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Die Erfindung betrifft ein medizinisches Instrument mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
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Es sind medizinische Instrumente, insbesondere in Form von endoskopischen Instrumenten bekannt, welche einen länglichen Schaft aufweisen, wobei am distalen Ende des Schaftes ein Instrumentenmaul angeordnet ist. Am proximalen Ende des Schaftes sind in der Regel Betätigungselemente zur Betätigung des Instrumentenmauls angeordnet. Dies können Griffelemente oder aber auch Schnittstellen zu automatisierten Antrieben sein. Das Instrumentenmaul kann beispielsweise ein Zangenmaul oder auch ein Schneidinstrument nach Art einer Schere sein. Das Instrumentenmaul weist zumindest ein schwenkbares Maulteil auf. Zur Übertragung der Bewegung von Betätigungselementen auf das bewegliche Maulteil ist es bekannt, Seilzüge oder Betätigungsstangen zu verwenden. Betätigungsstangen lassen sich insbesondere bei mehrfach abwinkelbaren Instrumenten und Schäften nicht ohne weiteres einsetzen. Seilzüge unterliegen einem gewissen Verschleiß und bedürfen einer aufwändigen Führung.
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Im Hinblick auf diese Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, ein medizinisches Instrument, insbesondere ein endoskopisches Instrument in der Weise zu verbessern, dass ein zuverlässiger Antrieb zumindest eines beweglichen Maulteiles am distalen Ende geschaffen wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein medizinisches Instrument mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Bei dem erfindungsgemäßen medizinischen Instrument handelt es sich insbesondere um ein endoskopisches Instrument. Das Instrument weist in bekannter Weise einen länglichen Schaft auf, an dessen distalen Ende ein Instrumentenmaul angeordnet ist. Dieses Instrumentenmaul kann als ein Maul zum Greifen oder auch als ein Maul zum Schneiden, d. h. beispielsweise als ein Zangenmaul oder nach Art einer Schere ausgebildet sein. Auch andere geeignete Ausgestaltungen sind denkbar. Das Instrumentenmaul weist zumindest ein schwenkbares Maulteil auf. Durch Schwenken des Maulteils relativ zu dem anderen Maulteil wird das Instrumentenmaul geöffnet und geschlossen. Am proximalen Ende des Schaftes können in bekannter Weise Betätigungselemente oder Schnittstellen zu geeigneten Antrieben vorgesehen sein. Solche Antriebe können beispielsweise elektromotorische Antriebe sein. Insofern eignet sich das erfindungsgemäße Instrument insbesondere zur Verwendung an einem Operationsroboter.
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Erfindungsgemäß verläuft im Schaft zumindest eine erste drehbare Welle zum Antrieb des zumindest einen schwenkbaren Maulteils am distalen Ende. Diese Welle erstreckt sich vom proximalen Ende zum distalen Ende. Am proximalen Ende kann sie mit einem Betätigungselement, wie einer Handhabe oder einem anderen Antrieb oder einer Schnittstelle zur Verbindung mit einem geeigneten Antrieb, verbunden sein. Am distalen Ende der Welle ist eine Schnecke angeordnet oder ausgebildet, welche mit einer mit dem ersten Maulteil verbundenen Verzahnung kämmt. Die Verzahnung kann direkt an dem ersten Maulteil ausgebildet sein oder an einem Element ausgebildet sein, welches mit dem Maulteil zur Bewegungs- und Kraftübertragung verbunden ist. Die mit dem Maulteil verbundene Verzahnung bildet ein Zahnrad bzw. Schneckenrad oder einen Teilabschnitt eines Zahnrades oder Schneckenrades. Die Verzahnung erstreckt sich dabei zweckmäßigerweise konzentrisch zur Schwenkachse des schwenkbaren Maulteils. Durch Drehung der drehbaren Welle und der drehfest mit der Welle angeordneten Schnecke bewirkt diese über die Verzahnung eine Drehung des beweglichen Maulteils um dessen Schwenkachse. So wird ein zuverlässiger Antrieb für das zumindest eine schwenkbare Maulteil geschaffen, welcher eine schlupffreie Kraftübertragung gewährleistet, was insbesondere bei Verwendung in einem Operationsroboter von Vorteil ist.
