DE102021208337B4 - Microscope suspension for a surgical microscope - Google Patents
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Abstract
Mikroskopaufhängung (1) für ein Operationsmikroskop (51), wobei die Mikroskopaufhängung (1) eingerichtet ist zur Anordnung an einen Führungsarm (40) eines Hauptstativs und drei rotatorische Freiheitsgrade aufweist, umfassend:einen über eine erste Drehachse (30) an einem stativnahen Ende (6-1) drehbar gelagerten Trägerarm (2),eine an einem mikroskopnahen Ende (6-2) des Trägerarms (2) um eine zweite Drehachse (31) drehbar gelagerte Nickeinheit (7), wobei die Nickeinheit (7) dazu eingerichtet ist, eine um eine dritte Drehachse (32) drehbar gelagerte mechanische Verbindung mit einem Operationsmikroskop (51) auszubilden, undeine Antriebseinheit (3) zum Bewirken einer angetriebenen Drehung um die zweite Drehachse (31), wobei die Antriebseinheit (3) im Bereich des mikroskopnahen Endes (6-2) im Inneren des Trägerarms (2) angeordnet ist.Microscope suspension (1) for a surgical microscope (51), wherein the microscope suspension (1) is set up for arrangement on a guide arm (40) of a main stand and has three rotational degrees of freedom, comprising:one via a first axis of rotation (30) at an end close to the stand ( 6-1) rotatably mounted carrier arm (2), a nodding unit (7) mounted rotatably about a second axis of rotation (31) at an end (6-2) of the carrier arm (2) near the microscope, the nodding unit (7) being set up for this purpose, to form a mechanical connection with an operating microscope (51) that is rotatably mounted about a third axis of rotation (32), and a drive unit (3) for effecting a driven rotation about the second axis of rotation (31), the drive unit (3) being located in the region of the end ( 6-2) is arranged inside the support arm (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Mikroskopaufhängung für ein Operationsmikroskop.The invention relates to a microscope suspension for a surgical microscope.
Eine Mikroskopaufhängung für ein Operationsmikroskop, welche auch als Yoke bezeichnet wird, muss eine Orientierung des Operationsmikroskops im Raum in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden ermöglichen. Hierzu gibt es in der Regel drei Drehachsen, die insbesondere in der folgenden kinematischen Kette angeordnet sein können: Gierachse, Rollachse und Nickachse. Die Mikroskopaufhängung wird an einem Ende an einem Führungsarm eines Hauptstativs angeordnet. Am anderen Ende wird das Operationsmikroskop an der Mikroskopaufhängung angeordnet. Das Operationsmikroskop kann dann um alle drei Achsen gedreht werden und auf diese Weise in eine gewünschte Orientierung bzw. Winkelposition gebracht werden.A microscope suspension for a surgical microscope, which is also referred to as a yoke, must enable the surgical microscope to be oriented in space in all three rotational degrees of freedom. For this purpose, there are usually three axes of rotation, which can be arranged in particular in the following kinematic chain: yaw axis, roll axis and pitch axis. The microscope suspension is placed at one end on a guide arm of a main stand. At the other end, the surgical microscope is arranged on the microscope suspension. The surgical microscope can then be rotated about all three axes and in this way brought into a desired orientation or angular position.
Es sind Mikroskopaufhängungen bekannt, bei denen eine Drehung um eine Rollachse mittels eines in einem Trägerarm der Mikroskopaufhängung angeordneten Hebelgestänges bewirkt wird.Microscope suspensions are known in which a rotation about a roll axis is brought about by means of a lever linkage arranged in a carrier arm of the microscope suspension.
