DE102021119506A1

DE102021119506A1 - Method for attaching steering elements to a spatially adjustable disk, steering elements for moving a distal joint mechanism and medical instrument

Info

Publication number: DE102021119506A1
Application number: DE102021119506.3A
Authority: DE
Inventors: Dominik Längle; Janosz Schneider; Jochen Stefan
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Lenkelementen an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkelemente eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes bewegbar ist, die Lenkelemente ein erstes Material aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe für jeden Lenkelement eine Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, mittels eines mindestens einem Anschweißbauteil mit folgenden Schritten:- Durchführen der Lenkelemente mit einem jeweiligen Lenkelementende durch die jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe, sodass die durchgeführten Lenkelementenden an einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe angeordnet sind,- Verbinden der durchgeführten Lenkelementenden mittels Schweißens unter Verwendung eines Schweißgases mit dem mindestens einem Anschweißbauteil, wobei das Anschweißbauteil ein zweites Material und einen Querschnitt größer dem Querschnitt der jeweiligen Loches oder der Löcher aufweist, wobei das erste Material und das zweite Material miteinander verschweißbar sind, sodass die Lenkelemente an dem mindestens einem Anschweißbauteil stoffschlüssig verbunden und somit an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung Lenkelemente zum Bewegen einer distalseitigen Gelenkmechanik, ein medizinisches Instrument und einen Roboter mit mindestens einem Roboterarm zum Halten und/oder Positionieren eines medizinischen Instrumentes.The invention relates to a method for attaching steering elements to a three-dimensionally adjustable disk, with a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument being movable by means of the steering elements, the steering elements having a first material and the three-dimensionally adjustable disk having a hole for each steering element has a cross-section through a thickness of the spatially adjustable disc, by means of at least one weld-on component with the following steps:- Passing the steering elements with a respective steering element end through the respective hole in the spatially adjustable disc, so that the guided-through steering element ends are arranged on a proximal side of the spatially adjustable disc are, - connecting the guided-through steering element ends by means of welding using a welding gas with the at least one weld-on component, the weld-on component comprising a second material and a cross-section Nitt larger than the cross section of the respective hole or holes, wherein the first material and the second material can be welded to one another, so that the steering elements are materially connected to the at least one weld-on component and are thus attached to the spatially adjustable pane. Furthermore, the invention relates to steering elements for moving a joint mechanism on the distal side, a medical instrument and a robot with at least one robot arm for holding and/or positioning a medical instrument.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befestigen von Lenkelementen an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkelemente eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instruments bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung Lenkelemente zum Bewegen einer distalseitigen Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes und ein medizinisches Instrument.The invention relates to a method for attaching steering elements to a spatially adjustable pane, with a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument being movable by means of the steering elements. Furthermore, the invention relates to steering elements for moving a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument and a medical instrument.

In medizinischen und nicht-medizinischen Anwendungen werden häufig abwinkelbare Instrumente eingesetzt, welche als handgeführte und/oder robotische Instrumente ausgebildet sein können. Um eine Abwinkelung des Schaftes eines medizinischen Instrumentes zu ermöglichen, sind üblicherweise vier oder mehrere außenliegende Lenkdrähte und/oder Lenkseile um Schwenkglieder einer distalseitigen Gelenkmechanik angeordnet. Zur exakten und homogenen Steuerung des distalen, abwinkelbaren Endes des Schaftes und/oder des Roboterarms ist der Einsatz einer Vielzahl von dünnen Lenkdrähten vorteilhaft, um eine gleichmäßige Bewegung und Kraftverteilung in alle Abwinkelungsrichtungen zu ermöglichen. Dazu müssen die Lenkdrähte distalseitig (benutzerfern) und proximalseitig (benutzernah) in einem gespannten Zustand fixiert sein.In medical and non-medical applications, instruments that can be angled are often used, which can be embodied as hand-held and/or robotic instruments. In order to enable the shaft of a medical instrument to be bent, four or more external steering wires and/or steering cables are usually arranged around pivoting members of a joint mechanism on the distal side. For the precise and homogeneous control of the distal, bendable end of the shaft and/or the robot arm, the use of a large number of thin steering wires is advantageous in order to enable a uniform movement and force distribution in all bending directions. To do this, the steering wires must be fixed in a tensioned state on the distal side (far from the user) and proximal side (near the user).

Aus der US 2017/0281296 A1 ist ein medizinisches Instrument mit Lenkkabeln zum Bewegen eines Endeffektors bekannt, bei dem die Lenkkabel durch Öffnungen einer Kardanplatte und einer Verriegelungsplatte geführt werden, welche an den sich gegenüberliegenden Seiten jeweils Verriegelungskeile aufweisen, welche beim Aneinandersetzen der Kardanplatte und der Verriegelungsplatte durch Verschieben die Lenkkabel einklemmen. Zur Fixierung werden anschließend die Kardanplatte und die Verriegelungsplatte miteinander verschraubt. Nachteilig ist hierbei, dass Fertigungstoleranzen beim Fertigen der Kardanplatte und der Verriegelungsplatte dazu führen, dass die Spannungen, mit denen die Lenkkabel fixiert werden, variieren können. Zudem besteht die Gefahr, dass durch scharfe Kanten an der Kardanplatte und der Verriegelungsplatte und/oder durch das Einklemmen die Lenkkabel beschädigt werden können. Dadurch besteht der Nachteil, dass die einzelnen Litzen des Lenkkabels ausfransen und somit die Montage erheblich stören oder erschweren.From the U.S. 2017/0281296 A1 a medical instrument with steering cables for moving an end effector is known, in which the steering cables are guided through openings in a gimbal plate and a locking plate, which each have locking wedges on the opposite sides, which clamp the steering cables when the gimbal plate and the locking plate are pushed together. The gimbal plate and the locking plate are then screwed together for fixation. The disadvantage here is that manufacturing tolerances when manufacturing the gimbal plate and the locking plate mean that the tensions with which the steering cables are fixed can vary. There is also a risk that the steering cables can be damaged by sharp edges on the gimbal plate and the locking plate and/or by pinching. This has the disadvantage that the individual strands of the steering cable fray and thus significantly disrupt or complicate assembly.

Zudem ist es bekannt, die Lenkdrähte an einer proximalseitigen, antreibbaren Taumelscheibe zu verschrauben. Hierzu muss zunächst jeder Lenkdraht einzeln vorgespannt und anschließend an der Taumelscheibe verschraubt werden. Neben einem hohen Zeitaufwand kann dies ebenfalls zur Vorschädigung der Lenkdrähte führen. Des Weiteren benötigen die Gewindebohrungen an der Taumelscheibe und die entsprechenden Schrauben, welche üblicherweise in und an der radial umlaufenden Seitenwand der Taumelscheibe ein- und angebracht werden, einen hohen Bauraum.In addition, it is known to screw the steering wires to a driveable swash plate on the proximal side. To do this, each steering wire must first be individually pretensioned and then screwed to the swashplate. In addition to being very time-consuming, this can also lead to pre-damage of the steering wires. Furthermore, the threaded bores on the swash plate and the corresponding screws, which are usually inserted and attached in and on the radially circumferential side wall of the swash plate, require a large amount of space.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the prior art.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Befestigen von Lenkelementen an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkelemente eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes bewegbar ist, die Lenkelemente ein erstes Material aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe für jedes Lenkelement ein Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, mittels eines mindestens einem Anschweißbauteil mit folgenden Schritten:

- Durchführen der Lenkelemente mit einem jeweiligen Lenkelementende durch das jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe, sodass die durchgeführten Lenkelementenden an einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe angeordnet sind,
- Verbinden der durchgeführten Lenkelementenden mittels Schweißens unter Verwendung eines Schweißgases mit dem mindestens einem Anschweißbauteil, wobei das Anschweißbauteil ein zweites Material und einen Querschnitt grö-ßer dem Querschnitt des jeweiligen Loches oder der Löcher aufweist, wobei das erste Material und das zweite Material miteinander verschweißbar sind,

sodass die Lenkelemente an dem mindestens einem Anschweißbauteil stoffschlüssig verbunden und somit an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt sind.The object is achieved by a method for attaching steering elements to a spatially adjustable disk, with the steering elements being able to move a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument, the steering elements having a first material and the spatially adjustable disk for each steering element Has a hole with a cross section through a thickness of the spatially adjustable pane, by means of at least one weld-on component with the following steps:

- Passing through the steering elements with a respective steering element end through the respective hole of the spatially adjustable disc, so that the guided-through steering element ends are arranged on a proximal side of the spatially adjustable disc,
- Connecting the guided-through steering element ends by means of welding using a welding gas with the at least one weld-on component, the weld-on component having a second material and a cross-section larger than the cross-section of the respective hole or holes, the first material and the second material being weldable to one another ,

so that the steering elements are integrally connected to the at least one weld-on component and are thus attached to the spatially adjustable disc.

Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem schnell und in einfacher Weise die Lenkelemente an einer räumlich verstellbaren Scheibe montiert und die proximalen Lenkelementenden mittels Schweißens an einem mindestens einen Anschweißbauteil verbunden werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass dadurch die Lenkelemente in einem gespannten Zustand an der räumlich verstellbaren Scheibe verbunden werden. Folglich werden Lenkelemente bereitgestellt, welche an der proximalen räumlich verstellbaren Scheibe optimal mit einer festen, vorgegebenen Spannung im gespannten Zustand fixiert sind. Durch das Anschweißen an dem mindestens einen Anschweißbauteil sind die Lenkelemente einheitlich befestigt und somit homogen vorgespannt.This provides a method for quickly and easily mounting the steering elements to a spatially adjustable disc and connecting the proximal ends of the steering elements to at least one weld-on component by welding. It is particularly advantageous that as a result the steering elements are connected to the spatially adjustable disk in a tensioned state. Consequently, steering elements are provided which are optimally fixed to the proximal spatially adjustable disc with a fixed, predetermined tension in the tensioned state. By welding to the at least one weld-on part Steering elements fixed uniformly and thus homogeneously prestressed.

Folglich wird eine proximale Antriebsbewegung auf die räumlich verstellbare Scheibe mittels der verbundenen und gespannten Lenkelemente optimal auf die distalen Komponenten einer distalen Gelenkmechanik zum Abwinkeln des distalen Endabschnittes des medizinischen Gerätes übertragen.Consequently, a proximal drive movement on the spatially adjustable disc is optimally transmitted to the distal components of a distal joint mechanism for bending the distal end section of the medical device by means of the connected and tensioned steering elements.

Dadurch, dass die Lenkelemente und das mindestens eine Anschweißbauteil miteinander verschweißbare Materialien, wie beispielsweise einen Chrom-Nickel-Molybdän-Edelstahl oder jeweils eine Nickel-Titan-Legierung aufweisen, ist durch Schweißen eine beständige stoffschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Lenkelementende und dem mindestens einen Anschweißbauteil realisiert, ohne dass sich die Lenkelemente nach dem Spannen in der Gelenkmechanik einschneiden und/oder setzen. Durch die optimale Werkstoffpaarung der Lenkelemente und des mindestens einen Anschweißbauteils wird neben dem Verhindern des Setzverhaltens und/oder des Einschneidens der Lenkelemente in andere Komponenten der Gelenkmechanik, wie der räumlich verstellbaren Scheibe, auch eine freie Werkstoffwahl für die räumlich verstellbare Scheibe selbst ermöglicht.Because the steering elements and the at least one weld-on component have materials that can be welded to one another, such as chromium-nickel-molybdenum stainless steel or a nickel-titanium alloy in each case, welding creates a permanent material connection between the respective end of the steering element and the at least one weld-on component realized without the steering elements cutting into and/or setting in the joint mechanism after tensioning. The optimal material pairing of the steering elements and the at least one weld-on component, in addition to preventing the setting behavior and/or cutting of the steering elements into other components of the joint mechanism, such as the spatially adjustable disk, also allows a free choice of material for the spatially adjustable disk itself.

