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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein automatisiertes Wechselsystem
zum Wechseln von medizinischen Instrumenten für die minimal-invasive
Chirurgie, insbesondere im Bereich der laparoskopischen Chirurgie.
Ferner betrifft die Erfindung ein Wechselinstrument zur Verwendung
in einem Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen Instrumenten
für die minimal-invasive Chirurgie sowie eine laparoskopische
Instrumentenvorrichtung umfassend ein automatisiertes Wechselsystem
sowie ein Wechselinstrument.
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Hintergrund und Stand der
Technik
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Heutzutage
werden chirurgische Eingriffe zunehmend minimal-invasiv durchgeführt,
um die Belastung des Patienten durch die Operation zu verringern.
Die minimal-invasive Operationstechnik zeichnet sich dadurch aus,
dass bei dem operativen Eingriff ein möglichst kleiner
Eintrittsraum für die Instrumente bereitgestellt wird,
um für den Patienten ein möglichst geringes Trauma
mit nur geringfügiger Verletzung von Haut und Weichteilen
zu ermöglichen. Daraus ergeben sich für den Patienten
viele Vorteile, insbesondere wird der Heilungsprozess maßgeblich
beschleunigt und kosmetische Beeinträchtigungen können
weitgehend verhindert werden.
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Vor
allem im Bereich der laparoskopischen Chirurgie, bei der chirurgische
Eingriffe im Bauchraum durchgeführt werden, wird zunehmend
auf die minimal-invasive Operationstechnik zurückgegriffen. Hierbei
führt der Chirurg über mehrere kleine Schnitte
in der Bauchdecke sowohl ein Laparoskop (optisches Instrument) zur
Sichtbarmachung der Operationsumgebung als auch chirurgische Spezialinstrumente
(laparoskopische Instrumente) in den Bauchraum ein, der mittels
Gasinsufflation aufgebläht ist. Neben unterschiedlichsten
Zangen- bzw. Schereninstrumenten (meist mit Koagulationsfunktion),
Hochfrequenz-Resektoren und Klippapplikatoren kommen auch Ultraschallinstrumente
zum Einsatz. Generell ist der Einsatz einer Mehrzahl unterschiedlichster
Instrumente während der Durchführung einer minimal-invasiven
Operation unerlässlich.
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Daraus
ergeben sich jedoch einige aus der Praxis bekannte Nachteile: so
ist es theoretisch zwar möglich für jedes verwendete
Instrument eine eigene Öffnung mit einem sogenannten Trokar
zur Aufnahme des jeweiligen laparoskopischen Instruments vorzusehen;
jedoch würden hierdurch die Vorteile der geringen Belastung
des Patienten durch eine minimal-invasive Operation zunehmend eliminiert.
Um dies zu vermeiden muss der Chirurg während der Operation
mehrere Instrumentenwechsel durchführen, d. h. er muss
das bisher verwendete Instrument aus dem Trokar herausziehen, dieses
unter Hilfe der OP-Schwester oder eines Assistenten gegen das gewünschte
andere Instrument austauschen und das neue Instrument wiederum in
den Trokar einführen. Dadurch wird jedoch die Gefahr der
Verunreinigung durch Keime erhöht. Weiterhin bereitet das
Wiedereinführen des Instruments in den Trokar gegebenenfalls
Schwierigkeiten und ist als solches zeitaufwendig, insbesondere
da der Operateur sein Instrument jedes Mal neu im Operationsfeld
orientieren muss. Die verlängerte Operationszeit führt
weiterhin zu einem generell erhöhten Operationsrisiko für
den Patienten und zu einer größeren Belastung
durch die verlängerte Anästhesie.
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Die
erzwungene Unterbrechung der Operation während des Instrumentenwechsels
führt zu einem kurzfristigen Ab- und Wiederaufbau der Konzentration
des Chirurgen, wodurch ebenfalls die Operationsqualität
beeinträchtigt werden kann. Zudem ist allein für
den Wechsel der Instrumente außerhalb des Patientenkörper
eine steril arbeitende OP-Schwester bzw. ein solcher Assistent als
zusätzliches Personal während der Operation notwendig,
wodurch sich die Operationskosten erhöhen. Schließlich
stellt jeder Instrumentenwechsel eine mögliche Fehlerquelle
dar, da gewährleistet sein muss, dass dem Operateur das richtige
laparoskopische Instrument gereicht wird, er dieses fehlerfrei in
den Trokar einführen kann und es korrekt orientiert hat,
ehe er mit der Operation fortfährt.
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Aufgrund
dieser Nachteile wurde in der Praxis beobachtet, dass der Operateur
durch Instrumentenwechsel insoweit bei seiner Arbeit behindert wird, als
dass er eventuell auf den Einsatz des situationsgerecht geeignetsten
Instruments verzichtet oder ihn hinauszögert, um möglichst
wenige Wechsel während einer Operation durchführen
zu müssen. Dies kann die Qualität der Operation
weiter negativ beeinflussen.
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Aus
dem Stand der Technik sind im Bereich der manuellen Chirurgie bereits
sogenannte Multifunktionsinstrumente bekannt, die mehrere Funktionalitäten,
wie beispielsweise Greifen, Spülen und Koagulieren, vereinen.
So zeigt das Dokument
US 5,685,677 ein
derartiges Multifunktionsinstrument, das innerhalb eines Arbeitskanals
mehrere separate Arbeitskanäle umfasst, die jeweils ein
Instrument in sich aufnehmen bzw. eine Leitung für reizmindernde Fluida
bieten. Mit Hilfe eines Druckknopfmechanismus, wie er von Kugelschreibern
bekannt ist, kann das jeweilige zu verwendende Instrument innerhalb des
Arbeitskanals ein- oder ausgefahren werden. Dadurch dass jedoch
mehrere separate Kanäle in einem äußeren
Arbeitskanal aufgenommen sind, ist es erforderlich, einen ausreichend
großen äußeren Arbeitskanal vorzusehen,
was zur Folge hat, dass die Einführöffnung in
der Bauchdecke des Patienten zum Einführen des Multifunktionsinstruments
ausreichend groß sein muss. Weiterhin ist die Anzahl möglicher vorzusehender
Instrumente insoweit begrenzt, als dass eine maximale Größe
der Einführöffnung in der Bauchdecke des Patienten
nicht überschritten werden darf, wenn man weiterhin die
Vorteile der minimal-invasiven Chirurgie nutzen möchte.
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Aus
dem Dokument
US 5,755,713 ist
ebenfalls ein laparoskopisches Multifunktionsinstrument bekannt,
bei dem eine Anzahl von laparoskopischen Instrumenten im Inneren
eines Arbeitskanals des Multifunktionsinstruments aufgenommen sind.
Um ein spezielles Instrument auszuwählen, wird der Handgriff
des Multifunktionsinstruments gegenüber dem Arbeitskanal
verschwenkt und auf diese Weise in eine Stellung gebracht, in der
die funktionelle Verbindung zwischen Handgriff und dem zu wechselnden
Instrument aufgehoben ist. Die einzelnen Instrumente sind mit Hilfe
von Führungsscheiben fest miteinander verbunden, wobei
die Führungsscheiben innerhalb des Multifunktionsinstruments
um 360° um eine mittlere Führung herum drehbar
gelagert sind. Mit Hilfe eines Wahlschalters wird eine solche Drehung
eingeleitet, wodurch das zu wechselnde Instrument durch ein anderes
ersetzt werden kann. Erst wenn der Handgriff wieder in eine Stellung
gebracht wird, in der eine funktionelle Verbindung zwischen Handgriff
und dem zu betätigenden Instrument besteht, kommt dieses
operativ zum Einsatz.
