DE4411099A1

DE4411099A1 - Medizinisches Instrument

Info

Publication number: DE4411099A1
Application number: DE4411099A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heimberger; Uwe Schaumann
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1995-10-05
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: EP0674878B1; JP3639632B2; JPH07299075A; US5562699A; ES2124446T3; EP0674878A1; DE4411099C2

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument, insbesondere Zange, Schere oder Halter, mit einem distalen, aus zwei Maulteilen bestehenden Maul und einer proximalen Handhabe, bei deren Betäti gung wenigstens ein Maulteil relativ zum anderen verstellbar ist, und mit einer Einrichtung zur Einstellung einer definierten maximalen Schließkraft des Maules.

Derartige medizinische Instrumente sind in vielen Ausführungsformen bekannt. So ist beispielsweise aus DE-A 36 01 166 eine Zange zum Fassen von Gewebe zu entnehmen, bei der ein festes und ein schwenkbewegliches Maulteil einem festen bzw. einem schwenkbaren Griffteil zugeordnet sind, wobei zwecks Begrenzung der an den Maulteilen erzeugbaren Druckkraft der letztgenannte Griffteil in zwei gelenkig miteinander verbundene Teilstücke aufgetrennt ist, die gegeneinander mittels eines Federgliedes abgestützt sind.

Bei Überschreiten eines vorbestimmten Druckes wird zwar das untere Teilstück gegenüber dem anderen, dann nicht mehr verschwenkbaren Teilstück ausgelenkt, beim weiteren Bewegen der Griffteile aufein ander zu nimmt jedoch die Haltekraft der Maulteile entsprechend der Kennlinie des Federgliedes weiter zu. Die sich so erhöhende Kraft kann letztlich zur Perforation oder gar zur Durchtrennung des zwi schen den Maulteilen befindlichen Gewebes führen.

Aus der DE-A 40 10 775 ist weiter eine chirurgische Zange bekannt, die ein festes Maulteil mit einem diesem zugeordneten festen Griffteil und ein bewegliches Maulteil aufweist, das mittels eines schwenkbaren Griffteiles betätigbar ist. Dabei besteht der schwenk bare Griffteil aus zwei miteinander fluchtenden Teilen, die durch ein Biegefederelement unlösbar miteinander verbunden sind. Zur Fixie rung der Griffstellung der Maulteile sind an den Griffteilen Rast elemente vorgesehen, die miteinander in lösbaren Eingriff treten.

Auch bei diesem Instrument ist eine als maximal möglich vorgege bene Haltekraft mit den Maulteilen nicht erzielbar, so daß auch hier insbesondere beim Einsatz solcher Instrumente als Halter für Gefäße, Gewebe, Organe usw. bei Operationen die Gefahr einer Schädigung durch übermäßige Klemmkraft der Maulteile besteht. Außerdem besteht die Gefahr, daß Teile des Instrumentes für den Fall einer übermäßigen Krafteinwirkung brechen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Instrument der eingangs be schriebenen Art derart weiterzubilden, daß die von den Maulteilen ausgeübte Kraft nicht nur einen maximalen Wert nicht überschreiten kann, sondern auch bei weitergehendem Schließen der Handhabe nach Erfassen eines Objektes konstant bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem Weg der Kraftübertragung von der Handhabe zum Maul zumindest ein Kraftübertragungselement aus superelastischem, reversibel ver formbarem Werkstoff mit mechanischem Formgedächtnis vorgesehen ist, dessen Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei Spannungsbeaufschla gung ein den Bereich der Superelastizität darstellendes Plateau durch läuft, daß die Plateauspannung auf die erwähnte Schließkraft abge stimmt ist und daß der Weg der Verstellung der Handhabe zum Schließen des Maules durch einen Anschlag derart begrenzt ist, daß das Kraftübertragungselement maximal mit der Plateauspannung belastbar ist.

