DE202020004512U1

DE202020004512U1 - Chirurgische Instrumente mit nichtlinearen Nockenschlitzen

Info

Publication number: DE202020004512U1
Application number: DE202020004512.8U
Authority: DE
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2020-10-27
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2030-10-28

Abstract

Chirurgisches Instrument, aufweisend:
einen länglichen Schaft;
einen Endeffektor, der auf dem länglichen Schaft montiert ist und eine erste und eine zweite Klemmbacke umfasst, die relativ zueinander zwischen offenen und geschlossenen Positionen beweglich sind, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Klemmbacke einen nichtlinearen Schlitz aufweist; und
einen Stift, der innerhalb des nichtlinearen Schlitzes positioniert ist, so dass eine Verschiebung des Stifts durch den Schlitz die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Application Serial No. 62/947,307 , eingereicht am 16. Dezember 2019, und der U.S. Provisional Application Serial No. 62/947,263 , eingereicht am 16. Dezember 2019, deren gesamte Offenbarungen hier durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen sind.
HINTERGRUND
Das Gebiet der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf medizinische Instrumente, insbesondere auf chirurgische Instrumente mit gegenüberliegenden Klemmbacken, die ausreichende Greifkräfte aufbringen, um Gewebe und Gefäße unterschiedlicher Größe und Durchmesser zu handhaben, zu versiegeln, zu klammern oder zu schneiden.
Minimalinvasive medizinische Techniken sollen die Menge an Fremdgewebe reduzieren, die bei diagnostischen oder chirurgischen Eingriffen beschädigt wird, und so die Erholungszeit des Patienten, die Beschwerden und schädliche Nebenwirkungen verringern. Ein Effekt der minimalinvasiven Chirurgie ist zum Beispiel die Verkürzung der postoperativen Erholungszeit im Krankenhaus. Der durchschnittliche Krankenhausaufenthalt für eine offene Standardoperation ist typischerweise deutlich länger als der durchschnittliche Aufenthalt für eine analoge minimalinvasive Chirurgie (MIC). Somit könnten durch den vermehrten Einsatz von MIC jährlich Millionen von Dollar an Krankenhauskosten eingespart werden. Obwohl viele der jährlich in den Vereinigten Staaten durchgeführten Operationen potenziell minimalinvasiv durchgeführt werden könnten, nutzt nur ein Teil der derzeitigen Operationen diese vorteilhaften Techniken aufgrund der Einschränkungen bei minimalinvasiven chirurgischen Instrumenten und der zusätzlichen chirurgischen Ausbildung, die mit der Beherrschung dieser Instrumente verbunden ist.
Verbesserte chirurgische Instrumente wie Gewebezugangs-, Navigations-, Dissektions- und Versiegelungsinstrumente haben es der MIC ermöglicht, den Bereich der Chirurgie neu zu definieren. Mit diesen Instrumenten können Operationen und diagnostische Verfahren mit reduziertem Trauma für den Patienten durchgeführt werden. Eine gängige Form der minimal-invasiven Chirurgie ist die Endoskopie, und eine gängige Form der Endoskopie ist die Laparoskopie, also die minimal-invasive Inspektion und Operation innerhalb der Bauchhöhle. Bei der standardmäßigen laparoskopischen Chirurgie wird der Bauch des Patienten mit Gas insuffliert, und Kanülenhülsen werden durch kleine (etwa einen halben Zoll oder weniger) Inzisionen eingeführt, um Eintrittspforten für laparoskopische Instrumente zu schaffen.
Laparoskopische chirurgische Instrumente umfassen in der Regel ein Endoskop (z. B. Laparoskop) zur Betrachtung des Operationsfeldes und Werkzeuge zum Arbeiten an der Operationsstelle. Die Arbeitswerkzeuge ähneln typischerweise denen, die in der konventionellen (offenen) Chirurgie verwendet werden, mit dem Unterschied, dass das Arbeitsende oder der Endeffektor jedes Werkzeugs durch ein Verlängerungsrohr (auch bekannt als z. B. ein Instrumentenschaft oder ein Hauptschaft) von seinem Griff getrennt ist. Der Endeffektor kann z. B. eine Klemme, eine Greifzange, eine Schere, ein Klammergerät, ein Kauter, ein Linearschneider oder ein Nadelhalter sein.
Um chirurgische Eingriffe durchzuführen, führt der Chirurg Arbeitswerkzeuge durch Kanülenhülsen zu einer internen Operationsstelle und betätigt sie von außerhalb des Bauchraums. Der Chirurg betrachtet den Eingriff über einen Monitor, der ein vom Endoskop aufgenommenes Bild der Operationsstelle anzeigt. Ähnliche endoskopische Techniken werden z. B. bei der Arthroskopie, Retroperitoneoskopie, Pelviskopie, Nephroskopie, Zystoskopie, Zisternoskopie, Sinoskopie, Hysteroskopie, Urethroskopie usw. eingesetzt.
Minimalinvasive teleskopische Robotersysteme werden entwickelt, um die Geschicklichkeit eines Chirurgen bei der Arbeit an einer internen Operationsstelle zu erhöhen und es einem Chirurgen zu ermöglichen, einen Patienten von einem entfernten Ort (außerhalb des sterilen Feldes) zu operieren. Bei einem Telechirurgiesystem wird dem Chirurgen häufig ein Bild des Operationsfeldes an einer Steuerkonsole angezeigt. Während er ein dreidimensionales Bild der Operationsstelle auf einer geeigneten Anzeige oder Display betrachtet, führt der Chirurg die chirurgischen Eingriffe am Patienten durch Manipulation von Master-Eingabe- oder Steuergeräten der Steuerkonsole durch, die wiederum die Bewegung der servomechanisch betriebenen Slave-Instrumente steuern.
Der für die Telechirurgie verwendete Servomechanismus akzeptiert häufig Eingaben von zwei Hauptsteuerungen (eine für jede Hand des Chirurgen) und kann zwei oder mehr Roboterarme umfassen, an denen jeweils ein chirurgisches Instrument montiert ist. Die operative Kommunikation zwischen den Master-Steuerungen und den zugehörigen Roboterarm- und Instrumentenbaugruppen wird typischerweise durch ein Steuersystem erreicht. Das Steuersystem umfasst typischerweise mindestens einen Prozessor, der Eingabebefehle von den Master-Steuerungen an die zugehörigen Roboterarm-und Instrumentenbaugruppen und zurück von den Instrumenten- und Armbaugruppen an die zugehörigen Master-Steuerungen weiterleitet, z. B. im Falle von Kraftrückkopplung oder Ähnlichem. Ein Beispiel für ein chirurgisches Robotersystem ist das DA VINCI™-System, das von Intuitive Surgical, Inc. aus Sunnyvale, Kalifornien, vermarktet wird.
Eine Vielzahl von strukturellen Anordnungen wurden verwendet, um das chirurgische Instrument während der Roboterchirurgie an der Operationsstelle zu unterstützen. Das angetriebene Gestänge oder der „Slave“ wird oft als chirurgischer Robotermanipulator bezeichnet. Beispielhafte Gestängeanordnungen zur Verwendung als chirurgischer Robotermanipulator während der minimalinvasiven Roboterchirurgie sind in den U.S. Pat. Nr. 7,594,912 (eingereicht am 30.09.2004), 6,758,843 (eingereicht am 26.04.2002), 6,246,200 (eingereicht am 03.08.1999) und 5,800,423 (eingereicht am 20.07.1995) beschrieben, deren vollständige Offenbarungen hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen sind. Diese Gestänge betätigen häufig einen Instrumentenhalter, an dem ein Instrument mit einem Schaft befestigt ist. Eine solche Manipulatorstruktur kann einen Parallelogramm-Verbindungsabschnitt enthalten, der eine Bewegung des Instrumentenhalters erzeugt, die auf eine Drehung um eine Steigungsachse beschränkt ist, die ein entferntes Zentrum der Betätigung schneidet, das sich entlang der Länge des Instrumentenschafts befindet. Eine solche Manipulatorstruktur kann auch ein Giergelenk enthalten, das eine Bewegung des Instrumentenhalters erzeugt, die auf eine Drehung um eine Gierachse beschränkt ist, die senkrecht zur Nickachse steht und die auch den entfernten Manipulationsmittelpunkt schneidet. Durch die Ausrichtung des entfernten Manipulationszentrums mit dem Inzisionspunkt zur inneren Operationsstelle (z. B. mit einem Trokar oder einer Kanüle an der Bauchdecke bei laparoskopischen Eingriffen) kann ein Endeffektor des chirurgischen Instruments sicher positioniert werden, indem das proximale Ende des Schafts mithilfe des Manipulatorgestänges bewegt wird, ohne dass potenziell gefährliche Kräfte auf die Bauchdecke einwirken. Alternative Manipulatorstrukturen sind z. B. beschrieben in U.S. Pat. Nr. 6,702,805 (eingereicht am 9. November 2000), 6,676,669 (eingereicht am 16. Januar 2002), 5,855,583 (eingereicht am 22. November 1996), 5,808,665 (eingereicht am 9. September 1996), 5,445,166 (eingereicht am 6. April 1994) und 5,184,601 (eingereicht am 5. August 1991) beschrieben, deren vollständige Offenbarungen hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen sind.
Während des chirurgischen Eingriffs kann das Telesystem eine mechanische Betätigung und Steuerung einer Vielzahl von chirurgischen Instrumenten oder Werkzeugen mit Endeffektoren bereitstellen, die als Reaktion auf die Manipulation der Master-Eingabegeräte verschiedene Funktionen für den Chirurgen ausführen, z. B. das Halten oder Antreiben einer Nadel, das Erfassen eines Blutgefäßes, das Präparieren von Gewebe oder Ähnliches. Die Manipulation und Steuerung dieser Endeffektoren ist ein besonders vorteilhafter Aspekt von chirurgischen Robotersystemen. Solche Mechanismen sollten für den Einsatz in einem minimal-invasiven Verfahren angemessen dimensioniert und relativ einfach konstruiert sein, um mögliche Fehlerpunkte zu reduzieren. Darüber hinaus sollten solche Mechanismen einen ausreichenden Bewegungsbereich bieten, damit der Endeffektor in einer Vielzahl von Positionen manipuliert werden kann.
Bei Geräten mit gegenüberliegenden Klemmbacken muss eine erhebliche mechanische Kraft vom Endeffektor aufgebracht werden, um Gewebe und Gefäße in einem Patienten effektiv zu greifen und zu handhaben, zu versiegeln, zu klammern, zu klammern oder zu schneiden. Bei einer typischen konventionellen Vorrichtung mit gegenüberliegenden Klemmbacken wird zum Beispiel ein Nockenstift durch Nockenschlitze in jeder der Klemmbacken bewegt. Die Nockenschlitze sind linear und im Wesentlichen parallel zur Gewebekontaktfläche jeder der Klemmbacken. Die Klemmbacken können durch ein Antriebselement, wie z. B. eine Push-Pull-Stange, betätigt werden. Bei einer solchen „Push/Pull“-Konstruktion kann ein einzelnes Druck-/Spannungselement verwendet werden, um die Endeffektorkomponente zu bewegen. Ziehen (Zug) wird verwendet, um die Komponente in eine Richtung zu bewegen, und Drücken (Kompression) wird verwendet, um die Komponente in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. In typischen Geräten wird die Druckkraft verwendet, um die Endeffektor-Komponente in der Richtung zu betätigen, die die größte Kraft erfordert (z. B. Schließen der Klemmbacken).
Die Länge des Nockenschlitzes definiert die Länge der Greif-/Betätigungsbewegung eines bestimmten chirurgischen Instruments. Der Nockenschlitzstift ist funktionsfähig mit einem Antriebselement (nicht dargestellt) gekoppelt und gleitet bei Betätigung durch die Nockenschlitze, wodurch die Klemmbacken zwischen offenen und geschlossenen Positionen übergehen, während sie um einen distalen Drehstift schwenken.
