DE60110761T2

DE60110761T2 - Vorrichtung zur fundoplikation

Info

Publication number: DE60110761T2
Application number: DE60110761T
Authority: DE
Inventors: Elazar Sonnenschein; Milenu Sonnenschein; Randal Chinnock; Lawrence Crainich
Original assignee: Medigus Ltd
Current assignee: Medigus Ltd
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: WO2001067964A3; EP1452125A3; AU2001239525B2; EP1452125A2; MXPA02008996A; JP4477280B2; US20010056282A1; DE60110761D1; AU3952501A; EP1265537B1; JP2003526439A; CA2403013A1; CA2403013C; WO2001067964A2; NZ521288A; WO2001067964A8; EP1265537A2; ATE295122T1; US7156863B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine endoskopische Vorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung für die endoskopische Fundoplikation zur Behandlung der gastroösophagealen Refluxkrankheit (gastroesophageal reflux disease: GERD).
GERD wird durch eine abnormale Regurgitation von säurehaltigen Flüssigkeiten aus dem Magen in die Speiseröhre (Ösophagus) verursacht. Der Magen bildet starke Säuren zur Verdauungshilfe. Die Speiseröhre wird vor diesen Säuren normalerweise durch einen Einwegventilmechanismus an ihrem Übergang zum Magen geschützt. Dieses Einwegventil nennt sich unterer Ösophagussphinkter (lower esophageal sphincter: LES). Bei Patienten mit GERD arbeitet der LES nicht richtig, weil er entweder zu schwach oder zu kurz ist. Der schwache oder kurze LES kann den Mageninhalt nicht aufhalten, wenn sich dieser füllt und es zu einem Druckanstieg kommt.
Wenn der LES versagt, strömt die Säure zurück in den Ösophagus, der hierfür nicht geeignet ist – es findet ein sogenannter Reflux statt. Das Ergebnis ist eine Säureverbrennung, im Volksmund auch unter „Sodbrennen" bekannt. Sodbrennen fühlt sich wie ein brennender oder druckartiger Schmerz hinter dem Brustbein an – dieses Brennen kann sich sogar wie ein Herzinfarkt anfühlen. Sobald die Säure in den Ösophagus gelangt und man aufstößt, kann diese bis in die hintere Kehle regurgitiert werden, sauer oder bitter schmecken und ein starkes Brennen verursachen. Wenn dies nachts geschieht, kann man entweder mit einem heißen, brennenden Gefühl im hinteren Teil der Kehle erwachen, oder sogar hustend und keuchend, weil Säure in die Atemwege gelangt ist. Dies zuletzt beschriebene Phänomen wird durch Reflux verursachte nächtliche Aspiration genannt und kann für sich bereits schwerwiegend sein.
Die durch Reflux verursachte nächtliche Aspiration kann gefährlich sein, weil Säure und Bakterien in die Luftwege und Lungen gelangen. Dies kann zu wiederkehrender Bronchitis, Lungenentzündung, Lungenabszess oder chronischer Vernarbung der Lunge führen. Ebenso kann dies bei zu Asthma tendierenden Patienten Asthmaanfälle auslösen.
Wenn Säure zurückströmt und diese Symptome täglich oder bis zu drei oder viermal wöchentlich auftreten, kann der Ösophagus die schädigenden Auswirkungen auf das Säurebad nicht ausgleichen und entzündet sich, vor allem im unteren Teil. Schlucken wird dann oftmals schmerzhaft und Essen kann in der Brust stecken bleiben. Dies wird Refluxösophagitis genannt und bedeutet die Entzündung der Speiseröhre aufgrund von Säurereflux. Fortbestehende Ösophagitis kann Erosionen und Geschwüre verursachen und eine Vernarbung bzw. Schrumpfung sowie irreversible Schädigungen des Ösophagus herbeiführen.
Bei manchen Patienten, deren Ösophaguswand immer weiter geschädigt wird, versucht der Körper, sich durch die Veränderung der Wandbeschaffenheit gegen eine widerstandfähigere zu schützen, beispielsweise durch eine Wand, wie sie im Intestinum vorgefunden wird. Diese Veränderung wird auch Barrett-Ösophagusmetaplasie genannt, bzw. Barett-Syndrom, und lässt die Symptome nicht verschwinden, sondern führt zu einem weiteren Problem. Metaplastische Veränderungen erhöhen das Krebsrisiko, das beim Ausbilden der neuen, abnormalen Wand entstehen kann. Ein Adenokarzinom der gastroösophagealen Kardia ist ein maligner und tödlicher Krebs, dessen Inzidenz in Amerika rapide ansteigt. Einige Behörden nehmen an, dass das Barett-Syndrom durch Gallenreflux verursacht wird und dass die ansteigende Inzidenz dieses speziellen Krebstyps auf die immer häufigere Verwendung von Arzneimitteln zur Unterdrückung der Säureproduktion zurückzuführen ist, wodurch es der alkalischen Gallenflüssigkeit gestattet wird, durch Reflux ungehindert in den Ösophagus zu gelangen.
Die Symptome eines Säurereflux sind unangenehm und eine Art von Linderung wird meist gesucht. Manche Patienten kauen Antazida-Tabletten, schlafen auf mehreren Kopfkissen oder sogar aufrecht in einem Lehnstuhl. Diejenigen mit regelmäßigen Symptomen werden mit Wirkstoffen behandelt, welche die Säurebildung im Magen zurückbilden, wie Tagamet^®, Zantac^®, Pepcid^® und Prilosec^®. Diese Arzneimittel helfen bei der Linderung der Symptome bis zur nächsten Dosis, doch sie müssen täglich eingenommen werden, oftmals lebenslang, und stellen von daher einen wichtigen Kostenfaktor (ungefähr 1.300 $ pro Patient und Jahr) dar.
Des Weiteren lindern diese Arzneimittel zwar die Symptome, korrigieren jedoch auf keine Weise die dahinter steckende Ursache.
Der gegenwärtig einzige Weg zum Wiederherstellen der Ventilfunktion ist eine Operation unter Narkose. Früher war diese Operation ein kompliziertes Unterfangen, das einen langen Bauch- bzw. Brustschnitt zur Folge hatte, sowie einen langen Krankenhausaufenthalt und längere Krankschreibung mit Krankenschein. Heute wird die Operation laparoskopisch vorgenommen. Dies verkürzt den Krankenhausaufenthalt von ca. zehn Tagen auf zwei oder drei Tage, wird jedoch immer noch unter Narkose vorgenommen und wird mit einem bedeutsamen Auftreten von Komplikationen in Zusammenhang gebracht. Aus diesem Grund zögern Gastroenterologen oftmals mit der Überweisung des Patienten zu einem Chirurgen der Antireflux-Chirurgie und viele Patienten, die eigentlich behandelt werden müssten, werden nicht operiert.
Es wird angenommen, dass in den USA allein 65 Millionen Menschen an Sodbrennen und GERD leiden, was gegenwärtig die meist beklagte Beschwerde der Patienten von Gastorenterolo gen ist. Dem New England Journal of Medicine zufolge, leiden fast 40 % der erwachsenen Amerikaner an Sodbrennen; von denjenigen, die eine Behandlung gegen Symptome der Refluxösophagitis suchen, weisen 10 bis 20 % bereits ernsthafte Komplikationen auf (ungefähr 4-8 % der volljährigen Gesamtbevölkerung).
STAND DER TECHNIK
CHIRURGISCHE BEHANDLUNG VON REFLUXÖSOPHAGITIS
Im Allgemeinen sind chirurgische Eingriffe zur Kontrolle schwerer gastroösophagealer Refluxkrankheiten wirksam. Die chirurgischen Eingriffe werden dazu konzipiert, den gastroösophagealen Reflux zu korrigieren, indem ein neuer funktionsfähiger unterer Ösophagussphinkter gebildet und die Reparatur der Zwerchfellhernie, falls vorhanden, vorgenommen wird. Die bekannteste Verfahrensweise ist die Nissen-Fundoplikation bzw. eine Abänderung dieser Vorgehensweise (The Esophagus, 3^rd Ed., Donald O. Castell, Ed., pp. 515-517). Sie umfasst die Mobilisierung und den Manschettenzug des Magenfundus um den unteren Ösophagus. Sobald der Druck im Magen steigt, drückt er den unteren Ösophagus zusammen und verhindert dadurch Reflux. Der Eingriff wird vorgenommen, nachdem zunächst ein langer Dilatator im Ösophagus angeordnet wird, um zu verhindern, dass die Manschette zu eng gezogen wird. Die vorgenommene Fundoplikation sollte sowohl bei der traditionellen offenen als auch bei der laparoskopischen Vorgehensweise identisch sein, es sei denn der Zugriff auf den Ösophagus wird bei der Laparoskopie durch eine Serie von vier oder fünf Punktionen vorgenommen, statt durch einen oberen Bauchschnitt. Die Vorteile des offenen Eingriffs beinhalten die Möglichkeit, die Strukturen dreidimensional zu betrachten und zu palpieren. Die Laparoskopie stellt eine klare und vergrößerte Ansicht des Eingriffsbereichs bereit und steht mit weniger Leiden und einer schnelleren postoperativen Genesung in Zusammenhang.
Dieser Eingriff wird in 1 dargestellt. Die Länge der Naht „S" beträgt zwischen 2,5 und 3,0 cm, im Allgemeinen sind 2 bis 5 Nähte erforderlich. Da der Manschettenzug des Magens „ST" mit 360 Grad um den Ösophagus „E" herum geschieht, siehe 1, und mit der Unfähigkeit oder Schwierigkeit aufzustoßen bzw. zu brechen in Zusammenhang gebracht wird, wurden partielle Fundoplikationen erdacht. Diese beinhalten die hintere teilweise Fundoplikation nach Toupet (270 Grad) (Ibid, pp. 517-518) aus 2, wobei „E" der Ösophagus, „AW" die anteriore Wand der Manschette, die an den Ösophagus genäht wird, und „GJ" der gastroösophageale Übergang ist, sowie die anteriore Thal-Fundoplikation (180 Grad) aus 3, wobei „F" den der Plikation zu unterziehenden Fundus zeigt.
Alle diese Vorgehensweisen haben eine vorzügliche Erfolgsgeschichte hinsichtlich ihrer Sicherheit und der Fähigkeit, sowohl Gallen- als auch Säurereflux zu steuern. Dennoch können diese nur laparoskopisch oder per Laparotomie (Bauchschnitt) oder Thorakotomie (Öffnung der Brust) und unter Narkose durchgeführt werden. In beiden Fällen ist eine Vollnarkose erforderlich. Aufgrund dieses Nachteils, hat man versucht, minimal invasive Vorgehensweisen und Vorrichtungen zu erdenken, die zum Durchführen eines Fundoplikation-Eingriffs benutzt werden können. US-Patentschrift 5,403,326 beschreibt ein Fundoplikationsverfahren von Magen und Ösophagus, worin die Einführung eines Ösophagusmanipulators und einer Klammervorrichtung in das Magenlumen erforderlich sind und die Ösophagusinvagination in den Magen hinein geklammert wird. US-Patentschrift 5,558,665 und das zugehörige US-Patent 5,787,897 offenbaren ein vielgestaltiges intraluminales Glied, welches zur Manipulierung des Fundus in eine Position genutzt wird, von wo er mit anderen Vorrichtungen festgemacht werden kann und ein Verfahren zum Ausführen eines solchen chirurgischen Eingriffs. US-Patentschrift 5,571,116 und die dazugehörigen US-Patentschriften 5,676,674 und 5,897,562 beschreiben eine Multi-Klammervorrichtung sowie dazugehörige Klammervorrichtungen zum Ausführen einer automatischen Annäherung des unteren Ösophagus und Magenfundus und zur Invagination des gastroösophagealen Übergangs in den Magen, wobei die den Fundus umgebende Wand operativ umgekehrt wird.
WO 00/53102 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine minimal invasive Fundoplikation, die einen Spannkopf zum Spannen und Bewegen des Fundus in Richtung Ösophagus erfordert. Eine diesbezügliche Vorrichtung hat den schwerwiegenden Nachteil, dass sie den Klammerkopf nicht präzise positionieren kann, ein Versuch zum Ausführen der Fundoplikation demnach zu gefährlichen Schäden führen kann, die dem Patient zugefügt werden. Ferner hat dies eine unerwünschte Perforation des Fundus durch den Spannkopf zur Folge.
Es wurden bereits viele verschiedene Arten von Klammerinstrumenten für unterschiedliche chirurgische Eingriffe erdacht. Typische Ausführungsformen grundlegender chirurgischer Klammervorrichtungen werden beispielsweise in der US-Patentschrift 5,129,570 und der US-Patentschrift 5,630,541 offenbart. US-Patentschrift 5,452,836 und US-Patentschrift 5,603,443 offenbaren Klammervorrichtungsausführungen worin der Klammerspendeteil und der Amboss getrennt vorliegen.
US-Patentschrift 5,197,649 und US-Patentschrift 5,395,030 beschreiben chirurgische Klammervorrichtungen, die entwickelt wurden, um getrennte Ränder schlauchförmiger Gewebe, wie solche der Verdauungsorgane, zu verbinden.
Im heutigen Stand der Technik sind viele weitere Ausführungsformen von Klammervorrichtungen bekannt. Viele dieser sind sehr spezielle Vorrichtung, die lediglich zum Ausführen der Art von Eingriff geeignet sind, für den sie geschaffen worden sind. Viele dieser Vorrichtungen sind in ihrer Anwendung sehr schwierig und zeitaufwendig und erfordern ein hohes Maß an Geschick zum Manipulieren der Gewebe und der Klammervorrichtung.
Eine grundlegende Erwägung bei der Ausbildung aller Klammervorrichtungen ist die Tatsache, dass eine wesentliche Kraft aufgebracht werden muss, um die Heftklammern zu biegen. Dem zufolge müssen in dem Augenblick, an dem die Heftklammer geheftet wird, der Amboss und der Kopf fest miteinander verklemmt werden, sonst verursacht die Kraft eine Trennung und die Heftklammern biegen sich nicht Außerdem müssen der Amboss und der Klammerspendeteil zum Biegen der Heftklammern in der für das Zusammenhalten des Gewebes erforderlichen Form präzise ausgerichtet sein. Aufgrund dieser Einschränkungen werden der distale Klammerhalter und Ambossanteil der Vorrichtung bei bekannten Klammervorrichtungen im Allgemeinen steif drehbar miteinander verbunden. Bei Klammervorrichtungen mit getrennt voneinander angebrachten Ambossen und Spendeteilen wird das Klammern an der gewünschten Stelle manuell vorgenommen, was oftmals physischen manuellen Kontakt mit den miteinander zu verklammernden Geweben erfordert.
Bei den herkömmlichen Klammerverfahren ist es nicht möglich, die oben genannten Teile steif zusammenzuhalten, es sei denn, sie werden zum Zeitpunkt der Positionierung steif oder drehbar miteinander verbunden.
Die Endoskopie ist eine ausgereifte Form der Chirurgie, die nach der Erfindung des „Stablinsen"-Relay-Systems durch Hopkins in den 60er Jahren immer weiter verbreitet wurde. Vor diesem Durchbruch wiesen die Endoskope eine nur sehr dürftige Bildqualität auf, die einherging mit der Unfähigkeit, eine adäquate Beleuchtung herzustellen und zu übermitteln und daher für die meisten chirurgischen und diagnostischen Anwendungsbereiche nicht geeignet war. Die ersten Endoskope begründeten darauf, dass der behandelnde Arzt eine direkte Betrachtung der inneren Operationsstelle vornahm, indem er durch das Augenstück des Endoskops schaute. Mit dem Fortschreiten der Videokamera-Technologie konnten Endoskope indirekt durch eine Kopplungslinse, die an das Augenstück angefügt wurde, an eine Videokamera gekoppelt werden bzw. direkt durch das Zusammenführen von Bild und Sensor unter Verzicht auf die Verwendung eines Augenstückes. Bei Verwendung von Videoanzeigen kann das gesamte Operationsteam die Operationsstelle betrachten und der Chirurg braucht sein Auge nicht an das Endoskopokular zu halten. Die Verwendung von Video erlaubt ebenfalls die Aufzeichnung (Bildspeicherung) bei Verzicht auf die Verwendung von sperriger und unhandlicher fotografischer Ausrüstung.
Die derzeitigen Endoskope weisen eine Vielzahl von sehr unterschiedlichen Formen auf, die für eine breite Vielfalt von chirurgischen Eingriffen geeignet sind. Die meisten Endoskope sind konzipiert, um eine breite Betrachtung der inneren Operationsstelle zu schaffen, weisen jedoch nicht unbedingt eine adäquate Ansicht der Instrumente, die zusammen mit dem Endoskop benutzt werden. Selbst wenn die Endoskope in hohem Maß für bestimmte Verfahren spezialisiert sind, umfassen sie jedoch alle die gleichen grundlegenden Bestandteilanordnungen auf. Ein Optiksystem mit Objektiv erfasst ein einzelnes Bild bzw. eine einzelne Ansicht der Operationsstelle, ein Relais abbildendes System trägt das Bild von einem distalen zu einem proximalen Ende der Vorrichtung, wobei ein Augenstück oder ein Kamerasystem (oder beides) zur Betrachtung des übermittelten Bildes verwendet werden. Licht zum Beleuchten der Operationsstelle wird durch Glasfasern oder Wellenleiter geliefert, die im Endoskop integriert sind. Das Endoskop kann ebenfalls Arbeitskanäle beinhalten bzw. Behandlungsmöglichkeiten, wie die Laserübertragung, beinhalten. Jedes dieser Teile ist in einer äußeren Ummantelung enthalten, die aus steifen oder flexiblen Materialien angefertigt sein kann. Das Endoskop selbst kann steif, halb-steif oder flexibel sein und die Fähigkeit aufweisen, sich an seinem distalen Ende aktiv in eine oder mehrere Richtungen zu biegen.
Das Objektiv eines Endoskops kann aus Glas- oder Plastiklinsen bestehen, aus Brechungs- oder hybriden Brechungs-/Beugungslinsen, Linsen mit graduiertem Brechungsindex (graduated refractive index: GRIN); Prismen oder Spiegeln. Das abbildende Relaissystem kann aus einer Reihe von Glasstäben und Linsen (einem „Stablinsen"-System), einer Reihe von nur Linsen, oder Glasfaserbildleiter bestehen. Das Relaissystem kann mit einem Nur-Video Endoskop umgangen werden, indem der Bildsensor direkt an der Objektivfokalebene angeordnet wird. Das Augenstück besteht im Allgemeinen aus Glas- oder Plastiklinsen. Eine Videokamera kann mit einer Kopplungslinse an das Augenstück gekoppelt werden oder direkt an das Endoskop binden, wobei die Betrachtung des geformten Bildes direkt durch das Relais oder Objektivsystem geschieht. Eine Lichtquelle wird in den meisten Fällen durch ein flexibles Glasfaserkabel mit dem Endoskop gekoppelt und durch optische Wellenleiter oder Fasern, die aus Glas oder Plastik sein können, überliefert. Manche Endoskope stellen eine Stereobetrachtung bereit, indem sie mehr als ein optisches System am proximalen Ende bereitstellen zum und die Stelle aus zwei ein wenig versetzten Perspektiven betrachten. Obwohl diese Stereoendoskope eine Vielzahl von Bildkanälen beinhalten, schaffen sie nur eine einzige Ansicht der Operationsstelle auf der elektronischen Wiedergabe.
Endoskope können wieder verwendbar oder Einwegendoskope sein oder sich in einen oder mehrere entosorgbare und einen oder mehrere wieder verwendbare Teile aufteilen. Vorteile von wieder verwendbaren Endoskopen sind, dass sie üblicherweise eine viel bessere Qualität aufweisen und auf Beständigkeit ausgebildet werden. Nachteile sind Verschlechterung der Bildqualität nach Sterilisation, die durch Verfahren wie Dampf-Autoklav, ÄO (Äthylenoxyd), Glutaraldehyd, Steris^® (Phenylessigsäure), Sterrad^® (Wasserstoffperoxyd-Plasma) oder weitere adstringierende Chemikalien und Temperaturen herbeigeführt werden. Der Sterilisationsverlauf baut optische Ummantelungen, Bindemittel und Oberflächen ab und kann ebenfalls schädigende Wirkungen auf die mechanischen Teile haben. Ein weiterer Nachteil von wieder verwendbaren Endoskopen sind die im Vergleich hohen Anlagekosten. Einwegendoskope leiden nicht unter der wiederholten Sterilisation und vermindern die Möglichkeit von Kreuzkontamination zwischen chirurgischen Eingriffen. Da sie in größeren Mengen gekauft werden müssen und nicht sehr widerstandsfähig zu sein brauchen, sind die Anlagekosten geringer als bei wieder verwendbaren (selbst wenn Kosten pro Gebrauch im Allgemeinen höher sind). Endoskope, die teilweise Einwegendoskope und teilweise wieder verwendbare Endoskope sind, werden zum Maximieren der Vorteile der jeweiligen Art von Vorrichtung ausgebildet, wobei sie gleichzeitig die Nachteile und Kosten pro Gebrauch zu minimieren suchen.
Nichtsdestotrotz haben bei den Bestrebungen auf dem Fachgebiet zum Bewältigen des höheren Bedarfs an chirurgischen Eingriffen für die Behandlung von GERD keine der oben genannten Vorrichtungen und Verfahren an Popularität gewinnen können und finden derzeit keinerlei Anwendung. Die Gründe dieser Tatsache sind zahlreich und beinhalten die Schwierigkeit bei der Überwachung der Operation mit der Vorrichtung, die anhaftenden Nachteile der Arten von Fundoplikationen, die mit ihnen erreicht werden, der angehende Bedarf an zusätzlichen invasiven Eingriffen, insbesondere die laparoskopische Einführung von Vorrichtungen, usw. Aus diesem Grund ist es klar, dass ein Bedarf für ein Fundoplikationsverfahren im Fachgebiet vorhanden ist, das erfolgreich für die Behandlung von GERD verwendet werden kann, ohne die oben genannten Nachteile der Verfahren und Vorrichtungen aus dem Stand der Technik aufzuweisen.
Die vorliegende Erfindung sucht eine endoskopische Vorrichtung, die zur Behandlung von GERD geeignet ist, zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen, wie oben erläutert, bewältigt.
Gemäß der Erfindung wird nun eine endoskopische Vorrichtung zur partiellen Fundoplikation geschaffen, die einen distalen gebogenen Abschnitt und einen flexiblen Abschnitt umfasst, die geeignet sind, in verlängerter Form innerhalb der Speiseröhre eines Subjekts angeordnet zu werden, und eine Klammerkonstruktion mit einer Klammerschießvorrichtung, die entweder auf dem gebogenen Abschnitt oder auf dem flexiblen Abschnitt angebracht ist umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst:
eine Positionierungseinheit bestehend aus zwei separaten Elementen, wobei eines an dem distalen gebogenen Abschnitt und das andere an dem flexiblen Abschnitt angeordnet ist, wobei sich die Klammerschießvorrichtung in Arbeitsposition befindet, sobald die zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion ausgerichtet sind; und
eine Schaltung zum Bestimmen, wann die beiden separaten Elemente der Positionierungseinheit ausgerichtet sind.
Ferner wird ebenfalls eine Klammervorrichtung für die endoskopische Vorrichtung der Erfindung geschaffen, umfassend einen Klammerschießabschnitt und einen Ambossabschnitt, wobei die Klammerschießabschnitte und einer der Ambossabschnitte in Längsrichtung voneinander versetzt entlang der Längsachse der endoskopischen Vorrichtung angeordnet sind, wobei mindestens ein Teil des flexiblen Abschnitts zwischen ihnen liegt.
Gemäß der Erfindung wird zusätzlich ein Verfahren zum Bestimmen der relativen Position von zwei Teilen der endo skopischen Vorrichtung der vorliegenden Erfindung geschaffen, wobei dieses Verfahren das Messen des Abstandes zwischen diesen Teilen durch Gebrauch eines oder mehrerer Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays aufweist, welche als Sender von Ultraschallsignalen dienen, und ein oder mehrere Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays als Empfänger von den Ultraschallsignalen dienen, wodurch der Grad der genauen Ausrichtung bestimmt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klammerkonstruktion ferner einen Amboss, wobei einer der Ambosse und eine der Klammerschießvorrichtungen auf dem gebogenen Abschnitt angeordnet sind und der andere auf dem flexiblen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Amboss und die Klammerschießvorrichtungen sich in einer Arbeitspositionsbeziehung befinden, sobald die zwei separaten Elementen der Positionierungseinheit ausgerichtet sind.
Die Vorrichtung der Erfindung umfasst vorzugsweise, ist aber nicht beschränkt auf, ein Sicherheitsmittel zum Sperren des Arbeitsvorganges der Klammerschießvorrichtung, falls die zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion nicht genau ausgerichtet sind.
Die Vorrichtung der Erfindung sollte vorzugsweise Sichtmittel umfassen, typischerweise eine Videokamera. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass es üblicherweise notwendig ist, eine Beleuchtungsvorrichtung für Sichtzwecke zu schaffen. Diese sind jedoch herkömmlich und werden aus diesem Grund hierin nicht im Detail erläutert, um der Kürze willen. Zusätzlich können herkömmliche endoskopische Vorrichtungen und Zubehör geschaffen werden, wie Wasser- und/oder Luftzufuhr und/oder Ansaugfunktion.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die endoskopische Vorrichtung ferner eine Positionierungseinheit zum Positionieren eines Abschnitts einer Klammerkonstruktion innerhalb der Speiseröhre ungefähr 5-6cm über dem gastroösophagealen Übergang, sobald die endoskopische Vorrichtung in Arbeitsposition ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Abschnitt der Klammerkonstruktion einen Amboss.
Der Abschnitt der Klammerkonstruktion kann entlang der Achse der endoskopischen Vorrichtung durch verschiedene Mittel verschoben werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dies durch die Bewegung eines flexiblen gewundenen Kabels, das mit einem Innengewinde in diesem Abschnitt der Klammerkonstruktion verbunden ist, erreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel innerhalb der endoskopischen Vorrichtung angeordnet und steht mit dem Innengewinde durch einen Schlitz in Verbindung, wobei der Schlitz in der Wand des Körpers der endoskopischen Vorrichtung bereitgestellt ist. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel in die Außenwand der endoskopischen Einrichtung eingebettet, und steht in direkter Verbindung mit dem Innengewinde des Klammerkonstruktionsabschnitts.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel durch Benutzen einer Mikrometerkonstruktion gedreht, wodurch der Abschnitt der Klammerkonstruktion, die innerhalb der Speiseröhre positioniert ist, in einem überwachten Abstand versetzt wird.
Der Amboss wird in vielen Fällen innerhalb der Speiseröhre angeordnet und jede geeignete Form aufweisen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Amboss im Wesentlichen eine Ringform auf.
Der distale Abschnitt einer Positionierungseinheit kann an verschiedenen Positionen am distalen Ende der endoskopischen Vorrichtung angeordnet werden. Gemäß einer bevorzug ten Ausführungsform der Erfindung wird der ferne Abschnitt der Positionierungseinheit an der fernen Spitze angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ferne Abschnitt der Positionierungseinheit an der Außenwand der fernen Spitze angeordnet.
In gleicher Weise kann der ferne Abschnitt der Klammerkonstruktion an verschiedenen Positionen auf dem fernen Ende der endoskopischen Vorrichtung angeordnet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ferne Abschnitt der Klammerkonstruktion an der fernen Spitze angeordnet. Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der ferne Abschnitt der Klammerkonstruktion an der Außenwand der fernen Spitze angeordnet.
In einem weiteren Aspekt ist die Erfindung darauf ausgerichtet, eine Klammervorrichtung für eine chirurgische endoskopische Vorrichtung mit mindestens einem flexiblen Abschnitt bereitzustellen, die einen Klammerschießabschnitt und einen Ambossabschnitt umfasst, wobei einer dieser Klammerschießabschnitte und einer dieser Ambossabschnitte längs angeordnet und voneinander versetzt entlang der Längsachse der endoskopischen Vorrichtung sein können, wobei mindestens ein Teil des flexiblen Abschnitts dazwischen angeordnet ist.
Gemäß bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, ist der Klammerschießabschnitt nah dem proximalen Ende des flexiblen Abschnitts angeordnet und der Ambossabschnitt ist am distalen Ende oder der Spitze des flexiblen Abschnitts angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der flexible Abschnitt ein Gelenkabschnitt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klammerkonstruktion einen oder mehrere Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte, die aus einem Teil der Klammerkonstruktion in eine Sperrposition im zweiten Teil der Klammerkonstruktion ausgezogen oder eingezogen werden können. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung der Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte durch Verwenden eines dualen Zahnstangen- und Einzelritzelsystem erreicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stehen die Abschnitte der Klammervorrichtung in einer korrekten Arbeitsposition, sobald zwei Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte, welche in dem Ambossabschnitt gelagert sind, ausgezogen werden und in Eingriffe auf dem Klammerschießabschnitt eingreifen und sperren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet das Endoskop ein Zwei-Wege-Gelenksystem. In diesem Fall bringt die vollständige Biegung des Gelenkabschnitts unter Verwendung eines festen Krümmungsradius die zwei Abschnitte der Klammervorrichtung in Ausrichtung.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Vier-Wege-Gelenkabschnitt verwendet. In diesem Fall wird eine Positionierungseinheit mit zwei separaten Elementen, von denen eines neben dem Klammerspendeabschnitt und das andere neben dem Ambossabschnitt angeordnet ist, bereitgestellt, um dabei behilflich zu sein, die Abschnitte der Klammervorrichtung in eine korrekte Arbeitsbeziehung zu bringen. Die Positionierungseinheit kann Ultraschall-, Licht-, Radiofrequenz-, Piezoelektrik- oder Magnetquellen und -detektoren verwenden.
Der Klammerschießabschnitt enthält eine Klammerpatrone mit einem oder eine Vielzahl von Klammerarrays. Jedes Array besteht aus einer oder einer Vielzahl von Klammern. Die Klammerarrays werden durch Klammerspender, die durch Nocken betätigt werden, welche wiederum durch proximale Mittel betätigt werden, geschossen. Die Klammerpatrone ist nach dem Abschuss jedes Klammerarrays indexierbar aufgrund der Inbetriebnahme eines proximalen Nockenwellenantriebs.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind drei Klammerarrays mit fünf Klammern pro Array vorgesehen, die drei Fenster auf jeder Seite der Klammerpatrone aufweisen, um dabei behilflich zu sein, sie nach der Indexierung an der Stelle zu sperren.
Vorzugweise umfasst die Vorrichtung der Erfindung, ist aber nicht beschränkt auf, Sicherheitsmittel zum Sperren des Arbeitsvorganges der Klammerschießvorrichtung, falls die zwei separaten Elemente der Positionierungseinheit nicht ausgerichtet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte so gebildet, dass die Stiftspitzen durch die Streckung des Gelenkabschnitts brechen können, im Falle dass der Entriegelungsmechanismus ausfällt.
Die endoskopische Vorrichtung der Erfindung sollte vorzugsweise ein Sichtmittel umfassen, üblicherweise eine Videokamera. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei getrennte optische Kanäle vorgesehen, die zwei unabhängige Bilder bereitstellen, eins aus dem Ambossbereich an der distalen Spitze und eins aus dem Klammerpatronenbereich im Endoskopschaft. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass es üblicherweise notwendig ist, eine Beleuchtungsvorrichtung für Sichtzwecke zu schaffen. Zusätzlich können weitere herkömmliche endoskopische Vorrichtungen und Zubehör geschaffen werden, wie Wasser- und/oder Luftzufuhr und/oder Ansaugfunktion und/oder Ultraschall.
Die endoskopische Vorrichtung der Erfindung enthält vorzugsweise zwei oder mehr optische Kanäle, die eine oder mehrere unterschiedliche Ansichten hervorbringen. Das Endoskop gemäß der Erfindung eignet sich zum Vornehmen von verschiedenen chirurgischen Eingriffen, wie Fundoplikationen, Klammern des Magens zur Betreuung von Fettsucht, Blasenhalsschlingenoperation zur Betreuung von Inkontinenz sowie andere Eingriffe, die davon profitieren, wenn vielzählige Innenansichten bereitgestellt werden. Solche Behandlungen können perkutan durchgeführt werden oder mittels Eindringen durch natürliche Körperkanäle wie Speiseröhre und Harnröhre geschehen.
Aus diesem Grund umfasst das Endoskop in dieser Hinsicht einen oder mehrere separate optische Kanäle, die zwei oder mehr unterschiedliche Ansichten hervorbringen, wobei jeder dieser optischen Kanäle eine Objektivlinse und ein Mittel zum Einfangen oder Betrachten des Bildes aufweist; jeder Kanal beinhaltet wahlweise ebenfalls eins oder mehrere der folgenden Elemente: a) ein optisches Relaissystem, b) eine Okularlinse und c) eine Kopplungslinse, wobei diese geeignet sind, das erhaltene Bild durch die Objektivlinse an einen Bildsensoren und Anzeige zu liefern; wobei jede Objektivlinse an unterschiedlichen Positionen entlang der Länge des Endoskops angeordnet ist.
Unter einem anderen Aspekt umfasst das Endoskop vorzugsweise:

a) eine Ummantelung mit einem distalen Gelenkabschnitt;
b) Klammerkomponenten, welche zwischen einer ersten Stelle an der Spitze des Gelenkabschnitts und einer zweiten Stelle entlang der Länge der Ummantelung verteilt sind, wobei die Klammerkomponenten in eine kooperative Arbeitsgangsbeziehung durch Biegen der Gelenkspitze gebracht werden;
c) eine erste Objektivlinse, die auf der distalen Spitze angeordnet ist;
d) eine zweite Objektivlinse, die an der zweiten Stelle entlang der flexiblen Ummantelung angeordnet ist;
e) ein erster optischer Kanal zum Liefern des Bildes, das von der ersten Objektivlinse erhalten wird, an ein Wiedergabegerät, das mit dem Endoskop verbunden ist; und
f) ein zweiter optischer Kanal zum Liefern des Bildes, das von der zweiten Objektivlinse erhalten wird, an ein Wiedergabegerät, das mit dem Endoskop verbunden ist.

Die endoskopische Vorrichtung der Erfindung ist hauptsächlich zum Ausführen einer endoskopischen teilweisen Fundoplikation des Magenfundus eines Patienten vorgesehen, die folgende Schritte umfasst:

a) Bereitstellen einer endoskopischen Vorrichtung umfassend einen gebogenen Abschnitt und einen flexiblen Abschnitt, eine Positionierungseinheit aus zwei separaten Elementen und eine Klammerkonstruktion mit einer Klammerschießvorrichtung.
b) Bewegen des distalen Endes der endoskopischen Vorrichtung zum Eingreifen in den Fundus des Patienten und zum Versetzen desselben in Richtung unterer Teil des Ösophagus.
c) Einstellen der Klammerkonstruktion in eine Arbeitsposition durch Ausrichten der zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion, wobei eines auf dem gebogenen Abschnitt und das andere auf dem flexiblen Abschnitt des Endoskops angeordnet ist;
d) Bestimmen, wann die zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion ausgerichtet, indem ein Signal empfangen und analysiert wird, welches dadurch entsteht, dass ein Signalempfangs- und Analysekreis in eine enge Positionsbeziehung gebracht werden, die mit der Klammerkonstruktion kooperieren;
e) Schießen einer Vielzahl von Klammern aus der Klammerschießvorrichtung, wobei das Gewebe dazwischen geklammert wird; und
f) Drehen der endoskopischen Vorrichtung in Bezug auf die Speiseröhrenachse durch Wiederholen der Schritte (a) bis (e) so oft, bis die gewünschte teilweise Fundoplikation erreicht ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Klammerkonstruktion des Weiteren einen Amboss, wobei einer der Ambosse der Klammerschießvorrichtung auf dem gebogenen Abschnitt angeordnet ist und der andere auf dem flexiblen Abschnitt angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Signal, das entsteht, indem die beiden Elemente in eine enge Arbeitsposition gebracht werden, verstärkt, indem man einen physischen Parameter, der eine Abstandsfunktion darstellt, misst. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wird das Signal, das entsteht, sobald die beiden Elementen in eine enge Arbeitsposition gebracht werden, verstärkt, indem man es zu einem gemessenen Parameter in Korrelation bringt.
Ein Verfahren zum Positionieren der endoskopischen Vorrichtung in eine vorher ausgerichtete Arbeitsposition umfassend die folgenden Schritte:

A.) Einführen der endoskopischen Vorrichtung durch den Mund eines Patienten und Orten der Lage des gastroösophagealen Überganges;
B.) Bestimmen des Abstands eines Bezugpunkts, der auf der endoskopischen Vorrichtung angeordnet ist, und dem gastroösophagealen Übergang.
C.) Einführen der endoskopischen Vorrichtung in den Magen mit einer Länge unter dem gastroösophagealen Übergang, die genügt, dass die distale Spitze in eine Position gebogen werden kann, in welcher der Fundus in Richtung Speiseröhre gedrückt wird;
D.) Feststellen der endoskopischen Vorrichtung, damit diese sich in Bezug auf die Speiseröhrenachse nicht bewegen kann.
E.) Bestimmen der Position des Klammerkonstruktionsabschnitts, der innerhalb der Speiseröhre angeordnet ist unter Verwendung seiner Ausgangsachsenstellung, wobei der Abstand in Schritt B.) bestimmt wurde sowie der Krümmungsradius des fernen Abschnitts der endoskopischen Vorrichtung; und
F.) Verschieben des Klammerkonstruktionsabschnitts zum Positionieren desselben in einem Bereich von ungefähr 5-6 cm über dem gastroösophagealen Übergang.

