EP4337114A1 - Magnetische kupplung für ein in gefluteter umgebung arbeitendes chirurgisches instrumentenset - Google Patents

Magnetische kupplung für ein in gefluteter umgebung arbeitendes chirurgisches instrumentenset

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Publication number
EP4337114A1
EP4337114A1 EP22730072.0A EP22730072A EP4337114A1 EP 4337114 A1 EP4337114 A1 EP 4337114A1 EP 22730072 A EP22730072 A EP 22730072A EP 4337114 A1 EP4337114 A1 EP 4337114A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
instrument
tool
magnet carrier
surgical
motor
Prior art date
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Pending
Application number
EP22730072.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Frederick Lenzenhuber
André Bürk
Uwe Schaz
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.)
Aesculap AG
Original Assignee
Aesculap AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Aesculap AG filed Critical Aesculap AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • B23B2260/126—Seals

Definitions

  • the present disclosure relates to a surgical tool, a surgical hand instrument for such a surgical tool and a surgical instrument set having at least one surgical tool and a surgical hand instrument.
  • the tool, the hand-held instrument or the resulting set of instruments serves to hold and drive a preferably exchangeable surgical effector in the broadest sense, in particular a rotatable surgical effector such as a milling cutter, drill, grinding head or similar tool.
  • the tools/instruments In modern minimally invasive surgery, such tools/instruments and associated instrument handpieces/hand instruments are used, for example, for processing bones, cartilage in arthroscopic interventions, in spinal surgery and similar orthopedic/surgical treatments, and for processing organic material in neurosurgery.
  • the tools/instruments have a handle section and optionally exchangeable effectors, such as milling cutters, rotary cutters, a polishing head or the like.
  • the effector is mounted in a shaft of the tool/instrument at its distal end, possibly mounted in a rotatably driven manner.
  • a hydraulic, pneumatic or electric motor drive is provided as the tool drive, which is operatively connected to the tool head (effector) via a torque transmission train within the tool and/or the hand instrument.
  • the drives 2 can be integrated in the tool and/or in the hand-held instrument or designed as external drive units that are coupled to the tool or the hand-held instrument via energy supply lines or torque transmission lines.
  • DE 102013 111 194 A1 discloses such a surgical instrument with a hand instrument/handpiece and a rotatably driven tool accommodated therein.
  • the tool (which is to be coupled with the hand-held instrument) has a sleeve-shaped handle section at its proximal end facing away from the patient's body with an adjoining instrument/tool shaft, at whose distal end facing the patient's body there is an effector which can be rotated in the instrument/tool shaft stored and driven via a motor output shaft.
  • the tool can be connected to the hand instrument, in which the drive for the tool is located, via the sleeve-shaped handle section, for example by means of a positive or non-positive connection.
  • the connection that supplies the drive with energy is located at the proximal end of the hand instrument.
  • the surgical field is completely flooded with saline similar to arthroscopic knee surgery. Milling with the handpiece takes place via the working channel of the endoscope.
  • the way of working has great advantages in terms of visibility, heat distribution, especially the rapid dissipation of heat from the bone and the continuous removal of the bone chips.
  • the prior art therefore has the disadvantage that the function of the tool is not guaranteed in a completely flooded operating theater work environment.
  • the common saline solution used in surgical operations can have a very corrosive effect and can cause massive damage to mechanical components such as ball bearings and tool couplings if it is left in place for a long time after the operation. If used further, the handpiece may fail at any time as a result of contamination. Likewise, it is undesirable for the external area around the surgical field to become soaked and contaminated.
  • the disclosure is based on the object of providing a surgical tool with an effector, in particular a rotatably driven effector, and a surgical hand instrument for receiving, in particular rotatably driven receiving, a surgical tool that Compound as an instrument set can be operated reliably and without exception with the full range of functions in a completely flooded and pressurized operating room environment.
  • the expected service life of the individual components of the instrument set should also be clearly definable and at least the surgical hand instrument should be suitable for multiple use in order to be able to reduce acquisition and maintenance costs.
  • the basic idea of the present disclosure is to effect the torque transmission between a hand instrument-internal torque train or drive and an external tool shank that can be coupled to it, preferably in the area of the coupling point/coupling, without contact and magnetically (exclusively by means of one or more magnetic fields and not as a result of magnetic adhesion) in order to to integrate a fluid barrier in the resulting gap between the tool shank and the torque train, i.e.
  • a separate, detachable surgical hand instrument in which the entire drive or at least part of the drive, preferably the coil carrier and the energy supply connected to it, are encapsulated and sealed by means of a fluid barrier
  • the connection point being fluid-tight and detachable and the power transmission from the drive of the hand instrument to the rotatably mounted tool shaft of the surgeon
  • the tool can be flooded during use without the fluid-sensitive components of the drive being soaked and contaminated by liquids from the operating room environment, thereby impairing the functionality of the instrument set.
  • the surgical tool for a motor-driven surgical hand instrument is provided/designed with a tool shank, on whose distal end section an effector is arranged or designed, preferably in the form of a mill, file or drill, and on whose proximal end section a preferably ring-shaped or cylindrical, tool-side magnet carrier is provided or arranged, in or on which a plurality of permanent magnets are fixed at a preferably uniform circumferential distance from one another and in opposite polarity alignment to the respective adjacent magnets in the circumferential direction.
  • the permanent magnets arranged spaced apart in the circumferential direction of the surgical tool are preferably in (more adjacent in the circumferential direction) 5 alternating north-south polarity.
  • the permanent magnets can be designed as cuboid flat magnets or as cylindrical magnets with north-south polarity and can be attached to the magnet carrier in any number and arrangement, but preferably as eight flat magnets or as six cylindrical magnets. This has the advantage that the different magnet geometries can be used to react to different structural conditions and a uniform magnetic field can be generated in preferred areas of the magnet carrier.
  • the surgical tool can have an instrument shaft that is preferably detachable from and mountable on the hand instrument, in which the tool shaft is rotatably mounted such that the magnet carrier protrudes axially out of the instrument shaft at a proximal end thereof or axially spaced from the proximal end of the instrument shaft.
  • the detachability of the surgical tool has the advantage that the instrument shank can preferably be designed as a single-use shank, which means that there are no negative effects on the service life of the shank component, such as ball bearings, even if it is heavily soiled. Furthermore, the single-use shaft does not have to be able to be cleaned on the inside and the integrated tool means that no complex effector coupling such as a milling cutter coupling is required, which makes the manufacture of the shaft significantly easier and cheaper.
  • the axial protrusion of the magnet carrier or the axial spacing of the magnet carrier from the proximal end of the instrument shaft has the advantage that a power transmission line can be coupled in the connection area between tool and hand instrument or even completely in the hand instrument.
  • the surgical tool can have an assembly handle sleeve, which is preferably fixed to the proximal end portion of the 6
  • the assembly grip sleeve surrounds the magnet carrier on the circumference and protrudes axially in the proximal direction over the magnet carrier in order to form a mechanical coupling for coupling the instrument shaft to a distal end section of the surgical hand instrument in a protruding section formed thereby form.
  • the surgical tool can form an annular gap between the magnet carrier and the assembly handle sleeve.
  • the surgical tool preferably includes/has such permanent magnets that can be placed on the end face and/or the lateral surface of the magnet carrier.
  • This arrangement of the permanent magnets on the front and/or lateral surface of the magnet carrier can enable different variants of magnetic coupling types, preferably a radial magnetic coupling and/or a front/axial magnetic coupling.
  • the surgical tool can be set up in such a way that the permanent magnets can each be arranged with north-south polarity on and/or in the tool-side magnet carrier and in each case to the on the Magnet carriers are arranged radially circumferentially directly adjacent permanent magnets alternately opposite poles. If a comparable arrangement of permanent magnets is provided on the instrument side, the advantage can be achieved that the two magnet arrangements interlock, as it were (as briefly indicated above), which prevents spinning and the transmission of a higher torque through the Attraction to opposing, opposite-polarity magnetic fields and by the simultaneous repulsion to offset-opposite, same-polarity magnetic fields is increased.
  • the surgical tool can have a mounting grip sleeve which is preferably held firmly on the proximal end portion of the instrument shaft, the magnet carrier being spaced axially in the proximal direction from the mounting grip sleeve and forming a rotor of an electric motor.
  • the axial-proximal spacing of the magnet carrier, preferably a rotor of an electric motor, from the assembly handle sleeve, 7 enables easier manual access, since the magnet carrier is not covered by protruding components such as the assembly handle sleeve. Due to the advantageous accessibility, the magnet carrier, preferably the rotor, can also be detachably fastened to the instrument shaft, as a result of which the rotor can be easily replaced even in the event of a defect or damage.
  • the permanent magnets can be arranged in a satellite-like manner on a circular path at a radial distance from the central axis of the magnet carrier.
  • a motor-driven surgical hand instrument has a central handle section, a proximal connection section for connecting at least electrical lines or a self-sufficient power source such as a battery, a coil carrier, on or on which a number of electrical coils are mounted, which are connected to the electrical Lines or the power source can be connected and form part of an electric motor and a distal coupling section for mechanically coupling a surgical tool, preferably according to one of the preceding aspects, a fluid barrier, which separates at least the number of electric coils from the coupled tool in a fluid-tight manner, and a rotor, which in is rotatably mounted on the coil carrier and has a motor output shaft which projects into the distal coupling section and on the preferably distal end section of which a magnet carrier, preferably on the instrument side, is arranged or similar which is formed, in or on which a plurality of permanent magnets are fixed at a uniform circumferential distance from one another and in opposite polarity to the respective adjacent permanent magnet
  • the rotor can also be the magnet carrier at the same time and that the rotor as magnet carrier can have a plurality of permanent magnets at a uniform circumferential distance from one another and each with opposite polarity to the permanent magnet adjacent in the circumferential direction.
  • the rotor can consist of a plurality of permanent magnets, which are arranged in the circumferential direction of the longitudinal axis of the rotor and in each case 8 are arranged in opposite polarity to each other in the circumferential direction adjacent permanent magnet.
  • the aforementioned fluid barrier of the surgical hand instrument has the advantage that although it allows force to be transmitted between the magnetic active partners, it completely prevents the ingress of harmful fluids such as corrosive fluids in the drive area of the hand instrument or at least the components supplied with electrical energy, such as preferably a stator or coil carrier completely hermetically sealed from fluids.
  • the distal coupling section of the motor output shaft has the advantage that power transmission can take place outside of the hand instrument, which means that fluid sealing of the entire motor and the hand instrument is possible and, due to the transition area between the tool and the surgical hand instrument being located outside the interior of the hand instrument, is also less complex to produce in terms of design .
  • the motor-driven surgical hand instrument can have a magnet carrier which is designed as a full-circle disk or full-circle cylinder and in which the permanent magnets are inserted in the end face of the magnet carrier.
  • the full-circle disk or the full-circle cylinder can have a conical shape or the shape of a truncated cone, with the larger surface area facing distally of the surgical hand instrument toward a magnetic coupling partner located on the tool shank.
  • the conical shape of the magnet carrier increases the effective magnetic surface in the coupling area, while material and weight can be saved on the side facing away from the coupling by reducing the diameter along the central axis in the direction proximal to the hand instrument.
  • the motor-driven surgical hand instrument can be set up in such a way that the permanent magnets (as mentioned briefly above) are each arranged with north-south polarity on and/or in the hand-instrument-side magnet carrier and each radially circumferentially directly to that on the magnet carrier 9 adjacent permanent magnets are arranged alternately in opposite polarity, based on the previously described advantages of the tool-side features, to prevent spinning and to transmit a higher torque through the attraction to opposite, opposite-pole magnetic fields and through the simultaneous repulsion to offset-opposite, same-pole magnetic fields , to increase.
  • the motor-driven surgical hand instrument can have a fluid barrier which surrounds the magnet carrier essentially over its entire front and peripheral sides, forming an intermediate gap and is connected in a fluid-tight manner to the outer peripheral side of the distal coupling section.
  • the arrangement of the fluid barrier in the coupling section offers the advantage that the drive and the surgical hand instrument can be structurally sealed more easily. Furthermore, the intermediate gap between the magnet carrier and the fluid barrier advantageously allows a smooth power transmission, as a result of which an undesired temperature development is prevented. This is particularly important for a high-speed drive, since speeds of 30,000 - 100,000 rpm have to be transmitted here. Furthermore, it is an advantage that, depending on the dimensioning of the intermediate gap, even minor irregularities in the concentricity properties of the motor output shaft can be compensated for without the rotating magnet carrier touching the fluid barrier.
  • the magnet carrier of the motor-driven surgical hand instrument can be formed as a sleeve or cup that opens in the distal direction and has a proximal end face and the permanent magnets are arranged on or along the inner circumference of the sleeve or cup.
  • a magnetic active partner or a cylindrical magnet can be received and encompassed from the distal direction with the sleeve- or cup-shaped formation, as a result of which a magnetic ring coupling can be produced.
  • a radial, magnetic coupling occurs due to an encompassing magnetic active partner and an inner magnetic active partner.
  • the ring coupling offers the advantage that the torque from the motor to the tool shank takes place without friction, without wear and without heat generation.
  • the ring clutch offers a certain overload protection if the permissible torque is exceeded.
  • the fluid barrier of the motor-driven surgical hand instrument can surround the magnet carrier essentially over its outer and inner peripheral side as well as its inner side of the forehead base and connect it fluid-tight to the outer peripheral side of the distal coupling section.
