DE102013004591A1

DE102013004591A1 - Chirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE102013004591A1
Application number: DE102013004591.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lohmeier; Wolfgang Schober
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Zum lösbaren Koppeln eines Instrumentenmoduls (1) und Instrumententeils (2) eines chirurgischen Instruments wird ein Elektromagnet (31) einer Magnetanordnung des Instrumentenmoduls aktiviert oder deaktiviert, ein Permanentmagnet (30) der Magnetanordnung in eine Verriegelungsposition verstellt, und/oder eine Winkelstellung einer angekoppelten Gegenelementanordnung des Instrumententeils durch einen Winkelsensor (50) des Instrumentenmoduls erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein, insbesondere robotergeführtes, chirurgisches Instrument mit einem Instrumententeil, insbesondere einem Instrumentenschaft mit einem Endeffektor, sowie einem damit lösbar koppelbaren Instrumentenmodul, insbesondere einem Antriebsmodul zum Aktuieren des Endeffektors, sowie ein Verfahren zum Ankoppeln eines solchen Instrumententeils.
In der minimalinvasiven Chirurgie wird ein chirurgisches Instrument durch eine lokale Öffnung in einen Patienten eingeführt. Insbesondere, wenn das Instrument durch einen Roboter geführt wird, kann ein Endeffektor im Inneren des Patienten, beispielsweise eine Schere oder endoskopische Optik, durch einen extrakorporalen Antrieb, zum Beispiel einen Elektromotor, aktuiert werden, beispielsweise verschwenkt und/oder geschlossen. Insbesondere, um unterschiedliche Endeffektoren verwenden und/oder die Sterilitätsanforderungen bei einer Operation besser erfüllen zu können, ist es vorteilhaft, wenn Antrieb und Endeffektor voneinander lösbar sind.
Aus der WO 2009/061915 A2 ist ein chirurgisches Instrument mit einem Antriebsmodul und einem Instrumentenschaft bekannt. Drehbare Koppelelemente des Antriebsmoduls und damit fluchtende drehbare Gegenelemente des Instrumentenschafts werden über sterile Kupplungen formschlüssig in einer ausgezeichneten Orientierung angekoppelt.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, das Ankoppeln eines Instrumententeils an ein Instrumentenmodul eines, insbesondere robotergeführten, chirurgischen Instruments zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Instrumentenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst. Anspruch 9 stellt ein damit koppelbares Instrumententeil, Anspruch 10 ein entsprechendes chirurgisches Instrument und Anspruch 15 ein entsprechendes Verfahren unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein chirurgisches Instrument ein Instrumentenmodul und ein damit lösbar verbindbares, insbesondere verbundenes, Instrumententeil auf. Das chirurgische Instrument kann insbesondere robotergeführt sein bzw. das Instrumentenmodul oder Instrumententeil eine, insbesondere elektromechanische, Schnittstellung zur, insbesondere mechanischen und/oder signaltechnischen, Befestigung an einem Roboter aufweisen. Nach einem Aspekt wird ein Roboter mit einem robotergeführten chirurgischen Instrument unter Schutz gestellt. In einer Ausführung ist das chirurgische Instrument ein minimalinvasives Instrument, das zum teilweisen Einführen in einen Patienten durch eine sogenannte Trokaröffnung vorgesehen bzw. eingerichtet ist.
Das Instrumentenmodul weist in einer Ausführung einen in einen Patienten einführbaren Instrumentenschaft mit einem Endeffektor auf, das damit lösbar verbindbare Instrumententeil einen Antrieb zum Aktuieren des Endeffektors. Gleichermaßen kann auch das Instrumentenmodul einen Antrieb zum Aktuieren eines Endeffektors eines in einen Patienten einführbaren Instrumentenschafts des Instrumententeils aufweisen. Zur kompakteren Darstellung wird daher vorliegend allgemein von Instrumentenmodul und -teil gesprochen, das jeweils als Antriebs- bzw. Endeffektormodul bzw. -teil ausgebildet sein kann.
Der Endeffektor kann insbesondere ein Skalpell, eine Sonde, Schere, Zange oder Klemme, eine Optik zum Aussenden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlung und/oder eine Fluidöffnung zum Ausführen und/oder Einsaugen von Gas und/oder Flüssigkeit sein. Ein Aktuieren des Endeffektors kann insbesondere ein Verschwenken des Endeffektors um eine, zwei oder drei Achsen relativ zu dem Instrumentenschaft und/oder ein Betätigen, insbesondere Öffnen bzw. Schließen, des Endeffektors umfassen, insbesondere sein. Der Antrieb kann einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann der Antrieb ein oder mehrere Handelemente, insbesondere Griffe und/oder Räder, zum manuellen Aktuieren des Endeffektors aufweisen. Allgemein kann der Antrieb zum elektromotorischen, elektromagnetischen, pneumatischen, hydraulischen und/oder manuellen Aktuieren des Endeffektors eingerichtet sein.
Um eine Bewegung bzw. Kraft zwischen Antrieb und Endeffektor zu vermitteln, wobei auch ein antiparalleles Kräftepaar, d. h. ein Drehmoment verallgemeinernd eine Kraft im Sinne der vorliegenden Erfindung sein kann, weist das Instrumentenmodul eine Koppelelementanordnung mit einem oder mehreren Koppelelementen auf, das damit lösbar verbindbare Instrumententeil eine Gegenelementanordnung mit einem oder mehreren Gegenelementen zum Ankoppeln der Koppelelementanordnung.