Zudem besteht bei der stoffschlüssigen Verbindung mittels Schweißens nicht oder nur eine sehr geringe Gefahr, dass sich die Litzen der Lenkelemente auffasern und die Montage erschweren oder sogar ein neues Lenkelement durch das Loch der räumlich verstellbaren Scheibe durchgeführt werden muss, bevor ein Anschweißen erfolgen kann. Folglich wird die Montage der Lenkelemente innerhalb der Gelenkmechanik deutlich vereinfacht und ist schneller durchführbar.In addition, with the material connection by means of welding, there is no or only a very small risk that the strands of the steering elements will fray and make assembly more difficult, or that a new steering element will even have to be passed through the hole in the spatially adjustable disc before it can be welded on. As a result, the assembly of the steering elements within the joint mechanism is significantly simplified and can be carried out more quickly.

Ein Kerngedanke der Erfindung ist, dass die proximalen Lenkelementenden durch das jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe durchgeführt und auf der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe durch stoffschlüssiges Verschweißen der Lenkelementenden mit dem mindestens einen Anschweißbauteil aufweisend miteinander verschweißbare Materialien verbunden werden, sodass durch das Verschweißen mit dem mindestens einen Anschweißbauteil die einzelnen Lenkelemente nicht mehr in Richtung zur distalen Seite durch das jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe gezogen werden können. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Lenkelemente eben gerade nicht direkt an der räumlich verstellbaren Scheibe verbunden werden, sondern mittels des Verschweißens am Anschweißbauteil indirekt proximalseitig befestigt werden. Dadurch liegt nach Spannen der Lenkelemente innerhalb der Gelenkmechanik die distale Seite des Anschweißbauteils an der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe an und es besteht eine homogene Kraftverteilung an dieser Kontaktfläche vor. Folglich wird über die Lenkelemente die Spannkraft proximalseitig auf das mindestens eine Anschweißbauteil und weiter auf die proximale Seite der Taumelscheibe übertragen.A core idea of the invention is that the proximal ends of the steering element are guided through the respective hole in the spatially adjustable disk and are connected on the proximal side of the spatially adjustable disk by material-to-material welding of the ends of the steering element to the at least one weld-on component having materials that can be welded together, so that the welding with the at least one weld-on component, the individual steering elements can no longer be pulled in the direction of the distal side through the respective hole in the spatially adjustable disk. It is particularly advantageous here that the steering elements are not connected directly to the spatially adjustable disc, but rather are indirectly attached to the weld-on component on the proximal side by means of welding. As a result, after tensioning of the steering elements within the joint mechanism, the distal side of the weld-on component rests on the proximal side of the spatially adjustable disk and there is a homogeneous force distribution on this contact surface. Consequently, the clamping force is transmitted on the proximal side to the at least one weld-on component and further to the proximal side of the swash plate via the steering elements.

Prinzipiell ist herauszustellen, dass das Verbinden der Lenkelementenden auf der distalen Seite und/oder auf der proximalen Seite des Anschweißbauteils in Längsrichtung des Schaftes und/oder der Gelenkmechanik erfolgen kann. Zudem werden keine zusätzlichen Verbindungsteile, wie Schrauben, zum Befestigen der Lenkelemente an der räumlich verstellbaren Scheibe benötigt, wodurch eine Vielzahl von Lenkelementen über das Anschweißbauteil mit der räumlich verstellbaren Scheibe in Längsrichtung des Schaftes befestigbar sind und die Baugröße vor allem nicht in radialer Richtung und/oder am Umfang der räumlich verstellbaren Scheibe vergrößert wird. Dadurch, dass das mindestens eine Anschweißbauteil proximalseitig und somit entlang der Längsachse der Gelenkmechanik angeordnet ist, wird je nach Dicke des Anschweißbauteils zwar die Länge des Schaftes und/oder des medizinischen Instrumentes geringfügig verlängert, jedoch nicht deren Querschnitt, welcher im Falle eines Instrumentenschaftes von vornherein begrenzt ist.In principle, it should be emphasized that the ends of the steering element can be connected on the distal side and/or on the proximal side of the weld-on component in the longitudinal direction of the shaft and/or the joint mechanism. In addition, no additional connecting parts, such as screws, are required to fasten the steering elements to the spatially adjustable disk, as a result of which a large number of steering elements can be fastened to the spatially adjustable disk in the longitudinal direction of the shaft via the weld-on component and the overall size is not limited in the radial direction and/or or is increased at the periphery of the spatially adjustable disk. Because the at least one weld-on component is arranged on the proximal side and thus along the longitudinal axis of the joint mechanism, the length of the shaft and/or the medical instrument is increased slightly depending on the thickness of the weld-on component, but not its cross section, which in the case of an instrument shaft is the same from the outset is limited.

Folgendes Begriffliche sei erläutert:The following terms are explained:

Ein „Lenkelement“ ist insbesondere ein dünnes und langes, geformtes biegsames Element. Das langestreckte Lenkelement weist insbesondere ein Metall und/oder eine Metalllegierung auf. Bei einem Lenkelement kann es sich um einen Lenkdraht und/oder ein Lenkseil handeln. Ein Lenkdraht ist insbesondere ein dünnes und lang geformtes, biegsames Metall. Ein Lenkelement weist insbesondere eine Nickel-Titan-Legierung und somit Nitinol, Edelstahl und/oder Wolfram auf. Bevorzugt besteht ein Lenkdraht vollständig aus Nitinol. Der Lenkdraht weist insbesondere eine glatte Oberfläche auf. Ein Lenkseil ist ein aus zusammengedrehten oder geflochtenen Drähten bestehendes längliches, zugfestes Element. Entsprechend dem Zusammendrehen oder Flechten weist ein Lenkseil insbesondere eine strukturierte Oberfläche auf. Ein Lenkseil weist beispielsweise ein nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl (1.4401) auf. Ein Lenkelement kann prinzipiell jede Querschnittsform, beispielsweise einen kreisförmigen, ovalen und/oder gebogenen Querschnitt, einen Flachkant-, Vierkant- oder Profildrahtquerschnitt aufweisen. Bevorzugt weist das Lenkelement einen runden Querschnitt auf. Üblicherweise werden ≥ 3 oder 4, bevorzugt 10 oder beliebig viele Lenkelemente in einer Gelenkmechanik im Inneren des Schaftes eingesetzt. Neben der proximalseitigen Befestigung der Lenkelementenden an der räumlich verstellbaren Scheibe sind die gegenüberliegenden distalen Lenkelementenden jeweils innenliegend an dem abwinkelbaren distalen Endabschnitt fixiert.In particular, a "directing element" is a thin and long, shaped, flexible element. The elongate steering element has in particular a metal and/or a metal alloy. A steering element can be a steering wire and/or a steering cable. In particular, a steering wire is a thin and long shaped pliable metal. A steering element has in particular a nickel-titanium alloy and thus nitinol, stainless steel and/or tungsten. A steering wire is preferably made entirely of Nitinol. In particular, the steering wire has a smooth surface. A steering cable is an elongated, tension-resistant element consisting of twisted or braided wires. Corresponding to twisting or braiding, a steering cable has in particular a structured surface. A steering cable has, for example, a rustproof austenitic chromium-nickel-molybdenum steel (1.4401). In principle, a steering element can have any cross-sectional shape, for example a circular, oval and/or curved cross-section, a flat-edged, square-edged or profiled wire cross-section. The steering element preferably has a round cross section. Usually ≥ 3 or 4, preferably 10 or any number of steering elements are used in a joint mechanism inside the shaft. In addition to the proximal attachment of the steering element ends to the spatially adjustable disc the opposite distal ends of the steering element are each fixed on the inside of the bendable distal end section.

Im Bereich des distalen abwinkelbaren Endabschnittes sind die Lenkelemente außen radial umlaufend um Schwenkglieder und/oder Gliederkörper angeordnet, mittels welchen eine feingliedrige Abwinkelung des distalen Endabschnittes realisiert wird. Über eine mittels eines proximalen Antriebs bewirkte Bewegung der räumlich verstellbaren Scheibe wird über die mit der Scheibe verbundenen Lenkelemente, welche entlang der Längsrichtung des Schaftes bis zu den im distalen Endabschnitt fixierten distalen Lenkelementenden gespannt sind, in eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder übertragen und somit ein Abwinkeln des distalen Endabschnittes bewirkt. Für eine feinmotorische Steuerung des distalen Endabschnittes des medizinischen Instrumentes werden hierzu insbesondere eine Vielzahl an dünnen Lenkelementen verwendet, um eine gleichmäßigere Kraftverteilung und somit relative Bewegungen in alle möglichen Abwinkelungsrichtungen zu erzielen.In the area of the distal end section that can be bent, the steering elements are arranged radially on the outside, circumferentially around pivoting links and/or link bodies, by means of which a delicate bending of the distal end section is realized. A movement of the spatially adjustable disc caused by a proximal drive is transferred to a corresponding relative movement of the pivoting members on the distal side and thus via the steering elements connected to the disc, which are stretched along the longitudinal direction of the shaft up to the distal ends of the steering element fixed in the distal end section causes the distal end portion to bend. A large number of thin steering elements are used in particular for fine motor control of the distal end section of the medical instrument in order to achieve a more even force distribution and thus relative movements in all possible bending directions.

Eine „Gelenkmechanik“ weist insbesondere eine „distalseitige Gelenkmechanik“ und eine „proximalseitige Gelenkmechanik“ auf. Die „proximalseitige Gelenkmechanik“ weist insbesondere das Anschweißbauteil, die räumlich verstellbare Scheibe, zugehörige Wellen und die proximalseitigen Lenkelementabschnitte auf. Auf der distalen Seite der proximalseitigen Gelenkmechanik sind insbesondere die Lenkelemente beispielsweise über einen Führungsring oder eine Fächerscheibe in Richtung auf die distale Spitze auf einen engeren Abstand der Lenkelemente von der Längsachse des Schaftes zusammengeführt, sodass diese im Wesentlichen parallel am proximalen Ende des Schaftes eintreten und innerhalb des Schaftes bis zum distalen Endabschnitt geführt sind. Beispielsweise findet eine Verengung des Durchmessers der radial die Längsachse des Schaftes umgebenden Lenkelemente von 18 mm auf 4 mm statt. Auf der distalen Seite der proximalseitigen Gelenkmechanik ist in distaler Richtung insbesondere die zugehörige Welle der räumlich verstellbaren Scheibe mit einer Hauptwelle verbunden, wobei über letztere die Rotation des Schaftes realisierbar ist. Die Gelenkmechanik kann insbesondere im Übergang zwischen Hand- und/oder Halteteil des medizinischen Instrumentes und dem Schaft oder im Hand- und/oder Halteteil angeordnet sein. Die „distalseitige Gelenkmechanik“ weist insbesondere die distalseitigen Lenkelementabschnitte und die Schwenkglieder auf, durch welche ein Abwinkeln des distalen Endabschnittes realisierbar ist.A “joint mechanism” has in particular a “distal joint mechanism” and a “proximal joint mechanism”. The “joint mechanism on the proximal side” has, in particular, the weld-on component, the spatially adjustable disk, associated shafts and the steering element sections on the proximal side. On the distal side of the proximal-side joint mechanism, the steering elements in particular are brought together, for example via a guide ring or a serrated lock washer, in the direction of the distal tip at a closer spacing of the steering elements from the longitudinal axis of the shaft, so that they enter essentially parallel at the proximal end of the shaft and inside of the shaft are guided to the distal end section. For example, the diameter of the steering elements radially surrounding the longitudinal axis of the shaft narrows from 18 mm to 4 mm. On the distal side of the proximal-side joint mechanism, in particular the associated shaft of the spatially adjustable disk is connected to a main shaft in the distal direction, with the shaft being able to rotate via the latter. The joint mechanism can be arranged in particular in the transition between the hand and/or holding part of the medical instrument and the shaft or in the hand and/or holding part. The “distal-side joint mechanism” has, in particular, the distal-side steering element sections and the pivoting elements, through which the distal end section can be angled.

