DE19910128C1 - Schutzhülle für Lichtleiter - Google Patents
Schutzhülle für LichtleiterInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzhülle für Lichtleiter (2), vorzugsweise für Lichtleitfasern, wie sie beispielhaft in der Lasertechnik, in der Nachrichtentechnik oder auch in der Bildleittechnik, hier beispielsweise zu Zwecken der Endoskopie, eingesetzt werden. DOLLAR A Der Lichtleiter (2) dient dabei der Übertragung der Strahlungsenergie von der Quelle zum Einstrahlungsort, während die Schutzhülle den Lichtleiter (2) vor mechanischen Einwirkungen und auch vor unangemessenen Umgebungsbedingungen, wie unzulässigen Temperaturen oder zu hohe Feuchtigkeit, zu schützen hat. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist eine flexible Schutzhülle vorgesehen, die aus einer Vielzahl von in Verlaufsrichtung des Lichtleiters aneinandergereihter einzelner biegesteifer, stofflich voneinander getrennter Hülsen (4.1, 4.2...4.n) besteht, von denen jede einen Bruchteil der Gesamtlänge des Lichtleiters (2) umgreift und die gelenkig so miteinander verbunden sind, daß jeweils zwei benachbarte Hülsen (4.3, 4.4) um einen Winkel alpha aus ihrer Fluchtungsrichtung gegeneinander verschwenkbar sind.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schutzhülle für Lichtleiter, vorzugsweise für Licht
leitfasern, wie sie beispielhaft in der Lasertechnik, in der Nachrichtentechnik oder auch
in der Bildleittechnik, hier beispielsweise zu Zwecken der Endoskopie, eingesetzt wer
den.
Vor allem zur Übertragung von Strahlung im Bereich der IR- und UV-Wellenlängen wer
den Lichtleiter genutzt, die als Hohlleiter oder Fasern und letztere wiederum als Einzel
fasern, als Faserbündel oder auch als Flüssigkeitsfasern ausgebildet sein können. Für
die Herstellung kommen spezielle Materialien wie Zirkoniumfluorid, Saphir, Chalkoge
nid u. a. in Betracht. Die Lichtleiter sind aufgrund ihrer geometrischen Gestalt (schwa
cher Querschnitt) und der Besonderheiten des Materials sehr bruchempfindlich, d. h. sie
weisen einen Grenz-Biegeradius auf, der ohne Gefahr der Knickung und damit Zerstö
rung des Lichtleiters nicht unterschritten werden darf. Diesbezüglich kommt der
Schutzhülle vor allem die Funktion zu, den Lichtleiter vor zu starker Krümmung und
damit vor Knickung zu schützen.
Bei der praktischen Nutzung der Lichtleiter, vor allem beispielsweise zur Ausübung
mikrochirurgischer Operationen am Auge, besteht aber zusätzlich auch die Forderung
nach einer hohen Flexibilität des Lichtleiters einschließlich der Schutzhülle, da eine
feinfühlige Handhabung des an den Lichtleiter gekoppelten medizinischen Handstüc
kes gewährleistet werden muß, denn insbesondere die mikrochirurgischen Operationen
erfordern ein möglichst unbehindertes, äußerst präzises Arbeiten.
Zur Flexibilität gehört deshalb auch, daß den notwendigen Richtungsänderungen des
Handstückes während der Operation ungeachtet der Anbindung des Handstückes an
den mit der Schutzhülle versehenen Lichtleiter nur der minimalste Widerstand entge
gengesetzt wird, so daß für den Operateur beispielsweise auch beim Schwenken des
Handstückes um 180° und mehr kaum ein Kraftaufwand spürbar wird. Das setzt neben
der Flexibilität aber auch ein geringes Gewicht des Lichtleiters einschließlich der
Schutzhülle voraus. Des weiteren muß der Operateur von der Sorge entlastet sein,
durch seine Handbewegungen den Lichtleiter ungewollt durch Abknicken zerstören zu
können, damit er sich auf die Operation konzentrieren kann.
Im Stand der Technik sind verschiedenartige Ausführungen von Lichtleitern und
Schutzhüllen bekannt, welche die genannten Forderungen mehr oder weniger umfas
send erfüllen. So ist beispielsweise in der DE 43 36 643 A1 ein Lichtleiter beschrieben,
der aus einer oder mehreren polymeren Lichtleitfasern besteht, die von einer Schutz
hülle umgeben sind. Diese Schutzhülle hat die Form eines Schlauches, in dem die
Lichtleitfasern lose angeordnet sind. Dabei besteht der Schlauch aus einem mit über
lappenden Bandkanten zu einer Röhre spiralförmig gewickelten Metallband und einer
auf der Röhre aufgebrachten polymeren Mantelschicht.