Die Verwendung eines Kraftübertragungselementes aus einer Formge dächtnislegierung zur Übertragung der an der Handhabe erzeugten Betätigungskraft auf das Instrumentenmaul ermöglicht die Erzeugung einer Schließkraft, die nach Erfassen eines Objektes und nach Errei chen der als maximal vorgegebenen Schließkraft selbst bei weiterge hender Betätigung der Handhabe in Schließrichtung konstant bleibt. Bei diesen Formgedächtnislegierungen wird die Eigenschaft der Super- oder Pseudoelastizität genutzt, die bei in bestimmter Weise wärmebehandelten Bauteilen aus z. B. Ni-Ti-Legierungen erreichbar ist. Diese Eigenschaft äußert sich bei einer bestimmten Belastung in einem Verhalten, das dem des Gummis ähnlich ist, d. h., es sind bei solchen Bauteilen relativ hohe Verformungswege ohne wesentlichen Anstieg der Verformungskraft möglich. Bei Belastungen innerhalb dieses Bereiches erfolgt selbst nach einer Dehnung bis zu 8% bei Entlastung eine Rückformung in die ursprüngliche Gestalt. Diese Eigenschaft des Formgedächtnisses wird bei dem erfindungsgemäßen Instrument gezielt genutzt, indem durch geeignete Dimensionierung des Kraftübertragungselementes und Begrenzung des Betätigungs weges der Handhabe dafür Sorge getragen wird, daß sich das Kraft übertragungselement maximal mit einer Spannung belasten läßt, die die erwähnte Plateauspannung nicht übersteigt und die auch nur so hoch ist, daß das Instrument nicht zu Bruch gehen kann.

Dieser Effekt kann in einfacher Weise bei einem Instrument verwirk licht werden, bei dem die Maulteile an dem distalen Ende und die Handhabe an dem proximalen Ende eines Schaftrohres angeordnet sind, wobei die Handhabe einen mit dem Schaftrohr starr verbunde nen Griffteil und einen diesem zugeordneten beweglichen Griffteil umfaßt, und zwar dadurch, daß das Kraftübertragungselement als Zug-Druckstange ausgebildet ist, die in dem Schaftrohr geführt ist und die mindestens eines der Maulteile mit dem beweglichen Griffteil in dem Sinne verbindet, daß das Kraftübertragungselement beim Schließen der Maulteile mit einer Zugkraft belastet wird, die höch stens der Plateauspannung des Formgedächnismateriales entspricht.

Das Kraftübertragungselement kann aber auch als Biegeelement ausgebildet sein, das zwischen dem beweglichen Griffteil der Handha be und dem proximalen Ende einer in dem Schaftrohr geführten und den beweglichen Griffteil mit dem Instrumentenmaul verbindenden Betätigungsstange angeordnet ist.

Nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Instrumen tes kann das Kraftübertragungselement als in dem Schaftrohr geführte Zugfeder ausgebildet sein, deren proximales Ende mit dem bewegli chen Griffteil und deren distales Ende mit wenigstens einem der Maulteile in Verbindung steht. Ebenso kann das Kraftübertragungs element als in dem Schaftrohr geführte Druckfeder ausgebildet sein, deren distales Ende mit dem beweglichen Griffteil und deren proxi males Ende mit dem Instrumentenmaul Verbindung hat.

Schließlich kann auch ein Instrument, welches scherenartig zu schlie ßen und zu öffnen ist und ein Paar Griffelemente umfaßt, deren jedes proximalseitig mit einer Fingeraufnahme und distalseitig mit einem Paar Maulteile versehen ist und bei dem beide Griffteile ein gemein sames Schwenklager aufweisen, erfindungsgemäß modifiziert werden dadurch, daß als Kraftübertragungselement ein Zwischenstück aus einer Formgedächtnislegierung vorgesehen ist, das einen integralen Bestandteil mindestens eines der Griffelemente bildet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein medizinisches Instrument als Greifzange in Seiten ansicht in deaktiviertem Zustand,

Fig. 2 das Instrument nach Fig. 1 in aktiviertem Zustand,

Fig. 3 ein Instrument entsprechend Fig. 1 mit einem modifi ziertem Übertragungselement in aktiviertem Zustand,

Fig. 4 das Instrument nach Fig. 3 in deaktiviertem Zustand,

Fig. 5 eine weitere Ausführung des Instrumentes entsprechend Fig. 1 mit einem modifizierten Übertragungselement in aktiviertem Zustand,

Fig. 6 einen Teil des Instrumentes nach Fig. 5 in deaktiviertem Zustand,

Fig. 7 eine weitere Ausführung des Instrumentes entsprechend Fig. 1 mit einem modifiziertem Übertragungselement in aktiviertem Zustand,

Fig. 8 einen Teil des Instrumentes nach Fig. 7 in deaktiviertem Zustand,

Fig. 9 ein scherenförmig gestaltetes medizinisches Instrument und

Fig. 10 ein die Spannungs-Dehnungs-Charakteristik einer Form gedächtnislegierung darstellendes Diagramm.

