DE10055293A1 - Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines endoskopischen Instruments - Google Patents
Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines endoskopischen InstrumentsInfo
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Abstract
Eine Vorrichtung (10) zum Halten und Positionieren eines durch eine Körperoberfläche (14) eines Patienten eingeführten endoskopischen Instruments (12) weist einen Halter (20) für das Instrument (12) auf, der so ausgebildet ist, daß das Instrument (12) relativ zur Körperoberfläche (14) in verschiedenen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist. Der Halter (20) weist ein erstes bügelförmiges Element (22) auf, dessen beiden Endabschnitten (24, 26) der Körperoberfläche (14) zugewandt angeordnet sind und dessen mittlerer Abschnitt (28) von der Körperoberfläche (14) abgewandt ist, wobei das erste bügelförmige Element (22) um eine erste Schwenkachse (30), die durch beide Endabschnitte (24, 26) hindurchgeht, verschwenkbar ist. Der Halter (20) weist ein zweites bügelförmiges Element (34) auf, dessen Endabschnitte (36, 38) der Körperoberfläche (14) zugewandt, bezüglich der Endabschnitte (24, 26) des ersten bügelförmigen Elements (22) jedoch um etwa 90 DEG versetzt angeordnet sind und dessen mittlerer Abschnitt (40) von der Körperoberfläche (14) mit im wesentlichen gleichem Abstand wie das erste bügelförmige Element (22) abgewandt ist, wobei das zweite bügelförmige Element (34) um eine zweite Schwenkachse (46), die durch beide Endabschnitte (36, 38) des zweiten bügelförmigen Elements (34) hindurchgeht, verschwenkbar ist und wobei beide bügelförmigen Elemente (22, 34) jeweils eine sich entlang der Elemente (22, 34) erstreckende Öffnung (48, 50) aufweisen und ein Überlappbereich ...
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Positio
nieren eines durch eine Körperoberfläche eines Patienten einge
führten endoskopischen Instruments, mit einem Halter für das
Instrument, der so ausgebildet ist, daß das Instrument relativ
zur Körperoberfläche in verschiedenen räumlichen Kippstellungen
positionierbar ist.
Eine derartige Vorrichtung ist bspw. aus der US 4,573,452 be
kannt.
Eine derartige Vorrichtung wird im Rahmen der minimal-invasiven
Chirurgie verwendet. Bei der minimal-invasiven Chirurgie wird
ein Instrument, worunter im Rahmen der vorliegenden Erfindung
ein Arbeitsinstrument wie bspw. eine Schere, Zange zum Präpa
rieren von Gewebe als auch ein Endoskop verstanden wird, durch
eine Inzision in der Körperoberfläche in das Operationsgebiet
eingeführt, um einen chirurgischen Eingriff unter endoskopi
scher Sichtkontrolle durchzuführen. Das Instrument wird dabei
üblicherweise durch einen Trokar, der in die Inzision einge
setzt ist, in das Körperinnere eingeführt.
Insbesondere, wenn es sich bei dem Instrument um ein Endoskop
handelt, ist es mitunter erforderlich, das Endoskop in ver
schiedenen Kippstellungen relativ zur Körperoberfläche zu posi
tionieren, um alle Bereiche des Operationsgebiets einsehen zu
können.
Das Positionieren des Instruments bzw. des Trokars wurde her
kömmlich vom Assistenzpersonal durchgeführt. Wünschenswert ist
es jedoch, wenn derartige einfache Tätigkeiten, wie das Posi
tionieren des Instruments, von einer steuerbaren Halte- und Po
sitioniervorrichtung übernommen werden, wodurch Assistenzperso
nal eingespart und darüber hinaus ein exakteres Positionieren
des Instruments ermöglicht werden könnte.
So wäre die Halterung und die Nachführung des Endoskops, das
zur Videobilderfassung die Kamera trägt, über ein Endoskophal
te- bzw. Führungssystem sinnvoll. Das Halten und Positionieren
eines Endoskops bzw. Instruments ist mit der aus der oben ge
nannten US 4,573,452 bekannten Vorrichtung möglich. Diese Vor
richtung weist ein wahlweise spannbares kabelartiges Element
auf, das zum Bewegen des Endoskops entspannt wird, wonach das
Endoskop manuell in die gewünschte Position gebracht werden
kann, und anschließend zu einer starren Struktur gespannt wird,
um das Endoskop in der eingestellten Position zu fixieren.
Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, daß die Posi
tionierung, d. h. die Lageveränderung, des Endoskop ausschließ
lich manuell erfolgen kann.
Ein weiteres manuell einstellbares Halte- und Positioniersystem
ist aus der US 5,810,712 bekannt, das einen Halter in Form ei
nes Rings mit einer darin kardanisch gelagerten Kugel als Auf
nahme für das Instrument aufweist. Die kardanisch aufgehängte
Kugel kann in der gewünschten Kippstellung fixiert werden.
Es sind aber bereits auch motorisch angetriebene Vorrichtungen
zum Halten und Positionieren eines Instruments bekannt, bspw.
aus der US 5,184,601 oder aus der US 5,766,126. Diese Vorrich
tungen ermöglichen es nicht nur, das Endoskop aufzunehmen und
in einer Position zu fixieren, sondern während der Operation
auch den dabei verwendeten Arbeitsinstrumenten intrakorporal
nachzuführen, entweder über eine direkte Ansteuerung von außen
oder automatisch durch Erkennung der Instrumentenspitzen der
Bildverarbeitung und entsprechender Steuerung des Führungssy
stems, oder durch Lage- und Richtungserkennung der Instrumente
über die Detektion durch Positionssensoren und entsprechender
Steuerung der Halte- und Positioniervorrichtung.
