Medizintechnische Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung Medical device with an elongated device
Die Erfindung betrifft eine medizintechnische Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung zum zumindest teil weisen Einfuhren in einen Organismus.The invention relates to a medical device with an elongated device for at least partially importing into an organism.
Unter einer Vorrichtung mit einer langgestreckten Einrichtung sind medizintechnische Instrumente, wie ein Katheter, ein Katheter mit einem Führungsdraht, ein flexibles Endoskop, also im wesentlichen Instrumente der minimal-invasiven Chirurgie, zu verstehen. Eine derartige Vorrichtung umfasst eine langgestreckte Einrichtung mit einer im Verhältnis zur Länge geringen Dicke, insbesondere einem im Verhältnis zur Länge kleinen Durchmesser. Eine Einsatzmöglichkeit der Vorrichtung besteht darin, unter Beigabe von durch die langgestreckte Einrichtung geförderten Kontrastmittel Organe infolge der Absorption von Röntgenstrahlung in einem Röntgenbild darstellen zu können. Die langgestreckte Einrichtung kann auch für chirurgische Eingriffe am schlagenden Herzen, zur Aufweitung von Gefäßen oder zu einer Intervention an blutführenden Gefäßen im Gehirn eingesetzt werden.A device with an elongated device is to be understood as medical-technical instruments, such as a catheter, a catheter with a guide wire, a flexible endoscope, that is to say essentially instruments of minimally invasive surgery. Such a device comprises an elongated device with a small thickness in relation to the length, in particular a small diameter in relation to the length. One possible application of the device is to be able to display organs in an X-ray image with the addition of contrast media conveyed by the elongated device as a result of the absorption of X-rays. The elongated device can also be used for surgical operations on the beating heart, for dilating vessels or for an intervention on blood-carrying vessels in the brain.
Um die langgestreckte Einrichtung an die gewünschte Stelle in dem Organismus zu verbringen, ist sie über eine natürliche oder künstliche Körperöffnung in den jeweiligen Organismus zumindest teilweise einzuführen. Dabei kann die langgestreckte Einrichtung an ihrem dem Organismus zuzuwendenden Ende eine Ausrüstung zum Manipulieren des jeweiligen Gefäßes aufweisen, oder kann dazu ausgelegt sein, bestimmte Fluide an die entsprechende Stelle im Organismus zu injizieren.In order to bring the elongated device to the desired location in the organism, it must be inserted into the respective organism at least partially via a natural or artificial body opening. The elongated device can have equipment for manipulating the respective vessel at its end facing the organism, or can be designed to inject certain fluids into the corresponding location in the organism.
Das Legen, also Einführen, der langgestreckten Einrichtung an das zu untersuchende bzw. zu behandelnde Gebiet wird nach den herkömmlichen Praktiken durch manuelles Vorschieben der langgestreckten Einrichtung zum Behandlungsgebiet realisiert. Das Vorschieben birgt eine Quelle von Verletzungen an Gefäßen, Gefäßwänden und Geweben des Organismus vor allem durch die Spitze der langgestreckten Einrichtung in sich, nämlich dann, wenn der Vorschub unkontrolliert vonstatten geht und sich Kanten der Spitze in das Gewebe des Organis-
mus einschneiden. Je präziser dem behandelnden Arzt die Lage der langgestreckten Einrichtung bezüglich des Gefäßes vermittelt wird, desto geringer ist die Gefahr von Verletzungen.The placement, that is, insertion, of the elongated device onto the area to be examined or treated is carried out according to conventional practices by manually pushing the elongated device toward the treatment area. The advancement harbors a source of injuries to the vessels, vessel walls and tissues of the organism, particularly through the tip of the elongated device, namely when the advancement takes place in an uncontrolled manner and edges of the tip enter the tissue of the organism cut in mus. The more precisely the position of the elongated device in relation to the vessel is conveyed to the attending physician, the lower the risk of injury.
Zur visuellen Identifizierung der Lage der langgestreckten Einrichtung können beispielsweise bei der Untersuchung von venösen oder arteriellen Blutgefäßen Echtzeit- Röntgenkontrastmittel-Bildaufnahmen oder -Videoaufnahmen herangezogen werden. Als weitere Informationsquelle über die Lage einer Katheterspitze nutzt der Arzt seine Kenntnisse über den jeweiligen Gefäßverlauf des zu kathetisierenden Gefäßes. Weniger erfahrene Ärzte können auf einen derartigen Erfahrungsschatz nicht zurückgreifen.For the visual identification of the position of the elongated device, real-time X-ray contrast medium image recordings or video recordings can be used, for example, when examining venous or arterial blood vessels. As a further source of information about the position of a catheter tip, the doctor uses his knowledge of the particular course of the vessel to be cathetized. Less experienced doctors cannot fall back on such a wealth of experience.
Weiterhin helfen dem behandelnden Arzt die beim manuellen Vorschieben der langgestreckten Eimichtung auf letztere an dem Betätigungsgriff spürbaren Kräfte, die dem geschulten Arzt mitteilen können, welchen Verlauf das zu katheterisierende Gefäß nimmt.Furthermore, the attending physician is assisted by the forces that can be felt on the actuating handle when manually pushing the elongated egg device onto the latter, which forces can tell the trained physician which course the vessel to be catheterized is taking.
Allerdings werden die dem behandelnden Arzt mitgeteilten Kräfte aufgrund der mechanischen Eigenschaft des Materials, nämlich der Elastizität der langgestreckten Eimichtung und der Reibung der langgestreckten Eimichtung an den Gefäßwänden, verfälscht. Nur im Umgang mit der medizinischen Vorrichtung erfahrene Ärzte können die an der Spitze der langgestreckten Einrichtung angreifenden Kräfte, die für Verletzungen am Organismus meist verantwortlich sind, von den normalen Vorschubkräften taktil unterscheiden. Diese marginal kleinen taktilen Empfmdungsunterschiede machen es dem behandelnden Arzt oft schwer, die zur Betätigung der langgestreckten Einrichtung aufzubringenden Kräfte und Momente angemessen zu dosieren, vor allem nicht überzudosieren.However, the forces communicated to the attending physician are falsified due to the mechanical property of the material, namely the elasticity of the elongated egg seal and the friction of the elongated egg seal against the vessel walls. Only physicians experienced in handling the medical device can tactilely distinguish the forces acting on the tip of the elongated device, which are mostly responsible for injuries to the organism, from the normal feed forces. These marginally small tactile sensation differences often make it difficult for the attending physician to adequately dose, especially not to overdose, the forces and moments to be used to operate the elongated device.
Es besteht also insbesondere bei minimalinvasiven chirurgischen Instrumenten das allgemeine Interesse, die Verletzungsgefahr beim Einsatz dieser Vorrichtungen zu reduzieren. Aus der U.S. -6,221, 023 ist eine medizinische Vorrichtung mit einem Sensor bekannt, der die an der Spitze der langgestreckten Einrichtung beim Einführen in den Organismus auftretenden Kräfte messen kann. Die durch den Sensor ermittelten Meßergebnisse werden an einem Display visuell angezeigt. Die Bedienung des Instruments erfordert allerdings einen hohen Aufmerksamkeitsgrad durch die Bedienperson, welche die angezeigten Meßergebnisse ständig genau beobachten muß. Hierbei können kurze Konzentrationschwächen, eine Ermüdung der Augen, die bei länger andauernder Betrachtung des Bildschirms keine Seltenheit ist, sowie kurzes Abschweifen der Augen von dem Bildschirm zu entscheidenden Behandlungsfehlern des Arztes führen.
