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Die Erfindung betrifft ein Stativ für ein Operationsmikroskop (Operationsstativ) mit einer optischen Hauptachse, mit einem in einem Schwenklagerbock gelagerten schwenkbaren Tragarm und einem am Tragarm wenigstens in einer Ebene schwenkbaren Mikroskophalter am distalen Ende des Tragarms zur Aufnahme des Operationsmikroskops, wobei der Tragarm eine festlegbare Winkellage in Bezug auf den Schwenklagerbock aufweist, um dadurch die relative Winkellage des Tragarms in Bezug auf den Horizont einzustellen, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Stativ ist beispielsweise in der
DE 10 2008 011 639 A1 beschrieben. Da der Tragarm direkt oder indirekt mit einem Gebäudeteil verbunden ist oder auf dem Boden steht, bewirkt die alleinige Verstellung dieser relativen Winkellage immer auch eine Verstellung der Hauptachse relativ zum Lot. Bei Mikroskophaltern ohne Nachführung ihrer vertikalen Orientierung des Operationsmikroskops – also beispielsweise ohne Parallelogrammführung, kommt es zu einem Schwenken der Hauptachse relativ zum Lot, so dass die Hauptachse nach der Veränderung der oben genannten relativen Winkellage einen anderen Winkel zum Lot einnimmt als davor. Bei Mikroskophaltern mit Nachführung der vertikalen Orientierung kommt es zu einem Parallelverschieben der Hauptachse relativ zu ihrer vorgängigen Verstellung bzw. relativ zu einem Lot. In der praktischen Anwendung kommt es für den Chirurgen aus ergonomischen Gründen und aus Gründen der Erkennung des jeweils beobachteten Operationsgebiets jedoch hauptsächlich auf diesen Relativbezug (zum Lot) an und wünscht er sich grundsätzlich, dass sich die Hauptachse, ohne dass er sie bewusst verstellt, in der gleichen Position relativ zum Lot verbleibt – insbesondere im Lot bleibt, bzw. nach einer Aufwärts- oder Abwärts-Schwenkbewegung mit dem Tragarm in der gleichen Relativlage zum Lot verbleibt wie vor der Schwenkbewegung.
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Operationsmikroskope werden während der Operation in der Regel über einem Patienten positioniert, bzw. befindet sich das zu beobachtende Operationsgebiet auf dem Patienten und blickt der Chirurg von oben nach unten – entlang der Hauptachse – auf das Operationsgebiet. Demzufolge befindet sich das Operationsmikroskop an einer relativen Raumposition zwischen dem Patienten und dem Chirurgen. Die Besonderheiten des Patienten bzw. des Operationsgebiet und die ergonomischen Bedürfnisse des Chirurgen werden dabei bestmöglich berücksichtigt. Schon seit Langem dienen dazu in der Regel Handgriffe, mit denen der Chirurg das Operationsmikroskop zusammen mit seinem Mikroskophalter und den Tragarm bewegen kann. Lösbare Bremsen verhindern nachdem eine gewählte Position gefunden wurde, das unwillkürliche Absinken oder Nach-Oben-Schwenken (Im Falle eines überkompensierten Gewichtsausgleichs) des Operationsmikroskop aus der gewählten Raumposition.
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Herkömmliche Operationsstative mit der eingangs beschriebenen Schwenkbarkeit des Tragarms relativ zu einem Schwenklagerbock beschreiben mit dem Distalen Ende des Tragarms eine Kreisbahn um ihre Schwenkachse im Schwenklagerbock, wie beispielsweise aus
1 der
DE10042272A1 erkennbar ist.
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Bei dem in der
DE10042272A1 angegebenen Stativ ist der Mikroskopträger
5,
8 durch einen als Parallelogramm-Tragarm ausgebildeten Tragarm
3,
6 wie oben beschrieben gehalten. Wie unschwer aus der angegebenen
1 des Standes der Technik ersichtlich, führt das Nach-Oben-Schwenken des Tragarms auch zu einer Parallelverschiebung der Achse G und der nicht eingezeichneten dazu parallelen Hauptachse des Mikroskops
9 nach links bzw. in Richtung der Schwenkachse
4. Da sich dadurch aber auch das Sehfeld des des Operationsmikroskops nach links verschiebt, bekommt der Chirurg eine andere Sicht auf das Operationsgebiet. Bei kleinen Vergrösserungen des Operationsmikroskops mag diese Verschiebung – abgesehen von der Änderung des Z-Abstandes (Abstand des Hauptobjektivs zum Operationsgebiet) keine Rolle spielen. Bei grösseren Vergrösserungen kann dies zu einem Korrekturbedarf führen. Der Chirurg möchte in diesen Fällen das Operationsmikroskop obzwar in einer angehobenen Höhenlage (die Strichpunktierte Lage des oberen Teiltragarms
3), die Achse G und damit auch die Hauptachse wieder in ihre ursprüngliche Position bringen. Bei dem gezeigten Stativ aus dem angegebenen Stand der Technik geht dies nicht, da das Stativ auf dem Boden steht und den gewünschten Freiheitsgrad nicht zulässt.
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Weiterentwicklungen im Stand der Technik führten dazu, dieses Problem zu lösen. So wurden schon früh Stative geschaffen, die nach dem Doppelwaagenprinzip arbeiten. Um beim Beispiel der 1 des beschriebenen Standes der Technik zu bleiben, sei das Prinzip der Doppelwaage wie folgt beschrieben: Würde sich z. B. an der Stelle 2a oder darunter ein weiterer Schwenklagerbock befinden, in dem der vertikale Tragarm A bzw. der erstgenannte Schwenklagerbock und dessen Achse 4 aus dem Lot geschwenkt werden könnten, so könnte der Chirurg – seinem obigen Wunsch – entsprechend das Operationsmikroskop – trotz gehobener Lage aufgrund des Nach-Oben-Schwenkens (strichpunktierte Linie) des Tragarms – bei gelöste Bremsen wieder nach vorne ziehen, um die Achse G bzw. die Hauptachse wieder in ihre ursprüngliche Raumlage bringen. In diesem Fall würde der vertikale Tragarm A um die Achse bei 2a nach rechts schwenken.