Die Erfinder haben festgestellt, dass aufgrund der linearen Nockenschlitze, die bei der Betätigung des chirurgischen Instruments erzeugten Kräfte je nach dem Winkel zwischen den Klemmbacken an dem jeweiligen Punkt des Betätigungshubs variieren. Daher sorgen die Nockenschlitze für einen hohen mechanischen Vorteil am Ende der Greif-/Betätigungsbewegung, z. B. wenn der Greifwinkel etwa 0 bis etwa 20 Grad beträgt. Wenn der Greifwinkel jedoch etwa 20 Grad oder mehr beträgt, liefert ein linearer Nockenschlitz oft nicht genügend Kraft an die Klemmbacken, um Gewebe zu klemmen, zu versiegeln und/oder zu greifen, was sich negativ auf die Leistung des Instruments auswirken kann.
Die lineare Konfiguration über die gesamte Länge der Nockenschlitze kann auch übermäßig empfindlich auf Eingangskräfte reagieren und dadurch unerwünschte Ausgangskräfte erzeugen. Diese Empfindlichkeit kann zu einer unerwünschten Änderung der Ausgangskraft der Klemmbacke führen, die auf einer geringen Änderung der Eingangskraft beruht (z. B. zusätzliche Reibung im Antriebsstrang), wodurch die Wahrscheinlichkeit einer ungenauen Kraftausgabe während der Verwendung des Geräts steigt.
Dementsprechend haben sich die neuen telechirurgischen Systeme und Geräte zwar als sehr effektiv und vorteilhaft erwiesen, dennoch wären weitere Verbesserungen wünschenswert. Im Allgemeinen wäre es wünschenswert, chirurgische Instrumente bereitzustellen, die einen Endeffektor mit Klemmbacken umfassen, die in der Lage sind, eine ausreichende Greifkraft über den gesamten Betätigungshub (d. h. über den gesamten Bereich der Klemmbackenwinkel zwischen vollständig geöffnet und geschlossen) bereitzustellen, wodurch die Klemmbacken Gewebe und Gefäße unterschiedlicher Größe und Durchmesser effektiv greifen, klemmen und/oder versiegeln können.
KURZFASSUNG
Im Folgenden wird eine vereinfachte Zusammenfassung des beanspruchten Gegenstands dargestellt, um ein grundlegendes Verständnis für einige Aspekte des beanspruchten Gegenstands zu vermitteln. Diese Zusammenfassung stellt keinen umfassenden Überblick über den beanspruchten Gegenstand dar. Sie soll weder wesentliche oder kritische Elemente des beanspruchten Gegenstandes identifizieren noch den Umfang des beanspruchten Gegenstandes begrenzen. Ihr einziger Zweck ist es, einige Konzepte des beanspruchten Gegenstands in vereinfachter Form als Auftakt für die spätere ausführlichere Beschreibung darzustellen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein chirurgisches Instrument mit einem Endeffektor bereit, der gegenüberliegende Klemmbacken aufweist, die sich relativ zueinander öffnen und schließen. Die Klemmbacken enthalten jeweils einen Nockenschlitz zur Aufnahme eines Stifts. Die Verschiebung des Stifts durch die Nockenschlitze öffnet und schließt die Klemmbacken. Mindestens einer der Nockenschlitze ist so geformt, dass mindestens eine der Klemmbacken eine Greifkraft ausübt, die im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, um den Stift durch mindestens einen Abschnitt der Schlitze zu verschieben (d. h., das Verhältnis zwischen der Eingangskraft und der resultierenden Ausgangskraft bleibt im Wesentlichen gleich, wenn sich der Stift durch mindestens einen Abschnitt der Schlitze bewegt). Diese Konstruktion sorgt für einen konstanten mechanischen Vorteil zwischen der auf den Stift ausgeübten Kraft und der von den Klemmbacken auf das dazwischen gehaltene Gewebe ausgeübten Kraft, wodurch ein Benutzer (oder ein Robotersystem) die von den Klemmbacken auf das Gewebe ausgeübten Kräfte leichter regulieren kann.
Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion eine im Wesentlichen konstante Greifkraft, die von den Klemmbacken unabhängig vom Winkel zwischen den Klemmbacken ausgeübt wird. Daher können die Klemmbacken im Wesentlichen die gleiche Greifkraft aufbringen, z. B. auf ein größeres Gefäß oder einen Gewebeabschnitt, bei dem die Klemmbacken weiter geöffnet bleiben müssen (z. B. mehr als 20 % der vollständig geöffneten Klemmbackenkonfig uration).
In einem Aspekt umfasst ein chirurgisches Instrument einen länglichen Schaft und einen Endeffektor, der auf dem länglichen Schaft montiert ist. Der Endeffektor umfasst eine erste und eine zweite Klemmbacke, die jeweils einen Nockenschlitz zur Aufnahme eines Stifts aufweisen und relativ zueinander zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich sind. Mindestens einer der Nockenschlitze hat eine nichtlineare Form. Der Stift ist in den Schlitzen so positioniert, dass eine Verschiebung des Stifts durch die Schlitze die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.
In einer Ausführungsform hat der nichtlineare Schlitz ein proximales Ende und ein distales Ende und ist vom proximalen Ende zum distalen Ende gekrümmt. Der nichtlineare Schlitz ist so geformt, dass eine Greifkraft, die von mindestens einer der ersten und zweiten Klemmbacken ausgeübt wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, wenn der Stift vom proximalen Ende zum distalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird. Vorzugsweise ist der nichtlineare Schlitz so geformt, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift vom proximalen Ende zum distalen Ende des Schlitzes verschoben wird. Dies sorgt für einen konstanten mechanischen Vorteil zwischen der auf den Stift ausgeübten Kraft und der Kraft, die von den Klemmbacken auf das dazwischen gehaltene Gewebe ausgeübt wird, wodurch ein Benutzer (oder ein Robotersystem) die von den Klemmbacken auf das Gewebe ausgeübten Kräfte leichter regulieren kann. Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion eine im Wesentlichen konstante Greifkraft, die von den Klemmbacken unabhängig vom Winkel zwischen den Klemmbacken ausgeübt wird.
In einer anderen Ausführungsform ist der nichtlineare Schlitz ein zusammengesetzter Schlitz, der einen im Wesentlichen linearen proximalen Abschnitt und einen gekrümmten distalen Abschnitt (oder umgekehrt) umfasst. Der distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes ist so geformt, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift in distaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird (d. h., die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke ausgeübte Kraft ist im Wesentlichen proportional zu der auf den Stift ausgeübten Kraft, wenn der Stift in distaler Richtung durch den proximalen Abschnitt verschoben wird). Der proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes ist so geformt, dass er eine nicht konstante Greifkraft zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke bereitstellt, wenn der Stift durch den proximalen Abschnitt verschoben wird (d. h., die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebrachte Kraft nimmt nicht proportional zu der auf den Stift aufgebrachten Kraft zu, wenn der Stift distal durch den proximalen Abschnitt verschoben wird).
In dieser Ausführungsform bewirkt das Ziehen des Nockenstifts in proximaler Richtung das Schließen der Klemmbacken und das Drücken des Nockenstifts in distaler Richtung das Öffnen der Klemmbacken. Natürlich kann diese Konfiguration auch umgekehrt werden (d. h. die distale Bewegung des Stifts bewirkt das Schließen der Klemmbacken). Der gekrümmte distale Abschnitt des Schlitzes bietet einen im Wesentlichen konstanten mechanischen Vorteil, wenn die Klemmbacken teilweise oder im Wesentlichen geöffnet sind. In dieser Konfiguration werden die Klemmbacken typischerweise zur Durchführung von Aufgaben, wie z. B. der Handhabung von Gewebe, verwendet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Klemmbacken eine ausreichende Greifkraft gegen größeres Gewebe oder Gefäße haben, wenn die Klemmbacken teilweise oder im Wesentlichen geöffnet sind, und der Benutzer kann die Kräfte, die auf das zwischen den Klemmbacken gegriffene Gewebe ausgeübt werden, leichter regulieren.
Der im Wesentlichen geradlinige bzw. lineare proximale Abschnitt des Schlitzes bietet einen erhöhten mechanischen Vorteil, wenn sich der Stift durch diesen Abschnitt bewegt (d. h., die Klemmbacken üben eine stärkere Greifkraft aus, wenn sie sich schließen). In dieser Konfiguration werden die Klemmbacken typischerweise zum Verschließen von Gefäßen verwendet . Die Erhöhung des mechanischen Vorteils zwischen der Eingangskraft (d. h. der auf den Stift ausgeübten Kraft) und der Ausgangskraft (d. h. den von den Klemmbacken auf das Gewebe ausgeübten Kräften) verbessert die Kompression und Abdichtung des Gewebes/Gefäßes.
In einer anderen Ausführungsform haben die beiden Nockenschlitze in der ersten und zweiten Klemmbacke gekrümmte distale Abschnitte, die in Kombination arbeiten, um einen konstanten mechanischen Vorteil für die Klemmbacken zu bieten. In einer weiteren Ausführungsform kann der Endeffektor mehrere Nockenschlitzstifte aufweisen. Beispielsweise kann ein proximaler Nockenschlitzstift durch einen gekrümmten distalen Nockenschlitz in einer der Klemmbacken und ein proximaler Nockenschlitzstift durch einen im Wesentlichen linearen Nockenschlitz verfahren. Der distale Nockenschlitzstift betätigt die Klemmbacken für einen ersten Teil des Betätigungshubs und der proximale Nockenschlitzstift betätigt die Klemmbacken für einen zweiten Teil des Betätigungshubs.
In einer beispielhaften Ausführungsform bilden die erste und die zweite Klemmbacke in der vollständig geöffneten Position einen ersten Winkel zwischen sich und einen zweiten Winkel zwischen sich, wenn sich der Stift an einer Verbindungsstelle zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes befindet. Der zweite Winkel beträgt vorzugsweise etwa 50 % oder weniger des ersten Winkels, besonders bevorzugt etwa 20 % oder weniger. Somit entspricht der proximale Abschnitt des Schlitzes einem Winkel von etwa 50% oder weniger, vorzugsweise etwa 20% oder weniger, des Gesamtwinkels zwischen den Klemmbacken in der vollständig geöffneten Konfiguration . Wenn die Klemmbacken beispielsweise zu mindestens 50 % geöffnet sind (oder in bestimmten Ausführungsformen zu mindestens 20 %), befindet sich der Stift im gekrümmten distalen Abschnitt des Schlitzes, und die von den Klemmbacken auf das Gewebe ausgeübte Kraft ist im Wesentlichen proportional zu der Kraft, die auf den Stift ausgeübt wird, wenn sich der Stift durch den distalen Abschnitt bewegt. Wenn die Klemmbacken weniger als 50 % geöffnet sind (oder weniger als 20 % in bestimmten Ausführungsformen), befindet sich der Stift im linearen proximalen Abschnitt des Schlitzes und die von den Klemmbacken auf das Gewebe ausgeübte Kraft ist nicht proportional zu der auf den Stift ausgeübten Kraft (d. h. erhöhter mechanischer Vorteil), wenn sich der Stift durch den proximalen Abschnitt bewegt.
In einem anderen Aspekt umfasst ein Endeffektor für ein chirurgisches Instrument eine erste und eine zweite Klemmbacke, die relativ zueinander zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich sind. Die erste Klemmbacke umfasst einen nicht-linearen Schlitz und die zweite Klemmbacke umfasst einen im Wesentlichen linearen Schlitz. Der Endeffektor umfasst ferner einen Stift, der innerhalb des linearen und des nichtlinearen Schlitzes positioniert ist, so dass eine Translation bzw. Verschiebung des Stifts durch die Schlitze die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.
