DE102014100131A1

DE102014100131A1 - Surgical instruments and procedures

Info

Publication number: DE102014100131A1
Application number: DE102014100131.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Pfeifer
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-07-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrumentarium, umfassend eine Haltevorrichtung (50) mit einem Halteelement (74) zum Halten eines zu bearbeitenden Gegenstandes (15), insbesondere eines Knochens. Um ein derartiges chirurgisches Instrumentarium bereitzustellen, mit dem sich die Bearbeitung des Gegenstandes mit möglichst geringer Invasivität unterstützen lässt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Halteelement (74) ein Tastelement (78) umfasst oder bildet, über das der Gegenstand (15) mit einer Haltekraft beaufschlagbar ist, dass das Instrumentarium (10; 100; 150) eine Kraftmesseinrichtung (80) umfasst mit mindestens einem Kraftsensor (82), mit dem eine Änderung der Haltekraft am Tastelement (78) erfassbar ist, und dass das Instrumentarium (10; 100; 150) eine Recheneinheit (40) umfasst, mit der abhängig von einem diesbezüglichen Signal der Kraftmesseinrichtung (80) eine Positionsänderung des Gegenstandes (15) feststellbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines chirurgischen Instrumentariums.The invention relates to a surgical instrument, comprising a holding device (50) with a holding element (74) for holding an object to be processed (15), in particular a bone. In order to provide such a surgical instrumentation with which the processing of the article can be assisted with the least possible invasiveness, it is proposed according to the invention that the retaining element (74) comprises or forms a sensing element (78) via which the object (15) has a holding force that the instrumentation (10, 100, 150) comprises a force measuring device (80) with at least one force sensor (82), with which a change in the holding force on the probe element (78) can be detected, and in that the instrumentation (10, 100; 150) comprises a computing unit (40) with which a position change of the object (15) can be detected as a function of a relevant signal of the force measuring device (80). Moreover, the invention relates to a method for operating a surgical instrument.

Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrumentarium, umfassend eine Haltevorrichtung mit einem Halteelement zum Halten eines zu bearbeitenden Gegenstandes, insbesondere eines Knochens.The invention relates to a surgical instrument, comprising a holding device with a holding element for holding an object to be processed, in particular a bone.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines chirurgischen Instrumentariums, das eine Haltevorrichtung mit einem Halteelement zum Halten eines zu bearbeitenden Gegenstandes, insbesondere eines Knochens, umfasst.In addition, the invention relates to a method for operating a surgical instrument, which comprises a holding device with a holding element for holding an object to be processed, in particular a bone.

Eine Haltevorrichtung des Instrumentariums der eingangs genannten Art kann im Rahmen eines operativen Eingriffes eingesetzt werden, beispielsweise bei einer Knieoperation, etwa zur Implantation eines künstlichen Kniegelenkes. Der zu bearbeitende Gegenstand, zum Beispiel ein Knochen wie der Femur oder die Tibia, kann mit dem Halteelement der Haltevorrichtung gehalten werden. Dies dient dazu, den Ort der Bearbeitung, beispielsweise Sägen, Fräsen oder Bohren, konstant zu halten, um dem Operateur die Bearbeitung zu erleichtern. Bekannt ist es dabei, die Haltevorrichtung als invasive Spanneinrichtung auszubilden, die mit dem Gegenstand (insbesondere Femur oder Tibia) fest verbunden wird. Nicht vom eigentlichen Eingriff stammend wird dadurch beim Patienten unerwünschtes Trauma verursacht. Ferner zeigt sich bei Knieoperationen in der Praxis, dass zum vernünftigen Spannen des Femurs oder der Tibia diese(r) hinreichend frei präpariert sein muss, so dass die Halterung von erheblicher Invasivität ist. Außerdem kann die im Operationsfeld angeordnete Haltevorrichtung den Operateur bei der eigentlichen Bearbeitung behindern.A holding device of the instrument of the type mentioned can be used in the context of surgery, for example in a knee surgery, such as the implantation of an artificial knee joint. The object to be processed, for example a bone such as the femur or the tibia, can be held with the holding element of the holding device. This serves to keep the location of the machining, for example sawing, milling or drilling, constant in order to make the machining easier for the surgeon. It is known to form the holding device as an invasive clamping device, which is firmly connected to the object (in particular femur or tibia). Not originating from the actual procedure, this causes unwanted trauma to the patient. Further, in knee surgery, in practice, for reasonable tensioning of the femur or tibia, it must be prepared sufficiently freely such that the retainer is of considerable invasiveness. In addition, the holding device arranged in the operating field can hinder the surgeon during the actual processing.

Ein andersartiger Ansatz um sicherzustellen, dass die Bearbeitung des Gegenstandes an der vorgesehenen Position verfolgt und beibehalten werden kann, liegt im Einsatz einer chirurgischen Navigationsvorrichtung. Dabei wird eine chirurgische Markiereinrichtung mit dem Gegenstand fest verbunden, so dass bei einer Bewegung des Gegenstandes die darauf beruhende Bewegung der Markiereinrichtung mittels eines optischen Nachweissystems erfasst und eine Positionsänderung des Gegenstandes ermittelt werden kann. Der Operateur kann von der Navigationsvorrichtung einen Hinweis über die Bewegung des Gegenstandes erhalten. Nachteilig ist hierbei jedoch auch die invasive Verbindung der Markiereinrichtung mit dem Gegenstand, insbesondere die Fixierung am Femur oder der Tibia mit bikortikalen Knochenschrauben.A different approach to ensure that the processing of the article can be tracked and maintained at the intended location is the use of a surgical navigation device. In this case, a surgical marking device is firmly connected to the object, so that upon movement of the object, the movement of the marking device based thereon can be detected by means of an optical detection system and a change in position of the object can be determined. The operator can receive an indication of the movement of the object from the navigation device. However, the disadvantage here is also the invasive connection of the marking device with the object, in particular the fixation on the femur or the tibia with bicortical bone screws.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes chirurgisches Instrumentarium und ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, mit dem bzw. durch dessen Einsatz sich die Bearbeitung des Gegenstandes mit möglichst geringer Invasivität unterstützen lässt.The object of the present invention is to provide a generic surgical instrumentation and a generic method, with which or by its use, the processing of the article can be supported with the least possible invasiveness.

Diese Aufgabe wird bei einem Instrumentarium der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Halteelement ein Tastelement umfasst oder bildet, über das der Gegenstand mit einer Haltekraft beaufschlagbar ist, dass das Instrumentarium eine Kraftmesseinrichtung umfasst mit mindestens einem Kraftsensor, mit dem eine Änderung der Haltekraft am Tastelement erfassbar ist und dass das Instrumentarium eine Recheneinheit umfasst, mit der abhängig von einem diesbezüglichen Signal der Kraftmesseinrichtung eine Positionsänderung des Gegenstandes feststellbar ist.This object is achieved in an instrument of the type mentioned according to the invention that the holding element comprises or forms a sensing element, via which the object can be acted upon by a holding force, that the instrumentation comprises a force measuring device with at least one force sensor, with a change in the holding force can be detected on the probe element and that the instrumentation comprises a computing unit with which a position change of the object can be detected as a function of a relevant signal of the force measuring device.

Beim erfindungsgemäßen Instrumentarium ist die Möglichkeit gegeben, den Gegenstand mit geringer Invasivität zu halten. Dies kann dadurch erfolgen, dass als Halteelement ein Tastelement zum Einsatz kommt, welches mit einer auf den Gegenstand gerichteten Haltekraft beaufschlagt wird. Dies erlaubt es insbesondere, den Gegenstand mit einer vergleichsweise geringen Haltekraft, etwa einer Vorspannkraft in Richtung auf eine Auflage für den Gegenstand, zu fixieren. Der gehaltene Gegenstand übt eine der Haltekraft entgegengerichtete Gegenkraft auf das Tastelement auf. Bei einer Positionsänderung des Gegenstandes ändert sich die auf das Tastelement wirkende Gegenkraft. Dadurch kann eine Änderung der Haltekraft am Tastelement mit der Kraftmesseinrichtung erfasst werden. Einer oder mehrere Kraftsensoren der Kraftmesseinrichtung können der Recheneinheit ein diesbezügliches Signal bereitstellen, welches die Recheneinheit zur Feststellung der Positionsänderung auswerten kann. Der Einsatz des Tastelementes erlaubt es insbesondere, eine Positionsänderung mit nur geringer Invasivität festzustellen. Das Tastelement kann den Gegenstand mit der Haltekraft beaufschlagen, indem es an diesem anliegt. Eine feste mechanische Verbindung, insbesondere durch Verschraubung, Verspannung oder Verklebung ist nicht erforderlich. Eine gesonderte Inzision für das Tastelement über die für den eigentlichen Eingriff erforderliche Inzision hinaus kann eingespart werden. Im Ergebnis kann das Trauma für den Patienten erheblich verringert werden.The instrument of the invention is given the opportunity to keep the object with low invasiveness. This can be done by using a feeler element as the holding element, which is acted upon by a holding force directed at the object. This makes it possible, in particular, to fix the object with a comparatively small holding force, for example a pretensioning force in the direction of a support for the object. The held object exerts a holding force counter to the opposing force on the probe element. When the position of the object changes, the opposing force acting on the probe element changes. Thereby, a change in the holding force on the probe element can be detected with the force measuring device. One or more force sensors of the force measuring device can provide the arithmetic unit with a signal in this regard which the arithmetic unit can evaluate to determine the change in position. The use of the probe element makes it possible in particular to detect a change in position with only little invasiveness. The probe element can act on the object with the holding force by being applied to this. A solid mechanical connection, in particular by screwing, clamping or bonding is not required. A separate incision for the probe over the required for the actual surgery incision can be saved. As a result, the trauma to the patient can be significantly reduced.