Alle oben genannten und anderen Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden ferner durch die folgenden darstellende, aber nicht einschränkende, Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen derselben verstanden, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Ummantelung des Magens aus dem Stand der Technik bei 360 Grad um die Speiseröhre;
2 eine hintere teilweise Fundoplikation nach Toupet (270 Grad) aus dem Stand der Technik;
3 eine Thal-Anterior-Fundoplikation (180 Grad) aus dem Stand der Technik;
4A und 4B eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Endoskops
5 eine schematische Darstellung des befestigten Abschnitts und den gebogenen fernen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6A und 6B eine schematische Darstellung des mechanischen Eingriffs bei einer Fundoplikation unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 eine schematische Darstellung der Positionierung der Vorrichtung vor dem Klammern;
8A bis 8D eine Darstellung der verschiedenen möglichen Fehlausrichtungen beim Positionieren der Vorrichtung;
9A und 9B eine schematische Darstellung des Klammervorganges;
10 eine schematische Darstellung des Betriebs einer endoskopischen Vorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
11 eine Darstellung der Positionierung der Vorrichtung aus 10;
12 eine Anordnung einer Spitze der Vorrichtung aus 11;
13 eine Darstellung des Positionierungsvorganges des Amboss in der Speiseröhre, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
14 einen Beißer, der in einem Vorgang gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
15A bis 15C eine Feinpositionierung des Amboss innerhalb der Speiseröhre;
16A eine schematische Darstellung eines festen Abschnitts und des distalen Gelenkabschnitt eines Endoskops, umfassend eine Klammervorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
16B eine schematische Darstellung des Endoskopgelenkes aus 16A mit maximalem Biegungswinkel;
17A eine schematische Darstellung der distalen Spitze eines Endoskops, die mit einer Buchse für den Ambossteil einer Klammervorrichtung versehen ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
17B eine Darstellung der distalen Spitze eines Endoskops aus 17A, wobei das Ambossmodul der Klammerkonstruktion ausgerichtet ist;
18A ein Querschnitt, der die inneren Teile einer verschiebbaren Ambosseinheit darstellt, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
18B ein Querschnitt ähnlich wie in 18A, der die inneren Teile einer verschiebbaren Ambosseinheit darstellt, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
18C eine Darstellung der Vorderseite einer Ambosseinheit aus 18A und 18B;
19A und 19B eine schematische Seiten- bzw. Vorderansicht des Klammerpatronenhalters, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
20A einen Anriss des Patronenhalterkörpers aus 19A und 19B;
20B einen Querschnitt entlang der A-A Ebene eines Patronenhalterkörpers aus 20A;
21 eine Darstellung der Inbetriebnahme einer Nockensubkonstruktion einer Klammerpatrone aus 20A;
22A eine Seitenansicht eines Patronenkörpers aus 20A, die eine Antriebsnocke darstellt;
22B, 22C und 22D eine Darstellung des Abschusses der Klammern;
23A und 23B sind schematischer Drauf- bzw. Seitenansichten des Gehäuses der Klammerpatrone;
24A ein Bindeglied des Gelenkabschnitts des Endoskops;
24B eine Verbindung zwischen zwei wie in 24A dargestellten Bindegliedern;
25A die Klammerzusammenstellung vor dem Abschuss, wobei ferner übliche Dimensionen angezeigt werden;
25B die Klammerzusammenstellung nach Abschuss;
26A eine schematische Darstellung des Klammervorgangs, wobei Sicherheitsstifte vom Amboss entfernt werden und in die Klammerpatrone verzahnen;
26B eine schematische Darstellung des Klammervorgangs, in der die Situation nach Abschuss der Klammern und Entfernung der Sicherheitsstifte dargestellt wird;
27 eine schematische Darstellung eines üblichen Endoskopobjektivs;
28A bis 28E ein Schema von Endoskopkonfigurationen mit einem einzigen optischen Kanal;
29A bis 29C verschiedene Möglichkeiten zum Wiedergeben von multiplen Ansichten;
30A eine schematische Darstellung der Augenstückarten für die Monokularansicht;
30B eine schematische Darstellung der Augenstückarten für die Biokularansicht;
30C eine schematische Darstellung der Augenstückarten für die Stereoskopansicht;
31A bis 31D eine schematische Darstellung von verschiedenen Konfigurationen der optischen Dualkanäle für die Dualansicht;
32 eine schematische Darstellung eines üblichen endoskopischen Beleuchtungssystems;
33A eine schematische Ansicht einer optischen Anordnung, die optische Dualkanäle darstellt;
33B eine Querschnittsansicht der Konstruktion aus 33A vom distalen Ende aus betrachtet;
34 ein Entwurf für die Wiedergabe einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
35 ein Blockdiagramm einer Ultraschall-Positionierungseinheit, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
36 eine schematische Darstellung des räumlichen Phasenunterschieds des Messabstandes;
37 eine schematische Darstellung eines Ausrichtungsverfahrens basierend auf einem Intensitätsverfahren;
38 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausrichtungsverfahren basierend auf einem Intensitätsverfahren;
39A und 39B eine schematische Darstellung einer Dreiecksverfahren der Ausrichtung;
40 eine schematische Darstellung einer Dreieckskonstruktion zur Verwendung in einem Ausrichtungsverfahren;
41 eine schematische Darstellung der Form eines Ultraschallstrahls;
42 eine schematische Darstellung Wellenleiter-Positionierungsverfahren;
43A eine schematische Darstellung eines Einzelschritt-Reflektoren;
43B eine schematische Darstellung des reflektierten Signals vom Reflektor aus 43A
43C eine Wiedergabe eines Oszillographenschirmes, der die Reflexionen von einem Reflektor der Art wie in 43A dargestellt wird, aufzeigt;
44A eine schematische Darstellung eines Zweischritt-Reflektors;
44B eine schematische Darstellung des reflektierten Signals vom Reflektor aus 44A;
45A eine schematische Darstellung eines weiteren Zwei-Schritt-Reflektors;
45B eine schematische Darstellung des reflektierten Signals vom Reflektor aus 45A;
46A eine Darstellung eines zylindrischen Reflektors;
46B eine schematische Darstellung des reflektierten Signals vom Reflektor aus 46A;
46C eine Wiedergabe einer Photographie eines Oszillographenschirms, der die Reflexion eines Reflektors der Art, wie in 46A gezeigt, darstellt;
47 eine schematische Darstellung eines Zwei-Schritt-Reflektors auf einer Klammerpatrone;
48 ein Blockdiagramm eines Ultraschallsystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
49 eine schematische Darstellung des Übermittlungsabschnitts des Ultraschallsystems;
50 eine schematische Darstellung des Empfängerabschnitts des Ultraschallsystems;
51A und 51B Wiedergaben von Photographien von Computerbildschirmen, die festgelegte Bezugssignale darstellen;
52A eine Wiedergabe einer Photographie auf einem Computerbildschirm, wobei das gemessene empfangene Signal und ein Korrelationsergebnis zwischen dem empfangenen Signal und dem Bezugssignal aus 51B ergeben;
52B eine Vergrößerung eines Abschnitts aus 52A;
53 ein Ablaufdiagramm eines Ausrichtungsalgorithmus;
54 eine schematische Darstellung eines Zwei-Wege-Reflektoren; und
55A-55F eine schematische Darstellung eines Ausrichtungsvorganges.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen, die nicht einschränken sollen, und anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen weiter erläutert. Die Erfindung verwendet viele Elemente wie endoskopische Grundelemente und die chirurgische Klammervorrichtung, die im Stand der Technik bekannt sind und aus diesem Grund und um der Kürze willen hierin nicht im Detail beschrieben werden. Ein herkömmliches Endoskop wird in 4 dargestellt. Dieses Endoskop enthält verschiedene Merkmale, wie Bedienungsschalter, Anwinkelsperre usw., die an der Vorrichtung gemäß der Erfindung sein können, die in der folgenden Beschreibung aber nicht im Detail beschrieben werden, weil sie herkömmlich und dem Fachmann gut bekannt sind. Aus diesem Grund werden in der folgenden Beschreibung nur Elemente beschrieben, die für das Darstellen der Erfindung notwendig sind. In kurzer Beschreibung umfasst jedoch das Endoskop aus 4A, im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet, einen Kontrollabschnitt 41 mit Ansaugventilen, Sperrungen, Schaltern, usw., wobei die Schalter 42-45 zum darstellerischen Zweck gekennzeichnet sind. Es umfasst ebenfalls einen Anschlussabschnitt 46 zum Verbinden von Luft- und Wassereinlässen, Lichtleitungen, usw., wobei die Lichtleitung zum darstellerischen Zweck mit 47 gekennzeichnet ist. Der Einlassschlauch 48 enthält drei separate Abschnitte: eine flexiblen Abschnitt 49, einen gebogenen Abschnitt 50 und ein distales Ende 51. Diese letztgenannten drei Abschnitte werden genauer in 4B dargestellt, die ebenfalls die distale Spitze 52, in der das distale Ende 51 ruht, anzeigt.
Beim Betrachten von 5, wird der distale Abschnitt der Vorrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Dieser Abschnitt enthält einen gebogenen Abschnitt, der mit „b" gekennzeichnet ist und einen festen, nicht gebogenen Abschnitt, der mit „f" gekennzeichnet ist. Der gebogene Abschnitt kann von jeder geeigneten Art sein, wie beispielsweise in 4A gezeigt, oder in der oben genannten US-Patentschrift 5,787,897 beschrieben. Der feste Abschnitt „f" enthält ein erstes Element einer Klammerkonstruktion, 61, dessen Gegenstück, 61A, nahe der distalen Spitze 63 des gebogenen Abschnitts, b, angeordnet ist. Die Klammerelemente 61 und 61A bilden zusammen die gesamte Klammerkonstruktion, die weiter unten näher beschrieben wird. In ähnlicher Weise enthält der feste Abschnitt f ein erstes Positionierungselement 62, dessen Gegenstück 62A in dieser speziellen Ausführungsform neben der distalen Spitze 63 angeordnet ist, wobei diese gemeinsam die gesamte Klammerkonstruktion bilden, die weiter unten beschrieben wird. Die Positionierungselemente 62 und 62A können an jeder geeigneten Stelle entlang der bezüglichen Abschnitte b und f der Vorrichtung angeordnet sein (z.B. entweder unter oder über den Elementen 61 und 61A) unter der Bedingung, dass, wenn die beiden Elemente 61 und 61A der Klammerkonstruktion sich in einer Arbeitsposition zueinander befinden, die beiden Elemente 62 und 62A sich ebenfalls in einer Arbeitsposition zueinander befinden.
Positionierungskennzeichnungen 64 können an einem äußeren Ende außerhalb des Patienten auf der Vorrichtung angeordnet werden, um Auskunft über die Länge der Vorrichtung zu geben, die in den Patienten eingeführt worden ist. Endoskopische Sichtmittel (nicht dargestellt) können bereitgestellt werden, um ein Bild des den Magengrundes zu liefern und um den Abstand zwischen dem Einführungspunkt und dem gastroösophagealen Übergang jedes einzelnen Patienten zu bestimmen. Diese Mittel sind in endoskopischen Geräten herkömmlich und werden deshalb hierin nicht näher beschrieben.
Die Vorrichtung der Erfindung betrifft drei insbesondere wichtige Bereiche des Arbeitsablaufs: 1) die mechanische Bedienung der Vorrichtung, um sie in eine im Allgemeinen gewünschte Position zu bringen; 2) den Positionierungsvorgang zum Positionieren derselben an die exakt gewünschte Stelle vor dem chirurgischen Eingriff; und 3) den chirurgischen Eingriff, der im Allgemeinen – aber nicht beschränkt ist auf – das Klammern von lebendem Gewebe einschließt. Diese Arbeitsabläufe werden im Folgenden detailliert beschrieben.
MECHANISCHE BEDIENUNG DER VORRICHTUNG
Die mechanische Bedienung der Vorrichtung umfasst das Biegen des gebogenen Abschnitts der Vorrichtung zum Greifen des Magenfundus mit der distalen Spitze 63 und die Bewegung desselben in Richtung unterer Ösophagus. Dies wird schematisch in 6 (A und B) dargestellt. 6A zeigt zwei Positionen der Vorrichtung, a und a'. Position a ist die Anfangsposition, nachdem die Vorrichtung vollständig mit der gewünschten Einführungslänge eingeführt wurde. Position a' stellt den Beginn der Biegung des gebogenen Abschnitts b der Vorrichtung dar, in Richtung Fundus 65, wobei die Spitze mit 63' gekennzeichnet ist.
6B zeigt die Situation, in der die Biegung der Vorrichtung weiter vorgeschoben wurde und die distale Spitze 63 den Fundus 65 dazu gebracht hat, sich von seiner ursprünglichen Position in eine Position näher dem unteren Ösophagus zu bewegen. In dieser Position, oder, falls der Fundus richtig durch die Spitze 63 positioniert wurde, in einer näheren Position kann das Zusammenklammern von Fundus und Ösophagus vorgenommen werden. Dieses Verfahren kann einmal oder mehrmals wiederholt werden, um eine 180°-Fundoplikation zu erreichen.
DER POSITIONIERUNGSVORGANG
Der Positionierungsvorgang ist der entscheidende Schritt in dem Verfahren. Dies kann mit Blick auf 7 erklärt werden. Diese Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Klammerkonstruktion 61, 61A dargestellt wird sowie die Positionierungseinheit 62, 62A, die auf der endoskopischen Vorrichtung angeordnet ist, und im Allgemeinen mit der Nummer 66 gekennzeichnet ist. Es sollte beachtet werden, dass die Anordnung der beiden Vorrichtungen spiegelverkehrt im Vergleich zu 5 ist, um aufzuzeigen, dass die Anordnung keine entscheidende Rolle spielt.
Zum Befestigen des unteren Teils des Fundus 65 mit dem unteren Teil des Ösophagus 67 mittels einer Klammerkonstruktion 61, 61A (der Vorgang wird weiter unten beschrieben) ist es unbedingt erforderlich, dass Element 61 und Element 61A in eine richtige Arbeitspositionierung zueinander gebracht werden, so dass Klammern beim Abschuss ihre vorgesehene Aufgabe erfüllen können. Ein Fehler beim Vor gang der richtigen Positionierung der Teile der Klammervorrichtung in eine korrekte Arbeitsposition kann schwerwiegend sein, weil dies dazu führt, dass die Klammer nicht richtig positioniert oder gebogen wird und es besteht ein hohes Risiko, dass das Gewebe, an dem das Klammern durchgeführt worden ist, verletzt wurde.
8A-8D zeigen eine mögliche Fehlausrichtung Vorrichtungsabschnitte. 8A zeigt eine gewünschte Situation, in der die beiden Elemente 62 und 62A, die eine Klammerkonstruktion bilden, miteinander ausgerichtet sind und die Vorrichtung so in Arbeitskondition bringen. 7 zeigt schematisch wie das Ausrichten der Positionierungseinheit zum entsprechenden Ausrichten der Klammerkonstruktion führt.
8B zeigt eine Situation, in der eine Abwinkelbewegung am Ellenbogen 68 der Vorrichtung aus 7 stattgefunden hat und zu einer Fehlausrichtung der Größenordnung „d" zwischen den Positionierungselementen führt. 8C zeigt eine gedrehte Fehlausrichtung, wobei der gebogene Abschnitt der Vorrichtung ebenfalls um eine Achse mit einem Winkel θ gedreht wurde und zu einer vergleichbaren Fehlausrichtung der Klammerkonstruktion führt. Schließlich zeigt 8D die Situation, in der die distale Spitze 63 der Vorrichtung nicht weit genug hoch geführt wurde und eine Fehlausrichtung in der Höhe „h" entstanden ist. Alle diese Situationen müssen vermieden werden, weil jede von ihnen gefährlich ist und nicht zum gewünschten Ergebnis führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Ausrichtungskonstruktion aus diesem Grund aus zwei Elementen, die, sobald sie in eine Ausrichtung gebracht werden und die Elemente der Klammerkonstruktion ausgerichtet sind, die Betätigung der Klammervorrichtung zugelassen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sendet eines der Elemente der Positionierungseinheit Licht aus, während das andere ein photosensitives Element ist, das das empfangene Licht in ein Signal umwandelt. Hier zeigt die maximale Intensität des Signals die maximale Ausrichtung an.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eines der Elemente der Positionierungseinheit ein piezoelektrischer Wandler und das andere ist ein einfacher Überstand. Die Anwendung eines Drucks durch den Überstand auf den piezoelektrischen Wandler mittels eines dünnen Gewebes erzeugt ein elektrisches Signal, das zur Bestimmung seines maximalen Werts erneut analysiert wird.
Es sollte darauf hingewiesen werden, dass bei manchen Arten von Positionierungseinheiten, wie beispielsweise die Verwendung einer RF-Vorrichtung auf Wunsch, es keinesfalls notwendig ist, dass die Elemente 62 und 62A physisch wie in 8A, usw. ausgerichtet sein müssen, damit ihre physischen Mittelpunkte im Wesentlichen ausgerichtet sind. Wenn das Ausrichtungsverfahren nicht auf eine physische, Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Übereinstimmung baut, könnten die Elemente 62 und 62A anders auf den beiden Abschnitten der Vorrichtung angeordnet werden, vorausgesetzt, dass, wenn sie ein Ausgangssignal zur maximalen Ausrichtung erzeugen, die Elemente 61 und 61A der Klammerkonstruktion tatsächlich physisch miteinander ausgerichtet sind.
Ein Fachmann wird zu schätzen wissen, dass viele verschiedene Ausrichtungsschemen erdacht werden können, zum Beispiel, das Verwenden von RF-Signalen zum Bestimmen einer Ausrichtungsposition oder das Verwenden von Magnetfeldgeneratoren auf der einen Seite und eines Magnetfeldpositionierungssensor auf der anderen Seite.
CHIRURGISCHER EINGRIFF
Der chirurgische Eingriff wird hierin in Bezug auf das Klammern des Gewebes dargestellt, der Einfachheit halber. Es sollte sich verstehen, dass die Erfindung dennoch nicht auf das Klammern eingeschränkt ist und dass jeder andere Eingriff, der sich zum Verbinden von Gewebe eignet, sowie den Fundus in Nebeneinanderstellung mit dem unteren Teil des Ösophagus bringt, z.B. durch Zunähen mit einer Nadel, ebenfalls angewendet werden kann. Das Klammern ist jedoch das vorteilhafteste Verfahren bei der allgemeinen Verwendung für diese Art von chirurgischen Eingriff und wird aus diesem Grund hierin verwendet, um die Erfindung darzustellen.
9 zeigt den relevanten Teil der Vorrichtung und des Gewebes. In 9A wird das Element 61, welches in diesem Fall der Amboss ist, mit Element 61A ausgerichtet, welches in diesem Fall die Klammerschießvorrichtung ist. Selbstverständlich können die zwei Elemente umgekehrt werden, weil der Arbeitsablauf der Klammervorrichtung in beiden Fällen genau gleich wäre. Die Klammervorrichtung 61A kann durch eine einziehbare Bedeckung 69 bedeckt sein, um das Eindringen von fremdem Material zu verhindern, bis die zwei Elemente ausgerichtet und für den Gebrauch bereit sind. Der Fachmann versteht sich auf die Bedienung von Endoskopelementen, wie die Bedeckung 69, und wird aus diesem Grund und um der Kürze willen hierin nicht erläutert.
9B zeigt die Situation nach Ausführen des Klammerns. Klammern, die in ihrer Gesamtheit mit der 70 gekennzeichnet sind, haben zwischen dem Fundus und dem Ösophagus an der spezifischen Operationsstelle eingegriffen. Es ist nun möglich, die Vorrichtung durch Drehen in die nächste Stellung (zum Beispiel durch Bewegen in eine senkrechte Richtung im Hinblick auf die Ebene des Querschnitts aus 6) zu bewegen. Sobald die nächste Stelle erreicht wird, wird das Ausrichtungsverfahren wiederholt und das Klammern erneut vorgenommen.
Chirurgische Klammervorrichtungen sind im Stand der Technik weitaus bekannt. Beispiele solcher geeigneten chirurgischen Klammervorrichtungen können in den oben genannten US-Patentschriften gefunden werden und eine bevorzugte Klammervorrichtung gemäß der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
Es sollte ferner angemerkt werden, dass ferner Klammervorrichtungen ohne Amboss bereitgestellt werden können. Diese Art von Klammervorrichtung ist im Stand der Technik weit verbreitet und wird beispielsweise von Design Standards Corporation, USA, hergestellt. In diesem Fall ist es natürlich nicht notwendig, die Klammervorrichtung und den Amboss auszurichten, weil kein Amboss notwendig ist. Dennoch ist es ferner notwendig, die zwei Elemente der Positionierungseinheit in eine korrekte Positionierungsbeziehung zu bringen, weil sonst der falsche Gewebeabschnitt geklammert werden könnte. Dementsprechend sind alle hierin beschriebenen Positionierungsverfahren für beide Klammervorrichtungen mit oder ohne Amboss betroffen. Immer wenn in dieser Beschreibung auf eine der Klammervorrichtungen Bezug genommen wird, versteht es sich, dass das gleiche, mutatis mutandis, auch für die andere gilt und der betroffene Teil der Beschreibung wird um der Kürze willen nicht wiederholt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in 10 beschrieben, in der die gleiche Situation wie oben in Bezug auf 6B dargestellt ist, jedoch wird ein gebogenes Ende aus Verbindungsstücken verwendet, die einen Krümmungsradius aufweisen, so dass sie in die Position aus 11 gebracht werden, wobei die Spitze 69 des Endteils des gebogenen Abschnitts der Vorrichtung (Abschnitt „b" aus 5) nicht parallel zum festen Abschnitt (Abschnitt „f" aus 5) ist, siehe 6B, wobei seine Spitze 63 jedoch vielmehr gegenüber der Elemente 61 und 62 (5) angeordnet ist. Solch ein gebogenes Ende und Spitze können beispielsweise ähnlich denen aus 4B sein.
11 stellt schematisch die Positionierung der Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dar. Das Positionierungselement 62A, das auf der Spitze 63 angeordnet ist, wird gegenüber des Positionierungselements 62, das auf dem festen Abschnitt der Vorrichtung angeordnet ist, angeordnet.
12 zeigt schematisch eine Spitze 63 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung aus 11. Die Spitze umfasst das Positionierungselement 62A (das hier im Mittelpunkt der Figur angeordnet ist, aber auch woanders angeordnet werden kann), Element 61A der Klammerkonstruktion, ein Beleuchtungselement 71, welches beispielsweise ein Glasfaserleiter, Luftsaug- und/oder Wasserzufuhröffnung 72 sein kann und eine Videokamera 73.
EINFÜHRABLAUF
Der Ablauf, wie die endoskopische Vorrichtung eingeführt wird und in eine im Allgemeinen ausgerichtete Position gebracht wird (vor dem Einsatz der Positionierungseinheit 62-62A aus 7), wird kurz durch ein vereinfachtes Beispiel in Bezug auf 13 erklärt. In der Arbeitsposition muss das Klammerelement 61 (in diesem Beispiel mit Amboss benannt) mit einem Abstand „y" vom gastroösophagealen Übergang GJ angeordnet sein, der üblicherweise bei zwischen 5 und 6 cm liegt, wobei die gesamte Länge des Ösophagus üblicherweise zwischen ungefähr 35 bis 50 cm variiert, je nach Subjekt. Zum Bestimmen der exakten Länge „y" wird der GJ identifiziert, sobald die Vorrichtung zum ersten Mal eingeführt wird, durch Sichtprüfung, z.B. mittels Videokamera 73 aus 12. Die Gesamtlänge der eingeführten Vorrichtung an diesem Punkt wird bestimmt durch den Wert, der durch Ablesen der Positionierungskennzeichnungen 64 angezeigt wird, wie bereits mit Bezug auf 5 erklärt wurde. Die Kenntnis der Gesamtlänge der endoskopischen Vorrichtung, dessen Krümmungsradius „r" ist, und die exakte Position des GJ machen es möglich, die exakte Position des Amboss 61 in Bezug auf die Länge der endoskopischen Vorrichtung zu bestimmen.
Die endoskopische Vorrichtung 66 wird danach in die gewünschte Position vorgeschoben und daraufhin unter Verwendung von einer Klemmvorrichtung fixiert, wie beispielsweise von einem Beißer, wie in 14 dargestellt. Der Beißer, der im Querschnitt gezeigt und im Allgemeinen mit 80 gekennzeichnet ist, hat einen Beißabschnitt 81, der zwischen den Zähnen des Patienten gehalten wird. Die endoskopische Vorrichtung (nicht dargestellt) wird durch den Beißer mittels einer angemessenen Öffnung 82 eingeführt. Sobald die Vorrichtung die gewünschte Position erreicht hat, wird die endoskopische Vorrichtung zum Verbleib in der Position veranlasst, indem sie durch herkömmliche Klemmmittel (nicht dargestellt) an dem Beißer festgemacht wird.
Es ist nicht notwendig, den Amboss 61 zu bewegen, um ihn in die gewünschte Position zu bringen, beispielsweise 5-6 cm über dem GJ. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Verwendung einer Einrichtung, wie in 15A bis 15C dargestellt ist, erreicht. 15A zeigt einen Abschnitt 90 der endoskopischen Vorrichtung, der einen Schlitz 91 bereitstellt, durch den ein gewundenes Kabel eingeführt werden kann. Dies wird schematisch in 15B gezeigt, wobei der Amboss 61 auf dem gewundenen Kabel 92 angebracht ist und mit einem Innengewinde auf dem Amboss 61 verbunden wird. Das gewundene Kabel 92 ist flexibel und gelangt zu einer Mikrometerkonstruktion (nicht dargestellt), die vor dem Beißer angeordnet ist, am Ende 68 der Vorrichtung. Durch Betätigen der Mikrometerkonstruktion und mit der Kenntnis der Ösophaguslänge des Patienten und der Position vom GJ kann der Amboss 61 exakt 5-6 cm über dem GJ angeordnet werden, im Allgemeinen in einer vorher ausgerichteten Position mit der anderen Hälfte der Klammerkonstruktion 61A. 15C ist eine Querschnitts-Draufsicht, wobei der Körper 90 der Konstruktionsvorrichtung, das gewundene Kabel 92 und der kreisförmige Amboss 61 gezeigt werden.
16A zeigt nun schematisch den distalen Abschnitt eines Endoskops gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Abschnitt umfasst einen Klammerschießmechanismus gekennzeichnet als 101 und einen Gelenkabschnitt 102 an der distalen Spitze 103. Der Abschnitt 50 aus 4A wird aus den Abschnitten 102 und 103 gebildet.
Der Gelenkabschnitt 102 wird ähnlich wie in herkömmlichen Endoskopen ausgebildet, besitzt jedoch verschiedene einzigartige Merkmale. Zur Vereinfachung des Ausrichtungsablaufs und bei gleichzeitigem Erreichen von maximaler Genauigkeit, ist eine Zwei-Wege-Gelenkausbildung für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ausgewählt worden. Dies bedeutet, dass der Gelenkabschnitt veranlasst wird, sich in nur eine Richtung zu biegen (beispielsweise kann die Spitze des Endoskops nur von geradeaus zu einer Seite und zurück gebogen werden auf einer relativ festgelegten Ebene). Zweitens kann die Vorrichtung sich bis zu 270° biegen, um den erforderlichen medizinischen Eingriff durchzuführen, was weiter ist als bei herkömmlichen Endoskopen. Schließlich ist der Gelenkabschnitt stark genug, um eine maßgebliche Kraft gegen das Gewebe beim Überdehnen, Klemmen und Klammern des Fundus zu schaffen (unten beschrieben in Bezug auf den dargestellten chirurgischen Eingriff).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Klammerpatrone am proximalen Ende des Gelenkabschnitts 102 angeordnet. Das Klammereinsatzsystem weist eine seitliche Schießkonstruktion auf und erfordert einen Amboss, der am Ende der distalen Spitze angeordnet ist. Sowohl die Klammerpatrone als auch die Ambossmodule sind vorzugsweise ersetzbar und passen in Anschlüsse auf dem Schaft und der distalen Spitze. Die Anschlüsse werden in 16A mit 61 bzw. 61A ausgezeichnet. Die Klammerelemente an 61 und 61A bilden zusammen eine gesamte Klammerkonstruktion, die weiter unten näher erläutert wird.
16B zeigt schematisch die Vorrichtung aus 16A in einer vollständig gebogenen Position. Der Gelenkabschnitt 102 wurde mit dem Biegungswinkel α unter Verwendung eines festgelegten Krümmungsradius „r" gebogen. Die Werte von Radius „r" und die Länge des Gelenkabschnitts werden durch die festen Werte „1" (Länge der distalen Versteifungsrippe) und „y" (Abstand zwischen der Position, an der das Klammern vorgenommen wird und dem proximalen Ende des Gelenkabschnitts des Endoskops), so dass das Biegen der Vorrichtung die beiden Teile der Klammerkonstruktion in eine vollständige und exakte Ausrichtung bringt.
17A zeigt schematisch die distale Spitze des Endoskops (Abschnitt 103 aus 16A). Das verschiebbare Ambossmodul der Klammerkonstruktion wird mit einem Anschluss, der mit 110 gekennzeichnet wird, verbunden. Zwei runde wieder verwendbare Stößel und Dichtungen sind Teil des Ambosshalters und werden als 111 dargestellt. Ein Kanal zum Ansaugen, zur Wasserversorgung oder zu jeglichem anderen Zweck wird als 112 dargestellt. Der Bildkanal ist die 113 und 114 stellt Beleuchtungsfasern dar.
Der Fachmann wird verstehen, dass weitere Möglichkeiten vorgesehen werden können und andere Zusammensetzungen gestattet sind, die von den Erfordernissen des vorzunehmenden endoskopischen Eingriffs abhängig sind. Beispielsweise kann ein Wandler, Empfänger oder Reflektor an eine der Positionen 114 angeordnet werden um eine Ultraschallpositionierung wie unten beschrieben wird zu verwenden.
17B zeigt die distale Spitze aus 17A mit einer ausgerichteten Ambosseinheit 115. Die Bezugsnummern 112, 113 und 114 stellen die gleichen Teile wie in 17A dar. Das Bezugszeichen 116 ordnet die Löcher, durch die die Ausrichtungs-/Sicherungsstifte die Ambosseinheit verlassen und 117 bezeichnet die Vertiefungen auf der Ambossvorderseite zum Biegen der Klammern.
18A und 18B zeigen Querschnitte durch die inneren Teile der verschiebbaren Ambosseinheit, die gebraucht werden, um den Eingriff zu erklären. Zwei verschiedene Systeme werden in diesen Figuren geschildert.
In 18A wird der Betätigungsmechanismus 120 zum Vor- bzw. Rückziehen der Sperr- bzw. Führungsbolzen verwendet. 18B zeigt ein weiteres bevorzugtes System. Innerhalb einer Traghülse werden ein duales Zahnstangensystem 123 und ein Einzelritzelsystem 124 vorgesehen, um die wünschenswerte Bewegung von zwei Sperr- bzw. Führungsbolzen 121 zu schaffen. Die Bezugsnummer 117 bezeichnet die Vertiefungen and der Ambossvorderseite, die das Biegen der Klammern herbeiführt. 18C zeigt die Ambossvorderseite, wobei hier das Muster von fünf Klammern dargestellt wird, das in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. In dieser Figur stellt Bezugszeichen 117 die Vertiefungen zum Krümmen der Klammerenden dar und 116 bezeichnet die Löcher, durch die die Sperr- bzw. Führungsbolzen herausragen. In 18A bezeichnet das Bezugszeichen 122 die Stößel, die Teil des Ambosshalters sind und nicht der verschiebbaren Ambosseinheit.
Der zweite Teil der Klammervorrichtung besteht aus einem Klammerpatronenhalter mit einer verschiebbaren Klammerpatrone, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf dem festen Abschnitt des Endoskopschafts nah des Gelenkabschnitts angeordnet ist. 19A ist eine Seitenansicht und 19B ist eine Vorderansicht, die schemati sche Teile darstellt, die in 16A an 101 angeordnet sind. Der Klammerpatronenhalter 130 besteht aus einem Schlauch mit angemessenem Innen- und Außendurchmesser und einem Profilausschnitt. Innerhalb ist der Ausschnitt mit einem Stück angeformten Blech (nicht dargestellt) ausgekleidet, dass eine hermetische Abdichtung bereitstellt und die verschiebbare Klammerpatrone 131 an der angemessenen Position mit einem präzisen Standortregister für die Versetzung der Klammerpatronen zum anschließenden Schießen zurückhält.
And der Schlauch- und Blechkonstruktion ist eine Saugführung mit einer Dichtung befestigt, die wiederum einen Stößel aufweist (und die als Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 132 gekennzeichnet werden). Der Stößel schießt ein Klammerarray, sobald er in eine proximale Richtung gezogen wird und indiziert der Klammerpatrone die nächste Position durch eine Druckbewegung in distale Richtung.
Das verschiebbare Patronengehäuse enthält zwei Untersysteme, den Patronenkörper, wie in 20A und 20B dargestellt, und das Nockenantriebssubsystem, das in 21 dargestellt ist.
In Bezug auf 20A wird die Klammerpatrone aus rostfreiem Stahl oder anderem geeignetem Material ausgebildet, wie geeignetes Plastik, und besteht aus einem Patronenkörper (im Allgemeinen mit 140 gekennzeichnet), der, in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in dieser Figur dargestellt wird, drei Arrays enthält, die jeweils aus fünf Klammern 141 und ihrem jeweiligen Abschuss (dargestellt in 20B und 22A-22D) in angemessenem Abstand voneinander bestehen. Jedes Klammerarray weist zwei Löcher 142 auf, die vollständig ausgefüllt von Sperrriegeln und Federn zum Absenken der Sperrriegel in die gewünschte Richtung zum Verriegeln mit den Feststell- bzw. Sperrstiften die durch Vorstehen den Amboss bilden. Drei Fenster 143 auf jeder Seite des Patronenkörpers, die zur Indexierung der Patrone notwendig sind, sind ebenfalls vorhanden.
20B ist ein Querschnitt durch den Patronenkörper aus 22A, der entlang der A-A Ebene verläuft und schematisch die Hauptelemente des Subsystems zeigt. In der Figur kennzeichnet das Bezugszeichen 142 die Löcher aus 20A. Diese Ansicht zeigt schematisch den abgeschrägten Eingang in jedes Loch, das den leichteren Einlass des Stifts in das Loch gestattet und dementsprechend die beiden Abschnitte der Klammervorrichtung in die präzise Ausrichtung bringt, sobald der Stift in das Loch eintritt. Die mittlere Klammer des Arrays ist mit der 141 ausgezeichnet und der Abschuss ist mit der 144 ausgezeichnet. Das Bezugszeichen 145 bezeichnet den Sperrzahn und Bezugszeichen 146 die Blattfeder, deren Funktion das Sperren des Feststell- bzw. Sperrstift in die Abschussposition der Klammern ist. In 20B kennzeichnet das Bezugszeichen 147 den Zapfen des Sperrriegelzahns und ein Abschussabschnitt der Nocke wird als 148 dargestellt.
Die Patrone weist ein Blechgehäuse auf, welches sie an drei Seiten einfasst, die Patrone zusammenhält und die Antriebsnocken an der Position hält. Das Gehäuse wird als Seitenansicht in 23A und als Draufsicht in 23B dargestellt. Es weist zwei aufgesetzte Abschnitte 149 auf, die in ein Fenstersatz auf dem Patronengehäuse greifen, um zu verhindern, dass sich die Patrone proximal bewegt, während die Nocken ein Klammerarray schießen, und die daraufhin zur präzisen Ausrichtung beim distalen Indexieren in die nächste Position verwendet werden.
Das Nockenantriebsubsystem, das im Allgemeinen in Draufsicht mit 150 in 21 gezeigt wird, besteht aus drei abgeschrägten Nocken 151, die den Klammerabschuss 144 ( 20B) aktivieren, der die Klammern 141 aus 22A schießt. 22A ist eine Seitenansicht, welche die Beziehung zwischen diesen Elementen darstellt. Die drei Nocken 151 werden an eine Querstrebe 152 geschweißt oder andersartig damit verbunden. An der Außenseite weisen zwei der Nocken ferner Enden auf, die leicht angeformt sind, um leicht in die Position innerhalb der Patrone zu greifen um in die nächste Position zu gelangen.
Zwei andere Komponenten 153 aus 21 sind an der äußeren Außenseite vorhanden. Es sind Vorrichtungen deren Funktion das Entsperren der Sperrzähne ist zum Lösen der Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte nach dem Schießen des Klammerarrays. Diese werden aufgrund der Platzeinschränkungen nicht mit der Nockenkonstruktion verschweißt und weil vor der Anfangsbewegung eine Verweilzeit erforderlich ist. Die Nocken werden durch die Querstrebe 152, die Teil der Nockenkonstruktion ist, betätigt.
Während die oben aufgeführte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Klammerpatrone bestehend aus drei Fensterpaaren zur Indexierung und drei Nocken zum Schießen der drei Arrays mit jeweils fünf Klammern ist, sollte es klar sein, dass andere Anordnungen vorgesehen werden können, die eine andere Anzahl von Arrays mit einer anderen Anzahl von Klammern pro Array, je nach den Erfordernissen des vorzunehmenden Eingriffs.
Es sollte dem Fachmann ebenfalls klar sein, dass die Positionen des Klammerspendesystems und des Ambosses austauschbar sein können, und dass die Klammerelemente an verschiedenen Positionen entlang der Längsachse des Endoskops angebracht werden können. Zum Beispiel kann ein Teil des Klammersystems proximal in Bezug auf die Verbindung zwischen dem Gelenkabschnitt und den flexiblen Abschnitten innerhalb des flexiblen Schafts des Endoskops angeordnet sein. Es ist in bestimmten Fällen ebenfalls möglich den Krümmungsradius der Vorrichtung durch Anordnen der Klammerpatrone auf einem Verbindungsstück des Gelenkabschnitts zu vermindern, beispielsweise wenn nur ein Klammerarray abzuschießen ist.
Die Hauptmerkmale des Gelenkabschnitts des Endoskops gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden in 24A und 24B dargestellt. Ein übliches Verbindungsstück des Gelenkabschnitts ist in 24A im Allgemeinen mit 161 ausgezeichnet. Jeder Gelenkteil wird mit einem Paar kreisförmiger Haltevorrichtungen 162 ausgebildet, wobei die Außenflächen mit der Außenfläche des Verbindungsstücks an einem Ende bündig übergehen sowie mit einem zweiten Paar Haltevorrichtungen 163, die aufgrund der Dicke der Haltevorrichtungen 162 am zweiten Ende vertieft sind. Jede der Haltevorrichtungen ist von einem Loch 164 durchbohrt. Für die Kabel, die für das Gelenk benötigt werden, werden vier Löcher 165 in die Gelenkteilwände gebohrt. Ein hohler Bereich 166 durch den Mittelpunkt von jedem Verbindungsstück gestattet die Passage von optischen Kanälen, Beleuchtungskanälen, Saugkanälen usw. zu der distalen Spitze des Endoskops.
24B zeigt eine Verbindung zwischen zwei Verbindungsstücken aus 24A. Die zwei Haltevorrichtungen 162 des ersten Verbindungsstücks werden an die vertieften Haltevorrichtungen 163 des zweiten Verbindungsstücks gesteckt. Ein Drehzapfen 167 wird durch die Löcher 164 in die Haltevorrichtungen geführt und Halteklemmen 168 können zur Vervollständigung der Konstruktion hinzugefügt werden. In einer weiteren, insbesondere bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung aus 24B sind keine Halteklemmen 168 vorgesehen.
Ausbildungsparameter wie Länge der Verbindungsstücke, Freiwinkel (maximaler Krümmungswinkel) zwischen Verbindungsstücken, Radius und höchster Krümmungswinkel des gesamten Abschnitts bestimmen die Anzahl der Verbindungsstücke, die miteinander verbunden werden, um den Gelenkab schnitt zu bilden. Die Außenenden der ersten und letzten Verbindungsstücke werden dazu ausgebildet, mit dem übrigen Endoskop bzw. der distalen Spitze anzuknüpfen.
Die Drehzapfen enthalten Querlöcher für die Kabel, die dadurch verlaufen müssen. Diese Querlöcher und Kabel werden in 24A und 24B nicht dargestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet der Gelenkabschnitt ein Kabelpaar (oder ein einzelnes Kabel, das um ein Rad gewickelt ist, welches am proximalen Ende des Endoskops angeordnet ist) zum Aktivieren des Biegevorgangs. Ein Kabel passiert das Loch in der Verbindungsstückwand im Inneren des sich biegenden Bogens und biegt das Endoskop in die gebogene Position. Das zweite Kabel wird gegenüber des ersten angeordnet und entspannt den Abschnitt. Der Betätigungsmechanismus ist dem Fachmann gut bekannt und braucht hier nicht weiter beschrieben zu werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Vierweggelenksystem verwendet. Bei einem Vierweggelenksystem kann die Spitze des Endoskops in zwei gegenseitig senkrechte Ebenen bewegt werden. Dies ergibt ein höheres Maß an Bewegungsfreiheit, verkompliziert jedoch unnötig den Ausrichtungsvorgang und unterliegt der Verwendung eines der unten beschriebenen Ausrichtungssysteme. Vierweggelenksysteme sind im Stand der Technik sehr bekannt und werden um der Kürze willen deshalb hier nicht beschrieben.
Die detaillierte Beschreibung der Weise, in der das Klammersystem arbeitet, wird unten mit einer schematischen Beschreibung eines gewöhnlichen chirurgischen Eingriffs gegeben, worin die Verwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorgenommen werden kann, beispielsweise ein Fundoplikationsverfahren zur Behandlung von GERD.
Positionierungskennzeichnungen 64 können auf der Vorrichtung (wie in 5 dargestellt) an den Gliedmaßen außerhalb des Patienten angeordnet werden, um Auskunft über die Stelle der Vorrichtung zu geben, die in den Patienten eingeführt wurde.
Ebenfalls können endoskopische Sichtmittel bereitgestellt werden. 17A und 17B zeigen schematisch die distale Spitze der endoskopischen Vorrichtung. Die Bereiche 114 sind die Beleuchtungskanäle, 113 ist der Bildkanal und 112 ist der Wasserversorgungs-/Ansaug-/Ultraschall-Kanal. Das Anbringen von Abbildungsmitteln an der distalen Spitze des Endoskops hilft beim Führen der Vorrichtung in die gewünschte Position der Körperhöhle und gestattet das Abbilden des Bereichs während des chirurgischen Eingriffs. Ein zweites optisches Bild kann bereitgestellt werden. Dieses Bild ist eine Ansicht durch einen durchsichtigen Abschnitt der Klammervorrichtung und zeigt die Klammern, wenn sie durch das Gewebe passieren und zugebogen werden. Diese optischen Systeme von herkömmlichen endoskopischen Geräten können verwendet werden. Das Endoskop kann einen oder mehrere separate optische Kanäle enthalten, die eine oder mehrere unterschiedliche Ansichten zur Verfügung stellen. Bevorzugte endoskopische Optiksysteme gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden im Folgenden näher beschrieben. Dennoch können verschiedene optische Systeme von Fachleuten bereitgestellt werden und zusammen mit dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform der oben beschriebenen Erfindung wird die Ausrichtung der zwei separaten Teile der Klammervorrichtung durch sehr präzise mechanische Mittel erreicht, indem die Verwendung eines festen Krümmungsradius möglich gemacht wird und die Ausbildung und Herstellung der Klammervorrichtung und des Gelenkabschnitts des Endoskop sehr präzise vorgenommen werden. In manchen alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann es jedoch notwendig sein, eine Ausrichtungskonstruktion der oben beschriebenen Art bereitzustellen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die Vierwegendoskope verwenden, muss ein solches Mittel zum Ausrichten der beiden Klammerbereiche verwendet werden. Der Chirurg kann die Positionierung, die angemessene Überdehnung des Fundus in Richtung Ösophagus und die Klammerergebnisse verifizieren, indem er Sichtmittel verwendet, die am distalen Ende des Endoskops bereitgestellt sind. Falls das Endoskop mit einem optischen System gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wie unten beschrieben ausgestattet ist, wird ein zweiter unabhängiger Strahlengang bereitgestellt. Dementsprechend kann der Chirurg die Stelle von der Seite des Klammerschießabschnitts vor und nach dem Klammervorgang betrachten. Ferner wird das Gewebe, weil die zwei Teile der Klammervorrichtung zusammengepresst werden, dazwischen zusammengepresst und es ist möglich, durch das Gewebe hindurch zu sehen und eine visuelle Bestätigung der richtigen Positionierung und Ausrichtung der Vorrichtung zu erhalten.
Die letztendliche Ausrichtung wird durch die Verwendung von Sperrstiften erreicht, die auf dem Ambossabschnitt der Klammervorrichtung angeordnet sind. Das Verfahren zum Bereitstellen der Verwendung von Führungs- und Sperrstiften wurde in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wie mit Bezug auf 18A, 18B und 20B beschrieben.
Die Verfahren, die die Stößel in der Ambosseinheit und die Abschuss-Stößel im Klammerpatronenhalter aktivieren sind dem Fachmann gut bekannt und werden hierin deshalb um der Kürze willen nicht erläutert. Da die Stifte in die Löcher des Klammerhalters geführt werden, greifen und sperren die Sperrzähne (145 aus 20B) diese. Das Kabel, das die Stifte führt, ist in diesem Augenblick entspannt und das andere Kabel wird aktiviert um die Sperre durch die Sperrzähne zu bestätigen, das Gewebe zu klemmen und die gewünschte Gewebelücke bereitzustellen.
26A stellt die Situation in diesem Augenblick des chirurgischen Eingriffs dar. Die Sperrstifte (in ihrer Gesamtheit durch die 170 angezeigt), die in der Ambosskonstruktion 61A gelagert wurden, sind durch das Gewebe des Fundus und der Ösophaguswand geschossen worden und in den Buchsen der Klammerpatrone 61 gesperrt worden. Die Sperrstifte stellen nicht nur die richtige Ausrichtung sicher, sie erhalten ebenfalls die gewünschte Gewebelücke während des Klammervorgangs aufrecht. Die Sperrstifte (bzw. ähnliche oder äquivalente Sperrmittel) sind der Grund dafür, dass die Klammervorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einer vollständigen flexiblen Verbindung zwischen ihren beiden Abschnitten arbeitet, im Gegensatz zu der steifen oder halbsteifen Verbindung zwischen Amboss und Klammerpatrone bzw. Klammerspendeteilen der Klammervorrichtungen aus dem Stand der Technik.
Zum Schießen eines Klammerarrays wird ein Kabel, das an der Abschuss-Stößel (132 aus 19A und 19B) befestigt wird, in Richtung proximal gezogen. Dieses zieht die Querstrebe (152 aus 21 und 22A bis 22D) mit der hieran befestigten Nocke zurück. Der Verlauf des Schießens der Klammern kann aus den 22A bis 22D verstanden werden. Da die Nocke (151) sich in Richtung proximal bewegt, greift ihre angewinkelte Oberfläche mit der angewinkelten Oberfläche des Klammerspenders (144) ein und veranlasst den Spender, sich seitwärts in Richtung Patronenwand zu bewegen und veranlasst die Klammer (141) aus der Seite der Patrone heraus durch das Gewebe der Ösophagus- und Magenwand zu dringen. Die Schenkel der Klammer greifen in die Vertiefungen an der Ambossvorderseite und biegen sich. 22A bis 22D stellen verschiedene Stadien beim Schießen eines Klammerarrays dar. Nachdem alle Klammern des Arrays geschossen worden sind, üben die Lösungsnocken (153 aus 21) Kraft auf das proximale Ende der Sperrräder aus um den Sperrriegel der Stifte zu lösen. Das distale Kabel, das das Klemmen veranlasst hatte, wird eingezogen, um die Stifte in den Amboss zurückzuziehen und diese Phase des chirurgischen Eingriffs ist abgeschlossen.
26B zeigt eine Situation nach dem Durchführen des Klammerns. Klammern (in ihrer Gesamtheit mit 171 ausgezeichnet) haben Fundus und Ösophagus geklammert, an der spezifischen Stelle, an der operiert wurde.
Die winzigen Löcher im Gewebe, die von der Betätigung der Ausrichtungs-/Sperrstifte herrühren sind den Löchern, die von subkutanen Nadeln gebildet werden, ähnlich und versiegeln sich von selbst. Die Löcher können von den Klammern über und unter ihnen geschützt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Zusammensetzung aus drei Klammerreihen mit Nadelstichen, die an der mittleren Reihe (so wie in 18C dargestellt) ausgerichtet sind, gewählt, um dieses Ziel zu erreichen.
25A zeigt eine Klammer vor dem Abschuss. 25B zeigt eine Zusammensetzung von Klammern nach Biegen der Schenkel am Amboss.
Nach dem Überprüfen der Klammern entspannt der Chirurg nun nach Bedarf den Gelenkabschnitt und entfernt alle Klemmen des Gewebes innerhalb des Magens. Die Vorrichtung wird nun in die nächste Stellung gedreht und der Gelenk- bzw. Ausrichtungsvorgang wird wiederholt.
Die äußeren zwei der drei Abschussnocken weisen federvorgespannte angeformte Enden auf, die den Nocken die Bewegung in nur eine Richtung gestatten. Die Abschuss-Stößel werden nun distal gedrückt und, weil die Nocken sich nicht in diese Richtung bewegen können, führt dies dazu, dass sich die gesamte Patrone vorwärts bewegt, um das zweite Array gegenüber dem Amboss zu positionieren. Weil die Patrone sich distal bewegt, gleiten die Abschnitte auf dem Gehäuse aus dem ersten Fenstersatz auf die Seite der Patrone. Das Indexieren ist abgeschlossen sobald die Abschnitte in den zweiten Fenstersatz eingreifen.
Der Vorgang der Endausrichtung, Einsatz und Sperren der Führungs- bzw. Sperrstifte und das Schießen des zweiten Klammerarrays wird wiederholt. Das gesamte oben beschriebene Verfahren wird ein drittes Mal zum Abschließen der teilweisen Fundoplikation wiederholt (obwohl die Anzahl der Abschüsse variieren kann, je nach medizinischer Einschätzung).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Ausrichtungs-/Sicherheitsstifte und/oder Sperrräder aus einem angemessenen Material wie rostfreiem Stahl als Sicherheitsvorkehrung ausgebildet. Dieses Material ist stark genug, um den Teilen zu gestatten, in einem normalen Eingriff wie beschrieben zu arbeiten, die Stiftspitzen können jedoch durch die Kraft beim Geradebiegen des Gelenkabschnitts gebrochen werden, falls die Lösungsnocken die Stifte nicht entsperren sollten.
Nach vielen wiederholten Einsätzen des Endoskops ist es möglich, dass das Abnutzen der Teile, insbesondere im Gelenkabschnitt, zu Schwierigkeiten bei der richtigen Ausrichtung des Ambosses auf der distalen Spitze mit der Klammerpatrone innerhalb des Endoskopschafts kommt. Diese Schwierigkeiten können bewältigt werden, indem der Abschnitt der Klammerkonstruktion entlang der Achse der endoskopischen Vorrichtung durch verschiedene Mittel verschiebbar ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dies durch die Betätigung eines flexiblen gewundenen Kabels erreicht, das mit dem Innengewinde, welches auf diesem Abschnitt der Klammerkonstruktion ange ordnet ist, gekoppelt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel innerhalb der endoskopischen Vorrichtung angeordnet und steht durch einen Schlitz, welcher in der Wand des Körpers der endoskopischen Vorrichtung bereitgestellt ist, mit dem Innengewinde in Verbindung. In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel in eine Außenwand der endoskopischen Vorrichtung eingebettet und steht in direkter Verbindung mit dem Innengewinde des Abschnitts der Klammerkonstruktion.
In einer bevorzugten Form der Erfindung wird das flexible gewundene Kabel mittels einer Mikrometerkonstruktion gedreht, wodurch der Abschnitt der Klammerkonstruktion, die innerhalb des Ösophagus angeordnet ist, in einem festgelegten Abstand verschoben wird.
MEHRFACHANSICHTEN
Jede der Mehrfachansichten der Erfindung wird durch eine Objektivlinse gebildet. 27 zeigt die Zusammensetzung eines üblichen Endoskopobjektivs (180) und zeigt einige seiner Eigenschaften auf. Der Winkel zwischen der mechanischen Achse der distalen Spitze des Endoskops und der optischen Achse beim Eintreten in das Endoskopobjektiv (α) ist der „Betrachtungswinkel". Dieser Betrachtungswinkel bezieht sich allein auf die Beziehung zwischen den optischen und den mechanischen Achsen an der distalen Spitze und zieht die variierbare Richtung der Ansicht durch Biegen (6A) der distalen Endoskopspitze nicht in Betracht. Typische Werte für den Betrachtungswinkel liegen zwischen 0 bis 120 Grad. Betrachtungswinkel ungleich Null werden üblicherweise unter Verwendung von Prismen oder Spiegeln in der Objektivoptik erreicht. Das Betrachtungsfeld (β) eines Endoskopobjektivs beschreibt die Winkelaufweitung im Objektraum, den die Linse abbilden kann. Das Betrachtungsfeld kann sehr schmal, d.h. gegen Null Grad sein, oder einen Be reich bis zu 180 Grad umfassen. Beispielsweise wird ein Teleskop ein kleines Betrachtungsfeld mit großer Vergrößerung aufweisen, während Weitwinkellinsen (auch bekannt als Fischaugen-Linsen aufgrund der gekrümmten Erscheinung der Abbildung) große Betrachtungsfelder mit geringer Vergrößerung aufweisen. Je größer das Betrachtungsfeld, desto kleiner erscheinen Einzelheiten auf dem Bild. Das Bild (181) des Objekts (182) kann auf oder hinter der letzten Fläche der Objektivlinse angeordnet sein.
Beim Betrachten von 28A bis 28E muss das Bild (190), das von der Objektivlinse (191) gebildet wird, zu einem Detektor zum Betrachten am proximalen Ende des Endoskops gesandt werden. Ein Okular (192) kann für die direkte Betrachtung durch das menschliche Auge (193) verwendet werden oder das Bild wird von einem optoelektronischen Sensor (197) (beispielsweise ein CCD oder CMOS-Sensor) gebildet, der das optische Bild in elektronische Signale umwandelt. Die elektronischen Signale werden dann an eine Wiedergabe gesandt, wie beispielsweise ein Videomonitor, Flachbildschirm, Kopf verbundenes Sichtgerät oder Flüssigkristallanzeige ist, wodurch das Bild von einer oder mehreren Personen betrachtet werden kann. 28A-28E zeigen verschiedene Zusammensetzungen für jeden einzelnen Betrachtungskanal der vorliegenden Erfindung. 28A zeigt eine Objektivlinse (191), die mittels eines optischen Relaissystems (194) an ein Okular (192) gekoppelt wird. Ein Relais ist ein optisches Subsystem des Endoskops, das ein Bild von einer Objektiv-Bildebene an eine andere Stelle sendet. Da ein Endoskop üblicherweise viel länger als der Abstand zwischen der ersten Oberfläche des Objektivs bis zur Objektiv-Bildebene ist, werden Relais' zum Liefern des Bildes an das proximale Ende des Endoskops verwendet, von wo es durch die Sichtmittel zugänglich ist. Die Relais' können aus Linsen oder optischen Abbildungselementen bestehen, oder alternativ kann ein kohärenter (angeordneter) Glasfaserbildleiter zum Übertragen des Bildes verwendet werden.
Glasfaserbildleiter werden üblicherweise für flexible oder teilweise flexible Endoskope verwendet, während steife Endoskope typischerweise ein Relais aus einer Reihe von Glasstäben und -linsen beinhalten. 28B zeigt eine Objektivlinse (191) und ein Relais (194), die zusammen mit einem Bildsensor (197) verwendet und optisch mittels einer Kupplungslinse (198) verbunden werden. Die Kupplungslinse bildet die proximale Bildebene des Relais auf der Sensoroberfläche ab, wo es in ein elektronisches Signal verwandelt wird und zur Betrachtung auf die Anzeige gesandt wird. 28C zeigt eine Möglichkeit, bei der eine Endoskopobjektivlinse, die wie in 27 zusammengesetzt ist, mit einem Bildsensor (197) mittels einer Kupplungslinse (198) gekoppelt wird, die an das Okularstück (195) geklemmt oder anders dort befestigt ist. 28D zeigt eine Zusammensetzung in der das Relaissystem nicht verwendet wird, und das Bild (190) wird durch die Objektiv-Bildebene mittels einer Kupplungslinse (198) direkt an die Sensoroberfläche (197) gekoppelt. 28E ist eine ähnliche Möglichkeit, wobei die Sensoroberfläche direkt in der Objektiv-Bildebene platziert werden kann. Auf diese Art von Endoskop wird sich manchmal als „Plättchen auf dem Stab" bezogen und der Sensor wird im distalen Ende des Schafts eingebettet, anstatt extern oder am proximalen Ende angeordnet zu werden.
Wenn ein Bildsensor verwendet wird, gibt es viele Möglichkeiten zum Wiedergeben von Mehrfachansichten, die durch die Erfindung bereitgestellt werden. Einzel- oder Mehrfachanzeigen können mit einer einzelnen oder mehrfachen Ansicht auf jeder Anzeige verwendet werden. Möglichkeiten beinhalten, beschränken sich jedoch nicht auf diejenigen, die in 29A bis 29C dargestellt werden. In jeder Abbildung kann die Anzeige ebenfalls weitere Informationen bereitstellen, wie den Status der eingebauten chirurgischen Instrumente, Status der Biegung oder Anzeigen des Vitalzeichenmonitors beispielsweise. 29A stellt Mehrfachan sichten 200 bzw. 201 dar, die auf einer einzelnen Anzeige angeordnet sind. Die Ansichten können jede mögliche Form annehmen und brauchen keinesfalls von gleicher Größe sein. 29B zeigt Mehrfachansichten 200 bzw. 201, auf die durch eine einzige Anzeige zugegriffen wird durch Schalten zwischen den beiden Ansichten je nach Bedarf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Anzeigen den visuellen Zugriff auf eine Vielzahl von Ansichten bereitstellen. Jede Anzeige kann eine oder mehrere Ansichten beinhalten, auf die gleichzeitig, einzeln oder durch Umschalten jeweils zwischen ihnen zugegriffen werden kann. Eine oder mehrere Anzeigen können ebenfalls den Status oder weitere Informationen anzeigen. Wie in 29C dargestellt, zeigt eine Anzeige die Ansicht 200 einzeln, eine zweite Anzeige schaltet zwischen den Ansichten 201 und 205 hin und her und eine dritte zeigt die Ansichten 202, 203 und 204 gleichzeitig zusammen mit den Statusanzeigen 206.
30A-30C zeigen verschiedene Okulararten für die monokulare, binokulare und stereoskopische Betrachtung. Es ist wichtig anzumerken, dass, während stereoskopische Betrachtung für eine oder mehrere der Mehrfachansichten bereitgestellt werden kann, die Optik, die zum Bereitstellen von einer stereoskopischen Ansicht angewendet wird, keine "Mehrfachansicht" wie als Fachbegriff im Bezug auf die vorliegende Erfindung verwendet wird, darstellt. Die Hauptunterschiede sind, dass stereoskopische optische Kanäle leicht verschobene Bilder des selben Objektbereichs darstellen; während bei der vorliegenden Erfindung die optischen Kanäle im Wesentlichen lineare oder abgewinkelte Verschiebungen oder beides aufweisen, und nicht Bilder des selben Objektbereichs liefern. 30A stellt schematisch eine monokulare Betrachtung dar, die typisch für die meisten Endoskope ist, die ein Okular beinhalten. Ein Okular 210 stellt den Zugriff auf das Bild für ein einzelnes Auge 211 bereit, das entweder das rechte oder das linke Auge sein kann. Binokulare Optik verwendet Aufspaltungsoptik 212 zum Bereitstellen des exakt gleichen Bildes für beide Augen mittels zweier Okulare, eins für jedes Auge, wie in 30B dargestellt. Hier bezeichnet der Zusatz der Buchstaben „L" und „R" das linke und rechte der beiden Okulare 210 und der Augen 211. Die stereoskopische Okularanordnung aus 30C stellt eine leicht verschobene Ansicht des Bildes für jedes Auge (211L und 211R) mittels zweier verschobener Okulare (210L und 210R) dar. Dies simuliert normales menschliches Sehen, bei der jedes Auge mit einer leichten Verschiebung im Bezug auf das andere wahrnimmt und so eine Tiefenwahrnehmung gestattet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird jede der Mehrfachansichten durch eine einzelne Objektivlinse (oder Objektivlinsenpaar für die stereoskopische Betrachtung) gebildet. Die bedeutet, dass am distalen Ende je ein optischer Kanal pro Ansicht angesiedelt ist (bzw. zwei bei der stereoskopischen Betrachtung). Diese separaten optischen Kanäle können durch das gesamte Endoskop verlaufen, wie in 31A dargestellt. Diese Figur zeigt ein Endoskop mit zweifacher Ansicht. Jede Ansicht wird zu einem separaten Bildsensor 220 getragen, durch den eigenen einzelnen optischen Kanal. Da es zwei Ansichten gibt, werden zwei Objektive 223, zwei Relais 221, zwei Kopplungslinsen 222 und zwei Sensoren 220 bereitgestellt. In 31B wird eine Alternative dargestellt, bei der das Endoskop zwei Ansichten liefert, durch einzelne Objektive 223 und optische Relaiskanäle 221, wobei aber eine einzige Kopplungslinse 222 und ein Bildsensor 220 beide Ansichten einfängt. Die Kopplungslinse und der Sensor können die Bilder zusammen abbilden oder eins zu einem Zeitpunkt durch aktives oder passives Schalten zwischen ihnen. Eine dritte Alternative, die in 31C dargestellt wird, umfasst zwei einzelne Objektive 223, die zwei Ansichten einfangen, wobei ein einziges Relaissystem 221, Kopplungslinse 222 und Sensor 220 den Zugriff auf die Ansicht bereitstellen. Wie in dem System aus 31B kann der Zugriff simultan oder nacheinander geschehen. 31D stellt ein Endoskop mit zweifacher Ansicht dar, wovon eine stereoskopische Abbildung ist. Die obere (nicht stereoskopische) Ansicht wird durch einen einzelnen optischen Kanal getragen. Die untere (stereoskopische) Ansicht enthält einen Satz aus zwei optischen Kanälen, die am distalen Ende leicht verschoben angeordnet sind. Die zwei optischen Kanäle liefern Bilder des Objekts, die von leicht unterschiedlichen Standorten herrühren. Dies simuliert normales menschliches Sehen, bei dem jedes Auge eine Szene von seinem eigenen einzigartigen Standort aus wahrnimmt, wonach das Gehirn den Unterschied im wahrgenommenen Bild von jedem Auge integriert und die Tiefeninformationen formuliert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt das Endoskop die Beleuchtung der Ansichten mittels eines oder mehreren Beleuchtungskanälen bereit. 32 zeigt eine solche Zusammensetzung, bei der ein Endoskop mit zwei Ansichten (wie in 31A dargestellt) einen separaten Beleuchtungskanal für jede Ansicht aufweist. Licht aus einer externen Quelle 230 wird mittels flüssigkeitsgefüllten oder Glasfaserkabeln 231 an das Endoskop übertragen. Die Kopplungsoptik 232 an der Schnittstelle stellt sicher, dass das Licht effizient mit den inneren Beleuchtungsfasern 233 gekoppelt wird. Die Beleuchtungsfasern werden in zwei Kanäle 234 und 235 innerhalb des Endoskops zum Bereitstellen von Licht für jede individuelle Ansicht aufgeteilt.
Eine dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann aus den folgenden Elementen bestehen:

