DE60029234T2

DE60029234T2 - Chirurgisches Instrument

Info

Publication number: DE60029234T2
Application number: DE60029234T
Authority: DE
Inventors: David L. Natick Brock; Woojin Cambridge Lee
Original assignee: Hansen Medical Inc
Current assignee: Hansen Medical Inc
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: ATE332108T1; EP1224918A2; EP1176921A2; US20010031983A1; JP2002543865A; EP1224918A3; WO2000067640A3; WO2000067640A2; EP1224919A3; ATE499062T1; AU4708100A; US7744622B2; EP1224919B1; EP1176921B1; DE60045660D1; EP1224919A2; DE60029234D1; US20050228440A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein chirurgische Instrumente und bezieht sich spezieller auf rechnergesteuerte oder -unterstützte chirurgische Instrumente. Ein rechnergesteuertes oder -unterstütztes chirurgisches Instrumentarium beinhaltet typischerweise die manuelle Manipulation von solchen Instrumenten wie Skalpellen, Scheren oder Kathetern während chirurgischer Eingriffe mit Hilfe eines Rechners. Der Rechner kann die Bewegung des Instruments führen, kann einen Chirurgen bei der Bewegung des Instruments unterstützen oder kann einfach die Bewegung des Instruments überwachen. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich bei Systemen, bei welchen die Bewegung der Hand eines Chirurgen genutzt wird, um die Bewegung des Instruments indirekt über mechanische Kupplungen und Getriebe zu steuern. Mit zunehmender Weiterentwicklung chirurgischer Instrumente werden viele dieser Vorrichtungen überwacht und möglicherweise weitergehend durch Rechner gesteuert werden.
Computergesteuertes chirurgisches Instrumentarium hat viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Geräten. Beispielsweise können computerunterstützte Systeme viele komplexe Bewegungen koordinieren – und zwar besser, als es für eine nicht unterstützte Person möglich ist. Diese Systeme können eine Bewegung frei skalieren, können Zittern entfernen, sichere Bereiche bieten und Kräfte begrenzen. Rechnersysteme können Bewegungs-"Makros" oder eine stereotype Bewegung ausführen, zum Beispiel Vernähen oder Knoten setzen. Selbst Rückkopplungsprozesse wie etwa das Aufrechterhalten eines konstanten Griffs oder Sondierungen im Hinblick auf Verschlüsse können mit weiterentwickelten rechnergesteuerten chirurgischen Instrumenten möglich sein.
Rechnergesteuertes Instrumentarium ist insbesondere effektiv für minimal-invasive chirurgische Eingriffe, weil dabei der Zugriff und die Sicht stark begrenzt sind. Minimal-invasive Verfahren beinhalten das Operieren durch kleine Schnitte – von typischerweise 5 mm bis 10 mm Durchmesser – hindurch, durch welche Instrumente eingesetzt werden. Es kann auch eine Videokamera in den Patienten eingesetzt werden, um die Operationsstelle zu sichten. Minimal-invasive Chirurgie ist typischerweise weniger traumatisch als konventionelle Chirurgie, und zwar teilweise aufgrund der beträchtlichen Reduzierung der Schnittgröße. Ferner reduziert sich der Krankenhausaufenthalt und die Genesungszeitspannen verkürzen sich im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.
Obgleich der Chirurg eine visuelle Rückkopplung von der Operrationsstelle hat, entweder von einer Kamera, durch radiologische Bildgebung oder Sonographie, bleibt die Fähigkeit, die relativ einfachen laparoskopischen Instrumente zu steuern, schwierig. Selbst bei guter visueller Rückkopplung ist die taktile und positionsmäßige Sinnempfindung des Chirurgen praktisch von der Operationsstelle abgekoppelt und gestaltet endoskopische Prozeduren langsam und unbeholfen.
Das derzeitige Instrumentarium mit Zangen, Scheren usw., das in den Körper am Ende von langen, schmalen Schubstäben eingesetzt wird, ist nicht vollständig zufrieden stellend. Die Nutzung solchen herkömmlichen Instrumentariums erhöht die Operationszeit und vergrößert möglicherweise das Risiko. Beispielsweise kann Gewebe verletzt werden, wenn sich das laparoskopische Werkzeug aus dem Sichtfeld heraus bewegt. Darüber hinaus gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Art und der Komplexität von Einriffen, die laparoskopisch ausgeführt werden können, und zwar teilweise aufgrund der Beschränkungen der Instrumente, die genutzt werden.
