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Die Erfindung bezieht sich auf eine Balanciervorrichtung für ein an einer Drehachse (A-Achse) gelagertes Operations-Mikroskop, welche Drehachse über einen Schwenkträger an einem Stativ gehalten ist. Das Operations-Mikroskop ist über einen Kreuzschlitten in Y- und Z-Richtung (alternative gängige Bezeichnung: A–B-Schlitten) in zwei Raumrichtungen (horizontale und vertikale Raumrichtung) balancierbar. Ein typischer Aufbau gemäss diesen Merkmalen ist das Operations-Mikroskop nach der
DE 101 33 018 A1 der Anmelderin. Unter Stativ im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen zu verstehen, die ein Operations-Mikroskop vom Boden beabstanden.
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Wie dem Fachmann bekannt ist, müssten Operations-Mikroskope sehr leicht beweglich und ohne großen Kraftaufwand rasch verstellbar sein. Damit sich das Operations-Mikroskop in einer einmal eingestellten Position nicht selbsttätig verstellt, müssen die auftretenden Kräfte und Momente in jeder Lage ausgeglichen (balanciert) sein. Wenn aber das Operations-Mikroskop nicht genug ausgeglichen ist, müssen Bremsen oder Stützeinrichtungen vorhanden sein, um das Operations-Mikroskop an seiner Lage zu halten. Solche Bremsen bzw. Stützeinrichtungen erhöhen das Gesamtgewicht der Konstruktion nachteilig. Aber auch selbst dann, wenn Bremsen bzw. Stützeinrichtungen vorhanden sind, sollten die Kräfte und Momente ausgeglichen sein, um ein leichtes Bewegen des Operations-Mikroskops im Raum bei gelösten Bremsen bzw. bei entfernten Stützeinrichtungen zu ermöglichen.
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Andererseits werden beim üblichen Einsatz eines Operations-Mikroskops eine Vielfalt von unterschiedlichem Zubehör (z. B. Tuben, Verlängerungen, Filter, Vorsatzlinsen etc.) verwendet. Dies hat jedoch in meisten Fällen eine Verlagerung des Gesamtschwerpunktes zur Folge. Dadurch ist das Operations-Mikroskop nicht mehr im Gleichgewicht und muss neu ausbalanciert werden. Ziel ist dabei grundsätzlich, den Gesamtschwerpunkt auf der Schwenkachse des Operations-Mikroskops zu halten.
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Die
DE 10133018 A1 (von der gleichen Anmelderin) beschreibt eine solche Anordnung, wobei auch hier ein Optikträger mit einem Operations-Mikroskop um eine horizontale Drehachse (A-Achse) drehbar sind. Sie sollen in Bezug auf diese A-Achse ausbalanciert sein, damit ein Chirurg bei gelösten Bremsen möglichst leicht, d. h. widerstandsfrei und drehmomentfrei den Optikträger, und damit das Operations-Mikroskop um diese A-Achse drehen kann. Diese Drehachse ist üblicherweise am unteren Teil des Schwenkträgers ausgebildet und mit einer Brems- oder Feststelleinheit versehen, die eine Drehbewegung des Optikträgers und damit des Operations-Mikroskops in Bezug auf den Schwenkträger verhindert.
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Zwischen dem Optikträger und dem Schwenkträger ist eine Balanciereinheit eingebaut, mittels welcher der Optikträger mit dem Operations-Mikroskop um die horizontale A-Achse in Y- und Z-Richtungen ausbalancierbar sind. Diese Balanciereinheit umfasst zwei Schlitten, die aufeinander angeordnet sind. Der eine davon in Y-Richtung, der andere in Z-Richtung mittels je einer Verstelleinheit verstellbar und in eingestellter Stellung fixierbar ist. Am oberen Ende des Schwenkträgers ist eine weitere Verstelleinheit angeordnet, welche eine Verstellung in X-Richtung ermöglicht (
2 der
DE 10133018 A1 ).
