DE60037643T2

DE60037643T2 - Chirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE60037643T2
Application number: DE60037643T
Authority: DE
Inventors: Thomas O. Coral Gables BALES; Juergen A. Miami Springs KORTENBACH
Original assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Current assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Priority date: 1999-10-15
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: US20040220565A1; AU8014100A; US7276067B2; US6761717B2; EP1139887A1; EP1139887B1; US20070299428A1; IL143601A; CA2356136C; JP4653919B2; JP2003511584A; CA2356136A1; DE60037643D1; AU777430B2; US6409727B1; US20020165540A1; US8241280B2; WO2001028438A1; ZA200104730B; IL143601A0

Description

Die Erfindung betrifft chirurgische Instrumente mit flexiblen drehbaren Schäften. Insbesondere betrifft die Erfindung ein chirurgisches Instrument mit einer multifilaren flexiblen drehbaren Welle mit reduzierter Hysterese, erhöhter Drehmomentübertragung und geringer innerer Reibung. Die erfindungsgemäßen chirurgischen Instrumente sind besonders geeignet als minimal invasive chirurgische Instrumente, die einen gewundenen Weg durchlaufen müssen.
Flexible drehbare Schäfte werden in vielen Anwendungen verwendet, um ein Drehmoment über einen gekrümmten Weg zu übertragen. Im allgemeinen hat eine flexible drehbare Welle ein Eingangsende, das mit einer Rotationsenergiequelle (z. B. einem Motor) gekoppelt ist, und ein Ausgangsende, das mit etwas zu Drehendem gekoppelt ist. In einigen Anwendungen wird ein einziger monofilarer Draht verwendet. Eine monofilare flexible drehbare Welle muß eine hinreichende Streckgrenze haben, um einer bleibenden Verzerrung zu widerstehen, wenn er mit einem bestimmten Krümmungsradius oder "Arbeitsradius" gebogen wird. Tatsächlich muß der Konstrukteur beim Konstruieren einer monofilaren flexiblen drehbaren Welle zuerst den Arbeitsradius bestimmen, d. h. den kleinsten Radius, den die Welle voraussichtlich zu durchlaufen hat. Der maximale Drahtdurchmesser für den Arbeitsradius kann allein anhand der Streckgrenze und des Elastizitätsmoduls des verwendeten Drahtes bestimmt werden. Ein Draht aus einem gegebenen Material mit einem größeren Durchmesser als dieses Maximum würde dauerhaft verformt werden, wenn er entsprechend dem Arbeitsradius gebogen würde.
Wenn der maximale Durchmesser einer monofilaren flexiblen drehbaren Welle für einen bestimmten Arbeitsradius festgelegt ist, muß der Konstrukteur bestimmen, ob der Draht die Festigkeit und Torsionssteifigkeit für eine bestimmte Anwen dung hat. Monofilare flexible drehbare Schäfte sind dafür bekannt, daß sie zur Übertragung eines relativ großen Drehmoments über einen relativ kleinen Arbeitsradius ungeeignet sind.
Herkömmlicherweise sind multifilare flexible drehbare Schäfte zur Übertragung eines relativ großen Drehmoments mit einem relativ kleinen Arbeitsradius verwendet worden. 1 und 2 zum Stand der Technik veranschaulichen eine einfache multifilare Welle. Eine typische multifilare flexible Welle 10 besteht aus mehreren Drahtfäden, z. B. 11, 12, 14, 16, 18, 20, die normalerweise in einer wendelförmigen Anordnung um einen Mittelfaden, z. B. 22, gewickelt sind. Obwohl in 1 und 2 zum Stand der Technik nicht dargestellt, sind häufig mehrere Fadenlagen in abwechselnden entgegengesetzten Richtungen gewickelt. Diese Ausführungen vermeiden zwar den Mangel der monofilaren flexiblen drehbaren Schäfte, haben aber dennoch ihre eigenen Nachteile. Der bemerkenswerteste Nachteil der multifilaren flexiblen drehbaren Schäfte ist eine vergrößerte Hysterese, die sich aus der inneren Reibung zwischen den Fäden ergibt. Hysterese ist der Begriff, der im allgemeinen benutzt wird, um die Differenz im Verhalten des Eingangs- und des Ausgangsendes einer flexiblen drehbaren Welle zu beschreiben. In ihrer einfachsten Form bezeichnet die Hysterese eine Zeitverzögerung zwischen der Eingabe des Drehmoments am Eingangsende und der resultierenden Drehung des Ausgangsendes. Die Hysterese bezeichnet auch ein anderes unregelmäßiges Verhalten des Ausgangsendes, das nicht identisch ist mit dem Verhalten am Eingangsende.
Die innere Reibung und die Hysterese in multifilaren flexiblen drehbaren Wellen ergibt sich aus der Art und Weise, in der sie aufgebaut sind. Insbesondere werden die einzelnen Drähte während des Wickelvorgangs so verformt, daß sie sich derartig gegeneinander stützen, daß die Anordnung "sich selbst zusammenhält". Das heißt, wenn jemand eine solche flexible Welle zerlegt, wird er bemerken, daß die einzelnen Drähte wendelförmig verformt sind und jede Lage die nächste Innenlage mit einem bestimmten Kompressionsgrad umklammert. Diese Ausführungsart ist als "vorgeformtes" Kabel bekannt, weil die einzelnen Drähte während des Verseilungsverfahrens wendelförmig ausgebildet werden. Wenn diese Kabel nicht in dieser Weise hergestellt wären, würden sie als Unterbaugruppe sehr schwierig zu handhaben sein, da sie auseinanderspringen würden, wenn die Enden durchgeschnitten würden. Tatsächlich springen bestimmte flexible Wellen in gewissem Grade auseinander, wenn sie durchgeschnitten werden, aber bei allen bekannten multifilaren flexiblen Wellen sind die einzelnen Drähte dauerhaft wendelförmig verformt. Deswegen gibt es beträchtliche Druckkontaktkräfte zwischen den Drähten, was zu Reibung zwischen den Drähten führt, wenn die Welle gedreht wird, während sie einen gekrümmten Weg durchläuft. Diese innere Draht-an-Draht-Reibung führt zu Energieabsorption in der flexiblen Welle, so daß die Energie, die dem Ausgangsende zugeführt wird, kleiner ist, als die Energie, die dem Eingangsende zugeführt wird.
