DE2854514C2

DE2854514C2 - Servoelektrischer Mikromanipulator für den Bewegungsablauf auf Kugelkoordinaten

Info

Publication number: DE2854514C2
Application number: DE2854514A
Authority: DE
Inventors: Klaus Ing.(Grad.) Biber; Ortwin Dipl.-Phys. Mueller; Roland Ing.(Grad.) 7082 Oberkochen Schmauder
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss AG
Priority date: 1978-12-16
Filing date: 1978-12-16
Publication date: 1980-05-22
Also published as: FR2443833A1; US4342951A; CH641666A5; DE2854514B1; FR2443833B1; GB2038573B; JPS55101261A; GB2038573A

Description

Die Erfindung betrifft einen in Kugelkoordinaten geführten Mikromanipulator für Vitrektomieinstrumente mit einem Bedienelement für Einleitungen der Bewegung in beliebiger Richtung des Koordinatensystems.

Vitrektomie ist eine neue Operationsmethode auf dem Gebiet der Glaskörperchirurgie. Hinsichtlich des Zugangs zum Glaskörperraum unterscheidet man die »Open-Sky-Vitrektomie« und die »Vitrektomie via Pars plana«. Die Vitrektomie durch die Pars plana bedient sich spezieller motorisch betriebener Instrumente zu dem Zweck, den pathologisch veränderten Glaskörper in kleine Stückchen zu zerschneiden und gleichzeitig abzusaugen. Im einzelnen sind die gegenwärtigen Verfahren von H. D. Gnad beschrieben in dem Artikel »Über den gegenwärtigen Stand der Vitrektomie«, veröffentlicht in den Klinischen Monatsblättern für Augenheilkunde, 166 (1975), Seiten 817 bis 825. Für die Durchführung der Vitrektomie ist von Bradely, R. Straatsma et aiii in der Zeitschrift »Archives of Ophthalmology«, Vol. 88, Septemper 1972 auf den Seiten 325 bis 329 ein Mikromanipulator beschrieben, der in Kugelkoordinalen geführt ist Der Nachteil des bekannten Mikromanipulators besteht darin, daß die Bewegung des Vitrektomieinstrumentes ohne Hilfsenergie manuell geführt wird. Für jede der vorgesehenen drei Koordinatenrichtungen ist ein mechanisches Bedienungselement vorgesehen. Diese Art der Bewegungssteuerung ist wegen des ständigen Wechsels der m drei Bedieneiemente so umständlich, daß der Benutzer das Vitrektomieinstrument dem angepeilten Ortspunkt erst nach mehreren Arbeitsgängen und häufigem Wechsel des Handgriffes zuführen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die H Steuerung des Vitrektomieinstrumentes im Auge für den Chirurgen einfacher, präziser und schneller als bisher zu machen und damit die Operationszeit zu verkürzen und schwierigere oder längere Eingriffe zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für den Bewegungsablauf in den drei Kugelkcordinaten des im Mikromanipulator geführten Vitrektomieinstrumentes ferngesteuerte elektrische Servomotoren vorgesenen sind. Zweckmäßigerweise ist zur manueilen Einleitung der Bewegung des Vitrektomieinsirumentes ein einziges Bedienelement vorgesehen, das entsprechend der Richtung der Kugelkoordinaten auslenkbar ist und sich an beliebigem Ort getrennt vom Instrument befinden kann.

jo In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Bedienelement als Steuerknüppel ausgebildet, dessen eines Ende einen Drehknopf trägt und dessen anderes Ende vorzugsweise kardanisch gelagert ist, und mit dem elektrische Signalgeber j5 verbunden sind, die bei Auslenkung des Steuerknüppels in den Richtungen des Lagers und bei Drehung des Drehknopfes eine der Auslenkung entsprechende Bewegung oder Geschwindigkeit der Servomotoren und damit des Vitrektomieinstrumentes veranlassen.

■Zweckmäßigerweise sind die Servomotoren als Gleichstrommotoren ausgebildet, wobei jeder Drehrichtung ein elektrischer Signalgeber zugeordnet sein kann.

Vorteilhafterweise ist ein elektrischer Umschalter zur Umkehrung der Drehrichtung der Servomotoren in den Kugelkoordinaten <p, und φι vorgesehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen in der leichten Bedienbarkeit, die zu einer physischen und psychischen Entlastung des Chirurgen führen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gerätes;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte Gerät;

F i g. 3 einen Schnitt durch das Gerät entlang der Linie IH-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt durch das in das in Fig.2 dargestellte Gerät entlang der Linie IV-IV;

F i g. 5 eine schematische Darstellung des Bedienelementes mit seinen Verbindungen zu den die Bewegung ausführenden Servomotoren.

