DE4420284A1 - Manipulator für kleine Lumen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulator zum Greifen in unzugänglichen Räumen, wie z. B. im Inneren des Menschen, dessen distale Finger einzeln mittels Drähten vom proximalen Ende aus bewegt werden können.

In der Minimal-Invasiven-Chirurgie, der Interventionellen-Radiologie und in vielen Bereichen der heutigen Technik ist es wichtig, in den unzugänglichen Räumen finger­ gerecht greifen und hantieren zu können. Bisherige Lösungsansätze hierzu sind:
DE 42 23 792
DE 43 06 786.

In DE 42 23 792 ist ein Manipulator vorgestellt, dessen distaler Handteil sich jedoch nicht auslenken läßt, die Einsatzfähigkeit ist daher reduziert.

In DE 43 06 786 ist ein Manipulator vorgestellt, der sich jedoch nur bedingt auf die Querschnitte der Lumen heutiger Katheter oder kleiner Trokarhülsen reduzieren läßt.

Ziel der hier vorgelegten Erfindung ist es, ein Manipulatorprinzip zu entwickeln, welches eine vielseitige Bewegungsmöglichkeit des distalen Handteils ermöglicht und sich auf kleine Querschnitte reduzieren läßt.

Anhand der folgenden Figuren soll das Manipulatorprinzip erläutert werden:

Fig. 1 Ansicht des Manipulators, gerade,

Fig. 2 Ansicht des Manipulators, gekrümmt,

Fig. 3 Längsschnitt durch eine distale Hand
a. eingezogener Finger und
b. gespreizter, ausgeschobener Finger,

Fig. 4 Längsschnitt durch eine distale Hand
a. gerader, ausgestreckter Finger und
b. abgespreizter Finger,

Fig. 5 proximales Bedienelement
a. im Längsschnitt
b. im Querschnitt durch AA′ von Fig. 5a,

Fig. 6 Querschnitt durch den krümmbaren Teil des Transferelementes und

Fig. 7 Längsschnitt durch die kegelförmige Spiralfeder.

Fig. 8 Längsschnitt durch ein Bedienelement
a. mit Gummiüberzug
b. mit Bohrung

Fig. 1 zeigt den Manipulator im ungekrümmten Grundzustand. Der Manipulator besteht aus dem proximalen Ende 1, mit dem proximalen Steuerteil, dem distalen Aktionsteil, dem Transferelement 2, welches einen krümmbaren Abschnitt 3 auf­ weist, und dem distalen Ende 4. Der Operateur bedient den Manipulator mit seinen zwei Händen. Die eine Hand des Operateurs greift die kegelförmige Spiralfeder 5, mit der der krümmbare Teil 3 des Transferelementes 2 und somit auch der distale Handteil 6 aus seiner geraden Lage, Fig. 1, gekrümmt werden kann, Fig. 2. Die zweite Hand des Operateurs greift den proximal gelegenen Steuerteil 7, um die distal gelegenen Finger 8 zu bedienen. Das Transferteil 2 wird durch eine Trokarhül­ se, ein Endoskop- bzw. Katheterlumen oder durch eine andere, das unbekannte Operationsgebiet erreichende Öffnung geführt.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Bauweise der distal gelegenen Hand 6. Aus dem Trans­ ferelement 2 kommender Draht 9 oder kommendes Feinseil 9 ist mit einem distalen Finger 8 verbunden 10. Wird der Finger 8 mit Hilfe des Drahtes 9 vorgeschoben, Fig. 3b, so spreizt dieser Finger 8 aufgrund seiner Führung 11 radial auf. Ein Bolzen 12 definiert den exakten Gang des Fingers 8. Mittels eines zweiten Fingers 8′, der als Opponent angebracht ist, kann ein Gegenstand nach dem Aufspreizen durch Zurück­ ziehen der Finger 8 und 8′ gegriffen werden.

