EP4709315A1

EP4709315A1 - Schnittstelle für ein operations-bildaufnahme-system

Info

Publication number: EP4709315A1
Application number: EP24735239.6A
Authority: EP
Inventors: Felix FLEIG; Pascal HENI; Jonas Forster; Pascal Schulzki; Martin Hoffmann
Original assignee: Karl Storz SE and Co KG
Current assignee: Karl Storz SE and Co KG
Priority date: 2023-06-21
Filing date: 2024-06-19
Publication date: 2026-03-18
Also published as: DE102023116270A1; WO2024261081A1; CN121419732A; DE102023116270B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle (4) für ein Operations-Bildaufnahme-System (1), mit einem an einem Haltearm (2) gelagerten proximalen Teil (5) und mit einem an einer Bildaufnahmeeinheit (3) gelagerten distalen Teil (6), wobei der proximale Teil (5) und der distale Teil (6) zum Festlegen der Bildaufnahmeeinheit (3) am Haltearm (2) mittels eines Kopplungsmechanismus (8) entlang einer Kopplungsachse (7) miteinander verbindbar sind. Um eine Schnittstelle (4) für ein Operations-Bildaufnahme-System (1) zu schaffen, die bei kompakter Bauweise eine sichere mechanische Verbindung und eine einfach zu bedienende elektrische Verbindung gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Kopplungsmechanismus (8) als gleichzeitig mechanischer und elektrischer Kopplungsmechanismus (8) ausgebildet ist, wobei die mechanische Kopplung über eine Gewindeverbindung (9) mit zusätzlicher Verdrehsicherung (10) erfolgt und die elektrische Kopplung über miteinander in Wirkverbindung tretende elektrische Kontakte (11, 12) erfolgt.

Description

Schnittstelle für ein Operations-Bildaufnahme-Svstem

Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle für ein Operations-Bildaufnahme-System, mit einem an einem Haltearm gelagerten proximalen Teil und mit einem an einer Bildaufnahmeeinheit gelagerten distalen Teil, wobei der proximale Teil und der distale Teil zum Festlegen der Bildaufnahmeeinheit am Haltearm mittels eines Kopplungsmechanismus entlang einer Kopplungsachse miteinander verbindbar sind.

Erfindungsgemäße Schnittstellen dienen zum Verbinden der Bauteile Bildaufnahmeeinheit und Haltearm eines medizinischen Operations-Bildaufnahme-Systems. Neben dem rein mechanischen Festlegen der Bildaufnahmeeinheit am Haltearm bedarf es auch einer elektrischen Kontaktierung, um die Gelenke des Haltearms zur Ausrichtung der Bildaufnahmeeinheit lösen und wieder fixieren zu können.

Bei den aus der Praxis bekannten Operations-Bildaufnahmesystemen wird die elektrisch Verbindung von der Bildaufnahmeeinheit zum Haltearm über ein separates Kabel so gelöst, dass die Freigabe der Bremsen des elektromagnetisch gebremsten oder dem robotischen Haltearm über einen separaten Fußschalter oder Taster erfolgt.

Das Patent DE 102020 100677 B3 offenbart ein Operations-Bildaufnahmesystem mit Bedienelementen zur Steuerung eines mit dem Operations-Bildaufnahmesystem verbundenen Haltearms.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2017 111 302 A1 lehrt eine medizinische mechatronische Schnittstelleneinrichtung zum Koppeln eines chirurgischen Assistenzsystems an eine Haltestruktur. Diese umfasst mechanische Kopplungsmittel, eine elektronische Schnittstelle und eine Zentriereinrichtung.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die A u f g a b e zugrunde, eine Schnittstelle für ein Operations-Bildaufnahme-System zu schaffen, die bei kompakter Bauweise eine sichere mechanische Verbindung und eine einfach zu bedienende elektrische Verbindung gewährleistet.

Die L ö s u n g dieser Aufgabenstellung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungsmechanismus als gleichzeitig mechanischer und elektrischer Kopplungsmechanismus ausgebildet ist, wobei die mechanische Kopplung über eine Gewindeverbindung mit zusätzlicher Verdrehsicherung erfolgt und die elektrische Kopplung über miteinander in Wirkverbindung tretende elektrische Kontakte erfolgt.

Durch das erfindungsgemäße Zusammenlegen der mechanischen Verbindung und der elektrischen Verbindung in ein aus zwei Teilen bestehendes Bauteil ist es möglich, die Schnittstelle besonders kompakt auszubilden. Das Integrieren einer Verdrehsicherung in die mechanische Verbindung gewährleistet eine lagegerechte Kontaktierung und einen Schutz gegen ein versehentliches Lösen des Kopplungsmechnismus.

