EP4376755A1

EP4376755A1 - Chirurgisches instrument und betätigungsvorrichtung dafür

Info

Publication number: EP4376755A1
Application number: EP22757866.3A
Authority: EP
Inventors: Dominik Längle; Janosz SCHNEIDER; Jochen Stefan; Sven Axel Grüner
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2024-06-05
Also published as: JP7818071B2; DE102021119534A1; WO2023006678A1; CN117813063A; US12569267B2; DE102021119534B4; JP2024527010A; US20240325040A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Betätigungsvorrichtung (10) für ein chirurgisches Instrument (1) und ein entsprechendes chirurgisches Instrument (1) bereit, das einen hohlen Schaft (2) mit einem Werkzeug (6) am distalen Ende (5) des Schafts (2) aufweist, wobei das Werkzeug (6) zumindest zwei Maulteile (7) aufweist, und die Betätigungsvorrichtung (10) am proximalen Ende (3) des Schaftes (2) angeordnet ist und mit einer Betätigungsstange (8) in Wirkverbindung steht, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile (7) axial in Richtung einer Längsachse (A) des Schaftes (2) bewegbar in dem Schaft (2) gelagert ist. Die Betätigungsvorrichtung (10) weist ein Kurvenrad (11) mit einer Kurvenbahn (12) und einen Abtasterstift (13) auf, der an einem Mitnehmerabschnitt (13.1) in der Kurvenbahn (12) geführt wird und an einem Verbindungsabschnitt (13.2) mit der Betätigungsstange (8) in Wirkverbindung steht, wobei die Betätigungsvorrichtung (10) eine Lagervorrichtung (20) aufweist, die eine Zwangsführung des Abtasterstifts (13) entlang der Längsachse (A) bereitstellt, sodass bei Rotation des Kurvenrads (11) um eine Rotationsachse (B) des Kurvenrads (11), die senkrecht zu der Längsachse (A) verläuft, eine lineare Bewegung des in der Kurvenbahn (12) geführten Abtasterstifts (13) und der damit wirkverbundenen Betätigungsstange (8) entlang der Längsachse (A) bereitgestellt wird.

Description

Chirurgisches Instrument und Betätigungsvorrichtung dafür

Die Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument und eine Betätigungsvorrichtung dafür, um Maulteile eines Werkzeugs an der Werkzeugspitze des chirurgischen Instruments zu öffnen und zu schließen.

Aus dem Stand der Technik sind chirurgische Instrumente bekannt, die manuell oder von einem Roboter geführt werden können und einen hohlen Schaft aufweisen, an dessen dista lem Ende sich die Werkzeugspitze mit dem Werkzeug befindet, während am proximalen Ende des Schaftes eine Handhabe bzw. eine Betätigungseinheit angeordnet ist. Das Werk zeug an der Werkzeugspitze kann ein Greif- oder Schneidwerkzeug mit zumindest zwei Greif- oder Schneidelementen (zusammengefasst als Maulteile) sein, wobei das chirurgi sche Instrument zum Öffnen und Schließen der Maulteile einen Betätigungsmechanismus aufweist, der üblicherweise ein axial im Schaft gelagertes Betätigungselement umfasst, das proximal sei tig mit der Betätigungseinheit in Wirkverbindung steht.

Ein in der US 10,105,128 B2 offenbartes Operationssystem beschreibt einen Betätigungs mechanismus zum Öffnen und Schließen solcher Maulteile. Dazu werden Seilrollen einge setzt, wobei Zugseile die Betätigungselemente bilden. Dieser Betätigungsmechanismus er fordert ein Öffnungsorgan und ein Schließorgan an der Werkzeugspitze, an denen jeweils ein Zugseil befestigt ist. Das Öffnen und Schließen der Maulteile wird dann jeweils durch Zurückziehen des Öffnungsorgans bzw. Schließorgans relativ zum anderen Organ in Rich tung des Schafts mit dem zugeordneten Zugseil bewirkt.

Andere Betätigungsmechanismen verwenden als Betätigungselement eine Zug- / Schub stange, die im Vergleich zu Zugseilen stabiler ist, sowohl Zug- als auch Schubbewegungen übertragen kann und einfacher zu montieren ist. Ferner kann eine Zug- / Schubstange auch zur Übertragung einer Rotationsbewegung genutzt werden.

WO 2014/004242 Al beschreibt ein chirurgisches Instrument mit einer axial bewegbaren Zugstange zum Öffnen und Schließen der Maulteile des Werkzeugs an der Werkzeugspit ze. Der Betätigungsmechanismus für die Zugstange weist einen bewegbaren Antriebsbügel auf, der auf der einen Seite mit dem proximalen Ende der Zugstange verbunden ist und auf der anderen Seite mit einer Antriebsspule derart in Wirkverbindung steht, dass eine Betäti gung der Spule zu einer Bewegung des Haltebügels und damit einer axialen Verschiebung der Zugstange führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei nen verbesserten Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Schließen von Maulteilen ei nes Werkzeugs an der distalen Werkzeugspitze eines chirurgischen Instruments bereitzu stellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Betätigungsvorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 1 gelöst.

