DE9312092U1

DE9312092U1 - Medical instrument

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Publication number: DE9312092U1
Application number: DE9312092U
Authority: DE
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 1993-08-13
Filing date: 1993-08-13
Publication date: 1993-10-28
Anticipated expiration: 2003-08-14

Description

HOEGER, STELLRECHT Sc PARTNERHOEGER, STELLRECHT Sc PARTNER

PATENTANWAELTE UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART 1PATENT ATTORNEYS UHLANDSTRASSE 14 c - D 7000 STUTTGART 1

A 51 412 u Anmelderin: Aesculap AGA 51 412 u Applicant: Aesculap AG

u-219 Am Aesculap-Platzu-219 Am Aesculap-Platz

2. August 1993 D-78532 Tuttlingen2 August 1993 D-78532 Tuttlingen

MEDIZINISCHES INSTRUMENTMEDICAL INSTRUMENT

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument mit einem von einer flexiblen Wand umschlossenen Hohlraum, in den eine Flüssigkeit eingefüllt ist.The invention relates to a medical instrument with a cavity enclosed by a flexible wall into which a liquid is filled.

Medizinische Instrumente dieser Art können die verschiedensten Konfigurationen haben, es kann sich beispielsweise 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 werden können. Dadurch können sie sich an die Körperumgebung anpassen, beispielsweise können Katheter der Innenwand eines Gefäßes folgen. Es ist bekannt, durch Erhöhung des Druckes der Flüssigkeit in derartigen Instrumenten die flexible Wand an Körperstrukturen anzulegen und dadurch zu fixieren, dem sind jedoch enge Grenzen gesetzt, da eine Verletzung von Körperstrukturen nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann.Medical instruments of this type can have a wide variety of configurations, for example they can be dilation balloons, catheter-shaped, tube-like instruments or rings that are pushed into different areas of the body and whose external shape can be changed by the flexible wall and by filling it with a liquid. This allows them to adapt to the body's environment, for example catheters can follow the inner wall of a vessel. It is known that by increasing the pressure of the liquid in such instruments the flexible wall can be placed against body structures and thus fixed in place, but there are strict limits to this, as injury to body structures cannot be ruled out with certainty.

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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein medizinisches Instrument der gattungsgemäßen Art so auszubilden, daß einerseits das Instrument in beliebiger Weise an verschiedene Formen angepaßt werden kann, während andererseits ein solches Instrument bei Bedarf auch weniger formanpassungsfähig ausgebildet wird.It is the object of the invention to design a medical instrument of the generic type in such a way that, on the one hand, the instrument can be adapted to different shapes in any way, while, on the other hand, such an instrument can also be designed to be less shape-adaptable if required.

Diese Aufgabe wird bei einem medizinischen Instrument der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Flüssigkeit eine elektrorheologische Flüssigkeit ist und daß an dem Hohlraum mindestens zwei Elektroden anliegen, zwischen denen durch Anlegen einer Spannung ein den Hohlraum durchsetzendes elektrisches Feld erzeugbar ist.This object is achieved according to the invention in a medical instrument of the type described at the outset in that the liquid is an electrorheological liquid and that at least two electrodes are located on the cavity, between which an electric field can be generated that penetrates the cavity by applying a voltage.

Elektrorheologische Flüssigkeiten zeigen einen bemerkenswerten 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 Größenordnungen, so daß die Flüssigkeit ihre Fließeigenschaften vollständig ändert, bei geeigneter Größe des Feldes nimmt die Flüssigkeit Eigenschaften eines Festkörpers an, sie erstarrt also. Dieser Effekt ist reversibel, 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 nichtmetallischen, polarisierbaren hydrophilen Teilen in elektrisch 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 dieElectrorheological fluids exhibit a remarkable effect. In a state free of an electric field, such fluids behave like normal fluids with low viscosity. However, if they are placed in an electric field, their viscosity increases suddenly by several orders of magnitude, so that the fluid completely changes its flow properties. If the field is of a suitable size, the fluid takes on the properties of a solid, i.e. it solidifies. This effect is reversible, so that the low-viscosity flow state can be achieved again by removing the electric field. Fluids that exhibit this effect are called "electrorheological" fluids. These are, for example, suspensions of non-metallic, polarizable hydrophilic parts in electrically non-conductive oils. These fluids are electrically non-conductive overall. When an electric field is applied, the particles contained in the non-conductive oils are polarized, which increases the

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Viskosität der Gesamtflüssigkeit schlagartig. Beispielsweise kann es sich bei derartigen Flüssigkeiten um Mineralöle handeln, in denen Stärke oder Gelatine suspendiert ist.Viscosity of the entire liquid changes suddenly. For example, such liquids can be mineral oils in which starch or gelatine is suspended.

