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DE10305693A1 - Robotic positioning and movement device for positioning a surgical instrument within an operating space within a human or animal body, has separate positioning and operating kinematic elements - Google Patents

Robotic positioning and movement device for positioning a surgical instrument within an operating space within a human or animal body, has separate positioning and operating kinematic elements

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DE10305693A1
DE10305693A1 DE2003105693 DE10305693A DE10305693A1 DE 10305693 A1 DE10305693 A1 DE 10305693A1 DE 2003105693 DE2003105693 DE 2003105693 DE 10305693 A DE10305693 A DE 10305693A DE 10305693 A1 DE10305693 A1 DE 10305693A1
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DE
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Application
Patent type
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positioning
instrument
operating
elements
kinematic
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DE2003105693
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German (de)
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Robert Dipl.-Ing. Geiger
Jürgen Michael Knapp
Original Assignee
Geiger, Robert, Dipl.-Ing. (FH)
Jürgen Michael Knapp
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    • A61B34/70Manipulators specially adapted for use in surgery
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B90/11Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges for stereotaxic surgery, e.g. frame-based stereotaxis with guides for needles or instruments, e.g. arcuate slides or ball joints

Abstract

Device for positioning and or moving a surgical instrument in an operating space within a human or animal body (2). The device comprises kinematic positioning elements as well as instrument carrying operative kinematic elements. The positioning and operating elements have independent links and adjustment members with corresponding drives. An independent claim is made for a device for positioning and or moving a surgical instrument in an operating space within a human or animal body that has motor driven kinematic elements with an instrument (4) or its mounting held in a fixed point with the instrument pivoting about an axis and moving in a circular path.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Positionierung und Bewegung eines chirurgischen Instrumentes gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 3 und dabei speziell auf eine Vorrichtung ua zur Verwendung bei der sogenannten minimalinvasiven Chirurgie, bei der der Operationsraum nicht großflächig geöffnet wird, sondern die Operation über minimale Öffnungen durch in den Operationsraum eingeführte Instrumente durchgeführt wird. The invention relates to a device for positioning and movement of a surgical instrument according to the preamble of claim 1 or 3 and specifically to an apparatus, inter alia, for use in the so-called minimally invasive surgery, in which the operating room is not opened over a large area, but the operation on minimal openings is performed by introduced to the operating room instruments.
  • [0002] [0002]
    Zur Überwachung des Operationsfeldes oder -raumes bei einer minimalinvasiven Operation, beispielsweise im Bauchraum eines Patienten, ist es ua notwendig, dem operierenden Arzt eine exakte Information über die Position des für die Operation verwendeten chirurgischen Instrumentes zur Verfügung zu stellen, beispielsweise in Form eines Videobildes an einem Bildschirm. To monitor the operating field or -space in a minimally invasive surgery, such as in the abdominal cavity of a patient, it is necessary inter alia to provide accurate information on the position of the surgical instrument used for the operation available to the surgeon, for example in the form of a video image to a screen. Hierfür ist es üblich, zusätzlich zum eigentlichen chirurgischen Arbeitsinstrument eine weitere Sonde oder ein weiteres Instrument, das Teil einer Videokamera ist und auch mit einer Beleuchtungseinrichtung versehen ist, ebenfalls von außen her in den Operationsraum einzuführen. For this purpose, it is usual in addition to the actual surgical working tool a further probe or another instrument that is part of a video camera, and is also provided with a lighting device, also inserted from the outside into the operating room. Die Bewegung dieser Sonde wird dann von Hand durch einen assistierenden Arzt so durchgeführt, daß der interessierende Operationsbereich auf dem Bildschirm optimal dargestellt wird. The movement of this probe is then carried out manually by an assistant physician so that the operation of interest area is optimally displayed on the screen.
  • [0003] [0003]
    Um einen zusätzlichen assistierenden Arzt einzusparen, wurden bereits roboterartige Vorrichtungen zum motorischen Positionieren und Bewegen von chirurgischen Instrumenten in einem Operationsraum vorgeschlagen, insbesondere auch zum Positionieren und Bewegen eines Endoskops bei Gallenblasenoperationen ( In order to save an additional assisting doctor, robotic devices for motor positioning and movement of surgical instruments in an operating room have been proposed, particularly to position and move an endoscope in gallbladder operations ( EP 0 653 922 B1 EP 0653922 B1 ). ). Nachteilig bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art ist, daß ein und dieselbe Kinematik die Zustellbewegung, mit der das an der Vorrichtung gehaltene Instrument bzw. dessen aktiver Instrumentenbereich an den Operationsraum herangeführt wird, und die eigentliche Arbeitsbewegung durchführt, mit der das Instrument bzw. der in den Operationsraum eingeführte Bereich dieses Instruments in der für die Durchführung der Operation notwendigen Weise bewegt wird. A disadvantage of the known devices of this type, that one and the same kinematic performs the feed motion at which the instrument and held on the device whose active range of the instrument is brought to the operating room, and the actual working movement, with which the instrument or in introduced the operating room area of ​​this instrument is moved in the information necessary for implementing the operation manner.
  • [0004] [0004]
    Um eine sichere und zuverlässige Positionierung des Instrumentes, insbesondere auch eine schwingungsfreie Positionierung im Operationsraum zu erreichen, ist eine hohe Steifigkeit für die Kinematik und insbesondere für deren Gelenke, Arme oder Glieder erforderlich. In order to achieve a safe and reliable positioning of the instrument, in particular a vibration-free positioning in the operating room, is a high rigidity for the kinematics and particularly necessary for their joints, arms or limbs. Dies bedeutet, daß die ua die Gelenke und Glieder der Kinematik relativ massiv ausgebildet sind, so daß bei der jeweiligen Bewegung relativ große Massen beschleunigt und abgebremst werden müssen. This means that the joints and limbs of the kinematics are relatively massive, among others, so that accelerates relatively large masses in the respective movement and must be slowed down.
  • [0005] [0005]
    Nach einer der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis ist dies weniger nachteilig bei der Zustellbewegung, da diese in der Regel jeweils nur einmal am Beginn und am Ende einer Operation erfolgt. After an insight underlying the invention this is less disadvantageous in the feed motion, as they each usually occurs only once at the beginning and end of an operation. Nachteilig sind die großen Masse aber bei der Arbeitsbewegung, die der jeweiligen augenblicklichen Situation folgend sehr schnell und auch präzise durchgeführt werden muß. The disadvantage is the large mass but are at work movement which must be carried out following the respective current situation very quickly and accurately.
  • [0006] [0006]
    Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung aufzuzeigen, die die Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet. The object of the invention is to disclose an apparatus which avoids the disadvantages of known devices. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung entsprechend dem Patentanspruch 1 oder 3 ausgebildet. To achieve this object, a device formed in accordance with the patent claim 1 or 3rd
  • [0007] [0007]
    Bei der Erfindung bilden die Zustellkinematik und die Arbeitskinematik eine „Kinematik-Kette", bei die Zustellkinematik zwischen einem Fix- oder Lagerpunkt und der Arbeitskinematik bzw. einem Übergang zu der Arbeitskinematik und die Arbeitskinematik zwischen der Zustellkinematik bzw. dem genannten Übergang und dem Instrument oder dessen Halter wirken. In the invention the Zustellkinematik and the work kinematics form a "kinematic chain" in the Zustellkinematik between a fixed or bearing point and the working kinematics or a transition to the working kinematics and the work kinematics between the Zustellkinematik or to said transition and the instrument or whose holders act.
  • [0008] [0008]
    „Kinematik" und dabei speziell „Arbeitskinematik" bzw. „Zustellkinematik" bedeuten im Sinne der Erfindung jeweils eine mechanische Konstruktion, die die notwendigen Bewegungen ermöglicht, und zwar zumindest bei der Arbeitskinematik motorisch gesteuert durch ein Computerprogramm bzw. einen entsprechenden Ansteueralgorithmus. "Kinematics" and specifically "work Kinematics" or "Zustellkinematik" mean in the sense of the invention each have a mechanical construction that allows the necessary movements, namely at least a motor controlled at work kinematics by a computer program or a corresponding Ansteueralgorithmus.
  • [0009] [0009]
    „Durchdringungsachse" bedeutet im Sinne der Erfindung die Achse, die das Instrument oder der Instrumententräger an dem Invarianten Punkt aufweist, an dem das Instrument durch Punktieren in den Operationsraum eingeführt ist, wobei diese Durchdringungsachse zwar nicht zwingend, aber vielfach achsgleich mit der Instrumentenachse ist. within the meaning of the invention "of penetration" means the axis having the instrument or the instrument panel at the invariant point at which the instrument is inserted through puncturing in the operating room, which of penetration is not mandatory, but in many cases the same axis with the tool axis.
  • [0010] [0010]
    „Instrumentenachse" im Sinne der Erfindung bedeutet die Achse, die durch den invarianten Punkt sowie durch den in den Patientenkörper oder Operationsraum eingeführten Instrumentenbereich definiert ist. "Instrument axis" in the sense of the invention means the axis which is defined by the invariant point and by the inserted into the patient's body or instrument operating room area.
  • [0011] [0011]
    „Instrumentenbereich" bedeutet im Sinne der Erfindung den aktiven Bereich oder Kopf des Instrumentes, beispielsweise die Öffnung der Optik eines als Kamera oder Teil einer Kamera ausgebildeten Instrumentes, die Lichtquelle eines als Beleuchtungseinrichtung ausgebildeten Instrumentes, die Optik eines Endoskops usw. According to the invention "Instrument area" means the active area or head of the instrument, such as the opening of the optics of a camera or formed as part of a camera instrument, the light source of an illumination device constructed as instrument, the optics of an endoscope, etc.
  • [0012] [0012]
    Weiterhin werden mit der Erfindung die von der Arbeitsgruppe MITI (minimal invasive Therapie und Intervention) an der TU München in einem internen Papier aufgestellten Erfordernisse hinsichtlich der Bewegung des Instrumentes voll erfüllt. Furthermore, the MITI by the working group (minimally invasive therapy and intervention) at the Technical University of Munich in an internal paper prepared requirements related to the movement of the instrument are fully met with the invention.