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Bevorzugt weist das Instrumentenmaul ein zweites schwenkbares Maulteil auf, welches mit einer Verzahnung verbunden ist, die mit einer am distalen Ende einer drehbaren Welle angeordneten Schnecke kämmt. Die mit dem zweiten schwenkbaren Maulteil verbundene Verzahnung kann direkt an dem zweiten Maulteil ausgebildet sein oder an einem mit dem zweiten Maulteil verbundenen Element ausgebildet sein. Das zweite schwenkbare Maulteil ist relativ zu dem ersten schwenkbaren Maulteil verschwenkbar. Durch Verschwenken des ersten und des zweiten Maulteils wird das Instrumentenmaul geöffnet und geschlossen. D. h. bei dieser Ausgestaltung können zum Öffnen und Schließen des Instrumentenmauls beide Mauteile bewegt werden. Das zweite schwenkbare Maulteil kann über dieselbe drehbare Welle angetrieben werden, wenn deren Schnecke sowohl mit der Verzahnung des ersten schwenkbaren Maulteils als auch mit der Verzahnung des zweiten schenkbaren Maulteils kämmt. Die mit dem zweiten schwenkbaren Maulteil verbundene Verzahnung ist ebenfalls als Zahn- oder Schneckenrad oder als Teilabschnitt eines Zahn- oder Schneckenrades ausgebildet und erstreckt sich zweckmäßigerweise konzentrisch zur Schwenkachse des zweiten Maulteils.
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Anstatt über dieselbe Welle angetrieben zu werden, kann das Instrumentenmaul auch ein zweites schwenkbares Maulteil aufweisen und es kann in dem Schaft eine zweite drehbare Welle verlaufen, welche an ihrem distalen Ende eine Schnecke aufweist, die mit einer mit dem zweiten Maulteil verbundenen Verzahnung kämmt. D. h. bei dieser Ausgestaltung ist für jedes der schwenkbaren Maulteile eine eigene drehbare Welle vorgesehen, welche sich vom proximalen zum distalen Ende durch den Schaft hindurch erstreckt. Auch diese zweite drehbare Welle ist am proximalen Ende des Schaftes vorzugsweise mit einem Betätigungselement, einen Antrieb oder einer Schnittstelle zu einem Antrieb verbunden. Über die zwei drehbaren Wellen ist eine unabhängige Bewegung beider Maulteile möglich. Der unabhängige Antrieb beider Maulteile ermöglichst eine größere Beweglichkeit des Instrumentenmauls und insbesondere, wie unten näher beschrieben wird, auch ein Verschwenken des gesamten Instrumentenmauls.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform können beide Maulteile um eine gemeinsame Schwenkachse schwenkbar sein. Wenn dies der Fall ist, kann bei einem unabhängigen Antrieb der beiden schwenkbaren Maulteile über zwei Wellen, wie es vorangehend beschrieben wurde, auch das gesamte Instrumentenmaul um diese Schwenkachse verschwenkt werden. Durch unterschiedliche Schwenkbewegungen der beiden Maulteile kann das Instrumentenmaul geöffnet und geschlossen werden. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, die beiden schwenkbaren Maulteile an separaten, von einander beabstandeten Schwenkachsen zu lagern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Welle als biegsame Welle ausgebildet. So kann die vorangehend beschriebene erste drehbare Welle biegsam ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann auch die zweite drehbare Welle biegsam ausgebildet sein. Solche biegsamen Wellen sind dann von Vorteil, wenn der Schaft zwischen der Anlenkung des Maulteils bzw. der Maulteile und dem proximalen Ende noch weiter knick- oder schwenkbar ist. Eine solche biegsame Welle kann Abwinklungen des Schaftes folgen, ohne dass an den Knickstellen des Schaftes aufwändige Umlenkungen oder Getriebe vorgesehen werden müssten.