JP4418372B2 - Surgical tool positioning unit - Google Patents
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Description
この発明は、手術用具の位置決めユニットに関し、特に、内視鏡を用いた外科手術に使用される手術用具を保持するとともに、人体内に差し入れられた上記手術用具の先端を処置部位に対して位置決めする装置に適用して好適なものである。 The present invention relates to a positioning unit for a surgical tool, and in particular, holds a surgical tool used for a surgical operation using an endoscope and positions the distal end of the surgical tool inserted into a human body with respect to a treatment site. Therefore, the present invention is suitable for application to an apparatus.
近年、人体に対する医療外科手術として、内視鏡を体内に挿入し、この内視鏡によって映し出される体内映像に基づいて開腹することなく手術を行う、いわゆる低侵襲外科手術が拡大してきている。この低侵襲外科手術は、患者の腹部を開腹して外科的治療を施す場合に比して人体に対する影響が小さく、患者に対する負担を大幅に軽減することができるという利点を有することから、近年急速に普及してきている。 2. Description of the Related Art In recent years, so-called minimally invasive surgical operations in which an endoscope is inserted into the body and the operation is performed without performing a laparotomy based on an in-vivo image projected by the endoscope have been expanded as a medical surgical operation on the human body. Since this minimally invasive surgical operation has the advantage that the influence on the human body is small and the burden on the patient can be greatly reduced as compared with the case of performing surgical treatment by opening the abdomen of the patient, Has become popular.
以上のような利点を有する低侵襲外科手術に用いられる位置決めユニットにおいて、本発明者は、特許文献1に記載の技術を提案した。特許文献1に記載された技術は、先端が手術用具に対して枢動自在に接続されるとともに、互いに平行にかつ往復動自在に設けられた第1および第2の出力軸と、これらのうちの第1の出力軸に対して任意の進退量を与えるとともに、第2の出力軸に対しては第1の出力軸の進退量と常に一定比率(≠1)の進退量を与える駆動手段とから構成し、内視鏡を用いた外科手術において、手術用具を挿入するために人体に開設した穴を押し広げることなく、かかる手術用具の先端を体内において処置が必要な部位へ位置決めすることができ、しかもそのような手術用具の位置決め動作を遠隔操作によって実現可能な位置決めユニットの技術である。
しかしながら、上述した特許文献1に記載された手術用具の位置決めユニットにおいては、次のような問題があった。この問題点について図6および図7を参照しつつ説明する。図6に、特許文献1に記載された位置決めユニットにおける、手術用具と第1のユニットおよび第2のユニットとの接続状態を示し、図7に、従来技術による位置決めユニットを用いて行う低侵襲外科手術(内視鏡術)の様子を示す。
However, the surgical instrument positioning unit described in
図6に示すように、第2のユニット130の2本の出力軸164,165は、それぞれ第1ユニット120と接続部140とを介して枢動自在に連結されている。この連結状態において、第2のユニット130のそれぞれの出力軸164,165は、第1のユニット120の各出力軸121,122と常時直交している。すなわち、第1のユニット120の第1出力軸121および第2出力軸122を含む平面が、第2のユニット130の第3出力軸164および第4出力軸165を含む平面と常に直交している。
As shown in FIG. 6, the two
そして、第1のユニット120のそれぞれの出力軸121,122を進退させると、手術用具110のロッド111は、矢線X方向に沿って配設角度が変化される。他方、第2のユニット130のそれぞれの出力軸164,165を進退させると、手術用具110のロッド111は、X方向と直交するY方向に沿って配設角度が変化される。
And if each output shaft 121,122 of the
また、図7に示すように、従来技術による位置決めユニットを用いた低侵襲外科手術においては、施術対象である患者Pの皮膚数カ所を2〜3cm程度切開して、これらの切開された挿入部位からビデオスコープといった内視鏡110a、鉗子110b、レーザメス110cといった手術用具110の先端が、患者Pの体内に挿入される。術者は、内視鏡
110aにより撮影された人体内の映像をモニタで観察しつつ、このモニタの映像に基づいて、鉗子110bやレーザメス110cといった他の手術用具110を操作して、患部を摘んだり、押さえたり、切除したりという適切な処置を行う。
In addition, as shown in FIG. 7, in a minimally invasive surgical operation using a positioning unit according to the prior art, several skins of a patient P, which is a treatment target, are incised by about 2 to 3 cm, and from these incised insertion sites. The distal end of the
以上のような駆動方向の関係を考慮すると、第1のユニット120および第2のユニット130は、上から見てL字型の配置にする必要があった。これは、手術用具110を揺動させるユニットの構成上、やむを得ない配置であった。
Considering the relationship between the driving directions as described above, the
ところが、上から見てL字型の配置にすると、この2つのユニットを2辺とする矩形領域がデッドスペースになってしまう。すなわち、この2つのユニットを2辺とする矩形領域、少なくとも2つのユニットを2辺とする三角形領域(専有面積)がデッドスペースとして存在することにより、手術を行う術者が手術用具を動かすときに、非常に煩わしいという問題があった。 However, when an L-shaped arrangement is seen from above, a rectangular area having two sides of these two units becomes a dead space. That is, when the operator who performs the operation moves the surgical tool because a rectangular area having two sides as two sides and a triangular area (exclusive area) having at least two units as two sides exist as a dead space, There was a problem that it was very annoying.