Durch das Anlegen einer Spannung an derartige Flüssigkeiten 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 unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten denkbar, beispielsweise kann die einmal erreichte Position eines in eine Körperöffnung eingeschobenen Instrumentes dadurch festgelegt werden, ohne daß ein erhöhter Druck auf die umgebenden Körperteile ausgeübt wird.By applying a voltage to such liquids, the liquid volume becomes rigid, so to speak, i.e. the shape of the liquid in the enveloping wall, once achieved in the absence of an electric field, remains frozen as long as the field is maintained. This property can be used in many different ways, since in the absence of a field the instrument can change its shape at will, while once an electric field is applied the shape once achieved is retained. Various possible applications are conceivable here, for example the position of an instrument inserted into a body opening can be fixed without exerting increased pressure on the surrounding body parts.

Bei der bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß die Elektroden in die flexible Wand eingebettet sind. Es ist aber auch möglich, daß die Elektroden die den Hohlraum einschließende flexible Wand umgeben.In the preferred embodiment, it can be provided that the electrodes are embedded in the flexible wall. However, it is also possible for the electrodes to surround the flexible wall enclosing the cavity.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die flexible Wand rohr- oder schlauchförmig ausgebildet ist, wenn also das Instrument beispielsweise die Form eines Katheters hat, das man durch ein Blutgefäß oder ein anderes rohrförmiges Gefäß in den Körper vorschieben kann.A particularly advantageous embodiment is obtained if the flexible wall is tubular or hose-shaped, i.e. if the instrument has the shape of a catheter, for example, which can be pushed through a blood vessel or another tubular vessel into the body.

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Bei einer solchen Ausgestaltung können die Elektroden als
parallel zur Längsachse der rohr- oder schlauchförmigen Wand verlaufende und auf diametral gegenüberliegenden Seiten derselben angeordnete Leiter ausgebildet sein.In such a design, the electrodes can be used as
conductors running parallel to the longitudinal axis of the tubular or hose-shaped wall and arranged on diametrically opposite sides thereof.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Elektroden als die rohr- oder schlauchförmige Wand schraubenförmig umgebendes
Leiterbahnpaar ausgebildet.In another embodiment, the electrodes are arranged as a helical material surrounding the tubular or hose-shaped wall.
Conductor track pair formed.

Wesentlich ist bei den zuletzt genannten Ausführungen auch, daß bei einem rohr- oder schlauchförmigen Instrument der von der elektrorheologischen Flüssigkeit ausgefüllte Hohlraum sehr
kleine Durchmesser aufweisen kann, so daß die beiden Elektroden einander sehr naherücken. Dadurch ist es möglich, auch unter Anwendung nicht allzu hoher Spannungen hohe elektrische Felder in dem Hohlraum zu erzeugen, und zwar durch beide vorstehend genannten Anordnungen.It is also important in the last mentioned embodiments that in a tube-shaped or hose-shaped instrument the cavity filled by the electrorheological fluid is very
can have small diameters so that the two electrodes are very close to each other. This makes it possible to generate high electric fields in the cavity even when using voltages that are not too high, and this is true by both of the above-mentioned arrangements.

Bei der Verwendung von schraubenförmig verlaufenden Leitern
kann vorgesehen sein, daß das Leiterbahnpaar in einem gewebten oder gewirkten Mantel eingebettet ist, so kann beispielsweise das Leiterbahnpaar in ein Gewebe eingewebt sein.When using helical conductors
It can be provided that the conductor track pair is embedded in a woven or knitted sheath, for example the conductor track pair can be woven into a fabric.