Eine „räumlich verstellbare Scheibe“ (auch „Taumelscheibe“ genannt) ist insbesondere eine Scheibe, welche derart gelagert ist, dass diese bei Bewegung durch einen proximalen Antrieb relativ zur Scheibenmitte eine äußere Schwenkbewegung quer zur Längsachse durch die Scheibe und somit beidseitig eine Auf- und Ab-Bewegung (Taumelbewegung) ausführt. Die Taumelscheibe weist insbesondere eine kardanische Lagerung auf. Zur Übertragung der jeweiligen proximalseitigen und distalseitigen Bewegung ist die räumlich verstellbare Scheibe insbesondere mit einer distalseitigen Kugelwelle oder einem distalseitigen Kugelgelenk und einer proximalseitigen Kugelwelle oder einem distalseitigen Kugelgelenk verbunden. Durch die Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe sind die Lenkelemente geführt. Somit wird beispielsweise bei Betrachtung des Schaftes im Längsquerschnitt der quer zur Längsrichtung des Schaftes obenliegende Abschnitt der Taumelscheibe in Richtung zum distalen Ende verschoben, während der untenliegende Abschnitt zum proximalen Ende verschoben wird, wobei aufgrund der entsprechenden Bewegung der an der Taumelscheibe fixierten Lenkelemente der distale Endabschnitt entsprechend nach unten abgewinkelt wird. Folglich werden insbesondere je nach Anordnung der gespannten und fixierten Lenkelemente an der Taumelscheibe durch Schwenkbewegung der Taumelscheibe simultan einige Lenkelemente geschoben und andere Lenkelemente gezogen.A "spatially adjustable disk" (also called "swash plate") is in particular a disk which is mounted in such a way that when it is moved by a proximal drive relative to the center of the disk, it causes an outer pivoting movement transverse to the longitudinal axis through the disk and thus an up and down movement on both sides Ab movement (tumbling movement) performs. In particular, the swash plate has a cardanic bearing. In order to transmit the respective proximal-side and distal-side movement, the spatially adjustable disk is connected in particular to a distal-side spherical shaft or a distal-side spherical joint and a proximal-side spherical shaft or a distal-side spherical joint. The steering elements are guided through the thickness of the spatially adjustable disc. Thus, for example, when viewing the shaft in longitudinal cross section, the upper section of the swash plate transverse to the longitudinal direction of the shaft is displaced towards the distal end, while the lower section is shifted towards the proximal end, with the distal end section due to the corresponding movement of the steering elements fixed to the swash plate is angled downwards accordingly. Consequently, depending on the arrangement of the tensioned and fixed steering elements on the swash plate, some steering elements are simultaneously pushed and other steering elements are pulled by pivoting movement of the swash plate.

[16] Ein „medizinisches Instrument“ ist insbesondere jegliche mechanische oder mechanisch-elektrische Wirkeinheit, welche zur Diagnose und/oder Behandlung von Menschen oder Tieren geeignet ist. Das medizinische Instrument wird insbesondere zur Inspektion einer menschlichen oder einer tierischen Körperhöhle und/oder zur Manipulation von menschlichem oder tierischem Gewebe verwendet. Das medizinische Instrument weist insbesondere einen Handgriff oder Handteil, einen Schaft und ein Werkzeug und/oder ein optische System zur Betrachtung eines Sichtbereiches auf. Das medizinische Instrument kann insbesondere ein Fasswerkzeug, ein Schneidwerkzeug, einen Nadelhalter, einen Clipsetzer und/oder ein andersartiges Werkzeug aufweisen. Bei einem medizinischen Instrument handelt es sich beispielsweise um ein Endoskop mit einem langen Schaft und einem abwinkelbaren Endabschnitt. Bei dem medizinischen Instrument kann es sich um ein handgehaltenes und/oder handgeführtes Instrument handeln. Das medizinische Instrument kann auch als Endeffektor an einem Roboterarm eines Chirurgieroboters angeordnet und somit ein robotergestütztes Instrument sein. Das medizinische Instrument weist insbesondere einen flexiblen oder starren Schaft auf.[16] A "medical instrument" is, in particular, any mechanical or mechanical-electrical active unit that is suitable for the diagnosis and/or treatment of humans or animals. The medical instrument is used in particular for inspecting a human or animal body cavity and/or for manipulating human or animal tissue. In particular, the medical instrument has a handle or hand-held part, a shaft and a tool and/or an optical system for viewing a viewing area. The medical instrument can in particular have a gripping tool, a cutting tool, a needle holder, a clip setter and/or a different type of tool. A medical instrument is, for example, an endoscope with a long shaft and an end section that can be bent. The medical instrument can be a hand-held and/or hand-guided instrument. The medical instrument can also be arranged as an end effector on a robot arm of a surgical robot and can therefore be a robot-supported instrument. In particular, the medical instrument has a flexible or rigid shaft.

Der „Schaft“ des medizinischen Instrumentes ist insbesondere als langgestreckte Röhre ausgestaltet. Der Schaft weist insbesondere einen Durchmesser in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm auf. Der Schaft kann insbesondere weitere Komponenten, wie einen Lichtwellenleiter zur Beleuchtung des Objektfeldes, einen Arbeitskanal oder mehrere Arbeitskanäle zum Zuführen von Spülflüssigkeit oder eines Werkzeuges, wie einer Biopsienadel oder einer Elektrode, aufweisen. Insbesondere im Falle eines starren Schaftes kann von seinem proximalen bis distalen Ende im Inneren des Schaftes ein zentrales Betätigungselement, beispielsweise ein Zug-/Schubseil, zum Betätigen eines Werkzeuges, beispielsweise eines Maulteils, an der abwinkelbaren, distalen Instrumentenspitze angeordnet sein.The "shank" of the medical instrument is designed in particular as an elongated tube. The shaft has in particular a through knives in a range from 2 mm to 10 mm. In particular, the shaft can have further components such as an optical waveguide for illuminating the object field, a working channel or several working channels for supplying rinsing liquid or a tool such as a biopsy needle or an electrode. Particularly in the case of a rigid shaft, a central actuating element, for example a pull/push cable, for actuating a tool, for example a jaw part, can be arranged on the bendable, distal instrument tip from its proximal to distal end inside the shaft.

Bei einem „proximalen Antrieb“ handelt es sich um eine Antriebseinheit zur Einwirkung und somit zum Verschwenken der räumlich verstellbaren Scheibe. Somit wird insbesondere die Antriebsbewegung des proximalen Antriebs in eine Schwenkbewegung der räumlich verstellbaren Scheibe und durch die an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigten Lenkelemente auf eine entsprechende Relativbewegung der distalseitigen Schwenkglieder und/oder Gliederkörper zum Verschwenken des Endabschnittes des medizinischen Gerätes übertragen. Bei dem proximalen Antrieb kann es sich um einen manuellen Antrieb aufgrund beispielsweise der Drehbewegung eines Betätigungselementes handeln oder um einen motorisierten Antrieb. Im Falle eines motorisierten Antriebs weist dieser einen Motor oder mehrere Motoren und/oder ein Getriebe, wie beispielsweise angetriebene Zahnräder, auf. Der proximale Antrieb ist insbesondere im Hand- und Halteteil angeordnet.A "proximal drive" is a drive unit for acting and thus pivoting the spatially adjustable disc. Thus, in particular, the drive movement of the proximal drive is transferred into a pivoting movement of the spatially adjustable disc and by the steering elements attached to the spatially adjustable disc to a corresponding relative movement of the distal-side pivoting links and/or link bodies for pivoting the end section of the medical device. The proximal drive can be a manual drive, for example due to the rotary movement of an actuating element, or it can be a motorized drive. In the case of a motorized drive, this has one or more motors and/or a gear, such as driven gears. The proximal drive is arranged in particular in the hand and holding part.

Eine „Betätigungseinheit“ ist insbesondere ein Bauteil oder besteht aus mehreren Bauteilen, welche auf den proximalen Antrieb einwirken. Eine Betätigungseinheit kann insbesondere ein oder mehrere Betätigungselemente aufweisen. Bei den Betätigungselementen kann es sich beispielsweise um einen Druckknopf oder ein Drehrad handeln, mittels dessen Bewegung der proximale Antrieb betätigt wird. Bei einem Betätigungselement der Betätigungseinheit kann es sich jedoch auch um ein elektronisches Steuersignal handeln. Somit kann es sich bei der Betätigungseinheit um eine manuell betätigbare Handhabe oder auch um eine für den robotischen Einsatz ausgelegte und frei von einer manuellen Handlung betätigbaren Baueinheit handeln.An "actuating unit" is in particular a component or consists of several components which act on the proximal drive. An actuation unit can in particular have one or more actuation elements. The actuating elements can be, for example, a push button or a rotary wheel, by means of which movement the proximal drive is actuated. However, an actuating element of the actuating unit can also be an electronic control signal. The actuation unit can thus be a handle that can be actuated manually or else a structural unit that is designed for robotic use and can be actuated without manual action.

Ein „Loch“ ist insbesondere ein üblicherweise runder Durchbruch durch die Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe. Das Loch kann beispielsweise mittels Laser- oder Wasserstrahlschneiden, Erodieren oder Bohren in die räumlich verstellbare Scheibe eingebracht sein. Auch können die Löcher direkt beim Fertigen der räumlich verstellbaren Scheibe und somit beim formgebenden Prozess, wie Gießen oder Sintern, eingebracht werden. Das Loch muss jedoch nicht zwingend einen runden Querschnitt haben, sondern kann auch eine unrunde oder eine der Form des Lenkelementes angepassten Form aufweisen. Jedes Loch weist jeweils einen Querschnitt auf, welcher größer als der Außendurchmesser des durch das jeweilige Loch geführten Lenkelementes ist.A "hole" is in particular a usually round breakthrough through the thickness of the spatially adjustable pane. The hole can be made in the spatially adjustable pane, for example, by means of laser or water jet cutting, eroding or drilling. The holes can also be introduced directly during manufacture of the spatially adjustable pane and thus during the shaping process, such as casting or sintering. However, the hole does not necessarily have to have a round cross section, but can also have a non-round shape or a shape adapted to the shape of the steering element. Each hole has a cross section that is larger than the outside diameter of the steering element that is guided through the respective hole.