Das Instrument nach Fig. 1 besteht im wesentlichen aus einem Schaftrohr 1, einem Paar Maulteile 2, die als Scheren-, Zangen- oder Faßmaulteile ausgebildet sein können und einer Handhabe 3.

Die Maulteile 2 sind an dem distalen Ende des Schaftrohres 1 schwenkbar gelagert, und die Handhabe 3 ist an dem proximalen Ende des Schaftrohres 1 angeordnet. Die Handhabe 3 besteht aus einem mit dem Schaftrohr 1 starr verbundenen Griffteil 4 und einem an diesem um einen Lagerstift 6 schwenkbar gelagerten beweglichen Griffteil 5. In dem Schaftrohr 1 ist eine Zug-Druckstange 7 geführt, die proximalseitig mit dem beweglichen Griffteil 5 und distalseitig mit den Maulteilen 2 derart gekoppelt ist, daß eine axiale Bewegung der Zug-Druckstange 7 in bekannter Weise in eine Schwenkbewegung der Maulteile 2 umgesetzt wird. Dies wird durch Betätigen des beweglichen Griffteiles 5 bewirkt und veranlaßt bei Schwenken dieses Griffteiles 5 in Richtung auf den starren Griffteil 4 eine Schließbe wegung der Maulteile 2.

Die Zug-Druckstange 7 ist aus einem Werkstoff mit mechanischem Formgedächtnis gefertigt, dessen Spannungs-Dehnungsverhalten in Fig. 10 dargestellt ist. Erreichen die Maulteile ihre Schließstellung oder treffen sie auf einen Widerstand, beispielsweise ein Gewebe stück, wie in Fig. 2 angedeutet, so wächst zunächst die Haltekraft an den Maulteilen 2 entsprechend der Betätigungskraft an der Handhabe 3, bis sie einen Wert σ1 (Plateauspannung) erreicht. Wird nun der bewegliche Griffteil 5 weiterbewegt, so erfährt die Zug-Druck stange 7 eine Dehnung, die sich innerhalb des Dehnungsinter valles ε1-ε2 unter gleichbleibender Kraft zwischen den Maul teilen 2 vollzieht. Dies bedeutet, daß die in der Zug-Druck stange 7 wirksame Spannung im Bereich dieses Dehnungsintervalles auf den Wert σ1 begrenzt bleibt. Um zu vermeiden, daß der Deh nungsgrenzwert ε2, an dem die maximal mögliche Schließkraft des Zangenmaules und auch die Kraft orientiert sind, mit der das Instru ment zur Vermeidung einer Bruchgefahr höchstens belastet werden darf, überschritten wird und eine irreversible plastische Verformung der Stange 7 auftritt, ist ein Anschlag 8 vorgesehen, der den be weglichen Griffteil 5 nach einem vorgegebenen Schwenkweg abfängt. Bei Entlastung des Griffteiles 5 bildet sich die Dehnung der Zug- Druckstange 7 elastisch zurück, wobei der Spannungsverlauf dem unteren Linienzug des Diagrammes nach Fig. 10 folgt.