In die Erfindung fließt der Gedanke mit ein, dass von einer starren Halterung des Gegenstandes während der Bearbeitung abgesehen werden kann, wenn über die Recheneinheit ein Hinweis oder Signal bereitgestellt werden kann, dass sich die Position des Gegenstandes ändert. Der Einsatz der "Haltevorrichtung" erfordert vorliegend daher nicht, den Gegenstand festzuhalten, ihn insbesondere unbeweglich zu fixieren. Beispielsweise kann ein entsprechender Hinweis an einen Operateur ausgegeben werden, damit dieser auf eine Änderung der Position des zu bearbeitenden Gegenstandes hingewiesen werden kann. Ein Signal der Recheneinheit kann auch einer chirurgischen Bearbeitungsvorrichtung zugeführt werden, die den Gegenstand mit einem Bearbeitungsorgan bearbeitet, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.In the invention, the idea flows in that it can be dispensed with by a rigid support of the object during processing, if via the computing unit an indication or signal can be provided that changes the position of the object. The use of the "holding device" therefore does not require in the present case to hold the object to fix him immobile in particular. For example, a corresponding indication can be issued to an operator, so that he pointed to a change in the position of the object to be processed can be. A signal of the arithmetic unit may also be supplied to a surgical processing device, which processes the object with a processing member, which will be discussed below.

Günstig ist es, wenn mit dem mindestens einen Kraftsensor eine Änderung der Größe und/oder der Richtung der Haltekraft erfassbar ist und wenn mit der Recheneinheit die Positionsänderung des Gegenstandes im Raum ermittelbar ist. Bei einer Bewegung des Gegenstandes ändert sich, wie erwähnt, die von diesem auf das Tastelement ausgeübte Gegenkraft in Richtung und Betrag. Am Tastelement kann dementsprechend eine Kraft- und/oder Momentenänderung infolge der sich ändernden Größe und/oder Richtung der Haltekraft auftreten, die von der Kraftmesseinrichtung erfasst werden kann. Anhand von deren Signal kann die Recheneinheit ermitteln, wie sich die Position des Gegenstandes geändert hat. Dies gibt insbesondere die Möglichkeit, die Bewegung des Gegenstandes im Raum zu verfolgen.It is favorable if a change in the size and / or direction of the holding force can be detected with the at least one force sensor and if the position change of the object in space can be determined with the arithmetic unit. During a movement of the object changes, as mentioned, the force exerted by this on the probe element counterforce in direction and amount. Accordingly, a force and / or moment change as a result of the changing size and / or direction of the holding force, which can be detected by the force-measuring device, can occur on the feeler element. Based on their signal, the arithmetic unit can determine how the position of the object has changed. This gives, in particular, the opportunity to track the movement of the object in space.

Das Instrumentarium kann dadurch eine mechanische Trackingvorrichtung bereitstellen zum kontaktbehafteten Tracken des Gegenstandes bei zugleich möglichst geringer Invasivität.The instrumentation can thereby provide a mechanical tracking device for contact-laden tracking of the object with at the same time the least possible invasiveness.

Vorzugsweise ist das Tastelement ein längserstreckter Vorsprung an der Halteeinrichtung oder umfasst einen solchen Vorsprung. Dadurch wird vom Tastelement nur verhältnismäßig wenig Platz beansprucht, so dass eine Beeinträchtigung des Operateurs oder einer Bearbeitungsvorrichtung am Ort der Bearbeitung möglichst gering gehalten werden kann. Der Vorsprung ist beispielsweise fingerförmig oder zungenförmig und kann mit einem ersten Ende den Gegenstand mit der Haltekraft beaufschlagen, zum Beispiel mit einer Stirnseite. Ein gegenüberliegendes zweites Ende kann an der Haltevorrichtung festgelegt sein.Preferably, the probe element is an elongated projection on the holding device or comprises such a projection. As a result, only relatively little space is required by the feeler element, so that an impairment of the surgeon or a processing device at the point of processing can be minimized. The projection is for example finger-shaped or tongue-shaped and can act on the object with the holding force with a first end, for example with a front side. An opposite second end may be fixed to the fixture.

Die Kraftmesseinrichtung und der mindestens eine Kraftsensor können auf vielfältige Weise ausgestaltet sein. Bevorzugt erlaubt die Kraftmesseinrichtung, wie erwähnt, eine Änderung der Größe und/oder der Richtung der Haltekraft und dementsprechend eine Kraft- und/oder Momentenänderung am Tastelement zu erfassen.The force measuring device and the at least one force sensor can be designed in many ways. Preferably, as mentioned, the force measuring device allows a change in the size and / or the direction of the holding force and, accordingly, to detect a force and / or torque change on the probe element.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Kraftsensor die Kraftänderung über Wegmessung, Druckmessung, Widerstandsmessung, über einen magnetoelastischen Effekt, einen elektroelastischen Effekt, mittels Piezoelektrizität und/oder nach dem Schwingsaitenprinzip ermittelt. Entsprechende, dem zuständigen Fachmann geläufige Ausgestaltungen des mindestens einen Kraftsensors können bei der Haltevorrichtung vorgesehen sein. Es ist denkbar, dass mehr als nur eines der vorstehend genannten Messprinzipien zum Einsatz kommt. Denkbar ist auch, dass bei Vorhandensein von zwei oder mehr Kraftsensoren gleiche oder unterschiedliche Messprinzipien zum Einsatz kommen.For example, it can be provided that the at least one force sensor determines the force change via displacement measurement, pressure measurement, resistance measurement, via a magnetoelastic effect, an electroelastic effect, by means of piezoelectricity and / or according to the vibrating string principle. Corresponding embodiments of the at least one force sensor that are familiar to the person skilled in the art can be provided in the holding device. It is conceivable that more than one of the measuring principles mentioned above is used. It is also conceivable that identical or different measuring principles are used in the presence of two or more force sensors.

Die Kraftmesseinrichtung weist vorzugsweise zwei oder mehr Kraftsensoren auf. Eine Änderung der Haltekraft ist mit den zwei oder mehr Kraftsensoren vorzugsweise in drei Freiheitsgraden der Translation und drei Freiheitsgraden der Rotation erfassbar.The force measuring device preferably has two or more force sensors. A change in the holding force is detectable with the two or more force sensors, preferably in three degrees of freedom of translation and three degrees of freedom of rotation.

Vorteilhafterweise umfasst die Haltevorrichtung zwei oder mehr jeweils an einem Gelenk beweglich miteinander verbundene Haltevorrichtungssegmente. Beispielsweise umfasst oder bildet die Haltevorrichtung einen Haltearm mit gelenkig miteinander verbundenen Haltevorrichtungssegmenten. Das Gelenk oder die Gelenke können Drehgelenke und/oder Schubgelenke sein.Advantageously, the holding device comprises two or more holding device segments which are each movably connected to one another at a joint. For example, the holding device comprises or forms a holding arm with hingedly connected holding device segments. The joint or joints may be hinges and / or push joints.

Günstig ist es, wenn mindestens ein Kraftsensor an einem Gelenk angeordnet oder in ein solches integriert ist, insbesondere wenn jeweils an einem Gelenk ein Kraftsensor angeordnet oder in ein solches integriert sind. Dadurch lässt sich zum Beispiel eine kompakte Bauform der Haltevorrichtung erzielen.It is favorable if at least one force sensor is arranged on or integrated in a joint, in particular if in each case a force sensor is arranged on or integrated in a joint. As a result, for example, a compact design of the holding device can be achieved.

Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Kraftsensor an einer Kontaktfläche des Tastelementes zum Kontaktieren des Gegenstandes angeordnet ist. Ein derartiger Kraftsensor kann vom Gegenstand unmittelbar mit der auf das Tastelement einwirkenden Gegenkraft beaufschlagt werden, so dass zugleich eine Änderung der Haltekraft erfasst werden kann.Alternatively or additionally, it can be provided that at least one force sensor is arranged on a contact surface of the probe element for contacting the object. Such a force sensor can be acted upon by the object directly with the force acting on the probe element counterforce, so that at the same time a change in the holding force can be detected.

Es kann vorgesehen sein, dass die Haltevorrichtung eine starre Ausgestaltung aufweist, bei der das Halteelement, einmal zum Beaufschlagen des Gegenstandes mit der Haltekraft eingestellt, nicht bewegbar ist.It can be provided that the holding device has a rigid configuration in which the holding element, once set for applying the object with the holding force, is not movable.

Bei einer andersartigen bevorzugten Ausführungsform des Instrumentariums ist es von Vorteil, wenn die Haltevorrichtung eine mit der Recheneinheit gekoppelte Antriebseinrichtung aufweist, mit der das Tastelement im Raum beweglich ist, und wenn die Bewegung des Tastelementes abhängig vom Signal der Kraftmesseinrichtung steuerbar und/oder regelbar ist zum Aufrechterhalten der Relativposition des Tastelementes und des Gegenstandes und/oder Aufrechterhalten der Haltekraft auf den Gegenstand. Dies gibt insbesondere die Möglichkeit, dass das Tastelement bei einer Bewegung des Gegenstands über die Antriebseinrichtung nachgeführt werden kann. Dementsprechend kann die Haltevorrichtung eine Nachführeinrichtung aufweisen, welche von der Antriebseinrichtung gebildet ist. Die Recheneinheit kann der Antriebseinrichtung ein Signal bereitstellen, so dass diese abhängig von einer ermittelten Änderung der Position des Gegenstandes das Tastelement so im Raum bewegen kann, dass dessen Position am Gegenstand und/oder die den Gegenstand beaufschlagende Haltekraft konstant gehalten wird.In a different preferred embodiment of the instrumentation, it is advantageous if the holding device has a coupled to the arithmetic unit drive means with which the probe element is movable in space, and if the movement of the probe element is controlled and / or regulated depending on the signal of the force measuring device for Maintaining the relative position of the probe element and the object and / or maintaining the holding force on the object. This gives, in particular, the possibility that the feeler element can be tracked by the drive device during a movement of the object. Accordingly, the holding device may comprise a tracking device, which is formed by the drive device. The arithmetic unit can signal the drive device so that it can move the probe element in space so that its position on the object and / or the holding force acting on the object is kept constant depending on a determined change in the position of the object.

Vorstehende Ausführungsform ermöglicht es, mit dem Instrumentarium eine besonders vorteilhafte mechanische Trackingvorrichtung zum kontaktbehafteten Tracken des Gegenstandes bei geringer Invasivität bereitzustellen. Eine Bewegungsänderung des Gegenstandes wird vom Tastelement "erfühlt". Das Tastelement kann über die Antriebseinrichtung nachgeführt werden und dem Gegenstand dadurch folgen.The above embodiment makes it possible to provide with the instrumentation a particularly advantageous mechanical tracking device for contact-driven tracking of the article with low invasiveness. A movement change of the object is "felt" by the feeler element. The probe element can be tracked via the drive device and thereby follow the object.

Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass das Tastelement sechs Freiheitsgrade aufweist und dementsprechend in drei Raumrichtungen translatorisch und in drei Raumrichtungen rotatorisch bewegbar ist.The drive device is preferably designed such that the probe element has six degrees of freedom and, accordingly, is translationally movable in three spatial directions and rotationally movable in three spatial directions.

Bei einer Umsetzung des Instrumentariums in der Praxis ist es günstig, wenn die Haltevorrichtung zwei oder mehr jeweils an einem Gelenk beweglich miteinander verbundene Haltevorrichtungssegmente umfasst und wenn die Antriebseinrichtung Antriebseinheiten umfasst, wobei an einem Gelenk jeweils eine Antriebseinheit angeordnet ist, in das Gelenk integriert ist oder das Gelenk ausbildet. Dadurch lässt sich zum Beispiel eine kompakte Bauform der Haltevorrichtung erzielen.In an implementation of the instrumentation in practice, it is advantageous if the holding device comprises two or more each at a joint movably interconnected Haltevorrichtungssegmente and if the drive means comprises drive units, wherein at a joint in each case a drive unit is arranged, is integrated in the joint or forming the joint. As a result, for example, a compact design of the holding device can be achieved.

Ein jeweiliger Kraftsensor kann in eine Antriebseinheit integriert sein oder von der Antriebseinheit umfasst sein.A respective force sensor may be integrated in a drive unit or may be included in the drive unit.

Zur Umsetzung des Instrumentariums in der Praxis ist zum Beispiel vorgesehen, dass die Haltevorrichtung einen Roboterarm umfasst oder als solcher ausgestaltet ist, an dessen Arbeitsende das Tastelement angeordnet ist. Die Recheneinheit ist bevorzugt in den Roboterarm integriert. Sie kann jedoch auch getrennt von diesem und mit diesem signalwirksam verbunden sein.To implement the instrument in practice, for example, it is provided that the holding device comprises a robot arm or is designed as such, at the working end of the probe element is arranged. The arithmetic unit is preferably integrated in the robot arm. However, it can also be separated from this and connected to this signal effectively.

Bevorzugt weist das Instrumentarium eine Bearbeitungsvorrichtung auf, die ein chirurgisches Bearbeitungsorgan mit einem Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten des Gegenstandes umfasst. Das Bearbeitungsorgan kann vom Operateur handgeführt sein oder von einer Antriebseinrichtung, darauf wird nachfolgend noch eingegangen, geführt sein.Preferably, the instrumentation comprises a processing device which comprises a surgical processing element with a processing tool for processing the article. The processing member may be manually guided by the operator or by a drive device, it will be discussed below, led out.

Bei dem Bearbeitungsorgan handelt es sich beispielsweise um ein chirurgisches Sägorgan, ein Fräsorgan oder ein Bohrorgan ist. Dementsprechend kann das Bearbeitungswerkzeug ein chirurgisches Sägwerkzeug, ein Fräswerkzeug oder ein Bohrwerkzeug sein.The processing member is, for example, a surgical sawing member, a milling member or a drilling member. Accordingly, the machining tool may be a surgical saw tool, a milling tool or a drilling tool.

Von Vorteil ist es, wenn die Bearbeitungsvorrichtung eine mit der Recheneinheit gekoppelte Antriebseinrichtung aufweist, mit der das Bearbeitungswerkzeug im Raum beweglich ist, und wenn die Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges abhängig vom Signal der Kraftmesseinrichtung steuerbar und/oder regelbar ist zum Aufrechterhalten der Relativposition des Bearbeitungswerkzeuges und des Gegenstandes. Dies gibt insbesondere die Möglichkeit, das Werkzeug nachzuführen, so dass die Bearbeitungsvorrichtung auch eine Nachführeinrichtung aufweist, zu deren Zweck die Antriebseinrichtung das Werkzeug so im Raum bewegen kann, dass die Position der Bearbeitung des Gegenstandes erhalten bleibt. Abhängig vom Signal der Kraftmesseinrichtung kann das Bearbeitungswerkzeug in konstanter Relativorientierung zu dem sich bewegenden Gegenstand gehalten werden, wobei eine Bewegung des Gegenstandes mittels des Tastelementes und der Kraftmesseinrichtung infolge einer Änderung der Haltekraft erfasst werden kann. Der Operateur kann bei Einsatz dieses Instrumentariums seine volle Aufmerksamkeit auf die Bearbeitung des Gegenstandes richten. Es bleibt ihm insbesondere erspart, das Bearbeitungsorgan selbst zu bewegen oder die Antriebseinrichtung zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges anzusteuern. Dies erfolgt vielmehr unter der Ansteuerung durch die Recheneinheit.It is advantageous if the processing device has a drive unit coupled to the computing unit, with which the processing tool is movable in space, and if the movement of the processing tool is controllable and / or controllable depending on the signal of the force measuring device for maintaining the relative position of the processing tool and the object. This gives in particular the possibility to track the tool, so that the processing device also has a tracking device, for the purpose of which the drive device can move the tool in space so that the position of the machining of the object is maintained. Depending on the signal of the force measuring device, the machining tool can be held in constant relative orientation to the moving object, wherein a movement of the object can be detected by means of the probe element and the force measuring device as a result of a change in the holding force. When using this instrument, the surgeon can pay close attention to the treatment of the object. He remains spared in particular to move the processing member itself or to drive the drive means for moving the machining tool. This happens rather under the control of the arithmetic unit.

