DE102013005493A1

DE102013005493A1 - Chirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE102013005493A1
Application number: DE102013005493.1A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lohmeier; Wolfgang Schober
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Ein erfindungsgemäßes chirurgisches Instrument weist einen Instrumentenschaft (31) mit einer Eintriebsgliedanordnung (45.2) mit wenigstens einem beweglichen Eintriebsglied (37, 38) zum Aktuieren eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, und eine lösbar mit dem Instrumentenschaft verbindbare Antriebseinheit (30) mit einem Gehäuse (49) und wenigstens einem Antriebsmodul (47; 47a, 47b) mit einem Antrieb und einer Abtriebsgliedanordnung (45.1) mit wenigstens einem beweglichen Abtriebsglied (34, 35) zum Aktuieren eines Freiheitsgrades eines Instrumentenschaftes (31) auf, welches in dem Gehäuse in einer Koppelrichtung beweglich gelagert und vorgespannt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein, insbesondere robotergeführtes, chirurgisches Instrument mit einem Instrumentenschaft mit wenigstens einem Freiheitsgrad und einer Antriebseinheit zu dessen Aktuierung sowie einen Instrumentenschaft und eine Antriebseinheit.
Aus der WO 2011/143022 A1 ist ein robotergeführtes chirurgisches Instrument mit vier Antriebseinheiten bekannt, die tortenstückartig an einer Basisplatte angeordnet sind und jeweils mehrere Antriebsmodule aufweisen. Die Antriebsmodule weisen jeweils mehrere verschieb- oder drehbare Abtriebsglieder zum Aktuieren von Eintriebsgliedern eines mit der Antriebseinheit verbundenen Instrumentenschaftes auf.
Die Antriebseinheiten sind jeweils gegen die Basisplatte aktiv teleskopierbar, um ihren Instrumentenschaft durch eine gemeinsame Führungskanüle ein- bzw. auszufahren. Die Abtriebsglieder stehen zu den Eintriebsgliedern hin distal bzw. in einer Koppelrichtung vor, die zur Längsachse des Instrumentenschaftes parallel ist, und sind in dieser distalen Richtung elastisch vorgespannt, um einen spielfreien Kontakt sicherzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes chirurgisches Instrument zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch ein chirurgisches Instrument mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 5 stellt einen Instrumentenschaft für ein chirurgisches Instrument unter Schutz, Anspruch 9 eine Antriebseinheit. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein chirurgisches Instrument einen Instrumentenschaft und eine damit lösbar verbindbare, insbesondere verbundene, Antriebseinheit auf. Das Instrument ist in einer Ausführung ein robotergeführtes Instrument. Hierzu weist in einer Weiterbildung der Instrumentenschaft und/oder die Antriebseinheit eine, insbesondere mechanische, signal- und/oder energietechnische, insbesondere elektrische, hydraulische und/oder pneumatische, Schnittstelle zum Befestigen an einem Roboter auf. In einer Ausführung ist das Instrument ein minimalinvasives chirurgisches Instrument, dessen Instrumentenschaft zum teilweisen Einführen in einen Patienten durch eine lokale natürliche oder künstliche Öffnung, insbesondere eine Körperöffnung oder einen Trokar, vorgesehen ist.
Ein Instrumentenschaft nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist einen oder mehrere Freiheitsgrade auf. In einer Ausführung weist der Instrumentenschaft ein, insbesondere wenigstens im Wesentlichen zylindrisches, Rohr auf. Ein Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes kann dann insbesondere ein Gelenkfreiheitsgrad eines Gelenkes zwischen zwei Rohrstücken oder ein elastischer Freiheitsgrad eines flexiblen Rohres sein. In einer Ausführung weist der Instrumentenschaft einen Endeffektor auf, insbesondere eine Zange, Klemme oder Klammer, ein Skalpell, einen Bohrer, eine Nadel bzw. Kanüle zum Aufnehmen und/oder Einbringen von gasförmigem und/oder flüssigem Fluid und/oder eine Optik zum Aussenden und/oder Empfangen elektromagnetischer Strahlung, insbesondere ein Lichtwellenleiterende eines Endoskops oder Lasers. Ein Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes kann dann insbesondere ein Freiheitsgrad des Endeffektors sein, insbesondere ein translatorischer oder rotatorischer Freiheitsgrad gegenüber dem Rohr oder ein funktionaler Freiheitsgrad, insbesondere zum Öffnen bzw. Schließen einer Zange, Klemme, Klammer, Kanüle und/oder Optik oder dergleichen. Ein funktionaler Freiheitsgrad im Sinne der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Bewegungsmöglichkeit von zwei Endeffektorteilen relativ zueinander beschreiben. In einer Ausführung kann das Rohr einen rotatorischen Freiheitsgrad gegenüber einem proximalen Instrumentengehäuse des Instrumentenschafts aufweisen.
Zum Aktuieren eines Freiheitsgrades weist der Instrumentenschaft ein oder mehrere, insbesondere gegensinnig wirkende, Eintriebsglieder auf. Ein Eintriebsglied ist in einer Ausführung translatorisch bzw. verschiebbar und/oder rotatorisch bzw. drehbar in einer Schnittstelle des Instrumentenschaftes gelagert, um durch eine translatorische bzw. rotatorische Bewegung einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes zu aktuieren. Es kann hierzu mit einem Rohr(teil) oder Endeffektor des Instrumentenschaftes gekoppelt sein, insbesondere durch eine Druckstange, ein Zugseil bzw. Kabeltrum und/oder ein Getriebe, insbesondere zum Umsetzen einer translatorischen und rotatorischen Bewegung ineinander. In einer Ausführung weist der Instrumentenschaft, insbesondere eine Schnittstelle des Instrumentenschaftes zum Koppeln mit der Antriebseinheit, eine Eintriebsgliedanordnung mit mehreren Eintriebsgliedern auf. In einer Weiterbildung ist wenigstens ein Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes durch zwei, insbesondere gegenläufige, Eintriebsglieder gegensinnig aktuierbar, beispielsweise ein verschwenkbarer Endeffektor durch zwei gegenläufige Druckstangen auf- und abschwenkbar.
Eine Antriebseinheit nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Gehäuse und ein oder mehrere Antriebsmodule auf. Wenigstens ein, vorzugsweise alle Antriebsmodule weisen jeweils einen Antrieb und eine Abtriebsgliedanordnung mit einem oder mehreren beweglichen Abtriebsgliedern auf. Der Antrieb kann insbesondere einen elektromagnetischen, hydraulischen oder pneumatischen Dreh- oder Linearmotor aufweisen, insbesondere ein Elektromotor sein.
