EP2254455A1 - Instrument zum einführen in unzugängliche räume und verfahren zur herstellung eines endabschnitts eines solchen instruments - Google Patents

Instrument zum einführen in unzugängliche räume und verfahren zur herstellung eines endabschnitts eines solchen instruments

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Publication number
EP2254455A1
EP2254455A1 EP09710111A EP09710111A EP2254455A1 EP 2254455 A1 EP2254455 A1 EP 2254455A1 EP 09710111 A EP09710111 A EP 09710111A EP 09710111 A EP09710111 A EP 09710111A EP 2254455 A1 EP2254455 A1 EP 2254455A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
end portion
inner tube
pressure
chambers
insertion section
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09710111A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Oberschmidt
Volker Grosser
Eckart Uhlamann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2254455A1 publication Critical patent/EP2254455A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A61M25/0136—Handles therefor

Definitions

  • the invention relates to an instrument for insertion into inaccessible from the outside spaces according to the preamble of the main claim.
  • Such instruments are known in medical technology, for example, as invasive instruments and are part of the standard equipment of hospitals and clinics. It uses rigid and flexible instruments and devices. Depending on the application, there are different requirements with regard to geometry and functionality.
  • a flexible endoscope is used for arthroscopy, which consists of an optical system and a light source, but also has a possibility for suction and irrigation of the surgical site.
  • a rigid endoscope with a diameter of 9 mm up to 12 mm is used in gastroscopy and has only one withdrawal channel. Trocars are used as operative access routes.
  • WO 99/09879 (DE 698 27 276 T2) a controllable in various directions surgical positioning device is known, which has a tube part, in whose tube wall at least one fluid channel is arranged, which is connectable to a pressurized fluid.
  • the direction of the instrument tip is changed by pressurizing the at least one fluid channel. Two positions are possible, which result from the states filled and unfilled.
  • the bending section has an elastic body of an elastomeric material, and is formed as an elongated cylindrical shaped part. At the center, a passageway for introducing an optical fiber bundle is provided.
  • the elastic body contains three longitudinal pressure chambers, which are distributed radially and which are open to the side of the insertion tube. For example, air is supplied via fluid feed tubes directed through the introduction tube.
  • the elastic body is surrounded by a coil spring for limiting the deformation of the elastic body in a radial direction. By introducing different pressure air into the pressure chambers, they expand and contract, creating a bending the elastic body to be realized. However, it has been shown that despite the coil spring uncontrolled deformation of the elastic body occurs because the pressure spreads evenly.
  • the invention has for its object to provide an instrument for insertion into inaccessible spaces, which can be used in a variety of applications, cost and geometrically small form, with good controllability of locomotion and the change in direction of the movable end portion is possible.
  • the deformation or bending of the end portion is ensured by the existing geometry of the end portion which provides sufficient material for the deformation.
  • the deformation is not given by an elasticity of the material but, as stated, by the material provided by the geometry.
  • the design of the instrument is simple and allows easy movement of the instrument.
  • Coaxially to the outer shell with bellows structure of the flexible end section there is arranged an inner panel which is connected to the outer shell via longitudinal webs, wherein the chambers for pressurizing are formed between inner tube, outer shell and webs. This arrangement provides a simple structure, it can be provided a plurality of pressure chambers according to the desired application areas, whereby the controlled movement of the flexible end portion is achieved.
  • the longitudinal webs of the end portion which consists of plastic, starting from a smooth inner tube to the outer shell with bellows bellows structure are also provided with a Faltenbalg- structure.
  • the longitudinal webs of the end portion in particular directed towards the outer shell, sufficient material for the deformation and bending of the end portion is present, wherein the inner tube, which is smooth over its length and has a constant cross section, elastic to the movements of the bellows can pursue.
  • the end portion is preferably made of metal and both outer shell and inner tube and long webs are provided with a bellows structure.
  • the insertion has a rigid compared to the flexible end portion outer tube for realizing the guiding function of the insertion and a inner tube of the end portion extending inner tube, which is connected to the outer tube via longitudinal webs, wherein between the inner tube, outer tube and webs chambers are formed for the passage of pressurized fluid, which are connected to the pressure chambers of the end portion.
  • a plastic material such as HPFE, silicone, polyurethane and the like, wherein the material for the different sections may be graded differently, ie, for example, may have different mixing ratios or additives.
  • the chambers of the introduction section and thus the chambers of the end section can be selectively connected by a control and regulating device to a source of pressurized fluid, whereby a targeted deformation in the desired direction can be achieved.
  • the system can use either a gaseous or a liquid pressure medium, so that it is possible to adapt the instrument to the respective intended use and to select the optimum fluid for the particular application.
  • Carbon dioxide is advantageously provided as a gas in medical use, as a liquid medium in medical use, a sodium chloride solution can be used.
  • a pressure sensor for detecting the ambient pressure is arranged on the insertion section or the end section and that in each of the individual chambers of the end section or the introduction section a pressure sensor for detecting the chamber internal pressure is arranged.
  • the control and regulating device can adjust the necessary internal pressure of the chambers to the ambient pressure of the instrument, for example to the pressure of a bloodstream, and by receiving the internal chamber pressure precise control of the same for targeted deformation of the end portion of the instrument is possible.
  • the insertion section of the instrument is advantageously connected to a handling part for manual control of the movement of the insertion section.
  • a handling part for manual control of the movement of the insertion section.