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Die Lösungen gemäss der
DE 10133018 A1 (
2 und
3) wurden in der Praxis noch nicht vorgestellt. Bei dieser Lösung wurde die Y–Z Verstelleinheit aus den beiden aufeinander angeordneten Schlitten so an der Drehachse befestigt, dass der Z-Schlitten direkt an der Drehachse befestigt war und der Y-Schlitten einerseits direkt am Z-Schlitten und andererseits am Optikträger. Der X-Schlitten war wie bei beim Aufbau gemäss
2 der
DE 10133018 A1 oberhalb des Schwenkträgeres befestigt. Dieser Aufbau hat sich im Wesentlichen bewährt. Er hatte jedoch einen Nachteil: Um auch bei jenen Konfigurationen des Systems für den Chirurg eine hinreichende Balancierung zu ermöglichen, bei denen am Optikträger z. B. Assistententuben oder seitliche Zusatzgeräte angeschlossen werden sollen, muss der Chirurg jedes Mal, wenn er solche Zusatzgeräte montiert oder entfernt, einen neuen Balanciervorgang durchführen. Dazu muss er nach dem Lösen der Bremse bzw. Arretierung des Optikträgers relativ zur A-Achse, diesen
- a) einmal in eine – einer normalen Beobachtungsposition des Operations-Mikroskops entsprechenden – senkrechte Position bringen, danach
- b) an der Balancierschraube für die Verstellung in Y-Richtung drehen, so lange und in jene Richtungen, die das Operations-Mikroskop über die A-Achse in dieser Position balancieren; danach
- c) den Optikträger in eine zur normalen senkrechten Beobachtungsposition horizontale Position bringen, danach
- d) an der Balancierschraube für die Verstellung in Z-Richtung drehen, so lange und in jene Richtungen, die das Operations-Mikroskop wieder über die A-Achse balancieren.
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Nach Abschluss dieser Balanciervorgänge ist das Mikroskop in Bezug auf die A-Achse vollständig ausbalanciert, d. h. es ist wie schwerelos über die A-Achse schwenkbar.
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Die Schritte a–d mit der obige Anordnung führen allerdings dazu, dass der Chirurg „alle Hände voll zu tun hat” und dementsprechend beim Wechsel von Zusatzgeräten bzw. danach während des Balanciervorganges eine Menge Zeit verliert. Als zusätzliche Erschwernis befinden sich die Balancierschrauben im – während einer Operation – gedrapten (mittels Drape abgedeckten) Bereich, so dass der Chirurg diese Schrauben nur schlecht erreichen kann, bzw. durch das Drape hindurch kaum betätigen kann.
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Eine naheliegende Lösung zur Beseitigung dieser Problematik wäre das Umrüsten des MC1 mit einer automatischen Balanciervorrichtung, die selbsttätig wenigstens die Schritte b und d erledigt. Durch eine solche automatische Balancierung würde sich jedoch der Aufbau deutlich verteuern. Ob und wie es technisch lösbar wäre, ist zudem für diesen Anwendungsfall in der Praxis nicht erforscht. Als Alternative könnte auf die ideale Balancierung verzichtet werden, indem – wie anderen Produkten am Markt – eine Unterstützungsvorrichtung mit Federkraft o. dgl. im nichtbalancierten Zustand eine Positionstreue erzielen. Dadurch wäre jedoch die Leichtigkeit der Bewegung des Operations-Mikroskops eingeschränkt. Andererseits würde dadurch auch die Homogenität der Bewegungen reduziert.
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Aus dem Dokument
EP 1 193 438 A2 ist ein Stativ mit einem automatisch ausregulierbaren Balanciersystem und über einen Rechner elektrisch steuerbaren Balanciermechanismen bekannt.
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Aus dem Dokument
DE 1 901 180 A ist ein verstellbares Stativ für ein optisches Beobachtungssystem bekannt, wobei das Beobachtungsgerät eine Kopfstütze umfasst, in der Steuerorgane für Antriebseinheiten von Stativteilen angeordnet sind.
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Aus dem Dokument
DE 31 13 190 A1 ist eine Mikroskopanordnung bekannt, die eine Translationseinrichtung aufweist, die eine Verschiebebewegung des Mikroskops in eine Ebene rechtswinklig zur optischen Beobachtungsachse des Mikroskops und in Richtung der Y- und X-Achse ermöglicht.
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Der Erfindung liegt somit als Aufgabe die Lösung der obigen Problematik zugrunde. Es soll also ohne teure und aufwendige Vollautomatisierung der Balancierung um die A-Achse eine Reduktion oder Vereinfachung der Balanciervorgänge erreicht werden.
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Zur Lösung der Aufgabe erkannte der Erfinder, dass in einem ersten Teilschritt zur Problemlösung und Komforterhöhung eine Elektrifizierung der Schlittenantriebe dienlich ist und hat somit anstelle oder zusätzlich zu den Balancierschrauben Elektroantriebe vorgesehen, die fernbedienbar durch den Chirurgen gesteuert werden können. Der Ersatz von handbedienbaren Balancierschrauben durch Elektromotore mag an sich naheliegend sein. Dieser Ersatz würde jedoch einhergehen mit folgenden Fernbedienelementen: Ein Schalter für das Betätigen des einen Elektromotors- z. B. für die Y-Verstellung und zwar in eine Richtung +Y und eine Richtung –Y. Also beispielsweise ein Wippschalter mit einer Richtung nach vor und zurück. Ein weiterer Schalter für das Betätigen des anderen Elektromotors- z. B. für die Z-Verstellung und zwar in eine Richtung +Z und eine Richtung –Z. Also beispielsweise ein zweiter Wippschalter mit einer Richtung nach vor und zurück. So ist es auch bei den erwähnten Stativen der Firma Mitaka realisiert.
