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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Ultraschall-Endoskop-Sonden,
mit denen ein Ultraschallwandler, der sich an der distalen Spitze
eines Endoskops befindet, innerhalb des Körpers von einer externen Steuereinheit
aus manipuliert wird.
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In
der US-amerikanischen Patentschrift 5.402.793 (Gruner et al.) wird
eine multiplane TEE-Sonde beschrieben, bei der die Drehung des Ultraschallwandlers
motorgesteuert erfolgt. Der Motor wird so gesteuert, dass der Wandler
entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird,
und entweder mit einer hohen Drehgeschwindigkeit oder einer niedrigen
Drehgeschwindigkeit. Der Motor wird automatisch auch so gesteuert,
dass der Wandler in eine vorgegebene Ausgangsposition gefahren wird.
Die Wandlerspitze der Sonde ist abnehmbar mit dem Gastroskopschlauch
verbunden. In die akustische Linse vor dem Wandler ist eine Aluminiumfolie
eingebettet, um die Wärme
abzuleiten, die sich in der Linse ansammelt.
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Insbesondere
enthält
der Gastroskopschlauch bei dieser multiplanen TEE-Sonde einen biegsamen
Gelenkabschnitt, der aus einer Vielzahl von passenden zylindrischen
Gliedern gebildet wird, die von einem Glied zum nächsten abwechselnde
Schwenkachsen bilden. Der Schwenkbereich jedes Glieds in Bezug auf
ein benachbartes Glied wird durch gegenüberliegende Anschläge begrenzt,
die orthogonal zu den Schwenkpunkten der Glieder angeordnet sind.
Die Anschläge
werden durch eine Vielzahl von einander gegenüberliegenden und ineinander
eingreifenden Fingern gebildet, um dem biegsamen Gelenkabschnitt
Torsionsstabilität
zu verleihen. Der biegsame Gelenkabschnitt wird vom Griff der Sonde
aus gesteuert, wobei sich die Biegungsbegrenzungsanschläge in dem
Griff befinden. Der biegsame Gelenkabschnitt kann in einer bestimmten
gebogenen Position arretiert werden, jedoch wird die Arretierung
durch die Kraft überwunden,
die die Speiseröhre
auf die Wandlerspitze ausübt,
wenn die Sonde in arretierter und gebogener Stellung zurückgezogen
wird. Wenn der biegsame Gelenkabschnitt arretiert ist, wird an dem
Handgriff der Sonde und auf dem Display des Ultraschallsystem ein
Hinweissignal angezeigt.
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In
der US-amerikanischen Patentschrift 5.479.930 wird eine Ultraschall-Endoskop-Sonde mit einem
Ultraschallwandler an der distalen Spitze der Sonde beschrie ben.
Die distale Spitze umfasst einen biegsamen Gelenkabschnitt, der
nach oben/unten und rechts/links gebogen werden kann, so dass der Wandler
aus der Ferne bewegt und auf eine Region des Körpers gerichtet werden kann,
die der Benutzer abzubilden wünscht.
Hat der Benutzer die distale Spitze mit ihrem Wandler einmal auf
die gewünschte Weise
gebogen, kann der biegsame Gelenkabschnitt in seiner gebogenen Position
arretiert werden, während
sich der Benutzer Ultraschallbilder ansieht, die aus den durch den
Wandler empfangenen Echos erzeugt werden.
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In
der US-amerikanischen Patentschrift 3.788.303 wird ein Endoskop
beschrieben, das einen Steuerabschnitt und ein biegsames distales
Ende umfasst. Das Endoskop enthält
einen vom Benutzer justierbaren Mechanismus, der an dem genannten Steuerabschnitt
angeordnet und mit dem genannten distalen Ende gekoppelt ist, um
die Biegung des genannten distalen Endes zu justieren. Es umfasst
außerdem
einen Bremsmechanismus, der an dem genannten Steuerabschnitt angeordnet
und mit dem genannten Steuermechanismus gekoppelt ist, um eine Bremskraft
auf den genannten Steuermechanismus auszuüben, damit das genannte biegsame
distale Ende in einem gebogenem Zustand arretiert wird. Der Bremsmechanismus
umfasst weiterhin einen Bremsschlitten und eine Ringmutter, um über einen
Stift eine variable Bremskraft auf den Steuermechanismus auszuüben.