Die U.S. -6,096,004 offenbart eine minimalinvasive chirurgische Anordnung, die eine Fernbetätigung des minimalinvasiven Instruments ermöglicht. Hierfür sind eine Hauptsteuereinrichtung und eine Nebensteuereinrichtung vorgesehen, wobei die Hauptsteuereimichtung mechanisch erfasste Betätigungsbewegungen einer Bedienperson elektrisch auswertet und als elektrische Signale dem Nebensteuersystem per Fernübertragung mitteilt. Das Nebensteuersystem überträgt die Signale einem Aktuator, der auf der Basis der Betätigungsbewegungen der Bedienperson eine langgestreckte Einrichtung manipuliert. Der Aktuator des Nebensteuersystems weist Sensoren auf, welche von der langgestreckten Einrichtung auf den Aktuator übertragene Betriebskräfte ermitteln können. Da die Hauptsteuereinrichtung und die von der Hauptsteuereinrichtung andererorts befindliche Nebensteuereinrichtung über Fernsignalübertragung miteinander kommunizieren und die Bedienperson keinen unmittelbaren körperlichen Kontakt zum Patienten aufnehmen kann, werden die am Nebensteuersystem ermittelten Betriebskräfte einem weiteren mit dem Hauptsteuersystem verbundenen Aktuator übermittelt, welcher der Bedienperson einen haptischen Eindruck von den Betriebskräften des Instruments vermitteln soll. Auf diese Weise kann der Nachteil der örtlichen Trennung von Bedienperson und Patienten, wenn nicht aufgehoben, jedoch abgeschwächt werden. Allerdings wird der Bedienperson eine Summe von Kräften; wie "den Reibungskräften, den elastischen Verformungskräften und den unter Umständen auftretenden Kollisionskräften, der Spitze des Instruments an einem Gewebehindernis mitgeteilt. Die Kräfte an dem Betätigungselement werden folglich durch einen mechanischen Tiefpaß gefiltert, besser gesagt verfälscht, dessen Filterwirkung von der Länge des mimmalinvasiven Instruments, seiner Masse, der Reibung an den Gefäßwänden und vielen weiteren Parametern abhängt.There is therefore general interest, particularly in the case of minimally invasive surgical instruments, in reducing the risk of injury when using these devices. A medical device with a sensor is known from US Pat. No. 6,221,023, which can measure the forces occurring at the tip of the elongated device when it is introduced into the organism. The measurement results determined by the sensor are visually shown on a display. The operation of the instrument, however, requires a high level of attention from the operator, who must constantly closely monitor the displayed measurement results. Here short shortcomings in concentration, eye fatigue, which is not uncommon when looking at the screen for a longer period of time, and brief wandering of the eyes from the screen can lead to decisive treatment errors by the doctor. US-6,096,004 discloses a minimally invasive surgical arrangement that enables remote actuation of the minimally invasive instrument. A main control device and a secondary control device are provided for this, the main control device electrically evaluating mechanically detected actuation movements of an operator and communicating them as electrical signals to the secondary control system by remote transmission. The secondary control system transmits the signals to an actuator, which manipulates an elongated device on the basis of the operating movements of the operator. The actuator of the secondary control system has sensors which can determine operating forces transmitted from the elongated device to the actuator. Since the main control device and the secondary control device located elsewhere by the main control device communicate via remote signal transmission and the operator cannot establish direct physical contact with the patient, the operating forces determined on the secondary control system are transmitted to another actuator connected to the main control system, which gives the operator a haptic impression of the Mediate operational forces of the instrument. In this way, the disadvantage of the local separation of operator and patient, if not eliminated, can be mitigated. However, the operator becomes a sum of forces; such as " the frictional forces, the elastic deformation forces and the collision forces that may occur, the tip of the instrument against a tissue obstacle. The forces on the actuating element are consequently filtered, or rather falsified, by a mechanical low-pass filter, the filter effect of which depends on the length of the miminal invasive instrument, depends on its mass, the friction on the vessel walls and many other parameters.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine medizintechnische Vorrichtung zu schaffen, mit der eine einfache Bedienung minimalinvasiver Instrumente möglich ist, wobei die Gefahr einer Verletzung oder Komplikation des zu behandelnden Organismus gegenüber den bekannten Vorrichtungen zu verringern ist.It is an object of the invention to provide a medical device with which simple operation of minimally invasive instruments is possible, the risk of injury or complication of the organism to be treated being reduced compared to the known devices.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße medizintechnische Vorrichtung hat eine langgestreckte Einrichtung, wie einen Katheter oder ein flexibles Endoskop, die mit mindestens einem Sensor versehen ist. Der Sensor an der langgestreckten Einrichtung erfaßt eine Kraft oder Kräfte, die beispielsweise beim Vorschieben der langgestreckten Einrichtung in den Organismus an den dem Organismus zuzuwendenden Bereichen der langgestreckten Einrichtung angreift oder angreifen. Diese intrakorpuskular oder intrakorporär ermittelten Kräfte werden einem Aktuator übermittelt, der entsprechend der
übermittelten Kräfte einen haptischen Eindruck für die Bedienperson der langgestreckten Einrichtung erzeugt, und zwar an einem Betätigungsbereich der langgestreckten Eimichtung, beispielsweise eines Handgriffs oder Joy-Sticks, an dem die Bedienperson die langgestreckte Einrichtung führt, lenkt, manipuliert und vor- oder zurückbewegt.This object is solved by the features of claim 1. The medical device according to the invention has an elongated device, such as a catheter or a flexible endoscope, which is provided with at least one sensor. The sensor on the elongate device detects a force or forces which, for example, attack or attack the regions of the elongate device to be turned towards the organism when the elongate device is pushed into the organism. These intracorpuscular or intracorporeally determined forces are transmitted to an actuator which corresponds to the Transmitted forces creates a haptic impression for the operator of the elongated device, namely on an actuation area of the elongated egg device, for example a handle or joy stick, on which the operator guides, directs, manipulates and moves the elongated device back and forth.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Bedienperson unmittelbar taktil mitgeteilt, ob beispielsweise ein Hindernis, wie eine Gefäßverengung, einen weiteren Vorschub der langgestreckten Einrichtung behindert, weil durch die direkte Messung der intrakorpuskularen Kräfte die Bedienperson einem unmittelbaren Aufschluß über die Kraftzustände an dem potentiellem Gefahrenstellen der langgestreckten Eimichtung erhält. Durch das taktile Feedback wird der Bedienperson ein Hindernis deutlich mitgeteilt, so daß es auch bei Konzentrationsschwächen des behandelnden Arztes zu keinen Verletzungen des Gewebes kommen muß.With the device according to the invention, the operator is immediately tactile informed whether, for example, an obstacle, such as a vasoconstriction, hinders further advancement of the elongated device, because the direct measurement of the intracorpuscular forces gives the operator direct information about the force conditions at the potential danger point of the elongated device Egg seal. The tactile feedback clearly communicates an obstacle to the operator, so that there is no need to injure the tissue even if the attending physician is unable to concentrate.