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Die derart ausgebildeten Operationsstative bilden heute den Standard für die Operationsmikroskopie. Wie oben angegeben erlauben sie eine mehr oder weniger beliebiges Positionieren eines Operationsmikroskops im Raum und können mit diesen Aufbauten die oben beschriebenen Probleme behoben werden, bzw. sind die Chirurgen damit in der Lage, Schwenklageänderungen am Tragarm vorzunehmen, ohne die oben angegebenen nachteiligen Effekte aufzuweisen.
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Dabei erfordern sie jedoch nachteiligerweise einiges Geschick im Umgang mit diesen Operationsstativen. Abgesehen davon sind solche nach dem Doppelwaagenprinzip aufgebauten Stative äusserst teuer.
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Beispiele für solche bekannte Aufbauten finden sich in der
US5528417A und der
EP628290A1 , wobei die auch angeben, wie durch Parallelogramm-Tragarmen gehaltene Mikroskophalterungen von Doppelwaagenstativen auch beim Verschwenken des Parallelogramm-Tragarms in einer lotrechten Lage zu halten sind. Dies erfolgt über eine hebelartige Abstützung (crank member) an einem vertikalen Stativtragarm, die einerseits über eine Zugstange mit dem Mikroskophalter und andererseits mit einem nicht schwenkbaren ruhenden Teil des Operationsstativs verbunden ist. Dieser Aufbau ist schon früher bei verschiedensten Konstruktionen in der Technik bekannt geworden, so z. B. bei der Konstruktion von balkenwaagenartig gehaltenen Lichtquellen bei Schreibtischlampen o. dgl.
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Verfügt der Chirurg nicht über die erforderliche Geschicklichkeit/Übung und ist womöglich die eingestellte Vergrösserung am Operationsmikroskop noch sehr hoch, dann kann sich jedoch trotz hebelartiger Abstützungen durch eine einfache (unter Umständen sogar nur geringe) Höherpositionierung des Operationsmikroskop das Objekt bzw. das Operationsfeld rasch aus der Mitte des oder überhaupt aus dem Beobachtungsfeldes verlieren. Dies kann zu Desorientierung führen und die Neupositionierung des Operationsmikroskops erforderlich machen. Dies führt aber zu einem Zeitverlust während der Operation, was einerseits unerwünscht ist und andererseits sogar nachteilig für die Operation an sich sein kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein neues Stativ zu schaffen, dass die aufgezeigten Probleme – vorzugsweise ohne den Umweg über das Doppelwaagenprinzip und dadurch kostengünstig – vermeidet.
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Das neue Stativ soll im Wesentlichen jedoch nur geringe technische Änderungen aufweisen, so dass ein grosser Teil bisher angewendeter Bauteile weiter verwendet werden kann (Teile von Stativen nach dem Doppelwaagenprinzip eingeschlossen)
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Durch das Stativ soll es dem Chirurgen insbesondere ermöglicht werden, Höheneinstellungen am Operationsmikroskop vorzunehmen, ohne dabei zwingend die Hauptachse im Raum bzw. in Bezug auf ein Lot zu verstellen.
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Gelöst wird diese Aufgabe erstmals durch die kombinierten Merkmale des Oberbegriffs und des Kennzeichens von Anspruch 1.
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Die Erfindung ist einsetzbar unabhängig von der Art der Gewichtskompensation für die Last bzw. insbesondere für das Operationsmikroskop. Sowohl bei balkenwaagenartig aufgebauten Stativen, wie auch bei gasfedergestützten Tragarmen kann die Erfindung eingesetzt werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Figuren, der Figurenbeschreibung und in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
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Dadurch, dass der Tragarm in seiner Länge in Abhängigkeit von der Winkellage variierbar ist, so dass der Mikroskophalter entlang eines Lots in seiner Höhenlage variierbar ist, wird bewirkt, dass der durch den Kreisbogen-Effekt erzielte Verschiebungseffekt am Operationsmikrokop entfällt.
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In der einfachsten Ausgestaltung ist der Tragarm dabei ausziehbar ausgebildet, so dass der Chirurg – nach dem Lösen der Bremsen – während des Anhebens des Operationsmikroskopes dieses gleichzeitig nach vorne (also in Verlängerung der Längsachse des Tragarms) zieht, oder er beim Nach-Unten-Setzen des Operationsmikroskops (bis maximal zur Horizontallage des Tragarms) dieses gleichzeitig in Richtung des Tragarms verschiebt, um mit der Hauptachse im gleichen Lot oder in gleicher Relativlage zu diesem Lot zu verbleiben.
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Diese einfache Umsetzung der Erfindung hat den Nachteil, dass wiederum eine gewisse Geschicklichkeit erfordert wird, indem der Chirurg – gewissermassen mit Fingerspitzengefühl oder unter ständiger Beobachtung des Operationsfeldes durch das Operationsmikroskop und unter ständigem Nachjustieren der Länge des Tragarms die Lageveränderung des Operationsmikroskops vornimmt.
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Die Erfindung ist daher insofern weiterentwickelt, wenn der Tragarm 4 in seiner Länge automatisch – d. h. gekoppelt an die Winkellage 29 variierbar ist. Dies wird insbesondere und beispielhaft dadurch bewerkstelligt, dass der Tragarm motorisch und sensorgesteuert verlänger – bzw. verkürzbar ist.