Der Schutz vor zu starker Biegung entsteht hier durch Anschlag der sich überlappen
den Bandkanten gegeneinander. Einem solchen Schutzschlauch haftet vor allem der
Nachteil eines verhältnismäßig hohen Gewichtes an, das durch die Verwendung von
Metall bedingt ist. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß mit zuneh
mender Durchbiegung bzw. kleiner werdendem Krümmungsradius ein erhöhter Kraft
aufwand erforderlich ist, um den Lichtleiter einschließlich der Schutzhülle zu einem
noch kleineren Radius zu krümmen. Das ergibt sich zwangsläufig aus der federnden
Eigenschaft des spiralförmig gewickelten Metallbandes, das einer zunehmenden Ver
formung stets auch einen zunehmenden Widerstand entgegensetzt. Es ist leicht ein
sehbar, daß diese Eigenschaft die freie Manipulierbarkeit beispielsweise eines ange
schlossenen Handstückes behindert.
Der Operateur, der ja bemüht ist, das Handstück während der Behandlung stets neu
auszurichten, hat bei einer solchen Schutzhülle unterschiedliche, vom Biegeradius ab
hängige Kräfte auszuüben. Dabei kommt es bei kleiner werdendem Biegeradius sehr
häufig zur Überbiegung und zum Knicken des Lichtleiters, da lediglich der größer wer
dende Widerstand, aber keine deutliche Biegebegrenzung spürbar ist. Die im Grenzra
dius auszuübende Kraft wird von den Anwendern subjektiv unterschiedlich empfunden
und kann insofern nicht als Überlastungskriterium bei der Biegung der Schutzhülle
bzw. des Lichtleiters gelten. Dem Benutzer wird kein deutliches Signal vermittelt, wenn
der minimal zulässige Biegeradius erreicht ist und damit eine Knickung des Lichtleiters
droht.
Das Gebrauchsmuster DE 298 09 160 U1 beschreibt einen Schutzschlauch für einen
Lichtleiter zur Übertragung von Laserenergie. Dieser Schutzschlauch weist einen aus
Metall bestehenden Innenschlauch auf, der noch mit einem Schutzgeflecht sowie mit
einem flüssigkeitsdichten Mantel umgeben ist. Der Innenschlauch ist aus einem spalt
frei gewendelten Edelstahl-Flachband gefertigt und läßt nur eine Krümmung des Licht
leiters unter verhältnismäßig hohem Kraftaufwand zu, was nachteiligerweise auch ei
nen hohen Widerstand gegen die Verformung bzw. ein hohes Rückstellbestreben zur
Folge hat. Dazu kommt auch hier das verhältnismäßig hohe, durch die Metallumhül
lung bedingte Gewicht, das eine feinfühlige Handhabung zusätzlich erschwert. In der
Gegenüberstellung dieser Eigenschaften mit den vorgenannten Forderungen wird
deutlich, daß dieser Schutzschlauch zu Zwecken der Mikrochirurgie ebenfalls ungeeig
net ist.
In dem Gebrauchsmuster DE 297 12 789 U1 ist vorgeschlagen, einen aus einem Bündel
von flexiblen Lichtleitfasern bestehenden Lichtleiter von einer flexiblen Metallhülle zu
umgeben, wobei die Metallhülle aus einer Metallfolie gebildet ist. Auch hier treffen in
gleicher Weise die bereits ausführlich genannten Nachteile zu.
Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Schutzhülle der vorbeschriebenen Art so weiterzubilden, daß die feinfühlige ma
nuelle Handhabung einer angeschlossenen Vorrichtung, etwa eines medizinischen
Handstückes, möglich ist. Der Lichtleiter dient dabei der Übertragung der Strahlungs
energie von der Quelle zum Einstrahlungsort, während die Schutzhülle den Lichtleiter
vor mechanischen Einwirkungen und auch vor unangemessenen Umgebungsbedingun
gen, wie unzulässigen Temperaturen oder zu hoher Feuchtigkeit, zu schützen hat.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst mit einer flexiblen Schutzhülle für Lichtlei
ter, die aus einer großen Anzahl von in Verlaufsrichtung des Lichtleiters aneinanderge
reihter einzelner biegesteifer, stofflich voneinander getrennter Hülsen besteht, von
denen jede einen Bruchteil der Gesamtlänge des Lichtleiters umgreift und die gelenkig
so miteinander verbunden sind, daß jeweils zwei benachbarte Hülsen um einen Winkel
α aus ihrer Fluchtungsrichtung gegeneinander verschwenkbar sind.
Damit ist einerseits gewährleistet, daß der innerhalb der Hülsen verlaufende Lichtleiter
gegen mechanische Einwirkungen von außen und weitestgehend auch vor unzulässig
hohen Temperaturen und/oder Feuchtigkeitswerten geschützt ist, zum anderen ist
aber auch eine äußerst feinfühlige Manipulation beispielsweise eines mit der Schutz
hülle bzw. dem eingeordneten Lichtleiter verbundenen medizinischen Handstückes
möglich, da die Fluchtungsrichtungen der einzelnen Hülsen unter geringster Kraftauf
wendung bzw. gegen geringsten Widerstand leicht veränderbar sind, wodurch sich je
nach Bedarf und Handhabung die unterschiedlichsten Krümmungen der Schutzhülle
einschließlich des Lichtleiters ergeben, was insbesondere dann erforderlich ist, wenn
das dem Handstück entgegengesetzte Ende der Schutzhülle mit einer ortsfesten
Strahlungsquelle gekoppelt ist und mit dem Handstück Operationen ausgeführt wer
den, die räumliche Richtungsänderungen des Handstückes um 180° und mehr erfor
dern.
