WO2001074259A1 - Medizinische einrichtung mit einer antriebseinrichtung für eine nadel - Google Patents

Medizinische einrichtung mit einer antriebseinrichtung für eine nadel Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a medical device with a guide for receiving a needle, in particular a puncture needle, and a drive device for a needle located in the guide.
  • Puncture needles are used, which are pierced through the patient's skin and advanced to a specific target point (often a tumor or metastasis). Of particular importance is the precise alignment of the needle with the target point before the puncture.
  • Various imaging modalities can be used to visually control the alignment process and the actual insertion of the needle. The most common imaging methods that are used for this purpose are ultrasound, X-rays or computer tomography.
  • X-rays are generated for image acquisition.
  • handling surgical instruments or a puncture needle close to the x-ray radiation field or even within the x-ray radiation field means a considerable radiation exposure.
  • lead aprons and other protective measures reduce the radiation dose, the radiation exposure remains significant, especially for the hands. This could be remedied by devices that would manipulate the instruments in the radiation field.
  • the devices could be operated manually or remotely by the doctor outside the radiation field. depending on whether it is a passive or active (motorized) device.
  • the needles used are either punch biopsy needles (diameter 1 to 2.5 mm) for obtaining tissue samples for histological examination, or fine needles (diameter approx. 0.8 to 1.4 mm with a length of up to 20 mm) for aspiration biopsy for cytological tissue samples. Fine needles are always used for injections.
  • the doctor must ensure that he inserts the needle safely and without kinks.
  • the fine needles are usually held close to the puncture site with one hand and the driving force is exerted with the other at the end of the needle.
  • the subject of this invention notification is the constructive design of a needle drive for remote insertion of the needle without the risk of needle kinks.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned, in which the risk of needle kinking is reduced.
  • this object is achieved by a medical device with a guide for receiving a needle, in particular a puncture needle, and a drive device for a needle located in the guide, the guide being divided into two sections and the drive device being arranged between the sections , With the needle has cooperating drive means for driving it.
  • the drive means preferably have at least one drive roller that cooperates with the needle in a frictional engagement, so that no changes to the needle are required in order to be able to drive it, but rather commercially available needles can be used.
  • FIG. 1 is a view of a medical device according to the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of a detail of the device of FIG. 1, and
  • Fig. 3 is a view of the device according to FIGS. 1 and 2 in use.
  • a medical device in Fig. 1, with a needle guide system 2 for a needle 3, e.g. a puncture needle, shown schematically, which, as will be explained later, allows the needle 3 accommodated in the needle guide system 2 to pivot three-dimensionally about a rotation point R.
  • a needle guide system 2 for a needle 3 e.g. a puncture needle, shown schematically, which, as will be explained later, allows the needle 3 accommodated in the needle guide system 2 to pivot three-dimensionally about a rotation point R.
  • the device 1 has an articulated arm 4 in the form of a parallelogram drive, at the free end of which the needle guide system 2 is arranged.
  • a pivoting about the axis AI which is perpendicular to the plane of the parallelogram drive and thus the plane of FIG. 1, by an angle ⁇ also causes a pivoting about the angle ⁇ about a parallel to the axis AI axis running through the rotation point R predetermined by the geometry of the parallelogram drive.
  • the articulated arm 4 is also pivotable in a bearing 5 about an axis A2 running through the rotation point R in the direction ⁇ .
  • Both axes AI and A2 intersect and are perpendicular to each other. Since the axis A2 also runs through the rotation point R, this represents, so to speak, an invariant pivot point of the needle 3, the position of which is determined solely by the geometry of the construction.
  • the needle 3 can be swiveled three-dimensionally about the rotation point R, which in medical applications is the same as the puncture point.
  • One of the possible positions of the needle 3 is indicated by dashed lines in FIG. 1.
  • the needle 3 can be pivoted about the defined rotation point R by means of the articulated arm 4, the articulated arm 4 causing the needle 3 to pivot about a first axis in a plane containing the rotation point R, and that on the other hand the articulated arm 4 is pivotable about a second axis A2 running through the rotation point R in the sense of pivoting the plane containing the rotation point R about the second axis of rotation.