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann eine Bedienperson daran hindern, durch undosierte Vorschubbewegungen eine Verletzung von Gefäßen des Organismus zu verursachen. Kräfte bzw. Momente, welche Gefäßwände verletzen könnten, können bereits sehr früh erkannt, nämlich verspürt, werden. Da bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Kräfte intrakorpuskular erfaßt werden, können die Störfaktoren, wie die Reibung und die Elastizität der langgestreckten Einrichtung, die außerhalb des Körpers ermittelte Kraftmeßergebnisse stark verfälschen, weitestgehend ausgeschaltet werden.The device according to the invention can prevent an operator from causing injury to vessels of the organism by undosed feed movements. Forces or moments that could injure vessel walls can be recognized very early, namely felt. Since the forces are detected intracorpuscularly in the device according to the invention, the disturbing factors, such as the friction and the elasticity of the elongated device, which falsify the force measurement results determined outside the body, can be largely eliminated.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit mehreren Sensoren an der langgestreckten Einrichtung versehen sein, um damit die Wirkrichtung einer im Bereich der Sensoren angreifenden Kraft genauer zu bestimmen und der Bedienperson präziser spürbar zu machen. Schließlich wird erfmdungsgemäß eine exaktere Führung der langgestreckten Einrichtung durch den Organismus erreicht, wobei die Gefahr von Verletzungen des Organismus annähernd ausgeschlossen werden kann.The device according to the invention can be provided with a plurality of sensors on the elongated device in order thereby to determine more precisely the direction of action of a force acting in the area of the sensors and to make it more precisely perceptible to the operator. Finally, according to the invention, a more precise guidance of the elongated device by the organism is achieved, the risk of injury to the organism being virtually excluded.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der Betätigungsbereich mit der langgestreckten Einrichtung mechanisch und/oder baulich gekoppelt. Allerdings kann auch vorgesehen sein, den Betätigungsbereich als eigenständiges Betätigungsbauteil auszuführen, das von der langgestreckten Eimichtung bzw. dem Aktuator strukturell entkoppelt ist. Bei der zweitgenannten Ausführungsalternative ist der Aktuator von der langgestreckten Einrichtung baulich getrennt, wobei die an dem Sensor erfaßten Meßergebnisse dem Aktuator telemetrisch übersandt werden, und mit dem Betätigungsbauteil mechanisch gekoppelt, wobei dem Betäti-
gungsbauteil ein den an dem langgestreckten Bauteil erfaßten Kräften entsprechender hapti- scher Eindruck vermittelbar ist.In a preferred embodiment of the invention, the actuation area is mechanically and / or structurally coupled to the elongated device. However, provision can also be made to design the actuation area as an independent actuation component, which is structurally decoupled from the elongated egg device or the actuator. In the second alternative embodiment, the actuator is structurally separated from the elongated device, the measurement results recorded on the sensor being transmitted telemetrically to the actuator, and mechanically coupled to the actuating component, the actuating component supply component a haptic impression corresponding to the forces detected on the elongated component can be conveyed.
In einer bevorzugten Ausführung ist der Aktuator, der eine translatorische sowie rotatorische Bewegung der langgestreckten Eimichtung betreiben kann, in einer Manschette untergebracht. Die Manschette kann extrakorpuskular oder extrakorporär an einer Gliedmaße des Organismus vorteilhafterweise angebracht werden. Auf diese Weise wird ein fester Bezugspunkt der Vorrichtung bezüglich des Organismus definiert.In a preferred embodiment, the actuator, which can carry out a translational and rotational movement of the elongated egg device, is accommodated in a sleeve. The cuff can advantageously be attached extracorpuscularly or extracorporeally to a limb of the organism. In this way, a fixed reference point of the device with respect to the organism is defined.
Eine besonders einfache Ausfuhrung eines Betätigungsbereichs, der zum Halten in der Hand der Bedienperson ausgelegt sein soll, wird durch die Form einer Spritze realisiert, welche zudem ein Injizieren eines Fluids durch die langgestreckte Einrichtung hindurch zuläßt.A particularly simple embodiment of an actuation area, which should be designed to be held in the hand of the operator, is realized by the shape of a syringe, which also allows fluid to be injected through the elongated device.
Bei einer bevorzugten Ausfül rung umfaßt die erfmdungsgemäße Vorrichtung eine Eimichtung zum Steuern des Aktuators. Die Steuereimichtung kontrolliert die auf die langgestreckte Eimichtung bzw. den Betätigungsbereich wirkenden, von dem Aktuator zu erzeugenden Kräfte und Momente. Die von dem Aktuator zu erzeugenden Kräfte bzw. Momente hängen zum einen von der Stärke der durch den wenigstens einen Sensor enmttelten Kräfte an der langgestreckten Einrichtung ab. Zum anderen hängt die von dem Aktuator ausgegebene Kraft von den standardisierbaren Betriebsbedingungen ab, zu denen die Reibung zwischen der langgestreckten Eimichtung und dem Organismus sowie die Elastizität der langgestreckten Einrichtung, des Aktuators, des Betätigungsbereichs, etc. zählen.In a preferred embodiment, the device according to the invention comprises an egg device for controlling the actuator. The control device controls the forces and moments to be generated by the actuator acting on the elongated egg device or the actuation area. The forces or moments to be generated by the actuator depend, on the one hand, on the strength of the forces on the elongated device, which forces are detected by the at least one sensor. On the other hand, the force output by the actuator depends on the standardizable operating conditions, which include the friction between the elongated device and the organism and the elasticity of the elongated device, the actuator, the actuation area, etc.
Die Reibungskraft nimmt mit zunehmender Einführung der langgestreckten Eimichtung in den Organismus zu. Das gleiche gilt für die Verformarbeit, die aufzubringen ist, um die elastische Verformung der langgestreckten Eimichtung, des Aktuators, etc. für den Vorschub der langgestreckten Eimichtung zu überwinden.The friction increases with the increasing introduction of the elongated egg into the organism. The same applies to the deformation work that has to be applied in order to overcome the elastic deformation of the elongated egg device, the actuator, etc. for the advance of the elongated egg device.
Um der Bedienperson die beispielsweise an der Spitze der langgestreckten Einrichtung auftretenden Kräfte haptisch deutlich mitzuteilen, werden vorzugsweise die Betriebskräfte mit den beispielsweise an der Spitze der langgestreckten Eimichtung ermittelten Kräfte überlagert. Bei einer starren Kopplung des Betätigungsbereichs über einen Abschnitt der langgestreckten Eimichtung zum Aktuator läßt sich die für einen Vorschub der langgestreckten Einrichtung zu überwindende Kraft in folgender Gleichung darstellen:In order to provide the operator with a haptically clear message, for example, of the forces occurring at the tip of the elongated device, the operating forces are preferably superimposed with the forces determined, for example, at the tip of the elongated device. In the case of a rigid coupling of the actuation area over a section of the elongated device to the actuator, the force to be overcome for advancing the elongated device can be represented in the following equation:
B = R + E + H,
wobeiB = R + E + H, in which
B = die Kraft zum Erzeugen eines Vorschubs der langgestreckten Eimichtung am Betätigungsbereich;B = the force to produce an advance of the elongated egg device at the operating area;
R = zu überwindende Reibungskraft zwischen langgestreckter Eimichtung und Organismus;R = frictional force to be overcome between elongated egg and organism;
E = Kraft zur elastischen Verformung der langgestreckten Einrichtung;E = force for elastic deformation of the elongated device;
H = die von dem Aktuator erzeugte Widerstandskraft, die der an dem Sensor erfaßten Kraft entspricht.H = the resistance force generated by the actuator, which corresponds to the force detected at the sensor.
