DE69532918T2

DE69532918T2 - Endoskopische, mikrochirurgische instrumente

Info

Publication number: DE69532918T2
Application number: DE69532918T
Authority: DE
Inventors: T. Alex ROTH; H. Scott MILLER
Original assignee: Heartport Inc
Current assignee: Edwards Lifesciences AG
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1995-02-09
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2015-02-10
Also published as: ATE264656T1; WO1995021573A1; US5618306A; CA2181921A1; JPH10500583A; EP0744918B1; EP0744918A4; AU1747795A; EP1348381A3; US5810877A; EP0744918A1; ES2217276T3; EP1348381A2; US5501698A; JP3524101B2; AU686746B2; DE69532918D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Instrumente zur Durchführung eines minimalinvasiven chirurgischen Eingriffs im Allgemeinen und betrifft Instrumente zur Durchführung minimalinvasiver mikrochirurgischer Eingriffe in äußerst kleinem Maßstab, wie etwa eine Transplantation eines Coronararterienbypasses.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Minimalinvasive Operationsmethoden, wie etwa Thoracoskopie, Laparoskopie, Pelviskopie, Endoskopie und Arthroskopie, minimieren ein Patiententrauma, indem sie einen Zugang zu körperinneren Kavitäten durch sehr kleine Einschnitte oder durch als Trokar-Hülsen bekannte perkutane Röhrchen bieten. Um eine operative Prozedur auszuführen, werden längliche Flachforminstrumente in eine Körperkavität durch diese Einschnitte oder durch Trokar-Hülsen eingeführt. Eine Visualisierung wird durch perkutane Visualisierungsvorrichtungen erleichtert, welche als Laparoskope, Endoskope, Arthroskope und dgl. bekannt sind und welche typischerweise aus einer Videokamera bestehen, die zur Einführung durch einen kleinen Einschnitt oder eine Trokar-Hülse konfiguriert ist, um eine Betrachtung der Körperkavität an einem Videomonitor zu gestatten. Durch Umgehung der Notwendigkeit eines großen, offenen Einschnitts, um die Körperkavität freizulegen, können minimalinvasive Methoden den Schmerz, die Erholungsdauer, die Morbidität und Sterblichkeitsraten sowie Kosten von offenen operativen Prozeduren ohne eine Einbuße in ihrer Wirksamkeit reduzieren.
In den letzten Jahren wurden minimalinvasive Methoden entwickelt, um die Durchführung verschiedener operativer Prozeduren an Organen und Kanälen der Abdominal- und Beckenkavitäten zu erleichtern. Wohlbekannte Beispiele derartiger Prozeduren umfassen die laparoskopische Cholecystektornie, die laparoskopische Appendektomie, die laparoskopische Hysterektomie und die laparoskopische Hernie-Reparatur.
Ein besonders wichtiger Meilenstein in der minimalinvasiven Chirurgie wurde mit der Entwicklung von thorakoskopischen Methoden zur Chirurgie des Herzens und großer Blutgefäße erreicht. Derartige Methoden sind in dem gemeinschaftlich übertragenen U.S. Patent mit der Nummer 5,452,733 beschrieben.
In jener Anmeldung sind thorakoskopische Methoden zur Durchführung einer Coronararterienbypasstransplantation ("coronary arten bypass grafting") (CABG) beschrieben, welche die Notwendigkeit einer Sternotomie oder einer anderen Form von grober Thorakotomie beseitigen, welche durch herkömmliche offene operative Methoden erforderlich sind. Bei einer thorakoskopischen CABG wird eine arterielle Blutquelle, wie die innere Brustwandarterie ("internal mammary artery") (IMA) aus ihrer nativen Anordnung herausgeschnitten, durchgeschnitten und für eine Anbringung an einer Anastomosestelle an einer Ziel-Coronararterie vorbereitet, üblicherweise die linke vordere, absteigende Coronararterie ("left anterior descending coronary arten") (LAD). Ein Abschnitt der Ziel-Coronararterie mit der Anastomosestelle wird dann von dem Epicardium abgeschnitten. Weiterhin wird ein kleiner Einschnitt in der Arterienwand ausgeführt. Das distale Ende der arteriellen Blutquelle (z. B. IMA) wird dann über dem Einschnitt in der Ziel-Coronararterie anastomosiert, in der Regel durch Vernähen. Jeder dieser Schritte wird mittels Instrumente ausgeführt, welche durch kleine Einschnitte oder durch Trokar-Hülsen durchgeführt werden, die innerhalb von Zwischenrippen-Räumen des Brustkorbs angeordnet sind, und zwar unter der Visualisierung mittels eines Endoskops oder einer anderen perkutanen Visualisierungsvorrichtung.