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Mit diesem naheliegenden bzw. bekannten Ersatz der bestehenden Balancierschrauben durch zwei Elektromotore und je einen Wippschalter dazu würde vom Chirurgen die folgende Gedankenleistung verlangt werden: Er müsste bei jedem Balanciervorgang a–b oder c–d den richtigen Wippschalter herausfinden, um ihn und damit den richtigen Elektromotor zu betätigen.
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Während dieser Vorgang bei herkömmlichen Stativen relativ logisch durch die Positionierung der Balancierschrauben an den jeweiligen Schlitten ist, würde diese Logik bei der elektrifizierten Version fehlen. Insbesondere dann, wenn die Schalter am Handgriff montiert wären. Nur dort könnten sie aber vorteilhaft platziert sein. Somit müsste der Chirurg entweder auswendiglernen, welcher Wippschalter zu welchem Verstellvorgang gehört, oder müssten die Wippschalter entsprechend beschriftet werden. Eine Beschriftung würde jedoch den Chirurg zwingen, die Beschriftung zu lesen. D. h. er müsste sich gedanklich und mit seinem Blick vom Operationsfeld bzw. vom Operations-Mikroskop abwenden. Dies wird als unangenehm und nachteilig empfunden. Aus diesem Grund ist die bloße (naheliegende und bekannte) Elektrifizierung der bestehenden Balancierschrauben nur suboptimal.
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In Erkenntnis dieses Umstandes hat der Erfinder einen zweiten, nicht naheliegenden Teilschritt gemacht. Er löste die Bedienung der beiden Elektromotore auf in eine grundsätzliche Vor-Zurückbewegung (also nur mehr ein Wippschalter mit + und – Richtung) und in einen Befehl zur Diskriminierung zwischen den beiden Elektromotoren. Dadurch wird die Bedienung insofern einfacher, als die erforderliche Gedankenleistung geringer wird. Mit dem einen Schalter wird gewählt zwischen der senkrechten oder horizontalen Balancierrichtung. Das kann beispielsweise ein andersförmiger Schalter sein, muss also nicht Wippenform haben. Er kann beispielsweise eine solche geometrische Form haben, dass es für die Bedienperson klar ist dass die eine Schaltstellung eine horizontale und die andere eine vertikale Position betrifft, somit in der einen Schaltstellung „greifbar” der Y-Verstellmotor und in der anderen Schaltstellung der Z-Verstellmotor unter Spannung gesetzt wird. Es könnte sich dabei auch um einen akustischen Schalter handeln, der über das gesprochene Wort diskriminiert. Mit dem anderen (Wipp)Schalter wird demgegenüber der jeweils gewählte Motor nach vor oder zurück gefahren.
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Diese nicht naheliegende Auflösung der Ansteuerung der Elektromotore erfordert vom Chirurgen weniger Gedankenleistung und steigert somit den Komfort und die Geschwindigkeit der Bedienung.
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Die Aufgabe wird somit durch diese erfindungsgemässe Ausgestaltung gelöst.
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Eine Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn nun auch der Diskriminierungsschalter weggelassen wird bzw. wenn dem Chirurgen die Aufgabe genommen wird, den Diskriminierungsschalter zu bedienen. Dazu kommt der Erfinder, indem er erfindungsgemäss keinen eigenen Schalter für die Umschaltung zwischen den beiden Balancierlagen vorsieht sondern einen Sensor, der selbsttätig die jeweilige Balancierlage detektiert und demzufolge die entsprechenden Elektromotore mit dem Vor-Zurück-Schalter verbindet. Erfindungsgemäss braucht der Chirurg somit nur mehr einen Schalter bedienen. Je nach vom Chirurgen willkürlich gewählter Balancierlage wird somit mittels Wippschalter automatisch der richtige Elektromotor angesteuert.
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Eine einfache elektrische Realisierung dieser Weiterentwicklung der Erfindung wäre eine Lösung mittels Positions-Schalter bzw. End-Schalter. Hierfür wäre allerdings eine relativ aufwändige Verkabelung erforderlich. Außerdem unterliegen mechanische Schalter einem mechanischen Verschleiß, weshalb der Erfinder auch hier nach einer weiteren Verbesserung suchte.
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Als erfindungsgemäss einsetzbare Sensor kommen daher verschiedenste elektronische Sensoren in Frage. Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung hat der Erfinder jedoch einen besonderen Sensor herausgefunden, der sich aufgrund seiner einfachen Wirkungsweise, seines robusten Aufbaus und seiner guten Verfügbarkeit auszeichnet: Es wird erfindungsgemäss ein statischer Beschleunigungssensor eingesetzt.