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Auch
bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ergeben
sich die vorstehend genannten Probleme bezüglich des zur
Verfügung stehenden Raums für eine größere
Anzahl an Instrumenten bzw. der vergrößerten Einführöffnung
in der Bauchdecke des Patienten. Weiterhin kann eine erneute Positionierung
des Multifunktionsgeräts notwendig werden, da durch Lösen
und Wiederverbinden des Handgriffes zum Einleiten des Instrumentenwechsels
die gesamte Position des Multifunktionsinstruments innerhalb des
Patientenkörpers unerwünscht verändert
worden sein kann.
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Aus
dem Dokument
US 6,706,050
B1 ist weiterhin ein Multifunktionsinstrument bekannt,
das einer Revolvertrommel gleicht. Diese Trommel besteht im Wesentlichen
aus einer oberen und ihrer unteren Stirnfläche, die in
einem definierten Abstand zueinander angeordnet und über
eine zylindrische Mantelfläche miteinander verbunden sind.
Jede der Stirnflächen weist mehrere äußere
Aufnahmebohrungen auf, die mit einer zentralen Bohrung über
schlitzförmige Ausnehmungen miteinander verbunden sind.
Die jeweiligen Bohrungen der oberen und unteren Stirnfläche
sind axial zueinander ausgerichtet und bilden gemeinsam die Aufnahmen
für eine Reihe von laparoskopischen Instrumenten. Die Trommel
ist auf einer Seite ihrer Stirnflächen mit einer kegelstumpfförmigen
Spitze verbunden, die einen zentralen Durchgang aufweist, der mit
der zentralen Aufnahmebohrung fluchtet. Durch diese kann das zu
verwendende Instrument hindurch gesteckt werden, während
die anderen, äußeren Bohrungen als Speicheraufnahmen
für die restlichen Instrumente dienen. Bei einem Instrumentenwechsel
wird der vom Operateur zu bedienende Handgriff auf das gewünschte
Instrument aufgesetzt, dieses entlang des Schlitzes zu der mittleren
Aufnahmebohrung und durch den damit verbundenen Kanal hindurch gesteckt,
um dessen distales Ende operativ einsetzen zu können. Jedoch
zeigt sich bei diesen Multifunktionsgerät, dass der Instrumentenwechsel
weiterhin zeitaufwendig ist und ebenfalls eine erneute Positionierung
des gewechselten Instruments notwendig sein kann, da die Position
des Multifunktionsinstruments innerhalb des Trokars während
des Instrumentenwechsel unerwünscht verändert
worden sein kann.
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Ein
anderer Ansatzpunkt zur Verringerung der aus dem Stand der Technik
bekannten Nachteile ist aus dem Aufsatz „Development
and Evaluation of the Second Version of Scrub Nurse Robot (SNR)
for Endoscopic and Laparoscopic Surgery", von Kitaro Yoshimitsu
et al. der Tokyo Denki Universität, Proceedings of the
2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and
Systems, San Diego, CA, Oct. 29–Nov. 2, 2007 bekannt,
wonach derzeit ein Serviceroboter entwickelt wird, der im Operationssaal
eingesetzt werden kann, um dem Arzt die zu wechselnden laparoskopischen
Instrumente auf Zuruf zu übergeben.
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Schließlich
ist aus dem Dokument
US 2006/0235368
A1 ein hydraulischer Mechanismus zum Betätigen
endoskopischer Instrumente bekannt.
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Aufgabe und Lösung
gemäß der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die zeitliche
Verzögerung des Wechsels eines Laparoskops bzw. laparoskopischen
Instruments ohne die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile
auf ein Minimum zu reduzieren. Dadurch könnte der Operateur
zu jeder Zeit der Operation das optimale, d. h. für den
jeweiligen Operationsschritt geeignete, Instrument verwenden, die Konzentration
des Ope rateurs würde nicht gestört und die Qualität
der Operation könnte nachhaltig verbessert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein automatisiertes Wechselsystem zum Wechseln
von medizinischen Instrumenten für die minimal-invasive
Chirurgie gelöst, das wenigstens zwei medizinische Instrumente
umfasst, die wahlweise in einer Aktivstellung und in einer Passivstellung
positionierbar sind, einen Instrumentenspeicher zur Aufnahme der
wenigstens zwei Wechselinstrumente, wobei der Instrumentenspeicher
Speicherkammern zur Aufnahme jeweils eines der Wechselinstrumente
in einer separaten Speicherkammer aufweist, sowie einen im Wesentlichen rohrförmigen
Arbeitskanal mit wenigstens einem Durchgang zur Führung
des jeweiligen Wechselinstruments während des Instrumentenwechsels,
wobei der Arbeitskanal ein proximales Ende aufweist, das mit einer
Speicherkammer des Instrumentenspeichers verbindbar ist, und ein
distales Ende, das dazu ausgebildet ist, das Wechselinstrument in
seiner Aktivstellung zu fixieren. Der Instrumentenspeicher ist hierbei
relativ zu dem Arbeitskanal verlagerbar ausgebildet, so dass jede
der Speicherkammern des Instrumentenspeichers wahlweise mit dem
Arbeitskanal verbindbar ist.
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Der
Wechsel der einzelnen Instrumente erfolgt mit Hilfe des automatisierten
Wechselsystems automatisch, so dass sich der Austausch des einzelnen
Instrumentes erheblich beschleunigen lässt, was zu einer
wesentlichen Verringerung der Gesamtoperationszeit führt.
Bei dem erfindungsgemäßen Wechselsystem wird der
im Wesentlichen rohrförmige Arbeitskanal zu Beginn des
operativen Eingriffs durch einen Trokar in den Bauchraum des Patienten
eingeführt und verbleibt während der gesamten
Operation dort. Der Instrumentenspeicher, dessen Speicherkammern
wahlweise mit dem Arbeitskanal verbindbar sind, ist hingegen außerhalb
des Bauchraums des Patienten angeordnet, so dass gegenüber
dem bekannten Stand der Technik eine wesentlich größere
Anzahl unterschiedlicher Instrumente in dem Instrumentenspeicher
bevorratet werden kann, die während der Operation zum Einsatz
kommen können, ohne dass sich dies auf die Größe
der Einführöffnung in der Bauchdecke des Patienten
auswirkt.
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Der
Arbeitskanal dient im Wesentlichen zur Aufnahme und Führung
des jeweiligen Wechselinstruments während eines Instrumentenwechsels
und ist folglich in seinem Außendurchmesser bzw. seinem
Außenumfang nur geringfügig größer
zu dimensionieren als das Wechselinstrument selbst. Somit kann bei
dem vorliegenden automatisierten Wechselsystem die Einführöffnung
in der Bauchdecke des Patienten deutlich kleiner bemessen sein als
bei Multifunktionsinstrumenten, wie sie aus dem Stand der Technik
bekannt sind.
