Title:
Chirurgisches Instrument
Kind Code:
A1


Abstract:
A surgical instrument is disclosed, preferably for the minimally invasive intervention in human or animal tissues, comprising a, for example, needle-shaped base body (3) with at least one passage formed from a hollow fibre (2). The at least one hollow fibre (2) is surrounded by a matrix (5) of a fibre composite material. The use of a hollow fibre (2) permits a simple production, in particular, of instruments with a number of passages. The use of more than one hollow fibre (2) within the base body (3) increases the application possibilities, for example, simultaneous monitoring and treatment of the tissue.



Inventors:
WECK MANFRED (DE)
LANGE CARSTEN (DE)
SCHMIDT FLORIAN (DE)
FISCHER STEPHAN (DE)
SPIELBERG DANIEL E (DE)
BROECHER BENNO (DE)
GROENEMEYER DIETRICH H W (DE)
SPEDER JUERGEN (DE)
Application Number:
DE10050648A
Publication Date:
05/02/2002
Filing Date:
10/12/2000
Assignee:
FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FOERDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG EV
INSTITUT FUER MIKRO THERAPIE
EFMT ENTWICKLUNGS- UND FORSCHUNGSZENTRUM FUER MIKRO THERAPIE GMBH
Domestic Patent References:
DE19500157A1N/A
DE2503835A1N/A
DE6891823AN/A



Foreign References:
5632740
5460182
5290266
5280788
4768858
4566438
4122342
EP0174011
EP0638279
EP0566359
WO2000042906A2
JPH0716297A1995-01-20
Other References:
Abe,Y., Matsuura,Y., Miyagi,M.: Small-bore, polymer-coated hollow fibers for medical infrared lasers. In: The Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, 1999. CLEO/Pacific Rim '99, 30 Aug.-3 Sept. 1999, Vol. 4, S: 1307-1308, ISBN: 0-7803-5661-6
Brazzle,J., Mohanty,S., Frazier,A.B: Micromachinedmultiple output port needle. In: Proceedings of the First Joint BMES/EMBS Conference, 1999, 13-16 Oct. 1999, vol. 2
Claims:
1. Chirurgisches Instrument, umfassend einen Grundkörper (3) aus einem Faserver­bundwerkstoff mit mindestens einer sich von einem hinteren zu einem vorderen Ende des Grundkörpers (3) erstreckenden Durchführung, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchführung durch eine vom Grundkörper (3) umgebene Hohlfaser (2) gebildet ist.

2. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfaser (2) eine Glashohlfaser ist.

3. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (3) in eine Matrix (5) eingebettete Kohlenstofffasern (4) enthält.

4. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (5) aus einem Duroplast, beispielsweise Epoxidharz, gebildet ist.

5. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (5) aus einem Thermoplast gebildet ist.

6. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix (5) aus einem in einem menschlichen oder tierischen Körper abbaubaren Kunststoff ge­bildet ist.

7. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass mindestens zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Hohlfasern (2) vorgesehen sind.

8. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass eine im wesentlichen parallel zu der mindestens einen Hohlfaser (2) verlaufende Stromleitung vorgesehen und die Stromleitung in radialer Richtung elektrisch gegen den Außen­raum des chirurgischen Instruments isoliert ist.

9. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung aus Kohlenstofffasern gebildet ist.

10. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Grundkörper (3) zumindest in einem vorderen Endbereich flexibel ausgestaltet ist.

11. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Grundkörper (3) ein geschärftes vorderes Ende (7) aufweist, mit welchem eine ein Eindringen in menschliches oder tierisches Gewebe ermöglichende Öffnung erzeugbar ist.

12. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass der Grundkörper auf (3) seinem Umfang zumindest in einem vorderen Bereich beschichtet ist.

13. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) aus einer Keramik besteht.

14. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass die in einem vorderen Bereich des Grundkörpers (3) vorhandenen Fasern gegen­über einer Wechselwirkung mit dem menschlichen oder tierischen Gewebe stabilisiert sind.

15. Chirurgisches Instrument nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn­zeichnet, dass am hinteren Ende des Grundkörpers (3) ein Anschlusselement (11) zur Ankopp­lung an ein Bedienungsgerät (9) vorgesehen ist.

16. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Bedienungsgerät (9) umfasst, das gleichzeitig sowohl die Bedienung eines oder mehrerer Funk­tionselemente als auch die Zufuhr oder Abfuhr von Substanzen in die mindestens eine Hohlfaser (2) bzw. aus der mindestens einen Hohlfaser (2) heraus erlaubt.

17. Chirurgisches Instrument nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass in der Hohlfaser (2) oder in mindestens einer der Hohlfasern (2) ein mittels des Anschluss­elements (11) am Bedienungsgerät (9) anschließbares Funktionselement vorgesehen ist.

Description:
Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument, umfassend einen Grundkörper aus einem Faserverbundwerkstoff mit mindestens einer sich von einem hinteren zu einem vorderen Ende des Grundkörpers erstreckenden Durchführung. Chirurgische Instrumente der vorgenannten Art werden bevorzugt für minimalinvasive chirurgi­sche Eingriffe verwendet. Ein solches chirurgisches Instrument ist aus der WO 97/07746 be­kannt. Dabei handelt es sich um eine Nadel mit einer Durchführung für den Durchfluss von Flüs­sigkeiten oder für den Einsatz weiterer Instrumente, wie z. B. optischer Glasfasern, Kathetern, Trokaren etc.. Die Nadel ist an ihrem vorderen Ende angespitzt, so dass sie ohne vorherigen ge­sonderten Schnitt in das zu behandelnde oder zu untersuchende Gewebe eintreten kann. Bei minimalinvasiven Eingriffen ist es in der Regel wichtig, zur Feststellung der Position des In­struments im Gewebe die Navigation des chirurgischen Instruments durch eine Bildgebung wäh­rend der Behandlung zu unterstützen. Hierfür bietet sich insbesondere die Kernspin-Tomogra­phie, auch magnetische Resonanzbildgebung (Magnetic Resonanz Imaging, MRI) genannt, aber auch andere tomographische Verfahren, z. B. die Computertomographie (CT), an. Chirurgische Instrumente mit einer vom zu behandelnden oder zu untersuchenden Gewebe stark abweichen­den magnetischen Suszeptibilität können jedoch eine korrekte Darstellung der abzubildenden Region durch Artefaktbildung innerhalb der Bildgebung erschweren oder gar verhindern, da sprunghafte Änderungen der magnetischen Suszeptibilität Verzerrungen in dem bei der MRI eingesetzten gleichmäßigen Magnetfeld bewirken. Der genannte Stand der Technik schlägt daher vor, die chirurgische Nadel aus einem nichtmetallischen Material, vorzugsweise aus einem Fa­serverbundwerkstoff mit Kohlenstofffasern herzustellen. Für die Herstellung wird ein "Pultrusi­ons"-Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Grundkörper in einem Ziehprozess über einen Kern gelegt wird. Der Kern wird dann anschließend zur Erzeugung der Durchführung entfernt. Alter­nativ kann der vorbereitete Grundkörper auch um den Kern gewickelt werden. Die zuvor dargestellte Methode zur Herstellung der bekannten Nadeln ist insbesondere wegen der Notwendigkeit eines Kerns und seiner Entfernung aufwendig. Es ist nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Instrument der eingangs ge­nannten Art bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik auf vereinfachte Weise her­stellbar ist. Diese Aufgabe wird bei einem chirurgischen Instrument der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der mindestens eine rohrförmige Hohlraum durch eine in den Grundkörper einge­bettete Hohlfaser gebildet ist. Bei Einsatz einer Hohlfaser kann diese in den Grundkörper aus einem Faserverbundwerkstoff eingebettet werden. Hierdurch wird ein Entfernen eines Kerns vermieden. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, das chirurgische Instrument so auszubilden, dass die Hohlfaser eine Glashohlfaser ist. Glashohlfasern haben den Vorteil, dass sie zum einem zur Durchführung von Funktionselementen, z. B. Lichtleitfasern, und daneben auch zur Lichtleitung dienen können. Zum Beispiel kann bei durchgeführtem Endoskop gleichzeitig über die Glashohl­faser das Licht einer für die Endoskopie notwendigen Lichtquelle an den zu betrachtenden Ort geleitet werden. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass der Grund­körper in eine Matrix eingebettete Kohlenstofffasern enthält. Weiterhin kann das erfindungsgemäße chirurgische Instrument so ausgebildet sein, dass die Mat­rix aus einem Duroplast, beispielsweise Epoxidharz, gebildet ist. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass die Matrix aus einem in einem menschlichen oder tierischen Körper abbaubaren Kunststoff gebildet ist. Sowohl für die Fasern des Grundkörpers als auch für die Hohlfaser kommen zudem Kunststoff­fasern, z. B. aus Aramid, Metallfasern, Keramikfasern, Kohlefasern und Naturfasern, z. B. aus Hanf, in Frage. Keramik- Kohle-, Kunststoff und Naturfasern haben für den Einsatz von MRI zur Bildgebung günstige magnetische Eigenschaften. Naturfasern sind zudem vorteilhaft wegen ihrer Abbaubarkeit. Als Matrixmaterialien können je nach Anwendungsgebiet auch Elastomere, Keramiken, Glas, Kohlenstoff und Metall vorteilhaft sein. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße chirurgische Instrument so auszubil­den, dass mindestens zwei im wesentlichen parallel zueinander verlaufende Hohlfasern vorgese­hen sind. Hierdurch wird die gleichzeitige Anwendung mehrerer Maßnahmen möglich. So kann eine Hohlfaser beispielsweise zur Endoskopie und daneben eine zweite Hohlfaser zum Absaugen von Flüssigkeit, zur Zufuhr von Medikamenten oder zur Durchführung eines weiteren gegen­ständlichen Funktionselements dienen. Funktionselemente können z. B. Lichtleitfasern, Strom­leitungen oder Operationswerkzeuge, z. B. für eine Punktion, sein. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass eine im we­sentlichen parallel zu der mindestens einen Hohlfaser verlaufende Stromleitung vorgesehen und die Stromleitung in radialer Richtung elektrisch gegen den Außenraum des chirurgischen In­struments isoliert ist. Bestimmte Behandlungsmethoden, wie z. B. das Veröden von Gewebe, benötigen den Einsatz elektrischen Stroms, der auf diese Weise zur Verfügung gestellt werden kann. Die Isolation der Stromleitung kann beispielsweise mittels einer Umhüllung durch eine Glashohlfaser erreicht werden. Es kann vorteilhaft sein, die Stromleitungen aus Kohlenstofffa­sern zu bilden. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass der Grund­körper zumindest in einem vorderen Endbereich flexibel ausgestaltet ist. Flexibilität kann insbe­sondere dann vorteilhaft sein, wenn das chirurgische Instrument durch bereits vorhandene Kör­peröffnungen einzuführen ist und dabei einem durch Gewebe begrenzten Weg, z. B. im Darm, folgen soll. Der Grundkörper des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments kann selbstver­ständlich auch starr sein. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße chirurgische Instrument so auszubil­den, dass der Grundkörper ein geschärftes vorderes Ende aufweist, mit welchem eine ein Ein­dringen in menschliches oder tierisches Gewebe ermöglichende Öffnung erzeugbar ist. Hier­durch kann sich ein gesonderter Schnitt erübrigen. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße chirurgische Instrument so auszubil­den, dass der Grundkörper auf seinem Umfang zumindest in einem vorderen Bereich beschichtet ist. Eine Beschichtung kann der Spitze Stabilität, insbesondere gegen den Verlust von Faser- oder Matrixmaterial im Gewebe geben. Für die Beschichtung eignen sich insbesondere kerami­sche Materialien oder verschleißfeste Kunststoffe. Daneben sind auch Metalle und Metalllegie­rungen, z. B. Messing, einsetzbar. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass die in einem vorderen Bereich des Grundkörpers vorhandenen Fasern gegenüber einer Wechselwirkung mit dem menschlichen oder tierischen Gewebe stabilisiert sind. Die Stabilisierung kann im Falle von Kohlenstofffasern z. B. dadurch erfolgen, dass die Spitze des chirurgischen Instrument in flüssi­ges Silizium getaucht wird, wodurch die Faserspitzen zu SiC keramisiert werden. Das erfindungsgemäße chirurgische Instrument kann auch so ausgebildet sein, dass am hinteren Ende des Grundkörpers ein Anschlusselement zur Ankopplung an ein Bedienungsgerät vorgese­hen ist. Ein Bedienungsgerät dient zum einen zur Führung des chirurgischen Instruments. Zum anderen können über das Bedienungsgerät dem chirurgischen Instrument Funktionselemente, wie z. B. Endoskope, Lichtleitfasern, Greifelemente, Laser, Stromleitungen etc. zugeführt und gesteuert werden. Es ist auch möglich, über das Bedienungsgerät Substanzen, z. B. Spülflüssig­keit, Medikamente oder Gewebe, zuzuführen oder abzusaugen. Die diversen Maßnahmen kön­nen dabei auch gleichzeitig durchgeführt werden, was im eingangs dargestellten Stand der Tech­nik kaum möglich erscheint. Schließlich kann das erfindungsgemäße chirurgische Instrument auch so ausgebildet sein, dass in der Hohlfaser oder in mindestens einer der Hohlfasern ein mittels des Anschlusselements am Bedienungsgerät anschließbares Funktionselement vorgesehen ist. Hierbei kann es sich zum Bei­spiel um ein Endoskop handeln, das dann nach Anschluss an das Bedienungsgerät nicht mehr gesondert in eine Hohlfaser des chirurgischen Instruments eingeführt werden muss. Als Funktionselement kann auch ein die Hohlfaser am vorderen Ende verschließendes Schließ­element verstanden werden. Ein solches Schließelement kann z. B. das Eindringen von Gewebe beim Einführen des chirurgischen Instruments oder den Eintritt von sonstigen Substanzen in eine hierfür nicht vorgesehene Hohlfaser verhindern. Das Schließelement kann ein zylinderförmiger Stift mit einem Durchmesser sein, der die entsprechende Hohlfaser hinreichend ausfüllt. Im Folgenden wird eine vorteilhafte Ausbildungsform des erfindungsgemäßen chirurgischen Instruments anhand von Figuren dargestellt. Es zeigt schematisch Fig. 1 ein chirurgisches Instrument in Form einer Nadel im Querschnitt, Fig. 2 einen Teil der Nadel gemäß Fig. 1 im seitlichen Längsschnitt, Fig. 3 die Spitze einer nach einer Beschichtung abgeschnittenen Nadel, Fig. 4 die Spitze einer nach dem Abschneiden beschichteten Nadel, Fig. 5 ein System aus einer Nadel, einem Bedienungsgerät und einem Basismodul. Eine in Fig. 1 schematisch im Querschnitt dargestellte chirurgische Nadel 1 weist drei Hohlfa­sern 2 aus Glas auf. Die drei Hohlfasern 2 sind von einem aus einem Faserverbundwerkstoff bestehenden Grundkörper 3 umgeben. Der Grundkörper 3 besteht aus im wesentlichen parallel zu den Hohlfasern 2 angeordneten Kohlenstofffasern 4, die in einer Matrix 5 aus Epoxidharz eingebettet sind. Fig. 2 zeigt die Nadel 1 im Längsschnitt A-A an ihrem vorderen Ende. Hierbei ist eine der Hohlfasern 2 sichtbar. Die Nadel 1 ist an ihrem vorderen Ende angespitzt und geschärft, so dass sie in menschliches oder tierisches Gewebe ohne vorherigen gesonderten Schnitt eindringen kann. Beim Einstechen der Nadel 1 kann vorgesehen werden, die Hohlfaser 2 mit einem hier nicht dargestellten rohrförmigen Schließelement auszufüllen, um ein ungewolltes Eintreten von Gewebe in die Hohlfasern 2 bei der Bewegung der Nadel 1 durch das Gewebe