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Gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung wird eine verbesserte Ultraschall-Endoskop-Sonde
gemäß Anspruch
1 geschaffen, die einen Arretiermechanismus mit variabler Kraft
umfasst. Der biegsame Gelenkabschnitt der distalen Spitze kann mit
variablen Arretierkräften
in einer gewünschten Position
arretiert werden. Die variablen Arretierkräfte machen es möglich, dass
der biegsame Gelenkabschnitt in Reaktion auf die Körperbewegung
arbeitet, um eine Verletzung zu verhindern, wenn sich der Patient
bewegt oder die Sonde versehentlich in arretierter gebogener Stellung
aus einem Körperhohlraum des
Patienten herausgezogen wird. Die Arretierkraft wird mittels einer
Bremsoberfläche
aus einem Material ausgeübt,
die in ein anderes Material eines Gelenkmechanismus eingreift, um
ein Blockieren oder Festklemmen des Gelenkmechanismus zu verhindern.
Der biegsame Gelenkabschnitt wird durch ein Steuerkabel gebogen,
das eine Spannungsjustiervorrichtung umfasst. Die Spannungsjustiervorrichtung
dient auch als Bereichsbegrenzer, um den Biegungsbereich des biegsamen
Gelenkabschnitts zu begrenzen. Das Steuerkabel verläuft durch
einen Kabelschlauch, der sich in einem federbelasteten Mechanismus
befindet, welcher plötzlich
auf den biegsamen Gelenkabschnitt ausgeübte Kräfte absorbiert. Der biegsame
Gelenkabschnitt ist aus einer Vielzahl von Schwenkringen und Schwenkkugeln
gebil det. Die Ringe und Kugeln bestehen aus metallischem bzw. Polymermaterial
und enthalten Aperturen, durch die die Kugeln in die Ringe eingesetzt
werden und durch die das Steuerkabel verläuft. Der Ultraschallwandler
an der distalen Spitze der Sonde ist drehbar und enthält eine
Gleitmembran zwischen dem Wandler und dem akustischen Fenster, damit
sich der Wandler reibungslos drehen kann, ohne hängen zu bleiben oder zu blockieren.
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In
den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
plane Ansicht einer erfindungsgemäßen Endoskop-Sonde;
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2 eine
Querschnittansicht des Biegungssteuersystems der Sonde aus 1;
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3 das
Prinzip des Biegungsarretiermechanismus einer biegsamen Sonde, die
in der Technik bekannt ist, z. B. aus der Patentschrift US-A-5.402.793
und die nicht in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt;
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4 eine
plane Ansicht des erfindungsgemäßen Biegungsarretiersystems
mit variabler Kraft;
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5a eine
plane Ansicht des Handgriffs einer erfindungsgemäßen Endoskop-Sonde;
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5b eine
teilweise freigeschnittene Seitenansicht des Handgriffs aus 5a,
die die Anordnung der Kabelführungs-Zugentlastung
und der Kabel-Begrenzungsanschläge zeigt;
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6 eine
Querschnittansicht des Mantels für
die Kabelführungs-Zugentlastungsanordnung
aus 5;
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die 7a und 7b die
Seiten- bzw. Vorderansicht von einem der Schwenkringe des biegsamen
Abschnitts der Sonde aus 1;
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8 die
Gelenkgliedbaugruppe der Sonde aus 1;
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9 eine
vergrößerte Ansicht
der Gelenkgliedbaugruppe aus 8; und
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10 die
distale Spitze der Sonde, in der der Ultraschallwandler drehbar
angeordnet ist.
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In 1 ist
eine plane Ansicht einer Ultraschall-Endoskop-Sonde dargestellt.
Die Sonde umfasst einen Handgriff 10, an dem sich die wesentlichen
Bedienelemente der Sonde befinden. Von einem Ende des Handgriffs 10 geht
ein Endoskopschlauch 12 aus. Der Endoskopschlauch kann
in einen Körperhohlraum
eingeführt
werden, zum Beispiel in die Speiseröhre, das Rektum oder eine auf chirurgischem
Wege geschaffene Inzision, und kann eine Länge von bis zu 100 cm aufweisen.
Am Ende des Endoskopschlauchs 12 befin det sich die distale Spitze 14 der
Sonde, wo ein abgesetzter Ultraschallwandler angeordnet ist.