In einer Ausführungsform hat der nichtlineare Schlitz ein proximales Ende und ein distales Ende und ist vom proximalen Ende zum distalen Ende gekrümmt. Der nichtlineare Schlitz ist so geformt, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebracht wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift aufgebracht wird, wenn der Stift vom proximalen Ende zum distalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird. Vorzugsweise ist der nichtlineare Schlitz so geformt, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift vom proximalen Ende zum distalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der nichtlineare Schlitz einen zusammengesetzten Schlitz mit einem gekrümmten distalen Abschnitt und einem im Wesentlichen linearen proximalen Abschnitt. Der gekrümmte distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes ist so geformt, dass eine durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebrachte Kraft im Wesentlichen proportional zu einer auf den Stift aufgebrachten Kraft ist, wenn der Stift in distaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird. Der lineare proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes ist so geformt, dass eine durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebrachte Kraft relativ zu der auf den Stift aufgebrachten Kraft nicht proportional zunimmt, wenn der Stift distal durch den proximalen Abschnitt verschoben wird.
Vorzugsweise ist der gekrümmte distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift in distaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird. Der geradlinige bzw. lineare proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes ist so geformt, dass eine nicht konstante Greifkraft zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke entsteht, wenn der Stift durch den proximalen Abschnitt verschoben wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform bilden die erste und die zweite Klemmbacke in der vollständig geöffneten Position einen ersten Winkel zwischen sich, und wenn sich der Stift an einer Verbindungsstelle zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes befindet einen zweiten Winkel zwischen sich. Der zweite Winkel beträgt vorzugsweise etwa 50 % oder weniger des ersten Winkels, besonders bevorzugt etwa 20 % oder weniger.
Es versteht sich, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und die Offenbarung nicht einschränken. Zusätzliche Merkmale der Offenbarung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können sich durch Praxis und Erfahrung zu der Offenbarung ergeben.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil dieser Beschreibung sind, zeigen mehrere Ausführungsformen der Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Offenbarung.

1 ist eine Seitenansicht des distalen Endabschnitts eines chirurgischen Instruments gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform dieser Offenbarung mit den Klemmbacken des Endeffektors in der geschlossenen Position;
2 ist eine perspektivische Ansicht des distalen Endteils des chirurgischen Instruments aus 1;
3 ist eine Seitenansicht des distalen Endteils des chirurgischen Instruments aus 1 mit den Klemmbacken des Endeffektors in der offenen Position;
4 ist eine Teilquerschnittsansicht eines Endeffektors eines chirurgischen Instruments gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Endeffektors eines chirurgischen Instruments gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6A ist eine schematische Vorderansicht eines beispielhaften patientenseitigen Wagens eines teleoperierten chirurgischen Systems;
6B ist eine schematische Vorderansicht einer beispielhaften Chirurgenkonsole eines teleoperierten chirurgischen Systems;
6C ist eine schematische Vorderansicht eines beispielhaften Hilfssteuerungs-/Sichtwagens eines teleoperierten chirurgischen Systems;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines beispielgebenden teleoperierten chirurgischen Instruments, das mit einem Endeffektor der vorliegenden Offenbarung verwendbar ist; und
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielgebenden chirurgischen Instruments mit einem Endeffektor der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen und sollten nicht als einschränkend verstanden werden, wobei die Ansprüche den Umfang der vorliegenden Offenbarung, einschließlich Äquivalente, definieren. Verschiedene mechanische, kompositorische, strukturelle und betriebliche Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Umfang dieser Beschreibung und der Ansprüche, einschließlich Äquivalente, abzuweichen. In einigen Fällen sind bekannte Strukturen und Techniken nicht im Detail gezeigt oder beschrieben worden, um die Offenbarung nicht zu verdecken. Gleiche Zahlen in zwei oder mehr Figuren stehen für gleiche oder ähnliche Elemente. Darüber hinaus können Elemente und ihre zugehörigen Aspekte, die unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform detailliert beschrieben werden, wann immer es praktisch ist, in anderen Ausführungsformen enthalten sein, in denen sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben werden. Wenn z. B. ein Element unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform detailliert beschrieben wird und unter Bezugnahme auf eine zweite Ausführungsform nicht beschrieben wird, kann das Element dennoch als in der zweiten Ausführungsform enthalten beansprucht werden. Darüber hinaus dienen die hierin enthaltenen Darstellungen nur der Veranschaulichung und geben nicht unbedingt die tatsächliche Form, Größe oder Abmessungen des Systems oder der dargestellten Komponenten wieder.
Es wird darauf hingewiesen, dass, wie in dieser Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet, die Singularformen „ein“, „ein“ und „die“ und jede Singularverwendung eines Wortes Pluralreferenzen einschließen, sofern sie nicht ausdrücklich und eindeutig auf eine Referenz beschränkt sind. Wie hierin verwendet, sind der Begriff „einschließlich“ und seine grammatikalischen Varianten nicht einschränkend zu verstehen, so dass die Aufzählung von Elementen in einer Liste nicht den Ausschluss anderer gleichartiger Elemente bedeutet, die durch die aufgelisteten Elemente ersetzt oder hinzugefügt werden können.
Während die folgende Offenbarung in Bezug auf einen Endeffektor für ein chirurgisches Instrument mit zwei gegenüberliegenden Klemmbacken zum Klemmen und/oder Versiegeln von Gewebe dargestellt wird, sollte es verstanden werden, dass die Merkmale der gegenwärtig beschriebenen Erfindung leicht für die Verwendung in jeder Art von chirurgischem Klemm-, Schneid-, Klammer- oder Versiegelungsinstrument angepasst werden können. Beispielsweise kann der gegenwärtig beschriebene Endeffektor in einem chirurgischen Klammerinstrument verwendet werden, wie z. B. in einem der Instrumente, die in den gemeinsam zugewiesenen, gemeinsam angemeldeten vorläufigen US-Patentanmeldungen Nr. 62/947307 , 62/947,263 und 62/961,504 ; US. Patentanmeldung Nr. 16/205,128 , 16/678,405 und 16/904,482 ; und Internationale Patentanmeldung Nr. PCT/ US2019/107646 , PCT/ US2019/019501 , PCT/ US2019/062344 , PCT/ US2019/064861 , PCT/ US2019/062768 , PCT/2020/025655, PCT/US2020/056979 , PCT/2019/066513, PCT/US2020/020672 und PCT/US2019/066530 und PCT/US2020/033481 , deren vollständige Offenbarungen durch Bezugnahme hierin in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen sind, als ob sie kopiert und hier eingefügt wären.
Ein Endeffektor für ein chirurgisches Instrument gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine erste und eine zweite Klemmbacke, die so konfiguriert sind, dass sie Gewebe dazwischen fassen. In bestimmten Ausführungsformen umfasst mindestens eine der Klemmbacken eine Versiegelungselektrode auf einer Gewebekontaktfläche davon, um Energie auf das zwischen den Klemmbacken gegriffene Gewebe aufzubringen, und eine Schneidelektrode, um das Gewebe zu zerschneiden, das zuvor (oder gleichzeitig) durch die Versiegelungselektroden versiegelt wurde. Die Schneidelektrode kann sich über die Gewebekontaktfläche der Klemmbacke hinaus und in einen Schlitz an der anderen Klemmbacke erstrecken. In bestimmten Ausführungsformen ist die Schneidelektrode Teil einer Elektrodenbaugruppe, die eine Struktur (z. B. einen Wärmepfahl) zur dauerhaften Befestigung der Elektrodenbaugruppe an der Klemmbacke enthält. In einigen Ausführungsformen versorgen separate Leiterdrähte die Schweiß- und Schneidelektroden mit elektrochirurgischer Energie.
Chirurgische Instrumente der vorliegenden Offenbarung sind für die Verwendung mit einem Robotersystem zur Behandlung von Gewebe mit elektrochirurgischer Energie (z. B. Schneiden, Versiegeln, Abtragen usw.) geeignet. Die chirurgischen Instrumente umfassen im Allgemeinen einen Betätigungsmechanismus, der die Ausrichtung und Bewegung des Endeffektors steuert. Der Betätigungsmechanismus wird typischerweise durch eine Roboter-Manipulator-Baugruppe gesteuert, die von einem Benutzer ferngesteuert wird. Zum Beispiel wird in einer Konfiguration der Betätigungsmechanismus durch die Roboter-Manipulator-Baugruppe betätigt, um die Klemmbacken des Endeffektors zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position zu bewegen. In der geschlossenen Position kontaktiert der Endeffektor die Elektroden gegen das Gewebe, um das betroffene Gewebe zu kauterisieren und/oder abzutrennen. Obwohl hierin in Bezug auf ein Instrument beschrieben, das für die Verwendung mit einem chirurgischen Robotersystem konfiguriert ist, sollten die Endeffektoren und andere Strukturen der hierin beschriebenen chirurgischen Instrumente in manuell betätigte Instrumente, elektromechanisch betriebene Instrumente oder auf andere Weise betätigte Instrumente eingebaut werden können.
Die auf dem Endeffektor angeordneten Elektroden werden gegen das Gewebe kontaktiert, so dass Strom von einer Elektrode zur anderen Elektrode durch das betroffene Gewebe fließt. In einigen Konfigurationen sind die Elektroden beide auf demselben Endeffektor angeordnet. Wenn sich der Endeffektor in der geschlossenen Position befindet, sind die Elektroden versetzt und voneinander beabstandet, so dass die Abgabe einer hochfrequenten elektrischen Energie durch das Gewebe zwischen den Elektroden fließt, ohne die Elektroden kurzzuschließen. Auch wenn sich kein Gewebe zwischen dem Endeffektor befindet, wird typischerweise ein Spalt zwischen den Elektroden vorhanden sein. Wenn sich der Endeffektor in der geschlossenen Position befindet, beträgt der Abstand zwischen der negativen und der positiven Elektrode im Allgemeinen zwischen ca. 0,01 und 0,10 Zoll, und in Ausführungsformen zwischen ca. 0,010 und 0,025 Zoll. Es sollte jedoch gewürdigt werden, dass der Abstand der Elektroden in Abhängigkeit von der Fläche, dem Volumen, der Breite, dem Material der Elektroden und dergleichen variieren wird. Ebenso können die Elektrodenabstände und die Geometrie angepasst werden, um die Eigenschaften des Zielgewebes, wie z. B. die Gewebedicke und die Impedanz, zu berücksichtigen.
1 und 2 zeigen den distalen Endabschnitt eines chirurgischen Instruments 100 gemäß einer beispielgebenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das chirurgische Instrument 100 umfasst einen Endeffektor 110, einen Gelenkmechanismus 130 und einen langgestreckten bzw. länglichen Schaft 105. Der proximale Endabschnitt des länglichen Schafts 105 ist funktionsfähig mit einem Betätigungsmechanismus (nicht dargestellt) verbunden, obwohl sich, wie Fachleute, die diese Offenbarung lesen, verstehen werden, Komponenten des Betätigungsmechanismus in den länglichen Schaft 105 und/oder den Gelenkmechanismus 130 erstrecken und/oder durch diesen hindurchgehen können.
Mit Bezug auf 3 umfasst der Endeffektor 110 eine erste Klemmbacke 111 und eine zweite Klemmbacke 112, die so konfiguriert sind, dass sie sich zwischen einer offenen Position (wie in 3 gezeigt), in der die Klemmbacken voneinander beabstandet sind, und einer geschlossenen Position (in 1 und 2 gezeigt) bewegen, in der die Gewebekontaktflächen 113, 114 zusammenwirken, um Gewebe dazwischen zu greifen. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 11 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 112 von einer offenen Position in eine geschlossene Position bewegt. In anderen Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 111 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 112 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt. In wieder anderen Ausführungsformen sind beide Klemmbacken 111, 112 relativ zueinander beweglich. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist die erste Klemmbacke 111 stationär und die zweite Klemmbacke 112 ist relativ zur ersten Klemmbacke 112 beweglich, um die Klemmbacken 111, 112 zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Klemmbacken einen gewünschten Winkel zueinander bilden, und einer im Wesentlichen geschlossenen Position, in der die Klemmbacken im Wesentlichen parallel zueinander sind, zu schwenken.
