DE102021119618B4

DE102021119618B4 - Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit

Info

Publication number: DE102021119618B4
Application number: DE102021119618.3A
Authority: DE
Inventors: Janosz Schneider; Dominik Längle; Sven Axel GRÜNER; Jochen Stefan; Thorsten Ahrens
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: 2023-02-23
Anticipated expiration: 2041-07-29
Also published as: WO2023006681A1; DE102021119618A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinheit (10) zum Betreiben eines medizinischen Instruments (12) mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20), mit einem distalseitig an dem Schaft (14) angeordneten, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildeten Werkzeug (16) und einer proximalseitig an dem Schaft (14) angeordneten Steuereinheit (18) zum Manipulieren des Werkzeugs (16) mittels der Lenkdrähte (20), umfassend erste Eingabemittel (22) zum kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen, bevorzugt ununterbrochenen und/oder absoluten, Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe, insbesondere einer natürlichen Benutzerbewegung von bewegbaren ersten Bedienmitteln, in eine Verstellbewegung des Werkzeugs (16) in einem ersten Handhabungsmodus, um das Werkzeug (16) mittels der Steuereinheit (18) relativ zur Längsachse (L) begrenzt zu schwenken und/oder um die Erstreckungsachse (E) begrenzt zu rotieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabeeinheit zum Betreiben eines medizinischen Instruments nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein medizinisches System mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit und zumindest einem medizinischen Instrument.
Eine gattungsbildende Eingabeeinheit zum Betreiben eines medizinischen Instruments ist beispielsweise aus der US 5 454 827 A bekannt.
Das bekannte medizinische Instrument umfasst einen hohlen, sich entlang einer Längsachse erstreckenden Schaft zum Aufnehmen von Lenkdrähten, wobei der Schaft distalseitig ein entlang einer Erstreckungsachse ausgebildetes Werkzeug und proximalseitig eine Steuereinheit aufweist, die zum Manipulieren des Werkzeugs mittels der Lenkdrähte ausgebildet ist. Die Steuereinheit weist eine räumlich verstellbare Scheibe auf, die mit vier Lenkdrähten gekoppelt ist und über distalseitig angeordnete Schwenkglieder das Werkzeug relativ zur Längsachse verschwenken kann.
Für die Steuerung der Manipulation des medizinischen Instruments ist eine gattungsbildende Eingabeeinheit mit ersten Eingabemitteln vorgesehen, die sich mittels der Hand einer Bedienperson bedienen lassen. Somit werden ergonomische Benutzereingaben der Bedienperson kontinuierlich, also schwenk- und/oder rotationsgetreu in die Manipulation des Werkzeugs umgesetzt. Neben dem reinen Verschwenken des Werkzeugs zum Beeinflussen der Ausrichtung kann das Werkzeug zudem über mit dem Zeigefinger der Bedienperson zusammenwirkende Bedienmittel zusätzlich manipuliert werden, um beispielsweise ein als ein Maulteil ausgebildetes Werkzeug zwischen einem offenen und einem geschlossenen Zustand zu verstellen. Ferner ist eine begrenzte Rotation des Werkzeugs durch das Rotieren der gegriffenen Eingabeeinheit umsetzbar, wobei die Rotation durch die natürliche Bewegungsfreiheit der Hand und/oder des Arms der Bedienperson abgebildet wird.
Bei der Steuerung des medizinischen Instruments folgen die Verstellbewegungen des Werkzeugs somit stets den natürlichen Bewegungen der Hand bzw. des Arms der Bedienperson und zwar in einer ununterbrochenen und/oder absoluten Weise. Mit anderen Worten folgt das mechanisch gekoppelte Werkzeug den ergonomisch begrenzten Benutzereingaben der Bedienperson kontinuierlich, damit die Bedienperson stets die Kontrolle über das Werkzeug besitzt und somit ein präzises Arbeiten im operativen Einsatz ermöglicht wird.
Die gattungsbildenden Eingabeeinheiten ermöglichen hierdurch die präzise Durchführung von minimalinvasiven medizinischen Operationen, um beispielsweise Gewebeproben zu entnehmen, Gewebe zu vernähen oder andere operative Aktionen im sensiblen Umfeld auszuführen.
Nachteilig bei der bekannten Eingabeeinheit ist die begrenzte und/oder eingeschränkte Manipulation des Werkzeugs, da es zu einer schwenk- und rotationsgetreuen Abbildung der natürlichen Benutzerbewegung kommt, weshalb es zusätzlich zu der mechanischen und/oder konstruktiven Beschränkung des Werkzeugs zu einer Einschränkung aufgrund des Grads der natürlichen Bewegungsfreiheit der Bedienperson kommt.
Ferner sind auch medizinische Instrumente bekannt, die mittels einer Spindel ein bereichsweises mechanisch begrenztes Rotieren des Werkzeugs für einen begrenzten Rotationsbereich ermöglichen. Für die Steuerung werden Eingabeeinheiten eingesetzt, die eine rotationsgetreue Steuerung des Werkzeugs ermöglichen, wobei es zum Überwinden der eingeschränkten Bewegungsfreiheit der Bedienperson zu einer Unterbrechung in der Steuerung kommt, indem die Bedienperson die ersten Eingabemittel umgreift oder es zu einer kurzzeitigen Unterbrechung und/oder Entkopplung zwischen der Eingabeeinheit und dem Werkzeug für ein Zurückstellen und/oder Rückführen der ersten Eingabemittel kommt, was immer mit einem kurzzeitigen Kontrollverlust über das Werkzeug verbunden ist.
Ferner existiert zwischenzeitlich eine vielversprechende Weiterentwicklung des beschriebenen medizinischen Instruments, die in der DE 10 2019 121 092 A1 der Anmelderin beschrieben ist. Vereinfacht gesagt, wird es nun durch eine verbesserte Mechanik ermöglicht, dass das Werkzeug endlos um seine Erstreckungsachse rotierbar ist. Vorteilhaft ist somit die Rotation des Werkzeugs auch unabhängig von dem Verschwenken des Werkzeugs durchführbar, weshalb der Einsatzbereich des medizinischen Instruments wesentlich erweitert wird. Problematisch ist nun die Steuerung eines derart weiterentwickelten medizinischen Instruments, da die Steuerung einer endlosen Rotation nichtmehr durch die schwenk- und/oder rotationsgetreue Abbildung der Benutzerbewegung ausführbar ist. Da im operativen Einsatz meistens eine Steuerung von zwei Werkzeugen mittels jeweils einer Hand der Bedienperson erfolgt, scheidet eine Steuerung mittels einer 2-Hand-Bedienung aus. Ferner soll die Bedienperson stets die Kontrolle über das Werkzeug behalten, damit es unabhängig vom Steuern der endlosen Rotationsbewegung des Werkzeugs stets zu einer ununterbrochenen Kopplung zwischen den ersten Eingabemitteln und dem Werkzeug kommt, um die Benutzerbewegungen schwenk- und/oder rotationsgetreu auf das Werkzeug abzubilden.