Aus der
Aus der
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Mikroskopaufhängung für ein Operationsmikroskop zu verbessern.The object of the invention is to improve a microscope suspension for a surgical microscope.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mikroskopaufhängung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a microscope suspension with the features of
Insbesondere wird eine Mikroskopaufhängung für ein Operationsmikroskop geschaffen, wobei die Mikroskopaufhängung eingerichtet ist zur Anordnung an einen Führungsarm eines Hauptstativs und drei rotatorische Freiheitsgrade aufweist, umfassend einen über eine erste Drehachse an einem stativnahen Ende drehbar gelagerten Trägerarm, eine an einem mikroskopnahen Ende des Trägerarms um eine zweite Drehachse drehbar gelagerte Nickeinheit, wobei die Nickeinheit dazu eingerichtet ist, eine um eine dritte Drehachse drehbar gelagerte mechanische Verbindung mit einem Operationsmikroskop auszubilden, und eine Antriebseinheit zum Bewirken einer angetriebenen Drehung, insbesondere der Nickeinheit, um die zweite Drehachse, wobei die Antriebseinheit im Bereich des mikroskopnahen Endes im Inneren des Trägerarms angeordnet ist.In particular, a microscope suspension for a surgical microscope is created, wherein the microscope suspension is set up for arrangement on a guide arm of a main stand and has three rotational degrees of freedom, comprising a support arm rotatably mounted via a first axis of rotation at an end close to the stand, one on an end of the support arm close to the microscope by one second axis of rotation rotatably mounted nodding unit, wherein the nodding unit is set up to a third rotation axis to form a rotatably mounted mechanical connection with a surgical microscope, and a drive unit for effecting a driven rotation, in particular the pitching unit, about the second axis of rotation, the drive unit being arranged in the area of the end near the microscope inside the support arm.
Ein Vorteil der offenbarten Mikroskopaufhängung ist, dass aufgrund der am mikroskopnahen Ende im Inneren des Trägerarms angeordneten Antriebseinheit auf ein Hebelgestänge verzichtet werden kann. Da die Hebelmechanik des Hebelgestänges in der Regel spielfrei ausgeführt sein muss, sind enge Toleranzen einzuhalten, die nur mit großem Aufwand und hohen Kosten erreicht werden können. Kann auf das Hebelgestänge verzichtet werden, wie bei der offenbarten Mikroskopaufhängung, so können Aufwand und Kosten verringert werden.An advantage of the disclosed microscope suspension is that due to the drive unit arranged at the end near the microscope inside the carrier arm, a lever linkage can be dispensed with. Since the lever mechanism of the lever linkage usually has to be designed without play, tight tolerances must be observed, which can only be achieved with great effort and high costs. If the lever linkage can be dispensed with, as is the case with the disclosed microscope suspension, then effort and costs can be reduced.
Eine kinematische Kette der Mikroskopaufhängung ist insbesondere: Führungsarm, erste Drehachse, zweite Drehachse, dritte Drehachse, Operationsmikroskop. Die Mikroskopaufhängung kann weitere Antriebseinheiten zum Bewirken von angetriebenen Drehungen um die erste Drehachse und um die dritte Drehachse aufweisen. Insbesondere umfasst die Nickeinheit eine Antriebseinheit zum Bewirken einer Drehung um die dritte Drehachse. Die Antriebeinheit bzw. die Antriebseinheiten umfassen beispielsweise jeweils einen Elektromotor. Die Drehachsen sind insbesondere als Drehgelenke ausgebildet und/oder realisiert.A kinematic chain of the microscope suspension is in particular: guide arm, first axis of rotation, second axis of rotation, third axis of rotation, surgical microscope. The microscope suspension can have further drive units for effecting driven rotations about the first axis of rotation and about the third axis of rotation. In particular, the pitching unit comprises a drive unit for effecting a rotation about the third axis of rotation. The drive unit or drive units each comprise an electric motor, for example. The axes of rotation are designed and/or implemented in particular as rotary joints.