In einer Ausführung aktuiert der Antrieb genau ein Abtriebsglied. In einer anderen Ausführung aktuiert der Antrieb, insbesondere gegensinnig, zwei Abtriebsglieder. Ein oder mehrere Abtriebsglieder sind in einer Ausführung translatorisch bzw. verschiebbar und/oder rotatorisch bzw. drehbar in einer Schnittstelle des Antriebsmoduls gelagert, um durch eine translatorische bzw. rotatorische Bewegung einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes zu aktuieren. Ab- und Eintriebsgliedanordnung können in einer Ausführung direkt oder über eine Kupplung einseitig gekoppelt werden bzw. sein. Hierunter wird in fachüblicher Weise verstanden, dass Kräfte nur in einer Aktuierungsrichtung von dem Abtriebs- auf das Eintriebsglied übertragbar sind, während Abtriebs- und Eintriebsglied sich in der entgegengesetzten Richtung voneinander entfernen können. In einer Weiterbildung weist eine Abtriebsgliedanordnung zwei gegenläufige bzw. gegensinnig aktuierte Abtriebsglieder, insbesondere zwei Druckstangen, auf, die einseitig mit entsprechenden gegenläufigen Eintriebsgliedern direkt oder über eine Kupplung koppelbar bzw. gekoppelt sind. In einer anderen Ausführung sind Ab- und Eintriebsgliedanordnung direkt oder über eine Kupplung zweiseitig koppelbar bzw. gekoppelt. Hierunter wird entsprechend verstanden, dass Kräfte in zwei entgegengesetzten Aktuierungsrichtungen von dem Abtriebs- auf das Eintriebsglied übertragbar sind. In einer Weiterbildung weist eine Abtriebsgliedanordnung ein drehbares Abtriebsglied, insbesondere eine Abtriebswelle eines Elektromotors oder Getriebes, auf, das drehfest mit einem entsprechenden drehbaren Eintreibsglied koppelbar bzw. gekoppelt ist. Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch ein antiparalleles Kräftepaar, d. h. ein Drehmoment, verallgemeinernd als Kraft bezeichnet.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind ein oder mehrere Antriebsmodule in dem, insbesondere geschlossenen, Gehäuse der Antriebseinheit jeweils in einer Koppelrichtung bzw. gegen die Eintriebsgliedanordnung beweglich gelagert und vorgespannt. Die Koppelrichtungen von zwei, vorzugsweise allen, Antriebsmodulen können, wenigstens im Wesentlichen, parallel sein. Gleichermaßen können die Koppelrichtungen von zwei Antriebsmodulen einen Winkel einschließen, dessen Betrag vorzugsweise kleiner als 90°, insbesondere kleiner als 45° ist.
Indem nicht oder nicht nur die einzelnen Abtriebsglieder vorgespannt werden, wie dies die eingangs genannte WO 2011/143022 A1 vorschlägt, sondern nach diesem Aspekt ausschließlich oder zusätzlich das Antriebsmodul in dem Gehäuse und dadurch dessen Abtriebsgliedanordnung als Ganzes, kann in einer Ausführung die Kopplung zwischen Abtriebs- und Eintriebsanordnung verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ können das Gewicht, der Bauraum und/oder -aufwand reduziert und/oder die Bedienung verbessert werden.
In einer Ausführung weist ein Antriebsmodul ein hydraulisches, ein pneumatisches und/oder ein elastisches Federmittel, insbesondere wenigstens ein Hydraulik- oder Pneumatikzylinder und/oder eine Druck- und/oder Zugfeder, zum Vorspannen auf, das das Antriebsmodul in dem Gehäuse fesselt und in Koppelrichtung bzw. gegen die Eintriebsgliedanordnung vorgespannt ist. Ein hydraulisches oder pneumatisches Federmittel kann in einer Weiterbildung schaltbare ausgebildet sein, insbesondere in einen drucklosen Zustand, in dem es, wenigstens im Wesentlichen, keine Kraft ausübt. Vorteilhaft erfordert die Verstellung des Antriebsmoduls im Gehäuse nach einem Wegnehmen des Überdrucks eines hydraulischen oder pneumatischen Federmittels keine nennenswerte Bedienkraft.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Antriebsmodul in einer Ausführung eine Magnetanordnung zum Vorspannen des Antriebsmoduls aufweisen. Die Magnetanordnung kann einen oder mehrere Permanent- oder Elektromagnete aufweisen, die an dem einen von dem Gehäuse und dem Antriebsmodul angeordnet sind. Das andere von dem Gehäuse und dem Antriebsmodul kann einen oder mehrere weitere Elektromagnete und/oder hart- oder weichmagnetische Bereiche, insbesondere wenigstens einen weiteren Permanentmagneten, aufweisen, der diesem bzw. diesen Permanent- oder Elektromagneten vorzugsweise gegenüberliegt und von diesem magnetisch permanent oder bei Bestromung angezogen oder abgestoßen wird.
In einer Ausführung ist wenigstens ein Permanent- oder Elektromagnet an dem Gehäuse auf einer instrumentenschaftabgewandten Seite angeordnet und, vorzugsweise diesem gegenüberliegend, wenigstens ein weiterer Elektromagnet oder hart- oder weichmagnetischer Bereich, insbesondere wenigstens ein weiterer Permanentmagnet, an dem Antriebsmodul angeordnet. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Permanent- oder Elektromagnet an dem Gehäuse auf einer instrumentenschaftzugewandten Seite angeordnet und, vorzugsweise diesem gegenüberliegend, wenigstens ein weiterer Elektromagnet oder hart- oder weichmagnetischer Bereich, insbesondere wenigstens ein weiterer Permanentmagnet, an dem Antriebsmodul angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Permanent- oder Elektromagnet an dem Antriebsmodul auf einer instrumentenschaftabgewandten Seite angeordnet und, vorzugsweise diesem gegenüberliegend, wenigstens ein weiterer Elektromagnet oder hart- oder weichmagnetischer Bereich, insbesondere wenigstens ein weiterer Permanentmagnet, an dem Gehäuse angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Permanent- oder Elektromagnet an dem Antriebsmodul auf einer instrumentenschaftzugewandten Seite angeordnet und, vorzugsweise diesem gegenüberliegend, wenigstens ein weiterer Elektromagnet oder hart- oder weichmagnetischer Bereich, insbesondere wenigstens ein weiterer Permanentmagnet, an dem Gehäuse angeordnet sein. Durch magnetische Anziehung bzw. Abstoßung zwischen diesen kann das Antriebsmodul in dem Gehäuse gegen die Eintriebsgliedanordnung vorgespannt werden.
Während bei einer Vorspannung durch ein Federmittel, beispielsweise infolge der Entspannung einer mechanischen Feder oder einer Volumenvergrößerung eines Hydraulik- oder Pneumatikvolumens, die Vorspannkraft mit zunehmender Verstellung des Antriebsmoduls im Gehäuse abnimmt, kann eine (elektro)magentische Vorspannung bei zunehmender Verstellung des Antriebsmoduls im Gehäuse vorteilhafterweise zunehmen.
In einer Weiterbildung weist die Magnetanordnung einen oder mehrere wahlweise, insbesondere gesteuert, bestrombare Elektromagnete auf. Auf diese Weise kann die Vorspannung wahlweise, insbesondere gesteuert aufgeprägt werden. Zur kompakteren Darstellung wird vorliegend auch ein Regeln, d. h. die Vorgabe einer Steuergröße auf Basis einer erfassten Ist-Größe, verallgemeinernd als Steuern bezeichnet.
In einer Ausführung weist die Magnetanordnung ein oder mehrere, vorzugsweise unmagnetische, Abstandselemente auf, die einen direkten Kontakt zwischen einem Elektro- oder Permanetmagneten an einem von dem Gehäuse der Antriebseinheit und dem Antriebsmodul mit einem weich- oder hartmagnetischen Bereich, insbesondere einem (weiteren) Permanetmagneten an dem anderen von dem Gehäuse der Antriebseinheit und dem Antriebsmodul verhindern, um so einen magnetischen Kurzschluss zu vermeiden, zu dessen Lösen eine übermäßige Kraft erforderlich wäre.
Beim oder nach dem Koppeln von Ab- und Eintriebsanordnung bzw. Antriebseinheit und Instrumentenschaft muss nach dem vorstehend erläuterten Aspekt die Vorspannung des Antriebsmoduls aufgebaut werden.