Durch diesen Aufbau kann ausgeschlossen werden, daß das gefaßte Objekt beispielsweise zerdrückt wird. Die Zug-Druckstange 7 wird also so dimensioniert, daß z. B. beim Erfassen harter Gewebeteile oder Knorpel trotz weiterer Betätigung der Handhabe in Schließrich tung, d. h. beim weiteren Zusammendrücken der Griffteile, die auf die Maulteile 2 ausgeübte Kraft konstant bleibt, so daß auch eine das Instrument schädigende Überlastung vermieden wird.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Instrument weist wie das nach Fig. 1 ein Schaftrohr 11 auf, das an seinem distalen Ende mit einem Paar schwenkbarer Maulteile 12 und an seinem proximalen Ende mit dem starren Griffteil 14 einer Handhabe 13 verbunden ist. Am Griff teil 14 ist ein beweglicher Griffteil 15 um einen Lagerstift 16 schwenkbar gelagert. Im Schaftrohr 11 ist eine Betätigungsstange 17 geführt, die entsprechend der Ausführung nach Fig. 1 distalseitig mit den Maulteilen 12 und proximalseitig mit dem beweglichen Griffteil 15 gekoppelt ist. Der Griffteil 15 besteht aus einem mit einer Finger aufnahme versehenen Betätigungsteil 18 und einem Aufnahmeteil 19 für die Betätigungsstange 17, und die Teile 18 und 19 sind durch ein Zwischenstück 20 aus einer Legierung mit Formgedächtniseigenschaf ten verbunden. Der Schwenkweg des Griffteiles 15 ist begrenzt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, verformt sich das Zwischenstück 20 bei Überschreiten einer vorgegebenen Schließkraft an den Maulteilen 12, wobei die gewählte Ausführung des Zwischenstückes 20 bewirkt, daß diese Verformung nach dem Diagramm entsprechend Fig. 10 bei einer Spannung σ1 einsetzt und innerhalb der Dehnungsgrenzen ε1 und ε2 vor sich geht und spätestens bei Erreichen des Wertes ε2 endet, was durch einen Anschlag sichergestellt wird, der in diesem Fall durch die Griffteile 14, 15 gebildet wird, indem diese gemäß Fig. 3 gegenseitig zur Anlage gelangen. Auch bei dieser Ausführung des Instrumentes wird die Verformungsspannung σ1 so festgelegt, daß eine Überbeanspruchung des erfaßten Objektes und/oder des Instrumentes ausgeschlossen ist.

Die in den Fig. 5 bis 8 gezeigten Instrumente weisen ein Schaft rohr 21 auf, das an seinem distalen Ende mit einem Paar schwenk barer Maulteile 22 und an seinem proximalen Ende mit dem starren Griffteil 24 einer Handhabe 23 versehen ist. An dem Griffteil 24 ist ein beweglicher Griffteil 25 um einen Lagerstift 26 schwenkbar gelagert. Das Schaftrohr 21 ist in seinem proximalen Endbereich mit einem erweiterten rohrförmigen Teil 27 ausgeführt, der nach Fig. 7 und 8 der Aufnahme einer Druckfeder 28 aus einer Legierung mit Formgedächtniseigenschaften dient. Die Druckfeder 28 ist in einem in dem Teil 27 längsbewegbaren Rohrteil 29 untergebracht, das die Druckfeder 28 an ihrem distalen Ende hinterfaßt und proximalseitig mit dem beweglichen Griffteil 25 gekoppelt ist. Das proximale Ende der Druckfeder 28 ist mit einer Zug-Druckstange 30 verbunden, die distalseitig mit den Maulteilen 22 gekoppelt ist.

Bei Betätigung des Griffteiles 25 entsprechend Fig. 7 erfolgt der Kraftfluß zu den Maulteilen 22 über die Druckfeder 28, deren Ver formungsverhalten wiederum wie vorher beschrieben so genutzt wird, daß eine Überbeanspruchung von erfaßten Objekten und/oder des Instrumentes ausgeschlossen ist.

Die Ausführung nach Fig. 5 und 6 hat ein als Zugfeder 31 ausge bildetes Übertragungselement. Dabei ist die Zugfeder 31 direkt in dem erweiterten Teil 27 des Schaftrohres 21 geführt und distalseitig mit der mit den Maulteilen 22 gekoppelten Zug-Druckstange 30 und proximalseitig mit dem beweglichen Griffteil 25 verbunden. Die Betätigung des Griffteiles 25 in Richtung auf den Griffteil 24 bewirkt einen Kraftfluß, der als Zugspannung über die Zugfeder 31 verläuft, wobei wiederum der vorstehend beschriebene Effekt erreicht wird.

Die Ausführung nach Fig. 9 zeigt ein scherenförmig ausgestaltetes Instrument mit einem Paar gelenkig miteinander verbundenen Griff elementen 32, deren jedes proximalseitig mit einer Fingeraufnahme 33 und distalseitig mit einem Maulteil 34 versehen ist. Zwischen den beiden Griffelementen 32 ist eine Rastsicherung 35 angeordnet, die eine Fixierung der jeweiligen Stellung der Griffelemente 32 ermög licht.