そのため、術者にとって煩わしい部分を低減し、上述した専有面積を大幅に低減することができる技術の開発が望まれていた。 Therefore, it has been desired to develop a technique capable of reducing the troublesome part for the surgeon and greatly reducing the above-described exclusive area.
したがって、この発明の目的は、人体内における手術用具の先端を縦横に移動させることができるとともに、作業をするための空間を広くしつつ軽量化を図ることができる、手術用具の配設角度を連続的に変化させるための位置決めユニットを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide an operating angle of the surgical instrument that can move the distal end of the surgical instrument in the human body vertically and horizontally and can reduce the weight while widening the space for the operation. It is to provide a positioning unit for continuously changing.
上記目的を達成するために、この発明は、
医療用の手術用具を保持するとともに、不動点を中心に手術用具の配設角度を変更して、手術用具の先端を処置部位に対して位置決め可能に構成された手術用具の位置決めユニットにおいて、
処置部位よりも上方に配置された第1のユニット、第2のユニット、第3のユニットおよび第4のユニットが順次相互に連結され、第4のユニットに手術用具が取り付けられて構成され、
第2のユニットが、第1のユニットと不動点とを結ぶ回動軸の周りに第1のユニットに
対して回動自在に構成され、
第3のユニットが、手術用具の長手方向に延びる中心軸が回動軸と不動点において所定の角度で交わるように第4のユニットを支持するとともに、回動軸において中心軸が交わる位置を変えずに、手術用具の中心軸と回動軸とが交わる角度が変化するように第2のユニットに対して変位自在に構成され、
第4ユニットが、第3のユニットに対して手術用具の中心軸に沿って往復動可能に構成されるとともに、手術用具を中心軸周りに回転自在に保持するように構成された
ことを特徴とする手術用具の位置決めユニット。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
In the surgical tool positioning unit configured to hold the medical surgical tool, change the arrangement angle of the surgical tool around the fixed point, and position the distal end of the surgical tool with respect to the treatment site.
The first unit, the second unit , the third unit, and the fourth unit arranged above the treatment site are sequentially connected to each other, and the surgical unit is attached to the fourth unit .
The second unit is connected to the first unit around a rotation axis connecting the first unit and the fixed point.
It is configured to be rotatable with respect to the
Third unit, together with the central axis extending in the longitudinal direction of the surgical instrument to support the fourth unit to intersect at a predetermined angle in the rotating shaft and the fixed point, changing the position where the center axis intersects the pivot axis Without being configured to be displaceable with respect to the second unit so that the angle at which the central axis and the rotation axis of the surgical instrument intersects changes .
The fourth unit is configured to reciprocate along the central axis of the surgical tool with respect to the third unit, and configured to hold the surgical tool rotatably about the central axis. A surgical tool positioning unit characterized by the above.