Da die CABG-Prozedur erfordert, dass ein komplexer mikrochirurgischer Eingriff an extrem kleinen Körperstrukturen ausgeführt wird, sind chirurgische Instrumente, welche für laparoskopische und andere minimalinvasive Anwendungen konstruiert sind, nicht allgemein zur Durchführung einer thorakoskopischen CABG geeignet. Die meisten laparoskopischen Prozeduren zielen beispielsweise auf Körperstrukturen, welche verglichen mit den Coronargefäßen ziemlich groß sind, und erfordern nicht den hohen Grad an Präzision, welcher von mikrochirurgischen Eingriffen, wie etwa CABG, gefordert wird. Dementsprechend weisen laparoskopische Instrumente im Allgemeinen relativ große Endeffektoren mit verhältnismäßig großen Bewegungsbereichen auf, was derartige Instrumente zur Verwendung an sehr kleinen Strukturen wie den Coronargefäßen schlecht geeignet macht. Zusätzlich weisen derartige Instrumente üblicherweise Fingerschlaufen oder pistolenartige Stellglieder auf, welche in der Handfläche des Benutzers oder zwischen dem Daumen und dem Zeigefinger des Benutzers gegriffen werden, was die Sensibilität und Präzision begrenzt, mit welcher derarige Instrumente gehandhabt und betätigt werden können. Derartige Fingerschlaufen oder pistolenartige Griffe sind weiterhin auf eine einzelne Orientierung in der Hand des Benutzers begrenzt und können nicht erneut in der Hand angeordnet werden, um einen besseren Zugang zu einer Körperstruktur zu gestatten, oder um die Orientierung des Endeffektors zu verändern.
Der Beginn der thorakoskopischen CABG und anderer minimalinvasiver mikrochirurgischer Prozeduren erfordert daher eine neue Generation von mikrochirurgischen Instrumenten, welche spezifisch konstruiert sind, um die einzigartigen Anforderungen derartiger Prozeduren zu erfüllen. Diese Instrumente müssen ein kleines Profil zur Einführung durch kleine Einschnitte oder Trokar-Hülsen aufweisen und müssen eine Länge aufweisen, welche ausreichend ist, um das Herz und andere Brustorgane und Gefäße von verschiedenen perkutanen Zugangspunkten aus zu erreichen. Die Instrumente müssen Endeffektoren aufweisen, welche dazu ausgebildet sind, einen feinen, hochpräzisen mikrochirurgischen Eingriff an sehr kleinen Gefäßen auszuführen, einschließlich Endeffektoren mit sehr kleinen Abmessungen und sehr kurzen Bewegungsbereichen. Die Instrumente müssen Stellglieder aufweisen, welche eine ergonomische einhändige Betätigung mit Sensibilität und Präzision erleichtern und welche vorzugsweise einen Hub aufweisen, der groß genug für eine komfortable Betätigung durch die Finger ist und der am Endeffektor auf einen sehr kurzen Bewegungsbereich reduziert ist. Wünschenswerterweise werden die Stellglieder eine Konfiguration aufweisen, welche analog zu chirurgischen Zangen oder zu anderen Arten von mikrochirurgischen Instrumenten ist, die üblicherweise bei offenchirurgischen Prozeduren verwendet werden, was die zur Anpassung an minimalinvasive mikrochirurgische Methoden erforderliche Lernkurve verkürzt.
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 9016261 U beschreibt ein mikrochirurgisches Instrument mit zwei relativ beweglichen Backen an seinem distalen Ende und einem Stellglied an seinem proximalen Ende zur Bewegung der Backen, nach Maßgabe des Oberbegriffs von Anspruch 1.