– Mehrfache optische Kanäle;
– Ein optischer Kanal an der distalen Spitze zum Visualisieren der Einführung und des Klammerns am distalen Ende (das ebenfalls den Klammeramboss enthält)
– Ein zweiter optischer Kanal, der an dem Klammerempfänger an der endoskopischen Seitenwand angeordnet ist, um die Klammerpenetration innerhalb des Ösophagus von der "Klammervorrichtungsseite" her zu visualisieren;
– Ein Klammermodul, das dazwischen liegend entlang des Endoskopschafts angeordnet ist und Komponenten des optischen Systems enthalten kann. Dieses Modul ist vorzugsweise verschiebbar, kann aber ebenfalls ersetzbar oder wieder verwendbar sein;
– Ein Klammerambossmodul an der distalen Spitze, das Komponenten des optischen Systems enthalten kann. Dieses Modul ist vorzugsweise verschiebbar, kann aber ebenfalls ersetzbar oder wieder verwendbar sein;
– Ein robuster Einweg-Gelenkabschnitt, z.B. mit einer Kapazität für eine 270°-Drehung zum Dehnen des Magenfundus und Positionieren der Klammervorrichtung; und
– Eine einzelne Anzeige, die beide Ansichten gleichzeitig zeigt, mit wahlweise Statusanzeigen für den endoskopischen Biege- oder Klammervorgang, bzw. für beide.