Mit einer praktischen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Ausbildung der Verdrehsicherung der proximale Teil und der distale Teil zumindest abschnittweise formschlüssig ineinander greifen.

Zur Ausbildung der formschlüssigen Verdrehsicherung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass am proximalen Teil oder am distalen Teil ein in Richtung der Kopplungsachse nach vorne vorstehender und im Umfang unrunder Vorsprung ausgebildet ist und am korrespondierenden distalen Teil oder proximalen Teil eine im Umfang unrunde Vertiefung zur Aufnahme des unrunden Vorsprungs ausgebildet ist. Die Ausbildung der beiden im Umfang unrunden Bauteile, die bei der Kontaktierung der Schnittstelle ineinander greifen, stellt eine einfach herzustellende und auch einfach und sicher zu handhabende Art der Verbindung dar, die gleichzeitig die lagegenaue Zuordnung der beiden miteinander zu kontaktierende Bauteile gewährleistet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass zur Ausbildung der Gewindeverbindung am proximalen Teil oder am distalen Teil ein mit einem Außengewinde versehener und um die Kopplungsachse frei drehbarer Ring gelagert ist, über den das Außengewinde in ein Innengewinde des korrespondierenden distalen Teils oder proximalen Teils einschraubbar ist. Der in der Art einer Überwurfmutter ausgebildete frei drehbare Ring ermöglicht ein einfaches und schnelles Verbinden des proximalen Teils mit dem distalen Teil der Schnittstelle.

Um den mit dem Außengewinde versehenen drehbaren Ring sicher und fest ergreifen zu können, wird mit der Erfindung weiterhin vorgeschlagen, dass am Ring Griffmulden ausgebildet sind.

Weiterhin wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass an der dem zugehörigen proximalen Teil oder distalen Teil zugewandten Unterseite des Rings radial zum proximalen Teil oder distalen Teil weisende Federstifte angeordnet sind, die mit federbelasteten Rastelementen in korrespondierende Aufnahmen am proximalen Teil oder distalen Teil eingreifen. Diese federbelasteten Raststifte wirken einerseits als Sicherung gegen ein versehentliches Lösen der Gewindeverbindung, beispielsweise in Folge von Erschütterungen, und bieten andererseits eine haptische Rückmeldung für den Bediener beim Anziehen oder Lösen der Gewindeverbindung.

Zur Ausbildung der elektrischen Kontaktierung der Bildaufnahmeeinheit mit dem Haltearm wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die elektrischen Kontakte als Federkontaktstifte und als mit den Federkontaktstiften in Wirkverbindung tretende korrespondierende Kontaktflächen ausgebildet sind. Federstiftkontakte erzeugen die gewünschte elektrische Kontaktierung nicht durch ein bloßes Einstecken oder Berühren der beiderseitigen Kontakte, sondern durch das Ausüben eines gewissen Anpressdruckes, damit ein federbelasteter Kontaktstift eingedrückt wird, um den elektrischen Kontakt herzustellen. In Verbindung mit der Gewindeverbindung wird so sichergestellt, dass der elektrische Kontakt nur dann erfolgt, wenn die Gewindeverbindung ausreichend genug angezogen ist, um so die Federkontaktstifte weit genug einzudrücken, damit die elektrische Kontaktierung erfolgt.

Die Steigung der Gewindeverbindung ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass die mechanische Verdrehsicherung und die elektrischen Kontakte nach 3,5 Umdrehungen des proximalen Teils und der distalen Teils relativ zueinander greifen.

Schließlich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die elektrischen Kontakte Sensoren zur Identifikation der über die elektrischen Kontakte miteinander verbundenen Bauteile aufweisen. So kann der Haltearm beispielsweise erkennen, welche Last distalseitig angehängt wurde, um eine entsprechende automatische Gewichtskompensation zu ermöglichen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der zugehörigen Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schnittstelle für ein Operations-Bildaufnahme-System nur beispielhaft dargestellt ist, ohne die Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel zu beschränken. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Operations-Bildaufnahme- Systems;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des Details II gemäß Fig. 1 , den proximalen Teil und den distalen Teil der Schnittstelle im entkoppelten Zustand darstellend und

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Fig. 2, jedoch den proximalen Teil und den distalen Teil der Schnittstelle in perspektivischer Ansicht darstellend.

