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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument mit
einem distalen Ende, an welchem mindestens ein Werkzeugelement beweglich gelagert
ist, wobei das mindestens eine Werkzeugelement einen Betätigungsabschnitt
aufweist.
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In
der Chirurgie werden Instrumente der eingangs beschriebenen Art
häufig
in Form von Rohrschaftinstrumenten verwendet, welche einen langgestreckten
rohrförmigen
Schaft aufweisen, der das Einführen
des distalen Endes mit einem oder mehreren daran gelagerten Werkzeugelementen
in einen menschlichen oder tierischen Körper ermöglicht. Dabei ist es stets
ein Ziel, die Instrumente so klein wie möglich auszubilden, das heißt insbesondere
einen Querschnitt derselben, um nur kleinste Zugänge zum Körper des Patienten eröffnen zu
müssen.
Allerdings sind die derzeit bekannten chirurgischen Instrumente aufgrund
ihrer Konstruktionen hinsichtlich einer weiteren Miniaturisierung
beschränkt.
Dies liegt zum einen an der Wahl der verwendeten Materialien und zum
anderen an der Ausgestaltung der Anlenkungen für die Übertragung von Betätigungskräften, die
von einer Bedienperson beispielsweise über eine Betätigungseinrichtung,
die an einem proximalen Ende des Instruments angeordnet ist, eingeleitet
und auf das mindestens eine Werkzeugelement zum Bewegen desselben übertragen
werden.
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Es
ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Instrument
der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass es bei gleicher Funktionalität im Vergleich
zu bekannten Instrumenten deutlich kleiner ausgebildet werden kann.
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Diese
Aufgabe wird bei einem chirurgischen Instrument der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mindestens eine mit einem Fluid befüllbare Fluidkammer vorgesehen ist
und dass der Betätigungsabschnitt
mit der mindestens einen Fluidkammer derart gekoppelt ist, dass
infolge einer Volumenänderung
der mindestens einen Fluidkammer durch Befüllen mit einem Fluid die mindestens
eine Fluidkammer eine Betätigungskraft
auf den Betätigungsabschnitt
des Werkzeugelements ausübt
zum Bewegen desselben von einer, bezogen auf das distale Ende, ersten
Werkzeugelementstellung in eine zweite Werkzeugelementstellung.
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Die
erfindungsgemäß vorgeschlagene
Weiterbildung ermöglicht
es, insbesondere fluidisch angetriebene chirurgische Mikroinstrumente
herzustellen, die zudem einstückig
ausgebildet sein und ferner einen Außendurchmesser aufweisen können, welcher
deutlich kleiner als 4 mm sein kann. Dies liegt insbesondere daran,
dass zum Zuführen
eines Fluids nur eine einfache Zuleitung erforderlich ist, die letztendlich
einen maximalen Außendurchmesser
des Instruments, abgesehen vom mindestens einen Werkzeugelement,
definiert. Des Weiteren wird auch die Verletzungsgefahr für den Patienten
minimiert, denn eine Kraftübertragung
kann insbesondere ausschließlich über das
Fluid erfolgen. Dies kann vorzugsweise ein körperverträgliches Fluid sein, beispielsweise
eine Kochsalzlösung.
Es kann sowohl eine Flüssigkeit
als auch ein Gas sein. Des Weiteren wird der Aufbau des chirurgischen
Instruments vereinfacht, denn es werden keine mechanisch aufwändigen und
bei zu starker Miniaturisierung instabilen Anlenkungen erforderlich,
sondern die Betätigung
erfolgt ausschließlich über eine
Volumenänderung
einer mit einem Fluid befüllbaren
Fluidkammer. Diese kann beispielsweise direkt oder indirekt infolge
einer Befüllung
mit dem Fluid gegen den Betätigungsabschnitt
des Werkzeugelements drücken
und dieses dadurch bewegen, insbesondere von einer, bezogen auf
das distale Ende des Instruments, ersten Werkzeugelementstellung
in eine zweite Werkzeugelementstellung. Des Weiteren hat das mindestens
eine Werkzeugelement über
eine mit einem Fluid befüllbare
Fluidkammer zu bewegen den Vorteil, dass eine sehr feinfühlige Betätigung des
mindestens einen Werkzeugelements ermöglicht wird. Über die
Art und Weise, wie ein Druck im Fluid erhöht oder erniedrigt wird zur Änderung
eines Volumens der Fluidkammer kann beispielsweise auch eine taktile
Rückmeldung für eine Bedienperson
erfolgen und so die Haptik des Instruments verbessert werden.
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Günstig ist
es, wenn eine Fluidleitung vorgesehen ist, welche mit der mindestens
einen Fluidkammer verbunden ist zum Zu- und/oder Abführen eines
Fluids. Die Verwendung eines Fluids quasi als Kraftübertragungsglied
wird wesentlich erleichtert, wenn hierfür eine Fluidleitung vorgesehen
ist. Diese kann insbesondere auch gleichzeitig einen Träger für das mindestens
eine Werkzeugelement bilden, also quasi einen Schaft analog einem
herkömmlichen Rohrschaftinstrument.
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Damit
das chirurgische Instrument auch durch gekrümmte oder gewundene Zugänge einfach und
sicher in einen Körper
eines Patienten eingeführt werden
kann, ist es günstig,
wenn die Fluidleitung flexibel, elastisch und/oder biegbar ist.
Sie kann so insbesondere an Krümmungen
angepasst werden und auch durch mehrfach gekrümmte Zugänge das mindestens eine Werkzeugelement
sicher und mit minimalem Traumarisiko für einen Patienten an einen Operationssitus
im Körperinneren
heranführen.
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Besonders
einfach und kostengünstig
lässt sich
das Instrument herstellen, wenn die Fluidleitung mindestens teilweise
aus einem Kunststoff hergestellt ist. Selbstverständlich kann
sie auch vollständig aus
einem Kunststoff hergestellt sein.
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Die
Stabilität
des chirurgischen Instruments kann auf einfache Weise dadurch erhöht werden, dass
die Fluidleitung mindestens teilweise aus einem Metall hergestellt
ist. Sie kann jedoch auch vollständig
aus einem Metall hergestellt sein, beispielsweise einem Röhrchen.
Ferner kann die Fluidleitung, die nicht vollständig aus einem Metall hergestellt
ist, beispielsweise teilweise aus einem Kunststoff, durch ein Metall
verstärkt
werden, beispielsweise ein Metallgewebe, das in einen Kunststoffschlauch
eingearbeitet ist oder diesen umgibt.
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Grundsätzlich wäre es denkbar,
die Fluidkammer und die Fluidleitung zweiteilig auszubilden und
zur Herstellung des Instruments miteinander zu verbinden. Um jedoch
die Größe des Instruments weiter
zu minimieren und die Gefahr von Leckagen ebenfalls zu verringern
ist es vorteilhaft, wenn die Fluidleitung an ihrem distalen Ende
verschlossen ist und mit diesem die mindestens eine Fluidkammer
definiert. Dies kann beispielsweise in der Weise möglich sein,
dass infolge einer Erhöhung
des Drucks des Fluids in der Fluidleitung das distale Ende derselben, welches
verschlossen ist, verformt wird und eine Volumenänderung der Fluidkammer bewirkt.
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Zur
Erhöhung
der Stabilität
des Instruments, welche ein Einführen
desselben in einen Körper
eines Patienten erleichtert, ist es günstig, wenn ein sich von einem
proximalen Ende zum distalen Ende des Instruments erstreckender
Träger
vorgesehen ist, an welchem die Fluidleitung gehalten ist. Beispielsweise kann
es sich hier um einen Instrumentenkörper in Form eines Stabs handeln,
an welchem die Fluidleitung gehalten ist. Insbesondere kann sie
lösbar
oder unlösbar
mit dem Träger
verbunden sein, beispielsweise durch Verkleben oder Anspritzen der
Fluidleitung an den Träger.
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Vorzugsweise
ist der Träger
in Form eines langgestreckten Instrumentenschafts ausgebildet. Dies
ermöglicht
es insbesondere, die Fluidleitung im Innern des Trägers anzuordnen
und sie dadurch zu schützen.
