DE4233323A1 - Tastsinnachahmung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachahmen des Tast­ sinns beim Arbeiten in schwerzugänglichen Bereichen der Chir­ urgie.

In der Minimal Invasiven Chirurgie oder der mit Endoskopen und Kathetern arbeitenden Inneren Medizin, aber auch in vielen Be­ reichen der Technik ist es für den Operateur schwierig, eine Vorstellung über die Beschaffenheit der unmittelbar vor dem Endoskop sichtbaren Gewebeformationen zu bekommen. Ein Ertasten des Operationsgebietes ist schon auf Grund der Kleinheit nicht möglich.

Der vorgelegten Erfindung liegt das Ziel zu Grunde, dem Opera­ teur ein ortsaufgelöstes Ertasten des mit dem Endoskop oder dem Katheter erreichten Gebietes zu ermöglichen und die Tastergeb­ nisse möglichst wirklichkeitsgetreu erlebbar zu machen.

Werden die - aus einer Vielzahl von zu einem Verbund zusammen­ gesetzten Meßzellen bestehende - Tastsonden mit den Rohren des Manipulators an ein Gewebe mit von außen nicht erkennbaren Gewebsunterschieden geschoben, so spüren die einzelnen Meßzel­ len auf Grund der unterschiedlichen Gewebsstrukturen unter­ schiedliche Gegendrücke. Es kann so ein Druck-Orts-Diagramm er­ stellt werden.

Die Meßzellen arbeiten kapazitiv. Sie sind aus einem Schichtsy­ stem, bestehend aus einer elektrisch leitenden elastischen Schicht, einer elastischen dielektrischen Membran auf einem elektrisch leitendem Untergrund aufgebaut. Wird auf dieses Schichtsystem ein Druck ausgeübt, so wird die Membran samt überliegender Metallschicht zusammengedrückt. Die sich dadurch erhöhende Kapazität zwischen den beiden voneinander isoliert angebrachten Metallgebieten wird als Druckänderung interpre­ tiert.

Da die Einzelsensoren in geometrischer Form in einem Verbund auf einer Ebene liegen, kann so ein definiertes Druck-Orts- Diagramm aufgenommen werden.

In die an den proximalen Enden der Rohre liegenden Fingerta­ schen kann der Arzt seine Finger legen. Hier wird ihm das Tast­ ergebnis durch den realen Andruck z. B. mittels kleiner pneuma­ tisch betriebener Kolben direkt auf seine Fingerkuppen über­ tragen. Er bekommt so einen wirklichkeitsgetreuen Sinnesein­ druck des gemessenen Druckprofils.

Eine derartige Tastsinnachahmung ist dem Anmelder noch nicht bekannt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Diese sind

• 1. Gesamtansicht einer Vorrichtung,
• 2. Meßkopf mit 4 kapazitiven Sensoren in Aufsicht und Quer­ schnitt,
• 3. pneumatische Tastdarstellung an einem Finger in Ansicht und Aufschnitt und
• 4. Tastdarstellung an einem Finger mit Formgedächtnismetall.

Fig. 1 zeigt die Gesamtansicht einer Greifvorrichtung mit den Rohren 1, die an ihren distalen Enden 2 die Tastköpfe 3 tragen. Die Meßleitungen sind durch die Rohre an das proximale Ende 5 der Vorrichtung geführt und verlassen diese durch Öffnungen 6. Weiterhin befinden sich an den proximalen Enden die Finger­ taschen 7. Die Meßapparatur 8 wertet die Meßergebnisse aus und überträgt diese z. B. mittels einer Druckluftsteuerung 9 pneu­ matisch über Schläuche 10, durch Öffnungen 11 in die Finger­ taschen. Hier werden Kolben an die Fingerkuppen des Chirurgen gedrückt, um ihm einen möglichst wirklichkeitsgetreuen Sinnes­ eindruck des Tastergebnisses zu vermitteln.

Die Arbeitsweise der Rohre selbst kann in der deutschen Paten­ tanmeldung P 42 27 792 nachgelesen werden.

In Fig. 2 ist ein Meßkopf aus z. B. 4 kapazitiven Drucksonden 12 dargestellt. Auf einem Substrat 13 aus z. B. einem harten Kunststoff befinden sich 4 z. B. aufgedampfte Metallflächen 14 definierter Fläche als Elektroden. Über alle diese ist eine Kunstoffmembran 15 gezogen, die elastisch und mit einer weite­ ren Metallschicht 16 bedampft ist. Der entscheidende Vorteil ist die gemeinsame Membran- und Metallschicht. Da nur die untere Metallschicht strukturiert werden muß, wird hierdurch die Herstellung vereinfacht.

Durch die gemeinsame äußere Metallschicht 16 werden die Senso­ ren 12 gegen äußere elektrische Felder und somit gegen Störun­ gen abgeschirmt. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der gemein­ samen Metallschicht 16 liegt in dem dadurch entstehenden mecha­ nischen und chemischen Schutz der Strukturen 12 und der Membran 15. Dieser chemische Schutz ist gerade für die Sterilisation dieser medizinischen Anwendung von erheblichem Vorteil. Über Meßleitungen 4 wird das Signal abgenommen.

Fig. 3 zeigt die pneumatische Übertragung der Meßergebnisse in einer Fingertasche. Der Finger 17 des Operateurs liegt fest in der Tasche 7. Über Druckluftleitungen 11 werden kleine Kolben 18 an die Fingerkuppe 19 des Operateurs gedrückt und geben ihm so einen realen Sinneseindruck des Tast-Ergebnisses. Der Luft­ druck der die Kolben 18 bewegt, wird dabei analog dem gemesse­ nen Druck der Meßsonden 12 gesteuert.

Fig. 4 zeigt die Druckdarstellung mittels Stellelementen 20 aus Formgedächtnismetall. Das Stellelement 20 ist dabei direkt oder indirekt an Heizelementen 21 und 22, welche z. B. elektri­ sche Widerstände sein können, befestigt. In Fig. 4 befinden sich zwei Heizelemente 21 und 22 neben dem Stellelement 20. In Fig. 4a sind die Heizelemente 21 und 22 ungeheizt und das Stellelement 20 befindet sich in seiner Ausgangslage. In Fig. 4b heizen die Heizelemente 21 und 22 das Stellelement 20 auf, so daß es seine Hochtemperaturform annimmt, sich aus­ streckt und sich so gegen die Fingerkuppe des Operateurs schiebt. Eine hier nicht gezeigte Rückholfeder kann danach die rückwärtige Bewegung des Stellelementes 20 unterstützen.

Weitere Übertragungsarten sind möglich, wie z. B. das Bewegen eines stabförmigen Magneten durch eine elektrische Spule an die Fingerkuppen des Operateurs oder mit Piezoaktoren, wie sie z. B. in der deutschen Offenlegungsschrift DE 39 22 504 dargelegt sind.

Für jedes Sensorelement 12 im Sensorverbund 3 eines Rohres 1 existiert ein Druckübertragungselement im Druckübertragungs­ elementenverbund am Finger des Operateurs.

Es kann aber auch sinnvoll sein, einen Sensorverbund mit z. B. fünf Sensoren derart zu übertragen, daß sich die fünf Druck­ übertragungselemente an je einem Finger des Operateurs befin­ den. Da der Operateur hierdurch noch genauer die ankommenden Signale fühlend unterscheiden kann, sind hierdurch feinere Strukturen zu ertasten.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Nachahmen des Tastsinns beim Arbeiten in schwer zugänglichen Bereichen der Chirurgie, die

• a - den Tastdruck kapazitiv über ein Schichtsystem, bestehend aus einer elektrischen leitenden elastischen Schicht, einer elastischen dielektrischen Membran auf einem elektrisch leiten­ den Untergrund, mißt,
• b - über direkt an den Fingern des Operateurs ansetzende ela­ stische, mit den Meßleitungen versehene, Rohre bedient wird, und
• c - die Meßsignale direkt auf den Finger des Operateurs über­ trägt,
  wobei sich an den distalen Enden der Rohre die Druckmeßköpfe befinden, die jeweils aus einem Verbund von Einzeldrucksensoren zusammengesetzt sind, die alle eine gemeinsame elektrisch lei­ tende Elektrode und/oder dielektrische elastische Membran auf­ weisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich an den proximalen Enden der Rohre Fingertaschen befinden, in denen die Finger fest einliegen und in denen pneumatisch oder hydraulisch be­ triebene Kolben den durch die Sensoren gemessenen Tastdruck auf die Fingerkuppen übertragen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der sich die benötigte Steuereinheit auf die Hand oder dem Armrücken des behandelnden Arztes schnallen läßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich an den proximalen Enden der Rohre Fingerausbuchtungen befinden, in denen die Finger fest einliegen und Stellelemente aus Formgedächtnismetall den durch die Sensoren gemessenen Tastdruck auf die Fingerkup­ pen übertragen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich an den proximalen Enden der Rohre Fingerausbuchtungen befinden, in denen die Finger fest einliegen und Piezoaktuatoren den durch die Sen­ soren gemessenen Tastdruck auf die Fingerkuppen übertragen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich an den proximalen Enden der Rohre Fingerausbuchtungen befinden, in denen die Finger fest einliegen und elektrisch bewegte Magnete den durch die Sensoren gemessenen Tastdruck auf die Fingerkuppen übertra­ gen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, bei dem der Tastdruck je eines Sensors eines Meßkopfes auf je einen Finger übertragen wird.