ABRISS DER ERFINDUNG
Diese Erfindung stellt Instrumente gemäß Anspruch 1 bereit, um die Durchführung von minimalinvasiven mikrochirurgischen Prozeduren und insbesondere die Durchführung einer thorakoskopischen CABG und anderen Prozeduren am Herzen und an großen Gefäßen zu erleichtern. Die Instrumente der Erfindung erleichtern unterschiedliche chirurgische Aktivitäten, einschließlich einem Anbringen von Clips oder Klammern, einem Vernähen, einem Einschnitt, einer Durchtrennung, einer Dissektion, einer Retraktion und einer Manipulation und sind besonders zur Verwendung an extrem kleinen Körperstrukturen ausgebildet, wie etwa den coronaren Blutgefäßen. Um die Ausführung eines präzisen mikrochirurgischen Eingriffs in einem sehr kleinen Maßstab zu ermöglichen, sind die Instrumente derart ausgebildet, dass sie in einer einzigen Hand analog zu chirurgischen Klammern gehalten werden. Die Instrumente werden durch ein Paar von symmetrischen proximal-angelenkten zangenartigen Hebelen betätigt, welche durch die Finger zur sensiblen und präzisen Betätigung eines Endeffektors verschwenkt werden können. Die Betätigungssymmetrie gestattet, dass jedes Instrument in der Hand des Benutzers gedreht oder auf andere Art und Weise erneut positioniert werden kann, um die Orientierung des Endeffektors zu ändern, ohne der Einfachheit der Betätigung zu schaden. Darüber hinaus gestatten das proximale Gelenk des Stellglieds zusammen mit einem proximal angeordneten Gelenkmechanismus, dass der Abstand zwischen der Hand des Benutzers und der Körperoberfläche für eine optimale Beherrschung des Instruments minimiert wird.
Ein erfindungsgemäßes mikrochirurgisches Instrument umfasst einen äußeren Schaft mit einem axialen Lumen sowie einen inneren Schaft, welcher verschiebbar in dem axialen Lumen angeordnet ist. Ein Endeffektor ist mit dem distalen Ende des inneren Schafts gekoppelt und ist relativ zum äußeren Schaft beweglich. Am proximalen Ende des äußeren Schafts ist zur Betätigung des Endeffektors ein Stellglied angeordnet. Das Stellglied umfasst einen ersten und einen zweiten Hebel, welche jeweils an ihrem proximalen Ende mit entweder dem äußeren Schaft oder dem inneren Schaft gekoppelt sind, wobei jeder Hebel derart distal und nach außen vorgespannt verläuft, dass er einen spitzen Winkel mit dem äußeren Schaft bildet. Mit jedem Hebel und mit dem Schaft, mit welchem die Hebel selbst nicht gekoppelt sind, ist ein Verbindungsglied gekoppelt. Auf diese Art und Weise sind der erste und der zweite Hebel symmetrisch schwenkbar, um die Verbindungsglieder zu schwenken, wodurch der innere Schaft relativ zum äußeren Schaft übertragen wird, um den Endeffektor zu betätigen.
Der Endeffektor des Instruments kann verschiedene Konfigurationen zur Durchführung verschiedener Funktionen aufweisen. Der Endeffektor kann ein Paar von Backen umfassen, welche für verschiedene Zwecke ausgebildet sein können, einschließlich Schneiden, Greifen, Halten einer Nähnadel sowie Anbringen eines Clips oder einer Klammer. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Endeffektor eine erste Backe, welche an dem äußeren Schaft befestigt ist, und eine zweite Backe, welche mit dem inneren Schaft gekoppelt ist, sodass ein Verschieben des inneren Schafts relativ zum äußeren Schaft die zweite Backe relativ zu der ersten Backe bewegt. Die zweite Backe kann schwenkbar, axial verschiebbar, drehbar oder relativ zur ersten Backe verbiegbar sein. Die Backen können derart konfiguriert sein, dass sie gegenüberliegende Greifflächen zum Greifen von Gewebe oder zum Halten einer Nähnadel aufweisen, oder können scharfe Schneidkanten aufweisen, welche zum Schneiden von Gewebe relativ zueinander in einer Scherbeziehung bewegbar sind. Die Backen können ferner bei verschiedenen Winkeln und Orientierungen relativ zum inneren und zum äußeren Schaft angeordnet sein, um einen Bereich von Endeffektorkonfigurationen bereitzustellen, um verschiedene chirurgische Bedürfnisse zu erfüllen.
