DE20104874U1 - Medizinisches Instrument - Google Patents

Description

MEDIZINISCHES INSTRUMENT

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument mit einem eine Längenausdehnung aufweisenden starren Körper, in welchem ein oder mehrere innere Kanäle gebildet sind.

Ein solcher starrer Körper läßt sich als Sonde einsetzen, welche in einen Patientenkörper einführbar ist, um über die Kanäle beispielsweise ein Operationsfeld beaufschlagen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein medizinisches Instrument der gattungsgemäßen Art zu schaffen, mittels welchem ein variabler Zugang zu einem Patientenkörperinnenraum erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem medizinischen Instrument der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der starre Körper aus einer Mehrzahl von Segmenten zusammengesetzt ist, welche mittels Diffusionsverschweißung miteinander verbunden sind.

Ein solches medizinisches Instrument kann dann mit einem starren Körper versehen sein, der lang und dünn ist, beispielsweise eine Länge von 300 mm aufweist und einen Querschnitt von 3 mm; auf diese Weise kann der starre Körper als Sonde minimalinvasiv weit in einen

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Patientenkörper eingeführt werden, beispielsweise bei der Hysteroskopie, Ventrikuloskopie oder der minimalinvasiven Chirurgie. Es lassen sich aber weiterhin Kanäle und insbesondere eine Mehrzahl von Kanälen mit kleinem Querschnitt in dem starren Körper anordnen, mittels welchen ein Untersuchungsfeld oder Operationsfeld in dem Patientenkörper beaufschlagbar ist; über solche Kanäle läßt sich beispielsweise eine Spülflüssigkeit zuführen, Körperflüssigkeiten oder Gewebe absaugen, ein Untersuchungsfeld oder Operationsfeld optisch beobachten, oder ein chirurgisches Instrument zu einem Operationsfeld führen. Dadurch, daß in einem erfindungsgemäßen medizinischen Instrument auch bei langen und dünnen Sonden sich trotzdem eine Mehrzahl von Kanälen anordnen lassen, können getrennte Kanäle für solche unterschiedlichen Anwendungen vorgesehen werden.

Bei der Diffusionsverschweißung werden zwei zu verbindende Teile unter Druckanwendung bei erhöhten Temperaturen für einen bestimmten Zeitraum miteinander verbunden, wobei die Verbindungsfestigkeit einer erzeugten Schweißverbindung in erster Linie von der Diffusion von Atomen über eine Verbindungsfläche herrührt. Die Verbindungsschicht zwischen zwei verbundenen Teilen weist im wesentlichen die gleichen mechanischen und physikalischen Eigenschafen auf wie das Basismaterial eines Segments. Bei der Diffusionsverschweißung genügt es, einen Druck auf die zu verbindenden Teile auszuüben, welcher geringer ist als derjenige, der beispielsweise erforderlich ist, um eine 5%ige Deformation zu bewir-

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ken. Die Diffusionsverschweißung kann also zur Verbindung von endverarbeiteten Teilen verwendet werden.

Durch die Diffusionsverschweißung lassen sich spaltfreie Verbindungen zwischen benachbarten Segmenten herstellen. Zudem verbleiben in Ausnehmungen in den Segmenten keine Rückstände und insbesondere gewebeschädlichen Rückstände, wie sie beim Löten entstehen können.

Spezielle Diffusionsschweißverfahren sind beispielsweise in der US 3,787,959, der US 3,798,748, der US 4,194,672, der US 5,361,971 oder der US 5,330,097 offenbart.

Günstig ist es, wenn ein Segment aus einem Vollmaterial hergestellt ist, in welchem eine oder mehrere durch mechanische Bearbeitung hergestellte Ausnehmungen gebildet sind. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen medizinischen Instrumentes muß also nicht der langgestreckte starre Körper als Ganzes mit einem Kanal versehen werden, sondern es werden Ausnehmungen in den einzelnen Segmenten gebildet und durch Zusammensetzung der Segmente mittels Diffusionsverschweißung ergeben die entsprechend ausgebildeten Ausnehmungen der Segmente innere Kanäle in dem langgestreckten Körper. Auf diese Weise läßt sich eine Mehrzahl von Kanälen auch in einem langgestreckten dünnen Körper bilden.