  • the pivots about the axes AI and A2 are motorized, the corresponding motors are not shown in the figures.
  • the bearing 5 is in turn attached to an adjustable, for example passive, ie not manually, but manually adjustable holding arm 6.
  • the drive device of the device according to the invention is described below with reference to FIGS. 1 and 2, which enables a needle-free insertion of a needle 3 into the body of a patient by means of a motor.
  • Fig. 2 which schematically shows the needle guide system 2 and in connection with Fig. 1 the principle of the drive of the needle 3
  • the core of the needle guide system 2 is a special guide cannula 7, which on the distal, i.e. is attached to the free end of the articulated arm 4 and, as explained, can be pivoted three-dimensionally within certain limits around the rotation point R corresponding to the puncture point.
  • the function of the guide cannula 7 is to safely pick up and guide the needle 3.
  • the special feature of the guide cannula 7 is that it has a division into two sections 7a and 7b, drive means for the needle 3 being located between the sections 7a and 7b.
  • the drive device has two rollers 8a, 8b, which are preferably provided with a grooved profile, between which the needle 3 is guided.
  • the rollers 8a, 8b in particular designed as rubber rollers, as soon as they are driven, carry out their rotational movement by friction, i.e. frictionally, in a translation of the needle 3, so that the needle 3 can be inserted into a patient.
  • the drive device In order to apply the drive torque for the rollers 8a, 8b, the drive device has a servo motor 9, which is shown in FIG. 1 in the case of the exemplary embodiment described located in the area of the lower horizontal element of the articulated arm 4.
  • the torque is transmitted via a drive gear 11 to the pair of rollers 8a, 8b via a drive shaft 10 and, if necessary, additional (gear) components not shown in FIG. 2.
  • a uniform distribution of the torque on both rollers 8a, 8b is achieved via two gear wheels 12a 12b, which are connected directly to the rollers 8a, 8b.
  • the needle 3 Due to the two sections 7a and 7b of the guide cannula 7, which are closely attached to the rollers 8a, 8b, the needle 3 is optimally guided in its drive area, which ensures a homogeneous, uniform introduction of force into the needle 3 and largely prevents the needle 3 from kinking when being inserted excludes.
  • the guide cannula 7 is attached to the articulated arm 4 in such a way that one end thereof is the point of rotation R corresponds. This arrangement of the guide cannula 7 prevents the needle from kinking between the drive and the puncture point.
  • this arrangement of the guide cannula 7 is advantageous because, in medical applications, the device must first be positioned so that the rotation point R is at the selected puncture point, which is very simple since only the tip of the guide cannula 7 is placed on the puncture point must become.
  • the constructive design described on the one hand provides sufficient space and freedom of movement, see the dimensions a and b entered in FIG. 3, for versatile clinical use, the patient being designated P in FIG. 3 and the target point, for example a tumor, being designated Z. , On the other hand, the described design provides safe and kink-free puncturing.
  • the guide cannula 7 can be easily exchanged in a manner not shown.
  • these generally have sufficient flexibility to be able to use needles of different diameters, at least to a limited extent, with the same pair of rollers.
  • the servo motor 9 and the drive shaft 10 can be arranged within one of the horizontal elements of the articulated arm 4, if this is tubular.
  • the details of the drive device according to the exemplary embodiment described are only to be understood as examples. It is essential to use a guide divided into two sections with, in particular frictional, drive means for the needle arranged between the sections.
  • the device If the device is used under X-ray fluoroscopy, all components in the radiation field must be as X-ray transparent as possible so as not to produce any shadowing in the image. Because it is designed as a parallel drive, it is very easy to manufacture the front area of the guide system from X-ray-transparent plastics, while the motors and more heavily loaded components components made of metal are outside the radiation field.