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Die
Aktivstellung eines Wechselinstruments bezeichnet diejenige Stellung
des Instruments, in der es während des operativen Eingriffs
am Patienten gemäß seiner Instrumentenfunktion
verwendet wird, während sich das Wechselinstrument in seiner
Passivstellung befindet, wenn es in einer der Speicherkammern des
Instrumentenspeichers aufgenommen ist. Die Bezeichnung proximales
Ende bezeichnet, wie bei medizinischen Geräten üblich,
das dem Operateur oder Chirurgen nähre Ende eines medizinischen
Instruments oder, wie in diesem Fall, des Wechselsystems, während
das distale Ende das von dem Chirurgen entferntere Ende des Wechselsystems
bezeichnet.
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Das
Wechselsystem kann ferner eine Verlagerungseinrichtung zum Verlagern
der Wechselinstrumente zwischen der Aktivstellung und der Passivstellung über
den Arbeitskanal während des Instrumentenwechsels aufweisen.
Diese Verlagerungseinrichtung veranlasst das Wechselinstrument,
sich aus seiner fixierten Aktivstellung am distalen Ende des Arbeitskanals über
den Durchgang des Arbeitskanals zu der das Wechselinstrument aufnehmenden
Speicherkammer zu verlagern, bzw. im umgekehrten Falle, sich aus
der Speicherkammer zum distalen Ende des Arbeitskanals zu verlagern,
an dem das Instrument während der Operation zum Einsatz
kommen kann.
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Die
Verlagereinrichtung zum Verlagern der Wechselinstrumente kann ferner
als hydraulische Verlagereinrichtung mit wenigstens einer Pumpe
und wenigstens einem Verteilerventil ausgebildet sein. Die wenigstens
eine Pumpe stellt die nötigen Drücke und Volumenströme
zum Verlagern der Wechselinstrumente zur Verfügung, während
das wenigstens eine Verteilerventil Druck und Volumenstrom auf die aktuelle
angesteuerte Einheit des Wechselsystems überträgt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Verlagereinrichtung
nur eine Pumpe umfassen, die die nötigen Drücke
und Volumenströme zum Verlagern der Wechselinstrumente
sowohl zur Verfügung stellt als auch auf alle Speicherkammern
des Wechselsystems überträgt. Bei dieser Ausführungsform
kann durch ein die Speicherkammern umgebendes Gehäuse sichergestellt
sein, dass nur das in der aktuell mit dem Arbeitskanal fluchtenden
Speicherkammer aufgenommene Wechselinstrument seine Position verlagert.
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Durch
den Einsatz einer hydraulischen Verlagereinrichtung ist es möglich,
den eigentlichen Effektor, d. h. den Teil des Instruments, der die
Instrumentenfunktion erfüllt, beispielsweise ein Greifer oder
eine Zange, von der Verlagereinrichtung baulich zu trennen, so dass
die hydraulische Verlagereinrichtung mit ihrer Pumpe separat von
dem automatisierten Wechselsystem und den Wechselinstrumenten aufgebaut
werden kann. Auf diese Weise können sowohl das Wechselinstrument
selbst als auch das Wechselsystem sehr klein und leicht gestaltet
werden, was sich positiv auf die Bedienbarkeit während eines
operativen Eingriffs auswirkt. Einzig hydraulische Leitungen von
der wenigstens einen Pumpe direkt zu den angesteuerten Bereichen
des Wechselsystems oder – sofern ein Verteilerventil vorgesehen ist – zu
dem wenigstens einen Verteilerventil und von diesem ausgehend zu
den angesteuerten Bereichen des Wechselsystems sind für
eine funktionelle Verbindung des Wechselsystem bzw. der Wechselinstrumente
mit der Verlagereinrichtung notwendig, allerdings außerhalb
des Patientenkörpers, so dass sie keine Nachteile mit sich
bringen.
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Bei
einer Weiterbildung der hydraulischen Verlagereinrichtung ist diese
dazu ausgebildet, zum Verlagern der Wechselinstrumente physiologische Kochsalzlösung
als Hydraulikflüssigkeit zu verwenden. Dadurch wird dem
Umstand Sorge getragen, dass im Falle einer möglichen Leckage
jede Gefahr für den Patienten auszuschließen ist.
Um ein Herausziehen des Wechselsystems aus dem Bauchraum des Patienten
während der gesamten Operation möglichst vollständig
auszuschließen, können die Wechselinstrumente
laparoskopische Instrumente oder laparoskopische Optiken umfassen.
Somit können in dem Instrumentenspeicher unterschiedlichste Wechselinstrumente,
wie beispielsweise Zangen- bzw. Schereninstrumente mit und ohne
Koagulationsfunktion, Hochfrequenz-Resektoren, Klippapplikatoren
ebenso wie Ultraschallinstrumente oder Laparoskope mit unterschiedlichen
Blickrichtungen bezüglich der Laparoskopachse bzw. variierenden Öffnungswinkeln
des Sichtfeldes bevorratet sein, die bei Bedarf über ein-
und denselben Trokar direkt zur Verfügung gestellt werden
können.
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Die
Wechselinstrumente können hierbei zumindest teilweise im
Wesentlichen kapselförmig ausgebildet sein. Der Begriff
der Kapsel umfasst hierbei sowohl eine im Wesentlichen zylindrische
Form, wobei der Zylinder eine kreisförmigen Querschnitt
aufweisen kann, als auch die Eigenschaft eines in sich abgeschlossenen
Systems. Einzig ein Effektor des Wechselinstruments, wie nachfolgend
näher erläutert wird, ist nicht von der Kapselform
des Wechselinstruments umschlossen. Auf diese Weise wird beispielsweise
während der Verlagerung aus einer Passivstellung in die
Aktivstellung des Wechselinstruments und umgekehrt ein Verkanten
der zu wechselnden Wechselinstrumentinstrumente weitestgehend verhindert.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung kann der Arbeitskanal an seinem
distalen Ende eine Schnittstelle zum temporären Anbringen
des jeweiligen in seine Aktivstellung gebrachten Wechselinstruments
aufweisen. Dabei kann die Schnittstelle zum Einen der Fixierung
des in seine Aktivstellung gebrachten Wechselinstruments dienen,
jedoch zum Anderen auch der elektrischen oder induktiven Aktivierung
des Wechselinstruments. Hierzu weisen die Wechselinstrumente in
einer Weiterbildung der Erfindung wenigstens einen Aktivierungsbereich
auf, der mit der Schnittstelle des Arbeitskanals derart in Wechselwirkung
bringbar ist, dass beim Anbringen an der Schnittstelle das Wechselinstrument über
den Aktivierungsbereich elektrisch oder induktiv aktivierbar ist.
So ist es möglich, dass die Schnittstelle zur Kontaktierung
des Wechselinstruments aus einem stromleitenden Werkstoff ausgebildet
ist. Über eine derartige stromleitende Schnittstelle, die
beispielsweise als metallisches Kontaktpad ausgebildet ist, kann
das in seiner Aktivstellung befindlichen Wechselinstrument, das
temporär an der Schnittstelle angebracht ist, mit Energie
versorgt werden und auf diese Weise seine Instrumentenfunktion erfüllen.