  • operating elements for controlling the movement or the deformation of the end section are provided, which are connected to the control and regulating device.
  • the control and regulating device Via the controls, the movement commands of the end section are available to the control device, which converts these into corresponding pressure information for the chambers.
  • a position sensor for example a sensor with a seismic mass is provided in the region of the free end of the end portion, which provides information to the control and regulating device, which calculates the reference to the coordinate system of the controls. Due to this position, it is possible to two-dimensionally monitor the movement of the flexible end section by X-ray machines, which allows the movement of the end section to be always adapted to the displayed two-dimensional image.
  • the control of the instrument is, as stated, realized by the controls, wherein the control unit converts the instructions entered by the operator into movements of the end portion of the instrument.
  • the insertion section is provided with a connection for the passage of substances, such as contrast agents or medicaments through the inner tube.
  • substances such as contrast agents or medicaments
  • the channel predetermined by the inner tube can also be used to carry out imaging devices, grippers or other components. This enables diagnosis, inspection or actions through the instrument.
  • an elongate blank provided with a bellows structure on all sides is metallized, thereby providing an end portion segment.
  • Several such segments are assembled in a form-fitting manner and the outer surfaces are coated metallically, so that the segments are held together in a force-locking manner.
  • the blanks are dissolved, whereby they can be removed each time after their coating individually or after the outer coating of the composite Seg- tnente with blanks.
  • the inventive method allows the production of end portions, in which both the outer shell and the inner tube and the longitudinal webs are provided with Faltenbalg- or accordion structure and have the small dimensions, for example, the order of minimum diameter of the end portion of an order of 2 to 1 mm.
  • Fig. 3 is a sectional view corresponding to
  • FIG. 4 is a detailed view B of FIG. 3,
  • Fig. 6 is a section along the section line I-I in Fig. 5 and
  • Fig. 7 is a cross section through another
  • Embodiment of the end portion used in the instrument according to the invention Embodiment of the end portion used in the instrument according to the invention.
  • the tubular part 1 is constructed so that adjoining a relatively rigid insertion section 3, a highly flexible end portion 4, which can be selectively moved.
  • Relatively rigid means that the insertion section 3 is able to withstand environmental conditions, such as intracorporeal conditions (eg in bloodstreams) without being impaired by the function of the flexible end section 4.
  • the internal structure of the end section 4 located at the end of the tubular part 1 (as will be explained in more detail below) has an arrangement of several, for example two, three or four individually controllable pressure chambers 5.
  • the rigid insertion section 3 serves in addition to reaching the application zone of the passage of the pressure or the pressure fluid in the end portion 4 and at the same time has a guiding function, for example in the sense of a guide wire.
  • the tubular part 1 is connected to a schematically indicated handling part, which allows the operator to control the feed or the change of the penetration depth by pushing or pulling.
  • controls 7 are provided which may be arranged on the handling part 6, but may also be provided separately from this.
  • An embodiment of the operating elements 7 is, for example, a joy stick.
  • the controls 7 are connected via an electrical line to a control and regulating device 8, which takes over the overall control and regulation of the function of the instrument.
  • a pressure fluid source 9 is connected via schematically indicated with 10 valves with the tubular part or the flexible end portion, wherein the control device 8 controls the supply of the pressurized fluid from the source via the valves 10 to the individual pressure chambers 5 or controls.
  • a pressure sensor 11 for Provision of the ambient pressure provided and within the pressure chambers 5 and the feeds to the pressure chambers via the insertion section 3 pressure sensors 12 for detecting the respective internal pressure are arranged for each pressure chamber (shown here only schematically by a pressure sensor).
  • a position sensor 13 is integrated into the flexible end section 4, preferably at its end. The sensors deliver their signals via the schematically indicated line 14 to the control and regulating device 8.
  • a supply port 15 for contrast media or medicaments or the like from the supply in a longitudinal channel in the tubular part (as later described).
  • the flexible end portion 4 is shown in more detail.
  • the end section 4 has a bellows structure, which makes it possible that sufficient material for the deformation is available, so that no elastic deformation of the material of the end portion 4 occurs in the sense of the aforementioned prior art.
  • three pressure chambers 5 are provided, which are at the free
  • the relatively rigid insertion section 3 has a corresponding structure, ie it comprises a smooth outer tube 19, an inner tube 17 of the end section 4 corresponding inner tube and longitudinal webs, each extending into the outer shell 16, the inner tube 17 and the webs 18 of the end portion 4 extend.
  • the entire tubular part 1 can be produced in one piece in a single molding or blowing process or be composed.
  • the insertion section 3 may also be constructed differently, for example, pressure lines may be led to the pressure chambers 5, it is essential that the pressure chambers 5 are then sealed to the pressure lines.
  • the longitudinal webs 18 follow the bellows structure of the outer shell 16 in that the Webs 18 just attach to the inner tube 17 and the outer shell 16 extend triangular in section, so that the webs have a certain Faltenbalgstruk- tur.
  • the inner webs 17 can follow the movement of the bellows of the outer shell 16 and the inner tube 17 elastically follows the movements of the bellows.
  • end portion 4 which is shown in cross section in Fig. 7, outer shell 16, inner tube 17 and longitudinal webs 18 are formed with corresponding Faltenbalg Modellen.
  • the tubular part 1 When using the instrument, for example as a catheter, the tubular part 1 is inserted by the operator via the handling part 6 into the bloodstream and it is detected via the pressure sensor 11 of the ambient pressure.