Es ist vorteilhaft, wenn ein einzelnes Segment so dimensioniert ist, daß eine Ausnehmung am Segment durch mechanische Bearbeitung herstellbar ist. Die Größe ei-

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nes Segmentes wird dann also so bestimmt, daß dieses
mechanisch bearbeitbar ist, um entsprechende Ausnehmungen herzustellen, die sich dann wiederum bei zusammengesetzten Segmenten zu einem inneren Kanal in dem langgestreckten Körper fügen.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß ein einzelnes Segment so dimensioniert ist, daß eine Ausnehmung an ihm
durch spanabhebende Materialbearbeitung herstellbar
ist, beispielsweise durch Fräsung.

Vorteilhafterweise setzen sich dann Ausnehmungen unterschiedlicher Segmente zu einem Kanal im Körper zusammen.
Mittels der Diffusionsverschweißung, die ohne Lötmittel auskommt und die raupenfrei ist, läßt sich dann ein stufenloser Kanal in dem langgestreckten Körper
herstellen.

Vorteilhafterweise ist dabei ein Segment aus einem metallischen Werkstoff hergestellt. Bauteile aus Stahl
oder Titan oder Titanlegierungen beispielsweise lassen sich mittels Diffusionsverschweißung verbinden. Ein
entsprechend hergestellter Körper weist auch noch eine bestimmte Flexibilität auf. Darüber hinaus sind solche metallischen Werkstoffe biokompatibel.

Bei einer Variante einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß Segmente des eine Längenausdehnung in einer Längsrichtung aufweisenden Körpers an Querflächen bezogen auf die Längsrichtung miteinander verbunden sind.

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Ein langgestreckter Körper läßt sich dann durch die Anordnung von Segmenten hintereinander bilden.

Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, daß Segmente des eine Längenausdehnung in einer Längsrichtung aufweisenden Körpers an Längsflächen bezogen auf die Längsrichtung miteinander verbunden sind. Ein Körper kann dann beispielsweise aus Halbschalen zusammengesetzt werden. Es kann auch vorgesehen sein, daß ein Segment aus beispielsweise zwei halbschalenförmigen Untersegmenten zusammengesetzt wird und daß solche zusammengesetzten Segmente dann hintereinander angeordnet werden, d.h. an Querflächen verbunden werden, um den langgestreckten Körper zu bilden.

Vorteilhafterweise ist dabei ein Segment zylindrisch ausgebildet, d.h. es weist einen kreisrunden Außenquerschnitt auf, um auf diese Weise einen zylindrischen langgestreckten Körper beispielsweise als Sonde bilden zu können.

Insbesondere ist es vorgesehen, einen Kanal in dem Körper stufenfrei bezüglich Segmentübergängen auszubilden. Dies läßt sich durch die Diffusionsverschweißung erreichen. Die Segmentübergänge sind dabei spaltfrei, da der Verbindungsübergang zwischen diffusionsverschweißten Segmenten durch eine Festkörperverschweißung entstanden ist.

Bei der Diffusionsverschweißung werden zu verbindende Segmente gegeneinandergepreßt, um einen bestimmten

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Druck auszuüben. Der erforderliche Druck liegt dabei aber üblicherweise unter dem, der für eine dauerhafte plastische Deformation erforderlich ist. Beispielsweise kann der Druck mittels einer Presse, mittels Gewichten oder auch durch Gasbeaufschlagung erreicht werden.

Weiterhin werden bei der Diffusionsverschweißung Segmente unter Temperaturbeaufschlagung miteinander verbunden, um eine genügende Diffusionsrate für Atome über eine Verbindungsfläche zu verbindender Segmente zu erhalten. Die Temperaturbeaufschlagung liegt dabei bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur und üblicherweise in der Größenordnung von etwa 50 % bis 75 % der Schmelztemperatur; bei der Diffusionsverschweißung handelt es sich um eine Festkörperverschweißung, d.h. an einer Fügefläche tritt keine Schmelzung des Materials ein.

Weiterhin erfolgt die Diffusionsverschweißung in einer Vakuumatmosphäre oder in einer gesteuerten/geregelten Atmosphäre, beispielsweise Schutzgasatmosphäre. Bei der Diffusionsverschweißung ist es wichtig, daß zu verbindende Flächen sauber sind, da Schmutzschichten oder Oxidschichten die Verbindungsstärke über beispielsweise Behinderung oder Sperrung der Diffusion stark beeinflussen können. Durch die Verschweißung in einer Vakuumatmosphäre oder gesteuerten/geregelten Atmosphäre wird sichergestellt, daß gereinigte Verbindungsflächen nicht wieder verschmutzen können.