Die weitere Aufgabe, ein chirurgisches Instrument mit einem verbesserten Betätigungsme chanismus bereitzustellen, wird durch das chirurgische Instrument mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen / bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen ausge führt.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, die für ein chirurgisches Instrument vorgesehen und ausgebildet ist, das einen hohlen Schaft mit einem Werkzeug am distalen Ende des Schafts aufweist, wobei das Werkzeug zumin dest zwei Maulteile aufweist, ist die Betätigungsvorrichtung am proximalen Ende des Schaftes angeordnet. Sie steht mit einer Betätigungsstange in Wirkverbindung, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile axial in Richtung einer Längsachse des Schaftes be wegbar in dem Schaft gelagert ist. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Betäti gungsvorrichtung ein Kurvenrad mit einer Kurvenbahn und einen Abtasterstift aufweist. Der Abtasterstift weist einen Mitnehmerabschnitt und einen Verbindungsabschnitt auf, wobei der Abtasterstift, der sich parallel zur Rotationsachse des Kurvenrads erstreckt, an dem Mitnehmerabschnitt in der Kurvenbahn geführt wird und an dem Verbindungsab schnitt mit der Betätigungsstange in Wirkverbindung steht, die sich senkrecht, d. h. recht winklig, zur Rotationsachse des Kurvenrads erstreckt. Ferner weist die Betätigungsvorrich tung eine Lagervorrichtung auf, die eine Zwangsführung des Abtasterstifts entlang der Längsachse bereitstellt. Mit „Zwangsführung“ ist hierbei eine mechanische Führung des Abtasterstifts durch die Lagervorrichtung gemeint, mit der die Bewegungsmöglichkeit des Abtasterstifts auf einen Freiheitsgrad, nämlich die Vor- und Zurückbewegung entlang der Längsachse, reduziert wird. Somit wird bei Rotation des Kurvenrads um seine Rotations achse eine lineare Bewegung des in der Kurvenbahn geführten Abtasterstifts und damit der wirkverbundenen Betätigungsstange entlang der Längsachse bereitgestellt: Damit wird durch die entsprechende Anordnung des Kurvenrads in Bezug auf die Betätigungsstange eine lineare Bewegung der mit dem Abtasterstift wirkverbundenen Betätigungsstange er reicht. Auf diese Weise wird die Rotationsbewegung eines Antriebsmotors in eine lineare Bewegung der Betätigungsstange umgewandelt, sodass durch Vorschieben und Zurückzie hen der Betätigungsstange die Maulteile zum Öffnen und Schließen betätigt werden kön nen.

Um eine hohe Schließkraft der Maulteilemechanik zu erreichen, kann erfindungsgemäß das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Antriebsmotor und den Maulteilen möglichst hoch gewählt werden, indem in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemä ßen Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist, dass das Kurvenrad zumindest entlang einem vorbestimmten Umfangsabschnitt einen Antriebskranz aufweist, der mit einem Antrieb- selement in Wirkverbindung steht, das von einem Motor über eine Antriebswelle betätig bar ist. Die Auslegung des Antriebskranzes in Bezug auf das Antriebselement kann so ge wählt werden, dass eine an die jeweilige Anwendung des Instruments angepasste abge stimmte Übertragung von Kraft und Geschwindigkeit zum Bewegen der Betätigungsstange erreicht wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung kann der Antriebskranz ein Zahnkranz sein und das mit diesem in Eingriff stehende An triebselement ist ein Ritzel, sodass das Übersetzungsverhältnis durch das Verhältnis der Durchmesser bzw. der Zähne von Ritzel und Zahnkranz in der gewünschten Höhe einge stellt werden kann. Der Zahnkranz kann ein Stimradkranz, ein Kegelradkranz oder ein Schneckenradkranz sein, wobei als Ritzel ein entsprechendes Stirnrad, Kegelrad oder eine Schneckenwelle vorgesehen ist.

Der Begriff „Antriebskranz“ soll hier allerdings nicht beschränkend als Zahnkranz ver standen werden, sondern umfasst gleichwirkende Antrieb svarianten, wie beispielsweise ei ne Zugmittelscheibe, die durch ein Zugmittel mit dem ebenfalls als Zugmittel scheibe aus gebildeten Antriebselement in Wirkverbindung steht, wobei das Übersetzungsverhältnis durch die Wahl der Durchmesser der Zugmittelscheiben eingestellt werden kann.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass die Kurvenbahn sich über einen Abschnitt entlang einer archimedischen Spirale um die Rotationsachse erstreckt, wobei entgegengesetzte Drehrichtungen bei der Rotation des Kurvenrads zu entgegengesetzten linearen Bewegungen des Abtasterstifts entlang der Längsachse und damit zur Vor- und Zurückbewegung der Betätigungsstange führen.

Da bei der archimedischen Spirale der Radius proportional zum Drehwinkel bei einer Drehbewegung wächst, d. h. die Steigung (Radienzuwachs in Abhängigkeit des Drehwin kels) konstant ist, wird der in der so geformten Kurvenbahn geführte Abtasterstift gleich mäßig linear bewegt. Ausmaß und Geschwindigkeit der Linearbewegung hängen folglich von der Länge und der Steigung der Kurve ab. Wird das Kurvenrad in einer ersten Dreh richtung bewegt, wird der in der Kurvenbahn geführte Abtasterstift linear in eine erste Richtung entlang der Längsachse bewegt, wodurch die Betätigungsstange beispielsweise vorgeschoben wird, um die Maulteile des chirurgischen Instruments zu öffnen. Das Schlie ßen der Maulteile erfolgt in diesem Beispiel entsprechend durch Zurückziehen der Betäti- gungsstange, indem der Abtasterstift linear in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung entlang der Längsachse bewegt wird, was in dieser Ausführungsform durch Änderung der Drehrichtung des Kurvenrads in eine der ersten Drehrichtung entge gengesetzte zweite Drehrichtung bewirkt wird. Selbstverständlich kann ein Betätigungs mechanismus auch vorsehen, dass in umgekehrter Weise das Öffnen der Maulteile durch das Zurückziehen der Betätigungsstange und das Schließen der Maulteile durch das Vor schieben der Betätigungsstange bewirkt werden. In dieser Ausführungsform ist es möglich, dass ein Antriebskranz nicht vollumfänglich ausgebildet sein muss, wenn der Bewegungs umfang des in der Kurvenbahn geführten Abtasterstifts keine volle Umdrehung des Kur venrads erfordert.

