DE102021119520A1

DE102021119520A1 - Surgical instrument and steering mechanism therefor

Info

Publication number: DE102021119520A1
Application number: DE102021119520.9A
Authority: DE
Inventors: Janosz Schneider; Dominik Längle
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 vorliegende Erfindung stellt einen drahtgesteuerten Lenkmechanismus (10) eines chirurgischen Instruments (1) bereit, der einen Schaft (2) mit einer Längsachse (B) aufweist, entlang dessen Längsrichtung Lenkdrähte (12) verlaufen. Dabei ist an einem distalen Ende (5) des Schaftes (2) eine mittels einer distalen Abwinkelungsmechanik (9) abwinkelbare Werkzeugspitze (6) anordenbar. Jeder Lenkdraht (12) ist einenends mit der Abwinkelungsmechanik (9) des chirurgischen Instruments (1) verbindbar und anderenends durch eine Führungsvorrichtung (22) geführt, wobei der Lenkmechanismus (10) für jeden Lenkdraht (12) einen ihm zugeordneten Linearmotor (14) aufweist, mit dem ein aus der Führungsvorrichtung (22) weisendes Ende des Lenkdrahts (12) verbunden ist. Ferner wird ein chirurgisches Instrument (1) offenbart, das den drahtgesteuerten Lenkmechanismus (10) aufweist.

The present invention provides a wire-controlled steering mechanism (10) of a surgical instrument (1) which has a shaft (2) with a longitudinal axis (B) along the longitudinal direction of which steering wires (12) run. A tool tip (6) that can be bent by means of a distal bending mechanism (9) can be arranged on a distal end (5) of the shaft (2). Each steering wire (12) can be connected at one end to the bending mechanism (9) of the surgical instrument (1) and is guided through a guide device (22) at the other end, the steering mechanism (10) having a linear motor (14) assigned to each steering wire (12). , to which an end of the steering wire (12) pointing out of the guide device (22) is connected. Furthermore, a surgical instrument (1) is disclosed which has the wire-controlled steering mechanism (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument und einen Lenkmechanismus dafür.The invention relates to a surgical instrument and a steering mechanism therefor.

Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Instrumente bekannt, die manuell oder von einem Roboter geführt werden können und die Werkzeuge aufweisen, deren Werkzeugspitze mittels mehrerer ineinandergreifender Schwenkglieder verschwenkt werden kann. Diese Schwenkglieder sind mit einer Vielzahl Lenkdrähte oder -seile verbunden, um eine feinfühlige Steuerung der Werkzeugspitze zu erreichen. Mit vielen dünnen Lenkdrähten gegenüber wenigen dickeren Lenkdrähten kann eine gleichmäßigere Kraftverteilung in alle Abwinkelungsrichtungen erzielt werden.Surgical instruments are known from the prior art which can be guided manually or by a robot and which have tools whose tool tip can be pivoted by means of a plurality of pivoting members engaging in one another. These pivot links are connected to a variety of steering wires or cables to provide fine control of the tool tip. A more even force distribution in all bending directions can be achieved with many thin steering wires compared to a few thicker steering wires.

Ein gattungsgemäßes chirurgisches Instrument ist bspw. aus der US 5,454,827 B2 bekannt, bei dem die distalseitigen Schwenkglieder über vier Lenkdrähte mit einer proximalseitig angeordneten räumlich verstellbaren Taumelscheibe so gekoppelt sind, dass eine Bewegung der räumlich verstellbaren Taumelscheibe eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder und somit ein Verschwenken der Werkzeugspitze verursacht wird, wobei das Bewegen der räumlich verstellbaren Taumelscheibe manuell über eine Art Joystick erfolgt, der direkt mit dieser gekoppelt ist.A generic surgical instrument is, for example U.S. 5,454,827 B2 known, in which the distal-side pivoting members are coupled via four steering wires to a spatially adjustable swashplate arranged on the proximal side in such a way that a movement of the spatially adjustable swashplate causes a corresponding relative movement of the distal-side pivoting members and thus a pivoting of the tool tip, with the movement of the spatially adjustable Swash plate is done manually via a kind of joystick, which is coupled directly to this.

Die Ausbildung des Antriebs für die Lenkdrähte mit der räumlich verstellbaren Taumelscheibe, an der alle Lenkdrähte gelagert sind, hat den Vorteil, dass dies eine räumlich kompakte Bauweise ermöglicht und nur ein Bauteil bewegt werden muss, um alle Lenkdrähte ansprechen zu können.The design of the drive for the steering wires with the spatially adjustable swash plate, on which all steering wires are mounted, has the advantage that this enables a spatially compact design and only one component has to be moved in order to be able to address all steering wires.