  • the fluid barrier of the motor-driven surgical hand instrument can preferably surround at least the radial inner side of the coil carrier and preferably close the proximal end face of the coil carrier, thereby forming a radially and proximally fluid-tight receptacle for a tool-side rotor.
  • the advantage of this fluid barrier is that the arrangement in the surgical hand instrument allows a magnetic coupling between the rotor located at the distal end of the tool shank and the coil carrier, which makes it possible to save on components such as additional coupling elements in the power transmission from the motor to the tool shank and so on to improve the efficiency of the drive.
  • the permanent magnets can be arranged on a circular path in a satellite-like manner at a radial distance from the central axis of the magnet carrier arranged on the motor output shaft.
  • the permanent magnets do not form any in this case 11
  • Propeller shape according to which the magnets meet or touch in the central axis, but they form magnetic areas that are spaced apart from one another in the circumferential direction and radially outwards from the central axis.
  • a surgical instrument set of the present invention similar to the plug-socket principle or the transmitter-receiver principle, a surgical tool according to one of the preceding aspects and a motor-driven surgical hand instrument according to one of the preceding aspects, which differ structurally and are functionally mutually dependent and interact.
  • the surgical instrument set can preferably be designed with a surgical tool and a motor-driven surgical hand instrument in such a way that when the instrument shaft is coupled to the hand instrument, a gap remains between the tool-side and hand-instrument-side magnet carriers with the interposition of the fluid barrier, such that the motor output power is transmitted without contact exclusively via the magnetic interaction between the permanent magnets in the tool-side magnet carrier and the permanent magnets in the tool-side magnet carrier is transferred to the tool.
  • the surgical instrument set can be designed with a surgical tool and a motor-driven surgical hand instrument in such a way that when the 12
  • the tool-side magnet carrier protrudes as a rotor into the fluid-tight receptacle created by the fluid barrier within the stator, in such a way that the motor output power is transmitted directly to the tool without contact exclusively via the magnetic interaction between the permanent magnets in the tool-side magnet carrier and the coils that can be charged with electric current becomes.
  • An advantage of such an embodiment is that fewer intermediate elements, such as an additional coupling for the power transmission train from the hand instrument to the tool, are required, which means that the efficiency of the drive can be improved.
  • the disclosure of a first preferred embodiment is based on a completely encapsulated and sealed motor and a detachable hand instrument or handpiece shaft.
  • the instrument shaft is screwed or plugged onto the motor and is rotationally coupled to the motor by means of a magnetic coupling.
  • the connection between the motor and the instrument shaft has an integrated seal.
  • the rotary motion from the motor is transmitted through a fluid/liquid barrier to the instrument shaft and the effector, preferably a milling cutter, only by means of magnetic force.
  • the instrument shaft is preferably designed as a single-use shaft. This means that there are no negative effects on the service life of the ball bearings, even in the case of heavy contamination. Likewise, the single-use shaft does not have to be cleanable on the inside.
  • the integrated tool means that no effector coupling, preferably a milling cutter coupling, is required, which makes the production of the surgical tool significantly cheaper.
  • the magnetic ring coupling consists of an inner magnet carrier and an outer magnet carrier, each of which has eight pairs of flat magnets with the corresponding north-south polarity and in a ring arrangement for optimum torque transmission. 13
  • the magnet carrier located in the hand instrument has a peripheral, hermetically sealed cover that serves as a fluid barrier or liquid barrier.
  • a peripheral, hermetically sealed cover that serves as a fluid barrier or liquid barrier.
  • the magnetic ring coupling offers a certain overload protection if the permissible torque is exceeded.
  • a major advantage of this embodiment with a magnetic coupling is that the magnetic forces do not act in the axial direction.
  • the magnet carrier or magnet rotor of the instrument shaft centers itself practically independently in the magnet ring of the motor. It is also particularly favorable that the axial tolerances hardly affect the power transmission. As a result, the instrument shaft and also the instrument shaft coupling can be constructed more simply.
  • the outer shape is completely identical to the first embodiment.
  • Tool attachment and the sealed motor are also comparable and the instrument shaft is also a single-use shaft that connects to the motor with either a screw or push-in connector with an integrated seal.
  • the magnet carriers and magnets in the clutch have a different shape and arrangement.
  • the magnets are arranged on a turntable. The force coupling thus takes place in the axial direction. The forces acting in this way are absorbed by appropriately dimensioned ball bearings. It can be advantageous to use angular contact ball bearings or additional axial bearings.
  • the magnetic disk coupling of the second embodiment can have six cylinder magnet pairs with corresponding north-south polarity in a circular arrangement for optimal torque transmission both on the tool side and on the hand instrument side magnetic disk. 14
  • the magnetic disk located in the hand-held instrument is hermetically sealed by a peripheral cover that serves as a liquid barrier, so that the hand-held instrument is sealed in a fluid-tight manner.
  • a peripheral cover that serves as a liquid barrier, so that the hand-held instrument is sealed in a fluid-tight manner.
  • the magnetic coupling can transmit the torque from the motor to the instrument shaft or tool without friction. This makes the coupling particularly suitable for high-speed drives and there is no wear and no heat generation.
  • the magnetic, axial coupling offers a certain overload protection if the permissible torque is exceeded.
  • the outer shape is also completely identical to the first and second embodiment, but in this embodiment the instrument shaft is connected directly to the rotor and an additional radial or axial magnetic coupling is dispensed with.
  • the rotor has a north-south polarity and protrudes axially in the proximal direction from an assembly handle sleeve of the instrument shaft in order to be able to be accommodated in a cylindrical receiving bore that is open in the distal direction of the hand instrument.
  • the tool shaft located in the instrument shaft and in the assembly handle sleeve at the proximal end of which the protruding rotor is located is supported in the area of the assembly handle sleeve by an inserted or screwed-in sleeve with two large radial ball bearings inside the sleeve.
  • the coupling section between the assembly handle sleeve and the hand instrument on which the instrument shaft is attached or screwed is sealed with a seal, preferably an O-ring.
  • the rotor With the instrument shaft attached to the hand instrument, the rotor cantilevers into the receiving bore of the hand instrument and is in a designated operating position. In the operating position there is a direct coupling between the rotor 15 and a coil carrier, preferably the stator of the hand-held instrument, without the need for additional coupling elements for the power transmission line between the hand-held instrument and the effector.
  • the stator is encapsulated and hermetically sealed and is, so to speak, fluid-protected behind a wall of the receiving bore and surrounds the rotor on the peripheral side.
  • the proximal end face of the receiving bore is also sealed in a fluid-tight manner, so that both the coil carrier and its power supply, as well as the electrical connections of the hand-held instrument, are protected from fluid.
  • the rotor can be detachable from the instrument shaft, preferably a single-use shaft, in order to be able to reuse the rotor as well as the motor and the hand instrument.
  • the possibility of decoupling the rotor means that costs and resources can be saved.
  • the coupling between the rotor and the instrument shaft can take place via a locking mechanism, a screw connection, preferably with a thread running in opposite directions, or by using the magnetic properties of the rotor.
  • FIG. 1 is a perspective view of a surgical instrument set according to the disclosure with a surgical tool coupled to a surgical hand instrument
  • FIG. 2 is a perspective view of a surgical instrument set according to a first embodiment of the disclosure with the surgical tool and surgical hand instrument disengaged
  • FIG 3 is a perspective view of the surgical tool according to the first embodiment with permanent magnets arranged radially on the circumference on the magnet carrier, which is located within an assembly handle sleeve 16
  • connection cover 4 is a perspective partial view of a distal connection section of the hand instrument according to the first embodiment in FIG. 2, the front end of the connection cover being cut orthogonally to the longitudinal axis of the hand instrument in order to show annularly arranged permanent magnets located in a connection sleeve
  • FIG. 5 is a sectional view through the longitudinal axis of the surgical instrument set according to the first embodiment with an enlarged area marked in a coupling portion shown in more detail in FIG. 6
  • FIG. 6 is an enlargement of the area marked in FIG. 5 and shows the coupling portion according to the first embodiment in more detail
  • FIG. 7 is a perspective view of a disengaged surgical instrument set including a surgical tool and a surgical hand instrument according to a second embodiment
  • FIG. 8 is a perspective view of the surgical tool according to the second embodiment with cylindrical magnets embedded in a magnet carrier, protruding at the front and with the magnet carrier being located in an assembly grip sleeve
  • connection cover 9 is a perspective partial representation of a distal connection section of the hand instrument according to the second embodiment in FIG. 7, the connection cover being cut at the front orthogonally to the longitudinal axis of the hand instrument in order to show a magnet carrier located in the connection with cylindrical magnets embedded therein
  • FIG. 10 is a sectional view through the longitudinal axis of the surgical instrument set according to the second embodiment with an enlarged area marked in a coupling portion shown in more detail in FIG. 11
  • FIG. 11 is an enlargement of the area marked in FIG. 10 and shows the coupling portion according to the second embodiment in more detail 17
  • FIG. 12 is a perspective view of a surgical instrument set according to a third embodiment of the disclosure with the surgical tool and surgical hand instrument disengaged
  • FIG. 13 is a perspective view of the surgical tool according to the third embodiment with a rotor protruding from an assembly handle sleeve
  • FIG. 14 is a perspective view from the distal direction of a receiving hole in the surgical hand instrument according to the third embodiment for receiving the rotor protruding from the surgical tool according to the third embodiment
  • FIG. 15 is a sectional view through the longitudinal axis of the surgical instrument set according to the third embodiment with an enlarged area marked in a coupling portion shown in more detail in FIG. 16.
  • FIG. 15 is a sectional view through the longitudinal axis of the surgical instrument set according to the third embodiment with an enlarged area marked in a coupling portion shown in more detail in FIG. 16.
  • FIG. 16 is an enlargement of the area marked in FIG. 15 and shows the coupling portion according to the third embodiment in more detail
  • 17 is an exploded view of the surgical instrument set cut along the longitudinal axis according to the third embodiment and shows a surgical tool to the proximal end of which a rotor can be detachably attached and a surgical hand instrument with a receiving bore in the distal direction for receiving the rotor
  • the surgical instrument set 1 shows a first embodiment of a surgical instrument set 1 according to the disclosure.
  • the surgical instrument set 1 has a surgical hand instrument/instrument handpiece 2 and a surgical (shaft) tool 3.
  • the surgical tool 3 has at its distal end an effector 4 which is operatively connected to an instrument shaft 5 (relatively rotatable), the instrument shaft 5 is designed as an outer sleeve 5 of the tool 3.
  • the effector 4 can in particular be a drilling, milling, grinding or polishing head.
  • a (conical) assembly grip sleeve 6 on the instrument shaft 5 or on the outer sleeve 5, which is preferably firmly connected to the outer sleeve 5 and which extends in the distal direction to the Effector 4 tapered.
  • the mounting grip sleeve 6 can be connected to the hand instrument 2 by means of a form fit and/or force fit, specifically with a screw or plug connection.
  • the assembly grip sleeve 6 has a profiled grip section 7 with, for example, knobs or grooves, the profiling of the grip section 7 consisting of radial and axial depressions between which elevations are formed.
  • the surgical hand instrument 2 has at its distal end (facing the patient's body) a distal coupling section 8 onto which the surgical tool 3 can be plugged or screwed.
  • the surgical hand instrument 2 has a proximal connection section 10 by means of which it is connected to an energy supply unit or the like.
  • the surgical tool 3 and the surgical hand instrument 2 are in FIG. 2 in a separate, uncoupled state, as a result of which the distal coupling section 8 can be seen more precisely.
  • a sleeve-shaped fluid barrier 11 adjoins the distal coupling section 8 , in which a cup-shaped magnet carrier 12 for a non-contact, magnetic force coupling to the surgical tool 3 is located.
  • 19 cup-shaped means that the magnet carrier 12 has an elongated-cylindrical depression open on one side with a closed bottom.
  • the sleeve-shaped fluid barrier 11 covers the cup-shaped magnet carrier 12 all around and forms a hermetically sealed liquid barrier that prevents liquids from penetrating the surgical hand instrument 2 .
  • the uncoupled surgical tool 3 is shown in FIG. 3 from the proximal direction, so that a tool-side, cylindrical magnet carrier 13 can be seen.
  • the cylindrical magnet carrier 13 is non-rotatably attached to the proximal end of a tool shaft 14 rotatably mounted in the outer sleeve (instrument shaft) 5 and is rotatably mounted with it.
  • the annular gap 15 is used by the sleeve-shaped fluid barrier 11 to engage in the assembly handle sleeve 6 and at the same time to enclose the cylindrical magnet carrier 13 when the surgical tool 3 and the surgical hand instrument 2 are connected to each other.
  • the sleeve-shaped fluid barrier 11 is located in the free space formed by the annular gap 15 between the cylindrical magnet carrier 13 and the assembly handle sleeve 6 and encompasses the cylindrical magnet carrier 13 on the circumference and at the front.
  • This arrangement allows for a radial magnetic coupling 17 between the cylindrical magnet carrier 13 and the cup-shaped magnet carrier 12.
  • FIG. 4 shows a distal portion of the uncoupled surgical hand instrument 2 with the distal coupling section 8 and the sleeve-like fluid barrier 11 .
  • the sleeve-shaped fluid barrier 11 is cut orthogonally to the longitudinal axis of the surgical hand instrument 2 in order to be able to view the cup-shaped magnet carrier 12 located in the sleeve-shaped fluid barrier 11 .
