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Hintergrund der Erfindung
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1. Anwendungsgebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft flexible chirurgische Instrumente, die eine Spirale
mit Lumen umfassen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein chirurgisches
Instrument mit einer ein Lumen aufweisenden Spirale, die Bereiche
mit unterschiedlicher Vorspannung besitzt, um Bereiche unterschiedlicher
Steifigkeit und Flexibilität
in der Spirale zu bewirken, und Verfahren, um der Spirale unterschiedliche
Vorspannungen zu geben.
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2. Stand der
Technik
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Flexible
chirurgische Instrumente, insbesondere endoskopische Biopsiezangen
und -gewebeschaber werden zum Entnehmen von Gewebeproben aus dem
menschlichen Körper
für die
Analyse verwendet. Diese Instrumente haben typischerweise eine lange
flexible Spirale mit Lumen, die einen oder mehrere Steuerdrähte enthält, die
mit einem proximalen Betätigungshandgriff
verbunden sind, der die Steuerungsdrähte in Bezug auf die Spirale
bewegt, um am distalen Ende der Spirale einen Gewebeprobenahmevorgang
zu bewirken. In Biopsiezangengeräten
ist am distalen Ende der Spirale ein Paar Zangenklemmbacken an einem
Gabelkopf befestigt und an den einen oder die mehreren Steuerungsdrähte gekoppelt,
so dass die Bewegung der Steuerungsdrähte das Öffnen und Schließen der
Klemmbacken zum Greifen einer Gewebeprobe bewirkt. Bei Biopsiegewebeschabern
ist eine Bürste
oder Schaber am distalen Ende der Spirale befestigt und der Steuerungsdraht
biegt das distale Ende der Spirale, um das Abschaben einer Gewebeprobe
zu bewirken.
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Das
endoskopische Biopsieverfahren wird durch ein Endoskop ausgeführt, das
in den Körper eingesetzt
und durch Manipulation der Biopsiestelle geführt wird. Das Endoskop umfasst
typischerweise ein langes schmales flexibles Rohr mit einer optischen
Linse und einem engen Lumen zum Aufnehmen einer Biopsiezange oder
Gewebeschabers. Der Praktiker führt
das Endoskop während
des Hindurchschauens durch die optische Linse zur Biopsiestelle und
schiebt die Biopsiezange oder den Gewebeschaber durch das Lumen
des Endoskops bis zur Biopsiestelle ein. Während des Betrachtens der Biopsiestelle
durch die optische Linse des Endoskops betätigt der Praktiker den Betätigungshandgriff,
um einen Gewebeprobenahmevorgang am distalen Ende des Instrumentes
zu bewirken. Im Fall der Biopsiezange muss der Praktiker die offenen
Klemmbacken mit dem zu entnehmenden Gewebe ausrichten, so dass beim
Schließen
der Klemmbacken ein Teil des Gewebes zwischen den Klemmbacken eingeschlossen wird.
Es ist ein bekanntes Problem bei Biopsiezangen, dass, wenn die Klemmbacken
geschlossen werden, das distale Ende der flexiblen Spirale ausschlägt, weil
die am Betätigungshandgriff
auf die Steuerungsdrähte
aufgebrachte Kraft auf das distale Ende der flexiblen Spirale übertragen
wird. Das Ausschlagen des distalen Endes der Spirale gerade dann,
wenn die Klemmbacken dabei sind, sich an einem zu entnehmenden Gewebe
zu schließen,
verschiebt oft die Klemmbacken in Bezug auf das zu entnehmende Gewebe
und führt
zu einem Fehlschlag beim Erfassen der Probe oder dem Erfassen einer unerwünschten
Probe. Deshalb ist es im Fall der Biopsiezangen wünschenswert,
den distalen Bereich der Spirale zu versteifen, um sein Ausschlagen
zu verhindern, wenn die Klemmbacken geschlossen werden.