Nachteilig an diesen intelligenten Halte- und Positioniervor
richtungen ist jedoch deren aufwendiger und komplizierter Auf
bau und insbesondere ihre Baugröße, die zu einer erheblichen
Verdeckung des Operationsfeldes führt. Des weiteren sind diese
bekannten Vorrichtungen aufwendig zu installieren und einer
Reinigung nur schwer zugänglich. Aufgrund ihres komplizierten
Aufbaus und der Verwendung empfindlicher Bauteile sind diese
Vorrichtungen nicht in einem Autoklaven sterilisierbar und be
dürfen daher aus Hygienegründen während der Durchführung der
Operation eines sterilen Folienüberzugs. Des weiteren sind die
se Vorrichtungen kostenaufwendig und in der Regel aufgrund ih
rer schweren und massiven Ausführung nicht transportabel, so
daß sie nicht nacheinander an verschiedenen Einsatzorten ver
wendet werden können.
Aufgrund dieser Nachteile eignen sich diese bekannten Vorrich
tungen nicht bei einfachen und kurzen minimal-invasiven Ein
griffen, da die Installations- und Vorbereitungszeiten für die
se bekannten Vorrichtungen in keiner Relation zur Dauer der
Operation stehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen ein
fachen konstruktiven Aufbau besitzt und schnell zu installieren
ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs
genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Halter ein erstes
bügelförmiges Element aufweist, dessen beiden Endabschnitte der
Körperoberfläche zugewandt angeordnet sind, und dessen mittle
rer Abschnitt von der Körperoberfläche abgewandt ist, wobei das
erste bügelförmige Element um eine erste Schwenkachse, die
durch beide Endabschnitte durchgeht, verschwenkbar ist, und daß
der Halter ein zweites bügelförmiges Element aufweist, dessen
Endabschnitte der Körperoberfläche zugewandt, bezüglich der En
dabschnitte des ersten bügelförmigen Elements jedoch um etwa
90° versetzt angeordnet sind, und dessen mittlerer Abschnitt
von der Körperoberfläche mit im wesentlichen dem gleichen Abstand
wie das erste bügelförmige Element abgewandt ist, wobei
das zweite bügelförmige Element um eine zweite Schwenkachse,
die durch beide Endabschnitte des zweiten bügelförmigen Ele
ments hindurchgeht, verschwenkbar ist, und daß das Instrument
an einem Überlappbereich der beiden bügelförmigen Elemente ge
führt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach der Halter
für das Instrument durch zwei überkreuz angeordnete bügelförmi
ge Elemente gebildet, die aufgrund ihrer Schwenkbarkeit um die
erste bzw. zweite Schwenkachse als kardanische Aufhängung für
das Instrument wirken. Der konstruktive Aufbau der erfindungs
gemäßen Vorrichtung ist besonders einfach, weil die kardanische
Aufhängung des Instruments lediglich die beiden verschwenkbaren
bügelförmigen Elemente benötigt. Die erfindungsgemäße Vorrich
tung ermöglicht wie bei den einfachen bekannten Systemen sowohl
eine manuelle Positionierung, eignet sich jedoch auch für eine
über motorische Antriebe gesteuerte Positionierung, indem bspw.
die bügelförmigen Elemente mittels motorischer Antriebe ver
schwenkt werden, die ihre Steuersignale von einer entsprechen
den Steuereinheit erhalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist darüber hinaus leicht zu installieren, weil sie unmittelbar
auf der Körperoberfläche um die Inzision herum aufgesetzt wer
den kann. Da der Halter im wesentlichen lediglich durch die
beiden bügelförmigen Elemente gebildet ist, wird das Operati
onsfeld auch nicht wesentlich verdeckt. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung läßt sich darüber hinaus einfach reinigen und kann
bei entsprechender Materialwahl für die bügelförmigen Elemente
auch autoklaviert werden. Ein Instrumentenwechsel läßt sich
leicht durchführen, da das Instrument zum Einsetzen in die Vor
richtung lediglich am Überlapp der beiden bügelförmigen Elemente
angebracht werden muß. Durch die Ausgestaltung des Halters
in Form zweier um etwa 90° zueinander versetzter bügelförmiger
Elemente lassen sich beliebige Kippstellungen relativ zur Kör
peroberfläche realisieren.
Besonders leicht gestaltet sich das Anbringen des Instruments
am Überlappbereich der bügelförmigen Elemente, wenn gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung beide bügelförmigen Elemente jeweils
eine sich längs der Elemente erstreckende Öffnung aufweisen,
und der Überlappbereich der beiden Öffnungen als Führung bzw.
Durchführung für das Instrument dient, weil das Instrument dann
einfach in den Überlappbereich der Öffnungen eingeführt werden
kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung befinden sich die erste
Schwenkachse und die zweite Schwenkachse in unmittelbarer Nähe
der Körperoberfläche.