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Beispielsweise läßt sich die Diffusionsverschweißung in einem Autoklaven durchführen. Der Autoklav muß dabei
eine derartige Größe aufweisen, daß zu verbindende Teile in ihm angeordnet werden können.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1: eine schematische Ansicht eines medizinischen Instrumentes, welches bei der minimalinvasiven Chirurgie einsetzbar ist und welches einen langgestreckten Körper aufweist, in dem Kanäle gebildet sind;

Figur 2: eine Schnittansicht längs der Linie A-A

in Figur 1 mit einer bestimmten Anordnung von Kanälen in dem langgestreckten Körper;

Figur 3: eine Schnittansicht einer Variante eines
langgestreckten Körpers mit einer alternativen
Kanalanordnung;

Figur 4: eine weitere Variante einer Kanalanordnung;

Figur 5: schematisch die Zusammensetzung des langgestreckten starren Körpers aus in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Segmenten
und

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Figur 6: schematisch die Herstellung der Verbindung zwischen zwei Segmenten durch Diffusionsverschweißung.

Ein erfindungsgemäßes medizinisches Instrument, welches in Figur 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfaßt einen sich in einer Längsrichtung 12 erstreckenden starren Körper 14, der in einen Patientenkörper einführbar ist. Es kann sich dabei um einen Trokar im Zusammenhang mit der minimalinvasiven Chirurgie handeln oder beispielsweise um einen Katheter. Bei dem medizinischen Instrument kann es sich auch beispielsweise um ein Hysteroskop zur Uterusuntersuchung/Uterusbehandlung oder um ein Ventrikuloskop handeln.

Um über das medizinische Instrument in dem Patientenkörper Untersuchungen und/oder Behandlungen durchführen zu können, ist der langgestreckten Körper 14 mit inneren Kanälen 16 versehen (Figuren 2 bis 4). Durch solche inneren Kanäle lassen sich über den langgestreckten Körper 14 beispielsweise Körperflüssigkeiten oder Gewebe absaugen, Spülflüssigkeiten in den Patientenkörper bringen, chirurgische Werkzeuge in den Patientenkörper einführen oder Beobachtungsinstrumente in den Körper einführen. Bei der multifunktionellen minimalinvasiven Chirurgie werden oft gleichzeitig über einen Trokar mehrere Instrumente in den Patientenkörper eingeführt, wobei gleichzeitig Körperflüssigkeiten oder Gewebe abgesaugt werden muß und das Operationsfeld auch noch optisch beobachtet wird. Bevorzugterweise weist der lang-

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gestreckte Körper 14 daher eine Mehrzahl von in ihm gebildete Kanäle 16 auf.

Das medizinische Instrument 10 weist Ports 18 auf, welche jeweils an einzelne Kanäle 16 angeschlossen sind und über die ein Zugang durch den jeweils angeschlossenen Kanal in den Patientenkörper geschaffen wird. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist beispielsweise ein Port 20 vorgesehen, über den eine Spülflüssigkeit durch einen entsprechend angeschlossenen Kanal durch den starren langgestreckten Körper 14 hindurch in den Patientenkörper geführt werden kann und es ist ein Port 22 vorgesehen, mittels dem das Operationsfeld in dem Patientenkörper über einen entsprechenden Kanal in dem langgestreckten Körper 14 abgesaugt werden kann. Ferner ist ein Port 24 vorgesehen, über den ein chirurgisches Instrument durch einen entsprechend angeschlossenen Kanal durch den langgestreckten Körper 14 hindurch dem Operationsfeld in dem Patientenkörper zuführbar ist.

Da der langgestreckte Körper 14 in den Patientenkörper in der Art einer Sonde eingeführt werden muß, ist es günstig, wenn er einen geringen Außendurchmesser aufweist. Wünschenswert sind beispielsweise Außendurchmesser, die in der Größenordnung von 3 mm liegen oder kleiner sind. Bei bestimmten Anwendungen muß die Sonde 14 auch sehr weit in den Körper hineinverschoben werden, beispielsweise bei der Hysteroskopie oder bei der Gehirn-Ventrikuloskopie. Die Sonde 14 sollte deshalb auch eine entsprechende Länge aufweisen, die beispiels-

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weise bis zu 300 mm betragen kann. Vorzugsweise ist dabei der langgestreckte Körper 14 (die Sonde) zylindrische ausgebildet und weist insbesondere einen kreisrunden Querschnitt auf.

