DE9415039U1 - Device for guiding surgical instruments - Google Patents

Device for guiding surgical instruments

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Description

Beschreibung;Description;

Die vorliegende Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Führung chirurgischer Instrumente, z. B. eines Trokares, bei welchem das in der Vorrichtung mit seinem Schaft eingespannte Instrument den Bewegungsraum einer rechteckigen Doppelpyramide besitzt, deren gegeneinander weisende Spitzen in einem invarianten Punkt zusammenfallen, der auf der Schaftachse des Instrumentes liegt und beide Enden des Schaftes sich auf je einer Kugelsektorflache bewegen, deren Mittelpunkte im invarianten Punkt liegen, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Vorrichtung ist in der älteren Patentanmeldung P 43 07 876.1 beschrieben.The present innovation relates to a device for guiding surgical instruments, e.g. a trocar, in which the instrument clamped in the device with its shaft has the movement space of a rectangular double pyramid, the tips of which pointing towards each other coincide at an invariant point that lies on the shaft axis of the instrument and both ends of the shaft move on a spherical sector surface, the centers of which lie at the invariant point, with the features in the preamble of claim 1. Such a device is described in the older patent application P 43 07 876.1.

Aufgabe der vorliegenden Neuerung ist es, diese Vorrichtung konstruktiv so auszubilden, daß eine einfache Verspannung der beiden Bogenelemente ermöglicht wird. Dabei soll die volle Beweglichkeit der Bögen unter Spielfreiheit gegeneinander mit möglichst geringer Reibung erhalten bleiben.The aim of this innovation is to construct this device in such a way that the two arch elements can be easily braced. The arches should be able to move freely with no play and with as little friction as possible.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die vorliegende Neuerung die Merkmale vor, die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche angeführt sind.To solve the problem, the present innovation proposes the features set out in the characterising parts of the claims.

Weiter Einzelheiten der neuen Vorrichtung werden im folgenden und anhand der Figuren 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:Further details of the new device are explained in more detail below and with reference to Figures 1 to 4. They show:

die Fig. 1 das mechanische Bewegungsprinzip der Vorrichtung,Fig. 1 shows the mechanical movement principle of the device,

die Fig. 2 eine Draufsicht,Fig. 2 is a plan view,

die Fig. 3 den Schnitt A-A in der Fig. 2,Fig. 3 shows the section A-A in Fig. 2,

die Fig. 3 den Schnitt B-B in der Fig. 2,Fig. 3 shows the section B-B in Fig. 2,

Die Figur 1 zeigt das Prinzip der Vorrichtung in perspektivischer Ansicht mitsamt dem Arbeitsbereich 3, der mit dem distalen Ende des Instrumentes 1 mit seiner Achse 2 erreicht werden kann. Hauptteil der Vorrichtung ist der quadratische Rahmen 4, an dessen Seitenwänden 5 kreissegmentförmige Führungsbahnen 6, 7 angebracht sind. Einander auf den Rahmenseitenwänden 5 gegenüberliegende Führungsbahnen 6, 7 liegen dabei auf gleicher Höhe. Jeweils zwei gegenüberliegende Führungsbahnen 7 liegen etwas höher als die anderen beiden Führungsbahnen 6 und sind jeweils von einem kreisförmigen Doppelbogen 9 bzw. 8 überspannt. Die Doppelbogen 8 und 9 bestehen aus zwei parallel nebeneinander auf Abstand liegenden Teilbögen ' bzw.'·.An den beiden Enden jedes Doppelbogens 8 bzw. 9 sitzen drehbare Rollen 10, die auf den zugehörigen Führungsbahnen 6, 7 laufen und durch sie geführt sind. Durch den Höhenversatz der Führungsbahnen 6, 7 gegeneinander sind die beiden Doppelbögen 8 und 9 auf ihnen unabhängig voneinander bewegbar und können von einer Seitenwand 5 auf die gegenüberliegende gefahren werden.Figure 1 shows the principle of the device in a perspective view, including the working area 3, which can be reached with the distal end of the instrument 1 with its axis 2. The main part of the device is the square frame 4, on whose side walls 5 circular segment-shaped guideways 6, 7 are attached. Guideways 6, 7 lying opposite one another on the frame side walls 5 are at the same height. Two opposing guideways 7 are slightly higher than the other two guideways 6 and are each spanned by a circular double arch 9 or 8. The double arches 8 and 9 consist of two partial arches ' and ' lying parallel to one another at a distance. Rotating rollers 10 are located at the two ends of each double arch 8 or 9, which run on the associated guideways 6, 7 and are guided by them. Due to the height offset of the guideways 6, 7 relative to each other, the two double arches 8 and 9 can be moved independently of each other and can be moved from one side wall 5 to the opposite one.