Eine „Nickel-Titan-Legierung“ ist insbesondere eine Nickel-Titan-intermetallische Verbindung. Bei einer Nickel-Titan-Legierung handelt es sich insbesondere um Nitinol. „Nitinol“ ist insbesondere eine intermetallische Phase NiTi mit einer geordnet, kubischen Kristallstruktur, welche sich von der von Titan und Nickel unterscheidet. Die Nickel-Titan-Legierung und Nitinol weisen üblicherweise einen etwas größeren Anteil von Nickel, beispielsweise 55 %, und Titan auf. Nitinol kann aber auch 50 % Nickel und 50 % Titan und/oder andere Legierungsverhältnisse und/oder zusätzliche Legierungsbestandteile in geringen Mengen enthalten. Nitinol weist insbesondere ein thermisches Formgedächtnis und Superelastizität auf. Nitinol kehrt insbesondere nach einem plastischen Verformen in seine ursprüngliche Gestalt zurück, wenn das Nitinol erwärmt wird. Dieses thermische Formgedächtnis und das mechanische Formgedächtnis als Superelastizität sind insbesondere durch eine thermoelastische, martensitische Umwandlung im festen Zustand bedingt. Üblicherweise sind herkömmliche Verfahren der Bauteilfertigung bei Raumtemperaturen wegen der extremen Elastizität von Nitinol und/oder seines thermischen Formgedächtnisses nicht geeignet. Prinzipiell sind spanabhebende Verfahren zur Formgebung möglich, diese sind jedoch mit einem erheblichen Werkzeugverschleiß verbunden. Diesbezüglich ist vorteilhaft, dass im Falle der Fertigung der Lenkelemente und des Anschweißbauteils beide in Nitinol, die Taumelscheibe aus einem anderen Material gefertigt und zerspant werden kann. Die Lenkelemente aus Nitinol werden insbesondere mittels Durchziehens hergestellt, wobei zwischen den Ziehvorgängen der Draht weichgeglüht wird. Eine Formgebung von Nitinol kann beispielsweise durch Schleifen oder Elektroerosion erfolgen. Aufgrund der superelastischen Eigenschaften können die Lenkelemente aus Nitinol insbesondere stärker gebogen werden als beispielsweise aus Edelstahl gefertigte Lenkelemente. Zudem können die Lenkelemente aus Nitinol mehrfach gebogen werden, bleiben aber dennoch steuerbar. Des Weiteren hält Nitinol seine Form auch bei Spannung aufrecht und ist knickfest.A "nickel-titanium alloy" is in particular a nickel-titanium intermetallic compound. A nickel-titanium alloy is in particular nitinol. Specifically, "Nitinol" is an intermetallic phase NiTi with an ordered, cubic crystal structure distinct from titanium and nickel. The nickel-titanium alloy and nitinol usually have a slightly larger proportion of nickel, for example 55%, and titanium. However, nitinol can also contain 50% nickel and 50% titanium and/or other alloy ratios and/or additional alloy components in small amounts. In particular, Nitinol exhibits thermal shape memory and superelasticity. Especially after plastic deformation, nitinol returns to its original shape when the nitinol is heated. This thermal shape memory and the mechanical shape memory as superelasticity are due in particular to a thermoelastic, martensitic transformation in the solid state. Conventional methods of manufacturing components at room temperatures are usually not suitable due to the extreme elasticity of nitinol and/or its thermal shape memory. In principle, machining processes for shaping are possible, but these are associated with considerable tool wear. In this regard, it is advantageous that if the steering elements and the weld-on component are both made of nitinol, the swash plate can be made of a different material and machined. The Nitinol steering elements are produced in particular by means of drawing, with the wire being soft-annealed between the drawing processes. Nitinol can be shaped, for example, by grinding or electroerosion. Due to the super-elastic properties, the steering elements made of Nitinol can be bent more than steering elements made of stainless steel, for example. In addition, the Nitinol steering elements can be bent several times, but still remain controllable. In addition, Nitinol maintains its shape under tension and is kink resistant.

Ein „Anschweißbauteil“ ist ein Bauteil, mit welchem die proximalen Lenkelementenden verschweißt werden. Prinzipiell kann das Anschweißbauteil jegliche Form aufweisen und das Anschweißen des Lenkelementendes oder der Lenkelementenden kann auf der distalen Seite oder der proximalen Seite bezogen auf die Längsrichtung des Schaftes erfolgen. Das Anschweißbauteil kann einstückig ausgeführt sein oder es können zwei oder mehrere Anschweißbauteile verwendet werden. Das Anschweißbauteil weist insbesondere ein verschweißbares Material und/oder eine Nickel-Titan-Legierung auf, wobei es sich insbesondere um eine oben definierte Nickel-Titan-Legierung handelt. Das Anschweißbauteil weist insbesondere einen Querschnitt auf, welcher größer als der Querschnitt der jeweiligen Loch oder der Löcher ist, sodass das proximalseitig hinter der Taumelscheibe stoffschlüssig mit den Lenkelementenden verschweißte Anschweißbauteil verhindert, dass die einzelnen Lenkelemente in distaler Richtung durch die Löcher der Taumelscheibe gezogen werden können.A "weld-on component" is a component to which the proximal steering element ends are welded. In principle, the weld-on component can have any shape, and the end or ends of the steering element can be welded on the distal side or the proximal side in relation to the longitudinal direction of the shaft. The weld-on component can be made in one piece or two or more weld-on components can be used. The weld-on component has in particular a weldable material and/or a nickel-titanium alloy, which is in particular a nickel-titanium alloy as defined above. In particular, the weld-on component has a cross-section that is larger than the cross-section of the respective hole or holes, so that the weld-on component, which is integrally welded to the ends of the steering elements behind the swash plate on the proximal side, prevents the individual steering elements from being pulled through the holes in the swash plate in the distal direction .

Unter „Schweißen“ wird insbesondere ein dauerhaftes Fügen von einem Lenkelementende und dem Anschweißbauteil verstanden. Das Schweißen ist insbesondere das unlösbare Verbinden von Bauteilen, insbesondere dem jeweiligen Lenkelementende und dem Anschweißbauteil, unter Anwendung von Wärme und/oder Druck mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffen. Zudem wird beim Schweißen insbesondere ein Schweißhilfsstoff, wie ein Schweiß- und/oder Schutzgas, verwendet. Durch Schweißen wird insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt, bei der die Verbindungspartner, das jeweilige Lenkelementende und das jeweilige Anschweißbauteil, durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. Zum Schweißen liegt das Lenkelementende an einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe und/oder überlappt mit dieser. Hierbei muss das Lenkelementende nicht vollständig durch das zugehörige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe durchgeführt werden und/oder proximalseitig überstehen, sondern das Durchführen muss nur so weit erfolgen, dass das Lenkelementende mit dem Anschweißbauteil verschweißt werden kann. Beispielsweise kann das Lenkdrahtende vertieft in der räumlich verstellbaren Scheibe liegen. Die stoffschlüssige Verbindung ist insbesondere eine nicht lösbare Verbindung, welche sich nur durch Zerstörung der Verbindungspartner trennen lässt. Als Schweißverfahren kann insbesondere Lichtbogenschweißen, Laserschweißen und/oder Elektronenstrahlschweißen eingesetzt werden. Prinzipiell sind zum Schweißen von Nitinol auch Ultraschall-, Widerstandspress- und Reibschweißen verwendbar, jedoch ist deren Anwendbarkeit für die Medizintechnik aufgrund der kleinen Bauteilabmessungen begrenzt. Hier ist ein Schweißen mittels pulsmodulierbarer Laser insbesondere geeignet. Um Wechselwirkungen der Nitinol-Legierung, insbesondere eine Wechselwirkung von Titan mit Sauerstoff, zu verhindern, findet das Schweißen insbesondere unter Verwendung eines inerten Schutz- und/oder Schweißgases, wie beispielsweise Argon, statt.“Welding” is understood to mean, in particular, permanent joining of a steering element end and the weld-on component. Welding is in particular the non-detachable connection of components, in particular the respective end of the steering element and the weld-on component, using heat and/or pressure with or without additional welding materials. In addition, a welding aid, such as a welding and/or protective gas, is used in particular during welding. Welding produces in particular an integral connection in which the connection partners, the respective end of the steering element and the respective weld-on component, are held together by atomic or molecular forces. For welding, the steering element end lies on and/or overlaps with a proximal side of the spatially adjustable disk. In this case, the end of the steering element does not have to be passed completely through the associated hole in the spatially adjustable disk and/or protrude on the proximal side, rather it must be passed through only far enough for the end of the steering element to be welded to the weld-on component. For example, the end of the steering wire can be recessed in the spatially adjustable disk. The material connection is in particular a non-detachable connection which can only be separated by destroying the connection partners. In particular, arc welding, laser welding and/or electron beam welding can be used as the welding method. In principle, ultrasonic, resistance pressure and friction welding can also be used to weld Nitinol, but their applicability for medical technology is limited due to the small component dimensions. Welding using pulse-modulated lasers is particularly suitable here. In order to prevent interactions of the nitinol alloy, in particular an interaction of titanium with oxygen, the welding takes place in particular using an inert protective and/or welding gas, such as argon.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird oder werden unterschiedliche Nickel-Titan-Legierungen oder eine selbe Nickel-Titan-Legierung als erstes Material der Lenkelemente und als zweites Material des mindestens einen Anschweißbauteils verwendet.In a further embodiment of the method, different nickel-titanium alloys or the same nickel-titanium alloy are used as the first material of the steering elements and as the second material of the at least one weld-on component.

Es ist besonders vorteilhaft, dass in dieser Ausgestaltungsform des Verfahrens zur Befestigung von Lenkelementen die Lenkelemente eine Nickel-Titan-Legierung aufweisen, da Nitinol sehr elastisch und gegenüber Wechselbeanspruchung robust ist, jedoch trotz der begrenzten Bearbeitungsmöglichkeiten aufgrund der Eigenschaften von Nitinol eine optimale Befestigung der Lenkelemente mittels des Verfahrens an der räumlich verstellbaren Scheibe ermöglicht ist.It is particularly advantageous that in this embodiment of the method for fastening steering elements, the steering elements have a nickel-titanium alloy, since nitinol is very elastic and robust against alternating stress, but despite the limited machining options due to the properties of nitinol, the steering elements are optimally fastened is made possible by means of the process on the spatially adjustable disc.

Dadurch kann zum einen eine jeweilige Nickel-Titan-Legierung für die Lenkelemente und das mindestens eine Anschweißbauteil gezielt gewählt werden, welche jeweils das Ziehen und/oder die Formgebung der Lenkelemente und/oder des Anschweißbauteils optimal ermöglicht. Andererseits kann eine jeweilige Nickel-Titan-Legierung für die Lenkelemente und das Anschweißbauteil gewählt werden, welche eine optimale stoffschlüssige Verbindung durch Schweißen realisiert. Dementsprechend kann optimal berücksichtigt werden, dass Nitinol am besten mit sich selbst verschweißbar ist.As a result, on the one hand, a respective nickel-titanium alloy for the steering elements and the at least one weld-on component can be specifically selected, which optimally enables the drawing and/or shaping of the steering elements and/or the weld-on component. On the other hand, a respective nickel-titanium alloy can be selected for the steering elements and the weld-on component, which realizes an optimal material connection by welding. Accordingly, it can be optimally taken into account that Nitinol is best weldable to itself.