Die stationäre Klemmbacke 111 und die bewegliche Klemmbacke 112 enthalten außerdem Versiegelungselektroden (nicht dargestellt) auf den Gewebekontaktflächen 113, 114 zur Koagulation des zwischen den Klemmbacken 111, 112 gegriffenen Gewebes. Eine Schneidelektrode 150 erstreckt sich entlang eines Abschnitts der beweglichen Klemmbacke 112 und über die Gewebekontaktfläche 114 hinaus, um elektrische Hochfrequenzenergie zum Abtrennen des erfassten Gewebes abzugeben. Die stationäre Klemmbacke 111 enthält einen zentralen Schlitz (nicht dargestellt), in den sich die Schneidelektrode 150 erstrecken kann, wenn sich die Klemmbacken 111, 112 in der geschlossenen Position befinden. Getrennte elektrische Pfade sind vorgesehen, um elektrischen Strom zu jeder der Siegelelektrode(n) an der stationären Klemmbacke 111, der Siegelelektrode(n) an der beweglichen Klemmbacke 112 und der Schneidelektrode 150 an der beweglichen Klemmbacke 112 zu leiten.
Die feststehende Klemmbacke 111 umfasst einen Gabelkopf 140 an ihrem proximalen Abschnitt, wie in 2 zu sehen. Am Gabelkopf 140 ist ein Längsschlitz 142 ausgebildet. Wie der Fachmann weiß, ist die gegenüberliegende Seite des Endeffektors 110 (in 2 nicht zu sehen) im Wesentlichen symmetrisch zu der in 2 gezeigten Seite des Endeffektors 110 und kann dieselben Merkmale aufweisen. Der Schlitz 142 ist im Wesentlichen parallel zur Gewebekontaktfläche 113 der stationären Klemmbacke 111. Die bewegliche Klemmbacke 112 enthält einen Nockenschlitz 146 (siehe 3). Der Nockenschlitz 146 kann gerade oder gekrümmt sein oder eine zusammengesetzte Konfiguration aufweisen, bei der ein Abschnitt gerade und ein Abschnitt gekrümmt ist, um einen gewünschten mechanischen Vorteil entlang verschiedener Abschnitte eines Klemmbackenöffnungs- und -schließmechanismus zu erzielen. Ein Nockenstift 118 bewegt sich entlang des Längsschlitzes 142 und innerhalb des Nockenschlitzes 146, so dass die proximale und distale Verschiebung des Stifts 118 die bewegliche Klemmbacke 112 zwischen der offenen und geschlossenen Position schwenkt.
Die Bewegung der Klemmbacken 111, 112 zwischen der offenen und der geschlossenen Position wird durch einen Betätigungsmechanismus mit einem Antriebselement (nicht dargestellt) erreicht. Bei einer solchen „Push/Pull“-Ausführung kann ein Druck-/Zugelement verwendet werden, um die Endeffektorkomponente zu bewegen. Ziehen (Zug) wird verwendet, um die Komponente in eine Richtung zu bewegen, und Drücken (Kompression) wird verwendet, um die Komponente in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen. In einigen Implementierungen wird die Zugkraft (Ziehen) verwendet, um die Endeffektorkomponente in die Richtung zu bewegen, die die größte Kraft erfordert (z. B. Schließen der Klemmbacken). Die Länge des Schlitzes 142 definiert die Länge der Greif-/Betätigungsbewegung eines bestimmten chirurgischen Instruments. Der Nockenstift 118 ist mit einem Antriebselement (nicht dargestellt) in Wirkverbindung gekoppelt und gleitet bei Betätigung durch die Schlitze 142 und 146, wobei er die Klemmbacken 111, 112 zwischen der offenen und der geschlossenen Position bewegt, während sie um einen Drehstift 117 schwenken. In der beispielhaften Ausführungsform schwenken die Klemmbacken 111, 112 in die geschlossene Position, um Gewebe zu erfassen, wenn der Nockenstift 118 in die proximale Richtung gezogen wird.
Chirurgische Instrumente gemäß dieser Offenbarung können Antriebskabel verwenden, die in Verbindung mit einem System von Motoren und Umlenkrollen eingesetzt werden. Angetriebene chirurgische Systeme, einschließlich robotergestützter chirurgischer Systeme, die Antriebskabel verwenden, die mit einem System von Motoren und Riemenscheiben für verschiedene Funktionen, einschließlich des Öffnens und Schließens von Klemmbacken, sowie für die Bewegung und Betätigung von Endeffektoren verbunden sind, sind allgemein bekannt. Weitere Einzelheiten zu bekannten chirurgischen Antriebssystemen mit Kabeln sind beispielsweise in U.S. Pat. Nr. 7,666,191 und U.S. Pat. Nr. 9,050,119 beschrieben, die beide hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang einbezogen werden.
3 zeigt eine Seitenansicht des Endeffektors 110 und des Gelenkmechanismus 130 (z. B. die Handgelenkbaugruppe 130), der zwischen dem Gabelkopf 140 und dem länglichen Schaft 105 positioniert ist. Die Handgelenkbaugruppe 130 kann ein gewünschtes Maß an Bewegung bieten, z. B. +/- 90 Grad in einer Nick- oder Gierrichtung. Die Handgelenkbaugruppe 130 umfasst ein proximales Glied 132, ein mittleres Glied 133 und ein distales Glied 134, die gemeinsam die kinematische Nick- und Gierbewegung der Handgelenkbaugruppe 130 bestimmen. Wie dargestellt, definiert die Schnittstelle zwischen dem proximalen Glied 132 und dem mittleren Glied 133 ein Gelenk, das die Gierbewegung der Handgelenkbaugruppe 130 beeinflusst. Die Schnittstelle zwischen dem distalen Glied 134 und dem mittleren Glied 133 definiert ein Gelenk, das die Nickbewegung der Handgelenkbaugruppe 130 bestimmt. In einer alternativen Ausführungsform einer Handgelenkbaugruppe kann diese Beziehung jedoch umgekehrt sein, so dass die Handgelenkbaugruppe 130 zwischen dem proximalen Glied 132 und dem mittleren Glied 133 neigt und zwischen dem distalen Glied 134 und dem mittleren Glied 133 giert. Das distale Glied 134 umfasst distale Gliedhälften, die miteinander verschweißt oder anderweitig befestigt werden können und starr mit der Handgelenkbaugruppe 130 verbunden sind und eine mechanische Verbindung und elektrische Isolierung der Handgelenkbaugruppe 130 mit dem Gabelkopf 140 der stationären Klemmbacke 111 über den Pfosten 141 bereitstellen. (Siehe 3 und 4.) Die Kabel 137 sind zum Antrieb mit der Handgelenkbaugruppe 130 gekoppelt und werden betätigt, um der Handgelenkbaugruppe 130 eine Bewegung zu verleihen. Die differentielle Bewegung der Kabel 137 kann verwendet werden, um die Handgelenkbaugruppe 130 zu betätigen, um sie in verschiedenen Winkeln zu neigen und zu gieren. Zusätzliche Details der Gelenkmechanismen, die mit den hierin offengelegten Ausführungsformen verwendet werden können, sind in Int'l. Pub. Nr. WO 2015/127250A1 und U.S. Publication No. 2017/0215977 A1 offenbart, deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein Endeffektor 210 für ein chirurgisches Instrument, wie das in 1-3 gezeigte chirurgische Instrument, beschrieben. Wie dargestellt, umfasst der Endeffektor 210 eine erste und eine zweite Klemmbacke 220, 230, die über einen Gabelkopf 240 an einem chirurgischen Instrument befestigt werden können. Der Gabelkopf 240 umfasst ferner eine Öffnung zur Aufnahme eines Drehzapfens 280, der eine Drehachse definiert, um die sich die Klemmbacken 220, 230 drehen, wie im Folgenden näher beschrieben. Eine umfassendere Beschreibung eines geeigneten Gabelkopfes 240 zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung kann in gemeinsam zugewiesenen, gemeinsam angemeldeten vorläufigen Patentanmeldungsnummern gefunden werden: 62,783,444 , eingereicht am 21. Dezember 2018; 62,783,481 , eingereicht am 21. Dezember 2018; 62,783,460 , eingereicht am 21. Dezember 2018; 62,747,912 , eingereicht am 19. Oktober 2018; und 62,783,429 , eingereicht am 21. Dezember 2018, deren vollständige Offenbarungen hiermit in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen werden. Selbstverständlich wird der Fachmann erkennen, dass andere dem Fachmann bekannte Kopplungsmechanismen mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um die Klemmbacken 220, 230 am proximalen Abschnitt eines chirurgischen Instruments zu befestigen.
In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 220 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 230 von einer offenen Position in eine geschlossene Position bewegt. In anderen Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 220 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 230 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt. In wieder anderen Ausführungsformen sind beide Klemmbacken 220, 230 relativ zueinander beweglich. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die erste Klemmbacke 220 stationär und die zweite Klemmbacke 230 ist relativ zur ersten Klemmbacke 220 beweglich, um die Klemmbacken 220, 230 zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Klemmbacken einen gewünschten Winkel zueinander bilden, und einer im Wesentlichen geschlossenen Position, in der die Klemmbacken im Wesentlichen parallel zueinander sind, zu schwenken.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Endeffektor 210 durch einen Gelenkmechanismus, z. B. ein Handgelenk bzw. dementsprechendes mechanisches Gelenk (nicht dargestellt), in mehrere Richtungen gelenkig bewegt werden, obwohl auch andere Gelenkmechanismen in Betracht kommen. Andere Gelenkmechanismen, die dem Fachmann bekannt sind, können das Handgelenk 160 ersetzen, wie zum Beispiel in der US-Veröffentlichung Nr. 2015/0250530 gezeigt. Nr. 2015/0250530 gezeigt, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst die erste Klemmbacke 220 einen im Wesentlichen linearen Nockenschlitz 250 und die zweite Klemmbacke 230 einen nichtlinearen Nockenschlitz 260. Ein Nockenschlitzstift 270 ist innerhalb der Nockenschlitze 250, 260 angeordnet und so konfiguriert, dass er sich distal und proximal durch diese hindurch bewegt. Eine distale Verschiebung des Nockenschlitzstifts 270 bewirkt, dass sich die zweite Klemmbacke 230 relativ zur ersten Klemmbacke 220 schließt, und eine proximale Verschiebung des Nockenschlitzstifts 270 bewirkt, dass sich die Klemmbacken 220, 230 öffnen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Nockenschlitz 260 gekrümmt und vorzugsweise so geformt, dass die zweite Klemmbacke 230 eine Greifkraft gegen die erste Klemmbacke 220 ausübt, die im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Nockenschlitzstift 270 ausgeübt wird, um den Stift 270 durch die Schlitze 250, 260 zu bewegen (d. h., das Verhältnis zwischen der Krafteingabe und der resultierenden Kraftausgabe bleibt im Wesentlichen gleich, wenn sich der Stift 270 durch die gesamte Länge der Schlitze 250, 260 bewegt). Diese Konstruktion sorgt für einen konstanten mechanischen Vorteil zwischen der auf den Nockenschlitzstift 270 ausgeübten Kraft und der Kraft, die von den Klemmbacken 220, 230 auf das dazwischen gehaltene Gewebe ausgeübt wird, wodurch ein Benutzer (oder ein Robotersystem) die von den Klemmbacken 220, 230 auf das Gewebe ausgeübten Kräfte leichter regulieren kann.