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Günstigerweise
ist der Träger
flexibel, elastisch und/oder biegbar. Dies gestattet es, dass das Instrument
auch bei einem vorgesehenen Träger durch
gekrümmte
oder gewundene Zugänge
einfach und sicher in einen Körper
eines Patienten eingeführt werden
kann.
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Vorteilhaft
ist es, wenn der Träger
ganz oder teilweise aus einem Kunststoff und/oder einem Metall hergestellt
ist. Ein vollständig
aus einem Kunststoff hergestellter Träger ist besonders kostengünstig und einfach
herzustellen. Je höher
ein Metallanteil des Trägers
ist, umso höher
seine Stabilität
bei besonders kleinen Abmessungen. Auf diese Weise können je
nach gewünschtem
Einsatzzweck und erforderlicher Stabilität des Instruments Anteile unterschiedlicher
Materialien zur Herstellung des Trägers gewählt werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich der Träger in distaler Richtung mindestens
so weit erstreckt, dass der Betätigungsabschnitt
mindestens teilweise vom Träger
umgeben ist. Ein derart in distaler Richtung "vorgezogener" Träger
kann zum einen eine Begrenzung für
eine Bewegung des mindestens einen Werkzeugelements bilden, quasi
einen Anschlag, oder, je nach Ausgestaltung des Trägers, auch
ein Rückstellelement,
um das mindestens eine Werkzeugelement von einer ausgelenkten Stellung wieder
in eine Grundstellung zurück
zu überführen, wenn
das Volumen der Fluidkammer infolge einer Druckerniedrigung oder
eines Abfließens
des Fluids wieder verringert wird. Es ist nicht zwingend erforderlich,
dass der Träger
in jeder Werkzeugelementstellung am Betätigungsabschnitt anliegt.
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Um
Fluidverluste im Bereich der Fluidkammer zu vermeiden und zudem
eine Kraftübertragung infolge
einer Volumenänderung
der Fluidkammer zu erleichtern, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens eine
Fluidkammer eine Hülle
umfasst, welche mindestens abschnittsweise flexibel ist. Selbstverständlich kann
die Hülle
auch vollständig
aus einem flexiblen Material hergestellt sein. Flexibel bedeutet
insbesondere, dass die Hülle
nicht zwingend elastisch sein muss, eine äußere Fläche der Fluidkammer muss sich
also infolge einer Volumenänderung
nicht zwingend vergrößern.
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Eine
Volumenänderung
der Fluidkammer lässt
sich besonders einfach dadurch erreichen, dass die Hülle mindestens
abschnittsweise elastisch ausgebildet ist.
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Ein
besonders kompakter Aufbau des chirurgischen Instruments lässt sich
dadurch erreichen, dass die Hülle
der mindestens einen Fluidkammer teilweise durch den Betätigungsabschnitt
gebildet ist. Auf diese Weise kann ein in die Fluidkammer zugeführtes Fluid
direkt Druck auf den Betätigungsabschnitt
ausüben.
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Eine
indirekte Kraftübertragung
vom Fluid auf den Betätigungsabschnitt
kann insbesondere dadurch verbessert werden, dass die Hülle der
mindestens einen Fluidkammer teilweise am Betätigungsabschnitt anliegt. Diese
Ausgestaltung gestattet insbesondere die Ausbildung einer Fluidkammer
separat vom mindestens einen Werkzeugelement und, falls gewünscht, auch
von der Zuleitung oder einem Träger
derselben.
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Besonders
einfach wird der Aufbau des Instruments, wenn die mindestens eine
Fluidkammer mindestens abschnittsweise aus einer fluiddichten Membran
hergestellt ist. Selbstverständlich
kann die Fluidkammer auch vollständig
aus einer fluiddichten Membran hergestellt sein.
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Besonders
kostengünstig
in der Herstellung ist das chirurgische Instrument, wenn die mindestens eine
Fluidkammer in Form eines inflatierbaren Ballons ausgebildet ist.
Ein inflatierbarer Ballon eignet sich hervorragend, um dessen Volumen
infolge einer Befüllung
mit einem Fluid zu verändern
und dadurch eine Kraft auf das mindestens eine Werkzeugelement zu übertragen.
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Günstig ist
es, wenn die mindestens eine Fluidkammer ohne Fluidbefüllung oder
mit druckloser Fluidbefüllung
ein minimales Innenvolumen definiert. Diese Ausgestaltung hat den
Vorteil, dass das mindestens eine Werkzeugelement ohne oder mit
druckloser Fluidbefüllung
eine definierte Werkzeugelementstellung einnimmt. Beispielsweise
bei zwei vorgesehenen Werkzeugelementstellungen können diese
so definiert geöffnet
oder geschlossen sein.
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Um
zu verhindern, dass bereits bei minimalen Druckänderungen das mindestens eine
Werkzeugelement bewegt wird, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens
eine Fluidkammer derart ausgebildet ist, dass sie auch mit Fluidbefüllung, in
welcher ein Fluiddruck herrscht, welcher einen vorgegebenen Fluidgrenzdruck
nicht übersteigt,
das minimale Volumen definiert.
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Vorteilhafterweise
definiert die mindestens eine Fluidkammer in einer beliebigen Betätigungsstellung
ein gegenüber
dem minimalen Volumen vergrößertes Betätigungsvolumen.
Eine beliebige Betätigungsstellung
kann bedeuten, dass die Fluidkammer ganz oder teilweise mit einem
Fluid befüllt
ist oder nicht mehr drucklos ist oder dass ein Fluiddruck oberhalb
eines Fluidgrenzdrucks im Fluid herrscht. Infolge des vergrößerten Betätigungsvolumens
kann dann eine Betätigungskraft
zum Bewegen des mindestens einen Werkzeugelements auf den Betätigungsabschnitt übertragen
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Fluidkammer
und das mindestens eine Werkzeugelement derart gekoppelt sind, dass
das mindestens eine Werkzeugelement eine Grundstellung einnimmt,
wenn die mindestens eine Fluidkammer das minimale Volumen definiert,
und dass das mindestens eine Werkzeugelement eine aus der Grundstellung
ausgelenkte Arbeitsstellung oder Werkzeugelementstellung einnimmt
und die mindestens eine Fluidkammer eine Betätigungsstellung einnimmt. Auf
diese Weise lässt
sich eine Grundstellung des mindestens einen Werkzeugelements eindeutig definieren
und in gewünschter
Weise vorgeben. Beispielsweise wenn zwei Werkzeugelemente vorgesehen
sind, kann die Grundstellung derart definiert sein, dass die Werkzeugelemente
voneinander beabstandet oder geöffnet
sind. Sie können
jedoch auch in der Grundstellung alternativ eine geschlossene Stellung einnehmen.
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Der
Aufbau des chirurgischen Instruments vereinfacht sich wesentlich,
wenn mindestens ein Festkörpergelenk
zum beweglichen Lagern des mindestens einen Werkzeugelements am
distalen Ende des Instruments vorgesehen ist. Es können auch zwei
oder mehr Festkörpergelenke
vorgesehen sein. Unter einem Festkörpergelenk ist insbesondere
ein Gelenk zu verstehen, bei dem zwei relativ zueinander bewegbare
Teile über
das Festkörpergelenk
einstückig
oder einteilig ausgebildet oder fest miteinander verbunden sind,
so dass auf Anlenkungen, wie sie bei herkömmlichen Rohrschaftinstrumenten
zum Einsatz kommen, beispielsweise in Form von Schlitz-Nocken-Führungen
oder dergleichen, verzichtet werden kann. Dies erhöht zum einen
die Stabilität
des Instruments und zum anderen verringert es den Fertigungsaufwand,
da mehrere Teile in einem Arbeitsschritt gefertigt werden können. Des
Weiteren kann, je nach Wahl des Werkstoffs, das Festkörpergelenk auch
die Funktion eines Rückstellelements
ausüben, beispielsweise
wenn es infolge einer Bewegung des mindestens einen Werkzeugelements
bezogen auf das distale Ende des Instruments elastisch oder teilelastisch
verformt wird.