Ein, in den Fig. 3 und 4 sichtbares und aus mehreren Elementen bestehendes Führungsteil 13 ist jeweils zwischen zwei Teilbögen 8', 8" und 9', 9·· an deren Überlappungsort angeordnet und verbindet die beiden übereinanderliegenden Doppelbögen 8 und 9 so miteinander, daß sie nach wie vor unabhängig voneinander auf ihren beiden Führungsbahnen 6, 7 verfahren werden können. Hierzu besitzt das Führungsteil 13 zwei bezüglich der Führungsachse um 90° gegeneinander verdreht angebrachte Gleitschuhe 15, 16 die auf den Doppelbögen 8, 9 geführt gleiten, siehe die Fig. 3 und 4. Das Führungsstück 13 weist weiterhin für die beiden Gleitschuhe 15, 16 eine Feststelleinrichtung auf, durch deren Betätigung das Führungsteil 13 entlang beiden Doppelbögen 8, 9 gleichzeitig gleiten kann oder aber festgestellt ist. Das Feststellen des FührungsStückes 13 auf den Bögen 8 oder 9 kann an jedem Punkt innerhalb des Bewegungsspielraums erfolgen.A guide part 13, visible in Fig. 3 and 4 and consisting of several elements, is arranged between two partial arches 8', 8" and 9', 9·· at their overlapping point and connects the two double arches 8 and 9 lying one above the other so that they can still be moved independently of each other on their two guide tracks 6, 7. For this purpose, the guide part 13 has two sliding shoes 15, 16 which are rotated by 90° relative to the guide axis and which slide on the double arches 8, 9, see Fig. 3 and 4. The guide piece 13 also has a locking device for the two sliding shoes 15, 16, by the actuation of which the guide part 13 can slide along both double arches 8, 9 at the same time or is locked. The guide piece 13 can be locked on the arches 8 or 9 at any point within the room for manoeuvre .

Um einen invarianten Punkt 12 unterhalb des Rahmens in Figur 1 einhalten zu können, sind die Radien der Führungsbahnen 6, 7 an den Rahmenwänden 5 und die der beiden Doppelbögen 8, 9 aufeinander abgestimmt. Der invariante Punkt 12 liegt dadurch für das Trokarführungssystem fest.In order to be able to maintain an invariant point 12 below the frame in Figure 1, the radii of the guide tracks 6, 7 on the frame walls 5 and those of the two double arches 8, 9 are coordinated with one another. The invariant point 12 is therefore fixed for the trocar guide system.

