EP3027137A1 - Chirurgisches instrument - Google Patents

Chirurgisches instrument

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Publication number
EP3027137A1
EP3027137A1 EP14741523.6A EP14741523A EP3027137A1 EP 3027137 A1 EP3027137 A1 EP 3027137A1 EP 14741523 A EP14741523 A EP 14741523A EP 3027137 A1 EP3027137 A1 EP 3027137A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zugmitteltrum
zugmittelpaares
surgical instrument
instrument according
tensile stiffness
Prior art date
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Ceased
Application number
EP14741523.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sven Brudniok
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUKA Deutschland GmbH
Original Assignee
KUKA Roboter GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Roboter GmbH filed Critical KUKA Roboter GmbH
Publication of EP3027137A1 publication Critical patent/EP3027137A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods for minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A61B2017/00323—Cables or rods
    • A61B2017/00327—Cables or rods with actuating members moving in opposite directions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A61B2034/715—Cable tensioning mechanisms for removing slack
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M25/00—Catheters; Hollow probes
    • A61M25/01—Introducing, guiding, advancing, emplacing or holding catheters
    • A61M25/0105—Steering means as part of the catheter or advancing means; Markers for positioning
    • A61M25/0133—Tip steering devices
    • A61M25/0147—Tip steering devices with movable mechanical means, e.g. pull wires

Definitions

  • the present invention relates to a, in particular robot-guided, surgical instrument, a surgical robot with such an instrument and method for laying out and for remote actuation of such an instrument.
  • a jaw of a wire clamp which is coupled to a traction sheave, by opposing actuation of two cable strands, the
  • the cable strands are biased.
  • this bias loads the cable strands and bearings and limits the maximum force that can be applied by the jaw, in the present case also an antiparallel for a more compact representation
  • Force pair i. a torque
  • a force generally referred to as a force
  • An object of an embodiment of the present invention is to provide an improved, in particular robot-guided, surgical instrument or to improve its operation. This task is performed by a surgical instrument with the characteristics of
  • Claim 13 protects a surgical robot with a corresponding instrument.
  • the subclaims relate to advantageous developments.
  • a surgical instrument has one or more pre-tensioned pairs of traction means, each with a first Switzerlandstofftrum and an opposite second Switzerlandstofftrum for opposing actuation of a degree of freedom of the instrument by a drive arrangement.
  • a traction means may in particular rope or cable-like or belt or belt-like, in particular flat, wedge and / or ribbed or belt-like design. It may in one embodiment plastic and / or metal, in particular consist thereof.
  • Under a Switzerlandstofftrum is present in particular the (free) section of a traction device between a input member of the input arrangement and a
  • Output member of a driven assembly in particular a
  • a traction means axially fixed - relative to a longitudinal axis of the traction means - on the input and output member permanently or detachably, in particular friction, substance or positively fixed. Then, the traction means or its portion between the attachments to input and output member, the Glasstofftrum in the context of the present invention. In another embodiment wraps around the
  • Traction means the input and output member frictionally each at least partially. Then, a section of the traction means between the on and off of the input and output member respectively represents a traction means in the sense of the present invention.
  • a traction means in the sense of the present invention equally a fixed range of (fixed) Pulling means or one
  • a pulling means open at one end wraps around at least partially the input member with frictional engagement, with its two ends each on the
  • a traction means open at one end wraps at least partially frictionally the driven member, its two ends being respectively fixed to the opposite input member. Then, a portion of the traction means between the on or expiration of the or on the output member and the attachment to the input member is in each case a Switzerlandstofftrum in the context of the present invention.
  • the first Switzerlandstofftrum and the second Switzerlandstofftrum one or more Buchstoffcrue each driven, in particular end effector side and / or input side connected to each other or be attached separately from each other on an input and / or output member.
  • One or more pairs of traction means can be closed or ring-like, semi-open or unilaterally connected or formed by two separate traction means.
  • the first and second Werchutrum actuated by the same input member and / or actuate the same output member. For example, they can wrap around a traction sheave or be fixed to two legs of a rocker.
  • the first and second Switzerlandstofftrum be actuated by separate Eintriebsglieder and / or actuate separate output members
  • the separate Eintriebsglieder the Eintriebsan Aunt or the separate output members of the output assembly preferably, in particular mechanically, hydraulically, pneumatically and / or control technology, synchronized in opposite directions are.
  • Linear actuators pull the first and second Switzerlandstofftrum opposite direction or
  • the degree of freedom counteracted by a pair of traction means may in particular be a degree of freedom of movement, in particular a translational or rotational degree of freedom of an end effector of the instrument, for example the rotation of a scalpel, a hook or a jaw of a clamp, scissors, forceps or the like. Accordingly, the output arrangement a
  • Output assembly a Instrumentschaftabtriebsan extract and the output or the output members to be coupled to the articulated instrument shaft.
  • the degree of freedom is a pivoting degree of freedom of an end effector relative to an instrument shaft on which the end effector is movably supported, or a pivoting degree of freedom of an instrument shaft portion relative to another instrument shaft part on which the end effector is movable or
  • Fig. 1 shows a static equilibrium between a unit input force F A to an input drive member A and a reaction moment MR, which acts as a result of an installation of an end effector 3.1 to a driven member 3.
  • Input and output member are coupled via a Wernergate with a first Switzerlandstofftrum 1 and an opposite second Switzerlandstofftrum 2, which are each biased by a biasing means, so that they in the unaktu faced state a
  • reaction torque M R results from the static torque equilibrium with these two cutting forces F ⁇ F 2 and the lever arm r to:
  • Preload F v is required. Since the bias in particular the traction means, but also bearing loads and difficult to impose, can by a
  • the tensile stiffness of the first Werstofftrums is always greater than the tensile stiffness of the second Werstofftrums. It is understood that the tensile stiffness refers to normal operating conditions. Accordingly, in one embodiment, the tensile stiffness of the first Werstofftrums at least for temperatures greater than the tensile stiffness of the second Werstofftrums, which are between 10 ° C and 40 ° C.
  • the tensile stiffness of the first Wermittetrums advantageously at least 10%, in particular at least 25% and preferably at least 50% greater than the tensile stiffness of the second Wermittetrums.
  • the tensile stiffness of a Switzerlandstofftrums depends in particular on its material, in particular of its elasticity coefficient or modulus of elasticity.