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Günstigerweise
sind zwei Werkzeugelemente über
das mindestens eine Festkörpergelenk
miteinander verbunden. Selbstverständlich können zwei Werkzeugelemente
auch über
zwei, drei oder mehr Festkörpergelenke
miteinander verbunden sein. Mit zwei Werkzeugelementen lassen sich
insbesondere Scheren, Pinzetten oder Biopsiezangen ausbilden. Außerdem ermöglichen
es zwei Werkzeugelemente, einen symmetrischen Aufbau des distalen
Endes des Instruments vorzusehen, welcher die Herstellung vereinfacht
und die Funktionalität
des Instruments verbessert.
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Günstig ist
es, wenn das mindestens eine Festkörpergelenk in einer Ruhestellung,
in welcher das mindestens eine Werkzeugelement die Grundstellung
einnimmt, unverformt ist. So wird sichergestellt, dass auf das mindestens
eine Werkzeugelement in der Grundstellung keine Kraft durch das
Festkörpergelenk
ausgeübt
wird. Insbesondere dann, wenn das Festkörpergelenk infolge einer Bewegung des
mindestens einen Werkzeugelements elastisch oder teilelastisch verformbar
ist, kann das Festkörpergelenk
das mindestens eine Werkzeugelement aus einer ausgelenkten Werkzeugelementstellung ganz
oder teilweise wieder in die Grundstellung zurück überführen.
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Vorzugsweise
ist das mindestens eine Festkörpergelenk
in einer beliebigen, von der Grundstellung abweichenden Werkzeugelementstellung
oder Arbeitsstellung des mindestens einen Werkzeugelements verformt.
Wie bereits dargelegt, kann so das Festkörpergelenk gleichzeitig als
Rückstellelement fungieren,
um infolge einer teilweisen oder vollständigen elastischen Verformung
das ausgelenkte Werkzeugelement wieder in seine Grundstellung zu überführen.
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Vorzugsweise
ist das mindestens eine Festkörpergelenk
in Form eines quer oder im Wesentlichen quer zu einer Längsachse
des Instruments verlaufenden Steges ausgebildet. Freie Enden des Stegs
können
senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zu Abschnitten jeweils
eines Werkzeugelements orientiert und mit diesem verbunden sein.
Eine Relativbewegung der beiden Werkzeugelemente kann beispielsweise
in Form einer Verschwenkung erfolgen, wobei sich der Steg dabei
teilweise durchbiegen kann.
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Um
eine besonders effiziente Kraftübertragung
vom Fluid auf das mindestens eine Werkzeugelement zu erreichen,
ist es vorteilhaft, wenn der Betätigungsabschnitt
proximalseitig des Festkörpergelenks
angeordnet ist. So lassen sich insbesondere die Hebelgesetze zur
Betätigung
des mindestens einen Werkzeugelements gezielt ausnutzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann ferner eine Führungseinrichtung vorgesehen
sein zum Führen
einer Bewegung einer Hülle
der mindestens eine Fluidkammer und des mindestens einen Werkzeugelements
relativ zueinander beim Übergang
des mindestens einen Werkzeugelements von der ersten Werkzeugelementstellung
in die zweite Werkzeugelementstellung. Die Führungseinrichtung stellt insbesondere
sicher, dass auch bei einer mehrmaligen Verwendung des Instruments eine
Bewegung des mindestens einen Werkzeugelements stets in definierter
Weise erfolgt. Dies ist für alle
Arten chirurgischer Instrumente von großer Bedeutung, insbesondere
jedoch für
Scheren, das heißt wenn
das mindestens eine Werkzeugelement in Form einer beweglichen Schneide
ausgebildet ist.
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Ein
besonders einfacher Aufbau der Führungseinrichtung
lässt sich
dadurch erreichen, dass diese ein erstes und ein zweites Führungsglied
aufweist, dass eines der Führungsglieder
an der Fluidkammer und das andere Führungsglied am Festkörpergelenk
angeordnet ist und dass das erste Führungsglied im zweiten Führungsglied
geführt
ist.
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Günstig ist
es, wenn das erste Führungsglied in
Form eines Stiftes und wenn das zweite Führungsglied in Form einer Durchbrechung
ausgebildet ist. Durch entsprechende Wahl der Abmessungen von Durchbrechung
und Stift, insbesondere deren korrespondierenden Durchmssern, lässt sich
so eine optimale Führung
erreichen, beispielsweise eine Führung
des relativ zur Durchbrechung bewegten Stifts in derselben. Auch
kann eine Verklemmung des Stifts in der Durchbrechung verhindert
werden, wenn eine genügend
große
Toleranz vorgesehen wird.
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Vorzugsweise
ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen
zum Überführen des
mindestens einen Werkzeugelements aus einer ausgelenkten Werkzeugelementstellung
oder Arbeitsstellung in die Grundstellung. Eine Rückstelleinrichtung
vorzusehen hat den Vorteil, dass eine Rückbewegung des mindestens einen
ersten Werkzeugelements aus der Arbeitsstellung in die Grundstellung
zurück
nicht durch das Fluid selbst erreicht werden muss, beispielsweise
durch Erzeugen eines Unterdrucks in der Fluidkammer und/oder der
Fluidleitung. Das Fluid kann so insbesondere nur zur Bewegung des
mindestens einen ersten Werkzeugelements in eine Richtung eingesetzt
werden, wohingegen die Rückstelleinrichtung
eine Rückbewegung
des mindestens einen ersten Werkzeugelements sicherstellt. Vorzugsweise
ist die Rückstelleinrichtung
derart angeordnet und ausgebildet, dass infolge einer Betätigung der
Fluidkammer durch Befüllen
oder Erhöhen
eines Fluiddrucks sich stets ein Kräftegleichgewicht in einer beliebigen Werkzeugelementstellung
zwischen einer von der Rückstelleinrichtung
ausgeübten
Rückstellkraft
und einer auf den Betätigungsabschnitt
wirkenden Betätigungskraft
einstellt.
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Der
Aufbau des Instruments und der Rückstelleinrichtung
wird besonders einfach, wenn die Rückstelleinrichtung mindestens
ein Rückstellglied umfasst,
welches sich einerseits am mindestens einen Werkzeugelement und
andererseits an der mindestens einen Fluidkammer und/oder am mindestens einen Festkörpergelenk
abstützt.
Anordnung und Ausgestaltung des mindestens einen Rückstellglieds ermöglichen
einen besonders kompakten Aufbau eines distalen Endes des chirurgischen
Instruments und stellen trotzdem eine gewünschte Rückbewegung des mindestens einen
ersten Werkzeugelements aus einer ausgelenkten Stellung in die Grundstellung
zurück
sicher.
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Besonders
einfach und kostengünstig
wird der Aufbau des chirurgischen Instruments, wenn das mindestens
eine Rückstellglied
in Form einer Feder ausgebildet ist. Beispielsweise kann diese in
Form einer Blattfeder ausgebildet sein, insbesondere derart geformt,
dass sie einen im Wesentlichen halbschaligen Grundkörper mit
von diesem abstehenden, relativ zueinander aufgespreizten freien
Enden aufweist.
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Der
Aufbau sowie die Konstruktion des Instruments vereinfachen sich
weiter, wenn das distale Ende des Instruments spiegelsymmetrisch
zu mindestens einer Symmetrieebene ausgebildet ist. Selbstverständlich kann
das distale Ende des Instruments auch symmetrisch zu zwei zueinander
senkrecht stehenden Symmetrieebenen ausgebildet sein.
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Günstigerweise
ist das Fluid ein körperverträgliches
Fluid. Dies stellt sicher, dass bei einer Leckage das Instruments
keine Beeinträchtigung
des Patienten zu befürchten
ist.
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Um
einen Aufbau des Instruments besonders kompakt zu gestalten und
zudem die Herstellung zu vereinfachen, ist es günstig, wenn das mindestens
eine Werkzeugelement, das mindestens eine Festkörpergelenk und der Träger einstückig ausgebildet
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann ferner eine Fluidzuführeinrichtung vorgesehen sein
zum Zuführen
eines Fluids unter Druck oder drucklos in die mindestens eine Fluidkammer.
Mit der Fluidzuführeinrichtung
lässt sich
das mindestens eine Werkzeugelement am distalen Ende des Instruments
in gewünschter
Weise bewegen.
