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Die Erfindung betrifft eine motorisch
verstellbare Kopfstütze
für Operationstische,
umfassend eine Kopfplatte, die an einem Ende eines gekrümmten Stützholmes
angeordnet ist, der in einer zur Krümmungsachse senkrechten Ebene
an einem mit dem Operationstisch verbindbaren Träger zwischen drei Laufrollen
verstellbar geführt
ist, die in Stellrichtung einen Abstand voneinander haben.
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Bestehende Kopfstützensysteme lassen sich unterteilen
in Kopfstützen,
die sich manuell in ihrer Position verstellen lassen und solche
mit Unterstützung
der Hubbewegung durch Fremdenergie, wie z.B. einen Elektromotor
oder einen hydraulischen Antrieb. Besonders einfache Ausführungen
beschränken
sich auf eine Aneinanderreihung mehrerer zueinander drehbarer Glieder,
die gegeneinander verspannt werden, wenn die richtige Position gefunden
ist. Bei diesen einfachen Systemen muß während der Einstellprozedur
die Last der Kopfplatte von der bedienenden Person getragen werden,
was den Einsatz beider Hände
erfordert. Eine solche Anordnung ist für intraoperative Verstellungen
ungeeignet.
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Manuelle Systeme, die auch ein Verstellen der
Kopfplatte während
des Eingriffes ermöglichen, unterstützen die
Last kontinuierlich. Die vertikale Hubleistung wird in diesen Fällen durch
ein mechanisches Getriebe eingeleitet, das einerseits kleine Verstellkräfte gewährleistet,
andererseits von der Lastseite her selbsthemmend ausgeführt ist,
um ein unerwünschtes
Absinken des Kopfes zu verhindern. Zusätzliche Freiheitsgrade der
Kopfplatte, wie z.B. laterale (waagerechte) Verschiebungen oder
laterale Schwenkbewegungen sind durch einfache Klemmverbindungen
arretierbar, da ihre Verstellung nahezu leistungsfrei erfolgen kann.
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Die vertikale Hubleistung kann, wie
bereits erwähnt,
auch durch Fremdenergie erbracht werden. Je nach gewähltem System
kann dabei auf die Selbsthemmung verzichtet werden, so daß die Gewichtslast
direkt auf die Aktorik wirkt.
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Bei den meisten bekannten Kopfstützensystemen
kann die Bahn der Hubbewegung auf folgende Formen zurückgeführt werden:
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Parallelogrammführung:
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Der Kopf ist auf einem Ausleger gelagert,
der über
zwei parallele Lenker an die Fixpunkte im Rückenbereich des Patienten angebunden
ist. Dadurch beschreibt der Kopf eine rein translatorische Bahn, die
einem Kreisbogen entspricht.
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Drehführung:
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Der Kopf wird auf einem Ausleger
aufgenommen, der in einem Punkt unterhalb des Patienten drehbar
gelagert ist und daher bei seiner Verstellung eine Kreisbahn beschreibt.
Dabei wird eine möglichst große Auslegerlänge angestrebt,
um eine annähernd lineare
Hubbewegung des Kopfes zu realisieren.
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Haslinger-Kopfstütze:
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Sie entspricht der eingangs beschriebenen Kopfstütze. Um
eine annähernd
anatomisch korrekte Verstellbewegung des Kopfes zu erzeugen, ist
der Stützholm
von einem Kreisringsegment gebildet, das durch drei Lagerrollen
geführt
wird und über
eine Verzahnung an dem Kreisringsegment angetrieben wird. Durch
diese Führung
ist es möglich,
das Zentrum der Drehbewegung des Kopfes in den Bereich oberhalb der
Patientenlagerfläche
zu verlegen.
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All den bekannten Kopfstützensystemen
ist gemeinsam, daß die
Verstellbewegung durch sehr einfache Bewegungsformen realisiert
werden, die in Rücksicht
auf mechanische Randbedingungen quasilineare oder kreisförmige Bahnen
beschreiben. Diese Bahnen entsprechen jedoch nicht der menschlichen
Anatomie, so daß Ausgleichsbewegungen
des Kopfes stattfinden müssen.