In das Führungteil 13 ist ein Instrument 1 mit seinem Schaft auf nicht näher dargestellte Weise eingespannt. Der invariante Punkt 12 liegt auf der Achse 2 des Instrumentes 1, die mit der Längsachse der Führung 13 zusammenfällt. Durch eine achsiale Verschiebung des Trokars 2 ist der Arbeitsbereich 3 in seiner Ausdehnung einstellbar, er kann dadurch vergrößert oder verkleinert werden. Jeder Punkt innerhalb des Arbeitsbereichs ist entweder in zwei aufeinanderfolgenden rechteckigen Schritten entlang der Doppelbögen 8, 9 oder durch einen einzigen Bewegungsschritt auf dem kürzesten Weg zum Zielort erreichbar. Letzteres geschieht durch gleichzeitiges Verfahren auf den beiden Doppelbögen 8, 9. Die Lage des invarianten Punktes 12 bleibt dabei unverändert und ist gleichzeitig immer Radiusmittelpunkt der Kugelsektorfläche, die den Arbeitsbereich bildet.An instrument 1 is clamped with its shaft into the guide part 13 in a manner not shown in detail. The invariant point 12 lies on the axis 2 of the instrument 1, which coincides with the longitudinal axis of the guide 13. The working area 3 can be adjusted in its extent by axially moving the trocar 2, and can thus be enlarged or reduced. Every point within the working area can be reached either in two consecutive rectangular steps along the double arches 8, 9 or by a single movement step on the shortest route to the target location. The latter is done by simultaneously moving on the two double arches 8, 9. The position of the invariant point 12 remains unchanged and is at the same time always the radius center of the spherical sector surface that forms the working area.

In den Figuren 2 bis 4 ist die konstruktive Ausführung der Vorrichtung genauer dargestellt:Figures 2 to 4 show the structural design of the device in more detail:

Die Fig. 2 zeigt dabei die Draufsicht auf die Vorrichtung mit dem Rahmen 4 aus den Seitenwänden 5. In Ausnehmungen der Seitenwände 5 sind die oberen und unteren profilierten Führungsbahnen 6 und 7 eingesetzt, wobei eine 6 nach oben und eine 7 nach unten weist. Der obere Doppelbogen 9 läuft mittels der oberen Laufrollen 10 von oben auf den oberen Führungsbahnen 6, der untere Doppelbogen 9 mittels der unteren Laufrollen 11 von unten auf den unteren Führungsbahnen 7. Die Laufrollen 10 und 11 besitzen auf ihrer Lauffläche zur Aufnahme von Axialkräften V-Profile 25, die den Gegenprofilen 26 der Führungsbahnen 6 und 7 entsprechen und in diese eingreifen. Damit sind sie seitlich geführt. Da nun beide Doppelbögen 8 und 9 mittels desFig. 2 shows the top view of the device with the frame 4 made of the side walls 5. The upper and lower profiled guideways 6 and 7 are inserted into recesses in the side walls 5, with a 6 pointing upwards and a 7 pointing downwards. The upper double arch 9 runs from above on the upper guideways 6 by means of the upper rollers 10, the lower double arch 9 runs from below on the lower guideways 7 by means of the lower rollers 11. The rollers 10 and 11 have V-profiles 25 on their running surface to absorb axial forces, which correspond to the counter-profiles 26 of the guideways 6 and 7 and engage with them. They are thus guided laterally. Since both double arches 8 and 9 are now guided by means of the

bereits erwähnten Führungsteiles 13 über die beiden Gleitschuhe 15 und 16 gegeneinander gleitfähig verspannt werden können, genügt jeweils eine einseitige, schienenartige Lagerung, um beide Doppelbögen 8 und 9 zusammen formschlüssig und spielfrei gegeneinander beweglich zu halten.Since the two double arches 8 and 9 of the guide part 13 mentioned above can be slidably braced against each other via the two sliding shoes 15 and 16, a one-sided, rail-like bearing is sufficient to keep both double arches 8 and 9 together in a form-fitting manner and free of play so that they can move against each other.