このように構成することにより、第4のユニットに手術用具を取り付けて、低侵襲外科手術を行う場合に、第4のユニットの移動により、手術用具の先端の作業部分を、第3のユニットの長手方向、すなわち奥に挿入したり手前に戻したりすることができるので、さらに自由度を増加させることが可能となる。 With this configuration, when a surgical tool is attached to the fourth unit and a minimally invasive surgical operation is performed, the working portion at the tip of the surgical tool is moved by the movement of the fourth unit. Since it can be inserted in the longitudinal direction, that is, in the back or returned to the front, the degree of freedom can be further increased.
この発明による手術用具の位置決めユニットによれば、手術用具の配設角度を連続的に変化させるための位置決めユニットにおいて、人体内における手術用具の先端を縦横に移動可能としつつ、作業をするための空間を拡大することができるとともに、軽量化を図ることができる。 According to the positioning unit for a surgical tool according to the present invention, in the positioning unit for continuously changing the arrangement angle of the surgical tool, the distal end of the surgical tool in the human body can be moved vertically and horizontally while working. The space can be expanded and the weight can be reduced.
次に、以上の発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。 Next, an embodiment of the above invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the following embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
図1に示すように、この一実施形態による医療用具の位置決めユニットは、第1のユニット1、第2のユニット2、第3のユニット3および第4のユニット4を有して構成されている。
As shown in FIG. 1, the positioning unit for a medical device according to this embodiment includes a
第1のユニット1と第2のユニット2とは、連結部5において、所定の回動軸O´を共通にして、第2のユニット2が回動可能となるように連結されている。すなわち、第1のユニット1により、連結部5において第2のユニット2が回動軸周りに回動される。
The
また、この一実施形態において、第1のユニット1の長手方向と回動軸とはほぼ平行である。すなわち、この位置決めユニットがフラットな状態のときには、上方から俯瞰して、第1のユニット1と第2のユニット2とがほぼ直線状に配置されるように構成されている。
Moreover, in this one Embodiment, the longitudinal direction of the
また、第2のユニット2と第3のユニット3とは、連結部6において、第3のユニット3の全体が揺動されるように連結されている。すなわち、第2のユニット1により、第3のユニット3が、第1のユニット1による回動方向に対してほぼ垂直な方向に、連結部6において揺動自在に構成されている。
Further, the
また、第3のユニット3には、この第3のユニット3の長手方向に沿って、往復移動可能な第4のユニット4が設けられている。すなわち、第3のユニット3により、第4のユニット4は、第3のユニット3の長手方向に移動される。
The
また、第4のユニット4には、手術用具取り付け部4aが具備されている。この手術用具取り付け部4aは、先端に手術用のレーザメスや鉗子などの手術用の機構部7aが設けられた棒状の手術用具7を取り付け可能に構成されている。そして、この第4のユニット4は、第3のユニット3による移動方向に対して平行で、かつ、手術用具取り付け部4aの取り付け穴を通る回転軸O″の周りで、自転可能に構成されている。すなわち、第4のユニット4は、長手方向に沿って手術用具7が取り付けられた状態において、手術用具7を、その中心軸(回転軸O″)周りで自転させることができる。
Further, the
以上のように構成されたこの一実施形態による手術用具の位置決めユニットにおいては、第1のユニット1によって第3のユニット3が矢線A方向に沿って回動される。また、第2のユニット2によって、第3のユニット3が矢線B方向に沿って揺動される。また、第3のユニット3によって、第4のユニット4が矢線C方向に沿って往復動される。また、第4のユニット4によって、取り付けられた手術用具7が矢線Dのように自転自在である。
In the surgical instrument positioning unit according to the embodiment configured as described above, the