In der US 7,699,855 B2 ist ein chirurgisches Instrument offenbart, das eine Schnittstelle aufweist, um das Instrument mit einem Roboter-Arm verbinden zu können. Dabei sind alle Antriebe, die das Instrument steuern, in dem Roboter-Arm angeordnet. Die Übertragung der Drehwinkel von Antrieben zum Instrument erfolgt über Kupplungsscheiben in einer gemeinsamen Trenn-Ebene.In the U.S. 7,699,855 B2 discloses a surgical instrument having an interface to connect the instrument to a robotic arm. All drives that control the instrument are arranged in the robotic arm. The angle of rotation of the drives to the instrument is transmitted via coupling discs in a common separating plane.

Auch US 10,105,128 B2 offenbart eine Ansteuerung einer solchen Werkzeugspitze; dort erfolgt dies über eine Mechanik, die Zahnscheiben-Segmente und Gelenkstangen umfasst, um die Bewegung der Antriebe auf die Taumelscheibe zu übertragen.Also US 10,105,128 B2 discloses a control of such a tool tip; there this is done via a mechanism that includes toothed disc segments and link rods in order to transmit the movement of the drives to the swash plate.

Die vorstehenden Gestaltungen sind verbunden mit einem spezifischen Aufbau einer mechanischen Schnittstelle zum Roboter-Arm: Um die Kraft auf das Werkzeug zu übertragen, erfordern diese mechanischen Kraftübertragungen Getriebeübersetzungen, die, damit ein auftretender Kraftverlust möglichst klein bleibt, durch die benötigten Bauteile zur Erzeugung eines ausreichenden Kraftschlusses zwischen der Bewegung des distalen Werkzeugs und den Antrieben im Roboter, aufwändig konstruiert sind.The above designs are associated with a specific structure of a mechanical interface to the robot arm: In order to transmit the force to the tool, these mechanical power transmissions require gear ratios that, so that any power loss that occurs remains as small as possible, by the required components to generate a sufficient Frictional connection between the movement of the distal tool and the drives in the robot, are constructed in a complex manner.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Lenkmechanismus für ein chirurgisches Instrument bereitzustellen, das einen einfacher konstruierten Antrieb mit linearem Übertragungsverhalten hat, der zudem Platz sparend aufgebaut ist.Proceeding from this state of the art, it is the object of the present invention to provide an improved steering mechanism for a surgical instrument, which has a simpler design drive with linear transmission behavior, which is also designed to save space.

Diese Aufgabe wird durch einen Lenkmechanismus mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a steering mechanism having the features of claim 1.

Die weitere Aufgabe, ein chirurgisches Instrument bereitzustellen, dessen Werkzeugspitze durch einen konstruktiv einfachen und Platz sparenden Lenkmechanismus angesteuert wird, wird durch das chirurgische Instrument mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 8 gelöst.The further object of providing a surgical instrument whose tool tip is controlled by a structurally simple and space-saving steering mechanism is solved by the surgical instrument having the features of independent claim 8 .

Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen des Lenkmechanismus und des chirurgischen Instruments sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further developments and preferred embodiments of the steering mechanism and the surgical instrument are set out in the dependent claims.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen drahtgesteuerten Lenkmechanismus eines chirurgischen Instruments weist einen Schaft mit einer Längsachse auf, entlang dessen Längsrichtung Lenkdrähte verlaufen, wobei an einem distalen Ende des Schaftes eine mittels einer distalen Abwinkelungsmechanik abwinkelbare Werkzeugspitze anordenbar ist. Erfindungsgemäß ist jeder Lenkdraht einenends mit der Abwinkelungsmechanik des chirurgischen Instruments verbindbar. Anderenends ist jeder Lenkdraht durch eine Führungsvorrichtung geführt. Dabei weist der Lenkmechanismus für jeden Lenkdraht einen diesem Lenkdraht zugeordneten Linearmotor auf, mit dem ein aus der Führungsvorrichtung weisendes Ende des Lenkdrahts verbunden ist.A first embodiment of a wire-controlled steering mechanism of a surgical instrument according to the invention has a shaft with a longitudinal axis, along the longitudinal direction of which steering wires run, wherein a tool tip that can be bent by means of a distal bending mechanism can be arranged at a distal end of the shaft. According to the invention, each steering wire can be connected at one end to the bending mechanism of the surgical instrument. At the other end, each steering wire is guided through a guide device. In this case, the steering mechanism for each steering wire has a linear motor assigned to this steering wire, with which an end of the steering wire pointing out of the guide device is connected.

„Linearmotor“ meint hierbei jeden Motor, der Bauteile in eine geradlinige Bewegung versetzt. Vorteilhaft ist mit den Linearmotoren keine mechanische Kraftübertragung zwischen Roboter-Arm und Werkzeug notwendig, um die Bewegung der Abwinkelungsmechanik des Werkzeugs oder auch andere beweglichen Teile des Werkzeugs zu steuern. Die mechanische Kraft wird direkt durch die Linearmotoren erzeugt, wobei jeder Lenkdraht durch seinen ihm zugeordneten Linearmotor bewegt wird."Linear motor" means any motor that sets components in a straight line. Advantageously, the linear motors do not require any mechanical power transmission between the robot arm and the tool in order to control the movement of the bending mechanism of the tool or other moving parts of the tool. The mechanical force is generated directly by the linear motors, with each steering wire being moved by its associated linear motor.

