EP4376754A1 - Verfahren zum umformen und / oder zum befestigen von lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren scheibe, lenkdrähten zum bewegen einer distalseitigen gelenkmechanik, medizinisches instrument und roboter - Google Patents

Verfahren zum umformen und / oder zum befestigen von lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren scheibe, lenkdrähten zum bewegen einer distalseitigen gelenkmechanik, medizinisches instrument und roboter

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Publication number
EP4376754A1
EP4376754A1 EP22757865.5A EP22757865A EP4376754A1 EP 4376754 A1 EP4376754 A1 EP 4376754A1 EP 22757865 A EP22757865 A EP 22757865A EP 4376754 A1 EP4376754 A1 EP 4376754A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steering
insert component
proximal
spatially adjustable
medical instrument
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22757865.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Längle
Janosz SCHNEIDER
Jochen Stefan
Sven Axel Grüner
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.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4376754A1 publication Critical patent/EP4376754A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A61B2034/715—Cable tensioning mechanisms for removing slack

Definitions

  • the invention relates to a method for reshaping and/or for attaching steering wires to a spatially adjustable disc, with a distal-side joint mechanism for bending a distal end section of a medical instrument being movable by means of the steering wires. Furthermore, the invention relates to steering wires for moving a distally mounted joint mechanism for angling a distal end section of a medical instrument, a medical instrument and a robot.
  • bendable instruments are often used, which are handheld and/or robotic instruments can be trained.
  • four or more external steering wires and/or steering cables are usually arranged around pivoting members of a joint mechanism on the distal side.
  • the use of a large number of thin steering wires is advantageous in order to enable uniform movement and force distribution in all bending directions.
  • the guide wires must be fixed in a tensioned state on the distal side (far from the user) and proximally (close to the user).
  • US 2017/0281296 A1 discloses a medical instrument with steering cables for moving an end effector, in which the steering cables are guided through openings in a gimbal plate and a locking plate, which each have locking wedges on the opposite sides The cardan plate and the locking plate clamp the steering cables by moving them. The gimbal plate and the locking plate are then screwed together for fixation.
  • the disadvantage here is that manufacturing tolerances when manufacturing the gimbal plate and the locking plate mean that the tensions with which the steering cables are fixed can vary. There is also a risk that the steering cables could be damaged by sharp edges on the cardan plate and the locking plate and/or by pinching. This has the disadvantage that the individual strands of the steering cable fray and thus significantly disrupt or complicate assembly.
  • each steering wire must first be individually pretensioned and then screwed to the swashplate. In addition to being very time-consuming, this can also lead to pre-damage of the steering wires. Furthermore, the threaded bores on the swash plate and the corresponding screws, which are usually inserted and attached in and on the radially circumferential side wall of the swash plate, require a large amount of space.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • the problem is solved by a method for forming and/or for attaching steering wires to a spatially adjustable disc, using the steering wires a joint mechanism on the distal side can be moved to bend a distal end section of a medical instrument, the guide wires have a material hardness and the spatially adjustable disc has a hole with a cross-section through a thickness of the spatially adjustable disc for each guide wire, by means of an insert component with the following steps:
  • the insert component on a proximal side of the spatially adjustable disk, the insert component having holes corresponding to the holes in the spatially adjustable disk and a material hardness equal to or greater than the material hardness of the steering wires,
  • This provides a method for quickly and easily mounting the steering wires to a spatially adjustable disk and attaching the proximal ends of the steering wire by forming in combination with the very hard insert component.
  • the steering wires can be connected to the spatially adjustable disk in a tensioned state. Consequently, steering wires are provided which are optimally fixed to the proximal side of the spatially adjustable disc with a fixed, predetermined tension in the tensioned state. Thanks to the reproducible forming of the steering wire ends, the steering wires are fixed uniformly and are consequently pretensioned homogeneously.
  • a proximal drive movement on the spatially adjustable disk with means of the attached and tensioned steering wires is optimally applied to the distal components transmitted to a distal joint mechanism for bending the distal end portion of the medical instrument's.
  • the steering wires can be fastened to the spatially adjustable disk with the aid of the insert component. Because the insert component has the same or greater material hardness than the steering wires, cutting and/or settling of the steering wires in the fastening area is prevented by the optimum material pairing.
  • a core idea of the invention is that the respective end of the steering wire is formed into a final shape by means of the forming tool, the final shape being larger in one dimension in cross section as a result of the forming than the cross-sectional area of the respective corresponding hole in the insert component and the respective hole in the spatially adjustable disc and the final form under tension of the steering wires directly on the insert component with the same or higher material hardness.
  • proximal guide wire ends into a final shape with a dimension with a larger cross section than the cross section of the hole consequently prevents the individual guide wires from being pulled in the direction of the distal side through the corresponding holes of the insert component and the spatially adjustable disk .
  • the steering wires are not attached directly to the spatially adjustable disk, but rather indirectly on the proximal side by means of reshaping with the aid of the insert component.
  • the distal sides of the reshaped final shape as the proximal end of the steering wire rest against the proximal side of the insert component, which has a hardness that is the same as or greater than the final shape.
  • the end forms of the steering wire ends each rest on the insert component with the same or higher material hardness and the steering wires are attached indirectly to the spatially adjustable disk allows a free choice of material for the spatially adjustable disk itself. This means that it does not have to be made from a material that is difficult to machine and/or join, such as Nitinol, or from a hardened material.
  • the three-dimensionally adjustable disc itself can be manufactured from a significantly softer and therefore more economical, lighter and easier to machine material.
  • the guide wires are fastened on the proximal side by means of the insert component and the proximal guide wire ends formed into final shapes, whereby, depending on the thickness of the insert component, the length of the shaft and/or the joint mechanism in the longitudinal direction may be slightly, if at all, is extended, but the overall size is not increased in the radial direction and/or at the beginning of the spatially adjustable disk.
  • This indirect connection of the steering wires with the spatially adjustable disk in the proximal longitudinal direction can thus be optimally integrated into an instrument shaft whose cross-section is limited from the outset due to the application.
  • a "steering wire” is a thin and long shaped pliable metal and/or metal alloy.
  • a steering wire has in particular a nickel-titanium alloy and thus nitinol.
  • a steering wire is preferably made entirely of Nitinol.
  • a steering wire can have any cross-sectional shape, for example a circular, oval and/or curved cross-section, a flat-edged, square or profiled wire cross-section.
  • the steering wire preferably has a round cross section.
  • a steering wire can also be a steering cable which has a plurality of wires, in particular braided or twisted wires.
  • the steering wires are arranged radially on the outside around pivoting links and/or link bodies, by means of which a delicate bending of the distal end section is realized.
  • a movement of the spatially adjustable disc caused by a proximal drive is converted into a corresponding relative movement of the pivoting members on the distal side via the steering wires connected to the disc, which are tensioned along the longitudinal direction of the shaft up to the distal ends of the steering wire fixed in the distal end section thus causing the distal end portion to bend.
  • a large number of thin steering wires are used in particular for fine motor control of the distal end section of the medical instrument in order to achieve a more even force distribution and thus relative movements in all possible bending directions.
  • a “joint mechanism” has in particular a “distal joint mechanism” and a “proximal joint mechanism”.
  • the “proximal-side joint mechanism” has in particular the insert component, the spatially adjustable disc, associated shafts and the proximal-side steering wire sections.
  • the steering wires On the distal side of the proximal joint mechanism, the steering wires in particular are brought together, for example via a guide ring or a serrated washer in the direction of the distal tip, at a closer spacing of the steering wires from the longitudinal axis of the shaft, so that they essentially enter parallel at the proximal end of the shaft and are guided within the shaft up to the distal end section.
  • the diameter of the steering wires radially surrounding the longitudinal axis of the shaft narrows from 18 mm to 4 mm.
  • the associated shaft of the spatially adjustable disk is connected to a main shaft in the distal direction, with the latter being able to rotate the shaft.
  • the joint mechanism can be arranged in particular in the transition between the hand and/or holding part of the medical instrument and the shaft or in the hand and/or holding part.
  • the "distal-side joint mechanism" has in particular the distal-side Steering wire sections and the pivoting links and / or link body, through which an angling of the distal end portion can be realized.
  • a “spatially adjustable disk” (also called “swash plate”) is in particular a disk which is mounted in such a way that when it is moved by a proximal drive relative to the center of the disk, it causes an outer pivoting movement transverse to the longitudinal axis through the disk and thus an up and down movement on both sides Ab movement (tumbling movement) performs.
  • the swash plate has a cardanic bearing.
  • the spatially adjustable disk is connected in particular to a ball joint on the distal side or a ball joint on the distal side and a ball joint on the proximal side or a ball joint on the distal side.
  • the steering wires are routed through the thickness of the spatially adjustable disc.
  • the upper section of the swash plate when viewing the shaft in longitudinal cross-section, the upper section of the swash plate, transverse to the longitudinal direction of the shaft, is shifted towards the distal end, while the lower section is shifted toward the proximal end, whereby due to the corresponding movement of the steering wires fixed to the swash plate distal end portion is angled down accordingly. Consequently, depending on the arrangement of the tensioned and fixed steering wires on the swash plate, some steering wires are simultaneously pushed and other steering wires are pulled by pivoting movement of the swash plate.
  • a "medical instrument” is in particular any mechanical or mechanical-electrical active unit that is suitable for the diagnosis and/or treatment of humans or animals.
  • the medical instrument is used in particular to inspect a human or animal body cavity and/or to manipulate human or animal tissue.
  • the medical instrument has a handle or handpiece, a shaft and a tool and/or an optical system for viewing a viewing area.
  • the medical instrument can in particular have a gripping tool, a cutting tool, a needle holder, a clip setter and/or a different type of tool.
  • a medical instrument is, for example, an endoscope with a long shaft and an end section that can be bent.
  • the medical instrument can be a hand-held and/or hand-guided instrument.
  • the medical instrument can also be used as a End effector arranged on a robotic arm of a surgical robot and thus be a robotic instrument.
  • the "shank" of the medical instrument is designed in particular as an elongated tube.
  • the shaft has a diameter in a range from 2 mm to 10 mm.
  • the shaft can have further components, such as an optical waveguide for illuminating the object field, a working channel or several working channels for supplying rinsing fluid or a tool, such as a biopsy needle or an electrode.
  • a central actuation element for example a pull/push cable, for actuating a tool, for example a jaw part, can be arranged on the bendable, distal instrument tip from its proximal to distal end inside the shaft.
  • a "proximal drive” is a drive unit for acting and thus pivoting the spatially adjustable disc.
  • the drive movement of the proximal drive is converted into a pivoting movement of the spatially adjustable disk and, through the steering wires attached to the spatially adjustable disk, to a corresponding relative movement of the distal-side pivoting links and/or link bodies for pivoting the end section of the medical instrument.
  • the proximal drive can be a manual drive, for example by rotating an actuating element, or it can be a motorized drive. In the case of a motorized drive, this has one motor or several motors and/or a transmission, such as driven gears.
  • the proximal drive is arranged in particular in the hand and holding part.
  • an "actuating unit” is in particular a component or consists of several components which act on the proximal drive.
  • an actuation unit can have one or more actuation elements.
  • the actuating elements can be, for example, a push button or a rotary wheel, by means of which movement the proximal drive is actuated.
  • an actuating element of the actuating unit can also be an electronic control signal.
  • the actuation unit can be a manually actuable handle or a structural unit that is designed for robotic use and can be actuated without manual action.
  • a "hole” is in particular a usually round breakthrough through the thickness of the spatially adjustable pane. The hole can be made in the spatially adjustable pane, for example by means of laser or water jet cutting or drilling.
  • the holes can also be introduced directly during manufacture of the spatially adjustable pane and thus during the shaping process, such as casting or sintering.
  • the hole does not necessarily have to have a round cross section, but can also have a non-round shape or a shape adapted to the shape of the steering wire.
  • Each hole has a cross-section that is larger than the outer diameter of the steering wire that is passed through the respective hole.
  • an “insert component” is in particular a component which is arranged on the proximal side of the spatially adjustable disk in the longitudinal direction of the shaft.
  • the insert component is inserted between the formed final shapes of the steering wires and the proximal side of the spatially adjustable disk, in particular after the proximal steering wire ends have been shaped.
  • the insert component can be made in one piece or two or more insert components can be used.
  • the insert component has a material hardness that is greater than or equal to the material hardness of the steering wires.
  • the insert component has in particular a cross-section which is larger than the cross-section of the respective hole or holes of the spatially adjustable disk.