Dies kann in einer Ausführung, wie vorstehend erläutert, durch wahlweises Bestromen eines oder mehrerer Elektromagnete der Magnetanordnung erfolgen. Auf diese Weise muss ein Bedienpersonal, insbesondere bei den hohen Anforderungen im OP-Betrieb, vorteilhaft allenfalls geringe Kräfte zum Koppeln von Antriebseinheit und Instrumentenschaft aufbringen.
Zusätzlich oder alternativ kann in einer Ausführung eine, insbesondere mechanische und/oder magnetische, Rückzuganordnung zum Zurückziehen des Antriebsmoduls gegen die Vorspannung vorgesehen sein. So kann in einer Ausführung eine Magnetanordnung wahlweise aktiviert werden, um das Antriebsmodul unter (weiterem) Vorspannen eines Federmittels von der Eintriebsanordnung weg zu ziehen. Wird die Bestromung der Magnetanordnung, vorzugsweise gesteuert, beispielsweise linear, reduziert, baut das Federmittel die Vorspannung auf.
Eine Weiterbildung basiert auf der Idee, den Arbeitsbereich des Antriebs des Antriebsmoduls aufzuteilen in einen Aktuierbereich, in dem der Antrieb die Abtriebsgliedanordnung zum Aktuieren eines Freiheitsgrads des Instrumentenschaftes aktuiert, und einem hiervon verschiedenen Rückzugbereich, in dem der Antrieb die Rückzuganordnung aktuiert. Beide Bereiche können insbesondere durch einen mechanischen Anschlag für ein Abtriebsmittel des Antriebs voneinander getrennt sein, wobei das Abtriebsmittel das Antriebsmodul gegen die Vorspannung verschiebt, wenn es sich an dem mechanischen Anschlag abstützt.
Indem der Antrieb über den Aktuierbereich hinaus verstellt wird, kann so durch entsprechende Steuerung des Antriebs das Antriebsmodul vorzugsweise motorisch gegen die Vorspannung zurückgezogen werden, was, wie vorstehend erläutert, das Koppeln von Instrumentenschaft und Antriebseinheit vorteilhaft vereinfacht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Antriebseinheit eine Antriebsmodul-Verriegelungsanordnung zum Verriegeln des zurückgezogenen Antriebsmoduls auf. Diese kann insbesondere mechanisch, vorzugsweise form- und/oder reibschlüssig, und/oder (elektro)magnetisch und/oder pneumatisch ausgebildet sein. In einer exemplarischen Ausführung kann ein Riegel verstellt werden und das Abtriebsmodul gegen eine vorspannungsinduzierte Verstellung in Koppelrichtung sichern. Auf diese Weise kann das (stärker vorgespannte) Antriebsmodul bzw. dessen Abtriebsanordnung in einer Ausführung auch, wenn Antriebseinheit und Instrumentenschaft miteinander verbunden werden bzw. sind, von der Eintriebsanordnung beabstandet werden.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die Koppelrichtung, in der das Antriebsmodul in dem Gehäuse der Antriebseinheit beweglich gelagert und vorgespannt ist, mit einer Längsachse des Instrumentenschaftes einen Winkel ein, dessen Betrag größer ist als 0°, insbesondere größer als 45°. In einer Ausführung beträgt der Winkel, wenigstens im Wesentlichen, 90° bzw. die Koppelrichtung ist, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht bzw. orthogonal zur Längsachse des Instrumentenschaftes.
Indem die Koppelrichtung nicht parallel zur Längsachse des Instrumentenschaftes ist, wie dies in der eingangs genannten WO 2011/143022 A1 der Fall ist, sondern nach diesem Aspekt mit der Längsachse einen von Null verschiedenen, insbesondere rechten, Winkel einschließt, interferieren in einer Ausführung vorteilhaft Deformationen des Instrumentenschaftes nicht oder nur weniger mit der Vorspannung, da deren Kraftrichtungen nicht übereinstimmen. Auf diese Weise kann vorzugsweise insbesondere eine Longitudinalschwingung im Instrumentenschaft von der Vorspannung des Antriebsmoduls, wenigstens teilweise, entkoppelt und diese so verbessert werden.
Die Koppelrichtung kann in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, mit einer Aktuierungsrichtung der Ab- und/oder Eintriebsgliedanordnung übereinstimmen. Unter einer Koppelrichtung wird insbesondere eine Bewegungsrichtung verstanden, in der ein Ab- bzw. Eintriebsglied beweglich gelagert und vorgespannt ist bzw. wird, um mit einem entsprechenden Ein- bzw. Abtriebsglied zu koppeln. Unter einer Aktuierungsrichtung wird insbesondere eine Bewegungsrichtung verstanden, in der ein Ab- bzw. Eintriebsglied beweglich ist, um einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes zu aktuieren. Sind beispielsweise ein Ab- und ein damit gekoppeltes Eintriebsglied als einseitig gekoppelte Druckstangen bzw. -stößel ausgebildet, stellt die Längsachsenrichtung des Stößelpaares, in der der Ab- gegen den Eintriebsstößel vorgespannt ist, die Koppelrichtung dar. Diese stellt auch die Aktuierungsrichtung dar, in der das Stößelpaar durch den Antrieb bewegt wird, um einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes zu aktuieren. Sind in einem anderen Beispiel ein Ab- und ein damit gekoppeltes Eintriebsglied als zweiseitig drehfest gekoppelte Wellen ausgebildet, stellt die Längsachsenrichtung des Wellenpaares, um die das Stößelpaar durch den Antrieb gedreht wird, um einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes zu aktuieren, die Aktuierungsrichtung dar. Diese stellt auch die Koppelrichtung dar, in der die Ab- gegen die Eintriebswelle vorgespannt ist.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist ein Instrumentenschaft eine Aufnahme zur, insbesondere formschlüssigen, lösbaren Befestigung einer Antriebseinheit auf.
Die Antriebseinheit kann in einer Ausführung durch einen Bajonettverschluss formschlüssig lösbar in der Aufnahme befestigbar bzw. befestigt sein bzw. werden. Hierzu kann eine von der Antriebseinheit und der Aufnahme eine oder mehrere Vorsprünge aufweisen, die infolge einer Verdrehung der Antriebseinheit in der Aufnahme in entsprechende Aussparungen der anderen von der Antriebseinheit und der Aufnahme eingreifen. Gleichermaßen kann eine von der Antriebseinheit und der Aufnahme eine oder mehrere Vorsprünge aufweisen, die infolge einer Verschiebung der Antriebseinheit innerhalb der Aufnahme, vorzugsweise durch Aufbringen einer Vorspannkraft, in entsprechende Aussparungen der anderen von der Antriebseinheit und der Aufnahme eingreifen und/oder in diesen verschoben werden. In einer Ausführung erstreckt sich eine Aussparung quer, insbesondere senkrecht, zu einer Einführrichtung der Antriebseinheit in die Aufnahme, so dass ein Vorsprung nach Einführen der Antriebseinheit in die Aufnahme quer zur Einführrichtung in der Aussparung verschoben werden kann und in dieser verschobenen Stellung die Antriebseinheit formschlüssig gegen ein Herausziehen aus der Aufnahme sichert. Vorzugsweise erfolgt diese Verschiebung durch Aufprägen der Vorspannkraft, so dass die Verschiebung nach Wegfall der Vorspannkraft reversibel ist, um die Antriebseinheit wieder aus der Aufnahme herauszuziehen.
Die Aufnahme kann in einer Ausführung eine ein- oder mehrteilige, insbesondere formschlüssige, Führung zum Einführen der Antriebseinheit in einer Einführrichtung aufweisen. Die Führung kann insbesondere eine oder mehrere Führungsnuten und/oder -rippen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, mit entsprechenden Vorsprüngen bzw. Vertiefungen an der Antriebseinheit formschlüssig zusammenzuwirken. Auf diese Weise kann das Verbinden bzw. Lösen von Antriebseinheit und Instrumentenschaft verbessert werden.