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Von
dem anderen Ende des Handgriffs 10 geht ein Elektrokabel 16 ab,
das an einem Steckverbinder 18 endet. Der Biegungssteckverbinder 18 eignet
sich zum Verbinden der Sonde mit einem Ultraschallsystem, das die
Sonde mit Energie versorgt und die Bilder anzeigt, die aus den durch
den Wandler an der Sondenspitze ausgesendeten und empfangenen akustischen
Signalen geformt werden.
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Fünf der Sonden-Bedienelemente
sind in 1 dargestellt. Zwei Knöpfe 20 und 22 steuern
die Auswahl der durch den Wandler innerhalb der Sondenspitze zu überstreichenden
Bildebene. Die Sondenspitze ist über
einen variablen biegsamen Abschnitt 30, durch den die Spitze
in einer von vier Richtungen vom Handgriff aus mit Hilfe des Steuerknopfs 24 für Links-Rechts-Biegung
und des Steuerknopfs 25, 26 für Aufwärts-Abwärts-Biegung gebogen werden kann, mit dem
Endoskopschlauch verbunden. Hin- und hergehende Bremsknöpfe 28, 28' dienen zum
Arretieren bzw. zum Entriegeln des biegsamen Gelenkabschnitts in
jeder beliebigen gebogenen Position.
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In 2 ist
eine Querschnittansicht des Biegungssteuersystems der Sonde aus 1 dargestellt.
Der Steuerknopf für
Links-Rechts-Biegung 24 ist an einem Ende einer Welle 32 angebracht.
Das andere Ende der Welle 32 ist mit einer Riemenscheibe 34 verbunden,
die durch die Drehung des Steuerknopfs 24 gedreht wird.
Wenn sich die Riemenscheibe dreht, werden die Kabel 76, 76' (nicht in dieser Zeichnung
dargestellt), die um die Riemenscheibe herumgewunden sind und an
den beiden Nuten der Riemenscheibe befestigt sind und zu dem biegsamen
Gelenkabschnitt der Sonde verlaufen, hin- und herbewegt. Die Hin-
und Herbewegung des Kabels sorgt dafür, dass sich die distale Spitze 14 der
Sonde je nach Drehrichtung des Knopfs 24 nach links oder rechts
biegt.
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Der
Steuerknopf für
Aufwärts-Abwärts-Biegung 26 ist
mit Schrauben 36 an einer oberen Riemenscheibe 38 befestigt.
Sowohl der Knopf 26 als auch die Riemenscheibe 38 umgeben
die Welle 32 des Steuerknopfs 24 und funktionieren
unabhängig hiervon.
Wenn sich die Riemenscheibe 38 dreht, werden die Kabel 74, 74' (nicht in dieser
Zeichnung dargestellt), die um die Riemenscheibe herumgewunden sind
und an den beiden Nuten der Riemenscheibe befestigt sind und zu
dem biegsamen Gelenkabschnitt der Sonde verlaufen, hin- und herbewegt.
Die Hin- und Herbewegung dieses Kabels sorgt dafür, dass sich die distale Spitze 14 der
Sonde je nach Drehrichtung des Knopfs 26 nach oben oder
unten biegt.
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Nach
dem Stand der Technik, z. B. der US-amerikanischen Patentschrift
US-A-5.402.793, enthält der Handgriff 10 auch
einen Arretiermechanismus, durch den der biegsame Gelenkabschnitt 30 in
einer bestimmten gebogenen oder nicht gebogenen Position arretiert
werden kann. Das Prinzip dieses bekannten Arretiermechanismus ist
in 3 veranschaulicht, in der eine Riemenscheibe des
Gelenkmechanismus 128 und ein Biegungsteuerkabel 129 durch
einen Bremsschlitten 146a in ihrer Position arretiert werden.
Der Bremsschlitten 146a hat eine konkave Endfläche, die
in den Umfang der Riemenscheibe 128 eingreift. Der Bremsschlitten 146a wird
durch die Bewegung der Bremsnocke 140a, die sich wie durch
den Pfeil 152 dargestellt hin- und herbewegt, gegen die
Riemenscheibe 128 gedrückt.
Wenn sich die Bremsnocke nach oben links bewegt, wird ein Nockenstößel 142a durch
die Oberfläche 141 der Bremsnocke 140a heruntergedrückt. Der
Nockenstößel drückt wiederum
eine Feder 148a im Körper
des Bremsschlittens 146a zusammen, so dass der Bremsschlitten
stärker
gegen den Umfang der Riemenscheibe 128 drückt und
dadurch ihre Drehung und die Biegung des distalen Ende der Sonde
verhindert.
