DE60026083T2 - Chirurgische Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine chirurgische Betätigungsvorrichtung zur Fernübertragung einer Betätigung eines Master-Manipulators, den ein Chirurg betätigt, an einen Unter-Manipulator, so dass damit ein chirurgischer Vorgang durchgeführt wird.
• In einem Master/Slave-System wird die Betätigung eines Master-Manipulators, den ein Chirurg unter Beobachtung eines Endoskopbildes einer erkrankten Stelle betätigt, mittels eines Computers erkannt, um eine Position des Master-Manipulators zu berechnen. Dieses erkannte Signal wird über ein optisches Faserkabel und einen Slave-Manipulator-Steuercomputer an einen Slave-Manipulator übertragen, um einen chirurgischen Vorgang durchzuführen.
• Beispiele dieses Master/Slave-Systems sind in der US-A-5,792,135, der 5,797,900 und der 5,807,377 beschrieben. Diese Beschreibungen zeigen einen Slave-Manipulator, bei dem ein Stützteil drehbeweglich am Spitzenende eines Einführabschnittes zur Einführung in einen Hohlraum über einen Schwenkabschnitt angeordnet ist und ein Greifteil zum Ergreifen eines Gewebes oder eines Behandlungsinstruments ist schwenkbeweglich an diesem Tragteil angeordnet.
• Am proximalen Ende des Einführabschnittes ist ein Antriebsabschnitt angeordnet und eine Mehrzahl von Motoren ist in diesem Antriebsabschnitt enthalten. Diese Motoren sind an dem Tragteil am Spitzenende des Einführabschnittes und an einem Treibrad des Griffteils über einen Draht angehängt, der an dem Treibrad eingehängt ist. Zusätzlich wird die Drehkraft des Motors über eine Mehrzahl von Drähten übertragen, die an dem Treibrad eingehängt sind, um das Tragteil am Spitzenende des Einführabschnittes zu drehen und um das Greifteil zum Öffnen anzutreiben.
• Der oben erwähnte herkömmliche Manipulator überträgt jedoch die Drehkraft des in dem Antriebsabschnitt enthaltenen Motors über eine Mehrzahl von Drähten, die an dem Treibrad eingehängt sind, um das Tragteil und das Griffteil an dem Spitzenende anzutreiben.
• Das heißt, eine Mehrzahl von Drähten ist in den Einführabschnitt eingeführt und diese Drähte werden mittels der Drehkraft des Motors geschoben oder gezogen. Daher gibt es das Problem, dass ein Raum, der zum zurückziehbaren Einsetzen von Drähten in den Einführabschnitt notwendig ist und der Durchmesser des Einführabschnittes anwächst. Da sich zusätzlich Drähte längen, wenn eine Zugkraft aufgebracht wird, können, selbst wenn der Motor drehbar angetrieben wird, das Tragteil und das Griffteil nicht richtig arbeiten. Weiterhin ist es schwierig, das Tragteil und das Griffteil zu veranlassen, sich zuverlässig einem Zielort zu nähern und ihre feine Betätigung ist auch schwierig.
• Die US-A-5,350,391, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, zeigt ein laparoskopisches chirurgisches Instrument oder eine entsprechende Vorrichtung, bei dem oder der ein chirurgisches Instrument (eine Schere) am distalen Ende eines Einführabschnittes von der proximalen Seite her mittels eines flexiblen Kabels und eines Stabs manipuliert und betätigt werden kann, welche beide durch den Einführabschnitt verlaufen und von einer proximalen Antriebsvorrichtung vor- und zurückbewegt werden. Anstelle des Stabs kann ein weiteres Kabel verwendet werden, so dass die Manipulation und Betätigung mittels eines Paars von Kabeln stattfindet. Die oben genannten Probleme, insbesondere das Problem, dass die Kabel unter Zugkraft dazu neigen, sich zu verlängern, treffen somit auch bei der chirurgischen Vorrichtung gemäß der US-A-5,350,391 zu.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine chirurgische Betätigungsvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, die Annäherungseigenschaften an einen Behandlungsort in einem Hohlraum zu verbessern und den Freiheitsgrad bei der Behandlung zu verbessern.
