CH696009A5

CH696009A5 - Vorrichtung zur Simulation eines stabförmigen chirurgischen Instruments mit Kraftrückkopplung.

Info

Publication number: CH696009A5
Application number: CH01683/01A
Authority: CH
Inventors: Marc Vollenweider; Stephane Betrisey
Original assignee: Xitact Sa
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2006-11-15
Also published as: DE20280425U1; WO2003023736A8; WO2003023736A1

Description

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Simulation eines stabförmigen virtuellen chirurgischen Instrumentes, insbesondere für die Simulation eines endoskopischen Instrumentes, mit einem ortsfesten Gestell, mit einem Handgriff des Instrumentes, mit mindestens einem Antriebsblock für eine Kraftrückkopplung und mit einem virtuellen Trokar, wobei der Handgriff über den virtuellen Trokar und über den Antriebsblock mit dem Gestell verbunden ist.

[0002] Bei solchen Vorrichtungen zum Einsatz bei der Simulation von Operationen, insbesondere endoskopischen Eingriffen, werden Antriebsblöcke eingesetzt. Diese werden in einer Weise angesteuert, um eine Übertragung von simulierten Kräften auf das Instrument zu gestatten. Bei solchen stabförmigen Instrumenten greift der Antriebsblock auf einen Stab oder ein Rohr, an dem am proximalen Ende der besagte Handgriff befestigt ist.

Ein Paar von Antriebsblöcken, wie sie in der nachveröffenlichten WO 02/071 369 der Anmelderin beschrieben sind, greift auf den Stab zu und verschiebt diesen zwischen sich in longitudinaler Richtung. Dabei entsteht ein gewisser Schlupf, der es gemäss der dort beschriebenen Lehre notwendig macht, mit Mess- und Kalibriereinrichtungen die tatsächliche Lage des Stabes im Bezug auf die Antriebsblöcke festzulegen.

[0003] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb anzugeben, der ohne Auftreten eines Schlupfes arbeitet.

Darüber hinaus ist es Ziel der Erfindung, diesen Antrieb so auszugestalten, dass der Operateur am Handgriff keine Schläge oder ein Ruckeln verspürt, welches durch den Kraftschluss oder Formschluss zwischen Stab und Antriebsblock entstehen könnte.

[0004] Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

[0005] Dadurch, dass ein zylindrisches Element, welches dem oben genannten Stab entspricht, über mindestens zwei Nuten verfügt, in die die Antriebsblöcke eingreifen, kann eine sichere Zuordnung von Position in longitudinaler und in Drehrichtung zum Antriebsblock festgelegt werden.

[0006] Mit der in den abhängigen Patentansprüchen genannten Ausgestaltung und Anordnung der Nuten kann zudem erreicht werden, dass an den besagten Kreuzungsstellen der Nuten der Antrieb einen Vortrieb hat,

der zu keinen Schlägen bei Überfahren dieser Kreuzungsstellen führt.

[0007] Aus der W099/38 141 ist es bekannt, einen Antrieb mit drei Stellgliedern anzugeben, die in einem Winkel von 120 Grad zueinander stehen, um ein simuliertes Endoskop in einen simulierten gastro-intestinalen Trakt vorzuschieben.

[0008] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen gekennzeichnet.

[0009] Anschliessend wird nun die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Seitenansicht eines Schaftes mit zwei mal drei Nuten,

<tb>Fig. 2<sep>einen schematischen Querschnitt durch den Schaft mit auf diesem aufgesetzten Kugellagern eines der Antriebsblöcke,

<tb>Fig. 3a<sep>ein Kugellager mit Punktkontakt zum Schaft ohne Nut nach dem Stand der Technik,

<tb>Fig. 3b<sep>ein Kugellager mit gerundeter Oberfläche, so dass sich ein Linienkontakt zum Schaft ergibt, und

<tb>Fig. 3c bis e<sep>verschiedene Ausführungsformen des Eingriffes eines Kugellagergehäuses in den Schaft mit Nut.

[0010] Die Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines zu bewegenden Schaftes 1 eines virtuellen chirurgischen Instrumentes. Unter Schaft 1 ist auch ein Stab oder ein Hohlrohr oder allgemein ein zylindrisches Element zu verstehen. Wesentlich ist dessen rotationssymmetrische Ausgestaltung bezüglich der Hauptachse des Elementes 1.

[0011] Dieses ist in Richtung des Doppelpfeiles 2 in Längsrichtung hin und her zu bewegen sowie, wie durch den Pfeil 3 angedeutet, um die eigene Achse drehbar. Hierfür sind an zwei verschiedenen Orten entlang des Schaftes 1 Antriebsblöcke 4 vorgesehen, von denen hier nur einer schematisch dargestellt ist.

Jeder Antriebsblock 4 umfasst den Schaft 1 vollständig und beinhaltet drei Kugellager, die entsprechend Fig. 2 um den Schaft 1 herum angeordnet sind. Die Kugellager 14, 24, 34 laufen in drei Nuten 15, 25 und 35, die in Schraubenform um den Schaft herumlaufen. Durch entsprechende Ansteuerungen der beiden Antriebsblöcke 4 kann somit eine reine Longitudinalbewegung in Richtung des Doppelpfeils 2 oder eine reine Drehbewegung in Richtung des Doppelpfeils 3 oder eine gemischte Bewegung ausgeführt werden.