Es wurde Entwicklungsarbeit geleistet, um den Einsatz von Robotern in der Chirurgie zu untersuchen. Typischerweise nutzen diese Robotersysteme Arme, die über den Operationstisch reichen und chirurgische Instrumente in ähnlicher Weise wie der menschliche Bediener manipulieren. Das Vorhandensein eines solchen Roboters am Operationsstandort kann jedoch problematisch sein, wenn der Roboter zu groß ist oder anderweitig den Zugriff auf den Patienten während der Operation behindert.
Es besteht daher ein Bedarf an einem chirurgischen Instrument, welches Rechnerunterstützung bietet, jedoch nicht den Zugriff auf den Patienten während der Operation behindert.
Weiterhin besteht ein Bedarf an einem solchen Instrument, das für minimal-invasive Chirurgie genutzt werden kann.
Die EP-A-0776738 offenbart ein endoskopisches chirurgisches Instrument, bei welchem Manipulatoren, die an einer Arbeitsstelle positioniert sind, durch handbetätigte Mittel an einer entfernt gelegenen Steuerstation für den Operierenden gesteuert werden.
Die US-A-5,876,325 offenbart ein ferngesteuertes chirurgisches Manipulatorsystem.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein steuerbares chirurgisches Instrumentensystem zur Verfügung gestellt, welches umfasst: eine Chirurgenschnittstelle, an welcher ein Chirurg Manipulationen zur Steuerung eines chirurgischen Instruments ausführen kann, wobei das chirurgische Instrument zur Ausführung eines medizinischen Verfahrens an einer Operationsstelle an einem Patienten ausgebildet ist, ein Rechnersystem, das elektrisch mit der Chirurgenschnittstelle kommuniziert, einen Aktuator, der elektrisch mit dem Rechnersystem kommuniziert und zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments entsprechend den Manipulationen des Chirurgen mechanisch mit der Schnittstelle verbunden ist, wobei das chirurgische Instrument einen Instrumenteneinsatz umfasst, der einen End-Effektor aufweist, welcher an einem entfernten Ende des Instrumenteneinsatzes zur Ausführung des medizinischen Verfahrens befestigt ist, sowie einen Adapter zum Verbinden mit dem Instrumenteneinsatz, wobei der Adapter ein benachbartes Ende und ein entferntes Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das benachbarte Ende des Adapters derart befestigt ist, dass dieser in nur einer einzigen Drehbewegung drehbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die folgende Beschreibung kann eingehender verstanden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht eines minimal-invasiven chirurgischen Instrumentensystems zeigt, das ein chirurgisches Instrument gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst;
2 ein Funktionsschema der chirurgischen Adapterkomponente des Systems aus 1 zeigt;
3 ein Funktionsschema der Instrumenteneinsatzkomponente des Systems aus 1 zeigt;
4 eine perspektivische Ansicht der chirurgischen Instrumenteneinsatzkomponente des Systems aus 1 zeigt;
5 eine perspektivische Ansicht der Kopplerkomponente des Systems aus 1 zeigt; die
6A–6B perspektivische Ansichten der End-Effektor-Komponente des Systems aus 1 zeigen; die
7A–7C auseinandergezogene perspektivische Ansichten der chirurgischen Instrumentenadapterkomponente des Systems aus 1 zeigen; und
8 eine perspektivische Ansicht der modularen Antriebseinheit zeigt, die in dem System aus 1 genutzt wird; sowie
9 Detailzeichnungen der Verbinderkomponenten des in dem System aus 1 genutzten chirurgischen Adapters zeigt.
Die Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung und sind nicht maßstabsgerecht.
Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung stellt ein Instrumentensystem zur Verfügung, das zum Ausführen von minimal-invasiven Operationen genutzt werden kann. Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes System wird mit Hilfe einer flexiblen Kabelanordnung betätigt, wie sie in den 1–9 gezeigt ist. Generell ist die Kabelanordnung in Form einer Matrix vorgesehen und wird entfernbar an einer Bedienantriebseinheit angebracht. Die Bedienantriebseinheit befindet sich entfernt von der Operationsstelle und ist vorzugsweise ein Stück entfernt von dem sterilen Bereich angeordnet. Die Antriebseinheit wird elektrisch durch ein Rechnersystem gesteuert, das mit einer Nutzerschnittstelle verbunden ist. Befehle, die an der Nutzerschnittstelle ausgegeben werden, werden durch den Rechner in der Antriebseinheit in eine elektronisch angesteuerte Bewegung übersetzt. Das chirurgische Instrument, welches über seine Kabelverbindung an die Antriebseinheit angeschlossen ist, erzeugt die gewünschte Bewegung.