  • [0013] [0013]
    Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is explained in more detail below with reference to the figures of embodiments. Es zeigen: Show it:
  • [0014] [0014]
    1 1 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung die Kinematik einer roboterartigen Vorrichtung zur Positionierung und Bewegung eines chirurgischen Instrumentes gemäß Stand der Technik; in a very simplified schematic representation of the kinematics of a robot-like device for positioning and movement of a surgical instrument in accordance with prior art;
  • [0015] [0015]
    2 2 in vereinfachter Darstellung eine roboterartige Vorrichtung zur Positionierung und Bewegung eines chirurgischen Instrumentes bzw. deren Kinematik entsprechend der Erfindung; in a simplified representation, a robot-like device for positioning and movement of a surgical instrument or its kinematics according to the invention;
  • [0016] [0016]
    3 3 in schematischer Darstellung die Ausbildung der Arbeitskinematik für den Endeffektor oder das Instrument bei der Ausführung der a schematic representation of the formation of the work kinematics for the end effector or the instrument in the practice of 2 2 ; ;
  • [0017] [0017]
    4 4 bis to 10 10 in Darstellungen ähnlich den similar representations to 2 2 und and 3 3 weitere mögliche Ausführungen der Erfindung; Another possible embodiments of the invention;
  • [0018] [0018]
    11 11 in vereinfachter Darstellung zwei axial relativ zueinander verstellbare Elemente der Kinematik der erfindungsgeämßen Vorrichtung; in a simplified representation, two axially relative to each other adjustable elements of the kinematics of the erfindungsgeämßen device;
  • [0019] [0019]
    12 12 einen Schnitt durch die beiden verstellbaren Elemente sowie durch eine zwischen diesen Elementen angeordnete Führung; a section through the two adjustable elements, as well as by a guide arranged between these elements;
  • [0020] [0020]
    13 13 und and 14 14 zwei Führungselemente der Führung der two guide elements of the guide 12 12 . ,
  • [0021] [0021]
    In den Figuren ist 1 ein Patient, in dessen Körper In the figures, 1 a patient in whose body 2 2 , beispielsweise Bauchraum, im Rahmen einer minimalinvasiven Operation durch Punktieren an einem Invarianten Punkt , For example, the abdominal cavity, as part of a minimally invasive surgical by puncturing at an invariant point 3 3 ein sondenartiges medizinisches Instrument a probe-type medical instrument 4 4 eingeführt ist, so daß sich das Instrumentenende bzw. der Instrumentenbereich is inserted, so that the end of the instrument or the instrument range 5 5 in einem Operationsraum im Körper des Patienten in an operating room in the body of the patient 2 2 befindet. located. Das Instrument The instrument 4 4 kann die unterschiedlichste Funktion haben. may have the most diverse function. Beispielsweise ist dieses Instrument For example, this instrument 4 4 Teil einer Lichtfaseroptik einer Videokamera mit Beleuchtung, die zur Überwachung der Operation dient, die mit einem weiteren ebenfalls durch Punktieren in den Operationsraum eingeführten chirurgischen Instrumentes durchgeführt wird. Portion of a light fiber optics of a video camera with lighting that is used for monitoring the operation, which is carried out with a further, likewise introduced by puncturing in the operating room surgical instrument. Zur Erfassung des interessierenden Operationsbereichs werden das Instrument To detect the operation range of interest, the instrument will be 4 4 bzw. das Ende or the end 5 5 ohne Änderung oder ohne wesentliche Änderung des Punktes without modification or without a substantial change of the point 3 3 im Körper in the body 2 2 des Patienten the patient 1 1 bewegt, und zwar durch Schwenken um den Punkt moved, by pivoting about the point 3 3 bzw. um Achsen, die durch diesen Punkt or about axes which pass through this point 3 3 radial zur Durchdringungsachse verlaufen, und/oder durch Drehen um die Instrumentenachse und/oder durch radiales Verschieben in der Instrumentenachse. radially to the of penetration, and / or by rotation about the instrument axis and / or by radial displacement in the instrument axis.
  • [0022] [0022]
    Um zu vermeiden, daß bei einer Operation allein für die Bewegung eines Hilfsinstrumentes ein zusätzlicher Arzt erforderlich ist, wurden bereits Roboteranordnungen oder Vorrichtungen vorgeschlagen, die generell die in der To avoid that with a surgery alone for the movement of an auxiliary instrument, an additional physician is required, robots or mechanisms have been proposed which are generally in the 1 1 dargestellte Kinematik aufweisen, dh das sondenartige Instrument kinematics have shown, that the probe type instrument 4 4 ist an einer mehrgliedrigen Mechanik oder Kinematik is attached to a multi-membered kinematic mechanism or 6 6 gehalten. held. Die umfaßt zB die beiden Glieder oder Arme The example includes the two members or arms 7 7 und and 8 8th , die an einem Gelenk Which at a joint 9 9 gelenkig miteinander sowie an weiteren Gelenken articulated with each other as well as to other joints 10 10 bzw. or. 11 11 mit dem Instrument with the instrument 4 4 sowie mit einem Lager as well as with a bearing 12 12 verbunden sind. are connected. Letzteres weist eine vorgegebene Position in Bezug auf einen Operationstisch The latter has a predetermined position with respect to an operating table 13 13 auf, auf dem der Patient on, on which the patient 1 1 liegend angeordnet ist. is arranged horizontally.
  • [0023] [0023]
    Durch entsprechende Ausbildung der Gelenke By appropriate design of the joints 9 9 - 12 12 und durch entsprechende, nicht dargestellte Aktoren oder Antriebe sind die unterschiedlichsten, durch die Pfeile a – e wiedergegebenen Bewegungen (Schwenk- und/oder Drehbewegungen) der Arme and through corresponding, not shown, actuators or drives, the most varied, by the arrows a - e reproduced motion (pan and / or rotational movements) of the arms 7 7 und and 8 8th relativ zueinander sowie relativ zu dem Lager relative to each other and relative to the bearing 12 12 möglich. possible. Damit sind dann auch die unterschiedlichsten Bewegungen des sondenartigen Instrumentes This means that then the diverse movements of the probe-like instrument 4 4 , insbesondere auch Schwenk- und Drehbewegungen, und in der Weise möglich, daß sich der Instrumentenkopf , In particular also possible inclining and rotating movements, and in such a way that the instrument head 5 5 im Körper des Patienten the patient's body 2 2 in der gewünschten Weise bewegt, und zwar ohne Verlagerung des Invarianten Punktes moved in the desired manner, without displacement of the invariant point 3 3 . ,
  • [0024] [0024]
    Zusätzlich zu dieser eigentlichen Arbeitsbewegung ist am Beginn einer Operation, dh beim Einbringen des Instrumentes In addition to this actual working movement is the beginning of an operation, that is during the introduction of the instrument 4 4 in den Körper in the body 2 2 auch eine Zustellungsbewegung notwendig. a delivery movement required. Diese Bewegung erfolgt ebenfalls durch die die Arme This movement is also performed by the arms 7 7 und and 8 8th relativ zu dem Lager relative to the bearing 12 12 bzw. relativ zueinander und das Instrument or relative to each other and the instrument 4 4 relativ zum Arm relative to the arm 8 8th der bewegenden Stellglieder. the moving actuators.
  • [0025] [0025]
    Alle bei dieser bekannten Roboteranordnung bzw. Kinematik vorgesehenen Stellglieder dienen also sowohl der Zustellbewegung, als auch der Arbeitsbewegung. So all of this known robot kinematics arrangement or provided actuators serve both of the feed, and the labor movement. Dies bedeutet nicht nur, daß für dieselben Stellglieder jeweils ein unterschiedlicher Steuerungsalgorithmus für Zustellbewegung und die Arbeitsbewegung erforderlich ist, sondern diese Art der Kinematik hat auch das Problem, daß insbesondere bei der Arbeitsbewegung relativ hohe Massen bewegt werden müssen. This means not only that in each case a different control algorithm for advancing movement and the working movement is required for the same actuators, but this type of geometry has the problem that, in particular relatively high masses have to be moved during the working movement.
  • [0026] [0026]
    Die The 2 2 und and 3 3 zeigen eine Robotervorrichtung oder Mechanik show a robotic device or mechanism 20 20 , die wiederum mehrgliedrig ausgebildet ist, und zwar mit den beiden, den Armen Which is again formed mehrgliedrig, with the two arms 7 7 und and 8 8th entsprechenden Armen corresponding arms 21 21 und and 22 22 sowie einem zusätzlichen Arm and an additional arm 23 23 . , Die Arme The poor 21 21 und and 22 22 sind über das dem Gelenk are about the hinge 9 9 entsprechende Gelenk respective hinge 24 24 miteinander verbunden. connected with each other. Weiterhin ist der Arm Furthermore, the arm 21 21 mit seinem anderen Ende über das dem Gelenk at its other end about the hinge 11 11 entsprechende Gelenk respective hinge 25 25 mit dem dem Lager the camp 12 12 entsprechenden Lager corresponding bearing 2b 2 B verbunden. connected.
  • [0027] [0027]
    Das freie Ende des Armes The free end of the arm 22 22 ist über ein Gelenk is via a joint 27 27 mit dem zusätzlichen Arm with the additional arm 23 23 verbunden. connected. Den Gelenken the joints 24 24 , . 25 25 und and 27 27 sind wiederum Betätigungselemente oder Antriebe zugeordnet, die die Schwenk- und Drehbewegungen entsprechend den Pfeilen a – e um diese Gelenke ermöglichen, und zwar gesteuert durch eine Steuereinrichtung oder deren Programm. turn actuators or drives are associated with the inclining and rotating movement according to the arrows a - e to allow these joints, and that controlled by a control device or the program. Im Gegensatz zu der Mechanik In contrast to the mechanics 6 6 dienen diese Betätigungselemente lediglich der Zustellbewegung, nicht aber der Arbeitsbewegung. serve these actuators only feed movement, but not the labor movement.
  • [0028] [0028]
    Für die Arbeitsbewegung ist am freien Ende des Armes For the working movement is at the free end of the arm 23 23 eine die Arbeitskinematik beinhaltende oder bildende Steuereinrichtung a work kinematics-containing or forming control means 28 28 vorgesehen, mit der das Instrument provided, with which the instrument 4 4 nur für die Arbeitsbewegung bewegt wird, und zwar wiederum derart, daß der in den Körper is only moved for the work movement, again such that the in the body 2 2 des Patienten the patient 1 1 eingeführte Instrumentenkopf inserted instrument head 5 5 dort die erforderlichen Bewegungen durch Schwenken um den Invarianten Punkt there the movements required by pivoting about the invariant point 3 3 und ohne Änderung der Lage dieses Punktes um beliebige, radial zur Achse des Instrumentes and without changing the position of this point any desired radially to the axis of the instrument 4 4 verlaufenden Achsen sowie durch axiales Verschieben des Instrumentes extending axes and by axial displacement of the instrument 4 4 ausführt. performs. Die Arbeitsbewegung erfolgt dabei ausgehend von einer Null- oder Ausgangsstellung, die das Instrument The working movement takes place starting from a neutral or initial position, the instrument, the 4 4 für die Zustellbewegung bzw. während des Einführens in den Körper for the feed movement or during insertion into the body 2 2 einnimmt. occupies.
  • [0029] [0029]
    Realisiert ist die Kinematik der Steuereinrichtung Is realized, the kinematics of the control device 28 28 dadurch, daß das sondenartige Instrument characterized in that the probe type instrument 4 4 an seinem dem Instrumentenkopf at its the instrument head 5 5 entfernt liegenden Ende in zwei, von dem Punkt distal end in two, from the point 3 3 beabstandeten, parallelen Ebenen Q1 und Q2 geführt ist, und zwar derart, daß der Schnittpunkt Q1 bzw. Q2, an welchem die Achse des Instrumentes spaced, parallel planes Q1 and Q2 is performed in such a manner that the intersection Q1 and Q2, respectively, in which the axis of the instrument 4 4 die jeweilige Ebene E1 bzw. E2 schneidet, in jeder Ebene verschoben werden kann, und zwar in Abhängigkeit von der gewünschten Bewegung des Instrumentenkopfes the respective plane E1 or E2 cuts, can be displaced in each level, depending on the desired movement of the instrument head 5 5 . , Gleichzeitig kann das sondenartige Instrument At the same time, the probe-like instrument 4 4 in der Steuereinrichtung in the controller 28 28 um seine Achse gedreht und auch axial verschoben werden. be rotated about its axis and axially displaced. Die Ebenen E1 und E2 sind jeweils als XY-Ebenen angegeben, so daß die Schnittpunkte Q1 und Q2 durch die Koordinaten x1 und y1 bzw. x2 und y2 definiert sind. The planes E1 and E2 are each expressed as XY planes so that the intersection points are defined by the coordinates x1 and y1 and x2, y2 and Q1 and Q2.