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Dieser Sensor zeigt mit hoher Auflösung und verschleißfrei die gewählte Lage an und kann somit gut zwischen den beiden Balancierlagen diskriminieren, ohne dass der Chirurg die Information über die gewählte Balancierlage eingeben muss.
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Bei Verwendung eines solchen statischen Beschleunigungssensors kann somit die Verkabelung minimal gehalten werden. Er kann mit der Umschaltelektronik für die beiden Elektromotore direkt in einem der Schlitten und somit unmittelbar bei den Elektromotoren integriert werden.
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Weitere Details dieser Erfindung sind aus den Patentansprüchen und den Figuren bzw. Figurenbeschreibungen entnehmbar.
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Die Erfindung gemäss wird symbolisch und beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es ist verständlich, dass die Massnahmen der Lösung der Aufgabe in den nachfolgenden 1–3 zwar integriert, jedoch nicht explizit sichtbar sind. Es zeigen:
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1 einen Gesamtaufbau eines Stativs für und mit einem des Operations-Mikroskop mit erfindungsgemäßer Balanciervorrichtung in Seitenansicht,
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2 ein perspektivisches Bild eines Teiles des Stativs mit dem Operations-Mikroskop nach 1 und der Balanciervorrichtung in größerem Maßstab,
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3 eine schematische Vorderansicht der Lösung nach 2 in Y-Richtung gesehen – mit nur einem symbolisch dargestellten Okular 10;
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4 einen Kreuzschlitten der Balanciervorrichtung in Seitensicht mit den beiden Elektromotoren;
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5 eine Platine mit eingebautem Sensor BS;
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6 einen Teil des Schlittens S2 der Balanciervorrichtung mit angebauter Platine 22, so dass der Sensor BS integriert ist;
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7 den Teil nach 6 in senkrechter verschwenkter Balancier-Position und
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8 das erfindungsgemässe Schaltschema mit einem Vor-Rück-Schalter VRS und einem elektronischen Umschalter 23.
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In
1 ist ein schematischer Gesamtaufbau eines Ausführungsbeispieles des Stativs mit Operations-Mikroskop in Seitenansicht dargestellt. Es ist mit einem, in an sich bekannten Stativfuß
1, einem Vertikalträger
2 und einem Griff
3 zum Bewegen des Stativs versehen. Am oberen Ende des Vertikalträgers
2 ist eine aus der
DE 101 33 018 A1 bekannte Horizontalträgereinheit
4 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist eine X-Verstelleinheit
6 am freien Ende der Horizontalträgereinheit
4 angeordnet, welche die Verstellung eines Schwenkträgers
5 und mit ihm an dessen unterem Ende montierte Y- und Z-Verstelleinheiten
7 und
8, sowie einen, an der Z-Verstelleinheit
8 befestigten Optikträger
9 in X-Richtung ermöglicht. Das Stativ kann als Boden-Wand- oder Deckenstativ ausgebildet sein. Es ist nur beispielhaft als Bodenstativ dargestellt. Die dargestellte X-Verstelleinheit
6 entstammt dem Stand der Technik
DE 10133018 A1 . Nähere Details dazu sind ebenda angegeben und wird ausdrücklich auf diese Anmeldung Bezug genommen (Inkorporation durch Referenz).
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Die X-, Y- und Z-Verstelleinheiten 6–8 bilden zusammen eine Balanciervorrichtung B, welche dem Schwenkträger 5 zugeordnet ist. Mittels der speziellen Ausbildung und Anordnung der erfindungsgemäßen Balanciervorrichtung B (siehe auch 2) können z. B. manuelle Balancierverstellungen exakt und schnell durchgeführt werden. Die Okulare des Operations-Mikroskops sind mit 10 und ein Handgriff zur manuellen Verstellung des Operations-Mikroskops ist mit 11 bezeichnet.
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An diesem Handgriff 11 befindet sich beispielsweise, wie nicht näher dargestellt ein Wipp-Schalter für die Vor-Zurück-Schalt-Befehle und ein Schalter zur Diskriminierung zwischen den Balancierlagen. Alternativ bzw. gemäss einer besonderen Ausgestaltung befindet sich an diesem Handgriff 11 lediglich ein Vor-Zurück-Schalter (z. B. ein Wippschalter), während die Diskriminierung zwischen den Balancierlagen durch einen elektronischen Sensor mit entsprechender Elektronik im Innern des Optikträgers 9 oder im Inneren der Balanciervorrichtung 7 oder 8 erfolgt. Die Verwendung des dargestellten Handgriffs 11 ist nur beispielhaft. So könnte ebenso mit Vorteil – und wie an sich bekannt – beim bereits erwähnten MC1 ein zweiseitiger Handgriff vorgesehen sein, also ein Handgriff für die linke und einer für die rechte Hand. Üblicherweise werden bei solchen Handgriffen (Motorradgriffen ähnlich) auch elektrische Schaltknöpfe o. dgl. angeordnet, die z. B. ein selektives Lösen der Bremsen und oder eine Ansteuerung der Beleuchtung o. dgl. ermöglichen. Im erfindungsgemässen Fall (erste Aufgabe) kann der Vor-Zurück-Schalter und oder der Diskriminierungs-Schalter an einem oder beiden dieser Handgriffe liegen.