Es wird damit ein konstruktiv einfacher Lenkmechanismus geschaffen, der ohne offene, bewegliche Teile zwischen Roboter-Arm und chirurgischem Instrument bzw. dem Lenkmechanismus auskommt und dadurch nicht nur Platz sparend ist, sondern auch verbesserte Reinigungseigenschaften aufweist.A structurally simple steering mechanism is thus created which does not require any open, moving parts between the robot arm and the surgical instrument or the steering mechanism and is therefore not only space-saving, but also has improved cleaning properties.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus sieht vor, dass die Linearmotoren Linearmagnetzylinder sind. Die Linearmagnetzylinder lassen sich über ihre elektrischen Anschlussleitungen mit einer Schnittstelle des Roboter-Arms und weiter mit einer Steuerelektronik verbinden, die die Linearmotoren einzeln bzw. im Verbund ansteuert und somit eine präzise sowie direkte und lineare Bewegung der Lenkdrähte ermöglicht.A preferred embodiment of the steering mechanism according to the invention provides that the linear motors are linear magnetic cylinders. The linear magnetic cylinders can be connected via their electrical connection lines to an interface on the robot arm and then to control electronics that control the linear motors individually or in combination, thus enabling precise, direct and linear movement of the steering wires.

Alternativ kann der Linearmotor ein Pneumatikzylinder sein, wobei das Werkzeug über einen hierfür vorbestimmten Druckluftanschluss bzw. Steckervorrichtung mit einem korrespondierenden Druckluftanschluss des chirurgischen Instruments bzw. des Roboter-Arms verbunden werden kann. Hierfür kann eine Druckluft-Steuerleitung vorgesehen sein. Auch diese Ausführungsform des Linearmotors lässt eine präzise Artikulation des Abwinkelungsmechanismus' zu, da die Bewegung linear und direkt induziert wird.Alternatively, the linear motor can be a pneumatic cylinder, in which case the tool can be connected to a corresponding compressed air connection of the surgical instrument or the robot arm via a compressed air connection or plug device predetermined for this purpose. A compressed air control line can be provided for this purpose. This embodiment of the linear motor also allows precise articulation of the deflection mechanism, since the movement is induced linearly and directly.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus hat jeder Linearmotor an seiner dem Lenkdraht zugewandten Seite eine Aufnahmevorrichtung, in der der Lenkdraht aufgenommen ist. Somit kann jeder Lenkdraht sicher befestigt werden und es kann auch die für eine exakte Bewegung der Abwinkelungsmechanik notwendige Spannung auf den Lenkdraht gebracht werden.In a further embodiment of the steering mechanism according to the invention, each linear motor has a receiving device on its side facing the steering wire, in which the steering wire is received. In this way, each steering wire can be securely fastened and the tension required for an exact movement of the bending mechanism can also be applied to the steering wire.

Ferner ist in noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus die Aufnahmevorrichtung eine Klemmvorrichtung. Wenn ein Lenkdraht bspw. beschädigt ist, kann es so einfach ausgetauscht werden. Alternativ können die Lenkdrähte in die Aufnahmevorrichtung jedes Linearmotors auch eingeschraubt, oder mit ihr verlötet, verklebt oder daran angeschweißt sein. Die Befestigung kann je nach Materialbeschaffenheit der Lenkdrähte ausgewählt sein.Furthermore, in yet another embodiment of the steering mechanism according to the invention, the receiving device is a clamping device. If a steering wire is damaged, for example, it can be easily replaced. Alternatively, the steering wires can also be screwed into the receiving device of each linear motor, or soldered, glued or welded to it. The attachment can be selected depending on the material properties of the steering wires.

In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus ist die Führungsvorrichtung eine Fächerscheibe, die den radialen Abstand der Lenkdrähte von der Längsachse B des Schaftes vergrößert. Durch die Vergrößerung des radialen Abstandes der Lenkdrähte von der Längsachse des Schaftes, beispielsweise von einem Durchmesser von 4 mm auf einen Durchmesser von 18 mm, werden die Hubbewegungen der Linearmotoren minimiert, um einen dem Maß der Durchmesservergrößerung entsprechenden Verschwenkwinkel der Werkzeugspitze zu erzielen.In yet another embodiment of the steering mechanism according to the invention, the guiding device is a serrated lock washer, which increases the radial distance of the steering wires from the longitudinal axis B of the shaft. By increasing the radial distance of the steering wires from the longitudinal axis of the shaft, for example from a diameter of 4 mm to a diameter of 18 mm, the stroke movements of the linear motors are minimized in order to achieve a pivoting angle of the tool tip that corresponds to the extent of the increase in diameter.