Damit beide Seiten der Klammer beim Platzieren gesehen werden können und um die richtige Zusammenführung von Fundus- und Ösophagusgewebe sicherzustellen, verwendet eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung den Gebrauch von zwei optischen Kanälen (33A). In dieser Ausführungsform fängt eine Objektivlinse 240 das Bild von der Spitze des Anwendungsbereichs (die „distale Ansicht") ein. Ein flexibler Glasfaserbildleiter 241 trägt das Bild ungefähr 12 cm in Richtung proximal, wo es durch die Kopplungslinse 242 auf einen CCD-Sensor 243 fokussiert wird. Diese Ansicht füllt den Hauptteil des Videomonitors (251 in 34) und wird durchgehend wiedergegeben, weil sie während der Einführung, Überdehnung und Klammern verwendet wird. Eine „Klammeransicht" (252 in 34) wird gleichzeitig auf eine Ecke des CCDs projiziert und erscheint somit ebenfalls in einer Ecke des Monitors . Dies ist eine Ansicht des Endoskopschafts, in Richtung seitwärts aus der Nähe der Klammervorrichtung, die an der Position 244 in 33A angeordnet ist. Der Strahlengang dieses Bildes beginnt mit einem im Hinblick auf die Endoskopachse senkrechten Objekt. Der Strahlengang reist durch den Klammerfänger 245 und die transparenten Abschnitte des Klammermoduls und mit Hilfe eines rechtwinkligen Prismas 246 und der Objektivlinse 247 wird ein Bild auf der CCD 243 gebildet. Diese Ansicht kann nur während des Klammervorgangs aktiviert sein. Nach dem Klammern zeigt die distale Ansicht die geschlossene(n) Klammer(n) auf der Magenseite und die Klammeransicht zeigt die Klammer(n) auf der Ösophagusseite. Diese Mehrfachansichten stellen sicher, dass die Klammer richtig platziert wurde, bevor das Instrument für den nächsten Abschuss erneut positioniert wird.
Die Anzeige kann die Möglichkeit vorsehen, die zweite Ansicht auszuschalten, wenn sie bei der Überwachung der Beleuchtung jeder Ansicht nicht notwendig ist. Die erste Ansicht wird üblicherweise durchgehend aktiv sein, kann aber ebenfalls ausgeschaltet werden.
33B ist eine Querschnittsansicht des optischen Systems aus 33A und zeigt wie die verschiedenen optischen Elemente innerhalb der Ummantelung des Endoskops angeordnet sind.
Die Anzeige kann Statusanzeigen in Bezug auf die verschiedenen Funktionen des Endoskops beinhalten. Zum Beispiel zeigt 253 in 34 den Biegestatus des distalen Endes, 254 zeigt die Drehung des Endoskops um eine Längsachse und 255 zeigt den Status der Klammervorrichtung.
ULTRASCHALL-POSITIONIERUNGSEINHEIT
Die Steuerung und Positionierung der distalen Spitze gegenüber der Patrone erfordert zwei Arten von Information:

1. Abstandsmessung (3-4 mm zwischen der distalen Spitze und der Patrone)
2. Ausrichtung (hierin definiert als Position und Orientierung eines Objekts in einem Koordinatennetz, d.h. drei Übertragungen und drei Drehungen, die gewünschte Toleranz ist 0,5 mm).

Abstandsmessungen werden am einfachsten durch verschiedene Verfahren ausgeführt, die auf der Messung von Flugzeit basieren. Diese Verfahren gehen davon aus, dass die mittlere Durchschnittsgeschwindigkeit einer Ultraschallwelle beim Propagieren in ein Gewebe einen konstanten wert aufweist, zum Beispiel 1500 m/s. Beim Aufstellen dieser Annahme wird es möglich, den Abstand durch Messen der Flugzeit zu schätzen. Es gibt grundsätzlich zwei Ansätze, die verwendet werden und die hier in Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel des Endoskops, wie oben dargestellt, beschrieben werden.
In der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Flugzeitverfahren angewendet, wobei ein einzelner Wandler zum Senden von Ultraschallsignalen und Empfangen des Echos, das von einem Reflektor zurückkommt, verwendet wird. Der Abstand wird hiernach durch Messen einer Rundreise errechnet, d.h. die Zeit eines Impulses, der von einem Wandler ausgesandt wird (der beispielsweise auf der Patrone angebracht wird) die er für das Eindringen in das Gewebe, Reflektieren durch den Amboss und erneute Passage durch das Gewebe bis zum Empfangen durch den Wandler braucht. In diesem Fall wird der Abstand zwischen dem Wandler und dem Reflektor, d, wie folgt bestimmt:
Hierin ist v_c die Schallgeschwindigkeit (ungefähr 1500 m/s) und die Division durch 2 erklärt die Tatsache, dass der Impuls zweimal den gemessenen Abstand durchläuft. Um eine hohe Auflösung zu erhalten erfordert dieses Verfahren sehr kurze Impulse auf hohen Frequenzen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die ein Flugzeitverfahren anwendet, verwendet zwei Wandler. Einer ist an der distalen Spitze angeordnet und der andere an der Klammerpatrone. In diesem Fall wird der Abstand folgendermaßen bestimmt: d = vc × t
Die Flugzeit wird durch viele unterschiedliche Verfahren gemessen. Die erste und einfachste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung basiert auf Energieerfassung. Gemäß dieses Verfahrens wird eine Uhr gleichzeitig mit dem Übermittlungsbeginn gestartet und gestoppt, wenn der Energie-Aufwand des zurückkommenden Signals über einen vorher festgelegten Schwellenwert steigt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Flugzeit durch Übermitteln eines Impulses gemessen und das empfangene Signal zum Ausführen einer Kreuzkorrelation mit dem Bezugssignal gescannt, das im inneren des Hauptspeichers gespeichert ist. Das Kreuzkorrelationsverfahren ist durch die Verwendung eines Schwellenwertverfahrens präziser als das direkte Messen der Flugzeit. Dies kommt daher, weil das Kreuzkorrelationsverfahren die Formen des Empfangssignals vergleicht und unabhängig von der Signalamplitude ist. Die Amplitude variiert konstant aufgrund der Distorsionen, die vom elektrischen System und dem Medium, durch welches das Signal propagiert wird, verursacht werden. Des Weiteren basiert das Kreuzkorrelations verfahren auf der Signalintegration, wodurch Hochgeschwindigkeits-Störgeräusche ausgefiltert werden und gute Ergebnisse erzielt werden, selbst wenn das Rücksignal sehr schwach ist.
Die Präzision der Messungen im zweiten Verfahren können durch Übermitteln einer Zufallsimpulsfolge anstelle eines einzelnen Impulses verbessert werden und das Durchführen einer Korrelation zwischen einer empfangenen Sequenz und einer gespeicherten Bezugsfolge. Durch Modulieren der Zufallsfolge mittels digitaler Modulation wie beispielsweise die weit bekannte Phasenumtastung (PSK) oder -modulation, kann die Zuverlässigkeit noch weiter verbessert werden. Die Modulation von Zufallssignalfolgen kann zum Erkennen von schwachen Signalen helfen, die in den Störgeräuschen untergehen. Ferner kann diese Art von Korrelation die Messunsicherheiten verringern, die durch Mehrwege- und Tiefenechos entstehen.
In beiden Verfahren ist die verwendete Geschwindigkeit nur eine Annäherung und die Auflösung der Messung wird durch die Fähigkeiten des Zählers oder der angewandten Zufallstaktfrequenz bestimmt.
Die oben genannten Verfahren zur Flugzeitmessung weisen einige praktische Nachteile auf. Einerseits beschränkt die Verwendung von nur einem Wandler den minimal möglichen Messabstand auf die Länge des übermittelten Impulses; aus diesem Grund ist es notwendig, sehr kurze Impulse zu verwenden, die eine verminderte Präzision zur Folge haben. Außerdem führt die Verwendung von hohen Frequenzen zu großen Abschwächungen des propagierenden Signals. Andererseits erfordert die Verwendung eines Systems mit zwei Wandlern mehr Platz und erhöht die Systemkosten.
Wie oben erklärt wurde, basiert eine der meist bevorzugten Arten für Positionierungseinheiten auf Ultraschallwellen.
Dies ist aufgrund der relativen Einfachheit bei der Verwendung von Ultraschallumwandlern, die in vielen medizinischen Anwendungen verwendet werden, und aufgrund der Sicherheit im Gebrauch, die unter angemessenen Bedingungen erlangt wird, zurückzuführen. Man sollte zu schätzen wissen, dass die gewünschte Präzision der Positionierung der mechanischen Elemente wie oben beschrieben geringer als 0,5 mm ist, damit sichergestellt ist, dass die Klammervorrichtung und ihr Amboss richtig in einer gegenüberliegenden Position positioniert sind und dass die Präzision innerhalb der Entfaltungsmöglichkeiten von Ultraschallausrüstungen liegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, umfassend eine Ultraschallpositionierungseinheit, wird nun zum Darstellungszweck beschrieben.
Es wird Bezug genommen auf 5, worin die beiden Teile der Positionierungseinheit mit den Bezugszeichen 62 und 62A gekennzeichnet sind. Um der Beschreibung willen sollte vorausgesetzt werden, dass der Sender Element 62A ist und der Empfänger Element 62. Der Sender übermittelt auf jeder physiologisch akzeptablen Frequenz. Ein darstellendes Beispiel einer solchen geeigneten Frequenz liegt zwischen 3-20 MHz. Der Ultraschallenergiestrahl sollte fokussiert werden. Dies kann durch Hinzufügen einer Ultraschalllinse geschehen oder durch Verwenden eines Phasenarrays.
Der Empfänger 62 wird an der Außenseite des Gewebes positioniert, wie in 7 dargestellt. Der Empfänger besteht aus einem ausrichtbaren Sender oder einem Senderarray oder einer Kombination aus beiden. Das Signal, das vom Empfänger 62 durch den Sender 62A empfangen wird, wird analysiert und dessen Wert bestimmt, so wie ferner der Abstand zwischen den Elementen 61A und 61. Ein üblicher Abstand vor dem Klammern liegt bei 0,5 bis 1,5 cm. Beim Scannen des Raums vor dem Empfänger 62 mit dem Sender 62A wird ein maximales Signal empfangen, sobald die zwei Elemente an ihrer maxima len Ausrichtungsposition angelangen. Wenn das Maximum erreicht wird bedeutet dies, dass die Klammervorrichtung und ihr Amboss ebenfalls ausgerichtet sind und der Klammervorgang vorgenommen werden kann. Es sollte angemerkt werden, dass der Amboss (oder die Klammervorrichtung, je nachdem welches der zwei Elemente auf dem fixierten Abschnitt „f" aus 5 positioniert wurde) im Vorhinein positioniert worden ist, so dass es sich an der richtigen Stelle im Hinblick auf das zu klammernde Gewebe befindet. Dementsprechend sind an diesem Punkt der Amboss, die Klammervorrichtung und das Gewebe dazwischen richtig positioniert. Es sollte ferner angemerkt werden, dass der Abstand zwischen der Klammervorrichtung und dem Amboss durch Messung der Zeit, die der Impuls benötigt, von einem Abschnitt der Positionierungseinheit zum anderen zu reisen, ebenfalls bekannt ist.
Die Ultraschallkonstruktion kann in zwei alternativen Formen ausgebildet werden:

1. Eine Anordnung in der die Antenne gemeinsam für Sender und Empfänger ist; und
2. Eine Anordnung, in der Sender und Empfänger ihre eigene Antenne haben (Hydrophon für den Empfänger und Projektor für den Sender)

Beide Anordnungen sind für den Zweck der Erfindung gleichwertig, aber jede zeigt verschiedene technische Vorteile auf, die unten kurz erläutert werden. Im zweiten Fall ist im Vergleich zum ersten Fall eine geringere Sendeenergie erforderlich. Andererseits kann im ersten Fall ein Ultraschallreflexionsmaterial, wie ein Ultraschallspiegel, auf der Empfängerseite der Positionierungseinheit angeordnet werden, damit die Übermittlungsenergie vermindert werden kann.
Die Abschwächung der Ultraschallwelle ist direkt von der Frequenz abhängig. Eine Ultraschallwelle, die durch leben des Gewebe propagiert, baut ungefähr entsprechend der Ration 1dB cm^–1 MHz^–1 ab [„Physical Principles of Medical Ultrasonics", Verlag, C.R.Hill, Ellis Horwood Series in Applied Physics, John Wiley & Sons, NY 1986; G.S. Kino, Acoustic waves: devices, imaging and analog signal processing, Prentice-Hall Inc., New Jersey, 1987]. Wenn dies in Betracht gezogen wird, kann erkannt werden, dass während eines Eingriffs mit einer Frequenz von 10 MHz und einem Abstand von 50 mm, wie bei einem Eingriff gemäß der Erfindung gefunden werden kann, ein Abbau von 50-200 dB zu erwarten ist.
ABSTANDSMESSUNG
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Messen des Abstandes zwischen den beiden Elementen 62 und 62A der Positionierungseinheit dargestellt, gemäß der beiden oben genannten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
a. Verwendung eines separaten Senders und Empfängers.
Bei Verwenden eines separaten Senders und Empfängers können die folgenden beiden Verfahren als Beispiel zur Abstandsmessung dienen:
Zählerverfahren
In Bezug auf dieses Verfahren wird beim Beginn der Übermittlung eines Ultraschallimpulses ein Zähler betätigt, der das Zählen einstellt, sobald das Signal vom Empfänger empfangen wurde. Während theoretisch jede Auflösung der Zeitmessung möglich ist, können sehr hohe Auflösungen eine unnötig kostenspielige und komplizierte Ausrüstung erfordern. Wenn beispielsweise eine Präzision der Abstandsmessung von 1μ erhalten werden soll und die Welle innerhalb des Gewebes mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 1540 m/s reist, muss die Frequenz des Zeitzählers folgende sein: Tclk = 1Melanie/1540 m/s = 1/6,5 × 10–10s = 1,5 GHZ
Dennoch können viel geringere Auflösungen angewandt werden, im Bereich von 10-100μ und einer Zählfrequenz von 15-150 MHz.
Korrelationsverfahren
Die Reisezeit der Welle kann ebenfalls durch zeitliches Scannen des Empfangssignals und Korrelierung mit dem Sendesignal gemessen werden. Auf der Basis dieser Berechnung ist es möglich (bei der Empfangsauslösung) zu messen, sobald der Impuls den Empfänger erreicht hat. Dies ist ein präziseres Verfahren im Vergleich zu dem Zählerverfahren und wird deswegen für die meisten Vorrichtungen vorgezogen.
b. Verwenden eines Sende-Empfängers.
In diesem Fall wird ein Impuls vom Sende-Empfänger, der an beiden Seiten der Vorrichtung positioniert werden kann, übermittelt. Nehmen wir beispielsweise an, dass der Sende-Empfänger auf der Magenseite (Abschnitt „b" in 5) positioniert wird und auf der anderen Seite (Teil „f" in 5) ein „Ultraschallspiegel" die Rolle des Abschnitts 62 der Positionierungseinheit spielt. Sobald der Impuls gesendet wird, wird ein Zähler betätigt, der stoppt, sobald das reflektierte Signal vom Sende-Empfänger zurückerhalten wird. Der Abstand wird mit der gemessenen Zeit errechnet, dividiert durch 2 und multipliziert mit der Reisegeschwindigkeit der Welle im Gewebe.
Dieses Vorgehen hat den Nachteil, dass aufgrund der Verwendung der gleichen Geräte zum Senden und Empfangen, dass das Empfangen nicht möglich ist, bis die Übermittlung des Impulses nicht vollständig abgeschlossen ist. Dementsprechend werden alle Reflexionen, die den Empfänger während der Übermittlung erreichen, nicht verwendet. Aus diesem Grund wird der messbare Mindestabstand bestimmt durch die halbe Übermittlungszeit.
35 ist ein Blockdiagramm einer Ultraschallpositionierungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bestehende Ultraschallausrüstungen arbeiten entweder im so genannten „C-MODE" (C-scan) oder „A-MODE" (A-scan) (siehe „Acoustic Waves", Gordon S. Kino, Prentice-Hall, 1987). Im Beispiel aus 5 wird ein C-MODE Ultraschall dargestellt, obwohl die gleichen Grundsätze, mutatis mutandis, auch für den A-MODE zugrunde gelegt werden können.
Ein Senderumwandler (oder Array davon) 260 und ein Empfängerumwandler (oder Array davon) 261 sind durch das Gewebe 263 getrennt, welches aus drei separaten Schichten besteht: die Grenze 264 des Ösophagus, die Grenze 265 des Fundus und das Fettgewebe 266 dazwischen. Das Timing- und Kontrollsystem 267 erzeugt Impulse mit einer Frequenz von z.B. 10MHz, mit einer Impulsfolgefrequenz (IFF) von 100Hz und einer Impulslänge von 8μSek. Die Impulse werden mittels eines Verstärkers 268 verstärkt und erreichen den Wandler 260, in dem das elektrische Signal in eine Ultraschallwelle verwandelt wird. Die Durchschnittsgröße eines geeigneten Ultraschallwandlers beträgt 2-10 mm. Ausrichtbare Wandler sind vorzuziehen.
Die Ultraschallwelle durchläuft ein Gewebe 263 und erreicht den Empfänger 261, der sie in ein elektrisches Signal überträgt, das im Verstärker 269 verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird an einen Signalanalysekreis 270 gegeben, der folgende Funktionen erfüllt:

a. Er bestimmt, ob die Wandler schräg ausgerichtet sind. Dies kann durch Schrägscannen, sowohl manuell als auch automatisch unter Verwenden eines Stellmotors erreicht werden, sowie durch das Bestimmen ei nes Maximalwerts im Signal, oder in einem Array unter Verwenden von Phasenunterschieden.
b. Er misst den Abstand zwischen den beiden Wandlern, wie vorher beschrieben bzw. auf jede andere geeignete Weise.

Die Arbeitsweisen der verschiedenen Elemente aus 35 sind dem Fachmann gut bekannt und werden daher hierin um der Kürze willen nicht im Detail beschrieben.
Ein weiteres Verfahren zum Messen der erforderlichen Abstände wird verwendet, um die oben genannten Schwierigkeiten der Flugzeitmessungen zu bewältigen. In dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der räumliche Phasenunterschied zwischen der übermittelten und der empfangenen Welle gemessen. 36 stellt das Verfahren dar. Wenn der gemessene Phasenwinkel Φ ist und die Wellenlänge des Ultraschallsignals 11 und der Abstand zwischen dem Sende-Empfänger (Bezugszeichen 281) und dem Empfänger (280) d ist, dann ist:
Wie in 36 gesehen werden kann, ist A(d) = A₀sin(Φ), wobei A(d) das gemessene Signal ist und A₀ ein bekannter festgelegter Wert aus einer früheren Kalibrierungsmessung. Dementsprechend kann Φ aus der arcsin-Funktion errechnet werden und der Abstand dementsprechend bestimmt werden aus:
Weil die arcsin-Funktion zu zwei verschiedenen Lösungen für den Abstand führt, ist es notwendig mindestens zwei Messungen von zwei nebeneinander liegenden Punkten durchzuführen um die Steigung zu bestimmen und dementsprechend die richtige Lösung der Gleichung zu erhalten.
Dieses Verfahren ist nur für geringe Frequenzen geeignet, weil der Messabstand auf nur eine Wellenlänge beschränkt ist (es tritt eine Zweideutigkeit auf, sobald der Abstand größer gleich eine Wellenlänge ist). Das Messen eines Abstands von 4-20 mm zum Beispiel, schreibt ein Arbeiten mit Frequenzen im Bereich von 75-375 kHz vor.
Die Vorteile dieses Verfahrens ist die recht hohe Präzision im Vergleich zum Flugzeitverfahren (da es möglich ist, den Abstand von jeder Messung zu extrapolieren) und die Verwendung von niedrigen Frequenzen vermindert die Abschwächung des propagierenden Signals. Dennoch geht dieses Verfahren davon aus, dass jedes Gewebe der Propagierungsbahn gleich ist. Hinzu kommt, dass die Notwendigkeit für mindestens zwei Wandler besteht und die Kosten- und Raumerfordernisse dementsprechend ansteigen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Flugzeit und räumliche Phasenunterschiede beide zum Beginn der Messung in einem relativ großen Abstand verwendet, indem das vorhergehende Verfahren verwendet wird; erst wenn der Abstand gleich oder weniger eine Wellenlänge ist beginnt die Messung des Phasenunterschieds. Um diesen Ansatz für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwenden zu können, ist es notwendig, einen effizienten Wandler mit einem kurzen Durchmesser zu verwenden, wie 1-2 mm, der dazu fähig ist, zwei verschiedene Frequenzen zu unterstützen, z.B. 150kHz und 2MHz.
Die Komplexität beim Herstellen eines Wandlers für zwei verschiedene Frequenzen, die weit voneinander entfernt liegen, wird durch das Messen der akustischen Übermittlung auf zwei Wellenlängen, wie folgt, bewältigt: Das empfangene Signal S₁, das aus dem akustischen Signal der Wandleröffnung abgeleitet wird, ist gegeben durch
wobei Index 1 Wellenlänge 1, R die spezifische Empfindlichkeit des Wandlers, A der Bereich der „beleuchteten" Öffnung, die von der Wandleröffnung erfasst wird, I_t die akustische Intensität, die das Medium passiert hat, I₀ die Intensität
ist, die durch den Sendeumwandler ausgestrahlt wird, a ist ein Absorptionsparameter und Z ist der Abstand, den der Strahl durch das Absorptionsmedium durchläuft. Die zweite Wellenlänge bringt eine ähnliche Gleichung hervor, wobei Index 2 Index 1 ersetzt. Der Abstand Z kann aus dem Quotienten S₁/S₂ extrahiert werden.
In der letzten Folge sind die Parameter (I₀₁/I₀₂) unbekannt, könnten aber durch eine Kalibrierungsmessung erhalten werden. Die Kalibrierungsmessung ist eine Nachprüfung der eigentlichen Messung; dennoch weist das Medium zwischen den Öffnungen bekannte Absorptionen auf, z.B. Wasser. Das Kennzeichnen der Signale aus dem absorptions-losen Medium durch S₁' und S₂'
ergibt also
Im Gegensatz zum Phasenmessungsverfahren ist es notwendig, nur einen Wandler sowohl zum Senden als auch zum Empfangen zu verwenden. Außerdem braucht in dem letzen, oben beschriebenen Verfahren, obwohl es notwendig ist, einen Dualfrequenzumwandler für beide Verfahren zu verwenden, der Unterschied zwischen den verwandten Frequenzen nicht so groß wie bei der Phasenmessung sein und die Herstellung des Wandlers wird somit einfacher und kostengünstiger gemacht.
Wie im Fall der Abstandsmessungen können mehrere Verfahren zur Ermöglichung der Endoskopausrichtung vorgeschlagen werden. Die einfachste Ausführungsform der Erfindung verwendet die Abbildung mittels eines Phasenarrays zum Erhalten der Abstandsmessungen und Ausrichtung. Viele kleine Wandler umfassen das Array, das bei der Abbildung nach dem Stand der Technik verwendet wird. Ein herkömmlicher Katheterumwandler kann an der distalen Spitze angebracht werden und zum Abbilden der Patrone zum Durchführen der Ausrichtung und Abstandsmessungen verwendet werden. Obwohl dieses Verfahren grundsätzlich auf bestehenden Verfahren basiert und leicht umzusetzen ist, verhindern Größe des Wandlers und beigefügte Stromkabel und die Kosten, eine Ausführungsform der Erfindung zu sein, die in den meisten Anwendungen vorzuziehen ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung finden die Intensitätsmessungen Anwendung. Dieses Verfahren wird in 37 dargestellt und erfordert die Verwendung von mindestens drei Wandlern (mit Bezugszeichen 290 gekennzeichnet) auf der distalen Spitze 291 und drei (Bezugszeichen 292) auf der Patrone 293. Um die Ausrichtung zu erreichen, ist es notwendig, alle drei Wandler an der distalen Spitze gegenüber den drei Wandlern auf der Patrone zu positionieren. Zuerst wird die distale Spitze irgendwo gegenüber dem Amboss angeordnet. Die distale Spitze scannt einen Raumwinkel von 180° oder weniger und der Winkel, bei der die maximale Amplitude gemessen wurde, wird abgespeichert. Die distale Spitze wird entsprechend des gespeicherten Winkels versetzt und die Scannung beginnt erneut. Dieser Ablauf wiederholt sich, bis die maximale Amplitude an jedem Empfänger gemessen wurde, sobald sein gepaarter Sender bei 0° betriebsfähig ist.
Es können verschiedene mögliche Situationen beim Ausrichtungsprozess auftreten, die bei der Entwicklung von Verfahren in Betracht gezogen werden müssen, welche zur Informationsleitung auf der Position der distalen Spitze gegenüber der Patrone verwendet werden und danach die distale Spitze in die Richtung einer näheren Ausrichtung entsprechend dieser Information versetzen. Beispielsweise wird die distale Spitze oberhalb oder unterhalb der Patrone angeordnet; dementsprechend könnte die schräge Scannung nichts erkennen, die Hoch-Runter-Scannung wird jedoch ein Signal erkennen (eigentlich könnte sie zwei Signale erkennen, von den unteren und den oberen Empfangsumwandlern). Ein weiteres Beispiel ist gegeben, wenn der obere Wandler der distalen Spitze gegenüber von (oder nah bei) den anderen Wandlern der Patrone angeordnet ist. In diesem Fall wird die Schrägabtastung zwei Positionen erkennen und die Hoch-Runter-Scannung könnte oder könnte nicht irgendein Signal erkennen.
Zum Erreichen der maximalen Präzision ist es notwendig, dass die Übermittlungsstrahlenbündel so dünn wie möglich sind. Dieses Erfordernis kann auf zwei verschiedene Weisen erfüllt werden. Eine erste Ausführungsform, siehe 37, stützt sich auf die Tatsache, dass in der Fresnelzone (mit dem Bezugszeichen 294 gekennzeichnet) der Strahl (mit dem Bezugszeichen 295 gekennzeichnet) schon ein wenig eingestellt und dünn ist. Daher wird zum Maximieren der Präzision ein Verfahren angewendet, das auf Abständen geringer als Fresnelabstand = r²/Λ basiert, wobei r der Radius des Wandlers und Λ = v/f die Wellenlänge des übermittelten Strahls ist, f ist die natürliche Resonanz des Wandlers und v ist die Schallgeschwindigkeit im Medium.
Die zweite Ausführungsform wird in 38 gezeigt. Hier werden die Wandler wie in 37 mit den Bezugszeichen 290 und 292 ausgezeichnet, die distale Spitze mit 291 und die Klammerpatrone mit 293. In dieser Ausführungsform sind die Wandler im Satz, die als Sender beispielsweise auf der distalen Spitze dienen, fokussierte Wandler. Dies führt zu fokussierten Strahlen (Bezugszeichen 296). Für eine genauere Präzision ist es ebenfalls möglich, fokussierte Wandler als Empfänger zu verwenden.
Die gewünschte Auflösung schreibt vor, dass in beiden Ausführungsformen eine optimale Präzision bei hohen Frequenzen erhalten wird (z.B. 10MHz oder höher für einen 1mm-Wandler). Es sollte beachtet werden, dass in der Fresnelzone die übermittelten Intensitäten Unregelmäßigkeiten aufweisen und daher, obwohl die distale Spitze sich in Richtung Amboss bewegt, Punkte existieren, an denen die Intensität ab- statt zunimmt. Diese Schwierigkeit muss bei der Ausbildung des Verfahrens, auf das oben Bezug genommen wird, in Betracht gezogen werden.
Obwohl das Prinzip der oben genannten Ausführungsformen den Vorteil der Einfachheit hat, kann der Scannverlauf eine Menge Zeit verbrauchen und es kann erforderlich sein, dass das Endoskop Scannfähigkeiten an der distale Spitze um fasst. Zusätzlich erfordern die hohe Anzahl an Wandlern und elektrischen Leitungen, die sie miteinander verbinden, eine großes Volumen eines sehr begrenzten Raums und können ebenfalls die Kosten des Systems erhöhen.
Wenn die Sende- und Empfängerumwandler symmetrisch angeordnet sind, scheint das System sogar ausgerichtet, wenn die Drehung um 120° in beliebiger Richtung stattfindet. Dieser mögliche Fehler kann verhindert werden, indem beispielsweise eine asymmetrische Anordnung der Wandler vorgenommen wird oder indem jeder Wandler eine einzigartige Impulssequenz erzeugt.
Ausführungsformen der Erfindung, die die oben beschriebenen Ausführungsformen verbessern indem sie zumindest die Anzahl der erforderlichen Wandler vermindern, basieren auf dem Prinzip der Triangulation. Die angewandte Grundzusammensetzung enthält einen Wandler und drei Empfänger (oder drei Wandler und einen Empfänger). 39A zeigt ein Array aus drei Empfängern (mit dem Bezugszeichen 292 gekennzeichnet), die beispielsweise auf der Klammerpatrone angeordnet sind. Der Abstand zwischen jeweils zwei Empfängern L₈ ist bekannt, weil er während ihrer Produktion präzise festgelegt wurde. Jeweils zwei Empfänger und der Wandler bilden ein Dreieck und erreichen damit die Ausrichtung, sobald die drei Dreiecke gleiche Seiten aufweisen, welcher durch den gewünschten Abstand zwischen Patrone und Spitze bestimmt wurde. Die distale Spitze wird verschoben, bis die gemessenen Abstände gleich sind. Die Verschiebungsrichtung wird von den Unterschieden zwischen den drei gemessenen Abständen eingestuft. Es ist ebenfalls möglich, das Dreieck asymmetrisch auszubilden, so dass das Dreieck ungleiche Seiten zur Erkennung der Ausrichtung aufweist.
Die Begrenzung des Spielraums der Winkelweite des Endoskops vermindert die Anzahl der Wandler, z.B. werden bei einem Zweiwegeendoskop nur ein Wandler und zwei Empfänger verwen det. Die Situation für ein Zweiwegendoskop wird in 39B dargestellt. In 39B kennzeichnet Bezugszeichen 292 einen Wandler, der dazu verwendet wird, das übermittelte Signal des Senders mit dem Bezugszeichen 290 zu empfangen. Wie oben erklärt wurde, wird der Wandler verschoben bis L₁ = L₂ ist, d.h. an den Punkt, an dem die zwei Teile der Klammervorrichtung ausgerichtet sind, der Abstand wird durch ein bereits oben beschriebenes Verfahren bestimmt.
Die Ausführungsformen, die das Triangulationsverfahren verwenden, werden verbessert, indem man Wandler verwendet, die aus einem Elementarray anstatt aus einzelnen Elementwandlern gebildet werden. In diesem Fall werden vielfache Dreiecke gebildet und die Messungen werden dadurch präziser.
Eine weitere Schwierigkeit, die bei der Verwendung von Triangulationsverfahren entsteht ist, dass der Strahl in der Fresnelzone manchmal sehr dünn ist und es daher unmöglich ist, die zwei benachbarten Empfängerumwandler mit nur einem Sendeumwandler zu beleuchten und umgekehrt. Um diese Schwierigkeit zu bewältigen wird ein divergierender Wandler verwendet oder eine Öffnung vor dem Sendewandler angeordnet, was dazu führt, dass der Strahl divergent wird und dadurch so gesichert ist, dass die Signale von einem Wandler die Empfänger erreichen. Die Verwendung von divergierenden Strahlenbündeln führt zu schwächeren Signalen und verminderter Ausrichtungspräzision.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden einige der gefundenen Schwierigkeiten in den vorher beschriebenen Ausführungsformen durch eine spezielle Anordnung der angewandten Sender bei der Triangulationsmessung bewältigt. Die folgende Beschreibung wird für ein Zweiwegeendoskop vorgenommen, um der Einfachheit willen, kann jedoch leicht auf ein Vierwegeendoskop erweitert werden, indem man eine weitere Triangulationskonstruktion hinzu fügt. Die Triangulationskonstruktion, wie schematisch in 40 dargestellt, umfasst zwei Sender 290 mit einem Abstand 1 zwischen ihnen und einen Empfänger 292. Die Sender werden an der Klammerpatrone in einem solchen Winkel angebracht, dass die zwei übermittelten Strahlenbündel sich an einem Abstand "d" in Bezug auf die Achse, die senkrecht zu der Patrone verläuft, treffen. Die distale Spitze scannt die Vertiefung bis sie (durch Intensitätsmessung) einen beliebigen Strahl lokalisiert. Dann folgt die distale Spitze diesem Strahl durch behutsames Scannen bis an einen Punkt, an dem die empfangene Amplitude der beiden Sender gleich ist. Die Sender senden in Folge mit Zeitintervallen. Dieses Verfahren ist auf die Verwendung von dünnen Strahlen beschränkt und funktioniert deshalb in einem Bereich von ein paar MHz, um zu versichern, dass der Treffpunkt sich innerhalb der Fresnelzone befindet. Anstatt in der Fresnelzone ist es möglich, dass fokussierte Wandler mit Fokallängen des gewünschten Abstands verwendet werden.
Die Tatsache, dass nach der Fresnelzone oder nach dem Brennpunkt die Strahlenbündel divergent sind, ist zum anfänglichen Orten aus einem Abstand bei dem der Querschnitt des Strahls größer ist als kurz vor der Ausrichtung nützlich. 41 zeigt schematisch das Verhalten von Strahl 295, der von Wandler 290 gesandt wurde. Innerhalb der Fresnelzone 294 ist der Strahl im Wesentlichen fokussiert; während der Strahl außerhalb der Zone divergiert.
Das folgende spezifische Beispiel stellt mögliche Größenordnungen dar, die zum Bilden einer Dreiecksanordnung für das oben erachtete Endoskop mit Klammervorrichtung verwendet werden:

– Der Abstand zwischen der distalen Spitze umfassend den Amboss und die Klammerpatrone ist = d = 4mm.
– Der Abstand zwischen den Sendewandlern ist = 1 = 10mm.
– Der Radius des Wandlers ist = a = 1mm.
– Das Erfordernis, dass der Fresnelabstand (= a²/Λ für d>>a) länger oder gleich d sein sollte, ergibt dass Λ = 0,25mm ist, d.h. die Frequenz F = 6,16Mhz ist. Bei 3dB wird der Halbstrahlwinkel θ bestimmt aus, sinθ = 0,51 Λ/2a, also θ = 3, 65 °. Der Winkel wird im Hinblick auf die Senkrechte zur Wandleroberfläche gemessen, somit ergibt sich für den Gesamtwinkel 7,32°.