Um die Schweißstellen außerhalb der Kontaktfläche zwischen der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe und der distalen Seite des mindestens einen Anschweißbauteils anzuordnen, werden nach Durchführen der Lenkelemente mit dem jeweiligen Lenkelementende durch das jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe die jeweiligen Lenkelementenden durch korrespondierende Löcher des mindestens einen Anschweißbauteils geführt und werden auf der proximalen Seite des mindestens einen Anschweißbauteils mit dem mindestens einen Anschweißbauteil mittels Schweißen stoffschlüssig verbunden.In order to arrange the welding points outside of the contact area between the proximal side of the spatially adjustable disc and the distal side of the at least one weld-on component, after the guide elements have been passed through the respective guide element end through the respective hole in the spatially adjustable disc, the respective guide element ends are pushed through corresponding holes in the at least one Welding component out and are integrally connected on the proximal side of the at least one welding component with the at least one welding component by welding.

Somit liegt bei gespannten Lenkelementen eine homogene und/oder ebene Kontaktfläche auf der distalen Seite des Anschweißbauteils zu der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe vor.Thus, when the steering elements are tensioned, there is a homogeneous and/or flat contact surface on the distal side of the weld-on component to the proximal side of the spatially adjustable disk.

Bei einer „korrespondierenden Loch“ handelt es sich in der Form und Ausführung um eine oben definierte Loch, jedoch ist diese Loch durch die Dicke des mindestens einen Anschweißbauteils in Längsrichtung des Schaftes ausgeführt. Unter „korrespondierend“ ist hierbei zu verstehen, dass die jeweils zugehörigen Löcher der räumlich verstellbaren Scheibe und des Anschweißbauteils, durch welche jeweils dasselbe Lenkelementende geführt wird, bei Sicht in Längsrichtung übereinander liegen und/oder der Mittelpunkt dieser beiden Bohrungen fluchtend in einer geraden Linie, insbesondere in einer geraden Linie parallel zur Längsachse des Schaftes, liegt. Bei einem Loch kann es sich auch um einen Schlitz handeln, welcher in das Anschweißbauteil durch die Dicke des Anschweißbauteils in Längsrichtung des Schaftes, beispielsweise von einer Außenoberfläche nach innen, eingebracht ist.A "corresponding hole" is the shape and design of a hole as defined above, but this hole is made through the thickness of the at least one weld-on component in the longitudinal direction of the shank. "Corresponding" is to be understood here as meaning that the corresponding holes in the spatially adjustable disc and the weld-on component, through which the same end of the steering element is guided, are superimposed when viewed in the longitudinal direction and/or the center point of these two bores is aligned in a straight line, in particular in a straight line parallel to the longitudinal axis of the shank. A hole may also be a slit made in the weld-on component through the thickness of the weld-on component in the longitudinal direction of the shank, for example from an outer surface inwards.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als das mindestens eine Anschweißbauteil ein flächiges Bauteil und/oder ein Ring verwendet.In a further embodiment of the method, a flat component and/or a ring is used as the at least one weld-on component.

Das flächige Bauteil weist insbesondere eine große Länge und Breite im Vergleich zu seiner Höhe auf, wobei die Höhe in Längsrichtung des Schaftes ausgerichtet ist. Dadurch wird eine große Kontaktfläche des flächigen Anschweißbauteils zur räumlich verstellbaren Scheibe erzielt.In particular, the flat component has a large length and width compared to its height, the height being aligned in the longitudinal direction of the shaft. This achieves a large contact surface of the planar weld-on component with the spatially adjustable pane.

Durch Ausgestaltung des Anschweißbauteils in Ringform kann dieses mit seinem Innendurchmesser und Außendurchmesser formgleich und komplett anliegend an die proximale Stirnseite der räumlich verstellbaren Scheibe ausgebildet sein, wodurch eine optimale Kontaktfläche zwischen beiden realisiert wird. Bevorzugt weist der Ring die korrespondierenden Löcher auf, sodass die proximalen Lenkelementenden durch die Loch der räumlich verstellbaren Scheibe und der korrespondierenden Löcher des Rings geführt und auf der proximalen Seite des Ringes unter Ausbildung von Schweißstellen verschweißt wird. Ein Ring muss nicht zwingend kreisförmig ausgebildet sein, sondern kann beispielsweise auch eine sechseckige Form aufweisen.By configuring the weld-on component in the form of a ring, its inner diameter and outer diameter can be designed with the same shape and fully adjacent to the proximal end face of the spatially adjustable disk, thereby realizing an optimal contact surface between the two. The ring preferably has the corresponding holes, so that the proximal guide element ends are passed through the hole in the spatially adjustable disc and the corresponding holes in the ring and are welded on the proximal side of the ring, forming welds. A ring does not necessarily have to be circular, but can also have a hexagonal shape, for example.

Um Material einzusparen und/oder die Kraftverteilung gezielt einzustellen, werden zwei Anschweißbauteile oder mehrere Anschweißbauteile verwendet, wobei ein Lenkelement oder mehrere Lenkelemente jeweils an jedem Anschweißbauteil durch Schweißen stoffschlüssig verbunden werden.In order to save material and/or adjust the distribution of force in a targeted manner, two weld-on components or more weld-on components are used, with one steering element or more steering elements being connected to each weld-on component by welding in a materially bonded manner.

Dadurch muss nicht die gesamte Kontaktfläche an der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe mit einem Anschweißbauteil oder mehreren Anschweißbauteilen belegt sein, sondern zwei oder mehrere Anschweißbauteile können lokal im Bereich des Loches der räumlich verstellbaren Scheibe angeordnet sein. Bei zwei Anschweißbauteilen kann es sich beispielsweise auch um zwei Halbringe handeln.As a result, the entire contact surface on the proximal side of the spatially adjustable disc does not have to be occupied by one or more welding components, but two or more welding components can be arranged locally in the area of the hole in the spatially adjustable disc. Two weld-on components can also be two half-rings, for example.

Bei „zwei oder mehreren Anschweißbauteilen“ handelt es sich in der Ausgestaltung und Funktion um ein oben definiertes Anschweißbauteil.“Two or more weld-on components” is a weld-on component as defined above in terms of design and function.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird jedes Lenkelementende jeweils mit einem eigenen Anschweißbauteil durch Schweißen stoffschlüssig verbunden.In a further embodiment of the method, each end of the steering element is bonded to its own weld-on component by welding.

Somit kann jedes einzelne Lenkelement vorgespannt und entsprechend an einem zugehörigen Anschweißbauteil angeschweißt werden. Dadurch, dass das eigene Anschweißbauteil jeweils eine geringere Abmessung als die gesamte Kontaktfläche der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, kann in einfacherer Weise eine Schweißstelle gesetzt werden. Hierbei kann die Schweißstelle prinzipiell sowohl auf der distalen Seite als auch auf der proximalen Seite des jeweiligen Anschweißbauteils gesetzt werden.In this way, each individual steering element can be prestressed and correspondingly welded to an associated weld-on component. Because the individual weld-on component has smaller dimensions than the entire contact surface of the spatially adjustable pane, a weld can be made in a simpler manner. In principle, the welding point can be set both on the distal side and on the proximal side of the respective weld-on component.

Um eine homogene Kontaktfläche zu erzielen, kann beispielsweise beim Setzen der Schweißstelle auf der distalen Seite des jeweiligen Anschweißbauteils dieses Anschweißbauteil eine Vertiefung auf seiner distalseitigen Seite aufweisen, wobei die Schweißstelle zwischen dem proximalen Ende des Lenkelementes und des Anschweißbauteils gerade in diese Vertiefung gesetzt wird, sodass die Fläche um diese Vertiefung und Schweißstelle eine homogene Kontaktfläche bildet. Eine proximalseitige Schweißstelle kann dadurch realisiert werden, dass das jeweilige und/oder eigene Anschweißbauteil selbst wieder ein korrespondierendes Loch aufweist, in welches oder durch welches das jeweilige Lenkelementende auf die proximale Seite des Anschweißbauteils geführt und jeweils dort verschweißt wird. Prinzipiell ist herauszustellen, dass das eigene Anschweißbauteil jegliche Form aufweisen kann, beispielsweise die einer Kugel, eines Kegels, eines Zylinders, einer Pyramide, eines Würfels und/oder eines Quaders. Beispielsweise kann eine Form des Anschweißbauteils als Kegel mit einem Loch ausgebildet als Durchgangsbohrung vorteilhaft sein, da die Schweißstelle auf die spitze oder stumpfe Kegelspitze gesetzt werden kann und eine Spannkraft des Lenkelementes auf die gegenüberliegende größere Kreisscheibe des Kegels und weiter über diese Kontaktfläche auf die räumlich verstellbare Scheibe übertragen wird.In order to achieve a homogeneous contact surface, for example when setting the weld on the distal side of the respective weld-on component, this weld-on component can have a depression on its distal side, with the weld between the proximal end of the steering element and the weld-on component being set straight into this depression, so that the surface around this depression and weld point forms a homogeneous contact surface. A weld point on the proximal side can be realized in that the respective and/or separate weld-on component itself has a corresponding hole into which or through which the respective end of the steering element is guided to the proximal side of the weld-on component and welded there. In principle, it should be emphasized that one's own weld-on component can have any shape, for example that of a sphere, a cone, a cylinder, a pyramid, a cube and/or a cuboid. For example, a shape of the weld-on component as a cone with a hole designed as a through hole can be advantageous, since the weld can be placed on the pointed or blunt tip of the cone and a clamping force of the steering element can be applied to the opposite, larger circular disk of the cone and further via this contact surface to the spatially adjustable one disc is transferred.

Um das Anschweißbauteil in einfacher Weise auf das jeweilige Lenkelementende vor dem Schweißen anzulegen und/oder aufzusetzen, wird als eigenes Anschweißbauteil jeweils eine Hülse verwendet.In order to create and/or place the weld-on component in a simple manner on the respective end of the steering element before welding, a sleeve is used as a separate weld-on component.

Eine „Hülse“ ist insbesondere ein fester, rohrförmiger Körper, welcher das proximale Lenkelementende zumindest teilweise umschließt. Die Hülse weist zumindest auf der distalen Seite eine Öffnung zum Einschieben des jeweiligen proximalen Lenkelementendes auf. Die proximale Stirnseite der Hülse kann offen und/oder geschlossen sein. Prinzipiell kann das Verschweißen der Hülse auf ihrer distalseitigen Seite und/oder proximalseitigen Seite erfolgen.A “sleeve” is in particular a solid, tubular body which at least partially encloses the proximal end of the steering element. At least on the distal side, the sleeve has an opening for inserting the respective proximal end of the steering element. The proximal end face of the sleeve can be open and/or closed. In principle the sleeve can be welded on its distal side and/or on its proximal side.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als Schweißgas Argon verwendet.In a further embodiment of the method, argon is used as the welding gas.