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Dazu ist vorzugsweise eine Steuerung vorgesehen, die die Längenvariation in gemessener Abhängigkeit von der Schwenk-Winkellage des Tragarms festlegt.
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Die Möglichkeiten, die Erfindung umzusetzen sind vielfältig. So kann z. B. der Tragarm knickbare Winkelelemente aufweisen, die motorische verstellbar sind. Der Tragarm kann aber auch insbesondere teleskopisch ausfahrbar sein, was neben einer eleganten Erscheinung auch eine platzsparende Ausbildung ermöglicht. Antriebe für die teleskopische Längenveränderung können ausserhalb oder innerhalb des Tragarms angeordnet sein.
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Im Sinne der Vermeidung von Oberflächen – die allenfalls gereinigt werden müssen – sind integrierte, teleskopische Aufbauten bevorzugt.
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Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Stativ so aufgebaut, dass der schwenkbaren Tragarm einlagig bzw. einteilig und als im Schnitt rohr- oder profilförmiger Arm ausgebildet ist. Dies führt zu einem schlanken, leichten Aufbau, der für den Chirurgen viel Raum frei lässt und einfach umzusetzen ist.
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Eine stabilere Variante dazu ergibt sich, wenn der schwenkbaren Tragarm – wie an sich bekannt – zweilagig bzw. mehrteilig, vorzugsweise als trapezförmiger Tragarm ausgebildet ist und dass jeder der Tragarmteil und als im Schnitt rohr- oder profilförmiger ausfahrbarer Arm ausgebildet ist, wobei jeder dieser Tragarmteile ausfahrbar ist.
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In der Regel wird ein solcher Aufbau – wie an sich bekannt – mit Hilfe von Parallelogramm-Tragarmen realisiert.
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Die Theorie, die dahinter steckt, ist, dass bei einem Parallelogrammträger die angreifende Last richtig positioniert und biegefrei gehalten werden kann. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass auch Parallelogrammträger einer bestimmten Biegung unterworfen sind. Diese ist jedoch unterschiedlich vom Gewicht der Last. Im Falle eines Operationsmikroskops ist die Last ein Operationsmikroskop mit verschiedenstem Zubehör. Da das unterschiedliche Zubehör in der Regel eine unterschiedliche Gewichtsbelastung mit sich bringt, kommt es naturgemäss zu unterschiedlicher Durchbiegung der Tragarmkonstruktion. Dies insbesondere bei einem einlagigen Tragarm, aber – wie schon erwähnt – auch bei einem Parallelogrammträger.
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Unterschiedliche Biegung aufgrund unterschiedlichen Belastungsgewichts führt somit gegebenenfalls auch bei der erfindungsgemässen Konstruktion zu einer gewichtsabhängigen unterschiedlichen spatialen Positionierung des Mikroskophalters und damit zu einer gewichtsabhängigen spatialen Positionierung des Operationsmikroskops.
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Dies führt wiederum bei einem Zubehörwechsel am Operationsmikroskop zu einer Verstellung seiner optischen Hauptachse in Bezug auf den Operationssitus. Dies führt u. U. wiederum zu einem Nachjustierbedarf am Operationsmikroskop und/oder am Stativ, was jedoch während einer Operation aus den bereits oben angegebenen Gründen unerwünscht ist.
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Dieser Nachteil gemäss einer besonderen Ausgestaltung kann wenigstens zum Teil dadurch kompensiert werden, dass der Tragarm oder wenigstens einer der Tragarmteile gegenüber dem Schwenklagerbock oder gegenüber einem vertikalen Stativkörper oder gegenüber einem vertikalen Tragarm über eine Abstützfeder gewichtskompensierend abgestützt ist. Diese kann, wie an sich bei Parallelogrammträgern üblich, zwischen dem oberen und unteren Tragarmteil angeordnet sein, sich aber auch auf der anderen Seite des Schwenklagerbocks befinden, um einen bis dorthin verlängerten Tragarm oder Tragarmteil abzustützen. Als im Rahmen dieser Anmeldung liegend und zum Zwecke prioritätsbegründeter Kombination der Lehren beider Anmeldungen wird auf den vollständigen Inhalt der
DE 10 2011 119 814.1 der Anmelderin verwiesen, die am selben Tag eingereicht wurde. Ein Teil der Figuren und Figurenbeschreibungen wurden zur Verbesserung der Verständlichkeit hierin direkt übernommen. Die in der
DE 10 2011 119 814.1 verbliebenen, nicht übernommenen Teile sind jedoch im Sinne einer Prioritätsbegründung ebenso als per Referenz voll übernommen anzusehen.
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Alternative – an sich bekannte – Gewichtskompensationen liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Reine waagenförmige Gewichtsausgleiche wirken jedoch nicht auf die oben erwähnte nachteilige Durchbiegung.
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Um diese gänzlich zu kompensieren und die damit verbundene Abweichung der Hauptachse von ihrer ursprünglichen Lage bzw. vom Lot aufzuheben, ist gemäss einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, mittels Messensors die Neigung des Stativhaltes oder des Operationsmikroskops festzustellen und diese mittels Stellmotors zu kompensieren.
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Die Vorrichtung zur Festlegung dieser Winkellage umfasst nun nicht mehr, wie bekannt und oben vorgestellt, Stangen, Lager und Hebel, sondern lediglich wenigstens einen motorischen Antrieb – insbesondere einen Stellmotor –, der einerseits am Tragarm und andererseits am Mikroskophalter angreift und im Betriebsfall die Winkellage zwischen dem Mikroskophalter und dem Tragarm ferngesteuert und/oder automatisch festlegt. Als Sensor können aus der folgenden nicht abschliessenden Aufzählung von Sensoren die jeweils gewünschten gewählt werden: Neigungssensor, Höhensensor, Winkelsensor, Raumkoordinaten-Sensor (z. B. IR-Sensor).