Alternativ können optische erfasste Daten eines optischen
Wechselinstruments in Form von elektrischen Signalen oder Lichtsignalen über
den Aktivierungsbereich und die Schnittstelle aus dem Körper
des Patienten heraus übertragen werden.
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Neben
der vorstehend genannten elektrischen Aktivierung des Wechselinstruments
ist jedoch auch eine Induktivaktivierung denkbar. Hierbei kann beispielsweise
an einer am distalen Ende des Arbeitskanals umlaufende Schnittstelle
ein Induktionsstrom oder ein Magnetfeld angelegt bzw. erzeugt werden,
der bzw. das eine Aktivierung des Wechselinstruments ermöglicht.
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Gleichsam
kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass
ein optisches Wechselinstrument, beispielsweise ein Laparoskop,
zusätzlich mit einer Hochleistung-LED oder dergleichen
versehen ist, die über die Schnittstelle und den Aktivierungsbereich
mit Energie versorgt wird, während das optische Wechselinstrument
gleichzeitig über die Schnittstelle und den Aktivierungsbereich
aufgenommene Bilddaten aus dem Inneren des Patientenkörpers
nach Außen überträgt.
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Eine
entsprechende Energiequelle bzw. eine Datenaufnahmeeinheit zur Aufnahme
der übertragenen Bilddaten ist außerhalb des Patientenkörpers
mit der Schnittstelle am distalen Ende des Arbeitskanals des Wechselsystems
verbunden. Auch eine solche Verbindung, beispielsweise mit Hilfe
von stromleitenden Kabeln oder dergleichen, führt jedoch
zu keiner maßgeblichen Beeinflussung der Eintrittsöffnung
in der Bauchdecke des Patienten, so dass die Vorteile des erfindungsgemäßen
Wechselsys tems gegenüber dem Stand der Technik dadurch
nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere kann weiterhin
vorgesehen sein, dass der Arbeitskanal wenigstens einen weiteren
Durchgang aufweist. In dem weiteren Durchgang des Arbeitskanals
können ein Lichtleitkabel oder/und Spül- und Saugleitungen
vorgesehen sein. Ebenso ist es denkbar elektrische Leitungen, wie
vorstehend genannt, in dem weiteren Durchgang des Arbeitskanals
unterzubringen. Der Durchgang kann zudem auch selbst als Spül-
oder Saugleitung fungieren.
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Der
Vorteil einer solchen Gestaltung liegt insbesondere darin, dass
der Arbeitskanal mit einer außenseitig glatten Oberfläche
aus einem speziellen Material hergestellt oder mit einem solchen
beschichtet sein kann, so dass der in den Patientenkörper
einzuführende Teil des automatisierten Wechselsystems den
hohen Anforderungen hinsichtlich Sterilität und Biokompatibilität
aus der Medizin und Biochemie gerecht wird.
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Der
wenigstens eine weitere Durchgang kann beispielsweise in der Außenwand
des Arbeitskanals vorgesehen sein. Alternativ ist es jedoch erfindungsgemäß auch
möglich, den Arbeitskanal als im Wesentlichen doppelwandiges
Rohr auszubilden, wobei zwischen den beiden Wänden des
doppelwandigen Arbeitskanals der wenigstens eine weitere Durchgang
bereitgestellt ist. Im Falle einer doppelwandigen Ausgestaltung
des Arbeitskanals ist es erfindungsgemäß ferner
möglich, dass der Zwischenraum zwischen den beiden Wänden
des Arbeitskanals in mehrere entlang einer Längsachse des
Arbeitskanals verlaufende Kammern unterteilt wird, die mehrere von
einander separierte Durchgänge schaffen. Auf diese Weise
ist es beispielsweise möglich, einen Durchgang für
eine Lichtleitkabel, einen Durchgang für eine elektrische
Leitung sowie wenigstens einen Durchgang für eine Spül-
und einen Durchgang für eine Saugleitung bereitzustellen.
Auf diese Weise können mit Hilfe des erfindungsgemäßen
Wechselsystems sowohl unterschiedlichste Wechselinstrumente bereitgestellt
werden als auch die Lichtversorgung sowie Saug- und Spülfunktionen
im Inneren des Patientenkörpers gewährleistet
werden.
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Es
kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass
der Instrumentenspeicher um eine Drehachse relativ zu dem Arbeitskanal
drehbar ist, die im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des
Arbeitskanals verläuft. Bei dieser Ausführungsform
wird der Instrumentenspeicher durch eine Drehung relativ zu dem
Arbeitskanal verlagert.
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Die
Speicherkammern des Instrumentenspeichers können ferner
jeweils im Wesentlichen äquidistant zu der Drehachse des
Instrumentenspeichers an diesem angeordnet sein. Dabei können
die Speicherkammern des Instrumentenspeichers in im Wesentlichen
gleichen Winkelabständen bezüglich einer Drehung
um die Drehachse des Instrumentenspeichers herum angeordnet sein.
Bei dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist
der Instrumentenspeicher wie eine Revolvertrommel oder ein Revolvermagazin
ausgebildet, die bzw. das sich um eine zentrale Drehachse drehen
kann. Jedoch kann die Drehachse auch dezentral angeordnet sein,
wobei sich infolgedessen auch eine nicht-äquidistante Anordnung
der Speicherkammern bezüglich der Drehachse ergibt.
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Alternativ
zu einer Variante des erfindungsgemäßen Wechselsystem
mit einer rotatorischen Verlagerung des Instrumentenspeichers bezüglich dem
Arbeitskanal kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Instrumentenspeicher
relativ zu dem Arbeitskanal linear verlagert wird. Die lineare Verlagerung
kann hierbei in eine einzige oder mehrere Richtungen möglich
sein, wobei der Instrumentenspeicher bei einer Verlagerung in nur
eine einzige Richtung wie ein Linearmagazin aufgebaut sein kann.
Auch eine kombinierte rotatorische und translatorische (lineare)
Verlagerung ist denkbar, beispielsweise bei einem Revolvermagazin
mit mehreren in konzentrischen Kreisen angeordneten Speicherkammern.
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Um
ein vollautomatisiertes Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen
Instrumenten bereitzustellen, kann ferner eine Antriebseinheit zum Antrieb
des Instrumentenspeichers relativ zu dem Arbeitskanal vorgesehen
sein. Durch diese vollständige Automatisierung des Wechselausgangs
lässt sich der Austausch der einzelnen Instrumente erheblich beschleunigen,
was zu einer wesentlichen Verringerung der Gesamtoperationszeit
führt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung können die Speicherkammern
des Instrumentenspeichers wahlweise mit der Verlagereinrichtung
verbindbar sein. Die Wechselinstrumente in den einzelnen Speicherkammern
des Instrumentenspeicher sind über das wenigstens eine
Verteilerventil separat hydraulisch ansteuerbar und werden auf diese
Weise linear angetrieben, d. h. im Arbeitskanal bzw. der Speicherkammer
axial bewegt, um ihre Aktivstellung bzw. Passivstellung einzunehmen.