  • the insert component has its own corresponding holes, in particular corresponding to the hole or holes of the spatially adjustable disk.
  • An insert component is in particular a hardened material, for example steel. Hardening results in a targeted increase in the mechanical resistance of the material by changing and transforming its structure. Hardening can be done, for example, by heat treatment followed by quenching.
  • the insert component can also have ceramic and/or hard metal.
  • a “termination shape” is in particular a deformed shape of each proximal steering wire end, which has a larger maximum cross section than the cross section of the corresponding hole of the insert component.
  • the final shape is in particular formed directly from the material of the respective proximal end of the steering wire by reshaping.
  • additional material for example in the form of a sleeve slipped over the proximal end of the steering wire, can be added before the shaping and shaped together with the end of the steering wire.
  • the shaping to form the final shape does not have to take place directly at the proximal end of the steering wire, but can be carried out at any position of a steering wire, with the steering wire being cut off the proximal end of the final shape after shaping into the final shape, so that a proximal end of the steering wire is present .
  • the final shape created by forming can have any geometric shape and/or spatial progression and only has to have a cross section at one point and/or dimension that is larger than the corresponding hole in the insert component and/or the hole in the spatially adjustable one disc is.
  • the final shapes of the formed steering wires can all be the same or different shapes.
  • the dimension with a larger cross-section is achieved in a steering wire with a round cross-section, for example, by flattening the steering wire so that the round cross-section becomes flatter in the pressing direction and wider transversely to the pressing direction.
  • the final shape of the steering wire formed in this way no longer fits through the respective associated hole in the insert component and the spatially adjustable disk.
  • the “material hardness” is in particular a mechanical resistance that a material opposes the mechanical penetration of another body.
  • the material hardness not only characterizes the resistance to harder bodies, but also to softer bodies or bodies of the same hardness.
  • the material hardness is also a measure of the wear behavior of materials.
  • the material hardness can be specified according to various hardness test methods and hardness scales.
  • the material hardness is specified in Rockwell in particular as an internationally used unit of measurement for the hardness of technical materials with the abbreviation HR (Hardness Rockwell) and a suffixed letter to identify the respective test method, with the letter indicating the scale and thus the test forces and test specimens.
  • Forming is understood to mean, in particular, a manufacturing process in which a change in shape is introduced in a targeted manner.
  • the respective proximal end of the steering wire is specifically formed into a final shape of the respective steering wire.
  • Forming includes, in particular, wire forming and/or solid forming.
  • the forming can take place in particular by rolling, open-die forging, drop forging, pressing, pressing, pressing in, clamping, twisting and/or bending.
  • the forming can be cold forming, semi-hot forming and/or hot forming. The cold forming is carried out in particular below the recrystallization temperature of the material of the end of the steering wire.
  • the end of the steering wire is heated, but to a temperature below the recrystallization temperature.
  • the steering wire end is heated to a temperature above the recrystallization temperature of the material of the steering wire end prior to forming, which causes recrystallization during forming.
  • a corresponding forming tool is used for forming.
  • a hardened metal, a hardened metal alloy, a hard metal and/or a ceramic material is used as the material of the insert component.
  • the insert component can thus be made from a metal and/or a metal alloy and/or hardened in a simple manner, the only requirement being that the material hardness of the material of the steering wires is greater than or equal to the material of the insert component.
  • the insert component can be made of a hard metal and thus a metal matrix composite material and/or a ceramic material. It is particularly advantageous that the insert component can be produced from a correspondingly hard material in a simple manner in terms of production technology.
  • a nickel-titanium alloy is used as the material for the steering wires and/or the insert so that the steering wires can withstand a large load and are very robust to alternating stress due to their superelastic properties, and so that the insert component can be designed with at least an equivalent material hardness.
  • a nickel-titanium alloy also called nitinol
  • an optimal attachment of the steering wires can be achieved using the process on the spatially adjustable disc.
  • the steering wires can in particular also be made of stainless steel.
  • the steering wires are preferably made of nitinol in particular, while the insert component can optionally also be made of nitinol or another material, such as a powder metallurgical steel with a material hardness of 64 HRC to 67 HRC or hardened carbon steel.
  • a powder metallurgical steel with a material hardness of 64 HRC to 67 HRC or hardened carbon steel such as a powder metallurgical steel with a material hardness of 64 HRC to 67 HRC or hardened carbon steel.
  • the material Nitinol has a material hardness of about 64 HRC.
  • the spatially adjustable disc itself cannot be manufactured from such a hard material and subsequent hardening of the spatially adjustable disc is difficult or impossible to achieve, the steering wires made of nitinol would get stuck, especially at a respective fastening point Cut into a spatially adjustable disk and the wire tension of the steering wires would decrease in the joint mechanism over the course of the period of use.
  • this cutting is prevented precisely by the fact that the insert component with a material hardness of > 64 HRC is inserted between the spatially adjustable disc and the formed steering wire ends, which means that the formed steering wire ends are not cut due to the attachment via the respective final shape on the insert component is prevented.
  • a “nickel-titanium alloy” is in particular a nickel-titanium intermetallic compound.
  • a nickel-titanium alloy is in particular nitinol.
  • “Nitinol” is an intermetallic phase NiTi with an ordered, cubic crystal structure that differs from titanium and nickel.
  • the nickel-titanium alloy and nitinol usually have a slightly larger proportion of nickel, for example 55%, and titanium.
  • Nitinol can also contain 50% nickel and 50% titanium and/or other alloy ratios and/or small amounts of additional alloy components.
  • Nitinol has in particular a thermal shape memory and superelasticity.
  • Nitinol steering wires are produced in particular by means of drawing through, with the wire being soft-annealed between the drawing processes.
  • Nitinol can be shaped, for example, by grinding or electroerosion. Due to its super-elastic properties, steering wires made of nitinol can be bent more than steering wires made of stainless steel, for example. In addition, the Nitinol steering wires can be bent several times, but still remain controllable. In addition, Nitinol maintains its shape under tension and is kink resistant.
  • Nitinol when using Nitinol for the steering wires, the specific properties, such as thermal shape memory and mechanical shape memory as superelasticity, can be exploited. It is particularly important to note that nitinol alloys return to their original shape after plastic deformation if they are heated above their transformation temperature. However, in order to achieve the optimum superelastic properties of Nitinol, a heat treatment at 350°C to 600°C can be carried out after cold working.
  • the transformation temperature of nitinol is usually not critical in medical technology for the purpose of forming to achieve the superelastic properties in particular, since the transformation temperature is usually below the application temperature.
  • Nitinol steering wires for example, can be cold-formed without heat treatment. The steering wire can also, for example, be drawn, soft-annealed and then the end of the steering wire can be cold-formed. The brittleness of nitinol in particular can be reduced by means of a preceding heat treatment.
  • the material of the steering wires and the insert component can have the same nickel-titanium alloy.
  • a one-piece or multi-piece insert component is used.
  • the assembly can be further simplified by using a two-part or multi-part insert component.
  • the two or more insert components can take up a smaller area than the proximal end face of the spatially adjustable disk, so that material is saved and/or the force distribution is adjusted in a targeted manner.
  • the entire contact surface on the proximal side of the spatially adjustable disk does not have to be covered with one or more insert components, but two or more insert components can be arranged locally in the area of the holes of the spatially adjustable disk.
  • a two-part insert component can be two half rings, for example.
  • a “multi-part insert” is functionally an insert as defined above, but the insert has two or more components or includes two or more inserts.
  • a ring is used as the insert component.
  • the insert component in the form of a ring, this can be designed with its inner diameter and outer diameter of the same shape and completely adjacent to the proximal end face of the spatially adjustable disc, whereby an optimal contact surface between the two is realized.
  • the ring in particular a wire retaining ring, preferably has the corresponding holes so that the proximal steering wire ends are guided through the holes in the spatially adjustable disk and through the corresponding holes in the ring and are formed on the proximal side of the ring to form the final shapes.
  • a ring does not necessarily have to be circular in shape, but can also have a hexagonal shape, for example.
  • the respective steering wire ends are formed into the respective final shape in the form of a wedge, a cube, a cuboid, a trapezoid, a sphere, a cone, a cylinder and/or a pyramid.
  • the respective end of the steering wire can be formed into any final shape, as long as the final shape has a cross-section larger than the corresponding hole and/or the hole at a position in its longitudinal direction. It is particularly advantageous if the respective form of termination on the distal side is either flat, has a homogeneous end face which rests against the surface of the insert component, or if the end shape widens conically from its distal end to a larger diameter, for example, so that when the guide wire is tensioned and the end shape is pulled in the distal direction to the corresponding hole, a defined blocking occurs .
  • a sleeve is clamped onto the respective steering wire as an alternative to reshaping.
  • a sleeve can additionally be placed on the respective end of the steering wire before the forming, with the sleeve forming the end of the steering wire after the forming.
  • the sleeve and the steering wire end are formed together.
  • a “sleeve” is in particular a solid, tubular body which at least partially encloses the proximal end of the steering wire. At least on the distal side, the sleeve has an opening for inserting the respective proximal steering wire end or steering wire.
  • the shaped sleeve preferably represents the proximal end of the steering wire after the shaping.
  • the steering wire protruding on the proximal side can be cut off and/or removed after the shaping.
  • the proximal end face of the sleeve can be open and/or closed. In principle, the sleeve can be deformed partially or completely.
  • the sleeve is in particular a hardened sleeve with a material hardness greater than or equal to the material hardness of the steering wires.
  • the spatially adjustable disc is inserted with a ball shaft on the distal side into a main shaft of the proximal side joint mechanism before forming and after forming the steering wire ends to pretension the attached steering wires, the spatially adjustable disc is inserted partially pulled out of the main shaft in the proximal direction with the ball shaft on the distal side.
  • a "ball shaft” is in particular a shaft with a ball joint.
  • the spatially adjustable disk (swash plate) has, in particular, a spherical shaft on the proximal side for transmitting the drive movement of the proximal drive to the spatially adjustable disk in the form of a pivoting movement.
  • the swash plate has in particular a special recording for sliding on the ball head of the ball shaft and thus a movable recording about all axes.
  • the spatially adjustable sheave has a distal-side spherical shaft for biasing the fixed steering wires on the spatially adjustable sheave to connect to the mainshaft and/or transmit movement to the mainshaft.
  • the object is achieved by steering wires for moving a distal-side joint mechanism for angling a distal end section of a medical instrument, the steering wires being attached to a spatially adjustable disc by means of a previously described method.
  • steering wires indirectly connected to a spatially adjustable disc are provided, which are connected in the state of tension due to a frictional connection by means of the termination forms on the proximal sides of the steering wires and the insert component without cutting and setting behavior.
  • these steering wires are therefore suitable for stepless and very fluid control of the distal joint mechanism for bending the distal end section of the medical instrument.
  • a shaft with steering wires is provided, the steering wires being fastened according to the method described above, which allow an optimally controllable joint mechanism in the shaft due to the homogeneous indirect connection and uniform, defined tension.
  • the shaft can be releasably connected to a hand and/or holding part of a medical instrument and/or can be reused or is designed for single use.
  • a medical instrument with an elongated shaft, an actuating unit for actuating a proximal drive being arranged at a proximal end of the shaft and an end section being arranged at a distal end, the end section being actuated by means of a distal the joint mechanism on the proximal side can be bent relative to the longitudinal axis of the shaft, several steering wires are guided through the elongated shaft and connect the drive on the proximal side with the joint mechanism on the distal side, with the drive on the proximal side being able to act on a spatially adjustable disk, and each steering wire with its pro ximal end of the steering wire is guided through a hole with a cross section through a thickness of the spatially adjustable disk and through a respective corresponding hole of an insertion component arranged proximally on a proximal side of the insertion component and the proximal steering wire ends each have a final shape with a measurement from a
  • the guide wires and/or the insert component each have a nickel-titanium alloy.
  • the spatially adjustable disc can have stainless steel, a stainless steel alloy, aluminum and/or plastic.
  • the object is achieved by a robot with at least one robot arm for holding and/or positioning a medical instrument and/or with an actuator for controlling a distal-side joint mechanism of the medical instrument, the medical instrument having a previously described medical instrument is, so that the medical instrument by means of at least one robot arm can be positioned and/or the distal joint mechanism can be actuated by the action of the robot's actuator on the proximal drive of the medical instrument.
  • the steering wires attached to a spatially adjustable disc can be used not only in a hand-held medical instrument but also in a robotically guided instrument.
  • the robot ensures that the medical instrument is held firmly at the end of the at least one robot arm and that the medical instrument is precisely positioned.