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Als motorischen Antrieb für die Längenverstellung, wie auch für den ersten und/oder anderen Stellmotor können wenigstens einer er elektrischen Antrieb aus der folgenden nicht abschliessenden Aufzählung von Antrieben stammen: Elektromotor, Getriebemotor, Linearmotor, Winkelschrittmotor, elektroaktive Polymere (EAP), Pneumatikzylinder, elektropneumatischer Antrieb usw..
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Durch diesen erfindungsgemässen verbesserten Aufbau wird die weitergestellte Aufgabe nach Durchbiegungskompensation gelöst, die insbesondere bei erfindungsgemäss verlängerten Trägern bzw. Tragarmen eine relativ grosse Rolle spielen kann. Nicht nur, dass dieser neue Aufbau zu einer idealen Winkelkompensation führt, die völlig unabhängig von Durchbiegung und Gewicht der Last bzw. des Operationsmikroskops ist und auf jeden Schwenkwinkel des Lastarmes gleichermassen richtig reagiert führt auch zu einem Wegfall der bis anhin erheblichen mechanischen Bauteile.
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Sie führt somit zu einer Gewichtsentlastung und gestattet auch, die an sich üblichen Parallelogramm-Tragarme durch einfache Rohr- oder Profilkonstruktionen zu ersetzen, bei denen man absichtlich Biegung in Kauf nimmt. Der Gesamtaufbau des Operationsstativs wird dadurch leichter, insbesondere auch durch Reduktion des Gewichts von Ausgleichsgewichten, die naturgemäss leichter werden, wenn der Tragarm selbst leichter wird. Durch den erfindungsgemässen Aufbau wird weiters eine kompaktere Bauweise und ein verbessertes Design möglich. Er reduziert weiter den Aufwand beim Drapen (Abdecken mit einer sterilen Schutzfolie). Es wird hier nochmals ausdrücklich auf die
DE 10 2011 119 814.1 verwiesen.
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Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung können zur Erhöhung der Flexibilität des Einsatzes solche Winkelkompensationen auch ausserhalb der Schwenkebene des Tragarmes, insbesondere senkrecht/quer dazu vorgesehen sein. Für solche Kompensationsmassnahmen wird gemäss dieser besonderen Ausgestaltung ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen. Die Aufhängung des Mikroskophalters bei einem solchen weitergebildeten Stativ kann kugelförmig sein oder über zwei übereinander angeordnete – zueinander querstehende Lager-Achsen verfügen.
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Um einen Notfallbetrieb zu sichern, ist es von Vorteil, wenn der Mikroskophalter gegenüber dem Tragarm so aufgehängt ist, dass er – bei inaktivem ersten und/oder anderem Antrieb bzw. Motor – durch das Eigengewicht automatisch wenigstens annähernd in eine vorgesehen Winkellage – insbesondere nahe dem Lot – schwenkt oder pendelt oder wenigstens einem Drehmoment zum Erreichen dieser lotnahen Lage in Richtung dieser Lage unterliegt.
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Abgesehen von einem allfälligen Notfallbetrieb führt eine verbesserte Weiterentwicklung dazu, dass der Mikroskophalter gegenüber dem Tragarm so aufgehängt ist, dass sein Schwerpunkt seitlich eines Lots durch die Aufhängung – insbesondere seitlich einer Schwenkachse und/oder seitlich einer Drehachse des Mikroskophalters liegt und der erste und/oder andere Antrieb bzw. Stellmotor im Betriebszustand automatisch das resultierende Drehmoment aufnimmt, um den Mikroskophalter in die gewünschte Winkellage – vorzugsweise ins Lot – zu schwenken. Dadurch wird erreicht, dass die Stellmotoren wenig belastet werden bzw. mit einem geringen Energiebedarf auskommen und dementsprechend auch klein gebaut werden können.
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Die Erfindungsgemässe Ausgestaltung mit winkelkompensierenden Stellmotoren erlaubt vorteilhafterweise ausserdem, dass der Mikroskophalter gegenüber dem Tragarm in einem Spiel aufgehängt ist, das im Betriebszustand durch den ersten und/oder anderen Antrieb bzw. Stellmotor kompensiert bzw. spielfrei gesetzt wird. Dies erlaubt eine kostengünstige Ausgestaltung der Lager bei trotzdem ausreichender Präzision des Operationsstativs.
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Vereinfacht wird der erfindungsgemässe Aufbau, wenn eine Steuerung vorgesehen ist, die die Festlegung der Winkellage(n) und/oder die Länge des Tragarms in Abhängigkeit von der Schwenk-Winkellage des Tragarms festlegt. Diese Steuerung muss nicht zwingend eine unabhängige Steuerung sein – etwa ein Steuerchip direkt im Bereich des oder der Stellmotoren –, sie kann auch in dem normalerweise vorhandenen Computer des Operationsstativ oder des Operationsmikroskops hardwaremässig oder softwaremässig integriert sein.
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Eine Vollautomatisierung wird ermöglicht, wenn eine Messvorrichtung – insbesondere ein Sensor vorgesehen ist, die/der im Betriebszustand die Steuerung bzw. den ersten Stellmotor und/oder den anderen Stellmotor zur Festlegung der Winkellage(n) in Abhängigkeit von der Schwenk-Winkellage des Tragarms triggert.
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Ein solcher Sensor wird vorzugsweise am distalen Ende des Tragarms oder am Mikroskophalter selbst angebracht, um vor Ort die tatsächliche Lage des Tragarms oder des Mikroskophalters festzustellen.