Das chirurgische Instrument besteht im Allgemeinen aus zwei Bestandteilen – einem chirurgischen Adapter und einem Instrumenteneinsatz. Der chirurgische Adapter stellt eine passive mechanische Vorrichtung dar, die durch die angebrachte Kabelmatrix angesteuert wird. Da der chirurgische Adapter abnehmbar ist und relativ einfach ist, kann er für spezielle chirurgische Anwendungen, beispielsweise abdominale, Cardiac-, spinale, arthroskopische, Sinus-, neurale Anwendungen usw. ausgelegt werden. Der chirurgische Einsatz wird mit dem Adapter gekoppelt und stellt grundsätzlich ein Mittel zum Austauschen der End-Effektoren des Instruments bereit. Diese Einsätze können Zangen, Scheren, Nadelantriebe, Elektrokauterisationsvorrichtungen usw. sein.
Nehmen wir speziell auf 1 Bezug, so kann ein chirurgisches Instrumentensystem 10 vorzugsweise genutzt werden, um minimal-invasive Eingriffe auszuführen, obgleich verstanden werden sollte, dass das System auch genutzt werden kann, um andere Eingriffe auszuführen, beispielsweise offene oder endoskopische chirurgische Eingriffe. Das System 10 umfasst eine Chirurgenschnittstelle 11, ein Rechnersystem 12, eine Antriebseinheit 13 und ein chirurgisches Instrument 14. Das chirurgische Instrument 14 besteht aus einem chirurgischen Adapter 15 und einem Instrumenteneinsatz 16. Das System kann genutzt werden, indem der End-Effektor 18 des Instrumenteneinsatzes 16 positioniert wird, welcher durch den chirurgischen Adapter 15 hindurch eingesetzt wird. Während des Einsatzes bedient der Chirurg den Handgriff 30 der Chirurgenschnittstelle 11, um die gewünschte Bewegung des End-Effektors 18 in dem Patienten auszuführen. Die Bewegung des Handgriffs 30 kann von dem Rechnersystem 12 interpretiert werden, um die Bewegung des End-Effektors zu verbessern.
Das System kann auch ein Endoskop mit einer Kamera umfassen, um die Operationsstelle aus der Entfernung zu sichten. Die Kamera kann an dem entfernten Ende des Instrumenteneinsatzes montiert werden oder kann entfernt von der Stelle angeordnet werden, um eine zusätzliche Perspektive für den chirurgischen Eingriff zu bieten. In bestimmten Situationen kann es wünschenswert sein, das Endoskop durch eine andere Öffnung hindurch bereitzustellen als derjenigen, die für den chirurgischen Adapter 15 genutzt wird.
Das chirurgische Instrument 14 ist vorzugsweise an einer starren Strebe 19 montiert, die bewegbar an dem Operationstisch 20 angebracht ist. Dieses bevorzugte Montageschema macht es möglich, dass das Instrument in Bezug auf den Patienten fixiert bleibt, wenn der Tisch umpositioniert wird. Obgleich 1 ein einzelnes chirurgisches Instrument darstellt, sollte verstanden werden, dass das System eine beliebige Anzahl von Instrumenten aufweisen kann.
Der chirurgische Adapter 15 für das chirurgische Instrument 14 umfasst zwei Kabeleinführungsbündel 21 und 22. Diese Kabelbündel 21 und 22 enden an zwei Verbindungsmodulen 23 und 24, welche abnehmbar an der Antriebseinheit 13 angebracht sind. Obgleich hier zwei Kabelbündel beschrieben sind, sollte verstanden werden, dass mehr oder weniger Kabelbündel genutzt werden können. Die Antriebseinheit 13 ist vorzugsweise außerhalb des sterilen Bereichs angeordnet, obgleich sie mit einer sterilen Barriere verhüllt werden kann, sodass sie innerhalb des sterilen Bereichs betrieben werden kann.
