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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 5 685 877 A 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 A 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 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 Multifunkbonsinstruments 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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Aus dem Dokument
DE 101 49 421 A1 ist ferner ein Instrument für die minimal-invasive Chirurgie bekannt, das einen Hohlschaft zur gleichzeitigen Aufnahme von mehreren Werkzeugen, sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung eines von einem Werkzeugträger aufgenommenen Werkzeugs aufweist. Innerhalb des Hohlschafts ist ein Werkzeugwechselsystem bestehend aus einem Werkzeugmagazin und einer Transporteinrichtung aufgenommen. Die Transporteinrichtung, die mit Hilfe der Steuereinrichtung steuerbar ist, dient zum Transport eines Werkzeugs zwischen einer Ruheposition im Werkzeugmagazin und einer Arbeitsposition außerhalb des Hohlschafts. Bei Bedarf wird ein Werkzeug, das sich im Inneren des Werkzeugmagazins befindet, von einem Werkzeugträger, beispielsweise in der Form eines drahtförmigen Steuerzugs, der gleichzeitig als Transporteinrichtung dient, angekoppelt und zum distalen Ende des Hohlschafts transportiert. Die Ankopplung des Werkzeugträgers an das Werkzeug erfolgt über eine entsprechende Kopplung. Die Bewegung der einzelnen Werkzeuge erfolgt gemäß dem Dokument
DE 101 49 421 über entsprechende Zug- und Druckelemente im Hohlschaft, beispielsweise einen Bowdenzug, zum Bewegen des Werkzeugs in der Arbeitsposition.
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Aus dem Dokument
DE 101 47 145 A1 ist ferner ein Multifunktionsinstrument für die mikroinvasive Chirurgie bekannt, bei dem ein an einem Bedienungshandgriff befestigtes mehrlumiges Rohr mehrere in den Führungskanälen verschieblich gelagerte chirurgische Instrumente mit einem Schaft aufweist, wobei jeder Instrumentenschaft an seinem proximalen Ende mit einem Motor zur axialen Verschiebung der chirurgischen Instrumente zusammenwirkt. Mit Hilfe des Motors und einer Steuerung ist es möglich jedes der Instrumente über den damit verbundenen Schaft vor und zurück zu bewegen bzw. nach rechts und nach links zu drehen.
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Das Dokument
EP 0 668 536 B1 offenbart ferner ein multifunktionales Instrument für die Ultraschall-Chirurgie. Dieses Instrument umfasst ein stabförmig gestaltetes Ultraschallinstrument, um das koaxial ein Schutzrohr sowie eine koaxiale Applikatoreinrichtung angeordnet ist. Die Applikatoreinrichtung lässt sich relativ zu dem Schutzrohr axial verschieben und weist an ihrem distalen Ende einen Applikator, beispielsweise eine Elektrode zum Schneiden und/oder Koagulieren oder dergleichen auf, der an dem distalen Ende der Applikatoreinrichtung befestigt ist. Durch eine axiale Verschiebung der Applikatoreinrichtung relativ zu dem Ultraschallinstrument können eine Ultraschalldissektion und der Applikator abwechselnd angewendet werden. Die Zuleitung von Strom (im Falle eines HF-Stromaplikators) erfolgt mittels einer elektrischen Leitung vom proximalen Anschlussteil der Applikatoreinrichtung.
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Im Dokument
US 2005 / 0 215 983 A1 wird ein System zum Wechseln einer Mehrzahl von Instrumenten während der Operation beschrieben. Eines der Instrumente wird jeweils mittels eines Aktuators aus einer Passiv- in eine Aktivstellung gebracht und über eine Kabelverbindung mit einer Antriebseinheit zur Aktivierung des Instruments verbunden.
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Schließlich ist aus dem Dokument
US 2006 / 0 235 368 A1 ein hydraulischer Mechanismus zum Betätigen endoskopischer Instrumente und aus dem Dokument
US 2008 / 0 004 634 A1 ein magnetisch koppelbares chirurgisches Instrument 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 Operateurs würde nicht gestört und die Qualität der Operation könnte nachhaltig verbessert werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine möglichst einfach und kostengünstig herstellbare Lösung eines Multifunktionsgeräts bereit zu stellen.