Alternativ zur Form der Kurvenbahn entsprechend einem Abschnitt entlang einer archime dischen Spirale um die Rotationsachse kann die Kurvenbahn auf einem Abschnitt einer Spirale mit einer variablen Steigung basieren, d. h. variable Radienzuwächse in Abhängig keit des Drehwinkels aufweisen, wobei durch entgegengesetzte Drehrichtungen des Kur venrads um die Rotationsachse die entgegengesetzten linearen Bewegungen des Abtaster stifts entlang der Längsachse bewirkt werden. Nicht beschränkende Beispiele umfassen lo- garithmische, hyperbolische bzw. fermatsche Spiralen, aber auch Klothoiden oder Kombi nationen aller vorgenannten, einschließlich archimedischer Spiralen. Kombinationen be deutet hier, dass die Kurvenbahn in zwei oder mehr Abschnitte unterteilt werden kann, die auf unterschiedlichen Spiraltypen mit unterschiedlichen Steigungsfunktionen basieren können. Durch die variable Steigung der Kurvenbahn lassen sich die Geschwindigkeit und das Kraft- Weg- Verhältnis der linearen Bewegung individuell steuern. Über die Steigung der Kurvenbahn kann die Verstellgeschwindigkeit sowie die Verteilkraft bzw. Überset zungsverhältnis beeinflusst werden: Eine flache Steigung der Kurvenbahn führt (bei kon stanter Drehgeschwindigkeit des Kurvenrades) zu langsamer Linearbewegung mit höherer Kraft. Eine größere Steigung der Kurvenbahn führt zu schnellerer Linearbewegung und kleinerer Kraft. Wird eine Spirale mit nicht konstanter Steigung verwendet, kann bei spielsweise die Betätigungsvorrichtung so eingestellt werden, dass bei konstanter Drehbe wegung durch eine große Spiral Steigung am Anfang eine schnelle Linearbewegung und im Endbereich durch eine flache Spiral Steigung eine langsame Linearbewegung, aber dafür eine hohe Schließkraft erzeugt werden kann. Es sind aber auch andere Ausführungen der Kurvenbahnsteigung bis hin zur Richtungsumkehr denkbar. Alternativ zu der vorgenannten Ausführungsform kann die Kurvenbahn in einer Weise konstruiert werden, die ohne Änderung der Drehrichtung des Kurvenrads eine hin und her Bewegung des Abtasterstifts entlang der Längsachse zum Vor- und Zurückschieben der Betätigungsstange bereitstellt. Dafür erstreckt sich die Kurvenbahn in einer weiteren Aus führungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung über zumindest zwei Ab schnitte, die unterschiedliche Steigungen aufweisen und eine geschlossene Kurvenbahn bilden. Dabei ist der erste Abschnitt für die lineare Bewegung des Abtasterstifts in einer ersten Richtung entlang der Längsachse bei der Rotation des Kurvenrads um die Rotati onsachse in einer vorbestimmten Drehrichtung ausgebildet. Der zweite Abschnitt ist für die lineare Bewegung des Abtasterstifts in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zwei ten Richtung entlang der Längsachse bei der weiteren Rotation des Kurvenrads um die Ro tationsachse in der vorbestimmten Drehrichtung ausgebildet. Auch hierbei kann sich zu mindest einer der Abschnitte entlang einer archimedischen Spirale erstrecken und / oder können durch variable Steigung der Kurvenbahn die Geschwindigkeit und das Kraft-Weg- Verhältnis der linearen Bewegung individuell gesteuert werden, sodass beispielsweise für die Schließbewegung der Maulteile durch Bewegung der Betätigungsstange eine andere Geschwindigkeit und ein anderes Kraft-Weg-Verhältnis gewählt werden kann als für die Öffnungsb e wegung .

Damit der Abtasterstift reibungsfrei in der Kurvenbahn geführt wird und keine Drehbewe gung ausführt, ist in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungs vorrichtung vorgesehen, dass der Abtasterstift gelagert in der Kurvenbahn geführt wird. Dazu können an dem Mitnehmerabschnitt des Abtasterstifts ein oder mehrere (Radial-) Lager, z. B. Wälzlager, angeordnet sein, über die der Abtasterstift in der Kurvenbahn gela gert ist. Bevorzugt kann der Mitnehmerabschnitt beidseitig durch Wellenabsätze begrenzt sein, um jeweils einen Anschlag für zwei Lager bereitzustellen. Alternativ kann der Abtas terstift durch geeignete Materialpaarung gleitgelagert in der Kurvenbahn geführt sein.

Grundsätzlich ist es denkbar, dass in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betä tigungsvorrichtung der Abtasterstift zur Übertragung der Linearbewegung direkt mit der Betätigungsstange verbunden, beispielsweise verschraubt, verschweißt oder auch einteilig gefertigt ist, wobei der Abtasterstift und / oder die Betätigungsstange, wobei die Lagervor richtung der Betätigungsvorrichtung für die Zwangsführung entlang der Längsachse sorgt. Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung sieht vor, dass die Wirkverbindung des Abtasterstifts mit der Betätigungsstange durch die Lagervor- richtung bereitgestellt wird, die eine Längsbohrung, durch die sich die Betätigungsstange erstreckt, und senkrecht zur Längsbohrung eine Mitnehmerbohrung aufweist, in der der Verbindungsabschnitt des Abtasterstifts aufgenommen ist.