  • [0030] [0030]
    Realisierbar ist die Steuereinrichtung Is realized, the controller 28 28 beispielsweise entsprechend der For example, according to the 3 3 dadurch, daß in jeder Ebene E1 und E2 eine Schlittenanordnung characterized in that in each plane E1 and E2 a carriage assembly 29.1 29.1 bzw. or. 29.2 29.2 vorgesehen ist, die aus einem inneren Schlitten is provided, which consists of an inner slide 30 30 besteht, an dem das sondenartige Instrument is where the probe type instrument 4 4 in einer Verschiebehülse in a sliding sleeve 33 33 mit Kugelgelenk oder kardanischer Lagerung um beliebige, in der Ebene E1 bzw. E2 liegende Achsen schwenkbar sowie axial verschiebbar und drehbar gelagert ist und der in Richtung der Y-Achse in einem äußeren Schlitten is mounted with a ball joint or gimbal mounting about any, in-plane axes E1 and E2 respectively pivotally and axially displaceable and rotatable in the direction of the Y-axis in an outer carriage 31 31 verschiebbar ist, welcher seinerseits in einer Führung is displaceable, which in turn in a guide 32 32 in der X-Achse verschiebbar ist. is slidable in the X-axis. Die Führungen the guides 32 32 sowie die zugehörigen Betätigungselemente zum gesteuerten Bewegen der Schlitten and the associated actuation elements for controllably moving the carriages 30 30 und and 31 31 sowie zum axialen Verschieben des Instrumentes and for the axial displacement of the instrument 4 4 und zum Drehen dieses Instrumentes and to turn this instrument 4 4 um seine Längsachse sind auf einem Träger about its longitudinal axis on a support 23' 23 ' vorgesehen, der Bestandteil des Arms provided that part of the arm 23 23 ist. is.
  • [0031] [0031]
    Der Vorteil der in der The advantage of the 2 2 und and 3 3 dargestellten Robotereinrichtung Robotic device shown 19 19 ist, daß bei dieser Einrichtung eine strikte Trennung zwischen der Zustellkinematik und der Arbeitskinematik besteht, so daß eine wesentlich genauere Bewegung des Instrumentes is that with this device, a strict separation between the Zustellkinematik and the working kinematics is such that a much more accurate movement of the instrument 4 4 bzw. des Instrumentenkopfes or the instrument head 5 5 möglich ist und für diese Bewegung durch die Arbeitskinematik bzw. Steuereinrichtung is possible and for this movement by the work kinematics or controller 28 28 auch nur kleine Massen bewegt werden müssen. even small masses have to be moved. Nur für das Zustellen des Instrumentes Just for the delivering of the instrument 4 4 und die Positionierung der Steuereinrichtung and the positioning of the control means 28 28 in Bezug auf den Patienten in relation to the patient 1 1 ist die Zustellkinematik is the Zustellkinematik 20 20 erforderlich. required.
  • [0032] [0032]
    Die The 4 4 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform der Erfindung eine Vorrichtung shows as a further possible embodiment of the invention, an apparatus 19a 19a , die sich von der Vorrichtung Extending from the device 19 19 im wesentlichen nur durch eine unterschiedliche Ausbildung der Arbeitskinematik bzw. der Steuereinrichtung substantially only by a different design of the work kinematics or the control device 28a 28a unterscheidet. different.
  • [0033] [0033]
    Um die Bewegung des Instrumentes The movement of the instrument 4 4 bzw. des Kopfes and the head 5 5 im Körper in the body 2 2 des Patienten the patient 1 1 durch Schwenken um den invarianten Punkt by pivoting about the invariant point 3 3 sowie durch axiales Verschieben oder Drehen um die Achse des Instrumentes and by axially moving or rotating about the axis of the instrument 4 4 zu erreichen, ist letzteres an seinem dem Kopf To achieve the latter is at its head 5 5 entfernt liegenden Ende außerhalb des Körpers distal end outside the body 2 2 auf einem Kreisbogen on a circular arc 34 34 geführt, dessen Mittelpunkt der invariante Punkt oder annähernd der invariante Punkt out of which the center point of the invariant or nearly invariant to the point 3 3 ist. is. Die kreisbogenförmige Führung The arc-shaped guide 34 34 ist ihrerseits an einem Träger in turn to a support 35 35 um eine Gelenkachse about a hinge axis 36 36 schwenkbar, die ebenfalls durch den Punkt pivotally, which also passes through the point 3 3 oder annähernd durch den Punkt or approximately through the point 3 3 geht. goes. Der Träger the carrier 35 35 ist an dem freien Ende des Armes is at the free end of the arm 23 23 vorgesehen oder Bestandteil dieses Armes. provided or part of this arm.
  • [0034] [0034]
    Die The 5 5 zeigt als Vorrichtung shows an apparatus 19b 19b eine konstruktive Ausführung der Vorrichtung der a constructive embodiment of the apparatus of 4 4 mehr im Detail. more in detail. Bei dieser Ausführung ist anstelle einer mehrgliedrigen oder mehrarmigen Zustellkinematik In this embodiment, instead of a multi-unit or multi-arm Zustellkinematik 20 20 eine Zustellanordnung oder Kinematik a feed assembly or kinematics 20b 20b vorgesehen, die im wesentlichen aus einem säulenartigen Grundkörper provided which essentially consists of a columnar base body 37 37 besteht, der um seine vertikale Achse drehbar (Pfeil f) an einem nicht dargestellten Lager gelagert ist und an dem axial verschiebbar ein dem Arm is rotatably (arrow F) to a not-shown bearing rotatably about its vertical axis and to move axially on the one arm 22 22 entsprechender Arm corresponding arm 22b 22b vorgesehen ist, an dessen freien Ende über ein dem Gelenk is provided at its free end via a joint to the 27 27 entsprechendes Gelenk corresponding joint 27b 27b , ein dem Arm , An arm 23 23 entsprechender Arm corresponding arm 23b 23b angelenkt ist, und zwar für eine Schwenkbewegung um eine Achse senkrecht zur Längsachse des Grundkörpers is linked, namely for pivotal movement about an axis perpendicular to the longitudinal axis of the base body 37 37 . , An dem Arm On the arm 23b 23b ist mittels eines dem Gelenk by means of a the joint 36 36 entsprechenden Gelenks corresponding joint 36b 36b die der Führung the said guide 34 34 entsprechende kreisbogenförmige Führung respective circular arc-shaped guide 34b 34b angelenkt. hinged.
  • [0035] [0035]
    Durch die Drehbewegung des Grundkörpers By the rotational movement of the base body 37 37 sowie durch die Verstellbewegung des Armes as well as by the adjusting movement of the arm 22b 22b in Richtung der Längsachse des Grundkörpers in the direction of the longitudinal axis of the base body 37 37 sowie auch in einer hierzu senkrecht verlaufenden Richtung (radiale Verstellung) kann bei der Zustellung in einem Zustellraum jede beliebige Position angefahren werden. as well as in a direction perpendicular thereto (radial displacement) can be approached for the delivery in a Zustellraum any position. Mit Hilfe des Gelenks With the help of the joint 23b 23b kann die kreisbogenförmige Führung , the circular arc-shaped guide 34b 34b , an der das Instrument Where the instrument 4 4 mittels eines Schlittens by means of a carriage 38 38 geführt ist, in ihrer Lage optimal eingestellt werden. is guided, be optimally adjusted in position. An dem nur schematisch angedeuteten Schlitten Where only schematically indicated slide 38 38 sind wiederum Mittel vorgesehen, um das Instrument in turn means are provided to the instrument 4 4 axial zu bewegen sowie um seine Achse zu drehen. to move axially and to rotate about its axis.
  • [0036] [0036]
    Bei der Vorrichtung In the apparatus 19b 19b erfolgt die Zustellbewegung durch Einstellen der Führung If the feed movement by adjusting the guide 34b 34b mittels des Gelenks by means of the joint 23b 23b , durch Einstellen des Armes By adjusting the arm 22b 22b in Achsrichtung des Grundkörpers in the axial direction of the base body 37 37 sowie radial hierzu sowie durch Drehen des Grundkörpers and radially thereto, and by rotating the basic body 37 37 um seine Längsachse derart, daß die Achse des an der Führung about its longitudinal axis such that the axis of the guide at the 34b 34b mittels eines Schlittens by means of a carriage 38 38 gehaltenen Instrumentes held instrument 4 4 bei in der Ausgangsstellung befindlichen Instrument when located in the starting position Instrument 4 4 den Invarianten Punkt the invariant point 3 3 am Patienten the patient 1 1 schneidet. cuts. Im Anschluß daran erfolgt das Einführen des Instrumentes in den Körper Subsequently, the insertion of the instrument takes place in the body 2 2 des Patienten am Invarianten Punkt the patient's point invariants 3 3 und durch Bewegen des Schlittens and by moving the carriage 38 38 entlang der Führung along the guide 34b 34b , durch Schwenken der Führung , By pivoting the guide 34b 34b um die Achse des Gelenks about the axis of the joint 36b 36b und durch axiales Bewegen des Instrumentes and by axially moving the instrument 4 4 die Bewegung für den Kopf the movement for the head 5 5 im Inneren des Patienten. inside the patient. Die Zustellbewegung kann bei dieser Ausführung auch manuell erfolgen. The feed can also be done manually in this embodiment.
  • [0037] [0037]
    Bei der Vorrichtung In the apparatus 19b 19b erfolgt also die Bewegung des Instrumentes Thus, the movement of the instrument 4 4 in der Weise, daß dieses Instrument bei der Bewegung in einer Bewegungsebene geführt ist, die durch die Längsachse des Instrumentes in such a way that this tool is guided during the movement in a movement plane defined by the longitudinal axis of the instrument 4 4 und durch eine durch den invarianten Punkt and through an invariant point by the 3 3 verlaufende Schwenkachse definiert ist. extending pivot axis is defined. Letztere ist bei der dargestellten Ausführungsform eine horizontale Achse und verläuft quer zur Patientenlängsachse. The latter is a horizontal axis in the illustrated embodiment and extends transversely to the longitudinal axis of the patient. Innerhalb dieser Ebene wird das Instrument Within this plane, the instrument is 4 4 um den invarianten Punkt around the invariant point 3 3 , dessen Lage zB konstant oder nahezu konstant ist, geschwenkt. , Its location, for example, is constant or almost constant, pivoted. Weiterhin wird bei dieser Ausführung die genannte Bewegungsebene um die Schwenkachse geschwenkt, so daß unter Berücksichtigung der zusätzlichen axialen Bewegung des Instrumentes Furthermore, in this embodiment, the plane of movement mentioned is pivoted about the pivot axis, so that taking into account the additional axial movement of the instrument 4 4 sowie einer Drehbewegung dieses Instrumentes um seine Achse das in den Patientenkörper durch den invarianten Punkt and a rotary motion about its axis of this instrument in the patients body through the invariant point 3 3 eingeführte Instrumentenende dort innerhalb eines Operationsraumes jede beliebige Stellung einnehmen kann. introduced Instrument may take any position there within an operating room.
