DE4435644B4

DE4435644B4 - Fluidbetätigter Endoskopbiegeabschnitt

Info

Publication number: DE4435644B4
Application number: DE4435644A
Authority: DE
Inventors: Toru Chiba; Kazuhiro Naganuma; Rensuke Adachi; Tetsuya Utsui
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1993-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: DE4435644A1; US5860914A; US5577992A

Abstract

Fluidbetätigter Endoskopbiegeabschnitt, umfassend
einen länglichen, elastischen Körper (3d), der mit einem Einführtubus (1)
eines Endoskops verbunden ist,
eine in Längsrichtung durch den elastischen Körper (3d) verlaufende, ein Fluid (25) enthaltende Druckkammer (20), die von der Mittelachse des elastischen Körpers (3d) parallel versetzt ist, und
ein mit der Druckkammer (20) verbundenes Fluidzuführrohr (23), durch das das Fluid (25) der Druckkammer (20) zuführbar und aus der Druckkammer (20) ablaßbar ist, um den elastischen Körper (3d) fluidbetätigt zu biegen,
wobei die Druckkammer (20) an ihrem distalen Ende mit einem transparenten Element (24) abgeschlossen ist und das Fluid (25) eine transparente Flüssigkeit ist, durch die Beleuchtungslicht zum distalen Ende der Druckkammer (20) übertragbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen fluidbetätigten Biegeabschnitt eines Endoskops, das einen Biegemechanismus verwendet, um eine Richtungssteuerung der Observation durch das Endoskop zuzulassen.
Allgemein ist ein für chirurgische Verfahren brauchbares flexibles Endoskop mit einem Einführtubus, einem biegbaren Abschnitt am Einführende des Einführtubus und einem für den Bediener zugänglichen Steuerabschnitt versehen.

Die offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. HEI 515485 offenbart einen Biegemechanismus für einen Endoskopbiegeabschnitt, der eine flache elastische Schicht oder Hülle mit einer Druckkammer zum Biegen des Biegeabschnittes verwendet. Ein Bediener steuert eine Pumpe, um ein Fluid in die und aus der Druckkammer zu pumpen, um die elastische Schicht auszudehnen oder zusammenzuziehen. Die Deformation der elastischen Schicht in sowohl vertikaler als auch seitlicher Richtung der Schicht biegt den Biegeabschnitt. Da sich jedoch der Durchmesser des Biegeabschnittes ändert, wenn sich die elastische Schicht verformt, ist es schwierig, mit dieser Technik einen dünnen Biegeabschnitt herzustellen. Ferner kann der in der oben angegebenen Publikation offenbarte Biegemechanismus den Biegeabschnitt nicht um einen großen Winkel relativ zu seiner eigenen Länge biegen.

Aus der US 3 773 034 ist ein Katheter mit einem abbiegbaren distalen Ende bekannt, der im Biegeabschnitt mit Fluiddruck belegbare Druckkammern aufweist.

In der JP 04008337 A und der US 5 018 506 sind Biegeabschnitte offenbart, die der steuerbaren Abwinklung von Endoskopen dienen. Der Grad der Abwinklung ist dabei mit Hilfe von mit Fluiddruck belegbaren Druckkammern einstellbar.

Aus der US 4 790 624 ist ein Biegeabschnitt eines Endoskops bekannt, der eine auf einem elastischen Schlauch aufgewickelte Feder aus einer Formgedächtnislegierung aufweist. Durch lokales Aufheizen geht diese Feder in eine gekrümmte Form über und ermöglicht somit ein steuerbares Abbiegen des Endoskops.

In der EP 0 247 746 A1 ist ein Katheter offenbart, der eine mit transparenter Flüssigkeit gefüllte Katheterröhre aufweist. Die Flüssigkeit dient dabei als lichtleitendes Medium für proximalseitig eingespeistes Laserlicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen fluidbetätigten, Beleuchtungslicht übertragenden Endoskopbiegeabschnitt anzugeben, der möglichst dünn ausgebildet ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Biegeabschnitt nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Nachfolgend werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in denen:
1 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer ersten Ausführungsform ist,
2 eine Querschnitts-Vorderansicht längs der Linie II-II in 1 ist,
3 eine Querschnitts-Seitenansicht der ersten Ausführungsform während des Biegens ist,
4(a) bis 4(f) Biegezustände bei verschiedenen Drücken eines Biegeabschnittes gemäß der ersten Ausführungsform zeigen,
5 eine Querschnitts-Vorderansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer zweiten Ausführungsform ist,
6 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer dritten Ausführungsform ist,
7 eine Querschnitts-Seitenansicht der dritten Ausführungsform während des Biegens ist,
8 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer vierten Ausführung ist, wobei ein Teil des Biegeabschnittes gezeigt ist,
9 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer fünften Ausführungsform ist,
10 eine schematische Ansicht eines Steuerabschnittes eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß der fünften Ausführungsform ist,
11 eine Querschnitts-Seitenansicht der fünften Ausführungsform während des Biegens ist,
12 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer sechsten Ausführungsform ist,
13 eine Querschnitts-Seitenansicht der sechsten Ausführungsform während des Biegens ist,
14 eine Querschnitts-Vorderansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer siebten Ausführungsform ist,
15 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer achten Ausführungsform ist,
16 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer neunten Ausführungsform ist,
17 eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 16 ist,
18 eine Querschnitts-Seitenansicht der neunten Ausführungsform beim Biegen ist,
19 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer zehnten Ausführungsform ist,
20 eine Querschnitts-Seitenansicht der zehnten Ausführungsform beim Biegen ist,
21 eine Querschnitts-Seitenansicht eines Endoskopbiegeabschnittes gemäß einer elften Ausführungsform ist,
22 eine Querschnitts-Vorderansicht der elften Ausführungsform ist, und
23 eine Querschnitts-Seitenansicht der elften Ausführungsform beim Biegen ist.