Um der Bedienperson einen ausreichend großen haptischen Eindruck zu vermitteln, muß die durch den Aktuator erzeugte Widerstandskraft H erheblich größer als die Summe der Reibungskraft R und der Kraft E zum elastischen Verformen der langgestreckten Einrichtung sein, welche Kräfte R, E die Bedienperson beim hindernisfreien Vorschieben stets verspürt.In order to give the operator a sufficiently large haptic impression, the resistance force H generated by the actuator must be considerably greater than the sum of the frictional force R and the force E for the elastic deformation of the elongated device, which forces R, E the operator always has during the unobstructed advancement felt.
Um die Kraft der Bedienperson, die zum Vorschieben der langgestreckten Eimichtung aufzubringen ist, verringern zu können, kann der Aktuator derart gesteuert sein, daß die betriebsbedingten Widerstandskräfte R, E nicht von der Bedienperson sondern im wesentlichen von dem Aktuator selbst überwunden werden. Folglich werden der Bedienperson nur noch die Widerstandskräfte H mitgeteilt, die von dem wenigstens einen an einer gewünschten Stelle an der langgestreckten Eimichtung angeordneten Sensor erfaßt werden. Der Aktuator kann also die langgestreckte Eimichtung in mehrere Richtungen bewegen.In order to be able to reduce the force of the operator, which is to be applied for advancing the elongated egg device, the actuator can be controlled in such a way that the operational resistance forces R, E are not overcome by the operator but essentially by the actuator itself. Consequently, the operator is only informed of the resistance forces H which are detected by the at least one sensor arranged at a desired location on the elongated egg device. The actuator can thus move the elongated egg device in several directions.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann der Sensor dazu ausgelegt sein, neben der Kraftmessung die beim Einführen der langgestreckten Eimichtung in den Organismus erreichte Position oder den zurückgelegten Weg im dreidimensionalen Raum zu ermitteln. Hierzu kann ein separater Weg- oder Positions-Sensor vorgesehen sein. Um insbesondere einen kleinen Entzündungsherd orten und insbesondere anhand der Abmessung identifizieren zu können, ist der Positions-Sensor mit dem Aktuator betriebsmäßig derart verbunden, daß kleine Bewegungen an dem dem Organismus zugewandten Ende der langgestreckten Einrichtung, insbesondere eines Katheters, in haptische, repräsentative Bewegungen oder Positionsänderungen am Betätigungsbereich oder Bedienteil der medizimsch-technischen Vorrichtung skaliert umgesetzt werden. Hierzu kann ein Untersetzungsgetriebe vorgesehen sein, das
zwischen der langgestreckten Einrichtung und dem Betätigungsbereich angeordnet ist und für repräsentative Bewegungen größerer Amplitude als der tatsächliche Weg der langgestreckten Eimichtung sorgt.In a preferred development of the invention, the sensor can be designed to determine, in addition to the force measurement, the position reached when the elongated egg device is introduced into the organism or the distance traveled in three-dimensional space. For this purpose, a separate displacement or position sensor can be provided. In order to be able to locate a small focus of inflammation in particular, and in particular to be able to identify it on the basis of the dimensions, the position sensor is operationally connected to the actuator in such a way that small movements at the end of the elongated device, in particular a catheter, towards the organism result in haptic, representative movements or Changes in position on the operating area or control panel of the medical-technical device can be implemented scaled. For this purpose, a reduction gear can be provided is arranged between the elongated device and the actuation area and ensures representative movements of greater amplitude than the actual path of the elongated egg device.
Bei einer Skalierung des von der langgestreckten Eimichtung in einem Organismus zurückgelegten Weges in repräsentative Bewegungen am Betätigungsbereich ist vorzugsweise die langgestreckte Eimichtung von dem Betätigungsbereich entkoppelt. Die gewünschte Positi- ons- oder Wegskalierung kann auch durch eine Steuerung und/oder Regelung realisiert sein, welche ermittelte Positionssignale des Positionssensors verarbeitet und für die Bedienperson deutlich bemerkbare Bewegungen erzeugt.When the path covered by the elongated egg device in an organism is scaled in representative movements at the actuation area, the elongated egg device is preferably decoupled from the actuation area. The desired position or path scaling can also be realized by a control and / or regulation which processes determined position signals of the position sensor and generates movements which are clearly noticeable for the operator.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die Kraft-Sensorsignale und die Positions-Sensorsignale zur gemeinsamen Auswertung und Nutzung in einer Steuerungsund/oder Regelungsvorrichtung verarbeitet, um der Bedienperson einen kraftskalierten und wegskalierten haptischen Größeneindruck beim Einführen und Bewegen einer langgestreckten Eimichtung einer medizinischen Vorrichtung in den Organismus zu liefern.In a preferred development of the invention, the force sensor signals and the position sensor signals are processed for joint evaluation and use in a control and / or regulating device in order to provide the operator with a force-scaled and path-scaled haptic size impression when inserting and moving an elongated egg device of a medical device To deliver organism.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Speicher zum Sichern der Kraft- und/oder Positions-Signale. Mit den gespeicherten Signalen kann beispielsweise eine Topographie des Einfuhrweges zu einem Gefäß und/oder die Gewebesteifigkeit des Organismusses längs des beschrittenen Einführweges ermittelt und gegebenenfalls visuell dargestellt werden. Hierzu führt die Bedienperson die langgestreckte Einrichtung in das relevante Gebiet ein und wählt eine Spannweite und Winkelauflösung.In a preferred development of the invention, the device according to the invention comprises a memory for securing the force and / or position signals. With the stored signals, for example, a topography of the entry route to a vessel and / or the tissue stiffness of the organism along the entry route taken can be determined and optionally displayed visually. For this purpose, the operator introduces the elongated device into the relevant area and selects a span and angular resolution.
Mit diesen Informationen kann der Aktuator derart gesteuert werden, daß die langgestreckte Einrichtung automatisch, insbesondere die Bedienperson unterstützend oder sogar ohne Führung einer Bedienperson, verletzungsfrei in den Organismus eingebracht werden kann. Mit einer an einem bestimmten Patienten vorgenommenen Invasion einer langgestreckten Einrichtung kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den „gelernten" Bewegungsabläufen, unter Beachtung der bei der manuell vorgenommenen Invasion ermittelten insbesondere maximal auftretenden Kräfte, als zusätzliches Regelungskriterium ohne weiteres einen erneuten Einführvorgang mit einer anderen langgestreckten Eimichtung unter Umständen unter Berücksichtigung baulicher Unterschiede der anderen langgestreckten Eimichtung vornehmen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, die gelernten Einführbewegungen zum Herausziehen der
langgestreckten Eimichtung aus dem Organismus zu nutzen, insbesondere für ein automatisches Entfernen ohne menschliche Assistenz.With this information, the actuator can be controlled in such a way that the elongated device can be introduced into the organism automatically, in a manner that assists the operator or even without an operator being guided. With an invasion of an elongated device carried out on a specific patient, the device according to the invention with the “learned” movement sequences, taking into account the forces that are determined in particular during the manual invasion, can easily be re-introduced with another elongated egg device as an additional control criterion Under certain circumstances take into account structural differences of the other elongated egg seal. A particular advantage is the learned insertion movements for pulling out the to use elongated egg seals from the organism, in particular for automatic removal without human assistance.
Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Unterbrechungsmechanismus vorgesehen, der eine Betätigung der langgestreckten Eimichtung unterbindet. Diese Unterbrechungsmechanismus kann aktiviert werden, wenn bei dem wenigstens einen Sensor ein Kraftbetrag gemessen wird, der einen vorbestimmbaren Kraftschwellenwert überschritten hat. Der Unterbrechungsmechanismus kann als eine Klemmeimichtung ausgeführt sein, welche die langgestreckte Eimichtung zum Blockieren des weiteren Vorschubs mit einem ortsfesten Bauteil verklemmt. Auf diese Weise besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine zusätzliche Sicherheitseimichtung, die starke Verletzungen des Organismus verhindert. Die Klemmeimichtung kann auch dynamisch realisiert sein, indem der Aktuator dem Betätigungsbereich eine entsprechend große Widerstandskraft mitteilt, wie sie an dem Betätigungsbereich von der Bedienperson ausgeübt wird.In a preferred embodiment of the device according to the invention, an interruption mechanism is provided which prevents the elongated egg device from being actuated. This interruption mechanism can be activated if an amount of force is measured in the at least one sensor that has exceeded a predeterminable force threshold value. The interruption mechanism can be designed as a clamping device which clamps the elongated egg device with a stationary component in order to block the further feed. In this way, the device according to the invention has an additional safety device which prevents severe injuries to the organism. The clamping device can also be implemented dynamically by the actuator communicating to the actuating area a correspondingly large resistance force, as is exerted on the actuating area by the operator.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Filtereimichtung vorgesehen, welche die von dem wenigstens einen Sensor erzeugten Signale filtert, insbesondere nach hochfrequenten Anteilen filtert. Außerdem kann eine Eimichtung zum Skalieren der von dem wenigstens einen Sensor ermittelten Kräfte vorgesehen sein, um eine stufenweise, annähernd kontinuierliche oder kontinuierliche haptische Echtzeitwiedergabe der erfaßten Kräfte an dem Betätigungsbereich zu realisieren.In a further preferred embodiment of the invention, a filter device is provided which filters the signals generated by the at least one sensor, in particular by high-frequency components. In addition, a device can be provided for scaling the forces determined by the at least one sensor in order to realize a step-wise, approximately continuous or continuous haptic real-time reproduction of the detected forces at the actuation area.
Vorzugsweise kann der Aktuator nach einem magneto- oder elektrorheologischen Funktionsbetrieb arbeiten, so daß einer von der Bedienperson an dem Betätigungsbereich aufgeprägten Bewegung dämpfend entgegengewirkt werden kann. Es wird allerdings bevorzugt, daß der Aktuator am Betätigungsbereich Kräfte und Momente aktiv erzeugt, um auf diese Weise die Nachgiebigkeit der langgestreckten Eimichtung darstellen zu können.The actuator can preferably operate according to a magnetorheological or electro-rheological function mode, so that a movement impressed on the operating area by the operator can be counteracted in a damping manner. However, it is preferred that the actuator actively generates forces and moments at the actuation area in order to be able to represent the flexibility of the elongated egg device in this way.
Bei einer bevorzugten Ausführung des Betätigungsbereichs ist diese zur Aufnahme verschieden breiter langgestreckter Eimichtungen ausgelegt. Vor allem bei als Katheter ausgebildeten langgestreckten Eimichtungen ist der Betätigungsbereich vorzugsweise dazu fähig, Katheter mit unterschiedlichen Durchmessern betätigen zu können.In a preferred embodiment of the actuation area, it is designed to accommodate elongated egg devices of different widths. Especially in the case of elongated egg devices designed as catheters, the actuation area is preferably capable of being able to actuate catheters with different diameters.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes vorgesehen. Vorzugsweise liegt der we-
nigstens eine Sensor an der dem Organismus zuzuwendenden Spitze der langgestreckten Einrichtung. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß Hindernisse, wie Gefäßverengungen, unmittelbar am Kollisionsort erfaßt werden, und der Bedienperson haptisch an dem Betätigungsbereich mitgeteilt werden.In a further preferred embodiment of the invention, the at least one sensor is provided in the region of the end to be turned towards the organism. Preferably the at least one sensor on the tip of the elongated device which is to be turned towards the organism. In this way it is ensured that obstacles, such as vasoconstrictions, are detected directly at the collision site and that the operator is haptically informed in the actuation area.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Sensor als Dehnmeßstreifen oder als piezoelektrisches Bauteil ausgeführt. Beide Ausführungsarten können an der Oberfläche der langgestreckten Eimichtung angeordnet oder im Material der langgestreckten Eimichtung eingebettet sein. Vor allem bei der Verwendung eines Dehnmeßstreifens kann es von Vorteil sein, die Anbringstelle des wenigstens einen Sensors materialverstärkt oder materialgeschwächt auszubilden. Auf diese Weise kann die Meßempfindlichkeit des Dehnmeßstreifens vorteilhaft eingestellt werden.The at least one sensor is preferably designed as a strain gauge or as a piezoelectric component. Both embodiments can be arranged on the surface of the elongated egg seal or embedded in the material of the elongated egg seal. Especially when using a strain gauge, it can be advantageous to design the attachment point of the at least one sensor to be reinforced or weakened. In this way, the measuring sensitivity of the strain gauge can be advantageously adjusted.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der wenigstens eine Sensor durch eine strukturelle Metallisierungsschicht gebildet, die vorzugsweise an der Oberfläche der langgestreckten Eimichtung angeordnet oder im Material der langgestreckten Eimichtung eingebettet ist. Besonders bevorzugt wird der wenigstens eine Sensor als die langgestreckte Eimichtung zumindest teilweise umgebende Umhüllung ausgebildet. Auf diese Weise können an der langgestreckten Eimichtung angreifende Kräfte vollumfänglich erfaßt werden.In a preferred embodiment of the invention, the at least one sensor is formed by a structural metallization layer, which is preferably arranged on the surface of the elongated egg seal or embedded in the material of the elongated egg seal. The at least one sensor is particularly preferably designed as an envelope that at least partially surrounds the elongated egg seal. In this way, forces acting on the elongated egg device can be fully detected.
Die langgestreckte Eimichtung kann mit einem bestimmten Funktionsmechanismus ausgestattet sein. Darunter können chirurgische Apparaturen oder andere Funktionselemente, wie ein Ballonkatheter, verstanden werden. Für einen gesicherten Vorschub der langgestreckten Eimichtung kann der wenigstens eine Sensor an der von dem Organismus abgewandten Seite des Funktionsmechanismus angeordnet sein. Ferner kann auch der Funktionsmechanismus mit einem Sensor zur Krafterfassung ausgestattet sein, um auch die Funktionsabläufe des Funktionsmechanismus an dem Betätigungsbereich haptisch darzustellen.The elongated egg seal can be equipped with a certain functional mechanism. This can be understood to mean surgical apparatus or other functional elements, such as a balloon catheter. For a secure advance of the elongated egg device, the at least one sensor can be arranged on the side of the functional mechanism facing away from the organism. Furthermore, the functional mechanism can also be equipped with a sensor for force detection in order to also haptically represent the functional sequences of the functional mechanism on the actuation area.