Alternativ ist es, wie bereits vorstehend angegeben, ebenfalls erfindungsgemäß möglich,
alle Speicherkammern über die Pumpe direkt mit hydraulischem
Druck zu beaufschlagen, wobei eine zusätzliche Vorrichtung,
wie beispielsweise ein Gehäuse oder in eine den Speicherkammern
vorgesehene Sperrvorrichtung oder dergleichen, sicherstellt, dass
nur dasjenige Wechselinstrument aus der Speicherkammer verlagert
wird, das sich in der mit dem Arbeitskanal fluchtenden Speicherkammer
befindet.
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Damit
ein ausreichend hoher Druck bzw. Unterdruck von der hydraulischen
Verlagereinrichtung bereitgestellt werden kann und keine Körperflüssigkeiten
oder Verunreinigungen in das Innere des Wechselsystems gelangen
können, ist ferner zwischen dem Arbeitskanal und einer
damit verbundenen Speicherkammer des Instrumentenspeichers eine
dichtende Verbindung vorgesehen. Diese dichtende Verbindung kann
ferner lösbar und wiederherstellbar sein. Bevor der Instrumentenspeicher
relativ zu dem Arbeitskanal verlagert wird, wird die dichtende Verbindung
zwischen der bis zu diesem Zeitpunkt damit verbundenen Speicherkammer
des Instrumentenspeichers und dem Arbeitskanal gelöst.
In einem nächsten Schritt wird der Instrumentenspeicher
relativ zu dem Arbeitskanal verlagert, so dass eine andere Speicherkammer
des Instrumentenspeichers fluchtend zu dem Durchgang des Arbeitskanals
angeordnet ist. Sobald eine solche Stellung der Speicherkammer,
die das gewünschte neue Wechselinstrument in sich aufnimmt,
erreicht ist, wird die dichtende Verbindung zwischen der neuen Speicherkammer des
Instrumentenspeichers und dem Arbeitskanal wieder hergestellt. Während
der Instrumentenspeicher relativ zu dem Arbeitskanal verlagert wird,
wird von der Verlagereinrichtung kein Druck bzw. Unterdruck zum
Verlagern der Wechselinstrumente ausgeübt.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass
der Instrumentenspeicher eine Durchführung aufweist, die
dazu ausgebildet ist, ein Sonderinstrument, d. h. ein Instrument, das
nicht als Wechselinstrument ausgeführt ist, aufzunehmen
und eine Durchleitung zu dem Arbeitskanal herzustellen. Dies ist
deswegen vorteilhaft, da in bestimmten Situationen ein solches Sonderinstrument
während der Operation benötigt werden kann. Dieses
kann dann manuell in das Wechselsystem eingeführt werden
kann, ohne dass letzteres aus dem Körper des Patienten
herausgezogen werden muss. In diesem Fall hat der Arbeitskanal die
Funktion eines zusätzlichen Trokars, durch den das Sonderinstrument
in den Bauchraum des Patienten eingeführt wird.
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Um
die Führung und Bewegung eines solchen Sonderinstruments
innerhalb des Wechselsystems zu erleichtern, kann das Sonderinstrument
an seinem distalen Ende mit einem Adapterstück verbindbar
sein, das zumindest teilweise im Wesentlichen kapselförmig
ausgebildet ist. Gegebenenfalls kann dieses Adapterstück
mit der Schnittstelle des Arbeitskanals derart in Wechselwirkung
bringbar ausgebildet sein, dass beim Anbringen an der Schnittstelle
das Sonderinstrument über den Aktivie rungsbereich elektrisch
oder induktiv aktivierbar ist. Auf diese Weise wird gewährleistet,
dass die Vorteile des automatisierten Wechselsystems auch bei einem manuell
eingeführten Sonderinstrument umgesetzt werden können,
nämlich die kleine Bauweise des in den Körper
des Patienten eingeführten Arbeitskanals und die elektrische
bzw. induktive Aktivierung des Instruments im Inneren des Patientenkörpers.
Alternativ kann das Sonderinstrument jedoch auch über separat
ausgebildete Anschlüsse aktiviert werden.
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Neben
dem erfindungsgemäßen automatisierten Wechselsystem
betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Wechselinstrument zur
Verwendung in einem Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen
Instrumenten für die minimal-invasive Chirurgie mit den
vorstehend genannten Merkmalen, wobei das Wechselinstrument einen
Funktionsbereich zur Durchführung der Instrumentenfunktion
sowie einen Adapterbereich zur definierten Aufnahme und Führung
des Wechselinstruments in dem Wechselsystem umfasst.
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Der
Funktionsbereich des Wechselinstruments bildet den Bereich, der
die tatsächliche Instrumentenfunktion bei dem operativen
Eingriff im Inneren des Patientenkörpers ermöglicht,
d. h. den Effektor, der beispielsweise eine Zange, Schere, Klemme oder
dergleichen umfassen kann. Der Effektor kann hierbei auch eine Koagulationsfunktion
erfüllen, d. h. unter dem Einfluss von Hitze ein lokales
Blutgerinnen oder ein Abtrage von Gewebe verursachen. Der Adapterbereich
des Wechselinstruments hingegen dient dazu das Wechselinstrument
sicher und definiert in den Speicherkammern des Instrumentenspeichers
aufzunehmen bzw. innerhalb des Arbeitskanals während des
Instrumentenwechsels zu führen. Weiterhin wird das Wechselinstrument
am distalen Ende des Arbeitskanals an seinem Adapterbereich in seiner
Aktivstellung fixiert.
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In
einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist der Adapterbereich
des Wechselinstruments standardisiert ausgebildet, d. h. alle eingesetzten
Wechselinstrumente weisen einen in ihrer Form und ihren Abmessungen
im Wesentlichen gleichen Adapterbereich auf. Dies hat den Vorteil,
dass die Fertigung sowohl des Instrumentenspeichers als auch des
Arbeitskanals vereinfacht wird, da die Speicherkammern wie auch
der Durchgang des Arbeitskanals für alle Wechselinstrumente
gleich ausgebildet sein kann. Alternativ kann es jedoch auch vorteilhaft
sein, die Adapterbereiche der Wechselinstrumente unterschiedlich
auszubilden, beispielsweise mit einer unterschiedlichen Erstreckung
in Richtung der Längsachse des Arbeitskanals, um eine einfache und
automatisierte Identifikation der unterschiedlichen Wechselinstrumente
zu ermöglichen.
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Der
Adapterbereich des Wechselinstruments kann ferner im Wesentlichen
kapselförmig ausgebildet sein. Der Begriff der Kapsel umfasst
hierbei sowohl eine im Wesentlichen zylindrische Form, wobei der
Zylinder eine kreisförmigen Querschnitt aufweisen kann,
als auch die Eigenschaft eines in sich abgeschlossenen Systems.
Dies hat den Vorteil, dass die Herstellung der Speicherkammern in
Form von Zylinderbohrungen wie auch des Arbeitskanal mit einem kreisförmigen
Querschnitt besonders einfach und kostengünstig ist. Weiterhin
kann die Kapselform des Adapterbereichs des Wechselinstruments einen abgerundeten Übergangsbereich
von Zylindermantelfläche zu den Stirnflächen aufweisen,
wie dies bei Medikamentenkapseln oft der Fall ist, um ein Verkanten
des Wechselinstruments bei seiner Verlagerung von der Aktivstellung
zu seiner Passivstellung oder umgekehrt weitestgehend zu verhindern.