Es ist darauf hinzuweisen, daß lediglich die fünfte Ausführungsform von dem Gegenstand des Anspruchs 1 umfaßt ist, während die übrigen Ausführungsformen nicht unter den Anspruch 1 fallen.
Die 1 bis 4 zeigen einen Endoskopbiegeabschnitt gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Endoskop einen flexiblen Einführtubus 1 und einen Biegeabschnitt 2a. Die Verbindung zwischen dem Biegeabschnitt 2a und dem Einführende des flexiblen Einführtubus 1 ist wasserdicht. Der Biegeabschnitt 2a enthält einen elastischen Körper 3a, der flexibel und in jede Winkelstellung verbiegbar ist.
Der Körper 3a ist aus einem Elastomermaterial gebildet. Vorzugsweise ist der Körper 3a aus Silikonkautschuk gebildet, der ein Dehnungsverhältnis von 300 % bis 400 % hat. Alternativ kann Chloroprenkautschuk mit einem ähnlichen Dehnungsverhältnis verwendet werden. Der Körper 3a ist als ein längliches, zylindrisches Formteil ausgebildet. Die bevorzugte Ausführungsform eines Biegeabschnittes 2a eines Endoskops hat einen elastischen Körper 3a mit 4 mm Durchmesser, wobei der Elastikkörper 3a vorzugsweise 40 mm lang ist.
Ein Durchgangskanal 4 ist durch den Körper 3a zum Einführen eines Bildleiter-Faserbündels 5 gebildet. Die hierin beschriebenen Faserbündel sind herkömmliche Bündel von transparenten, optischen Fasern. Ein Observationsfenster 6 ist durch die Endöffnung des Durchgangskanals 4 bestimmt, und das Observationsfenster 6 ist durch ein wasserdichtes Abdeckglas 7 abgedeckt, das an dem Körper 3a angebracht ist. Ein Linsenhalter 8 ist innerhalb des Abdeckglases 7 angebracht, und sowohl das Ende des Bildleiter-Faserbündels 5 als auch eine Objektivlinse 9 sind in dem Linsenhalter 8 befestigt.
Obwohl in 1 kein Lichtleiter-Faserbündel gezeigt ist, kann ein Beleuchtungsfaserbündel in dem Durchgangskanal 4 oder einem anderen Kanal angeordnet sein. Außerdem kann ein Bildaufnahmeelement, wie ein CCD-Element, anstelle des Bildleiter-Faserbündels 5 verwendet werden. Der Körper 3a enthält ferner drei längliche Druckkammern 11a, die radial verteilt sind, wie in 2 gezeigt ist. Jede Druckkammer 11a ist umfangsmäßig in dem Körper 3a ausgebildet, und die drei Kammern 11a sind radial um die Achse des Körpers 3a in 120-Grad-Winkelintervallen verteilt. Wie in 2 gezeigt ist, hat jede Druckkammer 11a einen nierenförmigen Querschnitt und jede ist längs des Außenumfangs des Körpers 3a gekrümmt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist jede längliche Druckkammer 11a in dem Körper 3a so ausgebildet, daß sich die Kammer 11a zur Montageseite des Körpers 3a hin öffnet. Ein Fluidzuführrohr- oder -schlauch 12a ist an der Innenwand jeder Druckkammer 11a an deren Eingang hermetisch angebracht und mit einer druckfesten Dichtung abgedichtet.
Die Zuführenden der Fluidzuführrohre 12a sind mit einer Pumpvorrichtung (nicht gezeigt) zum Zuführen eines Fluids, wie Luft, verbunden. Die Pumpvorrichtung ist an einem Steuerabschnitt mit dem Bedienerende des Einführtubus 1 verbunden.
Eine Radialexpansionsbeschränkung 14 umgibt die Länge des Körpers 3a, um einer Deformation des Körpers 3a in einer Radialrichtung entgegenzuwirken. Die Radialexpansionsbeschränkung 14 ist vorzugsweise eine Schraubenfeder, die den Körper 3a umgibt. Bei der bevorzugten Ausführungsform eines Biegeabschnittes eines Endoskops stimmt der Innendurchmesser der Schraubenfeder mit dem Außendurchmesser des Körpers 3a überein, und die Schraubenfeder ist vorzugsweise aus einem Draht aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 0,3 mm gebildet.
Die Radialexpansionsbeschränkung 14 kann sich über ihre Wicklungslänge verbiegen und kann über ihre Wicklungslänge gedehnt werden, wobei die Richtung ihrer Wicklungslänge der Axialrichtung des Körpers 3a entspricht. Die Radialexpansionsbeschränkung 14 ist so aufgebaut, daß sie denselben Wicklungsdurchmesser aufrechterhält, wenn die Druckkammern 11a unter Druck gesetzt werden. Statt der Schraubenfeder kann eine Nylonstoffhülle als eine Radialexpansionsbeschränkung 14 verwendet werden.
Wenn ein Fluid in einer der Druckkammern 11a durch deren entsprechendes Fluidzuführrohr 12a unter Druck gesetzt wird, dehnt sich die Druckkammer 11a aus und verformt den Körper 3a. Wenn eine der Druckkammern 11a unter Druck gesetzt wird, verlängert sich die Druckkammer in der Axialrichtung und der Körper 3a biegt sich von der Seite der unter Druck gesetzten Kammer weg. Wenn der zusätzliche Druck in der Druckkammer weggenommen wird, wird die ursprüngliche Form der Druckkammer wiederhergestellt und der Körper 3a richtet sich wieder gerade aus. Wegen des Drei-Kammer-Aufbaus kann ein Bediener den Biegeabschnitt 2a zum Biegen in jegliche Richtung steuern, indem er jede der drei gleich verteilten Druckkammern 11a unter Druck setzt.