Die bevorzugte erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Mittel zum Übertragen von Signalen von dem wenigstens einen Sensor insbesondere zur Steuereimichtung. Das Übertragungsmittel kann beispielsweise als elektrische Leitung, insbesondere als ein in der langgestreckten Eimichtung eingebrachter Draht, ausgebildet sein. Für eine sehr kompakte Sensoranordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann diese Leitung auch zur Energieversorgung des Sensors oder anderer elektrischer Bauteile benachbart dem Sensor genutzt werden. Ein weiteres bevorzugtes Mittel zur Übertragung von Signalen von dem wenigstens ei-
nen Sensor kann durch eine drahtlose Sender-Empfänger-Anordnung realisiert sein. Dabei kann der Sender benachbart dem wenigstens einen Sensor liegen und mit diesem betriebsmäßig verbunden sein. Vorzugsweise besitzen der wenigstens eine Sensor und/oder der Sender eine autarke Energieversorgung, indem beispielsweise ein Bauteil zur Erzeugung von Energie in struktureller Nähe des Sensors und/oder des Senders angeordnet ist. Außerdem kann für den wenigstens einen Sensor und/oder den Sender ein drahtloser Energieübertragungsmechanismus vorgesehen sein.The preferred device according to the invention comprises a means for transmitting signals from the at least one sensor, in particular for control purposes. The transmission means can be designed, for example, as an electrical line, in particular as a wire introduced into the elongated egg device. For a very compact sensor arrangement of the device according to the invention, this line can also be used to supply energy to the sensor or other electrical components adjacent to the sensor. Another preferred means for transmitting signals from the at least one NEN sensor can be implemented by a wireless transmitter-receiver arrangement. The transmitter can lie adjacent to the at least one sensor and can be operatively connected to it. The at least one sensor and / or the transmitter preferably have an autonomous energy supply, for example by arranging a component for generating energy in the structural vicinity of the sensor and / or the transmitter. In addition, a wireless energy transmission mechanism can be provided for the at least one sensor and / or the transmitter.
Bei einer bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Ultraschallsender vorgesehen, der entweder Signale durch das Material der langgestreckten Eimichtung oder durch ein in der langgestreckten Eimichtung zu förderndes Fluid sendet.In a preferred embodiment of the device according to the invention, an ultrasonic transmitter is provided which either sends signals through the material of the elongated egg device or through a fluid to be conveyed in the elongated egg device.
Aufgrund der kostengünstigen und einfachen Herstellbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist diese als Einwegprodukt geeignet. Auf diese Weise kann eine kostengünstige und sterile Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet sein.Because of the inexpensive and simple manufacturability of the device according to the invention, it is suitable as a disposable product. In this way, inexpensive and sterile use of the device according to the invention can be ensured.
Weitere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften sind in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen angegeben, in denen zeigen:Further advantages, features and properties are specified in the following description of preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;1 shows a schematic view of a device according to the invention;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Teilbereichs einer langgestreckten Eimichtung in einer ersten Ausführung;2 shows a cross-sectional view of a partial region of an elongated egg seal in a first embodiment;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teilbereichs der langgestreckten Eimichtung in einer zweiten Ausführung;3 shows a side view of a partial area of the elongated egg seal in a second embodiment;
Fig. 4 eine Seitenansicht eines dem Organismus zuzuwendenden Endes eines Ballonkatheters;4 shows a side view of an end of a balloon catheter which is to be turned towards the organism;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines dem Organismus zuzuwendenden Endes eines Führungsdrahts für einen Katheter;5 shows a side view of an end of a guidewire for a catheter which is directed towards the organism;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die an einem Arm eines Patienten angebracht ist;
Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufbaus eines Aktuators der erfindungsgemäßen Vorrichtung;6 is a perspective view of a device according to the invention, which is attached to an arm of a patient; 7 shows a schematic perspective illustration of a construction of an actuator of the device according to the invention;
Fig. 8 eine schematische Seitenansicht eines Aufbaus der Bedienungsseite einer erfindungsgemäßen medizintechnischen Vorrichtung, die eine Positions- oder Wegskalie- rungseimichtung aufweist; und8 shows a schematic side view of a structure of the operating side of a medical device according to the invention, which has a position or path scaling device; and
Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung eines Aufbaus der Bedienungsseite einer weiteren Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.Fig. 9 is a schematic perspective view of a structure of the operating side of a further embodiment of a device according to the invention.
In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 schematisch dargestellt, die eine langgestreckte Eimichtung 3 und einen, in Fig. 1 nicht näher dargestellten, an der Spitze der langgestreckten Eimichtung 3 angeordneten Sensor 4 umfaßt. Wie in Fig. 1 angedeutet ist, ist der Bereich der dem Organismus zuzuwendenden Spitze in ein Blutgefäß 5 eingeführt. Die langgestreckte Eimichtung 3 stößt an ihrem Ende an die Innenwand des Gefäßes 5, so daß der dort angeordnete Sensor 4 aktiviert wird und ein entsprechend dem Anpreßdruck der Eimichtung 3 gemessenes Kraftsignal K erzeugt, das an einen Sender 7 geleitet wird. Der Sender 7 übermittelt das Signal S an einen Verstärker 9, der eine, nicht näher dargestellte Steuereinrichtung umfaßt. Der Verstärker 9 mit Steuereimichtung ist distal von dem Sensor 4 angeordnet. Die Steuereimichtung übergibt ein Signal SVK einem Aktuator 11, der entsprechend dem gemessenen Kraftsignal K einen Betätigungsbereich 13 der langgestreckten Eimichtung haptisch beeinflußt. Der Betätigmigsbereich 13 ist in Fig. 1 schematisch lediglich als Teil der langgestreckten Eimichtung dargestellt, um bei dieser bevorzugten Ausführung zu verdeutlichen, daß die langgestreckte Eimichtung 3 baulich mit dem Betätigungsbereich gekoppelt sein kann. Der Betätigungsbereich kann auch als separates Betätigungsbauteil, wie eine Spritze oder ein Joy-Stick, ausgeführt sein, dem das verstärkte ggf. geregelte Aktuatorsignal SVKA auch drahtlos mitgeteilt werden kann, was detaillierter später noch beschrieben wird.1 schematically shows the device 1 according to the invention, which comprises an elongated egg device 3 and a sensor 4, not shown in FIG. 1, arranged at the tip of the elongated egg device 3. As indicated in FIG. 1, the area of the tip to be turned towards the organism is inserted into a blood vessel 5. The elongated egg seal 3 abuts at its end against the inner wall of the vessel 5, so that the sensor 4 arranged there is activated and generates a force signal K, measured in accordance with the contact pressure of the egg seal 3, which is sent to a transmitter 7. The transmitter 7 transmits the signal S to an amplifier 9, which comprises a control device, not shown. The amplifier 9 with control device is arranged distally from the sensor 4. The control device transmits a signal S V K to an actuator 11 which, in accordance with the measured force signal K, haptically influences an actuation area 13 of the elongated device. The actuating area 13 is shown schematically in FIG. 1 only as part of the elongated egg seal, in order to clarify in this preferred embodiment that the elongated egg seal 3 can be structurally coupled to the actuation area. The actuation area can also be designed as a separate actuation component, such as a syringe or a joy stick, to which the amplified, if necessary regulated, actuator signal S V KA can also be communicated wirelessly, which will be described in more detail later.