In der Darstellung ist mit 1 die Gerätegrundplatte bezeichnet, die über Befestigungseinrichtungen 2 mit einem Operationstisch zu verbinden ist. Mit 3 ist eine\ Auflage und mit 4 eine Befestigungseinrichtung für den Patientenkopf bezeichnet. In der Darstellung der F i g. I

und 2 ist aus Platz- und Übersichtlichkeitsgründen nur eine von drei vorgesehenen Stützen 4 eingezeichnet. Unterhalb der Grundplatte 1 befindet sich ein nicht dargestellter, an sich bekannter Kreuzschlitten, mit dem die Tragsäule 5 befestigt ist. Die Tragsäule 5 enthält eine Höhenverstellung bekannter Bauart, die durch Drehen des Rändelringes 6 betätigt wird. Kreuzschlitten und Höhenverstellung dienen der Geräteanpassung an das Patientenauge vor Durchführung der Operation Während der Operation ist die Bewegung von Kreuzschiit- \q ten und Höhenverstellung blockiert, beispielsweise durch Klemmschrauben. Teile, weiche die Bewegung des Vitrektomieinstrumentes 7 auf Kugelkoordinaten ermöglichen, sind am oberen Teil der Säule 5 befestigt. Die Spitze 7a des Vitrektomieinstrumentes 7 befindet _ti sich in Null-Stellung im Kugelmittelpunkt 0 des Systems. Das Instrument wird im Halter 8 geklemmt und kann dort motorisch in seiner Längsachse (Kugelkoordinate r) verschoben werden. Der Halter 8 läuft — ebenfalls motorisch betrieben — auf dem Kreisbogen 9, dessen Zentrum ebenfalls im Kugelmittelpunkt 0 liegt. Die Bewegung auf dem Kreisbogen stellt die Kugelkoordinate φ, dar. Der Kreisbogen 9 wird getragen durch eine Haltevorrichtung 10, in der er mittels Klemmschraube 43 festgeklemmt ist, und die mit einer Drehachse 10a im Gehäuse 11 befestigt ist. Zur Einstellung des Instrumentes auf das andere Auge des Patienten wird die Haltevorrichtung mit Hilfe des Kreuzschlittens verschoben. Der Kreisbogen 9 wird um 180° gedreht und in die mit der Klemmschraube 42 verbundene öffnung der Haltevorrichtung 10 gesteckt und mit der Kbmmschraube 42 fixiert. Die Drehachse lOa geht ebenfalls durch den Kugelmittelpunkt 0 und bestimmt die Kugelkoordinate <p₂. Die Bewegung in der Kugelkoordinate φ, erfolgt durch einen im Gehäuse Il untergebrachten Servomotor M₂. Vor der Operation wird der Kugelmittelpunkt des Mikromanipulators auf die Stelle der Inzision der Pars plana des Auges gelegt, wodurch der DurchstoPungspunkt während der Operation fixiert ist. Das Auge selbst wird durch eine nichtgezeigte Vorrichtung fixiert. Die Spitze 7a des Vitrektomiegerätes 7 läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Operation in das Auge versenken, wobei jeder Punkt des Auges angesteuert werden kann. Energieversorgungseinheit und Fern- « steuerung der Motoren des Mikromanipulators sind in einem Zusatzgerät untergebracht, das auch den Steuerknüppel 13 enthält (F i g. 5).

Aus der in F i g. 3 gezeigten Schnittdarstellung ist die Anordnung der Servomotoren M\ und Mi zu entneh-

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40 men. M\ greift über ein Zahnrad 32 in eine Verzahnung 33 und bewegt den Instrumentenhalter 8 in der Koordinate φι auf dem Kreisbogen 9. Der Motor M₃ trägt das Zahnrad 34, welches in die Zahnslange 35 eingreift und den Instrumentenhalter 8 in seiner Längsachse, d. h. in der Kugelkoordinate rbewegt