  • the tubular fluid barrier 11 embraces the cylindrical magnet carrier 13 shown in FIG. 3 while it engages a cylindrical opening 16 within the tubular fluid barrier 11 when the surgical tool 3 and the surgical hand instrument 2 are connected.
  • the magnetic operative connection of the radial, magnetic coupling is achieved by eight flat magnets 18 each with north-south polarity N, S, which are evenly distributed both on the outer circumference of the cylindrical magnet carrier 13 and on the Inner circumference of the cup-shaped magnet carrier 12 are generated.
  • N north-south magnetic polarity
  • S alternates circumferentially from permanent magnet 18 to permanent magnet 18 on the respective magnet carrier 12, 13. This increases the inhibition against spinning and the transmission of a higher torque through the attraction between the opposing, opposite-pole and corresponding permanent magnets 18, which are located on the one hand on the cylindrical magnet carrier 13 and on the other hand on the cup-shaped magnet carrier 12, and at the same time also through the repulsion of the magnetic fields between the cylindrical magnet carrier 13 and the cup-shaped magnet 12 offset opposite, homopolar permanent magnets 18.
  • the permanent magnets 18 located on the outer circumference of the magnet carrier 13 alternate in the circumferential direction with the directly adjacent permanent magnet 18 in the north-south polarity, so that a permanent magnet 18 with north polarity N on the outer circumference is followed by a circumferentially directly adjacent permanent magnet 18 with south polarity S on the outer circumference follows.
  • a permanent magnet with north polarity N on the outer circumference is flanked in both circumferential directions by the directly adjacent permanent magnets with south polarity on the outer circumference, as shown in FIG.
  • FIG. 5 the connected instrument set 1 according to the first embodiment is shown in a sectional view along the longitudinal axis.
  • the electrical energy provided by the proximal connection section 10 is transmitted to the electric motor 19 indicated schematically in the surgical hand instrument 2 .
  • Torque is transmitted from the electric motor 19 to a motor output shaft 20 which transfers the torque to the tool shank via the radial, magnetic coupling 17
  • the electric motor 19 consisting of a stator 21 and a rotor 22 generates a torque which is passed on via the rotor 22 to the motor output shaft 20 and the cup-shaped magnet carrier 12 .
  • the rotor 22 can be connected to the proximal, widened shaft end 23 of the motor output shaft 20 via a plug or screw connection.
  • the proximal end of the shaft 23 has a larger outer diameter in order to be able to provide a suitable seat for the rotor 22 for non-rotatable attachment.
  • the cup-shaped magnet carrier 12 is connected to the motor output shaft 20 in a torque-proof manner at the distal end thereof, preferably by means of a press fit. 22
  • the electric motor 19 and the cup-shaped magnet carrier 12 are encapsulated in a fluid-tight manner by the fluid barrier 11 at the distal end of the hand instrument 2, which surrounds the outer and inner peripheral side and the inner side of the end face of the cup-shaped magnet carrier 12 and is connected to the outer peripheral side of the distal coupling section .
  • seal 26 at the transition area of the fluid barrier 11 and the distal coupling section 8 as well as the proximal end section of the assembly handle sleeve 6.
  • the seal 26 can be designed here, for example, as an O-ring and prevents liquid from escaping via the instrument shaft 5 on the tool side has occurred, exits at the distal coupling section 8 between the tool 3 and the hand instrument 2 and restricts the operator when handling the instrument set 1 and contaminates the handle of the hand instrument 2.
  • the force transmitted via the electric motor 19 to the motor output shaft 20 and the sleeve-shaped magnet carrier 12 is transmitted radially inwards via the sleeve-shaped fluid barrier 11 as torque to the cylindrical magnet carrier 12 which is fixed to the tool shank 14 in a torque-proof manner.
  • the tool shank 14 is rotatably supported by a radial ball bearing 29 located in the assembly handle sleeve, so that the tool shank 14 can transmit the torque to the effector 4 .
  • FIG. 7 shows an uncoupled set of instruments 1 according to a second embodiment of the invention.
  • the main difference between the first and the second embodiment lies in the design of the coupling section.
  • there is a cylindrical fluid barrier 30 at the distal end of the hand-held device 2 which is located in the axial direction between a first disk-shaped magnet carrier 31 and a second disk-shaped magnet carrier 32 when the instrument set 1 is in the connected state.
  • the tool 3 is shown in perspective from the proximal direction, whereby the second disc-shaped magnet carrier 32, which is located in the assembly handle sleeve 6, can be seen.
  • the second disc-shaped magnet carrier 32 has six cylindrical magnets 33 with a north-south polarity N, S and is fixed to the tool shank 14 in a rotationally fixed manner.
  • the cylindrical magnets 33 are arranged radially at equal distances from one another around the tool shank 14 and are flush with the end faces of the second disc-shaped magnet carrier 32 .
  • N, S alternates from permanent magnet 33 to permanent magnet 33 .
  • FIG. 9 a distal section of the uncoupled surgical hand instrument 2 with the distal coupling section 8 and the cylindrical fluid barrier 30 is shown.
  • the cylindrical fluid barrier 30 is cut orthogonally to the longitudinal axis of the surgical hand instrument 2 in order to be able to view the first disc-shaped magnet carrier 31 located in the cylindrical fluid barrier 30 .
  • the first disc-shaped magnet carrier 31 also has six cylindrical magnets 33 with north-south polarity N, S and is non-rotatable on the motor output shaft 24
  • the magnets 33 are arranged radially around the motor output shaft 20 at equal distances from one another.
  • FIG. 10 the connected instrument set 1 according to the second embodiment is shown in a sectional view along the longitudinal axis.
  • the embodiment differs from the first embodiment only in the coupling section, which is emphasized in the enlargement area XI and shown enlarged in FIG.
  • the first disk-shaped magnet carrier 31 and the second disk-shaped magnet carrier 32 are arranged along the longitudinal axis of the instrument set 1 and with their respective end faces lying opposite one another.
  • the cylindrical magnets 33 of the first disc-shaped magnet carrier 31 couple via magnetic forces with the respective opposite-pole cylindrical magnets 33 of the second disc-shaped magnet carrier 32. This creates an axially acting, magnetic coupling 34, which is activated by the alternating polarity of the magnets on the respective magnet carrier , which can transmit radially acting torque.
  • the cylindrical fluid barrier 30 encompasses the first disc-shaped magnet carrier 31 essentially over its entire front and peripheral sides and encapsulates the distal end of the surgical hand instrument 2 in a fluid-tight manner.
  • a first air gap 35 is formed between the first disk-shaped magnet carrier 31 and the cylindrical fluid barrier 30, and a second air gap 36 is formed between the second disk-shaped magnet carrier 32 and the fluid barrier 30, as a result of which frictionless and contact-free power transmission between the first disk-shaped magnet carrier 31 and second disc-shaped magnet carrier 32 across the cylindrical fluid barrier 30 in the axial longitudinal direction of the instrument set 1 is made possible.
  • the axial, magnetic coupling 34 is thus made possible by the elements described above.
  • FIG. 12 shows a third embodiment of the surgical instrument set 1 according to the invention.
  • the third embodiment differs from the first two embodiments in that the coupling section of the power transmission train and the fluid barrier are in the surgical hand instrument 2 25 located.
  • the rotor 22 protrudes from the uncoupled tool 3 of the third embodiment at the proximal end of the assembly grip sleeve 6 and is accommodated in a receiving bore 37 in the connected state of the instrument set 1 .
  • the tool 3 is shown in perspective from the proximal direction, whereby the rotor 22, which is rotatably mounted by a ball bearing sleeve 38 installed in the assembly grip sleeve 6, can be seen.
  • FIG. 14 the surgical hand instrument can be seen from the distal direction so that the interior of the receiving bore 37 can be viewed.
  • FIG. 15 shows the connected instrument set 1 according to the third embodiment in a sectional view along the longitudinal axis.
  • the coupling section and the interior space in the surgical hand instrument 2 are emphasized by the enlarged area XVI and shown enlarged in FIG.
  • the force is transmitted in the form of a torque from the stator 21 to the rotor 22, with the rotor 22 being connected directly, without intermediate coupling, to a tool shank 39 protruding into the surgical hand-held instrument 2 in a rotationally fixed manner .
  • the stator 21 and all electrical supply lines are protected in a fluid-tight manner by a hermetically sealed inner wall 40 of the bore opening 37 .
  • the sealed inner wall 40 can effectively seal off any liquid that gets into the drill opening of the hand-held instrument 2 via the instrument shaft 5 of the tool 3 from power-supplied components.
  • a magnetic power transmission from the stator 21 to the rotor 22 and the tool shank 39 is made possible without additional coupling elements.
  • the tool shank 39 protrudes from the mounting handle sleeve 6 and is supported by the ball bearing sleeve 38.
  • the ball bearing sleeve 38 is connected to the inside of the assembly handle sleeve 6, preferably via a screw connection.
  • the transition area between the tool 3 and the hand instrument 2 is connected to one another in a fluid-tight manner by a seal 26, preferably an O-ring, so that liquids that have entered the interior of the tool 3 via the instrument shaft 5 do not escape at the connection area 8 and can limit the operator's work.
  • FIG. 17 shows an exploded drawing of the instrument set 1 of the third embodiment, cut along the longitudinal axis.
  • the rotor 22 can also be detachably attached to the tool shank 39 by means of a latching mechanism, a
  • Screw connection with opposing threads or fixed in a rotationally fixed manner by means of a magnetic connection Screw connection with opposing threads or fixed in a rotationally fixed manner by means of a magnetic connection.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrumentenset (1) mit einem über einen proximalen Anschlussabschnitt (10) mit Energie versorgten chirurgischen Handinstruments (2) und einem daran lösbar verbundenen chirurgischen Werkzeug (3) mit einem Effektor (4), wobei die Kraftübertragung vom Antrieb des chirurgischen Handinstruments (2) auf einen Werkzeugschaft (14; 39) und den daran befestigten Effektor (4) mittels einer magnetischen Kupplung erfolgt, die es ermöglicht das chirurgische Handinstrument (2) vollkommen oder zumindest teilweise fluiddicht, d.h. zumindest die elektrisch versorgten Bestandteile des Antriebs, vom Werkzeug (3) abzukapseln, sodass das Instrumentenset (1) für einen Einsatz in einem vollständig gefluteten Operationsfeld geeignet ist und das Handinstrument (2) wiederverwendbar ist.

Description

1
Magnetische Kupplung für ein in gefluteter Umgebung arbeitendes chirurgisches
Instrumentenset
Beschreibung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein chirurgisches Werkzeug, ein chirurgisches Handinstrument für ein solches chirurgisches Werkzeug sowie ein chirurgisches Instrumentenset aufweisend mindestens ein chirurgisches Werkzeug und ein chirurgisches Handinstrument. Das Werkzeug, das Handinstrument bzw. das sich daraus ergebende Instrumentenset dienen der Aufnahme und des Antriebes eines vorzugsweise austauschbaren chirurgischen Effektors im weitesten Sinne, insbesondere eines drehbaren chirurgischen Effektors, wie beispielsweise eines Fräsers, Bohrers, Schleifkopfs oder ähnlichen Werkzeugs.
Hintergrund der Erfindung
In der modernen minimalinvasiven Chirurgie werden derartige Werkzeuge/Instrumente und dazugehörige Instrumentenhandstücke/Handinstrumente beispielsweise zur Bearbeitung von Knochen, Knorpeln bei arthroskopischen Eingriffen, in der Wirbelsäulenchirurgie und dergleichen orthopädischen/chirurgischen Behandlungen sowie zur Bearbeitung von organischem Material in der Neurochirurgie verwendet. Die Werkzeuge/Instrumente weisen einen Griffabschnitt und ggf. austauschbare Effektoren, wie beispielsweise Fräser, Drehmesser, einen Polierkopf oder Ähnliches auf. Der Effektor ist in einem Schaft des Werkzeugs/Instruments an dessen distalem Ende gelagert, ggf. drehbar angetrieben gelagert. Als Werkzeugantrieb ist je nach Verwendungszweck und beabsichtigter Werkzeugdrehzahl ein hydraulischer, pneumatischer, oder elektromotorischer Antrieb vorgesehen, der über einen Drehmoment-Übertragungszug innerhalb des Werkzeugs und/ oder des Handinstruments mit dem Werkzeugkopf (Effektor) wirkverbunden ist. Die Antriebe 2 können dabei im Werkzeug und/oder im Handinstrument integriert oder als externe Antriebseinheiten ausgebildet sein, die über Energieversorgungsleitungen oder Drehmoment-Übertragungsstränge mit dem Werkzeug oder dem Handinstrument gekuppelt sind.
Stand der Technik
Aus der DE 102013 111 194 A1 ist ein solches chirurgisches Instrument mit einem Handinstrument/Handstück und einem darin aufgenommenen drehbar angetrieben Werkzeug bekannt. Das Werkzeug (welches mit dem Handinstrument gekoppelt werden soll) weist an seinem proximalen, patientenkörperabgewandten Ende einen hülsenförmigen Griffabschnitt mit einem daran anschließenden Instrumenten- /Werkzeugschaft auf, an dessen distalem, patientenkörperzugewandten Ende sich ein Effektor befindet, der im Instrumenten-A/Verkzeugschaft drehbar gelagert und über eine Motor-Abtriebswelle angetrieben wird. Das Werkzeug kann über den hülsenförmigen Griffabschnitt beispielsweise mittels Form - oder Kraftschluss an das Handinstrument angeschlossen werden, in dem sich der Antrieb für das Werkzeug befindet. Am proximalen Ende des Handinstruments befindet sich der Anschluss, der den Antrieb mit Energie versorgt.