Bei der vorstehend erwähnten vorteilhaften Ausführungsform kann insbesondere auf eine Schablone, beispielsweise zum Sägen, Fräsen oder Bohren, an der das Bearbeitungswerkzeug auszurichten ist, eingespart werden. Außerdem kann eine Halterung für eine Schablone eingespart und dadurch die Invasivität weiter verringert werden.In the above-mentioned advantageous embodiment, in particular, a template, for example for sawing, milling or drilling, on which the machining tool is to be aligned, can be saved. In addition, a holder for a template saved and thereby the invasiveness can be further reduced.

Günstigerweise umfasst die Bearbeitungsvorrichtung zwei oder mehr jeweils an einem Gelenk beweglich miteinander verbundene Bearbeitungsvorrichtungssegmente, und die Antriebseinrichtung umfasst bevorzugt Antriebseinheiten, wobei an einem Gelenk jeweils eine Antriebseinheit angeordnet ist, in das Gelenk integriert ist oder das Gelenk ausbildet. Dies erlaubt es, eine kompakte Bauform der Bearbeitungsvorrichtung zu erzielen. Beispielsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung einen Bearbeitungsarm auf oder bildet einen solchen, bei dem beweglich miteinander verbundene Bearbeitungsvorrichtungssegmente vorhanden sind und an dessen Arbeitsende das Bearbeitungsorgan angeordnet ist.Conveniently, the machining device comprises two or more machining device segments movably connected to one another at a joint, and the drive device preferably comprises drive units, a drive unit each being arranged on one joint, being integrated into the joint or forming the joint. This makes it possible to achieve a compact design of the processing device. For example, the machining device has or forms a machining arm in which machining device segments which are movably connected to one another are present and at whose working end the machining element is arranged.

Bei den Gelenken kann es sich um Drehgelenke und/oder Schubgelenke handeln.The joints may be pivots and / or push joints.

Vorzugsweise ist die Antriebseinrichtung so ausgebildet, dass das Bearbeitungswerkzeug sechs Freiheitsgrade aufweist und dementsprechend in drei Raumrichtungen translatorisch und in drei Raumrichtungen rotatorisch bewegbar ist.Preferably, the drive device is designed such that the machining tool has six degrees of freedom and, accordingly, is translationally movable in three spatial directions and rotationally movable in three spatial directions.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Instrumentarium eine integrierte Halte- und Bearbeitungsvorrichtung umfasst, die das Tastelement und das Bearbeitungsorgan umfasst. Darunter kann vorliegend insbesondere verstanden werden, dass die Haltevorrichtung und die Bearbeitungsvorrichtung in eine kombinierte, das Tastelement und das Bearbeitungsorgan umfassende Vorrichtung integriert sind. Weiter kann darunter insbesondere verstanden werden, dass die Bearbeitungsvorrichtung die Haltevorrichtung umfasst oder ausbildet oder umgekehrt. Dies erlaubt es, eine konstruktiv besonders einfache Ausgestaltung des Instrumentariums zu erzielen. Es können getrennte Halte- und Bearbeitungsvorrichtungen eingespart werden. Beispielsweise kommt eine integrierte Halte- und Bearbeitungsvorrichtung mit gelenkig miteinander verbundenen Segmenten zum Einsatz, die zugleich Haltevorrichtungssegmente und Bearbeitungsvorrichtungssegmente der integrierten Halte- und Bearbeitungsvorrichtung sind. Es kann nur eine Antriebseinrichtung zum Einsatz kommen, mit der eine Bewegung des Tastelementes und eine Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges im Raum abhängig vom Signal der Recheneinheit ausgeführt werden kann. Dadurch kann gleichzeitig eine Positionsänderung des Gegenstandes verfolgt und der Ort der Bearbeitung am Gegenstand beibehalten werden. Relativposition von Tastelement und Gegenstand einerseits und Bearbeitungswerkzeug und Gegenstand andererseits können dadurch konstant gehalten werden. It is particularly advantageous if the instrumentation comprises an integrated holding and processing device which comprises the feeler element and the processing member. In the present case, this can be understood in particular to mean that the holding device and the processing device are integrated in a combined device comprising the probe element and the processing element. Furthermore, this may in particular mean that the processing device comprises or forms the holding device or vice versa. This makes it possible to achieve a structurally particularly simple embodiment of the instrument. It can be saved separate holding and processing devices. For example, an integrated holding and processing device with hingedly interconnected segments is used, which are at the same time holding device segments and processing device segments of the integrated holding and processing device. Only one drive device can be used, with which a movement of the feeler element and a movement of the machining tool in space can be performed depending on the signal of the arithmetic unit. As a result, a change in position of the object can be tracked at the same time and the location of processing on the object can be maintained. Relative position of probe element and object on the one hand and machining tool and object on the other hand can be kept constant.

Vorzugsweise ist das Tastelement am Bearbeitungsorgan festgelegt, wodurch eine konstruktiv einfache Ausgestaltung erzielbar ist.Preferably, the probe element is fixed to the processing element, whereby a structurally simple design can be achieved.

Bei einer besonders einfachen konstruktiven Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Bearbeitungsorgan oder dass das Bearbeitungswerkzeug das Tastelement ausbildet. Dies erlaubt es, ein gesondertes Tastelement einzusparen. Beispielsweise kann das den Gegenstand bearbeitende Bearbeitungswerkzeug zugleich das Tastelement sein und mit einer Haltekraft auf den Gegenstand einwirken. Bei einer Bewegung des Gegenstandes kann eine entsprechende Änderung der Haltekraft wie vorstehend erläutert mittels der Kraftmesseinrichtung erfasst werden. Dies erlaubt es, die Positionsänderung des Gegenstandes zu ermitteln und das Bearbeitungswerkzeug zur Nachführung im Raum zu bewegen.In a particularly simple constructive embodiment can be provided that the processing member or that the machining tool forms the probe element. This makes it possible to save a separate probe element. For example, the machining tool which processes the object can at the same time be the feeler element and act on the object with a holding force. During a movement of the object, a corresponding change in the holding force as described above can be detected by means of the force-measuring device. This makes it possible to determine the change in position of the object and to move the machining tool for tracking in space.

Bei einer andersartigen vorteilhaften Ausführungsform des Instrumentariums ist es günstig, wenn die Bearbeitungsvorrichtung eine von der Haltevorrichtung getrennte Vorrichtung ist.In another advantageous embodiment of the instrumentation, it is favorable if the processing device is a separate device from the holding device.

Die Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise einen Roboterarm umfassen oder als solcher ausgestaltet sein, an dessen Arbeitsende das Bearbeitungsorgan angeordnet ist. Die Recheneinheit kann in den Roboterarm integriert sein oder getrennt von diesem und mit dem Roboterarm signalwirksam verbunden sein.The processing device may for example comprise a robot arm or be configured as such, at the working end of which the processing member is arranged. The arithmetic unit may be integrated into the robot arm or separated from it and connected to the robot arm signal effective.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass als Halteelement ein Tastelement verwendet wird, über das der Gegenstand mit einer Haltekraft beaufschlagt wird, dass mit einer Kraftmesseinrichtung mit mindestens einem Kraftsensor eine Änderung der Haltekraft am Tastelement erfasst und mit einer Recheneinheit abhängig von einem diesbezüglichen Signal der Kraftmesseinrichtung eine Positionsänderung des Gegenstandes festgestellt wird.The object stated in the introduction is achieved in a generic method according to the invention in that a probe element is used as the holding element, via which the object is subjected to a holding force, that detects a change in the holding force on the probe element with a force measuring device having at least one force sensor and a computing unit depending on a relevant signal of the force measuring device, a change in position of the object is detected.

Die bereits im Zusammenhang mit der Erläuterung des erfindungsgemäßen Instrumentariums erwähnten Vorteile können unter Ausübung des Verfahrens ebenfalls erzielt werden. Es kann daher diesbezüglich auf voranstehende Erläuterungen verwiesen werden.The advantages already mentioned in connection with the explanation of the instrumentation according to the invention can also be achieved by practicing the method. It can therefore be made in this regard to the above explanations.