Es ist bekannt, daß die Fäden einer flexiblen Welle innere Reibung erzeugen, die zunimmt, wenn ihr Arbeitsradius abnimmt. Ferner gilt bei einem gegebenen Arbeitsradius: Je flexibler die Welle ist, um so niedriger ist der Betrag der inneren Reibung. Das Drehmoment, das benötigt wird, den Widerstand aufgrund dieser inneren Reibung zu überwinden, wird als "Rotationsdrehmoment" bezeichnet. Daher ist der Wert des Rotationsdrehmoments einer gegebenen Welle normalerweise für einen bestimmten Arbeitsradius angegeben. Daraus folgt: Je flexibler die Welle ist, d. h. je höher die Biegeflexibilität ist, um so niedriger ist das Rotationsdrehmoment bei einem gegebenen Arbeitsradius.
Torsionssteifigkeit und Torsionsdurchbiegung bezeichnen entgegengesetzte Parameter einer flexiblen Welle. Die Torsionssteifigkeit bestimmt ein Maß für den Widerstand der Welle gegen ein zugeführtes Drehmoment, d. h. eine Verdrehungs- oder Torsionskraft um ihre Drehachse. Die Torsionsdurchbiegung bezeichnet das Maß der Verdrehung pro Einheitslänge, das eine flexible Welle aufgrund eines zugeführten Drehmoments erfährt. Die Torsionsdurchbiegung wird gewöhnlich in Grad pro Fuß pro Pfund-Zoll (deg/ft/lb-in) ausgedrückt; die ihr entgegengesetzte Torsionssteifigkeit wird ausgedrückt in Einheiten von lb-in/ft/deg.
Wenn eine flexible Welle gewählt wird, sind die Länge des kleinsten Arbeitsradius und die Größe des Eingabedrehmoments wichtige Faktoren bei der Bestimmung der Biegeflexibilität der Welle. Die folgenden Bedingungen sollten beim Auswählen einer flexiblen Welle erfüllt werden: erstens muß die Welle hinreichende Biegeflexibilität haben, damit sie nicht beschädigt wird, wenn sie über ihren kleinsten Arbeitsradius gebogen wird; zweitens muß die Welle hinreichende Flexibilität haben, so daß der Wert des Rotationsdrehmoments beim kleinsten Arbeitsradius zumindest kleiner ist als das Eingangsdrehmoment, d. h. das Ausgangsdrehmoment des Antriebselements; und drittens muß die Welle hinreichende Torsionssteifigkeit haben, um eine Drehbewegung mit einem Minimum an Torsionsdurchbiegung genau zu übertragen.
Die meisten Konstrukteure meinen, daß der Mechanismus der Drehmomentübertragung entlang einer multifilaren flexiblen Welle durch Zug-(und Druck-)Spannungen in den einzelnen Drähten erfolgt. Tatsächlich ist dies für vorhandene multifilare flexible Wellen, die große Drehmomente übertragen, im wesentlichen richtig. Wenn sie hohen Drehmomenten ausgesetzt sind, reagieren diese multifilaren Anordnungen mit Expansion bestimmter Schichten und Kontraktion bestimmter Schichten (je nach Richtung der Verdrehung). Wenn die inneren Lagen expandierende Lagen sind, leisten die äußeren kontraktierenden Lagen Widerstand, so daß das Drehmoment in Zugspannungen in den kontrahierenden Lagen und in Druckspannungen in den expandierenden Lagen aufgelöst wird. Diese Reaktion auf ein Drehmoment führt somit zu Kontaktkräften zwischen den Drahtlagen, und diese Kontaktkräfte führen zu Reibung. Infolgedessen gibt es einen nennenswerten Drehbewegungsverlust am Ausgangsende der flexiblen Welle, wenn das Eingangsdrehmoment von einer Richtung zur anderen geändert wird, wie bei einer Welle, die zum Lenken einer medizinischen Vorrichtung oder zum Übertragen eines Drehpositionssignals verwendet wird. Wenn der Eingang der Welle aus ihrem statischen Zustand in einer Richtung verdreht wird, ist ein bestimmter Verwindungsgrad (Hysterese) erforderlich, um die innere Reibung zu überwinden und zu bewirken, daß sich die Lagen gegenseitig beeinflussen, bevor die Drehbewe gung am Ausgangsende wahrgenommen wird. Wenn die Welle dann in die andere Richtung gedreht wird, muß zuerst die vorherige Hysterese überwunden werden, um den inneren Zustand der Drähte in ihren statischen Zustand zurückzuversetzen; dann wird ein ähnlicher Hysteresebetrag zugeführt, da die Welle in der neuen Richtung "aufgewickelt" wird. Diese Hysterese wird verschlimmert, wenn die flexible Welle einen gekrümmten Weg durchläuft, da zusätzliche Spannungen zwischen den Lagen (die zu erhöhter innerer Reibung führen) durch die Biegung der Welle auf einem gekrümmten Weg entstehen.
Die vorher beschriebene Hysterese in einer vorgeformten multifilaren flexiblen Welle verhindert, daß sie als genauer Drehbewegungsübertrager von einem Ende zum anderen arbeitet. Obwohl diese Wellen bei der einseitig gerichteten Kraftübertragung möglicherweise gut genug arbeiten, sind sie bei einer genauen Übertragung einer Drehsteuerung (in zwei Drehrichtungen) aufgrund der Hysterese oder des "Leerlaufs", die durch ihre innere Reibung verursacht werden, nicht effektiv.
US-A-2 036 528 beschreibt eine flexible Welle mit mehreren Drähten, die mit einer Anzahl Halbwindungen um sich selbst verdreht sind.
Das Dokument US 5 439 478 A gilt als nächstliegender Stand der Technik zum Gegenstand nach Anspruch 1 und offenbart: ein chirurgisches Instrument mit einer langgestreckten flexiblen röhrenförmigen Hülle, einer flexiblen drehbaren Welle, die sich durch die Hülle erstreckt und relativ zu dieser axial beweglich ist; einen Endeffektor, der mit dem distalen Ende der Welle gekoppelt ist oder an diesem ausgebildet ist; eine erste Einrichtung, die mit der Welle gekoppelt ist, zum Drehen der Welle relativ zu der Hülle; eine zweite Einrichtung zur Längsbewegung der Welle relativ zu der Hülle und ein röhrenförmiges Teil, das die erste und die zweite Einrichtung miteinander koppelt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein chirurgisches Instrument mit einer flexiblen drehbaren Welle bereitzustellen, die eine reduzierte Hysterese hat.
