zapfen 293' der Hebelabschnitte 293 auf, um auf diese Weise die gewünschte Schwenkbewegung des Klemmarmes relativ zur äußeren Hülse 160 zu bewirken.
Wie in Fig. 10 dargestellt wird, weist der Klemmarm 290 einen gabelförmigen Abschnitt auf, der an seinem proximalen Teil ein Paar im seitlichen Abstand voneinander angeordnete Schwenklager 297 hat, um den Klemmarm an einem funktionell verbundenen Auflageteil der äußeren Hülse 160 schwenkbar zu lagern. Die Schwenklagerung des Klemmarmes kann dadurch erfolgen, indem man, wie dargestellt, einen separaten Schwenkstift 299 verwendet oder indem man geeignete integrierte Schwenkzapfenelemente entweder an den Schwenklagerungen des Klemmarmes oder an distalen Laschenbereichen der äußeren Hülse 160 vorsieht. Es ist auch möglich, daß der Klemmarm 190 in der vorher beschriebenen Ausführungsform in ähnlicher Weise mit einem Paar Schwenklagern, wie Klemmarm 290, versehen wird oder daß beide Ausführungsformen so ausgebildet sind, daß sie eine alternative Schwenklagerkonstruktion aufweisen, wobei zum Beispiel ein proximaler Bereich so angeordnet ist, daß er schwenkbar mit einem gabelförmigen distalen Teil der äußeren Hülse 160 zusammenwirkt.
Wie in der vorher beschriebenen Ausführungsform ist die Achse der Schwenkverbindung zwischen dem Hebelabschnitt 293 und dem Antriebsbereich 294 (als Achse AC in Fig. 11 dargestellt) versetzt zu der Schwenkachse (als AP dargestellt) des Klemmarmes in Richtung des End-Manipulators 180' angeordnet. Im Unterschied zur vorher beschriebenen Ausführungsform, in der die Schwenkverbindungen der Hebelabschnitte entgegengesetzt zur Klemmarm-Schwenkachse in bezug auf die Längsdrehachse des langgestreckten Teiles 150 versetzt sind, befindet sich die Schwenkverbindung der Hebelabschnitte 293 (entlang der AC) im wesentlichen in Ausrichtung zur Längsachse des langgestreckten Teiles. Während es wünschenswert ist, den in dem Klemmarm des Klemm-Mechanismus erzeugten Kraftarm zu maximieren, können die Schwenkverbindungen der Hebelabschnitte auf der gleichen Seite der Längsdrehachse wie die Schwenkachse des Klemmarmes positioniert sein.
In beiden dargestellten Ausführungsformen des vorliegenden Klemm-Mechanismus ist zu erkennen, daß die Hebelabschnitte des Klemmarmes auf entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des zugehörigen End-Manipulators positioniert sind, wobei die Hebelarme von einander beabstandet und nicht miteinander verbunden sind. Das ermöglicht die Größe des End-Manipulators in wünschenswerter Weise zu maximieren, dabei den Widerstand gegen Verbiegung während des Gewebeklemmens zu erhöhen und in wünschenswerter Weise ein übermäßiges Erhitzen des End-Manipulators, während das gewünschte Schneiden und Koagulieren durchgeführt wird, abzuschwächen. Hinzukommt, da die Hebelabschnitte an der Seite des End-Manipulators gegenüber der Schwenkachse des Klemmarmes unverbunden sind, daß die Öffnungsbewegung des Klemmarmes weg von dem End-Manipulator nicht durch einen Kontakt des Hebelabschnittes mit dem End-Manipulator begrenzt ist.