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2 zeigt perspektivisch den Teilaufbau des Schwenkträgers
5 und der Stativteile für das Operations-Mikroskop im Bereich des Optikträgers
9 und die Balanciervorrichtung B selbst. Hier ist klar zu ersehen, dass ein Teil der Balanciervorrichtung B, d. h. die X-Verstelleinheit
6 für die horizontale Verstellung in X-Richtung gesondert beim oberen Ende des Schwenkträgers
5 angeordnet ist (wie bei der Ausführung nach
2 der oben zitierten
DE 10133018 A1 ).
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Das Wesen der zweiten Aufgabenlösung liegt – abgesehen von der neuartigen Diskriminierungs- und Vor-Zurück-Schaltung – in der besonderen Ausbildung und Anordnung der weiteren Teile der Balanciervorrichtung B, d. h. der Y-Verstelleinheit
7 für die Verstellung in Y-Richtung, und der Z-Verstelleinheit
8 für die Verstellung in Z-Richtung, welche am unteren Ende des Schwenkträgers
5 miteinander verbunden und um eine horizontale Drehachse A drehbar und in ihrer beliebigen eingestellten Dreh-Lage fixierbar angeordnet sind. Für die Aufgabenlösung ist es erfindungsgemäss nicht notwendig, wie die Y-Z-Verstelleinheiten angeordnet sind. Sie könnten durchaus auch so wie bei der
DE 101 33 018 A1 angeordnet sein. Erfindungsgemäß (hinsichtlich der zweiten und Aufgabenlösung) sind die Y-Verstelleinheit
7 und die damit zusammenwirkende Z-Verstelleinheit
8 der Balanciervorrichtung B bevorzugt als ein Kreuzschlitten
12 ausgebildet. Ein erster Schlitten S1 (in
2 horizontaler Pfeil) des Kreuzschlittens
12 ist als Teil der Y-Verstelleinheit
7, und ein zweiter Schlitten S2 (in
2 vertikaler Pfeil) des Kreuzschlittens
12 ist als Teil der Z-Verstelleinheit
8 vorgesehen.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, dass der erste Schlitten S1 des Kreuzschlittens 12 als Teil der Y-Verstelleinheit 7 entlang der Drehachse A direkt neben dem Schwenkträger 5 angeordnet ist, und sich der zweite Schlitten S2 des Kreuzschlittens 12 als Teil der Z-Verstelleinheit 8 von der Y-Verstelleinheit 7 rechts (siehe 2) befindet. Dort trägt er einen Mikroskophalter 13 befindet. Für die reine Erfindungslösung gemäss der ersten Aufgabe ist diese Anordnung jedoch nicht zwingend, da schon bei herkömmlicher Anordnung die neue Diskriminierungs-Vorrichtung mit handbetätigbarem Schalter oder elektronisch am Schlittenaufbau gemäss MC1 für den Chirurgen ein Vorteil an Bedienkomfort und an Erleichterung der Balancierung erzielbar ist. Ein Optikträger 9 ist in dem Mikroskophalter 13 und damit am zweiten Schlitten S2 der Z-Verstelleinheit 8 gehalten. Dieser Aufbau ist nur vorzugsweise, denn könnte auch der Optikträger 9 direkt mit dem Schlitten S2 verbunden sein. Vom Operations-Mikroskop selbst sind in 2 der Optikträger 9, die Okulare 10 und der Handgriff 11 zu sehen.
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Die beispielhaften Einzelheiten des Kreuzschlittens 12 sind in 2 und 3 zu sehen. Der erste Schlitten S1 hat ein horizontales Führungselement 14 und einen, darin axial verschiebbar, bzw. verstellbar angeordneten Einsatz 15. Der zweite Schlitten S2 ist in ähnlicher Weise mit einem vertikalen Führungselement 16 und einem, darin axial verstellbaren Einsatz 17 versehen. Zum Zusammenwirken der beiden Schlitten S1 und S2 des Kreuzschlittens 12 ist der horizontale Einsatz 15 des Schlitten S1 mit dem vertikalen Führungselement 16 des Schlittens S2 verbunden (2). Der Mikroskophalter 13 ist hier an dem vertikal verschiebbaren Einsatz 17 des Schlittens S2 lösbar oder starr befestigt. Die lösbare Befestigung kann einer weiteren Balanciermöglichkeit dienen, indem der Mikroskophalter 13 bzw. Optikträger 9 relativ zum Schlitten S2 positionierbar ausgebildet ist.