  • [0038] [0038]
    Die Vorteile der Vorrichtungen The advantages of the devices 19a 19a und and 19b 19b bestehen darin, daß die Arbeitskinematik für die Bewegung des Instrumentes are that the work kinematics for the movement of the instrument 4 4 generell nur drei Freiheitsgrade benötigt, die unabhängig voneinander gesteuert werden müssen. generally requires only three degrees of freedom that must be controlled independently. Der Instrumentenkopf The instrument head 5 5 wird beim Bewegen des Schlittens will during the movement of the carriage 38 38 auf der Führung on the guide 34 34 bzw. or. 34b 34b und beim Schwenken dieser Führung im wesentlichen auf einer kreisförmig gekrümmten Bahn bewegt. and substantially moves along a circular arcuate path during pivoting of said guide. Abweichungen hiervon sind durch eine gesteuerte Bewegung des Instrumentes Deviations from this are by a controlled movement of the instrument 4 4 in seiner Längsachse möglich. possible in its longitudinal axis. Für die Steuerung der Arbeitsbewegung ist ein relativ einfacher Algorithmus möglich. For controlling the working movement, a relatively simple algorithm is possible.
  • [0039] [0039]
    Die The 6 6 zeigt in schematischer Darstellung als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung shows a schematic representation of a further possible embodiment of an apparatus 19c 19c , die sich von der Vorrichtung Extending from the device 19 19 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß anstelle der Steuereinrichtung substantially differs in that instead of the control device 28 28 eine Steuereinrichtung a control device 28c 28c vorgesehen ist. is provided. Die Kinematik für die Arbeitsbewegung ist dadurch realisiert, daß das Instrument The kinematics for the work movement is realized in that the instrument 4 4 in einer von dem Punkt in one of the point 3 3 beabstandeten und außerhalb des Körpers spaced and outside the body 2 2 des Patienten the patient 1 1 definierten Ebene E in den beiden, diese Ebene bestimmenden Achsrichtungen X und Y bewegbar ist und zugleich am Schnittpunkt Q1 der Instrumentenachse mit der Ebene E um beliebige, in dieser Ebene liegende Achsen schwenkbar ist. defined plane E in the two, this level determining axial directions X and Y is movable and at the same time at the intersection point Q1 of the tool axis with the plane E is pivotable about any, lying in this plane axes. Außerdem ist das Instrument In addition, the instrument 4 4 axial verschiebbar sowie um seine Längsachse drehbar. rotatably and axially displaceable about its longitudinal axis.
  • [0040] [0040]
    Die Steuerung erfolgt wiederum in Abhängigkeit von einem Steuerprogramm oder Algorithmus so, daß sich der Instrumentenkopf The control is performed again in accordance with a control program or algorithm so that the instrument head 5 5 im Körper in the body 2 2 des Patienten the patient 1 1 in der gewünschten Weise bewegt, und zwar durch Schwenken um radial zur Achse des Instrumentes moved in the desired manner, by pivoting about radially to the axis of the instrument 4 4 oder zur Durchdringungsachse verlaufende Achsen, die auch durch den Punkt or extending transversely to the axis of penetration, which also passes through the point 3 3 gehen, so daß dieser Punkt bei der Bewegung des Instrumentes go, so that this point in the movement of the instrument 4 4 beibehalten wird. is maintained.
  • [0041] [0041]
    Die The 7 7 zeigt in vereinfachter Darstellung eine mögliche Realisierung der Steuereinheit shows in a simplified representation a possible realization of the control unit 28c 28c . , Dort ist wiederum eine der Schlittenanordnung There again is the carriage assembly 29.1 29.1 bzw. or. 29.2 29.2 entsprechende Schlittenanordnung corresponding carriage assembly 29c 29c vorgesehen, die aus dem inneren Schlitten provided from the inner slide 30c 30c besteht, an welchem das Instrument consists at which the instrument 4 4 an seinem dem Kopf on his head 5 5 entfernt liegenden Ende mittels einer Verschiebehülse mit Kugelgelenk um beliebige Achsen in der Ebene E schwenkbar ist, und zwar gesteuert durch den Ansteueralgorithmus durch ein nicht dargestelltes, am Schlitten distal end by means of a sliding sleeve with a ball joint in the plane E is pivotable about any axis, and indeed controlled by the Ansteueralgorithmus by an unillustrated, the carriage 30c 30c vorgesehenes Stellglied. provided actuator. Der Schlitten The sled 30c 30c ist in der Ebene E und zwar in der Y-Achse in einem äußeren Schlitten is in the plane E, and that in the Y-axis in an outer carriage 31c 31c geführt, der seinerseits in der Führung performed in turn in the guide 32c 32c geführt ist, und zwar in der X-Achse. is guided, in the X-axis. Für die Bewegungen der Schlitten For the movements of the slides 30c 30c und and 31c 31c sind ebenfalls Stellglieder oder Antriebe vorgesehen, die unabhängig voneinander gesteuert werden. Actuators or actuators are also provided, which are controlled independently.
  • [0042] [0042]
    Bei den Vorrichtungen In the devices 19a 19a und and 19b 19b , die wegen der Positionierung Führung , Because of the positioning guide 34 34 bzw. 34b für die Arbeitsbewegung des Instrumentes and 34b for the working movement of the instrument 4 4 nur drei zu steuernde Freiheitsgrade benötigen, ist es allerdings erfordert, daß die jeweilige Führung only three need to be controlled degrees of freedom, however, it is required that the respective guide 34 34 bzw. or. 34b 34b sowie auch die Schwenkachse des Gelenks as well as the pivot axis of the joint 36 36 bzw. or. 36b 36b in Bezug auf den Punkt with respect to the point 3 3 möglichst exakt ausgerichtet sind. are as exactly as possible aligned. Die Vorrichtungen the devices 19 19 und and 19c 19c haben den Vorteil, daß der Abstand, den die Steuereinrichtung have the advantage that the distance, the control means 28 28 bzw. or. 28c 28c bzw. die dortigen Steuerebenen E und E2 von dem Punkt or the local control plane E and E2 from the point 3 3 aufweisen, beliebig sein kann, dieser Abstand aber bei der Steuerung der Instrumentenbewegung berücksichtigt werden muß. have, can be arbitrary, but this distance must be taken into account in controlling the instrument movement.
  • [0043] [0043]
    Die The 8 8th zeigt in schematischer Darstellung als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung shows a schematic representation of a further possible embodiment of an apparatus 19d 19d , die ähnlich der Vorrichtung Which is similar to the apparatus 19b 19b der of the 5 5 ausgebildet ist. is trained. Die Vorrichtung The device 19d 19d besteht wiederum aus der Zustellkinematik in turn consists of Zustellkinematik 20d 20d und der Arbeitskinematik and working kinematics 28d 28d . ,
  • [0044] [0044]
    Die Zustellkinematik umfaßt die bei der dargestellten Ausführungsform in vertikaler Richtung orientierte Tragsäule The Zustellkinematik comprises oriented in the embodiment shown in the vertical direction support column 40 40 , die um ihre vertikale Längsachse drehbar (Pfeil α) an einem nicht weiter dargestellten Vorrichtungsgestell vorgesehen ist und an der in der in axialer Richtung ein Gelenkträger Which is rotatable about its vertical longitudinal axis (arrow α) to a not shown apparatus frame is provided and the axial direction in the in a joint carrier 41 41 verstellbar geführt ist (Dppelpfeil H1). is adjustably guided (Dppelpfeil H1). Der Gelenkträger The joint carrier 41 41 weist ein Gelenk includes a hinge 42 42 auf, und zwar mit einer Gelenkachse, die senkrecht zur Achse der Tragsäule on, with a hinge axis perpendicular to the axis of support column 40 40 und damit senkrecht zur Verstellachse des Gelenkträgers and thus perpendicular to the adjustment axis of the hinge carrier 41 41 liegt. lies. Über das Gelenk About the joint 42 42 ist ein Trag- oder Führungsstück is a support or guide piece 43 43 gelenkig mit dem Gelenkträger hinged to the joint carrier 41 41 verbunden (Pfeil α'). connected (arrow α ').
  • [0045] [0045]
    Am Tragstück On the supporting piece 43 43 ist in Tragstücklängsrichtung (Doppelpfeil H2) ein von diesem Tragstück radial wegstehender Tragarm is in support member longitudinal direction (double arrow H2), a radially wegstehender of this support piece support arm 44 44 vorgesehen. intended. Der Tragarm the support arm 44 44 ist mit einem Ende an dem Tragstück is at one end to the support piece 43 43 geführt und trägt an dem anderen Ende einen Kopf out and wearing a head at the other end 45 45 , in welchem das Instrument In which the instrument 4 4 um seine Längsachse drehbar und in Richtung seiner Längsachse verschiebbar vorgesehen ist. is rotatable about its longitudinal axis and provided slidably in the direction of its longitudinal axis. Der Kopf The head 45 45 ist seinerseits um eine Achse radial zur Achse des Tragarmes is itself radially about an axis with the axis of the support arm 44 44 drehbar am Tragarm befestigt (Pfeil δ), wobei diese Dreh- oder Schwenkachse senkrecht zu einer Ebene liegt, die von der Längsachse des Tragarmes rotatably mounted on the support arm (arrow δ), said rotary or pivot axis is perpendicular to a plane of the support arm from the longitudinal axis 44 44 und der Längsachse des Instruments and the longitudinal axis of the instrument 4 4 definiert ist. is defined. Weiterhin ist der Tragarm Furthermore, the support arm 44 44 in Längsrichtung verstellbar (Doppelpfeil V) und besteht hierfür beispielsweise aus zwei teleskopartig ineinander geführten Teilen. adjustable in the longitudinal direction (double arrow V), and is for this purpose for example, of two telescopically guided parts.
  • [0046] [0046]
    Die Verstellbewegungen α, H1 und V sind Teil der Zustellkinematik. The adjustment movements of α, H1 and V are part of the Zustellkinematik. Die übrigen Bewegungen sind Teil der Arbeitskinematik. The other movements are part of the work kinematics. Zumindest für die Bewegungen der Arbeitskinematik sind wiederum motorische Antriebe vorgesehen. At least for the movements of the working kinematics motor drives in turn are provided. Um beim Bewegen des in den Patientenkörper eingeführten Instrumentes To assist in moving the inserted into the patient's body instrument 4 4 den invarianten Punkt the invariant point 3 3 möglichst ortsfest zu belassen, erfolgt die Einstellung durch die Zustellkinematik derart, daß die Achse des Gelenks stationary possible to leave the adjustment is made by the Zustellkinematik such that the axis of the joint 42 42 den invarianten Punkt schneidet und sich vor dem Einführen des Instrumentes cuts the invariant point and prior to insertion of the instrument 4 4 in den Patientenkörper die Spitze des Instrumentes durch entsprechende Einstellung der Länge des Tragarmes in the patient's body, the tip of the instrument of the length of the support arm by suitable adjustment 44 44 (Verstellung V) über dem invarianten Punkt (Adjustment V) over the invariant point 3 3 befindet. located.