Der wesentliche funktionelle Unterschied zum Stand der Technik, aus dem sich zu
gleich auch die Vorteile der Erfindung ergeben, besteht darin, daß die Schutzhülle ei
ner Verformung zu einem kleiner werdenden Biegeradius keinen zunehmenden Wider
stand entgegensetzt, da die Rückstellkräfte fehlen, die sich beim Stand der Technik
beispielsweise aus der Federwirkung eines spiralförmig gewickelten Metallbandes er
geben. Bei der erfindungsgemäßen Lösung hat die Veränderung der Fluchtungsrich
tung zweier benachbarter Hülsen mit zunehmendem Winkel α, der ein Maß für die Än
derung der Fluchtungsrichtungen ist, keine Erhöhung des Kraftaufwandes zur Folge, da
hier lediglich die Hülsen um eine entsprechende Gelenkachse gegeneinander ver
schwenkt werden. Es sind auch keine Kräfte erforderlich, um die Hülsen in der Stellung
bzw. Position zueinander zu halten, die sie nach der Richtungsänderung eingenommen
haben, da, wie dargestellt, eine Rückstellkraft nicht vorhanden ist.
Ein weiterer Vorteil gegenüber den bekannten technischen Lösungen besteht darin,
daß die Verschwenkung jeweils zweier benachbarten Hülsen gegeneinander aus ihrer
Fluchtungsrichtung begrenzt ist. Die Verschwenkung ist nur soweit möglich, bis die
Mittenachsen der benachbarten Hülsen um den Winkel α aus ihrer Fluchtungsrichtung
gegeneinander geneigt sind; erfindungsgemäß liefert die Neigungsbegrenzung dem
Benutzer ein deutlich wahrnehmbares Signal, wenn der minimal zulässige Biegeradius
erreicht ist, wie im folgenden noch zu zeigen sein wird, und verhindert so beispiels
weise ein unbeabsichtigtes Knicken des Lichtleiters.
Die Neigungsbegrenzung kann aber auch aus folgendem wichtigen Grund wünschens
wert sein: Die Grundform des Lichtleiters ist ein "Stab", meist mit zylindrischem Quer
schnitt, in dem das Licht durch Totalreflexion an der Mantelinnenfläche weitergeleitet
wird. Bei einer Krümmung dieses "Stabes" ändern sich die Einfallswinkel an der Mantel
innenfläche und die Totalreflexion wird um so mehr gestört, je stärker die Krümmung
bzw. je kleiner der Biegeradius wird. Insofern kann die Neigungsbegrenzung auch dazu
dienen, den Biegeradius des Lichtleiters auf ein unter praktischen Gesichtspunkten
noch vertretbares Maß zu begrenzen.
Die Vorgabe des Winkels α kann also sowohl unter dem Aspekt der Knickung als auch
der Apertur erfolgen. Diesbezüglich und im Zusammenhang mit der vorliegenden Er
findung ist der Winkel α bevorzugt in dem Wertebereich von 5° bis 20, besonders be
vorzugt mit dem Wert 15° vorzugeben.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen jeweils zwei benachbarte
Hülsen an ihren einander zugewandten Enden miteinander korrespondierende, als Ge
lenke mit mindestens einer Gelenkachse ausgebildete Rastelemente auf, wobei stets
das Ende der einen Hülse in das Ende der benachbarten Hülse rastend eingreift und die
einzelnen Hülsen einen Verbund bilden, der in Verlaufsrichtung des Lichtleiters auch
auf erheblichen Druck und auch auf Zug beanspruchbar ist. Hierdurch wird außerdem
erreicht, daß die durch ein solches Gelenk miteinander verbundenen Hülsen bezüglich
ihrer Fluchtungsrichtung um die mindestens eine Gelenkachse bei gleichmäßiger Kraft
aufwendung verschwenkt werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Rastelemente als Kugelrastelemente ausgebildet
sind, wobei das Ende der einen Hülse eine Kugelform und das zugewandte Ende der
anderen Hülse eine Kalottenform aufweist und so jeweils zwei benachbarte Hülsen
durch eine Kugelgelenkkupplung formschlüssig miteinander verbunden sind.
Eine derartige Schutzhülle ist in beliebiger Länge leicht herstellbar, indem Hülse an
Hülse gefügt wird. Die Hülsen können als Massenteile einzeln vorgefertigt werden, was
einen geringen Kostenaufwand pro Hülse bedeutet. Die Hülsen können dann in einer
durch die vorgegebene Länge des zu umhüllenden Lichtleiters angemessenen Anzahl
aneinandergereiht werden, wobei jeweils unter leichtem Druck die kugelige Ausfor
mung am Ende der einen Hülse in die Kalottenform am Ende der nächsten Hülse einge
schoben wird und dort einrastet.
Zur Begrenzung des Winkels α, um den je zwei benachbarte Hülsen bezüglich ihrer
Fluchtungsrichtung gegeneinander verschwenkbar sind, sind erfindungsgemäß die
einander zugewandten Endabschnitte benachbarter Hülsen mit korrespondierenden
Anschlagflächen versehen, wobei sich diese Anschlagflächen dann aneinander anlegen
und eine weitere Richtungsänderung verhindern, wenn der maximal zulässige Winkel α
und damit der minimale Biegeradius des Lichtleiters erreicht ist.