さらに、詳細は後述するが、この一実施形態においては、第1のユニット1により回動される第2のユニット2の回動軸O´と、第4のユニット4により自転される回転軸O″
とは、点Oで交わるように構成されている。すなわち、これらの第1のユニット1および第2のユニット2により第3のユニット3を縦横方向(矢線Aおよび矢線B方向)に回動させても、点Oが動かない点、いわゆる「不動点」になるように構成されている。
Furthermore, although mentioned later for details, in this one Embodiment, the rotating shaft O 'of the
Is configured to intersect at point O. That is, the point O does not move even if the
次に、以上のように構成されたこの一実施形態による第2のユニット2の動作原理について説明する。図2に第2のユニット2の内部構造を示す。
Next, the operation principle of the
図2に示すように、この一実施形態による第2のユニット2は、互いに平行に配設された第1の出力軸21と第2の出力軸22とを有している。これらの第1の出力軸21と第2の出力軸22とは互いに連動しつつ、ケーシング23(図1参照)に対して進退するように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
また、第1の出力軸21および第2の出力軸22の先端には、第3のユニット3と連結するための接続部40が設けられている。この接続部40は、一点鎖線で示す軸P,Qを中心として、第3のユニット3を揺動可能に保持されている。また、接続部40の構造としては、第1の出力軸21の先端に描かれた構造以外にも、図2中下部に描かれた比較的コンパクトな構造であってもよい。
In addition, a connecting
また、第1の出力軸21および第2の出力軸22には、螺旋状の雄ねじ溝21a,22aが形成されている。第2の出力軸22の雄ねじ溝22aには、第2のボールねじナット25が螺合されている。また、第1の出力軸21の雄ねじ溝21aには、無限循環する多数のボールを介して、モータ50に連結されたボールねじナット(図示せず)が螺合されている。なお、ここでは、第1の出力軸21に接続されたボールねじナットがモータ50に収納されているように示しているが、好適には、図3に示すように、モータ50を、第1の出力軸21や第2の出力軸22の外部に設け、駆動力を第1の出力軸21および/または第2の出力軸22に伝達可能でケーシング23の内部に格納することが望ましい。
The
そして、図2に示すように、モータ50を駆動することによって、第1の出力軸21のボールねじナット(図示せず)を回転させると、その回転数に応じて第1の出力軸21が進退することになる。他方、第2の出力軸22のボールねじナット25には、独立してモータ50の駆動が与えられることがない。ここでは、第2のボールねじナット25は、第1の出力軸21のボールねじナット(図示せず)から動力が伝達されて回転される。
As shown in FIG. 2, when the ball screw nut (not shown) of the
また、これらの動力の伝達はタイミングベルト28により行われる。すなわち、第1の出力軸21のボールねじナットがモータ50によって回転駆動されると、同一の回転数で第2の出力軸22のボールねじナット25が回転される。また、第2の出力軸22は、その先端が第3のユニット3に固定されていることから、第2の出力軸22自体は回転不能であるため、ボールねじナット25が回転すると、その回転数に応じて、第2の出力軸22が進退することになる。
Further, the transmission of these powers is performed by the
なお、ここでは、モータ50の駆動力が第1の出力軸21のボールねじナットに伝達されるようにしているが、モータ50の駆動力を第2の出力軸22のボールねじナット25に伝達させるようにしても良く、この場合には、第2の出力軸22に加えられた駆動力が、タイミングベルト28を介して第1の出力軸21に伝達するように構成される。
Here, the driving force of the
また、この一実施形態による第2のユニット2においては、第2の出力軸22に形成された螺旋状の雄ねじ溝22aは、第1の出力軸21に形成された螺旋状の雄ねじ溝21aに対して、x倍(例えば、2倍)のリードで形成されている。そのため、モータ50の回転に応じて、第1の出力軸21が進退すると、第2の出力軸22は常に第1の出力軸21のx倍(例えば、2倍)の進退量で進退することになる。
Further, in the
これにより、図4に示すように、第1の出力軸21および第2の出力軸22の先端に枢動自在に取り付けられた第3のユニット3と、この第3のユニット3に長手方向に沿って保持されている手術用具7との配設角度が変更され、手術用具7の先端の機構部7aを手術患部に対して位置決めすることが可能となる。
As a result, as shown in FIG. 4, the
このとき、この一実施形態による第2のユニット2によって、手術用具7は、一点を中心として配設角度が変更される。この中心点Oは、第1の出力軸21と第2の出力軸22との進退量の比率に応じた位置に生じる。
At this time, the arrangement angle of the
