WO2010136275A1 - Steuerungsvorrichtung - Google Patents

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WO2010136275A1
WO2010136275A1 PCT/EP2010/055400 EP2010055400W WO2010136275A1 WO 2010136275 A1 WO2010136275 A1 WO 2010136275A1 EP 2010055400 W EP2010055400 W EP 2010055400W WO 2010136275 A1 WO2010136275 A1 WO 2010136275A1
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control device
proximal
longitudinal elements
force
slots
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Theodor Lutze
Olaf Hegemann
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Aesculap Ag
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Definitions

  • the invention relates to a control device for precision mechanical or surgical applications, for example for use in endoscopes or the like.
  • the invention relates to a control device for instruments for high precision mechanical or surgical applications in the minimally invasive field.
  • Such control devices are known in the prior art and have a proximal, that is to say the user / surgeon, and a distal or distal end section, which in each case comprises a joint zone, and a central section, which is arranged between the end sections and is often rigidly configured. They further comprise an outer hollow-cylindrical shaft, an inner hollow-cylindrical shaft and a control element arranged between these shafts with two or more force-transmitting longitudinal elements extending essentially from the proximal to the distal end section of the control device.
  • the force-transmitting longitudinal elements are arranged substantially regularly in the circumferential direction of the control device and are connected to each other in the circumferential direction in the region of the proximal and the distal end section. Tensile and compressive forces can be transmitted via the longitudinal elements with which a pivotal movement can be converted at the proximal end section into a corresponding pivoting movement at the distal end section.
  • Control devices of this type are known for example from WO 2005/067785 Al, in which a plurality of force-transmitting longitudinal elements in the form of wires or cables are used, which are arranged directly adjacent to each other in the circumferential direction and thus mutually guide laterally.
  • a guide of the force-transmitting longitudinal elements is ensured in each direction.
  • a hand-operated handle part is mounted in the rule, in its place, of course, motor-operated controls can occur, while at the distal end, which is also called head, functional components, in particular tools, cameras, lighting elements and the like can be connected.
  • instruments containing the control device can be in the mechanical field, for example, complicated and difficult to access interiors, such as engines, machines, radiators and the like, inspect and repair or perform the above-mentioned operations in the minimally invasive area.
  • Conventional control devices can be manufactured with different maximum allowable bending angles resulting from the structure of the articulation zones. This results in work areas of different sizes for the functional components connected at the distal end.
  • the instruments provided with the control device must be removed from the work area and reinserted, whether to replace, clean, maintain or supplement the functional components mounted on the distal end portion. After reintroducing the instruments into the previous work area, it is desirable if the previous work position can be retrieved as easily as possible.
  • the object of the present invention is to minimize the effort with which the instruments can be equipped for different and / or different sized work areas.
  • the invention proposes in connection with the control device described above to solve this problem, that the control device comprises a holding device with which a part of a joint zone with respect to the longitudinal direction of the central portion of the control device or at its proximal or distal end portion subsequent functional unit is fixed ,
  • the maximum bending angle of the distal joint zone can be adjusted variably by shortening the joint zone on the side of the proximal end section, resulting in a construction-related reduction of the maximum bending angle on the side of the proximal end section. Since the bending angle on the side of the distal end section and its joint zone depends on the bending angle at the proximal end section, the maximum bending angle of the distal end section is thereby also limited.
  • the maximum bend angle can be readjusted or even changed during the application, so that e.g. During the endoscopic removal of pathological structures, a defined work area can be adjusted under the surgeon's view.
  • the holding device comprises a rigid sleeve which is displaceable along the longitudinal axis of the central portion of the control device.
  • the displaceable rigid sleeve can in principle be accommodated in the interior of the control device. However, it is preferred on the outer circumference the outer shaft, since it is easier to access and fixable here.
  • the holding device comprises a part of the functional unit of the proximal end section, i. typically a control unit supporting support member, which brings with it the advantage that the area of the joint zone can be shortened from the proximal end side, so that the control device remains unchanged over a greater length and can be inserted, for example, in a trocar.
  • the retaining element which is supported on the operating unit preferably contains a ring which can be displaced along the outer circumference of the outer shaft, and is held fixed by a web with a straight guide on the operating unit.
  • the holding device is designed so that it can be positioned in one or more predetermined positions and preferably also fixed.
  • the maximum bending angle can also be easily adapted to any problems arising during use of the control device according to the invention.
  • the force-transmitting longitudinal elements are arranged to be laterally spaced from each other. This avoids frictional forces between the longitudinal elements during an actuation. tion of the control device and ensures a power-saving operation of the same.
  • control device it can be important to arrange spacers between the longitudinal force-transmitting elements, so that the longitudinal elements are held in a predetermined position along the length of the control device.
  • the force-transmitting longitudinal elements along the longitudinal direction of the control device are arranged at least partially in direct contact with each other, in many cases thereby already sufficient lateral guidance or guidance is given in the circumferential direction.
  • the force-transmitting longitudinal elements are guided by the outer and the inner shaft in the radial direction, so that a particularly simple, yet accurate guidance of the longitudinal elements is given and, consequently, a precisely predictable bending movement of the distal end.
  • control device has a control element which comprises a hollow cylindrical component whose cylinder wall is subdivided, at least in the region of a section between the proximal and distal ends, into two or more wall segments which form the force-transmitting longitudinal elements.
  • the two or more wall segments at the distal end of the hollow cylindrical component can be firmly connected to each other via a collar.
  • the two or more wall segments in the region of the proximal end of the hollow cylindrical member may be firmly connected to each other.
  • the hollow cylindrical component is formed integrally.
  • the handling during assembly of the control device is particularly simple.
  • the one-piece component can be produced with particular precision with respect to the mutual alignment of the wall segments.
  • Control devices with this embodiment have, in particular, a hollow-cylindrical component which is manufactured from a single tube, wherein the division of the cylinder wall into wall segments preferably takes place by means of laser beam cutting.
  • Control devices of this type can be further realized with very small outer diameters, for example about 2 mm or less, in particular also about 1.5 mm, and still a sufficiently large lumen is obtained in the interior, can be realized through the other functions.
  • the lumen is still sufficient to remove tissue pieces from the surgical area, in particular to be able to aspirate, or to bring a light source and associated optics to the operating area.
  • control devices according to the invention are also possible with arbitrarily large diameters.
  • steel alloys or nitinol are particularly suitable.
  • the force-transmitting longitudinal elements are at least partially helically arranged, so that their proximal and distal ends are fixed in the circumferential direction in different angular positions.
  • the pivotal movement of the distal end can take place in a different plane than the pivoting movement of the proximal end, or also that the pivoting direction of the proximal end and the distal end are quasi against each other and the control direction assumes a kind of U-shape. This is the case when the proximal and distal ends of the force-transmitting longitudinal elements are fixed in an angular position different by 180 ° in the circumferential direction.
  • the force-transmitting longitudinal elements can be designed differently and in particular in the form of cables or wires.
  • the force-transmitting longitudinal elements may moreover have a banana-shaped cross-section.
  • the force-transmitting longitudinal elements are formed from a hollow cylindrical component in which, for example by means of laser beam cutting, the cylinder wall slits over the largest part, in particular almost over the entire length in the axial direction to form the longitudinal force-transmitting elements is.
  • the longitudinal elements are formed by cylinder wall segments, which have a circular arc shape in cross section.
  • the wall segments preferably have a circular arc shape in cross-section which corresponds to an arc angle of approximately 20 ° or more, in particular 30 ° or more.
  • the number of wall segments is preferably in the range of 4 to 16, more preferably in the range of 6 to 12.
  • the distance between the wall segments in the circumferential direction of each other is measured in degrees, preferably about 2 ° to 15 °, more preferably about 4 ° to about 8 °.
  • the slot width as produced by laser beam cutting, can be increased if necessary, so that the remaining strip-shaped wall segments can be moved without contact relative to each other. Due to the circular segment-like cross sections of the longitudinal elements of the non-contact state remains the longitudinal elements also in the case of tensile or compressive stress in the joint areas obtained; This is especially true in a leadership of the longitudinal elements in the radial direction between an inner and an outer shaft.