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist auch das Instrumentenmaul als Ganzes um eine Schwenkachse schwenkbar, wie es beispielsweise vorangehend beschrieben wurde. Dies ermöglicht eine größere Beweglichkeit, da das Instrumentenmaul insgesamt gegenüber der Längsachse des Schaftes abgewinkelt werden kann. Die Schwenkachse, um welche das gesamte Instrumentenmaul schwenkbar ist, erstreckt sich bevorzugt parallel zu den Schwenkachsen der einzelnen Maulteile, d. h. parallel zu der Schwenkachse des ersten schwenkbaren Maulteils und gegebenenfalls der Schwenkachse des zweiten beweglichen Mauteils, sofern ein solches vorhanden ist. Besonders bevorzugt kann, wie oben beschrieben, die Schwenkachse des gesamten Instrumentenmauls einer Schwenkachse eines schwenkbaren Maulteils entsprechen. Bevorzugt entspricht die Schwenkachse des gesamten Instrumentenmauls gleichzeitig den Schwenkachsen beider schwenkbarer Maulteile. So kann durch Verschwenken beider Maulteile gleichzeitig die Schwenkbewegung des gesamten Instrumentenmauls erreicht werden, wenn beide Maulteile um dasselbe Maß bzw. denselben Winkel in dieselbe Richtung um die gemeinsame Schwenkachse verschwenkt werden. Durch Schwenkbewegungen relativ zueinander werden die Maulteile auseinander und aufeinander zu bewegt, um das Instrumentenmaul zu öffnen und zu schließen. Dabei kann das Instrumentenmaul in jeder möglichen Winkelstellung geöffnet und beschlossen werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das Instrumentenmaul an einem distalen Schaftabschnitt befestigt oder angelenkt sein, welcher gegenüber dem übrigen Schaft schwenkbar ist. Hierdurch wird eine weitere Beweglichkeit des Instrumentenmauls am distalen Ende des Schaftes geschaffen, da der distale Schaftabschnitt bevorzugt zusätzlich zu der Schwenkbarkeit des gesamten Instrumentenmauls und dessen einzelner Maulteile relativ zu dem Schaft schwenkbar ist.
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Dabei ist der distale Schaftabschnitt bevorzugt um eine Schwenkachse schwenkbar, welche sich normal zu der Schwenkachse eines Maulteils und/oder der Schwenkachse des gesamten Instrumentenmauls erstreckt. Durch diese gewinkelte Anordnung der beiden Schwenkachsen zueinander wird es möglich, das Instrumentenmaul insgesamt in nahezu jede beliebige Raumrichtung zu verschwenken. Besonders bevorzugt sind beide Maulteile schwenkbar und das Instrumentenmaul als ganzes schwenkbar, wobei beide Maulteile und das Instrumentenmaul um eine erste gemeinsame Schwenkachse schwenkbar sind. Gleichzeitig ist bevorzugt der distale Schaftabschnitt um eine zweite Schwenkachse schwenkbar, welche sich normal zu dieser ersten Schwenkachse, d. h. rechtwinklig zu dieser ersten Schwenkachse erstreckt.
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Weiter bevorzugt ist die Schwenkachse, um welche der distale Schaftabschnitt schwenkbar ist, in Längsrichtung des Schaftes, welche sich vom proximalen zum distalen Ende ersteckt, von der Schwenkachse, um welche das Instrumentenmaul schwenkbar ist, beabstandet. Der distale Abschnitt des Schaftes kann so einen ausschwenkbaren Arm bilden, welcher bei Operationen dazu genutzt werden kann, Gewebe zurückzuhalten oder wegzudrücken.