Darüber hinaus ermöglicht diese Konstruktion eine im Wesentlichen konstante Greifkraft, die von den Klemmbacken 220, 230 unabhängig vom Winkel zwischen den Klemmbacken 220, 230 ausgeübt wird. Daher können die Klemmbacken 220, 230 zumindest in bestimmten Ausführungsformen im Wesentlichen die gleiche Greifkraft aufbringen, z. B. gegen ein größeres Gefäß oder einen größeren Gewebeabschnitt, der es erforderlich macht, dass die Klemmbacken 220, 230 weiter geöffnet bleiben (z. B. von 100 % der vollständig geöffneten Position auf 20 % der vollständig geöffneten Position) als die Kraft, die die Klemmbacken 220, 230 in einer weiter geschlossenen Position (d. h. weniger als 20 % der vollständig geöffneten Position) aufbringen würden.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist der nichtlineare Schlitz 260 so konfiguriert und dimensioniert, dass er dem Endeffektor 210 einen konstanten mechanischen Vorteil bietet, wenn sich der Nockenschlitzstift 270 über die gesamte Länge des Schlitzes 260 und die Greif-/Betätigungsbewegung bewegt. Der Anmelder hat ein kritisches Profil für den Nockenschlitz 260 entdeckt, das diesen konstanten mechanischen Vorteil im Wesentlichen über den gesamten Bewegungsbereich der Klemmbacken 220, 230 bietet. Unter der Annahme, dass die Reibung im Vergleich zu den Antriebskräften relativ gering ist (was durch die Oberflächenbeschaffenheit in den Nockenschlitzen 250, 260 und dem hindurchlaufenden Stift 270 gewährleistet werden kann) und dass die Kräfte auf die Mittelachse des Stifts 270 übertragen werden, kann das Profil des Nockenschlitzes 260, das für einen konstanten mechanischen Vorteil sorgt, anhand der folgenden Gleichung bestimmt werden: $R (θ) = \frac{(a - b)}{λ} θ + b$
wobei R das Nockenschlitzprofil als Funktion des Klemmbackenwinkels θ ist, a der Abstand zwischen dem distalen Drehzapfen 280 und dem Nockenschlitzstift 270 ist, wenn sich die Klemmbacken in einer vollständig geöffneten Konfiguration befinden, b der Abstand zwischen dem distalen Drehzapfen 280 und dem Nockenschlitzstift 270 ist, wenn die Klemmbacken vollständig geschlossen sind, λ der maximale Klemmbackenwinkel ist, wenn die Klemmbacken zu 100 % geöffnet sind, und θ der momentane Klemmbackenwinkel in einem Bereich von 0 bis λ ist.
Ein aus dieser Gleichung abgeleitetes Nockenschlitzprofil ermöglicht eine größere Kontrolle über die von den Klemmbacken ausgeübten Kräfte während des gesamten Bewegungsbereichs des Öffnens und Schließens der Klemmbacken, da die von den Klemmbacken ausgeübte Kraft ein konstantes Vielfaches der vom Antriebsmechanismus auf den Stift ausgeübten Kraft ergibt. Für den Großteil des Bewegungsbereichs eines Instruments hat die Handhabung von Gewebe hohe Priorität, und die vorstehende Konfiguration des Nockenschlitzes 260 sorgt für einen konstanten mechanischen Vorteil, der es dem Benutzer ermöglicht, die beim Greifen von Gewebe aufgebrachten Kräfte leichter zu regulieren.
Natürlich wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt ist. Beispielsweise kann der Nockenschlitz 250 gekrümmt und der Nockenschlitz 260 im Wesentlichen linear sein. In dieser Ausführungsform stellt die Nocken-Nut 250 den im Wesentlichen konstanten mechanischen Vorteil für die Klemmbacken 220, 230 bereit. In einer anderen Konfiguration können beide Nockenschlitze 250, 260 gekrümmt und in Kombination geformt sein, um einen im Wesentlichen konstanten mechanischen Vorteil für die Klemmbacken 220, 230 zu bieten.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Endeffektor 210 außerdem Elektroden 280 an einem oder beiden Klemmbacken aufweisen, um als elektrochirurgisches Instrument zu fungieren. In bipolaren Ausführungen umfassen die Elektroden 280 gewebeberührende Flächen 225, 235 an jeder der Klemmbacken 220, 230. Die Elektroden 280 sind dann mit den Ausgangselektroden der elektrischen Generatoren verbunden, so dass die gegenüberliegenden Klemmbacken auf unterschiedliche elektrische Potentiale aufgeladen werden. Da organisches Gewebe elektrisch leitfähig ist, können die beiden Elektroden in der geschlossenen Position elektrischen Strom durch das gegriffene Gewebe leiten, um Gewebe oder Blutgefäße zu erhitzen und so eine Koagulation oder Kauterisation zu bewirken. Weitere Einzelheiten zu allgemeinen Aspekten von elektrochirurgischen Instrumenten, wie sie hier beschrieben sind, finden Sie z.B. in U.S. Pat. Nr. 5,674,220 , dessen gesamte Offenbarung hierdurch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen wird.
5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Endeffektors 310 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Ähnlich wie bei der vorherigen Ausführungsform umfasst der Endeffektor 310 eine erste und eine zweite Klemmbacke 320, 330, die über einen Gabelkopf 340 an einem chirurgischen Instrument befestigt werden können. Der Gabelkopf 340 umfasst ferner eine Öffnung zur Aufnahme eines Drehzapfens 380, der eine Drehachse definiert, um die sich die Klemmbacken 320, 330 drehen, wie im Folgenden näher beschrieben. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 320 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 330 von einer offenen Position in eine geschlossene Position bewegt. In anderen Ausführungsformen ist die erste Klemmbacke 320 eine bewegliche Klemmbacke, die so konfiguriert ist, dass sie sich relativ zur zweiten Klemmbacke 330 zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt. In wieder anderen Ausführungsformen sind beide Klemmbacken 320, 330 relativ zueinander beweglich. In der gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist die erste Klemmbacke 320 stationär und die zweite Klemmbacke 330 ist relativ zur ersten Klemmbacke 320 beweglich, um die Klemmbacken 320, 330 zwischen einer vollständig geöffneten Position, in der die Klemmbacken einen gewünschten Winkel zueinander bilden, und einer im Wesentlichen geschlossenen Position, in der die Klemmbacken im Wesentlichen parallel zueinander sind, zu schwenken.
Die erste Klemmbacke 320 umfasst einen im Wesentlichen linearen Nockenschlitz 350 und die zweite Klemmbacke 330 umfasst einen zusammengesetzten Nockenschlitz 360. Ein Nockenschlitzstift 370 ist innerhalb der Nockenschlitze 350, 360 angeordnet und so konfiguriert, dass er sich distal und proximal durch diese hindurch bewegt. Die proximale Verschiebung des Nockenschlitzstifts 370 bewirkt, dass sich die zweite Klemmbacke 330 relativ zur ersten Klemmbacke 320 schließt, und die distale Verschiebung des Nockenschlitzstifts 370 bewirkt, dass sich die Klemmbacken 320, 330 öffnen.
Der zusammengesetzte Nockenschlitz 360 umfasst einen nichtlinearen distalen Abschnitt 364 und einen im Wesentlichen linearen proximalen Abschnitt 362 (die Verbindung zwischen dem proximalen Abschnitt 364 und dem distalen Abschnitt 362 ist durch die gestrichelte Linie X-X angedeutet). Der distale Abschnitt 364 ist so geformt, dass die Klemmbacken 320, 330 eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Nockenschlitzstift 370 in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt 364 verschoben wird (d.h. die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke 330 ausgeübte Kraft ist im Wesentlichen proportional zu der Kraft, die auf den Nockenschlitzstift 370 ausgeübt wird, wenn der Stift 370 in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt 364 verschoben wird). Der proximale Abschnitt 362 des zusammengesetzten Schlitzes 360 ist so geformt, dass er eine nicht konstante Greifkraft zwischen den Klemmbacken 320, 330 bereitstellt, wenn der Nockenschlitzstift 370 durch den proximalen Abschnitt 362 verschoben wird (d.h., die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke 330 aufgebrachte Kraft nimmt nicht proportional zu der auf den Nockenschlitzstift 370 aufgebrachten Kraft zu, wenn der Stift 370 distal durch den proximalen Abschnitt 362 verschoben wird).
Der gekrümmte distale Abschnitt 364 des zusammengesetzten Schlitzes 360 bietet einen im Wesentlichen konstanten mechanischen Vorteil, wenn die Klemmbacken 320, 330 teilweise oder im Wesentlichen geöffnet sind. In dieser Konfiguration werden die Klemmbacken 320, 330 typischerweise zur Durchführung von Aufgaben, wie z. B. der Handhabung von Gewebe, verwendet. Dies ermöglicht dem Benutzer eine einfachere Regulierung der Kräfte, die auf das zwischen den Klemmbacken 320, 330 gegriffene Gewebe ausgeübt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform hat der distale Abschnitt 364 ein Profil, das einen konstanten mechanischen Vorteil bietet, ähnlich oder gleich dem Profil, das oben in Bezug auf den Nockenschlitz 260 in 4 beschrieben wurde.
Der im Wesentlichen lineare proximale Abschnitt 362 des zusammengesetzten Schlitzes 360 bietet einen erhöhten mechanischen Vorteil, wenn sich der Nockenschlitzstift 370 durch den proximalen Abschnitt 362 bewegt (d. h., die Klemmbacken 320, 330 üben eine stärkere Greifkraft aus, wenn sie sich schließen). In dieser Konfiguration werden die Klemmbacken 320, 330 typischerweise zum Verschließen von Gefäßen verwendet . Die Erhöhung des mechanischen Vorteils zwischen der Eingangskraft (d. h. der auf den Stift 370 ausgeübten Kraft) und der Ausgangskraft (d. h. den von den Klemmbacken 320, 330 auf das Gewebe ausgeübten Kräften) verbessert die Kompression und Abdichtung des Gewebes/Gefäßes.
Natürlich sind auch andere Konfigurationen möglich. Zum Beispiel kann der Nockenschlitz 350 ein zusammengesetzter Schlitz sein, während der Schlitz 360 im Wesentlichen linear ist. Alternativ können beide Nockenschlitze 350, 360 gekrümmte proximale Abschnitte haben, die in Kombination arbeiten, um einen konstanten mechanischen Vorteil für die Klemmbacken 320, 330 zu bieten. In einer weiteren Ausführungsform kann der Endeffektor 310 mehrere Nockenschlitzstifte enthalten. Beispielsweise kann sich ein proximaler Nockenstift durch einen gekrümmten proximalen Nockenschlitz in einer der Klemmbacken und ein distaler Nockenstift durch einen im Wesentlichen linearen Nockenschlitz bewegen. Der proximale Nockenschlitzstift betätigt die Klemmbacken 320, 330 für einen ersten Teil des Betätigungshubs und der distale Nockenschlitzstift betätigt die Klemmbacken 320, 330 für einen zweiten Teil des Betätigungshubs.
In einer beispielhaften Ausführungsform bilden die erste und die zweite Klemmbacke 320, 330 in der vollständig geöffneten Position einen ersten Winkel zwischen sich und einen zweiten Winkel zwischen sich, wenn sich der Nockenschlitzstift 370 an einer Verbindung zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt 362, 364 des zusammengesetzten Schlitzes 360 befindet. Der zweite Winkel beträgt vorzugsweise etwa 50 % oder weniger des ersten Winkels, besonders bevorzugt etwa 20 % oder weniger. Somit entspricht der proximale Abschnitt 362 des zusammengesetzten Schlitzes 360 einem Winkel von etwa 50% oder weniger, vorzugsweise etwa 20% oder weniger, des Gesamtwinkels zwischen den Klemmbacken 320, 330 in der vollständig geöffneten Konfiguration. Wenn die Klemmbacken 320, 330 beispielsweise zu mindestens 50 % geöffnet sind (oder in bestimmten Ausführungsformen zu mindestens 20 %), befindet sich der Nockenschlitzstift 370 im gekrümmten distalen Abschnitt 364 des zusammengesetzten Schlitzes 360, und die von den Klemmbacken 320, 330 auf das Gewebe ausgeübte Kraft ist im Wesentlichen proportional zu der Kraft, die auf den Nockenschlitzstift 370 ausgeübt wird, wenn sich der Stift 370 durch den distalen Abschnitt 364 bewegt. Wenn die Klemmbacken 320, 330 weniger als 50 % geöffnet sind (oder weniger als 20 % in bestimmten Ausführungsformen), befindet sich der Nockenschlitzstift 370 in dem im Wesentlichen linearen proximalen Abschnitt 362 des zusammengesetzten Schlitzes 360, und die von den Klemmbacken 320, 330 auf das Gewebe ausgeübte Kraft ist nicht proportional zu der auf den Stift 370 ausgeübten Kraft (d. h. erhöhter mechanischer Vorteil), wenn sich der Stift 370 durch den proximalen Abschnitt 362 bewegt.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird der distale Abschnitt 364 aktiv durch den Nockenschlitzstift 370 innerhalb des Nockenschlitzes 360 in Eingriff gebracht, wenn die Klemmbacken zwischen etwa 20 % und etwa 100 % geöffnet sind, und der proximale Abschnitt 362 wird aktiv durch den Nockenschlitzstift 370 innerhalb des Nockenschlitzes 360 in Eingriff gebracht, wenn die Klemmbacken zwischen etwa 0 % und etwa 20 % geöffnet sind. Der Nockenschlitz 360 hat einen Wendepunkt entlang einer Achse X-X, an dem der Nockenschlitz 360 von der Bereitstellung eines konstanten mechanischen Vorteils zur Bereitstellung eines nicht konstanten mechanischen Vorteils übergeht, wenn der Nockenschlitzstift 370 vom distalen Abschnitt 364 zum proximalen Abschnitt 362 verschoben wird.