Zusätzlich oder alternativ kann die Aufnahme in einer Ausführung eine Einführöffnung zum Einführen der Antriebseinheit in einer Einführrichtung aufweisen. Die Einführöffnung kann in einer Weiterbildung, insbesondere durch eine verschwenk- und/oder -schiebbare Klappe, verschließbar sein, um die Antriebseinheit entgegen der Einführrichtung zu sichern, insbesondere festzulegen.
Zusätzlich oder alternativ kann der Instrumentenschaft eine Antriebseinheit-Verriegelungsanordnung zum, insbesondere form- und/oder reibschlüssigen, Verriegeln der Antriebseinheit in der Aufnahme aufweisen, insbesondere eines beweglichen, vorzugsweise vorgespannten, Riegels, der in der Antriebseinheit einrastet, wenn diese in der Aufnahme platziert ist.
Zusätzlich oder alternativ kann die Aufnahme relativ zu einer Längsachse des Instrumentenschafts beweglich, insbesondere verschwenkbar, sein. Dies ermöglicht es in einer Ausführung, die Antriebseinheit zunächst, wenigstens teilweise, in die in eine Aufnahmestellung bewegte, insbesondere verschwenkte Aufnahme einzuführen, und dann die Aufnahme in eine Verriegelungsstellung zu bewegen, insbesondere zu verschwenken, wobei die Antriebseinheit vorzugsweise in der Verriegelungsstellung der Aufnahme formschlüssig fixiert ist. Auf diese Weise kann insbesondere der Zugang zur Aufnahme verbessert und zugleich eine Fixierungsfunktionalität der Antriebseinheit in der Aufnahme integriert werden.
Die Einführrichtung kann in einer Ausführung, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht zur Längsachse des Instrumentenschaftes sein. Die Einführöffnung kann dann insbesondere auf der instrumentenschaftabgewandten Seite angeordnet sein, insbesondere, um einen Antriebseinheitenwechsel bei teilweise in einen Patienten eingeführtem Instrumentenschaft zu erleichtern. Gleichermaßen kann die Einführöffnung in einer Ausführung auf der instrumentenschaftzugewandten Seite angeordnet sein, insbesondere, um eine Interferenz zwischen mehreren kooperierenden chirurgischen Instrumenten zu vermeiden.
In einer anderen Ausführung kann die Einführrichtung, wenigstens im Wesentlichen, parallel zur Längsachse des Instrumentenschaftes sein. Die Einführöffnung kann dann wiederum insbesondere auf der instrumentenschaftabgewandten Seite angeordnet sein, insbesondere, um einen Antriebseinheitenwechsel bei teilweise in einen Patienten eingeführtem Instrumentenschaft zu erleichtern.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung stehen ein oder mehrere bewegliche Eintriebsglieder einer Eintriebsgliedanordnung zum Aktuieren eines Freiheitsgrades eines Instrumentenschaftes, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes zu einer Aufnahme des Instrumentenschaftes für eine Antriebseinheit hin vor. In einer Ausführung ist eine Schnittstelle bzw. Kontaktebene der Eintriebsgliedanordnung, wenigstens im Wesentlichen, parallel zur Längsachse.
Indem die Eintriebsglieder nicht parallel zur Längsachse des Instrumentenschaftes vorstehen, wie dies in der eingangs genannten WO 2011/143022 A1 der Fall ist, sondern nach diesem Aspekt wenigstens im Wesentlichen, senkrecht, interferieren in einer Ausführung vorteilhaft Deformationen des Instrumentenschaftes nicht oder nur weniger mit der Kopplung der Ab- und Eintriebsanordnung. Auf diese Weise kann vorzugsweise insbesondere eine Longitudinalschwingung im Instrumentenschaft, wenigstens teilweise, entkoppelt werden.
Insbesondere, um ein Einführen einer Antriebseinheit in eine Aufnahme eines Instrumentenschaftes zu verbessern, kann in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Eintriebsgliedanordnung des Instrumentenschaftes und/oder eine Abtriebsgliedanordnung der Antriebseinheit in einer Vertiefung, insbesondere in Koppelrichtung, angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit ein, insbesondere konvergentes und/oder bewegliches, Verdrängungsmittel zum Verdrängen der Eintriebsgliedanordnung des Instrumentenschaftes bei einem Einführen der Antriebseinheit in die Aufnahme des Instrumentenschaftes aufweisen. Das bewegliche Verdrängungsmittel kann insbesondere eine oder mehrere drehbare Rollen aufweisen, welche beim Einführen überdurchschnittlich vorstehende Eintriebsglieder einer Eintriebsgliedanordnung zurückdrängen und so die Eintriebsgliedanordnung nivellieren. Zusätzlich oder alternativ kann das Verdrängungsmittel eine in Einführrichtung konvergierende, insbesondere abgeschrägte oder konvexe, Fläche zum Zurückdrängen überdurchschnittlich vorstehender Eintriebsglieder aufweisen. Nach Überlaufen der Rolle(n) und/oder konvexen Fläche, stehen die Eintriebsglieder vorzugsweise, wenigstens im Wesentlichen, gleichmäßig zu der Aufnahme des Instrumentenschaftes hin vor. An eine in Einführrichtung konvergierende, insbesondere abgeschrägte oder konvexe, Fläche kann sich in einer Weiterbildung eine in Einführrichtung divergierende, insbesondere gegensinnig abgeschrägte oder konvexe, Fläche anschließen, um auch bei einem Ausführen der Antriebseinheit aus der Aufnahme vorstehende Eintriebsglieder zurückzudrängen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: einen Teil eines robotergeführten chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Teilschnitt;
2: ein Antriebsmodul und eine damit gekoppelte Eintriebsgliedanordnung des chirurgischen Instruments der 1;
3: ein Antriebsmodul und eine damit gekoppelte Eintriebsgliedanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung;
4A: ein Antriebsmodul mit einer Rückzuganordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung in einem mit einer Eintriebsgliedanordnung gekoppelten Zustand;
4B: das zurückgezogene und verriegelte Antriebsmodul der 4A;
5: ein Antriebsmodul nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung;
6(a): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Teilschnitt;
6(b): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
7(a): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
7(b): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
8(a): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
8(b): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
9(a): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
9(b): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung;
10(a): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung; und
10(b): eine Antriebseinheit und einen Instrumentenschaft eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 6(a) entsprechender Darstellung.
1 zeigt einen Teil eines robotergeführten, minimalinvasiven chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Teilschnitt. Das Instrument weist einen Instrumentenschaft 31 und eine damit lösbar verbundene Antriebseinheit 30 auf.
Der Instrumentenschaft weist eine Schnittstelle 42 zum Befestigen an einem Roboter 40 auf, der durch eine sterile Hülle 41 abgedeckt ist.
Der Instrumentenschaft weist mehrere Freiheitsgrade auf, von denen im Ausführungsbeispiel exemplarisch zwei angedeutet sind:
Der Instrumentenschaft weist ein Rohr 54 auf, das gegenüber einem Instrumentenschaftgehäuse 53 in einem Drehlager 55 drehbar gelagert ist. Zwei gegenläufige Zugtrumme 57c, 57d beaufschlagen gegensinnig ein Getrieberad 58 und sind jeweils mit nachfolgend näher erläuterten Eintriebsgliedern in Form von Eintriebsstößeln 37, 38 (vgl. 2) gekoppelt, die ihrerseits durch Abtriebsglieder in Form von Abtriebsstößeln 34, 35 (vgl. 2) aktuiert werden. Ab- und Eintriebsstößel 34/37 bzw. 35/38 bilden jeweils ein Stößelpaar, welches in 1 mit 45a–45d bezeichnet ist. Durch gegensinnige Aktuierung der Stößelpaare 45c, 45d kann das Rohr 54 im Drehlager 55 in beide Richtungen verdreht und so dieser Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes 31 aktuiert werden.