Wie beschrieben wurde, kann sich der Körper 3a axial verformen, wird jedoch durch die Radialexpansionsbeschränkung 14 an einer Verformung in der Radialrichtung gehindert. Die Verformung des Körpers 3a ist daher auf die Axialrichtung beschränkt, und das Verbiegen, des Körpers 3a in Abhängigkeit der Deformation einer Druckkammer 11a ist vergrößert. Somit kann sich der Körper 3a und der gesamte Biegeabschnitt 2a in einem großen Winkelbereich innerhalb eines relativ kleinen Radius verbiegen.
Die 4(a) bis 4(f) zeigen den Betrag der Biegung des Biegeabschnittes 2a in Abhängigkeit von: 4(a) 1 atm (1 Normalatmosphäre), 4(b) 3,90 atm, 4(c) 4,5 atm, 4(d) 5,4 atm, 4(e) 6,8 atm und 4(f) 9,0 atm. Wie in 4(d) gezeigt ist, biegt sich, wenn der Druck einer der Druckkammern 11a, 5,4 Atmosphären ist, der Biegeabschnitt 2a um 90 Grad. Bei 9,0 Atmosphären, was in 4(f) gezeigt ist, biegt sich der Biegeabschnitt 2a um mehr als 180 Grad.
Der Biegeabschnitt 2a eines Endoskops gemäß der ersten Ausführung ist daher in der Lage, sich um einen großen Betrag in jegliche Richtung zu verbiegen, selbst wenn der Biegeabschnitt schmal oder schlank ist. Ferner gestattet die Verwendung der Radialexpansionsbeschränkung 14 einen großen Biegebetrag bei verringerten Fluiddrücken. Wenn keine Radialexpansionsbeschränkung, wie die hierin beschriebene, angebracht ist, dehnt sich der Körper in der Radialrichtung aus und verbiegt sich, und der Biegewinkel pro Druckeinheit ist kleiner als bei der beschriebenen Ausführungsform.
Die Anzahl der Druckkammern 11a ist nicht auf drei beschränkt. Es können weniger oder mehr als drei Kammern sein. Wenn es nur eine Druckkammer 11a gibt, kann sich der Biegeabschnitt 2a in eine Richtung um die in den 4(a) bis 4(f) gezeigten Beträge verbiegen. Wenn der Biegeabschnitt 2a zwei Kammern hat, kann sich der Biegeabschnitt 2a in zwei Richtungen um die in den 4(a) bis 4(f) gezeigten Beträge verbiegen. Wenn drei oder mehr Kammern vorgesehen sind, wie bei der ersten Ausführungsform, kann sich der Biegeabschnitt 2a in jegliche Richtung um die in den 4(a) bis 4(f) gezeigten Beträge verbiegen.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen, d.h. die zweite bis elfte Ausführungsform, beschrieben. Teile, die in den betreffenden Zeichnungen auftreten, aber in den einzelnen Beschreibungen der Ausführungsformen nicht beschrieben sind, sind ähnlich jenen der ersten Ausführungsform aufgebaut.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Biegeabschnittes 2i eines Endoskops. Die zweite Ausführungsform hat nur eine einzelne Druckkammer 11b. Jedoch ist das Endoskop der zweiten Ausführungsform mit einem Bildleiter-Faserbündel 5 und einem Lichtleiter-Faserbündel 15 zum Beleuchten eines Objekts versehen. Zusätzlich enthält die zweite Ausführungsform einen Pinzettenkanal 13. In dem elastischen Körper 3g des Biegeabschnittes 2i ist eine einzelne Druckkammer 11b vorgesehen. Der Aufbau eines Biegeabschnittes 2i gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung gestattet die Verwendung eines sehr schmalen elastischen Körpers 3g mit einem Pinzettenkanal 13. Vorzugsweise hat der Körper 3g 2 mm Durchmesser.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Biegeabschnittes 2b eines Endoskops. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich dadurch, daß ein mechanisch widerstandsfähiges Element 16 in einem Durchgangskanal 4 vorgesehen ist, um ein Innenelement in dem Durchgangskanal 4 zu schützen.
Sowohl der Einführtubus 1 als auch das Fluidzuführrohr 12a der dritten Ausführungsform sind flexibel. Ein Bildleiter-Faserbündel 5 ist vom Montageende des elastischen Körpers 3b in den Durchgangskanal 4 eingeführt. Ein Observations- oder Betrachtungsfenster 6 ist durch die Endöffnung des Durchgangskanals 4 begrenzt, und das Observationsfenster 6 ist durch ein wasserdichtes Abdeckglas 7 abgedeckt, das an dem Körper 3b angebracht ist. Eine Objektivlinse 9 ist unter Verwendung von Abstandhaltern 108 in dem Durchgangskanal 4 positioniert, und die Objektivlinse 9 ist zwischen dem Bildleiter-Faserbündel 5 und dem Abdeckglas 7 angeordnet. Das Abdeckglas 7 und die Objektivlinse 9 sind bei der dritten Ausführungsform direkt an dem Durchgangskanal 4 angebracht. Der Körper 3b ist von der Radialexpansionsbeschränkung 14 umgeben, wie bei der ersten Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform hat der Biegeabschnitt 2b vorzugsweise 2 mm Durchmesser und 20 mm Länge. Der Innendurchmesser des Durchgangskanals 4 ist vorzugsweise 0,35 mm.
Ein mechanisch widerstandsfähiges Element 16 ist innerhalb des Durchgangskanals 4 angeordnet, um das Bildleiter-Faserbündel 5 vor einem Zusammendrücken zu schützen. Das mechanisch widerstandsfähige Element 16 ist vorzugsweise eine Schraubenfeder, die übereinstimmend mit dem Innendurchmesser des Durchgangskanals 4 geformt und aus einem Draht mit sehr kleinem Durchmesser gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform hat die Schraubenfeder einen Außendurchmesser von 0,35 mm und ist aus einem Draht aus rostfreiem Stahl mit 0,05 mm Durchmesser gebildet. Wenn der Fluiddruck in der Druckkammer 11b durch Zuführen von Fluid durch das Fluidzuführrohr 12a erhöht wird, wird die Kammer 11b in der Axialrichtung ausgedehnt, und der Biegeabschnitt 2b verbiegt sich, wie in 7 gezeigt ist.