Es ist ebenfalls eine Aufgabe der Erfindung, ein chirurgisches Instrument mit einer flexiblen drehbaren Welle bereitzustellen, die eine erhöhte Drehmomentübertragung hat.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein chirurgisches Instrument mit einer multifilaren flexiblen drehbaren Welle bereitzustellen, die wenig oder keine innere Reibung hat.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein chirurgisches Instrument mit einer flexiblen drehbaren Welle bereitzustellen, die eine genaue Drehmomentübertragung hat, wenn von einer Drehrichtung in die entgegengesetzte Drehrichtung umgestellt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, die Vorteile einer monofilaren flexiblen drehbaren Welle mit den Vorteilen einer multifilaren flexiblen drehbaren Welle zu kombinieren, wobei deren jeweilige Mängel gleichzeitig vermieden werden.
Die Erfindung ist durch die Merkmale der Ansprüche definiert.
Gemäß den oben beschriebenen Aufgaben, die nachstehend ausführlich erläutert werden, weist die multifilare flexible drehbare Welle des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments mehrere einzelne Fäden auf, die weder umeinander noch um einen mittigen Kern gewickelt sind. Die Eingangsenden jedes Fadens sind miteinander gekoppelt, und die Ausgangsenden jedes Fadens sind miteinander gekoppelt. Vorzugsweise sind alle Fäden identisch, und bei mehreren, nämlich N Drähten weist jeder Draht 1/N der Streckspannung auf, die erforderlich ist, um das erforderliche maximale Drehmoment zu übertragen. Obwohl es intuitiv den Anschein hat, daß die Fäden miteinander verdreht werden müssen, um Drehmoment zu übertragen, ist dies nicht der Fall. Tatsächlich kann eine Gruppe von N Fäden das N-fache des Drehmoments übertragen, das von einem einzigen Faden (bis zu seiner Streckspannung) übertragen werden kann, auch wenn die Drähte nicht einander berühren. Somit kann ein lockeres Ensemble von N Fäden das N-fache des Drehmoments eines einzigen Fadens übertragen und hat das N-fache der Torsionssteifigkeit eines einzigen Fadens, während der kleinste Arbeitsradius eines einzigen Fadens erhalten bleibt. Da ein lockeres Fadenen semble keine nennenswerten Kontaktkräfte zwischen den Fäden hat (da sie nicht gewaltsam miteinander verdreht sind), gibt es keine spürbare innere Reibung oder Hysterese. Um die gesamte Hysterese in einem solchen Fadenensemble nennenswert zu vermeiden, sollten die Fäden tatsächlich nicht mehr als locker verdreht sein, wenn überhaupt. Tatsächlich besteht der einzige Grund für das lockere Verdrehen der Drähte darin, das Ensemble auf einfache Weise handhaben zu können und sicherzustellen, daß die einzelnen Drahtfäden denselben allgemein gekrümmten Weg von einem Ende zum anderen Ende folgen. Wenn jedoch die drehbare Welle mit einer vorbestimmten Länge hergestellt und innerhalb einer flexiblen Leitung plaziert ist, können die Fäden vollständig locker bleiben, z. B. parallel zueinander gelegt.
Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit zur Herstellung einer flexiblen Welle mit wenig oder keiner inneren Reibung. Eine solche flexible Welle überträgt eine Drehbewegung mit wenig oder keiner Hysterese, was zu einer genauen Bewegungsübertragung von einem Ende zum anderen führt, selbst in Fällen, wo die Drehbewegung umgekehrt wird, und wenn eine Biegung um kleine Radien erfolgt. Tatsächlich kann die erfindungsgemäße flexible Welle um Radien gebogen werden, die so klein sind, daß sie von einer monofilaren flexiblen Welle mit einem Durchmesser gleich dem Durchmesser eines einzigen der einzelnen Fäden bewältigt werden könnten.
Die Erfindung hat viele praktische Anwendungen, insbesondere bei der Herstellung von minimal invasiven chirurgischen Instrumenten, die einen gewundenen Weg durchlaufen müssen. Zwei bestimmte Beispiele sind hierin dargestellt, nämlich ein Polypektomie-Schlingeninstrument und ein steuerbares flexibles mikrochirurgisches Instrument mit einem drehbaren Gabelkopf.
Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung sind für den Fachmann durch Bezugnahme auf die ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den vorhandenen beigefügten Figuren klar ersichtlich, wobei diese folgendes zeigen:
1 ist eine schematische Schnittansicht einer bekannten multifilaren flexiblen drehbaren Welle;
2 ist eine schematische Seitenansicht der bekannten multifilaren flexiblen drehbaren Welle in 1;
3 ist eine schematische, teilweise transparente, gebrochene, pseudo-perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen multifilaren flexiblen drehbaren Welle;
4 ist eine gebrochene Seitenschnittansicht eines Schlingeninstruments, das eine erfindungsgemäße multifilare flexible drehbare Welle verwendet;
5 ist ein vergrößerter Querschnitt, bezogen auf die Linie 5-5 in 4;
6 ist ein vergrößerter Querschnitt, bezogen auf die Linie 6-6 in 4;
7 ist ein vergrößerter Querschnitt, bezogen auf die Linie 7-7 in 4; und
8 ist eine teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines mikrochirurgischen Schneidinstruments, das eine erfindungsgemäße multifilare flexible drehbare Welle verwendet.
Mit Bezug nunmehr auf 3 weist eine erfindungsgemäße multifilare flexible drehbare Welle 100 mehrere einzelne Fäden auf, z. B. 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114. Jeder Faden hat ein in 3 insgesamt mit "I" bezeichnetes Eingangsende und ein in 3 insgesamt mit "O" bezeichnetes Ausgangsende. Alle Eingangsenden sind miteinander gekoppelt, z. B. durch eine Kopplung 116. Alle Ausgangsenden sind miteinander gekoppelt, z. B. durch eine Kopplung 118. Die Fäden sind weder straff umeinander noch um einen mittigen Kern gewickelt. Vorzugsweise sind alle Fäden identisch, und bei mehreren, nämlich N Drähten hat jeder Draht 1/N der Streckspannung, die erforderlich ist, um das für die Welle erforderliche maximale Drehmoment zu übertragen.