Am antriebseinheitfernen Ende des Rohres 54 ist ein Endeffektor angeordnet (nicht dargestellt), der wenigstens einen Freiheitsgrad relativ zum Rohr und/oder wenigstens einen funktionalen Freiheitsgrad, beispielsweise das Öffnen und Schließen einer Zange, aufweist. Zwei gegenläufige Zugtrumme 57a, 57b beaufschlagen gegensinnig den Endeffektor und sind jeweils mit nachfolgend näher erläuterten Eintriebsgliedern in Form von Eintriebsstößeln 37, 38 (vgl. 2) gekoppelt, die ihrerseits durch Abtriebsglieder in Form von Abtriebsstößeln 34, 35 (vgl. 2) aktuiert werden. Durch gegensinnige Aktuierung der Stößelpaare 45a, 45b kann ein Freiheitsgrad des Endeffektors aktuiert werden.
Die Eintriebsstößel 37, 38 sind im Ausführungsbeispiel translatorisch bzw. verschiebbar in einer Schnittstelle 56a bzw. 56b des Instrumentenschaftes 31 gelagert. In einer nicht dargestellten Abwandlung können gleichermaßen rotatorische bzw. drehbare Eintriebswellen drehfest mit Abtriebswellen gekoppelt sein, die vorliegende Erfindung wird insofern nur exemplarisch mit zur Aktuierung verschiebbaren Ab- und Eintriebsgliedern erläutert, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Die Antriebseinheit 30 weist ein Gehäuse 49 auf, in dem exemplarisch zwei Antriebsmodule 47a, 47b zum Aktuieren der vorstehend erläuterten Freiheitsgrade des Instrumentenschaftes 31 angeordnet sind. Die Antriebsmodule weisen jeweils einen Antrieb in Form eines Elektromotors 44a bzw. 44b und eine Abtriebsgliedanordnung mit zwei translatorisch beweglichen Abtriebsgliedern auf, die die Abtriebsstößel der Stößelpaare 45a, 45b bzw. 45c, 45d bilden.
Die Aktuierung der Eintriebsstößel durch Abtriebsstößel wird nachfolgend insbesondere mit Bezug auf 2 erläutert. Dabei können deren Stößelpaare 34/37 und 35/38 gleichermaßen die vorstehend genannten Stößelpaare 45a und 45b oder 45c und 45d darstellen.
Der Antrieb 44, der der Antrieb 44a oder 44b der 1 sein kann, aktuiert gegensinnig die zwei Abtriebsstößel 34 und 35, die verschiebbar in einem Gehäuse des Antriebsmoduls 47 gelagert sind, das das Antriebsmodul 47a oder 47b der 1 sein kann. Ab- und Eintriebsgliedanordnung 34, 35 und 37, 38 sind im Ausführungsbeispiel über eine optionale, flexible Sterilbarriere 32 einseitig gekoppelt. Die Eintriebsstößel 37, 38 sind über Koppelstangen mit einer Wippe gekoppelt, die ihrerseits die Zugtrumme 57.1, 57.2 gegensinnig aktuiert, die die Zugtrumme 57a, 57b oder 57c, 57d der 1 sein können. Koppelstangen und Wippe bilden ein Getriebe, welches in 2 strichpunktiert abgegrenzt ist.
Die Antriebsmodule sind, wie in 1, 2 angedeutet, in dem Gehäuse 49 der Antriebseinheit 30 jeweils in einer Koppelrichtung (horizontal in 1; vertikal in 2) gegen die Eintriebsgliedanordnung 37, 38 beweglich gelagert und vorgespannt. Die Koppelrichtungen der zwei Antriebsmodule 47a, 47b sind parallel (vgl. 1) zueinander und zur jeweiligen Aktuierungsrichtung, in der die Glieder zum Aktuieren der Freiheitsgrade des Instrumentenschaftes beweglich sind.
Die Antriebsmodule können eine Druckfeder aufweisen, die das Antriebsmodul in dem Gehäuse fesselt und in Koppelrichtung bzw. gegen die Eintriebsgliedanordnung vorspannt. Diese ist in 1 mit 46a bzw. 46b, in 2 gemeinsam mit 46 bezeichnet.
In einer in 5 gezeigten Abwandlung weist das Antriebsmodul stattdessen eine Magnetanordnung zum Vorspannen des Antriebsmoduls auf.
Die Magnetanordnung weist im Ausführungsbeispiel einen Elektromagneten 100 an dem Gehäuse 49 der Antriebseinheit auf einer instrumentenschaftzugewandten Seite (unten in 5) und diesem gegenüberliegend, einen Permanentmagneten 101 auf, der an dem Antriebsmodul 47 angeordnet ist. Zusätzlich ist ein Elektromagnet 103 an dem Gehäuse auf einer instrumentenschaftabgewandten Seite (oben in 5) angeordnet und diesem gegenüberliegend ein Permanentmagnet 104 an dem Antriebsmodul. Anstelle des Permanentmagneten 101 und/oder 104 kann auch ein weichmagnetischer Bereich vorgesehen sein, der durch die (bestromten) Elektromagnete 100 bzw. 103 angezogen werden kann.
Der bestromte Elektromagnet 100 zieht das Antriebsmodul 47 magnetisch in Koppelrichtung (nach unten in 5) und spannt so dessen Abtriebsgliedanordnung 34, 35 gegen die Eintriebsgliedanordnung (nicht dargestellt in 5) vor. Gleichermaßen kann der bestromte Elektromagnet 103 den gegenpoligen Permanentmagneten 104 abstoßen und so das Antriebsmodul 47 magnetisch in Koppelrichtung gegen die Eintriebsgliedanordnung vorspannen.
In einer nicht dargestellten Abwandlung kann einer der beiden Elektromagnete 100, 103 entfallen. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Abwandlung anstelle des Elektromagneten 100 und/oder 103 auch ein Permanentmagnet vorgesehen sein. Die Vorspannwirkung eines Permanentmagneten 101 kann durch Bestromen des Elektromagneten 103 reduziert, insbesondere aufgehoben werden. Wenn in einer Abwandlung an Stelle des Elektromagneten 103 ein Permanentmagnet angeordnet ist, der zu dem Permanentmagneten 104 gegenpolig ist bzw. diesen magnetisch anzieht, oder der Permanentmagnet 104 durch einen weichmagnetischen Bereich des Antriebsmoduls ersetzt ist, kann hierdurch eine permanentmagnetische Antriebsmodul-Verriegelungsanordnung zum Verriegeln des zurückgezogenen Antriebsmoduls verwirklicht sein, auf die nachfolgend mit Bezug auf 4A, 4B noch näher eingegangen wird.
In der Ausführung der 5 weist die Magnetanordnung mehrere, vorzugsweise unmagnetische, Abstandselemente 102 auf, die einen direkten Kontakt zwischen dem Permanent- oder Elektromagneten 100 an dem Gehäuse der Antriebseinheit mit dem weich- oder hartmagnetischen Bereich, insbesondere (weiteren) Permanentmagneten 101 an dem Antriebsmodul verhindern. Gleichermaßen verhindern, vorzugsweise unmagnetische, Abstandselemente 105 einen direkten Kontakt zwischen dem Permanent- oder Elektromagneten 103 und dem weich- oder hartmagnetischen Bereich, insbesondere (weiteren) Permanentmagneten 104.