  • the joint mechanism and the bending of the distal end section of the medical instrument as an end effector can be performed very precisely via an input device on the robot, for example by means of a joystick on a control console and/or input handles of the robot attached to the hand.
  • the proximal drive of the medical instrument can also be arranged in the distal end of the robot arm and a coupling and/or interface between the distal end of the robot arm and the holding unit of the medical instrument can be designed accordingly.
  • a “robot” is in particular a medical and/or surgical robot.
  • a robot is in particular a surgical robot.
  • the robot is usually a telemanipulator, which uses the input and/or operating elements of the surgeon on the one hand to control the medical instrument as an end effector on the other hand at the end of a robot arm.
  • the robot preferably has a plurality of robot arms, with a camera, in particular a three-dimensional camera, being arranged on one robot arm and one or more interchangeable medical instruments on the robot arm or the other robot arms.
  • each robot arm is designed to be movable on 3 to 8 axes. Instead of a robot with several arms, it is of course also possible to use several robots, each with one arm or only two arms, which are controlled together.
  • the camera can also be held endoscopically or exoscopically.
  • the proximal drive of the medical instrument can be actuated by means of the actuator of the robot arm through a coupling and/or interface between the end of the robot arm which holds the medical instrument and the medical instrument.
  • an actuator any drive component or Unit are used, which converts an electrical signal into a mechanical BeWe supply.
  • Figure 1 shows a schematic three-dimensional representation of fixed steering wires on a swash plate in a proximal side view and a section B of a press wedge on a wire retaining ring
  • FIG. 2 shows a schematic, three-dimensional representation of attached steering wires on a swash plate in a distal side view
  • Figure 3 is a flow chart of a method for attaching steering wires with associated steps
  • FIG. 4 shows a three-dimensional representation of a video endoscope with a bendable tip of a shaft
  • FIG. 5 shows a highly schematic representation of a surgical robot with an endoscopic instrument attached to a robot arm.
  • a medical instrument 101 comprises a video endoscope 127, the video endoscope 127 having a handle 133 and a flexible shaft 129.
  • a plurality of operating elements 135 for operating the video endoscope 127 by a user are arranged on the handle 133 .
  • the handle 133 of the video endoscope 127 is connected to a supply hose 137, at the end of which a plug 141 is arranged.
  • the flexible shaft 129 of the video endoscope 127 has a bendable tip 131 on, which by means of an internal joint mechanism in the shaft 129 on the operating elements 135 can be bent (Figure 4).
  • a joint mechanism of the shaft 129 has an inner proximal side joint mechanism 103, which has a swash plate 109 made of stainless steel with a central steering ring 111, the swash plate 109 proximal side being internally connected to a ball shaft 121 proximal side.
  • a pivoting motion is impressed on the ball shaft 121 of the swash plate 109, which is proximal.
  • the joint mechanism has ten steering wires 105 made of nitinol, which are attached on the inside in the area of the bendable tip 131 on the distal side and are guided tensioned through the shaft 129 to the opposite end of the shaft 129 on the proximal side to the joint mechanism 103 on the proximal side.
  • the steering wires 105 are evenly distributed radially circumferentially through holes that are not visible in FIG.
  • the guide wires guided on the proximal end face of the wire securing ring 115 each have a press wedge 117 as the final shape.
  • the compression wedges 117 as the proximal end forms of the steering wires 105, are pulled against the proximal end face of the wire retaining ring 115, with a displacement of the respec gene pressing wedge 117 is prevented in the distal direction.
  • a pivoting movement which is imposed on the swash plate 109 for bending the distal, bendable tip 131, is very delicately transmitted to a distal-side joint mechanism, not shown in FIG.
  • the wire lock ring 115 is created as an insert component on the proximal end face of the swash plate 109 and thus mounted (step 203), the associated holes of the swash plate 109 and the corresponding holes of the wire lock ring 115 are each aligned through.
  • the respective proximal steering wire ends of the steering wires 105 are passed through the holes in the swash plate 109 with steering ring 111 and the corresponding holes in the wire locking ring 115, so that the steering wire ends protrude proximally on the proximal side of the wire locking ring 115 (step 205).
  • the proximal steering wire ends of the steering wires 105 are then reshaped using a pressing tool (step 207), the pressing tool applying a greater pressing force to the outer proximal end of the respective steering wire end, so that the pressing wedge 117 shown in detail B in Figure 1 is formed as the final shape .
  • the distal end of each ferrule 117 abuts the proximal side of the wire locking ring 115 .
  • the respective insert component is applied 203 and wire ends are passed through 205 and wire ends are reshaped 207 one after the other, so that steps 203, 205 and 207 are repeated 209 for each insert component and the associated steering wires.
  • an insert component is first arranged (step 203) and the steps of passing through 205 a steering wire end and shaping 207 a steering wire end are carried out directly one after the other before the next steering wire is passed through (step 205) and the corresponding steering wire end is shaped (step 207).
  • steps 205 and 207 are carried out one after the other and then repeated for each next steering wire (step 209).
  • a swash plate 109 has a ball-and-socket shaft 123 on the distal side for prestressing and for connection to a main shaft (not shown) and a ball-and-socket shaft 121 on the proximal side.
  • the swashplate further includes a central steering ring 111, holes 113 for each of the ten nitinol steering wires 105, and the wire retaining ring 115 proximally. At the proximal end of the steering wires 105, these are each secured with a sleeve pressing wedge 119.
  • For Ferti gene of each sleeve press wedge 119 was a hardened sleeve on each placed on the proximal end of the steering wire and formed together with the end of the steering wire using the pressing tool (see Figure 2).
  • an endoscopic instrument 301 is designed as the end effector of a surgical robot 341 .
  • the surgical robot 341 has a base 347 with four robot arms, only the one robot arm 343 which holds the endoscopic instrument 301 being shown in FIG.
  • the proximal-side joint mechanism 103 shown in Fig. 1 is arranged in a shaft 329 of the endoscopic instrument 301, with the endoscopic instrument 301 having a bendable tip 331 with a jaw tool 335 at its distal end (jaw tool 335 is shown in Fig 5 enlarged and not drawn to scale).
  • the endoscopic instrument 301 has a holding unit 333 which is held at the end of a robot arm 343 of the surgical robot 341.
  • An interface 345 is arranged between the holding unit 333 of the endoscopic instrument 301 and the end of the robot arm 334 for the purpose of coupling, at which an internal actuator of the surgical robot 341 (not shown in Figure 5) actuates a likewise internal proximal drive of the endoscopic instrument 301 becomes.
  • This imparts a pivoting movement to swash plate 109 via ball shaft 121 on the proximal side, whereby the connection of steering wires 105 to wire retaining ring 115 located proximal to swash plate 109 by means of pressure wedges 117 and the state of tension in steering wires 105 cause the induced pivoting movement is transferred to the bendable tip 331 in a corresponding bending movement.
  • a medical instrument 101 with a video endoscope 127 and a surgical robot 341 with an endoscopic instrument 301 are provided, in which by reshaping the proximal steering wire ends of the steering wires 105 to terminal forms 117, 119 a stepless, homogeneous and fluid movement of the respective bendable tip 131, 331 is effected.
  • the invention relates to a method for forming and / or for attaching steering wires to a spatially adjustable disc, using the steering wires a distal side Joint mechanism for angling a distal end section of a medical instrument is movable, the steering wires have a material beard and the spatially adjustable disc has a hole with a cross-section through a thickness of the spatially adjustable disc for each steering wire, by means of an insert component with the following steps:
  • the insert component on a proximal side of the spatially adjustable disk, the insert component having holes corresponding to the holes in the spatially adjustable disk and a material hardness equal to or greater than the material hardness of the steering wires,
  • the invention relates to steering wires, a medical instrument and a robot.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkdrähte eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes bewegbar ist, die Lenkdrähte eine Werkstoffhärte aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe für jeden Lenkdraht ein Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, mittels eines Einlegebauteils mit folgenden Schritten: – Anordnen des Einlegebauteils auf einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe, wobei das Einlegebauteil korrespondierende Löcher zu den Löchern der räumlich verstellbaren Scheibe und eine Werkstoffhärte gleich oder größer der Werkstoffhärte der Lenkdrähte aufweist, – Durchführen der Lenkdrähte mit einem jeweiligen Lenkdrahtende durch das jeweilige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe und das korrespondierende Loch des Einlegebauteils, sodass die jeweiligen durchgeführten Lenkdrahtenden an einer proximalen Seite des Einlegebauteils überstehen, – Umformen der Lenkdrahtenden mittels eines Umformwerkzeuges derart, dass die Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform mit einer Abmessung mit einem größeren Querschnitt als den Querschnitt des jeweiligen Loches aufweist und somit die Lenkdrähte an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung Lenkdrähte, ein medizinisches Instrument und einen Roboter.

Description

Verfahren zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren Scheibe, Lenkdrähten zum Bewegen einer distal sei ti gen Gelenkmechanik, medizinisches Instrument und Roboter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenk drähten an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkdrähte eine distal seitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes bewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung Lenkdrähte zum Bewegen einer distal seifigen Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen Instrumentes, ein medizinisches Instrument und einen Roboter.
In medizinischen und nicht-medizinischen Anwendungen werden häufig abwinkelbare In strumente eingesetzt, welche als handgeführte und / oder robotische Instrumente ausgebildet sein können. Um eine Abwinkelung des Schaftes eines medizinischen Instru mentes zu ermöglichen, sind üblicherweise vier oder mehrere außenliegende Lenkdrähte und / oder Lenkseile um Schwenkglieder einer distal sei tigen Gelenkmechanik angeordnet. Zur exakten und homogenen Steuerung des distalen, abwinkelbaren Endes des Schaftes und / oder des Roboterarms ist der Einsatz einer Vielzahl von dünnen Lenkdrähten vorteil haft, um eine gleichmäßige Bewegung und Kraftverteilung in alle Abwinkelungsrichtun gen zu ermöglichen. Dazu müssen die Lenkdrähte distalseitig (benutzerfern) und proximal seitig (benutzemah) in einem gespannten Zustand fixiert sein.
Aus der US 2017/0281296 Al ist ein medizinisches Instrument mit Lenkkabeln zum Bewe gen eines Endeffektors bekannt, bei dem die Lenkkabel durch Öffnungen einer Kardan platte und einer Verriegelungsplatte geführt werden, welche an den sich gegenüberliegen den Seiten jeweils Verriegelungskeile aufweisen, welche beim Aneinandersetzen der Kar danplatte und der Verriegelungsplatte durch Verschieben die Lenkkabel einklemmen. Zur Fixierung werden anschließend die Kardanplatte und die Verriegelungsplatte miteinander verschraubt. Nachteilig ist hierbei, dass Fertigungstoleranzen beim Fertigen der Kardan platte und der Verriegelungsplatte dazu führen, dass die Spannungen, mit denen die Lenk kabel fixiert werden, variieren können. Zudem besteht die Gefahr, dass durch scharfe Kan ten an der Kardanplatte und der Verriegelungsplatte und / oder durch das Einklemmen die Lenkkabel beschädigt werden können. Dadurch besteht der Nachteil, dass die einzelnen Litzen des Lenkkabels ausfransen und somit die Montage erheblich stören oder erschwe ren.
Zudem ist es bekannt, die Lenkdrähte an einer proximal sei tigen, antreibbaren Taumel scheibe zu verschrauben. Hierzu muss zunächst jeder Lenkdraht einzeln vorgespannt und anschließend an der Taumelscheibe verschraubt werden. Neben einem hohen Zeitaufwand kann dies ebenfalls zur Vorschädigung der Lenkdrähte führen. Des Weiteren benötigen die Gewindebohrungen an der Taumelscheibe und die entsprechenden Schrauben, welche übli cherweise in und an der radial umlaufenden Seitenwand der Taumelscheibe ein- und ange bracht werden, einen hohen Bauraum.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkdrähte eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines me dizinischen Instrumentes bewegbar ist, die Lenkdrähte eine Werkstoffhärte aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe für jeden Lenkdraht ein Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, mittels eines Einlegebauteils mit folgenden Schritten:
- Anordnen des Einlegebauteils auf einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe, wobei das Einlegebauteil korrespondierende Löcher zu den Löchern der räumlich verstellbaren Scheibe und eine Werkstoffhärte gleich oder größer der Werkstoffhärte der Lenkdrähte aufweist,
- Durchführen der Lenkdrähte mit einem j eweiligen Lenkdrahtende durch das j ewei- lige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe und das korrespondierende Loch des Einlegebauteils, sodass die jeweiligen durchgeführten Lenkdrahtenden an einer pro ximalen Seite des Einlegebauteils überstehen,
- Umformen der Lenkdrahtenden mittels eines Umformwerkzeuges derart, dass die Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform mit einer Abmessung mit einem größe ren Querschnitt als den Querschnitt des jeweiligen Loches aufweist und somit die Lenkdrähte an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt sind.