Im Zuge neuer Operationstechniken in der Wirbelsäulenchirurgie, wie sie vor allem in Japan immer häufiger Anwendung finden, wird das Operationsfeld vollständig geflutet. Der Operateur setzt für die Operation ein Endoskop mit Arbeitskanal,
Spülkanal und Absaugkanal ein. Das Operationsfeld wird vollständig mit Kochsalzlösung geflutet ähnlich wie bei arthroskopischen Eingriffen am Knie. Das Fräsen mit dem Handstück findet über den Arbeitskanal des Endoskops statt. Die Arbeitsweise hat große Vorteile bei der Sicht, der Wärmeverteilung, insbesondere der schnellen Ableitung der Wärme vom Knochen und der kontinuierlichen Entfernung der Knochenspäne.
Bisherige chirurgische Handinstrumente nach der Bauart, des aus dem Stand der Technik DE 102013 111 194 A1 bekannten Handinstruments sind aufgrund ihres Aufbaus nicht geeignet, um unter Wasser beziehungsweise unter Fluideinwirkung zu arbeiten oder sind zumindest nach dem OP-Einsatz aufgrund von Kontaminierungen 3 nicht wiederverwendbar. Durch einen im Operationsfeld vorherrschend Überdruck wird Flüssigkeit am Effektor beispielsweise einem Fräser vorbei durch den Instrumenten- A/Verkzeugschaft und durch den Motor hindurch geleitet und tritt an der Werkzeugentriegelung (Kupplungsstelle zwischen Werkzeug und Handinstrument) und am Anschluss zum Motorkabel wieder aus. Dabei treten auch kontaminierte Flüssigkeit, sowie abgetragene Gewebepartikel aus. Durch die Partikel ist es möglich, dass die innenliegenden Bauteile wie z.B. Kugellager, Werkzeugkupplung, etc. beschädigt werden und das Handstück nicht seine vorgesehene Lebensdauer erreicht.
Der Stand der Technik hat somit den Nachteil, dass die Funktion des Werkzeugs in einem vollständig gefluteten OP-Arbeitsumfeld nicht sichergestellt ist. Zudem kann bei chirurgischen Operationen häufig eingesetzte Kochsalzlösung sehr korrosiv wirken und kann bei längerer Liegezeit nach der OP mechanische Komponenten wie beispielsweise Kugellager und Werkzeugkupplungen massiv schädigen. Bei weiteren Einsätzen ist in Folge der Kontaminierung jederzeit ein Ausfall des Handstücks möglich. Ebenso ist es nicht erwünscht, dass der außenliegende Bereich um das OP-Feld durchnässt und kontaminiert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik und dessen Nachteilen liegt der Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein chirurgisches Werkzeug mit einem Effektor, insbesondere einem drehbar angetriebenen Effektor, sowie ein chirurgisches Handinstrument zur Aufnahme, insbesondere drehbar angetriebenen Aufnahme, eines chirurgischen Werkzeugs bereitzustellen, die im Verbund als Instrumentenset in einem vollständig gefluteten und mit Überdruck versetzten OP- Arbeitsumfeld zuverlässig und ausnahmslos mit vollem Funktionsumfang schadenfrei betrieben werden können. Auch soll die zu erwartende Lebensdauer der einzelnen Komponenten des Instrumentensets klar definierbar und mindestens das chirurgisches Handinstrument für eine Mehrfachverwendung geeignet sein, um Anschaffungs- und Bereithaltungskosten senken zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein kuppelbares, separates chirurgisches Werkzeug gemäß Anspruch 1 , ein mit dem Werkzeug kuppelbares, separates 4 chirurgisches Handinstrument gemäß Anspruch 8 und ein chirurgisches Instrumentenset nach Anspruch 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind dabei Gegenstand der Unteransprüche.
Der Grundgedanke der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die Drehmomentübertragung zwischen einem Handinstrument-internen Drehmomentzug oder Antrieb und einem daran ankoppelbaren externen Werkzeugschaft vorzugsweise im Bereich der Koppelstelle/Kupplung berührungslos magnetisch (ausschließlich mittels eines oder mehrerer Magnetfelder und nicht infolge der Magnethaftung) zu bewirken, um in dem dadurch verbleibenden Spalt zwischen Werkzeugschaft und Drehmomentzug eine Fluidbarriere zu integrieren, d.h. im Konkreteren ein separates, kuppelbares chirurgisches Handinstrument, in welchem der gesamte Antrieb oder zumindest ein Teil des Antriebs vorzugsweise der Spulenträger und die daran angeschlossene Energieversorgung gekapselt und mittels einer Fluidbarriere versiegelt sind, mit einem Werkzeug lösbar zu verbinden, wobei die Verbindungsstelle fluiddicht und lösbar kuppelbar ist und die Kraftübertragung vom Antrieb des Handinstruments auf den drehbar gelagerten Werkzeugschaft des chirurgischen Werkzeugs über die Fluidbarriere hinweg mittels einer magnetischen Kupplung berührungslos stattfindet, wobei das Werkzeug im Einsatz geflutet werden kann ohne, dass dabei die fluidempfindlichen Komponenten des Antriebs durch Flüssigkeiten aus dem OP-Umfeld durchnässt und kontaminiert werden und so die Funktionsweise des Instrumentenset beeinträchtigt wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Offenbarung ist das chirurgische Werkzeug für ein oder eines motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstruments versehen/ausgebildet mit einem Werkzeugschaft, an dessen distalem Endabschnitt ein Effektor vorzugsweise in Form einer Fräse, Feile oder Bohrer angeordnet oder ausgebildet ist und an dessen proximalem Endabschnitt ein vorzugsweise ring- oder zylinderförmiger, werkzeugseitiger Magnetträger vorgesehen oder angeordnet ist, in oder an welchem eine Mehrzahl von Permanentmagneten in vorzugsweise gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander sowie in jeweils gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Magneten fixiert sind. In anderen Worten ausgedrückt, sind die in Umfangsrichtung des chirurgischen Werkzeugs beabstandet angeordneten Permanentmagnete vorzugsweise in (in Umfangsrichtung nachbarweiser) 5 wechselnder Nord-Süd Polung ausgerichtet. Dadurch bilden sich jeweils Magnetfelder in ebenfalls wechselnder Nord-Süd Polung aus, die quasi wie eine Art magnetischer Eingriffszähne wirken, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
Die Permanentmagnete können dabei als quaderförmige Flachmagnete oder als zylinderförmige Magnete mit einer Nord-Süd-Polung ausgestaltet sein und in beliebiger Anzahl und Anordnung, vorzugsweise jedoch als acht Flachmagnete oder als sechs zylinderförmige Magnete am Magnetträger angebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass durch die unterschiedlichen Magnetgeometrien auf unterschiedliche konstruktive Gegebenheiten reagiert werden und ein gleichmäßiges Magnetfeld an bevorzugten Bereichen des Magnetträgers erzeugt werden kann.
Ferner ist es gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, dass das chirurgische Werkzeug einen vorzugsweise lösbar vom und montierbar am Handinstrument ausgebildeten Instrumentenschaft haben kann, in welchem der Werkzeugschaft drehgelagert ist, derart, dass der Magnetträger an einem proximalen Ende des Instrumentenschafts aus diesem axial herausragt oder axial vom proximalen Ende des Instrumentenschafts beabstandet ist.
Die Lösbarkeit des chirurgischen Werkzeugs hat den Vorteil, dass der Instrumentenschaft vorzugsweise als Single-Use-Schaft ausgeführt sein kann, wodurch sich auch bei starker Verunreinigung keine negativen Einflüsse auf die Lebensdauer der Schaftkom ponente wie beispielweise Kugellager ergeben. Des Weiteren muss dadurch der Single Use Schaft nicht innen reinigbar sein und durch das integrierte Werkzeug ist keine aufwendige Effektorkupplung wie z.B. eine Fräserkupplung erforderlich, was die Herstellung des Schaftes konstruktiv deutlich einfacher und günstiger macht.
Das axiale Herausragen des Magnetträgers oder die axiale Beabstandung des Magnetträgers vom proximalen Ende des Instrumentenschafts hat den Vorteil, dass eine Kupplung eines Kraftübertragungszuges im Anschlussbereich zwischen Werkzeug und Handinstrument oder sogar vollständig im Handinstrument stattfinden kann.
Vorzugsweise kann das chirurgische Werkzeug eine Montage-Griffhülse aufweisen, welche vorzugsweise fest am proximalen Endabschnitt des 6
Instrumentenschafts an diesem gehalten ist, derart, dass die Montage-Griffhülse den Magnetträger umfangsseitig umgibt sowie axial in Richtung proximal über den Magnetträger vorragt, um in einem dadurch gebildeten vorragenden Abschnitt eine mechanische Kupplung für ein Ankuppeln des Instrumentenschafts an einen distalen Endabschnitt des chirurgischen Handinstruments zu bilden.
Gemäß einem weiteren/anderen Aspekt kann das chirurgisches Werkzeug zwischen dem Magnetträger und der Montage-Griffhülse einen Ringspalt ausbilden.
Das chirurgisches Werkzeug umfasst/hat weiterhin bevorzugt solche Permanentmagnete, die an der Stirnfläche und/oder der Mantelfläche des Magnetträgers platziert sein können. Diese Anordnung der Permanentmagnete an der Stirn und/oder Mantelfläche des Magnetträger kann dabei unterschiedliche Varianten von magnetischen Kupplungsarten, vorzugsweise eine radiale, magnetische Kupplung und/oder eine stirnseitig/ axial magnetische Kupplung ermöglichen.
Ferner ist es gemäß einem weiteren/anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, dass das chirurgische Werkzeug so eingerichtet sein kann, dass die Permanentmagnete jeweils mit Nord-Süd-Polung auf und/oder in dem werkzeugseitigen Magnetträger angeordnet sein können und jeweils zu dem auf dem Magnetträger radial umlaufend direkt benachbarten Permanentmagneten abwechselnd gegenpolig angeordnet sind. Sofern auf der Instrumentenseite eine vergleichbare Anordnung von Permanentmagneten vorgesehen ist, lässt sich dadurch der Vorteil erzielen, dass die beiden Magnetanordnungen sich quasi ineinander verzahnen (wie dies vorstehend kurz angedeutet wurde), wodurch die Hemmung gegen ein Durchdrehen und die Übertragung eines höheren Drehmoments durch die Anziehung zu gegenüberliegenden, gegenpoligen Magnetfeldern und durch die gleichzeitige Abstoßung zu versetzt-gegenüberliegenden, gleichpoligen Magnetfeldern, erhöht wird.
Entsprechend einem weiteren Aspekt kann das chirurgische Werkzeug eine Montage-Griffhülse aufweisen, welche vorzugsweise fest am proximalen Endabschnitt des Instrumentenschafts an diesem gehalten ist, wobei der Magnetträger axial in Richtung proximal von der Montage-Griffhülse beabstandet ist und einen Rotor eines elektrischen Motors bildet. Die axial-proximale Beabstandung des Magnetträgers, vorzugsweise eines Rotors eines elektrischen Motors, von der Montage-Griffhülse, 7 ermöglicht eine leichtere manuelle Zugänglichkeit, da der Magnetträger nicht durch überstehende Bauteile wie beispielsweise der Montage-Griffhülse verdeckt wird. Aufgrund der vorteilhaften Zugänglichkeit kann der Magnetträger, vorzugsweise Rotor, auch lösbar am Instrumentenschaft befestigt sein, wodurch der Rotor auch im Falle eines Defekt oder einer Beschädigung leicht ausgetauscht werden kann.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt des chirurgischen Instruments können die Permanentmagnete in radialen Abstand zur Mittelachse des Magnetträgers auf einer Kreisbahn satellitenartig angeordnet sein.
In einem weiteren Aspekt der Offenbarung weist ein motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument einen zentralen Griffabschnitt, einen proximalen Anschlussabschnitt zum Anschließen zumindest von elektrischen Leitungen oder einer autarken Stromquelle wie Batterie, einem Spulenträger, auf oder an welchem eine Anzahl elektrischer Spulen gelagert sind, welche mit den elektrischen Leitungen oder der Stromquelle verbindbar sind und einen Teil eines elektrischen Motors bilden und einem distalen Kupplungsabschnitt zum mechanischen Ankuppeln eines chirurgischen Werkzeugs vorzugsweise gemäß einem der vorhergehenden Aspekte eine Fluidbarriere, welche zumindest die Anzahl elektrischer Spulen vom angekuppelten Werkzeug fluiddicht separiert, sowie einen Rotor, der in dem Spulenträger drehbar gelagert ist und eine in den distalen Kupplungsabschnitt hineinragende Motor- Abtriebswelle hat, an deren vorzugsweise distalem Endabschnitt ein vorzugsweise instrumentenseitiger Magnetträger angeordnet oder ausgebildet ist, in oder an welchem eine Mehrzahl von Permanentmagneten in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander sowie in jeweils gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten fixiert sind, auf.
Hervorzuheben ist, dass der Rotor in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform auch gleichzeitig der Magnetträger sein kann und dass der Rotor als Magnetträger eine Mehrzahl von Permanentmagneten in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander sowie jeweils gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten aufweisen kann. In anderen Worten ausgedrückt, der Rotor kann aus einer Mehrzahl von Permanentmagneten bestehen, die in Umfangsrichtung der Rotor-Längsachse angeordnet und in jeweils 8 gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten angeordnet sind.