Wenn ein Instrument, bspw. ein Endoskop oder ein Trokar durch
eine Inzision in das Körperinnere eingeführt wird, liegt der
Drehpunkt des Instruments hinsichtlich der Kippstellungen rela
tiv zur Körperoberfläche etwa in der Inzision. Durch die vor
stehend genannte Maßnahme wird nun erreicht, daß auch bei Ver
wendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dieser "natürliche"
Drehpunkt des Instruments innerhalb der Inzision, der bei der
kardanischen Aufhängung durch den Schnittpunkt der beiden
Schwenkachsen gebildet wird, nahezu erhalten bleibt.
Um diesen sogenannten invarianten Punkt der kardanischen Auf
hängung sogar vollständig in die Inzision hineinzuverlegen,
sind in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung Mittel zum Anheben
der Körperoberfläche in den durch die bügelförmigen Ele
mente aufgespannten Raum vorgesehen.
Diese Mittel können mechanischer Art sein, bspw. ein mechani
sches Hebesystem, das einen Greifer oder Gewebehaken aufweist,
der durch die Inzision unter die Körperoberfläche greift und
die Körperoberfläche anhebt, oder können in einem von außen auf
die Körperoberfläche applizierten Unterdruck zum Anheben der
Körperoberfläche und damit zur Verlagerung des invarianten
Punktes der Schwenkbewegung in die Inzision hinein bestehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför
migen Elemente als gekrümmte flache Stäbe ausgebildet.
Diese Maßnahme trägt vorteilhafterweise dazu bei, daß die er
findungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen kein Sicht- oder Zu
gangshindernis auf das Operationsfeld darstellt.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför
migen Elemente mit ihren Endabschnitten an einem ringförmigen
Basiselement befestigt, das auf die Körperoberfläche auflegbar
ist, wobei die Schwenkachsen im Basiselement liegen.
Aufgrund des Basiselements läßt sich die erfindungsgemäße Vor
richtung als kompakte Einheit in einfach zu handhabender Weise
auf der Körperoberfläche um die Inzision herum positionieren,
wobei das Basiselement vorteilhafterweise für eine im wesentli
chen verkippfreie Auflage der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf
der Körperoberfläche sorgt.
Dabei ist es bevorzugt, wenn das Basiselement schwerer ist als
die bügelförmigen Elemente.
Durch diese Maßnahme wird der Schwerpunkt der erfindungsgemäßen
Vorrichtung vorteilhafterweise so weit wie möglich nahe an die
Körperoberfläche verlagert, wodurch die erfindungsgemäße Vor
richtung besonders stabil gegen auf die Vorrichtung wirkende
Kippkräfte bzw. Kippmomente ist, die durch das Gewicht und die
Winkellage des Instruments verursacht werden.
Um die erfindungsgemäße Vorrichtung noch besser gegen die vor
genannten Kippkräfte bzw. Kippmomente zu sichern, ist es in ei
ner weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß das Ba
siselement auf der Körperoberfläche befestigbar ist.
In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Befestigung des Basis
elements auf der Körperoberfläche klebend erfolgen, bspw. durch
ein doppelseitiges Klebeband, oder wie in einer noch weiteren
bevorzugten Ausgestaltung angegeben ist, durch Anlegen eines
Vakuums, über das das Basiselement an die Körperoberfläche an
gesaugt wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Basisele
ment mit einem ortsfesten Tragrahmen verbunden.
Diese Maßnahme kann vorteilhafterweise störende Bewegungen der
Bauchdecke, die bspw. durch Atmung bedingt sind, kompensieren
und ebenso Kräfte aufnehmen, die über das Gewicht und die Win
kellage des Instruments verursacht werden, um die Vorrichtung
ortsfest auf der Körperoberfläche zu fixieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför
migen Elemente etwa halbkreisförmig ausgebildet und erstrecken
sich die Öffnungen über nahezu die gesamte Länge der bügelför
migen Elemente.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich das Instrument mit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in nahezu dem gesamten Raumwin
kelbereich von +90° bis -90° um beide Schwenkachsen bezüglich
der Vertikalen positionieren läßt. Mit anderen Worten, werden
durch diese Ausgestaltung alle Schwenkwinkel im Halbraum ober
halb der Körperoberfläche abgedeckt.
In der Praxis ist es bevorzugt, wenn die Verkippung der bügel
förmigen Elemente auf weniger als ±90°, vorzugsweise auf ±70°,
bezüglich der Vertikalen begrenzbar ist.
Eine derartige Begrenzung der Schwenkbereiche der beiden bügel
förmigen Elemente kann auf mechanische Weise erfolgen, oder im
Falle von einer motorischen Steuerung der Verschwenkung der bü
gelförmigen Elemente über eine entsprechende Endabschaltung der
motorischen Antriebe bei Erreichen des Grenzwinkels.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist für beide bü
gelförmigen Elemente ein motorischer Antrieb vorgesehen, um die
bügelförmigen Elemente um die erste bzw. zweite Schwenkachse zu
verschwenken.
Wie bereits erwähnt, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrich
tung nicht nur für eine manuelle Positionierung des Instru
ments, sondern es lassen sich an den bügelförmigen Elementen in
geeigneter Weise motorische Antriebe anbringen, um eine gesteuerte
Positionierung des Instruments durchzuführen. Eine gesteu
erte motorische Betätigung der bügelförmigen Elemente hat den
Vorteil, daß kein Assistenzpersonal benötigt wird und die Posi
tionierung noch feiner abgestimmt werden kann, und daß die Ver
schwenkung des Instruments anhand von Signalen, bspw. von Posi
tionssensoren, die die Lage der Instrumentenspitze verfolgen,
erfolgen kann.