Dadurch wird ein Verfahren bereitgestellt, mit dem schnell und in einfacher Weise die Lenkdrähte an einer räumlich verstellbaren Scheibe montiert und die proximal sei tigen Lenkdrahtenden mittels des Umformens in Kombination mit dem sehr harten Einlegebau teil befestigt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, dass die Lenkdrähte in einem gespannten Zustand an der räumlich verstellbaren Scheibe verbindbar sind. Folglich werden Lenkdrähte bereitgestellt, welche an der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe optimal mit einer fes ten, vorgegebenen Spannung im gespannten Zustand fixiert sind. Durch das reproduzier bare Umformen der Lenkdrahtenden sind die Lenkdrähte einheitlich befestigt und folglich homogen vorgespannt.
Dadurch wird eine proximale Antriebsbewegung auf die räumlich verstellbare Scheibe mit tels der befestigten und gespannten Lenkdrähte optimal auf die distalen Komponenten einer distalen Gelenkmechanik zum Abwinkeln des distalen Endabschnittes des medizini schen Instrumentes übertragen.
Es ist besonders vorteilhaft, dass in diesem Verfahren durch Umformen der proximal sei ti- gen Lenkdrahtenden ein Befestigen der Lenkdrähte an der räumlich verstellbaren Scheibe mithilfe des Einlegebauteils realisiert ist. Dadurch, dass das Einlegebauteil eine gleiche oder größere Werkstoffhärte als die Lenkdrähte aufweist, wird ein Einschneiden und/oder ein Setzverhalten der Lenkdrähte im Befestigungsbereich durch die optimale Werkstoff paarung verhindert.
Zudem ist zum Befestigen der jeweiligen proximalen Lenkdrahtenden lediglich ein Um formwerkzeug und sind nicht zwingend weitere Hilfsstoffe und / oder Befestigungsmittel erforderlich.
Ein Kemgedanke der Erfindung ist, dass das jeweilige Lenkdrahtende mittels des Umform werkzeuges in eine Abschlussform umgeformt wird, wobei die Abschlussform in einer Ab messung im Querschnitt durch das Umformen größer wird als die Querschnittsfläche des jeweiligen korrespondierenden Loches des Einlegebauteils und des jeweiligen Loches der räumlich verstellbaren Scheibe und die Abschlussform unter Spannung der Lenkdrähte di rekt am Einlegbauteil mit gleicher oder höherer Werkstoffhärte anliegt.
Durch das Umformen der proximalen Lenkdrahtenden in eine Abschlussform mit einer Abmessung mit einem größeren Querschnitt als dem Querschnitt des Loches wird folglich verhindert, dass die einzelnen Lenkdrähte nicht mehr in Richtung zur distalen Seite durch die korrespondierenden Löcher des Einlegebauteils und der räumlich verstellbaren Scheibe gezogen werden können. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, dass die Lenkdrähte eben ge rade nicht direkt an der räumlich verstellbaren Scheibe, sondern mittels des Umformens mithilfe des Einlegebauteils indirekt proximal sei tig befestigt werden. Dadurch liegen die distalen Seiten der umgeformten Abschlussform als proximales Lenkdrahtende an der pro ximalen Seite des Einlegebauteils an, welches eine gleichartige oder höhere Härte als die Abschlussform aufweist. Folglich wird beim Spannen der Lenkdrähte ein Einschneiden an der Oberfläche des Einlegebauteils und weiterhin ein Setzverhalten und eine Spannungsän derung der Lenkdrähte vermieden. Dementsprechend erfolgt das Spannen der Lenkdrähte homogener, die Montage der Lenkdrähte innerhalb der Gelenkmechanik wird deutlich ver einfacht und ist schneller durchführbar. Demgemäß wird eine Spannkraft über die umgeformten Abschlussformen der proximalen Lenkdrahtenden auf das Einlegebauteil und über dessen distaler Kontaktfläche an die dis talseitig angeordnete räumlich verstellbare Scheibe übertragen. Dadurch liegt eine homo gene Kraftverteilung zwischen der distalen Seite des Einlegebauteils und der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe vor.
Dadurch, dass die Abschlussformen der Lenkdrahtenden jeweils an dem Einlegebauteil mit gleicher oder höherer Werkstoffhärte anliegen und die Lenkdrähte indirekt an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt werden, wird für die räumlich verstellbare Scheibe selbst eine freie Werkstoffwahl ermöglicht. Somit muss diese weder aus schwer zerspanbarem und / oder fügbaren Material, wie beispielsweise Nitinol, noch aus einem gehärteten Werk stoff gefertigt werden. Somit kann durch die Verwendung des härteren Einlegebauteils die räumlich verstellbare Scheibe selbst aus einem deutlich weicheren und somit günstigeren, leichter und besser zu bearbeitenden Material gefertigt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, dass das Befestigen der Lenkdrähte proximal sei tig mittels des Einlegebauteils und der zu Abschlussformen umgeformten proximalen Lenkdrahtenden er folgt, wodurch je nach Dicke des Einlegebauteils gegebenenfalls zwar die Länge des Schaftes und / oder der Gelenkmechanik in Längsrichtung geringfügig, wenn überhaupt, verlängert wird, aber die Baugröße vor allem nicht in radialer Richtung und / oder am Um fang der räumlich verstellbaren Scheibe erhöht wird. Diese indirekte Verbindung der Lenk drähte mit der räumlich verstellbaren Scheibe in proximaler Längsrichtung ist somit opti mal in einem Instrumentenschaft integrierbar, dessen Querschnitt von vornherein aufgrund der Anwendung begrenzt ist.
Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Ein „Lenkdraht“ ist insbesondere ein dünnes und langes geformtes biegsames Metall und / oder Metalllegierung. Ein Lenkdraht weist insbesondere einen Nickel-Titan-Legierung und somit Nitinol auf. Bevorzugt besteht ein Lenkdraht vollständig aus Nitinol. Ein Lenkdraht kann prinzipiell jede Querschnittsform, beispielsweise einen kreisförmigen, ovalen und / oder gebogenen Querschnitt, einen Flachkant-, Vierkant- oder Profildrahtquerschnitt auf weisen. Bevorzugt weist der Lenkdraht einen runden Querschnitt auf. Üblicherweise wer den > 3 oder 4, bevorzugt 10 oder beliebig viele Lenkdrähte in einer Gelenkmechanik im Inneren des Schaftes innerhalb eines medizinischen Instrumentes eingesetzt. Neben der proximal sei tigen Befestigung der Lenkdrahtenden an der räumlich verstellbaren Scheibe sind die gegenüberliegenden distalen Lenkdrahtenden jeweils innenliegend an dem abwin kelbaren distalen Endabschnitt fixiert. Bei einem Lenkdraht kann es sich auch um ein Lenkseil handeln, welches mehrere, insbesondere geflochtenen oder verdrehte, Drähte auf weist.
Im Bereich des distalen abwinkelbaren Endabschnittes sind die Lenkdrähte außen radial umlaufend um Schwenkglieder und / oder Gliederkörper angeordnet, mittels welchen eine feingliedrige Abwinkelung des distalen Endabschnittes realisiert wird. Über eine mittels eines proximalen Antriebs bewirkte Bewegung der räumlich verstellbaren Scheibe wird über die mit der Scheibe verbundenen Lenkdrähte, welche entlang der Längsrichtung des Schaftes bis zu den im distalen Endabschnitt fixierten distalen Lenkdrahtenden gespannt sind, in eine entsprechende relative Bewegung der distalseitigen Schwenkglieder übertra gen und somit ein Abwinkeln des distalen Endabschnittes bewirkt. Für eine feinmotorische Steuerung des distalen Endabschnittes des medizinischen Instrumentes werden hierzu ins besondere eine Vielzahl an dünnen Lenkdrähten verwendet, um eine gleichmäßigere Kraft verteilung und somit relative Bewegungen in alle möglichen Abwinkelungsrichtungen zu erzielen.
Eine „Gelenkmechanik“ weist insbesondere eine „ distal sei ti ge Gelenkmechanik“ und eine „proximal sei ti ge Gelenkmechanik“ auf. Die „proximalseitige Gelenkmechanik“ weist ins besondere das Einlegebauteil, die räumlich verstellbare Scheibe, zugehörige Wellen und die proximal sei tigen Lenkdrahtabschnitte auf. Auf der distalen Seite der proximal seitigen Gelenkmechanik sind insbesondere die Lenkdrähte beispielsweise über einen Führungsring oder eine Fächerscheibe in Richtung auf die distale Spitze auf einen engeren Abstand der Lenkdrähte von der Längsachse des Schaftes zusammengeführt, sodass diese im Wesentli chen parallel am proximalen Ende des Schaftes eintreten und innerhalb des Schaftes bis zum distalen Endabschnitt geführt sind. Beispielsweise findet eine Verengung des Durch messers der radial die Längsachse des Schaftes umgebenden Lenkdrähte von 18 mm auf 4 mm statt. Auf der distalen Seite der proximal seitigen Gelenkmechanik ist in distaler Richtung insbesondere die zugehörige Welle der räumlich verstellbaren Scheibe mit einer Hauptwelle verbunden, wobei über letztere die Rotation des Schaftes realisierbar ist. Die Gelenkmechanik kann insbesondere im Übergang zwischen Hand- und / oder Halteteil des medizinischen Instrumentes und dem Schaft oder im Hand- und / oder Halteteil angeordnet sein. Die „distalseitige Gelenkmechanik“ weist insbesondere die distal seitigen Lenkdrahtabschnitte und die Schwenkglieder und / oder Gliederkörper auf, durch welche ein Abwinkeln des distalen Endabschnittes realisierbar ist.
Eine „räumlich verstellbare Scheibe“ (auch „Taumelscheibe“ genannt) ist insbesondere eine Scheibe, welche derart gelagert ist, dass diese bei Bewegung durch einen proximalen Antrieb relativ zur Scheibenmitte eine äußere Schwenkbewegung quer zur Längsachse durch die Scheibe und somit beidseitig eine Auf- und Ab-Bewegung (Taumelbewegung) ausführt. Die Taumelscheibe weist insbesondere eine kardanische Lagerung auf. Zur Über tragung der jeweiligen proximal seitigen und distal sei tigen Bewegung ist die räumlich ver stellbare Scheibe insbesondere mit einer distal seitigen Kugelwelle oder einem distalseiti gen Kugelgelenk und einer proximal seitigen Kugelwelle oder einem distal seitigen Kugel gelenk verbunden. Durch die Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe sind die Lenkdrähte geführt. Somit wird beispielsweise bei Betrachtung des Schaftes im Längsquerschnitt der quer zur Längsrichtung des Schaftes obenliegende Abschnitt der Taumelscheibe in Rich tung zum distalen Ende verschoben, während der untenliegende Abschnitt zum proximalen Ende verschoben wird, wobei aufgrund der entsprechenden Bewegung der an der Taumel scheibe fixierten Lenkdrähte der distale Endabschnitt entsprechend nach unten abgewinkelt wird. Folglich werden insbesondere je nach Anordnung der gespannten und fixierten Lenk drähte an der Taumelscheibe durch Schwenkbewegung der Taumelscheibe simultan einige Lenkdrähte geschoben und andere Lenkdrähte gezogen.
Ein „medizinisches Instrument“ ist insbesondere jegliche mechanische oder mechanisch elektrische Wirkeinheit, welche zur Diagnose und / oder Behandlung von Menschen oder Tieren geeignet ist. Das medizinische Instrument wird insbesondere zur Inspektion einer menschlichen oder einer tierischen Körperhöhle und / oder zur Manipulation von mensch lichem oder tierischem Gewebe verwendet. Das medizinische Instrument weist insbeson dere einen Handgriff oder Handteil, einen Schaft und ein Werkzeug und / oder ein opti sches System zur Betrachtung eines Sichtbereiches auf. Das medizinische Instrument kann insbesondere ein Fasswerkzeug, ein Schneidwerkzeug, einen Nadelhalter, einen Clipsetzer und/ oder ein andersartiges Werkzeug aufweisen. Bei einem medizinischen Instrument handelt es sich beispielsweise um ein Endoskop mit einem langen Schaft und einem abwinkelbaren Endabschnitt. Bei dem medizinischen Instrument kann es sich um ein handgehaltenes und / oder handgeführtes Instrument handeln. Das medizinische Instrument kann auch als Endeffektor an einem Roboterarm eines Chirurgieroboters angeordnet und somit ein robo tergestütztes Instrument sein.