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Das
US-Patent Nr. 5,228,451 von Bales u. a. offenbart ein Biopsiezangengerät mit einem
versteiften distalen Bereich. Der distale Bereich der flexiblen Spirale
ist durch Umwickeln derselben mit einer Versteifungshülse versteift,
die sich mehrere Inches entlang der Spirale erstreckt und einen
Teil des Gabelkopfes abdeckt. Obwohl die Hülse vorteilhafterweise den
distalen Bereich der Spirale versteift, vergrößert sie aber den Außendurchmesser
der Spirale und sorgt für
eine ungleichmäßige Oberfläche. Der
vergrößerte Durchmesser
der Spirale an der Stelle der Hülse
kann den Durchgang der Spirale durch das enge Lumen des Endoskops
behindern. Die ungleichmäßige Oberfläche der
Spirale kann außerdem möglicherweise
die übermäßige Abnutzung
oder Beschädigung
der Innenfläche
des Endoskoplumens verursachen.
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Biopsieschaber
sind auf der anderen Seite darauf angewiesen, dass sich das distale
Ende der Spirale biegen kann. Obwohl die Spirale über ihre Länge generell
flexibel ist, ist es bei einem Biopsieschaber wünschenswert, am distalen Ende
der Spirale zusätzliche
Flexibilität
vorzusehen. Das US-Patent Nr. 4,936,312 für Tsukagoshi zeigt ein flexibles, in
einen Körperhohlraum
einzusetzendes Instrument, das ein Biopsieschaber ist. Das Instrument
hat eine lange flexible Spirale, die an ihrem proximalen Ende an
einem Betätigungshandgriff
und einem oder mehreren Steuerungsdrähten befestigt ist, die sich
vom Betätigungshandgriff
durch die Spirale zum distalen Ende der Spirale erstrecken. Das
distale Ende des Steuerungsdrahtes ist an einen Teil des distalen
Endes der Spirale oder den Endeffektor angeschlossen, so dass das
Ziehen am Steuerungsdraht das Biegen des distalen Endes der Spirale
wie ein Finger bewirkt. Ein Federelement am distalen Ende der Spirale bringt
die Spirale in eine gerade Position zurück, wenn der Zug am Steuerungsdraht
aufgehoben wird. Ein Schaberendeffektor, wie zum Beispiel eine Bürste oder
eine Schale mit einem scharfen Rand, ist fest am distalen Ende der
Spirale befestigt. Um eine Biopsieprobe zu nehmen, wird der Schaberendeffektor
an einem zu entnehmenden Gewebe positioniert und der Betätigungshandgriff
betätigt,
um das Biegen des distalen Endes der Spirale zu bewirken. Das Biegen des
distalen Endes der Spirale bewirkt das Bewegen des Schaberendeffektors über die
Oberfläche
des zu entnehmenden Gewebes und das Abschaben einer Probe. Tsukagoshi
erhöht
die Flexibilität
des distalen Endes der Spirale durch Vorsehen einer Spirale mit einem
lose gewickelten distalen Ende. Am distalen Ende der Spirale sind
die die Spirale bildenden Wicklungen weiter voneinander beabstandet
als beim Rest der Spirale, die mit nahe beieinander liegenden Windungen
der Spirale dicht gewickelt ist. Die erhöhte Flexibilität des distalen
Endes erlaubt seine Biegung bis zu 180°, was zusätzlich zum Erhöhen der Wirksamkeit
des Schaberendeffektors auch das Biegen des Instruments zu Probegeweben
erlaubt, die nicht durch ein Endoskop erreicht werden können.
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Es
ist deshalb offensichtlich, dass es bei flexiblen chirurgischen
Instrumenten, die flexible Spiralen mit Lumen besitzen, manchmal
wünschenswert ist,
den distalen Teil der Spirale zu versteifen, und es manchmal wünschenswert
ist, die Flexibilität
des distalen Teils der Spirale zu erhöhen. Unglücklicherweise haben die bekannten
Verfahren zum Verändern der
Flexibilität
des distalen Teiles der Spirale jeweils erhebliche Nachteile. Darüber hinaus
sind die zum Erhöhen
der Flexibilität
des distalen Teiles der Spirale angewandten Herstellungsmethoden
so verschieden von den zum Versteifen des distalen Teiles der Spirale
verwendeten, so dass die Spiralen nicht mit den gleichen Maschinen
hergestellt werden können. Außerdem ist
es oft wünschenswert,
den proximalen Teil der Spirale zu versteifen, um das Verbiegen
der Spirale zu verhindern, wenn die Spirale durch ein Endoskop eingesetzt
wird.