Die Abbildung Fig. 1 zeigt ein Operations-Bildaufnahme-System 1, das im wesentlichen aus einem Haltearm 2 und einer am Haltearm 2 gelagerten Bildaufnahmeeinheit 3 besteht, wobei die Kopplung der Bildaufnahmeeinheit 3 mit dem Haltearm 2 über eine Schnittstelle 4 erfolgt.

Die in den Abbildungen Fig. 2 und 3 vergrößert und losgelöst vom Operations-

Bildaufnahme-System 1 dargestellte Schnittstelle 4 besteht aus einem am Haltearm 2 gelagerten proximalen Teil 5 und einem an der Bildaufnahmeeinheit 3 gelagerten distalen Teil 6, die entlang einer Kopplungsachse 7 über einen Kopplungsmechanismus 8 miteinander koppelbar sind.

Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist der Kopplungsmechanismus 8 als gleichzeitig mechanischer und elektrischer Kopplungsmechanismus 8 ausgebildet, wobei die mechanische Kopplung über eine Gewindeverbindung 9 mit zusätzlicher Verdrehsicherung 10 erfolgt und die elektrische Kopplung über miteinander in Wirkverbindung tretende elektrische Kontakte 11 und 12 erfolgt.

Bei der dargestellten Ausführungsform der Schnittstelle 4 besteht die Gewindeverbindung 9 aus einem am proximalen Teil 5 ausgebildeten Außengewinde 13, das in ein am distalen Teil 6 ausgebildetes Innengewinde 14 einschraubbar ist. Um das Außengewinde 13 des proximalen Teils 5 in das Innengewinde 14 des distalen Teils 6 einschrauben zu können, ist das Außengewinde 13 an einem frei um die Kopplungsachse 7 drehbaren, am proximalen Teil 5 gelagerten Ring 15 ausgebildet. Zum besseren Ergreifen und Drehen des in der Art einer Überwurfmutter ausgebildeten Rings 15 sind am Außenumfang des Rings 15 Griffmulden 16 ausgebildet.

Alternativ zu der dargestellten Anordnung des Außengewindes 13 am proximalen Teil 5 der Schnittstelle 4 und des Innengewindes 14 am distalen Teil 6 der Schnittstelle 4 ist es selbstverständlich auch möglich, das Außengewinde 13 am distalen Teil 6 der Schnittstelle 4 und das Innengewinde 14 am proximalen Teil 5 der Schnittstelle 4 auszubilden, ohne die Funktionsweise des Kopplungsmechanismus 8 dadurch zu verändern.

Um einerseits dem Bediener des Operations-Bildaufnahme-Systems 1 beim Anziehen oder Lösen der Gewindeverbindung 9 ein haptisches Feedback beim Drehen des Rings 15 zu liefern und andererseits ein versehentliches Lösen der Gewindeverbindung 9, beispielsweise durch Erschütterungen, zu verhindern, sind an der dem zugehörigen proximalen Teil 5 zugewandten Unterseite des Rings 15 radial zum proximalen Teil 5 weisende Federstifte 17 angeordnet, die mit federbelasteten Rastelementen in korrespondierende Aufnahmen am proximalen Teil 5 eingreifen. Die Federstifte 17 erzeugen beim Verdrehen des Rings 15 deutlich spürbare Rastschritte.

Zusätzlich zu der Gewindeverbindung 9 weist der mechanische Teil des Kopplungsmechanismus 8 die Verdrehsicherung 10 auf, die einerseits ein Verdrehen des proximalen Teils 5 und des distalen Teils 6 relativ gegeneinander verhindert und andererseits beim Zusammenfügen des Kopplungsmechanismus 8 eine lagegenaue Positionierung des proximalen Teils 5 und des distalen Teils 6 zueinander gewährleistet.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Verdrehsicherung 10 als formschlüssigen Verdrehsicherung 10 so ausgebildet, dass am proximalen Teil 5 ein in Richtung der Kopplungsachse 7 nach vorne vorstehender und im Umfang unrunder Vorsprung 18 ausgebildet ist und am korrespondierenden distalen Teil 6 eine im Umfang unrunde Vertiefung 19 zur Aufnahme des unrunden Vorsprungs 18 ausgebildet ist.

Beim Festziehen der Gewindeverbindung 9 greift der Vorsprung 18 des proximalen Teils 5 der Schnittstelle 4 formschlüssig in die Vertiefung 19 des distalen Teils 6 der Schnittstelle

4 ein und fixiert so die beiden Teile 5 und 6 gegen eine Rotation um die Kopplungsachse 7.