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Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung sind die Antriebe zur Längenveränderung und/oder der erste und/oder der andere Stellmotor selbsthemmend ausgebildet. Dadurch wird erreicht, dass im stromlosen Zustand keine unwillkürliche Verstellung erfolgen kann, was der Sicherheit des Betriebs dient. Andererseits kann dadurch die Selbsthemmung wie eine Bremse wirken, indem bei stromlosem Betrieb der Chirurg die Selbsthemmung durch Kraft überwindet und derart beliebige Einstellungen vornehmen kann.
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Eine Variante zu diesem Aufbau ergibt sich, wenn der Antrieb bzw. der erste und/oder andere Stellmotor nach Art einer lösbaren Bremse auskuppelbar ausgebildet ist.
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Durch die Weiterbildung der Erfindung wird jedenfalls eine Einrichtung am Operationsstativ zur Sicherstellung der permanenten lotrechten Lage des Mikroskopträgers bzw. des Mikroskops erreicht.
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Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn der Tragarm teleskopisch ausfahrbar ist. (vgl. 5) Durch diesen Aufbau wird in Kombination mit den bisherigen oben genannten Vorteilen der Erfindung erreicht, dass ein Hochschwenken des Tragarms nicht nur hinsichtlich der Neigung des Mikroskophalters erfindungsgemäss ausgeglichen werden kann, sondern ausserdem noch die Lage der Hauptachse des Operationsmikroskops in der selben Entfernung zum Stativkörper bzw. zur Stativachse verbleiben kann.
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Dies etwa dadurch, dass ein Schwenken aus der Horizontalen automatisch zu einer Verlängerung des Tragarms führt – im selben Verhältnis, in dem sich durch das Verschwenken der Abstand verkürzen würde.
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Diesbezüglich wird auf die Patentanmeldung
DE 10 2011 119 814.1 verwiesen, die am selben Tag eingereicht wurde. Ihr Inhalt gilt für Prioritätszwecke als hierin und verknüpft mit der vorliegenden Lehre geoffenbart.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
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Es zeigen dabei:
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1 ein herkömmliches Stativ gemäss der
DE10042272A1 (auf die hinsichtlich der Beschreibung der meisten Bauteile durch hiermit inkorporierter Referenz auf das erwähnte Dokument verwiesen wird) mit einer erfindungsgemässen Verlängerbarkeit des Tragarms,
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2 ein Detail einer Variante zum Aufbau gemäss 1,
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3 eine symbolisch dargestellte Variante zu 1 mit einem einlagigen Tragarm,
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4 einen Schnitt durch ein Detail der 3,
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5 eine Variante mit teleskopartig ausfahrbarem Tragarm 4b, 4c zum Teil geschnitten,
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6 einen distalen oberen Teil eines Operationsstativ mit einem Tragarm 4a einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Operationsstativ mit weggelassenen Antrieben und Details für die Ausfahrbarkeit des Tragarms.
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7 den Aufbau nach 6 aus der Sicht von oben, allerdings mit kompletten Tragarm und Schwenklagerbock
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8 den Aufbau von 6 von schräg vorne,
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9 den Aufbau von 6 mit abgenommenem Tragarm 4a, von schräg hinten
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10 ein vergrössertes Detail des Stellmotors 23 für den Mikroskophalter 6 aus 6,
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11 eine Ansicht von vorn auf eine Weiterentwicklung mit einem anderen Stellmotor 22,
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12 ein Detail des Aufbaus nach 11,
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13 eine Variante des Aufbaus von 1 mit schwenkbarem Vertikaltragarm 40 und einlagigem Tragarm und
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14 eine Variante des Aufbaus von 13 mit zweilagigem Tragarm 34 bzw. 4c und 4d.
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1 zeigt ein herkömmliches Stativ gemäss der
DE10042272A1 allerdings mit einer erfindungsgemässen Verlängerbarkeit des Tragarms bzw. der Teile des Tragarms
4f,
4g, die mit ihren proximalen und distalen Enden zu einem Parallelogramm-Tragarm zusammengebaut sind. Die beiden Teile des Tragarms
4f und
4g bilden derart die obere und untere Lage eines zweilagigen Tragarms. Jeder der Teiltragarme
4f und
4g ist (vorzugsweise gleichzeitig und gleich weit) ausfahrbar ausgebildet, so dass der Abstand zwischen dem distalen Ende und den proximalen Drehachsen
46 bzw.
47 dieser Teiltragarme
4f,
4g vergrössert oder verkleinert werden kann. Üblicherweise werden diese Längenänderungen synchron und gleich lang durchgeführt werden, im Rahmen der Erfindung liegen jedoch auch Sonderausführungen, bei denen die beiden Teiltragarme unterschiedlich lang ausgefahren werden können, um damit eine willkürlich Positionierung eines Mikroskophalters
6c zu bewerkstelligen, der über einen Tragteil
48 mit den distalen Enden der Teile des Tragarms
4f und
4g gelenkig verbunden ist.
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Entscheidend und erfindungsgemäss ist, dass wenn der Tragarm 4f, 4g in Richtung des Doppelpfeiles der Winkellage 29 nach oben winkelverstellt wird, die beiden Teile des Tragarms 4f, 4g so weit ausgefahren werden können, dass die Hauptachse 27 des Operationsmikroskops 28 im selben Lot verbleibt, wie in der gegenwärtig gezeigten Stellung.