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In 2 sind die Y-Verstelleinheit 7 und die damit zusammenwirkende Z-Verstelleinheit 8 der Balanciervorrichtung B zur manuellen Verstellung und Fixierung mit je einem Knopf 18 bzw. 19 ausgerüstet. In 2 und 3 ist eine schräg/vertikale Achse des Mechanismus mit 20 bezeichnet. Um diese Achse 20 kann das Operations-Mikroskop 9 mit seinem Schwenkträger 5 gedreht werden, sofern die dazugehörende und nicht dargestellte Bremse gelöst ist. Die X-Verstelleinheit 6 dient der Balancierung des Aufbaus um diese Achse 20.
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Unter „Schwenkträger” wird im Sinne der Erfindung jener Bauteil bzw. jene Bauteilgruppe verstanden, die mittelbar oder unmittelbar am Horizontalträgereinheit 4 des Stativs montiert ist (1), und über die – grundsätzlich horizontale – Drehachse A einen Mikroskophalter 13 aufnimmt, in dem der Optikträger 9 gehalten ist.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Anordnung nach 2 in Vorderansicht schematisch dargestellt. Hier ist symbolisch eine vollständig ausbalancierte Stellung des Operations-Mikroskops in einer vertikalen (normalen) Arbeitslage gezeigt.
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In dieser Stellung befindet sich der gemeinsame Schwerpunkt G des Optikträgers 9 (mit den jeweiligen Zubehören) und der Y- und Z-Verstelleinheiten 7 und 8 in der Achse A. Diese vollständig ausbalancierte Konfiguration des Systems ist das Hauptziel der Anwendung der erfindungsgemäßen Balanciervorrichtung B (zweite Aufgabe) mit der neuen Schlittenanordnung. Neu und erfinderisch gegenüber dem Stand der Technik ist insbesondere die Tatsache, dass durch die erfindungsgemässe Anordnung des Schlittens S1 (Y-Verstellung) an der Achse A neben dem Schwenkträger 5 und die Anordnung des Schlittens S2 (Z-Verstellung) am Mikroskophalter 13 angeordnet ist. Daraus ergibt sich folgender Effekt: Das Gewicht des Schlittens S2 wirkt nun neu als Gewicht, das über die Achse A in Y-Richtung mitbalanciert wird. Es wirkt somit wie ein Ausgleichsgewicht, wie man am besten in 1 nachvollziehen kann. Durch diese überraschend einfache Maßnahme (Vertauschung der Schlitten für Y und Z-Richtung hinsichtlich des bekannten Aufbaus MC1) wird der Einsatz eines Zusatzgewichts hinfällig. Tatsächlich liegt das Gewicht des Z-Schlittens etwa im Bereich von 3,5 kg, womit der Schlitten an sich praktisch genau das Zusatzgewicht ersetzt.
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Da der Z-Schlitten etwa dem Gewicht des Y-Schlittens entspricht, ist die Genialität dieser Erfindung besonders hoch, denn es wird nicht nur ein Ersatz für das Ausgleichsgewicht gefunden sondern außerdem wird das Gesamtgewicht des Operations-Mikroskops zusammen mit den Kreuzschlitten S1 und S2 gleich gehalten, obwohl sich nun ein deutlich verbessertes Balancierverhalten (geringeres Gewicht) bei gleicher Y–Z Verstellbarkeit ergibt. Verstärkt wird der Überraschungseffekt dadurch, dass das Zusatzgewicht bei MC1 durch die Fachwelt über mehr als 10 Jahre als einzige Möglichkeit praktikabler Balancierung angesehen wurde.
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Bei Betrieb des Operations-Mikroskops gewährleistet die Erfindung somit die drei zur Balancierung des Systems nötigen Verstellungen, damit der Optikträger 9 zusammen mit den Zusatzeinheiten jederzeit positioniert bzw. balanciert werden kann, und die nötigen Bewegungen in drei Hauptrichtungen vollzogen werden können. Unter den drei Hauptrichtungen X, Y und Z sind (gemäß 3) unter der X-Richtung in etwa eine dem Betrachter nach links und rechts, unter der Y-Richtung eine nach vom und hinten und unter der Z-Richtung eine nach oben und unten gerichtete Bewegungsrichtung zu verstehen. Natürlich kann durch die linearen Verstellungen, gekoppelt mit einer 360°-Drehbarkeit des Optikträgers 9 um die Achse A und um die Achse 20 jede erdenkliche Bewegung bzw. Drehstellung im Raum mittels dem Handgriff 11 z. B. manuell ausgeführt werden.