Der „Schaft“ des medizinischen Instrumentes ist insbesondere als langgestreckte Röhre ausgestaltet. Der Schaft weist insbesondere einen Durchmesser in einem Bereich von 2 mm bis 10 mm auf. Der Schaft kann insbesondere weitere Komponenten, wie einen Lichtwellenleiter zur Beleuchtung des Objektfeldes, einen Arbeitskanal oder mehrere Ar beitskanäle zum Zuführen von Spülflüssigkeit oder eines Werkzeuges, wie einer Biop sienadel oder einer Elektrode, aufweisen. Insbesondere im Falle eines starren Schaftes kann von seinem proximalen bis distalen Ende im Inneren des Schaftes ein zentrales Betä tigungselement, beispielsweise ein Zug-/Schubseil, zum Betätigen eines Werkzeuges, bei spielsweise eines Maulteils, an der abwinkelbaren, distalen Instrumentenspitze angeordnet sein.
Bei einem „proximalen Antrieb“ handelt es sich um eine Antriebseinheit zur Einwirkung und somit zum Verschwenken der räumlich verstellbaren Scheibe. Somit wird insbeson dere die Antriebsbewegung des proximalen Antriebs in eine Schwenkbewegung der räum lich verstellbaren Scheibe und durch die an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigten Lenkdrähte auf eine entsprechende Relativbewegung der distal sei tigen Schwenkglieder und / oder Gliederkörper zum Verschwenken des Endabschnittes des medizinischen Instru mentes übertragen. Bei dem proximalen Antrieb kann es sich um einen manuellen Antrieb mittels beispielsweise der Drehbewegung eines Betätigungselementes handeln oder um ei nen motorisierten Antrieb. Im Falle eines motorisierten Antriebs weist dieser einen Motor oder mehrere Motoren und / oder ein Getriebe, wie beispielsweise angetriebene Zahnräder, auf. Der proximale Antrieb ist insbesondere im Hand- und Halteteil angeordnet.
Eine „Betätigungseinheit“ ist insbesondere ein Bauteil oder besteht aus mehreren Bautei len, welche auf den proximalen Antrieb einwirken. Eine Betätigungseinheit kann insbeson dere ein oder mehrere Betätigungselemente aufweisen. Bei den Betätigungselementen kann es sich beispielsweise um einen Druckknopf oder ein Drehrad handeln, mittels dessen Be wegung der proximale Antrieb betätigt wird. Bei einem Betätigungselement der Betäti gungseinheit kann es sich jedoch auch um ein elektronisches Steuersignal handeln. Somit kann es sich bei der Betätigungseinheit um eine manuell betätigbare Handhabe oder auch um eine für den robotischen Einsatz ausgelegte und frei von einer manuellen Handlung be tätigbaren Baueinheit handeln. Ein „Loch“ ist insbesondere ein üblicherweise runder Durchbruch durch die Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe. Das Loch kann beispielsweise mittels Laser- oder Wasser strahlschneiden oder Bohren in die räumlich verstellbare Scheibe eingebracht sein. Auch können die Löcher direkt beim Fertigen der räumlich verstellbaren Scheibe und somit beim formgebenden Prozess, wie Gießen oder Sintern, eingebracht werden. Das Loch muss je doch nicht zwingend einen runden Querschnitt haben, sondern kann auch eine unrunde oder der Form des Lenkdrahtes angepassten Form aufweisen. Jedes Loch weist jeweils ei nen Querschnitt auf, welcher größer als der Außendurchmesser des durch das jeweilige Loch geführten Lenkdrahtes ist.
Bei einer „korrespondierenden Loch“ handelt es sich in der Form und Ausführung um ein oben definiertes Loch, jedoch ist dieses Loch durch die Dicke des mindestens einen Einle- gebauteils in Längsrichtung des Schaftes ausgeführt. Unter „korrespondierend“ ist hierbei zu verstehen, dass die jeweils zugehörigen Löcher der räumlich verstellbaren Scheibe und des Einlegebauteils, durch welche jeweils dasselbe Lenkdrahtende geführt wird, bei Sicht in Längsrichtung übereinander liegen und / oder der Mittelpunkt dieser beiden Löcher fluchtend in einer geraden Linie, insbesondere in einer geraden Linie parallel zur Längs achse des Schaftes, liegt.
Ein „Einlegebauteil“ ist insbesondere ein Bauteil, welches an der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe in Längsrichtung des Schaftes angeordnet ist. Das Einlege bauteil ist insbesondere nach Umformen der proximalen Lenkdrahtenden zwischen den umgeformten Abschlussformen der Lenkdrähte und der proximalen Seite der räumlich ver stellbaren Scheibe eingelegt. Das Einlegebauteil kann einstückig ausgeführt sein oder es können zwei oder mehrere Einlegebauteile verwendet werden. Das Einlegebauteil weist insbesondere eine Werkstoffhärte größer/gleich der Werkstoffhärte der Lenkdrähte auf.
Das Einlegebauteil weist insbesondere einen Querschnitt auf, welcher größer als der Quer schnitt des jeweiligen Loches oder der Löcher der räumlich verstellbaren Scheibe ist. Das Einlegebauteil weist insbesondere korrespondierend zum Loch oder den Löchern der räum lich verstellbaren Scheibe eigene korrespondierende Löcher auf. Bei einem Einlegebauteil handelt es sich insbesondere um einen gehärteten Werkstoff, beispielsweise Stahl. Bei Här ten erfolgt eine gezielte Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit des Werkstoffes durch Änderung und Umwandlung dessen Gefüges. Das Härten kann beispielsweise durch Wärmebehandlung mit anschließendem Abschrecken erfolgen. Ebenso kann das Einlege bauteil Keramik und / oder Hartmetall aufweisen. Eine „Abschlussform“ ist insbesondere eine umgeformte Form jedes proximalen Lenk drahtendes, welche einen größeren maximalen Querschnitt als der Querschnitt des korres pondierenden Loches des Einlegebauteils aufweist. Die Abschlussform wird insbesondere direkt aus dem Material des jeweiligen proximalen Lenkdrahtendes durch Umformen ge formt. Neben dem eigentlichen proximalen Lenkdrahtende kann jedoch zusätzliches Mate rial, beispielsweise in Form einer über das proximale Lenkdrahtende gestülpten Hülse, vor dem Umformen zugegeben und zusammen mit dem Lenkdrahtende umgeformt werden.
Das Umformen zum Ausbilden der Abschlussform muss jedoch nicht direkt am proxima len Lenkdrahtende erfolgen, sondern kann an einer beliebigen Position eines Lenkdrahtes durchgeführt werden, wobei nach Umformen in die Abschlussform der Lenkdraht proxi malseitig von der Abschlussform abgeschnitten wird, sodass dadurch ein proximal seitiges Lenkdrahtende vorliegt. Die jeweils mittels Umformens erstellte Abschlussform kann prin zipiell jede geometrische Form und / oder einen räumlichen Verlauf aufweisen und muss lediglich an einer Stelle und / oder Abmessung einen Querschnitt aufweisen, welcher grö ßer als das korrespondierende Loch des Einlegebauteils und / oder des Lochs der räumlich verstellbaren Scheibe ist. Die Abschlussformen der umgeformten Lenkdrähte können alle dieselbe oder unterschiedliche Formen aufweisen. Die Abmessung mit einem größeren Querschnitt wird bei einem Lenkdraht mit einem runden Querschnitt beispielsweise durch Plattdrücken des Lenkdrahtes erzielt, sodass der runde Querschnitt in der Pressrichtung fla cher und quer zur Pressrichtung breiter wird. Durch diese Materialverbreitung passt die derart umgeformte Abschlussform des Lenkdrahtes nicht mehr durch das jeweilige zugehö rige Loch des Einlegbauteils und der räumlich verstellbaren Scheibe.
Die „Werkstoffhärte“ ist insbesondere ein mechanischer Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt. Die Werkstoffhärte charakterisiert nicht nur den Widerstand gegen härtere Körper, sondern auch gegen wei chere oder gleichharte Körper. Die Werkstoffhärte gibt insbesondere auch ein Maß für das Verschleißverhalten von Materialien an. Die Werkstoffhärte kann nach verschiedenen Här teprüfverfahren und Härteskalen angegeben werden. Die Werkstoffhärte wird insbesondere in Rockwell als eine international gebräuchliche Maßeinheit für die Härte technischer Werkstoffe angegeben mit dem Kürzel HR (Hardness Rockwell) sowie einem nachgestell ten Buchstaben zur Kennzeichnung des jeweiligen Prüfverfahrens, wobei der Buchstabe die Skala und damit die Prüfkräfte und Prüfkörper angibt. Bei der Skala C wird insbeson dere ein Diamantkegel mit 120 ° Spitzenwinkel und einer Prüfvorkraft von 98,0665 N verwendet, wobei die Prüfzusatzkraft 1372,931 N beträgt. Somit wird bei dem Prüferfah ren nach Skala C (C steht für „Cone“ und somit Kegel) die Maßeinheit in HRC angegeben.
Unter „Umformen“ wird insbesondere ein Fertigungsverfahren verstanden, bei dem eine Formänderung gezielt eingebracht wird. Beim Umformen wird insbesondere das jeweilige proximale Lenkdrahtende gezielt in eine Abschlussform des jeweiligen Lenkdrahtes ge formt. Das Umformen umfasst insbesondere das Drahtumformen und / oder Massivumfor- men. Das Umformen kann insbesondere durch Walzen, Freiformschmieden, Gesenk schmieden, Pressen, Anpressen, Einpressen, Klemmen, Verdrehen und / oder Biegen erfol gen. Bei dem Umformen kann es sich um ein Kaltumformen, Halbwarmumformen und / oder Warmumformen handeln. Das Kaltumformen wird insbesondere unterhalb der Rekris tallisationstemperatur des Materials des Lenkdrahtendes durchgeführt. Beim Halbwarm umformen findet ein Erwärmen des Lenkdrahtendes statt, jedoch auf eine Temperatur, die unterhalb der Rekristallisationstemperatur liegt. Beim Warmumformen wird das Lenkdrah tende vor dem Umformen auf eine Temperatur über der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes des Lenkdrahtendes erwärmt, wodurch es während des Umformens zu Rekris tallisation kommt. Je nach gewähltem Umformverfahren wird zum Umformen ein entspre chendes Umformwerkzeug verwendet.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird als Material des Einlegebauteils ein gehärtetes Metall, eine gehärtete Metalllegierung, ein Hartmetall und / oder ein kerami scher Werkstoff verwendet.
Somit kann das Einlegebauteil in einfacher Weise aus einem Metall und / oder einer Me talllegierung gefertigt und / oder gehärtet werden, wobei an den Werkstoff des Einlegebau teils lediglich die Anforderung gestellt wird, dass die Werkstoffhärte gleich oder größer der Werkstoffhärte der Lenkdrähte ist. Ebenso kann das Einlegbauteil aus einem Hartme tall und somit einem Metallmatrix- Verbundwerkstoff und / oder einem keramischen Werk stoff gefertigt werden. Es ist besonders voreilhaft, dass das Einlegebauteil fertigungstech nisch in einfacher Weise aus einem entsprechend harten Werkstoff herstellbar ist.
Damit die Lenkdrähte eine große Belastung aufnehmen und gegenüber Wechselbeanspru chung aufgrund superelastischer Eigenschaften sehr robust sind und das Einlegebauteil mit einer mindestens äquivalenten Werkstoffhärte ausbildbar ist, wird als Material der Lenk drähte und / oder des Einlegebauteils jeweils eine Nickel-Titan-Legierung verwendet. Folglich können für die Lenkdrähte die vorteilhaften Eigenschaften einer Nickel-Titan-Le- gierung (auch Nitinol genannt) genutzt und trotz dessen begrenzter Bearbeitungsmöglich keit aufgrund der speziellen Eigenschaften von Nitinol eine optimale Befestigung der Lenkdrähte mittels des Verfahrens an der räumlich verstellbaren Scheibe realisiert werden. Prinzipiell können die Lenkdrähte insbesondere auch aus Edelstahl hergestellt werden. Be vorzugt werden die Lenkdrähte insbesondere aus Nitinol gefertigt, während das Einlege- bauteil optional ebenfalls aus Nitinol oder einem anderen Werkstoff, wie beispielsweise ei nem pulvermettalurgi sehen Stahl mit einer Werkstoffhärte von 64 HRC bis 67 HRC oder einem gehärteten Carbonstahl, gefertigt sein kann. Durch die optimale Werkstoffpaarung der Lenkdrähte und des Einlegebauteils wird neben dem Verhindern des Setzverhaltens und / oder des Einschneidens der Lenkdrähte auch eine freie Werkstoffwahl für die räum lich verstellbaren Scheibe ermöglicht.