3 zeigt ein Antriebsmodul und eine damit gekoppelte Eintriebsgliedanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf deren Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Wie in der Ausführung der 2 exemplarisch gezeigt, kann ein Antriebsmodul 47 direkt im Gehäuse 49 der Antriebseinheit 30 beweglich gelagert sein, insbesondere formschlüssig, beispielsweise durch eine oder mehrere Nuten und/oder Rippen. Zusätzlich oder alternativ kann, wie in der Ausführung der 3 nur exemplarisch gezeigt, in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Abtriebsgliedanordnung in dem Gehäuse der Antriebseinheit beweglich gelagert sein, wobei der Antrieb, insbesondere ein Antriebsmodulgehäuse 47.1, in dem dieser abgestützt ist, beweglich an der Abtriebsgliedanordnung gelagert und, insbesondere elastisch und/oder permanent- und/oder elektromagnetisch, gegen das Gehäuse der Antriebseinheit gefesselt und dadurch in Koppelrichtung vorgespannt ist. In der Ausführung der 3 sind die Abtriebsstößel 34, 35 jeweils in Schublagern des Gehäuses 49 der Antriebseinheit beweglich gelagert. Ein Gehäuse 47.1 des Antriebsmoduls, in dem sich der die Abtriebsstößel 34, 35 gegensinnig beaufschlagende Antrieb abstützt, ist durch eine Magnetanordnung oder Druckfeder 46 gegen das Gehäuse 49 der Antriebseinheit gefesselt und dadurch in Koppelrichtung (vertikal nach unten in 3) vorgespannt.
4A, 4B zeigen ein Antriebsmodul und eine damit gekoppelte Eintriebsgliedanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 2 entsprechender Darstellung. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf deren Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird. 4A zeigt dabei das Antriebsmodul in einem mit der Eintriebsgliedanordnung gekoppelten Zustand, 4B das zurückgezogene und verriegelte Antriebsmodul.
Wie vorstehend mit Bezug auf 5 erläutert, kann durch wahlweises, insbesondere gesteuertes Bestromen einer Magnetanordnung mit wenigstens einem Elektromagneten 100 und/oder 103 das Antriebsmodul 47 gegen die Vorspannung zurückgezogen werden. Dies kann insbesondere ein An- und Abkoppeln der Antriebseinheit an den Instrumentenschaft erleichtern, da dabei nicht die (volle) Vorspannung, insbesondere manuell, überwunden werden muss. Somit stellt eine entsprechend bestromte Magnetanordnung, wie sie mit Bezug auf 5 erläutert wurde, eine magnetische Rückzuganordnung zum Zurückziehen des Antriebsmoduls gegen die Vorspannung dar.
Zusätzlich oder alternativ kann eine mechanische Rückzuganordnung zum Zurückziehen des Antriebsmoduls gegen die Vorspannung vorgesehen sein, wie sie nun exemplarisch mit Bezug auf 4A, 4B erläutert wird.
In der Ausführung der 4 weist der Antrieb ein Abtriebsmittel in Form einer Wippe 59 auf, mit der die Abtriebsstößel 34, 35 über Koppelstangen gegenläufig gekoppelt sind. Zum Aktuieren eines Freiheitsgrads des Instrumentenschaftes benötigt der Antrieb nur einen begrenzten Winkelbereich, der somit einen Aktuierbereich definiert. Von diesem ist ein Rückzugbereich durch einen mechanischen Anschlag 60 für die Wippe 59 abgegrenzt, die hierzu aus einem Gehäuse des Antriebsmoduls 47.1 hervorragt.
Solange der Antrieb die Wippe innerhalb des Aktuierbereichs bewegt, wie in 4A angedeutet, werden die Abtriebsstößel gegensinnig aktuiert. Mit Erreichen des Rückzugbereichs stützt sich, wie in 4B dargestellt, die Wippe 59 an dem mechanischen Anschlag 60 ab. Durch Weiterdrehen der Wippe in den Rückzugbereich hinein verschiebt der Antrieb über die Wippe 59 das Antriebsmodul gegen die Vorspannung des Federmittels 46 und zieht somit das Antriebsmodul motorisch gegen die Vorspannung zurück. In einer nicht dargestellten Abwandlung interagiert der Anschlag 60 nicht mit der Wippe 59, sondern einem oder beiden Stößeln 34, 35.
Wie in 5 dargestellt, kann die Rückzuganordnung 59, 60 auch mit einer magnetischen Vorspannung, insbesondere durch eine Magnetanordnung mit Permanentmagnete 101 und/oder 104, kombiniert sein.
Insbesondere, um den Antrieb zu entlasten, kann eine Antriebsmodul-Verriegelungsanordnung zum Verriegeln des zurückgezogenen Antriebsmoduls vorgesehen sein. Diese weist in der Ausführung der 4B einen federbelasteten und manuell oder automatisch lösbaren Riegel 61 auf, durch den das gegen die Vorspannung zurückgezogene Abtriebsmodul formschlüssig gesichert wird.
Die Antriebsmodul-Verriegelungsanordnung kann auch magnetisch ausgebildet sein. Wenn, wie mit Bezug auf 5 erläutert, ein Magnet, insbesondere ein Permanentmagnet 101, einen weichmagnetischen Bereich oder gegenpoligen Permanentmagneten 104 des Antriebsmoduls magnetisch anzieht, kann hierdurch das (stärker vorgespannte) Antriebsmodul magnetisch verriegelt werden. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Rückzuganordnung auch zum Lösen der Verriegelung bzw. zum Verstellen des Antriebsmoduls in Koppelrichtung ausgebildet. Hierzu kann in einer Ausführung allgemein ein mechanischer Gegenanschlag vorgesehen sein, an dem sich das Abtriebsmittel abstützt, wenn es in einen von dem Aktuierungs- und Rückzugbereich verschiedenen Vorschubbereich verstellt wird. In der Ausführung der 5 ist ein entsprechender Gegenanschlag 106 am Gehäuse der Antriebseinheit angeordnet und definiert einen vom Aktuierbereich und dem durch den Anschlag 60 definierten Rückzugbereich verschiedenen Vorschubbereich. Mit Erreichen des Vorschubbereichs stützt sich, wie in 5 dargestellt, die Wippe 59 an dem mechanischen Gegenanschlag 106 ab. Durch Weiterdrehen der Wippe in den Vorschubbereich hinein verschiebt der Antrieb über die Wippe 59 das Antriebsmodul gegen die Verriegelung der Magnetanordnung 103, 104 in Koppelrichtung (vertikal nach unten in 5). Auch hier kann in einer Abwandlung der Anschlag 60 statt mit Wippe 59 mit einem oder beiden Stößeln 34, 35 interagieren.
Wie insbesondere in 1 und 6–10 erkennbar, schließt die Koppelrichtung (horizontal in den Figuren), in der das Antriebsmodul 47 (a, b) in dem Gehäuse 49 der Antriebseinheit beweglich gelagert und vorgespannt ist, mit einer Längsachse des Instrumentenschaftes 31 (vertikal in den Figuren) einen Winkel ein, der im Wesentlichen 90° beträgt.