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Der distale Abschnitt weist bevorzugt eine Verzahnung auf, welche mit einer korrespondierenden Verzahnung am distalen Ende eines sich im Inneren des Schaftes erstreckenden drehbaren Innenschaftes kämmt. Der Innenschaft ist dabei bevorzugt konzentrisch zur Längsachse des Schaftes angeordnet und um diese drehbar. Die Verzahnung am distalen Ende des Innenschaftes erstreckt sich dabei konzentrisch zu der Drehachse des Innenschaftes. Die Verzahnung an dem distalen, schwenkbaren Schaftabschnitt ist vorzugsweise bogenförmig ausgebildet und erstreckt sich um die Schwenkachse des distalen Schaftabschnittes. So bewirkt die Drehung des Innenschaftes durch den Eingriff der Verzahnung des Innenschaftes in die Verzahnung des distalen Schaftabschnittes eine Verschwenkung des distalen Schaftabschnittes um dessen Schwenkachse.
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Bevorzugt ist ferner zwischen dem Maulteil und der verbundenen Verzahnung ein Federelement angeordnet, welches eine Kraft zum Schließen und/oder Öffnen des Maulteils begrenzt. Ein solches Federelement kann zwischen dem ersten Maulteil und der mit diesem verbundenen Verzahnung und/oder zwischen dem zweiten Maulteil und der mit diesem zweiten Maulteil verbundenen Verzahnung angeordnet sein. Dabei ist das Federelement im Kraftfluss zwischen Verzahnung und dem Maulteil angeordnet. Wenn im Kraftfluss eine bestimmte Kraft überschritten wird, kommt es abhängig von der Steifigkeit des Federelementes zu einer Verformung der Feder, so dass keine größere Kraft übertragen werden kann. So dient das Federelement als Kraftbegrenzung. Das Federelement kann so angeordnet bzw. ausgebildet sein, dass es in Schließrichtung des Maulteils wirkt oder so angeordnet und ausgestaltet sein, dass es in Öffnungsrichtung des Maulteils wirkt. Alternativ kann es auch so ausgebildet sein, dass es in beiden Richtungen wirkt.
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Nachfolgend wir die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht eines distalen Endes eines erfindungsgemäßen medizinischen Instrumentes,
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2 eine Draufsicht auf das distale Ende gemäß 1,
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3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2,
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4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2,
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5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in 2,
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6 eine perspektivische Ansicht der Antriebselemente des medizinischen Instrumentes gemäß der vorangehenden Figuren,
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7 eine axiale Draufsicht auf die Darstellung gemäß 6 vom distalen Ende her gesehen und
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8 eine Draufsicht auf die Darstellung gemäß 6 von der Unterseite in 6 her gesehen.
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Bei dem dargestellten medizinischen Instrument ist das proximale Ende des Schaftes nicht gezeigt. Auch die Betätigungselemente bzw. Antriebe oder Schnittstellen für die Antriebe am proximalen Ende des Schaftes sind nicht gezeigt, da diese in bekannter Weise ausgebildet sein können.
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Das gezeigte medizinische Instrument weist einen Schaft 2 auf, von welchem in den 1, 2 und 5 jeweils nur der distale Bereich gezeigt ist. Das distale Ende des Schaftes 2 wird von einem distalen Schaftabschnitt 4 gebildet, welcher gegenüber dem Schaft 2 um einen Schwenkachse Y schwenkbar ist. Die Schwenkachse Y erstreckt sich normal bzw. rechtwinklig zur Längsachse X des Schaftes 2. Dabei ist der distale Abschnitt 4 um einen Winkel von 180° um die Schwenkachse Y drehbar, sodass er zu zwei diametral entgegengesetzten Seiten bzgl. der Längsachse X gegenüber dem Schaft 2 um maximal 90° abgewinkelt werden kann. Am distalen Ende des distalen Schaftabschnittes 4 ist ein Instrumentenmaul 6 in Form eines Zangenmauls angeordnet. Das Instrumentenmaul 6 wird von zwei beweglichen Maulteilen 8 und 10 gebildet. Die beweglichen bzw. schwenkbaren Maulteile 8, 10 sind um eine gemeinsame Schwenkachse P dreh- bzw. schwenkbar. Die Schwenkachse P ist in axialer Richtung distalwärts von der Schwenkachse Y für den distalen Schaftabschnitt beabstandet. Darüber hinaus erstreckt sich die Schwenkachse P normal bzw. rechtwinklig zur Schwenkachse Y und, wenn der distale Abschnitt 4 in axialer Richtung X gerichtet ist, ebenfalls normal bzw. rechtwinklig zur Längsachse X.