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Das
Dokument JP 62-144643 offenbart ein chirurgisches Instrument, das
die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 umfasst.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung ist in den anhängenden
Ansprüchen
charakterisiert.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Spirale mit Lumen für ein chirurgisches
Instrument vorzusehen, bei der ein Teil der Spirale versteift werden kann,
ohne ihren Außendurchmesser
zu erhöhen.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Spirale mit Lumen für ein chirurgisches
Instrument vorzusehen, bei der ein Teil der Spirale versteift werden
kann ohne der Ebenheit der Außenfläche der Spirale
zu schaden.
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Es
ist außerdem
eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Spirale mit Lumen für ein chirurgisches
Instrument vorzusehen, bei der ein Teil der Spirale flexibler gemacht
werden kann, ohne komplizierte Herstellungsmethoden zu erfordern.
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Es
ist noch eine andere Aufgabe dieser Erfindung, eine Spirale mit
Lumen für
ein chirurgisches Instrument vorzusehen, bei der ein Teil der Spirale durch
Anwendung ähnlicher
Herstellungsprozesse entweder versteift oder flexibler gemacht werden kann.
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Die
Vorrichtung des US-Patentes 5,228,451 kann als ein chirurgisches
Instrument beschrieben werden, das umfasst:
- a)
eine wendelförmig
gewickelte, kontinuierliche Feindrahtspirale mit Lumen, die Bereiche
mit unterschiedlicher Flexibilität
besitzt;
- b) einen proximalen Handgriff, der mit einem proximalen Ende
der Spirale verbunden ist; und
- c) einen distalen Endeffektor, der mit einem distalen Ende der
Spirale verbunden ist.
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Der
Feindraht kann für
eine erste Anzahl von Windungen mit einer ersten Vorspannung gewickelt sein
und für
eine zweite Anzahl von Windungen mit einer zweiten Vorspannung gewickelt
sein, wobei die zweite Vorspannung anders als die erste Vorspannung
ist, so dass dadurch Bereiche unterschiedlicher Flexibilität vorgesehen
werden.
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Wenn
beim Wickeln der Spirale eine relativ hohe Vorspannung auf den Feindraht
aufgebracht wird, wird die Spirale relativ steif sein. Wenn beim
Wickeln der Spirale eine relativ geringe Vorspannung auf den Feindraht
aufgebracht wird, wird die Spirale relativ flexibel sein. Durch
Verändern
der auf den Feindraht aufgebrachten Vorspannung während des Wickelns
der Spirale wird die Spirale mit Bereichen unterschiedlicher Steifigkeit
und Flexibilität
ausgestattet. Die Vorspannung kann allmählich oder abrupt verändert werden
und kann mehrmals über
die Länge
der Spirale verändert
werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten auf dem
Gebiet unter Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung
mit den zur Verfügung
gestellten Zeichnungen offensichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist eine schematische
Seitenansicht einer Spiralenwickeleinrichtung zum Herstellen von erfindungsgemäßen Spiralen
mit Lumen;
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2 ist eine schematische
Seitenansicht einer Spirale, die ein relativ steifes proximales
Endteil, ein nicht übermäßig flexibles
Mittelteil und ein hochflexibles distales Endteil besitzt;
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3 ist eine Ansicht der Spirale
der 2, die die relative
Steifigkeit der drei Teile der Spirale darstellt;
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4 ist eine gebrochene Seitenansicht, teilweise
im Schnitt und teilweise transparent, eines chirurgischen Instrumentes,
das eine erfindungsgemäße Spirale
umfasst und Biopsiezangenendeffektoren besitzt;
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5 ist ein gebrochener Längsschnitt
eines Biopsieschaberendeffektors, der mit dem distalen Ende einer
erfindungsgemäßen Spirale
verbunden ist; und
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6 ist eine ähnliche
Ansicht wie 5, die das
distale Ende der Spirale um ungefähr 180° gebogen zeigt.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Bezugnehmend
auf 1 ist eine erfindungsgemäße Lumenspirale 10 zur
Anwendung in einem chirurgischen Instrument aus einem Stahlfeindraht 12 hergestellt,
der um einen Dorn 14 gewickelt ist. Der Dorn 14 wird
durch einen Motor 16 gedreht und der Feindraht 12 wird
dem Dorn 14 mittels einer Hauptspannrolle 18 und
einer einseitig eingespannten Rolle 20 von einer Zuführung (nicht
gezeigt) zugeführt.