Der Trägerarm umfasst insbesondere ein Gehäuse. Das Gehäuse kann beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt worden sein, insbesondere mittels eines metallischen Spritzgussverfahrens, wie z.B. Aluminium- oder Zink-Druckguss oder Feinguss (Stahl). Das Gehäuse kann im Inneren Querverstrebungen zur mechanischen Verstärkung aufweisen. Der Trägerarm weist insbesondere eine angewinkelte Form auf, beispielsweise mit einem Winkel von etwa 90°.In particular, the carrier arm comprises a housing. The housing can, for example, have been produced by means of an injection molding process, in particular by means of a metal injection molding process, such as aluminum or zinc die casting or investment casting (steel). The housing can have cross braces on the inside for mechanical reinforcement. In particular, the carrier arm has an angled shape, for example with an angle of approximately 90°.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei Anordnung der Mikroskopaufhängung an dem Führungsarm die erste Drehachse mit Bezug auf ein an der Mikroskopaufhängung angeordnetes Operationsmikroskop eine Gierachse ist, die zweite Drehachse mit Bezug auf das Operationsmikroskop eine Rollachse ist und die dritte Drehachse mit Bezug auf das Operationsmikroskop eine Nickachse ist.In one embodiment, it is provided that when the microscope suspension is arranged on the guide arm, the first axis of rotation is a yaw axis with respect to a surgical microscope arranged on the microscope suspension, the second axis of rotation with respect to the surgical microscope is a roll axis and the third axis of rotation with respect to the surgical microscope is a pitch axis.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass im Inneren des Trägerarms am mikroskopnahen Ende ein Getriebe angeordnet ist, das mit der Antriebseinheit und einer mechanischen Welle der zweiten Drehachse gekoppelt ist, sodass ein von der Antriebseinheit erzeugtes Drehmoment auf eine Welle der zweiten Drehachse übertragen werden kann. Hierdurch kann ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Antriebseinheit, z.B. einem Elektromotor, und der Welle der zweiten Drehachse bereitgestellt werden.In one embodiment, it is provided that a gear is arranged inside the support arm at the end near the microscope, which is coupled to the drive unit and a mechanical shaft of the second axis of rotation, so that a torque generated by the drive unit can be transmitted to a shaft of the second axis of rotation. As a result, a desired transmission ratio between the drive unit, e.g. an electric motor, and the shaft of the second axis of rotation can be provided.
In einer weiterbildenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Getriebe als Umlenkungsgetriebe ausgebildet ist, mit dem eine Umlenkung einer Drehbewegung um 90° bewirkt wird. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte Anordnung der Antriebeinheit im Inneren des Trägerarms erreicht werden. Insbesondere kann hierdurch eine entlang einer Drehachse langgestreckte Antriebseinheit, beispielsweise ein langgestreckter Elektromotor, eingesetzt werden, wobei die zweite Drehachse bzw. eine zugehörige Welle in einem Winkel von 90° zu der Drehachse der langgestreckten Antriebseinheit angeordnet ist und am mikroskopnahen Ende seitlich aus dem Trägerarm heraustritt.In a further-developing embodiment, it is provided that the gear is designed as a deflection gear, with which a deflection of a rotary movement by 90° is effected. In this way, a particularly advantageous arrangement of the drive unit inside the support arm can be achieved. In particular, a drive unit that is elongated along an axis of rotation, for example an elongated electric motor, can be used, with the second axis of rotation or an associated shaft being arranged at an angle of 90° to the axis of rotation of the elongated drive unit and protruding laterally from the support arm at the end near the microscope .