  • [0047] [0047]
    Die Arbeitskinematik wird dann so gesteuert, daß das Instrument The work kinematics is then controlled so that the instrument 4 4 durch Schwenken des Tragstückes by pivoting the carrying piece 43 43 mit dem Tragarm with the support arm 44 44 und dem Kopf and the head 45 45 um die Achse des Gelenks about the axis of the joint 42 42 ebenfalls um die Achse des Gelenks also about the axis of the joint 42 42 und damit um den invarianten Punkt in einer die Längsachse dieses Instrumentes sowie beispielsweise die Längsachse des Patienten einschließenden Ebene geschwenkt wird. and is thus pivoted about the invariant point in a longitudinal axis of the instrument, and for example, the longitudinal axis of the patients entrapping level. Durch entsprechende Ansteuerung der Antriebe für die Bewegungen H2, V und δ kann das Instrument By appropriate control of the drives for the movements H2, V and δ the instrument can 4 4 dann auch in einer von der Instrumentenlängsachse und der Längsachse des Tragarmes then in one of the instrument's longitudinal axis and the longitudinal axis of the support arm 44 44 definierten Ebene durch Schwenken um den invarianten Punkt plane defined by pivoting about the invariant point 3 3 bewegt werden. be moved. Die Antriebe werden hierbei also derart gesteuert, daß sich der Kopf The actuators are therefore in this case controlled such that the head 45 45 , an dem das Instrument At which the instrument 4 4 gehalten ist, für diese zweite Bewegung wiederum auf einer Kreisbahn um den invarianten Punkt bewegt, die (Kreisbahn) in der von der Längsachse des Instrumentes is held, in turn, moves for this second motion on a circular path about the invariant point, the (circular arc) in the longitudinal axis of the instrument by the 4 4 und der Schwenkachse des Gelenks and the pivot axis of the joint 42 42 definierten Ebene liegt, die um diese Gelenkachse schwenkbar ist. defined plane, which is pivotable about this pivot axis.
  • [0048] [0048]
    Die Kinematik der Vorrichtung The kinematics of the device 19d 19d entspricht also vom Bewegungsablauf her gesehen im wesentlichen der Kinematik der Vorrichtung thus corresponds seen from the sequence of movement fro substantially the kinematics of the device 19b 19b , allerdings mit dem Unterschied, daß für die Bewegung des Instrumentes But with the difference that for the movement of the instrument 4 4 in der quer zur Patientenlängsachse verlaufenden schwenkbaren Bewegungsebene keine kreisbogenförmige Führung für das Instrument in the running transversely to the longitudinal axis of pivotal movement patient level, no circular arc-shaped guide for the instrument 4 4 bzw. für den das Instrument tragenden Kopf or for the instrument-carrying head 45 45 körperlich vorgesehen ist, sondern diese kreisbogenförmige Führung durch eine entsprechende Steuerung der Arbeitskinematik nachgebildet ist. is physically provided, but these arc-shaped guide is modeled by a corresponding control of the working kinematics.
  • [0049] [0049]
    Die Vorrichtung The device 19d 19d ermöglicht auch eine Verlagerung des Invarianten Punktes also allows a displacement of the invariant point 3 3 in Patientenquerrichtung, und zwar durch entsprechende Ansteuerung der Antriebe D und V. Sofern auch eine Verlagerung des invarianten Punktes in Patientenlängsrichtung notwendig ist, zB für Operationen am Rücken, ist eine Zustellbewegung auch in dieser Achse zusätzlich notwendig. in patients transverse direction, by appropriate control of the drives D and V. If a relocation of the invariant point is necessary in patients longitudinal direction, for example for operations on the back, is a feed additionally necessary in this axis.
  • [0050] [0050]
    Bei der Vorrichtung In the apparatus 19d 19d ist die Tragsäule is the supporting column 40 40 weiterhin an einem Schlitten continue on a carriage 40.1 40.1 vorgesehen, der an einer Führung provided, which on a guide 40.2 40.2 in Patientenlängsrichtung, dh in Längsrichtung des Tisches in patients longitudinal direction, ie in longitudinal direction of the table 52 52 zur Lagerung des Patienten verstellbar vorgesehen ist. is adjustably provided for supporting the patient. Der Schlitten The sled 40.1 40.1 , die zugehörige Führung , The associated guide 40.2 40.2 sowie die Tragsäule and the support column 40 40 und die zugehörigen Antriebe zum Drehen der Tragsäule (Winkel α) sowie für die Höhenverstellung des Gelänkträgers and the associated drives for rotating the support column (angle α) and for the height adjustment of the Gelänkträgers 41 41 relativ zur Tragsäule relative to the supporting column 40 40 (Doppelpfeil H1) sind unter der Ebene des Tisches (Double arrow H1) are below the plane of the table 52 52 vorgesehen. intended.
  • [0051] [0051]
    Die Vorteile der Vorrichtung The advantages of the device 19d 19d bzw. der dortigen Kinematik lassen sich wie folgt zusammenfassen: or the local kinematics can be summarized as follows:
    • 1. Geringe Abhängigkeit der Bewegungsachsen voneinander. 1. Low dependence of the axes of movement of each other. Beim Verfahren in einer Achse sind maximal zwei Antriebe gleichzeitig aktiv. In the process in one axis more than two drives are active simultaneously. Beim Verfahren in Patientenquerrichtung sind nur die Antriebe für die Bewegungen DV und bei der Höhenverstellung nur die Antriebe für die Bewegung H2 und V aktiv. In the method in patients transverse direction only the drives for the movements DV and during the height adjustment only the drives for the movement H2 and V are active.
    • 2. Keine Gewichtsbelastung des Antriebs für die Verstellung V bei diesem Verstellen in vertikaler Richtung; 2. No weight load of the drive for the displacement V of this adjustment in the vertical direction;
    • 3. Konstante Gewichtsbelastung des Antriebs für die Verstellung H2. 3. Constant weight load on the drive for the adjustment of H2.
  • [0052] [0052]
    Bei der Kinematik der Vorrichtung In the kinematics of the device 19d 19d sind folgende Wege möglich: The following paths are possible:
  • [0053] [0053]
    Die The 9 9 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung shows as a further possible embodiment of an apparatus 19e 19e , die sich von den vorbeschriebenen Vorrichtungen dadurch unterscheidet, daß die in dieser Figur allgemein mit 46 bezeichnete Kinematik sowohl die Zustellkinematik als auch die Arbeitskinematik bildet. , Which differs from the above-described devices in that the generally designated in this figure with 46 kinematics forms both the Zustellkinematik and the working kinematics. Auch bei dieser Ausbildungsform sind aber die Kinematik bzw. deren Antriebe so gesteuert, daß das Instrument Also in this embodiment form, however, the kinematics and their drives are controlled such that the instrument 4 4 nach dem Zustellen und Einführen in den Patientenkörper zusätzlich zu einer axialen Bewegung und einer Drehbewegung um die Instrumentenachse wiederum eine Schwenkbewegung um den Invarianten Punkt after delivering and insertion into the patient's body in addition to an axial movement and a rotational movement about the instrument axis, in turn, pivotal movement about the invariant point 3 3 in einer Bewegungsebene ausführen kann, die durch die Längsachse des Instrumentes may perform in a movement plane defined by the longitudinal axis of the instrument 4 4 sowie eine den invarianten Punkt schneidende Schwenkachse definiert ist. and an invariant point the intersecting pivot axis is defined. Diese Schwenk- oder Bewegungsebene kann um die beispielsweise senkrecht zur Patientenlängsachse verlaufende Schwenkachse geschwenkt werden. This pivoting or movement plane can be pivoted about the example, extending perpendicular to the longitudinal axis of the patient pivot axis.
  • [0054] [0054]
    Um dies zu ermöglichen, besteht die Kinematik To make this possible, there is a kinematics 46 46 aus einer Tragsäule from a supporting column 47 47 , die entsprechend der Tragsäule That corresponding to the supporting column 40 40 um ihre bei der dargestellten Ausführungsform vertikale Längsachse drehbar an einem Vorrichtungsgestell vorgesehen ist (Winkel α). is provided rotatably about its vertical longitudinal axis in the illustrated embodiment on an apparatus frame (angle α). An dem oberen Ende der Tragsäule At the upper end of the supporting column 47 47 ist schwenkbar das eine Ende eines Tragarmes is pivoted one end of a support arm 48 48 vorgesehen, und zwar schwenkbar um eine Achse radial zur Längsachse der Tragsäule provided, and that pivot about an axis radial to the longitudinal axis of the supporting column 47 47 (Pfeil β). (Arrow β). Im anderen Ende des Tragarmes In the other end of the support arm 48 48 ist um ein Gelenk ein weiterer Tragarm is about a hinge, a further support arm 49 49 mit einem Ende angelenkt (Pfeil γ). with one end hinged (arrow γ). Die Achse des Gelenks zwischen der Tragsäule The axis of the joint between the supporting column 47 47 und dem Tragarm and the supporting arm 48 48 liegt parallel zu einer Ebene, die durch die einen Winkel miteinander einschließenden Tragarme is parallel to a plane enclosing an angle with each other through the support arms 48 48 und and 49 49 bzw. deren Längserstreckung definiert ist, und die Gelenkachse zwischen den Tragarmen or its longitudinal extension is defined, and the axis of articulation between the support arms 48 48 und and 49 49 ist senkrecht zu dieser Ebene orientiert. is oriented perpendicular to this plane. Am freien Ende des Tragarmes At the free end of the support arm 49 49 ist über ein Gelenk (Pfeil ε) ein Tragkopf is via a hinge (arrow ε) a support head 50 50 für das Instrument for the instrument 4 4 schwenkbar vorgesehen (Pfeil ε), und zwar um eine Gelenkachse parallel zur Gelenkachse des Gelenks zwischen den Tragarmen pivotably provided (arrow ε), namely about a pivot axis parallel to the hinge axis of the hinge between the support arms 48 48 und and 49 49 . , Das Instrument The instrument 4 4 ist an dem Kopf is at the head 50 50 um eine weitere Gelenkachse schwenkbar (Pfeil γ), die wiederum parallel zu der von den Tragarmen about a further joint axis swiveling (arrow γ), which in turn parallel to that of the support arms 48 48 und and 49 49 definierten Ebene liegt. defined plane.
  • [0055] [0055]
    Insbesondere für die Erzielung der notwendigen Arbeitsbewegungen erlauben die Gelenke die in der nachstehenden Tabelle angegebenen Winkelwege. In particular for achieving the necessary labor movements, the joints allow the angular paths specified in the table below.
  • [0056] [0056]
    Die Vorteile der Vorrichtung The advantages of the device 19e 19e bestehen ua darin, daß alle Bewegungen variabel sind und somit auch der invariante Punkt are, inter alia, that all the movements are variable and therefore also the invariant point 3 3 sowohl in Patientenlängsrichtung als auch in Patientenquerrichtung bewegbar ist. is movable both in the longitudinal direction of patients as well as patients in the transverse direction. Komplizierte Voreinstellungen der Kinematik entfallen. Complicated settings kinematics omitted. Für die einzelnen Gelenke oder Bewegungen sind nur Drehbewegungen notwendig. only rotational movements are necessary for the individual joints or movements.
  • [0057] [0057]
    Die The 10 10 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform eine Vorrichtung shows as a further possible embodiment of an apparatus 19f 19f , die eine Kombination der Vorrichtungen Which is a combination of the devices 19d 19d und and 19e 19e darstellt. represents. Bei der Vorrichtung In the apparatus 19f 19f ist wiederum die um ihre Längsachse drehbare (Pfeil α) Tragsäule in turn is rotatable about its longitudinal axis (arrow α) supporting column 43 43 vorgesehen, und zwar zusammen mit dem axial verstellbaren Gelenkträger provided, together with the axially-adjustable hinge support 41 41 , an welchem über das Gelenk At which via the joint 42 42 ein bei dieser Ausführungsform gekürztes Tragstück a shortened in this embodiment support piece 43 43 vorgesehen ist. is provided. Am Tragstück On the supporting piece 43 43 ist der Tragarm is the support arm 48 48 angelenkt (Pfeil β), der wiederum Teil der aus diesem Tragarm, dem Tragarm hinged (arrow β), which in turn part of the support arm from this, the support arm 49 49 und dem Gelenkkopf and the joint head 50 50 bestehenden Teil der Kinematik ist. is part of the existing kinematics.