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Eine Stützfeder 20b stützt das Parallelogramm und wirkt dabei gewichtskompensierend auf die Last des Operationsmikroskops. Nicht gezeigte Bremsen dienen der Festlegung einer bestimmten Schwenklage des Tragarms 4f, 4g relativ zu seinem Schwenklagerbock 2a, der den distale Teil eines vertikalen Tragarmes 30b des Operationsstativ bzw. Stativkörpers 42a bildet. Der über sein Schwenklager 46 nach links hinausragende Teil des oberen Teil des Tragarms 4f trägt als Ausgleichsgewicht eine symbolisch dargestellte Beleuchtungseinrichtung 50, die gemäss Doppelpfeil 51 am Teil des Tragarms 4f verschiebbar ist (siehe auch strichpunktierte Lage). Die Verschiebbarkeit ist vorzugsweise automatisch und motorisch und nicht näher dargestellt. Die Verschiebbarkeit bietet eine Möglichkeit, die sich durch Verlängern der Teile des Tragarms 4f, 4g ändernde Balance zu beeinflussen.
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Selbstverständlich ist diese symbolische Darstellung durch beliebige Varianten ersetzbar, insbesondere falls eine andere Beleuchtungseinrichtung gewählt wird. Herkömmliche Verschiebeeinrichtungen können die Verschiebung bewerkstelligen, weshalb darauf nicht näher eingegangen wird.
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Der obere vertikale Tragarm 30b ist über ein Drehlager 52 mit einem unteren vertikalen Tragarm 30a verbunden, der mittels Stativfuss am Boden steht.
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Die Verlängerbarkeit der Teile des Tragarms 4f und 4g ist durch je eine Spindel gelöst, die motorisch antreibbar einen linken und einen rechten Teil der Teiltragarme verbindet. Wie symbolisch dargestellt befindet sich der Antrieb 44a, 44b für die Spindeln ausserhalb der Teile des Tragarms 4f, 4g und greift über ein Zahnrad oder über einen Zahnriemen odgl. auf je eine Gewindebüchse 39, die axial unverschieblich im Teil des Tragarms 4f bzw. 4g gelagert ist und je eine Gewindespindel aufnimmt, die im jeweiligen zweiten Teil jedes Teiles des Tragarms 4f, 4g drehbar aber axial unverlierbar befestigt ist. Wird die Gewindebüchse 39 gedreht, so führt dies zu einer Längsverstellung der Gewindespindel und dadurch zu einer Expansion oder Kontraktion einer Bruchstelle zwischen den jeweiligen Teilen der Teile des Tragarms 4f, 4g. Selbstverständlich sind diese Teile gegeneinander so geschient, dass die Teiltragarme lediglich in ihrer Längsrichtung einen Freiheitsgrad haben.
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Weitere Details dieses Aufbaus können aus der
DE10042272A1 entnommen werden.
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2 zeigt eine Variante zum Aufbau aus 1. Dabei wird anstelle der Abstützfeder 20b zwischen den Teilen des Tragarms 4f und 4g eine Abstützfeder 20c gezeigt, die den Teil des Tragarms 4f gegenüber dem oberen vertikalen Tragarm 30b abstützt und so für Gewichtskompensation sorgt. Der Vorteil dieses Aufbaus ist, dass der Raum im Inneren des Parallelogramms frei ist und daher auch die Sicht im OP weniger behindert.
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Eine noch bessere Sicht gestattet hingegen der Aufbau gemäss 3, der nur über einen einzigen Tragarm 4a verfügt. Bei diesem Aufbau ist einerseits symbolisch ein durch einen Verschiebemotor 55 verschiebbares Ausgleichsgewicht 54 dargestellt. Der Tragarm 4a ist am Schwenklagerbock 2b gelagert. Um die Lagerachse 46 ist ein Winkelmessensor 45 angeordnet, der die Relativlage zwischen Tragarm 4a und Schwenklagerbock 2b misst und die Messwerte an eine elektronische Steuerung 37 weiterleitet. Diese steuert ihrerseits den Antrieb 44c für die Gewindespindel zur Tragarmverlängerung des Tragarms 4a. Der symbolisch dargestellte Aufbau ist hier insofern anders, als der Antrieb 44c ein Elektromotor mit innenliegender Gewindebüchse 39 als Rotor ist, der die Spindel aufnimmt, die an ihrem distalen Ende einen verschieblichen Teil 53a des Tragarms 4a trägt. Dieser Teil 53a trägt den Mikroskophalter 6d über eine Mikroskophalterschwenkachse 15. Dieser Aufbau ist insofern weiterentwickelt, als er ausserdem einen anderen ersten Stellmotor 23a trägt, der einerends am Teil 53a des Tragarmes 4a und anderenends am Mikroskopträger 6d festgelegt ist, so dass er bei Erregung den Winkel zwischen den letztgenannten Bauteilen ferngesteuert einstellen kann. Die Fernsteuerung erfolgt über die Steuerung 37, die die Verstellbefehle aufgrund der gemessenen Winkellage 29 beim Winkelsensor 45 vornimmt. Dieser Zusatzaufbau bewirkt, dass bei einer bestimmten Winkellage 29 eine bestimmte Winkel-Einstellung des Mikroskophalters 6d relativ zum Tragarm 4a vorgenommen wird. An der unteren Position des strichpunktiert abgesenkt eingezeichneten Operationsmikroskops 28 ist ersichtlich, was die Steuerung 37 über die Antriebe 44c und 23a zu leisten imstande ist: Sie hält die Hauptachse 27 am bzw. im selben Lot, obwohl die Höhenlage des Operationsmikroskops 28 verändert wurde und der Tragarm entsprechend verschwenkt wurde.