  • the parallelogram drive makes it possible that there are no joints in the area of the rotation point and thus there is enough space and freedom of movement for versatile clinical use.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine medizinische Einrichtung mit ei-ner Führung zur Aufnahme einer Nadel, insbesondere einer Punktionsnadel, und einer Antriebseinrichtung für eine in der Führungskanüle befindliche Nadel. Dabei ist die Führung in zwei Abschnitte unterteilt, und zwischen den Abschnitten sind zum vorzugsweise reibschlüssigen Antrieb der Nadel vorgese-hene Antriebsmittel angeordnet.

Description

Beschreibung
Medizinische Einrichtung mit einer Antriebseinrichtung für eine Nadel
Die Erfindung betrifft eine medizinische Einrichtung mit einer Führung zur Aufnahme einer Nadel, insbesondere einer Punktionsnadel, und einer Antriebseinrichtung für eine in der Führung befindliche Nadel.
In der Medizin sind Nadelpunktionen von anatomischen Strukturen, sei es zur Diagnose (Biopsien) oder zur Therapie (Injektionen, Drainagen ... ) , eine übliche und häufige Intervention. Dabei werden Punktionsnadeln verwendet, die durch die Haut des Patienten gestochen und bis zu einem bestimmten Zielpunkt (oft ein Tumor oder eine Metastase) vorgeschoben werden. Von besonderer Bedeutung ist dabei das präzise Ausrichten der Nadel auf den Zielpunkt vor dem Einstich. Zur visuellen Kontrolle des Ausrichtevorgangs und des eigentlichen Einführens der Nadel können verschiedene Bildgebungsmo- dalitäten verwendet werden. Die häufigsten bildgebenden Verfahren, die zu diesem Zwecke eingesetzt werden sind Ultraschall, Röntgendurchleuchtung oder die Computertomographie .
Im Falle der Röntgendurchleuchtung und Computertomographie werden Röntgenstrahlen zur Bildgewinnung erzeugt. Für den Mediziner bedeutet das Hantieren mit chirurgischen Instrumenten oder einer Punktionsnadel nahe bei dem Röntgenstrahlungsfeld oder gar innerhalb des Röntgenstrahlungsfeldes eine erhebliche Strahlenbelastung. Zwar bewirken Bleischürzen und andere Schutzmaßnahmen eine Reduzierung der Strahlendosis, dennoch bleibt die Strahlenbelastung gerade für die Hände signifikant. Abhilfe könnten hier Vorrichtungen schaffen, die das Manipulieren der Instrumente im Strahlenfeld übernehmen würden. Die Vorrichtungen ließen sich vom Mediziner außerhalb des Strahlenfeldes manuell oder ferngesteuert bedienen, ab- hängig davon, ob es sich um eine passive oder aktive (motorisierte) Vorrichtung handelt.
Im Falle der Gewebeentnahme sind die verwendeten Nadeln entweder Stanz-Biopsienadeln (Durchmesser 1 bis 2,5 mm) zur Gewinnung von Gewebeproben zur histologischen Untersuchung, oder Feinnadeln (Durchmesser ca. 0,8 bis 1,4 mm bei einer Länge von bis zu 20 mm) zur Aspirationsbiopsie für zytologi- sche Gewebeproben. Für Injektionen kommen immer Feinnadeln zum Einsatz .
Je dünner und länger die Nadeln allerdings sind, um so größer ist die Gefahr des Knickens der Nadel. Während des handgeführten Einstechens hat der Mediziner dafür Sorge zu tragen, dass er die Nadel sicher und knickfrei einführt. Dabei werden die Feinnadeln meist mit einer Hand dicht an der Einstichstelle gehalten und mit der anderen am Nadelende die treibende Kraft ausgeübt .