Noch eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus sieht vor, dass die Linearmotoren in einer Halterscheibe festgelegt sind. Dabei weist die Halterscheibe zentralaxial eine Durchtrittsöffnung auf, in der eine sich von einem proximalen Ende des Schafts koaxial dazu erstreckende Hauptwelle drehfest gelagert ist. Ferner hat die Halterscheibe für jeden Linearmotor eine Aufnahmeöffnung, wobei die Aufnahmeöffnungen äquidistant voneinander beabstandet auf einer Kreislinie vorliegen. In der Montageanordnung des Lenkgetriebes wird damit ein Ring aus Linearmotoren gebildet, der die Lenkdrähte ebenfalls äquidistant zueinander hält. Hierdurch lässt sich eine kompakte und Platz sparende Bauweise erreichen.Yet another embodiment of the steering mechanism according to the invention provides that the linear motors are fixed in a holder disc. In this case, the holder disk has a central axial passage opening in which a main shaft extending from a proximal end of the shaft coaxially thereto is mounted in a rotationally fixed manner. Furthermore, the holder disc has a receiving opening for each linear motor, the receiving openings being equidistantly spaced from one another on a circular line. In the mounting arrangement of the steering gear, a ring of linear motors is thus formed, which also keeps the steering wires equidistant from one another. This allows a compact and space-saving design to be achieved.

In noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus weisen die Linearmotoren elektrische Anschlussvorrichtungen zur Verbindung mit einer elektrischen Schnittstelle auf. Die elektrischen Anschlussvorrichtungen können einfache elektrische Leitungen sein, die parallel zur Längsachse des Werkzeugs verlaufen, so dass sie Platz sparend verlegt werden können. Die elektrische Anschlussvorrichtung kann ferner einen oder mehrere Stecker umfassen, die es möglich machen, den Lenkmechanismus innerhalb des chirurgischen Instruments mit einer Elektronik des chirurgischen Instruments und schließlich mit der Elektronik des Roboter-Arms zu verbinden. Entsprechend sind in der Ausführungsform mit Pneumatikzylindern als Linearmotoren anstelle von elektrischen Anschlussvorrichtungen zur Verbindung mit einer elektrischen Schnittstelle Druckluftleitungen zur Verbindung mit einer roboterseitigen Druckluftschnittstelle vorgesehen.In yet another embodiment of the steering mechanism according to the invention, the linear motors have electrical connection devices for connection to an electrical interface. The electrical connection devices can be simple electrical lines that run parallel to the longitudinal axis of the tool, so that they can be laid in a space-saving manner. The electrical connection device may further comprise one or more connectors that make it possible to connect the steering mechanism within the surgical instrument to electronics of the surgical instrument and ultimately to electronics of the robotic arm. Accordingly, in the embodiment with pneumatic cylinders as linear motors, instead of electrical connection devices for connection to an electrical interface, compressed air lines are provided for connection to a robot-side compressed air interface.

Die Erfindung betrifft ferner ein chirurgisches Instrument, das einen drahtgesteuerten Lenkmechanismus aufweist, der über einen Schaft mit einer Längsachse B verfügt, entlang dessen Längsrichtung Lenkdrähte verlaufen, wobei an einem distalen Ende des Schaftes eine mittels einer distalen Abwinkelungsmechanik abwinkelbare Werkzeugspitze mit einem Werkzeug angeordnet ist und wobei an einem proximalen Ende des Schaftes eine Betätigungseinheit zur Betätigung der abwinkelbaren Werkzeugspitze angeordnet ist, wobei der Lenkmechanismus ein erfindungsgemäßer Lenkmechanismus ist.The invention also relates to a surgical instrument that has a wire-controlled steering mechanism that has a shaft with a longitudinal axis B, along the longitudinal direction of which steering wires run, with a tool tip that can be bent by means of a distal bending mechanism and a tool being arranged at a distal end of the shaft and wherein an actuating unit for actuating the bendable tool tip is arranged on a proximal end of the shaft, wherein the steering mechanism is a steering mechanism according to the invention.

Durch das erfindungsgemäße Lenkgetriebe kann das chirurgische Instrument konstruktiv einfach und Platz sparend aufgebaut werden, so dass eine einfache Verbindung zu einem Roboter-Arm ermöglicht werden kann, bei der die Bewegung der Linearmotoren direkt und linear auf die Werkzeugspitze übertragen werden kann. Folge ist eine exakt steuerbare Verwendung des chirurgischen Instruments.The steering gear according to the invention allows the surgical instrument to be constructed in a structurally simple and space-saving manner, so that a simple connection to a robot arm can be made possible, in which the movement of the linear motors can be transmitted directly and linearly to the tool tip. The result is an exactly controllable use of the surgical instrument.