Die vorstehend genannte Fluidbarriere des chirurgischen Handinstruments hat den Vorteil, dass sie zwar eine Kraftübertragung zwischen den magnetischen Wirkpartnern zulässt, aber ein Eindringen von schädlichen Fluiden wie beispielsweise korrosiven Fluiden im Antriebsbereich des Handinstruments komplett verhindert oder zumindest die mit elektrischer Energie versorgten Komponente wie vorzugsweise einen Stator beziehungsweise Spulenträger vollkommen von Fluiden hermetisch abdichtet.
Der distale Kupplungsabschnitt der Motor-Abtriebswelle hat den Vorteil, dass eine Kraftübertragung außerhalb des Handinstruments stattfinden kann, wodurch eine Fluidabdichtung des gesamten Motors und des Handinstruments möglich wird und aufgrund des außerhalb des Handinstrumenteninnenraums gelegenen Übergangsbereiches zwischen Werkzeug und chirurgischen Handinstrument auch konstruktiv weniger aufwendig herzustellen ist.
Ferner kann das motorisch angetriebene chirurgische Handinstrument einen Magnetträger aufweisen, der als Vollkreisscheibe oder Vollkreiszylinder ausgebildet ist und bei dem die Permanentmagnete in der Stirnseite des Magnetträgers eingesetzt sind. Vorteilhafterweise kann die Vollkreisscheibe oder der Vollkreiszylinder eine konische Form beziehungsweise die Form eines Kegelstumpfs aufweisen, wobei die flächenmäßig größere Grundfläche in Richtung distal des chirurgischen Handinstruments zu einem magnetischen, an dem Werkzeugschaft befindlichen Kupplungspartner gerichtet ist. Durch die konische Ausformung des Magnetträgers wird die magnetische Wirkfläche im Kupplungsbereich vergrößert, während auf der kupplungsabgewandten Seite Material und Gewicht durch eine Verringerung des Durchmessers entlang der Mittelachse in Richtung proximal zum Handinstrument eingespart werden kann.
Des Weiteren kann das motorisch angetriebene chirurgische Handinstrument so eingerichtet sein, dass die Permanentmagnete (wie vorstehend kurz erwähnt) jeweils mit Nord-Süd-Polung auf und/oder in dem handinstrumentseitigen Magnetträger angeordnet sind und jeweils zu dem auf dem Magnetträger radial umlaufend direkt 9 benachbarten Permanentmagneten abwechselnd gegenpolig angeordnet sind, um in Anlehnung an die zuvor beschrieben Vorteile der werkzeugseitigen Merkmale die Hemmung gegen ein Durchdrehen und die Übertragung eines höheren Drehmoments durch die Anziehung zu gegenüberliegenden, gegenpoligen Magnetfeldern und durch die gleichzeitige Abstoßung zu versetzt-gegenüberliegenden, gleichpoligen Magnetfeldern, zu erhöhen.
Gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsform kann das motorisch angetriebene chirurgische Handinstrument eine Fluidbarriere aufweisen, die den Magnetträger im Wesentlichen über dessen gesamte Stirn- und Umfangsseiten unter Ausbildung eines Zwischenspalts umgibt und mit der äußeren Umfangsseite des distalen Kupplungsabschnitts fluiddicht verbunden ist.
Die Anordnung der Fluidbarriere im Kupplungsabschnitt bietet den Vorteil, dass der Antrieb und das chirurgische Handinstrument konstruktiv leichter abgedichtet werden können. Des Weiteren erlaubt der Zwischenspalt zwischen Magnetträger und Fluidbarriere vorteilhafterweise eine reibungslose Kraftübertragung, wodurch eine ungewünschte Temperaturentwicklung unterbunden wird. Dies ist insbesondere bei einem Highspeed-Antrieb von entscheidender Bedeutung, da hier Drehzahlen von 30.000 - 100.000 1/min übertragen werden müssen. Des Weiteren ist es ein Vorteil, dass je nach Dimensionierung des Zwischenspalts auch geringe Ungleichmäßigkeiten in den Rundlaufeigenschaften der Motor-Abtriebswelle kompensiert werden können, ohne dass der rotierende Magnetträger dabei die Fluidbarriere berührt.
Weiterhin kann der Magnetträger des motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstruments als Hülse oder Becher ausgeformt sein, die oder der sich in Richtung distal öffnet sowie einen proximalen Stirnboden hat und die Permanentmagnete am oder längs des Innenumfangs der Hülse oder des Bechers angeordnet sind. Vorteilhafterweise kann mit der hülsen- oder becherförmigen Ausformung ein magnetischer Wirkpartner beziehungsweiser zylindrischer Magnet aus distaler Richtung aufgenommen und umfasst werden, wodurch eine magnetische Ringkupplung erzeugt werden kann. In anderen Worten kommt es zu einer radialen, magnetischen Kupplung durch einen umgreifenden magnetischen Wirkpartner und einen innenliegenden magnetischen Wirkpartner. 10
Ein Vorteil der Ringkopplung liegt darin, dass der innenliegende Magnetträger der Ringkupplung sich selbstständig im becherförmigen Magnet, sozusagen dem Außenring der Ringkupplung, zentriert, wodurch sehr gute Rundlaufeigenschaften erzielt werden können. Ebenso entstehen durch die radiale Zentrierung keine Axialkräfte, was sich positiv auf die Kugellager auswirkt. Ein weiterer Vorteil der Ringkupplung ist, dass sich axiale Toleranzen kaum auf die Kraftübertragung auswirken, wodurch das chirurgische Werkzeug und die Werkzeugkupplung einfacher aufgebaut sein können. Weiterhin bietet die Ringkupplung die Vorteile, dass das Drehmoment vom Motor auf den Werkzeugschaft reibungsfrei, ohne Abnutzung und Wärmeentwicklung stattfindet. Zusätzlich bietet die Ringkupplung noch einen gewissen Überlastschutz, falls das zulässige Drehmoment überschritten wird.
In einem weiteren Aspekt der Offenbarung kann die Fluidbarriere des motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstruments den Magnetträger im Wesentlichen über dessen äußerer und innere Umfangsseite sowie dessen innerer Seite des Stirnbodens umgeben und mit der äußeren Umfangsseite des distalen Kupplungsabschnitts fluiddicht verbinden.
Vorzugsweise kann die Fluidbarriere des motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstruments zumindest die radiale Innenseite des Spulenträgers umgeben sowie vorzugsweise die proximale Stirnseite des Spulenträgers verschließen, wodurch eine in Richtung radial und proximal fluiddichte Aufnahme für einen werkzeugseitigen Rotor gebildet wird. Der Vorteil dieser Fluidbarriere liegt darin, dass die Anordnung im chirurgischen Handinstrument eine magnetische Kupplung zwischen dem am distalen Ende des Werkzeugschafts befindlichen Rotor und dem Spulenträger erlaubt, die es ermöglicht, Bauteile wie beispielsweise weitere Kupplungselemente bei der Kraftübertragung vom Motor auf den Werkzeugschaft einzusparen und so den Wirkungsgrad des Antriebes zu verbessern.
Entsprechend einem weiteren vorteilhaften Aspekt des chirurgischen Handinstruments können die Permanentmagneten in radialen Abstand zur Mittelachse des an der Motor-Abtriebswelle angeordneten Magnetträgers, auf einer Kreisbahn satellitenartig angeordnet sein. D.h. die Permanentmagnete bilden in diesem Fall keine 11
Propellerform, wonach sich die Magnete in der Mittelachse treffen oder sich berühren, sondern sie bilden in Umfangsrichtung sowie ausgehend von der Mittelachse radial nach außen voneinander beabstandete magnetische Bereiche dar.
Bevorzugt, weist ein chirurgisches Instrumentenset der vorliegenden Erfindung, ähnlich dem Stecker-Steckdosen-Prinzip oder dem Sender-Empfänger-Prinzip, ein chirurgisches Werkzeug nach einem der vorhergehenden Aspekte und ein motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument nach einem der vorhergehenden Aspekte auf, die sich strukturell und funktional gegenseitig bedingen und in Wechselwirkung stehen.
Bevorzugt kann das chirurgische Instrumentenset mit einem chirurgischen Werkzeug und einem motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstrument so ausgestaltet sein, dass im angekuppelten Zustand des Instrumentenschafts am Handinstrument zwischen dem werkzeugseitigen und handinstrumentenseitigen Magnetträger unter Zwischenfügung der Fluidbarriere ein Spalt verbleibt, derart, dass die Motorabtriebsleistung berührungslos ausschließlich über die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten im werkzeugseitigen Magnetträger und den Permanentmagneten im werkzeugseitigen Magnetträger auf das Werkzeug übertragen wird.
In anderen Worten ist mit dieser vorteilhaften Ausgestaltung eine effektive Kraftübertragung vom Handinstrument auf das Werkzeug möglich, die ohne einen kraft- oder formschlüssigen Wirkkontakt auskommt, wodurch Abnutzung und Wärmeentwicklung vermieden werden. Gleichzeitig ermöglicht die berührungslose Kraftübertragung eine räumliche Trennung der Kupplungswirkpartner, wodurch sich eine fluiddichte Abdichtung konstruktiv deutlich einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger hersteilen lässt. Ferner bietet die magnetische Kupplung zwischen werkzeugseitigen und magnetischen Magnetträger einen gewissen Überlastschutz, falls das zulässige Drehmoment überschritten wird.
In einem weiteren Aspekt kann das chirurgische Instrumentenset mit einem chirurgischen Werkzeug und einem motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstrument so ausgestaltet sein, dass im angekuppelten Zustand des 12
Instrumentenschafts am Handinstrument der werkzeugseitige Magnetträger als Rotor in die von der Fluidbarriere geschaffene fluiddichte Aufnahme innerhalb des Stators ragt, derart, dass die Motorabtriebsleistung berührungslos ausschließlich über die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten im werkzeugseitigen Magnetträger und den mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Spulen unmittelbar auf das Werkzeug übertragen wird.
Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform ist, dass weniger Zwischenelemente, wie z.B. eine weitere Kupplung für den Kraftübertragungszug vom Handinstrument auf das Werkzeug benötigt werden, wodurch der Wirkungsgrad des Antriebs verbessert werden kann.
Mit anderen Worten ausgedrückt beruht die Offenbarung einer ersten bevorzugten Ausführungsform auf einem vollständig gekapselten und abgedichteten Motor, sowie einem abnehmbaren Handinstrument bzw. Handstückschaft. Der Instrumentenschaft wird auf den Motor aufgeschraubt oder aufgesteckt und ist mittels einer magnetischen Kupplung mit dem Motor rotatorisch gekuppelt. Zusätzlich besitzt der Anschluss zwischen Motor und Instrumentenschaft eine integrierte Dichtung.
Die Drehbewegung vom Motor wird durch eine Fluid-/Flüssigkeitsbarriere hindurch nur mittels Magnetkraft auf den Instrumentenschaft und den Effektor, vorzugsweise Fräser übertragen. Vorzugsweise wird der Instrumentenschaft als Single-Use-Schaft ausgeführt. Wodurch sich auch bei starker Verunreinigung keine negativen Einflüsse auf die Lebensdauer der Kugellager ergeben. Ebenso muss der Single-Use-Schaft nicht innen reinigbar sein. Durch das integrierte Werkzeug ist keine Effektor-, vorzugsweise Fräserkupplung erforderlich, was die Herstellung des chirurgischen Werkzeugs deutlich günstiger macht.
Die magnetische Ringkupplung besteht aus einem innenliegenden Magnetträger und einem außenliegenden Magnetträger, die jeweils acht Flachmagnetenpaare mit entsprechender Nord-Süd-Polung und in ringförmiger Anordnung für eine optimale Drehmomentübertragung aufweisen. 13
Des Weiteren weist der im Handinstrument befindliche Magnetträger eine umlaufende, hermetisch dichte Abdeckung auf, die als Fluidbarriere bzw. Flüssigkeitssperre dient. Zwischen dem innenliegenden Magnetträger und der umlaufenden Abdeckung sowie zwischen dem außenliegenden Magnetträger und der umlaufenden Abdeckung befindet sich jeweils ein Luftspalt. Mit Hilfe des Luftspalts kann die magnetische Kupplung reibungsfrei das Drehmoment vom Motor auf den Instrumentenschaft bzw. das Werkzeug übertragen. Dadurch ist die Kupplung insbesondere für Highspeed-Antriebe bestens geeignet und es entsteht keine Abnutzung und keine Wärmeentwicklung.