Bei langen und dünnen Sonden weisen die Kanäle 16 eine entsprechende Länge und einen entsprechenden dünnen Querschnitt auf.

Erfindungsgemäß wird nun der langgestreckte Körper 14 dadurch hergestellt, daß er aus einer Mehrzahl von einzelnen Segmenten 26a, 26b, 26c, 26d usw. zusammengesetzt wird (Figur 5). Die einzelnen Segmente sind dabei so dimensioniert, daß in ihnen Ausnehmungen 28a, 28b, 28c usw. (Figur 2) durch mechanische Bearbeitung und insbesondere spanabhebende Materialbearbeitung wie Fräsen und insbesondere Bohren (siehe Figur 4) hergestellt werden können. Ein Segment wird dazu aus einem Vollmaterial hergestellt, indem es beispielsweise von einer Materialstange geschnitten wird und anschließend werden Ausnehmungen 28a usw. in ihm mittels beispielsweise Fräsbearbeitung gebildet.

Die in unterschiedlichen Segmenten gebildeten Ausnehmungen 28a werden dabei so aufeinander angepaßt, daß bei Zusammensetzung der Segmente zu dem starren Körper 14 sich in diesem ein oder mehrere durchgehende Kanäle 16 bilden, über die entsprechend dann ein Patientenkörper beaufschlagbar ist.

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Die Segmente 26a, 26b usw. können dabei je nach Anwendungsfall in der Längsrichtung 12 aufeinanderfolgend zusammengesetzt werden (Figur 5), so daß Querflächen 30a, 30b von benachbarten Segmenten 26a, 26b miteinander verbunden werden.

Es kann aber auch vorgesehen sein, daß Segmente an korrespondierenden Längsflächen 32, 34 zusammengesetzt werden. Beispielsweise können halbschalenförmige Segmente längs der Fläche mit der Schnittlinie B-B oder C-C gemäß Figur 2 zusammengesetzt werden.

Bei der Herstellung des starren Körpers 14 können diese Verbindungsverfahren auch miteinander kombiniert werden, d.h. es können Segmente aus Untersegmenten dadurch zusammengesetzt werden, daß korrespondierende Längsflächen miteinander verbunden werden und ein so gebildetes Segment dann mit einer Querfläche mit einer Querfläche eines anderen Segments verbunden wird.

Der Herstellungsprozeß läßt sich unter Berücksichtigung der gewünschten Anordnung von Kanälen 16 in der Sonde entsprechend auslegen.

Die einzelnen Segmente 26a, 26b usw. werden durch Diffusionsverschweißung miteinander verbunden, bei der zu verbindende Segmente 36, 38 (Figur 6) bei erhöhten Temperaturen für eine bestimmte Zeit gegeneinandergedrückt werden.

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Dieser Herstellungsprozeß der Verbindung zweier Segmente 36, 38 erfolgt dabei in einer Vakuumatmosphäre oder in einer gesteuerten/geregelten Atmosphäre. Insbesondere erfolgt die Diffusionsverschweißung zweier Segmente 36 und 38 in einem Autoklaven 40. Durch eine Druckbeaufschlagungsvorrichtung 42 lassen sich die zu verbindenden Segmente 36, 38 gegeneinanderpressen. Bei der Druckbeaufschlagungsvorrichtung 42 kann es sich um eine Presse handeln, oder es können Gewichte aufgelegt werden oder es kann auch ein differentialer Gasdruck zum Aufeinanderpressen zweier zu verbindender Segmente 36, 38 genutzt werden.

Die erforderliche Temperatur wird über eine Heizungsvorrichtung 44 hergestellt.

Die Diffusionsverschweißung ist eine Festkörperverschweißung, bei der die Verbindungsfestigkeit zwischen verbundenen Segmenten 36, 38 durch die Diffusion von Atomen über die Verbindungsfläche der Segmente 36, 38 zustande kommt. Die Temperaturen, bei denen die Diffusionsverschweißung stattfindet, werden unterhalb der Schmelztemperatur und oberhalb einer Rekristallisationstemperatur eingestellt, beispielsweise größenordnungsmäßig im Bereich zwischen 50 % der Schmelztemperatur bis 75 % der Schmelztemperatur. Diese Temperaturbeaufschlagung ist notwendig, um genügende Diffusionsraten zu erhalten. Es ist dabei notwendig, den Anpreßdruck der Segmente 36, 38 aufeinander, die Temperatur, die Kontaktzeit und auch die Reinheit der Kontaktflächen der beiden Segmente 36, 38 aneinander anzupassen.

