DE60307257T2

DE60307257T2 - Manipulator für ein instrument zur minimalinvasiven chirurgie und instrument dafür

Info

Publication number: DE60307257T2
Application number: DE60307257T
Authority: DE
Inventors: Emanuel Joris JASPERS
Original assignee: Academisch Medisch Centrum
Current assignee: Academisch Medisch Centrum
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: EP1496811A2; NL1020396C2; DE60307257D1; ATE334631T1; WO2003086219A2; WO2003086219A3; US20120041478A1; JP4300472B2; US8992564B2; AU2003212707A1; JP2005522262A; EP1496811B1; CA2482160A1; US20050119641A1; CA2482160C

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulator für ein Instrument für minimal invasive Chirurgie, ausgestattet mit einem ersten beweglichen Schlitten, wobei das Instrument auf den ersten Schlitten montiert werden kann, wobei der erste Schlitten auf einem ersten Arm eines Parallelolgrammaufbaus positioniert ist, um dem Instrument einen virtuellen Schwenkpunkt in der Ebene bereitzustellen, in der das Instrument während des Gebrauchs den Körper eines Patienten schneidet.
Ein Manipulator des im Oberbegriff erwähnten Typs ist aus der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 00/30557 bekannt.
Bei dem bekannten Manipulator wird das Instrument von einem Motor angetrieben. Ein solcher Manipulator ist teuer, benötigt das erforderliche Training im Gebrauch und hat den zusätzlichen Nachteil, dass der Chirurg, der den Manipulator verwendet, kein Kraftfeedback von dem Widerstand wahrnimmt, auf den das Instrument während einer chirurgischen Operation stößt. Zusätzlich empfindet der Chirurg oft eine Verzögerung zwischen der Bewegung seiner Hand und der des Instruments.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Manipulator bereitzustellen, der einfach, kostengünstiger, kleiner, leichter ist und es dem Chirurgen erlaubt, den Manipulator mit unverzögertem Kraftfeedback zu verwenden und es ihm ermöglicht, beim Operieren eine natürliche Haltung einzunehmen, die dem Positionieren des Instruments in diesem Augenblick entspricht.
Dazu ist der Manipulator der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das proximale Ende des Manipulators mit einem Griff zum Bedienen des Instruments ausgestattet ist, wobei der Griff auf einem zweiten Arm des Parallelogrammaufbaus gegenüber dem ersten Arm angeordnet ist oder zu ihm gehört, so dass sich eine Körperachse des Griffs immer parallel zu dem Instrument erstreckt.
Der erfindungsgemäße Manipulator weist den Vorteil auf, dass es keine Motorantriebe gibt, und dass es hinsichtlich des Positionierens eine Eins-zu- Eins-Kopplung zwischen dem Griff des Manipulators und dem mit dem Manipulator bedienten Instrument gibt. Das ist ein unschätzbarer Vorteil für den Chirurgen, der den Manipulator verwendet und insbesondere die Operationsleichtigkeit und Anwendbarkeit des Manipulators für chirurgische Einsätze unterstützt.
Dazu ist es ferner vorteilhaft, dass der Griff auf einem zweiten beweglichen Schlitten positioniert ist, der mit dem ersten Schlitten gekoppelt ist, so dass der erste Schlitten beim Bewegen des zweiten Schlittens eine entsprechende Bewegung in die Längsrichtung des Instruments ausführt.
Ferner ist es erstrebenswert, dass das Instrument von dem ersten Schlitten abgenommen werden kann. Das bietet die Möglichkeit, das Instrument leicht an die Aktionen anzupassen, die während der chirurgischen Operation ausgeführt werden, während erforderliche Sterilisationsvorgänge auf dieses Instrument beschränkt werden können.
In diesem Zusammenhang kann der erfindungsgemäße Manipulator so ausgeführt werden, dass ein erster Schlitten mit Kopplern versehen wird, die konzipiert sind, um mit den Steuerorganen des Instruments zusammenzuarbeiten, wobei die Koppler mit dem Griff über dazwischen eingefügte Zugdrähte gekoppelt sind. Das Anwenden von Zugdrähten ist sowohl hinsichtlich des Einschränkens des Gewichts des Manipulators, der während des Gebrauchs bewegt werden muss, als auch zum Einschränken der Reibung und Vermeiden eines eventuellen Spiels günstig.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Manipulator dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument mit dem Griff gekoppelt ist, so dass es möglich ist, eine Drehung im Gleichklang (ohne Verzögerung) um die jeweiligen Körperachsen auszuführen.
Das Montieren des Manipulators auf dem Operationstisch erlaubt es, den Manipulator als einen Instrumenthalter oder eine Klemme zu verwenden. Die Bewegungsfreiheit des Manipulators kann die Möglichkeit des Verriegelns mit (zum Beispiel) Bremsschuhen, die (zum Beispiel) mit einem Fußpedal betätigt werden, aufweisen. Derart ist es möglich, den Manipulator freihändig zu verwenden, um gleichzeitig andere Aufgaben ausführen zu können.
Unten wird die Erfindung detaillierter unter Bezugnahme auf die Zeichnung einer nicht einschränkenden bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators und eines Instruments erläutert.
Die Zeichnung zeigt in
1 und 2 den erfindungsgemäßen Manipulator mit dem Instrument,
3 das ganze Instrument zum Handhaben durch den erfindungsgemäßen Manipulator und eine detaillierte Ansicht der Mündung,
4 das ganze Instrument gemäß 3 sowie eine detaillierte Ansicht eines ersten Endes und eine detaillierte Ansicht eines zweiten Endes;
5 das wie in 4 gezeigte Instrument mit der Mündung leicht gedreht, und
6 das Instrument in der montierten Stellung gemeinsam mit einem Abschnitt des Manipulators.
Gleiche Bezugszeichen in den Figuren verweisen auf ähnliche Teile.