hindurch zu ver­hindern. Fig. 3 zeigt die Spitze einer Nadel 1a, die auf ihrer Mantelfläche beschichtet ist. Die Schicht 6a aus Keramik wurde auf einen Grundkörperstrang aufgetragen, bevor die Nadel 1a aus diesem Strang geschnitten wurde. Die Spitze 7a der Nadel 1a wurde also erst nach der Beschichtung präpariert. Der geschärfte Schneidenbereich 8a der Spitze 7a besteht vollständig aus der Kera­mikschicht 6a, um zu verhindern, dass Fasern 4 und/oder Matrixmaterial 5 des Grundkörpers 3 im zu untersuchenden oder zu behandelnden Gewebe verbleiben. Fig. 4 zeigt die Spitze 7b einer Nadel 1b, die erst nach dem Abschneiden des Grundkörpers 3 aus dem hier nicht dargestellten Grundkörperstrang beschichtet wurde. Diese Verfahrensweise ist etwas aufwendiger, hat jedoch den Vorteil, dass die komplette Spitze 7b ebenfalls mit einer Ke­ramikschicht 6b versehen ist. Der Schneidenbereich 8b wird nach der Beschichtung geschärft. Fig. 5 zeigt schematisch ein komplettes Multifunktionssystem bestehend aus der Nadel 1, einem Bedienungsgerät 9 und einem Basismodul 10. Im Folgenden werden die vielfältigen Anwen­dungsmöglichkeiten des Systems dargelegt. Die Nadel 1 ist mittels eines gegen Flüssigkeitsver­lust abgedichteten Bajonettverschlusses 11 am Bedienungsgerät 10 angekoppelt. Mittels des Be­dienungsgeräts 10 können hier nicht gesondert dargestellte Funktionsmodule, z. B. Glasfaserbün­del zur Endoskopie, Mittel zur Entnahme von Proben aus dem Gewebe oder Stromleiter etc. in die Hohlfasern eingebracht und deren Position innerhalb der Hohlfasern 2 kontrolliert verändert werden. Beispielhaft ist in Fig. 4 für die Bewegung von Glasfaserbündeln für die Endoskopie eine Fokussierstellschraube 12 dargestellt, die zum einen zum Einfahren des Glasfaserbündels und gleichzeitig zur Ausrichtung des Fokuspunktes der zugehörigen Optik auf ein bestimmtes Objekt innerhalb des Gewebes dient. Die Übertragung einer mittels Lichtleitfaserbündeln er­fassten Information an eine im Basismodul 10 befindlichen Bildauswertung kann über ein reelles Zwischenbild im Bedienungsgerät 9 erfolgen. Auf diese Weise muss ein Lichtleiter nicht durch­gehend von der Nadelspitze 7 bis zur Bildauswertung führen. Mittels einer in die Hohlfasern 2 eingefahrenen Faser kann auch Laserlicht zum Abtragen von Gewebe eingeleitet werden. Laser­licht könnte aber auch innerhalb einer transparenten Flüssigkeit geführt werden, die durch eine oder mehrere der Hohlfasern 2 an die gewünschte Stelle im Gewebe transportiert wird. Um über eine der Hohlfasern 2 das Gewebe mit Substanzen, wie z. B. Spülflüssigkeit oder Me­dikamenten, versorgen zu können, befindet sich am Bedienungsgerät 9 ein Luerlock-Anschluss 13, an den hier nicht dargestellte Zufuhrleitungen angeschlossen werden können. Das Vorhandensein mehrerer Hohlfasern 2 in der Nadel 1 hat insbesondere den Vorteil, dass mit der Nadel 1 gleichzeitig unterschiedliche Funktionen erfüllt werden können, z. B. eine Sicht- und eine Spül­funktion, die in getrennten Hohlfasern untergebracht werden. Die Steuerung des Bedienungsgeräts 9 kann manuell am Bedienungsgerät 9 selbst oder elektro­nisch über das Basismodul 10 erfolgen. Das Basismodul 10 ist hierfür mit einem Monitor 14 und einer Steuereinheit 15 ausgestattet. Das Basismodul 10 kann zudem eine Laserquelle 16 oder sonstige, hier nicht dargestellte Lichtquellen, z. B. für die Endoskopie aufweisen.Bezugszeichenliste1 Nadel2 Hohlfaser3 Grundkörper4 Kohlenstofffaser5 Matrix6 Keramikschicht7 Spitze8 Schneidenbereich9 Bedienungsgerät10 Basismodul11 Bajonettverschluss12 Fokussierstellschrao k00398DEA110050648 DE020405 ube13 Luerlock-Anschluss14 Monitor15 Steuereinheit16 Laserquelle