DE60319966T2

DE60319966T2 - Endoskop mit führungsgerät

Info

Publication number: DE60319966T2
Application number: DE60319966T
Authority: DE
Inventors: Joseph M. Morgan Hill TARTAGLIA; Amir Cupertino Belson; Robert Matthew Redwood City OHLINE
Original assignee: Neoguide Systems Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Inc
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: ATE390077T1; US6974411B2; AU2003217794A1; EP1487318A4; DE60319966D1; EP1487318B1; US20060089528A1; WO2003073920A3; WO2003073920A2; US20060089530A1; US20060089531A1; US20060089529A1; ES2301786T3; EP1487318A2; US20060089532A1; US20030032859A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Endoskope. Spezieller betrifft sie eine Vorrichtung zum Erleichtern einer Einführung eines flexiblen Endoskops entlang eines gewundenen Pfads, beispielsweise für eine Koloskopieuntersuchung und -behandlung.
Hintergrund der Erfindung
Ein Endoskop ist ein medizinisches Instrument zum Visualisieren des Inneren eines Patientenkörpers. Endoskope können für verschiedene unterschiedliche diagnostische und interventionelle Prozeduren, enthaltend die Koloskopie, Bronchoskopie, Thoracoskopie, Laparoscopie und Videoendoskopie.
Die Koloskopie ist eine medizinische Prozedur, bei der ein flexibles Endoskop oder ein Kolonoskop in das Kolon eines Patienten zur diagnostischen Untersuchung und/oder chirurgischen Behandlung des Kolons eingeführt wird. Ein standardmäßiges Koloskop ist typischerweise 135–185 cm lang und 12–19 mm dick, und enthält eine faseroptisches Bildgebungsbündel oder eine Miniaturkamera, die an der Spitze des Instruments lokalisiert ist, Beleuchtungsfasern, ein oder zwei Instrumentenkanäle, die auch verwendet werden können zur Insufflation oder Spülung, Luft- und Wasserkanäle, und Vakuumkanäle. Das Koloskop wird über den Anus des Patienten eingeführt und durch den Kolon vorangeschoben, was eine direkte visuelle Untersuchung des Kolons, der Bauhin-Klappe und der Bereiche des Endileums erlaubt.
Das Einführen des Koloskops ist auf Grund der Tatsache kompliziert, dass das Kolon einen gewundenen und verwickelten Pfad darstellt. Oft ist eine beträchtliche Manipulation des Koloskops erforderlich, um das Koloskop durch das Kolon voranzubringen, was die Prozedur schwieriger und zeitaufwendiger macht und eine Gefahr für Kompilationen mit sich bringt, wie beispielsweise Darmdurchbohrung. Steuerbare Koloskope sind entwickelt worden, um die Auswahl des korrekten Pfads durch Biegungen des Kolons hindurch zu erleichtern. Wenn das Koloskop jedoch weiter und weiter in das Kolon eingeführt wird, wird es schwieriger das Koloskop entlang des ausgewählten Pfades voranzubringen. Bei jeder Wendung muss die Wand des Kolons die Biegung in dem Koloskop halten. Das Koloskop reibt gegen die Muskeloberfläche des Kolons entlang der Außenseite jeder Krümmung. Reibung und Schlupf in dem Ko loskop bauen sich bei jeder Windung auf, wodurch es schwerer und schwerer wird das Koloskop voranzubringen, zurückzuziehen oder zu winden. Darüber hinaus vergrößert sich die Kraft gegen die Wand mit zunehmender Reibung. In Fällen einer extremen Verwindung kann es unmöglich werden das Koloskop entlang dem gesamten Weg durch das Kolon voranzubringen.
Lenkbare Endoskope, Katheter und Einführungsvorrichtungen zur medizinischen Untersuchung und Behandlung von internen Körperstrukturen sind in den folgenden US Patenten beschrieben: 4,543,090 ; 4,753,223 ; 5,337,732 ; 5,337,733 ; 5,383,852 ; 5,487,757 ; 5,624,381 ; 5,662,587 ; und 5,759,151 .
Die US-A 5 759 151 offenbart eine lenkbare Vorrichtung, beispielsweise ein Endoskop, das einen Fortsatz, eine flexible Ummantelung und einen flexiblen Instrumentenkanal enthält. Der Dorn enthält eine Mehrzahl von im Allgemeinen zylindrischen Segmenten, die auf ein flexibles Kabel geschnürt sind. Wenn das Kabel entspannt ist, sind die Segmente frei, um sich derart zu bewegen, dass der Fortsatz flexibel ist. Wenn das Kabel gespannt ist, werden diese Segmente zusammengezogen, wodurch der Dorn steif wird. Der Dorn erstreckt sich durch und im Allgemeinen koaxial mit der flexiblen Ummantelung. Die Ummantelung und der Fortsatz sind gleitend bewegbar bezüglich zueinander. Die Ummantelung wird in dem flexiblen Instrumentenkanal aufgenommen und gesichert.
Die US-A-5 251 611 offenbart eine Vorrichtung, die im Allgemeinen ähnlich ist zu der, die in der US-A 5 759 151 offenbart ist.
Die US-A-4 930 494 offenbart ein Endoskop mit einem auswählbaren lenkbaren Distalbereich, der eine Mehrzahl von Segmenten aufweist, die jeweils ein Paar von Formspeicherlegierungsspulen enthalten. Wenn die Spulen ihre memorisierte Form wieder einnehmen ist das distale Ende des Endoskopeinführungsabschnitts gekrümmt. Die Spulen werden in ihre memorisierte Form gebracht, wenn sie mittels einer Stromlieferschaltung leitend erwärmt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen zum Einführen in einen Körperhohlraum, enthaltend: einen länglichen Körper mit einem selektiv lenkbaren distalen Teil, der ausgebildet ist längs eines willkürlichen Pfades eine ausgewählte Form anzunehmen, einen steuerbaren proximalen Teil, der proximal zu dem genannten lenkbaren distalen Teil angeordnet und so ausgebildet ist, dass er die ausgewählte Form längs des genannten steuerbaren proximalen Teils fortpflanzt, und einen flexiblen Teil, der sich proximal zu dem genannten steuerbaren proximalen Teil befindet, wobei der genannte selektiv lenkbare distale Teil über eine, extern zum Körperhohlraum angeordnete Steuerung konfigurierbar bzw. steuerbar ist, der steuerbare Teil eine Vielzahl von gelenkig verbundenen Segmenten aufweist, von denen jedes einen Aktuator zum Fortpflanzen der ausgewählten Form längs des genannten steuerbaren Teils enthält, der Aktuator einen Motortyp enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe von pneumatischen, hydraulischen, elektromechanischen Motoren und Antriebswellen und der genannte Aktuator einen Druck-Zug-Draht bzw. ein Spannglied enthält; eine längliche Führung, die so ausgebildet ist, dass sie mit der ausgewählten Form übereinstimmt und diese selektiv aufrecht erhält, welche durch den genannten lenkbaren distalen Teil eingenommen wird; und eine über wenigstens einen Hauptteil der Länge der länglichen Führung angeordnete schlauchförmige Hülle; wobei die längliche Führung und die schlauchförmige Hülle zwanglos gegenüber dem länglichen Körper verschiebbar sind; und wobei der genannten flexible proximale Teil des genannten länglichen Körpers so ausgebildet ist, dass er sich, wenn er distal vorgeschoben wird, einer ausgewählten Form anpasst, die durch die genannte Führung aufrecht erhalten wird.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben und verdeutlicht. Die offenbarten Ausführungsbeispiele der Vorrichtung können verwendet werden für die Untersuchung eines Kolons eines Patienten, für andere interne Körperhohlräume, und für irgendwelche anderen Räume innerhalb des Körpers, mit minimalem Anstoßen gegen Körperhohlräume oder Wände der Organe. Die offenbarte Vorrichtung kann auch verwendet werden für verschiedene chirurgische Behandlungen von solchen Regionen, beispielsweise Insufflation, Arzneimittellieferung, Biopsien, etc. Ein lenkbares Endoskop mit einem länglichen Körper mit einem manuell oder selektiv lenkbaren distalen Teil, ein automatische gesteuertes Teil, eine flexibles und passiv manipuliertes proximales Teil, und ein extern gesteuerter und manipulierbarer Verfolgungsstab oder Führung werden im Folgenden beschrieben. Der Verfolgungsstab oder die Führung können gleitend innerhalb eines Führungskanals oder Lumens innerhalb des Endoskops positioniert sein, oder extern positionierbar derart, dass die Führung und das Endoskop relativ zueinander entlang einer Schiene oder eines Kanals, der entlang einer äußeren Oberfläche des Endoskops lokalisiert ist, gleiten können.
Im Betrieb kann der lenkbare distale Teil des Endoskops zuerst in das Rektum des Patienten über den Anus vorgeschoben werden. Das Endoskop kann einfach vorgeschoben werden, entweder manuell oder automatisch durch einen Motor, bis die erste Verkrümmung erreicht wird. An diesem Punkt kann der steuerbare distale Teil aktiv durch den Arzt oder Chirurgen gesteuert werden, um eine optimale Krümmung oder Form für eine Voranschiebung des Endoskops zu erreichen. Die optimale Krümmung oder Form wird als der Pfad angesehen, der das geringste Ausmaß an Kontakt oder Interferenz mit den Wänden des Kolons darstellt. Sobald die gewünschte Krümmung bestimmt worden ist, kann das Endoskop weiter in das Kolon vorangeschoben werden, so dass die automatisch gesteuerten Segmente des steuerbaren Teils dem distalen Teil folgen, während die optimale Krümmung oder Form proximal nach unten der verbleibenden Segmente des steuerbaren Teils übertragen wird. Der Betrieb der steuerbaren Segmente wird im Folgenden genauer beschrieben.
In einer Variation ist die Führung kürzer als die Gesamtlänge des Endoskops, beispielsweise ungefähr gleich der Länge des steuerbaren Teils, und diese verkürzte Führung kann durch das proximale Ende des Endoskops vorgeladen werden oder durch den Griff des Endoskops vorgeladen werden. Sobald die Führung eingeführt ist, kann sie distal durch das Endoskop zur distalen Spitze des Endoskops vorgeschoben werden. Wenn der Benutzer das Endoskop distal vorschiebt pflanzen sich die automatisch gesteuerten Segmente des proximalen steuerbaren Teils entlang der ausgewählten Krümmungen nach unten fort, und die Führung, in ihrem flexiblen Zustand, passt sich passiv der Form des gewünschten Pfadwegs an. Sobald das Endoskop zu einer gewünschten Position vorangeschoben ist, beispielweise zu einer Tiefe, die kleiner als die Länge des steuerbaren Teils des Endoskops ist, kann der Benutzer die Führung versteifen und sie an dieser Tiefe (oder Axialposition) halten. Das Endoskop kann dann weiter relativ zu der versteiften Führung vorangeschoben werden, über die versteifte Führung und entlang des ausgewählten Pfadwegs gleiten. Folglich muss der Chirurg oder Mediziner nur die Führung an der Position verriegeln. Wenn die steuerbare Region des Endoskops und die Führung jeweils mindestens halb so lang wie das Endoskop sind, kann das gesamte Endoskop in dieser Art und Weise an den ausgewählten Pfadweg angepasst werden. Es ist auch möglich die Führung durch Entspannen und/oder Entriegeln von ihrer versteiften Axialposition neu zu positionieren und dann die Führung in ihre neue Position zu bewegen.
In einer alternative Variation, sobald der lenkbare distale Teil für eine Vorabschiebung gesteuert oder positioniert ist, kann die Führung distal in ihrem flexiblen Zustand entlang oder innerhalb des Endoskops vorangeschoben werden, bis sie eine distale Position erreicht, also vorzugsweise einen Punkt distal von dem flexiblen proximalen Teil. Die Führung kann nahe oder zu dem Ende des distalen Teils vorangeschoben werden. Sobald die Führung vorangeschoben worden ist, kann sie direkt die Krümmung oder Form, die durch den steuerbaren distalen Teil definiert wird, annehmen und angepasst werden.