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Umlenkungsgetriebe ein Kronenrad aufweist. Hierdurch kann eine besonders gute Umlenkung erreicht werden.In one embodiment it is provided that the deflection gear has a crown wheel. A particularly good deflection can be achieved in this way.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Getriebe mehrstufig ist. Hierdurch kann ein Lastmoment verringert werden, sodass für die Antriebseinheit ein kleinerer Elektromotor verwendet werden kann. Dies erlaubt es, den Trägerarm insgesamt schlanker, das heißt, insbesondere mit einem kleineren Durchmesser bzw. einer kleineren Querschnittsfläche, auszubilden.In one embodiment it is provided that the transmission is multi-stage. As a result, a load moment can be reduced, so that a smaller electric motor can be used for the drive unit. This makes it possible to design the carrier arm to be slimmer overall, that is to say in particular with a smaller diameter or a smaller cross-sectional area.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Getriebe zumindest teilweise schrägverzahnt ist. Dies erlaubt eine spielfreie Übersetzung. Darüber hinaus kann hierdurch ein Rippel, das heißt, eine für einen Nutzer spürbare Drehmomentschwankung aufgrund einer ungleichmäßigen und nichtkontinuierlichen Bewegung, verringert oder sogar vermieden werden.In one embodiment it is provided that the transmission is at least partially helical. This allows a backlash-free translation. In addition, a ripple, that is, a torque fluctuation that can be felt by a user due to an uneven and non-continuous movement, can be reduced or even avoided in this way.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Mikroskopaufhängung mindestens eine Federeinrichtung aufweist, die zum Unterstützen der Antriebseinheit eingerichtet und angeordnet ist. Hierdurch kann insbesondere auf eine zweite Getriebestufe verzichtet werden und dennoch eine Grundentlastung (Grundbalancierung der Last) sichergestellt werden. Die Federeinrichtung kann jedoch grundsätzlich auch zusätzlich zur einer zweiten (oder einer weiteren) Getriebestufe verwendet werden.In one embodiment it is provided that the microscope suspension has at least one spring device, which is set up and arranged to support the drive unit. As a result, a second gear stage in particular can be dispensed with and still a basic load reduction (Grundba launching the load). In principle, however, the spring device can also be used in addition to a second (or a further) gear stage.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass innerhalb des Trägerarms eine Bremseinrichtung angeordnet ist, mit der die zweite Drehachse gebremst und/oder arretiert werden kann. Die Bremseinrichtung kann auch als Teil der Antriebseinheit ausgebildet sein.In one embodiment it is provided that a braking device is arranged inside the carrier arm, with which the second axis of rotation can be braked and/or locked. The braking device can also be designed as part of the drive unit.
Es wird weiter auch eine Operationsmikroskopanordnung geschaffen, umfassend ein Operationsmikroskop und eine Mikroskopaufhängung nach einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Die Operationsmikroskopanordnung kann ferner auch ein Hauptstativ mit einem Führungsarm umfassen.A surgical microscope arrangement is also provided, comprising a surgical microscope and a microscope suspension according to one of the embodiments described in this disclosure. The surgical microscope arrangement can also include a main stand with a guide arm.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung von Achsen einer Mikroskopaufhängung; -
2 eine schematische Darstellung einer Mikroskopaufhängung aus dem Stand der Technik; -
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Mikroskopaufhängung; -
4 eine schematische Darstellung eines Getriebes in einer Ausführungsform der Mikroskopaufhängung; -
5 eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines mikroskopnahen Endes des Trägerarms einer Ausführungsform der Mikroskopaufhängung; -
6 eine schematische perspektivische Darstellung der in5 gezeigten Ausführungsform derMikroskopaufhängung 1 mit geöffnetem Trägerarm; -
7 einen Ausschnitt aus der schematischen perspektivischen Darstellung der5 , mit zusätzlich dargestellter Verkabelung; -
8 schematische perspektivische Darstellungen einer Ausführungsform der Mikroskopaufhängung aus verschiedenen Betrachtungsrichtungen; -
9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Operationsmikroskopanordnung aus zwei Betrachtungsrichtungen.
-
1 a schematic representation to clarify axes of a microscope suspension; -
2 a schematic representation of a microscope suspension from the prior art; -
3 a schematic representation of an embodiment of the microscope suspension; -
4 a schematic representation of a gear in an embodiment of the microscope suspension; -
5 a schematic perspective sectional view of an end of the support arm close to the microscope of an embodiment of the microscope suspension; -
6 a schematic perspective view of in5 shown embodiment of themicroscope suspension 1 with the support arm open; -
7 a section of the schematic perspective view of5 , with additional wiring shown; -
8th schematic perspective representations of an embodiment of the microscope suspension from different viewing directions; -
9 a schematic representation of an embodiment of the surgical microscope arrangement from two viewing directions.