Das widerstandsfähige Element 16 hält die Innenwand des Durchgangskanals 4 zurück und hindert den Durchgangskanal 4 am Zusammendrücken. Daher wird das Bildleiter-Faserbündel 5 vor jeder Wirkung der Expansion der Druckkammer 11b und vor der Biegewirkung geschützt, wenn sich der Biegeabschnitt 2b verbiegt. Wenn zugelassen wird, daß die Wände des Durchgangskanals 4 eine Kraft auf das Bildleiter-Faserbündel 5 ausüben, kann das Bildleiter-Faserbündel 5 nach vielen Biegezyklen beschädigt werden. Das widerstandsfähige Element 16 verhindert daher, daß das Bildleiter-Faserbündel 5 durch die Wände des Durchgangskanals 4 beschädigt wird.
Ferner kann das widerstandsfähige Element 16 in jedem anderen Kanal, z.B. einem Pinzettenkanal 13 oder einem Kanal 15 für ein Lichtleiter-Faserbündel, wie bei der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform, verwendet werden.
8 zeigt einen Biegeabschnitt eines Endoskops gemäß einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform ist eine Modifikation der dritten Ausführungsform, wobei das widerstandsfähige Element 16 und die Radialexpansionsbeschränkung 14 beide in dem elastischen Körper 3c eingebettet sind. Die 8 zeigt nur einen Zwischenabschnitt des Körpers 3c zum Darstellen der Unterschiede der vierten Ausführungsform. Bei der vierten Ausführungsform sind sowohl die Radialexpansionsbeschränkung 14 als auch das widerstandsfähige Element 16 in dem Körper 3c eingebettet. Ein Biegeabschnitt 2c eines Endoskops gemäß der vierten Ausführungsform kann daher sogar noch schmaler sein, als die vorher beschriebenen Ausführungsformen. Ferner hat die vierte Ausführungsform eine glatte Außenoberfläche, die eine Beschädigung des chirurgischen Objekts oder des Endoskops verhindert. Die Radialexpansionsbeschränkung 14 und das Widerstandselement 16 sind nicht notwendigerweise Schraubenfedern, sondern können alternativ ein Satz von parallelen Ringen sein, die in gleichen Abstandsintervallen längs der Länge des Körpers 3c angeordnet sind.
9 zeigt einen Biegeabschnitt 2d eines Endoskops gemäß einer erfindungsgemäßen fünften Ausführungsform. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich darin, daß die Druckkammer 20 in Axialrichtung vollständig durch den elastischen Körper 3d gebohrt ist, ein Beleuchtungsfenster 22 am Ausgang begrenzt ist und das Beleuchtungsfenster 22 durch eine Konkavlinse 21 und eine wasserdichte Dichtplatte 24 abgeschlossen ist.
Ein Endoskop der fünften Ausführungsform enthält einen flexiblen Einführtubus 1. Bei der fünften Ausführungsform hat der Biegeabschnitt 2d vorzugsweise 2 mm Durchmesser und 20 mm Länge. Ein Durchgangskanal 4 ist wie bei vorhergehenden Ausführungsformen in dem elastischen Körper 3d des Biegeabschnittes 2d ausgebildet. Das offene Ende der Druckkammer 20 ist mit einem Fluidzuführrohr 23 verbunden.
Ein Bildleiter-Faserbündel 5, ein Abdeckglas 7, eine Objektivlinse 9 und Abstandshalter 108 haben denselben Aufbau wie bei der dritten Ausführungsform. Eine Radialexpansionsbeschränkung 14 und ein widerstandsfähiges Element 16 sind ebenfalls ähnlich der dritten Ausführungsform angeordnet.
10 zeigt einen Steuerabschnitt 30, der mit dem Steuerende des Einführtubus 1 der fünften Ausführungsform verbunden ist. Ein Observationsende 5a des Bildleiter-Faserbündels 5 schafft einen Ausgang für ein übertragenes Bild, damit es zu einer Observationsposition einer Okkularlinse 31 kommt.
Das Fluidzuführrohr 23 steht von dem Steuerabschnitt 30 vor und ist mit einer Lichtquellenvorrichtung 40 verbunden. Die Druckkammer 20 und das Fluidzuführrohr 23 sind vollständig (ohne Luftblasen) mit einer transparenten Flüssigkeit 25 gefüllt. Die Lichtquellenvorrichtung 40 ist mit einer Lampe 41 und einem Konkavspiegel 42 zum Konvergieren des von der Lampe 41 emittierten Lichts versehen. Das Lichtquellenende des Fluidzuführrohrs 23 ist durch eine Transparentplatte 26 abgedichtet und im Konvergenzbereich des Lichts angeordnet.
Das von der Lampe 41 emittierte, durch den Konkavspiegel konvergierte Licht trifft auf die Transparentplatte 26 und wird durch die transparente Flüssigkeit 25 in dem Fluidzuführrohr 23 Übertragen. Das Licht tritt dann durch die Druckkammer 20, die Dichtplatte 24 und die Konkavlinse 21 aus, um ein Objekt oder einen Bereich zur Observation zu beleuchten. Das heißt, daß das Fluidzuführrohr 23 und die transparente Flüssigkeit 25 als Lichtleitereinrichtungen zur Beleuchtung wirken.