Auf diese Weise kann der Lichtleiter nicht stärker gekrümmt bzw. der Biegeradius des
Lichtleiters nicht kleiner werden, als dies die Anschläge zulassen. Die Anschlagflächen
sind an die Enden der Hülsen angeformt und erfordern nur einen geringen Mehrauf
wand bei der Herstellung und keinen zusätzlichen Aufwand beim Aneinanderfügen der
Hülsen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die
Hülsen ringförmige Querschnitte aufweisen, wobei der Innendurchmesser des Quer
schnittes, mittig zwischen den beiden Hülsenenden gemessen, um ein Spiel, das eine
leichtgängige Verschiebung der Hülsen relativ zum Lichtleiter ermöglicht, größer aus
geführt ist als die Querschnittsabmessung des Lichtleiters und wobei die Innendurch
messer von der Mitte zu den beiden Enden hin zunehmend größer ausgebildet sind.
Mit der Möglichkeit der relativen Verschiebung der Hülsen zum Lichtleiter ist der Län
genausgleich gewährleistet, der erforderlich ist, sobald die Neigung der benachbarten
Hülsen zueinander geändert wird, um dem innerhalb der Hülsen verlaufenden Lichtlei
ter die gewünschte Krümmung vorzugeben. Dabei sorgt der kleine Querschnitts
durchmesser in der Mitte der Hülsen auch dafür, daß die relative Beweglichkeit von
Hülse und Lichtleiter senkrecht zur Verlaufsrichtung des Lichtleiters auf das notwendi
ge Maß beschränkt bleibt, während die zu den Enden jeder Hülse größer werdenden
Innendurchmesser dafür sorgen, daß der Lichtleiter in den Gelenkachsen zweier Hülsen
keine Knickung erfahren kann. Insofern ist an den Hülsenenden zwischen der Innen
wandung einer Hülse und der Außenfläche des Lichtleiters soviel Spiel vorgesehen, daß
die Verschwenkung bis zum maximal möglichen Winkel α ohne Gefahr einer Knickung
des Lichtleiters erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung liegt es weiterhin, daß mindestens zwei der einander be
nachbarten Hülsen mit Mitteln zur Begrenzung und zur Verhinderung einer relativen
Verdrehung zueinander um ihre Mittenachsen bzw. die optische Achse des Lichtleiters
ausgestattet sind. Damit wird vorteilhaft erreicht, daß von den Hülsen keine Torsions
kräfte auf den Lichtleiter übertragen werden können und dieser so auch gegen Zerstö
rung durch einwirkende Torsionskräfte geschützt ist.
Die Mittel zur Verhinderung einer Verdrehung zweier Hülsen relativ zueinander können
derart ausgestaltet sein, daß von zwei benachbarten Hülsen eine Hülse mindestens
eine in eine radiale Richtung weisende Materialaussparung und die andere Hülse min
destens eine hierzu korrespondierende und in die Materialaussparung der benachbar
ten Hülse eingreifende Materialerhebung aufweist. Durch diesen Eingriff ist gewährlei
stet, das die Ausrichtung der beiden benachbarten Hülsen, bezogen auf ihre Verdre
hung um die Mittenachsen, immer gleichgerichtet bleibt. Die Verschwenkbarkeit dieser
beiden Hülsen zueinander um den Winkel α bezogen auf ihre Fluchtungsrichtung wird
dadurch nicht beeinflußt.
Eine weitere Ausgestaltungsvariante der Mittel zur Begrenzung bzw. Verhinderung der
relativen Verdrehung zueinander sieht vor, daß die Hülsen von einem Mantel aus einem
flexiblen Material umgeben sind, der mit dem äußeren Umfang der Hülsen verschweißt,
bevorzugt verklebt ist oder unter Vorspannung reibschlüssig auf deren äußerem Um
fang aufsitzt, wodurch die relative Verdrehung gegeneinander verhindert oder zumin
dest begrenzt ist.
Dieser Mantel hat nicht nur den Vorteil, Torsionskräfte aufnehmen zu können und da
mit die Verdrehung der Hülsen zueinander um ihre Mittenachsen zu verhindern, son
dern er schafft auch zusätzlich mechanische Stabilität und es ist möglich, seine Ober
fläche mit Eigenschaften auszustatten, die bestimmten medizinischen Anforderungen
bei entsprechendem Einsatz genügen.
So ist es oftmals erforderlich, daß die äußere Oberfläche des Mantels hygienisch unbe
denklich, außerdem schnell und leicht zu reinigen sein und insofern eine möglichst
glatte Oberfläche aufweisen muß. Auch ist häufig erwünscht, daß der Mantel unemp
findlich gegenüber Desinfektionsmitteln ist und sterilisierbar sein muß, was Unemp
findlichkeit gegenüber Feuchtigkeit, Temperatur und Sterilisationsgasen voraussetzt.