Vorzugsweise wird die Führung zu dem distalen Ende des lenkbaren distalen Teils vorangeschoben oder, wenn der steuerbare Teil in der Vorrichtung ist, kann die Führung zu dem distalen Ende des steuerbaren Teils vorangeschoben werden, oder zu einem Punkt zwischen den zwei Teilen. Die Führung kann zu irgendeiner distalen Position vorangeschoben werden, solang ein Teil der Führung die optimale Krümmung oder Form annimmt und zu dieser konform ist. Vor einem Voranschieben des Endoskops über die Führung kann die Führung in ihrem flexiblen Zustand gelassen werden oder sie kann optional versteift werden, wie im Folgenden weiter diskutiert. Wenn sie in ihrem flexiblen Zustand gelassen wird, kann die Führung möglicherweise eine gewünschte Säulenstärke für das Endoskop liefern, wenn es durch das Kolon über die Führung vorangeschoben wird. Vorzugsweise wird jedoch die Führung versteift, sobald sie die Krümmung annimmt und konform zu dieser ist. Dies erlaubt es dem flexiblen proximalen Teil, also dem passiven Teil, flexibel und leicht in der Struktur zu verbleiben. Wenn die Position der Führung vorzugsweise versteift und aufrecht erhalten bleibt, kann das Endoskop dann über die Führung vorangeschoben werden in einer Einschienen oder "Huckepack" Art und Weise, so dass der flexible proximale Teil der Krümmung folgt, die durch die Führung gehalten wird, bis das Endoskop den nächsten Krümmungspunkt erreicht.
In einigen Variationen kann der Prozess des abwechselnden Voranschiebens der Führung und des Endoskops wiederholt werden, um das gesamte Endoskop durch das Kolon voranzuschieben, während die Führung anwechselnd versteift und entspannt wird, während sie distal vorangeschoben wird. Während das Endoskop durch das Kolon vorangeschoben wird, kann der Arzt oder Chirurg das Voranschieben stoppen, um verschiedene Bereiche entlang der Kolonwand zu untersuchen, indem beispielweise ein Bildgebungsbündel, das an dem distalen Ende des Endoskops angebracht ist, verwendet wird. Während derartiger Untersuchungen kann die Führung vorübergehend aus dem Endoskop zurückgezogen werden, um die Einführung anderer Werkzeuge über den Führungskanal zu erlauben, wenn kein separater Kanal vorliegt, der innerhalb des Endoskops für die Führung definiert ist. Die Führung kann auch durch das Instrument zurückgezogen werden zu irgendeinem Ort innerhalb des Körpers des Endoskops. Mit anderen Worten, die Führung kann teilweise zurückgezogen werden oder vollständig aus dem Endoskop zu irgendeinem Zeitpunkt entfernt werden, falls dies erwünscht ist, da es keine Zwänge gibt, die den Weg der Führung durch den Körper des Endoskops begrenzen. Nachdem eine Prozedur für die Kolonwand beendet ist, kann das Werkzeug aus dem Führungskanal zurückgezogen werden, und die Führung kann in das Endoskop neu eingeführt werden, so dass das Endoskop optional erneut in das Kolon vorangeschoben werden kann.
Eine weitere Variation für das Voranschieben des Endoskops kann die Verwendung von mehreren Führungen sein, die abwechselnd versteift werden, während sie distal entlang eines Pfads vorangeschoben werden. Obwohl mehrere Führungen verwendet werden könne, werden vorzugsweise zwei Führungen verwendet. Wenn die Endoskopievorrichtung eine Krümmung erreicht, kann eine erste Führung in einem entspannten und flexiblen Zustand in Richtung lenkbares Distalende der Vorrichtung vorangeschoben werden. Während des Voranschiebens passt sich die erste Führung vorzugsweise an die Form an, die definiert wird durch das distale Ende, und die erste Führung kann anschließend versteift werden, um diese Form aufrecht zu erhalten. Die Vorrichtung kann dann weiter distal entlang des Pfadwegs vorangeschoben werden, während sie über die versteifte erste Führung verläuft.
Nachdem die Vorrichtung an ihre neue Position vorangeschoben ist, kann eine zweite Führung ebenfalls distal in ihrem entspannten Zustand über die Vorrichtung bis zu dem distalen Ende vorangeschoben werden, während die erste Führung in ihrem versteiften Zustand gehalten wird. Die zweite Führung kann dann an die neue Form angepasst werden, die durch das distale Ende der Vorrichtung definiert wird, und wird versteift, um ihre neue Form zu halten. An diesem Punkt wird die erste Führung ebenfalls vorzugsweise in ihrem versteiften Zustand gehalten, bis das distale Ende der Vorrichtung weiter distal vorangeschoben worden ist. Die erste Führung kann dann entspannt und vorangeschoben werden, während die Steifheit der zweiten Führung die Festigkeit (Stärke) für das Voranschieben der Führung bereitstellt. Diese Prozedur kann zum Aushandeln des Pfadwegs bei Bedarf wiederholt werden.
Um das Endoskop aus dem Inneren des Kolons zurückzuziehen, kann die obige Prozedur derart umgekehrt werden, dass das Zurückziehen minimal die Wände des Kolons kontaktiert. Alternativ kann die Führung einfach aus dem Endoskop entfernt werden, während das Endoskop in dem Kolon bleibt. Alternativ kann die Führung in dem Endoskop in dem entspannten Modus verbleiben. Das Endoskop kann dann einfach zurückgezogen werden, indem der proximale Teil gezogen wird, um die Vorrichtung zu entfernen. Dieses Verfahren kann das Endoskop an den Wänden des Kolons reiben oder kontaktieren, aber jeglicher Zusammenprall ist minimal.
Der selektiv lenkbare distale Teil kann selektiv gelenkt oder gekrümmt werden, um fast 180° gebogen in irgendeine Richtung. Ein faseroptisches Bildgebungsbündel und eine oder mehrere Beleuchtungsfasern können sich durch den Körper erstrecken von dem proximalen Teil zu dem distalen Teil. Die Beleuchtungsfasern sind vorzugsweise in Verbindung mit einer Lichtquelle, also herkömmliche Lichtquellen, die an einem externen Ort positioniert sein können, oder andere Lichtquelle wie LEDs. Alternativ kann das Endoskop als Videoendoskop mit einer miniaturisierten Videokamera, wie beispielweise eine CCD Kamera konfiguriert sein, die an dem distalen Teil des Endoskopiekörpers positioniert ist. Die Videokamera kann in Kombination mit den Beleuchtungsfasern verwendet werden. Optional kann der Körper des Endoskops auch ein oder zwei Zugriffslumen aufweisen, die optional verwendet werden können für eine Insufflation oder Spülung, Luft- und Wasserkanäle, und Vakuumkanäle, etc. Im Allgemeinen ist der Körper des Endoskops hoch flexibel, so dass er in der Lage ist um Krümmungen mit kleinem Durchmesser gebogen zu werden, ohne dass eine Stauchung oder eine Knickung auftritt, während die verschiedenen Kanäle in Takt bleiben. Das Endoskop kann in vielen anderen Größen und Konfigurationen für andere medizinische und industrielle Anwendungen ausgebildet werden.
In einigen Variationen kann das Endoskop optional eine Saugvorrichtung enthalten, die Luft oder andere Gase absaugen kann, beispielsweise Gase, die verwendet werden zur Insufflation des Inneren eines Kolons. In dem Beispiel der Insufflation eines Kolons kann das insufflierte Gas innerhalb Regionen des Kolons auf Grund der Sackbildung und Bewegung der Kolonwände eingeschlossen werden. Um das Entfernen dieser Gase zu erleichtern, kann die Saugvorrich tung verwendet werden, um diese eingeschlossenen Gase abzusaugen, wenn das Endoskop durch das Kolon vorangeschoben oder zurückgezogen wird.
Die Saugvorrichtung kann eine Saugröhre enthalten, die innerhalb des Endoskops positioniert und mit einem Sauganschluss verbunden ist, der definiert wird entlang der Endoskopaußenfläche an einem Ort proximal von der distalen Spitze. Der Sauganschluss kann eine Saugung mit einem Abstand von der Spitze des Endoskops anlegen, so dass die Saugung nicht die Insufflation oder andere Aktivitäten am distalen Ende des Endoskops stört. In einer Variation ist der Sauganschluss in der Distalhälfte des Endoskops lokalisiert, ungefähr ein Viertel der Länge des einführbaren Teils des Endoskops nach unten liegend, beispielsweise 40 bis 50 cm von der lenkbaren Spitze. Einige Variationen können ein kontinuierliches Saugen anwenden, während andere es dem Benutzer erlauben selektiv die Anwendung des Saugens zu steuern.
Der steuerbare Teil besteht aus mindestens einem Segment und vorzugsweise verschiedenen Segmenten, die über einen Computer und/oder eine Steuerung, die mit einem Abstand von dem Endoskop angeordnet sind, steuerbar sind. In einer Variation enthält das Endoskop ungefähr auf halber Länge steuerbare Segmente. Jedes der Segmente hat vorzugsweise einen Aktuator, der mechanisch mit benachbarten Segmenten verbunden ist, um die gesteuerte Bewegung der Segmente im Raum zu erlauben. Die Aktuatoren, die die Segmente antreiben, enthalten eine Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Mechanismen, beispielsweise pneumatische, vakuumbetriebene, hydraulische, elektromechanische Motoren, Antriebwellen, etc. Wenn ein Mechanismus, wie beispielsweise eine flexible Antriebswelle verwendet werden würde, würde die Energie zum Antreiben der Segmente vorzugsweise durch einen Generator geliefert, der in einem Abstand von den Segmenten lokalisiert ist, also außerhalb eines Patienten, während der Verwendung, und in elektrischer und mechanischer Kommunikation mit der Antriebswelle. Die Segmente werden angetrieben durch Druck-Zug-Kabel oder Spannkabel, beispielsweise Bautenzüge, die die Segmente biegen durch Verteilen einer Kraft über einem Segment, wie beschrieben in „Tendon-Driven Endoscope and Methods of Insertion", eingereicht am 27. August 2002 (anwaltliches Aktenzeichen 514812000125).
Ein proximaler Teil enthält den Rest des Endoskops und vorzugsweise eine Mehrheit der Gesamtlänge der Vorrichtung. Der proximale Teil ist vorzugsweise ein flexibles Schlauchelement, das sich an eine unbegrenzte Vielzahl von Formen anpassen kann. Es kann auch ummantelt werden durch eine Polymerabdeckung, die sich optional über den steuerbaren Teil und den lenkbaren distalen Teil erstreckt, um einen sanften Übergang zwischen den steuerbaren Segmenten und dem flexiblen Schlauch des proximalen Teils zu schaffen. Der steuerbare Teil kann optional von dem Endoskop weggelassen werden. Eine detailliertere Beschreibung bezüglich der Konstruktion und der Operation der Segmente kann gefunden werden in der US Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/969,927 mit dem Titel „Steerable Segmented Endoscope and Method of Insertion", eingereicht am 2. Oktober 2001.
Ein proximaler Griff kann an dem proximalen Ende des proximalen Teils angebracht sein und kann Bildgebungsvorrichtungen enthalten, die mit dem faseroptischen Bildgebungsbündel verbunden sind für eine direkte Betrachtung und/oder für eine Verbindung mit einer Videokamera oder einer Aufnahmevorrichtung. Der Griff kann mit anderen Vorrichtungen verbunden sein, beispielsweise Beleuchtungsquellen und einer oder verschiedenen Arretierungspassungen zur Verbindung mit verschiedenen Instrumentenkanälen. Der Griff kann auch verbunden sein mit einem Lenk-Steuerungsmechanismus zum Steuern des lenkbaren Distalteils. Der Griff kann optional den Lenk-Steuerungsmechanismus aufweisen, der direkt in den Griff integriert ist, beispielsweise in der Form eines Joysticks, einer herkömmlichen Disk-Steuerung unter Verwendung von Wählscheiben oder Rädern, etc. Eine Axialbewegungstransducer kann auch vorgesehen werden zum Messen der Axialbewegung, also der Tiefenänderung des Endoskopkörpers, wenn er vorgeschoben und zurückgezogen wird. Der Axialbewegungstransducer kann in vielen möglichen Konfigurationen ausgebildet werden. Wenn der Körper des Endoskops durch den Transducer gleitet, kann er ein Signal erzeugen, das für die Axialposition des Endoskopkörpers bezüglich des fixierten Referenzpunkts kennzeichnend ist. Der Transducer kann verschiedene Verfahren verwenden zum Messen der Axialposition des Endoskopkörpers.