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Vorteilhafterweise
ist die Fluidzuführeinrichtung
in Form einer Fluidpumpe ausgebildet. Es kann sich dabei um eine
manuell betätigbare
oder um eine elektrisch betätigbare
Fluidpumpe handeln, je nach gewünschtem
Einsatzzweck für
das chirurgische Instrument. Eine manuell betätigbare Fluidpumpe hat insbesondere
den Vorteil, dass eine Bedienperson eine taktile Rückmeldung über eine
vom mindestens einen ersten Werkzeugelement eingenommene Werkzeugelementstellung
erhalten kann.
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Vorzugsweise
kann ferner an einem proximalen Ende des Instruments ein Betätigungsglied vorgesehen
sein zum Betätigen
der Fluidzuführeinrichtung.
Dabei kann es sich um ein manuelles Betätigungsglied handeln, beispielsweise
einen Schwenkhebel zum Betätigen
der Fluidpumpe oder um ein elektromechanisches oder elektronisches
Betätigungsglied,
mit welcher eine elektrisch betriebene Fluidpumpe betätigt werden
kann, beispielsweise einen Schalter, einen elektromechanischen Taster
oder ein elektronisches Sensorelement.
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Um
mit dem Instrument schneiden oder Gewebe fassen zu können, ist
es günstig,
wenn das chirurgische Instrument in Form einer Schere, einer Fasszange
oder einer Pinzette ausgebildet ist. Die Ausgestaltung des chirurgischen Instruments
lässt sich
insbesondere über
eine Gestaltung des mindestens einen Werkzeugelements realisieren.
Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass, wenn zwei Werkzeugelemente
vorgesehen sind, beide beweglich am distalen Ende des Instruments
gelagert sind. Es ist durchaus denkbar, auch nur eines der beiden Werkzeugelemente
beweglich am distalen Ende des Instruments zu lagern und das andere
starr am Instrument auszubilden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann ferner mindestens ein elektrischer Anschlusskontakt
vorgesehen sein, welcher mit dem mindestens einen Werkzeugelement elektrisch
leitend verbunden ist zum Ausbilden eines Monopolarinstruments.
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Günstig kann
es ferner sein, wenn zwei elektrische Anschlusskontakte vorgesehen
sind, welche elektrisch leitend mit jeweils einem Werkzeugelement
verbunden sind zum Ausbilden eines Bipolarinstruments.
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Um
das chirurgische Instrument auf einfache Weise mit einer Stromquelle,
beispielsweise einem Hochfrequenz-Generator, verbinden zu können, ist es
vorteilhaft, wenn der mindestens eine elektrische Anschlusskontakt
am proximalen Ende oder im Bereich des proximalen Endes des Instruments
angeordnet ist.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines chirurgischen Instruments;
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2:
eine Schnittansicht längs
Linie 2-2 in 1;
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3:
eine Ansicht ähnlich 2 bei
geänderter
Stellung der Werkzeugelemente;
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4:
eine Schnittansicht ähnlich 2 eines
zweiten Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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5:
eine Schnittansicht ähnlich 3 des zweiten
Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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6:
eine Schnittansicht ähnlich 2 eines
dritten Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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7:
eine Schnittansicht ähnlich 3 des dritten
Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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8:
eine Schnittansicht ähnlich 2 eines
vierten Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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9:
eine Schnittansicht ähnlich 3 des vierten
Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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10:
eine Schnittansicht ähnlich 2 eines
fünften
Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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11:
eine Schnittansicht ähnlich 3 des
fünften
Ausführungsbeispiels
eines Instruments;
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12:
eine perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels eines Instruments;
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13:
eine Schnittansicht längs
Linie 13-13 in 12
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14:
eine Ansicht ähnlich 13 mit Werkzeugelementen
in geänderter
Werkzeugelementstellung;
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15:
eine Schnittansicht ähnlich 13 eines
siebten Ausführungsbeispiels
eines Instruments; und
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16:
eine Ansicht ähnlich 14 des siebten
Ausführungsbeispiels
eines Instruments.
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In
den 1 bis 3 ist schematisch ein erstes
Ausführungsbeispiel
eines chirurgischen Instruments dargestellt und insgesamt mit dem
Bezugszeichen 10 versehen. Es ist in Form eines fluidischen
Mikroinstruments ausgebildet und umfasst einen ein distales Ende 12 des
Instruments 10 definierend Endeffektor 14, einen
langgestreckten Instrumentenkörper 16 und
eine ein proximales Ende 18 definierende Betätigungseinrichtung 20.
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Der
Endeffektor 14 umfasst zwei beweglich gelagerte Werkzeugelemente 22 in
Form von langgestreckten plattenförmigen Klemmbacken, deren aufeinander
zu weisende Innenflächen 24 ausgehend von
ihrem freien distalen Ende 26 eine aufgeraute Oberflächenstruktur 28 aufweisen.
Die beiden Werkzeugelemente 22 sind einstückig ausgebildet
und durch Umbiegen eines langgestreckten streifenförmigen Plättchens
oder durch Spritzgießen
entsprechend geformt. Die einen endlichen Krümmungsradius aufweisende Umbiegung 30 weist
in proximale Richtung.
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Auf
einem kurzen Abschnitt von Außenflächen 32 der
Werkzeugelemente 22 ist benachbart der Umbiegung 30 flächig eine
Werkzeugelementverlängerung 34 aufgebracht
und flächig
mit den Werkzeugelementen 22 verbunden, die die Werkzeugelemente 22 über die
Umbiegung 30 in proximaler Richtung verlängert. Die
Werkzeugelementverlängerung 34 ist
insgesamt so lang bezogen auf eine Längsachse 36 des Instruments 10,
dass die Umbiegung 30 in etwa mittig zwischen einem proximalen
und einem distalen Ende der Werkzeugelementverlängerungen 34 angeordnet
ist und diese miteinander verbindet. Die Werkzeugelemente 22 bilden
jeweils mit ihrer Werkzeugelementverlängerung 34 eine Einheit,
wobei die Umbiegung 30 ein Festkörpergelenk 38 bildet. Sich
proximalseitig des Festkörpergelenks 38 erstreckende
Abschnitte der Werkzeugelementverlängerungen 34 bilden
Betätigungsabschnitte 40.
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Die
Werkzeugelementverlängerungen 34 erstrecken
sich in proximaler Richtung bis zu einer Einschnürung 42, die einen
minimalen Abstand zwischen den proximalen Enden der Werkzeugelementverlängerungen 34 definiert.
An die Einschnürung 42 schließt sich
der Instrumentenkörper 16 an,
der einstückig
mit den Werkzeugelementverlängerungen 34 ausgebildet
ist. Er erweitert sich ausgehend von der Einschnürung 42 trichterförmig bis
zu seinem maximalen Außendurchmesser 44,
welcher kleiner als 4 mm sein kann. Der Instrumentenkörper 16 wird
gebildet durch eine hohlzylindrische Fluidleitung 46, die die Längsachse 36 definiert.
Sie ist optional flexibel, elastisch und/oder biegbar. Vorteilhaft
ist es, wenn sie, ebenso wie die Werkzeugelemente 22, aus
einem Kunststoff hergestellt ist. Denkbar ist es aber auch, die
Fluidleitung 46 und die Werkzeugelemente 22 ganz
oder teilweise aus einem Metall herzustellen.
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Proximalseitig
des Festkörpergelenks 38 wird,
begrenzt durch die Umbiegung 30 und die Betätigungsabschnitte 40 bis
zur Einschnürung 42,
eine Fluidkammer 48 definiert. Durch Betätigen der
Betätigungseinrichtung 20,
die beispielsweise ein Betätigungselement 50 in
Form eines Tasters umfasst, der von einer Bedienperson betätigt werden
kann, kann über
eine mit dem proximalen Ende 18 verbundene Zuleitung 52 ein
körperverträgliches
Fluid 54, zum Beispiel eine Kochsalzlösung, mittels einer Fluidpumpe 56 durch
die Fluidleitung 46 in distaler Richtung gedrückt werden,
also insbesondere in die Fluidkammer 48.