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Es ist insbesondere wichtig, Schmutzschichten oder Oxidschichten von den Kontaktflächen zu entfernen, um eine hohe Verbindungsstärke zu erhalten.

Ein besonderer Vorteil der Diffusionsverschweißung liegt darin, daß der Druck, mit dem die zu verbindenden Segmente 36, 38 aufeinandergepreßt werden müssen, kleiner sein kann als der Druck, der benötigt wird, um beispielsweise eine 5%ige Deformation zu erzeugen. Durch Diffusionsverschweißung lassen sich also bearbeitete Segmente 36, 38 mit darin hergestellten Ausnehmungen 28a, 28b, 28c usw. verbinden, ohne daß diese Ausnehmungen durch die Verschweißung modifiziert werden. Die äußeren und inneren Abmessungen der Segmente 36, 38 bleiben also auch nach der Verschweißung erhalten.

Die Verbindungsschicht zwischen diffusionsverschweißten Segmenten 36, 38 hat im wesentlichen die gleichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften wie das Basismaterial der Segmente 36, 38.

Durch Diffusionsverschweißung lassen sich in der Sonde 14 aus den Ausnehmungen 28a, 28b, 28c in den einzelnen Segmenten 36, 38 durchgehende stufenfreie Kanäle 16 herstellen, so daß auch lange und dünne Sonden 14 mit einer Mehrzahl von inneren Kanälen 16 versehen werden können.

Als Material für die Segmente 36, 38 kann beispielsweise Stahl eingesetzt werden. Stahl läßt sich bei Tempe-

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raturen oberhalb von 1000° C innerhalb weniger Minuten diffusionsverschweißen.

Segmente aus Titan oder Titanlegierungen lassen sich beispielsweise bei einer Temperatur von größenordnungsmäßig 925° C bei einer Druckausübung zwischen 700 und 3500 kPa bei einer Prozeßdauer von ca. einer Stunde diffusionsverschweißen.

Um ein medizinisches Instrument mit einem eine Längenausdehnung aufweisenden starren Körper, in welchem ein oder mehrere innere Kanäle gebildet sind, lang und dünn ausbilden zu können, wird vorgeschlagen, den Körper aus einer Mehrzahl von Segmenten zusammenzusetzen, wobei die Segmente mittels Diffusionsverschweißung miteinander verbunden werden.

Claims (10)

1. Medizinisches Instrument mit einem eine Längenausdehnung aufweisenden starren Körper (14), in welchem ein oder mehrere innere Kanäle (16) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (14) aus einer Mehrzahl von Segmenten (26a, 26b, 26c, 26d) zusammengesetzt ist, welche mittels Diffusionsverschweißung miteinander verbunden sind.

2. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Segment (36) aus einem Vollmaterial hergestellt ist, in welchem eine oder mehrere durch mechanische Bearbeitung hergestellte Ausnehmungen (28a, 28b, 28c) gebildet sind.

3. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Segment (36) so dimensioniert ist, daß eine Ausnehmung (28a) durch mechanische Bearbeitung herstellbar ist.

4. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein einzelnes Segment (36) so dimensioniert ist, daß eine Ausnehmung (28a) an ihm durch spanabhebende Materialbearbeitung herstellbar ist.

5. Medizinisches Instrument nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich Ausnehmungen (28a) unterschiedlicher Segmente (36, 38) zu einem Kanal (16) im Körper (14) zusammensetzen.

6. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Segment (36) aus einem metallischen Werkstoff hergestellt ist.

7. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Segmente des eine Längenausdehnung in eine Längsrichtung (12) aufweisenden Körpers an Querflächen (30a, 30b) bezogen auf die Längsrichtung (12) miteinander verbunden sind.

8. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Segmente (36) des eine Längenausdehnung in eine Längsrichtung (12) aufweisenden Körpers (14) an Längsflächen (32, 34) bezogen auf die Längsrichtung (12) miteinander verbunden sind.

9. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Segment (36) zylindrisch ausgebildet ist.

10. Medizinisches Instrument nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kanal (16) in dem Körper (14) stufenfrei bezüglich Segmentübergängen ausgebildet ist.