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4 zeigt eine Variante zum Aufbau gemäss 3 hier ist ein innenliegender Antrieb 44d innerhalb des Tragarms 4b festgelegt. Er trägt eine Gewindespindel 49a, die ihrerseits in einer Gewindebüchse 39 gehalten ist, die ihrerseits in einem Teil 53b des Tragarms 4b festgelegt ist. Der Teil 53b ist mit seinem Aussenprofil am Innenprofil des Tragarms 4b geführt, so dass er einen echten Teleskopcharakter aufweist.
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5 zeigt eine Variante mit einem zweigeteilten Tragarm 4b (äusserer) und 4c (innerer Teil). Ein Teleskopmotor 31 (Antrieb) kann über eine Teleskopspindel 32 die beiden Teile des Tragarms 4b und 4c zueinander verschieben, wodurch sich die Tragarmlänge einstellen lässt. Wie nicht näher gezeigt, hat die Abstützfeder 20c entweder auch eine parallel ansteuerbare Teleskopverlängerung – wie nur angedeutet (44d) – oder ist mit ihrer Federkennlinie so eingestellt, dass sie die unterschiedliche Abstützkraft je nach Tragarmlänge automatisch aufbringt.
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6 zeigt den distalen Teil eines Tragarms
4a mit einer speziellen Ausrüstung, die insbesondere auch in der
DE 10 2011 119 814.1 angegeben und hierin inkorporiert ist:
Am distalen Ende der Abstützfeder
20 ist diese an einem Anlenkflansch
19 schwenkbar befestigt.
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Am distalen Ende des Tragarms 4a befindet sich eine Mikroskophalterschwenkachse 15, die einen Mikroskophalter 6 trägt. Dieser zeigt symbolisch eine Drehachse 8 für das Operationsmikroskop 28, welches an ein Mikroskopinterface 18 (10) angeschlossen werden kann. Das Mikroskopinterface 18 befindet sich an einem Drehlager 9 für das Operationsmikroskop 28, das mittels Bremse 7 arretiert werden kann.
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Um das Operationsmikroskop 28 bzw. seinen Mikroskophalter 6 in Bezug auf den Tragarm 4a und/oder in Bezug auf das Lot winkelmässig einzustellen, ist ein erster Stellmotor 23 vorgesehen, der über ein Winkelgetriebe 14 die Neigungseinstellung des Mikroskophalters 6 relativ zum Lot vornimmt, bzw. dessen lotrechte Lage sicherstellt. Die Winkellage 21 ist im Grunde nicht relevant aber dennoch ein Mass für die gewünschte Einstellung.
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6 zeigt darüber hinaus einen Neigungssensor 10. Dieser Sensor ist am Mikroskopträger 6 montiert. Seine Aufgabe ist es, eine allfällige Abweichung von der vertikalen Lage zu messen und entsprechende Stellbefehle zu generieren, mittels derer der erste Stellmotor 23 angetrieben wird, um die vertikale Lage einzustellen. Ein Adaptierflansch 11 für das Winkelgetriebe 14 ist eingezeichnet.
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Alternativ zu diesem Sensor 10 könnte, wie in 7 dargestellt auch ein Winkelsensor 45 um die Schwenkarmlagerachse 3 angeordnet sein. Der dort abmessbare Schwenkwinkel ist ein Komplementärwinkel zu dem Winkelwert 21 (6), der die Winkellage zwischen Tragarm 4a und Drehachse 8 angibt, die jedenfalls parallel zur Hauptachse 27 des Operationsmikroskops 28 liegt. Über diesen Wert könnte also auch der erste Stellmotor 23 angesteuert werden.
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9 zeigt im Detail, wie bei diesem Ausführungsbeispiel die Mikroskophalterschwenkachse 15 mittels Traglager 5a und 5b im Tragarm 4a gehalten ist und andererseits den Mikroskophalter 6 an seinem Lagerbock 16 aufnimmt. Man sieht auch, wie beispielhaft zwei Gleit-Führungen 56a und 56b seitlich des Lagerbocks 16 vorgesehen ist, die einerseits die Lager 5a und 5b aufnehmen und anderenends im Tragarm 4 (nicht gezeichnet) festgelegt sind. Sie stellen also eine weitere Variante der bisher gezeigten Tragarmverlängerungen dar.
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Aus 10 wird die Antriebshohlwelle 17 besser ersichtlich, die für die Kraftübertragung zwischen Winkelgetriebe 14 und Tragarm sorgt. Das Winkelgetriebe samt erstem Stellmotor 23 ist am distalen Ende des Tragarmes 4a montiert. Eine Betätigung des Motors bewirkt über das Winkelgetriebe eine Drehbewegung der Schwenkachse 15, die den Lagerbock 16 drehfest mitnimmt und somit eine Änderung der Winkellage 21.
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Der Tragarm 4d, 4e ist beim Aufbau nach 11 ebenso zweigeteilt, diesmal allerdings, um eine Schwenkbewegung des Mikroskophalters um eine Drehachse 36 im Tragarm 4d, 4e herum zu ermöglichen. So kann auch ein Schwenkwinkel 24 umstrichen werden, bzw. kann wie symbolisch dargestellt ist, ein mit dem Tragarm 4d verbundener anderer Stellmotor 22, der über ein Stellglied 26 und eine Abstützfläche 25 am Mikroskoplager 6 für einen Stellvortrieb sorgen kann, die Winkellage 24 einstellen.
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12 zeigt symbolisch die Verbindung der drehbaren Tragarmteile 4d und 4e.