Beschreibung physikalischer Prinzipien der Erfindung:
Wenn ein Drehmoment auf einen freien mechanischen Körper ausgeübt wird, beginnt dieser Körper eine beschleunigende Winkelgeschwindigkeit anzunehmen. Damit der Körper unbeschleunigt bleiben kann, ist notwendig, daß ein weiteres Drehmoment, das dem ersten Drehmoment gleich und entgegengesetzt ist, auf ihn ausgeübt wird. Es ist nicht notwendig, daß die beiden gleichen und entgegengesetzten Drehmomente auf denselben Punkt des Körpers wirken. Somit "addieren" oder integrieren starre mechanische Körper effektiv alle auf sie wirkenden Drehmomente, und wenn der Körper statisch ist (oder sich mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit dreht), ist es eine unvermeidliche Schlußfolgerung, daß sich alle auf ihn wirkenden Drehmomente zu null summieren.
Wenn unter Berücksichtigung dieser Umstände zwei starre freie Körper durch einen einzigen nichtunterstützten monofilaren Drahtfaden verbunden sind, wird, wenn der erste Körper gedreht wird, während der zweite Körper festgehalten wird, der Drahtfaden torsionsverformt, was zu einem "Reaktionsdrehmoment" am Verankerungspunkt des zweiten starren Körpers führt. Da der Drahtfaden nicht unterstützt ist, gibt es keine Flächenkontaktdrücke auf ihn und somit keine Reibungen, die seiner Bewegung entgegenstünden oder irgendein Reaktionsdrehmoment im Draht selbst erzeugten. Das Ergebnis besteht darin, daß das Reaktionsdrehmoment am zweiten Körper dieselbe Größe hat, wie das auf den ersten Körper ausgeübte Drehmoment. Solange die Drehspannungen im Drahtfaden unterhalb der Streckspannung des Drahtes sind, überträgt dieses System Drehmoment und Drehbewegung genau von einem Ende zum anderen ohne Hysterese. Dieser Aufbau ist einfach und intuitiv.
Es ist entdeckt worden, daß, wenn ein zweiter nichtunterstützter monofilarer Drahtfaden zwischen die Körper gekoppelt ist, jeder Draht unabhängig wirkt: Wenn der erste Körper gedreht wird und der zweite Körper festgehalten wird, werden auf jeden Draht Drehmomente unabhängig ausgeübt. Wenn die Drähte aus demselben Material bestehen und gleiche Größe und Länge (und somit dieselbe Torsionssteifigkeit) haben, dann ist das auf jeden Draht ausgeübte Drehmoment die Hälfte des auf den ersten Körper ausgeübten Drehmoments. Am zweiten Körper übt jeder Draht sein Drehmoment auf diesen Körper aus, so daß das von den beiden Drähten auf den zweiten Körper ausgeübte Gesamtdrehmoment dasselbe ist, wie das auf den ersten Körper ausgeübte Drehmoment. Diese Analyse ist richtig, wenn die Drähte nicht unterstützt sind und keine anderen Kräfte auf sie wirken, selbst wenn die Drähte nicht einander berühren.
Obwohl man intuitiv annimmt, daß die Drähte miteinander verdreht sein müssen, um ein Drehmoment zu übertragen, ist dies nicht der Fall. Tatsächlich kann eine Gruppe von N Drähten das N-fache des Drehmoments übertragen, das von einem einzigen Draht (bis zu seiner Streckspannung) übertragen werden kann, selbst wenn die Drähte nicht einander berühren. Somit kann ein "lockeres Ensemble von N Drähten" das N-fache des Drehmoments eines einzigen Drahtes übertragen, und das N-fache der Torsionssteifigkeit eines einzigen Drahtes haben, während der kleinste Biegeradius eines einzelnen Drahtes erhalten bleibt. Da ein lockeres Drahtensemble keine nennenswerten Kontaktkräfte zwischen den Drähten hat (weil sie nicht gewaltsam miteinander verdreht sind), gibt es keine nennenswerte innere Reibung oder Hysterese. Um die gesamte Hysterese in einem solchen Drahtensemble nennenswert zu vermeiden, sollten die Drähte tatsächlich nicht miteinander verdreht werden.
Bei einem praktischen Aufbau einer nachstehend mit Bezug auf 4 bis 8 ausführlich beschriebenen erfindungsgemäßen Welle ist eine Gruppe (z. B. 3 oder 4) aus einigen Drähten mit kleinem Durchmesser (z. B. 0,01 cm (0,005 Zoll) bis 0,10 cm (0,040 Zoll)) am ersten Ende angefügt, locker zusammen (z. B. parallel) angeordnet und dann am zweiten Ende angefügt. Die Übergänge am ersten und zweiten Ende des Ensembles erfüllen die Funktionen des ersten und zweiten festen Körpers in der oben beschriebenen Analyse. Wenn es N Drähte im Ensemble gibt, haben diese die N-fache Torsionssteifigkeit eines einzigen solcher Drähte und können das N-fache des Drehmoments eines einzigen solcher Drähte ohne nennenswerte Hysterese übertragen. Man beachte, daß, obwohl ein lockeres Drahtensemble einen sehr genauen Drehbewegungs- und Drehmomentübertrager für kleine Drehmomente darstellt, es im allgemeinen nicht möglich ist, ein so großes Drehmoment wie ein straff verdrehter Strang einer gleichen Anzahl von gleichen Drähten zu übertragen, weil es keine Möglichkeit gibt, das auf den ersten Körper ausgeübte Drehmoment in Zugspannungen und Druckspannungen im Drahtbündel aufzulösen, es sei denn, die Drähte sind straff miteinander verdreht, so daß sie aufeinander einwirken. Wie nachstehend beschrieben, sind die praktischen exemplarischen Ausführungsformen so ausgeführt, daß sie Drehmomente in der Größenordnung von 7,2 cm·g (0,1 Unzen·Zoll) mit einem Arbeitsradius von annähernd 2 cm (0,8 Zoll) übertragen.