In Fig. 2 ist das dem Organismus zuzuwendende Ende einer langgestreckten Eimichtung 3 dargestellt, die als schlauchförmiger Katheter ausgebildet ist. Die langgestreckte Eimichtung 3 umfaßt einen Innenkanal 15, der für die Injizierung eines Fluids, wie eines Kontrastmittels, geeignet ist. In einem geringen Abstand d von dem stumpfen Ende 17 der langgestreckten Eimichtung 3 ist eine umläufige Vertiefung 19 an der Außenseite der langgestreckten Einrichtung 3 vorgesehen. In diese Vertiefung 19 ist formschlüssig der Sensor 4 in Form eines
Dehnmeßstreifens 21 derart eingesetzt, daß seine Außenfläche mit der Umgebungsfläche der langgestreckten Einrichtung 3 planflächig liegt.FIG. 2 shows the end of an elongated egg device 3 facing the organism, which is designed as a tubular catheter. The elongated egg seal 3 comprises an inner channel 15 which is suitable for injecting a fluid, such as a contrast medium. A circumferential recess 19 is provided on the outside of the elongated device 3 at a short distance d from the blunt end 17 of the elongated egg device 3. In this recess 19 is the sensor 4 in the form of a Strain gauge 21 inserted such that its outer surface lies flat with the surrounding surface of the elongated device 3.
Sollte der am im Bild untere Bereich des Endes 17 gegen ein Hindernis stoßen, so wird lediglich der untere Abschnitt des Dehnmeßstreifens 21 verformt, was über die Verstärkungs- und Steuereimichtung 9 dem Aktuator 11 derart mitgeteilt wird, daß der Bedienperson diese Kräfteinformation, nämlich ein Kontakt des unteren Bereichs der langgestreckten Eimichtung, simultan haptisch am Betätigungsbereich 13 dargestellt wird.Should the bottom of the end 17 in the picture hit an obstacle, then only the lower section of the strain gauge 21 is deformed, which is communicated to the actuator 11 via the reinforcement and control device 9 in such a way that the operator receives this force information, namely a contact of the lower region of the elongated egg device is simultaneously displayed haptically on the actuation region 13.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung der Anordnung eines Sensors 4 an dem Endbereich einer langgestreckten Einrichtung 3, wobei der Sensor 4 bei dieser Ausführung die langgestreckte Eimichtung längs einer Strecke 1 umgibt, deren Ausdehnung größer als der Durchmesser der langgestreckten Eimichtung 3 ist. Bei einer derartigen Ausführung kann der Sensor 4 durch eine piezokeramische Folie gebildet sein.3 shows a further embodiment of the arrangement of a sensor 4 at the end region of an elongated device 3, the sensor 4 surrounding the elongated egg device along a distance 1 in this embodiment, the extent of which is greater than the diameter of the elongated egg device 3. In such an embodiment, the sensor 4 can be formed by a piezoceramic film.
Fig. 4 zeigt im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes 22 der langgestreckten Eimichtung 3 einen Ballonkatheter 23, welcher insbesondere mit einem Kontrastmittel aufgebläht werden kann, um eine Gefäßverengung zu weiten. Bei einer derartigen Ausführung der langgestreckten Eimichtung 3 mit einem zusätzlichen Funktionsmechanismus, der im Bereich des dem Organismus zuzuwendenden Endes liegt, ist der Sensor 4, der hier als Dehnmeßstreifen ausgebildet ist, auf der dem Organismus abgewandten Seite des Funktionsmechanismus anzuordnen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß durch den Betrieb des Funktionsmechanismus die an dem Sensor 4 ermittelten Meßergebnisse nicht verfälscht werden.4 shows a balloon catheter 23 in the region of the end 22 of the elongated egg device 3 which is directed towards the organism and which can in particular be inflated with a contrast medium in order to widen a vasoconstriction. In such an embodiment of the elongated egg device 3 with an additional functional mechanism, which lies in the region of the end facing the organism, the sensor 4, which is designed here as a strain gauge, is to be arranged on the side of the functional mechanism facing away from the organism. In this way it is ensured that the measurement results determined on the sensor 4 are not falsified by the operation of the functional mechanism.
In Fig. 5 ist die langgestreckte Eimichtung 3 als Führungsdraht 25 ausgebildet, an dessen dem Organismus zuzuwendenden Ende eine den Flachspitzbereich bedeckende Klebschicht 27 vorgesehen ist, an dem ein Kraftsensor 4 fest angebracht ist. Der Kraftsensor 4 sowie die Kraftsensorbefestigung 27 und der Führungsdraht 25 ist zum Schutz vor Verschleiß mit einem isolierenden Mantel umschlossen, welcher gleichzeitig als Rückleiter für das Kraftsignal dient.5, the elongated egg seal 3 is designed as a guide wire 25, at the end of which facing the organism there is an adhesive layer 27 covering the flat tip region, to which a force sensor 4 is firmly attached. The force sensor 4 as well as the force sensor attachment 27 and the guide wire 25 are enclosed for protection against wear with an insulating jacket which also serves as a return conductor for the force signal.
In Fig. 6 wird eine Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch dargestellt. Die langgestreckte Eimichtung 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird in den Organismus über eine Standard-Katheter-Schleuse 31 steril eingeführt. Bevor die Katheterschleuse 31 erreicht wird, durchläuft die langgestreckte Eimichtung 3 eine an einem Arm
33 des Patienten angebrachte Manschette 35, in welcher der Aktuator (nicht sichtbar) entsprechend der an der langgestreckten Eimichtung gemessenen Kräfte des Sensor die langgestreckte Eimichtung 3 lenkt, vor- und zurückschiebt oder auf sonstige Weise manipuliert.A possible application of the device 1 according to the invention is shown schematically in FIG. 6. The elongated egg seal 3 of the device 1 according to the invention is sterile inserted into the organism through a standard catheter lock 31. Before the catheter lock 31 is reached, the elongated egg seal 3 passes through one arm 33 of the patient attached cuff 35, in which the actuator (not visible) directs the elongated egg device 3 according to the forces of the sensor measured on the elongated egg device, pushes it back and forth or manipulates it in some other way.
In Fig. 7 ist die Realisierung einer Aktorik eines Aktuators 11 zur Erzeugung der haptischen Kräfte an der langgestreckten Eimichtung 3 dargestellt. Es sind zwei Zylinderrollen 37, 39 vorgesehen, durch deren Drehung (durch Pfeil A angedeutet) der translatorische Vorschub der langgestreckten Eimichtung erzeugt wird. Die rotatorische Bewegungsaktorik wird durch die translatorische Verschiebung (durch Pfeil B angedeutet) der Zylinderrollen 37, 39 realisert. Die Zylinderrollen 37, 39 sind mit Motoren, insbesondere Elektromotoren, 41, 43 gekoppelt, die den Antrieb der Zylinderrollen 37, 39 sicherstellen.FIG. 7 shows the implementation of an actuator system of an actuator 11 for generating the haptic forces on the elongated egg device 3. Two cylindrical rollers 37, 39 are provided, the rotation of which (indicated by arrow A) produces the translatory advance of the elongated egg device. The rotary motion actuator system is realized by the translational displacement (indicated by arrow B) of the cylindrical rollers 37, 39. The cylindrical rollers 37, 39 are coupled to motors, in particular electric motors 41, 43, which ensure the drive of the cylindrical rollers 37, 39.