  • Bungstik be the pressure values of the positive or negative pressure of the pressure medium, which is a gas as carbon dioxide or as a liquid medium is a sodium chloride solution, determined for the desired deformations of the flexible end portion.
  • the instrument is two-dimensionally monitored by X-ray machines and, depending on the operator's desired direction of the flexible end portion, actuates the controls 7.
  • the control means controls the pressures in the chambers 5 correspondingly to control the controlled movement of the flexible end portion 4 to reach.
  • the position sensor 13 detects the position of the flexible end portion 4 and the control device establishes the correlation between the position information and the coordinate system of the operating elements, whereby the movement commands of the operating elements 7 are converted into movements of the instrument end.
  • the control device thus always makes it possible to adapt the movement of the flexible end section 14 to the displayed two-dimensional image of the inserted tubular part 1.
  • the instrument makes sense to produce the end section 4 made of metal.
  • the end section 4 made of metal.
  • a plurality of bellows segments 20 produced, as indicated in section in FIG. 7, are joined in a non-positive and positive fit to form an integral end section.
  • the production process is carried out as follows. There is made a cross-sectionally circular elongated blank, preferably of aluminum, of the pressure chamber 5 corresponding to the cavity, taking into account the bellows shape, i. the outer surfaces of the blank follow a bellows structure with radial protrusions and depressions.
  • This blank is then coated, i. For example, one or more metals are or are electrodeposited on the surface of the blank. As metals serve as e.g. Nickel, copper or gold. Subsequently, the blank is removed, for example by dissolving bzv /. Etching away the aluminum.
  • the resulting segments are assembled in a form-fitting manner in the region of the inner webs, and the outer surface of the resulting bellows-type tubular body is likewise coated metallically, for example gold is electrodeposited. This metal or gold layer holds the segments together non-positively.
  • the inner surface of the inner tube 17 formed can also be galvanically coated, with it also being possible here to choose nickel or copper instead of the gold.
  • the blank or the blanks are or will be resolved at a different time than the one mentioned above.
  • the step of removing the blanks after assembling the individual segments with blank and after the outer coating are performed.
  • the central inner tube may be omitted as long as appropriate pressure chambers are provided, additional tubes may be added, for example, to guide viewers and actuators simultaneously, and the like.

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Abstract

Es wird ein Instrument (1) zum Einführen in von außen unzugängliche Räume mit einem Einführabschnitt (3) und einem mit diesem verbundenen flexiblen Endabschnitt (4), der mit Druckkammern (5) versehen ist, vorgeschlagen, wobei über eine Druckbeaufschlagung der Kammern eine Biegung des flexiblen Endabschnitts hervorgerufen wird, bei der der flexible Endabschnitt eine in Form eines Faltenbalgs ausgebildete Außenhülle aufweist, die über Längsstege mit einem Innenrohr verbunden sind. Dabei können Längsstege und Innenrohr ganz oder teilweise gleichfalls eine Faltenbalgstruktur aufweisen.

Description

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT...e.V. 087PCT 2112
Instrument zum Einführen in unzugängliche Räume und Verfahren zur Herstellung eines Endabschnitts eines solchen Instruments
Die Erfindung betrifft ein Instrument zum Einführen in von außen unzugängliche Räume nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs .
Derartige Instrumente sind in der Medizintechnik bei- spielsweise als invasive Instrumente bekannt und sind Bestandteile der Standardausrüstung von Krankenhäusern und Kliniken. Zum Einsatz kommen dabei starre und flexible Instrumente und Geräte. Abhängig vom Einsatzgebiet bestehen unterschiedliche Anforderun- gen hinsichtlich Geometrie und Funktionalität. So wird für die Arthroskopie ein flexibles Endoskop eingesetzt, das aus einem optischen System und einer Lichtquelle besteht, aber auch eine Möglichkeit zur Absaugung und Spülung der Operationsstelle besitzt. Ein starres Endoskop mit einem Durchmesser von 9 mm bis 12 mm wird in der Gastroskopie eingesetzt und besitzt nur einen Entnahmekanal. Als operative Zugangswege werden Trokare eingesetzt.
Besonders wichtig für den Einsatz von invasiven Instrumenten ist deren Steuerbarkeit im Körper. Das bedeutet, dass Instrumente mit einer beweglichen und sogar von außen steuerbaren Instrumentenspitze besondere medizinische Vorteile besitzen.
Aus der WO 99/09879 (DE 698 27 276 T2) ist eine in verschiedene Richtungen steuerbare chirurgische Positioniervorrichtung bekannt, die ein Rohrteil aufweist, in dessen Rohrwandung mindestens ein Fluidka- nal angeordnet ist, der mit einem Druckfluid verbindbar ist. Die Richtung der Instrumentenspitze wird durch Druckbeaufschlagung des mindestens einen Fluid- kanals geändert. Dabei sind zwei Positionen möglich, die aus den Zuständen gefüllt und ungefüllt ergeben.