In diesem Sinne ist es bevorzugt, wenn die motorischen Antriebe
jeweils Positionsdetektoren aufweisen, so daß eine voll automa
tische Steuerung der kardanischen Aufhängung des Instruments
erreicht wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die motori
schen Antriebe innerhalb des von dem bügelförmigen Elementen
aufgespannten Raums angeordnet.
Hierbei wird der Vorteil einer noch kompakteren Bauweise er
reicht, und es können elektrische Komponenten außerhalb der
durch die bügelförmigen Elemente aufgespannten räumlichen
Struktur vermieden werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halter so
ausgebildet, daß das Instrument in der Führung durch die bügel
förmigen Elemente um seine Längsachse verdrehbar und/oder in
Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß neben den durch die karda
nische Aufhängung mittels der beiden bügelförmigen Elemente
vermittelten zwei Freiheitsgrade um die beiden Schwenkachsen
das Instrument zwei weitere, vorzugsweise steuerbare Positionierungsfreiheitsgrade
besitzt, wodurch eine noch genauere Po
sitionierung des Instruments ermöglicht wird. Im Fall, daß das
Instrument ein Endoskop ist, kann durch Vor- und Zurückbewegen
des Endoskops eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Bildfel
des in der Art eines Zooms bewirkt werden, oder auch eine Ände
rung des Blickpunktes vorgenommen werden. Durch Drehung des En
doskops um seine Längsachse kann das auf dem Videobildschirm
zur Darstellung gebrachte Bild des Operationsgebietes aufge
richtet werden. Im Fall, daß das Endoskop einen Blickwinkel
schräg zu seiner Längsachse besitzt, kann durch Drehung des En
doskops um seine Längsachse der Bildausschnitt variiert werden.
Hierbei ist es bevorzugt, wenn für die Verdrehbarkeit des In
struments um die Längsachse und/oder für die Verschiebbarkeit
des Instruments in Richtung der Längsachse zumindest ein moto
rischer Antrieb am Halter angeordnet ist.
Mit dieser Maßnahme können auch die beiden zuvor genannten
Freiheitsgrade der Bewegung des Instruments anstatt manuell
rechnergestützt gesteuert werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der zumindest eine motorische
Antrieb für die Verdrehung des Instruments bzw. für die Ver
schiebung des Instruments indirekt auf das Instrument wirkt.
Hierbei ist von Vorteil, daß Sterilitäts- und Dichtigkeitspro
bleme, die möglicherweise auftreten, wenn die motorischen An
triebe direkt auf das Instrument einwirken, vermieden werden.
In diesem Sinne kann der zumindest eine motorische Antrieb über
eine Magnetkupplung indirekt auf das Instrument wirken.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die motori
schen Antriebe als Schrittmotoren ausgeführt.
Hierbei ist von Vorteil, daß die gewünschte Position in repro
duzierbarer Weise angefahren werden kann. In Verbindung mit dem
Vorsehen von Positionsdetektoren, bspw. in Form von Winkelen
codern, kann die aktuelle Position des Instruments erfaßt, ge
speichert und wieder reproduzierbar angefahren werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist für die motori
schen Antriebe eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen, derart,
daß durch eine im Instrument induzierte Meßspannung bei Berüh
rung des Instruments mit Gewebe im Körperinneren ein Meßstrom
fließt, der eine Abschaltung der motorischen Antriebe bewirkt.
Durch diese Maßnahme wird den an die Sicherheit der erfindungs
gemäßen Vorrichtung zu stellenden Anforderungen in hohem Maße
genüge getan, um unerwünschte Kollisionen des Instruments mit
unbeteiligtem Gewebe und dadurch verursachte Verletzungen zu
vermeiden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erfin
dungsgemäße Vorrichtung eine Ansteuereinheit zur fortlaufenden
Erfassung der Positionen der Instrumente und zur Steuerung der
motorischen Antriebe auf.
Durch diese Maßnahme läßt sich das in der Vorrichtung aufgenom
mene Instrument elektronisch gesteuert positionieren. Die Posi
tionierungseingabe kann bspw. interaktiv durch Joysticks,
Spracheingabe oder über die Richtungsinformation eines vollautomatischen
Trackings der Arbeitsinstrumente über eine speziel
le Echtzeitbildverarbeitung erfolgen.
Eine weitere Vorrichtung, die sich als Halte- und Positionier
vorrichtung für ein Instrument eignet, ist in den am selben Tag
für dieselbe Anmelderin eingereichten zwei deutschen Patentan
meldungen mit dem Titel "Simulationsvorrichtung mit zumindest
zwei Bewegungsfreiheitsgraden für ein Instrument" offenbart,
deren Offenbarung hierin ausdrücklich aufgenommen wird.
Als Modifikation der dort beschriebenen Simulationsvorrichtung
ist es bevorzugt, wenn das Teil der kardanischen Aufhängung der
dortigen Vorrichtung bildende kugelförmige Element weggelassen
wird. Das dort beschriebene Doppelkegelradgetriebe für die
Freiheitsgrade der Bewegung des Instruments um die und in
Längsrichtung des Instruments kann auch bei der vorliegenden
Vorrichtung vorgesehen sein.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach
stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der
vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines
Instruments in einer teilweise geschnittenen ersten
Seitenansicht;
Fig. 2 die Vorrichtung in Fig. I in einer gegenüber Fig. 1
um 94° gedrehten, teilweise geschnittenen Seitenan
sicht;
Fig. 3 die Vorrichtung in Fig. 1 und 2 in einer Draufsicht,
wobei gegenüber Fig. 1 Teile weggelassen wurden;
Fig. 4 eine weitere Draufsicht auf die Vorrichtung in Fig.