Es wird jetzt im besonderen auf die Fig. 3, 5 und 6 Bezug genommen. Ein auf dem proximalen Ende des Betätigungselementes 170 zum Ausführen gemeinsamer Drehbewegungen gelagerter Antriebsbund, der generell mit 200 bezeichnet ist, bewirkt die Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes 170. Zu diesem Zwecke enthält der Antriebsbund ein Paar diametral gegenüberliegender und sich axial erstreckender Arme 202, von denen jeder eine Antriebsnase 204 besitzt, wobei die Antriebsnasen durch die Arme 202 so ausgerichtet sind, daß sie in entsprechende Öffnungen 206, die durch das proximale Teil des röhrenförmigen Betätigungselementes 170 bestimmt werden, eingreifen können. Indem man ein Paar von Keilen 208 (vergleiche Fig. 8) vorsieht, die diametral in entsprechende Öffnungen 210 in Eingriff gebracht werden können, wobei diese Öffnungen durch das proximale Ende des Betätigungselementes 170 bestimmt werden, wird weiterhin die gemeinsame Drehbewegung des Antriebsbundes 200 mit dem Betätigungselement 170 bewirkt. Eine auf dem Umfang des Betätigungselementes 170 vorgesehene Ringnut 211 dient zur Aufnahme eines Dichtungsringes 211' (Fig. 4) zur Anlage an der Innenfläche der äußeren Hülse 160.
Ein Verbindungsstift 212 ermöglicht die Drehbewegung des Betätigungselementes 170 gemeinsam mit der röhrenförmigen äußeren Hülse 160 und dem inneren Wellenleiter 180, indem der Verbindungsstift sich durch diese Komponenten der Vorrichtung erstreckt. Wie in Fig. 4 dargestellt wird, definiert das röhrenförmige Betätigungselement 170 einen länglichen Schlitz 214, durch den sich der Verbindungsstift 212 erstreckt, um die Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes relativ zur äußeren röhrenförmigen Hülse und zu dem inneren Wellenleiter zu ermöglichen.
Ein auf der äußeren röhrenförmigen Hülse gelagerter Drehknopf 216 erleichtert die Einstellung der Drehposition des länglichen Teiles 150 in bezug auf das Gehäuse 130 der Klemmkoagulatorvorrichtung. Der Verbindungsstift 212 verbindet vorzugsweise den Knopf 216 mit der Hülse 160, dem Element 170 und dem Wellenleiter 180, so daß diese als eine Einheit relativ zum Gehäuse 130 drehbar sind. In einer jetzigen Ausführungsform dient der Nabenteil 216' des Drehknopfes dazu, die äußere Hülse 160, das Betätigungselement 170 und den Wellenleiter 180 (als Einheit mit dem Drehknopf 216) an dem Gehäuse 130 drehbar zu lagern.
Der Antriebsbund 200 stellt einen Teil des Klemmantriebsmechanismus des Gerätes dar, der die Schwenkbewegung des Klemmarmes 190 durch die Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes 170 bewirkt. Der Klemmantriebsmechanismus umfaßt weiterhin eine Antriebsgabel 220, die mit einem Betätigungshebel 222 des Gerätes funktionell verbunden ist, wodurch der Betätigungshebel auf diese Weise mit dem hin- und herbewegbaren Betätigungselement 170 über die Antriebsgabel 220 und den Antriebsbund 200 verbunden ist. Der Betätigungshebel 222 ist schwenkbar an dem Gehäuse 130 des Gerätes (über eine Drehzapfenlagerung 223) angelenkt und wirkt dabei scherenartig mit einem Griffteil 224 des Gehäuses zusammen. Die Bewegung des Hebels 222 gegen das Griffteil 224 bewegt das Betätigungselement 170 translatorisch proximal und schwenkt auf diese Weise den Klemmarm 190 gegen den End-Manipulator 180'.