In einer weiteren Ausführungsform des chirurgischen Instruments besteht die distale Abwinkelungsmechanik der abwinkelbaren Werkzeugspitze aus an dem distalen Ende des Schaftes angeordneten Schwenkgliedern, die über die in Längsrichtung des Schaftes verlaufenden Lenkdrähte mit dem Lenkmechanismus verbunden sind. Vorteilhaft an dieser Konstruktion gegenüber bekannten Konstruktionen ist, dass trotz der Verwendung einiger Lenkdrähte, also durchaus von sechs oder acht oder gar mehr Lenkdrähten, durch die einzeln gehandhabte motorische Betätigung derselben eine feinfühlige und reproduzierbare Verstellung der distalseitigen Schwenkglieder möglich ist.In a further embodiment of the surgical instrument, the distal deflection mechanism of the deflectable tool tip consists of pivoting members arranged at the distal end of the shaft, which are connected to the steering mechanism via the steering wires running in the longitudinal direction of the shaft. The advantage of this construction compared to known constructions is that despite the use of a few steering wires, i.e. definitely six or eight or even more steering wires, a sensitive and reproducible adjustment of the pivoting members on the distal side is possible through the individually handled motorized actuation of the same.

Weitere Ausführungsformen des Lenkmechanismus und des chirurgischen Instruments sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Ausführungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegenstände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.Other embodiments of the steering mechanism and surgical instrument, as well as some of the advantages associated with these and other embodiments, will become apparent and better understood from the following detailed description with reference to the accompanying figures. Items or parts thereof that are substantially the same or similar may be given the same reference numbers. The figures are only a schematic representation of an embodiment of the invention.

Dabei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht des chirurgischen Instruments mit schematisch dargestellter Betätigungseinheit,
2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus,
3 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus,
4 eine erste perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus,
5 eine Seitenschnitt-Detailansicht des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus und
6 eine weitere perspektivische Detailansicht des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus.

It shows:

1 a perspective view of the surgical instrument with the actuation unit shown schematically,
2 a perspective view of the steering mechanism according to the invention,
3 a side view of the steering mechanism according to the invention,
4 a first perspective detailed view of the steering mechanism according to the invention,
5 a side sectional detail view of the steering mechanism according to the invention and
6 another perspective detailed view of the steering mechanism according to the invention.

In 1 ist ein chirurgisches Instrument 1 mit einem hohlen Schaft 2 gezeigt, das eine am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordnete, schematisch dargestellte Betätigungseinheit 4 und eine am distalen Ende 5 des Schaftes 2 angeordnete Werkzeugspitze 6 aufweist. Die Werkzeugspitze 6 ist mit einem Werkzeug 7 verbunden, wobei das Werkzeug 7 über ein axial verschiebbar im Schaft 2 gelagertes Betätigungselement 8 betätigt werden kann, das proximalseitig mit der Betätigungseinheit 4 in Wirkverbindung steht. Bei der Betätigungseinheit 4 kann es sich um eine manuell betätigbare Handhabe oder aber um eine für den robotischen Einsatz ausgelegte, also auch ohne manuelles Zutun betätigbare Baueinheit handeln.In 1 1 shows a surgical instrument 1 with a hollow shank 2 , which has a schematically illustrated actuating unit 4 arranged at the proximal end 3 of the shank 2 and a tool tip 6 arranged at the distal end 5 of the shank 2 . The tool tip 6 is connected to a tool 7, the tool 7 being able to be actuated via an actuating element 8 which is mounted in the shaft 2 in an axially displaceable manner and which is in operative connection with the actuating unit 4 on the proximal side. The actuation unit 4 can be a manually actuable handle or a structural unit designed for robotic use, that is to say it can also be actuated without manual intervention.

Bei dem Werkzeug 7 der Werkzeugspitze 6 kann es sich beispielsweise um ein mit Maulteilen versehenes Werkzeug, wie in 1 dargestellt, oder aber um ein Endoskop, einen Applikator oder dergleichen handeln.The tool 7 of the tool tip 6 can, for example, be a tool provided with jaw parts, as in 1 shown, or act to an endoscope, an applicator or the like.

Die Werkzeugspitze 6 ist über einen Gelenkmechanismus 9 relativ zur Längsachse 10 des Schaftes 2 verschwenkbar, wobei der Gelenkmechanismus 9 aus am distalen Ende des Schaftes 5 angeordneten Schwenkgliedern 11 besteht, die über in Längsrichtung des Schaftes 2 verlaufende Lenkdrähte 12 so mit einem am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordneten Antrieb 13 verbunden sind, dass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs 13 eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder 11 und somit ein Verschwenken der Werkzeugspitze 6 verursacht.The tool tip 6 can be pivoted via a joint mechanism 9 relative to the longitudinal axis 10 of the shank 2, the joint mechanism 9 consisting of pivoting members 11 arranged at the distal end of the shank 5, which are connected via steering wires 12 running in the longitudinal direction of the shank 2 to a proximal end 3 of the shaft 2 arranged drive 13 are connected that a movement of the proximal-side drive 13 causes a corresponding relative movement of the distal-side pivoting members 11 and thus a pivoting of the tool tip 6.