Unter Bezugnahme auf 1 zeigt diese Figur ein Instrument 1 für eine Laparoskopiechirurgie, die teilweise innerhalb des Körpers eines Patienten sein kann und die über sechs Freiheitsgrade verfügt, die an der Mündung des Instruments gezeigt sind, nämlich die Verschiebungen x, y und z und die drei Drehungen α, β und γ. Alle diese Bewegungen werden durch Bedienen eines Griffs 2 gesteuert, der über die gleichen Freiheitsgrade verfügt, und der während des Bedienens des Griffs die gleiche Eins-zu-Eins-Kopplung zu der Mündung des Instruments weitergibt. Ferner besteht ein siebter Freiheitsgrad, der von der Öffnungs- und Schließbewegung des Griffs 2 und der Öffnungs- und Schließbewegung der Backen der Mündung, die daran gekoppelt ist, wie unten erklärt gebildet wird.
An der Stelle, an der das Instrument 1 über einen Einschnitt in den Körper eines Patienten eingefügt wird, hat das Instrument 1 erfindungsgemäß einen unveränderlichen Punkt 3. Beim Betätigen des Instruments 1 mit dem Griff 2 bildet dieser unveränderliche Punkt 3 einen virtuell feststehenden Drehpunkt für das Instrument 1.
Unter Bezugnahme auf 2 ist gezeigt, dass die Basis des Manipulators aus einer Hauptachse 4 besteht, die eine Drehung ϖ ausführen kann, weil die Hauptachse 4 in einem Lager 5 untergebracht ist, das mit der feststehenden Umgebung gekoppelt ist. Diese feststehende Umgebung ist vorzugsweise ein Operationstisch. Mit dieser Hauptachse 4 ist ein bekannter so genannter Parallelogrammmechanismus verbunden, zu dem die Platten 6 und 7 sowie eine Röhre 8 gehören. Mittels dieses Parallelogrammmechanismus wird eine Drehung δ des Griffs 2 um die Achse 9a in eine entsprechende Drehung δ um die Achsen 9b und 9c sowie die Achse 10, die sich außerhalb des Parallelogrammmechanismus befindet, umgewandelt und schneidet (in ihrer erweiterten Richtung) die Hauptdrehachse 4. Dieser Schnittpunkt fällt mit dem oben erwähnten Einschnitt in dem Körper des Patienten zusammen, der mit dem oben genannten feststehenden virtuellen Drehpunkt zusammenfällt. Oben Stehendes erklärt, dass das Instrument 1 zwei Drehungen δ und ϖ um den feststehenden virtuellen Drehpunkt 3 ausführen kann.
Zum Steuern der anderen Bewegungen, zu welchen das Instrument fähig ist, gibt es zum Beispiel Zugdrähte, die von dem Griff 2 durch den Manipulator zu dem Instrument führen. Die Bewegung des Griffs 2 und des Instruments 1 in die Längsrichtung z des Instruments tritt zum Beispiel auf, weil sich der Griff und das Instrument auf den Schlitten 12 und 13 befinden, die entlang von Führungen beweglich sind.
Das Funktionieren des erfindungsgemäßen Instruments wird unten weiter unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 erläutert.
In 3 ist gezeigt, dass die Mündung des Instruments 1 als ein backenähnliches Greiforgan ausgebildet ist, das zwei zusammenarbeitende Backenabschnitte 15, 16 aufweist, von welchen jeder einzeln um die Achse 17 drehen kann. Die Drehungen β und ν der Backenabschnitte 15 und 16 werden getrennt mittels Kabeln gesteuert, die mit Zugröhren 23 und 22 verbunden sind, die sich in das Instrument 1 erstrecken (siehe auch 4). Durch gleichzeitiges Zusammenziehen der Zugröhren 23 und 22 schließen sich die Backenabschnitte 15 und 16. Die Backenabschnitte sind ferner mittels Federn 18 (siehe 3) federgeladen, was eine Öffnungskraft für die Backenabschnitte 15, 16 erzeugt.
5 zeigt, dass, wenn nur die Zugröhre 22 zusammengezogen wird, und die Zugröhre 23 schlaft ist, beide Backenabschnitte 15, 16 um die Achse 17 in die Richtung ν drehen. Das Instrument 1 ist ferner so gestaltet, dass die Backenabschnitte 15, 16 auch um eine Achse 19 drehen können. Dazu wird eine Zug-Druck-Röhre verwendet, die beim Drücken in die Richtung der Backenabschnitte 15, 16 diese in die durch α angezeigte Drehrichtung dreht.
Die 4 und 5 zeigen ferner, dass die Zugröhren 22 und 23 an dem am weitesten von den Backenabschnitten 15, 16 entfernten Ende mit Flanschen 25 und 26 versehen sind. An dem jeweiligen Ende ist die Zugstange 24 mit einer Kugel 27 versehen. Das Funktionieren der Flansche 25 und 26 sowie der Kugel 27 wird in der folgenden Erklärung unter Bezugnahme auf 6 klar.
6 zeigt das Instrument 1, das auf den Schlitten 13 montiert und entlang einer Führung beweglich ist. Die Flansche 25 und 26, die über die oben genannten Zugstangen mit den Backenabschnitten 15, 16 der Mündung gekoppelt sind, werden mittels Hebeln 28 und 29 betätigt, die zum Manipulator gehören. Die Zug-Druck-Stange 24 wird von einer Scheibe 30 betätigt, die mit der Kugel 27 verbunden ist. Letztere Verbindung ist so konzipiert, dass das Instrument 1 dank der Form der Kugel 27 um seine Längsachse drehen kann. Durch Steuern der Hebel 28 und 29 und der Scheibe 30, werden die Drehungen α, β und ν der Backenabschnitte 15, 16 gesteuert. Ferner können die Kugel 27 und die mit ihr zusammenarbeitende Scheibe 30 wie auch andere Strukturteile durch andere Strukturen ersetzt werden, die ähnlich funktionieren, wie zum Beispiel durch einen drehbaren Flansch, der mit einem beweglichen Schlitten gesteuert wird. Das Drehen γ des Instruments 1 erfolgt durch Betätigen der Scheibe 31.
Das Koppeln der Hebel 28 und 29 sowie der Scheibe 30 mit dem Griff 2 erfolgt bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform mittels Zugdrähten. Im Geltungsbereich der Erfindung ist es jedoch auch möglich, andere Kopplungstypen zwischen dem Griff 2 und den Betätigungselementen des Instruments 1 bereitzustellen. Derartige Kopplungen können Bowdenzüge, Hydraulik, Ketten, Bänder und dergleichen sein. All dies entspricht den Kenntnissen des Fachmanns und erfordert keine weitere Erklärung.