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Beide Mauteile 8 und 10 sind unabhängig voneinander bewegbar. Dazu sind die Maulteile 8 und 10 jeweils drehfest mit einem Schneckenrad 12 verbunden, wobei die Schneckenräder 12 um die Schwenkachse P drehbar in dem distalen Schaftabschnitt 4 gelagert sind. Mit jedem der Zahn- bzw. Schneckenräder 12 kämmt eine Schnecke 14, welche ebenfalls drehbar in dem distalen Abschnitt 4 gelagert ist. Die Schnecken 14 sind jeweils am distalen Ende einer biegsamen Welle 16 drehfest befestigt. Die biegsame Wellen 16 erstrecken sich zum proximalen Ende des Schaftes 2 und sind dort mit einem Betätigungselement bzw. einem Antrieb oder einer Schnittstelle zu einem Antrieb verbunden, über welche die biegsamen Wellen unabhängig voneinander drehend angetrieben werden können. Durch Drehung der biegsamen Wellen 16 wird jeweils über die Schnecke 14 das zugehörige Schneckenrad 12 gedreht. Je nachdem welches der Schneckenräder 12 gedreht wird, wird das drehfest mit dem Schneckenrad verbundenen Zangenmaul 8 oder 10 um die Schwenkachse P gedreht.
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Der unabhängige Antrieb der beiden Maulteile 8, 10 zu deren Schwenkbewegung ermöglicht es, sowohl das Instrumentenmaul durch Relativbewegung der Maulteile 8 und 10 zueinander zu öffnen und zu schließen, als auch das Instrumentenmaul 6 als Ganzes um die Schwenkachse P zu verschwenken. Um das Instrumentenmaul 6 als Ganzes zu verschwenken, werden beide Maulteile 8 und 10 um denselben Winkel in dieselbe Richtung verschwenkt. Dazu werden beide biegsamen Wellen 16 so drehend angetrieben, dass sich die Schneckenräder 12 um denselben Winkel in dieselbe Richtung drehen. Um das Instrumentenmaul 6 zu öffnen, werden entweder lediglich eine biegsame Welle 16 oder es werden beide biegsamen Wellen 16 so angetrieben, dass die Schneckenräder 12 sich relativ zueinander entgegengesetzt bewegen und entsprechend die Maulteile 8 und 10 relativ zu einander auseinander bewegt werden. Zum Schließen des Instrumentenmauls 6 wird eine oder werden beide biegsamen Wellen 16 in umgekehrter Richtung angetrieben, sodass die Schneckenräder 12 sich relativ zueinander umgekehrt in entgegengesetzten Drehrichtungen zueinander dreht und die Maulteile 8 und 10 aufeinander zu bewegt werden.
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Die Verwendung von biegsamen Wellen 6 erlaubt es, dass diese sich durch das an der Schwenkachse Y gebildete Gelenk zwischen Schaft 2 und distalem Schaftabschnitt 4 hindurch erstrecken können, ohne dass hier weitere Umlenkelemente oder Getriebeelemente erforderlich wären.