Ein oder mehrere Koppelelemente und das bzw. die damit koppelbaren bzw. gekoppelten Gegenelemente sind in einer Ausführung translatorisch beweglich, um jeweils einen Freiheitsgrad des Endeffektors zu aktuieren. Insbesondere können solche Koppelelemente in einem Schublager des Instrumentenmoduls, vorzugsweise verdrehsicher, verschiebbar geführt, insbesondere als Stößel ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Koppelelemente und das bzw. die damit koppelbaren bzw. gekoppelten Gegenelemente rotatorisch beweglich sein, um jeweils einen Freiheitsgrad des Endeffektors zu aktuieren. Insbesondere können solche Koppelelemente in einem Drehlager des Instrumentenmoduls, vorzugsweise axialfest, verdrehbar geführt, insbesondere als Welle ausgebildet sein.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein oder mehrere, insbesondere alle Koppelelemente der Koppelelementanordnung mit der Gegenelementanordnung bzw. deren Gegenelement(en) magnetisch koppelbar bzw. gekoppelt. Hierzu weisen in einer Ausführung das bzw. die Koppelelemente der Koppelelementanordnung des Instrumentenmoduls jeweils eine Magnetanordnung zum magnetischen Ankoppeln eines Gegenelements der Gegenelementanordnung auf. Das bzw. die Gegenelemente des Instrumententeils weisen in einer Ausführung entsprechend einen magnetisch beaufschlagbaren Bereich auf. Unter einem magnetisch beaufschlagbaren Bereich wird vorliegend insbesondere ein Bereich aus einem Material verstanden, das eine Permeabilitätszahl bzw. relative Permeabilität μ_r aufweist, die wenigstens 10 beträgt, insbesondere einen Bereich aus einem ferromagnetischen oder dauermagnetischen Material.
Durch die magnetische Ankopplung der Koppel- und Gegenelementanordnung kann der Antrieb auf vorteilhafte Weise, insbesondere einfach, steril und/oder zuverlässig, lösbar mit dem Endeffektor wirkverbunden werden. Dabei kann die Magnetanordnung in einer Ausführung antriebsseitig angeordnet bzw. das Instrumentenmodul als Antriebsmodul ausgebildet sein. Dadurch kann insbesondere das Instrumententeil mit Instrumentenschaft und Endeffektor leichter, kompakter und/oder billiger, insbesondere als Einmalartikel, ausgebildet und/oder besser sterilisierbar werden bzw. sein. Gleichermaßen kann die Magnetanordnung auch endeffektorseitig angeordnet sein bzw. das Instrumentenmodul den Instrumentenschaft und Endeffektor aufweisen.
In einer Ausführung kann die Magnetanordnung eines oder mehrerer Koppelelemente einen oder mehrere Permanent- bzw. Dauermagnete aufweisen.
In einer Ausführung sind der bzw. die Permanentmagnete magnetisch derart dimensioniert, dass sie das jeweilige Gegenelement betriebssicher ankoppeln, wenn es dem Koppelelement benachbart ist, jedoch durch eine entsprechende größere Demontagekraft von diesem abgekoppelt werden können, insbesondere, indem Koppel- und Gegenelement voneinander beabstandet werden.
Vorzugsweise können jedoch ein Koppel- und ein Gegenelement voneinander abgekoppelt werden, ohne sie voneinander zu beabstanden.
Hierzu weist die Magnetanordnung eines oder mehrerer Koppelelemente in einer Ausführung einen oder mehrere Elektromagnete auf, die, insbesondere durch ein hierzu eingerichtetes Steuermittel, das insbesondere in einer Antriebssteuerung des Instruments implementiert sein kann, wahlweise bestrombar ist bzw. bestromt wird.
Durch wahlweise bestrombare Elektromagnete kann in einer Ausführung eine stromlos geöffnete Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement bzw. ein sogenanntes Ruhestromprinzip vorgesehen sein. Dies kann es vorzugsweise ermöglichen, Instrumentenmodul und -teil bzw. Antrieb und Endeffektor stromlos und somit zuverlässig zu trennen, um beispielsweise auch bei einem Defekt den Endeffektor manuell aus dem Patienten entfernen zu können.
Gleichermaßen kann durch wahlweise bestrombare Elektromagnete in einer Ausführung eine stromlos geschlossene Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement bzw. ein sogenanntes Arbeitsstromprinzip vorgesehen sein. Dies kann es vorzugsweise ermöglichen, auch bei einem Stromausfall Instrumentenmodul und -teil bzw. Antrieb und Endeffektor zuverlässig zu koppeln.
In einer Ausführung weist eine Magnetanordnung hierzu sowohl einen oder mehrere wahlweise bestrombare Elektromagnete als auch einen oder mehrere hierzu gegensinnige Permanentmagnete auf. Unter einem zu einem Elektromagneten gegensinnigen Permanentmagnet wird vorliegend insbesondere ein Permanentmagnet verstanden, dessen Magnetfeld durch den bestromten Elektromagneten in einem Koppelbereich von Koppel- und Gegenelement geschwächt, insbesondere – wenigstens im Wesentlichen – kompensiert bzw. neutralisiert wird. Fällt diese Schwächung bzw. Kompensation bei unbestromtem Elektromagneten fort, koppelt der dann ungeschwächte bzw. -kompensierte Permanentmagnet Koppel- und Gegenelement aneinander.
Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung eine Magnetanordnung sowohl einen oder mehrere wahlweise bestrombare Elektromagnete als auch einen oder mehrere hierzu gleichsinnige Permanentmagnete aufweisen. Unter einem zu einem Elektromagneten gleichsinnigen Permanentmagnet wird vorliegend insbesondere ein Permanentmagnet verstanden, dessen Magnetfeld durch den bestromten Elektromagneten in einem Koppelbereich von Koppel- und Gegenelement verstärkt wird. Hierdurch kann vorteilhaft die Haftkraft erhöht werden. Gegenüber einer Lösung ohne Permanentmagnet kann in einer Ausführung der zur Kraftübertragung erforderliche Elektromagnetstrom und damit der Energieverbrauch und die Wärmeentwicklung reduziert werden. Gegenüber einer Lösung ohne Elektromagnet kann in einer Ausführung der Permanentmagnet reduziert werden. Zusätzlich oder alternativ können in einer Ausführung ein oder mehrere Permanentmagnete einer Magnetanordnung an, insbesondere in, dem Koppelelement zwischen einer Verriegelungs- und einer hiervon verschiedenen Entriegelungsposition verstellbar, insbesondere verschieb- und/oder -drehbar gelagert sein bzw. verstellt, insbesondere verschoben und/oder -dreht werden. In einer Weiterbildung sind der bzw. die Permanentmagnete elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder manuell verstellbar. Zusätzlich oder alternativ können der bzw. die Permanentmagnete in der Verriegelungs-, der Entriegelungs- und/oder einer von beiden verschiedenen weiteren Position arretierbar sein.