Zusätzlich bietet die magnetische Ringkupplung noch einen gewissen Überlastschutz, falls das zulässige Drehmoment überschritten wird. Ein großer Vorteil dieser Ausführungsform mit magnetischer Kupplung ist weiterhin, dass die Magnetkräfte nicht in axialer Richtung wirken. Der Magnetträger beziehungsweise Magnetrotor des Instrumentenschaftes zentriert sich praktisch selbstständig im Magnetring des Motors. Besonders günstig ist auch, dass sich die axialen Toleranzen kaum auf die Kraftübertragung auswirken. Dadurch können der Instrumentenschaft und auch die Instrumentenschaftkupplung einfacher aufgebaut sein.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Form komplett identisch zur ersten Ausführungsform. Auch Werkzeuganbringung und der gedichtete Motor sind vergleichbar und der Instrumentenschaft ist ebenfalls ein Single-Use-Schaft, der entweder mit einem Schraub- oder einem Steckanschluss mit integrierter Dichtung an den Motor angeschlossen wird. Der Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform liegt darin, dass in der zweiten Ausführungsform die Magnetträger und Magnete in der Kupplung eine andere Form und Anordnung aufweisen. Bei dieser Variante werden die Magnete auf einer Drehscheibe angeordnet. Die Kraftkupplung erfolgt somit in axialer Richtung. Die dabei wirkenden Kräfte werden durch entsprechend dimensionierte Kugellager aufgenommen. Dabei kann es vorteilhaft sein, Schrägkugellager oder zusätzliche Axiallager einzusetzen. Die magnetische Scheibenkupplung der zweiten Ausführungsform kann hierbei sowohl in der werkzeugseitigen als auch in der handinstrumentseitigen Magnetscheibe jeweils sechs Zylindermagnetenpaare mit entsprechender Nord-Süd Polung in kreisförmiger Anordnung für eine optimale Drehmomentübertragung aufweisen. 14
Weiterhin wird die im Handinstrument befindliche Magnetscheibe durch eine umlaufende Abdeckung, die als Flüssigkeitsbarriere dient, hermetisch dicht umfasst, sodass das Handinstrument fluiddicht versiegelt ist. Zwischen der distalen Stirnseite der im Handinstrument befindlichen Magnetscheibe und der Abdeckung sowie zwischen der proximalen Stirnseite der im Instrumentenschaft befindlichen Magnetscheibe befindet sich jeweils ein Luftspalt. Mit Hilfe des Luftspalts kann die magnetische Kupplung reibungsfrei das Drehmoment vom Motor auf den Instrumentenschaft bzw. das Werkzeug übertragen. Dadurch ist die Kupplung insbesondere für Highspeed-Antriebe bestens geeignet und es entsteht keine Abnutzung und keine Wärmeentwicklung. Zusätzlich bietet die magnetisch, axiale Kupplung noch einen gewissen Überlastschutz, falls das zulässige Drehmoment überschritten wird.
In einer dritten bevorzugten Ausführungsform ist die äußere Form ebenfalls komplett identisch zur ersten und zweiten Ausführungsform, allerdings wird in dieser Ausführungsform der Instrumentenschaft unmittelbar mit dem Rotor verbunden und auf eine zusätzliche radiale oder axiale Magnetkupplung verzichtet. Der Rotor hat eine Nord-Süd-Polung und ragt hierbei axial in proximaler Richtung von einer Montage- Griffhülse des Instrumentenschaftes hervor, um in einer in distaler Richtung des Handinstruments geöffneten zylinderförmigen Aufnahmebohrung aufgenommen werden zu können.
Der im Instrumentenschaft und in der Montage-Griffhülse befindliche Werkzeugschaft an dessen proximalen Ende sich der herauskragende Rotor befindet, wird im Bereich der Montage-Griffhülse durch eine eingesteckte oder eingeschraubte Hülse mit zwei in der Hülse innenliegenden, großen Radialkugellagern abgestützt. Ähnlich wie in den ersten beiden Ausführungsformen wird der Kupplungsabschnitt zwischen Montage-Griffhülse und Handinstrument an dem der Instrumentenschaft aufgesteckt oder aufgeschraubt wird, mit einer Dichtung, vorzugsweise einem O-Ring, abgedichtet.
Mit an das Handinstrument aufgestecktem Instrumentenschaft, kragt der Rotor in die Aufnahmebohrung des Handinstruments und befindet sich in einer vorgesehenen Betriebsposition. In der Betriebsposition ist eine direkte Kupplung zwischen dem Rotor 15 und einem Spulenträger, vorzugsweise Stator des Handinstruments möglich, ohne dass der Kraftübertragungszug zwischen Handinstrument und Effektor weiterer Kupplungselemente bedarf. Der Stator ist vergossen und hermetisch dicht versiegelt und liegt sozusagen fluidgeschützt hinter einer Wandung der Aufnahmebohrung und umgreift den Rotor umfangsseitig. Die proximale Stirnseite der Aufnahmebohrung ist hierbei ebenfalls fluiddicht versiegelt, sodass sowohl der Spulenträger als auch dessen Energieversorgung sowie die elektrischen Anschlüsse des Handinstruments fluidgeschützt sind.
In einem weiteren Aspekt der dritten Ausführungsform kann der Rotor vom Instrumentenschaft, vorzugsweise Single-Use-Schaft, abkuppelbar sein, um den Rotor genauso wie den Motor und das Handinstrument wiederverwenden zu können. Durch die Möglichkeit der Abkupplung des Rotors lassen sich somit Kosten und Ressourcen sparen. Die Kupplung zwischen Rotor und Instrumentenschaft kann hierbei über einen Rastmechanismus, eine Schraubverbindung, vorzugsweise mit gegenläufigem Gewinde oder durch Nutzung der magnetischen Eigenschaften des Rotors erfolgen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Figuren
Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines chirurgischen Instrumentensets gemäß der Offenbarung mit einem chirurgischen Werkzeug, das an ein chirurgisches Handinstrument gekuppelt ist
Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines chirurgischen Instrumentensets gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung mit entkuppelten chirurgischen Werkzeug und chirurgischen Handinstrument
Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung des chirurgischen Werkzeugs gemäß der ersten Ausführungsform mit radial am Umfang angeordneten Permanentmagneten am Magnetträger, der sich innerhalb einer Montage-Griffhülse befindet 16
Fig. 4 ist eine perspektivische Teildarstellung eines distalen Anschlussabschnittes des Handinstruments gemäß der ersten Ausführungsform in Fig. 2, wobei stirnseitig die Anschlussabdeckung orthogonal zur Handinstrumentenlängsachse geschnitten wurde, um in einer Anschlusshülse befindliche, ringförmig angeordnete Permanentmagnete zu zeigen
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung durch die Längsachse des chirurgischen Instrumentensets gemäß der ersten Ausführungsform mit einem markierten Vergrößerungsbereich in einem Kupplungsabschnitt, der in Fig. 6 näher gezeigt wird
Fig. 6 ist eine Vergrößerung des in Fig. 5 markierten Bereiches und zeigt den Kupplungsabschnitt gemäß der ersten Ausführungsform näher
Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung eines entkuppelten chirurgischen Instrumentensets mit einem chirurgischen Werkzeug und einem chirurgischen Handinstrument gemäß einer zweiten Ausführungsform
Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung des chirurgischen Werkzeugs gemäß der zweiten Ausführungsform mit in einen Magnetträger eingelassenen, zylinderförmigen Magneten, die stirnseitig hervortreten und wobei der Magnetträger sich in einer Montage-Griffhülse befindet
Fig. 9 ist eine perspektivische Teildarstellung eines distalen Anschlussabschnittes des Handinstruments gemäß der zweiten Ausführungsform in Fig. 7, wobei stirnseitig die Anschlussabdeckung orthogonal zur Handinstrumentenlängsachse geschnitten wurde, um einen im Anschluss befindlichen Magnetträger mit darin eingelassenen, zylinderförmigen Magneten zu zeigen
Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung durch die Längsachse des chirurgischen Instrumentensets gemäß der zweiten Ausführungsform mit einem markierten Vergrößerungsbereich in einem Kupplungsabschnitt, der in Fig. 11 näher gezeigt wird
Fig. 11 ist eine Vergrößerung des in Fig.10 markierten Bereiches und zeigt den Kupplungsabschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform näher 17
Fig. 12 ist eine perspektivische Darstellung eines chirurgischen Instrumentensets gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung mit entkuppelten chirurgischen Werkzeug und chirurgischen Handinstrument
Fig. 13 ist eine perspektivische Darstellung des chirurgischen Werkzeugs gemäß der dritten Ausführungsform mit einem aus einer Montage-Griffhülse herauskragenden Rotor
Fig. 14 ist eine perspektivische Darstellung aus distaler Richtung einer Aufnahmebohrung im chirurgischen Handinstrument gemäß der dritten Ausführungsform zur Aufnahme des aus dem chirurgischen Werkzeug herauskragenden Rotors gemäß der dritten Ausführungsform
Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung durch die Längsachse des chirurgischen Instrumentensets gemäß der dritten Ausführungsform mit einem markierten Vergrößerungsbereich in einem Kupplungsabschnitt, der in Fig. 16 näher gezeigt wird
Fig. 16 ist eine Vergrößerung des in Fig. 15 markierten Bereiches und zeigt den Kupplungsabschnitt gemäß der dritten Ausführungsform näher
Fig. 17 ist eine entlang der Längsachse des chirurgischen Instrumentensets geschnittene Explosionszeichnung gemäß der dritten Ausführungsform und zeigt ein chirurgisches Werkzeug an dessen proximalen Ende ein Rotor lösbar befestigt werden kann sowie ein chirurgisches Handinstrument mit einer Aufnahmebohrung in distaler Richtung zur Aufnahme des Rotors
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden. 18
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines chirurgischen Instrumentensets 1 gemäß der Offenbarung dargestellt. Das chirurgische Instrumentenset 1 hat ein chirurgisches Handinstrument/Instrumentenhandstück 2 und ein chirurgisches (Schaft-) Werkzeug 3. Das chirurgische Werkzeug 3 weist an seinem distalen Ende einen Effektor 4 auf, der mit einem Instrumentenschaft 5 (relativ drehbar) wirkverbunden ist, wobei der Instrumentenschaft 5als Außenhülse 5 des Werkzeugs 3ausgebildet ist.
Der Effektor 4 kann insbesondere ein Bohr-, Fräs-, Schleif- oder Polierkopf sein. Am proximalen Ende (Patientenkörper-abgewandt) des chirurgischen Werkzeugs 3 befindet sich an dem Instrumentenschaft 5 bzw. an der Außenhülse 5 anschließend eine (konische) Montage-Griffhülse 6, die vorzugsweise fest mit der Außenhülse 5 verbunden ist und die sich in distale Richtung zum Effektor 4 hin verjüngt. Die Montage- Griffhülse 6 kann an das Handinstrument 2 mittels Form- und/oder Kraftschluss, konkret mit einem Schraub- oder Steckanschluss, angeschlossen werden. Des Weiteren weist die Montage-Griffhülse 6 einen profilierten Griffabschnitt 7 mit beispielweise Noppen oder Riefen auf, wobei die Profilierung des Griffabschnitts 7 aus radialen und axialen Vertiefungen, zwischen denen Erhebungen ausgebildet sind, besteht.
Das chirurgische Handinstrument 2 weist an seinem distalen Ende (Patientenkörper-zugewandt) einen distalen Kupplungsabschnitt 8 auf, an den das chirurgische Werkzeug 3 aufgesteckt oder angeschraubt werden kann. In proximaler Richtung an den distalen Kupplungsabschnitt 8 schließt ein zentraler Griffabschnitt 9, in welchem sich ein Antrieb des chirurgischen Instrumentensets 1 befindet, an. Am proximalen Ende weist das chirurgische Handinstrument 2 einen proximalen Anschlussabschnitt 10 auf, mittels dem es an eine Energieversorgungseinheit oder ähnliches angeschlossen wird.
Das chirurgische Werkzeug 3 und das chirurgische Handinstrument 2 befinden sich in Fig. 2 in einem voneinander getrennten, entkuppelten Zustand, wodurch der distale Kupplungsabschnitt 8 genauer zu sehen ist. Distal an den distalen Kupplungsabschnitt 8 schließt sich eine hülsenförmige Fluidbarriere 11 an, in der sich ein becherförmiger Magnetträger 12 für eine berührungslose, magnetische Kraftkupplung an das chirurgische Werkzeug 3 befindet. Mit anderen Worten, 19 becherförmig bedeutet, dass der Magnetträger 12 eine länglich-zylindrische, einseitig geöffnete Vertiefung mit einem geschlossenen Boden aufweist.
Die hülsenförmige Fluidbarriere 11 deckt den becherförmigen Magnetträger 12 hierbei umlaufend ab und bildet eine hermetisch dichte Flüssigkeitsbarriere, die ein Eindringen von Flüssigkeiten in das chirurgische Handinstrument 2 verhindert.
Das entkuppelte chirurgische Werkzeug 3 wird in Fig. 3 aus proximaler Richtung gezeigt, sodass ein werkzeugseitiger, zylinderförmiger Magnetträger 13 zu sehen ist. Der zylinderförmige Magnetträger 13 ist am proximalen Ende eines drehbar in der Außenhülse (Instrumentenschaft) 5 gelagerten Werkzeugschafts 14 drehfest befestigt und ist mit diesem drehbar gelagert. Zwischen dem zylinderförmigen Magnetträger 13 und der Montage-Griffhülse 6 befindet sich ein umlaufender Ringspalt 15. Der Ringspalt 15 dient der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 zum Eingriff in die Montage-Griffhülse 6 und gleichzeitig zum Umfassen des zylinderförmigen Magnetträgers 13, wenn das chirurgische Werkzeug 3 und das chirurgische Handinstrument 2 miteinander verbunden werden.
Mit anderen Worten, wenn das Werkzeug 3 und das Handinstrument 2 miteinander verbunden sind, befindet sich die hülsenförmige Fluidbarriere 11 in dem durch den Ringspalt 15 gebildeten Freiraum zwischen dem zylinderförmigen Magnetträger 13 und der Montage-Griffhülse 6 und umgreift umfangsseitig und stirnseitig den zylinderförmigen Magnetträger 13. Diese Anordnung, wie sie genauer in Fig. 6 zu sehen ist, ermöglicht eine radiale, magnetische Kupplung 17 zwischen dem zylinderförmigen Magnetträger 13 und dem becherförmigen Magnetträger 12.