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Wieder
Bezug nehmend auf 2, in der eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, greifen die Bremsschlitten 146a bzw. 146b in
die obere bzw. die untere Riemenscheibe 38 und 34 ein.
Um ein Blockieren oder Festklemmen des Arretiermechanismus aufgrund
des Kontakt von Metall auf Metall zu vermeiden, sind die konkaven
Oberflächen
der Bremsschlitten mit einer Schicht aus Polymermaterial versehen.
Dadurch können
die Riemenscheiben leicht gedreht werden, wenn die Bremsschlitten
leicht in sie eingreifen. In den Seiten der Bremsschlitten sind
gegenüber
den konkaven Oberflächen
Aperturen vorgesehen. In jede Apertur greift eine Stößelstange 40a, 40b ein.
Jede Stößelstange
hat eine Flanschfläche 41a, 41b,
die eine Feder 48a, 48b gegen den Bremsschlitten
drückt.
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Die
Stößelstangen
werden durch ein Paar Schwenkwippen gegen die Bremsschlitten und
die Federn gedrückt.
Eine lange Wippe 50a ist schwenkbar an einem Schwenkpunkt 52a mit
der Stößelstange 40a verbunden.
Eine kurze Wippe 50b ist schwenkbar an einem Schwenkpunkt 52b mit
der Stößelstange 40b verbunden.
Die lange Wippe 50a hat einen Wippenarm 54a, der
auf der Nockenfläche der
Stufennocke 56a aufliegt. Die kurze Wippe 50b hat
einen Wippenarm 54b, der auf der Nockenfläche einer
Stufennocke 56b aufliegt. Beide Wippen schwenken um einen
gemeinsamen Schwenkpunkt 51, der entsprechend den Positionen
der Stößelstangen,
Stufennocken und der Länge
der Wippenarme der Wippen gewählt
wird.
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Die
Stufennocken sind über
ihre Länge
mit einer Reihe von diskreten Stufen um ihren Durchmesser versehen,
dargestellt durch die konzentrischen Kreise in 2 und
deutlich zu sehen in der planen Ansicht von 4 für die Stufennocke 56b. Die
Stufennocken werden quer zum Körper
des Handgriffs 10 bewegt, wie durch den Richtungspfeil 58 angegeben.
An beiden Enden jeder Stufennocke befindet sich ein Knopf, von denen
einer, 60b, in 4 dargestellt ist. Wenn der
Knopf 60b gedrückt wird
und sich die Stufennocke 56b in der Zeichnung nach oben
bewegt, klickt der Wippenarm 54b leicht, um auf einem verringerten
Durchmesser der Stufennockenoberfläche aufzuliegen. Wenn keine
diskreten Rasteinstellungen gewünscht
werden, könnte
die Stufennockenoberfläche
so angefertigt werden, dass sie sich stufenlos leicht ändert, wobei
zum Beispiel ein Gewindemechanismus mit einem Stellrad zur Justierung
verwendet wird. Wenn sich der Wippenarm zu einer Nockenoberfläche mit
kleinerem Durchmesser bewegt, dreht sich die Wippe 50b,
damit die Stößelstange 40b von
dem Bremsschlitten 146b weggezogen wird. Die Kraft auf
die Feder 48b wird verringert, so dass die Arretierkraft
des Bremsschlittens 146b auf die untere Riemenscheibe 34 nachlässt. Wenn
die Arretierkraft nachlässt,
wird sich der obere Knopf 24 leichter drehen lassen, um
den biegsamen Gelenkabschnitt der Sonde nach links oder rechts zu
biegen.
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Wenn
der Knopf an dem anderen Ende der Stufennocke 56b (nicht
in dieser Zeichnung dargestellt) gedrückt wird, wird die Bremskraft
auf die Riemenscheibe 34 erhöht. Bei der höchsten Nockenoberfläche (größter Durchmesser)
wird die Riemenscheibe 34 an jeglicher Bewegung gehindert.