1 bis 3 in einer gegenüber Fig. 1 bis 3 veränderten
Betriebsstellung; und
Fig. 5 die Vorrichtung in Fig. 1 bis 4 mit einem weiteren
Aspekt der Erfindung.
In Fig. 1 bis 5 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10
versehene Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines In
struments 12 (Fig. 1, 2 und 5) dargestellt.
Das Instrument 12 ist durch eine Körperoberfläche 14, bspw.
durch die Bauchdecke, durch eine Inzision 16 in der Körperober
fläche 14 hindurch in das Körperinnere 18 eines Patienten ein
geführt. Die Vorrichtung 10 wird dabei im Rahmen eines minimal-
invasiven Eingriffes zum Halten und Positionieren des Instru
ments 12 verwendet.
Das Instrument 12 ist ein endoskopisches Instrument, bspw. ein
Endoskop selbst oder ein Arbeitsinstrument, wie bspw. eine
Schere, Zange oder dgl., wobei das Instrument 12 ggf. durch ei
nen Trokar in das Körperinnere 18 eingeführt ist, und der Tro
kar dann entsprechend durch die Vorrichtung 10 gehalten und po
sitioniert wird, während das Instrument 12 dann durch den Tro
kar geführt ist.
Die Vorrichtung 10 weist einen Halter 20 für das Instrument 12
auf, der so ausgebildet ist, daß das Instrument 12 relativ zur
Körperoberfläche 14 in verschiedenen räumlichen Kippstellungen
positionierbar ist.
Dazu weist der Halter 20 ein erstes bügelförmiges Element 22
auf, das zwei Endabschnitte 24 und 26 aufweist. Die beiden En
dabschnitte 24 und 26 sind der Körperoberfläche 14 zugewandt
angeordnet.
Ein mittlerer Abschnitt 28 zwischen den Endabschnitten 24 und
26 des ersten bügelförmigen Elements 22 ist von der Körperober
fläche 14 abgewandt, d. h. ist von dieser weiter beabstandet als
die Endabschnitte 24 und 26.
Das erste bügelförmige Element 22 ist um eine erste Schwenkach
se 30, die durch beide Endabschnitte 24 und 26 hindurchgeht,
verschwenkbar.
Der Halter 20 weist weiterhin ein zweites bügelförmiges Element
34 auf, das zwei Endabschnitte 36 und 38 aufweist. Die Endab
schnitte 36 und 38 sind der Körperoberfläche 14 zugewandt. Be
züglich der Endabschnitte 24 und 26 des ersten bügelförmigen
Elements 22 sind die Endabschnitte 36 und 38 um etwa 90° ver
setzt angeordnet.
Ein mittlerer Abschnitt 40 des zweiten bügelförmigen Elements
34 zwischen den Endabschnitten 36 und 38 ist von der Körper
oberfläche 14 abgewandt, d. h. ist von der Körperoberfläche 14
weiter beabstandet als die Endabschnitte 36 und 38.
Dabei erhebt sich der mittlere Abschnitt 40 des zweiten bügel
förmigen Elements 34 im wesentlichen im gleichen Abstand von
der Körperoberfläche 14 wie der mittlere Abschnitt 28 des er
sten bügelförmigen Elements 22. Genauer gesagt ist eine Innen
seite 42 des zweiten bügelförmigen Elements 34 gleich weit von
der Körperoberfläche 14 beabstandet wie eine Außenseite 44 des
ersten bügelförmigen Elements 22, so daß sich die Innenseite 42
und die Außenseite 44 leicht berühren.
Das zweite bügelförmige Element 34 ist um eine zweite Schwenk
achse 46, die durch beide Endabschnitte 36 und 38 hindurchgeht,
verschwenkbar. Die zweite Schwenkachse 46 verläuft demnach etwa
rechtwinklig zur ersten Schwenkachse 30.
Das erste bügelförmige Element 22 weist eine sich entlang des
ersten bügelförmigen Elements 22, genauer gesagt entlang des
mittleren Abschnitts 28 erstreckende Öffnung 48 in Form eines
Langloches auf.
Das zweite bügelförmige Element 34 weist eine sich entlang des
zweiten bügelförmigen Elements 34 erstreckende Öffnung 50 auf,
die ebenfalls als Langloch ausgebildet ist.
Ein Überlappbereich 52 der beiden Öffnungen 50 und 48 (vgl.
Fig. 3) dient als Führung für das Instrument 12, d. h. das In
strument 12 ist in der Führung aufgenommen. In Fig. 3 und 4 ist
das Instrument 12 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wor
den.
Das erste bügelförmige Element 22 und das zweite bügelförmige
Element 34 sind als gekrümmte flache Stäbe ausgebildet, wobei
diese im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa halbkreisförmig
ausgebildet sind. Der Radius der Außenseite 44 des ersten bü
gelförmigen Elements 22 entspricht dabei dem Radius der Innen
seite 42 des zweiten bügelförmigen Elements 34. Die Öffnungen
48 und 50 erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge der bü
gelförmigen Elemente 22 und 34.
Das Instrument 12 ist in der durch den Überlappbereich 52 ge
bildeten Durchführung mittels eines Einsatzes 53 geführt und
darin ggf. fixierbar.