Alternativ kann der Endeffektor zum Anbringen eines Clips oder einer Klammer an einer Körperstruktur ausgebildet sein. Bei einer beispielhaften Konfiguration umfasst der Endeffektor ein Paar von Backen, welche am distalen Ende des inneren Schafts befestigt sind und dazu ausgebildet sind, einen Clip oder eine Klammer zwischen sich zu halten. Die Backen sind voneinander weg vorgespannt und sind aufeinander zu auslenkbar. Bei Betätigung ist der äußere Schaft derart konfiguriert, dass er distal über einen proximalen Abschnitt der Backen gleitet, um die Backen aufeinander zu zu spannen, wodurch der Clip oder die Klammer geschlossen wird.
Vorzugsweise sind die Instrumente der Erfindung für mikrochirurgische Prozeduren im extrem kleinen Maßstab ausgebildet, wie etwa Coronaranastomose. Um derartige Prozeduren zu erleichtern, sind die Hebel des Stellglieds derart konfiguriert, dass sie einen komfortablen Bewegungsbereich für eine zangenartige Fingerbetätigung bereitstellen, ein Bewegungsbereich, welcher am Endeffektor auf einen sehr kleinen Bewegungsbereich reduziert ist, wodurch eine sensible und präzise Betätigung für sehr kleine Endeffektorbewegungen bereitgestellt wird.
Beim Betätigen von sehr kleinen Endeffektoren durch sehr kleine Bewegungsbereiche ist bei einer Bereitstellung einer ruhigen und präzisen Betätigung die Minimierung von Reibung wichtig. Um Reibung zu verringern, werden die Verbindungsglieder mit dem Schaft (entweder dem inneren oder dem äußeren) derart gekoppelt, dass der auf den Schaft durch ein Verbindungsglied ausgeübten Querkraft eine durch das andere Verbindungsglied auf den Schaft ausgeübte Querkraft gegenüberliegt. Gewöhnlich wird dies erreicht durch Koppeln der inneren Enden der Verbindungsglieder mit dem Schaft an Punkten, welche von dem proximalen Ende des Schafts gleich weit entfernt sind. Da die; Hebel nach innen geschwenkt werden, spannen auf diese Art und Weise die Verbindungsglieder den inneren Schaft nicht gegen den äußeren Schaft (oder umgekehrt), was Reibung bei einer Bewegung der Schäfte relativ zueinander erzeugen würde.
Die Hebel können biegbar oder starr sein und die Hebel können auf verschiedene Arten und Weisen mit dem inneren oder dem äußeren Schaft gekoppelt sein, einschließlich durch Stifte, durch dynamische Scharniere, durch Stabverbindungen oder durch andere Mittel. Vorzugsweise sind die Hebel jedoch an ihren proximalen Enden mit dem inneren oder dem äußeren Schaft gelenkig verbunden. Es ist ein Mittel zum Vorspannen der Hebel nach außen vorgesehen, welches in einer Ausführungsform eine mit jedem Hebel gekoppelte flache Feder umfasst. Bei einer Gelenkanordnung können die Hebel, anstelle biegbar oder nachgiebig zu sein, starr sein, was eine breite Vielfalt von zu verwendenden Materialien und Geometrien gestattet. Auf diese Art und Weise können die Hebel für eine optimale Leistung und ein Minimum an Kosten ausgelegt sein.
Die Verbindungsglieder können derart konfiguriert sein, dass sie den inneren Schaft entweder distal oder proximal relativ zum äußeren Schaft verschieben, wenn die Hebel nach innen geschwenkt werden. Um eine Verschiebung des inneren Schafts proximal bereitzustellen, sind die inneren Enden der Verbindungsglieder proximal zu den äußeren Enden der Verbindungsglieder angeordnet. Um eine Verschiebung des inneren Schafts distal bereitzustellen, sind die inneren Enden der Verbindungsglieder distal zu den äußeren Enden der Verbindungsglieder angeordnet.