Außerdem hat der Mantel auch noch den Vorteil, daß er zusätzlich in Richtung des
Lichtleiters wirkende Zug- bzw. Druckkräfte aufnehmen kann und so die Rastelemente,
durch die die Hülsen miteinander verbunden sind, entlastet. Allerdings muß der Mantel
aus einem sehr weichen und flexiblen Material bestehen, damit die Flexibilität der
Schutzhülle gewährleistet bleibt.
Diesbezüglich hat sich bewährt, den Mantel aus einem mit Silikon beschichteten
Glasseidengewebe herzustellen. Damit lassen sich alle vorgenannten Eigenschaften
erzielen. Denkbar ist auch die Ausbildung eines mehrschichtigen Mantels, wobei dann
die innere, sich zwischen der äußeren und dem Umfang der Hülse befindenden Schicht
die Zug- und Torrsionskräfte aufnehmen und die äußere Schicht die für den medizini
schen Einsatz vorteilhaften Oberflächeneigenschaften aufweisen sollte.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zur Ver
hinderung oder Begrenzung einer Verdrehung zweier benachbarter Hülsen gegenein
ander zwischen allen benachbarter Hülsen vorgesehen, ausgenommen zwischen der
ersten und der zweiten Hülse und/oder zwischen der letzten und der vorletzten Hülse
(in Verlaufsrichtung des Lichtleiters betrachtet). Damit wird vorteilhaft erreicht, daß
lediglich die erste Hülse und/oder die letzte Hülse der Schutzhülle gegenüber den üb
rigen Hülsen um die Mittenachse verdrehbar ist.
Insofern kann vorgesehen sein, daß die erste und letzte Hülse der Schutzhülle nicht
mit dem Mantel verklebt, verschweißt oder auch nur reibschlüssig verbunden ist und
auch keine sich in radiale Richtung erstreckenden Materialerhebungen und Material
aussparungen aufweisen, die mit der Nachbarhülse in Verbindung stehen. Die Ver
drehbarkeit der ersten und/oder die letzten Hülse gegenüber den übrigen Hülsen der
Schutzhülle ist beispielsweise dann wünschenswert, wenn sie über ein Gewinde mit
anderen lichtleitenden Baugruppen, etwa einkoppelseitig mit der Strahlungsquelle und
auskoppelseitig mit einem medizinischen Handstück, verbunden werden sollen.
Vorteilhaft können die Hülsen aus einem Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul im
Bereich von E = 2.000 MPa bis 15.000 MPa, bevorzugt einem glasfaserverstärkten Po
lyamid, besonders bevorzugt einem glasfaserverstärkten Polyamid der Bezeichnung
PA6GF25, gefertigt sein.
Der Mantel sollte aus einem weichen Gummi oder einem sehr flexiblen Kunststoff be
stehen. Eine einzelne Hülse sollte beispielsweise in einer Länge von 15 mm bis 25 mm
ausgeführt sein, wobei der Innendurchmesser an der engsten Stelle etwa 4 mm und
der Außendurchmesser etwa 8 mm betragen sollte.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert
werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine prinzipielle Anordnung der erfindungsgemäßen Lösung.
Fig. 2 eine Einzelheit A aus Fig. 1
Fig. 3 die Darstellung nach Fig. 2, jedoch mit gegeneinander geneigten Hülsen
Fig. 4 eine weitere Ausgestaltungsvariante der Erfindung
In Fig. 1 ist eine Laserstrahlungsquelle 1 dargestellt, die über einen flexiblen Lichtleiter
2 mit einem medizinischen Handstück 3 verbunden ist. Die Laserstrahlungsquelle 1 sei
beispielhaft mit einem Er:YAG-Laser ausgestattet, der eine Strahlung mit einer Wellen
länge im Bereich λ = 2,9 µm abstrahlt. Das medizinische Handstück 3 sei zur Ausfüh
rung von mikrochirurgischen Eingriffen im Auge, etwa zur Phakoemulsifikation, ausge
bildet. Der Lichtleiter 2 soll beispielhaft aus einer Einzelfaser aus Quarzglas bestehen,
wobei sich der Gegenstand der Erfindung nicht in der angegebenen Konkretheit er
schöpft, sondern anstelle des Er:YAG-Lasers auch anderweitige technisch äquivalente
Strahlungsquellen in Frage kommen und als Lichtleiter anstelle der Einzelfaser aus
Quarzglas auch Einzelfasern aus Zirkoniumfluorid, Saphir, Chalkogenid o. ä. und wei
terhin auch Hohlleiter, Flüssigkeitsfasern und andere flexible Lichtleiter vorgesehen
sein können, die der jeweiligen Verwendung angepaßt und zur Übertragung der Strah
lung geeignet sind. Weiterhin ist die Erfindung nicht auf die Übertragung der Strah
lungsenergie zu einem medizinischen Handstück beschränkt, sondern es sind hier
auch andere strahlführende Instrumente denkbar. Anstelle des Handstückes kann man
sich auch eine Lichtleiterkupplung vorstellen.