Die US 2018 / 0 310 999 A1 zeigt ein chirurgisches Robotersystem umfassend ein Verbindungsgestänge, eine Eingabevorrichtung und eine Verarbeitungseinheit. Das Verbindungsgestänge trägt ein chirurgisches Werkzeug relativ zu einer Basis. Die Eingabevorrichtung ist um eine erste Drehachse und eine zweite Drehachse drehbar. Die Verarbeitungseinheit steht mit der Eingabevorrichtung und dem Verbindungsgestänge in Verbindung, um das chirurgische Werkzeug um eine erste oder eine zweite Bewegungsachse zu drehen, basierend auf einer entsprechenden Drehung der Eingabevorrichtung um die erste oder zweite Drehachse mit einem ersten oder zweiten Skalierungsfaktor.
Die US 2016 / 0 184 040 A1 offenbart eine Steuereinheit für ein medizinisches Gerät. Die Steuereinheit umfasst eine Handflächenschnittstelle, die mit einer Handfläche in Eingriff gebracht werden kann, eine Rückhaltevorrichtung, die sich elastisch verformen kann, um eine Rückhaltekraft auf den Handrücken auszuüben, und eine Fingerschnittstelle, die mit einem oder mehreren Fingern der Hand in Eingriff bringbar ist.
Die DE 10 2017 103 199 A1 betrifft ein Bediengerät für ein robotergestütztes Chirurgiesystem, das ein manuell betätigbares Bedienelement sowie eine Schnittstelle zur Befestigung des Bediengeräts an einer Halteeinheit umfasst. Das Bedienelement ist, wenn es an der Halteeinheit befestigt ist, relativ zur Schnittstelle um drei orthogonal zueinander verlaufende Drehachsen drehbar, wobei sich diese drei Drehachsen in einem gemeinsamen Schnittpunkt schneiden.
Die WO 2020/ 188 390 A1 offenbart eine Eingabesteuervorrichtung. Die Eingabesteuervorrichtung umfasst einen zentralen Abschnitt, der mit einem mehrachsigen Kraft- und Drehmomentsensor gekoppelt ist, der so konfiguriert ist, dass er Eingabesteuerbewegungen von einem Chirurgen empfängt. Die Eingabesteuervorrichtung umfasst auch ein Drehgelenk, das mit einem Drehsensor gekoppelt ist. Die Eingabesteuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie Steuerbewegungen an einen Roboterarm und/oder ein Roboterwerkzeug auf der Grundlage von Eingabesteuerungen bereitstellt, die von dem mehrachsigen Kraft- und Drehmomentsensor und dem Drehsensor erfasst werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Eingabeeinheit vorzuschlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Eingabeeinheit anzugeben, die trotz des kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen Umsetzens einer Benutzereingabe die Steuerung einer endlosen Rotation des Werkzeugs ermöglicht.
Ferner besteht die Aufgabe darin, ein medizinisches System mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit und zumindest einem medizinischen Instrument anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Eingabeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes medizinisches System gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen eine Eingabeeinheit mit ersten Eingabemitteln und zweiten Eingabemitteln anzugeben. Die erfindungsgemäße Eingabeeinheit ist zum Betreiben eines medizinischen Instruments mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse erstreckenden Schaft zum Aufnehmen von Lenkdrähten ausgebildet, wobei an einem ersten oder distalseitigen Ende des Schafts ein Werkzeug angeordnet ist, das sich entlang einer Erstreckungsachse erstreckt. Ferner ist an einem zweiten oder proximalseitigen Ende des Schafts eine Steuereinheit zum Manipulieren des Werkzeugs mittels der Lenkdrähte vorgesehen. Die erfindungsgemäßen ersten Eingabemittel sind zum kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe einer Bedienperson in eine Verstellbewegung des Werkzeugs in einem ersten Handhabungsmodus ausgebildet, um das Werkzeug durch die ersten Eingabemittel mittels der Lenkdrähte über die Steuereinheit relativ zur Längsachse zu verschwenken und/oder um die Erstreckungsachse zu rotieren. Aufgrund der baulichen Ausgestaltung des bereichsweise starr ausgebildeten Schafts ist eine Schwenkung des Werkzeugs in Bezug auf die Längserstreckung des Schafts nur über einen begrenzten Schwenkbereich möglich. Ferner ist auch das Rotieren des Werkzeugs nur über einen begrenzten Rotationsbereich möglich, der durch die natürliche Beweglichkeit der Bedienperson, insbesondere einer die ersten Bedienmittel greifenden Hand der Bedienperson, die dann in Bezug auf die kontinuierliche, also absolute Einbringung einer Rotation aufgrund des Aufbaus des menschlichen Arms in Bezug auf den Rotationsbereich begrenzt ist.
Erfindungsgemäß sind nämlich als erste Eingabemittel Bedienmittel für das Manipulieren des Werkzeugs vorgesehen, die kontinuierlich, also ohne eine Unterbrechung in der Kopplung zwischen den Bedienmitteln und dem Werkzeug, eine Übersetzung, Umsetzung und/oder Umformung der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe in die Manipulation des Werkzeugs abbilden.
Besonders bevorzugt sind die ersten Eingabemittel zum ununterbrochenen und/oder absoluten Umsetzen der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe, insbesondere einer natürlichen Benutzerbewegung von bewegbaren ersten Bedienmitteln, ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten Eingabemittel durch ein über ein Trägerelement mit einer kardanischen Aufhängung gekoppeltes Pinzettenelement ausgebildet, wobei das Pinzettenelement zwei Schenkelabschnitte aufweist, die über eine Lagereinheit so relativ zueinander verschwenkbar aufgehängt sind, dass eine Bedienperson der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit ein Schwenken der beiden Schenkelabschnitte durch das Greifen der beiden Pinzettenelemente zwischen Daumen und Zeigefinger zum Einbringen einer Kraft realisieren kann, um das Werkzeug zu manipulieren. In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, wenn das Werkzeug als ein Maulteil ausgebildet ist, wobei durch das Schwenken der beiden Schenkelabschnitte die Schließposition des Maulteils steuerbar ist.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Pinzettenelement einen Pistolengriffabschnitt, der so relativ zu den beiden Schenkelabschnitten angeordnet und/oder ausgerichtet ist, dass die Handfläche der Bedienperson beim Ausführen der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe im ersten Handhabungsmodus gestützt wird. Erfindungsgemäß verbessert sich hierdurch die Steuerung des Werkzeugs im ersten Handhabungsmodus, da beim Ausführen der Schwenk- und/oder Rotationsbewegungen der Krafteintrag von der Hand der Bedienperson zu den ersten Eingabemitteln durch den Pistolengriffabschnitt verbessert wird, weshalb das Pinzettenelement zusammen mit dem Pistolengriffabschnitt präzise um die drei Schenkachsen der kardanischen Aufhängungen bewegbar ist.
Ferner sind die zweiten Eingabemittel zum zumindest abschnittsweisen, nicht absoluten Umsetzen wenigstens einer weiteren Benutzereingabe in eine endlose Rotationsbewegung des Werkzeugs um seine Erstreckungsachse in einem zweiten Handhabungsmodus ausgebildet.