  • the two end portions of the hollow cylindrical element remain uncut, so that the longitudinal elements remain connected to each other via annular collars.
  • the proximal joint zone has an extension in the longitudinal direction of the control device, which is different from the extent of the distal joint zone.
  • Such a measure allows to provide different gear ratios, so that a relatively large angular movement at the proximal end triggers a small change in angle at the distal end portion or vice versa.
  • control device Another important aspect of the control device according to the invention is also that the aspect ratio of the proximal and the distal joint zone can be freely varied within predetermined limits.
  • the aspect ratio can be adjusted as needed with a corresponding translation of the pivotal movement of the proximal end portion into a pivotal movement of the distal end portion and the functional unit held thereon.
  • At least one of the joint zones is elastic, so that at least partially adjusts an automatic provision of the bent end portions after completion of the introduction of force.
  • the articulation zones of the outer and / or inner shaft have a plurality of slots extending in the circumferential direction, which are separated from each other by wall areas in the circumferential direction or axial direction.
  • integrally formed tubes may be used for the outer and inner shank.
  • Control device placed control device such as grippers
  • a gripper can be guided and rotated within the control device, without thereby changing the pivot angle and the position of the control element itself or the gripper function is affected as such.
  • Rotary movements of 360 ° are easily possible.
  • control devices can be easily disassembled, sterilized and reassembled.
  • a respective wall section in the circumferential direction two or more, in particular three or more slots arranged one behind the other.
  • the slots are preferably arranged in the circumferential direction at equal distances from each other.
  • the joint zones of preferred control devices have three or more slots arranged side by side, wherein preferably the juxtaposed slots are arranged offset from one another in the circumferential direction.
  • the distances in which the slots are arranged in the axial direction to each other spaced may be equal or vary, hereby the joint properties, in particular the bending radius, can be influenced.
  • the slots are the cylinder wall completely penetrating slots.
  • good bending properties can also be achieved if the slots do not completely penetrate the wall of the shaft, but in particular end before reaching the inner circumference.
  • the wall of the shaft remains closed as a whole, which may be desirable in some applications, in particular the outer shaft.
  • a preferred geometry of the slots is when the wall surfaces delimiting the slots are disposed at an acute angle to the radial direction.
  • Preferably opposite wall surfaces of the same slot are arranged in mirror image, so that the outer circumference of a shaft results in a larger slot width than adjacent to the inner circumference.
  • Slits spaced axially from each other are preferably overlapped in the circumferential direction but offset from each other so as to provide a regular arrangement of the slots.
  • the wall surfaces of the slots may be inclined at an angle to the axial direction, which deviates from 90 °, so that the width of the slots on the outer circumference is greater than on the inner circumference of the outer shaft. This makes it possible to realize sufficiently large pivoting angles even with small slot widths without the number of slots having to be increased or the joint area having to extend over a greater axial length.
  • Figure 1 with the sub-figures a, b and c the basic structure of a control device according to the invention of the three elements outer shaft, control element and inner shaft; Part Id shows an alternative control element; the partial figures Ie and If show cross sections of the control element of Figure Id and the control device of Figure 1; Figure 2: a typical movement behavior of the control device according to the invention;
  • FIGS. 3A and B exemplary embodiments of joint zones of the control device of FIGS. 1a and 1c;
  • FIGS. 4A and B show further alternative control elements for the control device according to the invention.
  • FIG. 5 an overall view of a control device according to the invention.
  • FIG. 1 shows the structure of a control device 10 as known from the prior art, for example WO 2005/067785 A1 and as it may also form the basis of the present invention.
  • control device 10 comprises an outer hollow cylindrical shaft 12, an inner hollow cylindrical shaft 14 and a control element 16 arranged between these shafts.
  • the outer and inner shafts 12, 14 and the control element 16 have substantially equal lengths and are dimensioned with respect to their outer and inner diameter or wall thicknesses so that the control element can be inserted accurately into the outer shaft and the inner shaft 14 fit into the interior of the control element 16.
  • the interior of the inner shaft 14 remains free as a lumen for the introduction of instrument controls, leads to a camera or other optical elements, and the like.
  • the control element 16 is guided in the radial direction through the walls of the outer and inner shafts 12, 14.
  • the control device 10 has a proximal end portion 18 and a distal end portion 20, each comprising a hinge zone 22 and 24, respectively.
  • the articulation zone 22, 24 is formed by a corresponding configuration of the outer and / or inner shank 12, 14, wherein in the prior art various proposals for this are listed, including in WO 2005/067785 Al.
  • FIGS. 1 a, 1 b and 1 c the individual elements of the control device 10 of FIG. 1 are shown once again, wherein FIG. 1 a represents the outer shaft 12, FIG. 1 b the control element 16 and FIG. 1 c the inner shaft 14.
  • the outer shaft 12 has in the areas corresponding to the hinge zones 22 and 24, a structure that ensures the flexibility or flexibility of the outer shaft 12 in this area.
  • bellows-like structures can be used here, as previously mentioned.
  • the wearability or flexibility can also be produced by weakening the wall of the outer shaft 12 in the sections corresponding to the articulation zones 22, 24.
  • the inner shaft 14 in Figure Ic may have a similar structure as the outer shaft 12 in Figure Ia, so that reference can be made to the description of Figure Ia.
  • the control element 16 of Figure Ib comprises a plurality, in the present example eight, force-transmitting longitudinal elements, which are arranged parallel to the longitudinal direction of the control element 16 and at the respective ends of the control element 16 are connected laterally in the circumferential direction to ring collars 28, 30.
  • Figure Id shows an alternative embodiment of a control element 16 ', which is made of a one-piece tube 17, for example by laser beam cutting.
  • the slots 19 formed in the tube 17 by laser beam cutting extend almost over the entire length of the tube 17, so that only at the proximal and distal end unslotted annular collars 28 ', 30' remain, which connect the force transmitting longitudinal elements acting wall segments 21 each.
  • Figure Ie shows a cross section through a control element of the figure Id, in which, however, only four wall segments 21 are present.
  • the circular arc segments of the wall segments 21 correspond to an arc angle ⁇ of approximately 82 ° to 86 °.
  • the extent of the slots 19 in the circumferential direction corresponds to an angle ß of about 4 ° to 8 °.
  • control device 10 The cross-section of the control device 10 is shown in FIG. If, with the control element 16 'of FIG. 1 being used as the control element, but with a number of four wall segments 21.
  • the outer diameter D of about 2.5 mm and the inner diameter of about 1.8 mm may be mentioned.
  • FIGS. 3A and 3B show two variants of related embodiments of the flexible sections, here in the form of the sections 22 'and 22 ", respectively, of an outer shaft 12.
  • the same type of configuration is also suitable for the flexible sections of the inner shaft 14.
  • a slot structure with circumferentially extending slots 47 in the hollow cylindrical shaft Preferably, two or more slots separated from one another via webs are present along a circumferential line. Since the arrangement of slots along only one perimeter line would allow only a very small pivoting angle, typical slot structures of hinge zone 22 'include a plurality of axially spaced circumferential lines with slots 47. Slits 47 which are arranged adjacent to one another in the axial direction are preferably offset relative to one another in the circumferential direction, so that bending possibilities result in several levels.
  • FIG. 3B there are two slots 47 per circumferential line, which are separated from one another by webs 49.
  • FIG. 3A there are three slots 47.
  • the slot structure in both cases typically includes a plurality of slots 47 arranged along a plurality of imaginary and axially spaced circumferential lines.
  • a pivoting of the distal joint portion in any other predetermined directions with respect to the pivoting movement of the proximal end, ie also in directions that are not in the same plane is possible with the use of a control element in which the force-transmitting longitudinal elements with their proximal and distal ends in angular positions in circumferential determined direction, which differ by a certain angular amount, for example by 180 ° as shown in the example in Figures 4A and 4B.