  • [0058] [0058]
    Auch bei dieser Ausführung legt das Gelenk Also in this embodiment the joint sets 42 42 bzw. dessen Achse den invarianten Punkt or the axis of the invariant point 3 3 fest bzw. im Verwendungsfall verläuft die Achse des Gelenks fixed or, in the case of use runs the axis of the joint 42 42 durch diesen Punkt. by this point. Durch entsprechende Steuerung der Gelenke erfolgt die Bewegung des Instruments By appropriate control of the joints, the movement of the instrument is carried out 4 4 wiederum in der vorstehend beispielsweise im Zusammenhang mit der Vorrichtung again in the above example in connection with the apparatus 19d 19d beschriebenen Weise, sofern eine Verlagerung des invarianten Punktes nicht erwünscht ist. Manner described, if a shift of the invariant point is not desirable.
  • [0059] [0059]
    Sämtlichen Ausführungen ist gemeinsam, daß an den Gelenken und Verstellelementen der Kinematik Sensoren bzw. Geber vorgesehen sind, die die jeweilige Stellung des Gelenks oder des Verstellelementes erfassen und als Istwert an eine die Kinematik steuernde Steuereinrichtung liefern. All embodiments have in common that sensors or transducers are provided at the joints and adjusting elements of the kinematic that detect the respective position of the joint or of the adjustment and supply as actual values ​​to a controller controlling the kinematics.
  • [0060] [0060]
    Für die Kalibrierung der jeweiligen Kinematik wird beispielsweise mit der Instrumentenspitze der Punkt, durch den das Instrument in den Patientenkörper eingeführt werden soll (invarianter Punkt For the calibration of the respective kinematic example, with the instrument tip of the point through which the instrument is to be inserted into the patient's body (invariant point 3 3 ), zB manuell angefahren, wobei das Instrument hierbei mit seiner Achse senkrecht zur Oberfläche des Patienten angeordnet ist. , Approached), for example manually, the instrument is in this case arranged with its axis perpendicular to the surface of the patient. Die diesem invarianten Punkt entsprechenden Daten der Kinematik, dh der Gelenke und der Verstellelemente werden dann beispielsweise als Ausgangswert für die Arbeitsbewegung gespeichert. The this invariant point corresponding data of the kinematics, ie the joints and adjusting elements are then stored, for example, as a starting value for the working movement.
  • [0061] [0061]
    Die The 11 11 zeigt in sehr vereinfachter Darstellung zwei mit shows in a very simplified representation of two with 53 53 und and 54 54 bezeichnete Elemente einer Kinematik zur Verwendung bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. labeled elements kinematics for use in a device according to the invention. Die beiden Elemente The two elements 53 53 und and 54 54 sind durch einen nicht dargestellten Antrieb, beispielsweise durch einen Zylinder in Achsrichtung relativ zueinander verstellbar, wie dies in der are adjustable relative to each other, as shown in by an unillustrated drive, for example by a cylinder in the axial direction 11 11 mit dem Doppelpfeil H3 angegeben ist. is indicated by the double arrow H3. Die Elemente The Elements 53 53 und and 54 54 sind teleskopartig ineinandergeführte Rohrprofiele mit angepasstem, von der Kreisform abweichendem Außen- bzw. Innenquerschnitt. are telescopically guided Rohrprofiele with adapted, deviating from the circular shape the outer and inner cross-section. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Elemente In the illustrated embodiment, the elements are 53 53 und and 54 54 handelsübliche, auf dem Markt erhältliche Rohrprofile aus Metall, beispielsweise Stahl mit einem rechteckförmigen Innen- bzw. Außenquerschnitt. commercially available on the market tubular profiles made of metal, for example steel with a rectangular inner and outer cross-section. Um ein möglichst spielfreies axiales Verschieben der Elemente A play-free as possible axial displacement of the elements 53 53 und and 54 54 relativ zueinander zu erreichen, sind im Inneren des Elementes to achieve relative to each other are inside the element 54 54 zwischen diesem Element und der Außenfläche des Elemementes between this element and the outer surface of Elemementes 53 53 Führungselemente guide elements 55 55 bzw. or. 55.1 55.1 vorgesehen, und zwar zwei Führungselemente provided, and that two guide elements 55 55 an den beiden Schmalseiten des rechteckförmigen Rohrprofils des Elementes on the two narrow sides of the rectangular tubular profile of the element 54 54 und zwei Führungselemente and two guide elements 55.1 55.1 an den beiden größeren Querschnittsseiten des rechteckförmigen Profils des Elementes at the two larger cross-sectional sides of the rectangular profile of the element 54 54 . ,
  • [0062] [0062]
    Jedes Führungselement Each guide member 55 55 besteht aus einer Platte consists of a plate 56 56 , die einen rechteckförmigen Zuschnitt aufweist und die mit ihrer Längserstreckung parallel zu der Längsachse der beiden Elemente Which comprises a rectangular blank and with their longitudinal extension parallel to the longitudinal axis of the two elements 53 53 und and 54 54 orientiert ist. is oriented. Die Platte The plate 56 56 ist mit zwei parallelen nutenförmigen Ausnehmungen is equipped with two parallel groove-shaped recesses 57 57 versehen. Provided. In jede Ausnehmung In each recess 57 57 ist ein streifenförmiger Gleitbelag is a strip-shaped sliding lining 58 58 aus einem geeigneten Material eingeklebt, und zwar derart, dass jeder Gleitbelag mit seiner Längserstreckung parallel zur Längsachse der Elemente glued from a suitable material in such a manner that each sliding coating with its longitudinal extent parallel to the longitudinal axis of the elements 53 53 und and 54 54 liegt und mit einer Gleitfläche gegen die Außenfläche des inneren Elementes and lies with a sliding surface against the outer surface of the inner member 53 53 anliegt. is applied.
  • [0063] [0063]
    Die Platte The plate 56 56 ist mit vier Öffnungen is provided with four openings 59 59 versehen, und zwar mit jeweils zwei Öffnungen provided, with two openings 59 59 im Bereich jeder Nute in the region of each groove 57 57 . , Die Platte The plate 56 56 liegt mit ihrer in Ausnehmungen lies with its recesses in 57 57 abgewandten Seite gegen die Innenfläche des Profils des Elementes Side facing away from the inner surface of the profile of the element 54 54 an. at. Am Element the element 54 54 sind den Öffnungen are the openings 59 59 entsprechend vier Gewindebohrungen corresponding to four threaded holes 60 60 vorgesehen, in denen jeweils ein Schraubenkörper provided, in each of which a screw body 61 61 aufgenommen ist, und zwar derart, dass jeweils eine Verlängerung is added, in such a way that in each case an extension 62 62 in eine Öffnung in an opening 59 59 eingreift und durch Verstellen des Schraubenkörpers engages and by adjustment of the screw body 61 61 das jeweilige Führungselement 55 im Bezug auf die Außenfläche des Elements the respective guide element 55 with respect to the outer surface of member 53 53 optimal positioniert werden kann. can be optimally positioned.
  • [0064] [0064]
    In gleicher Weise sind auch die beiden Führungselemente Likewise, also the two guide elements 55.1 55.1 ausgebildet, dh sie bestehen aus jeweils einer Platte formed, ie they consist of a plate 56.1 56.1 mit den beiden Nuten with the two grooves 57.1 57.1 und den in den Nuten aufgenommenen Gleitbelägen and the slide linings recorded in the grooves 58.1 58.1 . , Weiterhin beasitzen die Platten Furthermore, the plates beasitzen 56.1 56.1 die vier Öffnungen the four openings 55.1 55.1 in die die Gewindebohrungen into the threaded holes 60.1 60.1 angeordneten Schrauben arranged screws 61.1 61.1 mit einer Verlängerung with an extension 62.1 62.1 eingreifen und dadurch das Fürungselement engage and thereby the Fürungselement 55.1 55.1 gegen ein achsiales Verschieben sichert. secures against a achsiales displacement.
  • [0065] [0065]
    Die in den In the 11 11 - 14 14 dargestellte Ausführung der Elemente Embodiments of the elements shown 53 53 und and 54 54 , insbesondere auch die beschriebene Führung zwischen diesen Elementen zeichnet sich durch eine besonders hohe Steißigkeit aus. , In particular the guide between these elements as described is characterized by a particularly high Steißigkeit.
  • [0066] [0066]
    Die Erfindung wurde voranstellend an verschiedenen Ausführungsbeispielen beschrieben. The invention has been described prefixing to various embodiments. Es versteht sich, daß zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung zugrundeliegende Gedanke verlassen wird. It is understood that numerous changes and modifications are possible without effecting the underlying concept of the invention is exited. So wurde vorstehend der einfacheren Beschreibung wegen davon ausgegangen, daß das Instrument So the simpler description has been given assume above that the instrument 4 4 ein sondenartiges Instrument ist, welches unmittelbar an der jeweiligen Steuereinheit is a probe-type instrument, which directly to the respective control unit 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b bzw. or. 28c 28c vorgesehen ist. is provided. Selbstverständlich sind auch Ausführungen denkbar, bei denen die jeweilige Steuereinheit einen Endeffektor oder Instrumententräger für das Instrument Of course, embodiments are also conceivable in which the respective control unit comprises an end effector or instrument holder for the instrument 4 4 aufweist, welches dann lösbar und damit auch austauschbar an diesem Endeffektor bzw. Instrumententräger vorgesehen ist. has, which is then releasably and thus interchangeably provided at this end effector or instrument holder.
  • [0067] [0067]
    Vorstehend wurde weiterhin davon ausgegangen, daß die Zustellkinematik Above it was also assumed that the Zustellkinematik 20 20 , . 20a 20a , . 20c 20c von gelenkig miteinander verbundenen Armen gebildet ist. is formed by pivotally interconnected arms. Wie bereits die Like the 5 5 bzw. die dortige Zustellkinematik or the local Zustellkinematik 20b 20b zeigt, sind auch andere Konstruktionen denkbar, insbesondere auch solche, bei denen anstelle von gelenkig miteinander verbundenen Armen andere relativ zueinander bewegbare Halte- oder Tragelemente vorgesehen sind. shows other constructions are also conceivable, in particular those in which are provided instead of hingedly connected arms other relatively movable holding or supporting elements.
  • [0068] [0068]
    Als Stellglieder für die jeweilige Arbeitskinematik As actuators for the job kinematics 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b und and 28c 28c eignen sich beispielsweise elektrische oder hydraulische Stellglieder, beispielsweise elektrische Schrittmotoren mit Inkrementalgebern usw.. are suitable, for example, electric or hydraulic actuators, for example electrical stepper motors with incremental encoders, etc ..
  • [0069] [0069]
    Der von den Elementen By the elements 53 53 und and 54 54 gebildete Teil der Kinematik zeichnet sich durch eine besonders hohe Steißigkeit aus, die sich aus der Verwendung der Rohrprofile ergibt. formed part of the kinematics is characterized by a particularly high Steißigkeit resulting from the use of tubular profiles. Weiterhin kann das Spiel der Führung zwischen den beiden Elementen Furthermore, the clearance of the guide between the two elements 53 53 und and 54 54 sehr klein gehalten werden, und zwar durch die Möglichkeit der radialen Verstellung der Platten be kept very small, by the possibility of radial adjustment of the plates 56 56 und and 56.1 56.1 . , Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, dass das Stellelement, beispielsweise der Zylinder von den Elementen A further advantage also consists in that the actuating element, for example, the cylinder of the elements 53 53 und and 54 54 gebildeten Raum aufgenommen werden kann. space formed can be received.