Erfindungsgemäß vorteilhaft sind die zweiten Eingabemittel als zweite Bedienmittel entweder unmittelbar an dem Pistolengriffabschnitt angeordnet oder in einem der beiden Schenkelabschnitte ausgebildet.
Vorteilhaft ermöglicht der Pistolengriffabschnitt die Handhabung und/oder Ergonomie des erfindungsgemäßen Pinzettenelements zu verbessern, um insbesondere bei langen Bedienzeiten eine präzise Steuerung des Werkzeugs zu ermöglichen. Ferner ermöglicht der sich positiv auf den ersten Handhabungsmodus auswirkende Pistolengriffabschnitt zusätzlich die Aufnahme der zweiten Bedienmittel, die für die Steuerung des Werkzeugs im zweiten Handhabungsmodus ausgebildet sind.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die zweiten Bedienmittel durch ein Rotierelement, insbesondere ein Drehrad, ein Tastrad oder ein bereichsweise rotierbares Wippelement ausgebildet, das vom Pistolengriffabschnitt, insbesondere von einer seitlichen Außenfläche des Pistolengriffabschnitts, so aufgenommen ist, dass es bereichsweise übersteht, derartig, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson mittels der restlichen Finger der zum Verschwenken der Schenkelabschnitte verwendeten Hand bedienbar, also rotier- oder betätigbar ist, um durch das Bedienen des Rotierelements die weitere Benutzereingabe zu erfassen.
Durch das ausgebildete Rotierelement, das unabhängig von dem Pinzettenelement und der kardanischen Aufhängung bedienbar ist, lässt sich das Werkzeug im zweiten Handhabungsmodus unabhängig von dem ersten Handhabungsmodus bedienen, um somit die endlose Rotation des Werkzeugs zu steuern.
Weiterbildend ist es in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das Rotierelement um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist und sich die Rotationsachse im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung des Pistolengriffabschnitts erstreckt. Vorteilhaft kann somit das Rotierelement mittels der freien, also unbenutzten Finger der Hand der Bedienperson rotiert werden. Die Ausrichtung ermöglicht eine besonders ergonomische Bedienung der zweiten Eingabemittel für die Steuerung des Werkzeugs im zweiten Handhabungsmodus.
Das Rotierelement ist bevorzugt als ein Drehrad oder als ein Tastrad ausgebildet. Das Drehrad ist bevorzugt endlos um die Rotationsachse rotierbar, wobei durch die Rotationsrichtung und die Rotationsgeschwindigkeit des Drehrads die endlose Rotation des Werkzeugs steuerbar ist.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Rotierelements als Tastrad wird die Rotationsrichtung des Werkzeugs durch zwei Rotationsbereiche des Tastrads definiert. So ist das Tastrad aus einer zentralen Ruheposition in zwei entgegengesetzte Rotationsrichtungen in jeweils wenigstens eine Endposition oder Stellposition rotierbar, wobei es in der jeweiligen Endposition bzw. Stellposition zum Aktivieren einer dauerhaften Rotationsbewegung des Werkzeugs kommt. Besonders bevorzugt sind auch zwei oder mehr Stellpositionen vorgesehen, in denen die dauerhafte Rotation des Werkzeugs mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten aktivierbar ist.
In einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung sind die zweiten Bedienmittel durch wenigstens ein Schaltelement ausgebildet, das zum Umschalten zwischen dem ersten Handhabungsmodus und dem zweiten Handhabungsmodus ausgebildet ist. Vorteilhaft kann der Rotationsmechanismus der kardanischen Aufhängung somit neben dem Erfassen von Rotationsbewegungen im ersten Handhabungsmodus auch für die Steuerung des zweiten Handhabungsmodus genutzt werden. Hierbei lässt sich nach dem Aktivieren der Steuerung des zweiten Handhabungsmodus durch das Betätigen des Schaltelements das Pinzettenelement zusammen mit dem Pistolengriffabschnitt in eine linke Stellposition und eine rechte Stellposition rotieren, wobei in der linken Stellposition das Aktivieren einer linken endlosen Rotationsbewegung des Werkzeugs und in der rechten Stellposition das Aktivieren einer rechten endlosen bzw. dauerhaften Rotationsbewegung des Werkzeugs aktiviert wird. Somit liegt in diesem Fall eine Entkopplung zwischen Benutzerbewegung und Rotationsbewegung des Werkzeugs vor.
Dagegen liegt im ersten Handhabungsmodus eine rotationsgetreue Abbildung der Benutzerbewegung auf das Werkzeug vor, das somit nur so weit rotiert werden kann, wie es die Bewegungsfreiheit der Hand und/oder des Arms der Bedienperson ermöglicht.
Alternativ können die zweiten Bedienmittel auch durch ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das erste Schaltelement so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des ersten Schaltelements ein erster Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs zu aktivieren und wenn das zweite Schaltelement so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des zweiten Schaltelements eine zweiter Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte rechte Rotationsbewegung des Werkzeugs zu aktivieren. Ferner sind das erste und das zweite Schaltelement so ausgebildet, dass in einem dritten Schaltzustand das Werkzeug keine Rotationsbewegung ausführt, um im dritten Schaltzustand in der bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs als Maulteil eine Greif- und/oder Schneidefunktionalität mittels des mit Daumen und Zeigefinger zusammenwirkenden Pinzettenelements zu steuern. Anders ausgedrückt ist bevorzugt durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des ersten Schaltelements eine Rotationsbewegung des Werkzeugs in die linke Richtung aktivierbar und beim dauerhaften oder kurzzeitigen Betätigen des zweiten Schaltelements ist eine Rotationsbewegung des Werkzeugs in die rechte Richtung aktivierbar. Die beiden Schaltelemente sind in diesem Zusammenhang bevorzugt im Pistolengriffabschnitt angeordnet und zwar weiter bevorzugt in einem äußeren Seitenbereich des Pistolengriffabschnitts, der von den restlichen Fingern der Hand der Bedienperson beim Rotieren und/oder Verschwenken des kardanisch aufgehängten Pinzettenelement frei erreichbar ist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schenkelabschnitt einen oberen Schenkelabschnitt und einen unteren Schenkelabschnitt, wobei der obere Schenkelabschnitt und der untere Schenkelabschnitt gemeinsam um eine erste Schwenkachse verschwenkbar sind, insbesondere um das als Maulteil ausgebildete Werkzeug zu manipulieren. Zusätzlich ist der obere Schenkelabschnitt relativ zu dem unteren Schenkelabschnitt um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar gelagert, wobei die zweite Schwenkachse insbesondere orthogonal zu der ersten Schwenkachse ausgerichtet ist. Anders ausgedrückt kann die Steuerung des zweiten Handhabungsmodus bevorzugt durch Verschränkung des oberen Schenkelabschnitts relativ zum unteren Schenkelabschnitt realisiert werden, um hierüber die endlose bzw. dauerhafte Rotation des Werkzeugs zu steuern.