Der Dorn 14 muss nur wenige Inches länger als die Spirale sein und
wird vorzugsweise an beiden Enden durch zwei Spannfutter (nicht
gezeigt) gehalten. Die Spirale 10 wird vom Dorn 14 durch
Entfernen eines der Spannfutter und Abziehen der Spirale vom Dorn
entfernt. Die Hauptspannrolle 18 ist mit einem Bremsmechanismus 19 versehen,
der ein auswählbares
Bremsdrehmoment auf die Rolle 18 ausübt, das eine bestimmte Spannung
im Feindraht 12 zwischen der Rolle 18 und dem
Dorn 14 bewirkt. Die einseitig eingespannte Rolle 20 ist
an einem Ende eines Hebels 22 befestigt, der einen Drehpunkt 24 besitzt. Das
andere Ende des Hebels 22 ist an eine einstellbare Feder 26 angeschlossen.
Die Kraft der Feder 26 wird durch einen Stellknopf 28 eingestellt,
der die Feder 26 dehnt, um die Kraft auf den Hebel 22 entsprechend
dem Hookschen Gesetz (F=– kx,
wobei keine Konstante für
die Feder und x die Strecke ist, um die die Feder gedehnt wird)
zu erhöhen.
Je weiter die Feder 26 gedehnt wird, um so größer ist
die auf den Hebel 22 ausgeübte Kraft. Die auf den Hebel 22 ausgeübte Kraft
wird über
den Drehpunkt 24 auf die Rolle 20 übertragen
und somit auf die Teile des Feindrahtes 12 zwischen der
Rolle 20 und der Rolle 18 und zwischen der Rolle 20 und
dem Dorn 14. Die Kraft, die auf den Feindraht 12 ausgeübt wird,
wenn er um den Dorn 14 herum gewickelt wird, wird die „Vorspannung" genannt. Je größer die
auf den Feindraht 12 ausgeübte Vorspannung ist, umso steifer
wird die Spirale 10 sein. Umgekehrt, je niedriger die Vorspannung
ist, um so flexibler wird die Spirale 10 sein. Es ist jedoch
ein wichtiger Aspekt, dass die Vorspannung mindestens einmal während des
Spiralenwickelprozesses verändert
wird. Bei Anwendung einer Vorrichtung wie der in 1 gezeigten, kann die Vorspannung durch
Verändern
des Bremsdrehmomentes an der Rolle 18, durch Verändern der
auf den Hebel 22 ausgeübten
Federkraft oder durch eine Kombination von beiden verändert werden.
Die Spirale ist vorzugsweise aus einem Feindraht aus rostfreiem Stahl
vom Typ 304 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,53
mm (0,021 inches) hergestellt und wird mit Spannungen gewickelt,
die vorzugsweise von Null bis einigen Newton (Pounds) reichen.
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Aus
dem Vorhergehenden werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass
die schematisch in 1 dargestellte
Vorrichtung nur beispielhaft für
die Prinzipien der Erfindung ist und dass viele verschiedene Arten
von Vorrichtungen angepasst werden können, um das erfindungsgemäße Verfahren
auszuführen
und die erfindungsgemäße Spirale
herzustellen. Wie oben erwähnt
ist, wird die Vorspannung auf den Feindraht mindestens einmal während des Wickelns
der Spirale verändert,
so dass die Spirale mit mindestens zwei Teilen unterschiedlicher
Flexibilität/Steifigkeit
versehen ist.