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 metallische Federn handeln,
besonders vorteilhaft ist auch eine Ausbildung, bei der vor-It is also particularly advantageous if the tubular wall is provided with means for changing the curvature of the tube formed by it. These can be, for example, cables or metal springs,
A training course that includes

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gesehen ist, daß der Schlauch längs seines Umfanges in unterschiedlichem 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 stehendem 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.It is seen that the tube can be stretched longitudinally to varying degrees along its circumference and that the tube has a chamber that can be filled with a fluid medium under pressure and that extends over at least part of its length. Such catheters, which are known per se, enable the tube-shaped wall to be stretched longitudinally by filling the chamber with a fluid medium under pressure, which leads to the tube bending due to the different longitudinal stretchability on opposite sides. The curvature can thus be determined using the fluid medium. When a desired curvature is achieved, it can be fixed by applying a voltage, because this stiffens the electrorheological fluid.

Die unterschiedliche Längendehnbarkeit des Schlauches in unterschiedlichen 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 Doppelfunktion bei dieser speziellen Konstruktion übernehmen.The different length stretchability of the hose in different circumferential areas can, under certain circumstances, also be achieved by the electrodes arranged on the jacket. For example, one of the electrodes could be designed as a conductor that is essentially not stretchable in length, while the opposite electrode is stretchable in length due to a corrugated design. The electrodes could therefore take on a dual function in this special construction.

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 dieIt is particularly advantageous if the electrorheological fluid is used as the flowable medium and if the cavity containing it forms the chamber. In such a design, the electrorheological fluid takes on a dual function, namely the curvature of the hose according to the degree of filling of the cavity containing it and thus the pressure in it, and the

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Fixierung der einmal erreichten Form durch sprunghafte Erhöhung der Viskosität der elektrorheologischen Flüssigkeit beim Anlegen einer elektrischen Spannung.Fixation of the shape once achieved by a sudden increase in the viscosity of the electrorheological fluid when an electrical voltage is applied.

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.In this way, for example, a catheter can be inserted into a vessel, whereby the direction of advance is determined by specifically bending the catheter in the tip area, for example the entry into a certain vessel at a branch. As soon as the catheter-shaped tube has reached the correct position, the catheter-shaped tube can be stiffened by applying a voltage so that it is now secured against displacement in the vessel.

Bei einer anderen Anwendung kann im Spitzenbereich eines derartigen katheterförmigen Schlauches durch Abbiegen des Spitzenbereiches 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.In another application, a hook-shaped projection can be formed in the tip area of such a catheter-shaped tube by bending the tip area, which is stiffened and solidified by applying a voltage after formation, so that this hook can be used as a pulling tool. After the task has been completed, the tip area can also be freely movable again by removing the electrical voltage, so that the catheter-shaped tube can be easily pulled out of the vessel again.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt:The following description of a preferred embodiment of the invention serves to explain it in more detail in conjunction with the drawing. It shows:

Fig. 1 schematisch einen schlauchförmigen BereichFig. 1 schematically shows a tubular area

eines medizinischen Instrumentes mit einer Füllung einer elektrorheologischen Flüssigkeit mit einander diametral gegenüberliegenden Elektroden unda medical instrument filled with an electrorheological fluid with diametrically opposed electrodes and

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Fig. 2 eine Ansicht ähnlich Fig. 1 mit zwei dasFig. 2 a view similar to Fig. 1 with two

Instrument nach Art eines Doppelwendelpaares umgebenden Elektroden.Instrument in the form of a double coil pair of surrounding electrodes.

Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines katheterförmigen, 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.The invention is discussed below using the example of a catheter-shaped, tubular medical instrument, but it goes without saying that the invention can also be applied to medical instruments of other shapes, for example balloon-shaped or ring-shaped instruments.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eines katheterförmigen ärztlichen Instrumentes weist dieses eine rohr- oder schlauchförmige Wand 1 aus einem flexiblen Material auf, beispielsweise aus Silikon. Der Innenraum 2 ist mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit 3 gefüllt, beispielsweise mit einem Mineralöl, in dem Stärketeilchen suspendiert sind.In the illustrated embodiment of a catheter-shaped medical instrument, this has a tube- or hose-shaped wall 1 made of a flexible material, for example silicone. The interior 2 is filled with an electrorheological fluid 3, for example with a mineral oil in which starch particles are suspended.

Auf diametral gegenüberliegenden Seiten der rohrförmigen Wand 1 sind an der Außenseite in Längsrichtung verlaufende Leiterbahnen 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.On diametrically opposite sides of the tubular wall 1, conductor tracks 4 and 5 are arranged on the outside, running in the longitudinal direction, which in the simplest case are formed by wires embedded in the wall. These wires could also be wavy, so that longitudinal expansion of the wall remains possible when using an expandable wall material.