  • FIG. 4A shows a control element 40 for the control device 10 according to the invention, in which eight force-transmitting longitudinal elements 42 are arranged helically over their entire length and fixed at an offset of 180 ° to proximal and distal annular collars 44, 46.
  • the length of the control device is about 30 cm, the length of the associated control element 40, 40 'is thus also 30 cm.
  • the outer diameter of the control element 40, 40 ' is typically 1.7 mm. If one chooses an angular offset of 180 °, with which the proximal and distal ends of the force-transmitting longitudinal elements 42, 42 'at the annular collars 44, 46 and 44', 46 'are fixed, so results in a helical shape of the longitudinal elements, in which the helix is inclined at an angle of about 0.5 ° to the longitudinal axis of the element.
  • the control device has a length of, for example, 22 cm, which corresponds to the length of the control element 40, 40 '.
  • the outer diameter of the control element 40, 40 ' is relatively large and is about 9.7 mm. With this shorter length of the control device 10 at the same time significantly larger diameter to obtain an angle of 3.9 °, with the helix, along which the force-transmitting longitudinal elements 42, 42 'are arranged, against the longitudinal axis of the control element 40, 40' inclined are.
  • control elements for the control devices according to the invention are interchangeable, so that a control device 10 can be given different movement geometries merely by replacing the control element 16, 16 'or 40, 40'.
  • FIG. 4B shows a variant of a control element 40 'which, like the control element 16' of FIG. 1 d, is formed from a one-piece tube by laser cutting.
  • the resulting wall segments 42 ' are separated by slots 43' of each other and only in the region of annular collars 44 ', 46' positively connected to each other.
  • the advantages of the helical course of the wall segments are the same as in the control element 40 with the helical longitudinal elements 42.
  • FIG. 5 shows the present invention with reference to the control device 10, which is connected at its proximal end section 18 to a handling device 50.
  • the articulation zones 22 and 24 are formed with substantially the same length, so that when the proximal end section 18 is bent by 18 °, e.g. 30 ° results in a corresponding bend of the distal end portion 20 also by 30 °.
  • the direction in which the bend of the distal end portion 20 is made depends on the choice of the control element not shown in detail here and the determination of the ends of the force transmitting longitudinal elements, as described in detail above.
  • the control device 10 shown in Figure 5 additionally has a holding device 52 in the form of a sleeve 53 which is arranged on the outer shaft of the control device 10 with the central portion 25 overlapping longitudinally displaceable.
  • the permissible bending angle in the region of the distal end section 20 can be adjusted variably so that, for example, a defined working area can be adjusted under the surgeon's view during the endoscopic removal of pathological structures.
  • FIG. 5 contains an alternative solution to the holding device 52 in the form of the holding device 56, which comprises a ring 58 which is fixed longitudinally displaceably by means of a doubly bent web 60 with a straight guide 62 on the handling device 50.
  • FIG. 6 shows a control device 100 having a proximal end portion 102, a distal end portion 104, and an intermediate portion 106 therebetween. While the middle section 106 is designed to be resistant to bending, the proximal and distal end sections 102, 104 each include a hinge zone 108 or 110 having a length Li or L 2 measured in the axial direction. The length L 2 is chosen to be shorter than the length Li.
  • FIG. 6 a shows the control device 100 in the basic position in which no forces act on the proximal end section 102.
  • proximal end region 102 is pivoted out of the axial direction, as is illustrated in the illustration of FIG. 6b, an increased length of the joint zone 108 of Li + ⁇ i results in the proximal joint zone 108 at the outer radius of the bent end region 102; a shortened length of L 1 - ⁇ 2 .
  • the distal end portion 104 with a length at the outer radius L 2 + ⁇ 2 and a length at the inner radius of L 2 - ⁇ i. Since the lengths Li and L 2 of the joint zones 108, 110 are different, an increased bending movement for the distal end section 104 necessarily results in being able to follow the length changes predetermined by the proximal end section.
  • This effect can also be used, for example, in a proximally restricted work area with relatively small pivoting movements to allow full utilization of the distal given pivot radius and to make distally as large a work area available.
  • This principle can be used variably with the present invention by varying the length of one joint zone in relation to the other by means of a holding device (see FIG.

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Abstract

Bei einer Steuerungsvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in Endoskopen oder dgl., mit einem proximalen und einem distalen, jeweils eine Gelenkzone umfassenden Endabschnitt sowie mit einem dazwischen angeordneten biegefesten Mittelabschnitt, mit einem äußeren hohlzylindrischen Schaft, einen inneren hohlzylindrischen Schaft sowie mit einem zwischen diesen Schäften angeordneten Steuerungselement mit zwei oder mehr sich im Wesentlichen vom proximalen zum distalen Endabschnitt der Steuerungsvorrichtung erstreckenden, Kraft übertragenden Längselementen, wobei die Längselemente in Umfangsrichtung der Steuerungsvorrichtung in im Wesentlichen regelmäßigen Winkelabständen angeordnet und im Bereich ihrer proximalen und distalen Enden jeweils in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, wird vorgeschlagen, dass, dass die Steuerungsvorrichtung eine Haltevorrichtung umfasst, mit der ein Teil einer Gelenkzone biegefest bezüglich der Längsrichtung des Mittelabschnitts der Steuerungsvorrichtung oder einer sich an deren proximalen oder distalen Endabschnitt anschließenden Funktionseinheit fixierbar ist. Damit lassen sich mit geringem Aufwand die Instrumente für unterschiedliche und/oder verschieden große Arbeitsbereiche anpassen.

Description

Steuerungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung für feinmechanische oder chirurgische Anwendungen, beispielsweise zur Verwendung in Endoskopen oder dergleichen.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Steuerungsvorrichtung für Instrumente für hoch genaue mechanische Anwendungen oder chirurgische Anwendungen im minimal-invasiven Bereich.
Solche Steuerungsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und weisen einen proximalen, das heißt dem Benutzer/Chirurgen zugewandten, und einen von ihm abgewandten oder distalen Endabschnitt auf, der jeweils eine Gelenkzone umfasst, sowie einen zwischen den Endabschnitten angeordneten, häufig biegesteif ausgestalteten Mittelabschnitt. Sie umfassen ferner einen äußeren hohl- zylindrischen Schaft, einen inneren hohlzylindrischen Schaft sowie ein zwischen diesen Schäften angeordnetes Steuerungselement mit zwei oder mehr, sich im Wesentlichen vom proximalen zum distalen Endabschnitt der Steuerungsvorrichtung erstreckenden, Kraft übertragenden Längselementen. Die Kraft übertragenden Längselemente werden in Umfangsrichtung der Steuerungsvorrichtung im Wesentlichen regelmäßig angeordnet und sind im Bereich des proximalen und des distalen Endabschnittes jeweils in Umfangsrichtung miteinander verbunden. Über die Längselemente lassen sich Zug- und Druckkräfte übertragen, mit denen sich eine Schwenkbewegung am proximalen Endabschnitt in eine entsprechende Schwenkbewegung am distalen Endabschnitt umsetzen lässt.
Steuerungsvorrichtungen dieser Art sind zum Beispiel aus der WO 2005/ 067785 Al bekannt, bei der eine Vielzahl von Kraft übertragenden Längselementen in Form von Drähten oder Kabeln verwendet werden, welche in Umfangsrichtung direkt aneinander anliegend angeordnet sind und sich so gegenseitig seitlich führen. Für die Führung der Kraft übertragenden Längselemente in Radialrichtung stehen der äußere und der innere hohlzylindrische Schaft zur Verfügung, so dass eine Führung der Kraft übertragenden Längselemente in jeder Richtung gewährleistet ist.
Am proximalen Ende der Steuerungsvorrichtung wird in der Regel ein von Hand zu betätigendes Griffteil montiert, an dessen Stelle selbstverständlich auch Motor betriebene Bedienelemente treten können, während an dem distalen Ende, das auch Kopf genannt wird, Funktionsbauteile, insbesondere Werkzeuge, Kameras, Beleuchtungselemente und dergleichen angeschlossen werden können.