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Die 2 und 3 zeigen die Spirale 10, bei der
ein proximales Teil 10a mit einer relativ hohen Vorspannung
gewickelt wurde, ein Mittelteil 10b mit einer nicht so
großen
Vorspannung gewickelt wurde und ein distales Teil 10c mit
einer relativ geringen Vorspannung gewickelt wurde. 3 stellt dar, wie die Vorspannung die
Flexibilität
Steifigkeit der Spirale beeinflusst. Wie in 3 zu sehen ist, ist das Teil 10a,
das eine hohe Vorspannung besitzt, überhaupt nicht gebogen, was
eine relative Steifigkeit dieses Teiles anzeigt. Das Teil 10b,
das eine nicht so hohe Vorspannung besitzt, ist leicht gebogen,
was eine moderate Flexibilität
der Spirale anzeigt. Das Teil 10c, das eine geringe Vorspannung
besitzt, ist erheblich gebogen, was eine relativ hohe Flexibilität anzeigt.
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Eine
typische erfindungsgemäße Spirale
hat eine Länge
von ungefähr
1 Meter (mehrere Feet) und einen Außendurchmesser von ungefähr 1,6 mm
(ein sechzehntel Inch). Eine einzelne Feindrahtspirale kann ungefähr 1.500
bis 2.000 Wicklungen pro Meter (40 bis 50 Wicklungen pro Inch) besitzen.
Anders als einige bekannte Spiralen sind die erfindungsgemäßen Spiralen
gleichmäßig mit
der gleichen Anzahl von Wicklungen pro Inch über die gesamte Länge der Spirale
gewickelt. Es ist auch erkennbar, dass die erfindungsgemäßen Spiralen
aus einem einzelnen Feindraht oder mehreren Feindrähten, die
parallel zueinander gewickelt sind, gewickelt werden können.
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4 zeigt ein typisches endoskopisches chirurgisches
Instrument 30 mit Biopsiezange, das die erfindungsgemäße Spirale 10 umfasst.
Das Instrument 30 umfasst generell einen Handgriff 32,
der mit dem proximalen Ende der Spirale 10 verbunden ist,
und einen oder mehrere Endeffektoren 34, die mit dem distalen
Ende der Spirale 10 verbunden sind. Der Handgriff 32 umfasst
eine mittige Welle 36 und eine verschiebbare Spule 38.
Das proximale Ende der Welle 36 ist mit einem Daumenring 40 versehen, und
am distalen Ende der Welle 36 ist eine Längsbohrung 42 vorgesehen.
Vom proximalen Ende der Bohrung 42 erstreckt sich ein Längsschlitz 44 zu
einem Punkt, der sich distal vom Daumenring 40 befindet.
Die verschiebbare Spule 38 ist mit einer Querstrebe 46 versehen,
die durch den Schlitz 44 in der mittigen Welle 38 verläuft. Durch
die Spirale 10 erstrecken sich eine oder mehrere Steuerungsdrähte 48 und
sind an ihrem proximalen Ende/ihren proximalen Enden mit der Querstrebe 46 verbunden.