Fig. 4 zeigt eine zweite mögliche Bauart der distalen Hand 6. Ein Draht oder Blech ist als Finger 8 mit dem vordersten Ende der distalen Hand 6 fest verbunden 13. Ein Draht 9, der vom proximalen Ende aus vor und zurück geschoben werden kann, ist mit seinem Ende mit dem Finger 8 fest verbunden 14. Wird dieser Draht 9 zum distalen Ende hin vorgeschoben, so weicht der Finger 8 aufgrund seiner Elastizität dem Druck aus und spreizt somit auf. Anstelle der festen Verbindung 13 könnte sich hier auch ein Gelenk befinden.

Fig. 5a zeigt einen Längsschnitt durch den proximal gelegenen Bedienteil 7 der distalen Finger. Ein vom distalen Manipulatorteil 4 kommender Draht 9 wird auf ein Rollensegment 15 geführt. Dieses Rollensegment 15 ist mittels eines Hebels 16 um eine Achse 17 drehbar. Die Finger des Operateurs werden dabei auf die Fingeraufla­ geflächen 18 gelegt. Je nach Bewegung, Pfeile, des Rollensegmentes 15 wird daher der Draht 9 zum distalen Ende vor oder zum proximalen Ende zurück bewegt.

Fig. 5b zeigt einen Querschnitt entlang der Achse AA′ der Fig. 5a. Es ist dargestellt, wie die einzelnen Rollensegmente 15, 19 und 20 eines dreifingrigen Manipulators nebeneinander angebracht sind. Dabei greifen zwei Finger (Zeige- und Mittelfinger) gegen einen Opponenten (Daumen). Die Rollen können aus einem gut gleitfähigem Material, z. B. PVDF, gefertigt sein.

Die Drähte 9 zur Ablenkung der Finger 8 werden im Transferelement 2 so geführt, daß sie beim Vorschub nicht seitlich ausscheren können. In Fig. 6 ist dies anhand eines Querschnittes durch den krümmbaren Teil 3 des Transferelementes darge­ stellt. Hier verlaufen die Drähte für einen dreifingrigen Manipulator in nur einem Lumen 21, das so bemessen ist, daß die Drähte gerade genug Platz haben, um mit geringer Reibung geschoben zu werden. Es ist aber auch ein Schlauch mit je einem Lumen pro Draht denkbar.

Die Ablenkung der distalen Hand 6 erfolgt ebenfalls über Drähte bzw. Feinseile 22. Diese Drähte 22 sind mit der distalen Hand 6 fest verbunden, Fig. 3. Die Drähte werden räumlich getrennt durch das Transferelement 3 geführt, Fig. 6, und sind mit ihrem anderen Ende mit der Basis des proximal gelegenem Spiralfederkegels 5 fest verbunden 23, Fig. 7. Diese Drähte verlaufen entweder entlang der äußeren Seite der Spiralfeder 5 unterhalb eines Gummiüberzuges 24, Fig. 7a, oder durch eine durch die Spiralfeder 5 verlaufende Bohrung 25. Wird die kegelförmige Spiralfeder 5 an einer Seite gedehnt, Fig. 1a, so wird der dort befindliche Draht 22 gezogen und das krümmbare Teilstück 3 des Transferelementes 2 gebogen. Die distale Hand 6 kann somit in eine definierte Richtung gelenkt werden. Mindestens ist der krümm­ bare Teil des Transferelementes aus einem flexiblen mehrlumigen Schlauch erstellt.

Alle Drähte 9 oder 22 können im Transferelement 2 als Bowdenzüge - Sele und Hülle - geführt sein. Die distale Hand 6 kann sich wie beim Menschen öffnen, in der Form, daß zwei Finger gegen einen Opponenten arbeiten. Die Finger 8 können auch aus einem gemeinsamen Mittelpunkt heraus öffnen.

Eine andere Art ein Bedienelement herzustellen, ist in Fig. 8 dargestellt. Der Operateur legt seinen Finger auf den Stößel 28. Über Kniehebel 27 wird sein Fingergelenk in eine Zugbewegung der Drähte 9 umgelenkt. Die Druckfeder 29 drückt die Drähte zurück. Der Operateur kann seine Finger auch in Fingereinlagen 30 legen und die Drähte zurückdrücken.