Mit solchen die Steuerungsvorrichtung beinhaltenden Instrumenten lassen sich im mechanischen Bereich beispielsweise komplizierte und schwer zugängliche Innenräume, beispielsweise Motoren, Maschinen, Radiatoren und dergleichen, inspizieren und reparieren oder aber die oben angesprochenen Operationen im minimal-invasiven Bereich durchführen.
Herkömmliche Steuerungsvorrichtungen können mit unterschiedlichen maximal zulässigen Biegewinkeln hergestellt werden, die sich aus der Struktur bzw. der Konstruktion der Gelenkzonen ergeben. Hieraus resultieren unterschiedlich große Arbeitsbereiche für die am distalen Ende angeschlossenen Funktionsbauteile.
In einer Reihe von Anwendungsfällen müssen die mit der Steuerungsvorrichtung versehenen Instrumente aus dem Arbeitsbereich entfernt und wieder eingeführt werden, sei es um die am distalen Endabschnitt montierten Funktionsbauteile auszutauschen, zu reinigen, zu warten oder zu ergänzen. Nach dem Wiedereinführen der Instrumente in den vorherigen Arbeitsbereich ist es wünschenswert, wenn die vorherige Arbeitsposition möglichst einfach wieder aufgefunden werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufwand zu minimieren, mit dem die Instrumente für unterschiedliche und/oder verschieden große Arbeitsbereiche ausgestattet werden können. Die Erfindung schlägt im Zusammenhang mit der eingangs beschriebenen Steuerungsvorrichtung zur Lösung dieser Aufgabe vor, dass die Steuerungsvorrichtung eine Haltevorrichtung umfasst, mit der ein Teil einer Gelenkzone biegefest bezüglich der Längsrichtung des Mittelabschnitts der Steuerungsvorrichtung oder einer sich an deren proximalen oder distalen Endabschnitt anschließenden Funktionseinheit fixierbar ist.
Über die erfindungsgemäß bei der Steuervorrichtung verwendete Haltevorrichtung lässt sich variabel der maximale Biegewinkel der distalen Gelenkzone einstellen, indem auf Seiten des proximalen Endabschnitts die Gelenkzone verkürzt wird, so dass eine konstruktionsbedingte Verminderung des maximalen Biegewinkels auf Seiten des proximalen Endabschnitts resultiert. Da der Biegewinkel auf Seiten des distalen Endabschnitts und dessen Gelenkzone von dem Biegewinkel am proximalen Endabschnitt abhängt, ist damit auch der maximale Biegewinkel des distalen Endabschnitts limitiert.
Somit kann mit der vorliegenden Erfindung für jede sich neu ergebende Applikation bei derselben Steuerungsvorrichtung der maximale Biegewinkel neu eingestellt werden oder auch während der Applikation noch verändert werden, so dass z.B. beim endoskopischen Abtragen von pathologischen Strukturen ein definierter Arbeitsbereich unter Sicht des Operateurs einstellbar ist.
Gemäß einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung umfasst die Haltevorrichtung eine entlang der Längsachse des Mittelabschnitts der Steuerungsvorrichtung verschiebliche biegesteife Hülse.
Wird die biegesteife Hülse vom Mittelabschnitt her parallel zur Längsachse der Steuerungsvorrichtung über einen Bereich der proximalen Gelenkzone geschoben, resultiert eine Verkürzung der Gelenkzone und damit eine Verminderung des maximalen Biegewinkels.
Die verschiebliche biegesteife Hülse kann im Prinzip im Inneren der Steuerungsvorrichtung untergebracht werden. Bevorzugt wird sie jedoch am Außenumfang des äußeren Schafts angeordnet, da sie hier leichter zugänglich und festlegbar ist.
Gemäß einer anderen Variante der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung umfasst die Haltevorrichtung ein sich an der Funktionseinheit des proximalen Endabschnitts, d.h. typischerweise einer Bedieneinheit, abstützendes Halteelement, was den Vorteil mit sich bringt, dass der Bereich der Gelenkzone von Seiten des proximalen Endes her verkürzt werden kann, so dass die Steuerungsvorrichtung über eine größere Länge unverändert bleibt und beispielsweise in einen Trokar eingeschoben werden kann.
Das sich an der Bedieneinheit abstützende Halteelement beinhaltet vorzugsweise einen Ring, der sich am Außenumfang des äußeren Schafts entlang verschieben lässt, und wird über einen Steg mit einer Geradführung an der Bedieneinheit festlegbar gehalten.
Besonders bevorzugt wird bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung die Haltevorrichtung so ausgestaltet, dass sie in einer oder in mehreren vorgegebenen Stellungen positionierbar und vorzugsweise auch festlegbar ist.
Damit kann im Vorhinein der maximale Biegewinkel der Steuerungsvorrichtung festgelegt werden und insbesondere auch über die vorgebbaren Stellungen der Haltevorrichtung vordefiniert begrenzt werden.
Wird eine Haltevorrichtung verwendet, die auf Seiten der Bedieneinheit abgestützt ist, lässt sich der maximale Biegewinkel auch während des Gebrauchs der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung einfach sich eventuell neu ergebenden Problemstellungen anpassen.
Bevorzugt werden bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung die Kraft übertragenden Längselemente voneinander lateral beabstandet angeordnet sein. Dies vermeidet Reibungskräfte zwischen den Längselementen bei einer Betäti- gung der Steuerungsvorrichtung und gewährleistet eine Kraft schonende Bedienung derselben.
Je nach Art der Steuerungsvorrichtung kann es von Bedeutung sein, dass zwischen den Kraft übertragenden Längselementen Abstandhalter angeordnet werden, so dass die Längselemente entlang der Länge der Steuerungsvorrichtung in einer vorgegebenen Position gehalten werden.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Kraft übertragenden Längselemente entlang der Längsrichtung der Steuerungsvorrichtung mindestens partiell in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind, wobei in vielen Fällen hierdurch bereits eine ausreichende seitliche Führung bzw. Führung in Um- fangsrichtung gegeben ist.
Besonders bevorzugt werden die Kraft übertragenden Längselemente von dem äußeren und dem inneren Schaft in Radialrichtung geführt, so dass eine besonders einfache und trotzdem genaue Führung der Längselemente gegeben ist und damit einhergehend eine exakt vorhersagbare Biegebewegung des distalen Endes.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Steuerungsvorrichtung ein Steuerungselement auf, welches ein hohlzylindrisches Bauteil um- fasst, dessen Zylinderwand mindestens im Bereich eines Abschnitts zwischen dem proximalen und distalen Ende in zwei oder mehr Wandsegmente unterteilt ist, die die Kraft übertragenden Längselemente bilden.
Hierbei können die zwei oder mehr Wandsegmente am distalen Ende des hohl- zylindrischen Bauteils über einen Ringbund fest miteinander verbunden sein.
Weiterhin können die zwei oder mehr Wandsegmente im Bereich des proximalen Endes des hohlzylindrischen Bauteils fest miteinander verbunden sein. Besonders bevorzugt wird das hohlzylindrische Bauteil einstückig ausgebildet. Hier ist die Handhabung beim Zusammenbau der Steuerungsvorrichtung besonders einfach. Außerdem lässt sich das einstückige Bauteil mit besonderer Präzision bezüglich der gegenseitigen Ausrichtung der Wandsegmente herstellen.
Steuerungsvorrichtungen mit dieser Ausgestaltung weisen insbesondere ein hohl- zylindrisches Bauteil auf, welches aus einem einzigen Röhrchen gefertigt ist, wobei die Unterteilung der Zylinderwand in Wandsegmente vorzugsweise mittels Laserstrahlschneiden erfolgt.