Durch die bevorzugte orthogonale Ausrichtung der ersten Schwenkachse zur zweiten Schwenkachse wird ein/e unabhängige Steuerung und/oder Bedienen des ersten Handhabungsmodus von dem zweiten Handhabungsmodus vorteilhaft ermöglicht. Mit anderen Worten kann gleichzeitig zum Einbringen einer Schwenkbewegung zum gemeinsamen Schwenken des oberen Schenkelabschnitts und des unteren Schenkelabschnitts eine weitere Schwenkbewegung zum Verschwenken des oberen Schenkelabschnitts relativ zu dem unteren Schenkelabschnitt in das Pinzettenelement eingebracht werden, um die endlose Rotation des Werkzeugs unmittelbar zu steuern oder den zweiten Handhabungsmodus zu aktivieren.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Schenkelabschnitt in einem Endbereich eine Fingerschlaufe, die bevorzugt ringförmig ausgebildet ist, um beim Verschwenken der Schenkelabschnitte auch eine entgegengerichtete Kraft zum Rückführen der Schenkelabschnitte in das Pinzettenelement einbringen zu können.
Die Fingerschlaufe ist also zum Aufnehmen des Fingers und des Daumens endseitig des Schenkelabschnitts angeordnet und vom Durchmesser so dimensioniert, dass sie zum Aufnehmen eines Zeigefingers und/oder eines Daumens ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt sind die Fingerschlaufen endseitig vom oberen Schenkelabschnitt angeordnet, da somit auch besonders leicht eine Kraft zum Schwenken des oberen Schenkelabschnitts relativ zum unteren Schenkelabschnitt in das Pinzettenelement einbringbar ist.
Schließlich ist im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Pinzettenelement Kraftspeichermittel umfasst, wobei die Schenkelabschnitte entgegen der Kraft der Kraftspeichermittel aus der Ruhestellung um die erste Schwenkachse und/oder die zweite Schwenkachse verschwenkbar sind, um nach einem manuellen Verschwenken der Schenkelabschnitte ein automatisiertes und/oder selbsttätiges Rückstellen der Schenkelabschnitte in die Ruhestellung durch die Kraftspeichermittel zu realisieren. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Kraftspeichermittel als Federelement, insbesondere Zugfeder oder Druckfeder, ausgebildet sind. Vorteilhaft wird somit das Bedienen des ersten Handhabungsmodus und/oder des zweiten Handhabungsmodus zum Steuern des Werkzeugs vereinfacht, da von der Bedienperson lediglich eine unidirektionale, also in eine Richtung gerichtete Kraft in die Schenkelabschnitte eingebracht werden muss .
Zudem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schutz beansprucht für ein medizinisches System, insbesondere einen Endeffektor und/oder einen Chirurgieroboter, das wenigstens eine erfindungsgemäße Eingabeeinheit und ein medizinisches Instrument aufweist.
Das medizinische Instrument umfasst einen hohlen, sich entlang einer Längsachse erstreckenden Schaft, eine Steuereinheit und ein Werkzeug für einen operativen Einsatz.
Der Schaft ist zum Aufnehmen von Lenkdrähten zum mechanischen Steuern des Werkzeugs ausgebildet, wobei das Werkzeug an einem distalseitigen Ende des Schafts angeordnet ist und sich entlang einer Erstreckungsachse erstreckt.
An dem proximalseitigen Ende des Schafts ist die Steuereinheit angeordnet, die mit dem Werkzeug über die Lenkdrähte in Wirkverbindung steht, um das Werkzeug in einem ersten Handhabungsmodus zu verschwenken, insbesondere begrenzt zu verschwenken und begrenzt zu rotieren, wobei das Werkzeug über die Steuereinheit zudem in einem zweiten Handhabungsmodus endlos rotiert werden kann.
Ein bevorzugtes medizinisches Instrument wird in der DE 10 2019 121 092 A1 der Anmelderin beschrieben, wobei auf die entsprechende Offenbarung vollumfänglich Bezug genommen wird und die offenbarten Merkmale des medizinischen Instruments als zur Erfindung im Rahmen einer Weiterbildung hiermit in ihrer Gänze in die Anmeldung miteinbezogen werden.
Besonders bevorzugt betrifft die Erfindung ein medizinisches System, insbesondere Endeffektor und/oder Chirurgieroboter, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, mit zumindest einer zuvor beschriebenen Eingabeeinheit und mit zumindest einem medizinischen Instrument, umfassend einen hohlen, sich entlang einer Längsachse erstreckenden Schaft zum Aufnehmen von Lenkdrähten für ein Werkzeug, das distalseitig an dem Schaft angeordnete, entlang einer Erstreckungsachse ausgebildete Werkzeug für eine medizinische Anwendung an Patienten, eine proximalseitig an dem Schaft angeordnete Steuereinheit, die mit dem Werkzeug über die Lenkdrähte in Wirkverbindung steht, um das Werkzeug in einem ersten Handhabungsmodus und in einem zweiten Handhabungsmodus zu bewegen.
Bevorzugt weist das medizinische Instrument eine räumlich verstellbare Scheibe auf, um die Lenkdrähte entlang der Längsachse des Schaftes zu schwenken, wobei die Scheibe zusammen mit dem Schaft und den Lenkdrähten um die Längsachse rotierbar ist und wobei die Steuereinheit bevorzugt zum Verschwenken der Scheibe ausgebildet ist.
Das Werkzeug ist bevorzugt als ein Maulteil, insbesondere eine Maulklemme, eine Zange, eine Darmfasszange, eine Schere, ein Nadelhalter, ein Tasthaken oder dergl. Operationswerkzeug ausgebildet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand von lediglich schematischen Zeichnungen.
Es zeigen:

1: eine perspektivische Ansicht eines medizinischen Instruments mit einer rein symbolisch dargestellten erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
2a bis 2c: eine perspektivische Ansicht auf ein Werkzeug des medizinischen Instruments gemäß der 1 sowie schematisiert dargestellte erste Eingabemittel der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
3a bis 3c: eine perspektivische Ansicht auf das bekannte Werkzeug aus der 2 sowie schematisiert dargestellte zweite Eingabemittel der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
4: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
5: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit und in
6: eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit.

Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der 1 ist ein medizinisches System 1000 mit einem medizinischen Instrument 12 dargestellt, das mittels einer als Blackbox ausgebildeten erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 betreibbar ist. Das medizinische Instrument 12 weist einen hohlen Schaft 14 auf, der proximalseitig bzw. an einem proximalen Ende 30 eine auch nur als Blackbox dargestellte Steuereinheit 18 und distalseitig bzw. an einem distalen Ende 32 ein Werkzeug 16 umfasst, wobei das Werkzeug 16 mit der Steuereinheit 18 über Lenkdrähte 20 in Wirkverbindung steht.
Die Steuereinheit 18 ermöglicht einen endlosen rotatorischen Antrieb des figürlich dargestellten um 90° verschwenkten Werkzeugs 16. Dazu kann beispielsweise eine Steuereinheit 18 verwendet werden, wie sie aus der bereits erwähnten DE 10 2019 121 092 A1 der Anmelderin bekannt ist.