Man beachte auch, daß es einen weiteren Vorteil bei einem lockeren Drahtensemble zur Drehbewegungs- oder Drehmomentübertragung um scharfe Biegungen gibt. Wenn ein straff verdrehter Drahtstrang als flexible Welle verwendet wird, ist er normalerweise in einer röhrenförmigen Hülle einschlossen, die die Drähte aufnimmt und Reibung reduziert. Wenn die Hülle um einen schmalen Radius gebogen wird, muß die äußere Lage der Drähte auf der Innenfläche der Hülle entlang gleiten, wenn sich die flexible Welle dreht. Bei einer Näherung erster Ordnung sind die Kontaktkräfte F_contact in der Hülle gleich der Steifigkeit der straff gewickelten flexiblen Welle S_flexshaft, geteilt durch den Krümmungsradius R_curve der Welle. Das Reaktionsdrehmoment T_{r(flex_shaft)}, das durch diese Kontaktkraft entsteht, ist gleich dem folgenden Produkt: Kontaktkraft F_contact mal Reibungskoeffizient Cf mal Radius der flexiblen Welle R_{S(flex_shaft}). Folglich ist das Reaktionsdrehmoment T_r der straff gewickelten Welle wie folgt definiert: Tr(flex_shaft) = Sflexshaft/Rcurve·Cf ·Rflexshaft (1)
In einem lockeren Drahtensemble nehmen jedoch die Drähte jeweils den größtmöglichen Biegeradius an, wenn das Ensemble um eine Kurve gebogen wird; das heißt, sie legen sich auf der Innenseite der Hülle längs aneinander. Bei kleinen Drehbeträgen drehen sich diese einzelnen Drähte unabhängig um ihre eigene Achse, statt sich als Gruppe wirbelartig zu drehen; so daß das auf jeden von ihnen wirkende Reaktionsdrehmoment, das sich aus der Reibung mit der Hülle ergibt, folgendes wäre: Tr(wire) = (Swire/Rcurve)·Cf·Rwire (2)wobei S_wire die Steifigkeit des Drahtes und R_wire der Radius des Drahtes ist. Folglich ist bei einem Ensemble von N Drähten das Gesamtreaktionsdrehmoment gleich: Tr(ensemble) = N·(Swire/Rcurve)·Cf·Rwire (3)
Folglich wäre das Verhältnis des Reibungsmoments für das Ensemble und den flexiblen Welle wie folgt: Tr(flex_shaft)/Tr(ensemble) = [Sflexshaft/N·Swire]·[Rflexshaft/Rwire] (4)
Für ein Ensemble und eine flexible Welle mit denselben Torsionssteifigkeiten ist auch die Biegesteifigkeit gleich, da die Torsionssteifigkeit derselben Formel folgt wie die Biegesteifigkeit. Somit reduziert sich der erste Term auf der rechten Seite der Gleichung (4) auf ungefähr 1. Das Ergebnis besteht darin, daß das Verhältnis zwischen den Reibungsmomenten (T_{r(flex_shaft)}/T_r(ensemble)) gleich dem Verhältnis zwischen dem Radius der flexiblen Welle und dem Radius der einzelnen Drähte im Ensemble ist. Deshalb ist das reibungsbedingte Drehmoment eines lockeren Drahtensembles, das als Drehmomentübertrager wirkt, um das Verhältnis der Durchmesser kleiner als das reibungsbedingte Drehmoment einer ebenso steifen flexiblen Welle. Für eine typische Anordnung von sieben Drähten beträgt das Verhältnis zwischen den Durchmessern der verdrehten flexiblen Welle und den einzelnen Drähten ungefähr drei zu eins, so daß das lockere Ensemble ungefähr ein Drittel der Reibung in einer ebenso gekrümmten Hülle hätte. Dieses Ergebnis gilt für den Vergleich von zwei sehr ähnlichen Bündeln mit sieben Drähten: eines, das straff verdreht ist, um eine flexible Welle zu bilden, und eines, das locker zu einem Ensemble zusammengefügt ist. (Man beachte, daß diese Analyse davon ausgeht, daß die Steifigkeit der flexiblen Welle gleich der Summe der Steifigkeiten seiner einzelnen Drähte ist, was eine sehr vorsichtige Annahme ist.)
Aus der vorhergehenden Analyse ist zu ersehen, daß es drei nicht offensichtliche Vorteile für die Verwendung eines nichtverdrehten Drahtensembles als Drehmoment-Übertragungswelle gegenüber der Verwendung eines ähnlichen, straff verdrehten Drahtbündels gibt, das eine herkömmliche flexible Welle bildet. Erstens gibt es eine stark reduzierte Hysterese in einem lockeren Ensemble gegenüber einer straff verdrehten flexiblen Welle. Zweitens ist die Reibung eines lockeren Ensembles (bei kleinen Drehwinkeln) in einer Hülse ein Bruchteil der Reibung einer gleichwertigen straff verdrehten flexiblen Welle. Drittens läßt sich das lockere Ensemble um einen kleineren Radius wickeln, als das straff verdrehte Bündel.
Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument hat praktische Verwendungsmöglichkeiten in vielen unterschiedlichen Anwendungen.
Beschreibung praktischer Anwendungen unter Verwendung der Erfindung
Eine praktische Anwendung der Erfindung liegt im Schlingeninstrument der bereits einbezogenen Anmeldung desselben Patentinhabers. Wenn wir uns nun 4 bis 7 zuwenden, weist ein chirurgisches Schlingeninstrument 210 auf: eine langgestreckte flexible röhrenförmige Hülle 212 mit einem proximalen Ende 214 und einem distalen Ende 216, eine flexible drehbare Welle 218 mit einem proximalen Ende 220 und einem distalen Ende 222, die sich durch die Hülle 212 erstreckt und relativ zu dieser axial beweglich ist, eine Schlinge 224, die mit dem distalen Ende 222 der Welle 218 gekoppelt oder an diesem ausgebildet ist, vorzugsweise angrenzend an das distale Ende 216 der Hülle 212, und eine erste und zweite Griffanordnung 226 bzw. 228 zum Bewegen der Welle 218 relativ zur Hülse 212.