Die Instrumente der Erfindung sind ferner dahingehend vorteilhaft, dass sie dem Nutzer gestatten, das Instrument von einer Position aus zu halten und zu betätigen, welche so nahe wie möglich an der Oberfläche des Körpers des Patienten ist, was eine Beherrschung des Instruments optimiert. Die proximalangelenkten Hebel gestatten dem Nutzer, die Hebel nahe ihrer distalen Enden in Eingriff zu bringen und das Instrument in die Körperkavität des Patienten durch einen Einschnitt oder eine Trokar-Hülse bis zu den distalen Enden der Hebel einzuführen. Auf diese Art und Weise kann der Nutzer das Instrument in einer der Oberfläche des Körpers des Patienten unmittelbar benachbarten Position in Eingriff nehmen und handhaben. Die Verbindungsglieder sind vorzugsweise mit den Hebeln in einem proximalen Abschnitt derselben gekoppelt, sodass sie nicht das Instrument stören oder dessen Einführung begrenzen. Eine proximale Anordnung der Verbindungsglieder maximiert weiterhin den mechanischen Vorteil, welcher aus den auf die distalen Enden der Hebel ausgeübten Kräften erhalten werden kann, und gestattet, dass der Hub der Hebel relativ zum Bewegungsbereich des Endeffektors verstärkt wird.
Die Erfindung kann ferner Mittel zur Verriegelung der Hebel in einer geschlossenen Stellung umfassen. Dies kann nützlich sein, um sicherzustellen, dass die Backen des Endeffektors zur Einführung oder zum Zurückziehen von der Körperkavität geschlossen sind, oder um das Risiko einer durch einen offenen Endeffektor bewirkten unabsichtlichen Verletzung des Patienten zu verringern.
Gewöhnlich sind die Instrumente der Erfindung für endoskopische Anwendungen ausgebildet, wobei der Endeffektor durch einen kleinen Einschnitt oder eine Trokar-Hülse in die Körperkavität eingeführt wird. Um eine solche Einführung zu erleichtern, sind das Profil des Endeffektors und der äußere Schaft vorzugsweise minimiert. In einer Ausführungsform weist der äußere Schaft einen Durchmesser von weniger als etwa 5 mm auf.
Die Instrumente der Erfindung können verwendet werden, um verschiedene chirurgische Prozeduren auszuführen, sowohl herkömmliche offene Prozeduren als auch minimalinvasive Prozeduren. Bei einem endoskopischen Behandlungsverfahren wird das distale Ende des Instruments durch eine perkutane Penetration in eine Körperkavität eingeführt und unter Visualisierung mittels eines durch eine perkutane Penetration eingeführten Sichtgeräts wird ein distaler Abschnitt von wenigstens einem Hebel nach innen gedrückt, um symmetrisch beide Hebel zum Schaft hin zu schwenken, wodurch die Backen des Endeffektors an einer Körperstrukur in der Körperkavität geschlossen werden.
Das Verfahren kann verwendet werden zum Schneiden, Dissektieren, Durchschneiden, Zurückziehen oder zum anderweitigen Manipulieren einer Körperstruktur, und ebenso zum Nähen oder zum Anbringen von Clips oder Klammern an eine Körperstruktur. Das Verfahren kann bei einer thorakoskopischen CABG-Prozedur zum Dissektieren eines Transplantatgefäßes, wie etwa der IMA, aus ihrer nativen Stellung und zur Durchführung einer Anastomose des Transplantatgefäßes an die Coronararterie, wie etwa der LAD, verwendet werden.
Ein weiteres Verständnis der Natur und der Vorteile der Erfindung können unter Bezugnahme auf die verbleibenden Abschnitte der Beschreibung und der Zeichnungen realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1B sind Aufrissansichten eines mikrochirurgischen Instrumentes von der Seite bzw. von oben, welches nach Maßgabe der Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
1C ist eine Darstellung einer Brust eines Patienten im Teilschnitt, welche die Verwendung des Instruments von 1A–1B durch eine Trokar-Hülse; zeigt.
2A–2B sind Querschnittsansichten einer ersten Ausführungsform eines Stellglieds in dem mikrochirurgischen Instrument von 1 von der Seite bzw. von oben.
2C ist eine Seitenquerschnittsansicht des Stellglieds von 2A in einer geschlossenen Position.
3A–3B sind Querschnittsansichten einer zweiten Ausführungsform eines Stellglieds in dem mikrochirurgischen Instrument von 1 von der Seite bzw. von oben.
3C ist eine Seitenquerschnittsansicht des Stellglieds von 3A in einer geschlossenen Position.
4A–4B sind Seitenteilquerschnittsansichten eines Stellglieds in dem mikrochirurgischen Instrument von 1, welche zwei alternative Ausführungsformen eines Stellgliedverriegelungsmechanismus zeigen.
5–6 sind Seitenteilquerschnittsansichten von zwei alternativen Ausführungsformen eines Endeffektors in dem mikrochirurgischen Instrument von 1.