Claims

Manipulator für ein Instrument (1) für minimal invasive Chirurgie, ausgestattet mit einem ersten beweglichen Schlitten (13), wobei das Instrument (1) auf den ersten Schlitten (13) montiert werden kann, wobei der ersten Schlitten (13) auf einem ersten Arm eines Parallelogrammaufbaus positioniert ist, um dem Instrument (1) einen virtuellen Schwenkpunkt (3) in der Ebene bereitzustellen, in der das Instrument (1) während des Gebrauchs den Körper eines Patienten schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass das proximale Ende des Manipulators mit einem Griff (2) versehen ist, um das Instrument (1) zu bedienen, wobei der Griff (2) auf einem zweiten Arm des Parallelogrammaufbaus dem ersten Arm entgegengesetzt angeordnet ist oder zu diesem gehört, so dass sich eine Körperachse des Griffs (2) immer parallel zu dem Instrument (1) erstreckt.
Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff (2) auf einem zweiten beweglichen Schlitten (12) positioniert ist, der mit dem ersten Schlitten (13) gekoppelt ist, so dass beim Bewegen des zweiten Schlittens (12) der ersten Schlitten (13) eine entsprechende Bewegung in die Längsrichtung des Instruments (1) ausführt.
Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument (1) von dem ersten Schlitten (13) abgenommen werden kann.
Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schlitten (13) mit Kopplern (28, 29, 30) versehen ist, die konzipiert sind, um mit Steuerorganen (25, 26, 27) des Instruments (1) zusammenzuarbeiten, wobei die Koppler (28, 29, 30) mit dem Griff (2) über dazwischen gefügte Zugdrähte gekoppelt sind.
Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument (1) mit dem Griff (2) gekoppelt ist, so dass es möglich ist, im Gleichklang eine Drehung um jeweilige Körperachsen durchzuführen.
Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er einstellbare Verriegelungsvorrichtungen zum Befestigen des Manipulators in eine oder mehrere Richtungen hat.