Der Werkstoff Nitinol besitzt eine Werkstoffhärte von circa 64 HRC. Da die räumlich ver stellbare Scheibe selbst jedoch fertigungstechnisch nicht aus einem derart harten Werkstoff herstellbar ist und durch ein nachfolgendes Härten der räumlich verstellbaren Scheibe die erforderliche Härte nicht oder nur sehr schwer erreichbar ist, würden die Lenkdrähte aus Nitinol insbesondere an einer jeweiligen Befestigungsstelle sich in die räumlich verstell bare Scheibe einschneiden und die Drahtspannung der Lenkdrähte würde sich in der Ge lenkmechanik mit fortschreitender Einsatzdauer verringern. Dieses Einschneiden wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gerade dadurch verhindert, dass zwischen der räumlich verstellbaren Scheibe und den umgeformten Lenkdrahtenden das Einlegebauteil mit einer Werkstoffhärte von > 64 HRC eingelegt ist, wodurch ein Einschneiden der umge formten Lenkdrahtenden aufgrund der Befestigung über die jeweilige Abschlussform an dem Einlegebauteil verhindert wird.
Eine „Nickel-Titan-Legierung“ ist insbesondere eine Nickel-Titan-intermetallische Verbin dung. Bei einer Nickel-Titan-Legierung handelt es sich insbesondere um Nitinol. „Nitinol“ ist insbesondere eine intermetallische Phase NiTi mit einer geordnet, kubischen Kristall struktur, welche sich von der von Titan und Nickel unterscheidet. Die Nickel-Titan-Legie rung und Nitinol weisen üblicherweise einen etwas größeren Anteil von Nickel, beispiels weise 55 %, und Titan auf. Nitinol kann aber auch 50 % Nickel und 50 % Titan und / oder andere Legierungsverhältnisse und / oder zusätzliche Legierungsbestandteile in geringen Mengen enthalten. Nitinol weist insbesondere ein thermisches Formgedächtnis und Su perelastizität auf. Üblicherweise sind herkömmliche Verfahren der Bauteilfertigung bei Raumtemperaturen wegen der extremen Elastizität von Nitinol und / oder seines thermi schen Formgedächtnisses nicht geeignet. Prinzipiell sind spanabhebende Verfahren zur Formgebung möglich, diese sind jedoch mit einem erheblichen Werkzeugverschleiß ver bunden. Diesbezüglich ist vorteilhaft, dass durch Fertigung der Lenkdrähte und des Einle- gebauteils beide in Nitinol, die Taumelscheibe aus einem anderen Material gefertigt und zerspant werden kann. Die Lenkdrähte aus Nitinol werden insbesondere mittels Durchzie hen hergestellt, wobei zwischen den Ziehvorgängen der Draht weichgeglüht wird. Eine Formgebung von Nitinol kann beispielsweise durch Schleifen oder Elektroerosion erfol gen. Aufgrund der superelastischen Eigenschaften können die Lenkdrähte aus Nitinol ins besondere stärker gebogen werden als beispielsweise aus Edelstahl gefertigte Lenkdrähte. Zudem können die Lenkdrähte aus Nitinol mehrfach gebogen werden, bleiben aber den noch steuerbar. Des Weiteren hält Nitinol seine Form auch bei Spannung aufrecht und ist knickfest.
Zudem können bei der Verwendung von Nitinol für die Lenkdrähte die spezifischen Eigen schaften, wie thermische Formgedächtnis und das mechanische Formgedächtnis als Su perelastizität, ausgenutzt werden. Hierbei ist insbesondere zu berücksichtigen, dass Niti- nol-Legierungen nach einer plastischen Verformung in ihre ursprüngliche Gestalt zurück kehren, wenn diese oberhalb ihrer Umwandlungstemperatur erwärmt werden. Um jedoch die optimalen superelastischen Eigenschaften von Nitinol zu erreichen, kann nach einer Kaltumformung eine Wärmebehandlung bei 350 °C bis 600 °C durchgeführt werden. Für das Umformen zur Erzielung vor allem der superelastischen Eigenschaften ist die Um wandlungstemperatur von Nitinol üblicherweise in der Medizintechnik nicht kritisch, da die Umwandlungstemperatur normalerweise unter der Anwendungstemperatur liegt. Lenk drähte aus Nitinol können beispielsweise ohne Wärmebehandlung kaltverformt werden. Auch kann der Lenkdraht beispielsweise gezogen, weichgeglüht und anschließend das Lenkdrahtende kalt verformt werden. Durch eine vorgeschaltete Wärmebehandlung kann insbesondere die Sprödigkeit von Nitinol verringert werden.
Zum Verwenden derselben Werkstoffhärte für die Lenkdrähte und das Einlegebauteil kön nen das Material der Lenkdrähte und des Einlegebauteils dieselbe Nickel-Titan-Legierung aufweisen.
In eine weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein einteiliges oder mehrteiliges Einlegebauteil verwendet. Durch die Verwendung eines zwei- oder mehrteiligen Einlegebauteils kann die Montage weiter vereinfacht werden. Zudem können die zwei oder mehreren Einlegebauteile eine ge ringere Fläche als die proximale Stirnfläche der räumlich verstellbaren Scheibe einnehmen, sodass Material eingespart und / oder die Kraftverteilung gezielt eingestellt wird. Somit muss nicht die gesamte Kontaktfläche an der proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe mit einem Einlegebauteil oder mehreren Einlegebauteilen belegt sein, sondern zwei oder mehrere Einlegebauteile können lokal im Bereich der Löcher der räumlich ver stellbaren Scheibe angeordnet sein. Bei einem zweiteiligen Einlegebauteil kann es sich bei spielsweise um zwei Halbringe handeln.
Bei einem „mehrteiligen Einlegebauteil“ handelt es sich in der Funktion um ein oben defi niertes Einlegebauteil, wobei das Einlegebauteil jedoch zwei oder mehrere Bauteile auf weist oder zwei oder mehrere Einlegebauteile umfasst.
Elm das Einlegen und die Montage zu erleichtern, wird als Einlagebauteil ein Ring verwen det.
Durch Ausgestaltung des Einlegebauteils in Ringform kann dieses mit seinem Innendurch messer und Außendurchmesser formgleich und komplett anliegend an die proximale Stirn seite der räumlich verstellbaren Scheibe ausgebildet sein, wodurch eine optimale Kontakt fläche zwischen beiden realisiert wird. Bevorzugt weist der Ring, insbesondere ein Draht sicherungsring, die korrespondierenden Löcher auf, sodass die proximalen Lenkdrahtenden durch die Löcher der räumlich verstellbaren Scheibe und durch die korrespondierenden Löcher des Rings geführt und auf der proximalen Seite des Rings unter Ausbildung der Abschlussformen umgeformt werden. Ein Ring muss nicht zwingend kreisförmig ausgebil det sein, sondern kann beispielsweise auch eine sechseckige Form aufweisen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt das Umformen der jeweiligen Lenkdrahtenden in die jeweilige Abschlussform in Form eines Keils, eines Würfels, eines Quaders, eines Trapezes, einer Kugel, eines Kegels, eines Zylinders und / oder einer Pyra mide.
Prinzipiell kann das Umformen des jeweiligen Lenkdrahtendes in jegliche Abschlussform erfolgen, solange die Abschlussform an einer Position in ihrer Längsrichtung einen Quer schnitt größer des korrespondierenden Loches und / oder des Lochs aufweist. Es ist beson ders vorteilhaft, wenn die jeweilige Abschlussform distalseitig entweder eine ebene, homogene Stirnfläche aufweist, welche an der Fläche des Einlegebauteils anliegt, oder wenn die Abschlussform von ihrem distalen Ende sich beispielsweise konisch auf einen größeren Durchmesser erweitert, sodass beim Spannen des Lenkdrahtes und Ziehen der Abschlussform in distaler Richtung zu dem korrespondierenden Loch eine definierte Sper rung erfolgt.
Um auch ein proximales Lenkdrahtende mit ungünstigen aufgefransten Litzen einfacher zu verwenden oder mehr Material zum Umformen bereitzustellen, wird alternativ zum Um formen auf den jeweiligen Lenkdraht eine Hülse geklemmt.
Somit wird in diesem Fall lediglich die Hülse selbst durch Klemmen umgeformt.
Ebenso kann in einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ergänzend vor dem Umfor men auf das jeweilige Lenkdrahtende eine Hülse aufgesetzt werden, wobei die Hülse nach dem Umformen das Lenkdrahtende ausbildet.
In diesem Fall werden die Hülse und das Lenkdrahtende zusammen umgeformt.
Eine „Hülse“ ist insbesondere ein fester, rohrförmiger Körper, welcher das proximale Lenkdrahtende zumindest teilweise umschließt. Die Hülse weist zumindest auf der distalen Seite eine Öffnung zum Einschieben des jeweiligen proximalen Lenkdrahtendes oder Lenkdrahtes auf. Bevorzugt stellt die umgeformte Hülse nach dem Umformen das proxi malseitige Lenkdrahtende dar. Hierzu kann nach dem Umformen der proximal seitig über stehende Lenkdraht abgeschnitten und / oder entfernt werden. Die proximale Stirnseite der Hülse kann offen und / oder geschlossen sein. Prinzipiell kann das Umformen der Hülse teilweise oder vollständig erfolgen. Bei der Hülse handelt es sich insbesondere um eine ge härtete Hülse mit einer Werkstoffhärte größer gleich der Werkstoffhärte der Lenkdrähte.
Aufgrund der indirekten Befestigung der proximalen Lenkdrahtenden mittels Umformen zu den jeweiligen Abschlussformen und des Verwendens des Einlegebauteils, kann als Ma terial der räumlich verstellbaren Scheibe rostfreier Stahl, rostfreie Stahllegierung, Alumi nium und / oder Kunststoff verwendet werden.
Dadurch wird eine freie Materialwahl für die räumlich verstellbare Scheibe ermöglicht und alle gängigen Werkstoffe der Medizintechnik können für die räumlich verstellbare Scheibe eingesetzt werden. Folglich kann hier unabhängig vom Material der Lenkdrähte aus Niti- nol, da diese nicht an der räumlich verstellbaren Scheibe direkt befestigt werden, eine optimale Materialwahl für die räumlich verstellbare Scheibe erfolgen. Durch die Verwen dung von rostfreiem Stahl, rostfreier Stahllegierung, Aluminium und / oder Kunststoff kann die Formgebung der räumlich verstellbaren Scheibe freier und einfacher durchgeführt werden.
Um eine spannungsfreie Montage und ein anschließendes Vorspannen zu ermöglichen, wird vor dem Umformen die räumlich verstellbare Scheibe mit einer distal sei tigen Kugel welle in eine Hauptwelle der proximal sei tigen Gelenkmechanik eingeschoben und nach Umformen der Lenkdrahtenden zum Vorspannen der befestigten Lenkdrähte wird die räumlich verstellbare Scheibe mit der distal sei tigen Kugelwelle teilweise aus der Haupt welle in proximaler Richtung gezogen.
Eine „Kugelwelle“ ist insbesondere eine Welle mit einem Kugelgelenk. Die räumlich ver stellbare Scheibe (Taumelscheibe) weist insbesondere eine proximalseitige Kugelwelle zum Übertragen der Antriebsbewegung des proximalen Antriebs auf die räumlich verstell bare Scheibe in Form einer Schwenkbewegung auf. Hierzu weist die Taumelscheibe insbe sondere eine Aufnahme zum Gleiten auf dem Kugelkopf der Kugelwelle und somit eine bewegliche Aufnahme um alle Achsen auf. Des Weiteren weist die räumlich verstellbare Scheibe eine distalseitige Kugelwelle zum Vorspannen der fixierten Lenkdrähte an der räumlich verstellbaren Scheibe zum Verbinden mit der Hauptwelle und / oder zum Über tragen der Bewegung auf die Hauptwelle auf.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch Lenkdrähte zum Bewegen einer distal sei tigen Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnit tes eines medizinischen Instrumentes, wobei die Lenkdrähte an einer räumlich verstellba ren Scheibe mittels eines zuvor beschriebenen Verfahrens befestigt sind.