Schließlich können auch die Stirnflächen
nach außen gekrümmt ausgebildet sein, um den Effekt
der abgerundeten Übergänge zu verstärken.
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Der
Adapterbereich kann erfindungsgemäß einen Aktivierungsbereich
zur elektrischen oder induktiven Aktivierung und Steuerung des Funktionsbereichs
der Wechselinstrumente umfassen. Hierbei kann der Funktionsbereich
eine Instrumentenkinematik aufweisen, die mittels eines integrierten
Antriebs antreibbar ist. Alternativ zu einer Instrumentenkinematik
kann jedoch auch eine optische Aufnahmeeinheit oder eine LED vorgesehen
sein. Die Instrumentenkinematik ermöglicht die tatsächliche
Umsetzung der Instrumentenfunktion bei einem effektorischen Wechselinstrument,
beispielsweise ein Greifen, Schneiden oder Klemmen. Der Aktivierungsbereich
des Wechselinstruments wird zur elektrischen oder induktiven Aktivierung
und Steuerung des Funktionsbereichs des Wechselinstruments mit der Schnittstelle
des Arbeitskanals derart in Wechselwirkung gebracht, dass elektrische
Energie direkt oder induktiv übertragen werden kann, wodurch
der Antrieb der Instrumentenkinematik angetrieben wird. Ebenfalls
möglich ist die Übertragung von Daten, beispielsweise
von durch ein Laparoskop aufgenommenen Bilddaten. Der Aktivierungsbereich
des Wechselinstruments oder die korrespondierende Schnittstelle
am Arbeitskanal sind hierbei beispielsweise als Federkontaktstift
und Kontaktpad aus einem stromleitenden Material hergestellt, die
in Kontakt miteinander gebracht werden. Alternativ kann die Schnittstelle am
Arbeitskanal auch als am distalen Ende umlaufender Elektromagnet
ausgebildet sein, mit dessen Hilfe ein Strom im Wechselinstrument
induziert werden kann.
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Der
integrierte Antrieb des Wechselinstruments kann einen hydraulischen
Antrieb, einen Elektromotor, einen Piezomotor und Piezoaktuator
oder einen Formgedächtnisantrieb umfassen. Letzterer kann
beispielsweise thermisch oder magnetisch angetrieben sein. Bei einer
magnetischen Anregung des Formgedächtnisantriebs kann die
Schnittstelle des Arbeitskanals auch als Leiterschleife ausgebildet sein,
mit deren Hilfe ein magnetisches Feld im Bereich des Aktivierungsbereiches
des Wechselinstruments erzeugt wird.
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Schließlich
betrifft die Erfindung eine laparoskopische Instrumentenvorrichtung,
die ein automatisiertes Wechselsystem mit den vorstehend genannten
Merkmalen und wenigstens ein Wechselinstrument mit den vorstehend
diskutierten Eigenschaften umfasst.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft
erläutert. Es stellen dar:
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1 eine
längsgeschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen
Wechselsystems, wobei das erfindungsgemäße Wechselinstrument
sich in seiner Passivstellung befindet;
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2 eine
längsgeschnittene Ansicht gemäß 1,
wobei das erfindungsgemäße Wechselinstrument zwischen
seiner Aktivstellung und seiner Passivstellung verlagert wird;
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3 eine
längsgeschnittene Ansicht gemäß 1 und 2,
wobei das erfindungsgemäße Wechselinstrument sich
in seiner Aktivstellung befindet;
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4 eine
isometrische Ansicht des erfindungsgemäßen Wechselinstrument
in einer möglichen Ausführungsform; und
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5a, 5b Querschnittsansichten
gemäß den Linien V-V der 1 des Instrumentenspeichers
eines erfindungsgemäßen Wechselsystems in einer
ersten Stellung und einer zweiten hierzu gedrehten Stellung.
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In
den 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes
Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen Instrumenten für
die minimal-invasive Chirurgie gezeigt, das allgemein mit dem Referenzzeichen 10 bezeichnet
ist. Das Wechselsystem 10 umfasst einen Instrumentenspeicher 12 sowie
einen rohrförmigen Arbeitskanal 14. Der Arbeitskanal 14 wird
zu Beginn des operativen Eingriffs wenigstens teilweise durch eine
Einführöffnung und einen darin eingesetzten Trokar
(nicht gezeigt) in den Bauchraum des Patienten eingeführt
wird und verbleibt dort während der gesamten Operation.
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Der
Instrumentenspeicher 12 hingegen ist in einer Operationssituation
außerhalb des Patientenkörpers angeordnet und
weist mehrere Speicherkammern 16 auf. Die Speicherkammern 16 sind
als Sacklochbohrungen ausgebildet, die zu der dem Arbeitskanal 14 zugewandten
Seite hin offen sind. In den Speicherkammern 16 sind die
einzelnen Wechselinstrumente 18 (von denen in 1 bis 3 nur eines
gezeigt ist) aufgenommen, solange sie sich nicht im Einsatz befinden.
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Der
Instrumentenspeicher 12 ist in der in den 1 bis 3 und 5a, 5b gezeigten
Ausführungsform als Trommelmagazin mit einem kreisrunden
Querschnitt ausgebildet, wobei die einzelnen Speicherkammern 16,
wie in 5a und 5b gezeigt äquidistant
zu der Drehachse D des Instrumentenspeichers 12 und in
im Wesentlichen gleichen Winkelabständen bezüglich
einer Drehung um die Drehachse D herum angeordnet sind. Bei dem
in den 5a und 5b gezeigten
Instrumentenspeicher sind fünf Speicherkammern 16 vorgesehen
sowie eine Durchführung 66, auf die nachfolgend
näher eingegangen wird.
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Der
rohrförmige Arbeitskanal 14 weist ein distales
Ende 20 sowie ein proximales Ende 22 auf, wobei
das distale Ende 22 in den Körper des Patienten
eingeführt wird. Der Arbeitskanal 14 hat einen zentralen
Durchgang 24, der von der umlaufenden Außenwandung 26 des
rohrförmigen Arbeitkanals 14 begrenzt ist und
sich entlang einer Längsachse L des Arbeitskanals 14 erstreckt.
Das proximale Ende 22 des Arbeitskanals 14 ist
mit dem Instrumentenspeicher 12 derart verbindbar, dass
eine der Speicherkammern 16 oder die Durchführung 66 mit
einem zentralen Durchgang 24 des Arbeitskanals fluchtet.
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Wie
in den 1 bis 3 gezeigt, weist die Außenwandung
in einem (in den 1 bis 3) unteren
Bereich einen durchgängigen Hohlabschnitt als weiteren
Durchgang 28 auf. Dieser weitere Durchgang 28 kann
dazu genutzt werden, ein Lichtleitkabel, elektrische Leitungen oder
Spül- und Saugleitungen aufzunehmen oder selbst als eine
Spül- und/oder Saugleitung zu fungieren. Auf diese Weise
kann gewährleistet werden, dass der Arbeitskanal 14 an
seiner Außenseite eine glatte Oberfläche aufweist,
die aus einem Material hergestellt oder mit einem solchen Material
beschichtet sein kann, das den hohen Anforderungen hinsichtlich
Sterilität und Biokompatibilität aus der Medizin
und Biochemie gerecht wird, um das Risiko für den Patienten
durch Einführen eines körperfremden Gegenstandes
in den Körper möglichst gering zu halten.