Da das medizinische Handstück 3 ortsveränderlich sein muß, um die mikrochirurgische
Operation ausführen zu können und deswegen auch leicht und feinfühlig zu handha
ben sein soll, während die Laserstrahlungsquelle 1 in relativer Ruhe verbleibt, besteht
die Forderung des Anwenders darin, daß der Lichtleiter 2 von einer Schutzhülle umge
ben ist, die einerseits die gewünschte Flexibilität nicht behindert, andererseits aber
den Lichtleiter 2 auch vor äußeren mechanischen Einflüssen, Temperatureinflüssen
usw. schützt. Hierzu gehört vor allem auch, daß eine Biegung des Lichtleiters 2 um
einen so kleinen Radius verhindert wird, der ein Abknicken des Lichtleiters 2 innerhalb
der Schutzhülle zur Folge hätte.
Erfindungsgemäß ist eine Schutzhülle vorgesehen, die aus einer Vielzahl von in Ver
laufsrichtung des Lichtleiters 2 aneinandergereihter einzelner Hülsen 4.1, 4.2, 4.3 bis
4.n besteht. Jede dieser einzelnen Hülsen 4.1 bis 4.n umgreift dabei eine Teilstrecke
bzw. einen Abschnitt der Gesamtlänge des Lichtleiters 2.
Bei der Operation kommt es in unterschiedlichster Weise zur Positionsänderungen des
Handstückes 3 gegenüber der in relativer Ruhe befindlichen Laserstrahlungsquelle 1.
Hierdurch erfährt der Lichtleiter 2 Krümmungen, die - wie leicht vorstellbar - nicht nur
in der Zeichenebene der Fig. 1 liegen.
In Fig. 2 ist die Einzeleinheit A aus Fig. 1 vergrößert dargestellt, um eine bevorzugte
Gestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Schutzhülle anhand der beiden benach
barten Hülsen 4.3 und 4.4 erläutern zu können. Es ist zu erkennen, daß die beiden
Hülsen 4.3 und 4.4 durch Rastelemente miteinander verbunden sind, die in Form eines
Kugelgelenkes ausgebildet sind. Dabei weist die Hülse 4.3 an ihrem der benachbarten
Hülse 4.4 zugewandten Ende eine kalottenförmige Ausnehmung 5 auf, während die
Hülse 4.4 an ihrem der Hülse 4.3 zugewandten Ende mit einer kugelförmigen Wulst 6
versehen ist.
Weiterhin ist ersichtlich, daß die kalottenförmige Ausnehmung 5 durch eine ringförmi
ge Rastkante 7 begrenzt ist. Der Durchmesser der Rastkante 7 ist um soviel kleiner als
der größte Durchmesser der kugelförmigen Wulst 6, daß einerseits unter geringem
manuellem Kraftaufwand das Einrasten der kugelförmigen Wulst 6 unter Überwindung
der Rastkante 7 in die kalottenförmige Ausnehmung 5 möglich ist und andererseits
auch eine Mindestzugkraft erforderlich ist, um beide Hülsen wieder voneinander zu
lösen.
Auf diese Weise ist das Aneinanderfügen der Hülsen 4.3 und 4.4 von Hand leicht zu
bewerkstelligen, und umgekehrt können die beiden Hülsen 4.3 und 4.4 im Bedarfsfalle
auch wieder voneinander getrennt werden.
Im aneinandergefügten Zustand sind die beiden Hülsen 4.3 und 4.4 um die Position 8
im Zentrum der kugelförmigen Wulst 6 und der kalottenförmigen Ausnehmung 5 ge
geneinander verschwenkbar. Die Verschwenkung der beiden Hülsen 4.3 und 4.4 ge
geneinander um die Position 8 führt zu einer Krümmung des Lichtleiters 2, der von
den Hülsen 4.3 und 4.4 umschlossen ist. Die Position, die die beiden Hülsen 4.3 und
4.4 nach dieser Verschwenkung zueinander haben sowie die damit erzielte Krümmung
des Lichtleiters 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Das Verschwenken der beiden Hülsen 4.3 und
4.4 gegeneinander kann sowohl in der Zeichenebene der Fig. 3 als auch aus der Zei
chenebene heraus erfolgen, und zwar soweit dies durch die Kugelgelenkverbindung
zugelassen wird.
Um nun eine Krümmung des Lichtleiters 2 über ein zulässiges Maß hinaus zu verhin
dern, ist an dem der Hülse 4.4 zugewandten Ende der Hülse 4.3 eine kegelförmige
Anschlagfläche 9 und an dem der Hülse 4.3 zugewandten Ende der Hülse 4.4 eine zy
lindrische Anschlagfläche 10 vorgesehen. Wie in Fig. 3 erkennbar, ist das Verschwenken
der beiden Hülsen 4.3 und 4.4 gegeneinander nur soweit möglich, bis die zylindrische
Anschlagfläche 10 zur Anlage an die kegelförmige Anschlagfläche 9 kommt. Auf diese
Weise wird erfindungsgemäß eine zu starke Krümmung des Lichtleiters 2 verhindert.
Beispielhaft sind die Anschlagflächen 9 und 10 so dimensioniert, daß eine Auslenkung
der beiden Hülsen 4.3 und 4.4 gegeneinander um maximal den Winkel α = 10° möglich
ist. Der Winkel α kann natürlich in Abhängigkeit von der Ausgestaltung der Ausfor
mungen an den Enden der Hülsen 4.3 und 4.4 und selbstverständlich auch in der Ab
hängigkeit vom Material des Lichtleiters 2 bzw. von dessen minimal zulässigem
Krümmungsradius größer und kleiner ausgelegt sein.