Die Führung wird im Allgemeinen verwendet, um eine gewünschte Krümmung zu erzielen, die anfänglich definiert wird durch den lenkbaren Teil und/oder durch den optional steuerbaren Teil zum dem passiven proximalen Teil, wenn das Endoskop vorangeschoben wird. Wenn sie in dem lenkbaren Teil vorangeschoben oder gehalten wird, wird die Führung vorzugsweise zu oder nahe zu der distalen Spitze des Teils vorangeschoben. Es wird auch verwendet, um dem proximalen Teil eine gewisse Säulenstärke zu geben, um dessen Form zu halten und jegliches Einknicken zu verhindern, wenn es axial geladen wird. Vorzugsweise ist die Führung gleitend innerhalb der Länge des Endoskopkörpers angeordnet und kann durch den passiven proximalen Teil durch den steuerbaren Teil und durch den lenkbaren Distalteil vollständig frei gleiten. Das Ausmaß, um das die Führung durch den Endoskopkörper queren kann, kann variiert und gemäß der Anwendung eingestellt werden, wie oben beschrieben. Darüber hinaus kann das proximale Ende der Führung durch einen separaten Kanal gelenkt werden, zu einer Führungssteuerung, die verwendet werden kann, um die Voranschiebung und/oder die Zurückziehung der Führung zu steuern, und die auch verwendet werden kann, um selektiv die Steifheit der Führung zu steuern, wenn sie durch den Arzt gesteuert wird.
Die Struktur der Führung kann variiert werden gemäß der gewünschten Anwendung. Die folgenden Beschreibungen der Führung sind repräsentativ für mögliche Variationen und es ist nicht beabsichtigt, dass diese in ihrer Struktur begrenzt sind. Beispielsweise kann die Führung zwei koaxiale positionierte Röhren, die durch einen Spalt getrennt sind, enthalten. Sobald die Führung platziert worden ist und die gewünschte Form oder Krümmung angenommen hat, kann eine Vakuumkraft angewendet werden, um die Luft in dem Spalt herauszusaugen, wodurch eine radiale Verformung von einer oder von beiden Röhren derart erfolgt, dass sie mit dem anderen in Kontakt kommt und ihre relativen Positionen verriegelt werden.
Eine andere Variation der Führung ist eine, die versteifbar ist durch ein Spannungselement. Eine derartige Führung kann eine Serie von individuellen Segmenten enthalten, die drehbar miteinander in Serie verzahnt sind. Jedes Segment kann ferner einen gemeinsamen Kanal definieren, über den ein Spannungselement positioniert werden kann, während es zwischen einem proximalen und einem distalen Segment gehalten wird. Während der Verwendung kann das Spannungselement genug nachlassen oder entspannen derart, dass die Führung flexibel genug wird, um eine Form oder Krümmung, die durch das Endoskop definiert wird, anzunehmen. Wenn die Führung wunschgemäß positioniert ist und eine gewünschte Form angenommen hat, kann das Spannungselement angespannt werden, wodurch jedes Segment eng gegen ein anderes gezogen wird, um die gewünschte Form zu halten.
Eine andere Variation kann eine Führung verwenden, die Verbindungen vom Kugelpfannentyp enthält, die an ihren Schnittstellen abgedichtet sind. Ein derartiges Design kann eine Vakuumpumpe verwenden, um selektiv die individuellen Segmente gegen ein anderes anzuziehen und zu entspannen. Andere Variationen können abwechselnd geschröpfte Segmente und Ballsegmente enthalten, eine Serie von kolinearen Halbkugelhüllensegmenten, sowie andere Designs, die in Serie miteinander zusammenpassen. Eine derartige Führung kann festgezogen und entspannt werden, entweder durch Spannungselemente oder Vakuumkräfte.
Eine weitere Variation für die Führung ist ein koaxial ausgerichtetes Versteifungselement. Diese Anordnung kann eine erste Subanordnung aufweisen, die eine Anzahl von kolinearen verschalteten Segmenten aufweist, die gehalten werden können durch ein Spannungselement das durch jedes Segment verläuft. Die erste Subanordnung kann versteift werden von einem flexiblen oder schlaffen Zustand durch Ziehen an diesem Spannungselement. Eine zweite Subanordnung kann eine Anzahl von röhrenförmigen Segmenten enthalten, die auch kolinear gehalten werden relativ zueinander mit einer oder mit mehreren Spannungselementen, die durch jedes röhrenförmige Segment verlaufen. Die zweite Subanordnung definiert vorzugsweise einen zentralen Bereich, indem die erste verschachtelte Subanordnung koaxial innerhalb der zweiten Subanordnung angeordnet sein kann. Die erste Subanordnung ist vorzugsweise gleitend angeordnet relativ zu der zweiten Subanordnung, wodurch jede Subanordnung abwechselnd in einem flexiblen Zustand vorgeschoben werden kann und abwechselnd versteift werden kann, um der anderen Subanordnung zu erlauben vorgeschoben zu werden. Dieses Design präsentiert einen kleinen Querschnitt relativ zu dem Endoskop oder der Vorrichtung, durch die sie vorgeschoben werden kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine Darstellung eines herkömmlichen Endoskops in Verwendung.
2A zeigt eine Variation einer Endoskopvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2B und 2C zeigen Seitenquerschnittsansichten einer anderen Variation der vorliegenden Erfindung.
3A zeigt eine Seitenansicht einer Endoskopvorrichtungsvariation mit äußeren Schichten, die entfernt sind, um die Führungsvorrichtung, die darin angeordnet ist, freizulegen.
3B und 3C zeigen Querschnittsansichten verschiedener Beispiele zum Aufhalten des Führungslumens des Endoskops.
4A bis 4C zeigen Querschnittsansichten verschiedener Beispiele der Führungsvorrichtung, die verwendet werden kann, um ein Endoskop zu führen.
5A und 5B zeigen eine Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtung, mit einer vakuumbetätigten Versteifungsvariation.
6A und 6B zeigen eine Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtung mit einem Spannungs- oder vorgespannten Element zur Versteifung der Führung.
7A und 7B zeigen eine Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtung mit einer segmentierten vakuumbetätigten Versteifungsvariation.
8A und 8B zeigen die Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtung mit untereinander verbundenen Segmenten zur Versteifung der Führung.
9A bis 9C zeigen End-, Seiten- bzw. Querschnittsansichten einer anderen Variation der Führungsvorrichtung.
10 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer anderen Variation der Führungsvorrichtung mit abwechselnden Wulst- und Hülsensegmenten.
11A zeigt eine Seitenansicht einer verschachtelten Führungsvorrichtung, die Teil einer koaxialen Versteifungsanordnung ist.
11B zeigt eine Seitenansicht einer röhrenförmigen Führungsvorrichtung, die ebenfalls Teil der koaxialen Versteifungsanordnung ist.
11C zeigt die Kombination der Führungen gemäß den 11A und 11B.
12A und 12B zeigen ein repräsentatives Beispiel des Voranschiebens des Endoskops entlang eines gewundenen Pfadwegs unter Verwendung eines einzelnen Versteifungsschritts.
13A bis 13H zeigen ein repräsentatives Beispiel des Voranschiebens eines Endoskops durch das Kolon eines Patienten unter Verwendung eines Führungsvorrichtung, um das Voranschieben des Endoskops zu unterstützen.
14A und 14B zeigen eine Variation des Zurückziehens des Endoskops mit oder ohne Führungsvorrichtung für die selektive Behandlung von Orten entlang des Kolons des Patienten.
15A bis 15C zeigen ein repräsentatives Beispiel des Voranschiebens eines Endoskops durch einen gewundenen Pfad unter Verwendung der koaxialen Führungsvorrichtung, wie in den 11A bis 11C gezeigt.
16A bis 16E zeigen eine andere Variation des Voranschiebens eines Endoskops durch einen gewundenen Pfad unter Verwendung von mehreren Führungsvorrichtungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 zeigt ein Koloskop 10 gemäß dem Stand der Technik, das für eine Koloskopuntersuchung des Kolons C eines Patienten verwendet wird. Das Koloskop 10 hat einen proximalen Griff 16 und einen länglichen Körper 12 mit einem lenkbaren distalen Teil 14. Der Körper 12 des Koloskops 10 wird eingefettet und über den Anus A des Patienten in das Kolon C eingeführt. Unter Verwendung des lenkbaren distalen Teils 14 zur Führung ist der Körper 12 des Koloskops 10 durch verschiedene Windungen in dem Kolon C des Patienten manövriert worden zu dem aufsteigenden Kolon G. Typischerweise erfordert dies ein erheblichen Aufwand an Manipulation durch Drücken, Ziehen und Drehen des Koloskops 10 von dem proximalen Ende aus, um es durch die Windungen des Kolons C voranzuschieben. Nachdem der lenkbare distale Teil 14 passiert ist, hält die Wand des Kolons C die Krümmung in dem flexiblen Körper 12 des Koloskops 10, wenn es eingeführt wird. Entlang des Körpers 12 des Koloskops 10 entsteht Reibung, wenn es eingeführt wird, insbesondere an jeder Windung in dem Kolon C. Auf Grund der Reibung, wenn der Benutzer versucht das Koloskop 10 voranzuschieben, neigt der Körper 12' dazu, sich bei jeder Krümmung nach außen zu bewegen, gegen die Wand des Kolons C drückend, was das Problem durch Zunahme der Reibung erschwert, und was es schwierig macht das Koloskop 10 voranzuschieben. Andererseits, wenn Koloskop 10 zurückgezogen wird, neigt der Körper 12'' dazu sich an jeder Kurve nach innen zu bewegen unter dem Schlupf, der entsteht, wenn das Koloskop 10 vorangeschoben wird. Wenn das Kolon C des Patienten extrem verwunden ist, wird das distale Ende des Körpers 12 für Manipulationen des Benutzers nicht mehr ansprechbar, und eventuell kann es unmöglich sein das Koloskop 10 weiter voranzuschieben. Zusätzlich zu der Schwierigkeit, die dem Benutzer präsentiert wird, erhöht die Verwundenheit des Kolons des Patienten auch das Risiko für Komplikationen, beispielsweise für einen Darmdurchbohrung.
2A zeigt eine Variation des lenkbaren Endoskops 20 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Endoskop 20 hat einen länglichen Körper 21 mit einem manuell oder selektiv lenkbaren distalen Teil 24, einen automatisch gesteuerten Teil 28, einen flexiblen und passiv manipulierten proximalen Teil 22 und einen extern gesteuerten und manipulierbaren Verfolgungsstab oder Führung 36, die gleitend innerhalb des Endoskops 20 positioniert werden kann.