Wie in der US-amerikanischen Patentschrift 5.402.793 beschrieben,
kann diese Kraft so gewählt
werden, dass der biegsame Gelenkabschnitt fest in einer gebogenen
Position gehalten wird, aber auch gering genug gewählt werden,
um durch eine erzwungene Geraderichtung des biegsamen Gelenkabschnitts überwunden
zu werden, damit es nicht zu Verletzungen kommt, wenn die Sonde
versehentlich in einer gebogenen Stellung aus dem Körper herausgezogen
wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform nimmt
die durch den Benutzer zum Einrasten der Biegungsbremse erforderliche
Kraft von einer Stufe der Stufennocke zur nächsten zu. Wenn die Biegungsbremse
freigegeben wird, springt der Wippenarm entsprechend kontinuierlich
und leicht zu der Einstellung herunter, in der die Bremse vollständig freigegeben
ist. Hierdurch wird ein schnelles und einfaches Lösen der
Bremse in Notfällen
möglich.
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Jede
Stößelstange 40a, 40b liegt
dem Arm eines Mikroschalter 62a, 62b gegenüber. Wenn
der Wippenarm einer Wippe auf dem kleinsten Durchmesser der Stufennocke
aufliegt, wird der Mikroschalter für diese Bremse nicht betätigt. Wenn
aber die Stufennocke bewegt wird, um eine Bremskraft auf eine Riemenscheibe
auszuüben,
wird der Arm des zugehörigen
Mikroschalters durch die Stößelstange ausreichend
bewegt, um den Mikroschalter zu schließen, wodurch ein Signal durch das Kabel 16 an
das Ultraschallsystem gesendet wird. Auf dem Display des Ultraschallsystems
wird dann ein Warnhinweis angezeigt, der den Benutzer darauf aufmerksam macht,
dass die Biegungsverriegelung eingerastet ist (ARTICULATION LOCK
IS ENGAGED), so dass der Benutzer nicht versehentlich die Sonde
aus dem Körper
des Patienten zieht, wenn der biegsame Gelenkabschnitt in gebogener
Stellung arretiert ist. Dies trägt
dazu bei, ein Unbehagen oder eine Verletzung des Patienten zu vermeiden.
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Es
ist zu beachten, dass andere Sensoren anstelle des Mikroschalters
verwendet werden können,
zum Beispiel optische Sensoren, Drucksensoren oder magnetische Sensoren,
die erkennen, wann eine Bremskraft auf den Gelenkmechanismus ausgeübt wird.
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Wie
zu sehen ist, erstreckt sich eine Folge von Bremselementen mit dem
Suffix „a" zur rechten Seite
der oberen Riemenscheibe 38 und endet mit der unteren Stufennocke 56a.
Entsprechend erstreckt sich die Folge von Bremselementen mit dem Suffix „b" von der unteren
Riemenscheibe 34 und endet bei der weiter oben angeordneten
Stufennocke 56b. Infolgedessen arretieren die obere und
die untere Stufennocke den oberen bzw. den unteren Steuerknopf für die Biegung.
Durch diese Positionsübereinstimmung
der Arretiertasten und -knöpfe
lässt sich der
Sondenhandgriff intuitiv bedienen, was von wesentlicher Bedeutung
ist, weil sich der Benutzer im Allgemeinen auf den Patienten oder
die Anzeige des Ultraschallbildes konzentriert, während er
die Handgriff-Steuerknöpfe
durch Berührung
betätigt.
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Obwohl
die zuvor beschriebene Anordnung als eine vollkommen mechanische
Ausführung
zu betrachten ist, ist zu beachten, dass auch andere Ausführungen,
zum Beispiel elektromechanische Anordnungen, möglich sind. Anstelle der Stufennocken, Wippen
und Stößelstangen
könnte
man zum Beispiel eine elektrisch gesteuerte Elektromagnet-Anordnung verwenden.
Dem Fachkundigen werden auch andere Abwandlungen ersichtlich sein.
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Wie
weiter oben erwähnt,
ist jede Riemenscheibe mit zwei Nuten versehen. Das Biegungssteuerkabel
ist an einem Ende befestigt und liegt in einer Nut. Das Kabel ver läuft dann
durch den Endoskopschlauch 12 zu einer Stelle, an der es
an einem Punkt in dem biegsamen Gelenkabschnitt 30 befestigt
oder um diesen gewickelt ist. Das Kabel läuft dann zurück durch
den Endoskopschlauch, wo es an dem anderen Ende befestigt ist, um
in der anderen Nut der Riemenscheibe zu liegen.
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Um
die Justierung der Kabelspannung zu vereinfachen, ist eine Kabeljustiervorrichtung
kurz vor der Riemenscheibe in einer Linie mit dem Kabel eingefügt. Auf
jeder Seite des Kabels ist in einer Linie eine Justiervorrichtung 70 angeordnet.