Wird diese Ausgleichsbewegung unterbunden, z.B. durch Lagerung des Kopfes
in einer Kopfkalotte, so wird der Patient je nach Steilrichtung
auf Stauchung oder Streckung beansprucht. Ein wacher Patient wird
unter dem entstehenden Schmerz kurzzeitig den Kopf anheben und somit
einen Ausgleich herbeiführen.
Ein relaxierter Patient hat diese Möglichkeit jedoch nicht und
bleibt in der jeweiligen Spannungslage.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
motorisch verstellbare Kopfstütze
der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Kopf eines auf der Patientenlagerfläche des
Operationstisches liegenden Patienten beim Heben und Senken der Kopfplatte
einer anatomisch korrekten Bahn folgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
daß die
an dem Stützholm
ausgebildeten Laufbahnen für
die Laufrollen so geformt sind, daß Ihre momentanen Krümmungsmittelpunkte
in jeder Stellung des Stützholmes
mit dem momentanen Drehzentrum der Kopfbewegung beim Heben und Senken
des auf der Kopfplatte aufliegenden Kopfes eines Patienten zusammenfallen.
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Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf einer Analyse
der anatomisch korrekten Bewegung des Kopfes und der Erkenntnis,
daß sich
die den Kopf mit dem Körper verbindende
Wirbelsäule
für die technische
Realisierung des Kopfstützensystems
als Gliederkette betrachten läßt. Die
Wirbelsäule
entspricht somit der Aneinanderreihung von einzelnen Gliedern, die
in entsprechenden Abständen
drehbar miteinander verbunden sind und deren jedes für sich eine
gewisse Verdrehung zuläßt, wobei
der Widerstand, der einer Verdrehung entgegengesetzt wird, mit zunehmendem
Verdrehwinkel steigt.
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Die gestreckte gerade ausgerichtete
Lage sei als Mittellage und Ausgangslage folgender Betrachtungen
gewählt.
In der Mittellage sind alle Glieder des beeinflussten Bereiches
in einer geraden Linie angeordnet. Wird der Kopf nun aus dieser
Position angehoben, so wird dies zunächst zu einer Drehbewegung
im vom Kopf am weitesten entfernten Drehglied führen, da dort die Kraft über den
größten Hebel
angreift und die kleinste Verdrehung hervorruft. Mit zunehmender
Drehung übersteigt
jedoch die Spannung in diesem Drehglied die des zum Kopf hin benachbarten
Drehgliedes, so daß dieses
nun eine Verdrehung erfährt.
So schreitet der Mittelpunkt der Drehbewegung bei zunehmendem Anheben
des Kopfes vom weitest entfernten Punkt in Richtung auf den Kopf
hin voran. Die Kurve, welche die Gliederkette beschreibt, entspricht
einer Spirale, die in waagerechter Richtung beginnend sich mit abnehmendem Radius
nach oben krümmt.
Für die
Bewegung des Kopfes bedeutet dies, das ausgehend von einer senkrechten
Hubbewegung von der Mittellage aus der Kopf Idealerweise einer Spirale
zunehmender Krümmung
folgt, deren Momentanpole oder -zentren auf der beschriebenen Mittelpunktsspirale
vom am weitesten entfernten Punkt zum Beginn der Hubbewegung in
Richtung des Kopfes wandern.
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Beim Absenken des Kopfes aus der
Mittellage nach unten gelten die Gesetzmäßigkeiten entsprechend. Die
Patientenauflage begrenzt die Anzahl der an der Bewegung beteiligten
Glieder jedoch stark, so daß eine
Spirale mit deutlich engerem Krümmungsradius
entsteht. Der letzte Drehpunkt liegt hier im Wirbelansatz der Schädelbasis.