Der selektiv lenkbare distale Teil 24 kann selektiv um bis zu 180° Biegung in jede Richtung 26 gelenkt oder gebogen werden, wie in der Figur gezeigt. Ein faseroptisches Bildgebungsbündel 40 und ein oder mehrere Beleuchtungsfasern 42 können sich durch den Körper 21 erstrecken von dem proximalen Teil 22 zu dem distalen Teil 24. Alternativ kann das Endoskops 20 konfiguriert sein als ein Videoendoskop mit einer miniaturisierten Videokamera, wie beispielsweise eine CCD Kamera, die an dem distalen Teil 24 des Endoskopkörpers 21 positioniert ist. Die Bilder von der Videokamera können an einen Videomonitor über ein Übertragungskabel oder durch drahtlose Übertragung gesendet werden, wobei die Bilder in Echtzeit betrachtet oder durch eine Aufnahmevorrichtung auf einem analogen Aufzeichnungsmedium gespeichert werden, beispielsweise Magnetband, oder auf einem digitalen Aufzeichnungsmedium, beispielsweise Kompaktdisk, digitales Band, etc. Optional kann der Körper 21 des Endoskops 20 ein oder zwei Zugriffslumen 38 enthalten, die optional verwendet werden können zum Beleuchten von Fasern zur Bereitstellung eines Lichtquelle, eines Insufflations- oder Spülungskanals, Luft- und Wasserkanals, und Vakuumkanals. Im Allgemeinen ist der Körper 21 des Endoskops 20 sehr flexible, so dass er um Krümmungen mit kleinem Durchmesser gebogen werden kann, ohne zu Knicken oder zu Kräuseln, während die verschiedenen Kanäle in Takt bleiben. Bei einer Konfiguration für die Verwendung als Koloskop kann der Körper 21 des Endoskops 20 typischerweise 135 bis 185 cm lang und einen Durchmesser von ungefähr 13–21 mm aufweisen. Das Endoskop 20 kann in einer Vielzahl von anderen Größen und Konfigurationen für andere medizinische und industrielle Anwendungen ausgebildet werden.
Der steuerbare Teil 28 ist gebildet aus einer Mehrzahl von Segmenten 30, die über einen Computer und/oder eine Steuerung, die in einem Abstand von dem Endoskop 20 angeordnet ist, steuerbar sind. Jedes der Segmente 30 hat einen Aktuator, der mechanisch benachbarte Segmente 30 verbindet, um die gesteuerte Bewegung der Segmente 30 im Raum zu erlauben. Die Aktuatoren, die die Segmente 30 antreiben, können einer Mehrzahl von unterschiedlichen Typen von Mechanismen enthalten, beispielsweise pneumatische, hydraulische, elektromechanische Motoren, „off board" betriebene Antriebswellen, Spannelemente, etc. Einer proximaler Teil 22 enthält den Rest des Endoskops 20 und vorzugsweise eine Mehrheit der Gesamtlänge der Vorrichtung 20. Ein proximales Teil 20 ist vorzugsweise ein flexibles Röhrenelement, das an eine unendliche Vielzahl von Formen angepasst werden kann. Es kann auch abgedeckt sein durch eine Polymerabdeckung 39, die sich optional über den steuerbaren Teil 28 und den lenkbaren distalen Teil 24 erstreckt, um einen glatten Übergang zwischen den steuerbaren Segmenten 30 und dem flexiblen Schlauch des proximalen Teils 22 zu schaffen. Der proximale Teil 22 kann aus einer Vielzahl von Materialien gebildet sein, wie beispielsweise wärmehärtendes und plastisches Polymer, die verwendet werden zum Herstellen des Rohrs herkömmlicher Endoskope.
Ein proximaler Griff 32 kann an das proximale Ende des proximalen Teils 22 angebracht werden. Der Griff 32 kann ein Okular enthalten, das mit dem faseroptischen Bildgebungsbündel 42 in Verbindung ist, für eine direkte Betrachtung. Der Griff 32 kann im Übrigen einen Verbinder aufweisen zur Verbindung mit einer Videokamera, beispielsweise CCD Kamera oder einem Aufzeichnungsgerät. Der Griff 32 kann mit einer Beleuchtungsquelle 43 verbunden sein, durch ein Beleuchtungskabel 44, das mit den Beleuchtungsfasern 42 in Verbindung ist oder durchge hend ist. Eine oder verschiedene Arretierungspassungen 34 können auf dem Griff 32 lokalisiert und mit den verschiedenen Instrumentenkanälen verbunden sein.
Der Griff 32 ist mit einer elektronischen Bewegungssteuerung 45 mittels eines Steuerungskabels 46 verbunden. Eine Längssteuerung 47 kann mit der elektronischen Bewegungssteuerung 45 über ein zweites Kabel 48 verbunden sein, oder kann optional direkt mit dem Griff 32 verbunden sein. Alternativ kann der Griff einen Lenk-Steuerungsmechanismus aufweisen, der direkt in den Griff integriert ist, beispielsweise in der Form eines Joysticks, herkömmlicher Schreibensteuerungen, wie Dials oder Räder, etc. Die Längssteuerung 47 erlaubt es dem Benutzer selektiv den selektiv lenkbaren distalen Teil 26 des Körpers 21 in die gewünschte Richtung zu lenken oder zu biegen. Die Längssteuerung 47 kann eine Joysticksteuerung sein, wie gezeigt, oder eine anderer bekannter Lenk-Steuerungsmechanismus. Die elektronische Bewegungssteuerung 45 steuert die Bewegung des automatisch gesteuerten proximalen Teils 28 des Körpers 21. Die elektronische Bewegungssteuerung 45 kann implementiert werden unter Verwendung eines Bewegungssteuerungsprogramms, das auf einem Mikrocomputer läuft, oder unter Verwendung einer anwendungsspezifischen Bewegungssteuerung. Alternativ kann die elektronische Bewegungssteuerung 45 implementiert werden, indem beispielsweise eine Neuronalnetzwerksteuerung verwendet wird.
Ein Axialbewegungstransducer 49 kann vorgesehen werden zum Messen der Axialbewegung, also der Tiefenänderung des Endoskopkörpers 21, wenn er vorgeschoben und zurückgezogen wird. Der Axialbewegungstransducer 49 kann in irgendwelchen möglichen Konfigurationen ausgebildet werden. Beispielsweise ist der Axialbewegungstransducer 49 gemäß 2A als ein Ring 49 konfiguriert, der den Körper 21 des Endoskops 20 umgeben kann. Der Axialbewegungstransducer 49 ist vorzugsweise an einem fixen Referenzpunkt angebracht, beispielsweise der Operationstisch oder der Einführungspunk des Endoskops 20 auf dem Körper des Patienten. Wenn der Körper 21 des Endoskops 20 durch den Axialbewegungstransducer 49 gleitet erzeugt er ein Signal, das kennzeichnend ist für die Axialposition des Endoskopkörpers 21 bezüglich des fixierten Referenzpunkts, und sendet ein Signal an die elektronische Bewegungssteuerung 45 durch Telemetrie oder durch ein Kabel. Der Axialbewegungstransducer 49 kann optische, elektronische oder mechanische Verfahren verwenden, um die axiale Position des Endoskopkörpers 21 zu messen.
Ähnlich, wenn der Endoskopkörper 21 proximal zurückgezogen wird, jedes Mal wird der Endoskopkörper 21 proximal um eine Einheit bewegt, wird jeder Abschnitt in dem automatisch gesteuerten proximalen Teil 28 signalisiert, um die Form des Abschnitts anzunehmen, der vorher den Raum belegt hat, in dem er jetzt ist. Die Krümmung breitet sich distal entlang der Länge des automatisch gesteuerten proximalen Teils 28 des Endoskopkörpers 21 aus, und die geformte Krümmung erscheint im Raum als fix, wenn der Endoskopkörper 21 proximal zurückgezogen wird. Alternativ können die Segmente des gesteuerten Teils 28 derart sein, dass sie schlaff und dann passiv zurückgezogen werden.
Wann immer der Endoskopkörper 21 vorangeschoben oder zurückgezogen wird, detektiert der Axialbewegungstransducer 49 die Positionsänderung, und die elektronische Bewegungssteuerung 45 verbreitet die ausgewählte Krümmung proximal oder distal entlang des steuerbaren Teils 28 des Endoskopkörpers 21, um die Krümmungen in einer räumlich fixierten Position zu halten. Der Axialbewegungstransducer 49 erlaubt auch ein Inkrementieren einer gegenwärtigen Tiefe innerhalb des Kolons C durch die gemessene Änderung in der Tiefe. Dies erlaubt es dem Endoskopkörper 21 durch gewundene Krümmungen geführt zu werden, ohne dass eine unnötige Kraft auf die Wand des Kolons C ausgeübt wird. Wie oben erwähnt, kann ein derartiger segmentierter Körper 30 innerhalb des steuerbaren Teils 28 durch eine Vielzahl von Verfahren betrieben werden. Ein Verfahren umfasst die Verwendung von elektromechanischen Motoren, die individuell auf jedem Segment 30 montiert sein können, um die Segmente 30 relativ zueinander zu bewegen. Jedes Segment 30 definiert vorzugsweise mindestens ein Lumen, das durch dieses verläuft, um einen Zugriffskanal zu schaffen, durch den Drähte, optische Fasern, Luft- und/oder Wasserkanäle, verschiedene Endoskopwerkzeuge oder irgendeine Vielzahl von Vorrichtungen und Kabel geführt werden können.
Eine detailliertere Beschreibung einer Konstruktion und einer Operation der Segmente kann gefunden werden in der US Patentanmeldung mit der Seriennummer 09/969,927 mit den Titel „Steerable Segmented Endoscope and Method of Insertion", eingereicht am 2. Oktober 2001, auf die in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Die Führung 36 wird im Allgemeinen verwendet, um eine gewünschte Krümmung, die anfänglich definiert wird durch den steuerbaren distalen Teil 24 und/oder durch den steuerbaren Teil 28, auf den passiven proximalen Teil 22 anzuwenden, wenn das Endoskop 20 vorgeschoben wird. Wenn die Führung 36 vorgeschoben wird in den lenkbaren distalen Teil 24, wird die Führung 36 vorzugsweise vorgeschoben zu oder nahe zu der distalen Spitze des Bereichs 24. Die Führung 36 kann auch teilweise verwendet werden, um eine Säulenstärke dem proximalen Teil 22 zu vermitteln, um dessen Form aufrecht zu erhalten und jegliches Knicken zu verhindern, wenn axial geladen wird, beispielsweise wenn das Endoskop 20 durch das Kolon eines Patienten vorgeschoben wird. Die Konstruktion eines Endoskops 20 unter Verwendung der Führung 36 vereinfacht nicht nur die Steuerungssysteme, sondern stellt auch eine kosteneffiziente Vorrichtung dar. Der Betrieb des Endoskops 20 mit der Führung 36 wird im Einzelnen im Folgenden beschrieben.
Vorzugsweise ist die Führung 36 gleitend angeordnet innerhalb der Länge des Endoskopkörpers 21 und kann frei vollständig durch den passiven proximalen Teil 22 gleiten, durch den steuerbaren Teil 28, wenn sie in dem Endoskop verwendet wird, und den lenkbaren distalen Teil 24. Die Führung 36 kann auch zurückgezogen werden durch das Instrument an irgendeinen Ort innerhalb des Körpers des Endoskops 20. Darüber hinaus kann die Führung 36 vollständig aus dem Endoskop 20 entfernt werden, falls dies gewünscht ist, beispielsweise um zusätzliche Arbeitswerkzeuge unterzubringen. In anderen Worten, es gibt keine Einschränkungen, die die Bewegung der Führung 36 innerhalb des Körpers des Endoskops 20 begrenzen können.
Die Führung 36 kann durch den proximalen Griff 32 vorgeschoben werden; alternativ kann die Führung 36 auch durch einen separaten Kanal 37, der der Führung 36 gewidmet ist, weitergeleitet werden. Der Kanal 37 ist vorzugsweise an dem Endoskop 20 nahe einem proximalen Ende des Instruments angeordnet, beispielsweise ein Ort des proximalen Teils 22, und führt zu einer Führungssteuerung 41, die verwendet werden kann, um die Führung 36 durch das Endoskop 20 vorzuschieben und/oder zurückzuziehen. Die Führungssteuerung 41 kann auch verwendet werden, um die Führung 36 während der Verwendung innerhalb eines Patienten selektiv zu versteifen und zu entspannen. Getrennte Führungssteuerung 41 und proximaler Handgriff 32 erlauben auch eine leichtere Verwendung für den Arzt das Endoskop 20 zu manipulieren. Zur Unterstützung des Voranschiebens der Führung 36 durch das Endoskop 20 kann ein Seilscheibenmechanismus innerhalb des lenkbaren distalen Teils 24 befestigt sein, durch den ein Ziehkabel sich erstrecken kann, um das distale Ende der Führung 36 mit einem Ort außerhalb des Endoskops 20 zu verbinden für eine Manipulation durch den Arzt.