Bei dem Werkzeug 16 handelt es sich um ein mit Maulelementen 34 versehenes Werkzeug 16, insbesondere Maulteil 17, wobei die Maulelemente 34 auch über die Steuereinheit 18 zangenartig zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand verstellbar sind, um die Greiffunktionalität des Maulteils 17 zu realisieren.
Das Werkzeug 16 ist über einen Gelenkmechanismus 36 relativ zur Längsachse L des Schafts 14 verschwenkbar, wobei der Gelenkmechanismus 36 durch am distalen Ende 32 des Schafts 14 angeordnete Schwenkglieder 38 ausgebildet ist, die über in Längsrichtung L des Schafts 14 verlaufende Lenkdrähte 20 so mit einem nicht figürlich dargestellten, am proximalen Ende 30 des Schafts 14 angeordneten Antrieb 40 verbunden sind, dass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs 40 und eine entsprechende relative Bewegungen der distalseitigen Schwenkglieder 38 ein Verschwenken des Werkzeugs 16 verursacht.
Ein entsprechender Antrieb 40 ist beispielsweise aus der bereits genannten DE 10 2019 121 092 A1 der Anmelderin bekannt. Dabei sind die Lenkdrähte 20 proximalseitig mit einer nicht figürlich dargestellten Scheibe verbunden, die sich mittels der Antriebe 40 räumlich verschwenken und rotieren lässt. Das Verschwenken der Scheibe bewirkt, dass sich die Lenkdrähte 20 entlang der Längsachse L des Schaftes 14 teilweise spannen und dass sich das in eine z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems erstreckende Werkzeug 16 mittels dem Gelenkmechanismus 36 anteilig um die Raumachsen x, y des kartesischen Koordinatensystems schwenken lassen. Die Schwenkbewegungen ω_x, ω_y um die Raumachsen x, y ermöglichen also eine räumliche Ausrichtung des Werkzeugs 16.
Durch die Rotation des Schaftes 14 zusammen mit den Lenkdrähten 20 um die Längsachse L lässt sich das Werkzeug 16 auch relativ zu der Steuereinheit 18 dauerhaft bzw. endlos rotieren. Durch die Verwendung der schwenkbaren und rotierbar gelagerten Scheibe kann das Werkzeug 16 gleichzeitig zu einer dauerhaften Rotation um die Längsachse L auch durch die Lenkdrähte 20 entlang der Längsachse L verstellt werden. Dadurch kann die räumliche Ausrichtung des Werkzeugs 16 bei der dauerhaften Rotation des Schafts 14 ausgeglichen werden, wobei das Werkzeug 16 um seine Erstreckungsachse E mit einer Rotationsbewegung ω_E rotiert. Befindet sich das Werkzeug 16 in einem nicht geschwenkten Zustand, so entspricht die Erstreckungsachse E des Werkzeugs 16 der Längsachse L des Schafts 14, erstreckt sich also in z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems.
Da die Lenkdrähte 20 zusammen mit dem Schaft 14 um die Längsachse L rotieren können, ist eine endlose Rotation um die Längsachse L oder die Erstreckungsachse E mittels des Antriebs 40 realisierbar, ohne dass sich die Lenkdrähte 20 ineinander zu einer Kordel verdrehen und eine Steuerung der Schwenkbewegung ω_x, ω_y begrenzen oder verhindern.
In den 2a bis 2c ist zur Veranschaulichung der Funktionsweise der ersten Eingabemittel 22 der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 das Wirkprinzip beim Umformen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe einer Bedienperson in eine Manipulation des als Maulteils 17 ausgebildeten Werkzeugs 16 schematisiert dargestellt.
In der 2a ist die Eingabeeinheit 10 und das Maulteil 17 in einer Ruhestellung oder einer Grundposition jeweils mit Markierungen 42 zur Verdeutlichung der Ausrichtung dargestellt.
Die ersten Eingabemittel 22 sind vorliegend als greifbarer Zylinder ausgebildet, der mittels einer nicht dargestellten kardanischen Aufhängung mit der nicht dargestellten Steuereinheit 18 in Wirkkontakt steht.
Zur Vereinfachung wird davon ausgegangen, dass die ergonomisch begrenzte Benutzereingabe sich lediglich auf eine Rotation des Maulteils 17 um die Erstreckungsachse E im ersten Handhabungsmodus beschränkt, weshalb es durch den Grad der Bewegungsfreiheit des Arms bzw. der Hand zu einer Begrenzung des Rotationsbereichs kommt.
Die Rotationsbewegung ω_z der ersten Eingabemittel 22 und die Rotationsbewegung ω_E des Werkzeugs 16 sind in dem ersten Handhabungsmodus zueinander rotationsgetreu ausgebildet, weisen also betragsweise gleiche Winkelgeschwindigkeiten auf.
In der 2b wurden die ersten Eingabemittel 22 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen ersten Winkelbereich X1 rotiert, wobei diese Rotationsbewegung winkeltreu auf das Maulteil 17 übertragen wurde. Ferner wurden die ersten Eingabemittel 22 anschließend in Bezug auf 2c aus der in der 2b dargestellten Position im Uhrzeigersinn um einen zweiten Winkelbereich X2 rotiert, wobei auch hier das Maulteil 17 winkelgetreu der Rotationsbewegung der ersten Eingabemittel 22 folgt.
Die Hand der Bedienperson bleibt bei der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe stets in Kontakt mit den ersten Eingabemitteln 22. Es soll also im ersten Handhabungsmodus nicht zu einem Umgreifen oder kurzzeitigen Unterbrechen zwischen der Eingabeeinheit und dem Werkzeug kommen, da eine kontinuierliche und vorzugsweise ununterbrochene Abbildung der in die ersten Eingabemittel 22 eingebrachten Rotationsbewegung ω_z in die Rotationsbewegung ω_E des Maulteils 17 realisiert werden soll. Eine Bedienperson hat also eine kontinuierliche und ununterbrochene Kontrolle über die Verstellbewegung des Werkzeugs 16, insbesondere um präzise komplexe minimalinvasive Eingriffe und/oder medizinische Operationen in einem sensiblen Umfeld durchführen zu können.
Durch die Physiologie der menschlichen Hand ist der Rotationsbereich auf einen maximalen Rotationswinkel von etwa ±90° um die Ruhestellung und somit insgesamt auf etwa 180° um die Ruhestellung oder Grundposition beschränkt.
In der 3a bis 3c erfolgt neben der Steuerung des Werkzeugs16 im ersten Handhabungsmodus zusätzlich die Steuerung des Werkzeugs 16 über die zweiten Eingabemittel 24 im zweiten Handhabungsmodus.
Die zweiten Eingabemittel 24 sind vorliegend durch den identischen greifbaren Zylinder ausgebildet, um die Steuerung des Werkzeugs 16 sowohl im ersten Handhabungsmodus als auch im zweiten Handhabungsmodus zu realisieren.