Auch wenn voranstehend und nachfolgend nur der Begriff Lenkdrähte verwendet wird, können funktional auch Lenkseile verwendet werden, weshalb der Begriff Lenkdrähte hierin synonym auch als Lenkseile zu verstehen ist.Even if only the term steering wires is used above and below, steering cables can also be used functionally, which is why the term steering wires is also to be understood herein synonymously as steering cables.

Das axialverschiebbar im Schaft 2 gelagerte Betätigungselement 8 zum Betätigen des beispielsweise aus zwei Maulteilen bestehenden Werkzeugs 7 ist bei den dargestellten Ausführungsformen als Zug-/Schubstange ausgebildet.The actuating element 8, which is mounted so as to be axially displaceable in the shaft 2, for actuating the tool 7, which consists, for example, of two jaw parts, is designed as a push/pull rod in the illustrated embodiments.

Der Antrieb 13 für die Lenkdrähte 12 ist bei dem in den Abbildungen dargestellten und nachfolgend beschriebenen chirurgischen Instrument 1 als motorisierter Antrieb 13 ausgebildet.The drive 13 for the steering wires 12 is designed as a motorized drive 13 in the surgical instrument 1 shown in the figures and described below.

Kernstück des Antriebs 13 ist ein drahtgesteuerter Lenkmechanismus 10 (2 bis 6), an dem die Lenkdrähte 12 so gelagert sind, dass mittels einer elektrischen Ansteuerung die Lenkdrähte 12 bewegt und somit ein Verschwenken der Werkzeugspitze 6 bewirkt wird, von deren Werkzeug in 2 und 3 lediglich die Werkzeugfassung, die mit den Schwenkgliedern 11 verbunden ist, dargestellt ist. Dabei ist es mit dem Lenkmechanismus 10 möglich, die Lenkdrähte 12 zum Verschwenken der distalseitigen Schwenkglieder 11 bzw. der Werkzeugspitze 6 exakt, feinfühlig in kleinsten Schritten und auch reproduzierbar anzusteuern.The heart of the drive 13 is a wire-controlled steering mechanism 10 ( 2 until 6 ) on which the steering wires 12 are mounted in such a way that the steering wires 12 are moved by means of an electrical control and the tool tip 6 is thus pivoted, from the tool in 2 and 3 only the tool socket connected to the pivoting links 11 is shown. It is possible with the steering mechanism 10 to control the steering wires 12 for pivoting the distal-side pivoting members 11 or the tool tip 6 precisely, sensitively in the smallest of steps and also reproducibly.

In 2 und 3 ist zu sehen, dass jeder Lenkdraht 12 einenends, d. h. distalseitig, mit dem Gelenkmechanismus 9, bzw. den Schwenkgliedern 11, verbunden undanderenends, d. h. proximalseitig, wie in 2 bis 6 zu sehen, durch eine Führungsvorrichtung 22, hier eine Fächerscheibe 22, geführt ist. Die Fächerscheibe 22 dient dazu, die Lenkdrähte 12 aufzufächern und den Umfang des Kreises, den die Lenkdrähte 12 an der aufgespannten Stelle beschreiben, zu vergrößern. Die Lenkdrähte 12 sind von der Werkzeugspitze 6 ausgehend durch den Schaft 2 durch eine koaxial dazu am proximalen Ende 3 angeordnete drehbare Hauptwelle 21 hindurchgeführt. Die Hauptwelle 21 weist dazu axial verlaufende Schlitze 24 auf, wobei die aus dem Schaft 2 austretenden Lenkdrähte 12 durch die Schlitze 24 der Hauptwelle 21 herausgeführt sind und in axial- proximaler Richtung weiter verlaufend durch die Fächerscheibe 22 aufgespannt sind. Die Fächerscheibe 22 weist zur sicheren Führung der Lenkdrähte 12 umfänglich äquidistant angeordnete keilförmige Kerben 23 auf. Die Lenkdrähte 12 werden dadurch, dass sie unter Spannung stehen, in die Kerbe 23 gezogen und dort von der sich verjüngenden Spitze der Kerbe 23 unter Zug geführt. Die Fächerscheibe 22 hat, damit sie möglichst wenig Gewicht hat, Ausnehmungen, die die Stabilität nicht beeinträchtigen; hier keilförmige Durchgangsöffnungen 25.In 2 and 3 it can be seen that each steering wire 12 is connected at one end, ie distally, to the articulation mechanism 9, or the pivoting members 11, and at the other end, ie proximally, as in FIG 2 until 6 to see, is guided by a guide device 22, here a serrated lock washer 22. The serrated lock washer 22 serves to Fan out steering wires 12 and increase the circumference of the circle that the steering wires 12 describe at the spanned point. Starting from the tool tip 6 , the steering wires 12 are passed through the shaft 2 through a rotatable main shaft 21 arranged coaxially thereto at the proximal end 3 . For this purpose, the main shaft 21 has slots 24 running axially, with the steering wires 12 emerging from the shaft 2 being led out through the slots 24 of the main shaft 21 and running further in the axial-proximal direction by the serrated lock washer 22 . The serrated lock washer 22 has wedge-shaped notches 23 arranged equidistant around the circumference for the secure guidance of the steering wires 12 . The steering wires 12 are pulled into the notch 23 by being under tension and are guided there by the tapered tip of the notch 23 under tension. The serrated lock washer 22 has, so that it weighs as little as possible, recesses that do not affect the stability; here wedge-shaped passage openings 25.