Um die Bewegung der Führung 36 durch den Endoskopkörper 21 zu erleichtern, wird eine schlüpfrige Abdeckung oder Ummantelung über eine mindestens einer Mehrheit der Länge der Führung 36 angewendet, oder auf die innere Oberfläche des Lumens, durch den die Führung 36 verläuft, oder beides. Derartige Ummantelungen enthalten verschiedene Polymere und Kunststoffe, beispielsweise PTFE etc., die einfach die Länge der Führung 36 abdecken oder die auf die Führung 36 wärmegeschrumpft, beschichtet gebondet sind, in Abhängigkeit von dem verwendeten Material. Das Ausmaß, mit der die Führung 36 sich durch den Endoskopkörper 21 erstreckt, kann gemäß der Anwendung variiert und eingestellt werden.
Die 2B und 2C zeigen Teilquerschnittsansichten einer Variation des Endoskops, das in der Lage ist für eine Einzelschrittverwendung der Führung. In diesen Variationen ist die Axiallänge der Führung 51 kürzer als die einführbare Länge des Endoskops 23. Der Endoskopkörper 21 enthält eine lenkbare distale Spitze 24 und ein proximal steuerbares Teil 28, das flexible Segmente 30 enthält. Ungefähr die halbe Länge des Endoskopkörpers kann aus steuerbaren Segmenten 30 bestehen, und der verbleibende Teil des Endoskops ist ein flexibles passives Teil 22. Die Länge der Führung 51 ist ungefähr die Hälfte des Endoskopkörpers 23. Obwohl die Führung 51 frei gleitbar ist innerhalb des Lumens 50 des Endoskops 23 in der gezeigten Variation, kann die Führung 51 vorgeladen werden durch das distale Ende des Endoskops 23, vor eine Einführung in den Körper. Alternativ könnte die Führung 51 positioniert sein, wie oben beschrieben. Die Führung 51 kann versteift werden und an einer Stelle gehalten werden durch das Spannungskabel 36. Die Kombination aus lenkbarer distaler Spitze 24, steuerbarem proximalen Teil und Führung 51 in dieser Variation der Erfindung vereinfacht die Verwendung der versteifbaren Führung 51, da die Führung 51 nur einmal in Position versteift und verriegelt werden muss.
2C zeigt eine andere leicht vergrößerte Querschnittsansicht des Endoskops gemäß 2B. Diese Ansicht verdeutlicht eine optionale Saugvorrichtung 53, beispielsweise eine Unterdruckpumpvorrichtung, die fluidverbunden mit dem Sauganschluss 202 über ein Saugrohr 204 ist. Die Saugvorrichtung 52 ist vorzugsweise extern von dem Patienten während der Verwendung angeordnet. Da eingeblasene Luft oder Gas innerhalb Regionen des Kolons eingeschlossen werden kann, auf Grund von Sackbildung und Bewegung der Kolonwände, kann die Saugvorrichtung 53 verwendet werden, um das Entfernen dieser Gase zu erleichtern, wenn das En doskop durch das Kolon vorgeschoben oder zurückgezogen wird. Der Sauganschluss 202, wie gezeigt, ist vorzugsweise an einem Punkt proximal von dem distalen Ende 24 angeordnet, beispielsweise ungefähr ein Viertel der Länge des Endoskopkörpers 23. Dieser Sauganschluss kann virtuell irgendwo entlang der Länge des Endoskops lokalisiert sein, ist aber vorzugsweise derart angeordnet, dass er nicht den Insufflationsprozess an oder nahe der distalen Spitze stört.
3A zeigt eine isometrische Ansicht einer Länge des Endoskops 20, in diesem Beispiel einen Teil des Proximalteils 22, mit einem Abschnitt des Endoskopkörpers 20 zur Klarheit weggelassen. Wie man sieht, kann eine repräsentative Darstellung der Führung 36 angesehen werden als angeordnet innerhalb des Führungskanals oder Lumens 50 innerhalb des proximalen Teils 22. Das Lumen 50 kann ein existierender Arbeitskanal sein, also ein Zugriffskanal für andere Werkzeuge, oder kann ein bestimmter Kanal für die Führung 36 sein, in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung. Die Führung 36 kann in den Führungskanal 50 durch den Endoskopgriff 32 eingeführt werden und proximal durch das Verbleibende der Vorrichtung gedrückt werden, wie in 2A gezeigt; oder vorzugsweise kann es proximal gedrückt oder distal gezogen werden, je nach Bedarf, durch eine separate Führungssteuerung 41, wie oben diskutiert. Obwohl die Führung 36 in dieser Variation gezeigt ist als gleitend angeordnet im Inneren des Endoskopkörpers 20, kann sie auch extern von dem Körper 20 angeordnet sein, um entlang einer Führungsschiene oder äußeren Kanals in anderen Variationen zu gleiten.
Wenn die Führung 36 in einem zugewiesenen Kanal lokalisiert ist, wie das Lumen 50, wird das distale Ende dieses Kanals vorzugsweise geschlossen oder blockiert an einem distalen Ort, beispielsweise innerhalb des lenkbaren distalen Teils 24 oder innerhalb des optional steuerbaren Teils 28, um zu verhindern, dass Körperflüssigkeiten in das Lumen 50 einströmen. Da ein geschlossenes Lumen 50 weiter einen Kontakt von Körperflüssigkeiten mit der Führung 36 verhindert, wird das Reinigungsausmaß oder die Sterilisation der Führung 36 reduziert.
Wenn das Lumen 50 ein offener Kanal ist, kann eine zusätzliche Sterilisierung oder Reinigung und Desinfizierung der Führung 36 und des Lumens 50 notwendig sein. Alternativ kann das Lumen 50 als ein offener Kanal gelassen werden, aber konfiguriert, um einen optionalen Schließmechanismus zu haben, wie in den Beispielen gemäß 3B und 3C gezeigt, genommen von 3A. 3B zeigt eine Endansicht einer Klappe oder einer Tür 54, die in dem Körper des Instruments gehalten wird, und die gedreht werden kann um einen Drehpunkt 56 in Richtung des Pfeils, um den Zugang zum Lumen 50 zu schließen. Die Klappe 54 kann geschlossen werden während der Einführung des Instruments in einen Patienten, und kann dann optional geöffnet werden, um zu ermöglichen, dass Arbeitswerkzeuge darüber eingeführt werden. 3C zeigt ein anderes Beispiel, bei dem das Lumen 50 versperrt werden kann durch einen aufblasbaren Ballon 59, der selektiv ausgedehnt werden kann, um den Durchgang vollständig zu versperren. Der Ballon 59 kann aus herkömmlichen Materialien sein, und kann in einer Aufnahme oder einem Schritt 58 gehalten werden, derart, dass das Lumen 50 unversperrt bleibt, wenn der Ballon 59 entleert ist. Diese Beispiele präsentieren lediglich Variationen und sollen den Bereich der Erfindung nicht einschränken. Alternative Designs und Variationen sind oder liegen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung.
Die 4A bis 4C zeigen Variationen von möglichen Querschnitten 4A-4A, 4B-4B und 4C-4C, genommen von 3A. 4A zeigt eine vereinfachte Querschnittsansicht 22' einer Führung 36 mit einem kreisförmigen Durchmesser, die gleitend innerhalb des proximalen Teils 22 angeordnet ist. Wie man sieht kann die Führung 36 gleitend in dem Kanal 50' positioniert werden, der auch verwendet werden kann als Arbeitskanal beim Entfernen der Führung 36 während beispielsweise einer Koloskopieprozedur zur Bereitstellung eines Zugangs für verschiedenen Instrumente oder Werkzeuge zu einer Behandlungsseite. 4B zeigt eine andere mögliche Variation im Querschnitt 22'', wobei die Führung 36 innerhalb des Kanals 50'' positioniert ist. Die Variation des proximalen Teils im Querschnitt 22'' kann eine Anzahl von Zugriffslumen 52 enthalten, die optional innerhalb des Körpers der Vorrichtung 20 gebildet sind. Diese Lumen 52 können durch die Länge der Vorrichtung 20 verlaufen und können verwendet werden für verschiedene Anwendungen, beispielsweise Beleuchtungsfasern, Laparoskopiewerkzeuge etc. Obwohl drei Lumen 53 in der Figur gezeigt sind, kann irgendeine Anzahl von Kanälen, wie es praktisch möglich ist, verwendet werden in Abhängigkeit von der Anwendung. 4C zeigt eine andere Variation um Querschnitt 22'''. In dieser Variation kann die Führung 36' halbkreisförmig und elliptisch ausgebildet sein, um in einem ähnlich geformten Kanal 50''' zu gleiten. In diesem Beispiel enthält der Proximalteil 22''' auch einen Arbeitskanal 52', der entsprechend geformt ist, um in den Körper 22''' entlang des Kanals 50''' zu passen, um einen Arbeitskanal aufrechtzuerhalten, ohne dass die Führung 36' entfernt wird. In jedem der oben genannten Beispiele sind die Arbeits- oder Führungskanäle vorzugsweise integrierte Strukturen in dem Körper des Endoskops 20. Die integrierte Struktur verhindert die Notwendigkeit einer separaten Lumenstruktur, beispielsweise eine separate Ummante lung, durch die die Führung 36 oder andere Werkzeuge eingeführt werden können. Eine andere Variation, die mehrere Kanäle verwendet und mehrere Führungen, werden im Folgenden genauer beschrieben. Diese Variationen sollen nicht einschränkend sein, sondern lediglich mögliche Variationen präsentieren. Andere Strukturen und Variationen davon können von einem Fachmann auf diesem Gebiet erkannt werden und sollen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche liegen.
Die Struktur der Führung kann variiert werden gemäß der gewünschten Anwendung. Die folgende Beschreibung der Führung wird als mögliche Variation gegeben und soll ihre Struktur nicht einschränken. 5A und 5B zeigen Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtungsvariation, die versteifbar ist durch Vakuumkraft, die in der Führung angelegt wird. Vorzugsweise ist die Führung selektiv versteifbar, also wenn die Führung eine Form oder Krümmung in einem flexiblen Zustand annimmt, kann die Führung versteift werden, um die Form oder Krümmung für eine vorbestimmte Zeitperiode zu halten. Obwohl die Endoskopstruktur der vorliegenden Erfindung eine Führung verwenden kann, die in einer relativ flexiblen Form verbleibt, ist es von Vorteil, dass die Führung selektiv versteifbar ist.
Die Führung 60 kann zwei koaxial positionierte Schläuche (Röhren) enthalten, eine äußere Röhre 62 und eine innere Röhre 64, die durch einen Spalt 66 zwischen den zwei Röhren getrennt sind. Die innere Röhre 64 kann ein Zugriffslumen 68 definieren über die Länge der Röhre, um einen Kanal für zusätzliche Werkzeuge oder andere Zugriffsvorrichtungen zu schaffen. Beide Röhren 62, 64 sind vorzugsweise flexibel genug, um über einen breiten Bereich von Winkeln gebogen zu werden, und können aus einer Vielzahl von Materialien gebildet sein, wie beispielsweise Polymere und Kunststoffe. Sie sind ebenfalls vorzugsweise flexibel genug, so dass eine von der äußeren Röhre 62 oder der inneren Röhre 64 oder beide Röhren radial verformbar sind. Sobald eine Führung 62 platziert ist und die gewünschte Form oder Krümmung angenommen hat, kann eine Vakuumkraft angelegt werden, um die Luft innerhalb des Spalts 66 abzusaugen. Die Vakuumkraft kann radial die innere Röhre 64 verformen und sie in Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Röhre 62 bringen, wenn die innere Röhre 64 relativ flexibler ist als die äußere Röhre 62. Alternativ, wenn die äußere Röhre 62 relativ flexibler gebildet ist als die innere Röhre 64, kann die äußere Röhre 62 in Kontakt gebracht werden mit der äußeren Oberfläche der inneren Röhre 64.