  • the tensile stiffness of a Werbachtrums depends in particular on its geometry, in particular of its cross-sectional area. Accordingly, in one embodiment, the first Werstofftrum geometry, in particular by cross-section, a greater tensile stiffness than the second Werstofftrum. In particular, the first Werstofftrum over its entire length or at least one
  • the first and / or second Switzerlandstofftrum can each be single or multi-stranded. Accordingly, the first
  • the first Switzerlandstofftrum has a minimum cross-sectional area which is at least 10%, in particular at least 25% and preferably at least 50% greater than a minimum cross-sectional area of the second Werstofftrums.
  • the two preceding aspects can be combined with each other.
  • the first Buchstofftrum continuous or at least partially a material having a greater modulus of elasticity and a larger cross-sectional area, in particular strand number, have as the second Werstofftrum.
  • the Switzerlandstofftrume are continuously made of the same material and have a constant cross section.
  • the first and / or Wertrum may also have sections of different materials and / or geometries. Mechanically, this corresponds to a series connection of springs or tensile stiffnesses. Accordingly, by at least one portion with a locally higher tensile stiffness, in particular from a material having a locally larger modulus of elasticity and / or a locally larger cross-sectional area, the tensile stiffness of the first Werbachtrums increased and / or by at least one portion with a locally smaller tensile stiffness, in particular a material with a locally smaller elastic modulus and / or a locally smaller one
  • the applicable torque or the applicable force can be increased at the same pretensioning or the required preload can be reduced.
  • Many opposing Buchstoffschreibe have a main working direction in which larger forces or moments are to be transmitted as in the opposite direction. For example, regularly larger forces or moments are required for closing jaws of pliers, shears, clamps or the like as to their opening. Similarly, larger forces or moments are regularly required for advancing a blade, in particular a scalpel, in the direction of its cutting edge or for cutting than for lifting or loosening. Accordingly, in one embodiment, the first Switzerlandstofftrum having the greater tensile stiffness, for actuating the degree of freedom in one
  • Main working direction in particular for closing or cutting, set up.
  • a main working direction is understood in particular to be the direction in which the larger forces or moments are (are) to be impressed during operation.
  • the main working directions of two Werbachschreiben, the first Werstofftrum each having a greater tensile stiffness, in opposite directions, as is the case in particular with two jaws of a pair of pliers, scissors, clamp or the like.
  • the Buchstofffind is biased. This is in one Execution of a biasing means for jointly biasing the first and second Weritztrums one or more Buchstoffschreibe provided.
  • a biasing means or a part of a multi-part biasing means may comprise in one embodiment, one or more mechanical, hydraulic, pneumatic, magnetic and / or electromagnetic springs, wherein a (electro) magnetic spring in the sense of the present
  • the Invention has two each other (electro) magnetically repelling or attracting elements.
  • the biasing means is adjustable or adjustable
  • a surgical instrument can be actuated manually.
  • a, in particular robotically guided, surgical instrument it additionally or alternatively has an actuator arrangement with one or more
  • An actuator may in particular comprise one or more electric motors.
  • An actuator is in each case operatively connected to one or more input members of a drive arrangement of a Switzerlandstoffschreibes, in particular
  • the transmission can in particular a
  • an instrument according to the invention is particularly suitable for minimally invasive surgery. Accordingly, in one embodiment it has an instrument shaft in which the one or more pairs of traction means are arranged, and for insertion through a natural or minimally invasive body opening,
  • the instrument may, in particular, be an endoscopic instrument having an end effector for insertion into a body and an opposing extracorporeal actuator assembly.
  • an instrument according to the invention is particularly suitable for minimally invasive robotic surgery. Accordingly, in one embodiment it has an interface for connection to a robot.
  • the interface may in particular be arranged on the instrument shaft and / or an actuator arrangement.
  • the interface has a mechanical and / or magnetic, in particular electromagnetic, coupling for coupling to a robot, and / or an interface for transmitting signals, electrical energy and / or fluids, in particular gases and / or liquids, between the robot and the instrument.
  • a tensile stiffness of the first Werstofftrums one or more biased Werstoffpointe is designed to be greater than a tensile stiffness of the second Werstofftrums the respective Werstoffcrues, in particular by appropriate specification of a material and / or a
  • Present invention is a tensile stress increase in the first Werstofftrum one or more pre-tensioned Werenbergpointe due to an actuation of the input arrangement of this Buchstoffschreibes due to the larger
  • FIG. 1 a part of a surgical instrument according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a part of a surgical instrument after another
  • Fig. 1 shows a part of a surgical instrument according to an embodiment of the present invention. It has a Eintriebsan extract with a Eintriebsglied in the form of a rotatably mounted rocker A and a End monoorabtriebsan extract with a driven member in the form of another rotatably mounted rocker 3, to which an end effector 3.1 is attached.
  • Input and output member are coupled by a biased Buchstoffschreib with a first Switzerlandstofftrum 1 and an opposite second Switzerlandstofftrum 2. Due to the bias, biasing forces F v act on Eulerian cutters.
  • FIG. 1 shows a static equilibrium under the influence of an input force F A which is exerted on the input member A by an actuator (not shown). This seeks to turn the end effector 3.1 clockwise. However, since this is in an environment, such as a lumen in the body, rests, the end effector can not move, it acts on the reaction torque M R.
  • the first Switzerlandstofftrum 1 has geometry, in particular by cross-section, a greater tensile stiffness e, as the second Switzerlandstofftrum 2, as indicated in Fig. 1 by different line thicknesses of the first and second Switzerlandstofftrums.
  • the material of which the first Switzerlandstofftrum consists have a greater modulus of elasticity than the material of which the second Switzerlandstofftrum consists.
  • M R , ma x (Ci / c 2 + 1) ⁇ F v ⁇ r
  • the tensile stiffness c is, for example, the quotient of a test tensile force F and a change in length of the respective traction mechanism strand caused thereby.
  • FIG. 2 shows in Fig. 1 corresponding representation of a part of a surgical
  • Apostrophe (', ") differentiated reference numerals are designated, so that reference is made to the above description and will be discussed below only for differences from the embodiment of FIG.
  • the surgical instrument of Fig. 2 has two biased Switzerland Bachstoffpase (1 ', 2'), (', 2 "), each with a first Switzerlandstofftrum 1' and 1" and an opposite second Switzerlandstofftrum 2 'or 2 "for opposing actuation of two degrees of freedom of an end effector in the form of a clamp with two jaws 3.1 ', 3.1 ", which clamp between them a lumen and thereby experience reaction moments M R ' and M R ".