Ein wichtiges Element der Vorrichtung ist das erwähnte Führungsteil 13, das in den Figuren 3 und 4 im Schnitt dargestellt ist. Es sitzt, wie bereits erwähnt zwischen den beiden Teilbögen 8', 8'· und 9', 9'· an deren Überlappungsort und verbindet die beiden übereinanderliegenden Doppelbögen 8 und 9 gleitfähig gegeneinander. Zentrales Teil ist die Hülse 14, an deren oberem Ende z. B. ein in die Hülse 14 eingeschobener Trokar mittels der Überwurfmutter befestigt wird. Die Hülse 14 weist weiterhin einen unteren Bund 17 auf, auf welchem der untere Gleitschuh 15 aufliegt. Dieser wird von unten her an die Doppelbögen 8 angedrückt. Über diesen verlaufen nun die Doppelbögen 9, über welchen wiederum der ebenfalls auf der Hülse 14 sitzende obere Gleitschuh 16 angeordnet ist. Über diesem sind mehrere Federn 18 angeornet, die auf ihn drücken und sich gegen eine darüberliegende, auf der Hülse 14 bewegliche Scheibe 19 abstützen, auf die von oben her mehrere Bolzen 20 drücken. Diese Bolzen 20 übertragen den Weg eines Festellringes 21, der mittels eines Gewindes auf der Hülse 14 längsbeweglich sitzt. Durch Drehen des Festellringes 21 wird somit durch die Federn 18 eine Kraft auf die Gleitschuhe 15 und 16 ausgeübt, wodurch das gesamte Führungsteil 13 relativ zu den Doppelbögen 8 und 9 fixiert werden kann.An important element of the device is the guide part 13 mentioned above, which is shown in section in Figures 3 and 4. As already mentioned, it sits between the two partial arches 8', 8'· and 9', 9'· at the point where they overlap and connects the two double arches 8 and 9 lying one above the other in a sliding manner. The central part is the sleeve 14, to the upper end of which, for example, a trocar inserted into the sleeve 14 is fastened by means of the union nut. The sleeve 14 also has a lower collar 17 on which the lower sliding shoe 15 rests. This is pressed onto the double arches 8 from below. The double arches 9 now run over these, over which the upper sliding shoe 16, which also sits on the sleeve 14, is arranged. Above this, several springs 18 are arranged, which press on it and are supported against a disk 19 above it, which is movable on the sleeve 14 and on which several bolts 20 press from above. These bolts 20 transmit the path of a locking ring 21, which is mounted on the sleeve 14 so that it can move longitudinally by means of a thread. By turning the locking ring 21, a force is thus exerted by the springs 18 on the sliding shoes 15 and 16, whereby the entire guide part 13 can be fixed relative to the double arches 8 and 9.

Eine weitere Kraft zum Vorspannen der Doppelbögen 8 und 9 gegeneinander wird mittels der weiteren Federn 23 erzeugt. Diese stützen sich auf die Scheibe 19 und drücken damit über die Federn 18 ebenfalls auf die Gleitschuhe 16, 15. Die Federkraft der Federn 23 wird durch den ebenfalls auf der Hülse 14 mittels Gewinde drehbaren Ring 24 erzeugt, der von den Bolzen 20 durchsetzt wird. Diese gleiten bei Drehung des Ringes 24 aufA further force for pre-tensioning the double arches 8 and 9 against each other is generated by means of the additional springs 23. These are supported on the disk 19 and thus press via the springs 18 on the sliding shoes 16, 15. The spring force of the springs 23 is generated by the ring 24, which can also be rotated on the sleeve 14 by means of a thread and through which the bolts 20 pass. These slide on the

den Seitenflächen des Feststellringes 21 und der Scheibe 19. Die durch die Federn 23 erzeugte Vorspannkraft ist lediglich so groß, daß das gesamte Führungsteil 13 mit dem Instrument spielfrei und ohne großen Reibungswiderstand auf den Bögen 8 und 9 mit optimalem Gleitverhalten bewegt werden kann. Die durch die Federn 18 erzeugte Kraft dient unabhängig davon zum Festellen oder Fixieren des Führungsteiles 14 auf den Bögen und 9. Die Funktionen Vorspannen und Festellen sind somit voneinander getrennt. Dabei reguliert sich eine einmal eingestellte Vorspannkraft nach Lösen der Feststellkraft wieder auf ihren zuvor eingestellten Wert.the side surfaces of the locking ring 21 and the disk 19. The pre-tensioning force generated by the springs 23 is only so large that the entire guide part 13 with the instrument can be moved on the arches 8 and 9 with optimal sliding behavior without play and without great frictional resistance. The force generated by the springs 18 serves independently of this to lock or fix the guide part 14 on the arches and 9. The pre-tensioning and locking functions are thus separate from one another. Once a pre-tensioning force has been set, it regulates itself back to its previously set value after the locking force is released.