Der resultierende zusammengesetzte Nockenschlitz 360, der durch die Kombination des proximalen Abschnitts 362 und des distalen Abschnitts 364 entsteht, ermöglicht dem Benutzer die Kontrolle und die Vorteile einer konstanten mechanischen Kraft über einen relativ großen Teil des Betätigungshubs. Wenn sich der Betätigungshub dem Ende nähert, profitiert der Anwender zusätzlich von dem proximalen Abschnitt 362 des Nockenschlitzes, der so konfiguriert ist, dass er einen höheren mechanischen Vorteil bietet, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Greifkraft erreicht wird, bevor die Funktion des Instruments ausgeführt wird, wie z. B. das Versiegeln, Heften oder andere nützliche Funktionen. Zum Versiegeln kann ein zusammengesetzter Nockenschlitz gemäß dieser Offenbarung so konfiguriert sein, dass ein Benutzer Betriebsdrücke von etwa 3 kg/cm2 bis etwa 16 kg/cm2 erreicht, um eine ordnungsgemäße und effektive Gewebeversiegelung zu bewirken.
Der Endeffektor 310 kann außerdem Elektroden 390 an einem oder beiden Maulteilen aufweisen, um als elektrochirurgisches Instrument zu fungieren. In bipolaren Ausführungen können die Elektroden 390 gewebeberührende Flächen 325, 335 an jeder der Klemmbacken 320, 330 umfassen.
Die Endeffektoren in Übereinstimmung mit den derzeit beschriebenen Ausführungsformen können problemlos für die Verwendung in jeder Art von chirurgischen Klemm-, Schneid- und/oder Versiegelungsinstrumenten angepasst werden. Beispielsweise können Merkmale der vorliegenden chirurgischen Instrumente zur Behandlung von Gewebe mit elektrochirurgischer Energie (z. B. Schneiden, Versiegeln, Abtragen usw.) verwendet werden. Das chirurgische Instrument mit den vorliegenden Endeffektoren kann ein minimalinvasives (z. B. laparoskopisches) Instrument oder ein Instrument für die offene Chirurgie sein.
Darüber hinaus können die Merkmale der derzeit beschriebenen Endeffektoren für chirurgische Klammerinstrumente ohne weiteres für die Verwendung in chirurgischen Instrumenten angepasst werden, die mit jeder Technik aktiviert werden, die dem Fachmann bekannt ist, wie z. B. manuell aktivierte chirurgische Instrumente, angetriebene chirurgische Instrumente (z. B. elektromechanisch angetriebene Instrumente), chirurgische Roboterinstrumente und dergleichen.
In bestimmten Ausführungsformen können die oben beschriebenen Endeffektoren in Übereinstimmung mit dieser Offenbarung mit chirurgischen Instrumenten verwendet werden, die in ein robotergestütztes chirurgisches System integriert sind. 6A, 6B und 6C sind Vorderansichten von drei beispielhaften Ausführungsformen von Hauptkomponenten eines teleoperierten chirurgischen Systems für minimalinvasive Chirurgie, die in Kombination mit Endeffektoren der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Diese drei Komponenten sind so miteinander verbunden, dass ein Chirurg, z. B. mit Unterstützung eines chirurgischen Teams, diagnostische und korrigierende chirurgische Eingriffe an einem Patienten durchführen kann. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein teleoperiertes chirurgisches System gemäß der vorliegenden Offenbarung als ein von Intuitive Surgical, Inc. aus Sunnyvale, Kalifornien, vermarktetes da Vinci® Chirurgiesystem ausgeführt werden. Für eine weitere Erläuterung eines teleoperierten chirurgischen Systems, einschließlich eines patientenseitigen Wagens, einer Chirurgenkonsole und eines zusätzlichen Steuerungs-/Sichtwagens, mit dem die vorliegende Offenbarung implementiert werden kann, wird auch auf U.S. Patent App. Pub. Nr. 2011/0071542A1 verwiesen, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf ein bestimmtes chirurgisches System beschränkt, und jemand, der über normale Fachkenntnisse verfügt und diese Offenbarung liest, wird verstehen, dass die vorliegende Offenbarung in einer Vielzahl von chirurgischen Anwendungen angewendet werden kann, einschließlich anderer teleoperierter chirurgischer Systeme.
6A ist eine Frontansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines patientenseitigen Wagens 100 eines teleoperierten chirurgischen Systems. Der patientenseitige Wagen 400 umfasst eine Basis 402, die auf dem Boden ruht, einen auf der Basis 402 montierten Trägerturm 404 und einen oder mehrere Manipulatorarme, die auf dem Trägerturm 404 montiert sind und die chirurgische Instrumente und/oder Sichtinstrumente (z. B. ein stereoskopisches Endoskop) tragen. Wie in 6A gezeigt, sind die Manipulatorarme 406a, 406b Arme, die die chirurgischen Instrumente, die zum Greifen und Bewegen von Gewebe verwendet werden, tragen und Kräfte zur Manipulation übertragen, und ein Arm 408 ist ein Kameraarm, der das Endoskop trägt und bewegt. 6A zeigt auch einen dritten Manipulatorarm 406c, der auf der Rückseite des Trägerturms 404 gelagert ist und der je nach Wunsch zur linken oder rechten Seite des Wagens auf der Patientenseite positioniert werden kann, um einen chirurgischen Eingriff durchzuführen.
An den Manipulatorarmen 406a, 406b, 406c können austauschbare chirurgische Instrumente 410a, 410b, 410c installiert werden, und am Kameraarm 108 kann ein Endoskop 412 installiert werden. Fachleute, die diese Offenbarung lesen, werden verstehen, dass die Arme, die die Instrumente und die Kamera tragen, auch von einer Basisplattform (fest oder beweglich) getragen werden können, die an einer Decke oder Wand oder in einigen Fällen an einem anderen Gerät im Operationssaal (z. B. dem Operationstisch) befestigt ist. Sie werden ebenfalls verstehen, dass zwei oder mehr separate Basen verwendet werden können (z. B. eine Basis, die jeden Arm trägt).
Die Steuerung des chirurgischen Robotersystems, einschließlich der Steuerung der chirurgischen Instrumente, kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, abhängig vom gewünschten Grad der Steuerung, der Größe der chirurgischen Einheit und anderen Faktoren. In einigen Ausführungsformen umfasst das Steuersystem ein oder mehrere manuell betätigte Eingabegeräte, wie z. B. einen Joystick, einen Exoskelett-Handschuh, Zangen- oder Greifereinheiten, Knöpfe, Pedale oder Ähnliches. Diese Eingabegeräte steuern Servomotoren, die wiederum die Gelenkbewegung der chirurgischen Baugruppe steuern. Die von den Servomotoren erzeugten Kräfte werden über Antriebsmechanismen übertragen, die die außerhalb des Patientenkörpers erzeugten Kräfte von den Servomotoren durch einen Zwischenabschnitt des länglichen chirurgischen Instruments 110 auf einen Abschnitt des chirurgischen Instruments innerhalb des Patientenkörpers distal vom Servomotor übertragen.
6B ist eine Frontansicht einer beispielhaften Chirurgenkonsole 420 eines teleoperierten chirurgischen Systems zur Steuerung des Einsetzens und der Artikulation von chirurgischen Instrumenten 410. Der Chirurg oder ein anderer Systembediener betätigt die Eingabegeräte durch Bewegen und Neupositionieren der Eingabegeräte innerhalb der Konsole 420. Wie in der beispielhaften Ausführungsform von 6B dargestellt, ist die Konsole des Chirurgen mit Master-Controllern oder Master-Eingabegeräten ausgestattet. Wie in 6B dargestellt, können die Master-Eingabegeräte linke und rechte Master-Tool-Manipulatoren (MTMs) 422a, 422b mit mehreren Freiheitsgraden (DOFs) umfassen, die kinematische Ketten sind, die zur Steuerung der chirurgischen Werkzeuge (einschließlich des Endoskops und verschiedener Kanülen, die an den Armen 406, 408 des patientenseitigen Wagens 400 montiert sind) verwendet werden. Jeder MTM kann einen Bereich für Chirurgen- oder Bedienereingaben enthalten. Zum Beispiel kann, wie in 6B gezeigt, jeder MTM 422a, 422b eine Greifereinheit (Pincher) 424a, 424b enthalten. Der Chirurg ergreift eine Greifereinheit 424a, 424b an jedem MTM 422a, 422b, typischerweise mit Daumen und Zeigefinger, und kann die Greifereinheit in verschiedene Positionen und Ausrichtungen bewegen. Wenn ein Werkzeugsteuerungsmodus ausgewählt ist, ist jeder MTM 422 so gekoppelt, dass er einen entsprechenden Manipulatorarm 406 für den patientenseitigen Wagen 400 steuert, wie es dem Fachmann geläufig ist. Die Greifereinheit wird typischerweise verwendet, um einen chirurgischen Endeffektor (z. B. Schere, Greifretraktor, Nadeltreiber, Haken, Pinzette, Spatel usw.) am distalen Ende eines Instruments 410 zu bedienen.
Die Chirurgenkonsole 420 kann auch ein Bildanzeigesystem 426 enthalten. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Bildanzeige eine stereoskopische Anzeige, bei der vom stereoskopischen Endoskop 412 erfasste Bilder der linken und rechten Seite auf entsprechenden linken und rechten Displays ausgegeben werden, die der Chirurg als dreidimensionales Bild auf dem Anzeigesystem 426 wahrnimmt.
Die Chirurgenkonsole 420 befindet sich typischerweise im selben Operationssaal wie der patientenseitige Wagen 400, obwohl sie so positioniert ist, dass sich der Chirurg, der die Konsole bedient, außerhalb des sterilen Feldes befinden kann. Ein oder mehrere Assistenten können den Chirurgen unterstützen, indem sie innerhalb des sterilen Operationsfeldes arbeiten (z. B. zum Wechseln von Werkzeugen auf dem patientenseitigen Wagen, zum Durchführen einer manuellen Retraktion, usw.). Dementsprechend kann der Chirurg fernab des sterilen Feldes operieren, und die Konsole kann sich daher in einem vom Operationssaal getrennten Raum oder Gebäude befinden. In einigen Implementierungen können zwei Konsolen 420 (entweder gemeinsam oder voneinander entfernt) miteinander vernetzt werden, so dass zwei Chirurgen gleichzeitig die Werkzeuge am Operationsort sehen und steuern können.