Aus der F ι g. 5 ist ersichtlich, wie durch Betätigung des Steuerknüppels 13 die Beweguag des Instrumentes 7 erfolgt. Der Steuerknüppel 13 ist in 19 kardanisch gelagert und in Pfeilrichtung 36 und 37 oder beliebig diagonal beweglich. Entsprechend der Bewegung des Steuerknüppels werden die Schleifkontakte 14a, 15a oder 16a, 17a über die Widerstände 14, 15 odsr 16, 17 geschoben. Sie betätigen die Motoren M\ und M₂, welche eine Bewegung des Instrumentenhalters 8 auf dem Kreisbogen 9 in der Koordinate φι und die Bewegung der Haltevorrichtung 10 des Kreisbogens in der Kugelkoordinate φ₂ bewirkt. Bei Drehen des Drehkopfes 25 in Pfeilrichtung 38 wird — ebenfalls über Widerstände — der Servomotor Mj betätigt, der das Instrument in der Koordinatenrichtung rbewegt.

Bei der ausgeführten Erfindung ist die Drehzahl der Motoren und damit die Geschwindigkeit des Vitrektomieinstrumentes proportional der Auslenkung des Steuerknüppels. Dieser wird deshalb durch Federn in seine Null-Stellung zurückgezogen, in welcher keine Bewegung erfolgt und das Instrument am letzt innegehabten Ort bleibt.

Denkbar wäre auch eine Fernsteuerung, bei der die Auslenkung des Steuerknüppels proportional der Stellung des Vitrektomieinstrumentes ist, wobei keine Federwerkstellung des Knüppels möglich ist

Anordnung und Wirkungsweise des Servomotors M₂ ist aus Fig.4 ersichtlich. Ober eine am Motor M₂ angeordnete Schnecke 39 wird über ein Zahnrad 40 eine weitere Schnecke 41 angetrieben, die dann die durch den Kugelmittelpunkt gehende Drehachse 10a antreibt und die Bewegung der Haltevorrichtung 10 für Kreisbogen 9 in den Kugelkoordinaten φ₂ bewirkt.

Die beweglichen Teile des Mikromanipulators sind leicht demontierbar, damit eine Sterilisation möglich ist. Zur Umkehrung der Drehrichtung der Servomotoren M\ und M₂ in den Koordinaten φι und q>₂ kann ein elektrischer — nicht eingezeichneter — Umschalter vorgesehen werden. Eine Umschaltung empfiehlt sich, wenn bei der optischen Beobachtung des operierten Auges durch den Arzt von der direkten zur indirekten Ophthalrnoskopie übergangen wird. Für den Benutzer wird dadurch die optische Bildumkehr durch eine elektrische rückgängig gemacht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. In Kugelkoordinaten geführter Mikromanipulator für Vitrektomieinstrumente mit einem Bedienelement für die Einleitung der Bewegung in beliebiger Richtung des Kugelkoordinatensystems, dadurch gekennzeichnet, daß für den Bewegungsablauf in den drei Kugelkoordinaten (r, φι, φ₂) des im Mikromanipulator geführten Vitrektomieinstrumentes (7) elektrische, ferngesteuerte Servomotoren (Mt, M₂, Mi) vorgesehen sind.

2. Mikromanipulator nach Anspruch 1, da.lurch gekennzeichnet, daß zur manueilen Einleitung der Bewegung des Vitrektomieinstrumentes (7) ein einziges Bedienelement vorgesehen ist, das entsprechend der Richtung der Kugelkoordinaten auslenkbar ist

3. Mikromanipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement vom Mikromanipulator getrennt angeordnet ist.

4. Mikromanipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienelement als Steuerknüppel (13) ausgebildet ist, dessen eines Ende einen Drehknopf (25) trägt, und dessen anderes Ende vorzugsweise kardanisch gelagert ist (19) und daß mit dem Steuerknüppel (13) elektrische Signalgeber (14a, 15a, 16a, 17a,} verbunden sind, die bei Auslenkung des Steuerknüppels (13) in den Richtungen des Lagers (19) und bei Drehung des Drehknopfes (25) eine der Auslenkung oder der Drehung entsprechende Bewegung oder Geschwindigkeit der Servomotoren und damit des Vitrektomieinstrumentes veranlassen.

5. Mikromanipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Servomotoren (Mn, M2) als Gleichstrommotoren ausgebildet sind, wobei jeder Drehrichtung ein elektrischer Signalgeber (14, 15, 16,17) zugeordnet ist.

6. Mikromanipulator· nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Umschalter zur Umkehrung der Drehrichtung der Servomotoren (M2, M\) in den Kugelkoordinaten ψ\ und q>2 vorgesehen ist.