Mit Bezug auf 6–10 wird nachfolgend eine Aufnahme des Instrumentenschafts zur formschlüssigen, lösbaren Befestigung der Antriebseinheit nach verschiedenen Ausführungen der vorliegenden Erfindung erläutert. Mit den anderen Ausführungen übereinstimmende Merkmale sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass auf deren Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Die Figuren zeigen jeweils einen Teil des Instrumentenschafts mit seiner Aufnahme sowie die noch hiervon getrennte Antriebseinheit, wobei eine Einführrichtung der Antriebseinheit in die Aufnahme durch einen Bewegungspfeil angedeutet ist.
Die Aufnahme 80 der Ausführung der 6(a) weist eine angefaste Einführöffnung 140 zum Einführen der Antriebseinheit 30 in einer Einführrichtung auf, wobei die Einführrichtung parallel zur Längsachse des Instrumentenschaftes 31 (vertikal in 6(a)) ist. Die Einführöffnung 140 ist auf der instrumentenschaftabgewandten Seite (oben in 6(a)) angeordnet.
Die beweglichen Eintriebsglieder der Eintriebsgliedanordnung 45.2 des Instrumentenschaftes, beispielsweise die Eintriebsstößel 37, 38, wie sie vorstehend mit Bezug auf 2–5 erläutert wurden, stehen senkrecht zur Längsachse des Instrumentenschaftes 31 zu dessen Aufnahme 80 hin vor, wobei die Schnittstelle bzw. Kontaktebene der Eintriebsgliedanordnung 45.2 parallel zur Längsachse ist.
In der Ausführung der 6(b) ist die Eintriebsgliedanordnung 45.2 des Instrumentenschaftes 31 in einer Vertiefung 142 angeordnet. Zusätzlich oder alternativ ist die Abtriebsgliedanordnung 45.1 der Antriebseinheit 30, beispielsweise die Abtriebsstößel 34, 35, wie sie vorstehend mit Bezug auf 2–5 erläutert wurden, in einer Vertiefung 143 angeordnet, wenn sie durch die Rückzuganordnung gegen die Vorspannung zurückgezogen ist. Nach Einführen der Antriebseinheit 30 in die Aufnahme 80 und Entriegeln der Rückzuganordnung bzw. Aufbauen der Vorspannung kontaktiert die vorgespannte Abtriebsgliedanordnung 45.1, die dann aus der Vertiefung 143 vorsteht, die Eintriebsgliedanordnung 45.2 des Instrumentenschaftes 31.
Die Ausführung der 7(a) entspricht im Wesentlichen derjenigen der 6(a). Zum formschlüssigen Befestigen der Antriebseinheit 30 in der Aufnahme 80 des Instrumentenschafts 31 ist ein Bajonettverschluss mit wenigstens einem Vorsprung 151 am Gehäuse 49 der Antriebseinheit vorgesehen, der infolge einer Verdrehung der Antriebseinheit in eine Aussparung 150 der Aufnahme 80 eingreift. Gleichermaßen kann der Vorsprung 151 in einer Abwandlung infolge einer Verschiebung (horizontal nach links in 7(a)) statt durch eine Verdrehung in die Aussparung 150 der Aufnahme 80 eingreifen, wobei diese Verschiebung vorzugsweise durch Aufprägen der Vorspannkraft erfolgt. Der Anwender schiebt somit die Antriebseinheit (vertikal von oben in 7(a)) in die Aufnahme ein. Anschließend wird, insbesondere manuell oder automatisch, ein Ankopplungsvorgang initiiert, bei dem die Schnittstellen mit der Vorspannkraft beaufschlagt werden. Dadurch wird der Vorsprung 151 der Antriebseinheit senkrecht zur Einführrichtung in die Aussparung 150 gedrückt und somit die Antriebseinheit formschlüssig verriegelt.
Die Ausführung der 7(b) entspricht im Wesentlichen derjenigen der 6(a), 7(a). Die Aufnahme 80 weist in dieser Ausführung eine mehrteilige formschlüssige Führung zum Einführen der Antriebseinheit 30 in der Einführrichtung auf. Die Führung weist mehrere Führungsnuten 152 auf, die mit entsprechenden Vorsprüngen 153 am Gehäuse 49 der Antriebseinheit 30 formschlüssig zusammenwirken, um dieses formschlüssig in der Aufnahme 80 des Instrumentenschafts 31 zu befestigen. Die Führungsnuten 152 sind im Wesentlichen L-förmig ausgebildet, so dass die Antriebseinheit wiederum infolge einer Verdrehung in der Aufnahme formschlüssig festgelegt werden kann. Wie bei dem Bajonettverschluss der Ausführung nach 7(a) ist die nach Einführen in der Aufnahme verdrehte und hierdurch formschlüssig festgelegte Antriebseinheit entgegen der Einführrichtung vorgespannt, beispielsweise durch entsprechendes Übermaß oder elastische Federmittel (nicht dargestellt), um so reibschlüssig einem Zurückdrehen und damit Lösen der Antriebseinheit entgegenzuwirken. Gleichermaßen können auch hier in einer Abwandlung wie in der vorstehend mit Bezug auf 7(a) erläuterten Abwandlung die Vorsprünge 153 infolge einer Verschiebung (horizontal nach links in 7(b)) in den kurzen Schenkel der Aussparungen 152 senkrecht zur Einführrichtung verschoben werden, wobei diese Verschiebung wiederum vorzugsweise durch Aufprägen der Vorspannkraft erfolgt. Der Anwender schiebt somit die Antriebseinheit (vertikal von oben in 7(b)) in die Aufnahme ein. Dabei gleiten die Vorsprünge 153 in den langen Schenkeln der L-förmigen Aussparungen 152 bis zu deren Knick. Anschließend wird, insbesondere manuell oder automatisch, ein Ankopplungsvorgang initiiert, bei dem die Schnittstellen mit der Vorspannkraft beaufschlagt werden. Dadurch werden die Vorsprünge 153 der Antriebseinheit senkrecht zur Einführrichtung in den Aussparungen 152 verschoben und somit die Antriebseinheit formschlüssig verriegelt.
Die Ausführung der 8(a) entspricht im Wesentlichen derjenigen der 7(b), wobei hier eine Führungsrippe 161, die sich in Einführrichtung erstreckt, in eine hierzu komplementäre Führungsnut 160 der Aufnahme 80 eingeführt und in dieser beispielsweise reibschlüssig festgelegt wird bzw. ist. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie exemplarisch in 8(a) dargestellt ist, weist die Aufnahme allgemein zusätzlich zu der Einführöffnung eine weitere Öffnung (links in 8(a)) auf, insbesondere, um eine signal- und/oder energietechnische Verbindung der Antriebseinheit zu verbessern (nicht dargestellt).
In der Ausführung der 8(b) ist die Einführrichtung senkrecht zur Längsachse des Instrumentenschaftes. Die Einführöffnung ist auf der instrumentenschaftabgewandten Seite (links in 8(b)) angeordnet.
In der Ausführung der 8(b) ist eine Antriebseinheit-Verriegelungsanordnung zum formschlüssigen Verriegeln der Antriebseinheit 30 in der Aufnahme 80 in Form eines beweglichen, vorgespannten Riegels 167 vorgesehen, der in der Antriebseinheit 30 einrastet, wenn diese in der Aufnahme 80 platziert ist. Obwohl nicht dargestellt, kann eine solche oder ähnliche Antriebseinheit-Verriegelungsanordnung auch in den anderen Ausführungen vorgesehen sein, insbesondere zusätzlich oder alternativ zu einer formschlüssigen Festlegung, insbesondere einem Bajonettverschluss, oder einer reibschlüssigen Festlegung.