In Fig. 8 ist insbesondere der bedienseitige Aufbau eines medizintechnischen Vorrichtung 1 dargestellt. Die Vorrichtung 1 ist mit einem Positions-Sensor (nicht dargestellt) an dem dem Organismus zuzuwendenden Ende der langgestreckten Eimichtung 3 versehen, welcher den Verschiebeweg der langgestreckten Eimichtung 3 relativ zu dem Organismus (nicht dargestellt), insbesondere den Gefäßwänden, erfaßt. Der Aktuator 11 ist nicht nur mit dem Kraft- Sensor (nicht näher dargestellt) betriebsmäßig verbunden sondern auch mit dem Positions- Sensor.8 shows in particular the structure of a medical device 1 on the operator side. The device 1 is provided with a position sensor (not shown) at the end of the elongated egg device 3 facing the organism, which detects the displacement path of the elongated egg device 3 relative to the organism (not shown), in particular the vessel walls. The actuator 11 is not only operatively connected to the force sensor (not shown in detail) but also to the position sensor.
Der Aktuator 11 umfaßt eine Eimichtung (nicht näher dargestellt) zum Skalieren des von dem Positions-Sensor ermittelten Vorschubweges der langgestreckten Eimichtung 3. Der Aktuator 11 ist dazu ausgelegt, die skalierten Positionsmeßsignale am Betätigungsbereich 13 in größere, bemerkbare Bewegungen umzuwandeln. Der Aktuator 11 kann dafür ein nicht näher dargestelltes Untersetzungsgetriebe aufweisen, welches die Bewegung der langgestreckten Einrichtung 3 mechanisch umsetzt, oder das von dem Positions-Sensor erfaßte Positions-Signal mittels einer Regelungseimichtung verarbeiten, um eine dem Vorschubweg entsprechende skalierte Bewegung zu erzeugen.The actuator 11 comprises an egg device (not shown in more detail) for scaling the feed path of the elongated egg device 3 determined by the position sensor. The actuator 11 is designed to convert the scaled position measurement signals at the actuation area 13 into larger, noticeable movements. For this purpose, the actuator 11 can have a reduction gear (not shown in more detail) which mechanically converts the movement of the elongated device 3, or process the position signal detected by the position sensor by means of a control device in order to generate a scaled movement corresponding to the feed path.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, wird die mitzuteilende Bewegung am Betätigungsbereich 13 durch eine Drehbewegung D repräsentiert. Die vergrößernde Positionsskalierung wird durch ein Rad 51 mit einem Radius 1 hervorgerufen, der so groß bemessen ist, daß bereits kleine Verschiebungen der langgestreckten Eimichtung 3 unmittelbar an der Hand 53 der Bedienperson durch Verdrehung des Rades 51 bemerkbar sind.
Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführung einer medizintechnischen Vorrichtung 101, wobei für identische und ähnliche Bauteile die gleichen Bezugsziffem verwendet werden, die um 100 erhöht sind. Die Ausführung gemäß Fig. 9 unterscheidet sich im wesentlichen von der Ausführung gemäß Fig. 1 darin, daß der Betätigungsbereich 113 baulich von der langgestreckten Eimichtung 103 entkoppelt ist. Der Betätigungsbereich 113 ist drahtlos, telemetrisch oder elektrisch direkt mit dem Aktuator 111 verbunden (161). Die Verbindung 161a dient dazu, Kraft- und/oder Positions-Signale von der langgestreckten Eimichtung 103 dem Betätigungsbereich 113 mitzuteilen.As shown in FIG. 8, the movement to be communicated at the actuation area 13 is represented by a rotary movement D. The enlarging position scaling is caused by a wheel 51 with a radius 1 which is dimensioned so large that even small displacements of the elongated egg device 3 are immediately noticeable on the hand 53 of the operator by turning the wheel 51. FIG. 9 shows an alternative embodiment of a medical device 101, the same reference numbers being used for identical and similar components, which are increased by 100. The embodiment according to FIG. 9 essentially differs from the embodiment according to FIG. 1 in that the actuation area 113 is structurally decoupled from the elongated egg device 103. The actuation area 113 is connected wirelessly, telemetrically or electrically directly to the actuator 111 (161). The connection 161a serves to transmit force and / or position signals from the elongated egg device 103 to the actuation area 113.
Die von der Hand 153 der Bedienperson dem Betätigungsbereich 113 mitgeteilten Kräfte sowie die getätigten Betätigungspositionen werden über bedienseitig vorgesehene Sensoren, Skaliereimichtungen, Steuerungen und/oder Regelungen (alle bei 113 unterbringbar), im wesentlichen in spiegelbildgleicher Anordnung zur Organismusseite der Vorrichtung 1 , über die Verbindung 161b dem Aktuator 111 femgesteuert mitgeteilt, der entsprechend den Kraft- und Positions-Signalen die langgestreckte Eimichtung 103 zu dem gewünschten Gefäß 163 eines Patienten einführt. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn beispielsweise bei einer Untersuchung der behandelnde Arzt gesundheitsgefährdender. Strahlung ausgesetzt werden könnte, beispielsweise bei einer Röntgenuntersuchung, welche schematisch durch einen Computertomograph-Bogen 165 angedeutet ist.The forces communicated to the operating area 113 by the operator's hand 153 and the actuating positions which are made are made via sensors, scaling devices, controls and / or controls (all accommodable at 113) provided on the operating side, essentially in a mirror-image arrangement to the organism side of the device 1, via the connection 161b is remotely communicated to the actuator 111, which in accordance with the force and position signals introduces the elongated egg device 103 to the desired vessel 163 of a patient. This arrangement is particularly advantageous if, for example, the attending doctor is dangerous to health during an examination. Radiation could be exposed, for example in an X-ray examination, which is indicated schematically by a computer tomograph sheet 165.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
The features of the invention disclosed in the above description, in the drawing and in the claims can be essential both individually and in any combination for realizing the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
, 101 Medizintechnische Vorrichtung , 103 Langgestreckte Eimichtung, 101 medical device, 103 elongated egg device
Sensorsensor
Blutgefäßblood vessel
SenderChannel
Verstärkeramplifier
11, 111 Aktuator11, 111 actuator
13, 113 Betätigungsbereich13, 113 operating range
15 Innenkanal15 inner channel
17 Ende17 end
19 Vertiefung 1 Dehnmeßstreifens19 deepening 1 strain gauge
22 " "Ende22 "" end
23 Ballonkatheter23 balloon catheter
25 Führungsdraht25 guide wire
27 Klebschicht27 adhesive layer
31 Standard-Katheter-Schleuse31 standard catheter sheath
33 Arm33 arm
35 Manschette35 cuff
37, 39 Zylinderrollen37, 39 cylindrical rollers
41, 43 Elektromotoren41, 43 electric motors
51 Betätigungsrad51 control wheel
Handhand
161a, 161b Verbindung161a, 161b connection
163 Gefäß163 vessel
165 Computertomograph-Bogen165 computed tomography sheets
D DrehbewegungD rotary motion
K KraftsignalK force signal
SK Signal an VerstärkerSK signal to amplifier
SVK Verstärkter SignalSVK Amplified signal
SvKA Aktuatorsignal
SvKA actuator signal