In
In
In
Die Mikroskopaufhängung 1 umfasst insbesondere weitere Antriebseinheiten zum Bewirken von Drehbewegungen um die erste Achse 30 und die dritte Achse 32, welche jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet sind.The
Es ist insbesondere vorgesehen, dass bei Anordnung der Mikroskopaufhängung 1 an einem Führungsarm eines Hauptstativs die erste Drehachse 30 mit Bezug auf ein an der Mikroskopaufhängung 1 angeordnetes Operationsmikroskop eine Gierachse ist, die zweite Drehachse 31 mit Bezug auf das Operationsmikroskop eine Rollachse ist und die dritte Drehachse 32 mit Bezug auf das Operationsmikroskop eine Nickachse ist.It is provided in particular that when the
Es kann vorgesehen sein, dass im Inneren des Trägerarms 2 am mikroskopnahen Ende 6-2 ein Getriebe 8 angeordnet ist, das mit der Antriebseinheit und einer mechanischen Welle der zweiten Drehachse 31 gekoppelt ist, sodass ein von der Antriebseinheit 3 erzeugtes Drehmoment auf eine Welle der zweiten Drehachse 31 übertragen werden kann.Provision can be made for a
Dies ist in
Das Getriebe 8 kann ein mit der mechanischen Welle 14 gekoppeltes Potentiometer 15 zum sensorischen Erfassen eines Drehwinkels aufweisen. Alternativ zum Potentiometer 15 können auch andere Winkelmesssensoren verwendet werden, wie z.B. optische Encoder.The
Wie in
Es kann vorgesehen sein, dass das Getriebe 8 zumindest teilweise schrägverzahnt ist.It can be provided that the
Alternativ oder zusätzlich zur zweiten Getriebestufe 9-2 kann eine Federeinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die zum Unterstützen der Antriebseinheit 3 (
In
Die
Es kann vorgesehen sein, dass innerhalb des Trägerarms 2 eine Bremseinrichtung 17 angeordnet ist, mit der die zweite Drehachse 31 (gesteuert) gebremst und/oder arretiert werden kann.Provision can be made for a
In
In
In
In
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Mikroskopaufhängungmicroscope suspension
- 22
- Trägerarmcarrier arm
- 33
- Antriebseinheitdrive unit
- 3-13-1
- Elektromotorelectric motor
- 3-23-2
- Achseaxis
- 44
- oberes Segmentupper segment
- 55
- Hebelgestängelever linkage
- 6-16-1
- stativnahes Endenear the tripod end
- 6-26-2
- mikroskopnahes Endemicroscopic end
- 77
- Nickeinheitpitch unit
- 88th
- Getriebetransmission
- 9-19-1
- erste Getriebestufefirst gear stage
- 9-29-2
- zweite Getriebestufesecond gear stage
- 1010
- Ritzelpinion
- 1111
- Kronenradcrown wheel
- 1212
- WelleWave
- 1313
- Zahnsegmentegear segments
- 1414
- Welle (zweite Drehachse)shaft (second axis of rotation)
- 1515
- Potentiometerpotentiometer
- 1616
- Koppelmittelcouplant
- 1717
- Bremseinrichtungbraking device
- 1818
- Steuerplatinecontrol board
- 1919
- Verkabelungcabling
- 2020
- Öffnungopening
- 3030
- erste Achsefirst axis
- 3131
- zweite Achsesecond axis
- 3232
- dritte Achsethird axis
- 4040
- Führungsarm (Hauptstativ)Guide arm (main tripod)
- 5050
- Operationsmikroskopanordnungsurgical microscope arrangement
- 5151
- Operationsmikroskopsurgical microscope
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R230 | Request for early publication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |