DE4136861A1

DE4136861A1 - Steuerbares chirurgisches instrument

Info

Publication number: DE4136861A1
Application number: DE4136861A
Authority: DE
Inventors: Andreas Melzer; Marc Schnurr; Gerhard Prof Dr Med Buess; Peter Dautzenberg; Rainer Trapp
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Tuebingen Scientific Surgical Products Ohg 72072
Priority date: 1991-11-11
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2011-11-12
Also published as: DE4136861C2

Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Instrument für die mi nimal invasive Chirurgie (SMI). Das Instrument besteht aus ei nem Handhabungsteil und einem Einführungsteil an dessen fernem Ende sich ein biegbares Teil anschließt.

Zweck solcher Instrumente ist, die notwendigen Verletzungen beim chirurgischen Eingriff auf einen Minimum zu beschränken und gleichzeitig den vollen Handlungsspielraum des Chirurgen am Operationsort bzw. -gebiet aufrechtzuerhalten.

In der medizinischen Diagnostik sind Gastroskope mit bewegli chem Einführungsteil bekannt. Die Druckschrift "DES-Gastroskop GIF-XQ2O" der Firma OLYMPUS, 1189-3000 zeigt ein solches In strument und das Zubehör zur Durchführung vielfältiger diagno stischer Aufgaben.

Die Firma Richard Wolf stellt in einem Auszugsblatt Dib vom IX-89 den Typ Cysto-Krethroskop 8650: Retro-Steuerungs-Einsatz vor. Dieses Gerät hat einen starren Einführungsteil, an dessen fernen Ende sich ein beweglicher Teil, durch Seilzug schwenk bar, anschließt. Über eine fest installierte Optik am fernen Ende des starren Einführungsteils können Steuerungen beobach tet und kontrolliert werden. Die Bedienung des diagnostischen Einsatzes erfolgt beidhändig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein steuerbares chir urgisches Instrument bereitzustellen, das in der mininmal in rasiven Chirurgie einsetzbar ist, über eine lange Zeit hinweg ein ermüdungsfreies Arbeiten des Chirurgen ermöglicht und den Operationsbereich im Körper des Patienten erweitert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. So erübrigt sich ein bisher stets notwendiger Arbeitskanal entsprechend o. e.

Gastroskop dadurch, daß am fernen beweglichen Ende des steuer baren chirurgischen Instrumentes Effektoren wie Scheren, Faß zangen, Koagulationszangen, Nähinstrumente, Klammerinstrumente oder Saug- und Spüleinrichtungen jeweils aufgesetzt, gesteuert und betätigt werden können. Dabei ist die große Beweglichkeit des beweglichen Endes mit aufgesetztem Effektor, nämlich von parallel zur Achse des Einführungsteil bis über antiparallel hinaus in jede Richtung und gleichzeitig die Umdrehungsmög lichkeit des aufgesetzten Effektors um seine eigene Achse von hoher Bedeutung. Die Art und Weise des Effektorantriebs, sei er pneumatisch oder hydraulisch, sei er piezoelektrischer, magnetostriktiver Natur oder auf dem von Formgedächtnislegie rungen beruhenden Effekt über Seilzüge oder sei er ein elek tromotorischer Antrieb über Seilzüge oder schließlich ein auf Ultraschall-Wanderwellen-Basis beruhender Antrieb, in jedem Fall wird ein leichtes Ausrichten, Positionieren und Betätigen des aufgesetzten Effektors über Taumelvielwegventile oder -. schalter oder eine andere einhändig bedienbare Stellmöglich keit gegeben. Für die Rotation des aufgesetzten Effektor um seine Achse wird vorteilhaft ein torsionssteifes Drahtstück oder ein Rohrstück dienen, das einerseits Spülen aber auch de finiertes Drehen des Effektors erlaubt.

Eine vorteilhafte zusätzliche Benutzungsmöglichkeit ist, daß anstelle eines Effektors durch den Handhabungs- und den beweg lichen Teil eine Glasfaser zum Lichtleiten oder zum Bildleiten durch das steuerbare MIC-Instrument durchführbar ist. Damit ist das Operationsgebiet ausleuchtbar, beobachtbar oder auch bestrahlbar.

Eine weitere vorteilhafte Einsatzmöglichkeit für das steuer bare MIC-Instrument besteht darin, daß durch es hindurch eine Sensorik durchführbar ist, mit der Gewebe am Operationsort er tastet oder diagnostisiert werden kann. Dies kann mit Hilfe von Ultraschall sein. Daneben kann die Sensorik taktil arbei ten. Spezielle Vorkehrungen für chemische Untersuchungen kön nen ebenfalls getroffen werden.

Das bewegbare ferne Ende des Instrumtes sowie die Drehbarkeit des gerade aufgesetzten Effektors ermöglicht die Bewegung zu einem beliebigen sphärischen Punkt hin. Somit ist dem Chirur gen ein hohes Maß an Beweglichkeit im Operationsgebiet gege ben. Diese Beweglichkeit wird durch einen pneumatischen oder hydraulischen, durch einen elektromotorischen oder piezoelek trischen oder magnetostriktiven Antrieb unterstützt. Selbst der Einsatz von Formgedächtnislegierungen (SMA) unter Ausnüt zung des superelastischen Effekts bei Biegungen oder unter Ausnützung des thermischen Effekts für Auslehnung und Kontrak tion als unterstützender Antrieb ist gegeben. Dabei kann immer eine proportionale Kraftverstärkung realisiert werden, die taktiles Operieren ermöglicht.

Die einhändig vollständige Bedienbarkeit des steuerbaren In strumentes, sei es rein mechanisch über Stellräder und Stell hebel oder sei es über oben erwähnte Antriebshilfen, er möglichen ein Bedienen bei dem Ermüdungen des Chirurgen durch das bequeme Instrumentbetätigen zeitlich weit hinausgeschoben wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sie werden im folgenden beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 mechanisch steuerbares Instrument (SMI),

Fig. 2 steuerbares Instrument (SMI) mit Antriebshilfe.

Das mechanisch steuerbare Instrument für die minimale inrasive Chirurgie stetzt sich zusammen aus dem Handhabungsteil 1 mit Bedienrädern, -knöpfen und -hebel der, falls nützlich, über einen 90°-Bogen 2 in den Einführungsteil 3 übergeht. Am fernen Ende des Einführungsteils 3 schließt sich das bewegliche Teil 4 an, mit dem die Schwenkungen von paralleler Ausrichtung zur Achse des Einführungsteils bis über die antiparallele Ausrich tung hinaus erreicht werden kann. Die Schwenkungen ist in jede beliebige Richtung möglich. Das ermöglicht ein innerer Aufbau des beweglichen Teiles 4, wie er aus der Robotertechnik be kannt ist (siehe z. B. EPA 00 17 016). Die Teile sind für den Einsatz an dem steuerbaren Instrument entsprechend dimensio niert. Durch den zentralen Bereich des beweglichen Teils gehen dann die weiteren Antriebselemente zum Betätigen der aufge setzten Effektors. Für einen rein mechanischen Aufbau werden das Seilzüge und zumindest ein torsionssteifes Seil für die Drehung der aufgesetzten Effektor 6 eingesetzt.

Das steuerbare Instrument wird insgesamt mit seinem Einfüh rungsteil durch ein Trokar 7 hindurchgeführt und ist darin je nach Trokarweite begrenzt schwenkbar. Im Operationsgebiet be steht durch diesen Aufbau eine hohe Beweglichkeit. Durch die Drehbarkeit des aufgesetzten Effektors 6 ist es möglich z. B. einen Faden aufzuwickeln, wodurch eine Knotung unterstützt werden kann.

Aufgrund baulicher Vorgaben für den beweglichen Teil 4 kann ein Rohrstück einer Formgedächtnislegierung (SMA) nahegelegt sein. Unter Ausnützung des superelastischen Effekts ereicht man die mehr oder weniger starke Schwenkung dadurch, daß auf das ferne Ende des Einführungsteils 3 des Rohrstücks 4 aus solch einer Legierung aufgesetzt wird. Dieses Rohrstück hat in seinem kräftefreien Zustand die Form eines 180°-Bogens oder eines U′s. Die Ausrichtung wird nun dadurch erreicht, daß über das Rohrstück 4 ein weiteres gerades Rohrstück 8 vom Einfüh rungsteil 3 her soweit darübergeschoben und dann festgestellt wird, bis der aufgesetzte Effektor 6 die gewünschte Ausrich tung und Position eingenommen hat.

Der hervortretende Vorteil der einhändigen Bedienbarkeit des mechanisch aufgebauten steuerbaren Instruments wird verstärkt durch den Einsatz von o. e. Antrieben. Fig. 2 wird im folgen den anhand des elektromotorischen Antriebs näher beschrieben.

Das Handhabungsteil 1 besteht aus einem Griff 9 mit bewegli chem Hebel 10. In einem auf dem Griff 9 aufgesetzten zylindri schen Teil 11, dessen Achse mit der Achse 5 des Einführungs teils 3 zusammenfällt, befinden sich um die Achse 5 angeordnet sieben elektromotorische Mikroantriebe mit angebautem und ent sprechend ausgelegtem Getriebe.

Zentral auf der Achse 5 des hinteren Endes des zylindrischen Teiles befindet sich ein Taumelschalter 13, mit dem die Posi tionierung des beweglichen Teils 4 über die Elektroantriebe 12 vorgenommen wird. Die Schwenkung des beweglichen Teils 4 er folgt über den Schwenkschalter 14, der in Nähe zum Griff 9 un terhalb des Taumelschalters 13 angebracht ist. Die Anordnung der beiden Schalter 13, 14 erlaubt die Bedienung alleine durch den Daumen. Hierbei ist die Bedienbarkeit für ein Linkshänder oder Rechtshänder gleich.

Die Betätigung des aufgesetzten Effektors 6 erfolgt über den Greifer 10. Der Greifer känn festgestellt werden, geht sonst aber selbsttätig in seine Ausgangslage zurück.

Die Antriebsübertragung erfolgt über Seilzüge, die im Einführ- 3 und beweglichen Teil 4 verlaufen. Es kann auch ein Rohrstück im Einführungsteil 3 mit angesetztem torsionssteifen Draht stück für die Drehung des Effektors sein.

Das Positionieren und Betätigen läßt sich taktil durchführen, wenn die elektromotorischen Antriebe mit den Schalter 13, 14 und dem Greifer 10 über eine leistungsdosierende Elektronik angesteuert werden. Durch die damit vorhandene Kraftbegrenzung ist gleichzeitig ein Zerstörungsschutz eingebaut.

Die weiter oben aufgeführten Antriebsarten nutzen im Falle der Pneumatik und Hydraulik die Druckdosierung aus. Im Falle pie zoelektrischer und magnetostriktiver Bauelemente werden Aus lenkung und Kontraktion zum Antrieb verwendet. Schließlich ei genen sich auch Antriebsseile aus einer Formgedächtnislegie rungen (SMA) dafür, wenn z. B. der thermische Effekt, hervor gerufen durch vorgegebenen Stromdurchfluß, ausgenützt wird.

Antriebe auf Ultraschall-Wanderwellen-Basis sind ebenfalls ge eignet. Solche Antriebe sind aus der Photoindustrie zur Ein stellung von Objektiven bekannt.

Bei all den unterstützenden Antriebsarten ist wesentlich daß sie kraftdosiert und kraftlimitiert einsetzbar sind. Einhändi ges, taktiles Positionieren und Operieren ist dadurch für Chirurgen unter Beibehaltung großer Beweglichkeit möglich.

Bezugszeichenliste

1 Handhabungsteil
2 90°-Bogen
3 Einführungsteil
4 bewegliches Teil, Rohrstück
5 Achse
6 Effektor, Greifer, Schere, Zange, Koagulationszange
7 Trokar
8 gerades Rohrstück
9 Griff
10 Hebel, Greifer
11 zylindrischer Teil
12 Mikroantrieb, Elektroantrieb
13 Taumelschalter
14 Schwenkschalter

Claims

1. Steuerbares chirurgisches Instrument für die minimal invar sive Chirurgie (MIC), das über einen Trokar in ein Instru mentierkanal einführbar ist, bestehend aus:

a) einem Handhabungsteil,
b) einem Einführungsteil und einem sich daran am fernen Ende anschließenden, beweglichem und steuerbaren Teil,
c) der Bewegungsmöglichkeit des Trägersystems um die Achse des Einführungsteils und begrenzter Schwenkung des Ein führungsteiles innerhalb des Trokars, dadurch gekennzeichnet, daß
d) ein Effektor (6) bestimmter Eigenschaft am fernen Ende des beweglichem und steuerbaren Teiles (4) aufsetzbar und abnehmbar ist und ein Effektor (6) bestimmter ande rer Eigenschaft ebenfalls aufsetzbar und abnehmbar ist, wodurch eine Durchführung des gerade benötigten Effek tors (6) samt Antriebseinrichtung entfällt,
e) der aufgesetzte Effektor (6) von parallel zur Achse (5) des Einführungsteils (3) bis über antiparallel dazu aus richtbar ist,
f) der aufgesetzte Effektor (6) um einen beliebigen Winkel vorwärts oder rückwärts definiert drehbar ist.
g) der Antrieb für das biegbare Ende und/oder dem aufge setzten Effektor (6) ein pneumatischer oder ein hydrau lischer oder ein elektrischer oder ein auf Ultraschall wanderwellenbasis beruhender oder ein auf dem piezoelek trischen Effekt beruhender oder ein magnetosstriktiver oder ein den Effekt einer Formgedächtnislegierung (SMA) ausnützender Antrieb ist.
h) die Positionierung und die Betätigung des Effektors ein händig erfolgt.

2. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß in dem Instrument ein Kanal be steht, durch den andere chirurgische Instrumente z. B. eine Glasfaser einführbar ist, über die ein Laserlicht für ope rative Zwecke geführt werden kann.

3. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß in den Kanal eine Bildleitfaser mit einer an ihrem fernen Ende aufgesetzten optischen Ein richtung einführbar ist.

4. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Kanal ein Absaug- oder Spül kanal ist.

5. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß durch den Kanal eine Sensorik führbar ist, mit der am Operationsort Gewebe ertastbar ist oder vor Ort diagnostisiert werden kann.

6. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 5, da durch gekennzeichnet, daß die Sensorik diagnostisch mit Ul traschall oder taktil oder chemisch arbeitet.

7. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgesetzte Effektor (6) eine Schere oder eine Faßzange oder eine Kogulationszange oder ein Nähinstrument oder ein Klammerinstrument oder eine Einrichtung zum Saugen oder Spülen oder ein Kombinationsgerät ist.

8. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß über ein pneumatisches Vielweg ventil am Handhabungsteil und davon abführende Druckluft leitungen der Antrieb für den aufgesetzten Effektor und/oder für das Biegen des biegsamen Endes erfolgt.

9. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß über ein hydraulisches Vielweg ventil am Handhabungsteil und davon abgehenden hydrauli schen Leitungen der Antrieb für den gerade aufgesetzten Ef fektor und/oder für das Biegen des biegsamen Endes erfolgt.

10. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß über elektrische Kleinmotoren (12) am Handhabungsteil und davon angetriebene Zugseile der gerade aufgesetzte Effektor (6) bedient und/oder das biegsame Ende biegbar und/oder der Effektor über ein Rohr oder ein torsionssteifes Seil drehbar ist.

11. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein auf Ultraschall- Wanderwellen-Basis beruhender ist.

12. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß der Antrieb über piezoelektrische Kontraktion bzw. Expansion erfolgt.

13. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß Antrieb über den magnetostrikti ven Effekt der Kontraktion bzw. Ausdehnung erfolgt.

14. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß die biegsame Hülle des biegsamen Teiles aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die in Ruhestellung eine U-förmige Krümmung einnimmt, und ein starres Rohrstück mit geringfügig größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der biegsamen Hülle mehr oder we niger weit über diese schiebbar ist, so daß dadurch unter Ausnützung des superelastischen Effekts der Formgedächtnis legierung die Auslenkung des gerade aufgesetzten Effektors beliebig einstellbar ist.

15. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet, daß einstellbar stromdurchflossene Antriebsseile aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) den gerade aufgesetzten Effektor und das biegsame Teil unter Ausnutzung des dadurch in den Antriebsseilen wirkenden thermischen Effekts betreiben bzw. schwenken.

16. Steuerbares chirurgisches Instrument nach einem der Ansprü che 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführungs teil am nahen Ende zwecks optimaler Bedienbarkeit des Hand habungsteiles individuell biegbar ist.