Auch bei derartigen z. B. als Nadelhalter dienenden Instrumenten wird oft eine maximale konstante Haltekraft benötigt, bzw. ist ein Schutz des Instrumentes vor Überlastung erforderlich. Dieser Schutz ist besonders wichtig, weil abgebrochene Teile des Instrumentes während des Einsatzes in einer Körperhöhle in diese fallen können und möglicherweise nur noch operativ entfernt werden können. Diese Probleme lassen sich bei solchen Instrumenten auf einfache Weise dadurch lösen, daß mindestens eines der beiden Griffelemente 32 ein Kraftübertragungselement 36 aufweist, das integraler Bestandteil des betreffenden Griffelementes 32 ist und aus einer Legierung mit Formgedächtniseigenschaften besteht.

Claims

1. Medizinisches Instrument, insbesondere Zange, Schere oder Halter, mit einem distalen, aus zwei Maulteilen (2, 12, 22, 34) bestehenden Maul und einer proximalen Handhabe (3, 13, 23, 32), bei deren Betätigung wenigstens ein Maulteil relativ zum anderen verstellbar ist, und mit einer Einrichtung zur Einstellung einer defi nierten maximalen Schließkraft des Maules, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Weg der Kraftübertragung von der Handha be (3, 13, 23, 32) zum Maul zumindest ein Kraftübertragungsele ment (7, 20, 28, 31, 36) aus superelastischem, reversibel verform baren Werkstoff mit mechanischem Formgedächtnis vorgesehen ist, dessen Spannungs-Dehnungs-Diagramm bei Spannungsbeaufschlagung ein den Bereich der Superelastizität darstellendes Plateau durchläuft, daß die Plateauspannung (σ1) auf die erwähnte Schließkraft abge stimmt ist und daß der Weg der Verstellung der Handhabe zum Schließen des Maules durch einen Anschlag (8) derart begrenzt ist, daß das Kraftübertragungselement (7, 20, 28, 31, 36) maximal mit der Plateauspannung belastbar ist.

2. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1, bei dem die Maul teile (2,12, 22) an dem distalen Ende und die Handhabe (3, 13, 23) an dem proximalen Ende eines Schaftrohres (1, 11, 21) angeordnet sind, wobei die Handhabe einen mit dem Schaftrohr starr verbunde nen Griffteil (4, 14, 24) und einen diesem zugeordneten beweglichen Griffteil (5, 15, 25) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraft übertragungselement als Zug-Druckstange (7) ausgebildet ist, die in dem Schaftrohr (1) geführt ist und die die Maulteile (2) mit dem beweglichen Griffteil (5) in dem Sinne verbindet, daß das Kraftüber tragungselement (7) beim Schließen der Maulteile mit einer Zugkraft belastet wird.

3. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement als Biegeele ment (20) ausgebildet ist, das zwischen dem beweglichen Griffteil (15) und dem proximalen Ende einer in dem Schaftrohr (11) geführten und den beweglichen Griffteil (15) mit den Maulteilen (12) verbindenden Betätigungsstange (17) angeordnet ist.

4. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement als in dem Schaft rohr (21) geführte Zugfeder (31) ausgebildet ist, deren proximales Ende mit dem beweglichen Griffteil (25) und deren distales Ende mit den Maulteilen (22) Verbindung hat.

5. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungselement als eine in dem Schaftrohr (21) geführte Druckfeder (28) ausgebildet ist, deren dista les Ende mit dem beweglichen Griffteil (25) und deren proximales Ende mit den Maulteilen (22) Verbindung hat.

6. Medizinisches Instrument nach Anspruch 1 mit einem scheren artigen Aufbau und einem Paar Griffelemente (32), die proximalseitig mit einer Fingeraufnahme (33) und distalseitig mit einem Paar Maul teile (34) versehen ist und bei dem beide Griffelemente (32) ein gemeinsames Schwenklager aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß als Kraftübertragungselement ein Zwischenstück (36) aus einer Form gedächnislegierung vorgesehen ist, das einen integralen Bestandteil mindestens eines der Griffelemente (32) bildet.