Soll das Einstechen der Nadel fernbedient, also über einen Motor angetrieben erfolgen, so kommt auch hier der Gefahr des Nadelknickens besondere Bedeutung zu. Gegenstand dieser Erfindungsmeldung ist die konstruktive Gestaltung eines Nadelantriebes zum fernbedienten Einstechen der Nadel, ohne Risiko von Nadelknicken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Gefahr des Nadelknickens vermindert ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine medizinische Einrichtung mit einer Führung zur Aufnahme einer Nadel, insbesondere einer Punktionsnadel, und einer Antriebseinrichtung für eine in der Führung befindliche Nadel, wobei die Führung in zwei Abschnitte unterteilt ist und wobei die Antriebseinrichtung zwischen den Abschnitten angeordnete, mit der Nadel zu deren Antrieb zusammenwirkende Antriebsmittel aufweist .
Infolge der zwischen den beiden Abschnitten der Führung angebrachten Antriebsmittel wird die Nadel in demjenigen Bereich, in dem der Antrieb der Nadel erfolgt, optimal geführt, was eine homogene Krafteinleitung garantiert und die Gefahr des Knickens der Nadel praktisch ausschließt. Die Antriebsmittel weisen vorzugsweise wenigstens eine mit der Nadel reibschlüssig zusammenwirkende Antriebsrolle auf, so dass keine Veränderungen an der Nadel erforderlich sind, um diese antreiben zu können, sondern handelsübliche Nadeln Verwendung finden können .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen medizinischen Einrichtung,
Fig. 2 in perspektivischer Darstellung ein detail der Einrichtung gemäß Fig. 1, und
Fig. 3 eine Ansicht der Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 im Gebrauch .
In Fig. 1 ist eine insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße medizinische Einrichtung mit einem Nadelführungssystem 2 für eine Nadel 3, z.B. eine Punktionsnadel, schematisch dargestellt, die es, wie noch erläutert werden wird, gestattet die in dem Nadelführungssystem 2 aufgenommene Nadel 3 dreidimensional um einen Rotationspunkt R zu schwenken.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Einrichtung 1 einen Gelenkarm 4 in Form eines Parallelogrammtriebes auf, an dessen freiem Ende das Nadelführungssystem 2 angeordnet ist. Infolge der Ausbildung des Gelenkarmes 4 als Parallelogrammtrieb bewirkt eine Schwenkung um die Achse AI, die rechtwinklig zu der Ebene des Parallelogrammtriebes und damit der Zeichenebene der Fig. 1 steht, um einen Winkel ε ebenfalls eine Schwenkung um den Winkel ε um eine parallel zu der Achse AI durch den durch die Geometrie des Parallelogrammtriebes vorgegebenen Rotationspunkt R verlaufende Achse.
Der Gelenkarm 4 ist außerdem in einer Lagerung 5 schwenkbar um eine durch den Rotationspunkt R verlaufende Achse A2 in Richtung η schwenkbar.
Beide Achsen AI und A2 schneiden sich und stehen senkrecht aufeinander. Da außerdem die Achse A2 durch den Rotationspunkt R verläuft, stellt dieser sozusagen einen invarianten Drehpunkt der Nadel 3 dar, dessen Position allein durch die Geometrie der Konstruktion vorgegeben ist. Durch die Überlagerung beider Schwenkbewegungen um die Achsen AI und A2 kann die Nadel 3 dreidimensional um den Rotationspunkt R, der in der medizinischen Anwendung dem Einstichpunkt gleich kommt, geschwenkt werden. Eine der möglichen Stellungen der Nadel 3 ist in Fig. 1 strichliert angedeutet.
Es wird also deutlich, dass einerseits die Nadel 3 mittels des Gelenkarms 4 um den definierten Rotationspunkt R schwenkbar ist, wobei der Gelenkarm 4 eine Schwenkung der Nadel 3 um eine erste Achse in einer den Rotationspunkt R enthaltenden Ebene bewirkt, und dass andererseits der Gelenkarm 4 um eine durch den Rotationspunkt R verlaufende zweite Achse A2 im Sinne einer Schwenkung der den Rotationspunkt R enthaltenden Ebene um die zweite Drehachse schwenkbar ist.