In der 3a, wie auch schon in der 2b, sind die ersten Eingabemittel 22 und somit auch die zweiten Eingabemittel 24 aus der Grundposition der 2a entgegen dem Uhrzeigersinn um den Winkelbereich X1 rotiert dargestellt, wobei der Winkelbereich X1 auf das Maulteil 17 rotationsgetreu abgebildet wurde und eine entsprechende Rotation bewirkt. Es erfolgt somit eine Steuerung des Werkzeugs im ersten Handhabungsmodus.
In der 3b wurde der Zylinder durch eine weitere Benutzerbewegung um den, in Bezug auf den ersten Winkelbereich X1 größeren dritten Winkelbereich X3 rotiert, wodurch die zweiten Eingabemittel 24 in einen Endanschlag 44 geführt wurden, in dem es zum Aktivieren einer endlosen Rotationsbewegung des Maulteils 17 kommt. Das Maulteil 17 rotiert somit in Folge der weiteren Benutzereingabe 21 endlos um ihre Erstreckungsachse E.
Durch Zurückführen der zweiten Eingabemittel 24 in die Grundposition gemäß der 3c wird die endlose Rotation des Werkzeugs 16 wieder unterbrochen. Dabei folgt das Werkzeug 16 nicht der Bewegung der zweiten Eingabemittel 24 zurück in die Grundposition, sodass die Position der Markierungen 42 des Werkzeugs 16 und der Eingabeeinheit 10 relativ zueinander verstellt sein können. Vorteilhaft wird es somit im zweiten Handhabungsmodus durch die zweiten Eingabemittel 24 ermöglicht, dass im Unterschied zu dem Wirkprinzip der in Bezug auf die 2b und 2c beschriebenen ersten Eingabemittel im ersten Handhabungsmodus, die Geschwindigkeit der Rotationsbewegung ω_E zumindest abschnittsweise nicht rotationsgetreu entsprechend der weiteren Benutzereingabe umgesetzt wird. Die weitere Benutzereingabe ist jedoch weiterhin ununterbrochen mit der Rotationsbewegung ω_E des Werkzeugs 16 gekoppelt, um stets eine vollständige Kontrolle über die Werkzeugbewegung zu gewährleisten. Vorteilhaft wird der ergonomisch bedienbare Rotationsbereich so von den etwa ±90° um die Ruhestellung oder Grundposition durch die zweiten Eingabemittel 24 beliebig erweitert, ohne dass dabei die Bedienperson die Kontrolle über das Maulteil 17 verliert.
In der 4 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 zum Betreiben des aus der 1 bekannten endlos rotierbaren medizinischen Instruments 12 dargestellt.
Die dargestellte erfindungsgemäße Eingabeeinheit 10 umfasst erste Eingabemittel 22, die zum kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen Erfassen und Abbilden einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe der Bedienperson in eine Verstellbewegung des Werkzeugs 16 in einem ersten Handhabungsmodus ausgebildet sind, um das Werkzeug 16 relativ zur Längsachse L des Schafts 14 begrenzt zu verschwenken und/oder um die Erstreckungsachse E des Werkzeugs 16 begrenzt zu rotieren.
Die ersten Eingabemittel 22 umfassen für das Erfassen der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe der Bedienperson erste Bedienmittel, die vorliegend durch ein kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement 200 ausgebildet sind.
Die kardanische Aufhängung 214 umfasst ein stationäres, L-förmiges Standelement 215, das über wenigstens zwei Drehlager das Pinzettenelement 200 durch ein von dem Pinzettenelement 200 umfasstes Trägerelement 202 fixiert und ausrichtet.
Das Pinzettenelement 200 umfasst zwei Schenkelabschnitte 204, die um eine gemeinsame oder zwei parallel zueinander ausgerichtete Schwenkachse/n relativ zueinander verschwenkbar sind, derartig, dass sich die beiden Schenkelabschnitte 204 beim Verschwenken aufeinander zu bewegen.
Vorteilhaft erstrecken sich die beiden Schenkelabschnitte 204 derartig, dass diese in einer Arbeitsposition der Bedienperson zwischen Daumen und Zeigefinger greifbar sind, um in beide Schenkelabschnitte 204 eine Kraft einzubringen und diese somit aus der figürlich dargestellten Ruhestellung 206 zu verschwenken. Durch das Verschwenken der beiden Schenkelabschnitte 204 wird das Werkzeug 16 vorteilhaft manipuliert, wobei es in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt ist, wenn das Werkzeug 16 als ein Maulteil 17 oder gleichwertige Aktionseinheit ausgebildet ist, die somit zwischen einem offenen und einem geschlossenen Stellung manipulierbar ist, um insbesondere eine Schneide- und/oder Greiffunktionalität zu steuern.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Pinzettenelement 200 einen Pistolengriffabschnitt 208, dessen Längserstreckung im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Schenkelabschnitte 204 ausgerichtet ist. Der Pistolengriffabschnitt 208 des Pinzettenelements 200 dient der Bedienperson in der Arbeitsposition als Handauflage, weshalb ein präzises und ergonomisches Bedienen des Pinzettenelements 200 ermöglicht wird.
So ist es nämlich im Rahmen des Erfassens der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe nicht nur vorgesehen, dass es zum Verschwenken der beiden Schenkelabschnitte 204 kommt sondern auch aufgrund der kardanischen Aufhängung zum Verstellen des gesamten Pinzettenelements 200 aus der dargestellten Ruhestellung 206, wobei die Schwenk- und/oder Rotationsbewegungen des Pinzettenelements 200, also sämtliche Verstellbewegungen aus der figürlich dargestellten Ruhestellung 206 im ersten Handhabungsmodus, erfasst werden und schwenk- und rotationsgetreu auf das Werkzeug 16 abgebildet werden.
Ferner umfasst der Pistolengriffabschnitt 208 erfindungsgemäße zweite Eingabemittel 24, die als zweite Bedienmittel 210 an einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts 208 angeordnet sind. Die zweiten Bedienmittel 210 werden vorliegend durch ein scheibenförmiges, rundes Rotierelement 212 ausgebildet, das radialseitig den zylinderförmigen Pistolengriffabschnitt 208 bereichsweise überragt, derartig, dass es vorteilhaft ermöglicht wird, dass in der Arbeitsposition der Bedienperson das Rotierelement 212 mittels der restlichen Finger der zum Verschwenken der Schenkelabschnitte 204 eingesetzten Hand bedienbar ist. Vorteilhaft ist somit beim Stützen der Hand der Bedienperson durch den Pistolengriffabschnitt 208 sowohl das Verstellen des Pinzettenelements 200 möglich, wobei zusätzlich auch die zweiten Eingabemittel 24 bedienbar sind. Vorteilhaft führt dies zu einer ergonomischen Ausgestaltung der Eingabeeinheit 10, um auch bei längeren Operationen eine präzise Steuerung des Werkzeugs 16 im ersten Handhabungsmodus und im zweiten Handhabungsmodus zu ermöglichen.