Die DE 44 35 644 Al beschreibt ein Endoskop mit einem flexiblen Einführtubus und einem daran angesetzten Biegeabschnitt. Der Biegeabschnitt weist einen Elastikkörper aus einem Elastomermaterial auf, und ist als längliches zylindrisches Formteil ausgebildet. Mittig ist ein Durchgangskanal zum Einführen eines optischen Faserbündels vorgesehen. Der Elastikkörper enthält drei längsgerichtete Druckkammern, die radial verteilt sind und die zur Seite des Einführtubus of- fen sind. Über durch den Einführtubus gerichtete FIu- idzuführrohre wird beispielsweise Luft zugeführt. Der Elastikkörper ist von einer Wickelfeder zur Begrenzung der Deformation des Elastikkörpers in einer Radialrichtung umgeben. Durch Zuführung von Luft unter- schiedlichen Drucks in die Druckkammern dehnen sich diese aus und ziehen sich zusammen, wodurch ein Ver- biegen des Elastikkörpers realisiert werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, dass trotz der Wickelfeder eine unkontrollierte Verformung des Elastikkörpers auftritt, da der Druck sich gleichmäßig ausbreitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Instrument zum Einführen in unzugängliche Räume zu schaffen, das in vielfältigen Einsatzbereichen verwendbar ist, kostengünstig und geometrisch klein auszubilden ist, wobei eine gute Steuerbarkeit der Fortbewegung sowie der Richtungsänderung des beweglichen Endabschnitts möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn- zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Dadurch, dass der flexible Endabschnitt eine als Faltenbalg ausgebildete Außenhülle aufweist, wird die Verformung bzw. Biegung des Endabschnitts durch die vorhandene Geometrie des Endabschnitts, die genügend Material für die Verformung zur Verfügung stellt, gewährleistet. Die Verformung wird nicht durch eine E- lastizität des Materials gegeben, sondern, wie ausge- führt, aufgrund des durch die Geometrie zur Verfügung gestellten Materials. Der Aufbau des Instruments ist einfach und gestattet eine leichte Bewegung des Instruments. Koaxial zur Außenhülle mit Faltenbalg- struktur des flexiblen Endabschnitts ist ein Innen- rchr angeordnet, das mit der Außenhülle über Längs- stege verbunden ist, wobei zwischen Innenrohr, Außenhülle und Stegen die Kammern zur Druckbeaufschlagung ausgebildet sind. Diese Anordnung ergibt einen einfachen Aufbau, es kann eine Mehrzahl von Druckkammern entsprechend den gewünschten Anwendungsgebieten vorgesehen werden, wodurch die kontrollierte Bewegung des flexiblen Endabschnitts erreicht wird.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Längsstege des Endabschnitts, der aus Kunststoff besteht, ausgehend von einem glatten Innenrohr zur Außenhülle mit FaI- tenbalgstruktur gleichfalls mit einer Faltenbalg- struktur versehen. Auf diese Weise ist auch bei den Längsstegen des Endabschnitts, insbesondere zur Außenhülle hin gerichtet, genügend Material für die Verformung und Biegung des Endabschnitts vorhanden, wobei das innere Rohr, das über seine Länge glatt ist und einen konstanten Querschnitt aufweist, elastisch den Bewegungen des Faltenbalgs nachgehen kann.
In einem anderen Ausführungsbeispiel, das insbesondere für kleine Abmessungen geeignet ist, ist der End- abschnitt vorzugsweise aus Metall und sowohl Außenhülle als auch Innenrohr und Langstege sind mit einer Faltenbalgstruktur versehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Einführabschnitt ein im Vergleich zum flexiblen Endabschnitt starres Außenrohr zur Realisierung der Führungsfunktion des Einführabschnitts und ein das In- nenrohr des Endabschnitts verlängerndes Innenrohr auf, das mit dem Außenrohr über Längsstege verbunden ist, wobei zwischen Innenrohr, Außenrohr und Stegen Kammern zur Durchleitung von Druckfluid gebildet sind, die mit den Druckkammern des Endabschnitts ver- bunden sind. Durch diese Ausbildung setzt sich der einfache Aufbau auch für den Einführabschnitt des Instruments fort und es ist möglich, den Endabschnitt und den Einführabschnitt einstückig zu formen, vorteilhafterweise aus einem Kunststoff-Material, wie HPFE, Silikon, Polyurethan und dergleichen, wobei das Material für die verschiedenen Abschnitte unter- schiedlich gradiert sein kann, d.h. z.B. unterschiedliche Mischungsverhältnisse oder Zusätze haben kann.
In vorteilhafter Weise sind die Kammern des Einführ- abschnitts und damit die Kammern des Endabschnitts durch eine Steuer- und Regeleinrichtung selektiv mit einer Druckfluidquelle verbindbar, wodurch eine gezielte Verformung in die gewünschte Richtung erreichbar ist. Dabei kann das System entweder ein gasförmi- ges oder ein flüssiges Druckmedium verwenden, so dass es möglich ist, das Instrument an den jeweiligen Einsatzzweck anzupassen und für den jeweiligen Einsatz das optimale Fluid auszuwählen. Weiterhin ist es möglich, das Instrument für verschiedene Größenver- hältnisse anzupassen. Als Gas im medizinischen Einsatz ist vorteilhafterweise Kohlendioxid vorgesehen, als flüssiges Medium im medizinischen Einsatz kann eine Natriumchlorid-Lösung verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist, dass an dem Einführabschnitt oder dem Endabschnitt ein Drucksensor zur Erfassung des Umgebungsdrucks angeordnet ist und dass in den einzelnen Kammern des Endabschnitts oder des Einführabschnitts jeweils ein Drucksensor zur Erfas- sung des Kammerinnendrucks angeordnet ist. Durch Erfassung des Umgebungsdrucks kann die Steuer- und Regeleinrichtung den notwendigen Innendruck der Kammern an den Umgebungsdruck des Instruments, beispielsweise an den Druck einer Blutbahn, anpassen und durch die Aufnahme des Kammerinnendrucks ist eine präzise Regelung desselben zur gezielten Verformung des Endabschnitts des Instruments möglich.