Steuerungsvorrichtungen dieser Art lassen sich ferner mit sehr kleinen Außendurchmessern realisieren, beispielsweise ca. 2 mm oder weniger, insbesondere auch ca. 1,5 mm, und trotzdem bleibt ein ausreichend großes Lumen im Inneren erhalten, über das weitere Funktionen realisiert werden können. Beispielsweise reicht das Lumen noch aus, um Gewebestücke aus dem Operationsbereich abtransportieren, insbesondere absaugen, zu können oder um eine Lichtquelle und zugehörige Optik zu dem Operationsbereich zu bringen.
Selbstverständlich sind die erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtungen auch mit beliebig großen Durchmessern möglich.
Als Werkstoff zur Herstellung des Steuerungsvorrichtung, insbesondere des Steuerungselements in Form des hohlzylindrischen Bauteils bieten sich insbesondere Stahllegierungen oder Nitinol an.
Bei einer weiteren bevorzugten Steuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraft übertragenden Längselemente mindestens abschnittsweise schraubenlinienförmig angeordnet sind, so dass ihre proximalen und distalen Enden in Umfangsrichtung in unterschiedlichen Winkelpositionen festgelegt sind. Hiermit lässt sich erreichen, dass die Schwenkbewegung des distalen Endes in einer anderen Ebene erfolgen kann als die Schwenkbewegung des proximalen Endes, oder auch, dass die Schwenkrichtung des proximalen Endes und des distalen Endes quasi gegeneinander erfolgt und die Steuerungsvor- richtung eine Art U-Form annimmt. Dies ist der Fall, wenn die proximalen und distalen Enden der Kraft übertragenden Längselemente in einer um 180° unterschiedlichen Winkelposition in Umfangsrichtung festgelegt sind.
Die Kraft übertragenden Längselemente können unterschiedlich ausgebildet sein und insbesondere in Form von Kabeln oder Drähten vorliegen.
Die Kraft übertragenden Längselemente können darüber hinaus einen bana- nenförmigen Querschnitt aufweisen.
Wie zuvor schon ausgeführt, werden bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Kraft übertragenden Längselemente aus einem hohlzylindrischen Bauteil gebildet, bei dem, beispielsweise mittels Laserstrahlschneiden, die Zylinderwand über den größten Teil, insbesondere nahezu über die gesamte Länge in Axialrichtung zur Ausbildung der Kraft übertragenden Längselemente geschlitzt ist. Die Längselemente werden dabei von Zylinderwandsegmenten gebildet, die im Querschnitt eine Kreisbogenform aufweisen.
Bevorzugt weisen die Wandsegmente im Querschnitt eine Kreisbogenform auf, die einem Bogenwinkel von ca. 20° oder mehr, insbesondere 30° oder mehr entspricht.
Die Zahl der Wandsegmente liegt bevorzugt im Bereich von 4 bis 16, weiter bevorzugt im Bereich von 6 bis 12.
Der Abstand der Wandsegmente in Umfangsrichtung von einander (entspricht der Schlitzbreite) beträgt in Winkelgraden gemessen vorzugsweise ca. 2° bis 15°, weiter bevorzugt ca. 4° bis ca. 8°.
Die Schlitzbreite, wie sie beim Laserstrahlschneiden entsteht, kann bei Bedarf vergrößert werden, so dass die verbleibenden streifenförmigen Wandsegmente berührungslos gegeneinander bewegt werden können. Aufgrund der kreissegmentartigen Querschnitte der Längselemente bleibt der berührungslose Zustand der Längselemente auch im Falle der Zug- oder Druckbelastung auch in den Gelenkbereichen erhalten; dies gilt insbesondere bei einer Führung der Längselemente in Radialrichtung zwischen einem inneren und einem äußeren Schaft.
Die beiden Endbereiche des hohlzylindrischen Elements bleiben ungeschlitzt, so dass die Längselemente über Ringbünde miteinander verbunden bleiben.
Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung vorgesehen sein, dass die proximale Gelenkzone eine Ausdehnung in Längsrichtung der Steuerungsvorrichtung aufweist, die von der Ausdehnung der distalen Gelenkzone verschieden ist. Eine solche Maßnahme erlaubt, unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse vorzusehen, so dass eine relativ große Winkelbewegung am proximalen Ende eine kleine Winkeländerung am distalen Endabschnitt auslöst oder umgekehrt.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung liegt auch darin, dass das Längenverhältnis der proximalen und der distalen Gelenkzone in vorgegebenen Grenzen frei variiert werden kann. So lässt sich das Längenverhältnis bedarfsgerecht einstellen mit einer korrespondierenden Übersetzung der Schwenkbewegung des proximalen Endabschnitts in eine Schwenkbewegung des distalen Endabschnitts und der daran gehaltenen Funktionseinheit.
Bei einer weiter bevorzugten erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der Gelenkzonen elastisch ausgebildet ist, so dass sich mindestens partiell eine selbsttätige Rückstellung der abgebogenen Endabschnitte nach Beendigung der Krafteinleitung einstellt.
Vorzugsweise weisen die Gelenkzonen des äußeren und/oder inneren Schafts in Umfangsrichtung verlaufend mehrere Schlitze auf, die voneinander durch Wandbereiche in Umfangsrichtung bzw. Axialrichtung voneinander getrennt sind. Auch hier können für den äußeren bzw. inneren Schaft einstückig ausgebildete Röhrchen zum Einsatz kommen.
Zusammen mit einem aus einem einstückigen Röhrchen hergestellten Steuerungselement, wie dies bereits weiter oben beschrieben wurde, ergibt sich im einfachsten Fall eine aus drei ineinandergeschobenen Röhrchen mit den Funktionen äußerer Schaft, Steuerungselement und innerer Schaft eine sehr dünnwandige und trotzdem mechanisch belastbare Struktur, wobei mittels der Steuerungsvorrichtung platzierte Steuerungsvorrichtunge, beispielsweise Greifer, bedient und positioniert werden können, ohne dass es zum Übersprechen der Bewegung des einen auf das andere Element kommt. Insbesondere kann z.B. ein Greifer innerhalb der Steuerungsvorrichtung geführt und gedreht werden, ohne dass sich dabei der Schwenkwinkel und die Position des Steuerungselements selbst ändert oder die Greiferfunktion als solche beeinflusst wird. Ebenso wenig werden Gegenbewegungen hervorgerufen; Drehbewegungen um 360° sind problemlos möglich.
Darüber hinaus können diese Steuerungsvorrichtungen einfach auseinander genommen, sterilisiert und wieder zusammengebaut werden.
Bevorzugt weist ein jeweiliger Wand abschnitt in Umfangsrichtung zwei oder mehr, insbesondere drei oder mehr Schlitze hintereinander angeordnet auf. Die Schlitze sind dabei bevorzugt in Umfangsrichtung mit gleichen Abständen zueinander angeordnet.
In Axialrichtung weisen die Gelenkzonen bevorzugter Steuerungsvorrichtungen drei oder mehr Schlitze nebeneinander angeordnet auf, wobei bevorzugt die nebeneinander angeordneten Schlitze in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Abstände, in denen die Schlitze in Axialrichtung zu einander beabstandet angeordnet sind, können gleich sein oder variieren, wobei hiermit die Gelenkeigenschaften, insbesondere der Biegeradius, beeinflusst werden können. Typischerweise wird vorgesehen, dass die Schlitze die Zylinderwand vollständig durchdringende Schlitze sind. Gute Biegeeigenschaften lassen sich allerdings auch erzielen, wenn die Schlitze die Wand des Schafts nicht vollständig durchsetzen, sondern insbesondere vor dem Erreichen des Innenumfangs enden. Damit bleibt die Wand des Schafts insgesamt geschlossen, was in einigen Anwendungen insbesondere beim äußeren Schaft erwünscht sein kann.
Eine bevorzugte Geometrie der Schlitze liegt vor, wenn die die Schlitze begrenzenden Wandflächen in einem spitzen Winkel zur Radialrichtung angeordnet sind. Vorzugsweise werden dabei gegenüberliegende Wandflächen desselben Schlitzes spiegelbildlich angeordnet, so dass sich am Außenumfang eines Schafts eine größere Schlitzbreite ergibt als benachbart zum Innenumfang.