In einer anderen Variation können beide Röhren 62, 64 derart flexibel sein, dass sie in Richtung zur anderen gezogen werden. Gemäß einer noch anderen Variation, die weniger vorteilhaft sein kann, kann eine positive Kraft durch Druckluft oder eine Flüssigkeit, beispielweise Wasser oder Saline in das Zugriffslumen 68 gepumpt werden. Der positive Druck von dem Gas oder der Flüssigkeit kann die Wände der inneren Röhre 64 dazu veranlassen radial in Kontakt mit der inneren Oberfläche der äußeren Röhre 62 zu kommen. In jeder dieser Variationen verschließt der Kontakt zwischen den zwei röhrenförmigen Oberflächen die Röhren 62, 64 miteinander durch Reibkraft und macht sie weniger flexibel. Eine äußere elastomerische Ummantelung 69 oder ein ähnliches Material kann optional auf der äußeren Oberfläche der äußeren Oberfläche 62 platziert werden, um eine schlüpfrige Oberfläche zu schaffen, um die Bewegung der Führung 60 innerhalb der Endoskopvorrichtung zu erleichtern. Ein Beispiel einer Vorrichtung ähnlich zu der Führung 60 ist weiter diskutiert in der US 5,337,733 auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Eine andere Variation der Führung ist in den 6A und 6B gezeigt, die Querschnittsend- bzw. Seitenansichten zeigen einer Führungsvorrichtungsvariation 70, die durch ein Spannungselement 76 versteifbar ist. Die gespannte Führung 70 ist gezeigt, enthaltend eine Serie von individuellen Segmenten 72, die drehbar miteinander in Serie verzahnt sind. Jedes Segment 72 kann ein benachbartes Segment 72 entlang einer Kontaktlippe 78 kontaktieren. Jedes Segment 72 kann ferner einen Kanal definieren, durch welchen kollektiv entlang der anderen Segmente 72 ein gemeinsamer Kanal 74 über eine Mehrheit der Länge der Führung 70 gebildet wird. Die Segmente 72 können eine Vielzahl von Materialien enthalten, die geeignet sind für das Aushalten von Druckkräften, beispielsweise rostfreier Stahl, thermoplastisches Polymer, Kunststoffe, etc.
Proximale und distale Segmente der Führung 70 können jeweilige Enden des Spannungselements 76 halten, die vorzugsweise innerhalb des gemeinsamen Kanals 74 durch die Führung 70 angeordnet ist. Das Spannungselement 76 kann mit einem Spannungsgehäuse, das außerhalb eines Patienten sich befindet, verbunden werden. Während der Verwendung, wenn die Führung distal durch ein Endoskop gemäß der vorliegenden Erfindung vorangeschoben wird, ist das Spannungselement 76 vorzugsweise entspannt oder losgelöst genug derart, dass die Führung 70 flexibel genug eine Form oder Krümmung annehmen kann, die durch das Endoskop definiert wird. Wenn die Führung 70 ausreichend in Position ist und eine gewünschte Form angenommen hat, kann das Spannungselement 76 gespannt werden. Dieses Anziehen oder Spannen des Elements 76 zieht jedes Segment 72 eng gegen ein anderes entlang jeder entsprechenden Kontaktlippe 78 derart, dass die Führung 70 starr wird in der angenommenen gewünschten Form. Eine schlüpfrige Ummantelung, beispielsweise Elastomer etc., ist über mindestens einer Mehrheit der Führung 70 platziert, um die Bewegung der Führung 70 relativ zu der Endoskopsvorrichtung zu erleichtern. Ein ähnliches Konzept und Design ist weiter diskutiert im Einzelnen in der US 5,624,381 , auf die hier in ihrer Gesamtheit Bezug genommen wird.
Die 7A und 7B zeigen Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer Führungsvorrichtungsvariation 80, die versteifbar ist durch eine Vakuumkraft, die individuelle Segmente 82 verzahnt. Jedes Segment 82 kann mit benachbarten Segmenten verbunden werden durch Verzahnung von Gelenklagerverbindungen, die vorzugsweise an den Schnittstellen 86 jeder Verbindung abgedichtet sind. Innerhalb jedes Segments 82, mit Ausnahme des distalen Segments, kann ein Kanal definiert sein, der an einem Ende eingeengt ist und am anderen Ende aufgeweitet ist. Wenn die Segmente 82 kollektiv in die Struktur der Führung 80 verbunden sind, bildet jeder der individuellen Kanäle einen gemeinsamen Kanal 84, der sich durch mindestens eine Mehrheit der Segmente 82 entlang der Länge der Führung 80 erstreckt. An dem proximalen Ende der Führung 80 ist eine Vakuumpumpe, die vorzugsweise außerhalb des Patienten angeordnet ist, in Fluidverbindung mit dem gemeinsamen Kanal 84. In der Verwendung kann, sobald die Führung 80 in ihrem flexiblen Zustand manipuliert ist innerhalb des Endoskops, um die gewünschte Form oder Krümmung anzunehmen, Umgebungsluft in dem gemeinsamen Kanal 84 existieren. Wenn die starre Form der Führung 80 erwünscht ist, kann die Pumpe dann verwendet werden, um einen Unterdruck in dem gemeinsamen Kanal 84 zu erzeugen, und dieser Unterdruck zieht jedes Segment 82 in engen Kontakt miteinander, um die gewünschte Form aufrechtzuerhalten. Wenn die Vakuumkraft freigegeben wird, wird ebenso jedes Segment 82 freigegeben und folglich wird der Führung 80 erlaubt in ihre flexiblen Zustand für ein Vorschieben oder Zurückziehen zu kommen. Die Führung 80 kann weiter durch eine elastomerische oder schlüpfrige Ummantelung umgeben sein, um das Voranschieben oder Zurückziehen der Führung 80 innerhalb der Endoskopvorrichtung zu unterstützen.
Die 8A und 8B zeigen Querschnittsend- bzw. Seitenansichten einer noch anderen Führungsvorrichtungsvariation 90, die optional versteifbar ist entweder durch Vakuumkraft oder ein Spannungselement, das individuelle Segmente 92 verzahnt. Das Segment 92 kann in der Form eines segmentierten Designs mit zwei gegenüberliegenden Kappen sein, die einen gemeinsamten Kanal 94, der dort hindurch definiert ist, haben. Zwischen jedem Segment 92 sind Ballsegmente 96, die entlang eines Kontaktrands oder -bereichs 97 innerhalb jedes benachbarten Segments 92 passen. Ballsegmente 96 kontaktieren vorzugsweise benachbarte geschröpfte Segmente 96 innerhalb von Empfangskanäle 98, die in jeder Schale definiert sind. Wenn sie in ihren flexiblen Zustand manipuliert ist, kann die Führung 90 vorangeschoben oder zurückgezogen werden, oder derart ausgestaltet sein, dass sie eine gewünschte Form oder Krümmung annimmt. Wenn die Führung 90 in ihrer versteiften Form zu platzieren ist, kann eine Vakuumkraft oder ein Spannungselement 90 verwendet werden in der Führung 90 in ähnlicher Art und Weise, wie oben beschrieben. Darüber hinaus kann die Führung 90 ähnlich umgeben sein von einer elastomerischen oder schlüpfrigen Umhüllung, um die Voranschiebung und Zurückziehung der Führung 90 zu unterstützen.
Die 9A und 9B zeigen repräsentative End- bzw. Seitenansichten einer anderen Führungsvorrichtungsvariation 100. Diese Variation 100 enthält individuelle Segmente 102, die einen gleichförmigen Hülsenabschnitt 104 in Kombination mit einem integriert gekrümmten oder halbkugelförmigen Abschnitt 106 enthalten. Jedes Segment 102 ist kolinear ausgerichtet zu einem anderen, wobei der Hülsenabschnitt 104 den gekrümmten Abschnitt 106 eines benachbarten Segments 102 aufnimmt, wie in 9C gezeigt, die den Querschnitt der Führung 100 von 9B zeigt. Die benachbarten Segments 102 können relativ zueinander über die Hülsen-Halbkugel-Schnittstelle relativ zueinander drehen, während ein gemeinsamer Kanal 108 durch die Führung 100 erhalten bleibt. Ein Spannungselement 110 kann durch den Kanal 108 entlang der Länge der Führung 100 verlaufen, zum Zusammenpressen der individuellen Segmente 102 gegeneinander, wenn die gesamte Führung 100 versteift wird.
10 zeigt einen Querschnitt einer anderen Variation 120 der versteifbaren Führungsvorrichtung. Repräsentative Segmente sind gezeigt, die kugelförmige Perlensegmente 122, die sich mit Hülsensegmenten 124 abwechseln, enthalten. Jeder der Perlen und Hülsensegmente 122, 124 kann einen Kanal haben, der dort hindurch definiert ist, was einem Spannungselement 126 erlaubt durch die Länge der Führung 120 zu verlaufen. Die abwechselnden Segmente erlauben eine Drehung der benachbarten Segmente, während das Spannungselement 126 eine Kompres sion der Segmente gegeneinander erlaubt, wenn die Führung 120 versteift wird ähnlich in der gleichen Weise wie oben beschrieben.
Eine alternative Variation der versteifbaren Führung ist in den 11A bis 11C gezeigt, die eine Versteifungsanordnung zeigen mit separaten versteifbaren koaxial positionierten Führungen. 11A zeigt eine repräsentative Anzahl von verschachtelten Segmenten 132 in einer verschachtelten Versteifungsanordnung 130. Jedes verschachtelte Segment 132 kann unterschiedliche Konfigurationen aufweisen, beispielsweise Kugelgelenke, gestapelte ringähnliche Segmente, etc., mit einem Spannungselement 134, das durch jedes der Segmente 132 verläuft. Zur Verwendung mit der verschachtelten Anordnung 130 kann eine ringförmige Versteifungsanordnung 140 in 11B gesehen werden. Die ringförmige Anordnung 140, von der nur ein Paar repräsentative Segmente gezeigt sind, enthält in dieser Variation ringförmige Segmente 142, die aufeinander gestapelt oder ausgerichtet werden können. Mindestens ein Spannungselement 144, und vorzugsweise mindestens zwei können durch jedes der ringförmigen Segmente 142 verlaufen. Ein zentraler Bereich 146 ist in jedem ringförmigen Segment 142 derart definiert, dass die verschachtelte Versteifungsanordnung 130 gleitend innerhalb des zentralen Bereichs 146 platziert wird, der durch die ringförmige Versteifungsanordnung 140 definiert wird. 11C zeigt die Versteifungsanordnung 130, die gleitend positioniert ist innerhalb der ringförmigen Versteifungsanordnung 140, um die koaxial ausgerichtete Versteifungsanordnung 150 zu bilden. Die Verwendung der koaxialen Anordnung 150 wird im Folgenden genauer beschrieben.
12A und 12B verdeutlichen eine Variation des Endoskops, das durch einen gewundenen Weg vorangeschoben wird, unter Verwendung eines Endoskops, ähnlich der Variation gemäß 2B. 12A zeigt einen Pfadweg mit mehreren Windungen 210, die einer Länge des Kolons gleichen. Die distale Hälfte der Vorrichtung 212 enthält ein lenkbares distales Teil 24 und ein steuerbares proximales Teil 28. Die Führung 51 wird gleitend innerhalb eines Lumens in dem Endoskop in einem entspannten Zustand gehalten. Wenn die Vorrichtung 212 in den Pfadweg 210 vorangeschoben wird, lenkt der Benutzer die distale Spitze 24, und die steuerbaren Segmente 30 folgen der durch den Benutzer ausgewählten Krümmung, wodurch der ausgewählte Pfadweg befahren wird. Während sie in dem entspannten Zustand ist, kann die Führung 51 passiv die Form annehmen, die von dem distalen Teil 24 und dem steuerbaren proximalen Teil 28 angenommen werden, wenn sie entlang des Pfads gelenkt werden. Normaler weise kann der Benutzer die Führung 51 versteifen und/oder verriegeln, um die Krümmung des ausgewählten Pfadwegs anzunehmen, bevor der steuerbare proximale Teil 28 jenseits der ersten Krümmung 20 vorangeschoben worden ist. Nach einem Versteifen und einem Verriegeln in die Position kann das Endoskop weiter distal bewegt werden, während der ausgewählte Pfadweg immer noch aufrecht erhalten bleibt, da die passive flexible proximale Region 22 des Endoskops über die steife Führung 51 gleitet und dessen Form annimmt, wie in 12B gezeigt.