• Die obige Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch eine chirurgische Betätigungsvorrichtung mit einem Einführabschnitt zur Einführung in einen Körper; einem ersten Verbindungsteil, welches um einen ersten Schwenkpunkt dreht, der an einem Spitzenende des Einführabschnittes angeordnet ist; einem zweiten Schwenkpunkt, der an dem ersten Verbindungsteil in einer Richtung senkrecht zum ersten Schwenkpunkt angeordnet ist; einem Spitzenendteil, welches sich von einem Spitzenende des Verbindungsteils aus erstreckt und um den zweiten Schwenkpunkt dreht; und einer Antriebsvorrichtung, die an einem proximalen Ende des Einführabschnittes angeordnet ist. Diese chirurgische Betätigungsvorrichtung ist weiterhin gekennzeichnet durch ein zweites Verbindungsteil, welches mit dem Spitzenendteil verbunden ist; und erste und zweite Antriebsstäbe, die mit dem zweiten Verbindungsteil verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Antriebsstäbe von der Antriebsvorrichtung für eine Vor- und Zurückbewegung entlang des Einführabschnittes angetrieben werden, wobei, wenn einer der ersten und zweiten Antriebsstäbe zu einem Spitzenende vorbewegt wird, und der andere zu einem proximalen Ende zurückbewegt wird, das Spitzenendteil um den ersten Schwenkpunkt dreht und wenn die ersten und zweiten Antriebsstäbe gleichzeitig vor- oder zurückbewegt werden, das Spitzenendteil um den zweiten Schwenkpunkt dreht.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Spitzenendteil vertikal zu kippen und es auch unter Ver wendung der ersten und zweiten Antriebsstäbe alleine horizontal hin- und herzubewegen; keine flexiblen Kabel sind notwendig und somit wird eine chirurgische Betätigungsvorrichtung geschaffen, welche präzise und zuverlässige Annäherungseigenschaften an einen Behandlungsort in einem Hohlraum mit einem verbesserten Freiheitsgrad bei der Behandlung hat.
• Die Erfindung lässt sich besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit der beigefügten Zeichnung verstehen, in der:
• 1 eine schematische Ansicht ist, die einen Aufbau eines Master/Slave-Systems zeigt;
• 2 eine Seitenansicht ist, die einen teilweise geschnittenen Abschnitt eines wesentlichen Teils eines Slave-Manipulators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält;
• 3 eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils 9 in 2 ist; und
• 4 eine Ansicht aus Richtung des Pfeils 10 in 2 ist.
• Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
• Bezugnehmend auf das Master/Slave-System von 1, so bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Paar von linken und rechten Manipulatoren und Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Monitor, auf welchem ein endoskopisches Bild erhalten wird. Ein Paar von Master-Manipulatoren 1 ist so ausgelegt, dass ein Chirurg die Manipulatoren mit beiden Hän den unter Beobachtung des Monitors 2 betätigen kann. Wenn dieser Master-Manipulator 1 in X-, Y- und Z-Richtungen bewegt wird, werden seine Positionsdaten in einen Positionsdetektor 3 eingegeben. Ein Master-Manipulator-Steuerfußschalter 4 ist mit diesem Positionsdetektor 3 verbunden.
• Der Positionsdetektor 3 ist mit einem Master-Manipulator-Positionsberechnungscomputer 6 über eine Signalleitung 5 verbunden und der Master-Manipulator-Positionsberechnungscomputer 6 ist mit einem Slave-Manipulator-Steuercomputer 8 durch ein optisches Faserkabel 7 verbunden, der entfernt von dem Master-Manipulator 1 aufgebaut ist. Weiterhin ist der einem Slave-Manipulator-Steuercomputer 8 über eine Signalleitung 9 mit einer Motoreinheit 10 verbunden.