  • the Switzerlandstoffschreibe are arranged in a common instrument shaft 4.2, the end effector side half (bottom in Fig. 2) by a natural or
  • a drive assembly with two actuators synchronized in terms of control technology in the form of electric motors (not shown) arranged in a housing 4.1, wherein the instrument is coupled by means of an interface to a robot and the electric motors with input members A ',
  • the Switzerlandstofftrume are biased separately by a multi-part biasing means with springs V1 ', V2', V1" and V2 ".
  • the input and output members ⁇ ', A ", 3' and 3" are formed in the embodiment of Fig. 2 as traction sheaves, which in each case partially from the Switzerlandstoffschreiben
  • the closing directions of the jaws 3.1 ', 3.1' ' form the main working directions of the corresponding pair of traction means, corresponding to their first traction means 1', 1 '' for actuating the degrees of freedom of the clamping jaws 3.1 ', 3.1' 'in main working directions, in particular for closing set up.
  • V1 ", V2 'biasing means (part)

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes chirurgisches Instrument weist ein vorgespanntes Zugmittelpaar mit einem ersten Zugmitteltrum (1; 1', 1") und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum (2; 2', 2") zum gegensinnigen Aktuieren eines Freiheitsgrads des Instruments, insbesondere eines Endeffektors (3.1; 3.1'; 3.1"), durch eine Eintriebsanordnung (A, Α'; A") auf, wobei das erste Zugmitteltrum eine größere Zugsteifigkeit (c1) aufweist als das zweite Zugmitteltrum.

Description

Beschreibung
Chirurgisches Instrument
Die vorliegende Erfindung betrifft ein, insbesondere robotergeführtes, chirurgisches Instrument, einen Chirurgie-Roboter mit einem solchen Instrument sowie Verfahren zum Auslegen und zum körperfernen Aktuieren eines solchen Instruments.
Insbesondere in der robotergestützten minimalinvasiven Chirurgie werden
Instrumente häufig durch gegenläufige Zugmittelpaare aktuiert.
Beispielsweise kann eine Backe einer Aderklemme, die mit einer Treibscheibe gekoppelt ist, durch gegensinnige Aktuierung von zwei Seilsträngen, die die
Treibscheibe umschlingen, rotiert werden, um die Aderklemme zu schließen bzw. zu öffnen.
Um ein Durchhängen der Seilstränge und ein Durchrutschen auf der Treibscheibe zu verhindern, sind die Seilstränge vorgespannt. Diese Vorspannung belastet jedoch die Seilstränge und Lagerungen und limitiert die von der Backe maximal aufbringbare Kraft, wobei vorliegend zur kompakteren Darstellung auch ein antiparalleles
Kräftepaar, d.h. ein Drehmoment, verallgemeinernd als Kraft bezeichnet wird.
Eine Aufgabe einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes, insbesondere robotergeführtes, chirurgisches Instrument zur Verfügung zu stellen bzw. dessen Betrieb zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch ein chirurgisches Instrument mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 bzw. Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 14, 15 gelöst.
Anspruch 13 stellt einen Chirurgie-Roboter mit einem entsprechenden Instrument unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein chirurgisches Instrument ein oder mehrere vorgespannte Zugmittelpaare mit jeweils einem ersten Zugmitteltrum und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum zum gegensinnigen Aktuieren eines Freiheitsgrads des Instruments durch eine Eintriebsanordnung auf. Ein Zugmittel kann insbesondere seil- bzw. kabelartig oder band- bzw. riemenartig, insbesondere flach-, keil- und/oder rippenband- bzw. riemenartig ausgebildet sein. Es kann in einer Ausführung Kunststoff und/oder Metall aufweisen, insbesondere hieraus bestehen. Unter einem Zugmitteltrum wird vorliegend insbesondere der (freie) Abschnitt eines Zugmittels zwischen einem Eintriebsglied der Eintriebsanordnung und einem
Abtriebsglied einer Abtriebsanordnung, insbesondere einer
Endeffektorabtriebsanordnung, verstanden.
In einer Ausführung ist ein Zugmittel axialfest - bezogen auf eine Längsachse des Zugmittels - an dem Ein- und Abtriebsglied dauerhaft oder lösbar, insbesondere reib-, stoff- oder formschlüssig fixiert. Dann stellt das Zugmittel bzw. dessen Abschnitt zwischen den Befestigungen an Ein- und Abtriebsglied das Zugmitteltrum im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. In einer anderen Ausführung umschlingt das
Zugmittel das Ein- und Abtriebsglied reibschlüssig jeweils wenigstens teilweise. Dann stellt ein Abschnitt des Zugmittels zwischen dem Auf- bzw. Ablauf von dem bzw. auf das Ein- und Abtriebsglied jeweils ein Zugmitteltrum im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. Insofern kann ein Zugmitteltrum im Sinne der vorliegenden Erfindung gleichermaßen einen festen Bereich eines (fixierten) Zugmittels oder einen
veränderlichen Bereich eines (auf- bzw. ablaufenden) Zugmittels bezeichnen. In einer Ausführung umschlingt ein einseitig offenes Zugmittel reibschlüssig wenigstens teilweise das Eintriebsglied, wobei seine beiden Enden jeweils an dem
gegenüberliegenden Abtriebsglied fixiert sind. Dann stellt ein Abschnitt des Zugmittels zwischen dem Auf- bzw. Ablauf von dem bzw. auf das Eintriebsglied und der
Befestigung an dem Abtriebsglied jeweils ein Zugmitteltrum im Sinne der vorliegenden Erfindung dar. In einer anderen Ausführung umschlingt umgekehrt ein einseitig offenes Zugmittel reibschlüssig wenigstens teilweise das Abtriebsglied, wobei seine beiden Enden jeweils an dem gegenüberliegenden Eintriebsglied fixiert sind. Dann stellt ein Abschnitt des Zugmittels zwischen dem Auf- bzw. Ablauf von dem bzw. auf das Abtriebsglied und der Befestigung an dem Eintriebsglied jeweils ein Zugmitteltrum im Sinne der vorliegenden Erfindung dar.