Das figürlich dargestellte Rotierelement 212 ist vorliegend endlos rotierbar, wobei die Rotationsbewegung des Rotierelements 212 rotationsgetreu oder skaliert auf das Werkzeug 16 abgebildet wird. Zudem umfasst das Pinzettenelement 200 bevorzugt Umschaltmittel, um die Übertragungsfunktion im zweiten Handhabungsmodus zwischen einer absoluten und/oder unskalierten und einer skalierten Übertragung oder zwischen einer ersten Skalierung und einer zweiten Skalierung umzuschalten.
Ferner ist auch eine alternative Ausgestaltung des Rotierelements 212 bevorzugt vorgesehen, wobei das Rotierelement 212 aus einer Ruheposition entlang einer ersten Rotationsrichtung in eine erste Endposition rotierbar ist, wobei im ersten Endanschlag eine Aktivierung einer endlosen Rotation des Werkzeugs 16 in eine erste Richtung aktiviert wird. Für das Beenden der Rotationsbewegung muss das Rotierelement 212 dann wieder in die Ruheposition zurückgestellt werden. Für das Aktivieren einer entgegengesetzten Rotationsbewegung des Werkzeugs 16 muss das Rotierelement 212 aus der Ruheposition entlang einer zweiten, entgegengesetzten Rotationsrichtung in eine zweite Endposition rotiert werden.
Ferner sind in einem Endabschnitt der Schenkelabschnitte 220 ringförmige Fingerschlaufen 224 zur Aufnahme von Daumen und Zeigefinger angeordnet, die das Rückführen der Schenkelabschnitte 220 in die Ruhestellung 206 durch das Einbringen einer Gegenkraft ermöglichen.
Zudem umfasst das Pinzettenelement 200 nicht im Detail dargestellte Kraftspeichermittel 226, die das automatisierte Rückführen der Schenkelabschnitte 204 in die Ruhestellung ermöglichen.
In der 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 dargestellt. Die figürlich gezeigte Eingabeeinheit 10 umfasst erfindungsgemäße erste Eingabemittel 22 und erfindungsgemäße zweite Eingabemittel 24.
Die ersten Eingabemittel 22 zum kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe in eine Verstellbewegung des Werkzeugs 16 in dem ersten Handhabungsmodus sind auch durch ein kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement 200 ausgebildet, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf das vorherige Ausführungsbeispiel verwiesen wird.
Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind die erfindungsgemäßen zweiten Eingabemittel 24 nun durch ein erstes Schaltelement 216 und ein zweites Schaltelement 218 ausgebildet, die in einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts 208 angeordnet sind. Die beiden Schaltelemente 216, 218 können durch eine Kraftbeaufschlagung betätigt werden, um die Aktivierung einer endlosen Rotation des Werkzeugs 16 zu aktivieren. Die Richtung der Rotationsbewegung des Werkzeugs 16 hängt vom gepressten Schaltelement 216, 218 ab. Ferner ist eine Dauerrotation durch das nachträgliche Pressen des anderen Schaltelements möglich.
Somit kann zunächst durch das Betätigen eines der beiden Schaltelemente 216, 218 die Rotationsrichtung gewählt werden, wobei anschließend durch das Betätigen des noch nicht betätigten Schaltelements 216, 218 eine Dauerrotation des Werkzeugs 16 aktivierbar ist. Vorteilhaft lässt sich somit das Werkzeug 16 im zweiten Handhabungsmodus besonders präzise und ergonomisch bedienen.
Schließlich zeigt die 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10. Die dargestellte Eingabeeinheit 10 umfasst für die Ausgestaltung der ersten Eingabemittel 22 wiederum ein kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement 200, das zusammen mit einem Pistolengriffabschnitt 208 relativ zum Standelement 215 der kardanischen Aufhängung 214 verstellbar ist, um sämtliche ergonomisch begrenzte Benutzereingaben, wie etwa Schwenk- und/oder Rotationsbewegungen, schwenk- und/oder rotationsgetreu auf das Werkzeug 16 im ersten Handhabungsmodus abzubilden.
Wie es auch schon in Bezug auf die anderen Ausführungsbeispiele bekannt ist, können neben dem Rotieren und Verschwenken des gesamten Pinzettenelements 200 zusätzlich noch die beiden Schenkelabschnitte 204 relativ zueinander verschwenkt werden, um das Werkzeug 16 zu manipulieren, insbesondere die Schließposition des Maulteils 17 zu steuern.
Die zweiten Eingabemittel 24 werden bei der nun dargestellten Ausführungsform durch einen weiteren Schwenkmechanismus der Schenkelabschnitte 204 ausgebildet. So umfasst nämlich der Schenkelabschnitt 204 einen oberen Schenkelabschnitt 220 und einen unteren Schenkelabschnitt 222, die sich relativ um eine zweite Schwenkachse SW2 begrenzt verschwenken lassen, um somit die weitere Benutzereingabe für die Steuerung des Werkzeugs 16 im zweiten Handhabungsmodus zu erfassen.
Der obere Schenkelabschnitt 220 und der untere Schenkelabschnitt 222 können ferner gemeinsam um eine erste Schwenkachse SW1 verschwenkt werden, um im ersten Handhabungsmodus die schwenktreue Manipulation des Werkzeugs 16 zu realisieren. Unabhängig von dieser Schwenkbewegung ist zudem das Verschwenken des oberen Schenkelabschnitts 220 relativ zum unteren Schenkelabschnitt 222 um die zweite Schwenkachse SW2 möglich, wobei es aus der figürlichen Darstellung ersichtlich wird, dass die Ausrichtung der ersten Schwenkachse SW1 in einem rechten Winkel zu der zweiten Schwenkachse SW2 verläuft.
Ferner ist auch bei dieser Ausführungsform eine Fingerschlaufe 224 endseitig des Schenkelabschnittes 204 vorgesehen, um insbesondere eine Kraft zum Verschwenken des oberen Schenkelabschnitts 220 relativ zu dem unteren Schenkelabschnitt 222 einzubringen.