In Fig. 2 ist weiterhin dargestellt, daß die Hülsen 4.3 und 4.4 an ihren voneinander ab
gewandten Enden die genau gegensätzliche Ausformung aufweisen als an ihren anein
ander zugewandten Enden. So weist die Hülse 4.3 dort die kugelförmige Wulst 6 auf,
während die Hülse 4.4 an dieser Stelle mit der kalottenförmigen Ausnehmung 5 verse
hen ist. Das betrifft in analoger Weise die kegelförmige Anschlagfläche 9, die zylindri
sche Anschlagfläche 10 und selbstverständlich auch die Rastkante 7. Auf diese Weise
ist es möglich, derart ausgebildete Hülsen in beliebiger Anzahl n aneinanderzufügen
und damit Lichtleiter 2 beliebiger Länge zu umschließen. Ein mit einer solchen Schutz
hülle versehener Lichtleiter 2 hat den Vorteil, daß nur ein minimaler Kraftaufwand zur
Richtungsänderung des angeschlossenen Handstückes bzw. zur Biegung des Lichtlei
ters 2 erforderlich ist und außerdem eine Überbiegung des Lichtleiters 2 mit hoher
Sicherheit verhindert wird.
Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, können die erste Hülse 4.1 und die letzte Hülse 4.n
abweichend von den übrigen Hülsen 4.2 bis 4.n - 1 mit größerer Länge ausgeführt sein
und es liegt im Rahmen der Erfindung, die Hülse 4.1 an ihrem der Laserstrahlungs
quelle 1 zugewandten Ende mit einer Lichtleiterkupplung auszustatten. Das gilt analog
für das dem medizinischen Handstück zugewandten Ende der Hülse 4.n. Außerdem
kann vorgesehen sein, daß die Hülsen 4.1 und 4.n nur jeweils an ihren den benachbar
ten Hülsen 4.2 bzw. 4.n - 1 zugewandten Enden mit Rastelemten (der kugelförmigen
Wulst 6 oder der kalottenförmigen Ausnehmung 5) versehen sind.
Wie in Fig. 2 und Fig. 3 weiterhin zu erkennen ist, ist der Innendurchmesser der Hülsen
4.3 und 4.4 um ein Spiel, das eine leichtgängige Verschiebung der Hülsen 4.3 und 4.4
auf dem Lichtleiter 2 ermöglicht, größer ausgeführt als die Querschnittsabmessung des
Lichtleiters 2. Im dargestellten Beispiel hat der Lichtleiter 2 ebenso wie die Hülsen 4.3
und 4.4 einen kreisrunden Querschnitt. Aufgrund dieses Spieles ist es nun möglich,
daß sich der Lichtleiter 2 gegenüber den Hülsen 4.3 und 4.4 in Längsrichtung leicht
gängig verschiebt während die Hülsen 4.3 und 4.4 gegeneinander verschwenkt wer
den.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung gemäß Fig. 4 sind an der
kugelförmigen Wulst 6 zwei in entgegengesetzte radiale Richtungen weisende Materi
alerhebungen 11 und hierzu korrespondierend an der kalottenförmigen Ausnehmung
5 zwei in dieselben Richtungen weisende Materialaussparungen 12 vorgesehen, die bei
ineinandergefügten Hülsen 4.3 und 4.4 miteinander im Eingriff stehen. Durch diesen
Eingriff von Materialerhebung 11 und Materialaussparung 12 ist eine Verdrehung der
Hülse 4.3 und 4.4 gegeneinander um die Mittenachse 13 der Hülsen verhindert und
der Lichtleiter wird vor Torsion geschützt.
Als Material hat sich in der praktischen Erprobung für die Hülsen ein glasfaserverstärk
ter Polyamid der Bezeichnung PA6GF25 bewährt, der ein Elastizitätsverhalten aufweist,
das problemlos das Fügen jeweils zweier Hülsen, wie am Beispiel der Hülsen 4.3 und
4.4 dargestellt, über die Rastkante 7 hinweg gestattet.
In einer weiteren sehr bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, die Hülsen 4.1 bis
4.n zusätzlich mit einem Gummimantel 14 zu umgeben, der sowohl Torsionskräfte,
vor denen der Lichtleiter 2 zu schützen ist, aufnehmen kann als auch in der Lage ist,
das Vordringen von Staub und Feuchtigkeit zum Lichtleiter 2 weitestgehend zu verhin
dern.
1
Laserstrahlungsquelle
2
Lichtleiter
3
medizinisches Handstück
4.1
. . .