Dementsprechend können in einer Ausführung das erste Zugmitteltrum und das zweite Zugmitteltrum eines oder mehrere Zugmittelpaare jeweils abtriebe-, insbesondere endeffektorseitig und/oder eintriebsseitig miteinander verbunden oder separat voneinander an einem Ein- und/oder Abtriebsglied befestigt sein. Ein oder mehrere Zugmittelpaare können entsprechend geschlossen bzw. ringartig, halboffen bzw. einseitig verbunden oder durch zwei separate Zugmittel ausgebildet sein. In einer Ausführung werden das erste und zweite Zugmitteltrum durch dasselbe Eintriebsglied aktuiert und/oder aktuieren dasselbe Abtriebsglied. Beispielsweise können sie eine Treibscheibe umschlingen oder an zwei Schenkeln einer Wippe fixiert sein. Gleichermaßen können das erste und zweite Zugmitteltrum durch separate Eintriebsglieder aktuiert werden und/oder separate Abtriebsglieder aktuieren, wobei in einer Weiterbildung die separaten Eintriebsglieder der Eintriebsanordnung bzw. die separaten Abtriebsglieder der Abtriebsanordnung vorzugsweise, insbesondere mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder steuerungstechnisch, gegensinnig synchronisiert sind. Beispielsweise können zwei gegensinnig synchronisierte
Linearaktuatoren das erste und zweite Zugmitteltrum gegenläufig einziehen bzw.
ausgeben oder zwei Zugmittelenden zwei Koppelstücke eines Mechanismus, beispielsweise eines Parallelogramm-Mechanismus, gegenläufig verstellen. Zwischen Eintriebsanordnung und Abtriebsanordnung können in einer Ausführung ein oder mehrere Führungs- und/oder Koppelglieder, insbesondere Scheiben, angeordnet sein, die die Zugmitteltrume führen bzw. koppeln. Der durch ein Zugmittelpaar gegensinning aktuierte Freiheitsgrad kann insbesondere ein Bewegungsfreiheitsgrad, insbesondere ein translatorischer oder rotatorischer Freiheitsgrad, eines Endeffektors des Instruments sein, beispielsweise die Drehung eines Skalpells, eines Hakens oder einer Backe einer Klemme, Schere, Zange oder dergleichen. Entsprechend kann die Abtriebsanordnung eine
Endeffektorabtriebsanordnung und das bzw. die Abtriebsglieder mit dem ein- oder mehrteiligen Endeffektor gekoppelt, insbesondere fest verbunden sein.
Gleichermaßen kann der Freiheitsgrad auch ein Gelenkfreiheitsgrad eines gelenkigen Instrumentenschaftes oder dergleichen sein. Entsprechend kann die
Abtriebsanordnung eine Instrumentenschaftabtriebsanordnung und das bzw. die Abtriebsglieder mit dem gelenkigen Instrumentenschaft gekoppelt sein. In einer
Ausführung ist der Freiheitsgrad ein Schwenkfreiheitsgrad eines Endeffektors relativ zu einem Instrumentenschaft, an dem der Endeffektor beweglich bzw. gelenkig gelagert ist, oder ein Schwenkfreiheitsgrad eines Instrumentenschaftteils relativ zu einem anderen Instrumentenschaftteil, an dem der Endeffektor beweglich bzw.
gelenkig gelagert ist.
In einer Ausführung sind zur gegensinnigen Aktuierung von zwei oder mehr
Freiheitsgraden des Instruments, insbesondere eines Endeffektors, mehrere gegenläufige Zugmittelpaare vorgesehen, wobei nachfolgend zur kompakteren
Darstellung die vorliegende Erfindung insbesondere anhand eines Zugmittelpaares näher erläutert wird.
Die nachfolgend noch näher erläuterte Fig. 1 zeigt ein statisches Gleichgewicht zwischen einer Eintriebskraft FA auf ein Eintriebsglied A und einem Reaktionsmoment MR, welches infolge einer Anlage eines Endeffektors 3.1 auf ein Abtriebsglied 3 wirkt.
Ein- und Abtriebsglied sind über ein Zugmittelpaar mit einem ersten Zugmitteltrum 1 und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum 2 gekoppelt, die jeweils durch ein Vorspannmittel vorgespannt sind, so dass sie im unaktuierten Zustand eine
Zugvorspannung bzw. Vorspannschnittkraft Fv aufweisen. Infolge der Eintriebskraft FA bzw. des Reaktionsmoments MR erhöht sich die
Zugspannung bzw. Schnittkraft Fi im ziehenden ersten Zugmitteltrum 1 um einen elastischen Anteil (ΔΙ · Ci), der sich aus der zusätzlichen Längung ΔΙ und der
Zugsteifigkeit Ci dieses Zugmitteltrums bestimmt: Entsprechend reduziert sich die Zugspannung bzw. Schnittkraft F2 im nachgebenden zweiten Zugmitteltrum 2 um einen elastischen Anteil (ΔΙ · c2), der sich aus der gegenläufigen Verkürzung ΔΙ und der Zugsteifigkeit c2 dieses Zugmitteltrums bestimmt:
F2 = Fv - ΔΙ · c2 (2)
Das Reaktionsmoment MR ergibt sich aus dem statischen Momentengleichgewicht mit diesen beiden Schnittkräften F^ F2 und dem Hebelarm r zu:
(Fi - F2)■ r (3) und mit Gl. (1 ), (2) zu
MR = (d/ c2 + 1 ) - (C2 - Äl) - r (4)
Das maximale Reaktionsmoment MR, max und damit die maximal von dem Endeffektor auf die Umgebung ausübbare Kraft bzw. die maximal übertragbare Eintriebskraft FA, ma ergibt sich bei verschwindender Zugspannung bzw. Schnittkraft F2 = 0 im nachgebenden zweiten Zugmitteltrum 2:
Fv = ΔΙ · c2 (5)
Eingesetzt in (4) folgt
MR, max = (C1/ C2 + 1 ) · Fv r (7) Man erkennt, dass bei einer Vergrößerung des Verhältnisses der Zugsteifigkeiten des ersten und zweiten Zugmitteltrums bei gleicher Vorspannung des Zugmittelpaares das maximale Reaktionsmoment MR, ma und damit insbesondere eine maximal von einem Endeffektor auf die Umgebung ausübbare Kraft vergrößert werden kann, bzw.
umgekehrt für dasselbe maximale Reaktionsmoment nur eine geringere
Vorspannung- Fv erforderlich ist. Da die Vorspannung insbesondere die Zugmittel, aber auch Lager belastet und schwierig aufzuprägen ist, kann durch eine
Vergrößerung des Verhältnisses der Zugsteifigkeiten somit in vorteilhafter Weise das Instrument verbessert, insbesondere seine Lebensdauer infolge einer verminderten Lager- und Zugmittelbelastung erhöht und/oder seine Bedienung infolge eines erhöhten maximalen Reaktionsmoments und damit insbesondere einer erhöhten maximal von einem Endeffektor auf die Umgebung ausübbaren Kraft verbessert werden.