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Die kontinuierliche Bewegung des
Drehpunktes auf der Mittelpunktspirale kann zur Vereinfachung der
technischen Lösung
auch in diskrete Drehungen um definierte Drehpunkte abgebildet werden, wobei
die Drehpunkte auf der Mittelpunktspirale liegen. Die Bahn des Kopfes
wird dann durch eine Aneinanderreihung von Kreisbögen dargestellt,
die zur Erzielung einer stetigen Bewegung tangential aneinander
anschließen
und deren Krümmungsradien
von der Mittellage aus in Richtung Endlage immer kleiner werden.
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Sind zwei Punkte eines Körpers bei
einer ebenen Bewegung fixiert, so ist damit jeder weitere Punkt
des Körpers
in seiner Position festgelegt. Ebenso kann die Kurvenbahn eines
Körperpunktes, in
diesem Fall der Schwerpunkt des Kopfes, durch die Kurvenbahnen mindestens
zweier anderer Körperpunkte
beschrieben werden. Damit läßt sich
eine Bewegungskurve des Kopfes darstellen durch ein am Kopf angreifendes
Führungselement,
das an mindestens zwei Stellen auf lagespezifisch unterschiedlichen
Kurvenfunktionen geführt
wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird
dieses Prinzip nun dadurch realisiert, daß der Stützholm zwischen drei Laufrollen
eingespannt ist, deren an dem Stützholm ausgebildete
Laufbahnen aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Laufrollen
auch eine unterschiedliche Form haben. Die Formen der Laufbahnen
sind aus der gewünschten
Bewegung des Kopfes hergeleitet. Dabei wird in jedem Punkt die Drehbewegung
des Kopfes um einen Drehpunkt auf der oben beschriebenen Mittelpunktspirale
durch eine Abrollbewegung der Laufrollen auf den Laufbahnen abgebildet,
deren jeweiliger Momentanpol oder Krümmungsmittelpunkt mit diesem
Drehpunkt des Kopfes zusammenfällt.
Werden mindestens zwei Punkte des tragenden Stützholmes auf konzentrischen
Kreisbahnen (realisiert durch die jeweiligen Laufbahnen mit den
zugehörigen
Laufrollen) geführt, so
bewegen sich alle Punkte, die fest mit dem Stützholm und damit auch mit dem
Kopf des Patienten verbunden sind, auf Kreisbahnabschnitten um das
gleiche Drehzentrum. Die dritte Laufrolle verhindert ein Abheben
des Stützholmes
von den zwei genannten Laufrollen im Falle wechselnder Lastrichtung
und ist vorzugsweise zum Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten
in Richtung auf den Stützholm
vorgespannt.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Träger
in Form eines mit dem Operationstisch starr verbindbaren Gehäuses ausgebildet,
in dem die Laufrollen gelagert sind und der Stützholm geführt ist.
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Der Antrieb des Stützholmes
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Stützholm eine
Zahnspur tragen, in die ein von einem Motor antreibbares Ritzel
eingreift. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zahnspur
an einer zur Krümmungsachse
des Stützholmes
senkrechten Seitenfläche
desselben ausgebildet, wobei die den Motor und das Ritzel umfassende
Antriebsvorrichtung um eine zur Seitenfläche schwenkbare Achse beweglich
in dem Träger
gelagert ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Antriebsvorrichtung eine mittels eines Motors drehbare Gewindespindel,
die sich an dem Träger abstützt und
in eine an dem Stützholm
beweglich gelagerte Mutter eingreift.
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Bei einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Antriebsvorrichtung ein Zugglied, das an oder nahe den beiden Enden
des Stützholmes
befestigt ist und über
ein mittels eines Motors antreibbares Antriebsrad geführt ist.
Das Zugglied kann dabei eine Kette oder ein Zahnriemen sein, so
daß eine
schlupffreie Verstellung des Stützholmes
ermöglicht
wird.
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Schließlich könnte die Antriebsvorrichtung auch
von einem Hydraulikzylinder gebildet sein, der am Stützholm angreift
und sich an einem tischfesten Träger
abstützt.