4.
n Hülsen
5
kalottenförmige Ausnehmungen
6
kugelförmige Wulst
7
Rastkante
8
Position
9
kegelförmige Anschlagfläche
10
zylindrische Anschlagfläche
11
Materialerhebung
12
Materialaussparung
13
Mittenachse
14
Mantel
Claims (12)
1. Flexible Schutzhülle für Lichtleiter (1), bestehend aus einer großen Anzahl von in
Verlaufsrichtung des Lichtleiters (1) aneinandergereihter einzelner biegesteifer,
stofflich voneinander getrennter Hülsen (4.1 . . . 4.n), von denen jede einen
Bruchteil der Gesamtlänge des Lichtleiters (1) umgreift und die gelenkig so
miteinander verbunden sind, daß jeweils zwei benachbarte Hülsen (4.3, 4.4) um
einen Winkel α aus ihrer Fluchtungsrichtung gegeneinander verschwenkbar sind,
wobei jeweils zwei benachbarte Hülsen (4.3, 4.4) an ihren einander zugewandten
Enden miteinander korrespondierende, als Gelenke mit mindestens einer
Gelenkachse ausgebildete Rastelemente aufweisen und wobei stets das Ende
einer Hülse (4.4) in das Ende der benachbarten Hülse (4.3) rastend eingreift, so
daß die einzelnen Hülsen (4.3, 4.4) einen Verbund bilden, der in Verlaufsrichtung
des Lichtleiters (1) auf erheblichen Druck und auf Zug beanspruchbar ist und
wobei der Lichtleiter relativ zu den Hülsen (4.1 . . . 4.n) in axialer Richtung und im
Bereich der Gelenke in radialer Richtung verschiebbar ist.
2. Schutzhülle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastelemente als
Kugelgelenke ausgebildet sind, wobei das Ende der einen Hülse (4.4) eine
Kugelform (6) und das zugewandte Ende der anderen Hülse (4.3) eine
Kalottenform (5) aufweist und so jeweils zwei benachbarte Hülsen (4.3, 4.4) durch
eine Kugelgelenkkupplung formschlüssig miteinander verbunden sind.
3. Schutzhülle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einander
zugewandten Endabschnitte bei benachbarten Hülsen (4.3, 4.4) mit
korrespondierenden Anschlagflächen (9, 10) zur Begrenzung des Winkel α
ausgestattet sind.
4. Schutzhülle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch die
Anschlagflächen (9, 10) der Winkel α bevorzugt auf Werte von 5° bis 20°,
besonders bevorzugt auf den Wert 15° begrenzt ist.
5. Schutzhülle nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülsen (4.1 . . . 4.n) ringförmige Querschnitte aufweisen, wobei der
Innendurchmesser des Querschnittes in der Mitte zwischen den beiden Enden der
Hülsen (4.1 . . . 4.n) um ein Spiel, das eine leichtgängige Verschiebung der Hülsen
(4.1 . . . 4.n) relativ zum Lichtleiter (1) ermöglicht, größer ausgeführt ist als die
Querschnittsabmessung des Lichtleiters (1) und wobei die Innendurchmesser von
der Mitte zu beiden Enden hin zunehmend größer ausgebildet sind.
6. Schutzhülle nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei mindestens zwei einander benachbarten Hülsen (4.3, 4.4) Mittel zur
Verhinderung oder Begrenzung einer Verdrehung gegeneinander um ihre
Mittenachsen (13) vorgesehen sind.
7. Schutzhülle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von den
benachbarten Hülsen (4.3, 4.4) eine Hülse mindestens eine in radiale Richtung
weisende Materialaussparung (12) und die andere Hülse mindestens eine hierzu
korrespondierende und in die Materialaussparung (12) der benachbarten Hülse
(4.4) eingreifende Materialerhebung (11) aufweist, wodurch die Verdrehung
gegeneinander verhindert ist.
8. Schutzhülle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten
Hülsen (4.3, 4.4) von einem Mantel (14) aus einem flexiblen Material umgeben
sind, der mit dem äußeren Umfang der Hülsen (4.3, 4.4) verschweißt, bevorzugt
verklebt ist oder unter Vorspannung reibschlüssig auf deren äußerem Umfang
aufsitzt, wodurch die Verdrehung gegeneinander verhindert oder zumindest
begrenzt ist.
9. Schutzhülle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Mittel zur
Verhinderung oder Begrenzung einer Verdrehung gegeneinander zwischen allen
einander benachbarten Hülsen (4.1 . . . 4.n), ausgenommen zwischen der ersten
(4.1) und zweiten (4.2) und/oder zwischen der letzten (4.n) und vorletzten (4.n - 1)
Hülse, vorgesehen sind.
10. Schutzhülle nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste (4.1) und/oder die letzte Hülse (4.n) lediglich an dem der jeweils
benachbarten Hülse (4.2 bzw. 4.n - 1) zugewandten Ende mit den Merkmalen nach
einem der Ansprüche 2 bis 5 ausgestattet ist und an dem der jeweils
benachbarten Hülse (4.2 bzw. 4.n - 1) abgewandten Ende Kupplungselemente zur
Verbindung mit anderen lichtleitenden Baugruppen aufweist.
11. Schutzhülle nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Hülsen (4.1 . . . 4.n) aus einem Kunststoff mit einem Elastizitätsmodul im
Bereich von E = 2.000 bis 15.000 MPa, bevorzugt einem glasfaserverstärkten
Polyamid, besonders bevorzugt einem glasfaserverstärkten Polyamid der
Bezeichnung PA6GF25, gefertigt sind.
12. Schutzhülle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (14) aus
Gummi oder Kunststoff besteht.
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