Die funktionelle Verbindung zwischen der Antriebsgabel 220 und dem Betätigungshebel 222 wird durch eine Feder 226 hergestellt, die vorzugsweise aus einer Schraubendruckfeder besteht. Die Feder 226 paßt in einen Federschlitz 228, der durch die Antriebsgabel 220 definiert wird, die wiederum zwischen einem Paar von Federrückhalteflanschen 230 des Betätigungshebels 222 positioniert ist. Die Antriebsgabel 220 ist relativ zu den Federflanschen 230 schwenkbar (um ein Schwenklager 223 des Gehäuses 130) gegen die Schraubendruckfeder, die sich gegen die Flächen der durch jede der Federflansche 230 definierten Federschlitze abstützt. Auf diese Weise wird die Kraft, mit der das Betätigungselement 170 beaufschlagt werden kann, durch die Schwenkbewegung des Betätigungshebels 222, der über die Antriebsgabel 220 und den Antriebsbund 200 wirkt, durch die Kraft begrenzt, mit der die Feder 226 sich gegen die Federflansche 230 abstützt. Die Beaufschlagung mit einer übermäßigen Kraft führt zu einer schwenkenden Verschiebung der Antriebsgabel 220 relativ zu den Federflanschen 230 des Betätigungshebels 222 gegen die Feder 226. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist die Feder 226 derart ausgewählt, daß sie die Klemmkraft am Klemmarm 190 auf ungefähr 2 Pfund begrenzt. Anschläge am Gehäuse 130 begrenzen den Arbeitsweg des Betätigungshebels 222, um ein übermäßiges Zusammendrücken der Feder 226 zu verhindern.
In dem Klemmantriebsmechanismus der Vorrichtung ist ein Rastmechanismus enthalten, wodurch eine mit Index versehene Drehpositionierung des länglichen Teiles 150 der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung 120 gegeben ist. Speziell der Antriebsbund 200 umfaßt ein Paar axial voneinander beabstandeter Antriebsflansche 232. Zwischen den Antriebsflanschen 232 ist eine Rastaufnahmefläche vorgesehen, welche eine Vielzahl von auf dem Umfang räumlich beabstandeter Zähne 234 definiert, die wiederum generell auf dem Umfang des Antriebsbundes 200 vorgesehene Vertiefungen zur Aufnahme der Rastzähne festlegen. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform sind zwölf (12) solcher Zähne 234 vorgesehen, so daß auf diese Weise eine indexierte Positionierung des länglichen Teile+s 150 der Vorrichtung in 30º-Intervallen relativ zum Gehäuse 130 der Vorrichtung erfolgt.
Eine indexierte Drehbewegung kann weiterhin durch wenigstens einen Zahn und vorzugsweise durch ein Paar von diametral gegenüberliegenden Rastzähnen 236 erreicht werden, die auf den jeweiligen freitragenden Jocharmen 238 der Antriebsgabel 220 vorgesehen sind. Durch diese Anordnung werden die Jocharme 238 zwischen den Antriebsflanschen 232 so positioniert, daß sie mit diesen ihnen gegenüberliegenden Flächen in Eingriff stehen und die Rastzähne 236 so lenken, daß sie an dem Antriebsbund 200 anliegen. Eine indexierte Relativdrehung wird auf diese Weise realisiert, wobei die Rastzähne 236 der Jocharme mit den Antriebsflanschen 238 zusammenwirken, um eine Hin- und Herbewegung des Betätigungselementes 170 zu bewirken. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebsgabel 220 aus geeigneten polymeren Stoffen gebildet, wobei die durch die Jocharme erzeugte Vorspannungskraft auf deren Rastzähne wirkt, indem sie mit den durch den Antriebsbund festgelegten radialen Vertiefungen zusammenwirkt, um ein relatives Drehmoment von kleiner als ungefähr 5 Zoll-Unzen bis 20 Zoll-Unzen aufzunehmen. Entsprechend wird das langgestreckte Teil 150 der Klemmkoagulatorvorrichtung in jeder gewählten indexierten Drehposition relativ zum Gehäuse 130 gehalten, solange nicht ein Drehmoment anliegt (wie zum Beispiel durch den Drehknopf 216), das diesen vorher festgelegten Drehmomentpegel überschreitet. Auf diese Weise ergibt sich ein ratschender indexierter Vorgang.
Das Drehen des langgestreckten Teiles 150 der vorliegenden Klemmkoagulatorvorrichtung 120 wird vorzugsweise zusammen mit der relativen Drehbewegung der Ultraschallantriebseinheit 50 in bezug auf das Gehäuse 130 der Vorrichtung bewirkt. Um das langgestreckte Teil 150 mit der Ultraschallantriebseinheit 50 so miteinander zu verbinden, daß sie den Ultraschall übertragen, ist der proximale Teil der äußeren röhrenförmigen Hülse 160 vorzugsweise mit einem Paar von Schraubenschlüssel-Abflachungen 240 (siehe Fig. 4) versehen. Durch einen Drehmomentschlüssel oder dergleichen können die Schraubenschlüssel- Abflachungen mit einem Drehmoment beaufschlagt werden, wodurch der Wellenleiter 180 mit der Ultraschallantriebseinheit 50 verbunden werden kann. Sowohl die Ultraschallantriebseinheit als auch das langgestreckte Teil 150 können auf diese Weise als Einheit, durch eine entsprechende Betätigung des Drehknopfes 216 relativ zum Gehäuse 130 der Vorrichtung, gedreht werden. Das Innere des Gehäuses 130 ist so dimensioniert, daß eine solche relative Drehbewegung der Antriebseinheit 50 ermöglicht wird.
Damit ist die vorliegende chirurgische Klemmkoagulatorvorrichtung für eine hocheffiziente und vielseitige Benutzung ausgeführt, wobei die Konstruktion ausreichend unkompliziert und sparsam in der Konfiguration ist, um eine Benutzung an nur einem einzigen Patienten zu ermöglichen. Die Komponenten der Vorrichtung können aus Material gefertigt werden, das für chirurgische Anwendungen geeignet ist. Durch die Rasteinrichtung, die durch das Zusammenwirken des Antriebsbundes 200 und der Antriebsgabel 220 gegeben ist, wird die selektive Winkeleinstellung des langestreckten Teiles 150 der Vorrichtung und der zugehörigen Ultraschallantriebseinheit 50 in bezug auf das Gehäuse 130 der Vorrichtung ohne weiteres bewirkt. Die durch die Schwenkbewegung des Betätigungshebels 222 und des mit diesem zusammenwirkenden Griffteiles 224 erzeugte scherenartige Funktion erleichtert eine praktische und wirksame Handhabung und Positionierung der Vorrichtung und den Betrieb des Klemm-Mechanismus am distalen Teil der Vorrichtung, wodurch das Gewebe wirksam gegen den End-Manipulator 180' gepreßt wird. Die Rasteinrichtung setzt der Drehbewegung der Ultraschallantriebseinheit und der zugehörigen Kabeleinheit in bezug auf das Gehäuse 130 einen Widerstand entgegen, wobei der Widerstand gegen die Drehbewegung durch das Beaufschlagen mit einem ausreichenden Drehmoment über den Drehknopf 216 ohne weiteres und in praktischer Weise überwunden werden kann.
Aus dem Vorgenannten wird ersichtlich, daß zahlreiche Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) umfassend:

ein Gehäuse (130);

eine äußere Rohrhülse (160) mit einem mit dem Gehäuse (130) verbundenen proximalen Ende sowie einem distalen Ende, wobei die Rohrhülse (160) eine Längsachse definiert;

ein inneres Betätigungselement (170), das hin- und herbeweglich in der äußeren Rohrhülse (160) angeordnet ist;

einen in der äußeren Rohrhülse angeordneten Ultraschall-Wellenleiter (180) mit einem End-Manipulator (180'), der sich in distaler Richtung aus dem distalen Ende der äußeren Rohrhülse (160) heraus erstreckt und

einen schwenkbar am distalen Ende der äußeren Rohrhülse (160) angebrachten Klemmarm (190), welcher eine Schwenkbewegung relativ zum End-Manipulator (180') auszuführen vermag, um Gewebe zwischen dem Klemmarm (190) und dem End-Manipulator (180') einklemmen zu können, wobei der Klemmarm (190) um eine Schwenkachse geschwenkt wird, die in bezug zur Längsachse versetzt ist;

wobei der Klemmarm (190) im Abstand von der Schwenkachse eine Verbindungseinrichtung aufweist, um den Klemmarm (190) funktionell mit dem Betätigungselement (170) zu verbinden, so daß der Klemmarm (190) durch die Linearbewegung des Klemmarmes (190) geschwenkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß:

die Verbindungsreinrichtung in einer Richtung zum End-Manipulator hin in einem Abstand von der Schwenkachse angeordnet ist und

daß die Verbindungseinrichtung des Klemmarmes ein Paar Hebelabschnitte (193) aufweist, die sich von der Schwenkachse her zu beiden Seiten der Längsachse erstrecken, wobei das Betätigungselement (170) Elemente aufweist, welche jeden der Hebelabschnitte (193) schwenkbar mit dem Betätigungselement (170) verbinden.

2. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach Anspruch 1, bei welcher die Schwenk-Verbindungseinrichtung ein Paar vom Betätigungselement (170) begrenzte Öffnungen zur Aufnahme der jeweiligen Hebelabschnitte (193) aufweist.

3. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach Anspruch 1, bei welcher die Schwenk-Verbindungseinrichtung in bezug auf die Längsachse entgegengesetzt zur Schwenkachse versetzt ist.

4. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei welcher der Klemmarm (190) einen gabelförmigen Abschnitt aufweist, welcher an seinem proximalen Teil ein Paar im seitlichen Abstand voneinander angeordneter Schwenklager aufweist, um den Klemmarm (190) auf der äußeren Hülse (160) schwenkbar zu lagern.

5. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach einem der bisherigen Ansprüche, bei welcher

die äußere Rohrhülse (160) um die Längsachse drehbar ist;

das innere Betätigungselement (170) rohrförmig ist;

der Ultraschall-Wellenleiter (180) im inneren rohrförmigen Betätigungselement (170) angeordnet ist und

das Paar Hebelabschnitte (193) sich von der Schwenkachse her zu beiden Seiten des End- Manipulators (180') erstreckt, wobei jeder der Hebelabschnitte (193) funktionell mit dem Betätigungselement (170) verbunden ist, so daß durch eine Linearbewegung des Betätigungselementes (170) der Klemmarm 190 geschwenkt wird.

6. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach Anspruch 5, bei welcher der Klemmarm (190) einen Klemmabschnitt (191) aufweist, der sich von der Schwenkachse her in distaler Richtung erstreckt, wobei jeder der Hebelabschnitte (193) ein Versteifungsblech (193') aufweist, um die Verbindung zwischen dem Hebelabschnitt (193) und dem Klemmabschnitt (191) zu verstärken.

7. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach Anspruch 5 oder 6, bei welcher das Betätigungselement (170) einen Antriebsabschnitt (194) aufweist, der ein Paar Öffnungen begrenzt, in welchen jeweils die Hebelabschnitte (193) angeordnet sind, um die Hebelabschnitte (193) funktionell mit dem Betätigungselement (170) zu verbinden.

8. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach Anspruch 7, bei welcher jede der Öffnungen im Betätigungselement (170) allgemein eine Bogenfläche begrenzt und jeder Hebelabschnitt allgemein einen runden Stift aufweist, der jeweils an einer der Bogenflächen anliegt.

9. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach einem der bisherigen Ansprüche, bei welcher die äußere Rohrhülse (160) einen Außendurchmesser von weniger als etwa 6 mm hat.

10. Ultraschall-Klemm-Koagulationsvorrichtung (120) nach einem der bisherigen Ansprüche, bei welcher die Hebelabschnitte (193) des Klemmarmes (190) in bezug auf die Längsachse entgegengesetzt zur Schwenkachse funktionell mit dem Betätigungselement (170) verbunden sind.