In Axialrichtung von einander beabstandete Schlitze werden vorzugsweise in Um- fangsrichtung überlappend, jedoch gegeneinander versetzt angeordnet, so dass sich eine regelmäßige Anordnung der Schlitze ergibt.
Die Wandflächen der Schlitze können dabei gegen die Axialrichtung unter einem Winkel geneigt sein, der von 90 ° abweicht, so dass die Breite der Schlitze am Außenumfang größer ist als am Innenumfang des äußeren Schafts. Damit lassen sich auch bei kleinen Schlitzbreiten ausreichend große Schwenkwinkel realisieren, ohne dass die Zahl der Schlitze vergrößert werden müsste bzw. der Gelenkbereich sich über eine größere axiale Länge erstrecken müsste.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen im Einzelnen :
Figur 1 : mit den Teilfiguren a, b und c den grundlegenden Aufbau einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung aus den drei Elementen äußerer Schaft, Steuerungselement und innerer Schaft; Teilfigur Id zeigt ein alternatives Steuerungselement; die Teilfiguren Ie und If zeigen Querschnitte des Steuerungselements der Figur Id bzw. der Steuerungsvorrichtung der Figur 1; Figur 2: ein typisches Bewegungsverhalten der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung;
Figur 3A und B: Ausführungsbeispiele für Gelenkzonen der Steuerungsvorrichtung der Figuren Ia und Ic;
Figur 4A und B: weitere alternative Steuerungselemente für die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung;
Figur 5: einen Gesamtüberblick über eine erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung; und
Figur 6: das Funktionsprinzip einer Variante der erfindungsgemäßen
Steuerungsvorrichtung.
Die Figur 1 zeigt den Aufbau einer Steuerungsvorrichtung 10, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, beispielsweise der WO 2005/067785 Al und wie sie auch der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann.
Hierbei umfasst die Steuerungsvorrichtung 10 einen äußeren hohlzylindrischen Schaft 12, einen inneren hohlzylindrischen Schaft 14 sowie ein zwischen diesen Schäften angeordnetes Steuerungselement 16.
Der äußere und der innere Schaft 12, 14 sowie das Steuerungselement 16 weisen im Wesentlichen gleiche Längen auf und sind bezüglich ihrer Außen- und Innendurchmesser bzw. Wandstärken so dimensioniert, dass das Steuerungselement passgenau in den äußeren Schaft eingeschoben werden kann und der innere Schaft 14 passgenau in das Innere des Steuerungselementes 16. Das Innere des inneren Schafts 14 bleibt als Lumen frei für die Einführung von Instrumentensteuerungen, Zuleitungen zu einer Kamera oder anderen optischen Elementen und dergleichen. Das Steuerungselement 16 ist in Radialrichtung durch die Wandungen des äußeren und des inneren Schaftes 12, 14 geführt. Die Steuerungsvorrichtung 10 weist einen proximalen Endabschnitt 18 sowie einen distalen Endabschnitt 20 auf, die jeweils eine Gelenkzone 22 bzw. 24 umfassen.
Typischerweise wird die Gelenkzone 22, 24 durch eine entsprechende Ausgestaltung des äußeren und/oder inneren Schaftes 12, 14 gebildet, wobei im Stand der Technik vielfältige Vorschläge hierzu verzeichnet sind, unter anderem auch in der WO 2005/067785 Al.
In Figur 1 sind die Gelenkzonen 21, 24 lediglich in Form von faltenbalgartigen Strukturen angedeutet.
In den Figuren Ia, Ib und Ic sind die einzelnen Elemente der Steuerungsvorrichtung 10 der Figur 1 nochmals dargestellt, wobei Figur Ia den äußeren Schaft 12, Figur Ib das Steuerungselement 16 und Figur Ic den inneren Schaft 14 repräsentieren.
Der äußere Schaft 12 weist in den Bereichen, die den Gelenkzonen 22 und 24 entsprechen, eine Struktur auf, die die Gelenkigkeit bzw. Biegbarkeit des äußeren Schaftes 12 in diesen Bereich gewährleistet. Beispielsweise können hier, wie zuvor erwähnt, faltenbalgartige Strukturen verwendet werden. Alternativ kann auch durch eine Schwächung der Wandung des äußeren Schaftes 12 in den den Gelenkzonen 22, 24 entsprechenden Abschnitten die entsprechende Biegbarkeit bzw. Flexibilität hergestellt werden.
Der innere Schaft 14 in Figur Ic kann eine ähnliche Struktur aufweisen wie der äußere Schaft 12 in Figur Ia, so dass auf die Beschreibung der Figur Ia verwiesen werden kann.
Das Steuerungselement 16 der Figur Ib umfasst eine Vielzahl, im vorliegenden Beispiel acht, Kraft übertragende Längselemente, die parallel zur Längsrichtung des Steuerungselements 16 angeordnet sind und die an den jeweiligen Enden des Steuerungselements 16 in Umfangsrichtung lateral miteinander zu Ringbünden 28, 30 verbunden sind.
Figur Id zeigt eine alternative Ausführungsform eines Steuerungselements 16', welches aus einem einstückigen Röhrchen 17 beispielsweise durch Laserstrahlschneiden gefertigt ist.
Die in dem Röhrchen 17 durch Laserstrahlschneiden gebildeten Schlitze 19 verlaufen fast über die gesamte Länge des Röhrchens 17, so dass lediglich am proximalen und distalen Ende ungeschlitzte Ringbünde 28', 30' verbleiben, die die als Kraft übertragende Längselemente fungierenden Wandsegmente 21 jeweils miteinander verbinden.
Figur Ie zeigt einen Querschnitt durch ein Steuerungselement der Figur Id, bei dem allerdings nur vier Wandsegmente 21 vorhanden sind. Die Kreisbogensegmente der Wandsegemente 21 entsprechen einem Bogenwinkel α von ca. 82° bis 86°. Die Ausdehnung der Schlitze 19 in Umfangsrichtung entspricht einem Winkel ß von ca. 4° bis 8°.
Den Querschnitt der Steuerungsvorrichtung 10 zeigt Figur If, wobei als Steuerungselement das Steuerungselement 16' der Figur Id zum Einsatz kommt, allerdings mit einer Anzahl von vier Wandsegmenten 21.
Beispielhaft seien der Außendurchmesser D von ca. 2,5 mm und der Innendurchmesser von ca. 1,8 mm genannt.
Aufgrund der Führung der Kraft übertragenden Längselemente 26 zwischen dem äußeren und dem inneren Schaft 12, 14 in der Steuerungsvorrichtung 10 resultiert bei einem Schwenken des proximalen Endabschnittes 18 eine in gleicher Schwenkebene jedoch in entgegengesetzter Richtung verlaufende Abwinkelung am distalen Endabschnitt im Bereich der Gelenkzone 24 um denselben Winkelbetrag. Eine solche Situation ist in Figur 2 dargestellt. Die Ausgestaltung der Gelenkabschnitte in Form der flexiblen Abschnitte 22, 24 des inneren bzw. äußeren Schafts kann vielfältig sein.
Die Figuren 3A und 3B zeigen zwei Varianten von verwandten Ausgestaltungen der flexiblen Abschnitte, hier in Form der Abschnitte 22' bzw. 22" eines äußeren Schafts 12. Dieselbe Art der Ausgestaltung bietet sich auch für die flexiblen Abschnitte des inneren Schafts 14 an.
Gemeinsam ist den beiden Varianten die Verwendung einer Schlitzstruktur mit in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitzen 47 in dem hohlzylindrischen Schaft. Vorzugsweise sind entlang einer Umfangslinie zwei oder mehr voneinander über Stege 49 getrennte Schlitze vorhanden. Da die Anordnung von Schlitzen entlang von nur einer Umfangslinie nur einen sehr kleinen Schwenkwinkel erlauben würde, sind bei typischen Schlitzstrukturen der Gelenkzone 22' eine Mehrzahl in Axialrichtung beabstandeter Umfangslinien mit Schlitzen 47 vorhanden. Bevorzugt sind in Axialrichtung benachbart angeordnete Schlitze 47 gegeneinander im Umfangsrichtung versetzt angeordnet, so dass sich Biegemöglichkeiten in mehreren Ebenen ergeben.