• Innerhalb der Motoreinheit 10 sind bei der vorliegenden Ausführungsform 14 Servoeinheiten 11 angeordnet. Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Paar von Slave-Manipulatoren, welche eine chirurgische Betätigungsvorrichtung entsprechend den Master-Manipulatoren 1 bilden. Das Paar von Slave-Manipulatoren 12 hat den gleichen Aufbau wie der Master-Manipulator. Jeder Manipulator besteht aus: einem Einführabschnitt 13; einem Behandlungsabschnitt 14 am Spitzenende dieses Einführabschnitts 13; und einem Slave-Antriebsabschnitt 14 an dem proximalen Ende des Einführabschnitts 13, wobei der Slave-Antriebsabschnitt 15 zum Antreiben des Behandlungsabschnitts 14 dient und wobei sieben Servomotoren 16 in jedem Slave-Antriebsabschnitt 15 angeordnet sind.
• Der Einführabschnitt 13 des Paars von Slave-Manipulatoren 12 wird in den Hohlraum eines Patienten zusammen mit einem Endoskop (nicht gezeigt) eingeführt und ein Chirurg betätigt den Master-Manipulator 1 mit seinen bei den Händen, während er das endoskopische Bild auf dem Monitor 2 beobachtet, so dass die Slave-Manipulatoren 12 gemäß der Betätigung angetrieben werden, so dass ein chirurgischer Vorgang durchgeführt werden kann.
• Nachfolgend wird ein Slave-Manipulator 12 unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben.
• Die 2 bis 4 zeigen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, ist bei einem Slave-Manipulator 12 der vorliegenden Ausführungsform der Einführabschnitt 13 aufgebaut aus einer langgestreckten Metallröhre mit geringem Durchmesser. Ein erster Antriebsstab 121 und ein zweiter Antriebsstab 122, welche aus Metallstäben mit geringem Durchmesser gefertigt sind, sind in diese Röhre parallel zueinander eingesetzt. Die ersten und zweiten Antriebsstäbe 121 und 122 sind symmetrisch an beiden Seiten exzentrisch etwas unterhalb der axialen Mitte des Einführabschnittes 13 angeordnet und sind unabhängig voneinander in Axialrichtung zurückziehbar.
• Am Spitzenende des Einführabschnittes 13 ist ein steifer Vorsprung 123 angeordnet, wobei dieser Vorsprung an der Oberseite des Einführabschnittes 13 durch Ausschneiden dessen unterer Seite vorsteht. Ein Tragabschnitt 124 ist einstückig am Spitzenende dieses Vorsprungs 123 ausgebildet. Ein erster Schwenkzapfen 125, der in Vertikalrichtung durchtritt, ist in dem Tragabschnitt 124 befestigt. Das proximale Ende eines ersten Verbindungsteils 126 ist drehbar an den beiden Enden dieses ersten Schwenkzapfens 125 gelagert. Das heißt, eine Einschlitzung 126a ist am proximalen Ende des ersten Verbindungsteils 126 ausgebildet. Der Tragabschnitt 124 ist an dieser Einschlitzung 126a mittels des ersten Verbin dungsteils 126 verbunden, wobei der Tragabschnitt in Vertikalrichtung dazwischen eingeschlossen ist.
• Das erste Verbindungsteil 126 ist in Längsrichtung kurz ausgebildet. Ein Vorsprung 126b ist einstückig an einem mittleren Teil in Querrichtung an dem Spitzenende ausgebildet und der mittlere Teil eines zweiten Schwenkzapfens 127, der in Querrichtung durchläuft, ist in diesem Vorsprung 126b angeordnet. Auf diese Weise ist der zweite Schwenkzapfen 127 näher am Spitzenende als der Schwenkzapfen 125 und im Nahbereich des ersten Schwenkzapfens angeordnet. An diesem zweiten Schwenkzapfen 127 ist das proximale Ende eines Spitzenenden-Wirkteils 128 drehbar in Vertikalrichtung gelagert. Das Spitzenenden-Wirkteil 128 ist ein metallisches stabförmiges Bauteil. Eine Einschlitzung 128a ist am proximalen Ende dieses Teils ausgebildet. An dieser Einschlitzung 128a ist der Vorsprung 126b befestigt, wobei der Vorsprung 126b zwischen den Spitzenenden-Wirkteilen 128 in Querrichtung eingeschlossen ist. Damit ist das Spitzenenden-Wirkteil 128 in Querrichtung mit dem ersten Schwenkzapfen 125 als Schwenkpunkt drehbar und ist in Vertikalrichtung mit dem zweiten Schwenkzapfen 127 als Schwenkpunkt drehbar.