BezuqszeichenlisteList of reference symbols

1 chirurgisches Instrument, z.B. Trokar1 surgical instrument, e.g. trocar

2 Instrumentenachse2 Instrument axis

3 Arbeitsbereich3 Work area

4 Rahmen4 frames

5 Seitenwand5 Side wall

6 Führungsbahnen oben6 guideways above

7 Führungsbahnen unten7 guideways below

8 oberer Doppelbogen (Teilbogen ' und1' )8 upper double arch (partial arch ' and 1 ' )

9 unterer Doppelbogen (Teilbogen 'und'' )9 lower double arch (partial arch 'and'')

10 obere Laufrollen10 upper rollers

11 untere Laufrollen11 lower rollers

12 invarianter Punkt12 invariant point

13 Führungsteil13 Guide part

14 Hülse14 Sleeve

15 untere Gleitschuhe15 lower sliding shoes

16 obere Gleitschuhe16 upper sliding shoes

17 Bund17 Bund

18 Federn18 springs

19 Scheibe19 Disc

20 Bolzen20 bolts

21 Feststellring21 Locking ring

22 Überwurfmutter22 Union nut

23 Federn23 springs

24 Ring24 Rings

25 V-Profile25 V-profiles

2 6 Gegenpro fi1e2 6 Counter profiles

Claims (2)