Der Einführabschnitt des Instruments ist vorteilhaft- erweise mit einem Handhabungsteil für eine manuelle Steuerung der Bewegung des Einführabschnitts verbun- den, wobei zusätzlich an dem Handhabungsteil oder einem getrennten Bedienteil Bedienelemente zur Steuerung der Bewegung bzw. der Verformung des Endabschnitts vorgesehen sind, die mit der Steuer- und Re- geleinrichtung verbunden sind. Über die Bedienelemente sind die Bewegungsbefehle des Endabschnitts an die Steuereinrichtung lieferbar, die diese in entsprechende Druckinformationen für die Kammern umsetzt.
Besonders vorteilhaft ist, dass im Bereich des freien Endes des Endabschnitts ein Lagesensor, beispielsweise ein Sensor mit einer seismischen Masse vorgesehen ist, der Informationen an die Steuer- und Regeleinrichtung liefert, die den Bezug auf das Koordinaten- System der Bedienelemente berechnet. Durch diese Lage.Information ist es möglich, die Bewegung des flexiblen Endabschnitts zweidimensional durch Röntgengeräte zu überwachen, was gestattet, die Bewegung des Endabschnitts stets an das angezeigte zweidimensiona- Ie Bild anzupassen. Die Steuerung des Instruments ist, wie ausgeführt, durch die Bedienelemente realisierbar, wobei die Steuer- und Regeleinrichtung die von der Bedienperson eingegebenen Befehle in Bewegungen des Endabschnitts des Instruments umsetzt .
In einem Ausführungsbeispiel ist der Einführabschnitt mit einem Anschluss zur Durchleitung von Stoffen, wie Kontrastmittel oder Medikamente durch das Innenrohr versehen. Neben der Durchleitung von solchen Stoffen kann der durch das Innenrohr vorgegebene Kanal auch zur Durchführung von bildgebenden Vorrichtungen, Greifern oder anderen Komponenten verwendbar sein. Damit sind Diagnose, Inspektion oder Aktionen durch das Instrument hindurch möglich.
Selbstverständlich können zusätzliche Kanäle oder Röhren für die gleichzeitige Durchführung von Sichtgeräten und Aktoren eingesetzt werden.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Instrumentes zur Verfügung gestellt, bei dem ein allseitig mit Faltenbalgstruktur versehener lang gestreckter Rohling metallisch beschichtet wird, wodurch ein Endabschnittsegment vorgesehen wird. Mehrere solcher Segmente werden formschlüssig zusammenge- setzt und die Außenflächen metallisch beschichtet, so dass die Segmente kraftschlüssig zusammengehalten werden. Die Rohlinge werden aufgelöst, wobei sie jeweils gleich nach ihrer Beschichtung einzeln oder nach der Außenbeschichtung der zusammengesetzten Seg- tnente mit Rohlingen entfernt werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von Endabschnitten, bei denen sowohl die Außenhülle als auch das Innenrohr und die Längsstege mit Faltenbalg- oder Ziehharmonikastruktur versehen sind und die kleine Abmessungen haben, beispielsweise wird als minimaler Durchmesser des Endabschnittes eine Größenordnung zwischen 2 und 1 mm angestrebt.
Unterschiedliche Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Instruments sind denkbar. Vorrangig ist die Verwendung in der Medizintechnik für die Diagnose und Behandlung sowohl in Gas gefüllten (z.B. Lunge und Bauchraum) als auch in flüssigkeitsgefüllten Räumen des Körpers (wie Gelenke oder Blutbahnen) möglich. Weiterhin können Instrumente dieser Art in allen Anwendungen eingesetzt werden, in denen schwer oder nicht zugängliche Räume inspiziert werden oder Aktionen ausgeführt werden sollen. Ein Beispiel ist die Inspektion von Turbinenschaufel-Hohlräumen bzw. die Entfernung von Graten von Bohrungen in Turbinenschaufel-Hohlräumen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Instruments,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des flexib- len Endabschnitts des erfindungsgemäßen
Instruments,
Fig. 3 eine Schnittansicht entsprechend den
Schnittlinien A-A in Fig. 2,
Fig. 4 eine Detailansicht B aus Fig. 3,
Fig. 5 eine Aufsicht auf den Endabschnitt,
Fig. 6 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie I-I in Fig. 5 und
Fig. 7 einen Querschnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel des beim erfindungs- gemäßen Instrument verwendeten Endabschnitts .