具体的に、進退比を1:2(x=2)にした場合には、第1の出力軸21と第2の出力軸22との間隔dに対して、第1の出力軸21と第3のユニット3とを接続する枢軸Qから距離dの位置に生じる。これは三角形の相似法則に基づいており、第1の出力軸21と第2の出力軸22との進退比が常に一定であれば、必ず第3のユニット3(手術用具7)の配線角度の変化の中心となる点Oが存在することになる。なお、進退比を常に一定するためには、第1の出力軸21の雄ねじ溝21aのリードを第2の出力軸22の雄ねじ溝22aのリードと異なるものにするという方法がある。また、リードを同一のものにして、第1の出力軸21のボールねじナットの回転数と、第2の出力軸22のボールねじナット25の回転数との間に、一定の比率を与えるようにしても良い。また、タイミングベルト28によって、第1のボールねじナットから第2のボールねじナット25に回転動力を伝達する際に、プーリに形成されている歯数を異ならせることによって、回転数比を変化させることも可能である。
Specifically, when the advance / retreat ratio is set to 1: 2 (x = 2), the
次に、この第2のユニット2を所定の回転軸の回りに回転させる第1のユニット1について説明する。図3に、この一実施形態による第1のユニット1および第2のユニット2を示す。
Next, the
図3に示すように、第2のユニット2に連結される第1のユニット1は、ステッピングモータ31、コ字型のモータブラケット32、連結アーム36の回転軸となるシャフト33、回転に伴うセンサを取り付けるためのセンサ取付板34、およびセンサドグと称されるセンサのための遮蔽板35を有して構成されている。
As shown in FIG. 3, the
連結アーム36は、L字をややつぶした形状を有し、第1のユニット1を第2のユニット2に対して、所定角度θで連結させるためのものである。すなわち、第1のユニット1におけるシャフト33の回転軸と、第2のユニット2における第1の出力軸21および第2の出力軸22とのなす鋭角度が所定角度θ(0°<θ<90°)になるように連結されている。ここで、所定角度θの決定方法の詳細については後述する。また、連結アーム36の一方の側は、第2のユニット2に例えばボルトなどによって固定される。また、連結アーム36の他方の側は、第1のユニットのシャフト33に回転自在に連結される。
The connecting arm 36 has an L-shaped shape and is used to connect the
ここで、この連結アーム36による第1のユニット1と第2のユニット2との連結について説明する。すなわち、上述したように、第2のユニット2による第3のユニット3および手術用具7の回動(図1中、矢線B)においては、その中心点Oが存在する。そこで、第1のユニット1の回動軸O´がこの中心点Oを通るように、所定角度θを決定する。このように第1のユニット1と第2のユニット2とを連結することにより、図1における点Oは、矢線Bに沿った揺動の回転中心になるとともに、矢線Aに沿った回動の回転中心になる。すなわち、図4に示す中心点Oは、第1のユニット1によって第2のユニット2が矢線Aの方向に回動され、第2のユニット2によって第3のユニット3が矢線Bの方向に揺動されるときに、「不動点O」(図1参照)となる。
Here, the connection between the
そして、この「不動点O」が患者の患部を切開して形成された挿入口に合致するように、この一実施形態による位置決めユニットと患者の患部との距離を調整することにより、この位置決めユニットを用いて手術用具7の配設角度を変更しても、手術用具7により患者の挿入口を押し拡げてしまうことがなくなるので、挿入口周辺の皮膚組織などに損傷を与えることなく、手術用具7の先端の機構部7aを人体内の患部に対して位置決めすることが可能となる。
The positioning unit is adjusted by adjusting the distance between the positioning unit according to the embodiment and the patient's affected part so that the “fixed point O” matches the insertion opening formed by incising the patient's affected part. Even if the disposition angle of the
また、この一実施形態による位置決めユニットにおいては、図1に示す矢線A方向および矢線B方向により、手術用具7の先端の機構部7aを縦横に移動させることができ、第3のユニット3による矢線C方向に沿った移動により、機構部7aを上下方向に移動させることができ、第4のユニット4による矢線D方向に沿った回転により、例えば鉗子などの機構部7aを使用しやすいように回転させることができる。すなわち、この一実施形態による位置決めユニットにおいては、第1のユニット1〜第4のユニット4を駆動させて、任意の回転量や移動量を決定することにより、手術用具7の先端の機構部7aを、自在に術者の所望とする位置に移動させて位置決めすることが可能となるとともに、不動点Oが存在することにより、患者の切開された挿入口を押し拡げるおそれがなくなる。
In the positioning unit according to this embodiment, the
また、図5に、従来技術による位置決めユニット(図5A)と、この発明の一実施形態による位置決めユニット(図5B)とを操作時における上方から見た状態を示す。 FIG. 5 shows a state in which the positioning unit (FIG. 5A) according to the prior art and the positioning unit (FIG. 5B) according to the embodiment of the present invention are viewed from above during operation.