Eine der Justiervorrichtungen 70a für das Kabel 74 zur
Steuerung der Biegung nach oben und unten ist in 5b dargestellt,
ebenso eine der Justiervorrichtungen 72b für das untere
Kabel 76 zur Steuerung der Biegung nach rechts und links.
Die beiden anderen Justiervorrichtungen (70a', 70b') befinden sich auf der anderen Seite
des Handgriffs und sind in dieser Zeichnung nicht zu sehen. Jede
Justiervorrichtung umfasst männliche
und weibliche Gewindeteile 71 und 73, die zusammengeschraubt
werden, um die Kabelspannung zu erhöhen, oder auseinandergeschraubt
werden, um die Kabelspannung zu verringern. Der zum biegsamen Gelenkabschnitt
der Sonde verlaufende Kabelabschnitt ist mit dem distalen Gewindeteil 71 verbunden,
und der kurze verbleibende Kabelabschnitt 74', der zu der Riemenscheibe führt, ist
mit dem proximalen Gewindeteil 73 verbunden. Kurz bevor
er in die Riemenscheibennut eingeführt wird, durchläuft der
kurze Kabelabschnitt 74 eine Kabelführung 80, die das
Kabel in die Riemenscheibennut führt.
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Die
Kabeljustiervorrichtungen dienen einem doppelten Zweck. Zusätzlich zur
Justierung der Kabelspannung dienen die Justiervorrichtungen 70 als Endanschläge für die Biegungssteuerung.
Das proximale Ende des proximalen Justiererteils 73 ist
mit einem Polymermantel 78 versehen, der als Puffer dient.
Wenn der Steuerknopf 26 gedreht wird, um die Sonde zu biegen,
indem der Kabelabschnitt 74' auf die
Riemenscheibe 38 gewickelt wird, nähern sich die Justiervorrichtung 70a und
der Puffermantel 78 der Kabelführung 80. Das Ende
dieses Justierbereichs ist erreicht, wenn der Puffermantel 78 die
Kabelführung 80 berührt. Auf
diese Weise verhindert ein Endanschlag innerhalb des Handgriffs 10 die
Ausübung einer
zu großen
Kraft auf das Kabel 74 und den biegsamen Gelenkabschnitt
der Sonde.
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Wenn
der Steuerknopf in die andere Richtung gedreht wird, nähert sich
die Justiervorrichtung 70a' auf
der anderen Seite des Handgriffs und berührt eine Kabelführung 80' auf der anderen
Seite des Handgriffs, wenn der kurze Kabelabschnitt 74' an dem gegenüberliegenden
Ende des Kabels auf seine Riemenscheibennut gewickelt wird. Der
von den Endanschlägen
zugelassene Steuerbereich ist durch die Länge der abschließenden Kabelabschnitte 74' festgelegt.
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Die
längeren
Abschnitte 74, 76 der Biegungssteuerkabel verlaufen
durch den Endoskopschlauch in den Kabelführungen 84, 86,
bei denen es sich vorzugsweise um spiralförmig gewundene Führungen
handelt, die aus Draht geformt sind, welcher im Allgemeinen einen
quadratischen oder rechteckigen Querschnitt hat und auch quadratisch gewickelt
werden kann, so dass die innere Querschnittfläche der Führung quadratisch oder rechteckig
ist, was die Reibung zwischen dem Kabel und der Innenfläche der
Führung
minimiert. Derartige Führungen
sind in der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 5.450.851 ausführlicher
beschrieben.
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Bei
einer erfindungsgemäßen biegsamen Sonde
ist es möglich,
dass aus verschiedenen Gründen
plötzlich
eine übermäßige Kraft
auf die Biegungssteuerkabel ausgeübt wird. Ein solcher Grund könnte das
Herunterfallen der Sonde sein, so dass sie auf ihrer distalen Spitze
landet, wobei die Kraft des Falls dazu führt, dass sich der Gelenkabschnitt biegt.