Das in Fig. 1 schematisch dargestellte erfindungsgemäße Instrument, das beispielsweise als Endoskop aus- gebildet ist, weist ein schlauch bzw. rohrförmiges
Teil 1 und eine Ansteuereinheit 2 auf. Der schlauchförmige Teil 1 ist so aufgebaut, dass sich an einen relativ starren Einführabschnitt 3 ein hochflexibler Endabschnitt 4 anschließt, der gezielt bewegt werden kann. Relativ starr bedeutet, dass der Einführabschnitt 3 in der Lage ist, sich Umgebungsbedingungen, wie z.B. intrakorporalen Gegebenheiten (z.B. in Blut- bahnen) anzupassen, ohne durch die Funktion des flexiblen Endabschnitts 4 beeinträchtigt zu werden. Der innere Aufbau des am Ende des schlauchförmigen Teils 1 befindlichen Endabschnitts 4 (wie später genauer erläutert wird) weist eine Anordnung aus mehreren, beispielsweise zwei, drei oder vier einzeln ansteuerbaren Druckkammern 5 auf. Der starre Einführabschnitt 3 dient neben dem Erreichen der Einsatzzone der Durchleitung des Drucks bzw. des Druckfluids in den Endabschnitt 4 und hat gleichzeitig eine Führungsfunktion, beispielsweise im Sinne eines Führungsdrahtes. Durch gezielte Beaufschlagung der Kammern 5 mit Über- oder Unterdruck wird der flexible Endabschnitt 4 in eine beliebige Richtung bewegt.
Der schlauchförmige Teil 1 ist mit einem schematisch angedeuteten Handhabungsteil verbunden, das der Bedienperson ermöglicht, den Vorschub bzw. die Änderung der Eindringtiefe durch Schieben bzw. Ziehen zu steuern. Weiterhin sind Bedienelemente 7 vorgesehen, die an dem Handhabungsteil 6 angeordnet sein können, jedoch auch getrennt von diesem vorgesehen sein können. Eine Ausbildung der Bedienelemente 7 ist beispiels- weise ein Joy-Stick. Die Bedienelemente 7 sind über eine elektrische Leitung mit einer Steuer- und Regeleinrichtung 8 verbunden, die insgesamt die Steuerung und Regelung der Funktion des Instruments übernimmt. Weiterhin ist eine Druckfluidquelle 9 über schematisch mit 10 angedeutete Ventile mit dem schlauchförmigen Teil bzw. dem flexiblen Endabschnitt verbunden, wobei die Steuereinrichtung 8 die Zufuhr des Druckfluids aus der Quelle über die Ventile 10 zu den einzelnen Druckkammern 5 steuert bzw. regelt.
An dem Einführabschnitt 3 ist ein Drucksensor 11 zur Erfassung des Umgebungsdrucks vorgesehen und innerhalb der Druckkammern 5 bzw. der Zuführungen zu den Druckkammern über den Einführabschnitt 3 sind für jede Druckkammer Drucksensoren 12 zur Erfassung des je- weiligen Innendrucks angeordnet (hier nur schematisch durch einen Drucksensor dargestellt) . Schließlich ist ein Lagesensor 13 in den flexiblen Endabschnitt 4, vorzugsweise an seinem Ende integriert. Die Sensoren liefern ihre Signale über die schematisch angedeutete Leitung 14 an die Steuer- und Regeleinrichtung 8. Schließlich ist an dem Einführabschnitt 3 noch ein Zufuhranschluss 15 für Kontrastmittel oder Medikamente oder dergleichen, die von der Zuführung in einen Längskanal in dem schlauchförmigen Teil (wie später beschrieben) geleitet werden.
In den Fign. 2 bis 6 ist der flexible Endabschnitt 4 genauer dargestellt. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, hat der Endabschnitt 4 eine Faltenbalgstruktur, die es ermöglicht, dass ausreichend Material für die Verformung zur Verfügung steht, so dass im Sinne des vorgenannten Standes der Technik keine elastische Verformung des Materials des Endabschnitts 4 auftritt. Wie insbesondere auch aus Fig. 5 hervorgeht, sind drei Druckkammern 5 vorgesehen, die am freien
Ende des Endabschlusses 4 nach außen hin geschlossen sind und die im vorliegenden Fall von der Außenhülle 16 in Faltenbalgstruktur, durch ein koaxial zur Längsachse des Endabschnitts 4 angeordnetes Innenrohr 17 sowie durch zwischen Innenrohr 17 und Außenhülle
16 angeordneten Längsstegen 18 begrenzt werden.
Der relativ starre Einführabschnitt 3 weist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einen korrespondie- renden Aufbau auf, d.h. er umfasst ein glattes Außenrohr 19, ein dem Innenrohr 17 des Endabschnitts 4 entsprechendes Innenrohr und Längsstege, die sich jeweils in die Außenhülle 16, das Innenrohr 17 und die Stege 18 des Endabschnitts 4 verlängern. Dabei kann der gesamte schlauchförmige Teil 1 einstückig in ei- nem einzigen Form- bzw. Blasverfahren hergestellt sein oder zusammengesetzt sein. Selbstverständlich kann der Einführabschnitt 3 auch anders aufgebaut sein, beispielsweise können Druckleitungen zu den Druckkammern 5 geführt sein, wesentlich ist, dass die Druckkammern 5 dann zu den Druckleitungen abgedichtet sind.
Wie aus den Schnitten nach Fig. 3, Fig. 4 gemäß der Schnittlinie A-A der Fig. 2 und dem Schnitt der Fig. 6 entsprechend der Schnittlinie I-I der Fig. 5 hervorgeht, folgen die Längsstege 18 der Faltenbalgstruktur der Außenhülle 16 dahingehend, dass die Stege 18 gerade an das Innenrohr 17 ansetzen und zur Außenhülle 16 sich im Schnitt dreieckförmig verlängern, so dass auch die Stege eine gewisse Faltenbalgstruk- tur haben. Damit können auch die Innenstege 17 der Bewegung des Faltenbalgs der Außenhülle 16 folgen und das Innenrohr 17 geht elastisch den Bewegungen des Faltenbalgs nach.