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Herrscht
im Fluid 54 kein Druck oder ein Druck, welcher kleiner
als ein Fluidgrenzdruck pmin ist, so nimmt
der Endeffektor 14 seine Grundstellung ein, die in den 1 und 2 schematisch
dargestellt ist. Freie Enden der Werkzeugelemente 22 sind in
der Grundstellung voneinander beabstandet und die Werkzeugelemente 22 sind
etwas V-förmig
aufgespreizt. Dadurch verjüngt
sich die Fluidkammer 48 in der beschriebenen Weise bis
zur Einschnürung 42. Wird
nun ein Druck im Fluid 54 aufgebaut oder über den
Fluidgrenzdruck pmin erhöht, so weitet das Fluid 54 die
Fluidkammer 48 auf, es ändert
sich also ihr Volumen. Die Betätigungsabschnitte 40 sind
somit mit der Fluidkammer 48 derart gekoppelt, dass infolge
einer Volumenänderung
der Fluidkammer 48 durch Befüllen mit dem Fluid 54 die
Fluidkammer 48 eine Betätigungskraft
auf die Betätigungsabschnitte 40 der Werkzeugelemente 42 derart
ausübt,
dass diese von der beschriebenen Grundstellung, die eine erste Werkzeugelementstellung
definiert, in eine zweite Werkzeugelementstellung bewegt werden.
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Bei
einem vorgebbaren Maximaldruck pmax werden
die Betätigungsabschnitte 40 so
weit auseinander gedrückt,
dass die Innenflächen 24 der
Werkzeugelemente 22 aneinander gedrückt werden, wie dies schematisch
in 3 dargestellt ist. Der Endeffektor 14 lässt sich
somit durch Erhöhung
des Drucks im Fluid 54 bewegen, insbesondere die Werkzeugelemente 22 gegeneinander
bewegen und somit das pinzettenartige Instrument 10 schließen.
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Wird
der Druck im Fluid wieder reduziert, werden die Werkzeugelemente 22 wieder
voneinander weg bewegt durch die Wirkung einer Rückstelleinrichtung 58,
welche das elastische Festkörpergelenk 38 umfasst.
Infolge der Druckausübung
durch das Fluid 54 wird nämlich die Umbiegung 30 weiter verformt
und damit das Festkörpergelenk 38.
Ist die Verformung elastisch oder zumindest teilelastisch, wird
die in der Umbiegung beziehungsweise im Festkörpergelenk 38 gespeicherte
Energie nach Druckminderung wieder frei und bewegt die Werkzeugelemente 22 wieder
in ihre Grundstellung zurück,
wenn der Druck auf Null reduziert oder zumindest unter den Fluidgrenzdruck
pmin verringert wird.
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Die
zwei Werkzeugelemente 22, die auch als Greifteile oder
Branchen bezeichnet werden können, sind
somit mit der eine Hohlkammer bildenden Fluidkammer 48 verbunden,
deren Befüllungsvolumen, die
sogenannte Volumenreserve, eine druckabhängige Bewegung dieser hervorruft.
Diese Bewegung kann in der beschriebenen Weise zum Schließen oder Öffnen der
Branchen genutzt werden. Der Endeffektor 14 ist somit ein
druckaktivierter Endeffektor 14, mit einem einzelnen Festkörpergelenk 38 zum Verbinden
der beiden Branchen. Proximalseitig des Festkörpergelenks 38 sind
die Branchen mit der Hohlkammer verbunden, die sich ausdehnt, wenn
in dieser ein Druck aufgebaut wird. Die Differenz zwischen entspanntem
und gespanntem Zustand der Hohlkammer wird als Volumenreserve bezeichnet.
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In
den 4 und 5 ist ein zweites Ausführungsbeispiel
eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 110 versehenen chirurgischen
Instruments in Form eines fluidischen Mikroinstruments dargestellt,
und zwar nur im Bereich seines Endeffektors 114. Zum leichteren
Verständnis
sind nachfolgend im Zusammenhang mit der Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele
Teile der Instrumente, die denjenigen des Instruments 10 entsprechen,
mit denselben beiden Endziffern versehen und unterscheiden sich nur
durch die vorangestellte, dem jeweiligen Ausführungsbeispiel zugeordnete
erste Ziffer.
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Beim
Endeffektor 114 ist im Bereich der Einschnürung 142 ein
Steg 160 eingesetzt. Er separiert zwei sich von der Einschnürung 142 in
distaler Richtung erstreckende Fluidkammern 148 voneinander. Eine
Begrenzung oder Hülle
der Fluidkammern 148 sowie der Instrumentenkörper 116 sind
einstückig ausgebildet.
Dies bedeutet, dass das distale Ende der Fluidleitung 146 verschlossen
ist und die beiden Fluidkammern 148 definiert. Ähnlich wie
beim Endeffektor 14 sind die Werkzeugelemente 122,
die identisch mit den Werkzeugelementen 22 ausgebildet sind,
mit einem nach außen
weisenden Abschnitt einer Hülle
der Fluidkammer 148 verbunden, wobei die Werkzeugelemente 122 außen auf
die Betätigungsabschnitte 140 aufgesetzt
sind.
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In
einer Grundstellung, die in 4 schematisch
dargestellt ist und bei der kein oder ein Fluiddruck herrscht, der
kleiner als ein Fluidgrenzdruck pmin ist,
weisen die Werkzeugelemente 122, wie beim Endeffektor 14,
voneinander weg. Wird der Druck im Fluid 54 erhöht, füllen sich
die Fluidkammern 148 mit zusätzlichem Fluid 54 und
vergrößern ihr
Volumen. Dies führt
dazu, dass aufeinander zu weisende Abschnitte 162 der Hülle der
Fluidkammern 148 aufeinander zu bewegt werden, die Betätigungsabschnitte 140 dagegen
voneinander weg. Dies führt
letztendlich zu einer Bewegung der Werkzeugelemente 122 aufeinander
zu. Eine Rückbewegung
der Werkzeugelemente 122 aus einer ausgelenkten Stellung,
wie sie beispielsweise in 5 dargestellt
ist, in die Grundstellung zurück,
erfolgt mittels einer Rückstelleinrichtung 158,
welche die Betätigungsabschnitte 140 sowie
die Abschnitte 162 umfasst, die insgesamt zwei Festkörpergelenke 138 definieren.
Das Material, aus dem der Instrumentenkörper 116 und damit auch
die Betätigungsabschnitte 140 und
die Abschnitte 162 ausgebildet sind, ist so gewählt, dass
es eine ausreichende Elastizität
aufweist, um infolge einer Verringerung des im Fluids 54 herrschenden Drucks
wieder die ursprüngliche
Form einzunehmen.
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In
den 6 und 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel
eines insgesamt mit dem Bezugszeichen 210 versehenen Instruments
teilweise dargestellt, nämlich
im Bereich seines Endeffektors 214. Der im Wesentlichen
identisch mit dem Instrumentenkörper 16 ausgebildete
Instrumentenkörper 216 erweitert
sich in distaler Richtung ausgehend von der Einschnürung 242 und
ist offen. Er wird verschlossen durch außen auf die sich ausgehend
von der Einschnürung 242 in
distaler Richtung erstreckenden Betätigungsabschnitte 240 aufgesetzte
Werkzeugelemente 222, die in einer Grundstellung aufgespreizt und
voneinander beabstandet sind. Sie sind verbunden über einen
sich quer zur Längsachse 36 des
Instruments 210 erstreckenden Steg 264 und im Übergangsbereich
zu diesen jeweils ein Festkörpergelenk 238 definiert.
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Wird
das Fluid 54 durch die Fluidleitung 246 in die
Fluidkammer 248 mit einem Druck größer als der Fluidgrenzdruck
pmin gedrückt, so werden die die Fluidkammer 248 begrenzenden
Betätigungsabschnitte 240 voneinander
weg gedrückt.
Der steife Steg 264 wird lediglich im Übergangsbereich zu den Werkzeugelementen 222 etwas
verformt, das heißt die
Festkörpergelenke 238 ermöglichen
eine Bewegung freier Enden der Werkzeugelemente 222 aufeinander
zu. Die Rückstelleinrichtung 258,
die die elastischen Festkörpergelenke 238 umfasst,
zwingt die Werkzeugelemente 222 wieder in ihre schematisch
in 5 dargestellte Grundstellung zurück, wenn
der im Fluid herrschende Druck unter den Fluidgrenzdruck pmin abgesenkt wird. Es sei angemerkt, dass
die Betätigungsabschnitte 240 wie
bei den beiden vorangegangenen Ausführungsbeispielen ebenfalls
Werkzeugelementverlängerungen 234 bilden, die
im Wesentlichen starr mit den Werkzeugelementen 222 verbunden
sind.