Die Lagervorrichtung ist dabei axial entlang der Längsachse beweglich in einem Füh rungsblock angeordnet, der dazu eine Lageröffnung entlang der Längsachse aufweist. Vor zugsweise kann der Führungsblock in der Lageröffnung eine Gleitlagerung der Lagervor richtung bereitstellen. Für die längsaxiale Beweglichkeit sind die Lagervorrichtung und die Lageröffnung in dem Führungsblock korrespondierend zueinander zylindrisch oder pris matisch mit einer zur Längsachse parallelen Mantelfläche ausgeformt, wobei der Füh rungsblock eine mit der Lageröffnung kommunizierende parallel zur Längsachse verlau fende Durchtrittöffnung bzw. Führungsnut für den Abtasterstift aufweist. Auf diese Weise ist die Lagervorrichtung in Bezug auf alle Freiheitsgrade außer der längsaxialen Vor- und Zurück-Bewegung festgelegt. Ferner ermöglichen von der Kreisform abweichende, korres pondierende Querschnittsformen von Lagervorrichtung und Lageröffnung, die eine Rotati on der Lagervorrichtung um die Längsachse unterbinden, alternative Ausführungen, in der Abtasterstift, der durch Führung in der Durchtrittöffnung bzw. Führungsnut des Führungs blocks die Rotation um die Längsachse verhindert, nicht in einer radialen Mitnehmerboh rung festgelegt ist.

Ist die Lagervorrichtung fest mit der Betätigungsstange verbunden, so kann die Betäti gungsstange wie bei der direkten Verbindung des Abtasterstifts und der Betätigungsstange nur die lineare Bewegung zum Öffnen und Schließen der Maulteile bereitstellen. Daher ist in einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, die vorteilhaft zudem eine Rotationsbewegung der Betätigungsstange als zusätzlichen Be tätigungsmechanismus zulässt, vorgesehen, dass die Lagervorrichtung, die die Längsboh rung und senkrecht dazu die Mitnehmerbohrung aufweist, aus zumindest zwei Gehäusetei len zusammengesetzt ist, die an einander zugewandten Stirnseiten in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse miteinander verbunden sind. Dabei sind in den einander zugewandten Stirnseiten koaxial zu der Längsbohrung Aufnahmeöffnungen ausgebildet, die jeweils ei nen Lagersitz für eine Klemmscheibenlagerungsanordnung bereitstellen, die eine drehbare Lagerung der Betätigungsstange in der Lagervorrichtung bei axialer Fixierung zur Über tragung der Linearbewegung von dem Abtasterstift auf die Betätigungsstange bereitstellt. Dazu kann die Klemmscheibenlagerungsanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform eine Klemmscheibe aufweisen, die mit der Betätigungsstange verbunden und daher dreh- bar um die Längsachse ist. Ferner umfasst die Klemmscheibenlagerungsanordnung zwei Axiallager, um die dazwischen angeordnete Klemmscheibe rotatorisch von der Lagervor richtung zu entkoppeln, wobei die Axiallager an den Lagersitzen in den Aufnahmeöffnun gen der Gehäuseteile angeordnet sind. Die Klemmscheibe ist so axial in der Lagervorrich tung fixiert und kann bevorzugt zwischen zwei Flanschen angeordnet sein, die jeweils ei nen Lagersitz für den der Klemmscheibe zugewandten Lagerring der Axiallager bereitstel len.

Ein erfindungsgemäßes chirurgisches Instrument, das einen hohlen Schaft aufweist, bei dem am distalen Ende ein Werkzeug, das zumindest zwei Maulteile aufweist, und am pro ximalen Ende eine Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, die mit einer Betätigungsstange in Wirkverbindung steht, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile axial in Richtung einer Längsachse des Schaftes bewegbar in dem Schaft gelagert ist, weist eine Betäti gungsvorrichtung in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform auf.

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 denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Dar stellung einer Ausführungsform der Erfindung. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kom binationen zusammenfassen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Seitenansicht eines chirurgischen Instruments, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Werkzeugspitze mit geöffneten Maulteilen und eine perspektivische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrich tung,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 mit geschlossenen Maulteilen,

Fig. 4 eine vergrößerte perspektivische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Betäti gungsvorrichtung aus Fig. 2, Fig. 5 eine perspektivische Teilschnittansicht der erfindungsgemäßen Betätigungsvor richtung aus Fig. 2 mit Führungsblock,

Fig. 6 eine perspektivische Detailansicht einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrich tung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein chirurgisches Instrument 1 mit einem hohlen Schaft 2, einer am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordneten, nur schematisch dargestellten Hand habe bzw. Betätigungseinheit 4 und mit einem am distalen Ende 5 des Schaftes 2 angeord neten Werkzeug 6 mit zwei Maulteilen 7, die hier als Greifwerkzeug ausgebildet sind.

Alternativ zum dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Werkzeug 6, bei dem die beiden Maulteile 7 ein Greifwerkzeug bilden, können die Maulteile des Werkzeugs eines erfmdungsgemä- ßen chirurgischen Instruments beispielsweise auch zum Schneiden ausgebildet sein. Ferner ist es denkbar, dass ein Werkzeug zum Greifen auch mehr als zwei, z. B. drei oder mehr Maulteile aufweisen kann, die durch Beabstandung voneinander geöffnet und durch Annä herung an einander geschlossen werden können.

Das Werkzeug 6, das zudem über einen Gelenkmechanismus 9 relativ zur Längsachse A des Schaftes 2 mit einem hierin nicht beschriebenen Betätigungsmechanismus ver- schwenkbar ist, ist über eine axial in Richtung der Längsachse A verschiebbar im Schaft 2 gelagerte Betätigungsstange 8 betätigbar, die proximal seitig über eine Betätigungsvorrich tung 10 mit der Betätigungseinheit 4 in Wirkverbindung steht.