Nach einem Versteifen der Führung kann der Benutzer weitermachen, das distale Ende 24 zu lenken, wenn es vorangeschoben wird, und die Krümmungen des ausgewählten Pfadwegs breiten sich proximal entlang der steuerbaren Segmente 30 aus, wenn das Endoskop nach vorne bewegt wird. Diese Variation der Vorrichtung ist in der Lage einen ausgewählten Pfadweg über die Gesamtlänge des Endoskops anzunehmen, trotz einer kürzeren Führung 51 und einem steuerbaren Teil 28, da die kombinierte Länge der Führung 51 und des steuerbaren Teils vorzugsweise gleich der Länge des Endoskops ist.
Im Betrieb kann irgendeine Führungsvorrichtung, wie oben beschrieben oder eine, die durch einen Fachmann als geeignet erkannt wird, für die Verwendung, wie sie hier beschrieben worden ist, verwendet werden. Die 13A bis 13H verdeutlichen ein repräsentatives Verfahren des Voranschiebens einer Koloskopvorrichtung 20, wie sie hier beschrieben wird, mit einer repräsentativen Führung 36 zur Voranschiebung in das Kolon C eines Patienten. Wie in 13A gezeigt kann der lenkbare distale Teil 24 des Koloskops 20 zuerst über den Anus A in das Rektum des Patienten vorgeschoben werden. Die Vorrichtung 20 kann einfach vorgeschoben werden, entweder manuell oder automatisch durch einen Motor, bis die erste Krümmung erreicht ist oder alternativ bis die Segmente des steuerbaren Teils 28 in dem Kolon C sind. An diesem Punkt kann der lenkbare distale Teil 24 aktiv durch den Arzt oder Chirurgen gesteuert werden, um eine optimale Krümmung oder Form zum Voranschieben der Vorrichtung 20 anzunehmen. Die optimale Krümmung oder Form wird angesehen als der Pfad, der den geringsten Kontakt oder die geringste Störung mit den Wänden des Kolons C liefert. Wenn der optional steuerbare Teil 28 mit der Koloskopvorrichtung 20 verwendet wird, kann die Vorrichtung 20, sobald die Voranschiebungsposition 160 bestimmt worden ist, weiter in den Kolonsigmoideum (Grimmdarm) S derart vorangeschoben werden, dass die automatisch gesteuerten Segmente des steuerbaren Teils 28 dem distalen Teil 24 folgen, während die optimale Krümmung oder Form proximal nach unten an die verbleibenden Segmente des steuerbaren Teils 28 übertragen wird.
Alternativ, sobald das lenkbare distale Teil 24 gelenkt worden ist oder positioniert ist für eine Voranschiebung 160, kann die Führung 36 distal in ihrem flexiblen Zustand entlang oder in die Vorrichtung 20 eingeführt werden, bis sie eine distale Position erreicht, also den gleichen Punkt distal des flexiblen proximalen Teils 22 und vorzugsweise zu dem distalen Ende der Vorrichtung 20, wie in 13B gezeigt. Vorzugsweise wird die Führung 36 zu dem distalen Ende des lenkbaren distalen Teils 24 oder zu dem distalen Ende des optional steuerbaren Teils 28 vorangeschoben, falls es verwendet wird, oder zu einem Punkt dazwischen liegend. Die Führung 36 kann zu irgendeiner distalen Position vorangeschoben werden, solang ein Bereich der Führung 36 die optimale Krümmung oder Form annimmt. Vor einem Voranschieben der Vorrichtung 20 über die Führung 36 kann die Führung 36 in ihrem flexiblen Zustand gelassen werden, oder sie kann optional versteift werden, wie oben diskutiert. Wenn sie in ihrem flexiblen Zustand gelassen wird, liefert die Führung 36 immer noch eine gewünschte Säulenfestigkeit für die Vorrichtung 20, wenn sie durch das Kolon C über die Führung 36 vorangeschoben wird. Vorzugsweise wird jedoch die Führung 36 versteift, sobald sie die Krümmung angenommen hat und an diese angepasst ist. Wenn die Position der Führung 36 vorzugsweise versteift und aufrechterhalten bleibt, kann die Führungsrichtung 20 über die Führung 20 in einer Einschienen- oder „Huckepack" Art und Weise vorangeschoben werden, so dass der flexible proximale Teil 22 der durch die Führung 36 gehaltenen Krümmung folgt, bis die Vorrichtung 20 den nächsten Punkt der Krümmung erreicht.
Wie in den 13B bis 13C gezeigt, wird die Krümmung durch die Führung 36 gehalten bis der lenkbare distale Teil 24 an die Verbindungsstelle zwischen dem Kolonsigmoideum S und dem absteigenden Kolon D vorangeschoben worden ist. An diesem Punkt kann der distale Teil 24 aktiv gelenkt werden durch den Arzt, indem eine Vielzahl von Visualisierungstechniken verwendet wird, beispielsweise Lenken über ein optionales Bildgebungsbündel 40, das an dem distalen Ende der Vorrichtung 20 angeordnet ist. Sobald die optimale Krümmung oder Form bestimmt worden ist, kann die Vorrichtung 20 an die Position 160 vorangeschoben werden. Wenn die Vorrichtung distal bewegt wird, folgt der Teil 28 automatisch dem Pfad, der durch den distalen Teil eingestellt wird, während der flexible proximale Teil der Vorrichtung 20 entlang der durch die Führung 36 definierten Krümmung folgt. Sobald die Verbindungsstel le zwischen dem Kolon sigmoideum S und dem absteigenden Kolon D gekreuzt worden ist durch den lenkbaren distale Teil 24 und den steuerbaren Teil 28, kann die Führung dann entspannt werden und distal entlang der Vorrichtung 20 in ihrem flexiblen Zustand vorangeschoben werden, bis sie den distale Teil in der Vorrichtung 20 erreicht. Wenn die Führung 36 vorangeschoben wird, nimmt es eine neue Krümmung an und ist an diese angepasst, die definiert wird durch den lenkbaren distalen Teil 24 und den steuerbaren Teil 28, wie in 13D gezeigt.
Wenn eine neue Krümmung angenommen worden ist, kann die Führung 36 erneut versteift werden, um diese Form zu halten. Während die Führung 36 diese Form hält kann die Vorrichtung 20 weiter distal entlang des absteigenden Kolons D vorangeschoben werden mit Hilfe der versteiften Führung 36 in einer Huckepack Art und Weise, wie oben beschrieben, um den Pfad für den flexiblen proximalen Teil 22 zu definieren und einen übermäßigen Kontakt mit den Wänden des Kolons C zu verhindern. Wie in 13E gezeigt ist die Vorrichtung 20 hinter die linke (Milz) Flexur F_l in der oben beschriebenen Art und Weise geschoben worden, bis der steuerbare Teil 28 die optimale Krümmung angenommen hat. Die Führung 36 kann erneut entspannt und distal weiter vorangeschoben werden in ihrem flexiblen Zustand, wie in den 13E bis 13F gezeigt.
Nachdem die Führung 36 die gewünschte Krümmung angenommen hat, die definiert wird durch den distalen Teil 24 und den steuerbaren Teil 28, wie in 13F gezeigt, kann sie erneut versteift werden, und die Vorrichtung 20 kann dann vorangeschoben werden durch das Querkolon T und um den rechten (hepatischen) Flexur F_r in der gleichen oben beschriebenen Art und Weise und wie in 13G gezeigt. Sobald der distale Teil 24 und der steuerbare Teil 28 gesteuert die rechte (hepatische) Flexur F_r passiert haben, kann die Position der Führung 20 erneut gehalten werden, während die Führung 36 erneut entspannt wird und distal vorangeschoben wird, um die neue Krümmung anzunehmen, die durch den distalen Teil 24 und den steuerbaren Teil 28 definiert wird, wie in 13H gezeigt. Nachdem die Führung 36 erneut optional versteift worden ist, kann die Vorrichtung 20 vollständig in das aufsteigende Kolon G in Richtung Blinddarm E vorangeschoben werden 160 zur vollständigen Untersuchung des Kolons C mit minimaler Komplikation und Wirkung.
Während die Vorrichtung 20 durch das Kolon C vorangeschoben wird, kann der Arzt oder der Chirurg die Voranschiebung stoppen, um verschiedene Bereiche entlang der Kolonwand zu untersuchen, indem beispielsweise das Bildgebungsbünden 40 verwendet wird. Während derartiger Untersuchungen kann die Führung 36 vorübergehend manuell oder automatisch aus der Vorrichtung 20 zurückgezogen werden, um die Einführung anderer Werkzeuge durch den Führungskanal 50 zu ermöglichen. Nachdem eine Prozedur an der Kolonwand vollständig abgeschlossen ist, kann das Werkzeug aus dem Führungskanal 50 zurückgezogen werden, und die Führung 36 kann erneut in die Vorrichtung 20 eingeführt werden, so dass die Vorrichtung optional erneut in das Kolon C vorangeschoben werden kann.
Um die Vorrichtung 20 aus dem Kolon C zurückzuziehen, kann die obige Prozedur umgekehrt werden, wie in 14A gezeigt, so dass die Zurückziehung 162 minimal die Wände des Kolons C kontaktiert. Alternativ kann die Führung 36 einfach aus der Vorrichtung 20 entfernt werden, wie in 14B gezeigt, während die Vorrichtung 20 in dem Kolon C verbleibt. Die Vorrichtung 20 kann einfach zurückgezogen werden, indem der proximale Teil 22 gezogen wird, um die Vorrichtung 20 zu entfernen. Bei diesem Verfahren kann die Vorrichtung 20 an den Wänden des Kolons C reiben oder diese kontaktieren, jedoch ist jeder Zusammenstoß minimal.
Ein alternatives Verfahren zum Voranschieben eines Endoskops durch einen gewundenen Pfad kann in den 15A bis 15C gesehen werden, indem eine versteifbare Führungsanordnung 15 verwendet wird, wie in 11C gezeigt. 15A zeigt einen Pfadweg, der durch die Endoskopvorrichtung 172 auszuhandeln ist. Der Pfadweg kann einen Teil des Kolons 170 darstellen. Wenn die Vorrichtung 172 in gewünschter Weise gelenkt ist, um eine Krümmung anzunehmen, kann die verschachtelte Versteifungsanordnung 130 distal in die Vorrichtung 172 vorangeschoben werden zu dem distalen Ende 174, während es in einem entspannten Zustand ist. Alternativ kann die verschachtelte Anordnung 130 in dem flexiblen, entspannten Zustand entlang dem distalen Ende 174 vorangeschoben werden.
Sobald die Krümmung ausgewählt worden ist, kann die verschachtelte Anordnung 130 versteift werden, um ihre Form zu halten. An diesem Punkt kann eine ringförmige Versteifungsanordnung 140 über die verschachtelte Anordnung 130 in Richtung distales Ende 174 vorangeschoben werden. Sobald die Anordnung 140 die Krümmung, die durch die Anordnung 130 definiert wird, angenommen hat, kann die ringförmige Anordnung 140 dann versteift werden, und die verschachtelte Anordnung 130 kann in ihrem flexiblen Zustand entspannt werden, wie in 15B gezeigt. Dann kann das distale Ende 174 weiter vorangeschoben werden mit oder ohne Anordnung 130, während sie entlang der Krümmung geschoben wird, die definiert wird durch die versteifte ringförmige Anordnung 140, wie in 15C gezeigt. Sobald das distale Ende 174 der Vorrichtung 172 die Krümmung ausgehandelt hat, kann die verschachtelte Anordnung 130, nachdem sie zu dem distalen Ende 174 vorangeschoben worden ist, erneut versteift werden, und die ringförmige Anordnung 140 kann entspannt und erneut über die Anordnung 130 vorangeschoben werden, und so weiter, bis der gewünscht Behandlungsort in dem Körper erreicht ist.