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Die jeweilige Lage des Optikträgers 9 ist in Bezug auf einen Patienten bzw. das Operationsfeld einzustellen. Vor allem bei HNO-Operationen sind hier oft Lageänderungen erforderlich; öfter als bei Hirnoperationen jedenfalls. Unabhängig davon, wie die jeweilige Schwenklage des Operations-Mikroskops im Raum ist, muss das Balanceverhalten optimal sein. Durch die Erfindung wird dies sichergestellt. Gleichzeitig wird durch die Lösung der ersten Aufgabe aber nicht nur das Balanceverhalten sondern auch ausdrücklich der Vorgang zur Balancierung erleichtert.
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Durch die erfindungsgemäße Balanciervorrichtung B, insbesondere die vorgeschlagene Kreuzschlitten 12 – können die Schlitten S1 und S2 insgesamt kleiner und leichter bauen. Während des Balanciervorganges entsteht die Gewichtsverlagerungs-Funktion durch den Anbau des Schlittens S2, der für die vertikale Z-Verstellung des Optikträgers 9 zuständig ist, direkt an dem Mikroskophalter 13. Das Gewicht, dass der Schlitten S2 zu tragen hat, setzt sich eben jetzt nur mehr aus dem Gewicht des Operations-Mikroskops bzw. des Optikträgers 9 und des Mikroskophalters 13 zusammen. Ein Einsatz 15 des für die horizontale Y-Verstellung zuständigen Schlittens S1 ist mit dem Führungselement 16 des Schlittens S2 fest verbunden und wirkt auch gewichtsverlagernd, weil am in Z-Richtung verstellbaren Einsatz 17 des Schlittens S2 der Mikroskophalter 13 befestigt ist, welcher den Optikträger 9 – bei Bedarf lösbar – aufnimmt.
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Bei der erfindungsgemäßen Balanciervorrichtung B hat die vorgeschlagene Konstruktion und Anordnung des Kreuzschlittens 12 den Vorteil, dass das Operations-Mikroskop so fein eingestellt, bzw. ausbalanciert werden kann, dass der Schwerpunkt G des Operations-Mikroskops unabhängig von seinem Aufbau und Zusatzgeräten, sowie unabhängig von seiner jeweiligen Schwenklage nach vollständiger Balancierung immer in der Drehachse A und in der Drehachse 20 liegt. So kann die Verschwenkbewegung bei diesem System regelmäßig einfacher (ohne Manipulation mit Zusatzgewichten) und leichter (wegen dem geringeren Gesamtgewicht und den dadurch geringeren Reibungskräften und Widerstandsmomenten) und mit höherer Arbeitsqualität durchgeführt werden, als beim zitierten Stand der Technik.
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Nach bisherigen Erfahrungen bietet die vorliegende Erfindung ein verbessertes Operations-Mikroskop, welches sich in seinem ausbalancierten Zustand leichtgängig und bei Bedarf einhändig bewegen und balancieren lässt. Es, kann gleichzeitig aber auch durch die elektrische Balancierverstellung störungsfrei, exakt und schnell verstellt werden, sobald Zusatzgeräte am Operations-Mikroskop montiert oder demontiert werden. Somit kann die Vorbereitungsphase für die Benutzung des Operations-Mikroskops bedeutend verkürzt werden. Außerdem kann bei bedarf auch während einer Operation rasch umgerüstet und wieder balanciert werden. Ein Drape behindert den Verstellvorgang nun nicht mehr und kann sich der Chirurg auch während des Balancierens auf das Operations-Mikroskop bzw. auf das Operationsfeld konzentrieren.
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Auch eine Mehrfachschlitten-Ausführung der Erfindung ist – im Sinne der
3 der zitierten
DE 10133018 A1 – denkbar, wobei dann auch die X-Verstelleinheit
6 beim unteren Ende des Schwenkträgers
5 in Kombination, mit den Y- und Z-Verstelleinheiten
7,
8 der Balanciervorrichtung B angeordnet wäre. Entscheidend für die Erfindung wäre jedoch auch hier im Unterschied zu dem Bekannten, dass mindestens die Z-Verstelleinheit (S2) und/oder die X-Verstelleinheit als Ausgleichsgewicht am Mikroskophalter
13 um die Achse A fungiert. Dadurch ist die erfindungsgemässe kompaktere Bauweise ohne Zusatzgewicht erreichbar. Gegebenenfalls kann der vertikal verstellbare Einsatz
17 des zweiten Z-Schlittens S2 und der Optikträger
9 auch einstückig ausgebildet sein. Auch der horizontal verstellbare Einsatz
15 des ersten Y-Schlittens S1 könnte mit dem vertikalen Führungselement
16 des zweiten Z-Schlittens S2 aus einem einzigen Stück hergestellt werden. Durch diese Maßnahmen würde die Konstruktion weiter integriert.