In Figur 3B sind zwei Schlitze 47 pro Umfangslinie vorhanden, die durch Stege 49 von einander getrennt sind. In Figur 3A sind es drei Schlitze 47. Die Schlitzstruktur umfasst in beiden Fällen typischerweise eine Vielzahl von Schlitzen 47, die entlang mehrerer gedachter und in Axialrichtung voneinander beabstandeter Umfangslinien angeordnet sind. Über die Wahl der Schlitzstruktur und die Anzahl der Schlitze lässt sich sehr einfach der zulässige Schwenkwinkel vorgeben und auch weitere Eigenschaften eines Gelenkabschnitts, wie z.B. die Biegefestigkeit, auf den jeweiligen Anwendungsfall anpassen.
Eine Verschwenkung des distalen Gelenkabschnittes in beliebig vorgebbare andere Richtungen bezüglich der Verschwenkbewegung des proximalen Endes, d.h. auch in Richtungen, die nicht in derselben Ebene liegen wird bei der Verwendung eines Steuerungselementes möglich, bei dem die Kraft übertragenden Längselemente mit ihren proximalen und distalen Enden in Winkelpositionen in Umfangs- richtung festegelegt, die um einen bestimmten Winkelbetrag differieren, beispielsweise um 180° wie bei dem Beispiel in den Figuren 4A und 4B gezeigt.
Figur 4A zeigt ein Steuerungselement 40 für die erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung 10, bei der acht Kraft übertragende Längselemente 42 über ihre gesamte Länge schraubenlinienförmig angeordnet und mit einem Versatz von 180° an proximalen und distalen Ringbünden 44, 46 festgelegt sind.
Einer Verschwenkbewegung des proximalen Abschnittes 18 der Steuerungsvorrichtung 10 nach oben führt hier zu einer Verschwenkbewegung des distalen Abschnittes 20 in derselben Ebene ebenfalls nach oben.
Im Hinblick darauf, dass die Durchmesser typischer Steuerungselemente nur wenige Millimeter betragen, andererseits die erforderliche Länge der Steuerungselemente 10 cm oder deutlich mehr betragen, sind die Winkel, in denen die schraubenlinienförmig angeordneten Längselemente von der Längsrichtung der Steuerungselemente abweichen, erheblich kleiner als dies die Figuren 4A und 4B eventuell suggerieren. Um dies besser zu verdeutlichen, werden zwei Zahlenbeispiele hier vorgestellt:
Bei einem Instrument, wie es typischerweise in der Neurochirurgie eingesetzt wird, beträgt die Länge der Steuerungsvorrichtung ca. 30 cm, die Länge des zugehörigen Steuerungselements 40, 40' beträgt damit ebenfalls 30 cm. Der Außendurchmesser des Steuerungselements 40, 40' beträgt typischerweise 1,7 mm. Wählt man einen Winkelversatz von 180°, mit dem die proximalen und distalen Enden der Kraft übertragenden Längselemente 42, 42' an den Ringbünden 44, 46 bzw. 44', 46' festgelegt sind, so resultiert eine Schraubenlinienform der Längselemente, bei der die Schraubenlinie mit einem Winkel von ca. 0,5° gegen die Längsachse des Elements geneigt ist.
Bei einem in der Laparoskopie eingesetzten Instrument hat die Steuerungsvorrichtung eine Länge von beispielsweise 22 cm, der die Länge des Steuerungselements 40, 40' entspricht. Der Außendurchmesser des Steuerungselements 40, 40' ist verhältnismäßig groß und beträgt ca. 9,7 mm. Bei dieser kürzeren Länge der Steuerungsvorrichtung 10 bei gleichzeitig deutlich größerem Durchmesser erhält man einen Winkel von 3,9°, mit dem die Schraubenlinie, entlang der die Kraft übertragenden Längselemente 42, 42' angeordnet sind, gegen die Längsachse des Steuerungselements 40, 40' geneigt sind.
Die beiden vorstehend geschilderten Beispiele können als Extrembeispiele verstanden werden, und bei einer überwiegenden Vielzahl von erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtungen 10 werden sich die Neigungswinkels der Längselemente 42, 42' gegen die Längsachse des Steuerungselements 40, 40' in den in diesen Beispielen aufgezeigten Grenzen halten.
Wählt man einen anderen Versatz als die 180°, die im Vorstehenden anhand der Figuren 4A und 4B beschrieben worden sind, erhält man eine abweichende Bewegungsrichtung für das distale Ende 20, beispielsweise bei einem Versatz von 90° führt eine Biegung des proximalen Abschnittes 18 in der Papierebene zu einer Auslenkung des distalen Endes 20 aus der Papierebene senkrecht heraus.
Vorzugsweise sind die Steuerungselemente für die erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtungen austauschbar, so dass einer Steuerungsvorrichtung 10 lediglich durch Austausch des Steuerungselementes 16, 16' bzw. 40, 40' unterschiedliche Bewegungsgeometrien verliehen werden können.
Figur 4B zeigt eine Variante eines Steuerungselements 40', welches ähnlich wie das Steuerungselement 16' der Figur Id aus einem einstückigen Röhrchen durch Laserschneiden gebildet ist. Die dabei entstehenden Wandsegmente 42' sind durch Schlitze 43' von einander getrennt und nur im Bereich von Ringbünden 44', 46' kraftschlüssig miteinander verbunden. Die Vorteile des schraubenlinien- förmigen Verlaufs der Wandsegmente sind dieselben wie bei dem Steuerungselement 40 mit dem schraubenlinienförmig verlaufenden Längselementen 42. Figur 5 zeigt schließlich die vorliegende Erfindung anhand der Steuerungsvorrichtung 10, die an ihrem proximalen Endabschnitt 18 an eine Handhabungsvorrichtung 50 angeschlossen ist.
Die Gelenkzonen 22 und 24 sind mit im Wesentlichen gleicher Länge ausgebildet, so dass sich bei einer Abwinklung des proximalen Endabschnittes 18 um z.B. 30° eine entsprechende Abwinklung des distalen Endabschnittes 20 ebenfalls um 30° ergibt. Die Richtung in der die Abwinklung des distalen Endabschnitts 20 erfolgt hängt von der Wahl des hier im Einzelnen hier nicht gezeigten Steuerungselements und der Festlegung der Enden der Kraft übertragenden Längselemente ab, wie dies weiter oben im Einzelnen beschrieben wurde.
Die in Figur 5 gezeigte Steuervorrichtung 10 weist zusätzlich eine Haltevorrichtung 52 in Form einer Hülse 53 auf, die auf dem äußeren Schaft der Steuervorrichtung 10 mit dem Mittelabschnitt 25 überlappend längsverschieblich angeordnet ist.
Verschiebt man die Hülse 53 in Richtung zum proximalen Endabschnitt 18 und lässt die Hülse 53 mit dieser Gelenkzone 22 überlappen, so verkürzt sich die Gelenkzone 22, wodurch deren maximaler Biegewinkel beschränkt wird. Damit lässt sich variabel der zulässige Biegewinkel im Bereich des distalen Endabschnitts 20 einstellen, so dass zum Beispiel beim endoskopischen Abtragen von pathologischen Strukturen ein definierter Arbeitsbereich unter Sicht des Operateurs einstellbar ist.
Figur 5 enthält eine alternative Lösung zu der Haltevorrichtung 52 in Form der Haltevorrichtung 56, welche einen Ring 58 umfasst, der über einen zweifach gekröpften Steg 60 mit einer Geradführung 62 an der Handhabungsvorrichtung 50 längsverschieblich festgelegt ist. Über die Veränderung der Position des Ringes 58 entlang des Abschnittes 18 lässt sich, wie zuvor bezüglich der Hülse 53 erläutert, der für die Biegebewegung des proximalen Endabschnitts zur Verfügung stehende Teil der Gelenkzone 22 verkürzen, so dass wiederum nur ein einge- schränkter Biegewinkel auf Seiten des distalen Endabschnittes 20 zugelassen wird.