Somit werden indirekt an einer räumlich verstellbaren Scheibe verbundene Lenkdrähte be reitgestellt, welche im Spannungszustand aufgrund eines Kraftschlusses mittels den Ab schlussformen an den proximalen Seiten der Lenkdrähte und dem Einlegebauteil ohne Ein schneiden und Setzverhalten verbunden sind. Damit sind diese Lenkdrähte bei Verwenden in einem Schaft in einem medizinischen Instrument für eine stufenlose und sehr flüssige Steuerung der distalen Gelenkmechanik zur Abwinkelung des distalen Endabschnittes des medizinischen Instrumentes geeignet. Des Weiteren wird ein Schaft mit Lenkdrähten bereitgestellt, wobei die Lenkdrähte nach dem oben beschriebenen Verfahren befestigt sind, welche aufgrund der homogenen indi rekten Verbindung und gleichmäßigen, definierten Spannung eine optimal steuerbare Ge lenkmechanik im Schaft ermöglichen. Der Schaft ist insbesondere lösbar mit einem Hand- und / oder Halteteil eines medizinischen Instrumentes verbindbar und / oder wiederver wendbar oder für den einmaligen Gebrauch ausgelegt.
In einem zusätzlichen Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein medizini sches Instrument mit einem langgestreckten Schaft, wobei an einem proximalen Ende des Schaftes eine Betätigungseinheit zum Betätigen eines proximalen Antriebes und an einem distalen Ende ein Endabschnitt angeordnet ist, wobei der Endabschnitt mittels einer distal seitigen Gelenkmechanik relativ zur Längsachse des Schaftes abwinkelbar ist, mehrere Lenkdrähte durch den langgestreckten Schaft geführt sind und den proximal sei tigen An trieb mit der distal sei tigen Gelenkmechanik verbinden, wobei der proximalseitige Antrieb auf eine räumlich verstellbare Scheibe einwirkbar ist, und jeder Lenkdraht mit seinem pro ximalen Lenkdrahtende jeweils durch ein Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe und durch jeweils ein korrespondierendes Loch eines proximal seitig angeordneten Einlegebauteils auf eine proximalen Seite des Einlegebauteils geführt ist und die proximalen Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform mit einer Ab messung mit einem größeren Querschnitt als die jeweiligen Löcher aufweisen, wobei das Einlegebauteil eine Werkstoffhärte größer/gleich einer Werkstoffhärte der Lenkdrähte auf weist.
In einer weiteren Ausführungsform des medizinischen Instruments weisen die Lenkdrähte und / oder das Einlegebauteil jeweils eine Nickel-Titan-Legierung auf.
Aufgrund der optimalen Werkstoffpaarung der Lenkdrähte und des Einlegebauteils kann die räumlich verstellbare Scheibe einen rostfreien Stahl, eine rostfreie Stahllegierung, Alu minium und / oder Kunststoff aufweisen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Roboter mit mindestens einem Roboterarm zum Halten und / oder Positionieren eines medizinischen Instrumentes und / oder mit einem Aktuator zum Ansteuern einer distal sei tigen Gelenkme chanik des medizinischen Instruments, wobei das medizinische Instrument ein zuvor be schriebenes medizinisches Instrument ist, sodass das medizinische Instrument mittels des mindestens einen Roboterarms positionierbar und / oder durch Einwirken des Aktuators des Roboters auf den proximalen Antrieb des medizinischen Instruments die distalseitige Gelenkmechanik betätigbar ist.
Somit können die an einer räumlich verstellbaren Scheibe befestigten Lenkdrähte neben einem handgeführten medizinischen Instrument auch in einem robotisch geführten Instru ment eingesetzt werden. Hierbei wird durch den Roboter zum einen ein festes Halten des medizinischen Instrumentes am Ende des mindestens einen Roboterarms als auch ein posi tionsgenaues Ausrichten des medizinischen Instrumentes gewährleistet. Zum anderen kann die Gelenkmechanik und das Abwinkeln des distalen Endabschnittes des medizinischen In strumentes als Endeffektor sehr genau über eine Eingabeeinrichtung am Roboter geführt werden, beispielsweise mittels eines Joysticks einer Kontrollkonsole und / oder an der Hand befestigten Eingabegriffen des Roboters. Prinzipiell kann der proximale Antrieb des medizinischen Instrumentes auch in dem distalen Ende des Roboterarms angeordnet wer den und eine Koppel- und / oder Schnittstelle zwischen dem distalen Ende des Roboter arms und der Halteeinheit des medizinischen Instrumentes entsprechend ausgelegt werden.
Ein „Roboter“ ist insbesondere ein medizinischer und / oder chirurgischer Roboter. Ein Roboter ist insbesondere ein Operationsroboter. Der Roboter ist üblicherweise ein Telema nipulator, welcher auf der einen Seite die Eingabe- und / oder Bedienelemente des Chirur gen verwenden, um das medizinische Instrument als Endeffektor auf der anderen Seite am Ende eines Roboterarms zu steuern. Der Roboter weist bevorzugt mehrere Roboterarme auf, wobei an einem Roboterarm eine Kamera, insbesondere eine dreidimensionale Ka mera, angeordnet ist und an dem Roboterarm oder den anderen Roboterarmen ein oder mehrere auswechselbare medizinische Instrumente. Jeder Roboterarm ist insbesondere 3- bis 8-achsig beweglich ausgelegt. Statt einem Roboter mit mehreren Armen können selbst verständlich auch mehrere Roboter mit jeweils einem Arm oder auch nur zwei Armen ver wendet werden, welche gemeinsam angesteuert werden. Auch kann die Kamera endosko pisch oder exoskopisch gehalten sein.
Durch eine Koppel- und / oder Schnittstelle zwischen dem Ende des Roboterarms, welcher das medizinische Instrument hält, und dem medizinischen Instrument kann mittels des Ak tuators des Roboterarms der proximale Antrieb des medizinischen Instruments betätigt werden. Hierbei kann als Aktuator jegliches antriebstechnische Bauteil oder eine Baueinheit verwendet werden, welche ein elektrisches Signal in eine mechanische Bewe gung umsetzt.
Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Aus führungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschrei bung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegen stände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit den selben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Darstel lung einer Ausführungsform der Erfindung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweck mäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusam menfassen.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei gen
Figur 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung von befestigten Lenkdrähten an einer Taumelscheibe in proximal seitiger Ansicht sowie in einem Ausschnitt B einen Presskeil an einem Drahtsicherungsring,
Figur 2 eine schematische, dreidimensionale Darstellung von befestigten Lenkdrähten an einer Taumelscheibe in distal seitiger Ansicht,
Figur 3 ein Fließdiagramm eines Verfahrens zum Befestigen von Lenkdrähten mit zu gehörigen Schritten,
Figur 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Videoendoskops mit einer abwinkel baren Spitze eines Schaftes, und
Figur 5 eine stark schematische Darstellung eines chirurgischen Roboters mit einem an einem Roboterarm befestigten endoskopischen Instrument.
Ein medizinisches Instrument 101 umfasst ein Videoendoskop 127, wobei das Videoendo skop 127 einen Handgriff 133 und einen flexiblen Schaft 129 aufweist. An dem Handgriff 133 sind mehrere Bedienelemente 135 zum Bedienen des Videoendoskopes 127 durch ei nen Benutzer angeordnet. Des Weiteren ist der Handgriff 133 des Videoendoskops 127 mit einem Versorgungsschlauch 137 verbunden, an dessen Ende ein Stecker 141 angeordnet ist. Der flexible Schaft 129 des Videoendoskops 127 weist eine abwinkelbare Spitze 131 auf, welche mittels einer innenliegenden Gelenkmechanik im Schaft 129 über die Bedien elemente 135 abwinkelbar ist (Figur 4).
Eine Gelenkmechanik des Schaftes 129 weist eine innenliegende proximal sei tige Gelenk mechanik 103 auf, welche eine Taumelscheibe 109 aus Edelstahl mit einem mittigen Lenk ring 111 aufweist, wobei die Taumelscheibe 109 proximal sei tig innenliegend mit einer proximal sei tigen Kugelwelle 121 verbunden ist. Mittels eines nicht gezeigten Antriebes wird über die proximal sei tige Kugelwelle 121 der Taumelscheibe 109 eine Schwenkbewe gung aufgeprägt. Des Weiteren weist die Gelenkmechanik zehn Lenkdrähte 105 aus Niti- nol auf, welche innenliegend im Bereich der abwinkelbaren Spitze 131 distalseitig befes tigt sind und gespannt durch den Schaft 129 zum gegenüberliegenden proximalseitigen Ende des Schafts 129 zur proximalseitigen Gelenkmechanik 103 geführt sind.
Proximal seitig sind die Lenkdrähte 105 gleichmäßig radial umlaufend verteilt durch nicht in Figur 1 sichtbare Löcher durch die Taumelscheibe 109 mit integriertem Lenkring 111 und einem proximal seitig direkt an der Taumel scheibe 109 anliegenden gehärteten Drahtsi cherungsring 115 durch ebenfalls nicht sichtbare korrespondierende Löcher geführt. Die auf der proximal sei tigen Stirnfläche des Drahtsicherungsrings 115 geführten Lenkdrahten den weisen jeweils einen Presskeil 117 als Abschlussform auf. Beim Spannen der Lenk drähte 105 werden die Presskeile 117 als proximale Abschlussformen der Lenkdrähte 105 gegen die proximal sei tige Stirnfläche des Drahtsicherungsrings 115 gezogen, wobei auf grund eines größeren Querschnitts der Presskeile 117 als der Querschnitt des jeweiligen korrespondierenden Loches in dem Drahtsicherungsring 115 ein Verschieben des jeweili gen Presskeils 117 in distaler Richtung verhindert wird. Dadurch wird eine Schwenkbewe gung, welche der Taumelscheibe 109 zum Abwinkeln der distalen, abwinkelbaren Spitze 131 aufgeprägt wird, auf eine nicht in Figur 1 gezeigte distalseitige Gelenkmechanik im Bereich der abwinkelbaren Spitze 131 mittels der gespannten Lenkdrähte 105 sehr fein- gliedrig übertragen.
Zum Befestigen der Lenkdrähte 105 aus Nitinol an dem gehärteten Drahtsicherungsring 115 aus Edelstahl und somit indirekt an der Taumelscheibe 109 werden in einem Verfah ren 201 zum Befestigen von Lenkdrähten 105 folgende Arb eits schritte durchgeführt (siehe Figur 3): Der Drahtsicherungsring 115 wird als Einlegebauteil an der proximalen Stirnseite der Tau melscheibe 109 angelegt und somit montiert (Schritt 203), wobei die zugehörigen Löcher der Taumelscheibe 109 und die korrespondierenden Löcher des Drahtsicherungsrings 115 jeweils fluchtend durchgängig sind. Die jeweiligen proximalen Lenkdrahtenden der Lenk drähte 105 werden durch die Löcher der Taumelscheibe 109 mit Lenkring 111 und die kor respondierenden Löcher des Drahtsicherungsrings 115 durchgeführt, sodass die Lenkdrah tenden proximal seitig an der proximalen Seite des Drahtsicherungsrings 115 überstehen (Schritt 205). Anschließend werden die proximal seitigen Lenkdrahtenden der Lenkdrähte 105 mittels eines Presswerkzeuges umgeformt (Schritt 207), wobei das Presswerkzeug am äußeren proximalen Ende des jeweiligen Lenkdrahtendes eine größere Presskraft aufbringt, sodass jeweils der im Ausschnitt B der Figur 1 in Vergrößerung gezeigte Presskeil 117 als Abschlussform entsteht. Nach Spannen der Lenkdrähte 105 liegt das distale Ende jedes Presskeils 117 an der proximalen Seite des Drahtsicherungsrings 115 an.
Optional erfolgt bei Verwendung von mehreren Einlegebauteilen das Anlegen 203 des je weiligen Einlegebauteils und das Durchführen 205 von Drahtenden sowie das Umformen 207 von Drahtenden nacheinander, sodass ein Wiederholen 209 der Schritte 203, 205 und 207 für jedes Einlegebauteil und den zugehörigen Lenkdrähten erfolgt.