Der eine Bewegung auf den Schaft aufzuprägende Operateur empfindet dies als Kraftrückkopplung.

[0012] Neben den drei Nuten 15, 25 und 35 sind drei weitere Nuten 45, 55 und 65 vorgesehen, die entgegengesetzten Drehsinn aufweisen und damit Kreuzungen 8 bilden.

[0013] In der Fig. 2 ist in einer schematischen Querschnittsansicht der Schaft 1 dargestellt, der von drei hier schematisch als Kreise dargestellten Kugellagergehäusen 14, 24 und 34 umgeben ist, die jeweils in die Nuten 15, 25 und 35 eingreifen. Die Winkel 16, 26 und 36 zwischen jeweils zwei der drei Kugellager 14, 24, 34 sind nicht gleich 120 . Der Winkel 16 beträgt zum Beispiel 115 , der Winkel 26 beläuft sich auf 110 deg. und der Winkel 36 beträgt 135 .

Dieser Unterschied in den Winkeln führt dazu, dass beim Abrollen der Kugellager in den Nuten nie mehr als ein Kugellager an einem Kreuzungspunkt 8 von zwei Nuten ist. Dadurch können Schläge und Verzögerungen, die ein empfindlicher Operateur am Simulator feststellen könnte, sicher vermieden werden.

Neben der Veränderung des Winkels der Kugellager könnten die Kugellager auch im 120-Grad-Winkel zueinander, aber in longitudinaler Richtung (entsprechend Richtung des Pfeiles 2) zueinander versetzt angeordnet werden.

[0014] Die Fig. 3a zeigt in einer sehr schematischen Querschnittsansicht, dass das Gehäuse 14 des Kugellagers im Punktkontakt mit der Oberfläche des zylindrischen Elementes 1 steht.

[0015] Fig. 3b zeigt in einer sehr schematischen Querschnittsansicht, dass bei geeigneter Ausgestaltung der Kugellageroberfläche das Gehäuse des Kugellagers 14 in Linienkontakt mit der Oberfläche steht, da ja die Schaftoberfläche eine Zylinderoberfläche ist und ausser in Richtung des Doppelpfeiles 2 somit für die Kugellager gekrümmt ist.

[0016] Die Fig.

3c zeigt in einer sehr schematischen Querschnittsansicht, dass das Gehäuse des Kugellagers hier mit einer Kante 9 in der Nut 15 in formschlüssigem Eingriff steht.

[0017] Die Fig. 3d zeigt in einer sehr schematischen Querschnittsansicht, dass das Gehäuse des Kugellagers mit einem Ansatz 19 in der Nut 15 in formschlüssigem Eingriff steht.

[0018] Die Fig. 3e zeigt schliesslich in einer sehr schematischen Querschnittsansicht, dass das Gehäuse des Kugellagers mit einem Ansatz 19 in der Nut 15 in formschlüssigem Eingriff steht, wobei der Rest der Kugellageroberfläche entsprechend Fig. 3b gerundet ist und somit in Linienkontakt mit der Oberfläche des zylindrischen Elementes steht.

Claims

1. Vorrichtung zur Simulation eines stabförmigen virtuellen chirurgischen Instrumentes, insbesondere für die Simulation eines endoskopischen Instrumentes, mit einem ortsfesten Gestell, mit einem Handgriff des Instrumentes, mit mindestens einem Antriebsblock (4) für eine Kraftrückkopplung und mit einem virtuellen Trokar, wobei der Handgriff über den virtuellen Trokar und über einen ersten Antriebsblock (4) mit dem Gestell verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Handgriff mit einem zylindrischen Element (1) verbunden ist, dass der erste Antriebsblock und ein zweiter Antriebsblock in das zylindrische Element (1) eingreifen, dass das zylindrische Element (1) über mindestens zwei Nuten (15, 45) verfügt, wobei jeder der Antriebsblöcke (4) in mindestens eine unterschiedliche Nut eingreift,

so dass eine feste Zuordnung der Position in longitudinaler und in Drehrichtung zum Antriebsblock (4) festlegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnitte der Nuten (15, 45) V-förmig sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Antriebsblöcke (4) mit jeweils drei Kugellagern (14, 24, 34) vorgesehen sind, von denen jeweils mindestens eines der Kugellager (14, 24, 34) mit einer Nut (15, 45) des zylindrischen Elementes (1) in formschlüssigem Eingriff steht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der formschlüssige Eingriff in die Nut (15) durch die Kante (9) des Kugellagers erfolgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der formschlüssige Eingriff in die Nut (15) durch einen Ansatz (19) am Kugellager erfolgt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der formschlüssige Eingriff in die Nut (15) durch einen Ansatz (19) am Kugellager erfolgt, und der Rest des Kugellagers in Linienkontakt mit dem zylindrischen Element (1) steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle drei Kugellager (14, 24, 34) in formschlüssigem Eingriff mit den Nuten (15, 25, 35) des zylindrischen Elementes (1) stehen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass nie mehr als eines der drei Kugellager (14, 24, 34) gleichzeitig an einem Kreuzungspunkt (8) von zwei gegenläufigen Nuten (15, 25, 35, 45, 55, 65) steht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkel (16, 26, 36) zwischen jeweils zwei Kugellagern (14 und 24, 24 und 34, 34 und 14) unterschiedlich gross sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Kugellager (14, 24, 34) in longitudinaler Richtung (2) zueinander versetzt sind.