Es sollte erneut darauf hingewiesen werden, dass innerhalb der Fresnelzone die Intensität des gesandten Strahls durch eine Bessel-Funktion beschrieben wird und daher nicht gleich bleibend ist. Bei der Verwendung von Ausführungsformen der Erfindung muss die Tatsache in Betracht gezogen werden, dass diese von den Messungen innerhalb der Fresnelzone abhängig sind.
Wie oben erläutert wurde, werden in einer alternativen Ausführungsform fokussierte Wandler mit einem 4mm-Brennpunkt verwendet. In diesem Fall ist es möglich, die Messungen bei höheren Frequenzen durchzuführen.
Der Hauptvorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Bedarf für eine Abstandsmessung nicht unbedingt notwendig ist, weil der Abstand a priori aus der speziellen Konstruktion bekannt ist.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung vermindert die Komplexität der Erstellung einer präzisen Dreiecksanordnung und verhindert, dass die mechanische Scannung ein Phasenarray verwendet. Diese Ausführungsform umfasst einen Wandler, der an der distalen Spitze angebracht ist und zwei oder mehr Wandler, die an der Patrone angebracht sind (oder umgekehrt). Der Wandler an der distalen Spitze wird aus einem Elementarray gebildet (die an der Patrone können aus einem Element oder einem Elementarray gebildet werden). Das Array erzeugt einen Strahl, der mittels elektronischer Mittel gelenkt werden kann. Der gelenkte Strahl scannt die Vertiefung bis er von einem der Wandler empfangen wird. Der Winkel des gelenkten Strahls legt die Verschiebungsrichtung der distalen Spitze nahe. Die Ausrichtung wird erreicht, wenn die gemessenen Winkel für beide Wandler gleich sind (oder sie kann vorher mit bekannten nicht gleichen Winkeln hergestellt werden). In dieser Ausführungsform kann der Abstand durch Flugzeit- oder Triangulationsberechnung gemessen werden. Eine weitere Art der Umsetzung ist die Imitierung der Dreiecksanordnung wie in Bezug auf 40 beschrieben. In diesem Fall ist das Anbringen der Wandler in einem Winkel zu der Patronenoberfläche nicht notwendig, weil der lenkbare Strahl aus dem Array dieses Merkmal ersetzt.
Ein Ausrichtungsverfahren basierend auf Intensitätsmessungen, das als eine stark vereinfachte Form des ersten Ausrichtungsverfahrens oben beschrieben wird, wird schematisch in 42 dargestellt. Diese Ausführungsform verwendet zwei Wandler. Der Wandler 290 auf der distalen Spitze 300 ist ein Sender. Der Empfängerwandler 292 wird am Patronenhalter 301 unterhalb der beweglichen Klammerpatrone 302 angebracht. Ein Kanal 303, der entlang der gesamten Höhe der Patrone gebildet ist, führt das Signal zum Empfänger. Der Kanal hat einen kleinen Durchmesser von ungefähr 0,5-1 mm. Diese Zusammensetzung erkennt die Ausrichtung nur, wenn die distale Spitze exakt an der richtigen Position gegenüber der Patrone positioniert ist.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung basieren auf Systemen, die einen Wandler und entweder einen einzelnen Reflektor oder eine Mehrzahl von Reflektoren umfassen. Der Wandler wird sowohl zum Senden als auch zum Empfangen verwendet. Der Reflektor wird speziell ausgebildet, um ein Muster, das in die Position und Orientierung des Senders in Bezug auf den Reflektor zu reflektieren. Der Wandler kann an der distalen Spitze oder an der Klammerpatrone oder um gekehrt angebracht sein. Das Anbringen des Reflektors an der Patrone wird üblicherweise bevorzugt, weil dies die elektrischen Verbindungsleitungen für den Wandler obsolet macht, die das Indexieren der Patrone beeinträchtigen würden. Die folgenden Beispiele sind bezeichnend aber nicht einschränkend für die vielen möglichen Zusammensetzungen, die von diesem Modell abgeleitet werden können.
Die Grundzusammensetzung (einschließlich der bezeichnenden Größenordnungen) dieser Ausführungsformen wird in 43A dargestellt. Zwei parallele Reflexionsebenen (gekennzeichnet mit dem Bezugszeichen 310) werden durch den Abstand L₁ durch eine ebene Oberfläche 311 getrennt, die die Reflexionsoberflächen in einem Winkel β durchschneiden mit β ≤ 90°. Die daraus herrührende Schrittkonstruktion (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 312 gekennzeichnet) wird durch den Strahl aus dem Sendeumwandler 313 bestrahlt. Wenn der übermittelte Strahl auf beide Schichten fällt, enthält das reflektierte Signal zwei konsekutive Echos, eines von der vorderen Schicht und das zweite von der hinteren Schicht, wie schematisch in 43B dargestellt.
43C zeigt die Wiedergabe einer Photographie auf einem Oszilloskopschirm, der die Ergebnisse eines Experiments zeigt, das unter Verwenden eines Einschrittreflektors der Art wie in 43A dargestellt, durchgeführt wird. Der große Impuls auf der linken Seite des Schirms zeigt den Übermittlungsimpuls und die zwei kleineren Impulse sind die Echos vom Reflektor. Auf der horizontalen Skalierung, die Zeit wiedergibt, ist jede Unterteilung gleich 1,2μSek. In diesem Beispiel wird der Reflektor so positioniert, dass die nächst gelegene Reflexionsoberfläche 4,3 mm von dem sendenden Wandler entfernt ist und die Tiefe von Stufe L₁ = 3 mm ist. Die gemessene Zeit zwischen den Impulsen ist 4,08μSek, dementsprechend wird die Stufentiefe wie folgt ermittelt:
Die Übereinstimmung zwischen der Messung und der eigentlichen Tiefe wird durch die Durchführung des Messsystems bestimmt. Verfahren zum Verbessern der Übereinstimmung werden unten erläutert im Zusammenhang mit der Beschreibung der Software und des elektrischen Moduls.
Sobald der Wandler mit dem Reflektor ausgerichtet ist, muss der gemessene Abstand zwischen den Schichten L₁ sein und die gemessenen Impulse müssen eine Amplitudenbeziehung relativ zur Stufentiefe aufweisen. Diese Beziehung kann von der gut bekannten Abschwächungsbeziehung einer Ultraschallwelle, die in weiches Gewebe propagiert, eingeschätzt werden (G.S. Kino, Acoustic waves: devices, imaging and analog signal processing. New Jersey: Prentice-Hall Inc., 1987)
Hier ist A_rear die Echoamplitude aus der hinteren Schicht und A_front ist das Echo aus der vorderen Schicht. Andere Einflüsse auf die Signalamplitude sind der Stufenquerschnitt und der räumliche Winkel zwischen der distalen Spitze und der Reflektorvorderseite. Ziehen wir beispielsweise den Zweifachecho-Reflektoren, der im Zusammenhang mit 43C beschrieben wurde, in Betracht, der das vom Wandler erzeugte Signal mit einer natürlichen Frequenz von 10 MHz (ein 100μSek-Impuls) reflektiert. Die Beziehung A_rear/A_front ist ungefähr 4,8dB bzw. A_rear = 0,707A_front. Im Bezug auf 43C ist die vordere Echoamplitude geringer als das hintere Echo, vorausgesetzt dass die Ausrichtung nicht erhalten wurde. Des Weiteren, wenn beispielsweise der Wandlergang an der distalen Spitze vorschreibt, dass die vordere Reflexionsschicht bestrahlt werden soll und danach die hintere Schicht, ist es offensichtlich, dass die distale Spitze nach hinten bewegt werden sollte, um die Ausrichtung zu erhalten.
Das Erkennungsverfahren, das zur Umsetzung der Ausrichtung verwendet wird, basiert auf folgende Kriterien:

1. Die Ausrichtung wird nur erreicht, wenn die Echos mit einer bestimmten Zeitdifferenz und mit einer bestimmten Amplitudenbeziehung (innerhalb eines vorher festgelegten, vernünftigen Toleranzbereichs) empfangen werden.
2. Der Reflektor und der Wandler nicht ausgerichtet werden wenn: a. kein Signal empfangen wird, oder b. nur ein Echo empfangen wird, oder c. die Amplitudenbeziehung nicht zufrieden stellend ist oder d. die Zeit zwischen den konsekutiven Echos unterschiedlich ist (d.h. ein unterschiedlicher Abstand gemessen wird).

Dieses Verfahren wird im Folgenden näher erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Reflektor mit einem oder mehreren Stufen ausgebildet. 44A, 45A und 46A stellen einige wenige der vielen möglichen Zweistufen (drei Echo) Konstruktionen, die verwendet werden können, dar. In diesen Figuren ist der Reflektor im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 320 gekennzeichnet, der Wandler mit 321, L₁ und L₂ sind die Höhern der zwei Stufen und eine typische Größenordnung wird gezeigt. In diesen Fällen umfasst das reflektierte Signal drei Echos mit bestimmten Zeitdifferenzen und Amplitudenbeziehungen zwischen ihnen, die L₁ bzw. L₂ entsprechen. Die reflektierten Signale, die 44A, 45A bzw. 46A entsprechen, werden schematisch in 44B, 45B und 46B dargestellt.
Das Verwenden von unterschiedlichen Werten von L₁ und L₂ bietet bei der Fertigstellung der Ausrichtung Unterstützung. Falls beispielsweise nur zwei von drei Echos empfangen werden, ist es möglich, zu bestimmen, auf welchem Stufenpaar der Strahl des Wandlers aufgrund des Abstands zwischen den Echos fehlerhaft ist. Diese Information wird zum Bestimmen der Position der distalen Spitze im Bezug auf den Reflektor verwendet und danach zum Lenken der Spitze in Nähe Ausrichtung.
46A zeigt einen Zweischrittreflektor aus einem Zylinder mit zwei inneren Bohrungen. Eine Bohrung weist einen 2mm-Durchmesser und im Mittelpunkt der 2mm-Bohrung eine weitere 1mm-Bohrung auf. Diese Zusammensetzung wird, wenn fast, aber nicht exakt ausgerichtet, drei konsekutive Impulse reflektieren; einen von der Vorderseite des Reflektors, einen aus dem Peripherbereich der 2mm-Bohrung und den dritten von der Unterseite der 1mm-Bohrung. Zwei Echos entstehen, sobald die Teile exakt ausgerichtet sind oder wenn die Verschiebung so ist, dass die Unterseite der 1mm-Bohrung nicht von dem ausgesandten Strahl bestrahlt wird. Um diese beiden Möglichkeiten bei der Messung von lediglich zwei Echos zu unterscheiden, wird der Reflektor mit zwei Stufen ungleicher Tiefe ausgebildet.
46C ist eine Wiedergabe einer Photographie eines Oszillographenschirms, der die Ergebnisse eines Experiments zeigt, das unter Verwendung eines zylindrischen Zweistufenreflektors der Art, wie in 46A dargestellt, ausgeführt wird. Das linke Signal ist der ausgesandte Impuls; die drei Echos auf der rechten Seite kommen von den drei verschiedenen Schichten. Die Zeitskala ist in 1,1μSek unterteilt. Die Tiefen zwischen den Schichten sind L₁ = L₂ = 1mm. Der Reflektor wird 4,7 mm vom Reflektor entfernt befestigt. Die gemessene Zeit zwischen den konsekutiven Echos ist 1,3μSek, daraus ergibt sich für die errechnete Tiefe:
Ein weiterer Verlauf, der Teil der vorliegenden Erfindung ist, verwendet einen Verschiebungsalgorithmus. Dieser Algorithmus kann nur bei Zwei- (oder mehr) -stufen- (oder Bohrungen) -Reflektoren umgesetzt werden, d.h. ein Minimum von drei Echos ist erforderlich. In dieser Ausführungsform ist der Reflektor mit drei verschieden großen Stufentiefen ausgebildet. Falls der ausgesandte Wandlerpunkt nur auf einige der Stufen fällt, werden nur einige der Echos empfangen. Das folgende Beispiel, das in Zusammenhang mit der Stufenkonstruktion aus 54 beschrieben wird, offenbart die Algorithmusbasis. 54 zeigt einen Zweistufenreflektor 320 mit zwei verschiedenen Stufentiefen L₁ ≠ L₂. Der Sende-/Empfängerumwandler ist mit dem Bezugszeichen 321 versehen.
Zur Erkennung der Ausrichtung ist es notwendig, dass drei Echos empfangen werden. In 54 wird der Wandler links von der ausgerichteten Position angeordnet. Aus diesem Grund werden lediglich zwei Echos empfangen. Da der Verschiebungsalgorithmus errechnet, dass der Abstand zwischen den Echos L₁ ist, wird der Algorithmus dem Anwender nahe legen, den Wandler nach rechts zu verschieben, bis drei Echos empfangen werden.
55A bis 55F stellen ferner die Zugrundelegung des Ausrichtungsvorgangs dar. In 54A, 55B und 55C wird der Zwei-Echo (Einstufen-) Reflektor der Erfindung 320 mittels eines Wandlers 321 bestrahlt.
55B zeigt die relativen Positionen von Wandler und Reflektor, sobald das System ausgerichtet ist. In 55E, die schematisch das entsprechende empfangene Signal zeigt, besteht eine feste Beziehung zwischen den Echos der zwei Reflexionsflächen. In 55A ist der Wandler „oberschächtig" ausgerichtet und, wie in 55D dargestellt, besteht das erforderliche Verhältnis zwischen den beiden Echos nicht, d.h. das Echo von der am weitesten entfernten Fläche ist viel länger als das von der am nächsten gelegenen Fläche. 55C und 55F stellen die Situation dar, in der der Wandler eine „unterschächtige" Ausrichtung aufweist. Es sollte dem Fachingenieur klar sein, wie der Anwender diese Information verwenden kann, um die Elemente in die richtige Ausrichtung zu lenken. Der oben beschriebene Ablauf ist die Basis für einen Entwicklungsprozess zum Automatisieren des Ausrichtungsablaufs.
47 zeigt schematisch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angewandt auf eine Klammervorrichtung, die beispielsweise wie oben erläutert sein kann. Die Klammervorrichtung wird im Allgemeinen mit 330 gekennzeichnet. Das Bezugszeichen 331 bezeichnet jedes der drei Arrays mit jeweils fünf Klammern und Bezugszeichen 332 bezeichnet die Zweistufenreflektoren, die in die Oberfläche der Patrone neben jedem Klammerarray angebracht sind. Als Beispiel werden übliche Messungen auf einem der Reflektoren gezeigt. In dieser Ausführungsform wird der Wandler an der distalen Spitze des Endoskops angeordnet, beispielsweise an einer der Positionen 114 aus 17B. Viele andere Möglichkeiten für das Einbauen der Reflektoren als festen Bestandteil der Patrone sind vorhanden. Beispielsweise werden die Reflektoren in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Stufensatz ausgebildet, die über die Oberfläche der Patrone hinausragen. Die Umsetzung von den Verfahren dieser Erfindung im Falle von Vierwegendoskopen muss ein wenig anders sein als die von Zweiwegeendoskopen, weil die Auswirkungen der Drehungen in Betracht gezogen werden müssen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung mit einem Vierwegeendoskop werden ein Reflektor auf der Patrone und ein Wandler an der distalen Spitze befestigt. Falls die distale Spitze in Bezug auf den Reflektor gedreht wird, dann (solange der Wandler nicht im Zentrum der distalen Spitze angeordnet ist) fällt der ausgesandte Strahl nicht auf die Stufen des Reflektors und die reflektierten Strahlen werden nicht erkannt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung mit einem Vierwegeendoskop macht Gebrauch von zwei Reflektoren, die auf der Patrone befestigt sind. In dieser Ausführungsform werden die Reflektoren senkrecht im Bezug aufeinander befestigt. Die Stufentiefen auf den beiden Reflektoren sind unterschiedlich. Von daher ist es möglich zu bestimmen, welcher der Reflektoren durch den ausgesandten Strahl angestrahlt wird. Diese Information wird in einen Algorithmus integriert, um die Drehung zu berichtigen und die Teile der Klammervorrichtung in die richtige Ausrichtung zu bringen.
Beim Ausbilden der Reflexionselemente, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung angewendet werden, müssen verschiedene Faktoren in Betracht gezogen werden. Diese Betrachtungen sind unter anderem folgende:

1. Die Wahrscheinlichkeit, dass Echos, jeweils mit einer gewissen Zeitdifferenz und einer gewissen Amplitudenbeziehung, aus einem bestimmten Umgebungsbereich reflektiert werden, ist sehr gering. Die Wahrscheinlichkeit wird bei der Verwendung von mehr als zwei Echos stark vermindert, wodurch die Zusammensetzungen, die drei Echos verwenden und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind (kompliziert werden).
2. Zum Empfangen von Echos mit hoher Amplitude, ist der Gebrauch von Stufenweiten, die so groß wie möglich sind, am besten. Bei Zweifach – Echo (Einstufen-) Reflektoren ist die Stufenweite uneingeschränkt. Dennoch ist bei drei oder mehr Echoreflektoren sehr wichtig, dass die Gesamtheit aller Stufenweiten die Strahlenbreite nicht überschreitet, damit Reflexionen von allen Oberflächen stattfinden, sobald die Ausrichtung erreicht ist. Andererseits hat die exzessive Verminderung der Stufenweite sehr schwache Amplitudenreflexionen zur Folge.
3. Die Stufenhöhe (d.h. die Abstände zwischen den Reflexionsschichten) muss höher sein als die Auflösung des Messsystems, d.h. es ist am besten, eine Stufentiefe bereitzustellen, die größer ist als die Länge der Echodauer multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit im Gewebe (beispielsweise 1500 m/s) dividiert durch 2. Es ist möglich mit Tiefen zu arbeiten, die geringer sind als diese; in diesem Fall jedoch würden die reflektierten Echos teilweise überlappen und ein geringeres Signal-Störgeräusch-Verhältnis hervorrufen.
4. In manchen Fällen ist es möglich, die Reflexionsflächen mit Absorptionsmaterial zu umgeben und damit den Kontrast des Reflektors zu steigern.
5. Eine der möglichen Quellen für Ungenauigkeiten bei der Verwendung von Multistufenreflektoren sind Luftspalte, die entstehen, wenn das Gewebe nicht in festem Kontakt mit allen Reflexionsflächen steht. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist das Füllen dieser Spalten mit medizinischem Ultraschallgel. Herkömmliches Gel wird oft während der Einführung des Endoskops verschoben, deswegen wird es bevorzugt, die Stufen mit einem harten oder flexiblen Material, das eine akustische Passung mit dem Gewebe aufweist, zu füllen. In diesem Fall werden keine Luftspalte gebildet und daher tritt kein Fehler bei den Messungen auf. Ein geeignetes Material für diesen Zweck ist beispielsweise weit bekanntes Industriesilikon oder im Handel erhältliche bio-kompatible Silikonprodukte, die im Stand der Technik weitläufig bekannt sind.
6. Wandler mit vielen verschiedenen Merkmalen können in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die oben beschrieben worden ist, angewendet werden. Ein Beispiel eines Wandlers, der in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist ein einteiliger, ausrichtbarer Wandler, der fähig ist, sowohl zu senden als auch zu empfangen. Der Durchmesser dieses Wandlers ist ein mm und seine Länge zwei mm. Das Verbindungskabel weist einen Durchmesser von weniger als ein mm auf. Die Vorrichtung weist eine Mittelfrequenz von 11MHz und eine Bandbreite (–6dB) von 60 % auf. Der Wandler wird im direkten Kontakt mit dem Gewebe verwendet und eine passende Schicht ist nicht notwendig. Der Wandler ist eine Maßanfertigung für den Anmelder von Blatek Inc., State College, Pennsylvania, USA.

Der Ultraschallkreislauf, der zum Durchführen der Abstands- und Ausrichtungsmessungen der Erfindung verwendet wird, wird im Folgenden beschrieben. Der Kreislauf kann eine Scannung im A-MODE (ein Wandler zum Senden und Empfangen) oder C-MODE (Verwendung von zwei verschiedenen Wandlern, einen zum Senden und einen zum Empfangen) verwenden, ohne den Abbildungsteil. Um der Kürze willen wird die folgende Beschreibung für den A-MODE vorgenommen, die gleichen Grundsätze können für den C-MODE unter Verwendung der im Wesentlichen gleichen elektronischen Komponenten und Kreisläufe durchgeführt werden.
48 zeigt ein Blockdiagramm des Ultraschallkreislaufs gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, das aus drei untereinander verbundenen Einheiten zusammengesetzt wird: dem Sender (im Allgemeinen mit 340 gekennzeichnet), dem Empfänger 341, dem digitalen Signalprozessor (DSP) und der Abstand- und Ausrichtungseinheit 342. Bezugszeichen 343 gibt die Zeitsteuerung- und Kontrollschaltungen wieder sowie die Input/Output (I/O) Schnittstellen. Die Zeitsteuerungsschaltung erzeugt einen Impuls oder Impulsbündel mit einer Frequenz von, beispielsweise, 11 MHz und mit einer Impulsfolgefrequenz (oder Frequenz) (IFF) von 100Hz. Diese Impulse werden von einem Leistungsverstärker 344 verstärkt und mittels eines Sende/Empfang (T/R) Schalters 345 mit einem Wandler bzw. Wandlerarray 346 betätigt, der/das beispielsweise sowohl zum Senden als auch Empfangen von Ultraschallsignalen (wie 290 aus 37, wo der Wandler nur ein Sender ist) fähig ist. Der Wandler verwandelt das elektrische Signal in ein Ultraschallsignal. Zum Integrieren des Wandlers in dem Endoskop muss die Dimension des Wandlers sehr gering sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind diese Dimensionen 1mm Durchmesser und 2mm Länge, das Kabel, das den Wandler mit dem Stromkreis verbindet ist ein koaxiales Kabel mit einem Durchmesser von weniger als 1mm. Der Wandlerflügel ist ausrichtbar und, weil er innerhalb der Fresnelzone arbeitet, im Wesentlichen fokussiert. Die ausgesandte Schallwelle dringt in die Magengrenze 347 ein, passiert durch das Fettgewebe 348 und tritt schließlich in den Ösophagus 349 ein. Im Ösophagus trifft die Schallwelle auf einen sehr guten Reflektor 350 (oder, im C-MODE, ein Empfangswandler wie 261 aus 35), der auf der Klammerpatrone (oder Teil davon) befestigt ist. Das reflektierte Signal wird auf der gleichen Bahn zurückgeleitet, bis der Wandler es empfängt und das Ultraschallsignal in ein elektrisches Signal umwandelt. Das elektrische Signal passiert dann den T/R-Schalter 345 zu Verstärker 351, der das zurückgeleitete Signal vom Wandler verstärkt. Das verstärkte Signal wird an eine A/D-Vorrichtung (angeordnet an 352, welches ebenfalls die Elemente des Systems für die Durchführung von DSP- Funktionen wiedergibt) zur Digitalisierung und Ausführung der digitalen Signalverarbeitung (DSP).
Das DSP-Modul weist zwei Hauptfunktionen auf:

i) Messen des Abstands zwischen der distalen Spitze und dem Amboss.
ii) Bestätigen der Ausrichtung zwischen der distalen Spitze und dem Amboss.