Ein Druckrohr 27, das von dem Fluidzuführrohr 23 abzweigt, ist mit einer Druckvorrichtung 28 verbunden. Die Druckvorrichtung 28 ist ähnlich einer Hypodermalspritze aufgebaut und mit einem Zylinder 28a und einem Kolben 28b versehen. Wenn der Kolben 28b der Druckvorrichtung 28 in die durch einen Pfeil A in 10 gezeigte Richtung gedrückt wird, wird die Flüssigkeit in dem Zylinder 28a nach außen in das Fluidzuführrohr 23 gedrückt. Die unter Druck gesetzte Flüssigkeit dehnt die Druckkammer 20 in der Axialrichtung des elastischen Körpers 3d aus. Der Biegeabschnitt 2d verbiegt sich dann, wie durch einen Pfeil B in 11 gezeigt ist. Wenn der Kolben 28b in die in 10 gezeigte neutrale Position zurückgeführt wird, zieht sich die ausgedehnte Druckkammer 20 zusammen und der Biegeabschnitt 2d wird gerade. Das Licht von der Lampe 41 wird durch die transparente Flüssigkeit 25 übertragen und tritt durch die Konkavlinse 21 aus, um das Objekt oder den Bereich zu beleuchten, selbst wenn der Biegeabschnitt 2d in irgend eine Richtung gebogen ist.
Vorzugsweise sollte das Fluidzuführrohr 23 aus Polyethylen, Polyurethan oder Fluorharz gebildet sein, so daß die Expansion des Fluidzuführrohres 23 unter Druck klein ist. Die transparente Flüssigkeit 25 ist ein biologisch zuträgliches Fluid. Zum Beispiel wird ein Silikonöl, wie ein Methylsilikon, ein Phenylmethylsilikon oder ein Phenylsilikon verwendet.
Wenn das Fluidzuführrohr 23 aus einem transparenten Material gebildet ist, ist der Brechungsindex des Fluidzuführrohrs 23 vorzugsweise geringer als der der transparenten Flüssigkeit 25, so daß das transmittierte Licht an der Grenze zwischen dem Fluidzuführrohr 23 und der transparenten Flüssigkeit innen total reflektiert wird. Ferner kann die Innenwand des Fluidzuführrohrs 23 metallbeschichtet sein, um Licht zu reflektieren. Wenn die Innenwand des Fluidzuführrohrs 23 mit einem Metall beschichtet ist, das als Spiegel wirkt, braucht der Brechungsindex der transparenten Flüssigkeit 25 nicht definiert werden. Die Innenwand der Druckkammer 20 kann ebenfalls mit einer spiegelähnlichen Oberfläche metallbeschichtet sein. Die Innenwand des Fluidzuführrohrs 23 muß glatt und der Gehalt an Verunreinigungen in der transparenten Flüssigkeit 25 sollte niedrig sein, um Transmissionsverluste (von Licht) im Biegeabschnitt 2d zu verringern.
Das durch die transparente Flüssigkeit 25 transmittierte Licht divergiert (weitet sich auf) an der Konkavlinse 21 und beleuchtet ein zu betrachtendes Objekt. Die Dichtplatte 24 ist in der Druckkammer 20 so angeordnet, daß zwischen der Konkavlinse 21 und der Dichtplatte 24 ein Luftspalt ist. Der Unterschied der Brechungsindizes an der Luft-Linsen-Grenze der konkaven Oberfläche der Konkavlinse 21 ist größer, als wenn die transparente Flüssigkeit 25 die Konkavlinse 21 direkt berührt, und der Divergenzwinkel des von der Konkavlinse 21 austretenden Lichts ist daher größer.
Die erfindungsgemäße fünfte Ausführungsform eines distalen Endes eines Endoskops läßt daher ein extrem dünnes Endoskop zu, da die Beleuchtungsquelle und das Biegeglied kombiniert sind. Ferner ist die Beleuchtungsleitung eine Flüssigkeit und unterliegt daher keinen Biegebelastungen wie ein Optikfaserbündel.
12 zeigt ein distales Ende 2e eines Endoskops gemäß einer sechsten Ausführungsform. Das Endoskop dieser Ausführungsform stimmt allgemein mit der in 6 gezeigten Ausführungsform überein. Die sechste Ausführungsform unterscheidet sich darin, daß die Radialexpansionsbeschränkung 14, die den elastischen Körper 3b umgibt, in einer flexiblen, wasserdichten Außenhaut 18a eingebettet ist. Die flexible Außenhaut 18a ist vorzugsweise aus Silikonkautschuk, Chloroprenkautschuk oder einem ähnlich biologisch zuträglichen Elastomer gebildet. Die flexible Außenhaut 18a ist wenigstens am Observationsfenster 6 und am Montageende des Biegeabschnittes 2e mit dem Biegeabschnitt 2e verbunden oder verkittet und hat eine Öffnung für das Observationsfenster 6.
Ferner kann die flexible Außenhaut 18a um den elastischen Körper 3b durch Eintauchen, Besprühen oder Bepinseln des Biegeabschnittes 2e in bzw. mit einen/m polymerisierenden Monomer gebildet werden. Zum Beispiel wird der Biegeabschnitt 2e in Silikonkautschuk getaucht, so daß die Dicke der flexiblen Außenhaut 18a die Dicke der Radialexpansionsbeschränkung 14 um ungefähr 0,1 mm übersteigt, und die Außenhaut 18a wird anschließend bei Raumtemperatur vulkanisiert.
Wenn das Fluid in der Druckkammer unter Druck gesetzt wird, verbiegt sich der Biegeabschnitt 2e, wie in 13 gezeigt ist. In diesem Fall stört die flexible Außenhaut 18a das Verbiegen des Biegeabschnittes 2e nicht. Wenn der aufgebrachte Druck entfernt wird, zieht sich die ausgedehnte Druckkammer 20 zusammen und der Biegeabschnitt 2e richtet sich in die in 12 gezeigte neutrale Position auf.