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 denEach of these conductor tracks 4 and 5 is connected via a line 6 or 7 to a voltage source 8, through which a voltage can be applied between the two conductor tracks 4 and 5. This creates a voltage in the interior 2 in the space between the

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Leiterbahnen 4 und 5 ein elektrisches Feld. Die Größe der Spannung kann so gewählt werden, daß hier beispielsweise Feldstärken in der Größenordnung von einigen KV/cm entstehen. Die angelegte Spannung ist eine Gleichspannung, so daß das elektrische Feld zeitlich unverändert aufrechterhalten wird, solange von der Spannungsquelle 8 eine Spannung an die Leiterbahnen 4 und 5 angelegt wird.Conductor tracks 4 and 5 have an electric field. The magnitude of the voltage can be selected so that, for example, field strengths in the order of several kV/cm are created. The applied voltage is a direct voltage, so that the electric field is maintained unchanged over time as long as a voltage is applied to conductor tracks 4 and 5 by voltage source 8.

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.Without voltage applied, the liquid 3 in the interior 2 behaves like a normal low-viscosity liquid, i.e. the instrument can be shaped into any desired form thanks to the flexibility of the wall 1, for example it can be ovally shaped or bent. This makes it possible to push this instrument through narrow body openings to a desired location.

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.When a voltage is applied to the conductor tracks 4 and 5, the viscosity of the liquid 3 increases suddenly, the entire tube formed by the wall 1 is stiffened and becomes more or less rigid. This effect lasts as long as the voltage is applied to the conductor tracks 4 and 5, when the voltage is removed, the liquid 3 immediately reversibly returns to the low-viscosity state.

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 Instrument oder nur Bereiche desselben durch Anlegung der Spannung versteift und reversibel wieder gelöst werden können.A catheter-shaped instrument can be designed over its entire length in the manner shown in Fig. 1 or only in certain areas, so that either the entire instrument or only areas of it can be stiffened and reversibly released again by applying tension, as desired.

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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 gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung des Instrumentes angeordnet, sondern nach Art einer Doppelhelix als Wendel um die schlauchförmige 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.In the embodiment shown in Fig. 2, in which the same parts are provided with the same reference numerals, the conductor tracks 4 and 5 are not arranged on the diametrically opposite sides in the longitudinal direction of the instrument, but are laid as a spiral around the tubular wall 1 in the manner of a double helix. In this case too, it is possible to build up an electric field in the interior 2 if a voltage is applied to the conductor tracks 4 and 5. The mode of operation then corresponds completely to that of the instrument shown in Fig. 1.

Claims

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SCHUTZANSPRÜCHEPROTECTION CLAIMS

1. Medical instrument with a cavity enclosed by a flexible wall into which a liquid is filled,

characterized in that the liquid (3) is an electrorheological liquid and that at least two electrodes (4, 5) are present on the cavity (2), between which an electric field penetrating the cavity (2) can be generated by applying a voltage.

2, Medical instrument according to claim 1, characterized in that the electrodes (4, 5) are embedded in the flexible wall (1).

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3. Medical instrument according to claim 1, characterized in that the electrodes (4, 5) surround the flexible wall (1) enclosing the cavity (2).

4. Medical instrument according to one of the preceding claims,

characterized in that the flexible wall (1) is tubular or hose-shaped.

5. Medical instrument according to claim 4, characterized in that the electrodes (4, 5) are designed as conductors running parallel to the longitudinal axis of the tubular or hose-shaped wall (1) and arranged on diametrically opposite sides thereof.

6. Medical instrument according to claim 4, characterized in that the electrodes (4, 5) are designed as a pair of conductor tracks that helically surround the tubular or hose-shaped wall (1).

7. Medical instrument according to claim 6, characterized in that the conductor track pair is embedded in a woven or knitted sheath.

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8- Medical instrument according to one of claims 4 to 7, characterized in that the tubular wall (1) is associated with means for changing the curvature of the tube formed by it.

9. Medical instrument according to claim 8, characterized in that the tube is longitudinally expandable to varying degrees along its circumference and that the tube has a chamber that can be filled with a flowable medium under pressure and that extends over at least a portion of its length.

10. Medical instrument according to claim 9, characterized in that the electrorheological fluid (3) is used as the flowable medium and that the cavity (2) receiving it forms the chamber.