In Fig. 4 ist ein distaler Teilbereich des entkuppelten, chirurgischen Handinstruments 2 mit dem distalen Kupplungsabschnitt 8 und der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 gezeigt. Hierbei ist in Fig. 4 die hülsenförmige Fluidbarriere 11 orthogonal zur Längsachse des chirurgischen Handinstrumentes 2 geschnitten, um den in der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 befindlichen, becherförmigen Magnetträger 12, betrachten zu können. 20
Wie vorstehend beschrieben, umgreift die hülsenförmige Fluidbarriere 11 den in Fig. 3 gezeigten zylinderförmiger Magnetträger 13, während dieser in eine zylindrische Öffnung 16 innerhalb der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 eingreift, wenn das chirurgische Werkzeug 3 und das chirurgische Handinstrument 2 verbunden werden. Im verbunden Zustand des chirurgischen Werkzeug 3 und des chirurgischen Handinstruments 2 wird die magnetische Wirkverbindung der radialen, magnetischen Kupplung durch jeweils acht Flachmagnete 18 mit Nord-Süd-Polung N, S, die sich sowohl gleichmäßig verteilt am Außenumfang des zylinderförmiger Magnetträgers 13 als auch am Innenumfang des becherförmigen Magnetträgers 12 befinden, erzeugt.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Nord-Süd-Magnetpolung N, S von Permanentmagnet 18 zu Permanentmagnet 18 an dem jeweiligen Magnetträger 12, 13 umlaufend abwechselt. Dies erhöht die Hemmung gegen ein Durchdrehen und die Übertragung eines höheren Drehmoments durch die Anziehung zwischen den gegenüberliegenden, gegenpoligen und korrespondierenden Permanentmagneten 18, die sich zum einen auf dem zylinderförmigen Magnetträger 13 und zum anderen auf dem becherförmigen Magnetträger 12 befinden und gleichzeitig auch durch die Abstoßung der Magnetfelder der zwischen den zylinderförmigen Magnetträger 13 und dem becherförmigen Magnet 12 versetzt-gegenüberliegenden, gleichpoligen Permanentmagneten 18.
Nochmals in anderen Worten, die am Außenumfang des Magnetträger 13 befindlichen Permanentmagnete 18 wechseln sich in Umfangsrichtung zum jeweils direkt benachbarten Permanentmagneten 18 in der Nord-Süd-Polung ab, sodass auf einen Permanentmagneten 18 mit Nord-Polung N am Außenumfang ein umlaufend direkt benachbarter Permanentmagnet 18 mit Süd-Polung S am Außenumfang folgt.
D.h. ein Permanentmagnet mit Nord-Polung N am Außenumfang wird in beide Umfangsrichtungen durch die direkt benachbarten Permanentmagneten mit Süd-Polung am Außenumfang flankiert, wie in Figur 3 gezeigt.
Analog findet die vorstehend genannte Polabwechslung auch bei den Permanentmagneten 18 auf dem Magnetträger 12, zu sehen in Fig. 4, statt. Durch die abwechselnden Nord-Süd-Polungen wird sichergestellt, dass die gegenüberliegenden, korrespondierenden Permanentmagnete zwischen dem zylinderförmigen Magnetträger 21
13 und dem becherförmigen Magnetträger 12 magnetisch-gegenpolig zueinander gekuppelt bleiben. Gleichzeitig wird ein Kuppeln zu einem versetzt-gegenüberliegenden und gleichpoligen Permanentmagneten 18 durch Abstoßungskräfte unterdrückt, wodurch die Permanentmagneten 18 jeweils zu ihrem gegenüberliegenden, gegenpoligen Wirkpartner/ Permanentmagneten 18 am anderen Magnetträger stabil gekuppelt bleiben. Es findet durch die abwechselnde Polausrichtung der umfangsseitig angeordneten Permanentmagnete 18 und den damit hervorgerufenen abwechselnden anziehenden und abstoßenden Magnetfeldern zwischen den Magnetträgern 12, 13 sozusagen eine Art magnetische Verzahnung statt.
In Fig. 5 wird das verbundene Instrumentenset 1 gemäß der ersten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung entlang der Längsachse gezeigt. Die in Fig. 4 beschriebene radiale, magnetische Kupplung 17, die sich innerhalb der Montage- Griffhülse 6 befindet, wird im Vergrößerungsbereich VI hervorgehoben und in Fig. 6 vergrößert dargestellt. Fig. 5 soll vor allem einen Überblick darüber geben wie der Energie- und Kraftfluss im Instrumentenset 1 verläuft. Die vom proximalen Anschlussabschnitt 10 bereitgestellte, elektrische Energie wird auf den im chirurgischen Handinstrument 2 schematisch angedeuteten Elektromotor 19 übertragen. Vom Elektromotor 19 wird ein Drehmoment auf eine Motor-Abtriebswelle 20 übertragen, die über die radiale, magnetische Kupplung 17 das Drehmoment auf den Werkzeugschaft
14 überträgt und somit den Effektor 4 antreibt.
In Fig. 6 wird der Kupplungsbereich und der Kraftübertragungszug detailliert abgebildet. Der Elektromotor 19 bestehend aus einem Stator 21 und einem Rotor 22 erzeugt ein Drehmoment das über den Rotor 22 an die Motor-Abtriebswelle 20 und den becherförmigen Magnetträger 12 weitergegeben wird. Der Rotor 22 kann hierbei über eine Steck- oder Schraubverbindung mit dem proximalen, aufgeweiteten Wellenende 23 der Motor-Abtriebswelle 20 verbunden sein. Mit anderen Worten, das proximale Wellenende 23 hat einen größeren Außendurchmesser, um eine geeignete Aufnahme für den Rotor 22 zur drehfesten Befestigung bereitstellen zu können.
Der becherförmige Magnetträger 12 ist am distalen Ende der Motor-Abtriebswelle 20 drehfest mit dieser vorzugsweise über eine Presspassung verbunden. 22
Der Elektromotor 19 sowie der becherförmige Magnetträger 12 werden durch die Fluidbarriere 11 am distalen Ende des Handinstruments 2, die die äußere und innere Umfangsseite sowie die innere Seite des Stirnbodens des becherförmigen Magnetträgers 12 umgibt und mit der äußeren Umfangsseite des distalen Kupplungsabschnitts verbunden ist, fluiddicht gekapselt.
Weiterhin befindet sich eine Dichtung 26 am Übergangsbereich der Fluidbarriere 11 und dem distalen Kupplungsabschnitt 8 sowie dem proximalen Endabschnitt der Montage-Griffhülse 6. Die Dichtung 26 kann hierbei beispielsweise als O-Ring ausgeführt sein und verhindert, dass Flüssigkeit, die über den Instrumentenschaft 5 werkzeugseitig eingetreten ist, am distalen Kupplungsabschnitt 8 zwischen Werkzeug 3 und Handinstrument 2 austritt und den Operateur bei der Handhabung des Instrumentensets 1 einschränkt sowie den Handgriff des Handinstruments 2 kontaminiert.
In der radialen, magnetischen Kupplung 17 stehen Flachmagnete 18 am becherförmigen Magnetträger 12 in magnetischer Wirkverbindung mit den jeweils gegenpoligen Flachmagneten 18 des zylinderförmigen Magnetträgers 13, wodurch eine berührungslose, magnetische Kraftübertragung über die hülsenförmige Fluidbarriere 11 hinweg ermöglicht wird. Zudem befindet sich zwischen dem becherförmigen Magnetträger 12 und der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 ein erster Luftspalt 27 als auch zwischen dem zylinderförmigen Magnetträger 13 und der hülsenförmigen Fluidbarriere 11 befindet sich ein zweiter Luftspalt 28, um jeweils eine reibungslose Drehbewegung des becherförmigen Magnetträgers 12 und des zylinderförmigen Magnetträgers 13 zu ermöglichen.
Die über den Elektromotor 19 auf die Motor-Abtriebswelle 20 und den hülsenförmigen Magnetträger 12 übertragene Kraft wird über die hülsenförmige Fluidbarriere 11 radial nach innen als Drehmoment auf den zylinderförmigen Magnetträger 12 übertragen, der drehfest am Werkzeugschaft 14 befestigt ist. Der Werkzeugschaft 14 wird drehgelagert von einem in der Montage-Griffhülse befindlichen radialen Kugellager 29 abgestützt, sodass der Werkzeugschaft 14 das Drehmoment auf den Effektor 4 übertragen kann. 23
In Fig. 7 ist ein entkuppeltes Instrumentenset 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung abgebildet. Der wesentliche Unterschied zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform liegt in der Ausgestaltung des Kupplungsabschnitts. In der zweiten Ausführungsform befindet sich am distalen Ende des Handgerätes 2 eine zylinderförmige Fluidbarriere 30, die sich im verbundenen Zustand des Instrumentensets 1 in axialer Richtung zwischen einem ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 und einem zweiten scheibenförmigen Magnetträger 32 befindet.
In Fig. 8 ist das Werkzeug 3 perspektivisch aus proximaler Richtung abgebildet, wodurch der zweite scheibenförmige Magnetträger 32, der sich in der Montage- Griffhülse 6 befindet, zu sehen ist. Der zweite scheibenförmige Magnetträger 32 weist sechs zylinderförmige Magnete 33 mit einer Nord-Süd-Polung N, S auf und ist drehfest am Werkzeugschaft 14 befestigt. Die zylinderförmigen Magnete 33 sind radial in gleichmäßigen Abständen zueinander um den Werkzeugschaft 14 angeordnet und schließen bündig mit den Stirnseiten des zweiten scheibenförmigen Magnetträger 32 ab. Genau wie bei der ersten Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Nord-Süd-Magnetpolung N, S von Permanentmagnet 33 zu Permanentmagnet 33 abwechselt. Dies erhöht die Hemmung gegen ein Durchdrehen und die Übertragung eines höheren Drehmoments durch die Anziehung zwischen den gegenüberliegenden, gegenpoligen und korrespondierenden Permanentmagneten 33, die sich in dem ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 und in dem zweiten scheibenförmigen Magnetträger 32 befinden und gleichzeitig auch durch die Abstoßung der Magnetfelder der zwischen den ersten scheibenförmigen Magnetträger 32 und dem zweiten scheibenförmigen Magnetträger 31 versetzt-gegenüberliegenden, gleichpoligen Permanentmagneten 33.
In Fig. 9 ist ein distaler Abschnitt des entkuppelten, chirurgischen Handinstruments 2 mit dem distalen Kupplungsabschnitt 8 und der zylinderförmigen Fluidbarriere 30 gezeigt. Hierbei ist in Fig. 9 die zylinderförmige Fluidbarriere 30 orthogonal zur Längsachse des chirurgischen Handinstrumentes 2 geschnitten, um den in der zylinderförmigen Fluidbarriere 30 befindlichen, ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 , betrachten zu können.
Der erste scheibenförmige Magnetträger 31 weist ebenfalls sechs zylinderförmige Magnete 33 mit Nord-Süd-Polung N, S auf und ist drehfest an der Motor-Abtriebswelle 24
20 befestigt. Die Magnete 33 sind radial, in gleichmäßigen Abständen zueinander um die Motor-Abtriebswelle 20 angeordnet.
In Fig. 10 wird das verbundene Instrumentenset 1 gemäß der zweiten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung entlang der Längsachse gezeigt. Die Ausführungsform unterscheidet sich hierbei von der ersten Ausführungsform lediglich im Kupplungsabschnitt, der im Vergrößerungsbereich XI hervorgehoben und in Fig. 11 vergrößert dargestellt wird.
In Fig.11 sind der erste scheibenförmige Magnetträger 31 und der zweite scheibenförmige Magnetträger 32 entlang der Längsachse des Instrumentensets 1 und mit ihren jeweiligen Stirnseiten gegenüberüberliegend angeordnet. Hierbei kuppeln die zylinderförmigen Magnete 33 des ersten scheibenförmigen Magnetträgers 31 über magnetische Wirkkräfte mit den jeweils gegenpoligen zylinderförmigen Magnete 33 des zweiten scheibenförmigen Magnetträgers 32. Hierdurch wird eine axial-wirkende, magnetische Kupplung 34 erzeugt, welche durch die wechselnde Polung der Magnete auf dem jeweiligen Magnetträger, das radial wirkende Drehmoment übertragen kann.
Die zylinderförmige Fluidbarriere 30 umfasst hierbei den ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 im Wesentlichen über dessen gesamte Stirn- und Umfangsseiten und kapselt das distale Ende des chirurgischen Handinstruments 2 fluiddicht ab. Zwischen dem ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 und der zylinderförmigen Fluidbarriere 30 bildet sich ein erster Luftspalt 35 aus und zwischen dem zweiten scheibenförmigen Magnetträger 32 und der Fluidbarriere 30 bildet sich ein zweiter Luftspalt 36 aus, wodurch eine reibungs- und berührungslose Kraftübertragung zwischen dem ersten scheibenförmigen Magnetträger 31 und zweiten scheibenförmigen Magnetträger 32 über die zylinderförmige Fluidbarriere 30 hinweg in axiale Längsrichtung des Instrumentensets 1 ermöglicht wird. Durch die vorstehend beschriebenen Elemente wird somit die axiale, magnetische Kupplung 34 ermöglicht.