Bei dem bevorzugten Verfahren zum Aufbau des Systems wird das chirurgische Instrument 14 durch einen Schnitt oder eine Öffnung in den Patienten eingefügt. Das Instrument 14 wird dann mit Hilfe eines Montageträgers 25 an der starren Strebe 19 befestigt. Die Kabelbündel 21 und 22 werden dann von dem Operationsbereich zu der Antriebseinheit 13 weg geführt. Die Verbindungsmodule 23 und 24 der Kabelbündel 21 und 22 werden danach an der Betätigungseinheit 13 in Eingriff gebracht. Danach können die Instrumenteneinsätze 16 durch den chirurgischen Adapter 15 durchgeführt werden. Die chirurgischen Einsätze 16 werden über die Adapterkupplung 24 seitlich mit dem chirurgischen Adapter 15 gekoppelt.
Das Instrument 14 wird mittels des Schnittstellenhandgriffs 30 gesteuert, welcher von dem Chirurgen bedient werden kann. Die Bewegung des Handgriffs kann über den Koordinationsvorgang des Rechnersystems 12 eine proportionale Bewegung des Instruments 14 erzeugen. Im typischen Fall steuert die Bewegung einer einzigen Hand die Bewegung eines einzelnen Instruments. 1 zeigt einen zweiten Handgriff, der verwendet werden kann, um ein weiteres Instrument zu steuern.
Die Schnittstelle 11 für den Chirurgen steht elektrisch in Verbindung mit dem Rechnersystem 12, und das Rechnersystem 12 steht elektrisch in Verbindung mit der Betätigungseinheit 13. Die Betätigungseinheit 13 steht jedoch in mechanischer Verbindung mit dem Instrument 14. Die mechanische Verbindung mit dem Instrument gestattet, die elektromechanischen Komponenten aus dem Operationsbereich und vorzugsweise aus dem sterilen Bereich zu entfernen. Das chirurgische Instrument 14 ermöglicht eine Reihe unabhängiger Bewegungen oder Freiheitsgrade für den End-Effektor 18. Diese Freiheitsgrade werden sowohl durch den chirurgischen Adapter 15 als auch den Instrumenteneinsatz 16 bereitgestellt.
Der chirurgische Adapter 15, der schematisch in 2 gezeigt ist, bietet drei Freiheitsgrade, die unter Verwendung eines Schwenkgelenks J1, eines linearen Gelenks J2 sowie eines Drehgelenks J3 erzielt werden. Von dem Montageträger 23 aus, der schematisch in 2 gezeigt ist, schwenkt ein Schwenkgelenk J1 die chirurgische Adapteranordnung um eine feste Achse 204. Ein erstes Lineargelenk J2 bewegt das Führungsrohr 200 entlang einer Achse 201, die durch das Rohr definiert ist. Ein Drehgelenk J3 dreht das Führungsrohr 200 um seine Längsachse 201. Das Führungsrohr 200 weist eine Biegung 202 auf, welche bewirkt, dass das entfernte Ende des Rohrs die Achse 201 umläuft, wenn das Führungsrohr um seine Achse gedreht wird.
Durch eine Kombination von Bewegungen an den Gelenken J1–J3, kann der chirurgische Adapter 15 sein entferntes Ende 203 an jeder gewünschten Position im dreidimensionalen Raum positionieren. Unter Nutzung nur einer einzigen Schwenkbewegung wird die externe Bewegung des chirurgischen Adapters 15 minimiert. Ferner schneiden sich die Schwenkachse 204 und die Längsachse 201 an einem fixen Punkt 205. An diesem fixen Punkt 205 ist die seitliche Bewegung des Führungsrohrs 200 im Wesentlichen null.
3 zeigt eine schematische Darstellung der Kinematik des Instrumenteneinsatzes 16. Der Instrumenteneinsatz 16 wird durch den chirurgischen Adapter 15 hindurch derart angeordnet, dass die Bewegungen des Einsatzes sich zu denen des Adapters addieren. Der Instrumenteneinsatz 16 weist zwei Greifer 304 und 305 auf, die durch zwei Drehgelenke J6 und J7 drehbar mit einem Handgelenkglied 303 gekoppelt sind. Die Achsen der Gelenke J6 und J7 sind im Wesentlichen kollinear. Das Handgelenkglied 303 ist über ein Drehgelenk J5, dessen Achse im Wesentlichen senkrecht zu den Achsen der Gelenke J6 und J7 liegt, mit einem flexiblen Schaft 302 gekoppelt. Der flexible Schaft 302 ist an einem starren Schaft 301 angebracht. Der starre Schaft 301 ist durch ein Gelenk J4 drehbar mit der Basis 300 des Instrumenteneinsatzes gekoppelt. Die Achse des Gelenks J4 liegt im Wesentlichen koaxial zu dem starren Schaft 301.