Indem in einer Ausführung ein Permanentmagnet von einem Koppelbereich von Koppel- und Gegenelement entfernt wird, kann die magnetische Kopplung von Koppel- und Gegenelement durch diesen Permanentmagnet reduziert und so Koppel- und Gegenelement entkoppelt werden. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung das Koppelelement einen magnetisch leitenden Bereich zum Ankoppeln des Gegenelements aufweisen, welcher durch einen Permanentmagneten, wenigstens im Wesentlichen, nur magnetisch beaufschlagt wird, wenn dieser in der Verriegelungsposition ist, bzw. welcher von dem Permanentmagneten magnetisch getrennt ist, wenn dieser in der Entriegelungsposition ist.
Allgemein kann in einer Ausführung das Koppelelement einen magnetisch leitenden Bereich zum Ankoppeln des Gegenelements aufweisen, welcher, insbesondere wahlweise, vorzugsweise durch Bestromen bzw. Nichtbestromen wenigstens eines Elektromagneten und/oder Verstellen wenigstens eines Permanentmagneten in die Verriegelungsposition, durch die Magnetanordnung magnetisch beaufschlagbar ist bzw. beaufschlagt wird. Unter einem magnetisch leitenden Bereich wird vorliegend insbesondere ein Bereich aus einem Material verstanden, das eine Permeabilitätszahl bzw. relative Permeabilität μ_r aufweist, die wenigstens 10 beträgt, insbesondere einen Bereich aus einem ferromagnetischen Material. Indem ein Permanentmagnet außer magnetischen Eingriff mit dem magnetisch leitenden Bereich des Koppelelements verstellt wird, wird die von dem magnetisch leitenden Bereich auf ein Gegenelement ausgeübte Magnetkraft geschwächt, insbesondere – wenigstens im Wesentlichen – eliminiert, so dass die magnetische Kopplung entfällt. Dadurch kann vorzugsweise ein Verstellweg zum Ab- bzw. Entkoppeln durch Verstellen eines Permanentmagneten in eine Entriegelungsposition reduziert werden. Insbesondere, indem in einer Ausführung ein Koppelelement ein Joch aus einem magnetisch leitenden Material aufweist, um das eine wahlweise bestrombare Spule angeordnet ist, kann in einer Ausführung allgemein die Magnetanordnung, insbesondere ein Elektromagnet, integral mit dem Koppelelement ausgebildet sein.
Zum Koppeln eines Instrumentenmoduls und Instrumententeils eines chirurgischen Instruments wird somit nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wenigstens ein Elektromagnet der Magnetanordnung des Instrumentenmoduls aktiviert bzw. bestromt und so vorzugsweise eine stromlos geöffnete Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement geschlossen. Zum Abkoppeln wird der Elektromagnet entsprechend deaktiviert bzw. nicht bestromt.
Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Permanentmagnet der Magnetanordnung des Instrumentenmoduls in die Verriegelungsposition verstellt werden. Zum Abkoppeln wird der Permanentmagnet entsprechend in die Entriegelungsposition verstellt.
Insbesondere, um eine stromlos geschlossene Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement zu schließen, wird in einer Ausführung zum Koppeln eines Instrumentenmoduls und Instrumententeils eines chirurgischen Instruments wenigstens ein Elektromagnet der Magnetanordnung des Instrumentenmoduls, die zusätzlich wenigstens einen Permanentmagneten aufweist, deaktiviert bzw. nicht bestromt. Zum Abkoppeln wird der Elektromagnet entsprechend aktiviert bzw. bestromt.
In einer Ausführung sind Koppel- und Gegenelement bzw. Koppel- und Gegenelementanordnung zusätzlich zu der magnetischen Ankopplung formschlüssig verbindbar bzw. verbunden, vorzugsweise, um sie relativ zueinander zu zentrieren und/oder drehfestzulegen. Insbesondere kann eines von dem Koppel- und dem Gegenelement wenigstens einen exzentrischen Vorsprung aufweisen, der in eine entsprechende Aussparung in dem anderen von dem Koppel- und dem Gegenelement oder einer zwischen diesen angeordneten sterilen Barriere, insbesondere einem Koppelstück einer solchen Barriere, eingreift, wenn Koppel- und Gegenelement, gegebenenfalls über eine Barriere, aneinander gekoppelt sind. Die magnetische Kopplung kann diesen Formschluss in einer Ausführung axial sichern.
Gleichermaßen kann eines von dem Koppel- und dem Gegenelement bolzenartig in einen Hülsen- bzw. Buchsenbereich des anderen von dem Koppel- und dem Gegenelement eingreifen, wenn Koppel- und Gegenelement aneinander gekoppelt sind, insbesondere das Koppelelement bolzenartig in einen Hülsen- bzw. Buchsenbereich des Gegenelements oder das Gegenelement bolzenartig in einen Hülsen- bzw. Buchsenbereich des Koppelelements. Hierdurch können in einer Ausführung Koppel- und Gegenelement senkrecht zu ihrer Längserstreckung formschlüssig festgelegt sein, wobei die magnetische Kopplung sie in Richtung ihrer Längserstreckung kraftschlüssig festlegt.
In einer Ausführung sind Instrumentenmodul und/oder -teil sterilisierbar bzw. steril. Insbesondere, wenn Instrumentenmodul oder -teil einen elektromotorischen Antrieb zum Aktuieren eines Endeffektors des Instruments aufweisen, kann es schwierig sein, dieses zu sterilisieren. Insbesondere daher kann in einer Ausführung zwischen der Koppelelementanordnung und der Gegenelementanordnung eine sterile Barriere angeordnet werden bzw. sein. Die sterile Barriere kann insbesondere, wenigstens im Koppelbereich, flexibel ausgebildet sein, um eine Bewegung von Koppel- und Gegenelementen zur Aktuieren des Endeffektors unter elastischer Deformation mitzumachen.