Bezugszeichenliste

1 proximal gelegenes Ende
2 Transferelement, in dem die Züge verlaufen
3 krümmbarer Abschnitt des Transferelementes
4 distal gelegenes Ende
5 kegelförmige Spiralfeder, zum Krümmen des Tranferelementes
6 distales Handteil
7 proximal gelegenes Steuerteil zum Bedienen der distalen Finger
8 distal gelegener Finger
9 Draht zum Auslenken der distalen Finger
10 feste Verbindung zwischen Draht 9 und Finger 8
11 Führung im distalen Handteil
12 Bolzen, definiert den Bewegungsverlauf des Fingers
13 Verbindung zwischen Finger 8 und distalem Handteil 6
14 feste Verbindung zwischen Draht 9 und Finger 8
15 Rollensegment
16 Hebel zur Drehung des Rollensegmentes 15
17 Achse um die sich das Rollensegment dreht
18 Fingerauflagefläche des Hebels 16
19 Rollensegment
20 Rollensegment
21 Lumen des Transferelementes
22 Draht bzw. Feinseil zur Auslenkung der distalen Hand
23 feste Verbindung zwischen Spiralfederkegel 5 und Draht 22
24 äußere Gummihaut zum halten des Drahtes 22
25 Bohrung in der Spiralfeder 5
26 feste Verbindung zwischen Draht und distaler Hand
27 Kniehebel
28 Stößel
29 Spiraldruckfeder
30 Fingerlinge

Claims (10)

1. Manipulator zum Greifen in unzugänglichen Räumen, wie z. B. dem Inneren des Menschen, dessen distale Finger einzeln mittels Drähten (9) vom proximalen Ende (1) aus bewegt werden können, mit einem die Drähte (9, 22) enthaltenen Transferelement (2), welches in mindestens einem Bereich (3) als ein mehrlumiger Schlauch ausgeführt ist, der ein Biegen des Transferelementes (2) erlaubt, in dessen Lumen (21) die Drähte (9, 22) geführt und mit wenig Spiel verlaufen.

2. Manipulator nach Anspruch 1, in dem mindestens zwei Drähte (22) am distalen Handteil (6) angebracht sind, so daß sie den distalen Handteil (6) aus seiner neutralen Lage biegen können.

3. Manipulator nach Anspruch 1 und 2, bei dem die den distalen Handteil (6) ablenkenden Drähte (22) am proximalen Bedienteil (7) über eine kegelförmige Spiralfeder (5) geführt und durch Verbiegen der Spiralfeder (5) gezogen werden.

4. Manipulator nach Anspruch 1, bei dem die distalen Finger (8) aufspreizen, wenn diese aus dem Handteil (6) herausgeschoben werden.

5. Manipulator nach Anspruch 1, bei dem die distalen Finger (8) in radialer Richtung beweglich am distalen Handteil (6) befestigt sind und aufspreizen, wenn die Drähte (9) in distale Richtung geschoben werden und in ihre neutrale Stellung zurückbiegen, wenn die Drähte (9) eingezogen werden.

6. Manipulator nach Anspruch 4 und 5, bei dem die Drähte (9) oder die distalen Finger (8) keinen kreisförmigen Querschnitt haben.

7. Manipulator nach Anspruch 1 bis 6, dessen proximales Bedienelement (7) Rollen oder Rollensegmente (15) aufweist, auf die die Drähte (9) gezogen bzw. von denen die Drähte (9) abgerollt werden.

8. Manipulator nach Anspruch 7, an dessen Rollen Auflageelemente (18) angebracht sind, an oder in die die Finger des Operateurs gelegt werden können, um die Rollen (15) zu drehen.

9. Manipulator nach Anspruch 1-6, dessen proximales Bedienelement (7) Kniehebel (27), Stößel (28) zur Auflage der Finger des Operators und Spiraldruckfedern aufweist und die Fingerbewegung über diese Kniehebel (27) in eine Zug- oder Schubbewegung der Drähte umgewandelt wird.

10. Manipulator nach Anspruch 1-6, dessen proximales Bedienelement (7) Kniehebel (27), Stößel (28) und Fingereinla­ gen (30) aufweist und die Fingerbewegung über die Kniehebel (27) in eine Zug- oder Schubbewegung der Drähte umgewandelt wird.