Die glatte, flexible Außenhaut 18a der sechsten Ausführungsform bedeckt die Radialexpansionsbeschränkung 14, und die Oberfläche des gesamten Biegeabschnittes 2e ist daher glatt. Somit kann das Endoskop reibungslos eingeführt werden und weder das chirurgische Subjekt noch das Endoskop werden leicht beschädigt. Ferner werden keine Gewebe- oder Körperfluide in der Radialexpansionsbeschränkung 14 festgehalten, und es ist daher leicht, den Biegeabschnitt 2e zu reinigen und sauber und steril zu halten.
Die 14 und 15 zeigen Biegeabschnitte eines Endoskops gemäß einer siebten und einer achten Ausführungsform. Die 14 zeigt ein distales Ende 2f eines Endoskops einer siebten Ausführungsform, die allgemein ähnlich der in 5 gezeigten zweiten Ausführungsform ist. wie in 14 gezeigt ist, sind der Biegeabschnitt 2f des Endoskops und die umgebende Radialexpansionsbeschränkung 14 mit einer flexiblen Außenhaut 18b umhüllt. Die 15 zeigt ein distales Ende 2g eines Endoskops einer achten Ausführungsform, die allgemein ähnlich der dritten beschriebenen Ausführungsform ist, wobei der Biegeabschnitt 2g von einer flexiblen Außenhaut 18c umhüllt ist. Bei der in 15 gezeigten achten Ausführungsform ist die flexible Außenhaut 18c als Schlauch ausgebildet worden, bevor sie an dem Biegeabschnitt 2g angebracht wird. Sowohl bei der siebten als auch der achten Ausführungsform kann ein glatter Biegeabschnitt 2f oder 2g leicht durch aufeinanderfolgendes Anbringen der radialen Expansionsbeschränkung 14 und dann der glatten und schützenden, flexiblen Außenhaut 18b oder 18c zusammengebaut werden.
Die 16 zeigt einen Biegeabschnitt eines Endoskops gemäß einer neunten Ausführungsform. Ein Endoskop der neunten Ausführungsform ist allgemein ähnlich der in 12 gezeigten sechsten Ausführungsform. Die neunte Ausführungsform unterscheidet sich darin, daß das Fluidzuführrohr 12b ein Metallrohr, z.B. ein Rohr aus rostfreiem Stahl ist, das hohe Fluiddrücke zuläßt. Es ist bevorzugt, daß das Metall-Fluidzuführrohr 12b flexibel und in der Lage ist, Fluiddrücken von mehr als 10 atm zu widerstehen. Vorzugsweise wird ein Silikonkleber 100 zum Verbinden des Metall-Fluidzuführrohres und des elastischen Körpers 3b verwendet, jedoch ist die Klebekraft eines Silikonklebers 100 an einem Metallrohr unbefriedigend. Daher ist der Außendurchmesser des Metall-Fluidzuführrohres 12b an der Verbindung zum Körper 3b von einer Glasbeschichtung 121 umgeben, wie in 17 gezeigt ist. Die mit dem Metall-Fluidzuführrohr 12 verbundene Glasbeschichtung 121 ist an dem Körper 3b unter Verwendung eines Silikonklebers 100 befestigt. Die Klebeverbindung der Glasbeschichtung 121 mit dem Silikonkleber 100 ist gut und das Fluidzuführrohr 12b ist daher fest mit dem Körper 3b verbunden. Die Glasbeschichtung wird durch Aufbringen einer Glaspaste auf das Metall-Zuführrohr 12b und Sintern der Paste bei einer Temperatur zwischen 600 und 800 Grad Celsius ausgebildet.
Wie in 16 gezeigt ist, umgibt ein Metallring 19 das Montage- oder Befestigungsende des Körpers 3b, um die Verbindung zwischen dem Fluidzuführrohr 12b und dem Körper 3b zu schützen. Das Biegen der neunten Ausführungsform ist in 18 gezeigt. Wenn das Fluid in der Druckkammer 11b unter Druck gesetzt wird, biegt sich der Biegeabschnitt 2h, wie in 18 gezeigt ist. Das montierte Ende des Körpers 3b, das an dem Metallring 19 gehalten wird, verbiegt sich nicht, und es wird keine Biegebelastung auf die Verbindung zwischen dem Fluidzuführrohr 12b und dem Körper 3b übertragen. Der Metallring 19 hindert den hinteren Endabschnitt des Körpers 3b am Biegen, selbst wenn der Körper 3b wiederholt gebogen wird, und die Verbindung am Silikonkleber 100 ist daran gehindert, sich vom Körper 3b abzulösen. Vorzugsweise ist die Länge des Metallrings 19 in seiner Axialrichtung 5 mm, was ausreichend ist, die Verbindung mit dem Kleber 100 zu schützen. Die neunte Ausführungsform eines Biegeabschnittes 2a eines Endoskops läßt daher eine Anwendung von hohen Drücken zum Biegen des Biegeabschnittes 2h aufgrund des fest angebrachten Metall-Fluidzuführrohres 12b und Metallringes 19 zu.
Die 19 zeigt einen Biegeabschnitt 2j eines Endoskops gemäß einer zehnten Ausführungsform. Ein Endoskop dieser Ausführungsform ist allgemein das gleiche, wie die in 1 gezeigte erste Ausführungsform. Die zehnte Ausführungsform unterscheidet sich darin, daß ein Schmiermittel 200 auf die Innenfläche des Durchgangskanals 4 und die Außenfläche des Bildleiter-Faserbündels 5 aufgebracht wird. Das Schmier- oder Gleitmittel 200 besteht vorzugsweise aus Aluminiumteilchen von 2 bis 6 μm Durchmesser. Wenn das Fluid in der Druckkammer 11a unter Druck gesetzt wird, biegt sich der Biegeabschnitt 2j der zehnten Ausführungsform, wie in 20 gezeigt ist. Das Schmiermittel 200 ist alternativ Molybdändisulfid, Magnesiumoxid oder Ethylentetrafluorid, wobei Teilchen von 0,1 μm bis 20 μm Durchmesser verwendet werden. Gemäß der zehnten Ausführungsform eines Biegeabschnittes 2j eines Endoskops verringert das Schmiermittel 200 die Reibung zwischen dem Bildleiter-Faserbündel 5 und dem Durchgangskanal 4, und das Bildleiter-Faserbündel 5 wird daher vor einer Reibungsbeschädigung am Durchgangskanal 4 geschützt. Außerdem kann das Schmiermittel auf andere Elemente eines Biegeabschnittes 2j, wie einem Lichtleiter-Faserbündel oder ähnliches, angewandt werden.