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Der
Instrumentenspeicher 12 ist mit einer Verlagereinrichtung
zum Verlagern der jeweiligen Wechselinstrumente 18 zwischen
ihrer Aktivstellung (d. h. am distalen Ende des Arbeitskanals 14)
und ihrer Passivstellung (d. h. in den Speicherkammern 16 des
Instrumentenspeichers 12) verbunden, die als hydraulische
Verlagereinrichtung mit einer Pumpe 30 und einem Verteilerventil 34 ausgebildet
ist. Die Pumpe 30 stellt die nötigen Drücke
und Volumenströme zum linearen Antrieb der Wechselinstrumente
innerhalb der Speicherkammern 16 und des Arbeitskanals 14 zur
Verfügung und ist (wie in den 1 bis 3 klar
ersichtlich) baulich von dem Wechselsystem 10 getrennt. Über
eine Zuleitung 32 wird ein Fluid unter von der Pumpe 30 aufgebautem
hydraulischem Überdruck P zu dem Instrumentenspeicher übertragen
oder aufgrund des erzeugten Unterdrucks U angesaugt. Das Verteilerventil 34 gibt
dieses Fluid unter Über- oder Unterdruck dann mittels einer
Verbindungsleitung 36 an die aktuell angesteuerte Speicherkammer 16 (in 1 bis 3 die
untere Speicherkammer 16) weiter.
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Wie
in 2 gezeigt, veranlasst ein hydraulischer Überdruck
P das Wechselinstrument 18 in der unteren Speicherkammer 16 dazu,
sich aus seiner Speicherkammer 16 in den damit fluchtend
angeordneten Arbeitskanal zu verlagern, bis es die in 3 gezeigte
Position erreicht hat. Wird von der Pumpe 30 hingegen ein
Unterdruck U in das Wechselsystem 10 eingeleitet, so wird
die Bewegungsrichtung gemäß dem mit U bezeichneten
Pfeil in 2 umgedreht.
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Damit
mit Hilfe der Pumpe 30 ein ausreichend großer
hydraulischer Überdruck P oder hydraulischer Unterdruck
U erzeugt werden kann, der eine lineare Verlagerung des Wechselinstruments 18 auslöst,
und kein unerwünschter Druckabfall auftreten kann, ist
es notwendig, dass die durch den Zwischenraum zwischen der Pumpe 30 und
dem Wechselinstrument 18 gebildete Druckkammer dicht abgeschlossen
ist. Hierbei wirkt zum Einen das Verteilerventil dichtend, da das
von der Pumpe 30 unter Druck bereitgestellte Fluid nur
an diejenige Speicherkammer 16 abgegeben wird, die aktuell
hydraulisch angesteuert werden soll. Weiterhin ist es notwendig,
dass die Verbindung zwischen dem Instrumentenspeicher 12 und
dem Arbeitskanal 14 im Bereich des proximalen Endes 22 des
Arbeitskanals 14 dicht ist, was durch eine Dichtung (nicht
dargestellt) zwischen dem proximalen Ende 22 des Arbeitskanals 14 und
der zugewandten Stirnfläche des Instrumentenspeichers 12 erreicht
wird. Schließlich weist auch das Wechselinstrument 18 in
einem zentralen Bereich einen Dichtring 64 auf, der einen
dichtenden Kontakt sowohl mit dem Innenumfang der Speicherkammer 16,
in der es aufgenommen ist, als auch mit dem Innenumfang des Durchgangs 24 des
Arbeitskanals 14 herstellt.
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Hat
das Wechselinstrument 18 in Folge seiner linearen Verlagerung
seine Aktivstellung (wie in 3 gezeigt)
erreicht, so gelangt ein distaler Abschnitt des Wechselinstruments 18,
der sogenannte Aktivierungsbereich 46, in Anlage mit einer
an dem distalen Ende 20 des Arbeitskanals 14 angeordneten Schnittstelle 40.
Diese umfasst abschnittsweise oder über ihren gesamten
Umfang eine metallische Kontaktfläche (Kontaktpad), um
den Aktivierungsbereich 46 des Wechselinstruments 18 elektrisch
zu kontaktieren.
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Das
Wechselinstrument 18 ist, wie in 4 gezeigt,
im Wesentlichen kapsel- bzw. zylinderförmig ausgebildet
und weist an einer Stirnfläche einen Funktionsbereich 42 auf,
der die Instrumentenfunktion im Rahmen eines operativen Eingriffs
erfüllen kann.
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Der
im Wesentlichen zylinderförmige Abschnitt des Wechselinstruments 18 bildet
den Adapterbereich 44, der an seinem distalen Ende den
vorstehend genannten Aktivierungsbereich 46 aufweist. Der
Aktivierungsbereich 46 umfasst eine Abflachung 60,
die sich mit einer Schulter 62 gegenüber dem restlichen
Adapterbereich 44 absetzt. Aus der Abflachung 60 ragen
sechs Federkontaktstifte 50, die den elektrischen Kontakt
an der Schnittstelle 40 mit dem metallischen Kontaktpad
der Schnittstelle 40 herstellen.
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Effektorelemente 48,
die bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
des Wechselinstruments 18 durch Greifer gebildet sind,
sind über das Basiselement 58 mit dem Adapterbereich 44 des Wechselinstruments 18 verbunden.
Innerhalb des Wechselinstruments 18 ist ferner eine Instrumentenkinematik
zum Antrieb der Effektorelemente 48 vorgesehen, die beispielsweise
als separat verriegelbarer oder durch Feder vorgespannter Hydraulikkolben 68 im
Wechselinstrument ausgebildet ist (vgl. 1 bis 3).
Sobald das Wechselinstrument 18 seine Aktivstellung erreicht
hat, wird die Verriegelung des Hydraulikkolbens 68 am proximalen
Ende des Wechselinstruments 18 gelöst, so dass
sich dieser infolge geringer Druckdifferenzen des in der Druckkammer wirkenden
Drucks in seinem Aufnahmeraum 70 relativ zu dem Adapterbereich 44 des
Wechselinstruments 18 verschieben kann und dadurch eine
gesteuerte Bewegung der Effektorelemente 48 erzeugt.
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An
der Außenumfangsfläche des Adapterbereichs 44 des
Wechselinstruments 18 sind weiterhin zwei einander gegenüberliegende
proximale Führungsnuten 52a (von denen in 4 nur
eine gezeigt ist) sowie zwei einander gegenüberliegende
distale Führungsnuten 54a vorgesehen, die der
Ausrichtung und Führung des Wechselinstruments 18 in
seiner Passivstellung bzw. seiner Aktivstellung dienen. Die proximalen
und distalen Führungsnuten 52a, 54a wirken
jeweils mit korrespondierenden Führungsrippen 52b in
den Speicherkammern 16 und Führungsrippen 54b im
Bereich der Schnittstelle 40 am distalen Ende 20 des
Arbeitskanals 14 zusammen. Auf diese Weise wird eine definierte
Ausrichtung des Wechselinstruments 8 ermöglicht
sowie eine Fixierung des Wechselinstruments 18 bezüglich
einer Drehbewegung um die Längsachse L des Arbeitskanals 14,
so dass eine solche Drehbewegung des Wechselsystems 10 oder
des Arbeitskanals 14 auf das Wechselinstrument 18 übertragen
werden kann. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform
mit zwei Führungsnuten und zwei korrespondierenden Führungsrippen, ist
jedoch auch jede konstruktive Variante denkbar, bei der ein Element
zur Ausrichtung des Wechselinstruments bezüglich seiner
Längsachse in der Speicherkammer und/oder am distalen Ende
des Arbeitskanals erreicht werden kann, beispielsweise ein einzelner
Zapfen an dem Außenumfang des Wechselinstruments, der in
eine korrespondiere Ausnehmung am Innenumfang der Speicherkammer
eingreift.