Die Betätigungseinheit 4 kann bevorzugt für den robotischen Einsatz ausgelegt und somit eine auch ohne manuelles Zutun betätigbare Baueinheit sein - was vorteilhaft für die Re produzierbarkeit der Betätigung ist. Die axial verschiebbar im Schaft 2 gelagerte Betäti gungsstange 8 zum Betätigen des hier aus zwei Maulteilen 7 bestehenden Werkzeugs 6 ist als Zug- / Schubstange ausgebildet.

In Fig. 2 sind die Maulteile 7 des Werkzeugs 6 am distalen Ende des Schafts 2 geöffnet, indem die Betätigungsstange 8 mittels einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 10 zurückgezogen wurde, und in Fig. 3 liegen die Maulteile 7 des Werkzeugs 6 am distalen Ende des Schafts 2 im geschlossen Zustand nach Vorschieben der Betätigungsstange 8 mit tels der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 10. „Zurückziehen“ meint hier ein Bewegen der Betätigungsstange 8 in proximale Richtung (in der Abbildung nach rechts) und „Vorschieben“ folglich ein Bewegen der Betätigungsstange 8 in distale Richtung (in der Abbildung nach links).

Die Grundidee einer erfmdungsgemäßen Betätigungsvorrichtung 10 in einer beispielhaften Ausführungsform ist in Fig. 6 verdeutlicht. Die Betätigungsvorrichtung 10 weist ein Kur venrad 11 mit einer Kurvenbahn 12 auf, die entlang einem Abschnitt einer archimedischen Spirale um die Rotationsachse B des Kurvenrads 11 verläuft, die sich senkrecht zu der Längsachse A des chirurgischen Instruments erstreckt. In der Kurvenbahn 12 wird ein Ab tasterstift 13 geführt, der sich parallel zur Rotationsachse B des Kurvenrads 11 erstreckt und an einem Mitnehmerabschnitt 13.1 in der Kurvenbahn 12 über das Lager 14 in der Kurvenbahn 12 gelagert ist. Länge und Steigung der Kurvenbahn 12 hängen von dem für die Betätigungsstange 8 vorgesehenen Verschiebeweg und der gewünschten Verschiebege schwindigkeit ab und sind entsprechend ohne weiteres berechenbar.

Ein Verbindungsabschnitt 13.2 des Abtasterstifts 13 steht mit der Betätigungsstange 8 (in Fig. 6 nicht dargestellt, aber in Fig. 2 bis 5, die das Detail der Fig. 6 im Schnitt umfassen), die sich entlang der Längsachse A erstreckt, in Wirkverbindung. Durch deren Festlegung in Bezug auf die Längsachse A mittels der Lagervorrichtung 20 folgt der Abtasterstift 13 bei Rotation des Kurvenrads 11 um die Rotationsachse B der Kurvenbahn 12 und führt ei ne lineare Bewegung entlang der Längsachse A aus. Die Rotation des Kurvenrads 11 wird durch ein Antriebselement - hier ein Stirnrad-Ritzel 16 - erzeugt, das über eine Antriebs welle 17 von einem Motor 18 angetrieben wird und mit einem am Umfang des Kurven rads 11 ausgebildeten Stimzahnkranz 15 in Eingriff steht. Ein hohes Übersetzungsverhält nis zwischen Zahnkranz 15 und Ritzel 16 sorgt für ein hohes Drehmoment zum Bewegen der Betätigungsstange und damit für eine hohe Schließkraft der Maulteilmechanik.

Weitere Antriebsausführungen, die nicht dargestellt sind, umfassen zur Übertragung der Stellbewegungen des Motors 18 auf das Kurvenrad 11 beispielsweise als Antriebskranz ei nen Kegelradkranz oder einen Schneckenradkranz, wobei das Antriebselement korrespon dierend dazu ein Kegelrad oder eine Schneckenwelle. Alternativ können der Antriebskranz und das Antriebselement auch durch Zugmittel scheiben, beispielsweise Riemen- oder Zahnscheiben gebildet werden, die durch ein Zugmittel wie ein Zahnriemen oder eine Ket te in Wirkverbindung stehen. Bei dem in Fig. 2 bis 6 dargestellten Kurvenrad 11 ist die archimedische Spirale, der die Kurvenbahn 12 entlang einem Anschnitt folgt, von oben betrachtet rechtsdrehend, d. h. der Radius der Spirale nimmt im Uhrzeigersinn zu, sodass ein erstes Ende 12.1 (Fig. 6) der Kurvenbahn 12 näher an der Rotationsachse B liegt und das zweite Ende 12.2 näher um Umfang der Kurvenbahn 12 liegt. Selbstverständlich kann eine Kurvenbahn einer erfin dungsgemäßen Betätigungsvorrichtung in einer alternativen, nicht dargestellten Ausfüh rungsform auch linksdrehend verlaufen, sodass der Radius der Spirale entgegen dem Uhr zeigersinn zunimmt.