• Weiterhin ist ein Ende eines zweiten Verbindungsteils 130 im Wesentlichen mittig in Längsrichtung des Spitzenenden-Wirkteils 128 gesehen über einen ersten Verbindungszapfen 129 verbunden. Das heißt, eine Einschlitzung 128b ist auch an dem Zwischenteil des Spitzenenden-Wirkteils 128 vorgesehen. Das Spitzenende des zweiten Verbindungsteils 130 ist mit dieser Einschlitzung 128 mittels eines ersten Verbindungszapfens 129 verbunden, wobei dieses Spitzenende eingesetzt ist.
• Ein breiter Abschnitt 130a, der sich in Querrichtung erstreckt, ist an dem proximalen Ende des zweiten Verbin dungsteils 130 angeordnet. Ein zweiter Verbindungszapfen 131 und ein dritter Verbindungszapfen 132 sind an beiden Enden an den rechten und linken Seiten dieses breiten Abschnittes 130a angeordnet. Der erste Antriebsstab 121 ist mit dem zweiten Verbindungszapfen 131 verbunden und ein zweiter Antriebsstab 122 ist mit einem dritten Verbindungszapfen 132 verbunden.
• Wenn bei dem so aufgebauten Slave-Manipulator 12 der erste Antriebsstab 121 zurückgezogen wird und der zweite Antriebsstab 122 vorbewegt wird, dreht sich das Spitzenenden-Wirkteil 128 entgegen Uhrzeigerrichtung (in Richtung des Pfeils "a"), wobei der Schwenkzapfen 125 ein Schwenkpunkt ist. Wenn der erste Antriebsstab 121 vorbewegt wird und der zweite Antriebsstab 122 zurückbewegt wird, dreht sich das Spitzenenden-Wirkteil 128 in Uhrzeigerrichtung (Richtung des Pfeils "b"), wobei der erste der Schwenkzapfen 125 ein Schwenkpunkt ist. Wenn weiterhin die ersten und zweiten Antriebsstäbe 121 und 122 gleichzeitig vor- und zurückbewegt werden, dreht sich das Spitzenenden-Wirkteil 128 in Vertikalrichtung (Richtung des Pfeils "c"), wobei der zweite Schwenkzapfen 127 der Schwenkpunkt ist.
• Daher kann das Spitzenenden-Wirkteil 128 problemlos an einen Zielort heranbewegt werden. Weiterhin wird das Spitzenenden-Wirkteil 128 in Querrichtung gedreht oder in Vertikalrichtung gedreht, so dass ein Gewebe eingedrückt oder freigegeben werden kann. Zusätzlich wird ein Hochfrequenzstrom dem Spitzenenden-Wirkteil 128 zugeführt, was es möglich macht, das Bauteil als Hochfrequenzmesser zum Koagulieren oder Abtrennen von Gewebe zu verwenden. Weiterhin kann ein Paar von Spitzenenden-Wirkteilen 128 öffenbar ausgebildet werden, so dass eine Behandlung derart durchgeführt werden kann, dass Gewebe ergriffen wird oder eine Nadel ergriffen wird, so dass ein befallener Ort genäht werden kann.
• Obgleich die Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der ersten und zweiten Antriebsstäbe 121 und 122 durch Umwandlung einer Drehbewegung des Servomotors 16 in dem Slave-Antriebsabschnitt 15 in eine Linearbewegung mittels eines Drahtes erfolgt, der sich im Inneren des Slave-Antriebsabschnittes 15 befindet, sowie mittels einer Antriebsscheibe, an der der Draht eingehängt ist (nicht gezeigt), seien die Vorrichtungen zum Vorwärts- und Zurückbewegen der ersten und zweiten Antriebsstäbe 121 und 122 nicht hierauf beschränkt.
• Wie oben beschrieben, werden gemäß der vorliegenden Erfindung die ersten und zweiten Antriebsstäbe betätigt, um vor- und zurückbewegt zu werden, so dass die Annäherungseigenschaften an einen Zielort verbessert werden und der Freiheitsgrad bei der Behandlung verbessert werden kann.