Die drehbare Welle 218 besteht vorzugsweise aus drei hochfesten, gerichteten (ungekrümmten) nichtrostenden Stahldrähten mit hoher Elastizitätsgrenze, wobei jeder einen Durchmesser von annähernd 0,030 cm (0,012 Zoll) hat. Die proximalen Enden der Drähte sind miteinander verschweißt, und die distalen Enden der Drähte sind miteinander verschweißt. Zwischen ihrem proximalen und distalem Ende sind die Drähte locker zugeordnet. Die Welle 218 kann auf einem gewundenen Weg (z. B. mit einem Radius von annähernd 2 cm (0,8 Zoll)) ohne bleibende Verformung gebogen werden. Außerdem ist es aus den oben beschriebenen Gründen möglich, die Schlinge 224 durch Drehen der Welle 218 an jedem Punkt entlang ihrer Länge genau zu drehen.
Die Griffanordnung 226 für den Arzt, die die distalere der beiden Griffe ist, weist im allgemeinen einen Körper 230 und einen Knauf 232 auf, der im Körper 230 auf Lagern 233a, 233b so angeordnet ist, daß der Knauf 232 relativ zum Körper koaxial gedreht werden kann. Der Körper 230 weist eine mittige Bohrung 234 mit einer oder mehreren Öffnungen 235, ein mit Gewinde versehenes distales Ende 236 und ein mit Gewinde versehenes proximales Ende 238 auf. Die Hülle 212 des Schlingeninstruments 210 ist mit dem mit Gewinde versehenen distalen Ende 236 des Körpers 232 verbunden, z. B. durch eine Überwurfmutterverbindung 242. Vorzugsweise ist eine Versteifungshülse 244 über der Hülle 212 an der Verbindung 242 vorgesehen. Der Knauf 232 weist eine unrunde Bohrung 240 auf, z. B. mit der Querschnittsform eines Quadrats. Der Knauf 232 ist (aus nachstehend beschriebenen Gründen) vorzugsweise mindestens so lang wie der Bewegungsabstand, der erforderlich ist, um die Schlinge 224 zu öffnen und zu schließen; d. h. nämlich die Länge der Schlinge, wenn sie in der Hülle 212 zusammengedrückt ist. Die Öffnungen 235 bieten Zugriff auf den Knauf 232, so daß der Knauf 232 relativ zum Körper 230 gedreht werden kann, z. B. durch einen Arzt.
Ein Abschnitt der Welle 218 (vorzugsweise das proximale Ende der Drähte, die miteinander verbunden sind), der sich durch die Bohrung 240 des Knaufs 232 erstreckt, ist mit einem Keil 246 versehen; das heißt, mit einem Schiebekeilelement, das auf der und um die Welle 218 fixiert ist, oder als Alternative starr und fest zwischen zwei Abschnitten der Welle angeordnet ist. Der Keil 246 hat vorzugsweise eine rechteckige Form, kann aber eine andere unrunde Form haben. Der Keil 246 ist in der Bohrung 240 gleitend axial beweglich. Somit kann die Welle 218 axial durch die Bohrung 240 bewegt werden (und das ist möglich, da die Länge des Knaufs 232 vorzugsweise mindestens so lang ist, wie die Bewegungsstrecke, die zum Öffnen und Schließen der Schlinge erforderlich ist). Wenn der Knauf 232 jedoch relativ zum Körper 230 gedreht wird, dreht sich der Keil 246 in der Bohrung 240, und infolgedessen werden die Welle 218 und die Schlinge 224 relativ zur Hülle 212 gedreht.
Die distale Griffanordnung 226 ist vorzugsweise annähernd 210 cm vom distalen Ende 216 der Hülle 212 für ein Schlingeninstrument 210 positioniert, das dafür ausgelegt ist, in ein 200 cm langes Endoskop eingefügt zu werden. Bei einem Schlingeninstrument 210, das dafür ausgelegt ist, in ein 200 cm langes Endoskop eingefügt zu werden, ist die distale Griffanordnung 226 vorzugsweise annähend 210 cm vom distalen Ende 216 der Hülle 212 positioniert. Dadurch kann der Arzt den Körper 230 so anfassen, daß er den Knauf 232 relativ zum Körper und somit die Schlinge 224 relativ zur Hülle 212 drehen kann, wobei der Körper 236 als Griff benutzt wird, um das Schlingeninstrument 210 im Arbeitskanal eines Endoskops in Axialrichtung zu positionieren.
Die Welle 218 erstreckt sich aus dem proximalen Ende 238 des Körpers 320 heraus zur proximalen Griffanordnung 228 bzw. zum Assistentengriff. Die proximale Griffanordnung 228 weist vorzugsweise ein feststehendes Teil 250 und ein Spulenteil 252 auf, das relativ zum feststehenden Teil verschiebbar ist. Das feststehende Teil 250 weist eine Längsdurchgangsbohrung 256, durch die sich das proximale Ende 220 der Welle 218 erstreckt, einen transversalen Schlitz 258, einen proximalen Daumenring 260 und einen distalen mit Gewinde versehenen Verbinder 262 auf. Das proximale Ende der Welle 218 ist vorzugsweise mit einer leitfähigen Versteifungshülse 264 versehen, und ein zylindrisches leitfähiges Lager 266 ist über das proximale Ende der Versteifungshülse 264 gekoppelt. Das Spulenteil 252 weist eine Querschiene 268 auf, die sich durch den transversalen Schlitz 258 erstreckt, um das Spulenteil 252 auf dem feststehenden Teil 250 fest anzuordnen. Außerdem weist das Spulenteil 252 vorzugsweise einen Kauterisationsstecker 270 auf. Das leitfähige Lager 266 erstreckt sich durch die Querschiene 268, und ein Bund 274 hält das Lager 266 in der Querschiene 268 fest, so daß sich das leitfähige Lager frei drehen kann in der Querschiene 268. Eine Feder 272 erstreckt sich zwischen dem Kauterisationsstecker 270 und dem leitfähigen Lager 266 und stellt einen Kontakt zwischen dem Stecker 270 und dem Lager 266 unabhängig von der Drehposition des Lagers 266 her. Eine Bewegung des Spulenteils 252 relativ zum feststehenden Teil 250 bewirkt, daß die Schlinge 224 aus dem distalen Ende 216 der Hülle 212 ausfährt und sich in dieses zurückzieht. Der Fachmann wird anerkennen, daß, da der Abschnitt der Welle zwischen dem proximalen und dem distalen Griff kaum ei nen gewundenen Weg (zwischen dem Arzt und dem Assistenten) durchläuft, er aus einem monofilaren Draht oder einer anderen flexiblen Welle bestehen kann, die nicht so flexibel ist wie der in dem Abschnitt distal zum distalen Griff.