In einer Ausführung weist die sterile Barriere ein Koppelstück zum magnetischen Ankoppeln eines Gegenelements an ein Koppelelement auf. Das Koppelstück kann mittels einer Dichtung beweglich mit der restlichen Barriere, insbesondere einer Folie, verbunden oder fest mit dieser verbunden, insbesondere integral ausgebildet, sein. Hierdurch kann eine mechanische Kraftübertragung über die Barriere hinweg verbessert werden. In einer Ausführung weist das Koppelstück ein magnetisch leitendes Material auf, um die magnetische Ankopplung zu verbessern.
Insbesondere, wenn Koppel- und Gegenelement, insbesondere formschlüssig, aneinander zentriert sind, kann es vorteilhaft sein, wenn das Koppel- oder Gegenelement mit Spiel in einer Führung des Instrumentenmoduls bzw. -teils gelagert ist. Auf diese Weise kann das Koppel- bzw. Gegenelement beim Ankoppeln einen gewissen Lateralversatz kompensieren.
In einer Ausführung sind Koppel- und Gegenelement stößel- bzw. wellenartig ausgebildet und auf Stoß bzw. stirnseitig aneinander gekoppelt, wobei die Magnetanordnung Koppel- und Gegenelement in Richtung ihrer, vorzugsweise fluchtenden, Längserstreckung gegeneinander zieht, um Zugkräfte bzw. Drehmomente zu übertragen.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung können Koppel- und Gegenelementanordnung vorteilhafterweise steril, kompakt und/oder – wenigstens im Wesentlichen – spiel- bzw. schlupffrei und/oder ohne visuelle Kontrolle aneinander ge- bzw. voneinander abgekoppelt werden.
Insbesondere, wenn ein Koppelelement und ein Gegenelement magnetisch miteinander drehfest gekoppelt werden, kann dies – insbesondere ohne zusätzliche formschlüssige Verbindung oder bei mehrdeutigen formschlüssigen Verbindungen wie beispielsweise einer Hirth-Verzahnung – dazu führen, dass die Winkelstellung des Gegenelements relativ zum Instrumentenmodul nach dem Ankoppeln nicht eindeutig bekannt ist. Dies ist jedoch insbesondere bei minimalinvasiver Roboterchirurgie, bei der der intrakorporale Endeffektor durch den extrakorporalen Antrieb exakt aktuiert werden soll, erforderlich.
Daher weist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, der vorzugsweise mit den vorstehend erläuterten Aspekten kombiniert sein kann, ein Instrumentenmodul eine Koppelelementanordnung mit einem oder mehreren drehbar gelagerten Koppelelementen auf, die lösbar an drehbar gelagerte Gegenelemente einer Gegenelementanordnung eines Instrumententeils angekoppelt werden können, durch die ein Endeffektor eines chirurgischen Instruments aktuierbar ist, welches das Instrumentenmodul und das daran gekoppelte Instrumententeil aufweist.
Koppel- und Gegenelement(anordnung) können in einer Ausführung formschlüssig aneinander gekoppelt bzw. koppelbar sein, insbesondere durch eine Verzahnung, vorzugsweise eine Hirth- oder Stirnradverzahnung. Ist zwischen Koppel- und Gegenelementanordnung eine sterile Barriere angeordnet, können Koppel- und Gegenelement(anordnung) in einer Ausführung formschlüssig mit einem Koppelstück gekoppelt bzw. koppelbar sein, welches vorzugsweise drehbeweglich in der Barriere gelagert ist.
Allgemein sind Koppel- und Gegenelement(anordnung) nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung in zwei oder mehr unterschiedlichen Orientierungen aneinander koppelbar, wobei als Orientierung vorliegend insbesondere eine Drehlage bzw. -stellung zwischen Koppel- und Gegenelement um deren Drehachse bezeichnet wird. Diese Orientierungen können diskrete Orientierungen sein. In einem einfachen Fall weist eines von einem Koppel- und einem Gegenelement einen oder mehrere Vorsprünge auf, die in wenigstens zwei verschiedenen Orientierungen zwischen Koppel- und Gegenelement in entsprechende Aussparungen in dem anderen von dem Koppel- und dem Gegenelement eingreifen können. Gleichermaßen können Koppel- und Gegenelement korrespondierende Verzahnungen aufweisen, die in um die Zahnteilung versetzten Orientierung ineinander eingreifen und so Koppel- und Gegenelement koppeln können. Die unterschiedlichen Orientierungen können gleichermaßen geometrisch unbestimmt bzw. frei sein, beispielsweise, indem ein Elektromagnet in einem Koppelelement aktiviert wird und einen ferromagnetischen Bereich eines Gegenelements, dessen ebene Stirnseite die ebene Stirnseite des Koppelelements in einer beliebigen Orientierung kontaktiert, in dieser Orientierung fixiert.
Insbesondere, um bei solchen Ankopplungen, die in mehreren Orientierungen zwischen Koppel- und Gegenelement möglich sind, den Endeffektor durch einen Antrieb besser, vorzugsweise ohne vorherige Rekalibrierung, aktuieren zu können, weist das Instrumentenmodul in einer Ausführung einen Winkelsensor zum Erfassen einer Winkelstellung der angekoppelten Gegenelementanordnung, insbesondere eines Senders, an, insbesondere in, einem oder mehreren Gegenelementen, auf. Der Winkelsensor kann dabei mehrere Einzelsensoren zum Erfassen je einer Winkelstellung eines angekoppelten Gegenelements aufweisen. Das bzw. die Gegenelemente der Gegenelementanordnung weisen entsprechend jeweils drehfeste Sender auf, die dazu eingerichtet sind, durch den Winkelsensor des Instrumentenmoduls, insbesondere einen Einzelsensor, erfasst zu werden.
Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch die Menge der Winkelstellungen von zwei oder mehr, insbesondere allen Gegenelementen der Gegenelementanordnung verallgemeinernd als eine Winkelstellung der Gegenelementanordnung im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet. Eine Winkelstellung eines Gegenelements kann insbesondere eine Orientierung bzw. Drehstellung dieses Gegenelements relativ zu dem Instrumentenmodul, insbesondere relativ zu einer gehäuse- oder drehlagerfesten Referenz sein. Gleichermaßen kann eine Winkelstellung eines Gegenelements eine Orientierung bzw. Drehstellung dieses Gegenelements relativ zu dem angekoppelten Koppelelement sein.