Die dargestellte Kurvenbahn 12 ist dazu ausgebildet, den Abtasterstift 13 bei Rotation des Kurvenrads 11 in eine erste Drehrichtung in eine ersten Richtung entlang der Längsachse A linear zu bewegen, wobei der Abtasterstift 13 bei Rotation des in einem Lager 36 dreh bar gelagerten Kurvenrads 11 in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte zweite Drehrichtung in eine der ersten Richtung entlang der Längsachse A entgegengesetzte zwei te Richtung linear bewegt wird. Die mit dem Abtasterstift 13 wirkverbundene Betätigungs stange 8 ist in dem dargestellten Beispiel zum Öffnen der Maulteile 7 des Werkzeugs 6 zu rückgezogen (Fig. 2), wenn der Abtasterstift 13, wie auch in Fig. 4 und 6 dargestellt, am umfangsnahen zweiten Ende 12.2 der Kurvenbahn 12 vorliegt. Wird das Kurvenrad 11 nun in Uhrzeigersinn um die Rotationsachse B angetrieben, folgt der Betätigungsstift 13 der Kurvenbahn 12 in Richtung des achsnahen ersten Endes 12.1 und führt dabei eine Linear bewegung entlang der Längsachse A (in den Fig. nach links) aus, sodass die damit wirk verbundene Betätigungsstange 8 (vgl. Fig. 3) vorgeschoben und dadurch die Maulteile 7 des Werkzeugs 6 an der Werkzeugspitze des Instruments geschlossen werden. Selbstver ständlich kann in einer nicht dargestellten Modifikation eines erfindungsgemäßen chirurgi schen Instruments in umgekehrter Weise ein Schließen der Maulteile durch Zurückziehen der Betätigungsstange und ein Öffnen der Maulteile durch Vorschieben der Betätigungs stange vorgesehen sein.

Abweichend von der in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Kurvenbahn 12, die einem Abschnitt einer archimedischen Spirale um die Rotationsachse B entspricht, könnte eine Kurvenbahn einer Betätigungsvorrichtung nach einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform mit variabler Steigung konstruiert werden, um die Geschwindigkeit und das Kraft-Weg- Verhältnis der linearen Bewegung individuell zu steuern. Ferner ist eine Variante mit einer geschlossenen Kurvenbahn denkbar, die die lineare Be wegung des Abtasterstifts in beide Richtungen längs der Längsachse A und damit das Vor schieben und Zurückziehen der Betätigungsstange ohne Wechsel der Drehrichtung des Kurvenrads ermöglicht.

Wie in der Detaildarstellung der Betätigungsvorrichtung 10 in Fig. 4 besonders gut zu se hen ist, weist der Abtasterstift 13 im dargestellten Beispiel einen Mitnehmerabschnitt 13.1 auf, der beidseitig durch Wellenabsätze begrenzt wird, die durch entsprechende Änderung des Durchmessers des zylindrischen Abtasterstifts 13 gebildet werden, sodass der Mitneh merabschnitt 13.1 zwischen den Wellenabsätzen einen größeren Durchmesser aufweist. Auf diese Weise bilden die Wellenabsätze am Mitnehmerabschnitt 13.1 des Abtasterstifts 13 jeweils einen Anschlag für jeweils ein Radiallager 14, über die der Abtasterstift 13 in der Kurvenbahn 12 gelagert ist, sodass der Abtasterstift 13 bei der Passage durch die Kur venbahn 12 bei Rotation des Kurvenrads 11 keine Drehbewegung ausführt. Alternativ dazu sind auch Lagerungsvarianten mit einem einzigen Wälzlager oder mehr als zwei Wälzla gern oder eine Ausführung als Gleitlager denkbar.

Die Wirkverbindung des Abtasterstifts 13 mit der Betätigungsstange 8 wird in dem in Fig.

2 bis 4 und 6 dargestellten Beispiel durch über den sich an den Mitnehmerabschnitt 13.1 anschließenden Verbindungsabschnitt 13.2 bereitgestellt, über den der Abtasterstift mit ei ner Lagervorrichtung 20 verbunden ist, die eine zentrale Längsbohrung 23 für die Betäti gungsstange 8 und senkrecht dazu eine Mitnehmerbohrung 24 aufweist, in der der Verbin dungsabschnitt 13.2 des Abtasterstifts 13 vorzugsweise spielfrei aufgenommen ist. Im dar gestellten Beispiel erstreckt sich die Mitnehmerbohrung 24 vollständig durch den Durch messer eines ersten Gehäuseteils 21 der Lagervorrichtung 20 und kreuzt die Längsbohrung 23, durch die sich die Betätigungsstange 8 erstreckt. Der Verbindungsabschnitt 13.2 des Betätigungsstifts 13 ist dabei so bemessen, dass er sich höchstens bis zur Längsbohrung 23 erstreckt und nicht die Betätigungsstange 8 kontaktiert, da diese um die Längsachse A drehbar in der Längsbohrung 23 im Lagervorrichtung 20 angeordnet ist.

In einer nicht dargestellten Alternative ist es daher auch möglich, dass die Mitnehmerboh rung abweichend von dem dargestellten Beispiel sich nur teilweise durch die Lagervorrich tung 20 erstreckt und beispielsweise an oder vor der Längsbohrung endet. Fig. 5 verdeutlicht ein Beispiel einer durch die Lagervorrichtung 20 bereitgestellten Zwangsführung des Abtasterstifts 13 entlang der Längsachse A. Dazu ist die Lagervorrich tung 20, die hier mit einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet ist, in einer Lageröffnung 28 eines Führungsblocks 27 mit einem entsprechenden kreisrunden Querschnitt entlang der Längsachse A gleitgelagert. Im dargestellten Beispiel weist der Führungsblock 27 zudem eine Ausnehmung 29 zur Aufnahme des Kurvenrads 11 auf. Nicht in der Darstellung zu sehen ist eine Durchtrittöffnung bzw. Führungsnut im Führungsblock 27, die parallel zur Längsachse A, im gezeigten Beispiel zwischen der Lageröffnung 28 und der Ausnehmung 29, ausgebildet ist. Diese Durchtrittöffnung bzw. Führungsnut weist eine Länge auf, die zumindest einem Verschiebeweg entspricht, den der Abtasterstift 13, der sich durch diese Durchtrittöffnung bzw. Führungsnut zu der in der Lageröffnung 28 aufgenommenen La gervorrichtung 20 erstreckt, in der Kurvenbahn 12 bei Drehung des Kurvenrads 11 aus führt. Auf diese Weise ist die Lagervorrichtung 20 in Bezug auf alle Freiheitsgrade außer der längsaxialen Vor- und Zurück-Bewegung festgelegt. Alternativ zu dem dargestellten Beispiel können eine Lagervorrichtung und die korrespondierend dazu ausgebildete Lager öffnung im Führungsblock einen von der Kreisform abweichenden beispielsweise ellipti schen oder polygonalen Querschnitt haben, sodass die Rotation der Lagervorrichtung be reits durch ihre Form unterbunden wird.