Das distale Ende/die distalen Enden des Steuerungsdrahtes/der Steuerungsdrähte ist/sind
mit dem Endeffektor/den Endeffektoren 34 verbunden. Die
relative Bewegung der Welle 36 und der Spule 38 führen zur
Bewegung des Steuerungsdrahtes/der Steuerungsdrähte 48 in Bezug auf
die Spirale 10. Dieser Vorgang führt zur Betätigung des Endeffektors 34: Wie
in 4 gezeigt ist, sind
die Endeffektoren 34 Biopziezangenklemmbacken und die Arbeitsweise
des Instrumentes ist im Wesentlichen die gleiche, wie sie im US-Patent
Nr. 5,228,451 für
Bales u. a. beschrieben ist. Bei diesem Biopsiezangeninstrument
ist es gewöhnlich
vorteilhaft, die Steifigkeit der Spirale 10 in Bezug auf
das Mittelteil 10b sowohl am proximalen Teil 10a als
auch am distalen Teil 10c zu erhöhen. Eine erhöhte Steifigkeit
am distalen Teil 10c verhindert das Ausschlagen des distalen
Teils der Spirale, wenn die Zangenklemmbacken geschlossen werden. Eine
erhöhte
Steifigkeit am proximalen Teil 10a der Spirale baut Spannungen
ab, was das Drehen und Bewegen der Spirale in Bezug auf die Welle 36 begrenzt,
so dass die Spirale 10 sich am distalen Ende der Welle 36 nicht
scharf biegt.
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Die 5 und 6 zeigen das distale Teil 10c der
Spirale 10 mit einem Biopsieschürfbürstenendeffektor 54,
der an diesem befestigt ist. Das proximale Teil dieses Instrumentes
kann im Wesentlichen gleich dem proximalen Teil des in 4 gezeigten Instrumentes
sein. Der Bürstenendeffektor 54 ist
im Wesentlichen der gleiche wie die im US-Patent Nr. 4,936,312 für Tsukagoshi
offenbarte Bürste.
Bei diesem Instrumententyp ist die Bürste 54 am distalen Ende
der Spirale 10 durch Hartlöten oder dergleichen befestigt.
Ein einzelner Steuerungsdraht 58, der mit der Querstrebe 46 der
Spule 38 verbunden ist, erstreckt sich in die Spirale 10 und
endet proximal von der Bürste 54.
Am distalen Ende des Steuerungsdrahtes 58 ist ein Biegeelement 60 befestigt
und an der Spirale 10 an einem Punkt proximal vom distalen Ende
des Steuerungsdrahtes 58 befestigt. Wenn der Steuerungsdraht 58 in
proximaler Richtung gezogen wird, wird das Biegeelement 60 durch
den Steuerungsdraht 58 gebogen. Wenn das Biegeelement 60 wie
in 6 gezeigt gebogen
ist, biegt sich das distale Teil C der Spirale 10, um dem
Biegeelement 60 zu folgen. In diesem Biopsieschaberelement
ist es in der Regel vorteilhaft, die Flexibilität der Spirale 10 am distalen
Teil 10c zu erhöhen.
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Hierin
wurde eine Spule mit Lumen für
chirurgische Instrumente, Verfahren zum Herstellen der Spule sowie
chirurgische Instrumente, die die Spirale einschließen, beschrieben
und dargestellt. Obwohl besondere Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurden, soll die Erfindung nicht hierauf beschränkt sein,
da der Schutzumfang der Erfindung wie durch die beigefügten Ansprüche definiert
und die Beschreibung derart gelesen werden soll. Somit ist erkennbar,
dass, obwohl eine spezielle Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens zur Herstellung der
erfindungsgemäßen Spirale
offenbart wurde, andere Vorrichtungen verwendet werden könnten. Obwohl
Stahlfeindrahtspiralen gezeigt sind, ist auch erkennbar, dass andere
Feindrahtarten mit ähnlichen erreichten
Ergebnissen verwendet werden könnten. Obwohl
darüber
hinaus typische Maße
in Bezug auf die Spirale offenbart sind, ist erkennbar, dass andere Maße ebenso
verwendet werden könnten.
Obwohl außerdem
spezifische chirurgische Instrumente gezeigt wurden, die die Spirale
umfassen, wird verständlich
sein, dass die Spirale in anderen chirurgischen Instrumenten verwendet
werden kann, bei denen eine erhöhte
Steifigkeit und/oder Flexibilität
eines Teiles der Spirale vorteilhaft ist. Es ist deshalb für Fachleute
auf dem Gebiet erkennbar, dass noch andere Modifikationen an der
zur Verfügung
gestellten Erfindung ohne Abweichen von ihrem in den beigefügten Ansprüchen definierten
Schutzumfang gemacht werden könnten.