Eine andere alternative Variation des Voranschiebens eines Endoskops durch einen gewundenen Pfad kann in den 16A bis 16E gesehen werden. Diese Variation verwendet mehrere Führungen, die abwechselnd versteift werden können, während eines distalen Voranschiebens entlang des Pfads. 16A zeigt einen Bereich des gekrümmten Pfadwegs in dem Kolon 170 mit einem Endoskop 180, das dort hindurch vorangeschoben wird. Mehrere Führungen können in dieser Variation verwendet werden, aber vorzugsweise werden zwei Führungen verwendet, wie im Folgenden beschrieben. Jede der versteifbaren Führungsvariationen, die hier diskutiert werden, kann alleine oder in Kombination mit verschiedenen Typen von Führungen in der gleichen Vorrichtung 180 verwendet werden. Jede Führung kann innerhalb ihres eigenen Lumens vorangeschoben werden, das in dem Endoskop definiert wird, oder sie können auch ein gemeinsames bestimmtes Lumen teilen.
Wenn sich eine Vorrichtung 180 einer Krümmung des Kolons 170 annähert, kann die erste Führung 184 in Richtung dem lenkbaren distalen Ende 182 vorangeschoben werden. Während des Voranschiebens ist die erste Führung 184 in einem entspannten und flexiblen Zustand, der es ihr erlaubt sich an die Form anzupassen, die definiert wird durch das distale Ende 182. Bei einer Voranschiebung bis zu dem distalen Ende 182, wie in 16B gezeigt, wird die erste Führung 184 versteift, um die Form, die durch das lenkbare distale Ende 182 definiert wird, zu halten. Die Vorrichtung 180 kann dann weiter distal in das Kolon 170 vorangeschoben werden, während sie über die versteifte erste Führung 184 gleitet.
Nachdem die Vorrichtung 180 weiter an eine neue Position vorangeschoben worden ist, kann eine zweite Führung 186 ebenfalls distal in ihrem entspannten Zustand über die Vorrichtung 180 bis zu dem distalen Ende 182 vorangeschoben werden, während die erste Führung 184 vorzugsweise versteift bleibt, wie in 16C gezeigt. Wenn die zweite Führung 186 vorangeschoben wird, kann sie eine neue Form annehmen, die durch die Vorrichtung 180 definiert wird. Die zweite Führung 186 kann dann versteift werden, um ihre Form zu halten. Die erste Führung 184 kann entspannt werden, aber ihre versteifte Form wird ebenfalls vorzugsweise gehalten, während das distale Ende 182 der Vorrichtung 180 weiter distal durch das Kolon 170 vorangeschoben wird, wie in 16D gezeigt.
Nachdem die Vorrichtung 180 distal vorangeschoben worden ist, kann die erste Führung 184 entspannt werden und durch die Vorrichtung 180 bis zu dem distalen Ende 182 vorangeschoben werden, während die Steifheit der zweiten Führung 186 aufrecht erhalten bleibt, wie in 16E gezeigt. Die zweite Führung 186 kann entspannt werden und dann in ihrem flexiblen Zustand distal durch die Vorrichtung 180 vorangeschoben werden, usw. Dieser Prozess kann wiederholt werden, wenn die Vorrichtung 180 willkürliche gewundene Pfade passieren soll.
Obwohl das Endoskop der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde für eine Verwendung als Koloskop, kann das Endoskop konfiguriert sein für eine Vielzahl von anderen medizinischen und industriellen Anwendungen. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch konfiguriert werden als Katheter, Kanüle, chirurgisches Instrument oder Einführerhülle, die die Prinzipien der Erfindung verwenden zur Navigierung durch gewundene Körperkanäle. Die vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden für industrielle Anwendungen wie Untersuchungs- oder Forschungsanwendungen in gewundenen Regionen, beispielsweise Maschinenanlagen, Röhren, etc.
In einer Variation des Verfahrens, das speziell anwendbar ist für Laproskopie oder Thorkoskopieprozeduren, kann das lenkbare Endoskop selektiv entlang eines gewünschten Pfads um und zwischen Organen in einem Körperhohlraum eines Patienten manövriert werden. Das distale Ende des Endoskops kann in den Körperhohlraum des Patienten eingeführt werden durch natürliche Öffnungen, durch chirurgischen Einschnitt oder durch eine chirurgische Kanüle, Einführe oder Kanüle. Der selektiv lenkbare distale Teil kann verwendet werden, um den Körperhohlraum des Patienten zu erkunden und zu untersuchen und um einen Pfad um und zwischen den Organen des Patienten auszuwählen. Die elektronische Bewegungssteuerung in Verbindung mit der Verfolgungsstange kann verwendet werden, um den automatisch gesteuerten proximalen Teil zu steuern, um dem ausgewählten Pfad zu folgen und dem Rest des Körpers zu erlauben dem Verfolgungsstab zu folgen, und wenn notwendig, zu dem gewünschten Ort zurückzukehren, unter Verwendung des dreidimensionalen Modells in dem elektronischen Speicher der elektronischen Bewegungssteuerung. Modifikationen der obigen Anordnungen und Verfahren zum Durchführen der Erfindung und Variationen von Aspekten der Erfindung sind für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich und liegen in dem Bereich der Ansprüche.

Claims

Gerät (20) zum Einführen in einen Körperhohlraum, enthaltend: einen länglichen Körper (21) mit einem selektiv lenkbaren distalen Teil (24), der ausgebildet ist längs eines willkürlichen Pfades eine ausgewählte Form anzunehmen, einen steuerbaren proximalen Teil (28), der proximal zu dem genannten lenkbaren distalen Teil angeordnet und so ausgebildet ist, dass er die ausgewählte Form längs des genannten steuerbaren proximalen Teils fortpflanzt, sowie einen flexiblen proximalen Teil (22), der sich proximal zu dem genannten steuerbaren proximalen Teil befindet, wobei der genannte selektiv lenkbare distale Teil über eine, extern zum Körperhohlraum angeordnete Steuerung (47) konfigurierbar bzw. steuerbar ist, der genannte steuerbare Teil (28) eine Vielzahl von gelenkig verbundenen Segmenten (30) aufweist, von denen jedes einen Aktuator zum Fortpflanzen der ausgewählten Form längs des genannten steuerbaren Teils enthält, der genannte Aktuator einen Motortyp enthält, der ausgewählt ist aus der Gruppe von pneumatischen, hydraulischen, elektromechanischen Motoren und Antriebswellen und der genannte Aktuator einen Druck-Zug-Draht bzw. ein Spannglied enthält; eine längliche Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) die so ausgebildet ist, dass sie mit der ausgewählten Form übereinstimmt und diese selektiv aufrecht erhält, welche durch den genannten lenkbaren distalen Teil (24) eingenommen wird, und eine über wenigstens einen Hauptteil der Länge der länglichen Führung (36) angeordnete schlauchförmige Hülle; wobei die längliche Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) und die schlauchförmige Hülle zwanglos gegenüber dem länglichen Körper (21) verschiebbar sind; und wobei der genannte flexible proximale Teil (22) des genannten länglichen Körpers (21) so ausgebildet ist, dass er sich, wenn er distal vorgeschoben wird, einer ausgewählten Form anpasst, die durch die genannte Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) aufrecht erhaltenen wird.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die längliche Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) eine axiale Länge aufweist, die kleiner als die axiale Länge des genannten länglichen Körpers (21) ist.
Gerät nach Anspruch 2, wobei die genannte axiale Länge der genannten Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) nahezu gleich einer kombinierten Länge aus dem genannten steuerbaren proximalen Teil (28) und dem genannten lenkbaren distalen Teil (24) ist.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der genannte längliche Körper (21) ein hindurchgehendes Lumen (50) definiert.
Gerät nach Anspruch 4, wobei die genannte Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) ohne Zwang gleitbar innerhalb des genannten Lumens (50) zum selektiven Stützen des Körpers angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Länge des genannten steuerbaren proximalen Teils (28) annähernd gleich der Hälfte der Länge des genannten länglichen Körpers (21) ist.
Gerät nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Ansaugvorrichtung (53), um aus dem Körperhohlraum durch den länglichen Körper (21) Gas zu entziehen.
Gerät nach Anspruch 7, bei dem die Ansaugvorrichtung (53) in Fluidverbindung mit einer Ansaugöffnung (202) steht, die an einer äußeren Fläche des genannten länglichen Körpers (21) definiert ist.
Gerät nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem die genannte Ansaugvorrichtung (53) über ein extern des Körperhohlraums angeordnetes Steuergerät steuerbar ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Ansaugvorrichtung (53) so ausgebildet ist, dass sie kontinuierlich arbeitet.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die genannte Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) so ausgebildet ist, dass sie die ausgewählte Form annimmt, wenn sich die Führung in einem flexiblen Zustand befindet und bei dem die genannte Führung ferner so ausgebildet ist, dass sie die ausgewählte Form aufrecht erhält, wenn sich die Führung in einem versteiften Zustand befindet.
Gerät nach Anspruch 11, wobei die genannte Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) so ausgebildet ist, dass sie selektiv längs der Länge der genannten Führung versteift, um die ausgewählte Form im versteiften Zustand aufrecht zu erhalten.
Gerät nach Anspruch 11, bei dem ein proximaler Abschnitt der genannten Führung (36, 60, 70, 80, 90, 100, 120, 130, 150, 184, 186) in Verbindung mit einer Führungssteuerung steht, zum selektiven Versteifen der Führung längs ihrer Länge.
Gerät nach Anspruch 11, bei dem die genannte Führung (70, 80, 90, 100, 120, 130) eine Vielzahl benachbarter Segmente (72, 82, 92, 102, 122, 124, 142) enthält, von denen jedes einen durchgehenden Kanal so definiert, dass ein gemeinsamer Kanal (74, 84, 94, 108) durch die Länge der Führung definiert ist.
Gerät nach Anspruch 14, ferner enthaltend ein Spannglied (76, 99, 110, 126), das innerhalb des gemeinsamen Kanals (74, 84, 94, 108) so angeordnet ist, dass das Aufbringen einer Kraft auf das Spannglied die genannten benachbarten Segmente (72, 82, 92, 102, 122, 124) zusammenpresst.
Gerät nach Anspruch 14, bei dem die genannte Führung so ausgebildet ist, dass sie beim Aufbringen einer Vakuumkraft innerhalb des gemeinsamen Kanals eine Position der genannten benachbarten Segmente relativ zueinander aufrecht erhält.
Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der proximale Teil (22) ein flexibles schlauchförmiges Teil umfasst.
Gerät nach Anspruch 4, ferner enthaltend eine innerhalb des Lumens (50) distal zur Führung (36) angeordnete Blockierung (54, 59) zum Verhindern einer Kontaminierung der Führung.
Gerät nach Anspruch 18, bei dem die Blockierung (54) wahlweise aus dem Durchgang des Lumens (50) entfernbar ist.
Gerät nach Anspruch 19, bei dem die Blockierung eine Fangvorrichtung oder einen aufblasbaren Ballon (59) aufweist.
Gerät nach Anspruch 1, ferner enthaltend wenigstens eine zusätzliche längliche Führung (186), wobei die genannte längliche Führung ebenfalls gleitbar innerhalb des länglichen Körpers (21) angeordnet und so ausgebildet ist, dass sie sich an eine zusätzliche selektive Kurve anpasst und diese selektiv aufrecht erhält, welche durch den lenkbaren distalen Teil (24) angenommen wird.