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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 rohrförmigen Arbeitskanal mit wenigstens einem Durchgang zur Führung des jeweiligen Wechselinstruments während des Instrumentenwechsels, der durch eine Außenwand begrenzt ist, 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. Das Wechselsystem umfasst ferner eine Antriebseinheit, die dazu ausgebildet ist, den Instrumentenspeicher relativ zu dem Arbeitskanal zu verlagern, so dass jede der Speicherkammern des Instrumentenspeichers wahlweise mit dem Arbeitskanal verbindbar ist.
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Die Wechselinstrumente können zumindest teilweise 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 geschlossenen 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. Die Wechselinstrumente können zudem einen in den Wechselinstrumenten integrierten Antrieb aufweisen.
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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 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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Mit Hilfe der Antriebseinheit zum Antrieb des Instrumentenspeichers relativ zu dem Arbeitskanal wird ein vollautomatisiertes Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen Instrumenten bereitgestellt. Durch diese vollständige Automatisierung des Wechselvorgangs lässt sich der Austausch der einzelnen Instrumente erheblich beschleunigen, was zu einer wesentlichen Verringerung der Gesamtoperationszeit führt.
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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 umfasst ferner eine Verlagerungseinrichtung zum Verlagern der Wechselinstrumente zwischen der Aktivstellung und der Passivstellung über den Arbeitskanal während des Instrumentenwechsels. 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 ist als hydraulische Verlagereinrichtung mit wenigstens einer Pumpe und wenigstens einem Verteilerventil ausgebildet. 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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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 Wechselsystems gegenüber dem Stand der Technik dadurch nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Arbeitskanal wenigstens einen weiteren Durchgang aufweist, der in der Außenwand des Arbeitskanals vorgesehen ist und in dem ein Lichtleitkabel oder/und Spül- und Saugleitungen vorgesehen sein können. 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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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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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 eine dichtende Verbindung vorgesehen, um den Arbeitskanal und eine damit fluchtenden Speicherkammer des Instrumentenspeichers miteinander zu verbinden und gegenüber der äußeren Umgebung abzudichten. Diese dichtende Verbindung kann 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 ferner eine Durchführung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein separates 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 separates 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 separate 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 separate Sonderinstrument an seinem distalen Ende mit einem Adapterstück verbindbar sein, das zumindest teilweise kapseiförmig 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 Aktivierungsbereich 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 wird ein Wechselinstrument zur Verwendung in einem Wechselsystem zum Wechseln von medizinischen Instrumenten für die minimal-invasive Chirurgie mit den vorstehend genannten Merkmalen beschrieben, wobei das Wechselinstrument einen Funktionsbereich zur Durchführung der Instrumentenfunktion sowie einen Adapterbereich zur definierten Aufnahme und Führung des Wechselinstruments in dem Wechselsystem umfasst. Das Wechselinstrument kann zumindest teilweise kapseiförmig ausgebildet sein und einen integrierten Antrieb zum Betreiben des jeweiligen Wechselinstruments umfassen.
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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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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 geschlossenen Systems.
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In einer Weiterbildung 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 kapselförmig ausgebildet sein. 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 Medikamentenkapsein 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 einen Aktivierungsbereich zur elektrischen oder induktiven Aktivierung und Steuerung des Funktionsbereichs der Wechselinstrumente umfassen. Hierbei kann der Funktionsbereich eine Instrumentenkinematik aufweisen, die mittels des 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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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. Es stellen dar:
- 1 eine längsgeschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Wechselsystems, wobei das Wechselinstrument sich in seiner Passivstellung befindet;
- 2 eine längsgeschnittene Ansicht gemäß 1, wobei das Wechselinstrument zwischen seiner Aktivstellung und seiner Passivstellung verlagert wird;
- 3 eine längsgeschnittene Ansicht gemäß 1 und 2, wobei das Wechselinstrument sich in seiner Aktivstellung befindet;
- 4 eine isometrische Ansicht des Wechselinstruments in einer möglichen Ausführungsform; und
- 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.