Für zusätzliche Details zum Aufbau und Betrieb allgemeiner Aspekte eines teleoperierten chirurgischen Systems, wie hier beschrieben, siehe z. B. U.S. Pat. Nr. 6,493,608 und U.S. Pat. Nr. 6,671,581 , deren gesamte Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Wie in 6C gezeigt, umfasst der Hilfssteuerungs-/Sichtwagen 440 ein optionales Display 446 (z. B. einen Touchscreen-Monitor), das an anderer Stelle, z. B. auf dem patientenseitigen Wagen 400, montiert werden kann. Der zusätzliche Steuer-/Sichtwagen 440 enthält außerdem Platz 448 für optionale chirurgische Zusatzgeräte, wie z. B. elektrochirurgische Geräte, Insufflatoren und/oder andere Flussversorgungs- und Steuereinheiten. Der patientenseitige Wagen 400 (6A) und die Chirurgenkonsole 420 (6B) sind über Glasfaserkommunikationsverbindungen mit dem Hilfssteuerungs-/Sichtwagen 440 gekoppelt, so dass die drei Komponenten zusammen als ein einziges teleoperiertes minimalinvasives chirurgisches System fungieren, das eine intuitive Telepräsenz für den Chirurgen bietet.
In Übereinstimmung mit verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen sieht die vorliegende Offenbarung die Steuerung eines chirurgischen Instruments vor, so dass eine von einem Endeffektor des Instruments aufgebrachte Greifkraft im Wesentlichen linear über einen Bewegungsbereich des Endeffektors für eine gegebene Kraft ist, die auf eine Push-Pull-(Antriebs-)Stange des Instruments zur Betätigung des Endeffektors aufgebracht wird.
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines teleoperierten chirurgischen Instruments 500 dargestellt, das einen zuvor beschriebenen Endeffektor der vorliegenden Offenbarung tragen kann. Wie in 7 gezeigt, umfasst das chirurgische Instrument 500 im Allgemeinen ein Gehäuse 510 an seinem proximalen Ende. Das Gehäuse 510 kann einen Instrumentenspeicher oder eine Speichereinrichtung (nicht dargestellt) enthalten. Der Speicher kann eine Reihe von Funktionen ausführen, wenn das Instrument auf den Manipulatorarm 406 geladen ist. Zum Beispiel kann der Speicher ein Signal liefern, das bestätigt, dass das Instrument mit dem jeweiligen chirurgischen System kompatibel ist. Darüber hinaus kann der Speicher das Instrument und den Endeffektortyp (ob es sich um ein Skalpell, einen Nadelgreifer, eine Klemmbacke, eine Schere, einen Clip-Applikator, eine Elektrokauter-Klinge oder ähnliches handelt) für das chirurgische System identifizieren, so dass das System seine Programmierung neu konfigurieren kann, um die speziellen Fähigkeiten des Instruments voll auszunutzen. Wie weiter unten erläutert, kann der Speicher Angaben zur Architektur des Instruments enthalten und bestimmte Werte, die in den Steuerungsalgorithmen verwendet werden sollten, wie z. B. die Nachgiebigkeit des Werkzeugs und Verstärkungswerte.
Das Gehäuse 510 kann auch einen Kraft-/Drehmoment-Antriebsübertragungsmechanismus (nicht dargestellt) enthalten, um die Ausgabe von den Motoren des Manipulatorarms 406 zu empfangen, wobei der Kraft-/Drehmoment-Antriebsübertragungsmechanismus die Ausgabe von den Motoren an einen Endeffektor 530 des Instruments über einen Instrumentenschaft 520 überträgt, die an dem Übertragungsmechanismus montiert ist. Beispielhafte chirurgische Roboterinstrumente, Schnittstellenstrukturen zwischen Instrumenten und Manipulatorarm sowie die Datenübertragung zwischen den Instrumenten und dem Servomechanismus sind ausführlicher beschrieben in U.S. Pat. Nr. 6,331,181 beschrieben, dessen vollständige Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Das chirurgische Instrument 500 umfasst einen Endeffektor 530, der am distalen Ende eines länglichen Schafts 520 angeordnet ist und mit diesem durch einen Gabelkopf 585 verbunden sein kann, der den Endeffektor 530 relativ zum Instrumentenschaft 520 stützt und befestigt. Wie hierin dargestellt, kann der Schaft 520 eine relativ flexible Struktur sein, die sich biegen und krümmen kann. Alternativ kann der Schaft 520 eine relativ starre Struktur sein, die es nicht erlaubt, durch gekrümmte Strukturen hindurchzufahren. Optional kann das Instrument 500 in einigen Ausführungsformen auch eine gelenkige Multi-DOF-Handgelenksstruktur (nicht dargestellt) enthalten, die den Endeffektor 530 trägt und eine Multi-DOF-Bewegung des Endeffektors in beliebiger Neigung und Gierung ermöglicht. Diejenigen, die über normale Fachkenntnisse verfügen, sind mit einer Vielzahl von Handgelenkstrukturen bzw. derartige mechanische Gelenkstrukturen vertraut, die verwendet werden, um eine Multi-DOF-Bewegung eines chirurgischen Instrumenten-Endeffektors zu ermöglichen.
Weitere Einzelheiten zu chirurgischen Robotersystemen finden Sie z. B. in den US-Patenten Nr. 6.493.608 „Aspects of a Control System of a Minimal Invasive Surgical Apparatus“ und Nr. 6.493.608 „Aspects of a Control System of a Minimal Invasive Surgical Apparatus“. Nr. 6,493,608 „Aspects of a Control System of a Minimal Invasive Surgical Apparatus“ (Aspekte eines Steuerungssystems eines minimal-invasiven chirurgischen Geräts) und das im Gemeinschaftseigentum stehende U.S. Pat. Nr. 6,671,581 „Camera Referenced Control in a Minimal Invasive Surgical Apparatus“, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke aufgenommen werden. Eine vollständigere Beschreibung beispielgebender chirurgischer Robotersysteme zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung findet sich in den gemeinsam zugeordneten US-Patentnummern 9.295.524, 9.339.344, 9.358.074 und 9.452.019, deren vollständige Offenbarungen hiermit für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen werden.
8 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen beispielgebenden chirurgischen Instruments 100, das die oben beschriebenen Endeffektoren in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten kann. Wie dargestellt, umfasst das chirurgische Instrument 100 eine Griffbaugruppe 102 und einen Endeffektor 110, der über einen Gabelkopf 130 an einem länglichen Schaft 106 des chirurgischen Klammerinstruments 100 befestigt ist. Der Endeffektor 110 umfasst eine erste Klemmbacke 111 und eine zweite Klemmbacke 112. Die Griffbaugruppe 102 umfasst einen stationären Griff 102a und einen beweglichen Griff 102b, der als Aktuator für das chirurgische Instrument 100 dient.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Griffbaugruppe 102 anstelle von oder zusätzlich zu den stationären und beweglichen Griffen Eingangskoppler (nicht dargestellt) enthalten. Die Eingangskoppler stellen eine mechanische Kopplung zwischen den Antriebssehnen oder -kabeln des Geräts und motorisierten Achsen der mechanischen Schnittstelle eines Antriebssystems her. Die Eingangskoppler können mit entsprechenden Ausgangskopplern (nicht dargestellt) eines Telechirurgiesystems verbunden und von diesen angetrieben werden, wie z. B. das in U.S. Pub. Nr. 2014/0183244A1 offenbart ist, dessen gesamte Offenbarung hier für alle Zwecke durch Bezugnahme aufgenommen ist. Die Eingangskoppler sind antriebsmäßig mit einem oder mehreren Eingangselementen (nicht dargestellt) gekoppelt, die innerhalb des Instrumentenschafts 106 und des Endeffektors 110 angeordnet sind. Geeignete Eingangskupplungen können so angepasst werden, dass sie mit verschiedenen Typen von Motorpaketen (nicht dargestellt) zusammenpassen, wie z. B. die hefterspezifischen Motorpakete, die in U.S. Pat. Nr. 8,912,746 offengelegten hefterspezifischen Motorpakete oder die im US-Patent Nr. 8,529,58 offengelegten universellen Motorpakete. Nr. 8,529,582 offenbart sind. Die Offenbarungen beider Patente sind durch Bezugnahme in vollem Umfang in dieses Dokument aufgenommen. Weitere Einzelheiten zu bekannten Eingangskopplern und chirurgischen Systemen sind z. B. in U.S. Pat. Nr. 8,597,280 , U.S. Pat. Nr. 7,048,745 , und U.S. Pat. Nr. 10.016.244 . Jedes dieser Patente wird hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit für alle Zwecke einbezogen.
Die Betätigungsmechanismen des chirurgischen Instruments 100 können Antriebskabel verwenden, die in Verbindung mit einem System aus Motoren und Umlenkrollen eingesetzt werden. Angetriebene chirurgische Systeme, einschließlich robotergestützter chirurgischer Systeme, die Antriebskabel verwenden, die mit einem System von Motoren und Riemenscheiben für verschiedene Funktionen, einschließlich des Öffnens und Schließens von Klemmbacken, sowie für die Bewegung und Betätigung von Endeffektoren verbunden sind, sind allgemein bekannt. Weitere Einzelheiten zu bekannten chirurgischen Antriebssystemen mit Kabeln sind beispielsweise in U.S. Pat. Nr. 7,666,191 und U.S. Pat. Nr. 9,050,119 beschrieben, die hiermit in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke in Bezug genommen werden. Obwohl hierin in Bezug auf ein Instrument beschrieben, das für die Verwendung mit einem robotergestützten chirurgischen System konfiguriert ist, ist es zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Handgelenkbaugruppen in manuell betätigte Instrumente, elektro-mechanisch betriebene Instrumente oder auf andere Weise betätigte Instrumente eingebaut werden können.
Hiermit werden alle erteilten Patente, veröffentlichten Patentanmeldungen und Nicht-Patent-Veröffentlichungen, die in dieser Beschreibung erwähnt werden, in ihrer Gesamtheit für alle Zwecke durch Bezugnahme einbezogen, und zwar in demselben Umfang, als ob jedes einzelne erteilte Patent, jede veröffentlichte Patentanmeldung oder Nicht-Patent-Veröffentlichung ausdrücklich und einzeln als durch Bezugnahme einbezogen angegeben wäre.
Während mehrere Ausführungsformen der Offenbarung in den Zeichnungen gezeigt wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass die Offenbarung darauf beschränkt ist, da es beabsichtigt ist, dass die Offenbarung so breit im Umfang ist, wie es der Stand der Technik erlaubt, und dass die Spezifikation ebenso gelesen werden. Daher ist die obige Beschreibung nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als Beispiel für die gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen. Daher sollte der Umfang der Ausführungsformen durch die beigefügten Ansprüche und ihre legalen Äquivalente bestimmt werden, und nicht durch die angegebenen Beispiele.