In entsprechender Weise kann in Bezug auf mögliche vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Verfahrens auf die voranstehenden Erläuterungen zu vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Instrumentariums verwiesen werden. Deren Merkmale können zur Ausbildung vorteilhafter Ausführungsbeispiele des Verfahrens dienen.In a corresponding manner, with regard to possible advantageous embodiments of the method, reference may be made to the above explanations on advantageous embodiments of the instrumentation according to the invention. Their features can serve to form advantageous embodiments of the method.

Insbesondere ist es günstig, wenn das Instrumentarium eine Bearbeitungsvorrichtung aufweist, die ein chirurgisches Bearbeitungsorgan mit einem mittels einer Antriebseinrichtung beweglichen Bearbeitungswerkzeug zum Bearbeiten des Gegenstandes umfasst, wobei die Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges abhängig vom Signal der Kraftmesseinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird zum Aufrechterhalten der Relativposition des Bearbeitungswerkzeuges und des Gegenstandes.In particular, it is expedient for the instrumentation to have a processing device which comprises a surgical processing element with a machining tool for processing the object, the movement of the machining tool being controlled and / or regulated in dependence on the signal of the force measuring device in order to maintain the relative position of the tool Machining tool and the object.

Die nachfolgende Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:The following description of advantageous embodiments of the invention is used in conjunction with the drawings for a more detailed explanation of the invention. Show it:

1: eine schematische Darstellung einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums; 1 a schematic representation of a first advantageous embodiment of an instrument according to the invention;

2: eine schematische Darstellung einer zweiten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums; 2 a schematic representation of a second advantageous embodiment of an instrument according to the invention;

3: eine schematische Teildarstellung einer dritten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums,

wobei mit den Instrumentarien gemäß den 1 bis 3 jeweils ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. 3 FIG. 2: a schematic partial representation of a third advantageous embodiment of an instrumentation according to the invention, FIG.

being with the instruments according to the 1 to 3 in each case an inventive method is feasible.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine mit dem Bezugszeichen 10 belegte vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums. Außerdem ist ausschnittsweise ebenfalls schematisch ein Bein 12 eines Patienten dargestellt, insbesondere mit Femur 13, Kniegelenk 14 und Tibia 15. Das Bein 12 ist im abgewinkelten Zustand auf einer Oberfläche 16 angeordnet, zum Beispiel eines Operationstisches. Eine Inzision 18 ist am Kniegelenk 14 vorhanden, damit Zugriff auf einen proximalseitigen Abschnitt der Tibia 15 besteht, um diese zu bearbeiten. Im vorliegenden Fall erfolgt die Bearbeitung mittels eines Bearbeitungsorgans, das vom Operateur nicht handgeführt ist, sondern Bestandteil einer vom Instrumentarium 10 umfassten Bearbeitungsvorrichtung 20 ist. 1 shows a schematic representation of a reference numeral 10 proven advantageous embodiment of a device according to the invention. In addition, a detail is also schematically a leg 12 represented by a patient, especially with a femur 13 , Knee joint 14 and tibia 15 , The leg 12 is in an angled condition on a surface 16 arranged, for example, a surgical table. An incision 18 is at the knee joint 14 present, allowing access to a proximal portion of the tibia 15 exists to work on them. In the present case, the processing is done by means of a processing organ, which is not hand-held by the surgeon, but part of one of the instruments 10 included processing device 20 is.

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl von Bearbeitungsvorrichtungssegmenten 22 bis 29, die polygonzugartig oder kettengliedartig miteinander verbunden sind. Vorliegend sind acht Bearbeitungsvorrichtungssegmente 22 bis 29 vorhanden. Die Bearbeitungsvorrichtung 20 könnte jedoch auch weniger oder mehr Segmente aufweisen.The processing device 20 includes a plurality of processing device segments 22 to 29 , which are connected in a polygonal or chain link manner. There are eight processing device segments here 22 to 29 available. The processing device 20 however, could also have fewer or more segments.

Benachbarte Segmente sind an einem jeweiligen Gelenk 30 drehbar um eine jeweilige Drehachse 32 miteinander verbunden. Aneinander angrenzende Segmente 22 bis 29 können dadurch relativ zueinander geschwenkt werden.Adjacent segments are at a respective joint 30 rotatable about a respective axis of rotation 32 connected with each other. Adjacent segments 22 to 29 can be pivoted relative to each other.

Bei den die Segmente 24 und 25 und die Segmente 27 und 28 miteinander verbindenden Gelenken 30 sind die Drehachsen 32 in Längsrichtung der Segmente 24, 25 bzw. 27, 28 ausgerichtet, so dass diese um ihre Längsachse zueinander verschwenkt werden können. Bei den übrigen Gelenken 30 werden benachbarte Segmente 22 bis 29 quer zu einer jeweiligen Längsachse relativ zueinander verschwenkt.At the segments 24 and 25 and the segments 27 and 28 interconnecting joints 30 are the axes of rotation 32 in the longitudinal direction of the segments 24 . 25 respectively. 27 . 28 aligned so that they can be pivoted about their longitudinal axis to each other. For the other joints 30 become adjacent segments 22 to 29 pivoted transversely to a respective longitudinal axis relative to each other.

Diese Anordnung der Segmente 22 bis 29 und Gelenke 30 ist jedoch nur beispielhaft und kann auch unterschiedlich sein. Ebenso kann über die Anzahl der Segmente 22 bis 29 hinaus auch deren jeweilige Länge unterschiedlich sein. Anstelle von Drehgelenken 30 kann die Bearbeitungsvorrichtung 20 auch Schubgelenke aufweisen.This arrangement of the segments 22 to 29 and joints 30 however, is only an example and may be different. Similarly, about the number of segments 22 to 29 In addition, their respective lengths may be different. Instead of swivel joints 30 can the processing device 20 also have push joints.

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 ist entsprechend der vorstehend erläuterten Ausgestaltung ausgestaltet als Bearbeitungsarm 34 mit den relativ zueinander beweglichen Segmenten 22 bis 29.The processing device 20 is configured according to the embodiment described above as a processing arm 34 with the relatively movable segments 22 to 29 ,

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 umfasst eine Antriebseinrichtung 36. Die Antriebseinrichtung 36 weist in ein jeweiliges Gelenk 30 integrierte Antriebseinheiten 38 auf. Dies ist in der Zeichnung vereinfachend durch die auf das jeweilige Gelenk 30 verweisende Bezugslinie des Bezugszeichens 38 dargestellt.The processing device 20 includes a drive device 36 , The drive device 36 points into a respective joint 30 integrated drive units 38 on. This is simplistic in the drawing by the on the respective joint 30 referring reference line of the reference 38 shown.

Zum Ansteuern der Antriebseinrichtung 36 umfasst das Instrumentarium 10 eine Recheneinheit 40, die vorliegend getrennt von der Bearbeitungsvorrichtung 20 gebildet ist, jedoch auch in diese integriert sein kann. Die Recheneinheit 40 ist über eine Leitung 42 mit der Bearbeitungsvorrichtung 20 verbunden. Die Antriebseinheiten 38 können von der Recheneinheit 40 getrennt voneinander angesteuert werden.For driving the drive device 36 includes the instruments 10 an arithmetic unit 40 in the present case separate from the processing device 20 is formed, but can also be integrated into this. The arithmetic unit 40 is over a line 42 with the processing device 20 connected. The drive units 38 can from the arithmetic unit 40 be controlled separately from each other.

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 weist ein Aufstellelement 44 zum Aufstellen auf einer Oberfläche auf, beispielsweise der Oberfläche 16. Das Aufstellelement 44 kann eine Verbindungseinrichtung aufweisen oder ausbilden, wodurch die Bearbeitungsvorrichtung 20 an der Oberfläche festgelegt werden kann.The processing device 20 has a positioning element 44 for placement on a surface such as the surface 16 , The positioning element 44 may comprise or form a connection device, whereby the processing device 20 can be set on the surface.