Diese Ausführungsform
eignet sich besonders für
eine Kopfstütze,
die dauerhaft mit einem hydraulisch verstellbaren Operationstisch
verbunden ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, welche in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es
zeigen:
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1a-c Schematische Darstellungen
der Kopfbewegung einer auf dem Rücken
liegenden Person,
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2 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
der technischen Realisierung der Bahnkurve für die Verstellbewegung der
Kopfplatte,
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3 eine
schematische Darstellung des Gesamtkonzeptes für die Bahnkurve des Kopfes
und die Führung
der Kopfstütze,
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4 eine
perspektivische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen motorisch verstellbaren Kopfstütze,
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5 eine
annähernd
der 4 entsprechende
Darstellung der Kopfstütze,
wobei ein Teil des Gehäuses
entfernt ist,
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6 eine
der 5 entsprechende
Darstellung der Kopfstütze,
jedoch von der entgegengesetzten Seite her betrachtet, und
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7 eine
perspektivische Darstellung des Holmes und der Antriebsvorrichtung.
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Die 1a-c zeigen die Krümmung der
Wirbelsäule
bei der Auf- und Abbewegung des Kopfes eines auf dem Rücken liegenden
Patienten. Mit 10 ist die Patientenlagerfläche eines
Operationstisches bezeichnet, an dem eine Kopfplatte 12 verstellbar
angeordnet ist. Auf der Kopfplatte 12 ruht der Kopf 14 eines
auf der Patientenlagerfläche 10 liegenden
Patienten 16. Mit 18 ist der Schwerpunkt des Kopfes
bezeichnet.
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Die 1 b
zeigt den Patienten 16 in seiner gestreckten Lage, wobei
die Kopfplatte 12 mit der Patientenlagerfläche 10 fluchtet
und die Wirbelsäule 20 des
Patienten eine gerade Linie bildet. Wird der Kopf 14 des
Patienten mittels der Kopfplatte 12 angehoben, so krümmt sich
die Wirbelsäule
entsprechend der Bahn 20' in 1a. Wird der Kopf 14 durch
Absenken der Kopfplatte 12 nach unten bewegt, so folgt die
Wirbelsäule
der Bahn 20'' in 1 c. Man erkennt, daß die Wirbelsäule nicht
eine Schwenkbewegung um ein festes Drehzentrum macht und daß die Bahnen 20' und 20'' unterschiedlich gekrümmt sind.
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Anhand der 2 und 3 soll
erläutert
werden, wie die Kopfplatte 12 so verstellt werden kann, daß der Schwerpunkt 18 des
Kopfes 14 beim Anheben und Senken der Kopfplatte 12 seiner
anatomisch korrekten Bahn folgt, die in den 2 und 3 mit
22 bezeichnet ist.
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Die Kopfplatte 12 ist an
dem einen Ende eines Stützholmes 24 befestigt,
der zwischen 3 Laufrollen 26, 28 und 30 in
der Zeichenebene verschiebbar geführt ist. Die Laufrollen 26, 28, 30 liegen
dabei an Laufbahnen 32, 34 bzw. 36 an, die an
dem Stützholm 24 ausgebildet
sind. Diese Laufbahnen 32, 34, 36 werden
aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, die so aufgefunden werden,
wie dies in 2 schematisch
erläutert
wird.
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2 zeigt
eine bestimmte Stellung des Kopfes oder einen Zeitpunkt der Stellbewegung
des Kopfes, zu dem sich der Kopfschwerpunkt 18" an dem in 2 dargestellten Punkt auf
der Bewegungsbahn 22 befindet. Das zugehörige Drehzentrum
in der Wirbelsäule,
d.h. auf der Bahn 20'' befindet sich an
dem mit Zmom bezeichneten Punkt. Der Kopfschwerpunkt 18 ist über die
Kopfplatte starr mit dem Stützholm 24 in 3 verbunden. Die Laufrollen 26, 28, 30 liegen
jeweils in einem Punkt 26', 28', 30' auf der zugehörigen Laufbahn 32, 34, 36 auf.