Zur drehbaren Anordnung der Betätigungsstange 8 in der Längsbohrung 23 der Lagervor richtung 20 haust diese eine Klemmscheibenlagerungsanordnung 30, um die Linearbewe gung des Abtasterstifts 13 auf die Betätigungsstange 8 zu übertragen, ohne deren Rotation zu hindern. Dazu weist die Lagervorrichtung 20 im gezeigten Beispiel zwei Gehäuseteile 21, 22 auf, die an einander zugewandten Stirnseiten in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse A miteinander verbunden sind. Selbstverständlich kann eine Lagervorrichtung einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung auch mehr als zwei Gehäuseteile und / oder von dem gezeigten Beispiel abweichende Trennungs- bzw. Verbindungsebenen auf- weisen.

In den einander zugewandten Stirnseiten der Gehäuseteile 21, 22 sind koaxial zu der Längsbohrung 23 Aufnahmeöffnungen ausgebildet, um die Klemmscheibenlagerungsan ordnung 30 aufzunehmen. Das erste, distalseitige Gehäuseteil 21, das hier die Mitnehmer bohrung 24 aufweist, stellt mit der zu der Längsbohrung 23 koaxialen Aufnahmeöffnung einen Lagersitz 25 für ein erstes Axiallager 25 (in Fig. 2-4 als Kugellager ausgeführt) be reit. Ähnlich bildet die Aufnahmeöffnung des zweiten, proximal sei tigen Gehäuseteils 22 einen Lagersitz 26 für ein zweites Axiallager 35 (hier als Nadellager ausgeführt). Zwischen den Axiallagem 35 ist über jeweils einen Flansch 32 eine Klemmscheibe 31 gelagert, die mit der Betätigungsstange 8 verbunden ist. Die Flansche 32 stellen dabei die Lagersitze für die der Klemmscheibe 31 zugewandten Lagerschalen der Axiallager 35 bereit, durch die die mittels der Flansche 32 axial fixierte Klemmscheibe 31 mit der Betätigungsstange 8 um Längsachse A in der Lagervorrichtung 20 rotieren kann.

Gleichwirkende Alternativen zur Klemmscheibe und der Klemmscheibenlagerungsanord nung sind ohne weiteres denkbar und stellen damit lediglich naheliegende Modifikationen der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung innerhalb des Schutzumfangs dar.

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 vorliegende Er findung stellt eine Betätigungsvorrichtung 10 für ein chirurgisches Instrument 1 und ein entsprechendes chirurgisches Instrument 1 bereit, das einen hohlen Schaft 2 mit einem Werkzeug 6 am distalen Ende 5 des Schafts 2 aufweist, wobei das Werkzeug 6 zumindest zwei Maulteile 7 aufweist, und die Betätigungsvorrichtung 10 am proximalen Ende 3 des Schaftes 2 angeordnet ist und mit einer Betätigungsstange 8 in Wirkverbindung steht, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile 7 axial in Richtung einer Längsachse A des Schaftes 2 bewegbar in dem Schaft 2 gelagert ist. Die Betätigungsvorrichtung 10 weist ein Kurvenrad 11 mit einer Kurvenbahn 12 und einen Abtasterstift 13 auf, der an einem Mit nehmerabschnitt 13.1 in der Kurvenbahn 12 geführt wird und an einem Verbindungsab schnitt 13.2 mit der Betätigungsstange 8 in Wirkverbindung steht, wobei die Betätigungs vorrichtung 10 eine Lagervorrichtung 20 aufweist, die eine Zwangsführung des Abtaster stifts 13 entlang der Längsachse A bereitstellt, sodass bei Rotation des Kurvenrads 11 um eine Rotationsachse B des Kurvenrads 11, die senkrecht zu der Längsachse A verläuft, eine lineare Bewegung des in der Kurvenbahn 12 geführten Abtasterstifts 13 und der damit wirkverbundenen Betätigungsstange 8 entlang der Längsachse A bereitgestellt wird. BEZUGSZEICHENLISTE

1 Chirurgisches Instrument

2 Schaft

3 Proximales Ende

4 Handhabe / Betätigungseinheit

5 Distales Ende

6 Werkzeug

7 Maulteil

8 B etätigungs Stange

9 Gel enkmechani smu s

10 B etätigungsvorri chtung 11 Kurvenrad 12 Kurvenbahn

12.1, 12.2 Achsnahes Ende, umfangsnahes Ende

13 Abtasterstift

13.1, 13.2 Mitnehmerabschnitt, Verbindungsabschnitt

14 Radiallager

15 Zahnkranz

16 Ritzel

17 Antriebswelle

18 Motor 20 Lagervorrichtung

21, 22 Erstes, zweites Gehäuseteil 23, 24 Längsbohrung, Mitnehmerbohrung 25, 26 Gehäusesitz