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In
den 8 und 9 ist der Endeffektor 314 eines
insgesamt mit dem Bezugszeichen 310 versehenen chirurgischen
Instruments dargestellt. Der Endeffektor 314 entspricht
in seinem konstruktiven Aufbau im Wesentlichen einer Kombination
der Endeffektoren 114 und 214. So sind beim Endeffektor 314 zwei
Werkzeugelemente 322 über
einen Steg 364 wie die beiden Werkzeugelemente 222 miteinander
verbunden. Im Verbindungsbereich zwischen dem Steg 364 und
den Werkzeugelementen 322, die in ihrem Aufbau den Werkzeugelementen 22 entsprechen,
sind wiederum zwei Festkörpergelenke 338 ausgebildet.
Diese bilden, wie im Zusammenhang mit dem Instrument 210 beschrieben,
ebenfalls eine Rückstelleinrichtung 358.
Proximalseitig der Festkörpergelenke 338 erstreckt
sich jeweils ein Betätigungsabschnitt 340.
Aufeinander zu weisende Seitenflächen
der Betätigungsabschnitte 340 der
beiden Werkzeugelemente 322 sind flächig mit einer Werkzeugverlängerung 334 verbunden,
die sich bis zur Einschnürung 342 erstreckt.
Distalseitig sind die beiden Werkzeugverlängerungsabschnitte 334 mittels
einer Membran 368 verschlossen, die zwei Abschnitte 362 analog
den Abschnitten 162 definiert. Allerdings ist beim Endeffektor 314 kein
Steg entsprechend dem Steg 160 vorgesehen, der die Membran 368 zwischen
den Betätigungsabschnitten 340 in
einer proximalen Stellung hält.
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Die
Fluidkammer 348 wird durch die Werkzeugverlängerungsabschnitte 334,
die Abschnitte 362 und die Einschnürung 342 begrenzt.
Die flexible und/oder elastische Membran 368 kann infolge
einer Erhöhung
des im Fluid 54 herrschenden Drucks über den Fluidgrenzdruck pmin in distaler Richtung gedrückt werden,
wodurch das Volumen der Fluidkammer 348 erhöht wird
und die Werkzeugverlängerungen 334,
die mit den Betätigungsabschnitten 340 verbunden
sind, voneinander weg gedrückt
werden, was wiederum eine Bewegung der Werkzeugelemente 322 aufeinander
zu bewirkt. Um zu verhindern, dass die Membran 368 zu weit
in distaler Richtung gedrückt
wird, sie also nicht durchschlägt,
ist auf den Steg 364 ein in proximaler Richtung abstehender
Anschlag 366 in Form eines quaderförmigen Anschlagkörpers aufgesetzt,
der in proximaler Richtung eine Bewegung der Membran 368 in
distaler Richtung begrenzt. So wird sichergestellt, dass die Membran 368 maximal
eine Ebene quer zur Längsachse 36 des
Instruments 310 definiert.
-
Eine
Rückbewegung
der Werkzeugelemente 322 wird, wie oben im Zusammenhang
mit der Rückstelleinrichtung 258 näher erläutert, durch
die Rückstelleinrichtung 358 bewirkt.
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In
den 10 und 11 ist
eine Weiterbildung des Instruments 310 teilweise dargestellt
und insgesamt mit dem Bezugszeichen 410 versehen. Der Endeffektor 414 unterscheidet
sich vom Endeffektor 314 durch die Anordnung und Ausgestaltung des
Anschlags 466. Dieser ist in Form eines quaderförmigen oder
zylindrischen Kopfes ausgebildet und trägt einen in distaler Richtung
koaxial zur Längsachse 36 abstehenden
Stift 474. Der Stift 474 ist in einer korrespondierenden
Durchbrechung 472 des Stegs 464 geführt. Sowohl
der Stift 474 als auch die Durchbrechung 472 bilden
erste und zweite Führungsglieder,
wobei das erste Führungsglied
im zweiten Führungsglied
geführt
ist. Der Anschlag 466 ist optional mit der Membran 468 verbunden,
und zwar im Bereich zwischen den Abschnitten 462. Durch
den vorgesehenen Stift 474 in Verbindung mit der Durchbrechung 472 wird
so insgesamt eine Führungseinrichtung 470 ausgebildet,
die eine definierte Bewegung der Membran 468 relativ zum
Steg 464 und damit zu den Festkörpergelenken 438 sicherstellt.
Des Weiteren wird so auch eine Verwindung der Werkzeugelemente 422 verhindert.
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Herrscht
im Fluid 54 kein Druck oder ein Druck unterhalb des Fluidgrenzdrucks
pmin, nimmt der Endeffektor 414 die
schematisch in 9 dargestellte Grundstellung
ein, das heißt
die Werkzeugelemente 422 sind aufgespreizt geöffnet und
voneinander beabstandet. Die Membran 468 ist in proximaler Richtung
vorgewölbt
und der Anschlag 466 nimmt seine proximalste Stellung ein.
Die Länge
des Stifts 474 ist so gewählt, dass dieser in der Grundstellung noch
etwas distalseitig aus der Durchbrechung 472 vorsteht,
um unabhängig
von ei ner Werkzeugelementstellung der Werkzeugelemente 422 und
einer Stellung der Membran 468 eine sichere Führung des Stifts 474 in
der Durchbrechung 472 zu gewährleisten. Wird der im Fluid 54 herrschende
Druck erhöht, wird
die Membran 468 in distaler Richtung gedrückt und
die Betätigungsabschnitte
mit den Werkzeugelementverlängerungen 434 voneinander
weg. Dadurch vergrößert sich
das Volumen der Fluidkammer 448, wodurch eine Bewegung
der freien distalen Enden der Werkzeugelemente 422 aufeinander
zu bewirkt wird, und zwar bis diese bei einem Maximaldruck pmax im Fluid 54 aneinander anliegen,
was schematisch in 10 dargestellt ist. Die in ihrem
Aufbau der Rückstelleinrichtung 358 entsprechende
Rückstelleinrichtung 458 bewirkt
nach einer Verminderung des im Fluids 54 herrschenden Drucks
wiederum eine Bewegung der Werkzeugelemente 422 voneinander weg.
Des Weiteren zieht die vorzugsweise elastisch ausgebildete Membran 468 den
Anschlag 466 und damit auch den Stift 474 wieder
in proximaler Richtung zurück,
bis sie bei einem Druck unterhalb des Fluidgrenzdrucks pmin wieder ihre Grundstellung einnimmt.
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Zu
den 1 bis 11 ist anzumerken, dass die
Instrumente 10, 110, 210, 310 und 410 in
ihrem Aufbau nur rein schematisch dargestellt sind. Insbesondere
kann ein Abstand der Werkzeugelemente im Bereich der Stege deutlich
geringer sein im Verhältnis
zur Länge
der Werkzeugelemente selbst als dies in den Figuren dargestellt
ist.
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Die
beschriebenen Endeffektoren können
alternativ auch aus einem Stück
gefertigt sein und nicht, wie beschrieben, aus mehreren Komponenten. Insbesondere
ist es auch denkbar, die Endeffektoren einstückig mit dem jeweiligen Instrumentenkörper auszubilden.
Die jeweiligen Endeffektoren sind vorzugs weise aus Kunststoff unterschiedlicher
Dicken gefertigt im Bereich der biegeflexiblen, schneidenden und
druckübertragenden
Bereiche. Vorteile der beschriebenen Instrumente sind deren Flexibilität bei der
Kraftübertragung
von einem nicht dargestellten Handstück beziehungsweise der Betätigungseinrichtung 40 zum
jeweiligen Endeffektor und die biegbare oder flexible Ausgestaltung
der jeweiligen Fluidleitung. Des Weiteren ist die Herstellung kostengünstig, da
sie insbesondere eine Herstellung des gesamten Instruments oder
von Teilen desselben durch Spritzgießen ermöglicht. Darüber hinaus gestattet die Ausgestaltung
der Instrumente eine taktile Rückkopplung beziehungsweise
Rückmeldung
an eine Bedienperson durch eine reibungsminimale Kraftübertragung, die
durch das Fluid erreicht wird. Des Weiteren wird durch das Vorsehen
der Festkörpergelenke
ein Verklemmen der Werkzeugelemente infolge einer Bewegung verhindert.