Entsprechend weist nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung das erste
Zugmitteltrum wenigstens eines vorgespannten Zugmittelpaars, vorzugsweise von zwei oder mehr, insbesondere von allen vorgespannten Zugmittelpaaren des chirurgischen Instruments, jeweils eine größere Zugsteifigkeit auf als das zweite Zugmitteltrum dieses Zugmittelpaars. Unter einer Zugsteifigkeit c wird vorliegend, wie sich insbesondere aus Gl. (1 ), (2) ergibt, insbesondere das Verhältnis bzw. der Quotient einer Zugkraft F auf das Zugmitteltrum bzw. einer Zugspannung in dem Zugmitteltrum zu einer dadurch bewirkten bzw. diese bewirkenden Längung ΔΙ bzw. Dehnungszunahme (ΔΙ/Ι) des Zugmitteltrums verstanden (c = F/ΔΙ), vorzugsweise absolut oder spezifisch bzw. bezogen auf die Länge I des Zugmitteltrums (c = F/(AI/I)). Ein ansonsten gleiches, doppelt so langes Zugmitteltrum weist also eine kleinere absolute Zugsteifigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung auf (da sich beide Hälften jeweils dehnen und so eine größere Gesamtlängung ΔΙ ergeben), jedoch dieselbe spezifische bzw. auf die Länge bezogene Zugsteifigkeit im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Ändert sich die Zugsteifigkeit, beispielsweise in Abhängigkeit von der
Dehnungszunahme bzw. Zugspannung, so ist in einer Ausführung die Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums wenigstens für Zug- bzw. Schnittkräfte in den
Zugmitteltrumen größer als die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums, die wenigstens 1 N und/oder höchstens 500N, insbesondere höchstens 100N,
insbesondere wenigstens 10N betragen, d.h. insbesondere wenigstens in einem normalen Arbeitsbereich. In einer Weiterbildung ist die Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums stets größer als die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums. Es versteht sich, dass für die Zugsteifigkeit auf normale Betriebsbedingungen Bezug genommen ist. Entsprechend ist in einer Ausführung die Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums wenigstens für Temperaturen größer als die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums, die zwischen 10°C und 40°C liegen.
Es hat sich herausgestellt, dass die Zugsteifigkeit des ersten Zugmittetrums vorteilhafterweise wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25% und vorzugsweise wenigstens 50% größer ist als die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmittetrums.
Die Zugsteifigkeit eines Zugmitteltrums hängt insbesondere von dessen Material, insbesondere von dessen Elastizitätskoeffizienten bzw. Elastizitätsmoduls ab.
Dementsprechend weist in einer Ausführung ein Material, aus dem das erste
Zugmitteltrum ganz oder wenigstens teilweise besteht, eine größere Zugsteifigkeit, insbesondere einen größeren Elastizitätsmodul, auf als ein Material, aus dem das zweite Zugmitteltrum ganz oder wenigstens teilweise besteht. In diesem Fall können das erste und zweite Zugmitteltrum, wenigstens im Wesentlichen, dieselbe Geometrie, insbesondere gleiche Querschnitte, aufweisen, was insbesondere die Handhabung vereinfachen kann. In einer Ausführung weist ein Material, aus dem das erste
Zugmitteltrum ganz oder wenigstens teilweise besteht, eine Zugsteifigkeit,
insbesondere einen Elastizitätsmodul, auf, die bzw. der wenigstens 10%,
insbesondere wenigstens 25% und vorzugsweise wenigstens 50% größer ist als die Zugsteifigkeit bzw. der Elastizitätsmodul eines Materials, aus dem das zweite
Zugmitteltrum ganz oder wenigstens teilweise besteht.
Die Zugsteifigkeit eines Zugmitteltrums hängt insbesondere von dessen Geometrie, insbesondere von dessen Querschnittsfläche ab. Dementsprechend weist in einer Ausführung das erste Zugmitteltrum geometrie-, insbesondere querschnittsbedingt, eine größere Zugsteifigkeit auf als das zweite Zugmitteltrum. Insbesondere kann das erste Zugmitteltrum über seiner ganzen Länge oder wenigstens über einen
Teilbereich hiervon eine größere, insbesondere minimale, Querschnittsfläche
aufweisen als das zweite Zugmitteltrum. Das erste und/oder zweite Zugmitteltrum können jeweils ein- oder mehrsträngig sein. Entsprechend kann das erste
Zugmitteltrum in einer Ausführung mehr, insbesondere gleiche, Stränge aufweisen als das zweite Zugmitteltrum. Bei geometriebedingt größerer Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums können das erste und zweite Zugmitteltrum, wenigstens im
Wesentlichen, dasselbe Material aufweisen, was insbesondere die Herstellung vereinfachen kann. In einer Ausführung weist das erste Zugmitteltrum eine minimale Querschnittsfläche auf, die wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25% und vorzugsweise wenigstens 50% größer ist als eine minimale Querschnittsfläche des zweiten Zugmitteltrums. Die beiden vorstehenden Aspekte können miteinander kombiniert sein. Insbesondere kann das erste Zugmitteltrum durchgehend oder wenigstens abschnittsweise ein Material mit einem größeren Elastizitätsmodul und eine größere Querschnittsfläche, insbesondere Strangzahl, aufweisen als das zweite Zugmitteltrum.
In einer Ausführung sind die Zugmitteltrume durchgehend aus demselben Material und weisen einen konstanten Querschnitt auf. Gleichermaßen können das erste und/oder Zugmitteltrum auch abschnittsweise unterschiedliche Materialien und/oder Geometrien aufweisen. Mechanisch entspricht dies einer Reihenschaltung von Federn bzw. Zugsteifigkeiten. Entsprechend kann durch wenigstens einen Abschnitt mit einer lokal höheren Zugsteifigkeit, insbesondere aus einem Material mit einem lokal größeren Elastizitätsmodul und/oder einer lokal größeren Querschnittsfläche, die Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums erhöht und/oder durch wenigstens einen Abschnitt mit einer lokal kleineren Zugsteifigkeit, insbesondere aus einem Material mit einem lokal kleineren Elastizitätsmodul und/oder einer lokal kleineren
Querschnittsfläche, die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums reduziert werden. Ein solcher Abschnitt kann insbesondere von beiden Enden des jeweiligen
Zugmitteltrums, insbesondere Befestigungen bzw. einem Auf- bzw. Ablaufbereich, beabstandet sein, so dass das erste und zweite Zugmitteltrum in einer Ausführung einander entsprechende Endbereiche aufweisen, was insbesondere die Handhabung vereinfachen kann.