Die Kombination der Gelenke J4–J7 ermöglicht es, den Instrumenteneinsatz 16 mit vier Freiheitsgraden zu betätigen. Wenn er mit dem chirurgischen Adapter 15 gekoppelt ist, stellen der Einsatz und der Adapter für das chirurgische Instrument 14 sieben Freiheitsgrade zur Verfügung. Obgleich hier für den Einsatz 16 vier Freiheitsgrade beschrieben sind, sollte verstanden werden, dass bei anderen Instrumenteneinsätzen eine größere oder geringere Anzahl von Freiheitsgraden möglich ist. Beispielsweise kann ein stromversorgter Einsatz mit nur einem Greifer für elektrochirurgische Anwendungen sinnvoll sein, während ein Einsatz mit einer zusätzlichen linearen Bewegung eine Stabilisierungsmöglichkeit bieten kann.
Der in 4 gezeigte Instrumenteneinsatz 16 umfasst einen Koppler 401, einen starren Schaft 402, einen flexiblen Abschnitt 403 und einen End-Effektor 404. Der Koppler 401 weist ein oder mehrere Räder 405 auf, die seitlich an Rädern 462 des Kopplungsabschnitts 700 an dem chirurgischen Adapter 15 anliegen. Der Koppler 401 weist außerdem ein axiales Rad 406 auf, welches ebenfalls an einem Rad an dem Adapter anliegt. Das axiale Eingriffsrad 406 ist an dem starren Schaft 402 befestigt und wird genutzt, um den End-Effektor an dem fernen Ende des flexiblen Abschnitts axial zu drehen.
Ein Detail der Kopplungsanordnung 401 ist in 5 gezeigt. Jedes Rad 405 des Kopplers weist zwei Kabel 500 und 501 auf, die an dem Rad befestigt sind und die an dessen Basis um entgegengesetzte Seiten herum geschlungen sind. Das untere Kabel 500 läuft außerdem über eine freilaufende Riemenscheibe 502, welche das Kabel zur Mitte des Instrumentenschafts 402 hin führt. Es ist wünschenswert, die Kabel in der Nähe der Mitte des Instrumentenschafts zu halten, da die Kabel entsprechend der Drehung des Schafts folgen werden. Je näher sich die Kabel an der Mittelachse des Schafts befinden, desto weniger störende Bewegung wird auf die Kabel ausgeübt. Die Kabel werden dann durch Kunststoffröhren 503 hindurch geführt, die am nahen Ende des starren Schafts 402 und am fernen Ende des flexiblen Abschnitts 403 befestigt sind. Die Röhren behalten Strecken mit konstanter Länge für die Kabel bei, wenn sich diese in dem Instrumentenschaft bewegen.
Der in den 6A und 6B gezeigte End-Effektor besteht aus vier Elementen, einer Basis 600, einem Gelenk 601, einem oberen Greifer 602 und einem unteren Greifer 603. Die Basis 600 ist an dem flexiblen Abschnitt des Einsatzschafts 403 befestigt. Das Gelenk 601 ist um eine Achse 604 herum drehbar mit der Basis 600 verbunden. Der obere und der untere Greifer 602 und 603 sind um eine Achse 605 herum drehbar mit dem Gelenk verbunden, wobei die Achse 605 im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 604 liegt.
Sechs Kabel 606–611, die in 6A schematisch gezeigt sind, betätigen die vier Elemente 600–603 des End-Effektors. Das Kabel 606 läuft durch den Einsatzschaft und durch ein Loch in der Basis 600, ist um eine abgerundete Fläche an dem Gelenk 601 geschlungen und dann an dem Gelenk 601 angebracht. Durch Zug an dem Kabel 606 wird das Gelenk 601 sowie der gekoppelte obere und untere Greifer 602 und 603 um die Achse 604 gedreht. Das Kabel 607 ermöglicht die zu dem Kabel 606 entgegengesetzte Wirkung und läuft über den gleichen Weg, aber auf der entgegensetzten Seite des Einsatzes.