In proximaler Richtung entlang der Längsachse B ist auf die Fächerscheibe 22 folgend eine Halterscheibe 16 angeordnet. In dieser ist zentralaxial eine Durchtrittsöffnung 18 vorgesehen, in der die Hauptwelle 21 drehfest gelagert ist. Die Halterscheibe 16 haltert hier acht Linearmotoren 14. Dazu weist die Halterscheibe 16 für jeden Linearmotor 14 eine Aufnahmeöffnung 19 auf, alle Aufnahmeöffnungen 19 liegen äquidistant voneinander beabstandet auf einer gedachten Kreislinie auf der Halterscheibe 16. Diese gedachte Kreislinie ist im Umfang kleiner als der Gesamtumfang der Halterscheibe 16 selbst. In einer alternativen Ausführungsform der Halterscheibe kann diese auch einfach Ausnehmungen aufweisen, in die die Linearmotoren seitlich eingeklemmt werden.In the proximal direction along the longitudinal axis B, a holder disk 16 is arranged following the serrated lock washer 22 . In this, a passage opening 18 is provided centrally axially, in which the main shaft 21 is mounted in a rotationally fixed manner. The holder disc 16 holds eight linear motors 14 here. For this purpose, the holder disc 16 has a receiving opening 19 for each linear motor 14, all receiving openings 19 are equidistant from one another on an imaginary circular line on the holder disc 16. This imaginary circular line is smaller in circumference than the total circumference of the Holder disk 16 itself. In an alternative embodiment of the holder disk, it can also simply have recesses into which the linear motors are clamped laterally.

Die Halterscheibe 16 dient dazu, die Linearmotoren 14 zu halten und zu befestigen. Diese Linearmotoren 14 erstrecken sich durch die Halterscheibe 16 hindurch; sie haben ein Anschlussende, an dem elektrische Anschlussvorrichtungen 17, hier elektrische Leitungen 17, vorliegen, und erstrecken sich parallel zu der Längsachse B des chirurgischen Instruments 1 in proximaler Richtung.The holder disk 16 serves to hold and fasten the linear motors 14 . These linear motors 14 extend through the holder disk 16; they have a connection end at which electrical connection devices 17, here electrical lines 17, are present, and extend parallel to the longitudinal axis B of the surgical instrument 1 in the proximal direction.

Das zu der Fächerscheibe 22 weisende Ende der Linearmotoren 14 hat Aufnahmevorrichtungen 15, die hier als Klemmvorrichtungen ausgebildet sind. Eine Klemmschraube 15a ist in einen Schlitz 15b der zylindrisch ausgestalteten Aufnahmevorrichtung 15 eingebracht. Die Lenkdrähte 12 werden durch Verbinden mit der jeweiligen Klemmvorrichtung mit einem beweglichen Ende des Linearmotors 14 verbunden und über die Fächerscheibe 22 mit vorbestimmter Spannung aufgespannt.The end of the linear motors 14 pointing towards the serrated lock washer 22 has receiving devices 15, which are designed here as clamping devices. A clamping screw 15a is introduced into a slot 15b of the receiving device 15, which is designed in a cylindrical manner. The steering wires 12 are connected to a movable end of the linear motor 14 by being connected to the respective clamping device and stretched over the serrated lock washer 22 with a predetermined tension.