In einer Ausführung ist der Winkelsensor dazu eingerichtet, zusätzlich eine Orientierung bzw. Drehstellung des an das Gegenelement angekoppelten Koppelelements relativ zu dem Instrumentenmodul, insbesondere relativ zu einer gehäuse- oder drehlagerfesten Referenz zu erfassen. In einer Weiterbildungkann daraus, insbesondere durch vorzeichenrichtige Addition, mit der Winkelstellung des Gegenelements relativ zu dem angekoppelten Koppelelement die Winkelstellung des Gegenelements relativ zu einer gehäuse- oder drehlagerfesten Referenz ermittelt werden. Gleichermaßen kann umgekehrt mit der Winkelstellung des Gegenelements relativ zu einer gehäuse- oder drehlagerfesten Referenz die Winkelstellung des Gegenelements relativ zu dem angekoppelten Koppelelement erfasst bzw. ermittelt werden.
Der Winkelsensor kann zum berührungslosen Erfassen der Winkelstellung der Gegenelementanordnung bzw. der Winkelstellung(en) des Senders bzw. der Sender eingerichtet sein. Er kann insbesondere ein magnetischer, elektrischer, kapazitiver und/oder optischer Winkelsensor sein. Der bzw. die Sender können aktiv oder passiv sein und insbesondere einen Permanentmagneten, dessen Nord-Süd-Achse vorzugsweise, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht zur Drehachse des Gegenelements orientiert sein kann, einen Transponder, vorzugsweise eines RFID-Systems, eine optische Markierung oder dergleichen aufweisen.
In einer Ausführung ist der Winkelsensor als Absolutwertgeber bzw. dazu ausgebildet, eine absolute Winkelstellung der Gegenelementanordnung relativ zu Instrumentenmodul bzw. Koppelelement zu erfassen, beispielsweise mittels eines absolutcodierten Senders oder Empfängers. Die Kodierung kann einen Winkelbereich von 360° aufweisen (sogenannte Singleturn-Absolutwertgeber), so dass der Winkelsensor zwei um 360° verdrehte Winkelstellungen als dieselbe Winkelstellung erfasst. In einer anderen Ausführung kann die Kodierung einen Winkelbereich von mehr als 360° aufweisen (sogenannte Multiturn-Absolutwertgeber), so dass der Winkelsensor zwei um 360° verdrehte Winkelstellungen als unterschiedliche Winkelstellungen erfasst. Vorzugsweise steht die Winkelstellung bei einem Absolutwertgeber unmittelbar nach dem Ankoppeln und Auslesen des Winkelsensors zur Verfügung, ohne dass eine Verdrehung der Gegenelementanordnung erforderlich ist.
In einer anderen Ausführung ist der Winkelsensor als Inkrementalwertgeber bzw. dazu ausgebildet, nur eine Winkeländerung der Gegenelementanordnung relativ zu Instrumentenmodul bzw. Koppelelement zu erfassen. In einer Weiterbildung ist der Sender oder Empfänger abstandscodiert bzw. weist eine oder mehrere Referenzmarken auf. Nach Überfahren einer Referenzmarke kann die Winkelstellung dann durch Integration bzw. Aufsummierung der Inkrementalwerte bzw. Winkeländerung erfasst werden.
In einer Ausführung weist ein chirurgisches Instrument mehrere Instrumententeile auf, die wahlweise an das Instrumentenmodul angekoppelt werden können, wobei die Gegenelementanordnungen der verschiedenen Instrumententeile unterschiedlich codierte Sender aufweisen, die dazu eingerichtet sind, durch den Winkelsensor des Instrumentenmoduls erfasst zu werden, wobei der Winkelsensor zusätzlich dazu eingerichtet ist, die Codierung der Sender zu erfassen und so das angekoppelte Instrumententeil zu identifizieren. Dadurch können die Funktionalitäten, einerseits die Orientierung der Gegenelementanordnung zu bestimmen, und andererseits das angekoppelte Instrumententeil zu identifzieren, durch den- bzw. dieselben Sender und Winkelsensoren implementiert werden. Ein Permanentmagnet kann in einer Ausführung gleichermaßen als Sender zum Erfassen der Winkelstellung und zum magnetischen Ankoppeln dienen bzw. verwendet werden.
Beim oder nach dem Ankoppeln des Instrumententeils an das Instrumentenmodul in einer von mehreren Orientierungen wird nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die Winkelstellung der angekoppelten Gegenelementanordnung des Instrumententeils, insbesondere relativ zur Koppelelementanordnung oder einer instrumentenmodulgehäusefesten Referenz, durch den Winkelsensor des Instrumentenmoduls erfasst. Auf diese Weise ist nach dem Erfassen die Orientierung des bzw. der Gegenelemente und damit vorzugsweise auch eine Stellung bzw. Koordinate des Endeffektors bekannt, so dass der Endeffektor in einer Ausführung durch einen Antrieb ohne Rekalibrierung korrekt aktuiert werden kann.
In einer Ausführung wird ein Zusammenhang, insbesondere ein Kalibrier-Offset, zwischen der Winkelstellung der Gegenelementanordnung und einer Endeffektorstellung vorab erfasst und abgespeichert. Nach Ankoppeln der Gegenelementanordnung kann die Endeffektorstellung aus der durch den Winkelsensor erfassten Winkelstellung der Gegenelementanordnung unter Berücksichtigung dieses Zusammenhangs ermittelt werden.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Längsschnitt;
2: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung;
3: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1, 2 entsprechender Darstellung;
4: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
5: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 4 entsprechender Darstellung.
1 zeigt einen Teil eines minimalinvasiven chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Längsschnitt mit einem Instrumentenmodul 1 und einem damit lösbar verbundenen Instrumententeil 2.
Das Instrumententeil weist einen in einen Patienten einführbaren Instrumentenschaft 22 mit einem Endeffektor auf (nicht dargestellt), das Instrumentenmodul einen Antrieb zum Aktuieren des Endeffektors sowie eine elektromechanische Schnittstellung zur Befestigung an einem Roboter (nicht dargestellt).