Durch die Verwendung von Argon, insbesondere hochreinem Argon mit einer Reinheit ≥ 99,999 %, als Schutz- und/ oder Schweißgas werden chemische Reaktionen der Lenkelementenden und des Anschweißbauteils oder der Anschweißbauteile als Schweißgut vermindert oder vollständig unterbunden und eine gute Zündeigenschaft gewährleistet. Zudem verhindert hochreines Argon als inertes Schutzgas eine Reaktion von atmosphärischem Sauerstoff mit dem Titan in der Nitinollegierung.By using argon, in particular high-purity argon with a purity ≥ 99.999%, as the protective and/or welding gas, chemical reactions of the steering element ends and the weld-on component or the weld-on components as weld metal are reduced or completely prevented and good ignition properties are ensured. In addition, high-purity argon as an inert protective gas prevents atmospheric oxygen from reacting with the titanium in the nitinol alloy.

Aufgrund der indirekten Befestigung der proximalen Lenkelementenden mittels Schweißens an dem Anschweißbauteil oder den Anschweißbauteilen, wird als räumlich verstellbare Scheibe eine räumlich verstellbare Scheibe aus rostfreiem Stahl, rostfreier Stahllegierung, Aluminium und/oder Kunststoff verwendet.Due to the indirect attachment of the proximal steering element ends by means of welding to the welding component or components, a spatially adjustable washer made of stainless steel, stainless steel alloy, aluminum and/or plastic is used as the spatially adjustable washer.

Dadurch wird eine freie Materialwahl für die räumlich verstellbare Scheibe ermöglicht und alle gängigen Werkstoffe der Medizintechnik können für die räumlich verstellbare Scheibe eingesetzt werden. Folglich kann hier unabhängig vom Material der Lenkelemente beispielsweise aus Nitinol, da diese nicht an der räumlich verstellbaren Scheibe direkt befestigt sind, eine optimale Materialwahl für die räumlich verstellbare Scheibe erfolgen. Durch die Verwendung von rostfreiem Stahl, rostfreier Stahllegierung, Aluminium und/oder Kunststoff kann die Formgebung der räumlich verstellbaren Scheibe freier und einfacher erfolgen.This allows a free choice of material for the spatially adjustable pane and all common materials used in medical technology can be used for the spatially adjustable pane. Consequently, regardless of the material of the steering elements, for example made of nitinol, since these are not attached directly to the spatially adjustable disk, an optimal choice of material for the spatially adjustable disk can be made here. By using stainless steel, stainless steel alloy, aluminum and/or plastic, the spatially adjustable disk can be shaped more freely and easily.

In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als räumlich verstellbare Scheibe eine Taumelscheibe verwendet.In a further embodiment of the method, a swash plate is used as the spatially adjustable plate.

Um eine spannungsfreie Montage und ein anschließendes Vorspannen zu ermöglichen, wird vor dem Verschweißen die räumlich verstellbare Scheibe mit einer distalseitigen Kugelwelle in einer Hauptwelle der proximalseitigen Gelenkmechanik eingeschoben und nach Ausbilden der stoffschlüssigen Verbindung zum Vorspannen der stoffschlüssig verbundenen Lenkelemente die räumlich verstellbare Scheibe mit der distalseitigen Kugelwelle teilweise aus der Hauptwelle in proximaler Richtung gezogen.In order to enable stress-free assembly and subsequent prestressing, the spatially adjustable disc with a distal-side spherical shaft is inserted in a main shaft of the proximal-side joint mechanism before the welding and after the formation of the materially bonded connection for prestressing the materially bonded steering elements, the spatially adjustable disc with the distal-side spherical shaft partially pulled out of the main shaft in the proximal direction.

Eine „Kugelwelle“ ist insbesondere eine Welle mit einem Kugelgelenk. Die räumlich verstellbare Scheibe (Taumelscheibe) weist insbesondere eine proximalseitige Kugelwelle zum Übertragen der Antriebsbewegung des proximalen Antriebs auf die räumlich verstellbare Scheibe in Form einer Schwenkbewegung auf. Hierzu weist die Taumelscheibe insbesondere eine Aufnahme zum Gleiten auf dem Kugelkopf der Kugelwelle und somit eine bewegliche Aufnahme um alle Achsen auf. Des Weiteren weist die räumlich verstellbare Scheibe eine distalseitige Kugelwelle zum Vorspannen der fixierten Lenkelemente an der räumlich verstellbaren Scheibe zum Verbinden mit der Hauptwelle und/oder zum Übertragen der Bewegung auf die Hauptwelle auf.A "ball shaft" is in particular a shaft with a ball joint. The spatially adjustable disk (swash plate) has, in particular, a spherical shaft on the proximal side for transmitting the drive movement of the proximal drive to the spatially adjustable disk in the form of a pivoting movement. For this purpose, the swash plate has, in particular, a mount for sliding on the ball head of the ball shaft and thus a mount that can move about all axes. In addition, the spatially adjustable sheave has a distal-side spherical shaft for biasing the fixed steering elements on the spatially adjustable sheave to connect to the mainshaft and/or transmit motion to the mainshaft.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch Lenkelemente zum Bewegen einer distalseitigen Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes, wobei die Lenkelemente an einer räumlich verstellbaren Scheibe mittels eines zuvor beschriebenen Verfahrens befestigt sind.In a further aspect of the invention, the object is achieved by steering elements for moving a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument, the steering elements being attached to a spatially adjustable disk using a previously described method.

Somit werden indirekt an einer räumlich verstellbaren Scheibe stoffschlüssig über ein Anschweißbauteil oder mehrere Anschweißbauteile verbundene Lenkelemente bereitgestellt, welche bei Verwendung in einem Schaft in einem medizinischen Instrument eine stufenlose und sehr flüssige Steuerung der distalen Gelenkmechanik zur Abwinkelung des distalen Endabschnittes des medizinischen Instrumentes ermöglichen.Thus, steering elements connected to a three-dimensionally adjustable disc via a weld-on component or several weld-on components are provided, which, when used in a shaft in a medical instrument, enable stepless and very fluid control of the distal joint mechanism for bending the distal end section of the medical instrument.

Des Weiteren wird ein Schaft mit Lenkelementen, welche nach dem oben beschriebenen Verfahren befestigt sind bereitgestellt, welche aufgrund der homogenen indirekten Verbindung und gleichmäßigen, definierten Spannung eine optimal steuerbare Gelenkmechanik im Schaft ermöglichen. Der Schaft ist insbesondere lösbar mit dem Hand- und/oder Halteteil eines medizinischen Instrumentes verbindbar und/oder wiederverwendbar oder für den einmaligen Gebrauch ausgelegt.Furthermore, a shaft with steering elements is provided, which are fastened according to the method described above, which allow an optimally controllable joint mechanism in the shaft due to the homogeneous indirect connection and uniform, defined tension. In particular, the shaft can be releasably connected to the hand and/or holding part of a medical instrument and/or can be reused or is designed for single use.

In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein medizinisches Instrument mit einem langgestreckten Schaft, wobei an einem proximalen Ende des Schaftes eine Betätigungseinheit zum Betätigen eines proximalen Antriebs und an einem distalen Ende ein Endabschnitt angeordnet sind, wobei der Endabschnitt mittels einer distalseitigen Gelenkmechanik relativ zu einer Längsachse des Schaftes abwinkelbar ist, mehrere Lenkelemente durch den langgestreckten Schaft geführt sind und den proximalseitigen Antrieb mit der distalseitigen Gelenkmechanik verbinden, wobei der proximalseitige Antrieb auf eine räumlich verstellbare Scheibe einwirkbar ist und jedes Lenkelement mit seinem proximalen Lenkelementende jeweils durch eine Loch durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe auf eine proximale Seite der räumlich verstellbaren Scheibe angeordnet ist, wobei auf der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe die Lenkelementenden mit mindestens einem Anschweißbauteil stoffschlüssig verbunden sind, wobei die Lenkelemente und das mindestens eine Anschweißbauteil jeweils ein miteinander verschweißbares Material aufweisen.In an additional aspect of the invention, the object is achieved by a medical instrument with an elongated shaft, an actuating unit for actuating a proximal drive being arranged at a proximal end of the shaft and an end section being arranged at a distal end, the end section being arranged by means of a distal-side joint mechanism can be angled relative to a longitudinal axis of the shaft, several steering elements are guided through the elongated shaft and connect the drive on the proximal side with the joint mechanism on the distal side, the drive on the proximal side being able to act on a spatially adjustable disk and each steering element with its proximal end of the steering element passing through a hole a thickness of the spatially adjustable disk is arranged on a proximal side of the spatially adjustable disk, wherein on the proximal side the spatially adjustable Baren disc the ends of the steering element are integrally connected to at least one weld-on component, wherein the steering elements and the at least one weld-on component each have a material that can be welded to one another.

In einer weiteren Ausführungsform des medizinischen Instruments weisen die Lenkelemente und das mindestens eine Anschweißbauteil jeweils eine Nickel-Titan-Legierung aufweisen.In a further embodiment of the medical instrument, the steering elements and the at least one weld-on component each have a nickel-titanium alloy.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Roboter mit mindestens einem Roboterarm zum Halten und/oder Positionieren eines medizinischen Instrumentes und/oder mit einem Aktuator zum Ansteuern einer distalseitigen Gelenkmechanik des medizinischen Instruments, wobei das medizinische Instrument ein zuvor beschriebenes medizinisches Instrument ist, sodass das medizinische Instrument mittels des mindestens einen Roboterarm positionierbar und/oder durch Einwirken des Aktuators des Roboters auf den proximalen Antrieb des medizinischen Instruments die distalseitige Gelenkmechanik betätigbar ist.In a further aspect of the invention, the object is achieved by a robot with at least one robot arm for holding and/or positioning a medical instrument and/or with an actuator for controlling a distal joint mechanism of the medical instrument, the medical instrument being a medical instrument as described above so that the medical instrument can be positioned by means of the at least one robot arm and/or the distal joint mechanism can be actuated by the action of the actuator of the robot on the proximal drive of the medical instrument.

Somit können die an einer räumlich verstellbaren Scheibe befestigten Lenkelemente neben einem handgeführten medizinischen Instrument auch in einem robotisch geführten Instrument eingesetzt werden. Hierbei wird durch den Roboter zum einen ein festes Halten des medizinischen Instrumentes am Ende des mindestens einen Roboterarms als auch ein positionsgenaues Ausrichten des medizinischen Instrumentes gewährleistet. Zum anderen kann die Gelenkmechanik und das Abwinkeln des distalen Endabschnittes des medizinischen Instrumentes als Endeffektor sehr genau über eine Eingabeeinrichtung am Roboter geführt werden, beispielsweise mittels eines Joysticks der Kontrollkonsole und/oder an der Hand befestigten Eingabegriffen des Roboters. Prinzipiell kann der proximale Antrieb des medizinischen Instrumentes auch in dem distalen Ende des Roboterarms angeordnet werden und eine Koppel- und/oder Schnittstelle zwischen dem distalen Ende des Roboterarms und der Halteeinheit des medizinischen Instrumentes entsprechend ausgelegt werden.Thus, the steering elements attached to a spatially adjustable disc can be used in a robotically guided instrument in addition to a hand-held medical instrument. On the one hand, the robot ensures that the medical instrument is held firmly at the end of the at least one robot arm and that the medical instrument is precisely positioned. On the other hand, the joint mechanism and the bending of the distal end section of the medical instrument as an end effector can be guided very precisely via an input device on the robot, for example by means of a joystick on the control console and/or input handles of the robot attached to the hand. In principle, the proximal drive of the medical instrument can also be arranged in the distal end of the robot arm and a coupling and/or interface between the distal end of the robot arm and the holding unit of the medical instrument can be designed accordingly.