Auch hinsichtlich der Ausbildung der Verdrehsicherung 10 ist es selbstverständlich möglich, die Anordnung des Vorsprungs 18 und der Vertiefung 19 zu vertauschen, also den Vorsprung 18 am distalen Teil 6 der Schnittstelle 4 und die Vertiefung 19 am proximalen Teil 5 der Schnittstelle 4 anzuordnen, ohne die Funktionsweise der Verdrehsicherung 10 dadurch zu verändern.

Die Steigung der Gewindeverbindung 9, also des Außengewindes 13 und des Innengewindes 14 ist so ausgebildet ist, dass die mechanische Verdrehsicherung 10 und die elektrischen Kontakte 11 und 12 nach 3,5 Umdrehungen des proximalen Teils 5 der Schnittstelle 4 und des distalen Teils 6 der Schnittstelle 4 relativ zueinander miteinander in Wirkverbindung treten.

Der Abbildung Fig. 3 ist auch der Aufbau der elektrischen Kontaktierung des Kopplungsmechanismus mittels der elektrischen Kontakte 11 und 12 zu entnehmen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die elektrischen Kontakte 11 des proximalen Teils

5 der Schnittstelle 4 als Federkontaktstifte 20 und die elektrischen Kontakte 12 des distalen Teils 6 der Schnittstelle 4 als mit den Federkontaktstiften 20 in Wirkverbindung tretende Kontaktflächen 21.

Federstiftkontakte 20 erzeugen die gewünschte elektrische Kontaktierung nicht durch ein bloßes Einstecken oder Berühren der beiderseitigen Kontakte, sondern erst durch das Ausüben eines gewissen Anpressdruckes, wodurch ein federbelasteter Kontaktstift eingedrückt wird, um den elektrischen Kontakt herzustellen. In Verbindung mit der Gewindeverbindung 9 wird so sichergestellt, dass der elektrischen Kontakt nur dann erfolgt, wenn die Gewindeverbindung 9 ausreichend genug angezogen ist, um so die Federkontaktstifte 20 mittels der Kontaktflächen 21 als Widerlager weit genug einzudrücken, damit die elektrische Kontaktierung erfolgt.

Auch hinsichtlich der Ausbildung der elektrischen Kontakte 11 und 12 ist es selbstverständlich möglich, die Anordnung der Federkontaktstifte 20 und der Kontaktflächen 21 zu vertauschen, also die Federkontaktstifte 20 am distalen Teil 6 der Schnittstelle 4 und die Kontaktflächen 21 am proximalen Teil 5 der Schnittstelle 4 anzuordnen, ohne die Funktionsweise der elektrischen Kontaktierung dadurch zu verändern.

Die elektrischen Kontakte 11 und 12 weisen darüber hinaus Sensoren oder Chips zur Identifikation der über die elektrischen Kontakte 11 und 12 miteinander verbundenen Bauteile auf. So kann der Haltearm 2 beispielsweise erkennen, welche Last distalseitig angehängt wurde, um eine entsprechende automatische Gewichtskompensation zu ermöglichen.

Die mittels der elektrischen Kontakte 11 und 12 erzeugte elektrische Kontaktierung dient dazu, die Gelenke des Haltearms 2 zu lösen und wieder zu arretieren, wozu der distale Teil 6 der Schnittstelle 4 über ein Kabel 22 mit entsprechenden Bedienelementen an der Bildaufnahmeeinheit 3 verbindbar ist. Die Stromversorgung der Bildaufnahmeeinheit 3 sowie die Übermittlung der Bilddaten erfolgt unabhängig von der Schnittstelle 4 über separate, nicht dargestellte Kabelverbindungen.

Eine wie zuvor beschrieben und in den Abbildung dargestellt aufgebaute Schnittstelle 4 für ein Operations-Bildaufnahme-System 1 zeichnet sich dadurch aus, dass bei kompakter Bauweise eine sichere mechanische Verbindung und eine einfach zu bedienende elektrische Verbindung gewährleistet wird.

Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung betrifft eine Schnittstelle 4 für ein Operations-Bildaufnahme- System 1 , mit einem an einem Haltearm 2 gelagerten proximalen Teil 5 und mit einem an einer Bildaufnahmeeinheit 3 gelagerten distalen Teil 6, wobei der proximale Teil 5 und der distale Teil 6 zum Festlegen der Bildaufnahmeeinheit 3 am Haltearm 2 mittels eines Kopplungsmechanismus 8 entlang einer Kopplungsachse 7 miteinander verbindbar sind. Um eine Schnittstelle 4 für ein Operations-Bildaufnahme-System 1 zu schaffen, die bei kompakter Bauweise eine sichere mechanische Verbindung und eine einfach zu bedienende elektrische Verbindung gewährleistet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Kopplungsmechanismus 8 als gleichzeitig mechanischer und elektrischer Kopplungsmechanismus 8 ausgebildet ist, wobei die mechanische Kopplung über eine Gewindeverbindung 9 mit zusätzlicher Verdrehsicherung 10 erfolgt und die elektrische Kopplung über miteinander in Wirkverbindung tretende elektrische Kontakte 11, 12 erfolgt.

B e zugszei chenl iste

1 Operations-Bildaufnahme-System

2 Haltearm

3 Bildaufnahmeeinheit

4 Schnittstelle

5 proximaler Teil (Schnittstelle)

6 distaler Teil (Schnittstelle)

7 Kopplungsachse

8 Kopplungsmechnismus

9 Gewindeverbindung

10 Verdrehsicherung

11 elektrischer Kontakt (proximaler Teil)

12 elektrischer Kontakt (distaler Teil)

13 Außengewinde

14 Innengewinde

15 Ring

16 Griffmulde

17 Federstift

18 Vorsprung

19 Vertiefung

20 Federkontaktstift

21 Kontaktfläche

22 Kabel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Schnittstelle (4) für ein Operations-Bildaufnahme-System (1), mit einem an einem Haltearm (2) gelagerten proximalen Teil (5) und mit einem an einer Bildaufnahmeeinheit (3) gelagerten distalen Teil (6), wobei der proximale Teil (5) und der distale Teil (6) zum Festlegen der Bildaufnahmeeinheit (3) am Haltearm (2) mittels eines Kopplungsmechanismus (8) entlang einer Kopplungsachse (7) miteinander verbindbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kopplungsmechanismus (8) als gleichzeitig mechanischer und elektrischer Kopplungsmechanismus (8) ausgebildet ist, wobei die mechanische Kopplung über eine Gewindeverbindung (9) mit zusätzlicher Verdrehsicherung (10) erfolgt und die elektrische Kopplung über miteinander in Wirkverbindung tretende elektrische Kontakte (11 , 12) erfolgt.

2. Schnittstelle (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Verdrehsicherung (10) der proximale Teil (5) und der distale Teil (6) zumindest abschnittweise formschlüssig ineinander greifen.

3. Schnittstelle (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der formschlüssigen Verdrehsicherung (10) am proximalen Teil (5) oder am distalen Teil

(6) ein in Richtung der Kopplungsachse (7) nach vorne vorstehender und im Umfang unrunder Vorsprung (18) ausgebildet ist und am korrespondierenden distalen Teil (6) oder proximalen Teil (5) eine im Umfang unrunde Vertiefung (19) zur Aufnahme des unrunden Vorsprungs (18) ausgebildet ist.

4. Schnittstelle (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Gewindeverbindung (9) am proximalen Teil (5) oder am distalen Teil (6) ein mit einem Außengewinde (13) versehener und um die Kopplungsachse

(7) frei drehbarer Ring (15) gelagert ist, über den das Außengewinde (13) in ein Innengewinde (14) des korrespondierenden distalen Teils (6) oder proximalen Teils (5) einschraubbar ist.

5. Schnittstelle (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ring (15) Griffmulden (16) ausgebildet sind.

6. Schnittstelle (4) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem zugehörigen proximalen Teil (5) oder distalen Teil (6) zugewandten Unterseite des Rings (15) radial zum proximalen Teil (5) oder distalen Teil (6) weisende Federstifte (17) angeordnet sind, die mit federbelasteten Rastelementen in korrespondierende Aufnahmen am proximalen Teil (5) oder distalen Teil (6) eingreifen.

7. Schnittstelle (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte (11 , 12) als Federkontaktstifte (20) und als mit den Federkontaktstiften (20) in Wirkverbindung tretende korrespondierende Kontaktflächen (21) ausgebildet sind.

8. Schnittstelle (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Gewindeverbindung (9) so ausgebildet ist, dass die mechanische Verdrehsicherung (10) und die elektrischen Kontakte (11 , 12) nach 3,5 Umdrehungen des proximalen Teils (5) und der distalen Teils (6) relativ zueinander greifen.

9. Schnittstelle (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Kontakte (11 und 12) Sensoren zur Identifikation der über die elektrischen Kontakte (11 und 12) miteinander verbundenen Bauteile aufweisen.