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Die
Durchführung 66 ist an dem Instrumentenspeicher 12 vorgesehen,
um ein manuelles Einschieben eines nicht dargestellten Sonderinstruments
in den Arbeitskanal 14 des Wechselsystems 10 zu
ermöglichen. Der Arbeitskanal 14 hat in diesem Falle
die Funktion eines zusätzlichen Trokars. Im Unterschied
zu den Speicherkammern 16 weist die Durchführung 66 keine
Führungsrippen auf, sondern besitzt einen vollkommen glatten
Innenumfang (vgl. 5a und 5b). Zudem
ist sie nicht wie die Speicherkammern 16 als Sacklochbohrung
sondern als Durchgangsbohrung ausgebildet. Ferner sind auch keine
Verbindungsleitungen 36 zu dem Verteilerventil 34 vorgesehen,
die die Durchführung 66 mit der hydraulischen
Verlagereinheit verbinden könnten.
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Um
die Führung und Bewegung eines solchen Sonderinstruments
zu erleichtern, kann ferner vorgesehen sein, dessen distales Ende
mit einem kapselförmigen Adapterstück mit der
gleichen oder einer ähnlichen Geometrie wie der des Adapterbereichs 44 zu
verbinden. Auf diese Weise könnte auch ein manuelle eingeführtes
Sonderinstrument über die Schnittstelle 40 elektrisch
(wie in den 1 bis 4) oder
induktiv aktiviert werden.
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Wie
bereits vorstehend angedeutet, kann der Instrumentenspeicher 12 gegenüber
dem Arbeitskanal 14 durch eine Drehbewegung um die Drehachse D
mit Hilfe eines Drehantriebs 38 gedreht werden, um wahlweise
eine der Speicherkammern 16 oder die Durchführung 66 mit
dem Durchgang 24 des Arbeitskanals 14 fluchtend
zu verbinden. Wie in 5a gezeigt, ist hierbei eine
Drehbewegung um die Drehachse D in beide Richtungen möglich,
wie durch den Doppelpfeil R angedeutet. Durch Drehung des Instrumentenspeichers 12,
wie in 5a gezeigt, um etwa 60° kann
das Wechselinstrument 18, das sich ursprünglich
in einer 6-Uhr-Position befand, beispielsweise nach Links in eine
8-Uhr-Position verstellt werden, während das benachbarte
rechte Wechselinstrument sich in seiner neuen, in 5b gezeigten Stellung
nun in der 6-Uhr-Position befindet.
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Anstelle
des in der gezeigten Ausführungsform dargestellten rotatorischen
Antriebs 38 kann jedoch, je nach Ausbildung des Instrumentenspeichers 12 auch
ein linearer Antrieb oder ein kombinierter rotatorischer und translatorischer
(linearer) Antrieb vorgesehen sein. So ist es beispielsweise denkbar,
den Instrumentenspeicher 12 als Linearmagazin auszubilden
oder als Trommelmagazin, wobei die Speicherkammer in mehreren konzentrischen
Kreisen an dem Instrumentenspeicher 12 angeordnet sind.
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Der
Wechsel der einzelnen Wechselinstrumente 18 erfolgt bei
der vorliegenden Erfindung automatisch mit Hilfe einer hydraulischen
Verlagereinheit sowie einem elektrischen Drehantrieb. Mit Hilfe der
Verlagereinheit wird ein sich in seiner Aktivstellung befindliches
Wechselinstrument in seine Speicherkammer zurückgeführt
bzw. ein Wechselinstrument das eingesetzt werden soll aus seiner
Speicherkammer in den Arbeitskanal und seine Aktivstellung verlagert.
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Mit
Hilfe des elektrischen Antriebs ist ein Wechsel der jeweiligen Speicherkammer,
die mit dem Arbeitskanal verbunden ist, möglich, so dass
unterschiedliche Speicherkammern hydraulisch ansteuerbar sind.
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Die
Automatisierung des Wechselvorgangs vereinfacht und beschleunigt
den Austausch der einzelnen Instrumente erheblich, was zu einer
wesentlichen Verringerung der Gesamtoperationszeit führt. Weiterhin
können die vom OP-Personal durchzuführenden Arbeitsschritte
minimiert werden.
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Die
bauliche Trennung des Instrumentenspeichers und des Arbeitskanals
wie auch das Wechselsystem und der hydraulischen Verlagereinrichtung ermöglichen
eine klein- und leichtbauende Gestaltung des in den Bauchraum des
Patienten einzuführenden Arbeitskanals bzw. des gesamten
Wechselsystems.
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Die
Wechselinstrumente selbst sind als kapselartige abgeschlossene Systeme
mit einem sehr geringen Bauraum ausgeführt, was sich ebenfalls
positiv auf die Gesamtgröße des Wechselsystems
auswirkt.
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Bei
einem gewünschten Instrumentenwechsel verbleibt der Arbeitskanal
im Bauchraum des Patienten, so dass das bei bislang bekannten Instrumentenwechseln
notwendige Wiederaufpumpen (Gasinsufflation) des Bauchraums nach
einem Instrumentenwechsel sowie die Neuorientierung und- Positionierung
des gewechselten Instruments entfallen können.
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Somit
kann die körperliche Beeinträchtigung des Patienten
nicht nur durch eine deutlich verringerte Operations- und damit
Anästhesiedauer, sondern auch durch eine minimierte Beeinträchtigung
und Verletzung von Haut und Weichteilen auf ein Minimum reduziert
werden. Zudem wird der operative Eingriff auch für den
Chirurgen im Bereich der minimal-invasiven Chirurgie deutlich vereinfacht
und verbessert, da dieser stets auf das für den aktuellen Operationsschritt
am besten geeignete Instrument zugreifen kann, ohne dafür
einen zeitaufwendigen Instrumentenwechsel mit den damit für
ihn verbundenen Nachteilen durchführen zu müssen.
Somit lässt sich mit der vorliegenden Erfindung auch das
Operationsergebnis maßgeblich verbessern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 5685677 [0007]
- - US 5755713 [0008]
- - US 6706050 B1 [0010]
- - US 2006/0235368 A1 [0012]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Development
and Evaluation of the Second Version of Scrub Nurse Robot (SNR)
for Endoscopic and Laparoscopic Surgery”, von Kitaro Yoshimitsu et
al. der Tokyo Denki Universität, Proceedings of the 2007
IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,
San Diego, CA, Oct. 29–Nov. 2, 2007 [0011]