Wie in der bereits einbezogenen Anmeldung beschrieben ist, erstreckt sich eine elektrisch isolierfähige Verlängerungshülle 280 über die Welle 218 zwischen dem proximalen Ende 238 des Körpers 230 und dem distalen Ende 262 des feststehenden Teils 250, gekoppelt z. B. durch Überwurfmutterverbindungen 282, 284. Dadurch gibt es eine zusammenhängende äußere Verbindung, die die distale Griffanordnung 226 und die proximale Griffanordnung 228 zusammenfügt, jedoch beabstandet. Eine Versteifungshülse 296 ist vorzugsweise über der Verlängerungshülle 280 am proximalen Ende 238 des Körpers 230 vorgesehen, und eine weitere Versteifungshülse 288 ist vorzugsweise über der Verlängerungshülse 280 am distalen Endes 262 des feststehenden Teils 250 vorgesehen.
Bei Verwendung führt der Arzt das Schlingeninstrument 210 in das Endoskop (nicht dargestellt) ein, normalerweise durch eine Öffnung im Endoskopgriff, die mit dem Arbeitskanal des Endoskops in Verbindung steht. Dann übergibt der Arzt dem Assistenten den proximalen Assistentengriff 228. Der Arzt ergreift anschließend den Körper 230 des distalen Arztgriffs 226 des Schlingeninstruments und benutzt ihn, um das distale Ende 216 der Hülle 212 nahe dem zu exzidierenden Polypen zu positionieren. Der Arzt weist dann den Assistenten an, die Schlinge auszufahren, was durch Bewegung des Wickelteils 252 relativ zum feststehenden Teil 250 erfolgt. Der Arzt benutzt dann den distalen Griff 226, um die Schlinge gleichzeitig axial zu positionieren und über dem Polypen zu drehen, indem er die Welle 218 mittels des Knaufs 232 dreht. Dann weist der Arzt den Assistenten an, die Schlinge zu schließen und den Polypen abzutrennen, bei Bedarf durch Kauterisation. Auf diese Weise steuert der Arzt die Positionierungseinrichtung der Schlinge auf den Polypen, und der Assistent steuert das Öffnen und Schließen der Schlinge und die Kauterisation.
Eine weitere praktische Anwendung der Erfindung findet sich in den im US-Patent 5 439 478 offenbarten mikrochirurgischen Schneidinstrumenten.
Mit Bezug nunmehr auf 8 weist ein mikrochirurgisches Instrument 380, das die Erfindung einbezieht, auf: eine flexible Spirale 314, eine flexible drehbare Welle 316, die sich durch die Spirale 314 erstreckt, distale Endeffektoren 318, die mit der Welle 316 gekoppelt sind, eine drehbare Gabelkopfanordnung 320, die mit dem distalen Ende der Spirale 314 gekoppelt ist, und eine proximale Betätigungsanordnung 382. Die proximale Betätigungsanordnung 382 hat einen feststehenden Griffabschnitt 384, der mit Fingeraussparungen 386 versehen ist, von denen zwei durch einen Fingerring 385 überzogen sind, und eine Durchgangsbohrung 388 zur Aufnahme der Spirale 314 und einer flexiblen drehbaren Welle 316. Ein Hebelarm 390 mit einem Daumenring 392 ist durch eine Drehachse 394 drehbar am feststehenden Griff 384 angebracht. Der Hebelarm 390 hat eine Bohrung 396, die im wesentlichen koaxial mit der Bohrung 388 im feststehenden Griff ist, und einen Schlitz 398, der im wesentlichen rechtwinklig zur Bohrung 396 ist. Der Schlitz 398 ist mit Rändelscheibe 400 mit einer Wellenaufnahmebohrung 402 und einer Feststellschraube 404 versehen.
Das proximale Ende der Spirale 314 ist in der Durchgangsbohrung 388 des feststehenden Griffs 384 durch Bördeln, Löten, Preßpassung oder ein anderes geeignetes Verfahren angeordnet. Das proximale Ende der flexiblen drehbaren Welle 316 ist in die Bohrung 402 der Scheibe 400 eingefügt und an der entsprechenden Stelle durch die Feststellschraube 404 gehalten. Der Fachmann wird anerkennen, daß die Welle 316 daher durch Drehen der gerändelten Scheibe 400 im Innern des Schlitzes 398 im Hebelarm 390 relativ zur Betätigungsanordnung 382 drehbar ist. Man wird auch anerkennen, daß eine Bewegung des Hebelarms 390 relativ zum feststehenden Griff 384 eine translatorische Bewegung der Welle 316 relativ zur Spirale bewirkt, um die Endeffektoren 318 zu öffnen und zu schließen.
Erfindungsgemäß besteht die flexible drehbare Welle 316 aus drei nichtrostenden Stahldrähten, jeweils mit einem Durchmesser von 0,030 cm (0,012 Zoll). Die proximalen Enden der Drähte sind an der Wellenaufnahmebohrung 402 miteinander verschweißt, und die distalen Enden der Drähte sind an den Endeffektoren 318 miteinander verschweißt. Zwischen ihren proximalen und distalen Enden sind die Drähte nicht eng zusammengewickelt und sind vorzugsweise überhaupt nicht zusammengewickelt. Die typische Länge der Welle 316 ist annähernd 100 bis 250 cm. Die Welle überträgt genau ein Drehmoment von annähernd 2,16 g·cm (0,03 Unzen·Zoll). Die Welle 316 kann eine Biegung mit einem Radius von 0,2 cm (0,08 Zoll) durchlaufen.