Das Instrumentenmodul 1 weist eine Koppelelementanordnung mit mehreren Koppelelementen in Form von translatorisch beweglichen Stößeln 10 auf, die in einem Schublager 12 des Instrumentenmoduls verdrehsicher verschiebbar geführt sind und von denen in 1 zur besseren Übersicht nur eines dargestellt ist. Das Instrumententeil weist eine entsprechende Gegenelementanordnung mit Gegenelementen in Form von translatorisch beweglichen (Gegen)Stößeln 20 auf, die in einem Schublager des Instrumentenschafts 22 verdrehsicher verschiebbar geführt sind, um jeweils einen Freiheitsgrad des Endeffektors zu aktuieren. Die translatorische Bewegung von Stößel und Gegenstößel zum Aktuieren eines intrakorporalen Freiheitsgrades des minimalinvasiven Instruments durch den extrakorporalen Antrieb ist in 1 durch einen Bewegungsdoppelpfeil angedeutet.
Die Stößel 10 der Koppelelementanordnung sind mit den Gegenstößeln 20 der Gegenelementanordnung magnetisch koppelbar. Hierzu weisen die Stößel 10 jeweils eine Magnetanordnung zum magnetischen Ankoppeln des gegenüberliegenden Gegenstößels 20 auf, der einen magnetisch beaufschlagbaren Bereich 21 aus einem ferromagnetischen oder dauermagnetischen Material aufweist. Die Stößel 10 der Koppelelementanordnung weisen einen magnetisch leitenden Bereich 11 aus einem ferromagnetischen Material auf, der einen Außenring und ein zentrales Joch aufweist.
Um dieses Joch ist eine elektrische Spule angeordnet und mit einer nichtmagnetischen Vergussmasse 13 vergossen, um integral mit dem Stößel 10 einen Elektromagneten 31 der Magnetanordnung auszubilden, der durch ein hierzu eingerichtetes Steuermittel, das in einer Antriebssteuerung des Instruments (nicht dargestellt) implementiert ist, wahlweise bestrombar ist bzw. bestromt wird.
Zusätzlich weist jede Magnetanordnung einen zu dem Elektromagneten 31 gegensinnigen Permanentmagneten 30 auf, dessen Magnetfeld durch den bestromten Elektromagneten 31 in einem stirnseitigen Koppelbereich von Stößel und Gegenstößel, wenigstens im Wesentlichen, kompensiert wird.
Durch den wahlweise bestrombaren Elektromagneten 31 wird eine stromlos geschlossene Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement zur Verfügung gestellt: solange der Elektromagnet 31 stromlos ist, koppelt der Permanentmagnet 30 den magnetisch beaufschlagbaren Bereich 21 des Gegenstößels 20 betriebssicher an den magnetisch leitenden Bereich 11 des Stößels 10. Durch Bestromen des Elektromagneten 31 kompensiert dieser das Magnetfeld des Permanentmagneten 30 im stirnseitigen Koppelbereich soweit, dass das Instrumententeil 2, vorzugsweise unter Eigengewicht und/oder geringer Handkraft, von dem Antriebsmodul 1 entfernt werden kann.
Gleichermaßen können bestromter Elektromagnet 31 und Permanentmagnet 30 auch gleichsinnig sein bzw. ihre Magnetfelder sich in einem stirnseitigen Koppelbereich von Stößel und Gegenstößel verstärken.
Zwischen der Koppelelementanordnung und der Gegenelementanordnung ist optional eine sterile Barriere 40 angeordnet, die im Koppelbereich folienartig und flexibel ausgebildet ist, um eine translatorische Bewegung von Stößel 10 und Gegenstößel 20 zur Aktuieren des Endeffektors unter elastischer Deformation mitzumachen.
In einer nicht dargestellten Abwandlung kann der Permanentmagnet 30 entfallen, um durch wahlweises Bestromen des Elektromagneten 31 umgekehrt eine stromlos geöffnete Ankopplung zwischen Koppel- und Gegenelement zur Verfügung zu stellen: solange der Elektromagnet 31 bestromt ist, koppelt er den magnetisch beaufschlagbaren Bereich 21 des Gegenstößels 20 betriebssicher an den magnetisch leitenden Bereich 11 des Stößels 10. Bei stromlosem Elektromagnet 31 kann das Instrumententeil 2 von dem Antriebsmodul 1 entfernt werden.
2 zeigt einen Teil eines minimalinvasiven chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf die übrige Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede zur Ausführung der 1 eingegangen wird.
In der Ausführung der 2 weist die Magnetanordnung keinen Elektromagneten, sondern nur den Permanentmagneten 30 auf. Insbesondere, um Koppel- und Gegenelement 10, 20 voneinander abzukoppeln, ohne sie voneinander zu beabstanden, ist der Permanentmagnet 30 in dieser Ausführung in dem Koppelelement bzw. Stößel 10 zwischen einer in 2 dargestellten Verriegelungsposition und einer hiervon beabstandeten, in 2 strichliert angedeuteten Entriegelungsposition verschiebbar, was in 2 durch einen strichlierten Bewegungsdoppelpfeil angedeutet ist. Der Permanentmagnet 30 ist in einer Längsbohrung des Stößels 10 verschiebbar geführt und beispielsweise elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder manuell durch Verschieben einer Schubstange, auf der er angeordnet ist, verstell- und in der Verriegelungs- und der Entriegelungsposition arretierbar.
Der stirnseitige magnetisch leitende Bereich 11 des Stößels 10 wird durch den Permanentmagneten 30, wenigstens im Wesentlichen, nur magnetisch beaufschlagt, wenn dieser in der Verriegelungsposition ist. In der Entriegelungsposition (strichliert in 2) ist der Permanentmagnet 30 hingegen von dem magnetisch leitenden Bereich 11 des Stößels 10 getrennt und in einem magnetisch nicht leitenden Bereich des Stößels 10 aus Kunststoff mit einer Permeabilitätszahl μ_r angeordnet, die höchstens 2 beträgt.
Indem der Permanentmagnet 30 in der Bohrung des Stößels 10 in die Verriegelungsposition verstellt wird, kann dessen magnetisch leitender Bereich 11 zum Ankoppeln des Gegenstößels durch die Magnetanordnung wahlweise magnetisch beaufschlagt werden.