Wie vorstehend erläutert, kann durch Erhöhung der Zugsteifigkeit des jeweils ziehenden Zugmittel- bzw. Lasttrums eines Zugmittelpaares das aufbringbare Moment bzw. die aufbringbare Kraft bei gleicher Vorspannung erhöht bzw. die erforderliche Vorspannung reduziert werden. Viele gegenläufige Zugmittelpaare weisen eine Hauptarbeitsrichtung auf, in der größere Kräfte bzw. Momente zu übertragen sind als in der gegensinnigen Richtung. Beispielsweise sind regelmäßig größere Kräfte bzw. Momente zum Schließen von Backen von Zangen, Scheren, Klemmen oder dergleichen erforderlich als zu deren Öffnen. Gleichermaßen sind regelmäßig größere Kräfte bzw. Momente zum Zustellen einer Klinge, insbesondere eines Skalpells, in Richtung ihrer Schneidkante bzw. zum Schneiden erforderlich als zum Abheben bzw. Lösen. Entsprechend ist in einer Ausführung das erste Zugmitteltrum, das die größere Zugsteifigkeit aufweist, zum Aktuieren des Freiheitsgrads in einer
Hauptarbeitsrichtung, insbesondere zum Schließen oder Schneiden, eingerichtet.
Unter einer Hauptarbeitsrichtung wird insbesondere diejenige Richtung verstanden, in der im Betrieb die größeren Kräfte bzw. Momente aufgeprägt werden (sollen). In einer Ausführung sind die Hauptarbeitsrichtungen von zwei Zugmittelpaaren, deren erstes Zugmitteltrum jeweils eine größere Zugsteifigkeit aufweist, gegensinnig, wie dies insbesondere bei zwei Backen einer Zange, Schere, Klemme oder dergleichen der Fall ist.
Um ein Durchhängen fixierter Zugmittel und/oder ein Durchrutschen umschlingender Zugmittel zu vermeiden, ist das Zugmittelpaar vorgespannt. Hierzu ist in einer Ausführung ein Vorspannmittel zum gemeinsamen Vorspannen des ersten und zweiten Zugmitteltrums eines oder mehrerer Zugmittelpaare vorgesehen. In einer anderen Ausführung ist ein, insbesondere mehrteiliges, Vorspannmittel zum separaten Vorspannen des ersten und zweiten Zugmitteltrums eines oder mehrerer Zugmittelpaare vorgesehen. Ein Vorspannmittel bzw. ein Teil eines mehrteiligen Vorspannmittels kann in einer Ausführung eine oder mehrere mechanische, hydraulische, pneumatische, magnetische und/oder elektromagnetische Federn aufweisen, wobei eine (elektro)magnetische Feder im Sinne der vorliegenden
Erfindung zwei einander (elektro)magnetisch abstoßende oder anziehende Elemente aufweist. In einer Ausführung ist das Vorspannmittel ver- bzw. einstellbar,
beispielsweise durch Änderung einer Federhärte, Vorspannlänge oder dergleichen.
Ein chirurgisches Instrument kann manuell aktuiert werden. In einer bevorzugten Ausführung eines, insbesondere robotergeführten, chirurgischen Instruments weist es zusätzlich oder alternativ eine Aktuatoranordnung mit einem oder mehreren
Aktuatoren auf. Ein Aktuator kann insbesondere einen oder mehrere Elektromotoren aufweisen. Ein Aktuator ist jeweils mit einem oder mehreren Eintriebsgliedern einer Eintriebsanordnung eines Zugmittelpaares wirkverbindbar, insbesondere
wirkverbunden, vorzugsweise derart, dass er das erste und zweite Zugmitteltrum gegenläufig, insbesondere gegensinnig synchron, aktuiert. Er kann mit der
Eintriebsanordnung direkt oder insbesondere über ein Getriebe wirkverbindbar, insbesondere wirkverbunden sein. Das Getriebe kann insbesondere ein
Zugmittelgetriebe aufweisen. Entsprechend kann ein Eintriebsglied in einer
Ausführung über ein Zugmittelpaar mit der Abtriebsanordnung und über ein weiteres Zugmittelpaar mit dem Aktuator wirkverbindbar, insbesondere wirkverbunden sein. Wie einleitend erläutert, ist ein erfindungsgemäßes Instrument insbesondere für die minimalinvasive Chirurgie geeignet. Entsprechend weist es in einer Ausführung einen Instrumentenschaft auf, in dem das oder die Zugmittelpaare angeordnet sind, und der zum Einführen durch eine natürliche oder minimalinvasive Körperöffnung,
insbesondere einen sogenannten Trokar, eingerichtet ist. Das Instrument kann entsprechend insbesondere ein endoskopisches Instrument mit einem Endeffektor zum Einführen in einen Körper und einer gegenüberliegenden extrakorporalen Aktuatoranordnung sein. Wie ebenfalls einleitend erläutert, ist ein erfindungsgemäßes Instrument insbesondere für die minimalinvasive Roboterchirurgie geeignet. Entsprechend weist es in einer Ausführung eine Schnittstelle zur Anbindung an einen Roboter auf. Die Schnittstelle kann insbesondere an dem Instrumentenschaft und/oder einer Aktuatoranordnung angeordnet sein. In einer Ausführung weist die Schnittstelle eine mechanische und/oder magnetische, insbesondere elektromagnetische Kupplung zum Ankoppeln an einen Roboter, und/oder eine Schnittstelle zur Übertragung von Signalen, elektrischer Energie und/oder Fluiden, insbesondere Gasen und/oder Flüssigkeiten, zwischen dem Roboter und dem Instrument auf. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums eines oder mehrerer vorgespannter Zugmittelpaare größer ausgelegt als eine Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums des jeweiligen Zugmittelpaares, insbesondere durch entsprechende Vorgabe eines Materials und/oder einer
Geometrie des jeweiligen Zugmitteltrums. Nach einem anderen Aspekt der
vorliegenden Erfindung ist eine Zugspannungszunahme in dem ersten Zugmitteltrum eines oder mehrerer vorgespannter Zugmittelpaare infolge einer Aktuierung der Eintriebsanordnung dieses Zugmittelpaares aufgrund von dessen größerer
Zugsteifigkeit größer als eine gegensinnige Zugspannungsabnahme in dem zweiten Zugmitteltrum dieses Zugmittelpaares, wobei das Instrument körperfern aktuiert wird, beispielsweise zum Reinigen, Testen oder dergleichen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und Fig. 2: einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer weiteren
Ausführung der vorliegenden Erfindung in Fig. 1 entsprechender Darstellung.