Die Schwenkungen um die Achsen AI und A2 erfolgen motorisch, wobei die entsprechenden Motore in den Figuren nicht dargestellt sind. Die Lagerung 5 ist wiederum an einem beispielsweise passiven, d.h. nicht motorisch, sondern manuell verstellbaren Haltearm 6 verstellbar angebracht.
Im Folgenden wird an Hand der Fig. 1 und 2 die Antriebseinrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung beschrieben, die ein knickfreies, motorisch angetriebenes Einstechen einer Nadel 3 in den Körper eines Patienten ermöglicht.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die das Nadelführungssystem 2 und in Verbindung mit Fig. 1 das Prinzip des Antriebes der Nadel 3 schematisch dargestellt, ist Kernstück des Nadelführungssystems 2 eine spezielle Führungskanüle 7, welche am distalen, d.h. am freien Ende des Gelenkarms 4 befestigt ist und wie erläutert in gewissen Grenzen um den dem Einstichpunkt entsprechenden Rotationspunkt R dreidimensional geschwenkt werden kann.
Die Funktion der Führungskanüle 7 besteht darin, die Nadel 3 sicher aufzunehmen und zu führen. Die Besonderheit der Führungskanüle 7 besteht darin, dass sie eine Zweiteilung in zwei Abschnitte 7a und 7b aufweist, wobei sich zwischen den Abschnitten 7a und 7b Antriebsmittel für die Nadel 3 befinden.
Als Antriebsmittel weist die Antriebseinrichtung zwei vorzugsweise wie dargestellt mit einem Rillenprofil versehene Walzen 8a, 8b auf, zwischen denen die Nadel 3 geführt wird. Die insbesondere als Gummiwalzen ausgebildeten Walzen 8a, 8b führen, sobald sie angetrieben werden, ihre rotatorische Bewegung durch Reibung, d.h. reibschlüssig, in eine Translation der Nadel 3 über, so dass die Nadel 3 in einen Patienten eingestochen werden kann.
Um das Antriebsmoment für die Walzen 8a, 8b aufzubringen weist die Antriebseinrichtung einen Servomotor 9, der sich gemäß Fig. 1 im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels im Bereich des unteren horizontalen Elementes des Gelenkarms 4 befindet. Über eine Antriebswelle 10 und erforderlichenfalls zusätzliche in Fig. 2 nicht dargestellte (Getriebe- ) Komponenten wird das Drehmoment über ein Antriebszahnrad 11 zu dem Walzenpaar 8a, 8b übertragen. Eine gleichmäßige Verteilung des Drehmoments auf beide Walzen 8a, 8b wird über zwei Zahnräder 12a 12b bewerkstelligt, die direkt mit den Walzen 8a, 8b verbunden sind.
Durch die dicht an den Walzen 8a, 8b angebrachten beiden Abschnitte 7a und 7b der Führungskanüle 7 wird die Nadel 3 in ihrem Antriebsbereich optimal geführt, was eine homogene, gleichmäßige Krafteinleitung in die Nadel 3 sicherstellt und die Gefahr des Knickens der Nadel 3 beim Einstechen weitgehend ausschließt.
Auch im Bereich des Einstichpunkts der Nadel 3 , der wie erwähnt mit dem Rotationspunkt R identisch ist, ist die Gefahr des Knickens der Nadel 3 beim Einstechen weitgehend ausgeschlossen, da die Führungskanüle 7 derart an dem Gelenkarm 4 angebracht ist, dass ihr eines Ende dem Rotationspunkt R entspricht. Durch diese Anordnung der Führungskanüle 7 ist es nämlich ausgeschlossen, dass die Nadel zwischen Antrieb und Einstichpunkt knicken kann.
Außerdem ist diese Anordnung der Führungskanüle 7 deshalb günstig, weil in der medizinischen Anwendung die Einrichtung zunächst so positioniert werden muss, dass sich der Rotationspunkt R am gewählten Einstichpunkt befindet, was sehr einfach möglich ist, da lediglich die Spitze der Führungskanüle 7 auf den Einstichpunkt aufgesetzt werden muss.