  • 1 1
    Patient patient
    2 2
    Patientenkörper patient's body
    3 3
    invarianter Punkt invariant point
    4 4
    Instrument oder Instrumentenhalter Instrument or tool holder
    5 5
    Instrumentenkopf instrument head
    6 6
    Vorrichtung device
    7, 8 7, 8
    Arm poor
    9, 10, 11 9, 10, 11
    Gelenk joint
    12 12
    Lager camp
    13 13
    Auflage für den Patienten 1 bzw. Operationstisch A support for the patient 1 and the operating table
    19, 19a, 19b, 19c 19, 19a, 19b, 19c
    Vorrichtung device
    19d, 19e, 19f 19d, 19e, 19f
    Vorrichtung device
    20, 20b, 20d 20, 20b, 20d
    Zustellkinematik Zustellkinematik
    21, 22, 23 21, 22, 23
    Arm poor
    22b, 23b 22b, 23b
    Arm poor
    24, 25, 27, 27b 24, 25, 27, 27b
    Gelenk joint
    28, 28a, 28b, 28c, 28d 28, 28a, 28b, 28c, 28d
    Steuereinrichtung für die Arbeitskinematik Control means for the work kinematics
    27 27
    Gelenk joint
    29.1, 29.2, 29c 29.1, 29.2, 29c
    Schlittenanordnung carriage assembly
    30, 31, 30c, 31c 30, 31, 30c, 31c
    Schlitten sled
    32, 32c 32, 32c
    Führung guide
    33, 33c 33, 33c
    Verschiebehülsen mit kardanischer oder Sliding sleeves Gimbal or
    Kugelgelenklagerung Ball joint mounting
    34, 34b 34, 34b
    kreisbogenförmige Führung arc-shaped guide
    35 35
    Tragrahmen supporting frame
    36 36
    Gelenk joint
    37 37
    Grundkörper oder Tragsäule Base body or support column
    38 38
    Führungsschlitten guide carriage
    40 40
    Tragsäule support column
    40.1 40.1
    Schlitten sled
    40.2 40.2
    Führung guide
    41 41
    Gelenkträger joint carrier
    42 42
    Gelenk joint
    43 43
    Tragstück supporting piece
    44 44
    Tragarm support arm
    45 45
    Kopf head
    46 46
    Kinematik kinematics
    47 47
    Tragsäule support column
    48, 49 48, 49
    Tragarm support arm
    50 50
    Kopf head
    51 51
    Kinematik kinematics
    52 52
    Tisch table
    53, 54 53, 54
    Element der Kinematik Element of the kinematics
    55, 55.1 55, 55.1
    Führungselement guide element
    56, 56.1 56, 56.1
    Platte plate
    57, 57.1 57, 57.1
    nutenförmige Ausnehmung groove-shaped recess
    58, 58.1 58, 58.1
    Gleitbelag sliding lining
    59, 59.1 59, 59.1
    Öffnung opening
    60, 60.1 60, 60.1
    Gewindebohrung threaded hole
    61, 61.1 61, 61.1
    Schraube screw
    62, 62.1 62, 62.1
    Verlängerung renewal

Claims (40)

  1. Vorrichtung zum Positionieren und/oder Bewegen eines chirurgischen Instruments in einem Operationsraum innerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers ( (Device for positioning and / or moving a surgical instrument in an operating room within a human or animal body 2 2 ), mit einer motorisch angetriebenen Kinematik für eine Zustellbewegung des Instruments oder eines Instrumentenbereichs ( ), (With a motor-driven kinematics for a feed movement of the instrument or instrument range 5 5 ) sowie für eine Arbeitsbewegung des Instruments ( () And for a working movement of the instrument 4 4 ) oder eines Instrumentenbereichs ( ) Or an instrument region ( 5 5 ) bei einem an einem invarianten Punkt ( ) At a (at an invariant point 3 3 ) in den Operationsraum eingeführten Instrument ( ) Instrument introduced into the operating room ( 4 4 ), dadurch gekennzeichnet , daß die Kinematik aus einer Zustellkinematik ( ), Characterized in that the kinematics (from a Zustellkinematik 20 20 , . 20b 20b , . 20d 20d ) sowie aus einer das Instrument tragenden Arbeitskinematik ( (), And from a tool supporting the work kinematics 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b , . 28c 28c , . 28d 28d ) besteht, und daß für die Zustellkinematik und die Arbeitskinematik eigenständige Gelenke und/oder Verstellglieder mit zugehörigem Antrieb vorgesehen sind. ), And in that separate joints and / or adjustment elements are provided with associated drive for the Zustellkinematik and the work kinematics.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ( Device according to claim 1, characterized in that the instrument ( 4 4 ) oder eine Halterung ( ) Or a holder ( 38 38 , . 45 45 , . 50 50 ) für das Instrument in einer durch die Instrumentenachse und eine den invarianten Punkt ( ) For the instrument in a (by the instrument axis and the invariant point 3 3 ) schneidende Schwenkachse definierten Bewegungsebene um den invarianten Punkt ( ) Movement plane defined intersecting the pivot axis at the invariant point ( 3 3 ) auf einer kreisförmigen Bahn bewegbar sind, und daß die Bewegungsebene um diese Schwenkachse schwenkbar ist. ) Are movable on a circular path, and that the plane of movement is pivotable about this pivot axis.
  3. Vorrichtung zum Positionieren und/oder Bewegen eines chirurgischen Instruments in einem Operationsraum innerhalb eines menschlichen oder tierischen Körpers ( (Device for positioning and / or moving a surgical instrument in an operating room within a human or animal body 2 2 ), mit einer motorisch angetriebenen Kinematik für eine Zustellbewegung des Instruments oder eines Instrumentenbereichs ( ), (With a motor-driven kinematics for a feed movement of the instrument or instrument range 5 5 ) sowie für eine Arbeitsbewegung des Instruments ( () And for a working movement of the instrument 4 4 ) oder eines Instrumentenbereichs ( ) Or an instrument region ( 5 5 ) bei einem an einem invarianten Punkt ( ) At a (at an invariant point 3 3 ) in den Operationsraum eingeführten Instrument ( ) Instrument introduced into the operating room ( 4 4 ), dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ( ), Characterized in that the instrument ( 4 4 ) oder eine Halterung ( ) Or a holder ( 38 38 , . 45 45 , . 50 50 ) für das Instrument in einer durch die Instrumentenachse und eine den invarianten Punkt ( ) For the instrument in a (by the instrument axis and the invariant point 3 3 ) schneidende Schwenkachse definierten Bewegungsebene um den Invarianten Punkt ( defined) intersecting the pivot axis plane of movement around the invariant point ( 3 3 ) auf einer kreisförmigen Bahn bewegbar sind, und daß die Bewegungsebene um diese Schwenkachse schwenkbar ist. ) Are movable on a circular path, and that the plane of movement is pivotable about this pivot axis.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kinematik aus einer Zustellkinematik ( Device according to claim 3, characterized in that the kinematics (from a Zustellkinematik 20 20 , . 20b 20b , . 20d 20d ) sowie aus einer das Instrument tragenden Arbeitskinematik ( (), And from a tool supporting the work kinematics 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b , . 28c 28c , . 28d 28d ) besteht, und daß für die Zustellkinematik und die Arbeitskinematik eigenständige Gelenke und/oder Verstellglieder mit zugehörigem Antrieb vorgesehen sind. ), And in that separate joints and / or adjustment elements are provided with associated drive for the Zustellkinematik and the work kinematics.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics ( 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b , . 28c 28c ) an der Zustellkinematik ( ) (At the Zustellkinematik 20 20 , . 20b 20b ) vorgesehenen ist. ) Is provided.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsbewegung des Instruments ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working movement of the instrument ( 4 4 ) bzw. des Instrumentenbereichs ( ) Or of the tool region ( 5 5 ) ausschließlich durch die Arbeitskinematik erfolgt. ) Takes place exclusively through the work kinematics.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellbewegung ausschließlich durch die Zustellkinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the feed movement (exclusively by the Zustellkinematik 20 20 , . 20b 20b ) erfolgt. ) he follows.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellelemente und/oder Gelenke der Kinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting and / or joints of the kinematics ( 46 46 , . 51 51 ) zumindest teilweise sowohl der Zustellkinematik als auch der Arbeitskinematik zugeordnet sind. ) Are at least partially associated both with the Zustellkinematik and the working kinematics.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics ( 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b , . 28c 28c ) bzw. deren Antriebe derart steuerbar sind, daß das Instrument ( ) Or their drives can be controlled such that the instrument ( 4 4 ) oder ein dieses Instrument aufweisender Träger um beliebige Achsen schwenkbar ist, die radial zu einer Achse verlaufen, die die Durchdringungsachse oder die Längsachse des Instrumentes im Bereich des invarianten Punktes ( ) Or an instrument having holding carrier is pivotable about any axis extending radially with respect to an axis (the longitudinal axis of penetration of the instrument or in the region of the invariant point 3 3 ) ist. ) Is.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Instrumentenbereich ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the tool region ( 5 5 ) in Richtung der Durchdringungsachse oder die Längsachse des Instrumentes axial bewegbar ist. ) Is axially movable in the direction of penetration or the longitudinal axis of the instrument.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics ( 28 28 ) Steuermittel ( ) Control means ( 29.1 29.1 , . 29.2 29.2 ) aufweist, die auf das Instrument ( ), Which (on the instrument 4 4 ) oder einen das Instrument tragenden Halter in zwei von dem Halter oder dem Instrument an Schnittpunkten (Q1, Q2) geschnittenen Steuerebenen (E1, E2), die parallel zueinander und voneinander sowie von dem invarianten Punkt ( ), Or the instrument holder carrying cut in two (out of the holder or the instrument at intersections Q1, Q2) control planes (E1, E2) connected in parallel to each other and from each other as well (of the invariant point 3 3 ) beabstandet vorgesehen sind, derart einwirken, daß die Schnittpunkte (Q1, Q2) in jeder Steuerebene in den diese Ebene definierenden Achsrichtungen (X, Y) bewegt werden. ) Are spaced apart are provided, acting in such a way that the points of intersection (Q1, Q2) in each control plane in this plane defining axial directions (X, Y) to be moved.
  12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics ( 28a 28a , . 28b 28b ) Mitte! ) Middle! aufweist, um das Instrument ( , Having to (the instrument 4 4 ) oder einen das Instrument ( ), Or the instrument ( 4 4 ) tragenden Halter für die Arbeitsbewegung auf einem Kreisbogen ( ) Carrying holders for the working movement on a circular arc ( 34 34 , . 34b 34b ) zu bewegen, dessen Mittelpunkt der invariante Punkt ( to move), (whose center is the invariant point 3 3 ) ist. ) Is.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to claim 11, characterized in that the working kinematics ( 28a 28a , . 28b 28b ) Mittel ( ) Medium ( 34 34 , . 34b 34b , . 36 36 , . 36b 36b ) aufweist, um das Instrument ( ), Comprising at (the instrument 4 4 ) oder den Halter auf zwei Kreisbögen zu bewegen, die in unterschiedlichen und einen Winkel miteinander einschließenden Ebenen vorgesehen sind, vorzugsweise in rechtwinklig zueinander verlaufenden Ebenen, wobei der invariante Punkt der Mittelpunkt beider Kreisbögen ist. to move), or the holder on two circular arcs which are provided in different and enclosing an angle with each other levels, preferably in mutually perpendicular planes, wherein the invariant point of the center of both the circular arcs.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik ( Device according to claim 12 or 13, characterized in that the working kinematics ( 28a 28a , . 28b 28b ) eine kreisbogenförmige oder annähernd kreisbogenförmige Führung ( ) A circular arc shaped or approximately circular arc-shaped guide ( 34 34 , . 34b 34b ) für das Instrument ( ) (For the instrument 4 4 ) oder einen Instrumentenhalter aufweist. has) or an instrument holder.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung ( Device according to claim 14, characterized in that the guide ( 34 34 , . 34b 34b ) um eine Achse ( ) (About an axis 36 36 , . 36b 36b ) schwenkbar vorgesehen ist. ) Is pivotably provided.