Bezugszeichenliste

10: Eingabeeinheit
12: medizinisches Instrument
14: Schaft
16: Werkzeug
17: Maulteil
18: Steuereinheit
20: Lenkdrähte
22: erste Eingabemittel
24: zweite Eingabemittel
30: proximales Ende des Schafts
32: distales Ende des Schafts
34: Maulelement des Werkzeugs
36: Gelenkmechanismus
38: Schwenkglied
40: Antrieb
42: Markierung
44: Endanschlag
200: kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement
202: Trägerelement
204: Schenkelabschnitte
206: Ruhestellung des Pinzettenelements
208: Pistolengriffabschnitt
210: zweite Bedienmittel
212: Rotierelement
214: kardanische Aufhängung
215: Standelement der kardanischen Aufhängung
216: erstes Schaltelement
218: zweites Schaltelement
220: oberer Schenkelabschnitt
222: unterer Schenkelabschnitt
224: Fingerschlaufe
226: Kraftspeichermittel
1000: medizinisches System
E: Erstreckungsachse des Werkzeugs
L: Längsachse des Schafts
R: Rotationsachse
R2: Rotationsachse des Rotierelements
L2: Längserstreckungsachse des Pistolengriffabschnitts
SW1: erste Schwenkachse
SW2: zweite Schwenkachse
z': Erstreckungsachse der Eingabeeinheit
x, y: Raumachsen des medizinischen Instruments
ωE: Rotationsbewegung des Werkzeugs
ωz': Rotationbewegung der Eingabeeinheit
ωx,: Schwenkbewegung des Werkzeugs
ωy: Schwenkbewegung des Werkzeugs

Claims

Eingabeeinheit (10) zum Betreiben eines medizinischen Instruments (12) mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20), mit einem distalseitig an dem Schaft (14) angeordneten, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildeten Werkzeug (16) und einer proximalseitig an dem Schaft (14) angeordneten Steuereinheit (18) zum Manipulieren des Werkzeugs (16) mittels der Lenkdrähte (20), umfassend erste Eingabemittel (22) zum kontinuierlichen, schwenk- und/oder rotationsgetreuen Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe in eine Verstellbewegung des Werkzeugs (16) in einem ersten Handhabungsmodus, um das Werkzeug (16) mittels der Steuereinheit (18) relativ zur Längsachse (L) begrenzt zu schwenken und/oder um die Erstreckungsachse (E) begrenzt zu rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (10) zweite Eingabemittel (24) zum zumindest abschnittsweisen, nicht absoluten Umsetzen wenigstens einer weiteren Benutzereingabe in eine endlose Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) um seine Erstreckungsachse (E) in einem zweiten Handhabungsmodus umfasst, wobei die ersten Eingabemittel (22) durch ein über ein Trägerelement (202) kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement (200) ausgebildet sind, das wenigstens zwei Schenkelabschnitte (204) umfasst, die so ausgerichtet und ausgebildet sind, dass diese in einer Arbeitsposition einer Bedienperson zwischen Daumen und Zeigefinger greifbar sind, um die beiden Schenkelabschnitte (204) mittels einer Kraftbeaufschlagung aus einer Ruhestellung (206) aufeinander zuzubewegen, um das Werkzeug (16) zu manipulieren, wobei das Pinzettenelement (200) einen zum Auflegen der Handfläche der Bedienperson in der Arbeitsposition ausgebildeten Pistolengriffabschnitt (208) umfasst und wobei die zweiten Eingabemittel (24) als zweite Bedienmittel (210) entweder an dem Pistolengriffabschnitt (208) oder an einem der oder an beiden Schenkelabschnitten (204) ausgebildet sind.
Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) durch ein Rotierelement (212) oder Wippelement, insbesondere ein Drehrad, ein Tastrad oder ein Wippschalter, ausgebildet sind, das vom Pistolengriffabschnitt (208), insbesondere an einer seitlichen Außenfläche des Pistolengriffabschnitts (208), so aufgenommen und/oder angeordnet ist, dass es bereichsweise übersteht, derartig, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson von den restlichen Fingern der zum Verschwenken der Schenkelabschnitte (204) verwendeten Hand rotiert oder betätigt werden kann, um die weitere Benutzereingabe zu bedienen.
Eingabeeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotierelement (212) um eine Rotationsachse (R2) rotierbar ist, die im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckungsachse (L2) des Pistolengriffabschnitts (208) verläuft.
Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotierelement (212) aus einer Ruheposition entlang eines positiven Winkelbereichs in einen positiven Endanschlag und entlang eines negativen Winkelbereichs in einen negativen Endanschlag rotierbar ist, um das Werkzeug (16) im positiven Endanschlag in eine erste Richtung und im negativen Endanschlag in eine von der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung durch die weitere Benutzereingabe zu rotieren.
Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) durch wenigstens ein Schaltelement zum Umschalten zwischen dem ersten Handhabungsmodus und dem zweiten Handhabungsmodus ausgebildet sind, wobei in dem zweiten Handhabungsmodus das Pinzettenelement (200) aus der Ruhestellung (206) in einen linken Endanschlag und in einen rechten Endanschlag rotierbar ist, wobei in dem linken Endanschlag eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) aktivierbar und in dem rechten Endanschlag eine dauerhafte rechte Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) aktivierbar ist.
Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) ein erstes Schaltelement (216) und ein zweites Schaltelement (218) umfassen, wobei das erste Schaltelement (216) so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des ersten Schaltelements (216) ein erster Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) zu aktivieren und wobei das zweite Schaltelement (218) so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des zweiten Schaltelements (218) ein zweiter Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte rechte Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) zu aktivieren.
Eingabeeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schaltelement (214) oder das erste Schaltelement (216) und das zweite Schaltelement (218) am Pistolengriffabschnitt (208), insbesondere an einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts (208), so angeordnet ist/sind, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson von den restlichen Fingern der entsprechenden zum Verschwenken der Schenkelabschnitte (204) vorgesehenen Hand rotiert werden kann.
Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkelabschnitt (204) einen oberen Schenkelabschnitt (220) und einen unteren Schenkelabschnitt (222) umfasst, wobei der obere Schenkelabschnitt (220) und der untere Schenkelabschnitt (222) um eine erste Schwenkachse (SW1) gemeinsam verschwenkbar sind, insbesondere um das Maulteil (17) zu manipulieren, und wobei der obere Schenkelabschnitt (220) relativ zum unteren Schenkelabschnitt (222) um eine zweite Schwenkachse (SW2) verschwenkbar ist, um die weitere Benutzereingabe zu steuern, insbesondere das Maulteil (17) zu rotieren, wobei die zweite Schwenkachse (SW2) insbesondere orthogonal zu der ersten Schwenkachse (SW1) ausgerichtet ist.
Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkelabschnitt (204), insbesondere der obere Schenkelabschnitt (220), eine, insbesondere ringförmige, Fingerschlaufe (224) umfasst, die insbesondere endseitig des Schenkelabschnitts (204) angeordnet ist.
Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pinzettenelement (200) Kraftspeichermittel (226) umfasst, wobei die Schenkelabschnitte (204) entgegen der Kraft der Kraftspeichermittel (226) aus der Ruhestellung (206) schwenkbar sind.
Medizinisches System (1000) mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit (10), die nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, und mit zumindest einem medizinischen Instrument (12), umfassend einen hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20) für ein Werkzeug (16), das distalseitig an dem Schaft (14) angeordnete, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildete Werkzeug (16) für eine medizinische Anwendung an Patienten, eine proximalseitig an dem Schaft (14) angeordnete Steuereinheit (18), die mit dem Werkzeug (16) über die Lenkdrähte (20) in Wirkverbindung steht, um das Werkzeug (16) in einem ersten Handhabungsmodus und in einem zweiten Handhabungsmodus zu bewegen.
Medizinisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische System (1000) eine räumlich verstellbare Scheibe umfasst, die mit den Lenkdrähten (20) in Wirkkontakt steht, um das Werkzeug (16) mittels der Lenkdrähte (20) entlang der Längsachse (L) des Schaftes (14) begrenzt zu schwenken, wobei die Scheibe zusammen mit dem Schaft (14) und den Lenkdrähten (20) um die Längsachse (L) endlos rotierbar ist.