In der Ausführung der 2 weist die optionale sterile Barriere 40 ein steifes Koppelstück 41 aus einem magnetisch leitenden Material auf, um die mechanische Kraftübertragung und magnetische Ankopplung zu verbessern. In einer nicht dargestellten Abwandlung kann die optionale sterile Barriere auch folienartig wie in 1 ausgebildet sein bzw. die optionale Barriere der Ausführung der 1 ein solches Koppelstück aufweisen.
In der Ausführung der 2 ist mit 13 ein Bauteil aus einem nichtmagnetischen Werkstoff bezeichnet. Dieses kann, wie in der Ausführung der 1, als Vergussmasse ausgebildet sein und ist daher durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet. Gleichermaßen kann das Bauteil 13 ein Formteil sein, welches an dem magnetisch leitenden Bereich 11 befestigt ist und als Anschlag für den verschiebbaren Permanentmagnet 30 fungiert.
3 zeigt einen Teil eines minimalinvasiven chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1, 2 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Elemente sind wieder durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf die übrige Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede zur Ausführung der 1, 2 eingegangen wird. Insbesondere sind zur besseren Übersicht in 3 die Magnetanordnung und die magnetisch leitenden Bereiche nicht dargestellt, diese können insbesondere so ausgebildet sein, wie in 1 oder 2 dargestellt bzw. mit Bezug hierauf erläutert.
In der Ausführung der 3 sind Stößel 10 und Gegenstößel 20 zusätzlich zu der magnetischen Ankopplung formschlüssig verbindbar bzw. verbunden. Hierzu greift der Stößel 10 bolzenartig in einen Hülsen- bzw. Buchsenbereich des Gegenstößels 20 ein, wenn Koppel- und Gegenelement aneinander gekoppelt sind. Hierdurch sind Koppel- und Gegenelement senkrecht zu ihrer in 3 vertikalen Längserstreckung, d. h. horizontal in der Zeichenebene bzw. senkrecht auf dieser, formschlüssig festgelegt, wobei die magnetische Kopplung sie in Richtung ihrer Längserstreckung kraftschlüssig festlegt.
Stößel 10 und Gegenstößel 20 sind hierdurch formschlüssig aneinander zentriert. Um dabei einen Lateral- und/oder Winkelversatz zu kompensieren, ist der Gegenstößel 20 in der Ausführung der 3 mit Spiel in dem Schublager des Instrumentenschafts 22 gelagert.
Der magnetisch leitende Bereich 21 des Gegenstößels 20 ist in der Ausführung der 3 im Inneren des Hülsen- bzw. Buchsenbereichs des Gegenstößels 20 angeordnet, um so vorzugsweise eine unbeabsichtigte magnetische Interferenz zu vermeiden.
In den erläuterten Ausführungen sind Koppel- und Gegenelement stößelartig ausgebildet und auf Stoß bzw. stirnseitig aneinander gekoppelt, wobei die Magnetanordnung Koppel- und Gegenelement in Richtung ihrer Längserstreckung gegeneinander zieht, um Zugkräfte zu übertragen, während Druckkräfte formschlüssig übertragen werden.
Zusätzlich oder alternativ können in den Ausführungen Koppel- und Gegenelemente 10, 20 rotatorisch beweglich sein, um jeweils einen Freiheitsgrad des Endeffektors zu aktuieren. Die Magnetanordnung zieht Koppel- und Gegenelement in Richtung ihrer Längserstreckung gegeneinander, um in einer Ausführung eine Übertragung von Drehmomenten zu ermöglichen. Diese kann reibschlüssig infolge der axialen Verspannung durch die Magnetanordnung erfolgen. Gleichermaßen kann sie auch formschlüssig erfolgen. Hierzu kann in einer nicht dargestellten Abwandlung der Stößel 10 oder Gegenstößel 20 einen oder mehrere exzentrische Vorsprünge, insbesondere Zähne, aufweisen, die in entsprechende Aussparungen, insbesondere Zahnlücken, in dem Gegenstößel 20 bzw. Stößel 10 eingreifen, wenn Koppel- und dem Gegenelement magnetisch aneinander gekoppelt sind. In einer ebenfalls nicht dargestellten Abwandlung weisen Stößel 10 oder Gegenstößel 20 eine Hirth-Verzahnung auf.
Das Koppelstück 41 kann insbesondere in einem solchen Fall mittels einer Drehdichtung drehbeweglich mit der restlichen Barriere 40 verbunden sein. Gleichermaßen kann das Koppelstück 41 mittels einer translatorischen Dichtung verschiebbar mit der restlichen Barriere 40 verbunden sein, wie jeweils in 3 angedeutet.
4, 5 zeigen jeweils einen Teil eines minimalinvasiven chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Längsschnitt mit einem Instrumentenmodul 1 und ein damit lösbar verbundenes Instrumententeil 2. Einander entsprechende Elemente sind wieder durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede zur Ausführung der 1–3 eingegangen wird.
In der Ausführung der 5 sind ein Koppelelement in Form einer drehbar gelagerten Abtriebswelle 10 eines Elektromotors des Antriebs (nicht dargestellt) und ein Gegenelement in Form einer dazu parallel versetzt drehbar gelagerten Antriebswelle 20 eines Endeffektors des Instruments (nicht dargestellt) durch miteinander kämmende Stirnräder 14, 24 formschlüssig aneinander gekoppelt. In der Ausführung der 4 ist zwischen Koppel- und Gegenelementanordnung eine sterile Barriere 40 mit einem drehbeweglich gelagerten Koppelstück 42 mit zwei Stirnrädern angeordnet, die mit den Stirnrädern 14 bzw. 24 kämmen und so Koppel- und Gegenelement 10, 20 ebenfalls formschlüssig koppeln.
Mit 12 bzw. 22 ist jeweils ein Drehlager bzw. Gehäuse des Instrumentenmoduls 1 bzw. Instrumententeils 2 angedeutet.
In einer nicht dargestellten Abwandlung können Koppel- und Gegenelement 10, 20 zusätzlich oder alternativ magnetisch miteinander drehfest gekoppelt sein, wie dies vorstehend mit Bezug auf 1–3 erläutert wurde.