Um gegen den Schock einer derartigen plötzlichen Kraft zu schützen, ist
es wünschenswert,
ein Mittel zu schaffen, um diese plötzlich auf die Kabel wirkende
Kraft zu mildern. In 5b liegt das Ende jeder Kabelführung in
einem Mantel 90, wobei der Abschluss der Kabelführung an
einer Schmalstelle 96 des Innendurchmessers des Mantels
anliegt. Das Kabel 74, 76 verläuft durch das Ende der Kabelführung und
durch den proximalen Abschnitt 98 des Mantels mit kleinerem
Durchmesser. Der proximale Abschnitt des Mantels ist in einer Apertur
des Handgriffelement 11 angebracht und wird durch eine
Mutter 92 auf dem proximalen Gewindeende des Mantels 90 festgehalten.
Der Körper
des Mantels 90 ist von einer Feder 94 umgeben,
die zwischen dem distalen Flanschende des Mantels und dem Handgriffelement 11 festgehalten
wird.
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Wenn
eine plötzliche übermäßige Kraft
auf den biegsamen Gelenkabschnitt der Sonde ausgeübt wird,
wird die Kraft auf die Steuerkabel und ihre Kabelführungen übertragen.
Die Kraft wird durch die Kabelführung
zum Abschluss der Kabelführung übertragen,
wo sie an der Schmalstelle 96 des Mantels 90 auf
den Mantel 90 wirkt. Durch die Kraft wird der Mantel in
proximale Richtung gedrückt.
Wenn sich der Mantel 90 in diese Richtung bewegt, wird
die plötzliche
Kraft durch das Zusammendrücken
der Feder 94 gedämpft,
wodurch die plötzliche
Kraftausübung
auf den Gelenkmechanismus der Sonde gemildert wird.
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Eine
bevorzugte Ausführung
des biegsamen Gelenkabschnitts 30 ist in den 7 bis 10 dargestellt.
Die bevorzugte Ausführungsform
ist aus einer Reihe von Schwenkringen 120 konstruiert,
von denen einer in den 7a und 7b dargestellt
ist. Die Ringe sind hohl, damit Kabel und andere Verbindungen zu
dem Wandler an der Spitze der Sonde hindurchgeführt werden können. Um
den Umfang jedes Rings sind vier Aperturen 100 angeordnet.
Jede Apertur besteht aus einem konischen Loch 102 und einer
halbkugelförmigen
Vertiefung 104, wie in 7a dargestellt.
Aperturen, die einander um den Umfang des Rings gegenüberliegen,
sind so zu Paaren gruppiert, dass die konischen Löcher bei
zweien der Aperturen in eine Richtung weisen und bei den anderen
beiden Aperturen in die andere Richtung weisen. In 7b bilden
die Aperturen 100 ein Paar und die Aperturen 100' ein zweites
Paar.
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Der
biegsame Gelenkabschnitt 30 wird durch die abwechselnde
Montage der Schwenkringe gebildet, wie in 8 dargestellt.
Die beiden halbkugelförmigen
Vertiefungen auf einer Seite eines Rings liegen zwei halbkugelförmigen Vertiefungen
an dem gegenüberliegenden
Ring gegenüber.
In jedem Paar von gegenüberliegenden
halbkugelförmigen
Vertiefungen ist eine Polymer-Schwenkkugel 106 angeordnet,
die aus einem Material wie Nylon besteht und ein Durchmesserloch 108 hat.
Die Ausrichtung der Folge gegenüberliegenden
Schwenkkugeln ändert
sich also von einer Seite jedes Rings zur anderen jeweils um 90
Grad. Die Kabelführungen
jedes Kabels liegen in dem Ring 110 am proximalen Ende.
Die Kabel verlassen die Führungen
und durchqueren die Aperturen 100 und die Schwenkkugellöcher 108 und
enden am Ring 112 am distalen Ende.
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Wenn
der Gelenkabschnitt 30 gebogen wird, schwenkt jeder Ring
in Bezug zu seinem Nachbarn auf einem Paar Schwenkkugeln 106,
wie in 8 abgebildet. Eine Schwenkkugelpaar ermöglicht die
Biegung in einer Richtung (z. B. nach oben und nach unten) und das
nächste
Schwenkkugelpaar die Biegung in einer anderen Richtung (z. B. nach
links und nach rechts). In 8 wird der
biegsame Gelenkabschnitt durch Spannen des unteren Kabel 74 nach
unten gebogen.