図5Aに示すように、従来技術による位置決めユニットにおいては、上方から見た場合に2つのユニットをL字型に配置せざるを得ないため、この位置決めユニットを移動させる場合に、2つのユニットをそれぞれ1辺とする矩形領域、または三角領域などの存在が術者にとって非常に邪魔になっていた。 As shown in FIG. 5A, in the positioning unit according to the prior art, when viewed from above, the two units have to be arranged in an L shape. The existence of a rectangular area or a triangular area, each having one side, is very disturbing to the surgeon.
これに対し、図5Bに示すように、この発明の一実施形態による位置決めユニットによれば、第1のユニット1の長手方向と回動軸とをほぼ平行として、第2のユニット2を回転駆動させる第1のユニット1と第2のユニット2とを、所定角度θ(図3参照)で連結させていることにより、上方から見て第1のユニット1と第2のユニット2とを直線状に配置することができる。したがって、術者に取って邪魔になるスペースを大幅に低減することができ、手術用具7の操作性をより一層向上させることが可能となる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, according to the positioning unit according to the embodiment of the present invention, the
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。 The embodiment of the present invention has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
1 第1のユニット
2 第2のユニット
3 第3のユニット
4 第4のユニット
4a 手術用具取り付け部
5,6 連結部
7 手術用具
7a 機構部
21a,22a 雄ねじ溝
21 第1の出力軸
22 第2の出力軸
23 ケーシング
25 ナット
28 タイミングベルト
31 ステッピングモータ
32 モータブラケット
33 シャフト
34 センサ取付板
35 遮蔽板
36 連結アーム
40 接続部
50 モータ
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記処置部位よりも上方に配置された第1のユニット、第2のユニット、第3のユニットおよび第4のユニットが順次相互に連結され、上記第4のユニットに上記手術用具が取り付けられて構成され、
上記第2のユニットが、上記第1のユニットと上記不動点とを結ぶ回動軸の周りに上記第1のユニットに対して回動自在に構成され、
上記第3のユニットが、上記手術用具の長手方向に延びる中心軸が上記回動軸と上記不動点において所定の角度で交わるように上記第4のユニットを支持するとともに、上記回動軸において上記中心軸が交わる位置を変えずに、上記手術用具の中心軸と上記回動軸とが交わる角度が変化するように上記第2のユニットに対して変位自在に構成され、
上記第4ユニットが、上記第3のユニットに対して上記手術用具の中心軸に沿って往復動可能に構成されるとともに、上記手術用具を上記中心軸周りに回転自在に保持するように構成された
ことを特徴とする手術用具の位置決めユニット。 In a positioning unit for a surgical tool configured to hold a medical surgical tool and change an arrangement angle of the surgical tool around a fixed point so that the distal end of the surgical tool can be positioned with respect to a treatment site. ,
The first unit, the second unit , the third unit, and the fourth unit arranged above the treatment site are sequentially connected to each other, and the surgical instrument is attached to the fourth unit. And
Upper Symbol second unit is configured to be rotatable relative to the first unit and the fixed point and the first unit around the pivot axis connecting,
Upper Symbol third unit, together with the central axis extending in the longitudinal direction of the surgical instrument to support the fourth unit to intersect at a predetermined angle in the rotating shaft and the fixed point in the shaft above times Without changing the position where the central axis intersects, it is configured to be displaceable with respect to the second unit so that the angle at which the central axis of the surgical instrument and the rotation axis intersect is changed ,
The fourth unit is configured to reciprocate along the central axis of the surgical tool relative to the third unit, and is configured to hold the surgical tool rotatably about the central axis. A positioning unit for a surgical instrument characterized by the above.
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