Die Stirnverzahnungen zwischen den Stirnrädern 14, 24 und gegebenenfalls 42 sind mehrdeutig bzw. in unterschiedlichen, um die Zahnteilung versetzten Orientierungen aneinander koppelbar.
Um gleichwohl den Endeffektor durch einen Antrieb ohne vorherige Rekalibrierung aktuieren zu können, weist das Instrumentenmodul 1 in den Ausführungen der 4, 5 einen berührungslosen Winkelsensor in Form eines magnetischen Encoders zum Erfassen der Winkelstellung der angekoppelten Antriebswelle 20 relativ zum Gehäuse bzw. Drehlager 12 des Instrumentenmoduls 1 auf. Die Antriebswelle 20 weist entsprechend einen drehfesten Sender in Form eines Permanentstabmagneten 51 auf, der dazu eingerichtet ist, durch den Winkelsensor 50 erfasst zu werden. Die Nord-Süd-Achse des Stabmagneten 51 ist senkrecht zur Drehachse der Antriebswelle 20 orientiert.
Beim oder nach dem Ankoppeln des Instrumententeils 2 an das Instrumentenmodul 1 in einer von mehreren Orientierungen wird die Winkelstellung des Senders 51 in der angekoppelten Antriebswelle 20, von denen in 4, 5 wiederum nur eine exemplarisch dargestellt ist, relativ zu einer instrumentenmodulgehäusefesten Referenz durch den Winkelsensor 50 des Instrumentenmoduls erfasst. Auf diese Weise ist nach dem Erfassen die Orientierung der Gegenelemente und damit auch eine Stellung des Endeffektors bekannt, so dass der Endeffektor durch einen Antrieb ohne Rekalibrierung korrekt aktuiert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Instrumentenmodul
10: Stößel; Welle (Koppelelement)
11: magnetisch leitender Bereich
12: Instrumentenmodulgehäuse, Schub-/Drehlager
13: Vergussmasse; Form-/Bauteil
14: Stirnrad
2: Instrumententeil
20: Stößel; Welle (Gegenelement)
21: magnetisch beaufschlagbarer Bereich
22: Instrumentenschaft, Schub-/Drehlager
24: Stirnrad
30: Permanentmagnet
31: Elektromagnet
40: sterile Barriere
41, 42: Koppelstück
50: Winkelsensor
51: Permanentstabmagnet (Sender)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/061915 A2 [0003]

Claims

Instrumentenmodul (1) mit einer Koppelelementanordnung mit wenigstens einem Koppelelement (10) zum lösbaren Ankoppeln eines Gegenelements (20) einer Gegenelementanordnung zum Aktuieren eines Endeffektors eines chirurgischen Instruments, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement eine Magnetanordnung (30, 31) zum magnetischen Ankoppeln des Gegenelements aufweist.
Instrumentenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement zum Aktuieren des Endeffektors translatorisch und/oder rotatorisch beweglich ist.
Instrumentenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung wenigstens einen wahlweise bestrombaren Elektromagneten (31) aufweist.
Instrumentenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetanordnung wenigstens einen Permanentmagneten (30) aufweist.
Instrumentenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet an dem Koppelelement, insbesondere elektromotorisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder manuell, zwischen einer Verriegelungs- und einer hiervon verschiedenen Entriegelungsposition verstellbar ist.
Instrumentenmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement einen magnetisch leitenden Bereich (11) zum Ankoppeln des Gegenelements aufweist, welcher, insbesondere wahlweise, durch die Magnetanordnung magnetisch beaufschlagt wird.
Instrumentenmodul nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Antrieb zum Aktuieren der Koppelelementanordnung oder einen in einen Patienten einführbaren Instrumentenschaft (22) mit einem Endeffektor aufweist, der durch die Koppelelementanordnung aktuierbar ist.
Instrumentenmodul, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Koppelelementanordnung mit wenigstens einem Koppelelement (10) zum lösbaren Ankoppeln eines Gegenelements (20) einer Gegenelementanordnung zum Aktuieren eines Endeffektors eines chirurgischen Instruments, wobei die Koppel- und Gegenelementanordnung in wenigstens zwei unterschiedlichen Orientierungen koppelbar sind, gekennzeichnet durch einen Winkelsensor (50) zum, insbesondere berührungslosen, Erfassen einer Winkelstellung der angekoppelten Gegenelementanordnung.
Instrumententeil (2) mit einer Gegenelementanordnung mit wenigstens einem Gegenelement (20) zum Ankoppeln eines Koppelelements (10) der Koppelelementanordnung eines Instrumentenmoduls (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gegenelement einen magnetisch beaufschlagbaren Bereich (21) zum magnetischen Ankoppeln des Koppelelements und/oder einen drehfesten Sender (51) zum Erfassen durch den Winkelsensor (50) des Instrumentenmoduls aufweist.
Chirurgisches Instrument mit einem Instrumentenmodul (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem damit lösbar verbindbaren Instrumententeil (2) nach dem vorhergehenden Anspruch.
Chirurgisches Instrument nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Koppel- und Gegenelementanordnung formschlüssig verbindbar sind.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Koppelelementanordnung und der Gegenelementanordnung eine sterile Barriere (40) angeordnet ist.
Chirurgisches Instrument nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die sterile Barriere ein, insbesondere magnetisch leitendes, Koppelstück (41) zum, insbesondere magnetischen, Ankoppeln der Gegenelementanordnung an die Koppelelementanordnung aufweist.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppel- oder Gegenelementanordnung mit Spiel in einer Führung (22) gelagert ist.
Verfahren zum Koppeln eines Instrumentenmoduls (1) und Instrumententeils (2) eines chirurgischen Instruments nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: Aktivieren oder Deaktivieren eines Elektromagneten (31) der Magnetanordnung des Instrumentenmoduls; und/oder Verstellen eines Permanentmagneten (30) der Magnetanordnung des Instrumentenmoduls in die Verriegelungsposition; und/oder Erfassen einer Winkelstellung der angekoppelten Gegenelementanordnung des Instrumententeils durch den Winkelsensor (50) des Instrumentenmoduls.