Schließlich
wird der jeweilige Endeffektor, also ein Arbeitsende des jeweiligen
Instruments, nur minimal verdeckt.
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Die
genannten Vorteile treffen auch auf die beiden nachfolgend noch
näher erläuterten
Ausführungsbeispiele
zu.
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Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
eines chirurgischen Instruments ist in den 11 bis 13 mit
seinem distalen Ende 512 schematisch dargestellt und insgesamt
mit dem Bezugszeichen 510 versehen. Das proximale Ende
des Instruments 510 entspricht, wie alle nicht näher dargestellten
und beschriebenen proximalen Enden der in den Figuren dargestellten
Instrumente dem proximalen Ende des Instruments 10.
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Der
Instrumentenkörper 516 ist
in Form eines rohrförmigen
Schafts ausgebildet. Der Endeffektor 514 ist einstückig mit
dem Instrumentenkörper 516 aus gebildet
und kann entweder durch Spritzgießen als Kunststoffspritzteil
ausgeführt
sein oder aus einem Kunststoffrundprofil mechanisch oder mit einem
anderen abtragenden Verfahren, beispielsweise durch Erodieren, hergestellt
werden.
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Zur
Ausbildung des Endeffektors 514 werden quer zur Längsachse 36 des
Instrumentenkörpers 516 zwei
parallel zueinander verlaufende Schlitze 576 in den Rundstab
eingebracht. Proximalseitig wird jeder Schlitz in radialer Richtung,
jedoch in diametral voneinander weg weisend, geöffnet, so dass insgesamt in
der Seitenansicht jeweils ein L-förmiger Schlitz 575 entsteht.
Die beiden Schlitze 576 sind durch zwei sich parallel zur
Längsachse 36 erstreckende
Stege 578 getrennt. Der Instrumentenkörper 516 ist bis zu
einem distalen Ende der Stege 578 hohlzylindrisch geformt
und weist eine Längsbohrung 580 auf.
Distalseitig der Stege 578 wird das Ausgangsmaterial vorzugsweise
eine Rundstab gewählt, welcher
es ermöglicht,
quer zur Längsachse 36 und etwas
beabstandet von einem distalen Ende der Stege 578 eine
Bohrung 580 auszubilden. Die Bohrung 580 wird
parallel zu ihrer Längsachse
und in distaler Richtung weisend in einem Umfangswinkel von etwa 30° durch Ausbildung
einer keilförmigen
Nut 582, die sich in distaler Richtung erweitert, eröffnet. Der Durchmesser
der Bohrung 580 ist etwas größer als eine Breite der Stege 578.
Insgesamt werden so zwei verschwenkbare Werkzeugelemente 522 ausgebildet,
die proximalseitig der Bohrung 580 Betätigungsabschnitte 540 definieren.
Die Betätigungsabschnitte 540 sind
zudem mit aufeinander zu weisenden nutförmigen Ausnehmungen 584 versehen.
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Der
Endeffektor 514 und der gesamte Instrumentenkörper 516 sind
spiegelsymmetrisch zu zwei zueinander senkrecht stehenden Spiegelebenen,
die beide die Längsachse 36 enthalten,
ausgebildet. In distaler Richtung weisende freie Ende 586 der
Werkzeugelemente 522 können
durch diese Ausbildung aufeinander zu und voneinander weg verschwenkt werden.
Dies wird ermöglicht
durch zwei Festkörpergelenke 538,
die in Form dünner
Stege ausgebildet sind, die im Wesentlichen senkrecht zu den Stegen 578 orientiert
sind und sich quer zur Längsachse 36 erstrecken.
Sie trennen die Schlitze 576 von der Bohrung 580.
Der Öffnungswinkel
der Nut 582 ist vorzugsweise so gewählt, dass die aufeinander zu
verschwenkten distalen Enden der Werkzeugelemente 522 mit
ihren Innenflächen 524 flächig aneinander anliegen,
wenn die Werkzeugelemente 522 ganz geschlossen sind.
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Aufgrund
der beschriebenen Herstellung würde
der Endeffektor 514 eine Grundstellung einnehmen, bei der
nach außen
weisende Flächen 588 der
Werkzeugelemente 522 koaxial zum Instrumentenkörper 516 ausgerichtet
wären.
Um den Öffnungswinkel
zwischen den Werkzeugelementen 522 zu vergrößern, das
heißt
die freien Enden 586 in einer Grundstellung noch weiter
voneinander weg zu verschwenken, ist in eine nutförmige Ausnehmung 590, die
sich von einem proximalen, an die Bohrung 580 anschließenden Ende
eines Werkzeugelements 522 über eine Innenwand der Bohrung 580 bis
zu einem proximalen Teil des anderen Werkzeugelements 522 fortsetzt,
ausbildet. Eine Breite der Ausnehmung 590 quer zur Längsachse 36 entspricht
etwa 40 % des Durchmessers des Instrumentenkörpers 516.
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In
die Ausnehmung 590 formschlüssig eingesetzt ist ein Rückstellglied
in Form einer Blattfeder 592, die in einer Seitenansicht,
wie in den 12 und 13 dargestellt,
einen halbringförmigen
Grundkörper
mit von dessen freien Enden abstehenden Stegen aufweist. Dreidimensional
ist die Feder 592 somit in Form eines aufgeschnittenen
Hülsenabschnitts
geformt, an dessen freien geraden Schnittkanten sich jeweils ein
im Wesentlichen quadratisches Blättchen
anschließt.
Die Feder 592 ist derart ausgebildet, dass sie in einer
Grundstellung ihre in distaler Richtung weisenden quadratischen
Blättchen voneinander
weg spreizt, so dass die distalen Enden 586 der Werkzeugelemente 522 voneinander
weg bewegt und die Betätigungsabschnitte 540,
die proximalseitig der Festkörpergelenke 538 angeordnet sind,
aufeinander zu verschwenkt werden.
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Im
Innern des Instrumentenkörpers 516 ist von
dessen proximalem Ende her kommend und koaxial zur Längsachse 36 verlaufend
eine Fluidleitung 546 in Form eines Röhrchens angeordnet. Dieses
ist im Bereich der Schlitze 576 sowie etwas proximalseitig
derselben, also noch etwas innerhalb des Instrumentenkörpers 516,
mit mehreren, vorzugsweise äquidistant
angeordneten Querbohrungen 594 versehen. Das distale Ende
der Fluidleitung 546 umgebend ist ein inflatierbarer Ballon 596 angeordnet,
und zwar derart, dass er mit einem Fluid 54 über die
Fluidleitung 546, die über
die Querbohrungen 594 in Fluidverbindung mit einem Innenraum
des Ballons 596 steht, welcher eine Fluidkammer 548 bildet,
befüllt werden
kann. Der Ballon 596 weist vorzugsweise eine Hülle 598 auf,
die eine gewisse Elastizität
aufweist, so dass durch Befüllen
mit einem Fluid 54 sich der Innenraum des Ballons 596 vergrößert, was gleich
bedeutend ist mit einer Volumenänderung, nämlich einer
Volumenzunahme, der Fluidkammer 548.
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Wird
die Fluidkammer 548 befüllt,
so drückt deren
Hülle 598 in
die Ausnehmungen 584 der Betätigungsabschnitte 540 und
bewegt diese voneinander weg, wodurch die Werkzeugelemente 522 mit
ihren Innenflächen 524 gegeneinander
verschwenkt werden, bis sie im Extremfall aneinander anliegen und
der Endeffektor 514 geschlossen ist. Wird das unter Druck
in den Ballon 596 geleitete Fluid 54 wieder aus
dem Ballon 596 geleitet oder der im Fluid 54 herrschende
Druck verringert, zwingt die Feder 592, die beispielsweise
aus einem Elastomer oder einem Metall hergestellt sein kann, die
Werkzeugelemente 522 wieder in die oben beschriebene Grundstellung zurück, das
heißt
in eine Stellung, in der die beiden Betätigungsabschnitte 540 aufeinander
zu verschwenkt sind.