An dem dem Aufstellelement 44 gegenüberliegenden Ende bildet das Segment 29 ein Arbeitsende der Bearbeitungsvorrichtung 20. An dem Segment 29 ist ein Bearbeitungsorgan 46 mit einem Bearbeitungswerkzeug 48 angeordnet. Mit dem Bearbeitungswerkzeug 48 kann der zu bearbeitende Gegenstand bearbeitet werden, im Beispiel der Zeichnung die Tibia 15. Bei dem Bearbeitungswerkzeug 48 handelt es sich beispielsweise um ein Sägwerkzeug, ein Fräswerkzeug oder ein Bohrwerkzeug. Dementsprechend kann es sich bei dem Bearbeitungsorgan 46 um ein Sägorgan, ein Fräsorgan oder ein Bohrorgan handeln. Ein Antrieb für das Bearbeitungswerkzeug 48 ist beispielsweise in das Segment 29 integriert.At the the Aufstellelement 44 opposite end forms the segment 29 a working end of the processing device 20 , At the segment 29 is a processing organ 46 with a machining tool 48 arranged. With the editing tool 48 The object to be processed can be processed, in the example of the drawing, the tibia 15 , In the editing tool 48 For example, it is a sawing tool, a milling tool or a drilling tool. Accordingly, it may be in the processing member 46 to act a sawing organ, a milling member or a drilling member. A drive for the machining tool 48 is for example in the segment 29 integrated.

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 ist so ausgestaltet, dass das Bearbeitungswerkzeug 48 sechs Freiheitsgrade aufweist. Unter Ansteuerung durch die Recheneinheit 40 kann das Bearbeitungswerkzeug 48 dadurch unter der Einschränkung der Reichweite der Bearbeitungsvorrichtung 20 in jede beliebige Raumlage gebracht werden.The processing device 20 is designed so that the editing tool 48 has six degrees of freedom. Under control by the arithmetic unit 40 can the editing tool 48 thereby under the restriction of the reach of the processing device 20 be brought into any spatial position.

Die Bearbeitungsvorrichtung 20 wird beispielsweise ausgestaltet durch einen Roboterarm, an dessen Arbeitsende das Bearbeitungsorgan 46 angeordnet ist oder der dieses umfasst.The processing device 20 is configured for example by a robot arm, at the end of which the processing member 46 is arranged or includes this.

Das Instrumentarium 10 umfasst ferner eine Haltevorrichtung 50. Die Haltevorrichtung 50 ist weitestgehend baugleich ausgestaltet zur Bearbeitungsvorrichtung 20, abgesehen unter anderem von dem Bearbeitungsorgan 46. Vereinfachend kann daher erwähnt werden, dass die Haltevorrichtung 50 Haltevorrichtungssegmente 52 bis 59 aufweist, diese miteinander verbindende Gelenke 60, welche Drehachsen 62 definieren. Die Haltevorrichtung 50 bildet dementsprechend einen Haltearm 64, und sie umfasst eine Antriebseinrichtung 66 mit getrennt voneinander ansteuerbaren Antriebseinheiten 68. Die Antriebseinrichtung 66 ist mit der Recheneinheit 40 über eine bidirektionale Leitung 70 verbunden. Die Haltevorrichtung 50 umfasst ein Aufstellelement 72, das ebenfalls eine Verbindungseinrichtung umfassen kann.The instrumentation 10 further comprises a holding device 50 , The holding device 50 is designed largely identical to the processing device 20 Apart from, among other things, the processing organ 46 , For simplicity's sake, it can therefore be mentioned that the holding device 50 Holder segments 52 to 59 has, these interconnecting joints 60 , which axes of rotation 62 define. The holding device 50 accordingly forms a support arm 64 , And it includes a drive device 66 with separately controllable drive units 68 , The drive device 66 is with the arithmetic unit 40 via a bidirectional line 70 connected. The holding device 50 includes a positioning element 72 which may also comprise a connection device.

Die Anzahl der jeweiligen Segmente 22 bis 29 bzw. 52 bis 59, Art, Ausbildung und Ausrichtung der Gelenke 30 bzw. 60 kann bei der Bearbeitungsvorrichtung 20 und der Haltevorrichtung 50 unterschiedlich sein und sich von der in der Zeichnung dargestellten tatsächlichen Umsetzung unterscheiden.The number of the respective segments 22 to 29 respectively. 52 to 59 , Type, training and alignment of the joints 30 respectively. 60 can at the processing device 20 and the holding device 50 be different and differ from the actual implementation shown in the drawing.

An einem freien Arbeitsende der Haltevorrichtung 50 ist am Segment 59 ein Halteelement 74 festgelegt. Mit dem Halteelement 74 kann der zu bearbeitende Gegenstand, hier die Tibia 15, während der Bearbeitung gehalten werden. Dies erfolgt vorliegend dadurch, dass die Tibia 15 mit einer Haltekraft beaufschlagt wird. Dabei wirkt das Halteelement 74 in einer in 1 schematisch durch einen Pfeil 76 dargestellten Richtung auf die Tibia 15 ein. Das Halteelement 74 kontaktiert die Tibia 15, ohne mit dieser fest verbunden zu sein. Insbesondere ist das Halteelement 74 nicht mit der Tibia 15 verschraubt, verspannt oder verklebt. Eine Kraftbeaufschlagung mit der Haltekraft erfolgt lediglich durch Anlage des Halteelementes 74 an der Tibia 15.At a free working end of the holding device 50 is at the segment 59 a holding element 74 established. With the retaining element 74 can the object to be processed, here the tibia 15 to be kept during processing. This is done here by the tibia 15 is subjected to a holding force. The retaining element acts here 74 in an in 1 schematically by an arrow 76 illustrated direction on the tibia 15 one. The holding element 74 contacts the tibia 15 without being connected to it. In particular, the retaining element 74 not with the tibia 15 screwed, clamped or glued. A force is applied to the holding force only by conditioning the holding element 74 on the tibia 15 ,

Das Halteelement 74 ist vorliegend längserstreckt ausgestaltet, beispielsweise fingerförmig, und liegt mit einer Stirnseite an der Tibia 15 an.The holding element 74 In the present case, it is elongated, for example finger-shaped, and lies with one end face on the tibia 15 at.

Die von der Haltevorrichtung 50 gehaltene Tibia 15 übt auf das Halteelement 74 eine Gegenkraft aus, die der Haltekraft entgegengerichtet ist. Bewegt sich die Tibia 15 im Raum und verändert damit der bearbeitete Gegenstand seine Position, führt dies zu einer Änderung der Gegenkraft. Diese Änderung der Gegenkraft kann vom Halteelement 74 ertastet werden, so dass dieses ein Tastelement 78 bildet. Am Tastelement 78 tritt eine Änderung der Größe und/oder der Richtung der Gegenkraft auf. Aufgrund der Kraftbeaufschlagung mittels der Haltevorrichtung 50 hat dies auch eine Änderung der Größe und/oder der Richtung der Haltekraft zur Folge. Aufgrund der Bewegung der Tibia 15 kann dadurch eine Kraft- und/oder eine Momentenänderung am Tastelement 78 auftreten.The of the holding device 50 held tibia 15 exercises on the retaining element 74 a counterforce, which is opposite to the holding force. Moves the tibia 15 in the room and thus changes the processed object its position, this leads to a change in the opposing force. This change in the counterforce can from the holding element 74 be felt, so this is a tactile element 78 forms. On the probe element 78 occurs a change in size and / or the direction of the counterforce. Due to the application of force by means of the holding device 50 This also has a change in the size and / or the direction of the holding force result. Due to the movement of the tibia 15 can thereby a force and / or a torque change on the probe element 78 occur.

Die Haltevorrichtung 50 weist eine Kraftmesseinrichtung 80 auf. Die Kraftmesseinrichtung 80 umfasst eine Mehrzahl von Kraftsensoren 82, mit denen eine Kraft- und/oder eine Momentenänderung am Tastelement 78 erfassbar ist. Die Kraftsensoren 82 sind vorliegend bevorzugt in die Gelenke 60 integriert und mit der Recheneinheit 40 über die Leitung 70 signalwirksam verbunden. Eine Kraft- und/oder eine Momentenänderung am Tastelement 78 kann daher von den Kraftsensoren 82 über ein Signal der Recheneinheit 40 signalisiert werden.The holding device 50 has a force measuring device 80 on. The force measuring device 80 includes a plurality of force sensors 82 , with which a force and / or a torque change on the probe element 78 is detectable. The force sensors 82 are present preferably in the joints 60 integrated and with the computing unit 40 over the line 70 signal effectively connected. A force and / or a moment change on the probe element 78 can therefore from the force sensors 82 via a signal from the arithmetic unit 40 be signaled.