Ebenso werden optional zunächst ein Einlegebauteil angeordnet (Schritt 203) und die Schritte des Durchführens 205 eines Lenkdrahtendes und des Umformens 207 eines Lenk drahtendes direkt nacheinander durchgeführt, bevor der nächste Lenkdraht durchgeführt (Schritt 205) und das entsprechende Lenkdrahtende umgeformt (Schritt 207) wird. Somit werden in diesem Fall die Schritte 205 und 207 nacheinander durchgeführt und anschlie ßend für jeden nächsten Lenkdraht wiederholt (Schritt 209).
In einer Alternative, welche in Figur 2 in distal sei tiger Ansicht einer proximal seitigen Ge lenkmechanik 103 gezeigt ist, weist eine Taumelscheibe 109 eine distalseitige Kugelwelle 123 zum Vorspannen und zum Verbinden mit einer nicht gezeigten Hauptwelle sowie eine proximal sei tige Kugelwelle 121 auf. Wie oben beschrieben, weist die Taumelscheibe im Weiteren einen mittig liegenden Lenkring 111, Löcher 113 für jeden der zehn Lenkdrähte 105 aus Nitinol und proximalseitig den Drahtsicherungsring 115 auf. Am proximalen Ende der Lenkdrähte 105 sind diese jeweils mit einem Hülsenpresskeil 119 gesichert. Zum Ferti gen des jeweiligen Hülsenpresskeils 119 wurde eine gehärtete Hülse auf das jeweilige proximale Lenkdrahtende aufgesetzt und mittels des Presswerkzeugs zusammen mit dem Lenkdrahtende umgeformt (siehe Figur 2).
In einer Alternative des medizinischen Instrumentes ist ein endoskopischen Instrumentes 301 als Endeffektor eines chirurgischen Roboters 341 ausgebildet. Der chirurgische Robo ter 341 weist einen Standfuß 347 mit vier Roboterarmen auf, wobei in Figur 5 nur der eine Roboterarm 343 gezeigt ist, welcher das endoskopischen Instrumentes 301 hält. Die in Fi gur 1 gezeigte, proximal sei tige Gelenkmechanik 103 ist in einem Schaft 329 des endosko pischen Instrumentes 301 angeordnet, wobei das endoskopische Instrument 301 an seinem distalen Ende eine abwinkelbare Spitze 331 mit einem endständigen Maulwerkzeug 335 aufweist (das Maulwerkzeug 335 ist in Figur 5 vergrößert und nicht maßstabsgerecht dar gestellt). Am proximalen Ende des Schaftes 329 weist das endoskopische Instrument 301 eine Halteeinheit 333 auf, welche am Ende eines Roboterarms 343 des chirurgischen Ro boters 341 gehalten wird. Zwischen der Halteeinheit 333 des endoskopischen Instruments 301 und dem Ende des Roboterarms 334 ist zur Koppelung eine Schnittstelle 345 angeord net, an welcher über einen in Figur 5 nicht gezeigten, innenliegenden Aktuator des chirur gischen Roboters 341 ein ebenfalls innenliegender proximaler Antrieb des endoskopischen Instruments 301 betätigt wird. Dadurch wird über die proximal seitige Kugelwelle 121 eine Schwenkbewegung der Taumelscheibe 109 aufgeprägt wird, wobei aufgrund der Verbin dung der Lenkdrähte 105 an dem proximal sei tig zur Taumel scheibe 109 angeordneten Drahtsicherungsring 115 mittels der Presskeile 117 und dem Spannungszustand der Lenk drähte 105 die induzierte Schwenkbewegung auf die abwinkelbare Spitze 331 in eine ent sprechende Abwinkelungsbewegung übertragen wird.
Somit wird ein medizinisches Instrument 101 mit einem Videoendoskop 127 sowie ein chi rurgischer Roboter 341 mit einem endoskopischen Instrument 301 bereitgestellt, bei dem durch Umformen der proximalen Lenkdrahtenden der Lenkdrähte 105 zu endständigen Ab schlussformen 117, 119 eine stufenlose, homogene und flüssige Bewegung der jeweiligen abwinkelbaren Spitze 131, 331 bewirkt wird.
Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln be trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Die Erfindung be trifft ein Verfahren zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenkdrähten an einer räumlich verstellbaren Scheibe, wobei mittels der Lenkdrähte eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes eines medizinischen In strumentes bewegbar ist, die Lenkdrähte eine Werkstoffbärte aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe für jeden Lenkdraht ein Loch mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe aufweist, mittels eines Einlegebauteils mit folgenden Schritten:
- Anordnen des Einlegebauteils auf einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe, wobei das Einlegebauteil korrespondierende Löcher zu den Löchern der räumlich verstellbaren Scheibe und eine Werkstoffhärte gleich oder größer der Werkstoffhärte der Lenkdrähte aufweist,
- Durchführen der Lenkdrähte mit einem j eweiligen Lenkdrahtende durch das j ewei- lige Loch der räumlich verstellbaren Scheibe und das korrespondierende Loch des Einlege bauteils, sodass die jeweiligen durchgeführten Lenkdrahtenden an einer proximalen Seite des Einlegebauteils überstehen,
- Umformen der Lenkdrahtenden mittels eines Umformwerkzeuges derart, dass die Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform mit einer Abmessung mit einem größeren Querschnitt als den Querschnitt des jeweiligen Loches aufweist und somit die Lenkdrähte an der räumlich verstellbaren Scheibe befestigt sind.
Des Weiteren betrifft die Erfindung Lenkdrähte, ein medizinisches Instrument und einen Roboter.
Bezugszeichenliste
101 Medizinisches Instrument
103 proximal sei tige Gelenkmechanik
105 Lenkdraht
109 Taumelscheibe
111 Lenkring
113 Loch
115 Drahtsicherungsring
117 Presskeil
119 Hülsenpresskeil
121 Proximal sei tige Kugel welle
123 Di stal sei tige Kugel welle
127 Videoendoskop
129 Schaft
131 abwinkelbare Spitze
133 Handgriff
135 Bedienelemente
137 Versorgungsschlauch
141 Stecker
201 Verfahren zum Befestigen von Lenkdrähten
203 Anordnen des Einlegebauteils
205 Durchführen von Lenkdrahtenden
207 Umformen von Lenkdrahtenden
209 Wiederholen
301 Endoskopisches Instrument
329 Schaft
331 abwinkelbare Spitze
333 Halteeinheit
335 Maulwerkzeug
341 Chirurgischer Roboter
343 Roboterarm
345 Schnittstelle
347 Standfuß

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren (201) zum Umformen und / oder zum Befestigen von Lenkdrähten (105) an einer räumlich verstellbaren Scheibe (109), wobei mittels der Lenkdrähte (105) eine distalseitige Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes (131, 331) eines medizinischen Instrumentes (101, 301) bewegbar ist, die Lenkdrähte (105) eine Werkstoffhärte aufweisen und die räumlich verstellbare Scheibe (109) für jeden Lenkdraht (105) ein Loch (113) mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe (109) aufweist, mittels eines Einlegebauteils (115) mit folgenden Schritten:
- Anordnen (203) des Einlegebauteils (115) auf einer proximalen Seite der räumlich verstellbaren Scheibe (109), wobei das Einlegebauteil (115) korrespondierende Löcher zu den Löchern der räumlich verstellbaren Scheibe (109) und eine Werkstoffhärte gleich oder größer der Werkstoffhärte der Lenkdrähte (105) aufweist,
- Durchführen (205) der Lenkdrähte (105) mit einem jeweiligen Lenkdrahtende durch das jeweilige Loch (113) der räumlich verstellbaren Scheibe (109) und das korrespondierende Loch des Einlegebauteils (115), sodass die jeweiligen durchgeführten Lenkdrahtenden an einer proximalen Seite des Einlegebauteils (115) üb erstehen,
- Umformen (207) der Lenkdrahtenden mittels eines Umformwerkzeuges derart, dass die Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform (117, 119) mit einer Abmessung mit einem größeren Querschnitt als den Querschnitt des jeweiligen Loches (113) aufweist und somit die Lenkdrähte (105) an der räumlich verstellbaren Scheibe (109) befestigt sind.
2. Verfahren (201) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Material des Einlegebauteils (115) ein gehärtetes Metall, eine gehärtete Metalllegierung, ein Hartmetall und / oder ein keramischer Werkstoff verwendet wird.
3. Verfahren (201) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der Lenkdrähte (105) und / oder des Einlegebauteils (115) jeweils eine Nickel-Titan- Legierung verwendet wird.
4. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einteiliges oder mehrteiliges Einlegebauteil (115) verwendet wird.
5. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das als Einlegebauteil ein Ring (115) verwendet wird.
6. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen (207) der jeweiligen Lenkdrahtenden in die jeweilige Abschlussform (117, 119) in Form eines Keils, eines Würfels, eines Quaders, eines Trapezes, einer Kugel, eines Kegels, eines Zylinders und / oder einer Pyramide, erfolgt.
7. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alternativ zum Umformen auf das jeweilige Lenkdrahtende eine Hülse geklemmt wird.
8. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend vor dem Umformen (207) auf den jeweilige Lenkdraht eine Hülse aufgesetzt wird, wobei die Hülse nach dem Umformen das Lenkdrahtende ausbildet.
9. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Material der räumlich verstellbaren Scheibe (109) rostfreier Stahl, rostfreie Stahllegierung, Aluminium und / oder Kunststoff verwendet wird.
10. Verfahren (201) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Umformen (207) die räumlich verstellbare Scheibe (109) mit einer di stal sei ti gen Kugelwelle (123) in eine Hauptwelle der proximal seitigen Gelenkmechanik (103) eingeschoben wird und nach Umformen (207) der Lenkdrahtenden zum Vorspannen der befestigten Lenkdrähte (105) die räumlich verstellbare Scheibe (109) mit der di stal seitigen Kugelwelle (123) teilweise aus der Hauptwelle in proximaler Richtung gezogen wird.
11. Lenkdrähte (105) zum Bewegen einer di stal seitigen Gelenkmechanik zum Abwinkeln eines distalen Endabschnittes (131, 331) eines medizinischen Instrumentes (101, 301), dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkdrähte (105) an einer räumlich verstellbaren Scheibe (109) mittels eines Verfahrens (201) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 befestigt sind.
12. Medizinisches Instrument (101, 301) mit einem langgestreckten Schaft (129, 329), wobei an einem proximalen Ende des Schaftes (129, 329) eine Betätigungseinheit (135) zum Betätigen eines proximalen Antriebes und an einem distalen Ende ein Endabschnitt (131, 331) angeordnet ist, wobei der Endabschnitt (131, 331 mittels einer distal sei tigen Gelenkmechanik relativ zur Längsachse des Schaftes (129, 329) abwinkelbar ist, mehrere Lenkdrähte (105) durch den langgestreckten Schaft (129, 329) geführt sind und den proximal sei tigen Antrieb mit der distal sei tigen Gelenkmechanik verbinden, wobei der proximal sei tige Antrieb auf eine räumlich verstellbare Scheibe (109) einwirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Lenkdraht (105) mit seinem proximalen Lenkdrahtende jeweils durch ein Loch (113) mit einem Querschnitt durch eine Dicke der räumlich verstellbaren Scheibe (109) und durch jeweils ein korrespondierende Loch eines proximal sei tig angeordneten Einlegebauteils (115) auf eine proximale Seite des Einlegebauteils (115) geführt ist und die proximalen Lenkdrahtenden jeweils eine Abschlussform (117, 119) mit einer Abmessung mit einem größeren Querschnitt als das jeweilige Loch (113) aufweisen, wobei das Einlegebauteil eine Werkstoffhärte größer gleich einer Werkstoffhärte der Lenkdrähte aufweist.
13. Medizinisches Instrument (101, 301) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkdrähte (105) und / oder das Einlegebauteil (115) jeweils eine Nickel- Titan-Legierung aufweisen.
14. Medizinisches Instrument (101, 301) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die räumlich verstellbare Scheibe (109) einen rostfreien Stahl, eine rostfreie Stahllegierung, Aluminium und / oder Kunststoff aufweist.
15. Roboter (341) mit mindestens einem Roboterarm (343) zum Halten und / oder Positionieren eines medizinischen Instrumentes und / oder mit einem Aktuator zum Ansteuem einer distal sei tigen Gelenkmechanik des medizinischen Instrumentes, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Instrument ein medizinisches Instrument (101, 301) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 ist, sodass das medizinische Instrument (101, 301) mittels des mindestens einen Roboterarms (343) positionierbar und / oder durch Einwirken des Aktuators des Roboters (341) auf den proximalen Antrieb des medizinischen Instrumentes (101, 301) die distalseitige Gelenkmechanik betätigbar ist.
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