Fig. 1 , auf die vorstehend bereits Bezug genommen wurde, zeigt einen Teil eines chirurgischen Instruments nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Es weist eine Eintriebsanordnung mit einem Eintriebsglied in Form einer drehbar gelagerten Wippe A sowie eine Endeffektorabtriebsanordnung mit einem Abtriebsglied in Form einer weiteren drehbar gelagerten Wippe 3 auf, an der ein Endeffektor 3.1 befestigt ist. Ein- und Abtriebsglied sind durch ein vorgespanntes Zugmittelpaar mit einem ersten Zugmitteltrum 1 und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum 2 gekoppelt. Durch die Vorspannung wirken an Eulerschen Schnittufern Vorspannschnittkräfte Fv.
Fig. 1 zeigt ein statisches Gleichgewicht unter Aufprägung einer Eintriebskraft FA, die von einem Aktuator (nicht dargestellt) auf das Eintriebsglied A ausgeübt wird. Diese sucht den Endeffektor 3.1 im Uhrzeigersinn zu drehen. Da dieser jedoch an einer Umgebung, beispielsweise einem Lumen im Körperinneren, anliegt, kann sich der Endeffektor nicht bewegen, auf ihn wirkt das Reaktionsmoment MR.
Im statischen Gleichgewicht längt sich das ziehende erste Zugmitteltrum 1 um ΔΙ, während sich die vorspannungsbedingte Längung des nachgebenden zweiten
Zugmitteltrums 2 gegenläufig um ΔΙ reduziert. In Fig. 1 ist diese Längung zur
Verdeutlichung übertrieben dargestellt. Zudem sind elastische Deformationen von Ein- und Abtriebsglied, Endeffektor und Umgebung bzw. Lumen vernachlässigt.
Wie vorstehend ausgeführt, erhöht sich in diesem statischen Gleichgewicht eine Schnittkraft F^ an Eulerschen Schnittufern des ziehenden ersten Zugmitteltrums 1 , während sie die entsprechende Schnittkraft F2 des nachgebenden zweiten
Zugmitteltrums 2 entsprechend reduziert.
Das erste Zugmitteltrum 1 weist geometrie-, insbesondere querschnittsbedingt, eine größere Zugsteifigkeit e, auf als das zweite Zugmitteltrum 2, wie in Fig. 1 durch verschiedene Strichstärken des ersten und zweiten Zugmitteltrums angedeutet.
Zusätzlich oder alternativ kann auch das Material, aus dem das erste Zugmitteltrum besteht, einen größeren Elastizitätsmodul aufweisen als das Material, aus dem das zweite Zugmitteltrum besteht. Wie vorstehend erläutert, gilt für das maximale Reaktionsmoment MR, max und damit für die maximal von dem Endeffektor 3.1 auf die Umgebung ausübbare Kraft bzw. die maximal übertragbare Eintriebskraft FA, maX nach Gl. (7)
MR, max = (Ci/ c2 + 1 )■ Fv · r Als Zugsteifigkeit c ist hier beispielsweise der Quotient aus einer Prüf-Zugkraft F und einer durch diese bewirkte Längenänderung des jeweiligen Zugmitteltrums,
insbesondere bezogen auf dessen Gesamtausgangslänge I, zugrundegelegt, die sich mit der Querschnittsfläche Q und dem Elastizitätsmodul E zu c = (E · Q)/l ergibt. Man erkennt, dass sich vorteilhaft durch die gegenüber c2 größere
Zugsteifigkeit c1 im Vergleich zu einem homogenen Zugmittelpaar mit gleichen
Zugsteifigkeiten bei gleicher Vorspannung ein höheres maximales Reaktionsmoment bzw. für dasselbe maximale Reaktionsmoment eine geringere erforderliche
Vorspannung ergibt. Fig. 2 zeigt in Fig. 1 entsprechender Darstellung einen Teil eines chirurgischen
Instruments nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung, wobei einander entsprechende Elemente durch identische, gegebenenfalls durch
Apostrophe (', ") differenzierte Bezugszeichen bezeichnet sind, so dass auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf Unterschiede zur Ausführung der Fig. 1 eingegangen wird.
Das chirurgische Instrument der Fig. 2 weist zwei vorgespannte Zugmittelpaare (1 ', 2'), ( ', 2") mit je einem ersten Zugmitteltrum 1 ' bzw. 1 " und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum 2' bzw. 2" zum gegensinnigen Aktuieren von zwei Freiheitsgraden eines Endeffektors in Form einer Klemme mit zwei Backen 3.1 ', 3.1 " auf, die zwischen sich ein Lumen klemmen und dadurch Reaktionsmomente MR' bzw. MR" erfahren.
Die Zugmittelpaare sind in einem gemeinsamen Instrumentenschaft 4.2 angeordnet, dessen endeffektorseitige Hälfte (unten in Fig. 2) durch eine natürliche oder
minimalinvasive Körperöffnung (nicht dargestellt) eingeführt ist. Am gegenüberliegenden Ende ist eine Antriebsanordnung mit zwei steuerungstechnisch synchronisierten Aktuatoren in Form von Elektromotoren (nicht dargestellt) in einem Gehäuse 4.1 angeordnet, wobei das Instrument mittels einer Schnittstelle an einen Roboter angekoppelt ist und die Elektromotoren mit Eintriebsgliedern A',
A" wirkverbunden, beispielsweise direkt verbunden oder über ein Getriebe gekoppelt sind (nicht dargestellt). Die Zugmitteltrume sind durch ein mehrteiliges Vorspannmittel mit Federn V1 ', V2', V1 " bzw. V2"separat vorgespannt.