Beide bügelförmigen Elemente 22 und 34 sind an einem ringförmi
gen Basiselement 54 befestigt. Das Basiselement 54 ist etwa
rund ausgebildet. Die Schwenkachsen 30 und 46 gehen dabei durch
das Basiselement 54 hindurch. Dazu ist das erste bügelförmige
Element 22 über Achsstifte 56 und 58 im einfachsten Fall mit
dem Basiselement 54 verbunden. Entsprechend ist das zweite bü
gelförmige Element 34 über Achsstifte 60 und 62 mit dem Basise
lement 54 verschwenkbar verbunden.
Beim Gebrauch der Vorrichtung 10 wird diese mit dem Basisele
ment 54 auf die Körperoberfläche 14 aufgelegt. Um eine breitere
und kippstabilere Auflage zu erreichen, weist das Basiselement
54 der Körperoberfläche 14 zugewandt eine verbreiterte Auflage
fläche 64 auf, die sich vollumfänglich oder teilumfänglich über
das Basiselement 54 erstreckt. In Fig. 3 und 4 ist die verbrei
terte Auflagefläche 64 nicht dargestellt.
Hinsichtlich der Gewichtsverteilung der Vorrichtung 10 ist es
sinnvoll, wenn der Schwerpunkt der Vorrichtung 10, insbesondere
wegen der bei eingesetztem Instrument 12 und dessen Schräglage
bedingten Kippmomente möglichst nahe der Körperoberfläche 14
liegt, wozu das Basiselement 54 insgesamt mit höherem Gewicht
ausgestattet ist als die bügelförmigen Elemente 22 und 34.
Zusätzlich ist das Basiselement 54 auf der Körperoberfläche 14
befestigbar, bspw. klebend durch Verwendung eines doppelseiti
gen Klebebandes, das einerseits an der Auflagefläche 64 und an
dererseits auf der Körperoberfläche 14 befestigt ist, oder
durch Anlegen eines Vakuums an die Auflagefläche 64, wodurch
die Auflagefläche 64 und damit das Basiselement 54 an die Kör
peroberfläche 14 angesaugt wird.
Zur weiteren Stabilisierung der Vorrichtung 10 auf der Körper
oberfläche 14 ist das Basiselement 54 mit einem Tragarm eines
ortsfesten Tragrahmens 66 verbunden. Als solcher Tragrahmen 66
eignet sich bspw. das in der DE 199 02 036 C1, auf die hier
verwiesen wird, in deren Fig. 2 und 3 dargestellte Tragsystem.
Der Halter 20 der Vorrichtung 10 ermöglicht eine Bewegung des
Instruments 12 bezüglich der Freiheitsgrade von Schwenkbewegun
gen um die erste Schwenkachse 30 in Richtung von Pfeilen 68 und
70 in Fig. 2 und um die zweite Schwenkachse 46 in Richtung von
Pfeilen 72 und 74. Aufgrund der durch die bügelförmigen Elemen
te 22 und 34 gebildeten kardanischen Aufhängung kann das In
strument 12 demnach Kippstellungen relativ zur Körperoberfläche
14 bzw. zur Vertikalen 32 in beliebigen Raumwinkeln im Halbraum
oberhalb der Körperoberfläche 14 einnehmen. In Fig. 4 ist bei
spielhaft eine Kippstellung der bügelförmigen Elemente 22 und
34 gezeigt, bei der sowohl das bügelförmige Element 22 als auch
das bügelförmige Element 34 aus ihrer in Fig. 1 bis 3 gezeigten
vertikalen Stellung verkippt sind.
Während die bügelförmigen Elemente 22 und 34 prinzipiell bezüg
lich der Schwenkachsen 30 und 46 in einem Winkelbereich von je
weils -90° bis +90° verschwenkbar sind, kann vorgesehen sein,
den Schwenkbereich des Instruments 12 bezüglich beider Schwen
kachsen auf ±70° zu begrenzen, um extremale Schrägstellungen
des Instruments 12 zu vermeiden. Dies kann durch mechanische
Begrenzungen der Verschwenkbarkeit der bügelförmigen Element 22
und 34 erreicht werden, bspw. indem sich die Öffnungen 48 und
50 weniger nahe zu den Endabschnitten 24 und 26 bzw. 36 und 38
hin erstrecken.
Für die Verschwenkung des ersten bügelförmigen Elements 22 ist
ein motorischer Antrieb 76 vorgesehen, der mit seiner Abtriebs
welle 78 auf die Achse 58 wirkt, um das bügelförmige Element 22
um die erste Schwenkachse 30 zu verschwenken. Entsprechend ist
zur Verschwenkung des zweiten bügelförmigen Elements 34 ein mo
torischer Antrieb 80 vorgesehen, der mit seiner Abtriebswelle
82 auf die Achse 60 wirkt, um das zweite bügelförmige Element
34 um die zweite Schwenkachse 46 zu verschwenken.
Die motorischen Antriebe 76 und 80 weisen jeweils Positionsde
tektoren, bspw. in Form von Winkelencodern, auf, um die jewei
lige aktuelle Position der bügelförmigen Elemente 22 bzw. 34
bezüglich der Schwenkachsen 30 und 46 zu detektieren. Die motorischen
Antriebe 76 und 80 sind als Schrittmotoren ausgeführt.