Die Digitalisierung muss die weitaus bekannten Nyquist-Kriterien erfüllen, es ist jedoch möglich, weil das Signal Niedrigfrequenz ist, eine Unterscannung zu verwenden und somit die Berechnungsladungen zu verringern und einige Stromkreise einsparen zu können.
Die drei Haupteinheiten des Ultraschallsystems aus 48 werden nun näher erläutert. Die Sendeeinheit wird schematisch in 49 dargestellt. Der Datenbiterzeuger und Tor 360 sind dazu in der Lage, einen Impuls oder ein Datenbitbündel zu erzeugen. Diese bestimmen ebenfalls die Modulationsart der Trägerfrequenz Fc (die ein Bereich einer Sinuswelle mit einer Oszillationsfrequenz von beispielsweise 10,7MHz ist), die in den Mischer 361 gespeist wird. Beim Senden von lediglich einem Impuls wird die Impulslänge durch die Wandlerangabe bestimmt (in diesem Beispiel 100nSek) und die Impulsfolgefrequenz (IFF) ist 100Hz. Durch Senden eines Impulsbündels oder einer Zufallsfolge von Impulsen oder einer modulierten Zufallsfolge von Impulsbündeln ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Messungen zu erhöhen und mit sehr schwachen Signalen in einer sehr lauten Umgebung zu arbeiten. Das gemischte (modulierte) Signal wird an einen Leistungsverstärker 362 übermittelt, der es filtert und verstärkt, bevor er es an den Wandler 363 weitergeleitet wird, der die elektrische Energie in Ultraschallenergie umwandelt.
Die Empfängereinheit wird schematisch in 50 gezeigt. Die Ultraschallwelle, die durch alle Gewebe passiert, wird durch den Wandler 363 empfangen, der die Ultraschallenergie in elektrische Energie umwandelt. Das Signal wird mittels des Verstärkers 364 verstärkt und durch den Interferenzfilter (oder mehrere) 365 zum Entfernen unerwünschter Frequenzen gefiltert. Danach wird das Signal mit einer Analogdigital (A/D) Einheit 366 (die beispielsweise eine Auflösung von 8bit und eine Scannrate von 100MHz aufweist) digitalisiert. Da die Scannrate im Vergleich zu dem Datentransfer des Computers sehr hoch ist, ist es notwendig, eine schnelle FIFO-Einheit 367 zu verwenden, die die Daten bis zur Weitergabe and den Hauptspeicher 368 eines Rechners (PC) speichert.
Das Digitalisierungsmodul ist eine PC-Karte mit einer A/D-Einheit und einer Scannfolge von 50-100MHz. Sobald die Übertragung beginnt, startet die A/D-Einheit gleichzeitig die Scannung und die Daten werden in der FIFO-Einheit für ungefähr 20μs gesammelt (was einem Abstand von ungefähr 3cm entspricht), wonach die Daten zu einem Pufferspeicher des Computerhauptspeichers übertragen werden.
Das bevorzugte Verfahren zum Umsetzen der Abstandsberechnungen umfasst die Verwendung des folgenden Korrelationsalgorithmus. Die gescannten Daten im Pufferspeicher werden mit dem vorher festgelegten Signalmuster, das im Computerspeicher gespeichert ist, kreuzkorreliert.
Das Bezugssignal kann auf zwei Weisen gebildet werden. Das erste Verfahren macht Gebrauch von der Tatsache, dass es möglich ist, eine Funktion zur Erzeugung eines Musters des reflektierten Echos zu schreiben oder synthetisieren. Ein Beispiel einer Funktion, die ein solches Bezugssignal erzeugt ist: ref(t) = Ie–τt cos(ωdt + θ) t ≥ 0 ref(t) = Ie–τtcos(ωdt + θ) t ≤ 0wobei τ der Dämpfungsgrad ist, der aus der Wandlervorgabe abgeleitet wird, ω_d ist die natürliche Dämpfungsfrequenz, die aus der Wandlervorgabe abgeleitet wird, und θ ist die Phasenkorrektur, bei Bedarf (William W. Seto, Acoustics, Schaum's Outline Series, McGraw-Hill Inc., USA, 1971). 51A ist eine Reproduktion eines Computerschirms, der ein Beispiel eines synthetischen Bezugsignals zeigt, das durch Verwendung der oben genannten Formel errechnet wird.
Beim zweiten Verfahren wird ein aktives Echo gescannt und im Computerspeicher zur Verwendung als Bezugssignal gespeichert. Das zweite Verfahren wird vorgezogen, weil es die Eigenschaften vom gesamten Sende- und Empfangssystem enthält, inklusive die des Wandlers. Wenn daher der Wandler (oder jede andere Systemkomponente) beispielsweise durch einen anderen Teil mit leicht unterschiedlichen Eigenschaften ersetzt wird, ist es möglich das exakt erwartete Bezugssignal im Computerspeicher durch eine simple Kalibrierungsmessung (beispielsweise in Wasser) zu speichern. 51B ist eine Reproduktion eines Computerschirms, der ein Beispiel eines vorher gemessenen Bezugsignals zeigt. In 51A und 51B zeigt die horizontale Achse die gemessene Zeit in Nanosekunden. Ein Kreuzkorrelations-Ergebnis wird aus folgender Formel erhalten:
worin r_ref,sig(l) das Kreuzkorrelationsergebnis, ref(n – 1) das Bezugssignal und Signal (n) das empfangene Signal ist, N = Länge(signal)-Länge(ref).
Der Index des Elements, das das Maximum im Korrelationspufferspeicher (r_ref,sig(l)) enthält, entspricht der Stelle an der das Bezugssignal und das empfangene Signal am besten passen. Die Ankunftszeit des Echos wird durch T_Ankunft = (Puffer index·l/Ts)/2 errechnet, wobei Puffer index der Index des Pufferspeicher bei maximaler Korrelation ist und Ts die Scannfolge darstellt.
Hieraus folgt, dass die Präzision der Messung durch die Scannfolge bestimmt wird, d.h. der Fehler in der Zeitmessung bei ±1/Ts liegt. Bei einer Scannfolge von 100MHz ist beispielsweise:
d.h. die Genauigkeit des Abstandes ist ±15μm.
52A ist eine Reproduktion eines Computerschirms, der die Korrelationsergebnisse (untere Kurve C) für einen üblichen Pufferspeicher zwischen dem empfangenen Echo aus dem Reflektor (obere Kurve R) und der vorher gemessenen Bezugskurve aus 51B zeigt. 52B zeigt eine Vergrößerung des Teils aus 52A, wobei das empfangene Signal und die Korrelationsergebnisse näher gezeigt werden. Das Maximum der Korrelation entsteht exakt am Beginn des empfangenen Signals. In 52A und 52B zeigt die Horizontalachse die gemessene Zeit in Mikrosekunden.
Der Ausrichtungsalgorithmus verwendet die Abstandsmessung als ein Kriterium für die Ausrichtungserkennung. Das folgende Beispiel ist für einen Einstufen (Zweifach-Echo)-Reflektor, kann jedoch leicht auf die Fälle von Reflektoren mit drei oder mehr Echos ausgeweitet werden. Das empfangene Signal im Pufferspeicher wird mit dem Bezugssignal korre liert. Dann sucht der Algorithmus nach der Stelle von zwei Maxima der Korrelation. Der Abstand zwischen diesen beiden Höchstpunkten muss gleich der Stufentiefe sein. Falls dieses Kriterium nicht erfüllt wird, sind der Wandler und der Reflektor nicht ausgerichtet.
Wenn der Abstand zwischen den Höchstwerten korrekt ist, wird die Energie der beiden Echos verglichen, um entweder die Abschwächung und Bereichs-Querschnittbeziehungen hierfür zu treffen oder eine vorher gemessene bekannte Beziehung aus einer Kalibrierungsmessung. Falls diese Beziehungen nicht erfüllt sind, ist die Ausrichtung nicht korrekt.
53 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausrichtungsalgorithmus. Die Ausrichtung wird als korrekt erachtet, wenn, und nur wenn, die Echos in einem Abstand gemessen werden, der der Stufentiefe entspricht und die Amplitudenbeziehungen erfüllt.
Zur Verminderung der Berechnungszeit ist es möglich, die Maxima in dem empfangenen Pufferspeicher anstatt in den Korrelationshöchstpunkten zu finden. Dennoch entstehen in diesem Fall Fehler falls es zu Zufallsstörgeräuschen mit hoher Amplitude kommt. Deshalb wird die Berechnung in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung der Korrelationsspitzen der Energie (gleichwertig zu der Intensitätsintegration) durchgeführt und nicht durch Verwenden der Höchstwerte aus dem empfangenen Pufferspeicher.

Claims

Endoskopische Vorrichtung (40) für eine teilweise Fundoplikation, umfassend einen fernen gebogenen Abschnitt (50) und einen flexiblen Abschnitt (49), die zum Positionieren in ausgeweiteter Form innerhalb der Speiseröhre eines Subjekts geeignet sind, und einer Klammerkonstruktion (61, 61A), wobei eine Klammerschießvorrichtung (61) entweder auf dem gebogenen Abschnitt (50) oder dem flexiblen Abschnitt (45) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin umfasst: eine Positionierungseinheit bestehend aus zwei separaten Elementen (62, 62A), wobei eines an dem fernen gebogenen Abschnitt (50) und das andere an dem flexiblen Abschnitt (49) angeordnet ist, wobei sich die Klammerschießvorrichtung (61, 61A) in Arbeitsposition befindet, sobald die zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion (62, 62A) ausgerichtet sind; und eine Schaltung zum Bestimmen, wann die beiden separaten Elemente der Positionierungseinheit (62, 62A) genau ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Klammerkonstruktion (61, 61A) weiterhin einen Amboss (61A) umfasst, wobei ein Amboss (61A) und die Klammerschießvorrichtung (61) auf dem gebogenen Abschnitt angeordnet ist und der andere auf dem flexiblen Abschnitt angeordnet ist, wobei der Amboss (61A) und die Klammerschießvorrichtung (61) sich in einem Arbeitsvorgang befinden, sobald die zwei separaten Elementen der Positionierungseinheit (62, 62A) genau ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei diese ein Sicherheitsmittel umfasst zum Sperren der Klammerschießvorrichtung (61, 61A), falls die zwei separaten Elemente der Klammerkonstruktion (62, 62A) nicht genau ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese ein Sichtmittel (113) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Sichtmittel (113) eine Videokamera umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Sichtmittel (113) eine Beleuchtungsvorrichtung (114) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese konventionelle endoskopische Vorrichtungen und Zubehör umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die konventionellen endoskopischen Mittel und Zubehör eine Wasser- und/oder Luftzufuhr und/oder Ansaugfunktion (112) umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese weiterhin eine Positionierungseinheit (64) zum Positionieren eines Abschnitts einer Klammerkonstruktion innerhalb der Speiseröhre ungefähr 5-6cm über dem gastroösophagealen Übergang umfasst, sobald die endoskopische Vorrichtung (40, 66) in Arbeitsposition ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Abschnitt der Klammerkonstruktion einen Amboss (61A) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Abschnitt der Klammerkonstruktion entlang der Achse der endoskopischen Vorrichtung durch die Bewegung eines flexiblen gewundenen Kabels (92) mit einem Innengewinde in diesem Abschnitt der Klammerkonstruktion versetzbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das flexible gewundene Kabel (92) innerhalb der endoskopischen Vorrichtung angeordnet ist und mit dem Innengewinde durch einen Schlitz (91) in Verbindung steht, wobei der Schlitz in der Wand des Körpers der endoskopischen Vorrichtung bereitgestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das flexible gewundene Kabel (92) in die Außenwand der endoskopischen Vorrichtung (40, 66) eingebettet ist, wobei dieses eine direkte Verbindung mit dem Innengewinde des Klammerkonstruktionsabschnitts aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das flexible gewundene Kabel (92) durch Benutzen einer Mikrometerkonstruktion gedreht wird, wodurch der Abschnitt der Klammerkonstruktion, die innerhalb der Speiseröhre positioniert ist, in einem überwachten Abstand versetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Amboss (61) im Wesentlichen eine ringartige Form aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ferne Abschnitt oder die Positionierungseinheit (62A) an der fernen Spitze (63) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ferne Abschnitt der Positionierungseinheit (62A) an der Außenwand der fernen Spitze (63) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ferne Abschnitt der Positionierungseinheit (61A) an der fernen Spitze (63) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der ferne Abschnitt der Positionierungseinheit (62A) an der Außenwand der fernen Spitze (63) angeordnet ist.
Chirurgische endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei diese die Klammerkonstruktion aufweist und einen Klammerschießabschnitt (61) und einen Ambossabschnitt (61A) umfasst, wobei eine dieser Klammerschießabschnitte (61) und einer dieser Ambossabschnitte (61A) längs voneinander entlang der Längsachse der endoskopischen Vorrichtung verschoben angeordnet sind, wobei mindestens ein Teil des flexiblen Abschnitts (102) dazwischen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Abschnitte der Klammervorrichtung in einer korrekten Arbeitsposition stehen, wobei ein oder mehrere Ausrichtungs- /Sicherungsstifte (121), die in einer der Klammerschießabschnitte (61) oder einer der Ambossabschnitte (61A) aufgeweitet sind, mit Eingriffen eingreifen und schließen, die von dem anderen der genannten Klammerschießabschnitte oder Ambossabschnitte bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ausrichtungs- /Sicherheitsstifte (121) aus dem Abschnitt der Klammervorrichtung, in dem sie gelagert sind, ausgezogen und zusammengefahren werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das duales Zahnstangen- (123) und Einzelritzelsystem (124) angewendet wird, um die Bewegung der Ausrichtungs- /Sicherheitsstifte bereitzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ausrichtungs- /Sicherheitsstifte (121) festgestellt und von den Eingriffen (142) gelöst werden können, die vom Abschnitt der Klammervorrichtung bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei zwei Ausrichtungs- /Sicherheitsstifte (121) bereitgestellt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ausrichtungs- /Sicherheitsstifte (121) in dem Ambossabschnitt (115) gelagert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei einer der Klammerschießabschnitte (61) oder Ambossabschnitte (61A) nah des dem flexiblen Abschnitts (102) nahen Ende angeordnet ist und der andere Klammerschießabschnitt (61) oder der andere Ambossabschnitt (61A) nah des der flexiblen Abschnitts (102) fernen Ende angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der Klammerschießabschnitt (61) nah des nahen Endes des flexiblen Abschnitts (102) angeordnet ist und der Ambossabschnitt (61A) an der fernen Spitze (103) des flexiblen Abschnitts (102) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine der Klammerschießabschnitte (61) oder der Ambossabschnitte (61A) auf dem flexiblen Abschnitt (102) des Endoskops angeordnet ist und der andere Klammerschießabschnitt (61) oder der andere Ambossabschnitt (61A) nah des fernen Ende des genannten flexiblen Abschnitts (102) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei einer der Klammerschießabschnitte (61) und einer der Ambossabschnitte (61A) auf dem flexiblen Abschnitt (102) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der flexible Abschnitt (102) ein Gelenkabschnitt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Gelenkabschnitt (102) ein Zweiweggelenkabschnitt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Gelenkabschnitt (102) ein Vierweggelenkabschnitt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die Aktivierung des Gelenkabschnitts (102) Teile der Klammerkonstruktion (61, 61A) veranlasst, sich in die richtige Arbeitsposition zu bringen.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Klammerschießabschnitt (61) eine Klammerpatrone (131) enthält, die eine oder eine Mehrzahl von Klammerarrays (141) enthält, wobei jedes Array aus einer oder einer Mehrzahl von Klammern (141) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Klammerpatrone (131) nach dem Schießen jedes einzelnen Klammerarrays durch die Aktion einer Nahaktionsvorrichtung (132) indexierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Anzahl der Klammerarrays drei ist und die Anzahl der Klammern in jedem dieser Arrays fünf ist.
Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei die Klammern jedes Arrays in drei Reihen angeordnet sind, wobei die drei Reihen die Stiftlöcher mit der mittleren Reihe ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 20, umfassend ein Sicherheitsmittel zum Sperren des Arbeitsvorgangs des Klammerschießabschnitts falls die beiden separaten Elemente der Klammerkonstruktion (61, 61A) nicht genau ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Ausrichtungs- /Sicherungsstifte (121) so hergestellt sind, dass die Stiftspitzen durch die Kraft beim Strecken des Gelenkabschnitts (102) brechen können.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend zwei oder mehr getrennte optische Kanäle, die zwei oder mehr unterschiedliche Ansichten bereitstellen, wobei jeder dieser optischen Kanäle eine Objektivlinse (191) und ein Mittel zum Einfangen oder Sehen des Bildes (193, 197) umfasst, wobei jeder Kanal wahlweise ebenfalls eins oder mehrere der folgenden Elemente beinhaltet: a) ein optisches Relaissystem 194, eine Okularlinse (192) und c) eine Kupplungslinse (198), wobei diese geeignet sind das erhaltene Bild durch die Objektivlinse an einen Bildsensoren (197) und Wiedergabevorrichtung (200-204) zu liefern, wobei jede Objektivlinse (191) an unterschiedlichen Positionen entlang der Länge des Endoskops angeordnet ist.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei jede der unterschiedlichen vielfachen Ansichten durch einen einzelnen optischen Kanal gegeben werden kann zum Erhalten einer monokularen Ansicht oder durch multiple optische Kanäle zum Erhalten einer binokularen oder stereoskopischen Ansicht.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei die Komponenten der optischen Kanäle und Wiedergabevorrichtung so gewählt werden, dass das Endoskop in den sichtbaren, ultravioletten, infraroten oder Röntgenabschnitten des elektromagnetischen Spektrums betrieben werden kann.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei die Objektivlinse (191), Okularlinse (192) und Kupplungslinse (198) entweder eine festgelegte Brennweite, multiple Brennweiten oder veränderliche Brennweiten aufweisen.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 41, wobei jede der unterschiedlichen Ansichten einen Winkel von zwischen 0 und 180 Grad bezüglich der mechanischen Achse des Endoskops aufweisen.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 42, wobei das Sichtfeld jedes der optischen Kanäle jede geeignete Form aufweisen kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf rund und rechteckig, sowie eine Winkelansicht von bis zu 180 Grad oder mehr aufweist.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine ferne Spitze (108) wobei diese ferne Spitze umfasst a. Eine Fassung (110), die zum Aufnehmen von Elementen einer Klammervorrichtung geeignet ist; b. wenigstens einen Beleuchtungskanal (114); und c. wenigstens eine Objektivlinse (191), die an ein optisches Relaissystem (194) angeschlossen ist.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 47, wobei die ferne Spitze (108) weiterhin einen Saug- und/oder Wasserzuführungskanal (114) umfasst.
Verfahren zum Bestimmen der relativen Position zweier separater Elemente der Positionierungseinheit (62, 62A) einer endoskopischen Vorrichtung (40), nach Anspruch 1, umfassend das Messen des Abstands dieser Elemente mittels eines oder mehrerer Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays, die als Übermittler von Ultraschallsignalen (290) dienen, wobei einer oder mehrere Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays zum Empfang dieser Ultraschallsignale (292) und zur Bestimmung des Grades der genauen Ausrichtung daraus dienen.
Endoskopische Vorrichtung 40 nach Anspruch 1, umfassend ein System zur Messung des Abstandes zwischen und/oder der relative Ausrichtung von zwei Objekten, die an zwei verschiedenen Orten entlang der Länge des Endoskops angeordnet sind, umfassend einen oder mehrere Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays, die als Überträger von Ultraschallsignalen (290) dienen, die an oder nah an diesen Objekten angeordnet sind, wobei ein oder mehrere Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays als Empfänger dieser Ultraschallsignale (292) dienen, die an oder nah dieser Objekte angeordnet sind.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 50, wobei zumindest einer der Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays, die als Empfänger von Ultraschallsignalen dienen, von einem Reflektor (312,320) ersetzt wird, wobei zumindest einer der Signalumwandler oder Signalumwandlerarrays, die als Übermittler dieses Ultraschallsignals dienen, ebenfalls als Empfänger dieser Signale (313, 321) dient.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 51, wobei ein einzelner Ultraschallsignalumwandler (313, 321) sowohl zum Übermitteln als auch zum Empfangen von Ultraschallsignalen verwendet wird und auf oder nah eines der Objekte angeordnet ist und zumindest ein Reflektor (312, 320) auf oder nah des zweiten Objekt angeordnet ist, wobei der Reflektor geeignet ist, ein Muster zu reflektieren, das in die Position und Orientierung der relativ zueinander angeordneten Objekte übertragen werden kann.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 52, umfassend eine Reflektionsvorrichtung (312, 320), umfassend zwei oder mehr parallele reflektierende ebene Oberflächen (310), die in einem Winkel von 90 Grad oder weniger durch eine oder mehrere Ebenen (311) geschnitten werden, um eine oder mehrere treppenartige Anordnungen zu bilden.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 53, wobei einige oder alle Stufen im Stufenreflektor unterschiedliche Tiefen haben.
Verfahren nach Anspruch 49, wobei eine Ambosseinheit (115) einer Klammerkonstruktion eines der auszurichtenden Objekte ist und eine Klammereinstellungseinheit (131) umfassend eine Klammerpatrone (140) das andere Objekt ist.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Klammerpatrone (131), wobei ein oder mehrere Reflektoren von Ultraschallwellen (312, 320) an oder in oder als fester Bestandteil der Oberfläche der Patrone gebildet sind.
Endoskopische Vorrichtung nach Anspruch 1, umfassend eine Klammerambosseinheit (115) oder Klammerpatrone (131), wobei der Signalumwandler der nur (290) übermittelt oder nur (292) empfängt oder beides (313, 321) übermittelt/empfängt innerhalb dieser Klammerambosseinheit (115) oder Patroneneinheit (140) befestigt ist.