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Auf
die Feder 592 oder ein anderes Rückstellelement kann verzichtet
werden, wenn die Werkzeugelemente 522 in ihrer Grundstellung,
in welcher keine Kräfte
durch den Ballon 596 auf die Betätigungsabschnitte 540 ausgeübt werden,
maximal voneinander weg verschwenkt sind. Alternativ oder auch zusätzlich zur
Feder 592 kann als Rückstellelement
und zum Schutz und zur Verdeckung der Schlitze 576 der
Träger
mit einem Außenschlauch 600 überzogen
sein, dessen distales Ende in etwa im Bereich der Festkörpergelenke 538 endet.
Des Weiteren weist der Außenschlauch 600,
welcher vorzugsweise aus einem elastischen Material gebildet ist, günstigerweise
im Bereich der Schlitze 576 eine ringförmige Einschnürung 542 auf,
welche bewirkt, dass die Betätigungsabschnitte 540 durch
die Wirkung des Außenschlauchs 600 in
einer Grundstellung aufeinander zu verschwenkt werden, wie dies
in 12 schematisch dargestellt ist. In 12 ist
der Außenschlauch 600 beispielhaft
gestrichelt als optionales Element eingezeichnet. Er ist in den 11 und 13 der Übersichtlichkeit
wegen weggelassen.
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Der
Außenschlauch 600 kann
insbesondere ein Schrumpfschlauch oder ein anderer Überzug in Form
eines distalseitig offenen Schlauchs, welche über den Instrumentenkörper 516 gezogen
ist, sein. Vorzugsweise ist er im Bereich der Betätigungsabschnitte 540 mit
diesen verbunden, beispielsweise durch Schrumpfung, Kleben, Schweißen oder
dergleichen. Alternativ zum Außenschlauch 600 wäre es auch
denkbar, Gummiringe im Bereich der Betätigungsabschnitte 540 auf
diese aufzuschieben und zu fixieren, die in derselben Weise die
Betätigungsabschnitte 540 gegeneinander
drücken,
so dass auf die Feder 592 verzichtet werden kann.
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Es
sei angemerkt, dass der Außenschlauch 600,
der Endeffektor 514 und der Instrumentenkörper 516 auch
aus einem einzigen Element hergestellt sein können durch entsprechende Anwendung
von Tiefzieh-, Heißpräge- oder
Spritzgussverfahren.
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In
den Ballon 596 können
dessen die Dehnung begrenzende Elemente eingebettet sein, wie beispielsweise
Netze oder Bänder.
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Der
Außenschlauch 600 kann
zudem auch als elektrische Isolation genutzt werden, um das Instrument 510 als
Mono- oder Bipolarinstrument auszubilden, wofür es mit vorzugsweise am proximalen Ende
mit einem oder zwei elektrischen, in den Figuren nicht dargestellten
Anschlüssen
versehen wird, die elektrisch leitend mit den elektrisch gegeneinander
isolierten Werkzeugelementen 522 verbunden sind.
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Ein
siebtes Ausführungsbeispiel
eines chirurgischen Instruments ist teilweise in den 14 und 15 dargestellt
und insgesamt mit dem Bezugszeichen 610 versehen. In den
Figuren ist lediglich der distale Endbereich, also das distale Ende 612,
des Instruments 610 mit dessen Endeffektor 614 dargestellt.
Der Endeffektor 614 entspricht in seinem mechanischen Aufbau
dem Endeffektor 514. Wesentlicher Unterschied ist jedoch
die Ausgestaltung der Fluidleitung 646 sowie der Fluidkammer 648.
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Ähnlich wie
beim Instrument 210 ist die Fluidleitung 546 distalseitig
vollständig
geschlossen. Sie schmiegt sich längs
des Instrumentenkörpers 616 an dessen
Innenwand an und verringert sich im Übergangsbereich zu den Schlitzen 676 im
Außendurchmesser
und kleidet Innenflächen
der Betätigungsabschnitte 640 aus.
Distalseitig schmiegt sich die Fluidleitung 646 an in proximaler
Richtung weisende Seitenflächen
der Festkörpergelenke 638 an.
Insbesondere im Abschnitt zwischen dem distalen Ende des Instrumentenkörpers 616 und
einem proximalen Ende der Betätigungsabschnitte 540 ist
die Fluidleitung 546 elastisch ausgebildet.
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Wird
das Fluid 54 durch die Fluidleitung 646 in die
Fluidkammer 648 gedrückt,
erweitert sich deren Volumen, was zur Folge hat, dass die Betätigungsabschnitte 540 auseinander
gedrückt
werden. Gleichzeitig werden die Werkzeugelemente 622 aufeinander
zu bewegt, bis bei einem maximalen im Fluid 54 herrschenden
Druck pmax die Innenflächen 624 aneinander
anliegen.
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Wird
der im Fluid 54 herrschende Druck wieder verringert, werden
die Werkzeugelemente 622 wieder durch die Feder 692 in
ihre Grundstellung zurück
verschwenkt. Statt der Feder 692 können auch, wie in Verbindung
mit dem Instrument 510 beschrieben, ein Außenschlauch
oder die Betätigungsabschnitte 640 umgebende
Gummiringe vorgesehen sein.
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Alle
oben beschriebenen Instrumenten ist gemein, dass es sich um fluidisch
betriebene Instrumente handelt, wobei eine Kraftübertragung von einer Betä tigungseinrichtung
an einem proximalseitig angeordneten Handgriff zum jeweiligen Endeffektor durch
eine hydrostatische Druckübertragung
erfolgt. Alle Instrumente eignen sich hervorragend zur Ausbildung
als Einweginstrumente, denn die Endeffektoren und auch das gesamte
Instrument können
auf einfache und kostengünstige
Weise ganz oder teilweise aus Kunststoff hergestellt werden. Eine
Betätigung
der Endeffektoren erfolgt durch Befüllen oder durch Druckbeaufschlagung
einer oder mehrerer Kavitäten,
die voranstehend als Fluidkammern bezeichnet wurden.
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Vorteilhaft
bei den beschriebenen Instrumenten ist, dass die fluidische Druckbeziehungsweise Kraftübertragung
in nahezu beliebigen Freiheitsgraden erfolgen kann. Ferner lässt sich
eine maximal erreichbare Schließkraft
derartiger Instrumente durch entsprechende Auslegung, beispielsweise
der Außenschläuche sowie
der Ballone, einstellen. Eventuelle Überdrücke können beispielsweise durch seitliche
Ausprägungen
im Bereich der Endeffektoren oder des Instrumentenkörpers zum
Druckausgleich genutzt werden. Wie bereits erwähnt, lassen sich Zuleitungen
wie Rohre oder Schläuche
flexibel und/oder elastisch ausbilden und können so infra-operativ an beliebig
gekrümmte
oder gewundene Zugänge
angepasst werden. Des Weiteren ist eine Kraftrückkopplung aufgrund der minimalen
Reibung der Kraftübertragung
und durch niedrige Energiespeicher in den verwendeten Rückstellelementen, beispielsweise
den Federn, möglich.
Ferner ist die Geometrie der Instrumente nahezu beliebig skalierbar.
Dies bedeutet, dass insbesondere Instrumentenaußendurchmesser deutlich kleiner
als 4 mm möglich sind,
was es ermöglicht,
die Instrumente durch kleinste Zugänge in Körper von Patienten einzuführen, was
insbesondere in der Kinderchirurgie und in der Neurochirurgie von
großer
Bedeutung ist. Angetrieben werden können die Instrumente durch
entsprechende Hand stücke,
mit denen das im Instrumentenkörper
befindliche Fluid in distaler Richtung gedrückt werden kann, beispielsweise
mechanische Pumpeinheiten, zum Beispiel manuell bewegbare Kolben.
Denkbar sind aber auch ferngesteuerte mechatronische Einheiten wie
Pumpen, Ventile oder Membraneinheiten, wie dies beispielhaft in
Verbindung mit dem Instrument 10 erläutert wurde.