Im Betrieb hält der Arzt die Betätigungsanordnung 382, indem er die Aussparungen 386 mit den Fingern umspannt und den Daumen in den Daumenring 392 einfügt. Der Zeigefinger kann die Scheibe 400 drehen, die eine Drehung der Welle 316 und somit eine Drehung des Gabelkopfes 340 und der Endeffektoren 318 bewirkt.
Der Fachmann wird anerkennen, daß die Erfindung in Verbindung mit den anderen Ausführungsformen, die in den bereits einbezogenen Patenten offenbart sind, vorteilhaft verwendet werden kann. Darüber hinaus wird die Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit anderen steuerbaren chirurgischen Instrumenten, einschließlich Zangen, Körbchen, Ablationseinrichtungen, Zerkleinerungseinrichtungen und Bohrern, verwendet. Die Erfindung wird auch vorteilhaft in Verbindung mit kardiovaskulären Instrumenten, einschließlich Blutpumpinstrumenten, die eine flexible drehbare Welle benutzen, steuerbaren Zangen, drehbaren Kathetern, steuerbaren Elektroden, steuerbaren Injektionsnadeln und steuerbaren Kauterisationsvorrichtungen verwendet. Neben verschiedenen endoskopischen Instrumenten wird die Erfindung vorteilhaft in Verbindung mit verschiedenen laparoskopischen Instrumenten verwendet, wie etwa: Katheter zur Kanülierung von Eileiter/Gebärmutter, steuerbare Scheren, Greifer, Dissektoren und Kauterisationssonden, Resektionsvorrichtungen und Ablationsvorrichtungen. Die Erfindung wird auch vorteilhaft in weiteren steuerbaren Vorrichtungen verwendet, wie etwa in Führungsdrähten.
Es sind hierin mehrere Beispiele eines chirurgischen Instruments mit einer multifilaren flexiblen drehbaren Welle beschrieben und dargestellt worden. Wenn auch bestimmte Aus führungsformen und Anwendungen der Erfindung beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, die Erfindung darauf zu beschränken, da vielmehr die Absicht besteht, daß die Erfindung einen so großen Schutzbereich hat, wie es das Fachgebiet erlaubt, und daß die Beschreibung ebenso verstanden wird. Wenn auch bestimmte Abmessungen offenbart worden sind, versteht es sich also, daß auch andere Abmessungen verwendet werden könnten. Wenn auch eine bestimmte Anzahl von Fäden gezeigt worden sind, wird man erkennen, daß die Anzahl der Fäden durch die Anwendung bestimmt wird. Wenn auch bestimmte Konfigurationen unter Hinweis auf eine Verschweißung der Enden offenbart worden sind, wird man auch anerkennen, daß andere Mittel zum Verbinden der Enden ebenso verwendet werden können. Der Fachmann wird daher anerkennen, daß noch weitere Modifikationen an der bereitgestellten Erfindung möglich sind, ohne von ihrem Schutzbereich, wie beansprucht, abzuweichen.

Claims

Chirurgisches Instrument zum Einführen durch ein Endoskop mit einem Griff und einem Arbeitskanal, wobei das chirurgische Instrument aufweist: eine langgestreckte flexible röhrenförmige Hülle (212, 314) mit einem proximalen Ende und einem distalen Ende; eine flexible drehbare Welle (218, 316), die drehbar in der Hülle (212, 314) angeordnet ist, wobei sich die flexible Welle (218, 316) durch die Hülle (212, 314) erstreckt und relativ zu dieser axial beweglich ist, die Welle (218, 316) ein proximales (220) und ein distales Ende (222) hat, die Welle (218, 316) mehrere einzelne Drahtfäden (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114) aufweist, die jeweils ein proximales Ende (I) und ein distales Ende (O) haben und die sich jeweils durch die flexible Hülle (212, 314) erstrecken, wobei das proximale Ende (I) jedes einzelnen Drahtfadens mit dem proximalen Ende (I) jedes anderen einzelnen Drahtfadens gekoppelt ist und das distale Ende (O) jedes einzelnen Drahtfadens mit dem distalen Ende (O) jedes anderen einzelnen Drahtfadens gekoppelt ist, wobei die einzelnen Drahtfäden (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114) im wesentlichen über die gesamte Länge zwischen ihrem proximalen Ende (I) und ihrem distalen Ende (O) locker zugeordnet sind, wobei zwischen ihrem proximalen Ende (I) und ihrem distalen Ende (O) die einzelnen Drahtfäden (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114) nicht umeinander verdreht sind, ein Endeffektor (224) mit dem distalen Ende (222) der Welle (218) gekoppelt oder an diesem ausgebildet ist; eine erste Einrichtung (232), die mit der Welle (218) zum Drehen der Welle (218) relativ zu der Hülle (212) gekoppelt ist; eine zweite Einrichtung (226) zur Längsbewegung der Welle (218) relativ zu der Hülle (212); und ein röhrenförmiges Teil (230), das die erste (232) und die zweite Einrichtung (226) miteinander koppelt.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei: die einzelnen Drahtfäden (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114) im wesentlichen miteinander identisch sind und jeder einen Durchmesser zwischen annähernd 0,01 cm (0,005 Zoll) bis 0,10 cm (0,040 Zoll) hat.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei: die Welle ein Drehmoment in der Größenordnung von 7,2 cm·g (0,1 Unzen·Zoll) über einen Arbeitsradius von annähernd 2 cm (0,8 Zoll) genau übertragen kann.
Chirurgisches Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einer Betätigungseinrichtung (382), die mit dem proximalen Ende der flexiblen Hülle (314) und mit dem proximalen Ende (I) der Drahtfäden (102, 104, 106, 108, 110, 112, 114) der Welle (316) gekoppelt ist, zum Ausführen einer translatorischen Bewegung der Welle (316) relativ zu der flexiblen Hülle (314), wobei die Betätigungseinrichtung (382) eine Dreheinrichtung zum Ausführen einer Drehung der Welle (316) relativ zu der flexiblen Hülle (314) aufweist; und mindestens ein Endeffektor (318), der mit einem Gabelkopf (320) gekoppelt ist und mit dem distalen Ende der Welle (316) gekoppelt ist, wobei eine Drehung der Welle (316) relativ zu der flexiblen Hülle (314) eine Drehung des Gabelkopfes (320) relativ zu der flexiblen Hülle (314) bewirkt.