Die Ein- und Abtriebsglieder Α', A", 3' bzw. 3" sind in der Ausführung der Fig. 2 als Treibscheiben ausgebildet, die von den Zugmittelpaaren jeweils teilweise
umschlungen werden. Entsprechend sind jeweils das erste Zugmitteltrum und das zweite Zugmitteltrum jedes Zugmittelpaares endeffektorseitig (unten in Fig. 2) und eintriebsseitig (oben in Fig. 2) miteinander verbunden, während das erste
Zugmitteltrum und das zweite Zugmitteltrum der Ausführung der Fig. 1 separat voneinander an Ein- und Abtriebsglied A, 3 fixiert sind. Die freien Abschnitte zwischen dem Ab- bzw. Auflauf der Zugmittel von der bzw. auf die jeweilige Treibscheibe bilden in der Ausführung der Fig. 2 die Zugmitteltrume.
In der Ausführung der Fig. 2 bilden die Schließrichtungen der Backen 3.1 ', 3.1 " die Hauptarbeitsrichtungen der entsprechenden Zugmittelpaare. Entsprechend sind deren erste Zugmitteltrume 1 ', 1 " zum Aktuieren der Freiheitsgrade der Klemmenbacken 3.1 ', 3.1 " in Hauptarbeitsrichtungen, insbesondere zum Schließen eingerichtet.
Bezuqszeichenliste
1 ; 1 '; 1 " erstes Zugmitteltrum
2; 2'; 2" zweites Zugmitteltrum
3; 3'; 3" Abtriebsglied (Endeffektorabtriebsanordnung)
3.1 ; 3.1 '; 3 1 " Endeffektor
4.1 Antriebsanordnungsgehäuse
4.2 Instrumentenschaft
A; Α', A" Eintriebsglied (Eintriebsanordnung)
V1 ', V2',
V1 ", V2' Vorspannmittel(teil)

Claims

Patentansprüche
1 . Chirurgisches Instrument mit einem vorgespannten Zugmittelpaar mit einem
ersten Zugmitteltrum (1 ; 1 ', 1 ") und einem gegenläufigen zweiten Zugmitteltrum (2; 2', 2") zum gegensinnigen Aktuieren eines Freiheitsgrads des Instruments, insbesondere eines Endeffektors (3.1 ; 3. ; 3.1 "), durch eine Eintriebsanordnung (A, Α'; A"), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zugmitteltrum eine größere Zugsteifigkeit (Ci ) aufweist als das zweite Zugmitteltrum.
2. Chirurgisches Instrument nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch wenigstens ein weiteres vorgespanntes Zugmittelpaar mit einem weiteren ersten Zugmitteltrum (1 ") und einem gegenläufigen weiteren zweiten
Zugmitteltrum (2") zum gegensinnigen Aktuieren eines weiteren Freiheitsgrads des Instruments durch eine weitere Eintriebsanordnung (A"), wobei das weitere erste Zugmitteltrum eine größere Zugsteifigkeit (Ci ) aufweist als das weitere zweite Zugmitteltrum. 3. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugsteifigkeit des ersten Zugmittetrums wenigstens eines Zugmittelpaares wenigstens 10%, insbesondere wenigstens 25%, vorzugsweise wenigstens 50% größer ist als die Zugsteifigkeit des zweiten Zugmittetrums dieses Zugmittelpaares. 4. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Material des ersten Zugmitteltrums wenigstens eines Zugmittelpaares eine größere Zugsteifigkeit aufweist als ein Material des zweiten Zugmitteltrums dieses Zugmittelpaares.
Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zugmitteltrum wenigstens eines Zugmittelpaares geometrie-, insbesondere querschnittsbedingt, eine größere Zugsteifigkeit aufweist als das zweite Zugmitteltrum dieses Zugmittelpaares.
6. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Zugmitteltrum wenigstens eines Zugmittelpaares einen Abschnitt mit einer Zugsteifigkeit und einen weiteren Abschnitt mit einer anderen Zugsteifigkeit aufweist.
7. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zugmitteltrum wenigstens eines Zugmittelpaares zum Aktuieren des Freiheitsgrads in einer Hauptarbeitsrichtung, insbesondere zum Schließen oder Schneiden, eingerichtet ist.
8. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zugmitteltrum und das zweite Zugmitteltrum wenigstens eines Zugmittelpaares abtriebs-, insbesondere endeffektorseitig miteinander verbunden (1 ', 2'; 1 ", 2") oder separat voneinander an einer
Abtriebsanordnung, insbesondere einer Endeffektorabtriebsanordnung, befestigt (1 , 2) sind und/oder dass das erste Zugmitteltrum und das zweite Zugmitteltrum wenigstens eines Zugmittelpaares eintriebsseitig (1 ', 2'; 1 ", 2") miteinander verbunden oder separat voneinander an der Eintriebsanordnung befestigt (1 , 2) sind.
9. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
kennzeichnet durch ein, insbesondere einstellbares, Vorspannmittel (V1 ', V2'; V1 ", V2") zum gemeinsamen oder separaten Vorspannen des ersten Zugmitteltrums und des zweiten Zugmitteltrums wenigstens eines Zugmittelpaares. 10. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
kennzeichnet durch eine Aktuatoranordnung mit wenigstens einem Aktuator, der mit einer Eintriebsanordnung eines Zugmittelpaares wirkverbindbar, insbesondere wirkverbunden ist.
1 1. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Instrumentenschaft (4.2), in dem wenigstens ein
Zugmittelpaar angeordnet ist, und der zum Einführen durch eine natürliche oder minimalinvasive Körperöffnung eingerichtet ist.
12. Chirurgisches Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
kennzeichnet durch eine Schnittstelle zur Anbindung an einen Roboter.
13. Chirurgie-Roboter mit einem chirurgischen Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
14. Verfahren zum Auslegen eines chirurgischen Instruments nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugsteifigkeit des ersten Zugmitteltrums wenigstens eines vorgespannten Zugmittelpaares größer ausgelegt wird als eine Zugsteifigkeit des zweiten Zugmitteltrums dieses Zugmittelpaares.
15. Verfahren zum körperfernen Aktuieren eines chirurgischen Instruments nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugspannungszunahme in dem ersten Zugmitteltrum wenigstens eines vorgespannten Zugmittelpaares infolge einer Aktuierung der Eintriebsanordnung dieses Zugmittelpaares größer ist als eine gegensinnige Zugspannungsabnahme in dem zweiten Zugmitteltrum dieses Zugmittelpaares.
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