27 Führungsblock

28 Lageröffnung

29 Aufnahmeöffnung

30 Kl emm scheib enl agerungsanordnung

31 Klemmscheibe

32 Flansch

35, 36 Axiallager, Radiallager

A Längsachse

B Rotationsache Kurvenrad

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Betätigungsvorrichtung (10) für ein chirurgisches Instrument (1), das einen hohlen Schaft (2) mit einem Werkzeug (6) am distalen Ende (5) des Schafts (2) aufweist, wobei das Werkzeug (6) zumindest zwei Maulteile (7) aufweist, und die Betätigungsvorrichtung (10) am proximalen Ende (3) des Schaftes (2) angeordnet ist und mit einer Betätigungsstange (8) in Wirkverbindung steht, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile (7) axial in Richtung einer Längsachse (A) des Schaftes (2) bewegbar in dem Schaft (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) ein Kurvenrad (11) mit einer Kurvenbahn (12) und einen Abtasterstift (13) aufweist, der an einem Mitnehmerabschnitt (13.1) in der Kurvenbahn (12) geführt wird und an einem Verbindungsabschnitt (13.2) mit der Betätigungsstange (8) in Wirkverbindung steht, wobei die Betätigungsvorrichtung (10) eine Lagervorrichtung (20) aufweist, die eine Zwangsführung des Abtasterstifts (13) entlang der Längsachse (A) bereitstellt, sodass bei Rotation des Kurvenrads (11) um eine Rotationsachse (B) des Kurvenrads (11), die senkrecht zu der Längsachse (A) verläuft, eine lineare Bewegung des in der Kurvenbahn (12) geführten Abtasterstifts (13) und der damit wirkverbundenen Betätigungsstange (8) entlang der Längsachse (A) bereitgestellt wird.

2. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurvenrad (11) zumindest entlang einem vorbestimmten Umfangsabschnitt einen Antriebskranz aufweist, der mit einem Antriebselement in Wirkverbindung steht, das von einem Motor (18) betätigbar ist.

3. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebskranz ein Zahnkranz (15) ist, und das damit in Eingriff stehende

Antriebselement ein Ritzel (16) ist, oder der Antriebskranz und das Antriebselement durch Zugmittelscheiben gebildet werden, die durch ein Zugmittel in Wirkverbindung stehen.

4. Betätigungsvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (12) sich über einen Abschnitt entlang einer archimedischen Spirale um die Rotationsachse (B) erstreckt oder eine variable Steigung aufweist, wobei entgegengesetzte Drehrichtungen des Kurvenrads (11) um die Rotationsachse (B) entgegengesetzte lineare Bewegungen des Abtasterstifts (13) entlang der Längsachse (A) bereitstellen.

Betätigungsvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenbahn (12) sich über zumindest zwei Abschnitte erstreckt, die eine geschlossene Kurvenbahn (12) bilden, wobei ein erster Abschnitt für die lineare Bewegung des Abtasterstifts (13) in einer ersten Richtung entlang der Längsachse (A) bei der Rotation des Kurvenrads (11) um die Rotationsachse (B) in einer vorbestimmten Drehrichtung und ein zweiter Abschnitt für die lineare Bewegung des Abtasterstifts (13) in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung entlang der Längsachse (A) bei der Rotation des Kurvenrads (11) um die Rotationsachse (B) in der vorbestimmten Drehrichtung ausgebildet sind.

5. Betätigungsvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtasterstift (13) gelagert in der Kurvenbahn (12) geführt wird, wobei bevorzugt an dem Mitnehmerabschnitt (13.1) des Abtasterstifts (13) zumindest zwei Lager (14) angeordnet sind, über die der Abtasterstift (13) in der Kurvenbahn (12) gelagert ist, wobei besonders bevorzugt der Mitnehmerabschnitt (13.1) beidseitig durch Wellenabsätze begrenzt wird, die jeweils einen Anschlag für die zwei Lager (14) bereitstellen.

6. Betätigungsvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (20), die eine Längsbohrung (23), durch die sich die Betätigungsstange (8) erstreckt, und senkrecht zur Längsbohrung (23) eine Mitnehmerbohrung (24) aufweist, in der der Verbindungsabschnitt (13.2) des Abtasterstifts (13) aufgenommen ist, in einem Führungsblock (27), der eine Lageröffnung (28) entlang der Längsachse (A) aufweist, axial entlang der Längsachse (A) beweglich angeordnet ist, wobei der Führungsblock (27) bevorzugt eine Gleitlagerung der Lagervorrichtung (20) in der Lageröffnung (28) bereitstellt.

7. Betätigungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (20) zumindest zwei Gehäuseteile (21, 22) aufweist, die an einander zugewandten Stirnseiten in einer Ebene senkrecht zu der Längsachse (A) miteinander verbunden sind, wobei in den einander zugewandten Stirnseiten koaxial zu der Längsbohrung (23) Aufnahmeöffnungen ausgebildet sind, die jeweils einen Lagersitz (25, 26) für eine Klemmscheibenlagerungsanordnung (30) bereitstellen, die bevorzugt eine Klemmscheibe (31), die mit der Betätigungsstange (8) verbunden ist, und zwei Axiallager (35) aufweist, die in den Lagersitzen (25, 26) angeordnet sind, wobei die Klemmscheibe (31), die bevorzugt zwischen zwei Flanschen (32) angeordnet ist, zwischen den Axiallagern (35) gelagert ist.

8. Chirurgisches Instrument (1), das einen hohlen Schaft (2) mit einem Werkzeug (6) am distalen Ende (5) des Schafts (2) aufweist, wobei das Werkzeug (6) zumindest zwei Maulteile (7) aufweist, und wobei eine Betätigungsvorrichtung (10) am proximalen Ende (3) des Schaftes (2) angeordnet ist und mit einer Betätigungsstange (8) in Wirkverbindung steht, die zum Öffnen und Schließen der Maulteile (7) axial in Richtung einer Längsachse (A) des Schaftes (2) bewegbar in dem Schaft (2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsvorrichtung (10) eine Betätigungsvorrichtung (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.