In einem anderen Ausführungsbeispiel des Endabschnitts 4, der im Querschnitt in Fig. 7 dargestellt ist, sind Außenhülle 16, Innenrohr 17 und Längsstege 18 mit korrespondierenden Faltenbalgstrukturen ausge- bildet.
Beim Gebrauch des Instruments, beispielsweise als Katheter, wird der schlauchförmige Teil 1 von der Bedienperson über das Handhabungsteil 6 in die Blutbahn eingeschoben und es wird über den Drucksensor 11 der Umgebungsdruck erfasst. Abhängig von diesem Umge- bungsdruck werden die Druckwerte des Über- bzw. Unterdrucks des Druckmediums, das als Gas Kohlendioxid oder als flüssiges Medium eine Natriumchlorid-Lösung ist, für die gewünschten Verformungen des flexiblen Endabschnitts bestimmt. Üblicherweise wird das Instrument zweidimensional durch Röntgengeräte überwacht und abhängig von der von der Bedienperson gewünschten Richtung des flexiblen Endabschnitts betätigt diese die Bedienelemente 7. Die Steuer-Regel- einrichtung steuert in entsprechender Weise die Drücke in den Kammern 5, um die kontrollierte Bewegung des flexiblen Endabschnitts 4 zu erreichen. Der Lage- sensor 13 erfasst die Lage des flexiblen Endabschnitts 4 und die Steuer- und Regeleinrichtung stellt die Korrelation zwischen der Lageinformation und dem Koordinatensystem der Bedienelemente her, wodurch die Bewegungsbefehle der Bedienelemente 7 in Bewegungen des Instrumentenendes umgesetzt werden. Die Steuer-Regeleinrichtung ermöglicht somit die Be- wegung des flexiblen Endabschnitts 14 stets an das angezeigte zweidimensionale Bild des eingeführten schlauchförmigen Teils 1 anzupassen.
Für andere Anwendungen können durch den vom Innenrohr 17 und entsprechend der Verlängerung durch den Einführabschnitt 3 gebildeten Kanal andere Instrumente, wie Greifer, bildgebende Vorrichtungen oder andere Komponenten geführt werden.
In Fig. 7 sind das Innenrohr 17 und die Außenhülle 16 sowie die Innenstege 18 mit Faltenbalgstrukturen zu erkennen, wobei dieser Endabschnitt 4 vorzugsweise durch das im folgenden beschriebene Verfahren hergestellt wird.
Insbesondere bei kleinen Abmessungen des Instruments im Millimeterbereich und Wanddicken im Mikrometerbereich ist es sinnvoll, den Endabschnitt 4 aus Metall herzustellen. Dazu werden entsprechend der Anzahl der Druckkammern 5 mehrere hergestellte Faltenbalgsegmen- te 20, wie im Schnitt in Fig. 7 angedeutet, kraft- und formschlüssig zu einem einstückigen Endabschnitt zusammengefügt .
Das Herstellungsverfahren wird wie folgt durchge- führt. Es wird ein im Querschnitt kreissegmentförmiger lang gestreckter Rohling, vorzugsweise aus Aluminium, der Druckkammer 5 gefertigt, der dem Hohlraum entspricht, wobei die Faltenbalgform berücksichtigt wird, d.h. die Außenflächen des Rohlings folgen einer Faltenbalgstruktur mit radialen Ausbuchtungen und Vertiefungen. Dieser Rohling wird anschließend beschichtet, d.h. es wird oder werden beispielsweise ein oder mehrere Metalle auf der Oberfläche des Rohlings galvanisch abgeschieden. Als Metalle dienen da- bei z.B. Nickel, Kupfer oder Gold. Anschließend wird der Rohling entfernt, beispielsweise durch Auflösen bzv/. Wegätzen des Aluminiums. Die so entstandenen Segmente werden im Bereich der Innenstege formschlüssig zusammengesetzt und die Außenfläche des so ent- standenen Rohrkörpers mit Faltenbalgstruktur wird gleichfalls metallisch beschichtet, beispielsweise wird Gold galvanisch abgeschieden. Diese Metall-oder Goldschicht hält die Segmente kraftschlüssig zusammen. Gegebenenfalls kann auch die Innenfläche des ge- bildeten Innenrohrs 17 galvanisch beschichtet werden, wobei hier anstelle des Goldes auch Nickel oder Kupfer gewählt werden kann.
Es ist auch denkbar, dass der Rohling bzw. die Roh- linge zu einem anderen als dem oben erwähnten Zeitpunkt aufgelöst wird bzw. werden. Beispielsweise kann der Schritt zur Entfernung der Rohlinge nach dem Zusammensetzen der einzelnen Segmente mit Rohling und nach der Außenbeschichtung durchgeführt werden.
Selbstverständlich sind Abwandlungen der beschriebenen Anordnung, beispielsweise in Hinblick auf die Ansteuereinheit 2, die Anzahl der Kammern 5, die Anordnung der Komponenten, möglich. Es kann das zentrale Innenrohr weggelassen werden, solange entsprechende Druckkammern zur Verfügung gestellt werden, es können zusätzliche Röhren, beispielsweise um Sichtgeräte und Aktoren gleichzeitig hindurchzuführen, hinzugefügt werden, und dergleichen.