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Die
konischen Löcher 102 und
die Schwenkkugeln 106 ermöglichen vorteilhafterweise
die Biegung des Gelenkabschnitts 30, ohne dass sich die Kabel
an den Schwenkringen reiben. Dies ist in der vergrößerten Ansicht
von 9 deutlicher zu sehen. Hier ist zu erkennen, dass
die konische Form der Löcher 102 eine
erweiterte Öffnung
ergibt, durch die die Kabel 74 laufen können, ohne mit den Schwenkringen
in Berührung
zu kommen, und zwar unabhängig davon,
ob und wie der Gelenkabschnitt gebogen wird. Die Kabel laufen von
dem Loch 108 einer Schwenkkugel zum nächsten, ohne die Schwenkringe
zu berühren.
Dadurch wird es möglich,
den Gelenkabschnitt sanft zu biegen und länger zu benutzen, ohne dass
die Kabel zur Steuerung der Biegung zerfasern.
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Am
distalen Ende des Gelenkabschnitts befindet sich ein Gehäuse 114,
wie in 10 dargestellt, das den Ultraschallwandler 130 enthält. In einer bevorzugten
Ausführungsform
ist der Wandler ein Array-Wandler, der in einer drehbaren Wandlerhalterung 132 befestigt
ist. Die Wandlerhalterung dreht sich auf einer Achse 134 unter
der Steuerung einer Antriebswelle 136 und einem Getriebezug.
Wenn der Benutzer die Antriebswelle 136 von dem Steuerabschnitt
der Sonde aus dreht, wird der Wandler – vorzugsweise durch die Steuerung
eines Motors, der die Antriebswelle dreht – gedreht, um die Bildebene
des Wandlers in eine neue Ausrichtung zu bringen. Der Wandler 130 ist
mit einer akustisch passenden Schicht und einer akustischen Linse 160 versehen. Die
akustische Linse kann aus einem Material wie einem ausgehärteten RTV-Verbundwerkstoff
bestehen und sorgt dafür,
dass der Wandler in der Höhenrichtung
fokussiert. Der Raum 166 um den sich drehenden Wandler
ist mit einer akustischen Kopplungsflüssigkeit gefüllt und
mit einer Abdeckung 162 abgedichtet, die haltbar ist und
die gewünschten
akustischen Eigenschaften aufweist. Die Abdeckung 162 bildet das
akustische Fenster, durch das Ultraschallenergie von dem Wandler
ausgesendet und empfangen wird. Vorzugsweise ist die Abdeckung 162 akustisch
transparent und dünn,
so dass sie keine Nachhallartefakte von den ausgesendeten Ultraschallwellen
verursacht. Es hat sich gezeigt, dass eine 1,0 mil Mylar®-Folie
die gewünschten
Eigenschaften besitzt.
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Wenn
sich der Wandler 130 dreht, erfolgt dies in Kontakt mit
der Abdeckung 162. Da der Raum 164, in dem sich
der Wandler befindet, mit akustischer Flüssigkeit gefüllt ist,
bei der es sich oft um eine auf Öl
basierende Verbindung mit Schmiereigenschaften handelt, wäre zu erwarten,
dass sich die Wandleroberfläche
leicht gegen die Abdeckung dreht, weil sie durch die akustische
Flüssigkeit
geschmiert wird. Bei dem bevorzugten RTV-Linsenmaterial handelt
es sich jedoch um ein nichtnetzendes Material, das selbst in Anwesenheit
der akustischen Flüssigkeit
an der Mylar-Abdeckung haftet. Um dieses Problem zu lösen, sind
der Wandler und seine akustische Linse mit einer dünnen akustischen
Membran 164 abgedeckt. Ein bevorzugtes Material für die Membran 164 ist
ein Polymermaterial, zum Beispiel 0,1 mil Mylar, dessen Form sich
der Oberflächenform der
akustischen Linse 160 anpasst. Wenn die akustische Linse 160 kuppelförmig ist,
wie in der Zeichnung dargestellt, ist auch die Membran 164 kuppelförmig und
ihre Form ähnelt
der einer Kontaktlinse. Wenn die Membran 164 aus Mylar
und die akustische Linse 160 aus RTV-Material besteht,
haftet die Membran 164 an der RTV-Linse und dreht sich
mit ihr. Die Mylar-Linse wird jedoch nicht an der Mylar-Abdeckung 162 haften,
sondern sich leicht gegen sie drehen, unterstützt durch eine dünne Zwischenschicht der
akustischen Flüssigkeit.
Dadurch dreht sich der Wandler mit seiner Mylar-Membran 164 leicht
gegen die Abdeckung 162, ohne zu verklemmen oder haften zu
bleiben.