DE102004020383A1

DE102004020383A1 - Endoskop-Rohr zur Verwendung in minimal-invasiven Operationsgeräten

Info

Publication number: DE102004020383A1
Application number: DE200410020383
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dr.-Ing. Sattelberger; Volker Dr. GÜTHER
Original assignee: GfE Medizintechnik GmbH
Current assignee: GfE Medizintechnik GmbH
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-10

Abstract

Ein Endoskop-Rohr zur Verwendung in minimal-invasiven Operationsinstrumenten weist einen Rohrschaft (1) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit einem E-Modul von mindestens 350 GPa auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein Endoskop-Rohr zur Verwendung in minimalinvasiven Operationsgeräten, wie Endoskopen, laparoskopischen Scheren und dergleichen.
Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, dass bei der minimalinvasiven Operationstechnik die entsprechenden chirurgischen Instrumente durch kleine Öffnungen in der Haut über Einführhilfen (Trokar) in den Körper eingeführt und von außen betätigt werden. Diese Instrumente erfüllen dabei wichtige Operationsprozesse, wie das Schneiden von Weichgewebe, die Verödung von Blutgefäßen, das Zurückhalten von Gewebestrukturen, das Entfernen von abgetrenntem Gewebe und eine optische Sensorik des Operationsverlaufes. Die aktiven Werkzeuge, wie Scherblätter, Klammern oder optische Elemente, liegen am in den Körper einzuführenden Ende eines Rohres (Endoskop bzw. endoskopisches Operationsinstrument) und werden durch Seilzüge oder Kabel mit außenliegenden Betätigungs- oder Beobachtungseinheiten verbunden. Über den Rohrschaft des Endoskop-Rohres werden dann Seilzüge, Kabel, Lichtleiter oder dergleichen verlegt.
Neben dieser Führungsfunktion für die genannten Verbindungselemente hat das Endoskop-Rohr auch eine mechanische Funktion dahingehend, dass es dem Operateur ermöglicht, durch Manipulation des minimal-invasiven Operationsgerätes dessen Werkzeuge im Inneren des Körpers zielgenau in eine gewünschte Position zu bringen. Für eine zielgenaue Platzierbarkeit des körperinneren Endes darf sich dieses möglichst wenig durchbiegen, es muss also möglichst steif sein.
Bekannte Endoskop-Rohre von derzeit verfügbaren minimal-invasiven Operationsgeräten weisen ausnahmslos Rohrschäfte aus hochlegierten Edelstählen auf, die eine im Rahmen metallischer Werkstoffe an sich hohe Steifigkeit – materialtechnisch erfasst durch das Elastizitäts-Modul von ca. 200 GPa – aufweisen. Insbesondere bei relativ dünnwandigen und langen Rohrschäften biegen sich derartige Endoskop-Rohre jedoch immer noch unerwünscht stark durch.
Zur Lösung dieser Problematik schlägt die Erfindung vor, den Rohrschaft eines Endoskop-Rohres aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit einem E-Modul von mindestens 350 GPa zu fertigen. Bevorzugte materialtechnische Kenngrößen des Rohrschaftes liegen für die Biegebruchfestigkeit bei mindestens 1500 MPa und für die Bruchzähigkeit bei mindestens 8 Mpa m^1/2. Als besonders geeigneter Verbund-Werkstoff im Rahmen dieser Kenngrößen hat sich Wolframkarbid-Kobalt mit einem Kobalt-Anteil von mindestens 6 %, vorzugsweise etwa 10 % herauskristallisiert.
Aufgrund der materialtechnischen Kenngrößen der erfindungsgemäßen Endoskop-Rohre weisen diese nicht nur die notwendige Biegesteifigkeit, sondern auch eine ausreichende Duktilität (Bruchzähigkeit) und Biegebruchfestigkeit auf, so dass während einer Operation auch höhere Biegemomente zu keiner signifikanten Bruchgefahr führen. Keramik-Sintermaterialien mit ähnlich hohem E-Modul, wie ZrO₂, Al₂O₃, SiC oder Si₃N₄ weisen demgegenüber so geringe Duktilitäten und Biegebruchfestigkeiten auf, dass sie für den Einsatz als biegesteife Endoskop-Rohre praktisch weniger geeignet sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Rohrschaft der Endoskop-Rohre mit einer Schutzhülle aus einem PTFE-Schrumpffolienmaterial belegt, das inert und körperverträglich ist. Damit ist der Rohrschaft elektrisch isoliert.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:
1 eine höchst schematische Seitenansicht eines Endoskops, und
2 eine weggebrochene Perspektivdarstellung eines Rohrschaftes eines Endoskop-Rohres.
Das in 1 gezeigte Endoskop weist einen langgestreckten, im Wesentlichen zylindrischen Rohrschaft 1 auf, dessen bezogen auf die Zeichnung linkes Ende 2 während eines minimal-invasiven Eingriffes in den Körper des Patienten eingeführt wird. Am abgewandten Ende 3 des Rohrschaftes 1 sitzt ein dem jeweiligen Anwendungszweck und (nicht dargestellten) Werkzeug am körperinneren Ende 2 entsprechender Griff 4. Dieser kann beispielsweise mit einem Stutzen 5 zum Aus- und Einführen von elektrischen Leitungen für die Applikation hochfrequenter Ströme zum Veröden versehen sein.
Der Rohrschaft 1 selbst weist einen Mantel 6 um sein Lumen 7 auf, das aus einem gesinterten Metall-Keramik-Verbundwerkstoff, wie Wolframkarbid mit einem Kobalt-Anteil von 10 % oder darüber besteht. Aufgrund dieser Werkstoffauswahl besitzt der Rohrschaft 1 Materialeigenschaften, die sich wie folgt beispielhaft darstellen:

– E-Modul: 550 bis 620 GPa
– Biegebruchfestigkeit: 2150 bis 4600 MPa
– Bruchzähigkeit: ca. 10 MPa m^1/2
– Härte: 1670 bis 1970 Hv₁₀

Die Abmessungen des Rohrschaftes 1 liegen bei einer Länge von 10 bis 30 cm, einem Außendurchmesser von 3 bis 5 mm und einer Wandstärke von 0,5 bis 1 mm.
Die Herstellungsverfahren für solche Hartmetall-Rohrschäfte sind in der Werkstofftechnik bekannt und werden z. B. für die Herstellung von Hartmetall-Elektrodenröhrchen für die Elektro-Erosivbearbeitung von metallischen Werkstoffen angewendet. Ein Rohrschaft 1 aus einem Hartmetall der Sorte B15S (WC 66) hat dabei folgende Materialeigenschaften:

– Biegebruchfestigkeit: 2150 MPa
– E-Modul: 620 GPa
– Bruchzähigkeit: 10 MPa m^1/2

Wie aus 2 hervorgeht, ist der Rohrschaft 1 auf seiner Außenseite mit einer Schutzhülle 8 umgeben, die aus einem PTFE-Schrumpffolienmaterial besteht. Dieses inerte, körperverträgliche Material verbessert die Gleiteigenschaften des Rohrschaftes 1 im Trokar und erleichtert somit das Einschieben des Endoskops in den Körper.

Claims

Endoskop-Rohr zur Verwendung in minimal-invasiven Operationsinstrumenten, gekennzeichnet durch einen Rohrschaft (1) aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit einem E-Modul von mindestens 350 GPa.
Endoskop-Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrschaft (1) eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 1500 MPa und eine Bruchzähigkeit von mindestens 8 MPa m^1/2 aufweist.
Endoskop-Rohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrschaft (1) aus einem Wolframkarbid-Kobalt-Hartmetall-Werkstoff besteht.
Endoskop-Rohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kobalt-Anteil mindestens 6 %, vorzugsweise etwa 10 % beträgt.
Endoskop-Rohr nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrschaft (1) mit einer Schutzhülle (8) aus einem inerten, körperverträglichen Material versehen ist.
Endoskop-Rohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle (8) aus einem PTFE-Polymermaterial besteht.
Endoskop-Rohr nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle (8) aus einem Schrumpffolienmaterial besteht.