Kernforschungszentrum Karlsruhe, den 14. Sept. 1994 Karlsruhe GmbH PLA 9476 Sdt/he ANR 1002597 Schutzansprüche:Karlsruhe Nuclear Research Center, 14 September 1994 Karlsruhe GmbH PLA 9476 Sdt/he ANR 1002597 Protection claims: 1. Vorrichtung zur Führung chirurgischer Instrumente, z. B. eines Trokares, bei welchem das in der Vorrichtung mit seinem Schaft eingespannte Instrument den Bewegungsraum einer rechteckigen Doppelpyramide besitzt, deren gegeneinander weisende Spitzen in einem invarianten Punkt zusammenfallen, der auf der Schaftachse des Instrumentes liegt und beide Enden des Schaftes sich auf je einer Kugelsektorfläche bewegen, deren Mittelpunkte im invarianten Punkt liegen, mit den folgenden Merkmalen:1. Device for guiding surgical instruments, e.g. a trocar, in which the instrument clamped in the device with its shaft has the movement space of a rectangular double pyramid, the tips of which pointing towards each other coincide at an invariant point that lies on the shaft axis of the instrument and both ends of the shaft move on a spherical sector surface, the centers of which lie at the invariant point, with the following features: a) einem rechteckigen Rahmen (4), an dessen Wand an gegenüberliegenden Seiten (5) jeweils ein Paar gleichartiger kreissegmentformiger Führungsbahnen (6, 7) gleichartig angebracht sind, auf denen Laufrollen (10, 11) abrollen,a) a rectangular frame (4), on the wall of which a pair of identical circular segment-shaped guideways (6, 7) are mounted on opposite sides (5) on which rollers (10, 11) roll, b) einander gegenüberliegenden Laufrollen (10, 11) sind je über einen kreisförmigen Bogen (8, 9) starr miteinander verbunden, deren Krümmungsmittelpunkt in jeder Position mit dem invarianten Punkt (12) zusammenfällt,b) opposing rollers (10, 11) are each rigidly connected to one another via a circular arc (8, 9), the centre of curvature of which coincides with the invariant point (12) in every position, c) beide übereinander liegende, um 90° gegeneinander verdrehte Bögen (8, 9) sind durch ein Führungsstück im Schnittpunkt beider Bögen (8, 9) verbunden, wobei dieses Führungsstück an beiden Bögen (8, 9) gleitet und an ihnen feststellbar ist,c) both arches (8, 9) lying one above the other and rotated by 90° relative to each other are connected by a guide piece at the intersection point of both arches (8, 9), whereby this guide piece slides on both arches (8, 9) and can be fixed to them, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:characterized by the following features: d) die Bögen (8, 9) bestehen aus zwei parallel nebeneinander auf Abstand liegenden Teilbögen (· bzw.'·) als Doppelbögen, wobei an den Enden jedes Doppelbogens (8, 9) Rollen (10) sitzen, die auf den zugehörigen Führungsbahnen (6, 7) laufen und durch sie schienenartig geführt sind,d) the arches (8, 9) consist of two parallel partial arches (· or'·) lying next to each other at a distance as double arches, whereby rollers (10) are located at the ends of each double arch (8, 9) which run on the associated guideways (6, 7) and are guided by them like rails, * 7 T w · * ··· · »&Lgr;» lamämm * 7 T w · * ··· · »&Lgr;» lamb e) die Führung bzw. das Führungsteil (13) ist jeweils zwischen zwei Teilbögen (81, 811 und 91, 9'') an dem Überlappungsort der Bögen angeordnet und besitzt zwei bezüglich der Führungsachse um 90° gegeneinander verdreht angebrachte Gleitschuhe (15, 16), die auf den Teilbögen (8·, 811 und 91, 911) gleiten und die bezüglich der Bögen (8, 9) eine Feststelleinrichtung aufweisen,e) the guide or the guide part (13) is arranged between two partial arches (8 1 , 8 11 and 9 1 , 9'') at the point of overlap of the arches and has two sliding shoes (15, 16) which are rotated by 90° relative to each other with respect to the guide axis and which slide on the partial arches (8·, 8 11 and 9 1 , 9 11 ) and which have a locking device with respect to the arches (8, 9), f) in die Seitenwände (5) des Rahmens (4) sind paarweise obere und untere profilierte Führungsbahnen (6, 7) eingesetzt, wobei eine (6) nach oben und eine (7) nach unten weist und der obere Doppelbogen (9) mittels der oberen Laufrollen (10) von oben auf den oberen, der untere Doppelbogen (9) mittels der unteren Laufrollen (11) von unten auf den unteren Führungsbahnen (7) läuft,f) upper and lower profiled guideways (6, 7) are inserted in pairs into the side walls (5) of the frame (4), where one (6) points upwards and one (7) points downwards and the upper double arch (9) runs from above onto the upper guideways (7) by means of the upper rollers (10), and the lower double arch (9) runs from below onto the lower guideways (7) by means of the lower rollers (11), g) beide Doppelbögen (8, 9) sind mittels des Führungsteiles (13) über die beiden Gleitschuhe (15, 16) gegeneinander zur formschlüssigen und spielfreien Lagerung auf den Führungsbahnen (6, 7) verspannt.g) both double arches (8, 9) are braced against each other by means of the guide part (13) via the two sliding shoes (15, 16) for positive and play-free mounting on the guideways (6, 7). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:2. Device according to claim 1, characterized by the further features: h) das Führungsteil (13) besitzt eine zentrale Hülse (14), auf welcher die Gleitschuhe (15, 16) sitzen, die jeweils über zwei uunabhängig voneinander wirkende Federanordnungen (18 und 23) an die Teilbögen (', lf) anpressbar sind.h) the guide part (13) has a central sleeve (14) on which the sliding shoes (15, 16) are seated, which can each be pressed against the partial arches (', lf ) via two independently acting spring arrangements (18 and 23).
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