Die beschriebene konstruktive Ausführung gewährt einerseits genügend Platz und Bewegungsfreiheit, siehe die in Fig. 3 eingetragenen Maße a und b, für einen vielseitigen klinischen Einsatz, wobei in Fig. 3 der Patient mit P und der Zielpunkt, z.B. ein Tumor, mit Z bezeichnet ist. Andererseits gewähr- leistet die beschriebene konstruktive Ausführung ein sicheres und knickfreies Punktieren.
Um Nadeln verschiedener Durchmesser verwenden zu können, kann die Führungskanüle 7 in nicht dargestellter Weise einfach austauschbar sein. Bei der Verwendung von Gummi-Walzen weisen diese in der Regel eine ausreichende Flexibilität auf, um bei gleicher Walzenpaarung zumindest in begrenztem Umfang Nadeln verschiedenen Durchmessers einsetzen zu können.
Alternativ zu dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass nur eine der beiden Walzen 8a, 8b angetrieben wird.
Der Servomotor 9 und die Antriebswelle 10 können innerhalb eines der horizontalen Elemente des Gelenkarms 4 angeordnet sein, falls dieses Rohrartig ausgebildet ist.
Die Antriebseinrichtung gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist in ihren Einzelheiten nur beispielhaft zu verstehen. Wesentlich ist die Verwendung einer in zwei Abschnitte unterteilten Führung mit zwischen den Abschnitten angeordneten, insbesondere reibschlüssigen Antriebsmitteln für die Nadel .
Vorteile dieser Konstruktion sind Folgende:
- Sowohl im Bereich des Antriebs der Nadel als auch im Bereich des Einstichstelle ist ein Knicken der Nadel weitgehend ausgeschlossen.
- Wird die Vorrichtung unter Röntgendurchleuchtung verwendet, so müssen alle Komponenten im Strahlungsfeld möglichst röntgentransparent sein, um keine Abschattung im Bild zu erzeugen. Durch die Ausführung als Parallel-Trieb ist es sehr einfach möglich, den vorderen Bereich des Führungssystems aus röntgentransparenten Kunststoffen herzustellen, während sich die Motoren und höher belastete Kom- ponenten aus Metall außerhalb des Strahlungsfeldes befinden.
- Der Parallelogrammtrieb ermöglicht es, dass sich im Bereich des Rotationspunktes keine Gelenke befinden und damit genügend Platz und Bewegungsfreiheit für einen vielseitigen klinischen Einsatz geboten ist.
- Die gesamte Konstruktion lässt sich sehr kompakt ausführen, was insbesondere die Anwendung im CT ermöglicht. Alternative Systeme bestehen dagegen bestehen häufig aus bogenförmigen Konstruktionen, die meist sehr sperrig sind.

Claims

Patentansprüche
1. Medizinische Einrichtung mit einer Führung zur Aufnahme einer Nadel, insbesondere einer Punktionsnadel, und einer Antriebseinrichtung für eine in der Führung befindliche Nadel, wobei die Führung in zwei Abschnitte unterteilt ist und wobei die Antriebseinrichtung zwischen den Abschnitten angeordnete, mit der Nadel zu deren Antrieb zusammenwirkende Antriebsmittel aufweist.
2. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 1, deren Antriebsmittel wenigstens eine mit der Nadel reibschlüssig zusammenwirkende Antriebsrolle aufweisen.
3. Medizinische nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Nadel mittels eines Gelenkarms um einen definierten Rotationspunkt schwenkbar ist, wobei der Gelenkarm eine Schwenkung der Nadel um eine erste Achse in einer den Rotationspunkt enthaltenden Ebene bewirkt.
4. Medizinische Einrichtung nach Anspruch 3, deren Gelenkarm um eine durch den Rotationspunkt verlaufende zweite Achse im Sinne einer Schwenkung der den Rotationspunkt enthaltenden Ebene um die zweite Drehachse schwenkbar ist.
5. Medizinische nach Anspruch 3 oder 4, die einen Gelenkarm in Form eines Parallelogrammtriebes aufweist.
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