Ein „Roboter“ ist ein medizinischer Roboter. Ein Roboter ist insbesondere ein Operationsroboter. Der Roboter ist üblicherweise ein Telemanipulator, welcher auf der einen Seite die Eingabe- und/oder Bedienelemente des Chirurgen verwenden, um das medizinische Instrument als Endeffektor auf der anderen Seite am Ende eines Roboterarms zu steuern. Der Roboter weist bevorzugt mehrere Roboterarme auf, wobei an einem Roboterarm eine Kamera, insbesondere eine dreidimensionale Kamera, angeordnet ist und an dem Roboterarm oder den anderen Roboterarmen ein oder mehrere auswechselbare medizinische Instrumente. Jeder Roboterarm ist insbesondere 3- bis 8-achsig beweglich ausgelegt. Statt einem Roboter mit mehreren Armen können selbstverständlich auch mehrere Roboter mit jeweils einem Arm oder auch nur zwei Armen verwendet werden, welche gemeinsam angesteuert werden. Auch kann die Kamera endoskopisch oder exoskopisch gehalten sein.A “robot” is a medical robot. A robot is in particular a surgical robot. The robot is usually a telemanipulator, which on the one hand uses the surgeon's input and/or operating elements to control the medical instrument as an end effector on the other hand at the end of a robot arm. The robot preferably has a plurality of robot arms, with a camera, in particular a three-dimensional camera, being arranged on one robot arm and one or more interchangeable medical instruments on the robot arm or the other robot arms. In particular, each robot arm is designed to be movable on 3 to 8 axes. Instead of a robot with several arms, it is of course also possible to use several robots, each with one arm or only two arms, which are jointly controlled. The camera can also be held endoscopically or exoscopically.

Durch eine Koppel- und/oder Schnittstelle zwischen dem Ende des Roboterarms, welcher das medizinische Instrument hält, und dem medizinischen Instrument kann mittels des Aktuators des Roboterarms der proximale Antrieb des medizinischen Instruments betätigt werden. Hierbei kann als Aktuator jegliches antriebstechnische Bauteil oder eine Baueinheit verwendet werden, welche ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewegung umsetzt.The proximal drive of the medical instrument can be actuated by means of the actuator of the robot arm through a coupling and/or interface between the end of the robot arm which holds the medical instrument and the medical instrument. In this case, any drive-related component or structural unit which converts an electrical signal into a mechanical movement can be used as an actuator.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

1 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von verbundenen Lenkelementen an einer Taumelscheibe in proximalseitiger Ansicht,
2 eine schematische, dreidimensionale Ansicht von verbundenen Lenkelementen an einer Taumelscheibe in distalseitiger Ansicht,
3 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen von Lenkelementen mit zugehörigen Schritten,
4 eine dreidimensionale Darstellung eines Videoendoskops mit einer abwinkelbaren Spitze eines Schaftes, und
5 eine stark schematische Darstellung eines chirurgischen Roboters mit einem an einem Roboterarm befestigten endoskopischen Instrument.

The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. Show it

1 a schematic, three-dimensional representation of connected steering elements on a swash plate in a proximal-side view,
2 a schematic, three-dimensional view of connected steering elements on a swash plate in a distal view,
3 a flowchart of a method for attaching steering elements with associated steps,
4 a three-dimensional representation of a video endoscope with a bendable tip of a shaft, and
5 Figure 12 is a highly schematic representation of a surgical robot with an endoscopic instrument attached to a robotic arm.

Ein medizinisches Instrument 101 umfasst ein Videoendoskop 127, wobei das Videoendoskop 127 einen Handgriff 133 und einen flexiblen Schaft 129 aufweist. An dem Handgriff 133 sind mehrere Bedienelemente 135 zum Bedienen des Videoendoskopes 127 durch einen Benutzer angeordnet. Des Weiteren ist der Handgriff 133 des Videoendoskops 127 mit einem Versorgungsschlauch 137 verbunden, an dessen Ende ein Stecker 141 angeordnet ist. Der flexible Schaft 129 des Videoendoskops 127 weist eine abwinkelbare Spitze 131 auf, welche mittels einer innenliegenden Gelenkmechanik im Schaft 129 über die Bedienelemente 135 abwinkelbar ist (4).A medical instrument 101 includes a video endoscope 127, the video endoscope 127 having a handle 133 and a flexible shaft 129. A plurality of operating elements 135 for operating the video endoscope 127 by a user are arranged on the handle 133 . Furthermore, the handle 133 of the video endoscope 127 is connected to a supply hose 137, at the end of which a plug 141 is arranged. The flexible shaft 129 of the video endoscope 127 has a bendable tip 131, which can be bent by means of an internal joint mechanism in the shaft 129 via the operating elements 135 ( 4 ).

Eine Gelenkmechanik des Schaftes 129 weist eine innenliegende proximalseitige Gelenkmechanik 103 auf, welche eine Taumelscheibe 109 aus Edelstahl mit einem mittigen Lenkring 111 aufweist, wobei die Taumelscheibe 109 proximalseitig innenliegend mit einer proximalseitigen Kugelwelle 121 verbunden ist. Mittels eines nicht gezeigten Antriebes wird über die proximalseitige Kugelwelle 121 der Taumelscheibe 109 eine Schwenkbewegung aufgeprägt. Des Weiteren weist die Gelenkmechanik zehn Lenkdrähte 105 aus Nitinol auf, welche innenliegend im Bereich der abwinkelbaren Spitze 131 distalseitig befestigt sind und gespannt durch den Schaft 129 zum gegenüberliegenden proximalseitigen Ende des Schafts 129 zur proximalseitigen Gelenkmechanik 103 geführt sind.A joint mechanism of the shaft 129 has an inner proximal joint mechanism mechanism 103, which has a swash plate 109 made of stainless steel with a central steering ring 111, the swash plate 109 being connected to a ball shaft 121 on the proximal side on the inside. A pivoting movement is imposed on the swash plate 109 via the ball shaft 121 on the proximal side by means of a drive (not shown). Furthermore, the joint mechanism has ten steering wires 105 made of nitinol, which are attached on the inside in the area of the bendable tip 131 on the distal side and are guided tensioned through the shaft 129 to the opposite end of the shaft 129 on the proximal side to the joint mechanism 103 on the proximal side.

Proximalseitig sind die Lenkdrähte 105 gleichmäßig radial umlaufend verteil durch nicht in 1 sichtbare Löcher durch die Taumelscheibe 109 mit integriertem Lenkring 111 und einen proximalseitig direkt an der Taumelscheibe 109 anliegenden Nitinolring 115 durch ebenfalls nicht sichtbaren korrespondierenden Löcher geführt und auf der proximalseitigen Stirnfläche des Nitinolrings 115 sind die proximalseitigen Lenkdrahtenden jeweils an einer Schweißstelle 117 mit dem Nitinolring 115 stoffschlüssig verbunden. Über die stoffschlüssige Verbindung der Lenkdrähte 105 an den Schweißstellen 117 am Nitinolring 115 wird nach Spannen über die gespannten Lenkdrähte 105 die der Taumelscheibe 109 aufgeprägte Schwenkbewegung zum Abwinkeln der distalen, abwinkelbaren Spitze 131 auf die in 1 nicht gezeigte distalseitige Gelenkmechanik im Bereich der abwinkelbaren Spitze 131 übertragen.On the proximal side, the steering wires 105 are evenly distributed radially around the circumference by not in 1 visible holes through the swash plate 109 with integrated steering ring 111 and a nitinol ring 115 lying directly on the swash plate 109 on the proximal side through corresponding holes that are also not visible, and on the proximal end face of the nitinol ring 115 the proximal-side steering wire ends are each bonded to the nitinol ring 115 at a weld point 117 tied together. The material-to-material connection of the steering wires 105 at the welding points 117 on the nitinol ring 115, after tensioning via the tensioned steering wires 105, causes the pivoting movement imposed on the swash plate 109 to bend the distal, bendable tip 131 onto the in 1 not shown, distal-side joint mechanism in the area of the bendable tip 131.

Zum Befestigen der Lenkdrähte 105 aus Nitinol an dem Nitinolring 115 und somit indirekt an der Taumelscheibe 109 werden in einem Verfahren 201 zum Befestigen von Lenkdrähten 105 folgende Arbeitsschritte durchgeführt:To attach the steering wires 105 made of nitinol to the nitinol ring 115 and thus indirectly to the swash plate 109, the following work steps are carried out in a method 201 for fastening steering wires 105:

Die jeweiligen proximalen Lenkdrahtenden 107 der Lenkdrähte 105 werden durch die Loch der Taumelscheibe 109 mit Lenkring 111 und die korrespondierenden Löcher des Nitinolrings 115 durchgeführt, sodass die Lenkdrahtenden 107 proximalseitig an der proximalen Seite des Nitinolrings 115 als Anschweißbauteil anliegen (Schritt 205). Anschließend erfolgt das Verschweißen 207 der proximalen Lenkdrahtenden 107 der Lenkdrähte 105 mit dem Nitinolring 115 als Anschweißbauteil (3).The respective proximal guide wire ends 107 of the guide wires 105 are passed through the hole in the swash plate 109 with the guide ring 111 and the corresponding holes in the nitinol ring 115, so that the guide wire ends 107 on the proximal side rest against the proximal side of the nitinol ring 115 as a weld-on component (step 205). The welding 207 of the proximal steering wire ends 107 of the steering wires 105 to the nitinol ring 115 as a weld-on component ( 3 ).

Optional erfolgt das Durchführen 203 eines Lenkdrahtendes, das Anlegen 205 an dem Anschweißbauteil und das Verschweißen 207 des Lenkdrahtendes mit dem Anschweißbauteil jeweils für jeden Lenkdraht 105 nacheinander, sodass ein Wiederholen 209 der Schritte 203, 205 und 207 für den jeweiligen nächsten Lenkdraht 105 erfolgt.Optionally, a steering wire end is guided through 203, the end of the steering wire is placed 205 on the welding component and the steering wire end is welded 207 to the welding component for each steering wire 105 in succession, so that steps 203, 205 and 207 are repeated 209 for the respective next steering wire 105.

Ebenso werden optional zunächst alle Lenkdrahtenden durch die Löcher durchgeführt (Schritt 203) und die Schritte Anlegen 205 an Anschweißbauteil und Verschweißen 207 des jeweiligen Lenkdrahtendes 107 mit dem Nitinolring 115 Anschweißbauteil jeweils für jeden Lenkdraht wiederholt werden (Schritt 209).Likewise, all steering wire ends are optionally first passed through the holes (step 203) and the steps of applying 205 to the weld-on component and welding 207 the respective steering wire end 107 to the nitinol ring 115 weld-on component are repeated for each steering wire (step 209).