In Fig. 12 ist eine dritte Ausführungsform des chirurgischen Instrumentensets 1 gemäß der Erfindung dargestellt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den beiden ersten Ausführungsformen darin, dass der Kupplungsabschnitt des Kraftübertragungszuges sowie die Fluidbarriere sich im chirurgischen Handinstrument 2 25 befinden. Aus dem entkuppelten Werkzeug 3 der dritten Ausführungsform kragt am proximalen Ende der Montage-Griffhülse 6 der Rotor 22 heraus der im verbundenen Zustand des Instrumentensets 1 in einer Aufnahmebohrung 37 aufgenommen wird.
In Fig. 13 ist das Werkzeug 3 perspektivisch aus proximaler Richtung abgebildet, wodurch der Rotor 22, der durch eine in der Montage-Griffhülse 6 verbauten Kugellager-Hülse 38 drehbar gelagert wird, zu sehen ist.
In Fig. 14 ist das chirurgische Handinstrument aus distaler Richtung zu sehen, sodass das Innere der Aufnahmebohrung 37 betrachtet werden kann.
Die Fig. 15 zeigt das verbundene Instrumentenset 1 gemäß der dritten Ausführungsform in einer Schnittdarstellung entlang der Längsachse. Hierbei wird der Kupplungsabschnitt sowie der Innenraum im chirurgischen Handinstrument 2 durch den Vergrößerungsbereich XVI hervorgehoben und in Fig. 16 vergrößert dargestellt.
Im Handinstrument 2 der dritten Ausführungsform wie in Fig. 16 gezeigt, erfolgt die Kraftübertragung in Form eines Drehmoments vom Stator 21 auf den Rotor 22, wobei der Rotor 22 direkt, ohne Zwischenkupplung, mit einem in das chirurgische Handinstrument 2 hineinragenden Werkzeugschaft 39 drehfest verbunden ist. Der Stator 21 sowie sämtliche elektrische Versorgungsleitungen sind durch eine hermetisch versiegelte Innenwand 40 der Bohröffnung 37 fluiddicht geschützt. In anderen Worten ausgedrückt, kann durch die versiegelte Innenwand 40 Flüssigkeit die über den Instrumentenschaft 5 des Werkzeugs 3 in die Bohröffnung des Handinstruments 2 gelangt, effektiv von stromversorgten Komponenten abgeschottet werden. Gleichzeitig wird eine magnetische Kraftübertragung vom Stator 21 auf den Rotor 22 und den Werkzeugschaft 39 ohne zusätzliche Kupplungselemente ermöglicht.
Wie weiterhin aus Fig. 16 zu entnehmen ist, kragt der Werkzeugschaft 39 aus der Montage-Griffhülse 6 hervor und wird durch die Kugellager-Hülse 38 abgestützt. Die Kugellager-Hülse 38 ist mit der Innenseite der Montage-Griffhülse 6 verbunden, vorzugsweise über eine Schraubverbindug. Im Inneren der Kugellager-Hülse befinden sich zwei Kugellager 41 die durch eine Distanzhülse 42 voneinander beabstandet sind und den Werkzeugschaft 39 drehbar lagern. Weiterhin wird ähnlich wie bei den beiden 26 vorstehend genannten Ausführungsformen der Übergangsbereich zwischen dem Werkzeug 3 und dem Handinstrument 2 durch eine Dichtung 26, vorzugsweise einem O-Ring fluiddicht miteinander verbunden, sodass Flüssigkeiten, die über den Instrumentschaft 5 in das Innere des Werkzeugs 3 gelangt sind, nicht am Anschlussbereich 8 austreten und den Operateur bei seiner Arbeit einschränken können.
Fig. 17 zeigt eine entlang der Längsachse geschnittene Explosionszeichnung des Instrumentensets 1 der dritten Ausführungsform. Wie in Fig. 17 gezeigt, kann der Rotor 22 auch lösbar am Werkzeugschaft 39 mittels eines Rastmechanismus, einer
Schraubverbindung mit gegenläufigem Gewinde oder durch magnetische Verbindung drehfest befestigt sein.
27
Bezugszeichenliste
1 Instrumentenset
2 Handinstrument
3 Werkzeug
4 Effektor
5 Instrumentenschaft
6 Montage-Griffhülse
7 Griffabschnitt
8 Distaler Kupplungsabschnitt
9 Zentraler Griffabschnitt
10 Proximaler Anschlussabschnitt
11 Hülsenförmige Fluidbarriere
12 Becherförmiger Magnetträger
13 Zylinderförmiger Magnetträger
14 Werkzeugschaft
15 Ringspalt
16 Zylindrische Öffnung
17 Radiale, magnetische Kupplung
18 Quaderförmiger Permanentmagnete
19 Elektromotor
20 Motor-Abtriebswelle
21 Stator
22 Rotor
23 Aufgeweitetes Wellenende
24 Wellendichtring
25 Wellenfeder
26 Dichtung
27 Erster Luftspalt
28 Zweiter Luftspalt
29 Radialkugellager
30 Zylinderförmige Fluidbarriere
31 Erster, scheibenförmiger Magnetträger
32 Zweiter, scheibenförmiger Magnetträger 28
33 Zylinderförmiger Permanentmagnet
34 Axiale, magnetische Kupplung
35 Erster Luftspalt
36 Zweiter Luftspalt
37 Aufnahmebohrung
38 Kugellager-Hülse
39 Werkzeugschaft
40 Versiegelte Innenwand
41 Radialkugellager
42 Distanzhülse
N magnetischer Nordpol
S magnetischer Südpol

Claims

29 Ansprüche
1. Chirurgisches Werkzeug (3) für ein oder eines motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstruments (2) mit einem Werkzeugschaft (14), an dessen distalem Endabschnitt ein Effektor (4) vorzugsweise in Form einer Fräse, Feile oder Bohrer angeordnet oder ausgebildet ist und an dessen proximalem Endabschnitt ein vorzugsweise ring- oder zylinderförmiger, werkzeugseitiger Magnetträger (13; 22; 32) vorgesehen oder angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Magnetträger (13; 22; 32) eine Mehrzahl von Permanentmagneten (18; 33; 42) in vorzugsweise gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander sowie in jeweils gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten (18; 33; 42) fixiert sind.
2. Chirurgisches Werkzeug (3) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch einen vorzugsweise lösbar vom und montierbar am Handinstrument (2) ausgebildeten Instrumentenschaft (5), in welchem der Werkzeugschaft (14) drehgelagert ist, derart, dass der Magnetträger (13; 22; 32) an einem proximalen Ende des Instrumentenschafts (5) aus diesem axial herausragt oder axial vom proximalen Ende des Instrumentenschafts (5) beabstandet ist.
3. Chirurgisches Werkzeug (3) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Montage-Griffhülse (6), welche vorzugsweise fest am proximalen Endabschnitt des Instrumentenschafts (5) an diesem gehalten ist, derart, dass die Montage-Griffhülse (6) den Magnetträger (13; 32) umfangsseitig umgibt sowie axial in Richtung proximal über den Magnetträger (13; 32) vorragt, um in einem dadurch gebildeten vorragenden Abschnitt eine mechanische Kupplung für ein Ankuppeln des Instrumentenschafts (5) an einen distalen Kupplungsabschnitt (8) des chirurgischen Handinstruments (2) zu bilden.
4. Chirurgisches Werkzeug (3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Magnetträger (13; 32) und der Montage-Griffhülse (6) ein Ringspalt ausbildet. 30
5. Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (18; 33) an der Stirnfläche und/oder der Mantelfläche des Magnetträgers (13; 32) platziert sind.
6. Chirurgisches Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (18; 33) mit Nord-Süd-Polung (N, S) auf und/oder in dem werkzeugseitigen Magnetträger (13; 32) angeordnet sind und jeweils zu dem auf dem Magnetträger (13; 32) radial umlaufend direkt benachbarten Permanentmagneten (18; 33) abwechselnd gegenpolig angeordnet sind.
7. Chirurgisches Werkzeug (3) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Montage-Griffhülse (6), welche vorzugsweise fest am proximalen Endabschnitt des Instrumentenschafts (5) an diesem gehalten ist, wobei der Magnetträger (22) axial in Richtung proximal von der Montage-Griffhülse (6) beabstandet ist und einen Rotor (22) eines elektrischen Motors (19) bildet.
8. Chirurgisches Werkzeug (3) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (18; 33) in radialen Abstand zur Mittelachse des Magnetträgers (13; 32) auf einer Kreisbahn satellitenartig angeordnet sind.
9. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) mit
- einem zentralen Griffabschnitt (9),
- einem proximalen Anschlussabschnitt (10) zum Anschließen zumindest von elektrischen Leitungen oder einer autarken Stromquelle wie Batterie,
- einem Spulenträger (21), auf oder an welchem eine Anzahl elektrischer Spulen gelagert sind, welche mit den elektrischen Leitungen oder der Stromquelle verbindbar sind und einen Teil eines elektrischen Motors (19) bilden und
- einem distalen Kupplungsabschnitt (8) zum mechanischen Ankuppeln eines chirurgischen Werkzeugs vorzugsweise gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
- einer Fluidbarriere (11 ; 30; 40), welche zumindest die Anzahl elektrischer Spulen vom angekuppelten Werkzeug fluiddicht separiert, gekennzeichnet durch einen Rotor (22), der in dem Spulenträger (21) drehbar gelagert ist und eine in den distalen Kupplungsabschnitt hineinragende Motor- 31
Abtriebswelle (20; 39) hat, an deren vorzugsweise distalem Endabschnitt ein vorzugsweise instrumentenseitiger Magnetträger (12; 22; 31) angeordnet oder ausgebildet ist, in oder an welchem eine Mehrzahl von Permanentmagneten (18; 33;
42) in gleichmäßigem Umfangsabstand zueinander sowie in jeweils gegenpoliger Ausrichtung zum jeweils in Umfangsrichtung benachbarten Permanentmagneten (18;
33; 42) fixiert sind.
10. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (18; 33; 42) mit Nord-Süd- Polung (N, S) auf und/oder in dem handinstrumentseitigen Magnetträger (12; 22; 31) jeweils zu dem auf dem Magnetträger (12; 22; 31) radial umlaufend direkt benachbarten Permanentmagneten (18; 33; 42) abwechselnd gegenpolig angeordnet sind.
11. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (31) als Vollkreisscheibe oder Vollkreiszylinder ausgebildet ist und die Permanentmagnete (33) in der Stirnseite des Magnetträgers (31) eingesetzt sind.
12. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbarriere (30) den Magnetträger (31) im Wesentlichen über dessen gesamte Stirn- und Umfangsseiten unter Ausbildung eines Zwischenspalts (35), vorzugsweise eines Luftspalts (35) umgibt und mit der äußeren Umfangsseite des distalen Kupplungsabschnitts (8) fluiddicht verbunden ist.
13. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetträger (12) als Hülse oder Becher ausgeformt ist, die oder der sich in Richtung distal öffnet sowie einen proximalen Stirnboden hat und die Permanentmagnete (18) am oder längs des Innenumfangs der Hülse oder des Bechers angeordnet sind.
14. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbarriere (11) den Magnetträger (12) im Wesentlichen über dessen äußerer und innere Umfangsseite sowie dessen innerer 32
Seite des Stirnbodens umgibt und mit der äußeren Umfangsseite des distalen Kupplungsabschnitts (8) fluiddicht verbunden ist.
15. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbarriere (40) zumindest die radiale Innenseite des Spulenträgers (21) umgibt sowie vorzugsweise die proximale Stirnseite des Spulenträgers verschließt, wodurch eine in Richtung radial und proximal fluiddichte Aufnahme für einen werkzeugseitigen Rotor (22) vorzugsweise gemäß Anspruch 7 gebildet ist.
16. Motorisch angetriebenes chirurgisches Handinstrument (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagneten (18; 33) in radialen Abstand zur Mittelachse des Magnetträgers (12; 31) auf einer Kreisbahn satellitenartig angeordnet sind.
17. Chirurgisches Instrumentenset (1) mit einem chirurgischen Werkzeug (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einem motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstrument (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 16.
18. Chirurgisches Instrumentenset (1) nach Anspruch 17 mit einem chirurgischen Werkzeug (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8 und einem motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstrument (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass im angekuppelten Zustand des Instrumentenschafts (5) am Handinstrument (2) zwischen dem werkzeugseitigen Magnetträger (13; 32) und dem handinstrumentenseitigen Magnetträger (12; 31) unter Zwischenfügung der Fluidbarriere (11; 30) ein Spalt, vorzugsweise Luftspalt (27, 28; 35, 36) verbleibt, derart, dass die Motorabtriebsleistung berührungslos ausschließlich über die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten (18; 33) im handinstrumentenseitigen Magnetträger (12; 31) und den Permanentmagneten (18; 33) im werkzeugseitigen Magnetträger (13; 32) auf das Werkzeug (3) übertragen wird.
19. Chirurgisches Instrumentenset (1) nach Anspruch 17 mit einem chirurgischen Werkzeug (3) nach Anspruch 7 und einem motorisch angetriebenen chirurgischen Handinstrument (2) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im 33 angekuppelten Zustand des Instrumentenschafts (5) am Handinstrument (2) der werkzeugseitige Magnetträger (22) als Rotor (22) in die von der Fluidbarriere (40) geschaffene fluiddichte Aufnahme innerhalb des Stators (21) ragt, derart, dass die Motorabtriebsleistung berührungslos ausschließlich über die magnetische Wechselwirkung zwischen den Permanentmagneten (42) im werkzeugseitigen Magnetträger (22) und den mit elektrischem Strom beaufschlagbaren Spulen unmittelbar auf das Werkzeug (3) übertragen wird.
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