21 zeigt einen Biegeabschnitt 2k eines Endoskops gemäß einer elften Ausführungsform. Der Biegeabschnitt 2k eines Endoskops der elften Ausführungsform unterscheidet sich darin, daß der Biegemechanismus eine Formgedächtnislegierung (Memory-Legierung) anstelle der Druckkammer, wie bei den oben angegebenen Ausführungsformen, verwendet.
Ein Biegemechanismus unter Verwendung einer Formgedächtnislegierung ist aus dem Stand der Technik bekannt. Zum Beispiel offenbaren die offengelegten japanischen Patentpublikationen Nr. Hei 1-304416 und Hei 1-315675 ein Biegestellglied mit einer Mehrzahl von Form-Gedächtnislegierungsfedern. Wenn an die Federn ein elektrischer Strom angelegt wird, werden die Federn widerstandsbeheizt (Joule'sche Wärme) und dehnen sich linear aus, so daß durch die Vergrößerung ihrer aufgewickelten Länge infolge der Formgedächtnislegierung das Stellglied verbogen wird. Jedoch benötigt der in den oben angegebenen Publikationen offenbarte Biegemechanismus einen großen Raum, um die Formgedächtnislegierungsfedern anzuordnen, und es ist daher schwierig, ein schlankes oder schmales Endoskop mit dieser Technik herzustellen.
Die offengelegte japanische Patentpublikation Nr. Hei 3-173371 offenbart ein Biegestellglied mit einer dünnen Platte, die aus einer Formgedächtnislegierung gebildet ist. Mit diesem Aufbau ist die Herstellung eines schmalen Endoskops möglich. Jedoch läßt dieser Stand der Technik das Ausbilden einer dünnen Platte nicht ohne weiteres zu, und die in der offengelegten japanischen Patentpublikation Nr. Hei 3173371 ofenbarte Lösung ist daher schwierig auszuführen. Die Aufgabe der elften Ausführungsform ist es, den Aufbau eines Endoskops mit einem dünnen Durchmesser und mit einem Biegemechanismus, der eine Formgedächtnislegierung verwendet, zu gestatten.
Wie in 21 gezeigt ist, enthält das Endoskop der elften Ausführungsform einen Biegeabschnitt 2k und eine Steuerschaltung 60. Die 22 zeigt eine Querschnitts-Vorderansicht des Biegeabschnittes 2k gemäß der elften Ausführungsform.
Der Biegeabschnitt 2k enthält einen elastischen Körper 3e, durch den ein Pinzettenkanal 13, ein elektrischer Kanal 51, ein Bildleiter-Faserkanal 52 und ein Beleuchtungsfaserkanal 53 ausgebildet sind. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Pinzettenkanals 13 1,2 mm und der Durchmesser jedes der verbleibenden Kanäle 51, 52 und 53 ist vorzugsweise 0,35 mm. Die Kanäle sind in 22 genau gezeigt. In dem elektrischen Kanal 51 sind elektrische Leitungen 50 angeordnet, und ein BildleiterFaserbündel 5 und ein Lichtleiter-Faserbündel 15 sind in dem Bildleiter-Faserkanal 52 bzw. dem Lichtleiter-Faserkanal 53 angeordnet. Der Biegeabschnitt 2k hat vorzugsweise einen Durchmesser von gleich oder weniger als 2 mm und ist vorzugsweise 30 mm lang.
Der Biegeabschnitt 2k ist von einer Biegewicklung 70 umgeben. Die Biegewicklung 70 ist aus einer Formgedächtnislegierung mit einem vorzugsweisen Drahtdurchmesser von 0,1 mm oder weniger ausgebildet. Die Biegewicklung 70 ist so geformt, daß sie auf den Biegeabschnitt 2k paßt. Das heißt, daß der Innendurchmesser der Biegewicklung 70 gleich dem Außendurchmesser des Biegeabschnittes 2k ist, und daß die umwickelte Länge gleich der Länge des Biegeabschnittes 2k ist. Der Wicklungsschritt der Wicklung 70 in Axialrichtung ist vorzugsweise 0,3 mm. Die Biegewicklung 70 ist vollständig in einer flexiblen Außenhaut 18 eingebettet, und daher ist der Biegeabschnitt 2k bis auf die oben angegebenen Kanäle umhüllt. Die flexible Außenhaut 18 ist sowohl elektrisch als auch thermisch isolierend. Die Dicke der flexiblen Außenhaut 18 ist vorzugsweise 0,1 bis 0,2 mm.
Beide Enden (Anschlüsse) der Biegewicklung 70 sind in den Kanal 51 gezogen und mit den elektrischen Leitungen 50 verbunden. Die Öffnung des Kanals 51 ist durch ein Klebedichtmaterial 51a abgedichtet. Die elektrischen Leitungen 50 sind mit einer Steuerung 61 der Steuerschaltung 60 verbunden, und die Steuerung 61 wird verwendet, um an die elektrischen Leitungen 50 einen elektrischen Strom anzulegen. Zum Beispiel ist der elektrische Strom 1,5 Ampere. Die Steuerung 61 wird durch ei nen Impulsgenerator 62 so gesteuert, daß die Ausgangswellenform der Steuerung 61 dieselbe Wellenform wie die vom Impulsgenerator 62 angelegten Impulse hat. Eine Spiel- oder Tastgrad-Einstellvorrichtung 63 stellt das Ein/Aus-Spiel des Impulsgenerators 62 ein. Somit steuert die Tastgrad-Einstellvorrichtung 63 das Spiel des elektrischen Pulswellenformstroms, der von der Steuerung 61 an die elektrischen Leitungen 50 angelegt wird.