In einer Alternative, welche in 2 in distalseitiger Ansicht einer proximalseitigen Gelenkmechanik 103 gezeigt ist, weist eine Taumelscheibe 109 eine distalseitige Kugelwelle 123 zum Vorspannen und zum Verbinden mit einer nicht gezeigten Hauptwelle sowie eine proximalseitige Kugelwelle 121 auf. Wie oben beschrieben, weist die Taumelscheibe im Weiteren einen mittig liegenden Lenkring 111 und Löcher 113 für jeden der zehn Lenkdrähte 105 aus Nitinol auf. Auf der proximalen Seite der Taumelscheibe 109 sind die proximalseitig Lenkdrahtenden 107 überstehend geführt, auf jedes Lenkdrahtende 107 ist eine jeweilige Hülse 119 aus Nitinol aufgesetzt und mittels Elektronenstrahlschwei-ßen unter hochreiner Argonatmosphäre stoffschlüssig verbunden worden (siehe 2).In an alternative, which in 2 As shown in a distal-side view of a proximal-side joint mechanism 103, a swash plate 109 has a distal-side ball shaft 123 for biasing and connecting to a main shaft, not shown, and a proximal-side ball shaft 121. As described above, the swashplate further includes a central steering ring 111 and holes 113 for each of ten steering wires 105 made of nitinol. On the proximal side of the swash plate 109, the proximal-side steering wire ends 107 are guided protruding, a respective sleeve 119 made of nitinol is placed on each steering wire end 107 and materially connected by means of electron beam welding in a high-purity argon atmosphere (see Fig 2 ).

In einer Alternative des medizinischen Instrumentes ist ein endoskopischen Instrumentes 301 als Endeffektor eines chirurgischen Roboters 341 ausgebildet. Der chirurgische Roboter 341 weist einen Standfuß 347 mit vier Roboterarmen auf, wobei in 5 nur der Roboterarm 343 gezeigt ist, welcher das endoskopischen Instrumentes 103 hält. Die in 1 gezeigte, proximalseitige Gelenkmechanik 103 ist in einem Schaft 329 des endoskopischen Instrumentes 301 angeordnet, wobei das endoskopische Instrument 301 an seinem distalen Ende eine abwinkelbare Spitze 331 mit einem endständigen Maulwerkzeug 335 aufweist (das Maulwerkzeug 335 ist in 5 nicht maßstabsgerecht dargestellt). Am proximalen Ende des Schaftes 329 weist das endoskopische Instrument 301 eine Halteeinheit 333 auf, welche am Ende eines Roboterarms 343 des chirurgischen Roboters 341 gehalten wird. Zwischen der Halteeinheit 333 des endoskopischen Instruments 301 und dem Ende des Roboterarms 334 ist zur Koppelung eine Schnittstelle 345 angeordnet, an welcher über einen in 5 nicht gezeigten, innenliegenden Aktuator des chirurgischen Roboters 341 ein ebenfalls innenliegender proximaler Antrieb des endoskopischen Instruments 301 betätigt. Dadurch wird über die proximalseitige Kugelwelle 121 eine Schwenkbewegung der Taumelscheibe 109 aufgeprägt wird, wobei aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung der Lenkdrähte 105 an dem proximalseitig zur Taumelscheibe 109 angeordneten Nitinolring 115 und dem Spannungszustand der Lenkdrähte 105 die induzierte Schwenkbewegung auf die abwinkelbare Spitze 331 in eine entsprechende Abwinkelungsbewegung übertragen wird.In an alternative of the medical instrument, an endoscopic instrument 301 is designed as the end effector of a surgical robot 341 . The surgical robot 341 has a base 347 with four robot arms, with 5 only the robotic arm 343 holding the endoscopic instrument 103 is shown. In the 1 The proximal-side joint mechanism 103 shown is arranged in a shaft 329 of the endoscopic instrument 301, with the endoscopic instrument 301 having a bendable tip 331 with a terminal jaw tool 335 at its distal end (jaw tool 335 is shown in Fig 5 not shown to scale). At the proximal end of the shaft 329 the endoscopic instrument 301 has a holding unit 333 which is held at the end of a robot arm 343 of the surgical robot 341 . Between the holding unit 333 of the endoscopic instrument 301 and the end of the robot arm 334, an interface 345 is arranged for coupling, at which an in 5 not shown, internal actuator of the surgical robot 341 actuates a likewise internal proximal drive of the endoscopic instrument 301. As a result, a pivoting movement of the swash plate 109 is imparted via the ball shaft 121 on the proximal side, with the material connection of the steering wires 105 on the nitinol ring 115 arranged on the proximal side of the swash plate 109 and the state of tension of the steering wires 105 converting the induced pivoting movement onto the bendable tip 331 into a corresponding bending movement is transferred.

Somit wird ein medizinisches Instrument 101 mit einem Videoendoskop 127 sowie ein chirurgischer Roboter 341 mit einem endoskopischen Instrument 301 bereitgestellt, bei dem durch Verschweißen der proximalen Lenkdrahtenden 107 der Lenkdrähte 105 mit einem Anschweißbauteil 115, 119 eine stufenlose, homogene und flüssige Bewegung der jeweiligen abwinkelbaren Spitze 131, 331 bewirkt wird.Thus, a medical instrument 101 with a video endoscope 127 and a surgical robot 341 with an endoscopic instrument 301 are provided, in which by welding the proximal steering wire ends 107 of the steering wires 105 with a welding component 115, 119, a stepless, homogeneous and fluid movement of the respective bendable tip 131, 331 is effected.

BezugszeichenlisteReference List

101101: Medizinisches Instrumentmedical instrument
103103: proximalseitige Gelenkmechanikproximal joint mechanism
105105: Lenkdrahtsteering wire
107107: Lenkdrahtendesteering wire end
109109: Taumelscheibeswashplate
111111: Lenkringsteering ring
113113: LochHole
115115: Nitinolringnitinol ring
117117: Schweißstelleweld
119119: Hülsesleeve
121121: Proximalseitige KugelwelleProximal spherical shaft
123123: Distalseitige KugelwelleDistal spherical shaft
127127: Videoendoskopvideo endoscope
129129: Schaftshaft
131131: abwinkelbare Spitzedeflectable tip
133133: Handgriffhandle
135135: Bedienelementecontrols
137137: Versorgungsschlauchsupply hose
141141: SteckerPlug
201201: Verfahren zum Befestigen von LenkdrähtenMethod of attaching steering wires
203203: Durchführen von LenkdrahtendenPassing through steering wire ends
205205: Anlegen an AnschweißbauteilApply to weld-on component
207207: Verschweißen von Lenkdrahtende mit AnschweißbauteilWelding of steering wire end with weld-on component
209209: WiederholenRepeat
301301: Endoskopisches Instrumentendoscopic instrument
329329: Schaftshaft
331331: abwinkelbare Spitzedeflectable tip
333333: Halteeinheitholding unit
335335: Maulwerkzeugjaw tool
341341: Chirurgischer Robotersurgical robot
343343: Roboterarmrobotic arm
345345: Schnittstelleinterface
347347: Standfußstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US 2017/0281296 A1 [0003]

Claims

Method for attaching steering elements (105) to a spatially adjustable disc (109), wherein a distal-side joint mechanism for bending a distal end section (131, 331) of a medical instrument (101, 301) can be moved by means of the steering elements (105), the steering elements (105) have a first material and the spatially adjustable disc (109) has a hole (113) for each steering element (105) with a cross-section through a thickness of the spatially adjustable disc, by means of at least one weld-on component (115, 119) with the following steps: - Passing the steering elements (105) with a respective steering element end (107) through the respective hole (113) of the spatially adjustable disc (109), so that the guided-through steering element ends (107) are arranged on a proximal side of the spatially adjustable disc (109), - Connecting the guide element ends (107) passed through by welding using a welding gas with the at least one weld-on component (115, 119), the weld-on component (115, 119) being a second material and having a cross section larger than the cross section of the respective hole (113) or the Has holes, wherein the first material and the second material can be welded to one another, so that the steering elements (105) are integrally connected to the at least one weld-on component (115, 119) and are thus attached to the spatially adjustable disc (109).

procedure after claim 1 , characterized in that different nickel-titanium alloys or the same nickel-titanium alloy is or are used as the first material of the steering elements (105) and as the second material of the at least one weld-on component (115, 119).

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that after passing the steering elements (105) with the respective steering element end (107) through the respective hole (113) of the spatially adjustable disc (109), the respective steering element ends (107) through corresponding holes in the at least one weld-on component (115, 119 ) are guided and on the proximal side of the at least one weld-on component (115, 119) are integrally connected to the at least one weld-on component (115, 119) by means of welding.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a flat component and/or a ring (115) is used as the at least one weld-on component.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that two weld-on components or a plurality of weld-on components (119) are used, with one guide element or a plurality of guide elements (105) being bonded to each weld-on component (119) by welding.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that each end of the steering element (107) is bonded to its own weld-on component (119) by welding.

procedure after claim 6 , characterized in that a sleeve (119) is used as a separate weld-on component.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that argon is used as the welding gas.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a spatially adjustable disk made of stainless steel, stainless steel alloy, aluminum and/or plastic is used as the spatially adjustable disk (109).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a swash plate (109) is used as the spatially adjustable plate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the welding, the spatially adjustable disc (109) with a distal-side spherical shaft (123) is inserted into a main shaft of the proximal-side joint mechanism (103) and after forming the materially bonded connections for prestressing the materially connected Steering elements (105) the spatially adjustable disc (109) with the distal ball shaft (123) is partially pulled out of the main shaft in the proximal direction.

Steering elements (105) for moving a distal-side joint mechanism for bending a distal end section (131, 331) of a medical instrument (101, 301), characterized in that the steering elements (105) on a spatially adjustable disc (109) by means of a method according to one the Claims 1 until 11 are attached.

Medical instrument (101, 301) with an elongated shaft (129, 329), wherein at a proximal end of the shaft (129, 329) an actuating unit for actuating a proxi malen drive and an end section (131, 331) are arranged at a distal end, wherein the end section (131, 331) can be angled relative to a longitudinal axis of the shaft (129, 329) by means of a distal-side joint mechanism, several steering elements (105) through the elongated shaft (129, 329) and connect the drive on the proximal side with the joint mechanism on the distal side, the drive on the proximal side being able to act on a spatially adjustable disk (109) and each steering element (105) with its proximal end (107) of the steering element through a hole (113) is arranged through a thickness of the spatially adjustable disk (109) on a proximal side of the spatially adjustable disk (109), characterized in that on the proximal side of the spatially adjustable disk (109) the steering element ends (107) with at least one Welding component (115, 119) are cohesively connected, wherein the steering elements (105) and the at least one welding Each component (115, 119) has a material that can be welded to one another.

Medical instrument (101, 301) after Claim 13 , characterized in that the steering elements (105) and the at least one weld-on component (115, 119) each have a nickel-titanium alloy.

Robot (341) with at least one robot arm (343) for holding and/or positioning a medical instrument (101, 301) and/or with an actuator for controlling a distal-side joint mechanism of the medical instrument (101, 301), characterized in that the medical instrument a medical instrument (101, 301) according to one of Claims 13 or 14 so that the medical instrument (101, 301) can be positioned by means of the at least one robot arm (343) and/or the distal joint mechanism can be actuated by the action of the actuator of the robot (341) on the proximal drive of the medical instrument (101, 301).