Die Aufnahme 80 der Ausführung der 8(b) weist eine oder mehrere Führungsrippen 165 auf, die in entsprechende Führungsnuten 166 im Gehäuse 49 der Antriebseinheit 30 eingreifen. Wie mit Bezug auf 6(b) beschrieben, ist die Eintriebsgliedanordnung 45.2 in einer Vertiefung 164 angeordnet.
Die Ausführung der 9(a) entspricht im Wesentlichen derjenigen der 8(b), wobei die Einführöffnung durch eine verschwenkbare Klappe 170 verschließbar ist, um die Antriebseinheit 30 entgegen der Einführrichtung formschlüssig festzulegen.
In der Ausführung der 9(b) ist die Aufnahme 80 relativ zur Längsachse des Instrumentenschafts verschwenkbar. Dies ermöglicht es, die Antriebseinheit 30, wie in 9(b) durch Bewegungspfeile angedeutet, zunächst in die in eine Aufnahmestellung (vgl. 9(b)) verschwenkte Aufnahme einzuführen, und dann die Aufnahme in eine Verriegelungsstellung zu verschwenken, wobei die Antriebseinheit in dieser Verriegelungsstellung der Aufnahme dann formschlüssig fixiert ist.
In der Ausführung der 10(a) weist die Antriebseinheit 30 ein konvergentes Verdrängungsmittel zum Verdrängen der Eintriebsgliedanordnung des Instrumentenschaftes bei einem Einführen der Antriebseinheit in die Aufnahme des Instrumentenschaftes auf. Das konvergente Verdrängungsmittel der Ausführung der 10(a) weist eine konvexe, insbesondere schräge oder elliptische Fläche auf, die in einem ersten Abschnitt 180a in Einführrichtung konvergiert und so überdurchschnittlich vorstehende Eintriebsglieder der Eintriebsgliedanordnung 45.2 beim Einführen formschlüssig zurückdrängt. An die in Einführrichtung konvergierende Fläche 180a schließt sich eine in Einführrichtung divergierende, in der Ausführung der 10(a) ebenfalls konvexe Fläche 180b an, um auch bei einem Ausführen der Antriebseinheit 30 aus der Aufnahme 80 vorstehende Eintriebsglieder zurückzudrängen.
In der Ausführung der 10(b) weist die Antriebseinheit 30 hingegen ein bewegliches Verdrängungsmittel in Form mehrerer drehbarer Rollen 181a, 181b auf, welche beim Einführen überdurchschnittlich vorstehende Eintriebsglieder der Eintriebsgliedanordnung 45.2 zurückdrängen und so die Eintriebsgliedanordnung nivellieren. Nach Überlaufen der Rollen 181a, 181b bzw. der konvexen Fläche 180a stehen die Eintriebsglieder, wenigstens im Wesentlichen, gleichmäßig zu der Aufnahme des Instrumentenschaftes hin vor.
Bezugszeichenliste

30: Antriebseinheit
31: Instrumentenschaft
32: (flexible) Sterilbarriere
34, 35: Abtriebsstößel
37, 38: Eintriebstößel
40: Roboter
41: (sterile) Hülle
42: Schnittstelle
44; 44a, 44b: Elektromotor
45a–45d: Stößelpaar
45.1: Abtriebsgliedanordnung
45.2: Eintriebsgliedanordnung
46; 46a, 46b: Federmittel (Druckfeder)
47; 47a, 47b: Antriebsmodul
47.1: Gehäuse des Antriebsmoduls
49: Gehäuse
53: Instrumentenschaftgehäuse
54: Rohr
55: Drehlager
56a, 56b: Schnittstelle
57.1, 57.2, 57a–57d: Zugtrumme
58: Getrieberad
59: Wippe
60: (mechanischer) Anschlag
61, 167: Riegel
80: Aufnahme
100, 103: Elektromagnet
101, 104: Permanentmagnet
102: Abstandselement
105: Abstandselement
106: Gegenanschlag
140: Einführöffnung
142, 143, 164: Vertiefung
150: Aussparung
151, 153: Vorsprung
152, 160, 166: Führungsnut
161, 165: Führungsrippe
170: Klappe
180a, 108b: Abschnitt/konvergierende Fläche
181a, 181b: bewegliche Rolle

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 2011/143022 A1 [0002, 0011, 0025, 0036]

Claims

Chirurgisches Instrument mit – einem Instrumentenschaft (31) mit einer Eintriebsgliedanordnung (45.2) mit wenigstens einem beweglichen Eintriebsglied (37, 38) zum Aktuieren eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, insbesondere nach einem der nachfolgenden Ansprüche, und – einer lösbar mit dem Instrumentenschaft verbindbaren Antriebseinheit (30) nach einem der nachfolgenden Ansprüche.
Chirurgisches Instrument nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelrichtung, in der das Antriebsmodul in dem Gehäuse der Antriebseinheit beweglich gelagert und vorgespannt ist, mit einer Längsachse des Instrumentenschaftes einen Winkel einschließt, dessen Betrag größer als 0°, insbesondere größer als 45°, insbesondere wenigstens im Wesentlichen 90° ist.
Chirurgisches Instrument nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Antriebseinheit-Verriegelungsanordnung (150, 151; 152, 153; 167; 170) zum Verriegeln der Antriebseinheit in einer Aufnahme (80) des Instrumentenschaftes.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle zum Befestigen an einem Roboter (40).
Instrumentenschaft (31) mit einer Eintriebsgliedanordnung (45.2) mit wenigstens einem beweglichen Eintriebsglied (37, 38) zum Aktuieren eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, welches, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes zu einer Aufnahme (80) des Instrumentenschaftes für eine Antriebseinheit (31) hin vorsteht.
Instrumentenschaft nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme eine Führung (152, 153; 160, 161; 165, 166) und/oder eine, insbesondere verschließbare (170), Einführöffnung (140) zum Einführen einer Antriebseinheit (30) in einer Einführrichtung aufweist, welche insbesondere, wenigstens im Wesentlichen, senkrecht oder parallel zur Längsachse des Instrumentenschaftes ist.
Instrumentenschaft nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme relativ zu einer Längsachse des Instrumentenschafts beweglich, insbesondere verschwenkbar, ist.
Instrumentenschaft nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintriebsgliedanordnung in einer Vertiefung (142; 164) angeordnet ist.
Antriebseinheit (30) mit einem Gehäuse (49) und wenigstens einem Antriebsmodul (47; 47a, 47b) mit einem Antrieb und einer Abtriebsgliedanordnung (45.1) mit wenigstens einem beweglichen Abtriebsglied (34, 35) zum Aktuieren eines Freiheitsgrades eines Instrumentenschaftes (31), welches in dem Gehäuse in einer Koppelrichtung beweglich gelagert und vorgespannt ist.
Antriebseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Magnetanordnung (100, 101, 103, 104) zum Vorspannen des Antriebsmoduls in der Koppelrichtung.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine, insbesondere mechanische und/oder magnetische, Rückzuganordnung (59, 60) zum Zurückziehen des Antriebsmoduls gegen die Vorspannung.
Antriebseinheit nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Antriebsmodul-Verriegelungsanordnung (61; 103, 104) zum Verriegeln des zurückgezogenen Antriebsmoduls.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückzuganordnung (59, 60) durch einen Antrieb des Antriebsmoduls aktuierbar ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein, insbesondere konkaves und/oder bewegliches, Verdrängungsmittel (180a; 181a, 181b) zum Verdrängen einer Eintriebsgliedanordnung (45.2) eines Instrumentenschafts (31) bei einem Einführen der Antriebseinheit in eine Aufnahme (80) des Instrumentenschaftes.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebsgliedanordnung (45.1) in einer Vertiefung (143) angeordnet ist.