Es ist ferner eine nicht dargestellte Ansteuereinheit zur fort
laufenden Erfassung der Position des Instruments 12 und zur
Steuerung der motorischen Antriebe 76 und 80 vorgesehen.
Während die motorischen Antriebe 76 und 80 in Fig. 1 bis 5 au
ßerhalb des durch die bügelförmigen Elemente 22 und 34 aufge
spannten Raums angeordnet sind, können die motorischen Antriebe
76 und 80 auch innerhalb dieses Raums angeordnet sein, um eine
noch kompaktere Bauweise zu erhalten.
Anstatt die motorischen Antriebe 76 und 80 in axialer Verlänge
rung der Achsen 58 bzw. 60 anzuordnen, können die motorischen
Antriebe 76 und 80 auch beispielsweise vertikal nach oben ste
hend angeordnet sein, wobei dann die Abtriebswellen 78 bzw. 82
über ein Kegelradgetriebe auf die Achsen 58 und 60 wirken. Die
se Anordnung kann dann von Vorteil sein, wenn die, Abmessungen
der motorischen Antriebe 76 und 80 es bei einer wie in Fig. 1
bis 5 vorgesehenen Anordnung verhindern oder erschweren würden,
daß das Basiselement 54 und damit die Schwenkachsen 30 und 46
nicht nahe genug an die Körperoberfläche 14 herangebracht wer
den können.
Bei der Vorrichtung 10 befinden sich die erste Schwenkachse 30
und die zweite Schwenkachse 46 bereits in unmittelbarer Nähe
der Körperoberfläche 14, die wesentlich kleiner ist als der der
Zeichnung zu entnehmende Abstand.
Ein Schnittpunkt 84 der ersten Schwenkachse 30 mit der zweiten
Schwenkachse 46 definiert den invarianten Punkt der durch die
bügelförmigen Elemente 22 und 34 gebildeten kardanischen Aufhängung,
d. h. beim Verkippen des Instruments 12 um die erste
Schwenkachse 30 und die zweite Schwenkachse 46 kippt das In
strument 12 um den Schnittpunkt 84 als Drehpunkt. Da das In
strument 12 jedoch ebenso eine Führung in der Inzision 16 er
fährt, ist es wichtig, den Schnittpunkt 84 möglichst nahe an
oder in die Inzision 16 hinein zu verlagern.
Gemäß Fig. 5 sind bei der Vorrichtung 10 entsprechend Mittel 86
zum Anheben der Körperoberfläche 14 in den von den bügelförmi
gen Elementen 22 und 34 aufgespannten Raum vorgesehen, derart,
daß die Inzision 16 in den Schnittpunkt 84 der beiden Schwen
kachsen 30 und 46 verlagert wird.
Die Mittel 86 zum Anheben der Körperoberfläche 14 sind in Fig.
5 in Form eines mechanischen Hebesystems ausgebildet, das bspw.
in Form von zwei durch die Inzision 16 hindurchgeführte Greifer
gebildet wird, die unter die Körperoberfläche 14 greifen und
diese in den durch die bügelförmigen Elemente 22 und 46 aufge
spannten Raum anziehen.
Anstelle eines mechanischen Hebesystems kann jedoch auch ein
von außen auf die Körperoberfläche 14 wirkender Unterdruck als
Mittel zum Anheben der Körperoberfläche 14 eingesetzt werden.
In nicht dargestellter Weise ist der Halter 20 weiterhin so
ausgebildet, daß das Instrument 12 in der Führung, die durch
den Überlappbereich 52 gebildet wird, um seine Längsachse ver
drehbar und/oder in Richtung seiner Längsachse verschiebbar
ist. Auf diese Weise werden dem Instrument 12 zusätzlich zu den
beiden Freiheitsgraden der Schwenkbewegung um die Schwenkachsen
30 und 46 zwei weitere, vorzugsweise gesteuerte Freiheitsgrade
der Bewegung ermöglicht.
Auch für die zuvor genannten beiden zusätzlichen Freiheitsgrade
sind vorzugsweise motorische Antriebe am Halter 20 angeordnet,
die ebenfalls mit Positionsdetektoren ausgestattet sind, um die
aktuelle Position des Instruments 12 bezüglich dieser Frei
heitsgrade zu erfassen und über die bereits erwähnte Ansteuer
einheit die Position des Instruments 12 zu steuern.
Hinsichtlich der nicht dargestellten motorischen Antriebe für
die Verdrehung des Instruments 12 bzw. für die Verschiebung des
Instruments 12 ist es vorzugsweise vorgesehen, daß diese moto
rischen Antriebe indirekt auf das Instrument 12 wirken, bspw.
mittels einer Magnetkupplung.
Des weiteren ist für alle zuvor genannten motorischen Antriebe
eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen, derart, daß durch eine
im Instrument 12 induzierte Meßspannung bei Berührung des In
struments 12 mit Gewebe im Körperinneren 18 ein Meßstrom
fließt, der eine Abschaltung der motorischen Antriebe 46, 80
und der weiteren motorischen Antriebe für die Verdrehbarkeit
und Verschiebbarkeit des Instruments bewirkt.
Des weiteren können die motorischen Antriebe 76 und 80 mit ei
ner Endabschaltung ausgestattet sein, um den Kippbereich des
Instruments 12 um die Schwenkachsen 30 und 46 anstatt durch me
chanische Vorkehrungen durch die motorische Steuerung zu be
grenzen.