Die Recheneinheit 40 kann abhängig vom Signal feststellen, dass sich eine Positionsänderung der Tibia 15 ergeben hat. Insbesondere ist es möglich, die Änderung der Position der Tibia 15 aufgrund der Kraft- und/oder eine Momentenänderung am Tastelement 78 zu ermitteln. Dies erlaubt es, die Tibia 15 im Raum zu verfolgen. Damit wird durch das Instrumentarium 10 eine mechanische Trackingvorrichtung bereitgestellt, mit der kontaktbehaftet über das Tastelement 78 die Tibia 15 getrackt werden kann.The arithmetic unit 40 may find, depending on the signal, that a change in position of the tibia 15 has resulted. In particular, it is possible to change the position of the tibia 15 due to the force and / or a torque change on the probe element 78 to investigate. This allows the tibia 15 to track in the room. This is through the instruments 10 a mechanical tracking device provided, with the contact-related via the probe element 78 the tibia 15 can be tracked.

Das Verfolgen einer Positionsänderung der Tibia 15 im Raum ist auf besonders patientenfreundliche nichtinvasive Weise möglich. Wie erwähnt erfordert die Haltevorrichtung 50 keine feste Verbindung des Tastelementes 78 mit der Tibia 15. Eine gesonderte Inzision am Bein 12, über die für das Bearbeiten der Tibia 15 hinaus erforderliche Inzision 18 ist nicht erforderlich. Trauma für den Patienten kann unter Einsatz der Haltevorrichtung 50 gering gehalten werden. Tracking a change in position of the tibia 15 in the room is possible in a particularly patient-friendly non-invasive way. As mentioned, the holding device requires 50 no fixed connection of the probe element 78 with the tibia 15 , A separate incision on the leg 12 about tibia editing 15 In addition, required incision 18 not necessary. Trauma to the patient may be by using the holding device 50 be kept low.

Die Kraftbeaufschlagung über das Tastelement 78 kann vergleichsweise gering sein.The application of force via the probe element 78 can be comparatively low.

"Haltevorrichtung" im Fall der vorliegenden Erfindung heißt dementsprechend nicht notwendigerweise Festhaltevorrichtung. Eine Bewegung des zu bearbeitenden Gegenstandes, hier der Tibia 15, kann und soll vorzugsweise möglich sein.Accordingly, "holding device" in the case of the present invention does not necessarily mean a holding device. A movement of the object to be processed, here the tibia 15 , can and should preferably be possible.

Abhängig vom Signal der Kraftsensoren 82 kann die Recheneinheit 40 eine Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 48 steuern und/oder regeln. Das Bearbeitungswerkzeug 48 wird so im Raum bewegt, dass dessen Relativposition und/oder Orientierung zur Tibia 15 im Raum erhalten bleibt. Bei deren Bewegung kann dementsprechend das Bearbeitungswerkzeug 48 mittels der Bearbeitungsvorrichtung 20 nachgeführt werden.Depending on the signal of the force sensors 82 can the arithmetic unit 40 a movement of the machining tool 48 control and / or regulate. The editing tool 48 is moved in space so that its relative position and / or orientation to the tibia 15 is preserved in the room. During their movement, accordingly, the machining tool 48 by means of the processing device 20 be tracked.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Ort der Bearbeitung der Tibia 15 konstant gehalten wird, selbst wenn sich die Position der Tibia 15 im Raum ändert.This results in the advantage that the place of processing of the tibia 15 is kept constant, even if the position of the tibia 15 in the room changes.

Der Operateur kann seine Aufmerksamkeit auf den Fortgang der Bearbeitung richten und braucht das Bearbeitungsorgan 46 nicht manuell nachzuführen.The surgeon can direct his attention to the progress of the processing and needs the processing element 46 not manually track.

Über die Leitung 70 kann auch die Antriebseinrichtung 66 angesteuert werden, das Tastelement 78 bei einer Bewegung der Tibia 15 nachzuführen. Dies erfolgt durch eine Bewegung des Tastelementes 78 im Raum. Dabei ist es insbesondere möglich, die Relativposition und/oder Orientierung relativ zur Tibia 15 konstant zu halten. Ebenso kann die Größe und die Richtung der Haltekraft vom Tastelement 78 auf die Tibia 15 konstant gehalten werden.About the line 70 can also drive the device 66 be controlled, the probe element 78 with a movement of the tibia 15 to track. This is done by a movement of the probe element 78 in the room. It is particularly possible, the relative position and / or orientation relative to the tibia 15 to keep constant. Likewise, the size and the direction of the holding force of the probe element 78 on the tibia 15 kept constant.

Auch die Antriebseinrichtung 66 ist so ausgestaltet, dass das Tastelement 78 sechs Freiheitsgrade aufweist. Unter der Voraussetzung der Reichweite der Haltevorrichtung 50 kann das Tastelement 78 dadurch in jeder beliebigen Lage und Orientierung im Raum ausgerichtet werden.Also the drive device 66 is designed so that the probe element 78 has six degrees of freedom. Provided the reach of the holding device 50 can the feeler element 78 be aligned in any position and orientation in space.

2 zeigt eine mit dem Bezugszeichen 100 belegte zweite vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale und Bauteile der Instrumentarien 10 und 100 werden identische Bezugszeichen benutzt. Die mit dem Instrumentarium 10 erzielbaren Vorteile können mit dem Instrumentarium 100 ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich auf voranstehende Ausführungen verwiesen werden kann. 2 shows one with the reference numeral 100 occupied second advantageous embodiment of a device according to the invention. For the same or equivalent features and components of the instruments 10 and 100 identical reference numerals are used. The ones with the instruments 10 achievable benefits can be achieved with the instrumentation 100 can also be achieved, so that reference can be made in this regard to the above statements.

Während bei dem Instrumentarium 10 die Bearbeitungsvorrichtung 20 und die Haltevorrichtung 50 voneinander getrennte Vorrichtungen sind, kommt bei dem Instrumentarium 100 nur eine gemeinsame integrierte Halte- und Bearbeitungsvorrichtung 110 zum Einsatz. Die Bearbeitungsvorrichtung 20 bildet zugleich die Haltevorrichtung 50 aus und umgekehrt, so dass der Bearbeitungsarm 34 gleich dem Haltearm 64 ist. Die Kraftmesseinrichtung 80 mit den Kraftsensoren 82 ist bei der Vorrichtung 110 wie beim Haltearm 64 des Instrumentariums 10 in die jeweiligen Gelenke 30 integriert. Bei der Vorrichtung 110 ist am Segment 29 über das Bearbeitungswerkzeug 48 hinaus auch das das Tastelement 78 bildende Halteelement 74 festgelegt.While at the instrumentarium 10 the processing device 20 and the holding device 50 are separate devices comes in the instrumentation 100 only a common integrated holding and processing device 110 for use. The processing device 20 at the same time forms the holding device 50 off and vice versa, so that the processing arm 34 equal to the holding arm 64 is. The force measuring device 80 with the force sensors 82 is at the device 110 like the holding arm 64 of the instruments 10 in the respective joints 30 integrated. In the device 110 is at the segment 29 via the editing tool 48 in addition, this is the feeler element 78 forming retaining element 74 established.

Entsprechend der Integration der Bearbeitungsvorrichtung 20 und der Haltevorrichtung 50 bei der Vorrichtung 110 ist es möglich, die zu bearbeitende Tibia 15 über das Halteelement 78 am Segment 29 mit einer Haltekraft zu beaufschlagen. Eine Positionsänderung der Tibia 15 kann infolge der sich ändernden Gegenkraft auf das Tastelement 78 erfasst werden. Ein Signal infolge der am Tastelement 78 auftretenden Kraft- und/oder eine Momentenänderung der Kraftmesseinrichtung 80 kann von der Recheneinheit 40 ausgewertet werden.According to the integration of the processing device 20 and the holding device 50 at the device 110 it is possible to work on the tibia 15 over the retaining element 78 on the segment 29 to apply a holding force. A change in position of the tibia 15 can due to the changing reaction force on the probe element 78 be recorded. A signal due to the on the probe element 78 occurring force and / or a torque change of the force measuring device 80 can from the arithmetic unit 40 be evaluated.

Die Recheneinheit 40 ist in die Vorrichtung 110 integriert. Abhängig von einer von der Recheneinheit 40 ermittelbaren Positionsänderung der Tibia 15 im Raum kann die Antriebseinrichtung 36 angesteuert werden, um Lage und/oder Orientierung des Bearbeitungsorgans 48 relativ zur Tibia 15 beizubehalten. Da das Tastelement 78 ebenfalls am Segment 29 festgelegt ist, kann auch die Lage und/oder Orientierung des Tastelementes 78 relativ zur Tibia 15 beibehalten werden. Wie im Fall des Instrumentariums 10 ist es möglich, auch die die Tibia 15 beaufschlagende Haltekraft konstant zu halten.The arithmetic unit 40 is in the device 110 integrated. Depends on one of the arithmetic unit 40 ascertainable change in position of the tibia 15 in the room, the drive device 36 be controlled to position and / or orientation of the processing element 48 relative to the tibia 15 maintain. As the probe element 78 also on the segment 29 is fixed, can also be the location and / or orientation of the probe element 78 relative to the tibia 15 to be kept. As in the case of the instrument 10 it is possible, even the tibia 15 holding power to hold constant.

3 zeigt abschnittsweise eine mit dem Bezugszeichen 150 belegte vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Instrumentariums. Die mit den Instrumentarien 10 und 100 erzielbaren Vorteile können auch mit dem Instrumentarium 150 erzielt werden. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale oder Bauteile werden auch in diesem Fall identische Bezugszeichen benutzt. 3 shows in sections one with the reference numeral 150 proven advantageous embodiment of a device according to the invention. The with the instruments 10 and 100 achievable benefits can also be achieved with the instrumentation 150 be achieved. For identical or equivalent features or components identical reference numerals are used in this case.

Beim Instrumentarium 150 kommt ebenfalls eine integrierte Halte- und Bearbeitungsvorrichtung (Bezugszeichen 160) zum Einsatz, die der Vorrichtung 110 beim Instrumentarium 100 entspricht. Die Besonderheit des Instrumentariums 150 besteht gegenüber dem Instrumentarium 100 darin, dass das Bearbeitungswerkzeug 48 das Halteelement 74 und damit zugleich das Tastelement 78 ausbildet. Die zu bearbeitende Tibia 15 kann mit dem Bearbeitungswerkzeug 48 zugleich mit der Haltekraft beaufschlagt und bearbeitet werden. Ändert sich die Position der Tibia 15, kann deren Positionsänderung anhand des Signals der Kraftmesseinrichtung 80 infolge der sich am Bearbeitungswerkzeug 48 ergebenden Kraft- und/oder Momentenänderung ermittelt werden. Das Bearbeitungswerkzeug 48 kann durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinrichtung 36 von der Recheneinheit 40 im Raum bewegt und nachgeführt werden. In entsprechender Weise wird das von dem Bearbeitungswerkzeug 48 gebildete Tastelement 78 nachgeführt. Auch die Haltekraft kann konstant gehalten werden.At the instrumentarium 150 also comes an integrated holding and processing device (reference numeral 160 ) used by the device 110 at the instrumentarium 100 equivalent. The peculiarity of the instrumentation 150 exists opposite the instruments 100 in that the editing tool 48 the holding element 74 and thus at the same time the probe element 78 formed. The tibia to be treated 15 can with the editing tool 48 be acted upon and processed at the same time with the holding force. Changes the position of the tibia 15 , Their position change based on the signal of the force measuring device 80 as a result of the machining tool 48 resulting force and / or torque change can be determined. The editing tool 48 can by appropriate control of the drive device 36 from the arithmetic unit 40 be moved in the room and tracked. In a similar way, that of the machining tool 48 formed probe element 78 tracked. The holding force can be kept constant.

Claims

Surgical instrumentation comprising a holding device ( 50 ) with a holding element ( 74 ) for holding an object to be processed ( 15 ), in particular a bone, characterized in that the retaining element ( 74 ) a probe element ( 78 ), over which the object ( 15 ) can be acted upon by a holding force that the instruments ( 10 ; 100 ; 150 ) a force measuring device ( 80 ) comprises at least one force sensor ( 82 ), with which a change in the holding force on the probe element ( 78 ) and that the instruments ( 10 ; 100 ; 150 ) a computing unit ( 40 ), dependent on a respective signal of the force measuring device ( 80 ) a change in position of the object ( 15 ) is detectable.

Instrumentarium according to claim 1, characterized in that with the at least one force sensor ( 82 ) a change in the size and / or the direction of the holding force can be detected and that with the arithmetic unit ( 40 ) the position change of the object ( 15 ) can be determined in the room.

Instrumentarium according to claim 1 or 2, characterized in that the feeler element ( 78 ) an elongated projection on the holding device ( 50 ) or comprises such a projection.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one force sensor ( 82 ) determines the force change via displacement measurement, pressure measurement, resistance measurement, a magnetoelastic effect, an electro-elastic effect, by means of piezoelectricity and / or according to the vibrating string principle.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the force measuring device ( 80 ) two or more force sensors ( 82 ).

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device ( 50 ) two or more each at a joint ( 30 . 60 ) movably interconnected retainer segments ( 22 - 29 . 52 - 59 ).

Instrumentarium according to claim 6, characterized in that the at least one force sensor ( 82 ) at a joint ( 30 . 60 ) is arranged or integrated in such, in particular that in each case at a joint ( 30 . 60 ) a force sensor ( 82 ) are arranged or integrated in such.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that at least one force sensor ( 82 ) at a contact surface of the probe element ( 78 ) for contacting the object ( 15 ) is arranged.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device ( 50 ) one with the arithmetic unit ( 40 ) coupled drive device ( 36 . 66 ), with which the feeler element ( 78 ) is movable in space, and that the movement of the probe element ( 78 ) depending on the signal of the force measuring device ( 80 ) is controllable and / or controllable in order to maintain the relative position of the feeler element ( 78 ) and the object ( 15 ) and / or maintaining the holding force on the object ( 15 ).

Instrumentarium according to claim 9, characterized in that the holding device ( 50 ) two or more each at a joint ( 30 . 60 ) movably interconnected retainer segments ( 22 - 29 . 52 - 59 ) and that the drive device ( 36 . 66 ) Drive units ( 38 . 68 ), wherein at a joint ( 30 . 60 ) each have a drive unit ( 38 . 68 ) is arranged in the joint ( 30 . 60 ) or the joint ( 30 . 60 ) trains.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the holding device ( 50 ) comprises a robot arm or is designed as such, at the end of which the feeler element ( 78 ) is arranged.

Instrumentarium according to one of the preceding claims, characterized in that the instruments ( 10 ; 100 ; 150 ) a processing device ( 20 ), which is a surgical processor ( 46 ) with a processing tool ( 48 ) for editing the article ( 15 ).

Instrumentarium according to claim 12, characterized in that the processing member is a ( 46 ) Surgical saw, milling or drilling member is.

Instrumentarium according to claim 12 or 13, characterized in that the processing device ( 20 ) one with the arithmetic unit ( 40 ) coupled drive device ( 36 ), with which the processing tool ( 48 ) is movable in space, and that the movement of the machining tool ( 48 ) depending on the signal of the force measuring device ( 80 ) is controllable and / or controllable in order to maintain the relative position of the machining tool ( 48 ) and the object ( 15 ).

Instrumentarium according to claim 14, characterized in that the processing device ( 20 ) two or more each at a joint ( 30 ) movably interconnected processing device segments ( 22 - 29 ) and that the drive device ( 36 ) Drive units ( 38 ), wherein at a joint ( 30 ) each have a drive unit ( 38 ) is arranged in the joint ( 30 ) or the joint ( 30 ) trains.

Instrumentarium according to one of claims 12 to 15, characterized in that the instrumentation ( 10 ; 100 ; 150 ) an integrated holding and processing device ( 110 ; 160 ) comprising the tactile element ( 78 ) and the processing member ( 46 ).

Instrumentarium according to claim 16, characterized in that the feeler element ( 78 ) on the machining element ( 46 ).

Instrumentarium according to claim 16, characterized in that the processing member ( 46 ) or the editing tool ( 48 ) the feeler element ( 78 ) trains.

Instrumentarium according to one of claims 12 to 15, characterized in that the processing device ( 20 ) one of the holding device ( 50 ) is separate device.

Instrumentarium according to one of claims 12 to 19, characterized in that the processing device ( 20 ) comprises a robot arm or is designed as such, at the end of which the processing member ( 46 ) is arranged.

A method for operating a surgical instrument, comprising a holding device with a holding element for holding an object to be processed, in particular a bone, characterized in that a probe element is used as a holding element, via which the object is subjected to a holding force that with a Force measuring device with at least one force sensor detected a change in the holding force on the probe element and a position change of the object is determined by a computing unit depending on a relevant signal of the force measuring device.

A method according to claim 21, characterized in that the instrumentation comprises a processing device comprising a surgical processing member with a movable means of a driving tool for machining the article, wherein the movement of the machining tool is controlled and / or regulated depending on the signal of the force measuring device to maintain the relative position of the machining tool and the object.