Darüber hinaus ist vorstellbar, dass sowohl im Falle der Hülse 53 als auch im Falle des Ringes 58 eine Feststellung in einer vorgegebenen Position, das heißt mit einer vorgegebenen Überlappung der Gelenkzone, vorgenommen wird kann, so dass der eingestellte beschränkte Arbeitsbereich auf Seiten des distalen Endabschnittes 20 gesichert ist.
Andererseits ist vorstellbar, die Hülse 53 auch in Richtung des distalen Gelenkabschnittes 20 zu verschieben, wobei dann bei einer entsprechenden Schwenkbewegung des proximalen Endabschnittes 18 eine übersetzte, das heißt stärkere, Schwenkbewegung im Bereich des distalen Endabschnittes 20 erfolgt.
Ebenso ist vorstellbar, Markierungen für die Position der Hülse 53 bzw. des Ringes 58 oder dessen Geradführung 62 vorzusehen, so dass eine einmal gefundene Winkelbeschränkung auch später immer wieder exakt eingestellt werden kann.
Zur Erläuterung des oben beschriebenen Effekts der Verstärkung der Schwenkoder Biegebewegung am distalen Ende sei auf die Figur 6 verwiesen, die eine Steuerungsvorrichtung 100 zeigt, die einen proximalen Endabschnitt 102, einen distalen Endabschnitt 104 sowie einen dazwischen liegenden Mittelabschnitt 106 aufweist. Während der Mittelabschnitt 106 biegefest ausgebildet ist, beinhalten die proximalen und distalen Endabschnitte 102, 104 jeweils eine Gelenkzone 108 bzw. 110 mit einer in Axialrichtung gemessenen Länge Li bzw. L2. Die Länge L2 ist dabei kürzer gewählt als die Länge Li. Die Figur 6a zeigt die Steuervorrichtung 100 in der Grundstellung, in der keine Kräfte auf den proximalen Endabschnitt 102 wirken.
Wird der proximale Endbereich 102 aus der Axialrichtung herausgeschwenkt, wie dies in der Abbildung der Figur 6b verdeutlicht wird, so ergibt sich in der proximalen Gelenkzone 108 am Außenradius des gebogenen Endbereichs 102 eine vergrößerte Länge der Gelenkzone 108 von Li + Δi, am Innenradius ergibt sich eine verkürzte Länge von L1 - Δ2. Entsprechende Veränderungen in den Längen ergeben sich für den distalen Endabschnitt 104 mit einer Länge am Außenradius L2 + Δ2 und einer Länge am Innenradius von L2 - Δi. Da die Längen Li und L2 der Gelenkzonen 108, 110 unterschiedlich sind ergibt sich zwangsweise für den distalen Endabschnitt 104 eine verstärkte Biegebewegung um den von dem proximalen Endabschnitt vorgegebenen Längenänderungen folgen zu können.
Auch dieser Effekt lässt sich nutzen, um beispielsweise in einem proximal eingeschränkten Arbeitsbereich mit verhältnismäßig kleinen Schwenkbewegungen eine vollständige Nutzung des distal gegebenen Schwenkradius zu ermöglichen und distal einen möglichst großen Arbeitsbereich verfügbar zu machen.
Dieses Prinzip lässt sich mit der vorliegenden Erfindung variabel nutzen, indem über eine Haltevorrichtung (vgl. Figur 5) die Länge einer Gelenkzone im Verhältnis zur anderen variiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Steuerungsvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in Endoskopen oder dgl., mit einem proximalen und einem distalen, jeweils eine Gelenkzone umfassenden Endabschnitt sowie mit einem dazwischen angeordneten biegefesten Mittelabschnitt, mit einem äußeren hohlzylindrischen Schaft, einen inneren hohlzylin- drischen Schaft sowie mit einem zwischen diesen Schäften angeordneten Steuerungselement mit zwei oder mehr sich im Wesentlichen vom proximalen zum distalen Endabschnitt der Steuerungsvorrichtung erstreckenden, Kraft übertragenden Längselementen, wobei die Längselemente in Umfangsrichtung der Steuerungsvorrichtung in im Wesentlichen regelmäßigen Winkelabständen angeordnet und im Bereich ihrer proximalen und distalen Enden jeweils in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung eine Haltevorrichtung umfasst, mit der ein Teil einer Gelenkzone biegefest bezüglich der Längsrichtung des Mittelabschnitts der Steuerungsvorrichtung oder einer sich an deren proximalen oder distalen Endabschnitt anschließenden Funktionseinheit fixierbar ist.
2. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung eine entlang der Längsachse des Mittelabschnitts der Steuerungsvorrichtung verschiebliche biegesteife Hülse umfasst.
3. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die biegesteife Hülse am Außenumfang des äußeren Schafts angeordnet ist.
4. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung ein sich an der Funktionseinheit abstützendes Halteelement umfasst.
5. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung in einer oder mehreren vorgegebenen Stellungen positionierbar und vorzugsweise festlegbar ist.
6. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente voneinander lateral beabstandet angeordnet sind.
7. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kraft übertragenden Längselemente Abstandshalter angeordnet sind.
8. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente entlang der Längsrichtung der Steuerungsvorrichtung mindestens partiell in direktem Kontakt miteinander angeordnet sind.
9. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente von dem äußeren und dem inneren Schaft in Radialrichtung geführt sind.
10. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungselement ein hohlzylindrisches Bauteil umfasst, dessen Zylinderwand mindestens im Bereich eines Abschnitts zwischen dem proximalen und distalen Ende in zwei oder mehr Wandsegmente unterteilt ist, die die Kraft übertragenden Längselemente bilden.
11. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Wandsegmente am distalen Ende des hohlzylindrischen Bauteils über einen Ringbund fest miteinander verbunden sind.
12. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Wandsegmente im Bereich des proximalen Endes des hohlzylindrischen Bauteils fest miteinander verbunden sind.
13. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische Bauteil einstückig ausgebildet ist.
14. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass hohlzylindrische Bauteil aus einem einzigen Röhrchen gefertigt ist, wobei die Unterteilung der Zylinderwand in Wandsegmente vorzugsweise mittels Laserstrahlschneiden erfolgt ist.
15. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das hohlzylindrische Bauteil aus einer Stahllegierung oder Nitinol hergestellt ist.
16. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente mindestens abschnittsweise schraubenlinienförmig angeordnet sind, so dass ihre proximalen und distalen Enden in Umfangsrichtung gesehen in unterschiedlichen Winkelpositionen festgelegt sind.
17. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente als Kabel oder Drähte ausgebildet sind.
18. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft übertragenden Längselemente einen bana- nenförmigen Querschnitt aufweisen.
19. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die proximale Gelenkzone eine Ausdehnung in Längsrichtung der Steue- rungsvorrichtung aufweist, die von der Ausdehnung der distalen Gelenkzone verschieden ist.
20. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Gelenkzonen elastisch ausgebildet ist.
21. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkzone(n) des äußeren und/oder inneren Schafts einen Wand abschnitt umfassen, in dem mehrere voneinander be- abstandete, in Umfangsrichtung verlaufende Schlitze angeordnet sind.
22. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwei oder mehr, insbesondere drei oder mehr Schlitze hintereinander angeordnet sind.
23. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung drei oder mehr Schlitze nebeneinander angeordnet sind.
24. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Schlitze in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind.
25. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze die Zylinderwand vollständig durchdringende Schlitze sind.
26. Steuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schlitze begrenzenden Wandflächen in einem spitzen Winkel zur Radialrichtung angeordnet sind.
27. Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüberliegende Wandflächen desselben Schlitzes spiegelbildlich angeordnet sind, so dass sich am Außenumfang eines Schafts eine größere Schlitzbreite ergibt als benachbart zum Innenumfang.
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