Claims (22)
1. Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines durch eine
Körperoberfläche (14) eines Patienten eingeführten endo
skopischen Instruments (12), mit einem Halter (20) für das
Instrument (12), der so ausgebildet ist, daß das Instru
ment (12) relativ zur Körperoberfläche (14) in verschiede
nen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Halter (20) ein erstes bügelförmi
ges Element (22) aufweist, dessen beiden Endabschnitte
(24, 26) der Körperoberfläche (14) zugewandt angeordnet
sind, und dessen mittlerer Abschnitt (28) von der Körper
oberfläche (14) abgewandt ist, wobei das erste bügelförmi
ge Element (22) um eine erste Schwenkachse (30), die durch
beide Endabschnitte (24, 26) hindurchgeht, verschwenkbar
ist, und daß der Halter (20) ein zweites bügelförmiges
Element (34) aufweist, dessen Endabschnitte (36, 38) der
Körperoberfläche (14) zugewandt, bezüglich der Endab
schnitte (24, 26) des ersten bügelförmigen Elements (22)
jedoch um etwa 90° versetzt angeordnet sind, und dessen
mittlerer Abschnitt (40) von der Körperoberfläche (14) mit
im wesentlichen gleichem Abstand wie das erste bügelförmi
ge Element (22) abgewandt ist, wobei das zweite bügelför
mige Element (34) um eine zweite Schwenkachse (46), die
durch beide Endabschnitte (36, 38) des zweiten bügelförmi
gen Elements (34) hindurchgeht, verschwenkbar ist, und daß
das Instrument (12) an einem Überlappbereich (52) der bei
den bügelförmigen Elemente (22, 34) geführt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sich die erste Schwenkachse (30) und die zweite Schwenk
achse (46) in unmittelbarer Nähe der Körperoberfläche (14)
befinden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die bügelförmigen Elemente (22, 34) als gekrümmte
flache Stäbe ausgebildet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß die bügelförmigen Elemente (22, 34) mit
ihren Endabschnitten (24, 26, 36, 38) an einem ringförmi
gen Basiselement (54) befestigt sind, das auf die Körper
oberfläche (14) auflegbar ist, wobei die Schwenkachsen
(30, 46) im Basiselement (54) liegen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Basiselement (54) schwerer ist als die bügelförmigen
Elemente (22, 34).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich
net, daß das Basiselement (54) auf der Körperoberfläche
(14) befestigbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Basiselement (54) auf der Körperoberfläche (14) kle
bend befestigbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich
net, daß das Basiselement (54) an der Körperoberfläche
(14) durch Anlegen eines Vakuums ansaugbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Basiselement (54) mit einem ortsfe
sten Tragrahmen (66) verbunden ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß beide bügelförmigen Elemente (22, 34)
jeweils eine sich längs der Elemente (22, 34) erstreckende
Öffnung (48, 50) aufweisen, und der Überlappbereich (52)
der beiden Öffnungen (48, 50) als Führung bzw. Durchfüh
rung für das Instrument (11) dient.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die bügelförmigen Elemente (22, 34) etwa halbkreisförmig
ausgebildet sind und sich die Öffnungen (48, 50) über na
hezu die gesamte Länge der bügelförmigen Elemente (22, 34)
erstrecken.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verkippung der bügelförmigen Elemen
te (22, 34) auf weniger als ±90°, vorzugsweise auf ±70°,
bezüglich der Vertikalen (32) begrenzbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge
kennzeichnet, daß für beide bügelförmigen Elemente (22,
34) ein motorischer Antrieb (76, 80) vorgesehen ist, um
die bügelförmigen Elemente (22, 34) um die erste bzw.
zweite Schwenkachse (30, 46) zu verschwenken.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die motorischen Antriebe (76, 80) jeweils Positionsdetek
toren aufweisen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich
net, daß die motorischen Antriebe innerhalb des von den
bügelförmigen Elementen aufgespannten Raums angeordnet
sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Halter (20) so ausgebildet ist, daß
das Instrument (12) in der Führung der bügelförmigen Ele
mente (22, 34) um seine Längsachse verdrehbar und/oder in
Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Verdrehbarkeit des Instruments (12) um die Längs
achse und/oder für die Verschiebbarkeit des Instruments
(12) in Richtung der Längsachse zumindest ein motorischer
Antrieb am Halter (20) angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der zumindest eine motorische Antrieb für die Verdrehung
des Instruments (12) bzw. für die Verschiebung des Instru
ments (12) indirekt auf das Instrument (12) wirkt, vor
zugsweise mittels einer Magnetkupplung.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, 17 oder
18, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Antriebe
(76, 80) als Schrittmotoren ausgeführt sind.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 oder 17 bis
19, dadurch gekennzeichnet, daß für die motorischen An
triebe (76, 80) eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen
ist, derart, daß durch eine im Instrument (12) induzierte
Meßspannung bei Berührung des Instruments (12) mit Gewebe
im Körperinneren ein Meßstrom fließt, der eine Abschaltung
der motorischen Antriebe (76, 80) bewirkt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 oder 17 bis
20, weiterhin gekennzeichnet durch eine Ansteuereinheit
zur fortlaufenden Erfassung der Position des Instruments
(12) und Steuerung der motorischen Antriebe (76, 80).
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge
kennzeichnet, daß Mittel (86) zum Anheben der Körperober
fläche (14) in den von den bügelförmigen Elementen (22,
34) aufgespannten Raum vorgesehen sind.
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