Die Punkte 26', 28', 30' sind auch Punkte
des Stützholmes 24 und
damit starr mit dem Kopfschwerpunkt 18 verbunden. Die vier
Punkte 18', 26', 28' und 30' können also nur
dann eine gemeinsame Drehbewegung um das momentane Drehzentrum Zmom ausführen,
wenn die momentanen Krümmungsmittelpunkte
der Laufbahnen 32, 34, 36 mit dem momentanen
Drehzentrum Zmom zusammenfallen, d.h. die
Rollen 26, 28, 30 zu jedem Zeitpunkt
auf konzentrischen Kreisbahnabschnitten mit dem Zentrum Zmom laufen.
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Unter dieser Bedingung werden bei
Verlagerung des jeweils aktuellen oder momentanen Drehzentrums Zmom entlang den Bahnen 20'' und 20' die zugehörigen Abschnitte der Laufbahnen 32, 34, 36 ermittelt.
Sie bilden aneinandergereiht die entsprechenden Laufbahnen 32, 34 und 36.
Die Laufbahnen sind alle unterschiedlich. In ihrer Kombination ergeben
sie jedoch durch die Abrollbewegung auf den entsprechenden Laufrollen 26, 28 bzw. 30 die
gewünschte
Bewegungsbahn der Kopfplatte 12 und damit des Kopfschwerpunktes 18.
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Die 4 bis 7 zeigen nun in schematischer Darstellung
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
die technische Realisierung der erfindungsgemäßen Kopfstütze. In den Figuren erkennt man
ein allgemein mit 38 bezeichnetes Gehäuse, das im wesentlichen aus
zwei zueinander parallelen Platten 40, 42 besteht,
die durch Bolzen 44 in einem Abstand voneinander gehalten
und miteinander verbunden sind. Zwischen den Platten 40 und 42 sind die
Laufrollen 26, 28 und 30 um zu den Platten 40 und 42 senkrechte
Achsen drehbar gelagert, zwischen denen der Stützholm 24 geführt ist.
In der 6 erkennt man
die an dem Stützholm 24 ausgebildeten
Laufbahnen 32, 34 und 36 für die Laufrollen 26, 28 bzw.
30. Der Stützholm 24 trägt an einem Ende
eine Leiste 46, an der die in den 4 bis 7 nicht
dargestellte Kopfplatte 12 befestigt werden kann. Ferner
ist an diesem Ende des Stützholmes 24 ein
Handgriff 48 angebracht, mit dem der Stützholm von Hand bewegt werden
kann. Oberhalb der Laufrolle 28 befindet sich eine in 6 erkennbare Abdeckplatte 50,
die verhindern soll, daß Gegenstände, insbesondere
Haare eines Patienten von der Laufrolle 28 erfaßt und in
das Gehäuse 38 hineingezogen werden
können.
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Die Stützrolle 30 wird durch
eine Feder 52 in Richtung auf die Laufbahn 36 vorgespannt.
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Der Antrieb für die Verstellung des Stützholms 24 ist
in 7 erläutert. Der
Stützholm 24 trägt auf seiner
einen Längsseite
eine Zahnspur 54, in die ein Zahnritzel 56 eingreift,
das über
einen Schneckentrieb 58 von einem Motor 60 angetrieben
wird. Die aus dem Motor 60, dem Schneckentrieb 58 und dem
Ritzel 56 bestehende Antriebsvorrichtung oder Baugruppe
ist in einer Platte 62, die an der Außenseite der Gehäuseplatte 42 angeschraubt
ist, mittels einer Drehscheibe 64 um eine Achse 66 schwenkbar gelagert,
so daß das
Ritzel 56 der sich bei der Verstellung des Stützholmes 24 ändernden
Richtung der Zähne
der Zahnspur 54 folgen kann. Die Antriebsvorrichtung ist
in der Praxis durch einen nicht dargestellten Deckel abgedeckt,
der mit der Platte 62 befestigt ist.
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Das Gehäuse 38 kann mit Hilfe
eines nicht dargestellten Trägers
an dem Gestell eines Operationstisches oder der Patientenlagerfläche 10 befestigt werden.