• Weiterhin wird das Spitzenenden-Wirkteil durch Betätigung der ersten und zweiten Antriebsstäbe angetrieben, welche vor- und zurückbewegt werden, so dass eine doppelt so hohe Kraft wie gewöhnlich erhalten werden kann und ein Betätigungsfehler auf Grund einer Drahtlängung oder dergleichen tritt nicht auf. Es ergibt sich der vorteilhafte Effekt, dass, selbst wenn eine externe Kraft auf das Spitzenenden-Wirkteil einwirkt, sich das Bauteil nicht bewegt und eine zuverlässige Behandlung durchgeführt werden kann.

Claims (8)

1. Eine chirurgische Betätigungsvorrichtung, mit: einem Einführabschnitt (13) zur Einführung in einen Körper; einem ersten Verbindungsteil (126), welches um einen ersten Schwenkpunkt (125) dreht, der an einem Spitzenende des Einführabschnittes (13) angeordnet ist; einem zweiten Schwenkpunkt (127), der an dem ersten Verbindungsteil (126) in einer Richtung senkrecht zum ersten Schwenkpunkt (125) angeordnet ist; einem Spitzenendteil (128), welches sich von einem Spitzenende des Verbindungsteiles (126) aus erstreckt und um den zweiten Schwenkpunkt dreht; und einer Antriebsvorrichtung (15), die an einem proximalen Ende des Einführabschnittes (13) angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein zweites Verbindungsteil (130), das mit dem Spitzenendteil (128) verbunden ist; und erste und zweite Antriebsstäbe (121, 122), die mit dem zweiten Verbindungsteil (130) verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Antriebsstäbe (121, 122) von der Antriebsvorrichtung (15) für eine Vor- und Zurückbewegung entlang des Einführabschnittes (13) angetrieben werden, wobei, wenn einer der ersten und zweiten Antriebsstäbe (121, 122) zu einem Spitzenende vorbewegt wird und der andere zu einem proximalen Ende zurückbewegt wird, das Spitzenendteil (128) um den ersten Schwenkpunkt (125) dreht und wenn die ersten und zweiten Antriebsstäbe (121, 122) gleichzeitig vor- oder zurückbewegt werden, das Spitzenendteil (128) um den zweiten Schwenkpunkt (127) dreht.
2. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin aufweist: einen ersten Verbindungsabschnitt (129), der näher an dem Spitzenende als der zweite Schwenkpunkt (127) und an einem Zwischenteil des Spitzenendteils (128) angeordnet ist, wobei das zweite Verbindungsteil (130) mit dem ersten Verbindungsabschnitt (129) verbunden ist und sich hiervon in Richtung eines proximalen Endes erstreckt; zweite und dritte Verbindungsabschnitte (131, 132), die an einem proximalen Ende des zweiten Verbindungsteils (130) angeordnet sind, wobei die zweiten und dritten Verbindungsabschnitte (131, 132) Seite an Seite in einer Richtung senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des zweiten Verbindungsteils (130) angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Antriebsstäbe (121, 122) jeweils mit den zweiten und dritten Verbindungsabschnitten (131, 132) verbunden sind.
3. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwenkpunkt (127) näher an einem Spitzenende als der erste Schwenkpunkt (125) und im Nahbereich des ersten Schwenkpunktes (125) angeordnet ist.
4. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Verbindungsabschnitt (129) näher an dem Spitzenende als der erste Schwenkpunkt (125) angeordnet ist.
5. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzenendteil (128) eine Einschlitzung (128a) an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem zweiten Schwenkpunkt (127) und dem ersten Verbindungsteil (126) hat.
6. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Antriebsstäbe (121, 122) symmetrisch zu beiden Seiten einer achsialen Mitte des Einführabschnittes (13) angeordnet sind.
7. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die chirurgische Betätigungsvorrichtung ein Slave-Manipulator zum Betrieb abhängig von einer Betätigung eines Master-Manipulators ist.
8. Die chirurgische Betätigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spitzenendteil (128) als ein Hochfrequenzmesser zum Koagulieren oder Schneiden eines Gewebes eines lebenden Körpers ausgebildet ist.