Claims

FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT...e.V. 087PCT 2112Patentansprüche
1. Instrument zum Einführen in von außen unzugängliche Räume mit einem Einführabschnitt (3) und einem mit diesem verbundenen flexiblen Endabschnitt (4), der mit Druckkammern (5) versehen ist, wobei über eine Druckbeaufschlagung der
Kammern (5) eine Biegung des flexiblen Endabschnitts (4) hervorgerufen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der flexible Endabschnitt (4) eine in Form eines Faltenbalgs ausgebildete Außenhülle (16) aufweist und dass koaxial zur Außenhülle (16) des flexiblen Endabschnitts (4) mit Faltenbalgstruktur ein Innenrohr (17) angeordnet ist, das mit der Außen- hülle (16) über Längsstege (18) verbunden ist, wobei zwischen Innenrohr (17), Außenhülle (16) und Stegen (18) die Kammern (5) ausgebildet sind.
2. Instrumente nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Einführabschnitt (3) ein im
Vergleich zum flexiblen Endabschnitt starres Außenrohr zur Realisierung der Führungsfunktion des Einführabschnitts und ein das Innenrohr (17) des Endabschnitts (4) verlängerndes Innenrohr aufweist, das mit dem Außenrohr über LängsStege verbunden ist, wobei zwischen Innenrohr, Außenrohr (19) und Stegen Kammern zur Durchleitung von Druckfluid gebildet sind, die mit den Druckkammern (5) des Endabschnitts (4) verbunden sind.
3. Instrumente nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (4) an den Einführabschnitt (3) angeformt oder druckdicht angesetzt ist.
4. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt aus Kunststoff hergestellt ist und das Innenrohr glatt ist und keine Faltenbalgstruktur aufweist und dass der Querschnitt der Längsstege (18) des Endabschnitts (4) , ausgehend vom Innenrohr (17) , zur Außenhülle (16) mit Faltenbalgstruktur gleichfalls einer Faltenbalgstruktur folgt.
5. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt vor- zugsweise aus Metall oder einem Metallverbund hergestellt ist und dass das Innenrohr und die Innenstege eine Faltenbalgstruktur entsprechend der Außenhülle aufweisen.
6. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (5) des flexiblen Endabschnitts (4) über den Einführabschnitt (3) mit einer von einer Steuer- und Regeleinrichtung gesteuerten Druckfluidquelle (9) verbindbar sind.
7. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Einführabschnitt (3) oder dem Endabschnitt (4) ein Drucksensor (11) zur Erfassung des Umgebungsdrucks angeordnet ist.
8. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den einzelnen Kammern (5) des Endabschnitts (4) oder des Einführabschnitts (3) jeweils ein Drucksensor (12) zur Erfassung des Kammerinnendrucks angeordnet ist.
9. Instrumente nach Anspruch 7 und Anspruch 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Re- geleinrichtung (8) den Innendruck in den Kammern
(5) unter Berücksichtigung des Umgebungsdrucks zur gezielten Verformung des Endabschnitts (4) regelt .
10. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführabschnitt (3) mit einem Handhabungsteil (6) für eine manuelle Steuerung der Bewegung des Einführabschnitts (3) verbunden ist.
11. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Handhabungs- teil (6) oder an einem getrennten Bedienteil Bedienelemente (7) zur Steuerung der Bewegung bzw. der Verformung des Endabschnitts (4) mit der Steuer- und Regeleinrichtung (8) verbunden sind.
12. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des freien Endes des Endabschnitts (4) ein Lagesensor (13) vorgesehen ist.
13. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (8) abhängig von den Signalen der Drucksensoren (11, 12) , des Lagesensors (13) und der Bedienelemente (7) die Verformung des Endabschnitts (4) steuert/regelt.
14. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Einführabschnitt (3) mit einem Anschluss (15) zur Durch- leitung von Stoffen, wie Kontrastmittel oder Medikamente, durch das Innenrohr (17) versehen ist.
15. Instrumente nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt
(4) und der Einführabschnitt (3) einstückig aus einem Material, gegebenenfalls einem gradierten Material, hergestellt sind.
16. Verfahren zur Herstellung eines Endabschnitts zur Verwendung in einem Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
a) ein im Querschnitt kreissegmentförmiger langgestreckter Rohling, dessen Außenflächen mit einer Faltenbalgstruktur versehen sind, wird auf diesen Außenflächen metallisch beschichtet, b) der Rohling wird ausgelöst, derart, dass ein mit einem Hohlraum versehenes langgestreck- tes Element in Kreissegmentform entsteht, c) die Schritte a) und b) werden zur Herstellung weiterer Elemente wiederholt, d) mehrere kreissegmentförmige Elemente werden formschlüssig zusammengefügt zu einem Rohr- element mit kreisförmigem Außenquerschnitt, e) die Außenfläche des Rohrelements wird metallisch beschichtet, derart, dass ein Endabschnitt mit Außenhülle, Innenrohr und Innenrohr mit Außenhülle verbindenden Längsste- gen, alle mit Faltenbalgstruktur, entsteht.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Rohrelements, die die Innenfläche des Innenrohrs bildet, metallisch beschichtet wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt a) Ni- ekel, Kupfer oder Gold galvanisch abgeschieden wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt e) Gold galvanisch abgeschieden wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Innenfläche Nickel, Kupfer oder Gold galvanisch abgeschieden wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b) nach dem
Schritt e) durchgeführt wird.
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