  16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik Steuermittel aufweist, die auf das Instrument ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics comprising control means (on the instrument 4 4 ) oder den Instrumentenhalter in wenigstens einer von der Achse des Instruments durchdrungenen Steuerebene (E) oder in einem Schnittpunkt (Q1) mit dieser Ebene einwirken, und zwar im Sinne einer gesteuerten Bewegung des Schnittpunktes (Q1) in den diese Ebene definierenden Achsrichtungen (X, Y), und daß die Arbeitskinematik Mittel besitzt, um die Instrumentenachse um den Schnittpunkt (Q1) in beliebigen, in der Steuerebene (E) liegenden Achsrichtungen zu schwenken. ) Or the tool holder in at least one penetrated by the axis of the instrument control plane (E) or in an intersection (Q1) acting with this plane, in the sense of a controlled movement of the intersection (Q1) in this plane defining axial directions (X, to pivot Y), and that the work has kinematic means for the instrument axis to the intersection point (Q1) located in axial directions arbitrary (in the control plane e).
  17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik Mittel aufweist, um das Instrument bzw. den Instrumententräger axial zu bewegen. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics comprising means for moving the instrument or the instrument holder axially.
  18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkinematik Mittel aufweist, um das Instrument oder den Instrumententräger um die Instrumentenachse zu drehen. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the control kinematics comprising means to rotate the instrument or the instrument holder to the instrument axis.
  19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument eine Kamera oder Teil einer Kamera ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the instrument is a camera or a camera part.
  20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Operationsraumes ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the instrument is a lighting device for illuminating the operating room.
  21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the instrument ( 4 4 ) ein Endoskop oder Teil eines Endoskops ist. is) an endoscope or part of an endoscope.
  22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the instrument ( 4 4 ) ein chirurgisches operatives Instrument ist. ) Is a surgical operating instrument.
  23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskinematik an einem freien Ende eines Armes oder Gliedes ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the working kinematics (on a free end of an arm or link 22 22 , . 23 23 ; ; 22b 22b , . 23b 23b ) der Zustellkinematik vorgesehen ist. ) Is provided to the Zustellkinematik.
  24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellkinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Zustellkinematik ( 20 20 ) wenigstens zwei gelenkig miteinander verbundene Arme aufweist. ) Comprises two arms hinged to each other at least.
  25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellkinematik ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Zustellkinematik ( 20b 20b ) eine vorzugsweise um ihre Achse drehbare Säule ( ) A preferably rotatable about its axis column ( 37 37 ) sowie einen an dieser Säule axial und/oder radial verschiebbaren Arm ( ) And an axially on this column and / or radially displaceable arm ( 22b 22b ) aufweist. ) having.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß am Arm ( Device according to claim 25, characterized in that (arm 22b 22b ) um wenigstens eine Achse, vorzugsweise um zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen schwenkbar die Arbeitskinematik ( ) Pivotable about at least one axis, preferably around two mutually perpendicular axes, the work kinematics ( 28 28 , . 28a 28a , . 28b 28b , . 28c 28c ) vorgesehen ist. ) is provided.
  27. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch motorische Stellglieder für die Zustellkinematik. Device according to one of the preceding claims, characterized by motor-driven actuators for the Zustellkinematik.
  28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Fixieren der Einstellung der Zustellkinematik. Device according to one of the preceding claims, characterized by means for fixing the setting of the Zustellkinematik.
  29. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zustellkinematik manuell einstellbar ist. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the Zustellkinematik is manually adjustable.
  30. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Stellglieder elektrische oder hydraulische Stellglieder sind. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the motor actuators are electric or hydraulic actuators.
  31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kinematik besteht aus einer an einem Vorrichtungsgestell vorgesehenen Tragsäule ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the kinematics is (from a device provided on a frame supporting column 40 40 ), aus einem an dieser Tragsäule ( ), (From a supporting column on this 40 40 ) in einer ersten Achsrichtung verstellbaren Gelenkträger ( ) Movable in a first axial direction of the joint carrier ( 41 41 ) mit einem ersten Gelenk ( ) (With a first hinge 42 42 ), dessen Gelenkachse senkrecht zur ersten Achsrichtung liegt, aus einem Tragstück ( ), The pivotal axis being perpendicular to the first axial direction (from a support piece 43 43 ), an welchem in einer Achsrichtung radial zur Achse des ersten Gelenks ( ) At which in an axial direction radially to the axis (of the first joint 42 42 ) ein in seiner Länge veränderbarer und mit seiner Längserstreckung parallel zur Achse des ersten Gelenks ( ), A variable in its length, and (parallel to the axis of the first joint with its longitudinal extension 42 42 ) orientierter Tragarm mit einem Ende verstellbar vorgesehen ist, sowie aus einem an dem anderen Ende des Tragarmes schwenk- oder drehbar vorgesehenen Kopf ( ) Oriented support arm has one end provided adjustable, as well as (a swivel at the other end of the support arm or rotatable head provided 45 45 ), an welchem das Instrument oder der Instrumentenhalter ( ), (To which the instrument or the instrument holder 4 4 ) vorzugsweise um die Instrumentenachse drehbar und/oder in dieser Achse verschiebbar befestigt ist, wobei die Instrumentenachse und die Achse des ersten Gelenks ( ) Is preferably rotatable about the tool axis and / or slidably mounted in this axis, the tool axis and the axis of the first articulation ( 42 42 ) eine Bewegungsebene bilden, in der das Instrument ( ) Define a plane of movement, in which the instrument ( 4 4 ) um den invarianten Punkt ( ) (About the invariant point 3 3 ) schwenkbar ist. ) Is pivotable.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des ersten Gelenks ( Device according to claim 31, characterized in that the axis of the first articulation ( 42 42 ) den invarianten Punkt ( ) The invariant point ( 3 3 ) schneidet. ) Cuts.
  33. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kinematik besteht aus einer an einem Vorrichtungsgestell vorzugsweise um eine erste Achse drehbare Tragsäule, aus einem an der Tragsäule ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that the kinematics consists of a preferably rotatable on a device stand around a first axis support column, from a (on the supporting column 47 47 ) mit einem ersten Gelenk an einem Ende befestigten ersten Tragarm ( ) (With a first joint attached to an end of the first support arm 48 48 ), wobei das erste Gelenk mit seiner Gelenkachse senkrecht zur ersten Achse orientiert ist, aus einem an dem anderen Ende des ersten Tragarmes ( ), Wherein the first joint is oriented with its hinge axis perpendicular to the first axis (from another at the end of the first support arm 48 48 ) mit einem Ende angelenkten zweiten Tragarm ( ) (With one end hinged second bracket 49 49 ), wobei die Achse des zweiten Gelenks senkrecht zur ersten Achse sowie senkrecht zur Gelenkachse des ersten Gelenks orientiert ist, und aus einem an dem anderen Ende des zweiten Gelenkarms ( ), Wherein the axis of the second articulation is oriented perpendicular to the first axis and perpendicular to the hinge axis of the first joint, and (from another at the end of the second hinge arm 49 49 ) mittels eines dritten Gelenks angelenkten Kopf ( ) (By a third joint articulated head 50 50 ), wobei die Gelenkachse des dritten Gelenks parallel zur Gelenkachse des zweiten Gelenks orientiert ist. ), Wherein the hinge axis of the third articulation is oriented parallel to the hinge axis of the second articulation.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Instrument oder der Instrumentenhalter ( Device according to claim 33, characterized in that the instrument or the instrument holder ( 4 4 ) an dem Kopf ( ) (At the head 50 50 ) über ein viertes Gelenk dreh- oder schwenkbar befestigt ist, und daß die Gelenkachse des vierten Gelenks radial zur Gelenkachse des dritten Gelenks orientiert ist. ) Rotatable about a fourth joint or is pivotally mounted, and in that the hinge axis of the fourth articulation is oriented radially to the hinge axis of the third articulation.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß an der Tragsäule ( Device according to claim 33 or 34, characterized in that (on the supporting column 47 47 ) ein Gelenkträger in der ersten Achsrichtung verstellbar vorgesehen ist, und daß am Gelenkträger ( ) A hinge support is provided adjustable in the first axis direction, and that (at the joint carrier 41 41 ) über ein weiteres Gelenk ( ) (Via a further joint 42 42 ) ein Tragstück ( ) Is a support piece ( 43 43 ) angelenkt ist, an welchem der erste Tragarm ( ) Is hinged (at which the first support arm 48 48 ) über das erste Gelenk angelenkt ist, und daß die Achse des ersten Gelenks senkrecht zur Gelenkachse des weiteren Gelenks ( ) Is articulated on the first hinge, and that the axis of the first articulation perpendicular (to the axis of articulation of the other joint 42 42 ) orientiert ist. ) Is oriented.
  36. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Elemente ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that elements ( 40 40 , . 40.1 40.1 , . 40.2 40.2 ) zumindest der Zustellkinematik unterhalb einer von einem Behandlungs- oder Operationstisch gebildeten Ebene vorgesehen ist. ) Of the Zustellkinematik is provided at least below a formed from a treatment or operating table level.
  37. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei achsial und relativ zueinander verstellbare Elemente ( Device according to one of the preceding claims, characterized in that two axially and relatively to each other adjustable elements ( 53 53 , . 54 54 ) der Arbeits- und/oder Zustellkinematk von teleskopartig inneinander geführten Rohrprofilen gebildet sind. ) Of the working and / or Zustellkinematk are formed of telescopically guided inneinander tube profiles.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrprofile jeweils einen quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt aufweisen, und dass in einem zwischen der Außenfläche des inneren Elementes ( Device according to claim 37, characterized in that the pipe sections each having a square or rectangular cross-section, and that in a (between the outer surface of the inner member 53 53 ) und der Innenfläche des äußeren Elementes ( ) And the inner surface of the outer member ( 54 54 ) gebildeten Spalten Führungselemente ( ) Column guide elements formed ( 55 55 , . 55.1 55.1 ) vorgesehen sind, und zwar jeweils wenigstens ein Führungselement an jeder Seite der Rohrprofile. ) Are provided, in each case at least one guide element on each side of the pipes.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement ( Device according to claim 37 or 38, characterized in that the guide element ( 55 55 , . 55.1 55.1 ) jeweils wenigstens einen Gleitbelag ( ) Each comprise at least a sliding coating ( 58 58 , . 58.1 58.1 ) aufweist, der radial zur Achse der Elemente ( ) Which is radially to the axis (of the elements 53 53 , . 54 54 ) der Kinematik eingtellbar ist. ) Of the kinematics eingtellbar.
  40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gleitbelag ( Device according to claim 39, characterized in that the at least one sliding layer ( 58 58 , . 58.1 58.1 ) an einer Platte ( ) (To a plate 56 56 , . 56.1 56.1 ) vorgesehen ist, die zusammen mit dem Gleitbelag radial verstellbar ist. is intended), which is radially adjustable together with the slide cloth.
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