Bei den Linearmotoren 14 kann es sich um Linearmagnetzylinder handeln, die eine Anschlussvorrichtung 17 aufweisen, die elektrische Leitungen 17 sind. Mittels der elektrischen Leitungen 17 können die Linearmotoren 14 elektronisch angesteuert werden. Die elektronische Ansteuerung erfolgt seitens einer in dem chirurgischen Instrument 1 vorliegenden Elektronik oder einer Elektronik, die sich in einem Roboter-Arm (nicht dargestellt) befindet, der das chirurgische Instrument 1 hält bzw. bedient. Werden die Linearmotoren 14 angesteuert, bewegen sie sich und beeinflussen somit die Lenkdrähte 12, wobei diese je nach Steuerung gezogen oder gelockert werden (Hub der Linearmotoren distal-proximal), und direkt und linear auf den Abwinkelungsmechanismus 9 des chirurgischen Instruments 1 wirken. Pneumatikzylinder können ebenfalls als Linearmotoren 14 dienen.The linear motors 14 can be linear magnetic cylinders that have a connection device 17 that are electrical lines 17 . The linear motors 14 can be controlled electronically by means of the electrical lines 17 . The electronic control is carried out by electronics in the surgical instrument 1 or electronics that are located in a robot arm (not shown) that holds or operates the surgical instrument 1 . If the linear motors 14 are controlled, they move and thus influence the steering wires 12, which are pulled or loosened depending on the control (stroke of the linear motors distal-proximal), and act directly and linearly on the bending mechanism 9 of the surgical instrument 1. Pneumatic cylinders can also serve as linear motors 14 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Chirurgisches Instrumentsurgical instrument
22: Schaftshaft
33: proximales Ende (Schaft)proximal end (shaft)
44: Betätigungseinheitoperating unit
55: distales Ende (Schaft)distal end (shaft)
66: Werkzeugspitzetool tip
77: WerkzeugTool
88th: Betätigungselementactuator
99: Abwinkelungsmechanikdeflection mechanics
1010: drahtgesteuerter Lenkmechanismuswire-controlled steering mechanism
1111: Schwenkgliedswivel link
1212: Lenkdrahtsteering wire
1313: Antriebdrive
1414: Linearmotorlinear motor
1515: Aufnahmevorrichtungenrecording devices
15a15a: Klemmschraubeclamping screw
15b15b: Schlitzslot
1616: Halterscheibeholder disc
1717: elektrische Anschlussvorrichtungelectrical connection device
1818: Durchtrittöffnungpassage opening
1919: Aufnahmeöffnungintake opening
2121: Hauptwellemain shaft
2222: Fächerscheibeserrated washer
2323: Kerbescore
2424: Schlitz slot
BB: Längsachse des Instruments bzw. des SchaftsLongitudinal axis of the instrument or the shaft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US5454827B2 [0003]
US7699855B2 [0005]
US10105128B2 [0006]

Claims

Wire-controlled steering mechanism (10) of a surgical instrument (1), which has a shaft (2) with a longitudinal axis (B), along the longitudinal direction of which run steering wires (12), wherein at a distal end (5) of the shaft (2) a means tool tip (6) that can be bent with a distal bending mechanism (9), characterized in that each steering wire (12) can be connected at one end to the bending mechanism (9) of the surgical instrument (1) and is guided at the other end by a guide device (22), wherein the steering mechanism (10) for each steering wire (12) has a linear motor (14) assigned to it, to which an end of the steering wire (12) pointing out of the guide device (22) is connected.

Steering mechanism (10) after claim 1 , characterized in that the linear motors (14) are linear magnetic cylinders or pneumatic cylinders.

Steering mechanism (10) after claim 1 or 2 , characterized in that each linear motor (14) has on its side facing the steering wire (12) a receiving device (15) in which the steering wire (12) is received.

Steering mechanism (10) after claim 3 , characterized in that the receiving device (15) is a clamping device.

Steering mechanism (10) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the guide device (22) is a serrated lock washer (22) which increases the radial distance between the steering wires (12) and the longitudinal axis (B) of the shaft (2).

Steering mechanism (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the linear motors (14) are fixed in a holder disc (16), the holder disc (16) having a central axial passage opening (18) in which a proximal end (3) of the shaft (2) extends coaxially the main shaft (21) extending thereto is mounted in a rotationally fixed manner, and has a receiving opening (19) for each linear motor (14), the receiving openings (19) being equidistantly spaced from one another on a circular line.

Steering mechanism (10) according to at least one of claims 2 until 6 , characterized in that the linear motors (14) have electrical connection devices (17) for connection to an electrical interface.

Surgical instrument (1), which has a wire-controlled steering mechanism (10), which has a shaft (2) with a longitudinal axis (B), along the longitudinal direction of which run steering wires (12), wherein at a distal end (5) of the shaft ( 2) a tool tip (6) that can be bent by means of a distal bending mechanism (9) is arranged with a tool (7) and an actuating unit (4) for actuating the tool tip (6) that can be bent arranged is characterized in that the wire-controlled steering mechanism (10) is a steering mechanism (10) according to at least one of Claims 1 until 7 is.

Surgical instrument (1) after claim 8 , characterized in that the distal bending mechanism (9) of the bendable tool tip (6) consists of pivoting members (11) arranged at the distal end (5) of the shank (2) which can be pivoted in the longitudinal direction (B) of the shank (2) running steering wires (12) are connected to the steering mechanism (10).