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13 zeigt eine Variante mit einem schwenkbaren Vertikaltragarm 40, der entsprechend dem Stand der Technik als Parallelogramm-Tragarm (Prinzip der Doppelwaage im Unterschied zum Aufbau gemäss 1) aufgebaut ist. Ein vertikaler Parallelogramm-Tragarm 40 ist um eine Achse 41 im Stativkörper 42 schwenkbar. Der horizontale Tragarm 4a ist jedoch im Unterschied zum Prinzip aus dem Stand der Technik gemäss 14 (Parallelogramm-Tragarm 34) ist jedoch der Tragarm 4a hier einlagig bzw. einarmig ausgebildet, während er gemäss 14 ebenfalls als Parallelogramm-Tragarm 34 aufgebaut ist. Ein anderer erster Stellmotor 23a, der hier als Spindelantrieb gezeichnet ist, sorgt wiederum für die richtige Winkeleinstellung des Mikroskopträgers 6a relativ zum Lot bzw. relativ zum Tragarm 4a. Ein Antrieb 44b dient zusammen mit einer umlaufenden Gewindebüchse und einer darin eingreifenden Gewindespindel der Tragarmverlängerung.
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Aus 14 sieht man symbolisch ein modifiziertes Stativ aus dem Stand der Technik zur Kompensation der Schwenkwinkellage 29 auf den Mikroskophalter. Die obere Stange im Parallelogramm-Tragarm 34, der Übertragungsteil (Crank Member) 33 und die im Bild lotrechte Zugstange 35, die an ihrem proximalen Ende mit dem Stativkörper 42 verbunden ist, bewirken, dass der Mikroskopträger 6a stets in einer lotrechten Lage bleibt, unabhängig vom Schwenkzustand des Parallelogramm-Tragarms 34 oder des Schwenkzustandes des Vertikaltragarms 40. Neu gegenüber dem Stand der Technik ist hingegen die Verlängerbarkeit der beiden Teile des Tragarms 4c und 4d des Parallelogramm-Tragarms 34. Antriebe 44c und 44d dienen der erfindungsgemässen Verlängerbarkeit.
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Zusammenfassend kann gesagt werden: Die Erfindung betrifft ein Stativ und ein Operationsmikroskop 28, mit einem schwenkbaren Tragarm 4. Dieser ist in Abhängigkeit von seinem Schwenkwinkel 29 längenveränderlich. Er trägt einen in wenigstens einer Ebene schwenkbaren Mikroskophalter 6 am distalen Ende des Tragarms 4, wobei gemäss einer Weiterentwicklung die Winkellage 21; 24 des Mikroskophalters 6 in Bezug auf den Tragarm 4 festlegbar ist, und einen motorischen Antrieb, der einerseits am Tragarm und andererseits am Mikroskophalter 6 angreift und im Betriebsfall die Winkellage 21; 24 ferngesteuert und/oder automatisch festlegt. Der Aufbau erleichtert die Bedienung durch einen Chirurgen und stellt sicher, dass dieser auch nach Höhenlageveränderungen des Operationsmikroskops 28 gleich orientierte Sicht auf das Operationsfeld hat.
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Bezugszeichen ohne Indizes stehen in dieser Anmeldung für alle gleichnamigen Bezugszeichen mitsamt ihren unterschiedlichen Indizes.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stativachse
- 2, 2a, 2b, 2c, 2d
- Schwenklagerbock
- 3, 3a
- Tragarm-Lagerachse
- 4, 4a, 4b
- Tragarm, Teleskoparm aussen
- 4c
- Tragarm, Teleskoptragarm innen
- 4d
- Teil des Tragarms aussen mit Rotationslager
- 4e
- Teil des Tragarm innen im Rotationslager
- 4f, g
- Teil des Tragarms
- 5, 5a, 5b
- Traglager
- 6, 6a, 6b, 6c, 6d
- Mikroskophalter
- 7
- Bremse für Drehbewegung des Operationsmikroskop
- 8
- Drehachse für Operationsmikroskop
- 9
- Drehlager für Operationsmikroskop
- 10
- Schwenkneigungs-Sensor
- 11
- Adaptierflansch
- 12
- Getriebegehäuse
- 13
- Motorgehäuse
- 14
- Winkelgetriebe
- 15
- Mikroskophalter-Schwenkachse
- 16
- Lagerbock des Mikroskophalters
- 17
- Antriebshohlwelle
- 18
- Mikroskopinterface
- 19
- Anlenkflansch für Abstützfeder
- 20
- Abstützfeder
- 21
- Winkellage des Mikroskophalters relativ zum Tragarm 4
- 22
- anderer Stellmotor
- 23, 23a
- erster Stellmotor
- 24
- Winkellage des Mikroskophalters relativ zur Horizontalen bzw. zur Mikroskophalterschwenkachse 15
- 25
- Abstützfläche
- 26
- Stellglied
- 27
- Hauptachse des Mikroskops
- 28
- Operationsmikroskop
- 29
- Winkellage
- 30, 30a, 30b
- Tragarm, vertikaler Tragarm des Stativkörpers 42
- 31
- Teleskopmotor bzw. Antrieb für Tragarmverlängerung
- 32
- Teleskopspindel
- 33
- Crank Member
- 34
- Tragarm, horizontaler Parallelogramm-Tragarm
- 35
- Zugstange
- 36
- Drehachse
- 37
- Steuerung
- 40
- Vertikaltragarm, schwenkbarer vertikaler Parallelogramm-Vertikaltragarm
- 41
- Achse
- 42
- Stativkörper
- 44a, 44b, 44c, 44d
- Antrieb für Längenvariation
- 45
- Winkelsensor
- 46
- proximales Teiltragarmlager für 4f
- 47
- proximales Teiltragarmlager für 4g
- 48
- Tragteil
- 49
- Spindel
- 50
- Beleuchtungseinrichtung
- 51
- Doppelpfeil
- 52
- Drehlager
- 53a, b
- Teil des Tragarms 4
- 54
- Ausgleichsgewicht
- 55
- Verschiebemotor
- 56
- Gleitschiene