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In den symbolischen Darstellungen der Erfindung sind Drehknöpfe 18 und 19 für die Bedienung der Schlitten S1 bzw. S2 angegeben. Anstelle dieser können hinsichtlich der Lösung der ersten Aufgabe auch elektrische Antriebe vorgesehen sein. Solche elektrischen Antriebe können allerdings auch zusätzlich zu den dargestellten Drehknöpfen 18, 19 (Balancierschrauben) vorgesehen sein.
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Die 4 bis 8 beschäftigen sich mehr mit dem Lösungs-Aufbau gemäss der Aufgabe. In 4 sieht man den Kreuzschlitten (S1 und S2) in Seitensicht mit zwei Elektromotoren M1 und M2. Wegen integrierterer Bauweise sind die Motore M1 bzw. M2 ins Innere des jeweiligen Schlittens S1 bzw. S2 gelegt. Mittels Umlenkgetriebe 21 wird die Motorkraft elegant auf die Verstellspindel der Schlitten S1 bzw. S2 gelegt. Am Schlitten S2 ist ausserdem, wie nicht sichtbar, eine Platine 22 mit der nötigen Elektronik für die Motore M1 und M2 sowie für den Sensor BS montiert.
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5 zeigt die Platine mit eingebautem bzw. angebautem Sensor BS. Der Sensor BS sitzt auf einer abgewinkelten Halteplatte der Platine. Diese Halteplatte wird in die Halteplatte bzw. Einsatz 17 des Schlittens S2 integriert, wie man aus 6 ersehen kann. Sie zeigt einen Teil des Schlittens S2 mit angebauter Platine 22, so dass der Sensor BS integriert und dadurch geometrisch gut dem Schlitten S2 zugeordnet ist. Außerdem ist der Sensor bei dieser Ausbildung gut geschützt gegen mechanische Belastungen.
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7 zeigt denselben Teil gemäss 6 allerdings in verschwenkter senkrechter Position. So wird verständlich, dass der statische Beschleunigungssensor problemlos zwischen den beiden Positionen Waagrecht und Senkrecht diskriminieren kann und demzufolge die jeweils zuständigen Motore M1 oder M2 ansteuern kann. Die Bedienperson (Chirurg) muss nun nur mehr die Richtung und Dauer der Verstellbewegung (Balancierbewegung) angeben. Dazu genügt ihm der einzige Vor-Rück-Schalter VRS.
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8 zeigt das erfindungsgemässe Schaltschema mit dem Vor-Rück-Schalter VRS und einem elektronischen Umschalter 23 für die diskriminierte Ansteuerung der Motore M1 bzw. M2.
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Die Erfindung ist selbstverständlich auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt. Auch weitere Ausführungsformen und Kombinationen sind denkbar aufgrund der Offenbarung innerhalb des beanspruchten Schutzumfanges. So könnte beispielsweise an einem der Zahnräder des Umlenkgetriebes ein handbetätigbarer Balancierdrehknopf montiert sein, so dass auch bei Stromausfall eine Balancierung möglich ist.
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Schliesslich sei noch angemerkt, dass in der Umgangsprache des Fachmanns bzw. Chirurgen der Y–Z Schlitten oftmals als A–B Schlitten bezeichnet wird. Der X-Schlitten wird dann häufig als C-Schlitten bezeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stativfuß
- 2
- Vertikalträger
- 3
- Griff
- 4
- Horizontalträgereinheit
- 5
- Schwenkträger
- 6
- X-Verstelleinheit
- 7
- Y-Verstelleinheit
- 8
- Z-Verstelleinheit
- 9
- Optikträger
- 10
- Okular
- 11
- Handgriff
- 12
- Kreuzschlitten
- 13
- Mikroskophalter
- 14
- Führungselement
- 15
- Einsatz
- 16
- Führungselement
- 17
- Einsatz
- 18
- Knopf
- 19
- Knopf
- 20
- vertikale schräge Achse
- 21
- Umlenkgetriebe
- 22
- Platine der Elektronik für die Motore M1, M2
- 23
- Elektronischer Umschalter für die beiden Motore M1, M2
- A
- Drehachse (A-Achse)
- B
- Balanciervorrichtung
- BS
- Diskriminierungssensor
- DS
- Diskriminierungs-Schalter
- G
- gemeinsamer Schwerpunkt
- M1
- Motor
- M2
- Motor
- VRS
- Vor-Zurück-Schalter
- X
- X-Richtung
- Y
- Y-Richtung
- Z
- Z-Richtung