Der Fachmann wird verstehen, dass die hier speziell beschriebenen und in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen und Verfahren nicht begrenzte, beispielhafte Ausführungsformen sind. Die in Verbindung mit einer beispielhaften Ausführungsform dargestellten oder beschriebenen Merkmale können mit den Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden. Verschiedene Alternativen und Modifikationen können von Fachleuten erdacht werden, ohne von der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend soll die vorliegende Offenbarung alle derartigen Alternativen, Modifikationen und Abweichungen umfassen. Ebenso wird der Fachmann weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der oben beschriebenen Ausführungsformen schätzen. Dementsprechend soll die vorliegende Offenbarung nicht durch das beschränkt werden, was insbesondere gezeigt und beschrieben wurde, außer wie durch die beigefügten Ansprüche angegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims

Chirurgisches Instrument, aufweisend: einen länglichen Schaft; einen Endeffektor, der auf dem länglichen Schaft montiert ist und eine erste und eine zweite Klemmbacke umfasst, die relativ zueinander zwischen offenen und geschlossenen Positionen beweglich sind, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Klemmbacke einen nichtlinearen Schlitz aufweist; und einen Stift, der innerhalb des nichtlinearen Schlitzes positioniert ist, so dass eine Verschiebung des Stifts durch den Schlitz die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei die erste Klemmbacke den nichtlinearen Schlitz und die zweite Klemmbacke einen im Wesentlichen linearen Schlitz aufweist, wobei die Verschiebung des Stifts durch die Schlitze in der ersten und zweiten Klemmbacke die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei der nicht-lineare Schlitz ein proximales Ende und ein distales Ende hat und vom proximalen Ende zum distalen Ende gekrümmt ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei der nichtlineare Schlitz ein zusammengesetzter Schlitz ist, der einen proximalen Abschnitt und einen distalen Abschnitt umfasst, wobei der distale Abschnitt gekrümmt ist und der proximale Abschnitt im Wesentlichen linear ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, wobei der nichtlineare Schlitz so geformt ist, dass eine Greifkraft, die von mindestens einer der ersten und zweiten Klemmbacke ausgeübt wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, wenn der Stift vom distalen Ende zum proximalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 3, wobei der nichtlineare Schlitz so geformt ist, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift vom distalen Ende zum proximalen Ende des Schlitzes verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 4, wobei der distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird, und der proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass er eine nicht konstante Greifkraft zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke erzeugt, wenn der Stift durch den proximalen Abschnitt verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 4, wobei der distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebracht wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift aufgebracht wird, wenn der Stift in distaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 8, wobei der proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebracht wird, relativ zu der auf den Stift aufgebrachten Kraft nicht proportional zunimmt, wenn der Stift in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 4, wobei die erste und zweite Klemmbacke in der offenen Position einen ersten Winkel zwischen sich einschließen, und wobei die erste und die zweite Klemmbacke einen zweiten Winkel zwischen sich definieren, wenn sich der Stift an einer Verbindung zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes befindet.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 10, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 50 % des ersten Winkels ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 10, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 20 % des ersten Winkels ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, wobei der lineare Schlitz im Wesentlichen parallel zu einer Gewebekontaktfläche der zweiten Klemmbacke ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, wobei die zweite Klemmbacke eine stationäre Klemmbacke ist, die auf einem Gabelkopf gelagert ist, der mit dem länglichen Schaft gekoppelt ist, und die erste Klemmbacke eine bewegliche Klemmbacke ist, und wobei der Endeffektor ferner einen Drehzapfen aufweist, wobei eine Translation des Zapfens innerhalb des linearen Schlitzes die bewegliche Klemmbacke um den Drehzapfen dreht.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 14, wobei der nichtlineare Schlitz eine Form aufweist nach der Formel: $R (θ) = \frac{(a - b)}{λ} θ + b$
wobei R ein Profil des nichtlinearen Schlitzes als Funktion eines Winkels θ zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke ist, a ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der offenen Position sind, b ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der geschlossenen Position sind, λ ein Winkel zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke in der offenen Position ist und θ in einem Bereich von 0 bis λ liegt.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der ersten und zweiten Klemmbacken eine Elektrode enthält.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen Betätigungsmechanismus, der dazu konfiguriert ist, den Stift durch die linearen und nichtlinearen Schlitze zu verschieben, wobei der Betätigungsmechanismus mit einer Steuervorrichtung eines chirurgischen Robotersystems gekoppelt ist.
Endeffektor für ein chirurgisches Instrument, aufweisend: eine erste und zweite Klemmbacke, die relativ zueinander zwischen einer offenen und geschlossen Position beweglich sind, wobei die erste Klemmbacke einen ersten Schlitz und die zweite Klemmbacke einen zweiten Schlitz aufweist und wobei mindestens einer der ersten und zweiten Schlitze ein nicht-linearer Schlitz ist; und einen Stift, der innerhalb des ersten und zweiten Schlitzes derart positioniert ist, dass eine Verschiebung des Stifts durch die Schlitze die Klemmbacken zwischen der offenen und der geschlossenen Position dreht.
Endeffektor nach Anspruch 18, wobei der nichtlineare Schlitz ein proximales Ende und ein distales Ende hat und vom proximalen Ende zum distalen Ende gekrümmt ist.
Endeffektor nach Anspruch 18, wobei der nichtlineare Schlitz einen zusammengesetzten Schlitz mit einem proximalen Abschnitt und einem distalen Abschnitt umfasst, wobei der distale Abschnitt gekrümmt ist und der proximale Abschnitt im Wesentlichen linear ist.
Endeffektor nach Anspruch 19, wobei der nichtlineare Schlitz so geformt ist, dass die erste und zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft aufeinander ausüben, wenn der Stift vom distalen Ende zum proximalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird.
Endeffektor nach Anspruch 19, wobei der nichtlineare Schlitz so geformt ist, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke ausgeübt wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, wenn der Stift vom distalen Ende zum proximalen Ende des nichtlinearen Schlitzes verschoben wird.
Endeffektor nach Anspruch 20, wobei der distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird, und der proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass er eine nicht konstante Greifkraft zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke erzeugt, wenn der Stift durch den proximalen Abschnitt verschoben wird.
Endeffektor nach Anspruch 20, wobei der distale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebracht wird, im Wesentlichen proportional zu einer Kraft ist, die auf den Stift aufgebracht wird, wenn der Stift in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird.
Endeffektor nach Anspruch 24, wobei der proximale Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes so geformt ist, dass eine Kraft, die durch die Bewegung der ersten Klemmbacke aufgebracht wird, relativ zu der auf den Stift aufgebrachten Kraft nicht proportional zunimmt, wenn der Stift in proximaler Richtung durch den distalen Abschnitt verschoben wird.
Endeffektor nach Anspruch 20, wobei die erste und zweite Klemmbacke zwischen sich einen ersten Winkel in der offenen Position eingrenzen, und wobei die erste und die zweite Klemmbacke zwischen sich einen zweiten Winkel eingrenzen, wenn sich der Stift an einer Verbindung zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes befindet.
Endeffektor nach Anspruch 26, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 50 % des ersten Winkels ist.
Endeffektor nach Anspruch 26, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 20 % des ersten Winkels ist.
Endeffektor nach Anspruch 18, wobei der erste Schlitz der nichtlineare Schlitz ist und der zweite Schlitz ein linearer Schlitz ist, der im Wesentlichen parallel zu einer Gewebekontaktfläche der zweiten Klemmbacke verläuft.
Endeffektor nach Anspruch 18, wobei die zweite Klemmbacke eine stationäre Klemmbacke ist, die auf einem Gabelkopf gelagert ist, und die erste Klemmbacke eine bewegliche Klemmbacke ist, und wobei der Endeffektor ferner einen Drehzapfen aufweist, wobei eine Verschiebung des Zapfens innerhalb des linearen Schlitzes die bewegliche Klemmbacke um den Drehzapfen dreht.
Endeffektor nach Anspruch 30, wobei der nichtlineare Schlitz eine Form aufweist nach der Formel: $R (θ) = \frac{(a - b)}{λ} θ + b$
wobei R ein Profil des nichtlinearen Schlitzes als Funktion eines Winkels θ zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke ist, a ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der offenen Position sind, b ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der geschlossenen Position sind, λ ein Winkel zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke in der offenen Position ist und θ in einem Bereich von 0 bis λ liegt.
Endeffektor nach Anspruch 18, wobei mindestens einer der ersten und zweiten Klemmbacken eine Elektrode enthält.
Chirurgisches Instrument, aufweisend: einen länglichen Schaft; einen Endeffektor, der an einem distalen Endabschnitt des länglichen Schafts angebracht ist und eine erste und eine zweite Klemmbacke aufweist, die relativ zueinander zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegbar sind, wobei die erste Klemmbacke einen ersten Schlitz und die zweite Klemmbacke einen zweiten Schlitz aufweist; einen Stift, der innerhalb des ersten und zweiten Schlitzes positioniert ist, so dass eine Verschiebung des Stifts durch den ersten und zweiten Schlitz die Klemmbacken zwischen der offenen und geschlossenen Position dreht; und wobei der erste und der zweite Schlitz derart konfiguriert sind, dass mindestens eine der ersten und zweiten Klemmbacken eine Greifkraft ausübt, die im Wesentlichen proportional zu einer auf den Stift ausgeübten Kraft ist, um den Stift durch mindestens einen Abschnitt des ersten und zweiten Schlitzes zu verschieben.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei der erste und zweite Schlitz so konfiguriert sind, dass die erste und die zweite Klemmbacke eine im Wesentlichen konstante Greifkraft zwischen sich ausüben, wenn der Stift durch den mindestens einen Abschnitt des ersten und des zweiten Schlitzes verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei der erste und zweite Schlitz derart konfiguriert sind, dass ein konstanter mechanischer Vorteil zwischen der Greifkraft und der auf den Stift ausgeübten Kraft bereitgestellt wird, um den Stift zu verschieben, wenn der Stift durch den mindestens einen Abschnitt des ersten und zweiten Schlitzes verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei der erste Schlitz ein proximales Ende und ein distales Ende hat und so geformt ist, dass die Greifkraft im Wesentlichen proportional zu der Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, um den Stift vom distalen Ende zum proximalen Ende des ersten Schlitzes zu bewegen.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei der erste Schlitz ein zusammengesetzter Schlitz ist, der einen proximalen Abschnitt und einen distalen Abschnitt aufweist, wobei der distale Abschnitt so geformt ist, dass die Greifkraft im Wesentlichen proportional zu der Kraft ist, die auf den Stift ausgeübt wird, um den Stift durch den distalen Abschnitt zu verschieben, und der proximale Abschnitt so geformt ist, dass die Greifkraft relativ zu der auf den Stift ausgeübten Kraft nichtproportional zunimmt, wenn der Stift durch den proximalen Abschnitt verschoben wird.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei der erste Schlitz ein zusammengesetzter Schlitz ist, der einen proximalen Abschnitt und einen distalen Abschnitt enthält, wobei der distale Abschnitt derart geformt ist, dass ein konstanter mechanischer Vorteil zwischen der Greifkraft und der Kraft, die auf den Stift ausgeübt wird, bereitgestellt wird, um den Stift durch den distalen Abschnitt zu verschieben, und der proximale Abschnitt derart geformt ist, dass er einen mechanischen Vorteil zwischen der Greifkraft und der Kraft, die auf den Stift ausgeübt wird, erhöht, um den Stift durch den proximalen Abschnitt zu verschieben.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 37, wobei die erste und zweite Klemmbacke in der offenen Position einen ersten Winkel zwischen sich einschließen, und wobei die erste und die zweite Klemmbacke einen zweiten Winkel zwischen sich einschließen, wenn sich der Stift an einer Verbindung zwischen dem distalen und dem proximalen Abschnitt des zusammengesetzten Schlitzes befindet.
Chirurgische Instrument nach Anspruch 39, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 50 % des ersten Winkels ist.
Chirurgische Instrument nach Anspruch 39, wobei der zweite Winkel gleich oder kleiner als etwa 20 % des ersten Winkels ist.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, ferner aufweisend einen Aktuator, der mit dem Stift gekoppelt ist und dazu konfiguriert ist, den Stift durch den ersten und zweiten Schlitz zu verschieben.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 42, wobei der Aktuator eine Antriebsstange umfasst, die dazu konfiguriert, den Stift in eine distale Richtung zu drücken oder in eine proximale Richtung zu ziehen.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 33, wobei die zweite Klemmbacke eine stationäre Klemmbacke ist, die auf einem Gabelkopf gelagert ist, und die erste Klemmbacke eine bewegliche Klemmbacke ist, und wobei der Endeffektor ferner einen Drehzapfen aufweist, wobei eine Verschiebung des Zapfens innerhalb des zweiten Schlitzes die bewegliche Klemmbacke um den Drehzapfen dreht.
Chirurgisches Instrument nach Anspruch 44, wobei der erste Schlitz eine Form aufweist nach der Formel: $R (θ) = \frac{(a - b)}{λ} θ + b$
wobei R ein Profil des ersten Schlitzes als Funktion eines Winkels θ zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke ist, a ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der offenen Position sind, b ein Abstand zwischen dem Drehzapfen und dem Stift ist, wenn die erste und die zweite Klemmbacke in der geschlossenen Position sind, λ ein Winkel zwischen der ersten und der zweiten Klemmbacke in der offenen Position ist und θ in einem Bereich von 0 bis λ liegt.