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Der Antrieb zum Verschwenken des distalen Schaftabschnittes 4 erfolgt über einen Innenschaft 18, welcher im Inneren des Schaftes 2 konzentrisch zu diesem um die Längsachse X drehbar angeordnet ist. Der Innenschaft 18 ist als Hohlschaft bzw. Hohlwelle ausgebildet, sodass sich die biegsamen Wellen 16 im Inneren des Innenschaftes 18 zum proximalen Ende erstrecken können. Um die biegsamen Wellen 16 im Schaft 2 lagern zu können, ist im Bereich des distalen Endes des Schaftes 2 ein Lagerblock 20 angeordnet, welcher sich ausgehend von einer Innenwandung des Schaftes 2 radial nach innen erstreckt und in welchem die biegsamen Wellen 16 gehalten sind. Der Lagerblock 20 erstreckt sich durch eine Ausnehmung 22 in dem Innenschaft 18 hindurch. Die Ausnehmung 22 erstreckt sich bogenförmig in der Umfangswandung des Innenschaftes 18 über einen Teilumfang des Innenschaftes 18. Die Ausnehmung 22 ist jedoch in Umfangsrichtung so lang ausgebildet, dass der Innenschaft 18 sich um einen begrenzten Winkel relativ zu dem Schaft 2 in dessen Innerem um die Längsachse X drehen kann.
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Am distalen Ende des Innenschaftes 18 ist eine Stirnverzahnung 24 ausgebildet, welche mit einer Verzahnung 26 an einem proximalen Ende des Schaftabschnittes 4 kämmt. Die Verzahnung 26 erstreckt sich bogenförmig konzentrisch um die Drehachse Y und bildet den Teilabschnitt eines Zahnrades. Die Verzahnung 26 ist drehfest mit dem übrigen Schaftabschnitt 4 ausgebildet. Die Drehung des Innenschaftes 18 führt so zu einem Abrollen der Verzahnung 26 auf der Stirnverzahnung 24 und so zu einer Drehung bzw. Schwenkung des distalen Schaftabschnittes 4 um die Schwenkachse Y. Da die biegsamen Wellen 16 sich aufgrund ihrer Verformbarkeit dabei mitbewegen, kommt es dabei zu keiner unerwünschten Bewegung des Instrumentenmauls 6. Die biegsamen Wellen 16 werden durch die Schwenkbewegung des Schaftabschnittes 4 durch Drehung des Innenschaftes 18 nicht gedreht. So ist im Unterschied zur Verwendung von Seilzügen zum Antrieb der Maulteile 8 und 10 das Verschwenken der Maulteile 8 und 10 von der Schwenkbewegung des distalen Schaftabschnittes 4 völlig unabhängig.
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Bei dem hier gezeigten Beispiel ist ferner ein Kraftbegrenzungselement an den Maulteilen 8 und 10 vorgesehen. Das Kraftbegrenzungselement wird von jeweils einem Federelement 27 gebildet, welches im Kraftfluss zwischen dem ersten beweglichen Maulteil 8 und dem zugehörigen Schneckenrad 12 sowie zwischen dem zweiten beweglichen Maulteil 10 und dessen zugehörigen Schneckenrad 12 gelegen ist. Das Federelement 27 ist so ausgebildet und angeordnet, dass die Kraft bzw. Bewegung von dem Schneckenrad 12 auf das jeweils zugehörige Maulteil 8 bzw. 10 über das Federelement 27 übertragen wird. Das Federelement 27 weist dabei eine solche Federsteifigkeit auf, dass zulässige Kräfte im Wesentlichen ohne Verformung des Federelementes 27 von den Schneckenrädern 12 auf die zugehörigen Maulteile 8 und 10 übertragen werden, so dass die beschriebene druckfeste Verbindung gegeben ist. Wenn die zulässige Kraft überschritten wird, kommt es zu einer Verformung des Federelementes 27, so dass eine Kraftbegrenzung erreicht wird.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Schaft
- 4
- distaler Schaftabschnitt
- 6
- Instrumentenmaul
- 8
- bewegliche Maulteile
- 10
- bewegliche Maulteile
- 12
- Schneckenräder
- 14
- Schnecken
- 16
- biegsame Wellen
- 18
- Innenschaft
- 20
- Lagerblock
- 22
- Ausnehmung
- 24
- Stirnverzahnung
- 26
- Verzahnung
- 27
- Federelement
- X
- Längsachse des Schaftes 2
- Y
- Schwenkachse
- P
- Schwenkachse