Die Kabel 608 und 610 laufen ebenfalls durch den Schaft 403 und durch Löcher in der Basis 600. Die Kabel 608 und 610 laufen dann zwischen zwei fixierten Zapfen 612 durch. Diese Zapfen beschränken die Kabel derart, dass diese im Wesentlichen durch die Achse 604 verlaufen, welche die Drehung des Gelenks 601 definiert. Dieser Aufbau gestattet grundsätzlich eine freie Drehung des Gelenks 601 mit minimalen Längenänderungen bei den Kabeln 608–611. Anders ausgedrückt sind die Kabel 608–611, welche die Greifer 602 und 603 betätigen, im Wesentlichen von der Bewegung des Gelenks 601 entkoppelt. Die Kabel 608 und 610 laufen über abgerundete Abschnitte und enden an den Greifern 602 bzw. 603. Durch Zug an den Kabeln 608 und 610 werden die Greifer 602 und 603 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Achse 605 gedreht. Schließlich, wie in 6B gezeigt ist, laufen die Kabel 609 und 611 über den gleichen Weg wie die Kabel 608 und 610, aber auf der entgegengesetzten Seite des Instruments. Diese Kabel 609 und 611 ermöglichen die Bewegung der Greifer 206 bzw. 603 im Uhrzeigersinn.
Das Instrument 16 gleitet durch das Führungsrohr 17 des Adapters 15 und greift seitlich in die Adapterkopplung 24 ein, wie in den 7A bis 7C gezeigt ist. Die Adapterkopplung 24 ist schwenkbar an dem Führungsrohrgehäuse 701 montiert (700). Das Führungsrohrgehäuse 701 lagert drehbar das Führungsrohr 17. Das Führungsrohrgehäuse 701 ist an dem geradlinigen Schieber 703 befestigt, welcher entlang der linearen Strecke 704 läuft. Die geradlinige Strecke 704 ist schwenkbar an der Basis 706 montiert (705).
Kabel, die über Rohre in die Struktur eintreten, betätigen den Adapter 15. Das Schwenkgelenk 705 der Basis wird durch zwei Kabel 708 und 709 gesteuert, welche über eine freilaufende Riemenscheibe 711 und entlang entgegengesetzter Richtungen auf der Antriebsrolle 710 der Basis laufen. Die Führungsrohr-Antriebsrolle 712 ist auf dem Führungsrohr 17 befestigt und wird durch Kabel 715 und 717 betätigt, die das Führungsrohr differentiell drehen. Die axiale Antriebsrolle 713 ist drehbar mit dem Führungsrohr gekoppelt und wird durch Kabel 716 und 718 betätigt. Die axiale Antriebsrolle 713 greift an dem axialen Eingriffsrad 406 an dem Instrument ein.
Die Kabel 718 und 719, die in 7C gezeigt sind, betätigen den linearen Schieber 703. Die Kabel treten in die Basis 706 durch Rohre ein und laufen um freilaufende Riemenscheiben 720 und 721 herum. Das Kabel 718 läuft frei durch den linearen Schieber 703 hindurch und um die ferne freilaufende Riemenscheibe 722 herum und zurück zu dem linearen Schieber 703, an welchem es endet. Das Kabel 719 endet direkt an dem linearen Schieber. Die in der Adapterkopplung 24 angeordneten Eingriffsräder 726 werden von Kabeln betätigt, welche geführt von freilaufenden Riemenscheiben 725 in den schwenkbaren Adapterkoppler 700 eintreten.
Sämtliche Kabel in ihren einzelnen Führungen werden zu zwei Bündeln 21 zusammengefasst, die aus dem Adapter austreten. Diese Kabelbündel enden an Verbindungsmodulen 23, 24, die in 8 gezeigt sind und abnehmbar an der Motorantriebseinheit angebracht sind. Das Verbindungsmodul 24 enthält eine Reihe drehbarer Räder 900, welche passende Räder 800 in Eingriff nehmen, die an der Motorantriebseinheit angeordnet sind. Wie in 9 gezeigt ist, betätigt jedes Rad 900 zwei Kabel 901 und 902, die in entgegengesetzten Richtungen um den Umfang herum geführt sind. Eine freilaufende Riemenscheibe 903 richtet eines der Kabel 902 so aus, dass beide Kabel 901 und 902 parallel und eng aneinander kommen, sodass sie in einfacher Weise in das Kabelbündel 21 eingepasst werden können.