Eine vorgegebene gebogene Form wird durch die Wärmebehandlung der Formgedächtnislegierung der Biegewicklung 70 erhalten ("gespeichert"). Die Wicklung ist in der vorgegeben gebogenen Form geformt, so daß die Wicklungsachse der Biegewicklung in eine vorgegeben gekrümmte Form gebogen ist, die einer vorgegebenen gebogenen Form des elastischen Körpers 3e entspricht. Die Formgedächtnislegierung der Biegewicklung 70 kehrt zur vorgegebenen gebogenen Form zurück, wenn ihre Temperatur bestimmte Werte erreicht oder übersteigt. Daher wird, wenn ein elektrischer Strom mit einer gepulsten Wellenform durch die elektrischen Leitungen 50 von der Steuerung 61 an der Biegewicklung 70 angelegt wird, die Biegewicklung 70 widerstandsgeheizt (Joule-Aufheizung) und biegt den Biegeabschnitt 2k. Der Biegewinkel des Biegeabschnitts 2k kann durch Steuern des Spiels oder Tastgrades des angelegten elektrischen Stroms mit gepulster Wellenform geändert werden.
Vorzugsweise biegt sich der Biegeabschnitt 2k, der durch die Form der Formgedächtnislegierung-Biegewicklung 70 gebogen wird, in einem Krümmungsradius von 25 mm, wie in 23 gezeigt ist, wenn die Temperatur der Biegewicklung 70 zwischen 40 und 50 Grad Celsius ist. Wenn die Temperatur der Biegewicklung 70 sinkt, richten sich die Biegewicklung 70 und dadurch der Biegeabschnitt 2k in die in 21 gezeigte Form auf. Die Formgedächtnislegierung ist aus einem TiNi-System oder einem Cu-System ausgewählt. Durch die Formgedächtnislegierung-Biegewicklung 70 der elften Ausführungsform, die den elastischen Körper 3i umgibt, kann der Biegeabschnitt 2k dünn gemacht werden.
Wie beschrieben wurde, läßt jede der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung den Aufbau eines sehr schlanken Endoskops zu. Ferner läßt der beschriebene Biegemechanismus, selbst wenn der Biegeabschnitt sehr schlank gemacht werden kann, einen großen Biegebetrag relativ zur Länge des Biegeabschnittes zu.

Claims

Fluidbetätigter Endoskopbiegeabschnitt, umfassend einen länglichen, elastischen Körper (3d), der mit einem Einführtubus (1) eines Endoskops verbunden ist, eine in Längsrichtung durch den elastischen Körper (3d) verlaufende, ein Fluid (25) enthaltende Druckkammer (20), die von der Mittelachse des elastischen Körpers (3d) parallel versetzt ist, und ein mit der Druckkammer (20) verbundenes Fluidzuführrohr (23), durch das das Fluid (25) der Druckkammer (20) zuführbar und aus der Druckkammer (20) ablaßbar ist, um den elastischen Körper (3d) fluidbetätigt zu biegen, wobei die Druckkammer (20) an ihrem distalen Ende mit einem transparenten Element (24) abgeschlossen ist und das Fluid (25) eine transparente Flüssigkeit ist, durch die Beleuchtungslicht zum distalen Ende der Druckkammer (20) übertragbar ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am distalen Ende der Druckkammer (20) angeordnete Beleuchtungslinse (21).
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das transparente Element eine Dichtplatte (24) umfaßt, die in der Druckkammer (20) hinter der Beleuchtungslinse (21) angeordnet ist und zwischen sich und der Beleuchtungslinse (21) einen Luftspalt bildet.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in Längsrichtung durch den elastischen Körper (3d) verlaufenden Kanal (4), durch den ein Innenelement (5) geführt ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (20) in einem Randabschnitt des elastischen Körpers (3d) ausgebildet ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Element (14), das den elastischen Körper (3d) umgibt und ausgebildet ist, eine Expansion des elastischen Körpers (3d) in radialer Richtung zu verhindern und eine Expansion und eine Kontraktion des elastischen Körpers (3d) in Längsrichtung zuzulassen, wenn in der Druckkammer (20) fluidbetätigt Druck aufgebaut und Druck abgebaut wird.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (14) eine Schraubenfeder ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder (14) aus einem Metalldraht gebildet ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die radiale Expansion beschränkende Element (14) in dem elastischen Körper (3d) eingebettet ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine flexible Außenhaut (18a), die das die radiale Expansion beschränkende Element (14) umhüllt.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der Ansprüche 4 bis 10, gekennzeichnet durch ein um das Innenelement (5) herum angeordnetes widerstandsfähiges Element (16), das das Innenelement (5) schützt, wenn sich der elastische Körper (3d) verbiegt.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das widerstandsfähige Element (16) in dem Kanal (4) angeordnet ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das widerstandsfähige Element (16) in dem elastischen Körper (3d) eingebettet ist und den Kanal (4) umgibt.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidzuführrohr (12b) ein Metallrohr enthält.
Endoskopbiegeabschnitt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endabschnitt des Fluidzuführrohrs (12b), der an der Druckkammer (11b) mit dem elastischen Körper (3b) verbunden ist, mit einer Glasbeschichtung (121) beschichtet ist, und daß zwischen der Glasbeschichtung (121) und dem elastischen Körper (3b) ein Kleber (100) zum Herstellen der Verbindung vorgesehen ist.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ring (19), der einen Montageendabschnitt des elastischen Körpers (3b) in der Nähe seiner Anbringung am Einführtubus (1) umgibt.
Endoskopbiegeabschnitt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche des Kanals (4) und die Außenfläche des Innenelementes (5) mit einem Schmiermittel beschichtet sind.