Die Verbindungsmodule 23, 24 sind entfernbar an der Motorantriebseinheit 13 befestigt. Jedes Rad des Verbindungsmoduls ist einzeln an das entsprechende Motorantriebsrad 800 angepasst und wird einzeln durch dieses betätigt. Man beachte, dass der Vierkant 801 an dem Motorantriebsrad in die Aussparung in dem Rad des Verbindungsmoduls passt. Jedes Motorantriebsrad ist auf die Achse eines elektrischen Motors 802 aufgesetzt.
Indem der Instrumenteneinsatz mit dem chirurgischen Adapter und mit dem Verbindungsmodul gekoppelt ist, das an die Antriebseinheit angepasst ist, ermöglicht das Getriebe, dass jeder Motor 802 einen einzelnen Freiheitsgrad bei entweder dem Adapter oder dem Einsatz bedient. Die mechanische Anordnung ermöglicht somit eine entkoppelte Bewegung für jeden Freiheitsgrad. Das komplette System bietet eine Bewegung für das chirurgische Instrument im Körper mit vollen sieben Freiheitsgraden. Diese Freiheitsgrade umfassen drei geradlinige Bewegungen im dreidimensionalen Raum, drei Drehbewegungen, welche eine freie Ausrichtung ermöglichen, sowie einen einzigen Greiffreiheitsgrad.
Es ist in Erwägung zu ziehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen an der Antriebseinheit, der Kabelanordnung, dem chirurgischen Adapter oder dem Instrumenteneinsatz vorgenommen werden können, ohne dass vom Schutzumfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, abgewichen wird.

Claims

Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10), umfassend: eine Chirurgenschnittstelle (11), an welcher ein Chirurg Bedienungen zur Steuerung eines chirurgischen Instruments (14) ausführen kann, wobei das chirurgische Instrument (14) zur Ausführung eines medizinischen Verfahrens an einer Operationsstelle an einem Patienten ausgebildet ist, ein Rechnersystem (12), das elektrisch mit der Chirurgenschnittstelle (11) kommuniziert, einen Aktuator (13), der elektrisch mit dem Rechnersystem (12) kommuniziert und zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments (14) entsprechend den Bedienungen des Chirurgen mechanisch mit der Schnittstelle verbunden ist, wobei das chirurgische Instrument (14) einen Instrumenteneinsatz (16) umfasst, der einen End-Effektor (18) aufweist, welcher an einem entfernten Ende des Instrumenteneinsatzes (16) zur Ausführung des medizinischen Verfahrens befestigt ist, sowie einen Adapter (15) zum Verbinden mit dem Instrumenteneinsatz (16), wobei der Adapter (15) ein benachbartes Ende und ein entferntes Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das benachbarte Ende des Adapters (15) derart befestigt ist, dass dieser nur in einer einzigen Drehbewegung drehbar ist.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Adapter (15) in einer einzigen Drehbewegung entlang einer fixierten Achse drehbar ist.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Adapter (15) ein Führungsrohr (200) umfasst, das am entfernten Ende (203) eine Biegung (202) aufweist, wobei das Führungsrohr (200) eine Längsachse (201) aufweist und um diese Längsachse (201) herum steuerbar rotierbar ist, derart, dass das entfernte Ende (203) des Führungsrohrs (200) die Längsachse (201) des Führungsrohrs (200) umläuft.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach Anspruch 3, wobei der Instrumenteneinsatz (16) einen Schaftabschnitt (302) umfasst, der flexibel ist, so dass er innerhalb der Biegung (202) des Führungsrohrs (200) aufgenommen wird.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das entfernte Ende des chirurgischen Instruments (14) anfänglich manuell leicht durch einen Patienteneinschnitt zur Anordnung an einer Operationsstelle einsetzbar ist.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einen Träger (25) umfasst, der den Adapter (15) in einer fixierten Position relativ zu dem Patienten hält.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach Anspruch 6, wobei der Träger (25) eine Strebe (19) umfasst, die an einem Operationstisch befestigt ist.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Aktuator (13) eine Mehrzahl von Motoren umfasst, die mechanisch mit dem chirurgischen Instrument (14) von einem Ort aus, der von der Operationsstelle entfernt ist, kommunizieren.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Aktuator (13) mechanisch mit dem chirurgischen Instrument (14) durch Kabel (21, 22) verbunden ist, die entfernbar mit dem Aktuator (13) verknüpfbar sind.
Steuerbares chirurgisches Instrumentensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Chirurgenschnittstelle (11) einen Handgriff (30) umfasst, durch den der Chirurg Bedienungen ausführt.