7A ist ein Seitenteilquerschnitt einer alternativen Ausführungsform eines Endeffektors in dem mikrochirurgischen Instrument von 1.
7B–10 sind Seitenaufrissansichten von verschiedenen Ausführungsformen eines Endeffektors in dem mikrochirurgischen Instrument von 1.
11 ist eine Seitenteilquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines mikrochirurgischen Instruments, welches nach den Prinzipien der Erfindung aufgebaut ist.
12 ist eine Seitenaufrissansicht eines distalen Abschnitts des mikrochirurgischen Instruments von 11, welche die Anbringung eines chirurgischen Clips an ein Gefäß zeigt.
13 ist ein Querschnitt durch einen Thorax inferior eines Patienten zum Herzen, welcher die Anordnung von Trokar-Hülsen und mikrochirurgischen Instrumenten zeigt.
14–15 und 17 sind hintere Aufrissansichten eines Herzen eines Patienten, welche die Durchführung einer Coronararterienanastomose zeigen.
16A–16E zeigen ein Verfahren eines Nähens eines Transplantatgefäßes an eine Coronararterie.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BESONDERER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Instrumente der Erfindung erleichtern die Durchführung von mikrochirurgischen Verfahren mit hoher Genauigkeit und Beherrschbarkeit. Die Erfindung ist daher in jeder beliebigen Prozedur nützlich, bei welcher sehr kleine Körperstrukturen involviert sind oder bei welcher hochpräzise chirurgische Bewegungen ausgeführt werden, seien es herkömmliche offene Prozeduren oder minimalinvasive Prozeduren. Da die Instrumente für die Durchführung eines chirurgischen Eingriffs durch kleine perkutane Einschnitte oder Trokar-Hülsen gut geeignet sind, ist die Erfindung insbesondere für die Durchführung von minimalinvasiven Prozeduren gut geeignet, wie etwa Thorakoskopie, Laparoskopie und Pelviskopie. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden beispielsweise die Instrumente der Erfindung für die Durchführung von thorakoskopischen CABG-Prozeduren verwendet, bei welchen spezialisierte Instrumente durch perkutane Penetrationen und/oder Trokar-Hülsen eingeführt werden, um ein Transplantatgefäß, wie etwa die IMA, aus ihrer nativen Stelle zu zergliedern, eine Coronararterie, wie etwa die LAD stromabwärts einer arteriellen Läsion einzuschneiden und das Transplantatgefäß an die Coronararterie zu anastomosieren. Zur Durchführung des bei einer thorakoskopischen CABG-Prozedur erforderlichen ultrapräzisen mikrochirurgischen Eingriffs ist kein bekanntes thorakoskopisches, laparoskopisches oder anderes minimalinvasives chirurgisches Instrument geeignet.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform eines mikrochirurgischen Instruments nach Maßgabe der Erfindung ist in den 1A–1C dargestellt. Das mikrochirurgische Instrument 20 umfasst einen äußeren Schaft 22 mit einem proximalen Ende 24 und einem distalen Ende 26. Das proximale Ende 24 des äußeren Schafts 22 ist an ein Stellglied 28 montiert. Das Stellglied 28 umfasst einen Körper 30 mit einem distalen Ende 32, an welches der äußere Schaft 22 montiert ist, sowie ein proximales Ende 34, mit welchem ein Paar von Hebeln 36 schwenkbar gekoppelt sind. Die Hebel 36 weisen jeweils ein mit dem Körper 30 gekoppeltes proximales Ende 35 und ein distales Ende 37 auf, welches von dem äußeren Schaft 22 nach außen vorgespannt ist, sodass es mit diesem einen spitzen Winkel bildet. Ein Fingergriff 38 ist nahe dem distalen Ende 37 eines jeden Hebels 36 angeordnet, wobei die Fingergriffe eine Mehrzahl von Nuten oder anderer Texturmerkmale umfassen, um ein Greifen und Betätigen des Instruments zu erleichtern.
Wie in 1C gezeigt ist, ist das Stellglied 28 derart konfiguriert, dass es zwischen dem Daumen T und dem Zeigefinder F der Hand des Benutzers gehalten wird, ähnlich der Art und Weise, in welcher herkömmliche Zangen gehalten werden. Die Hebel 36 können an den Fingergriffen 38 durch die Spitzen des Fingers F und des Daumens T in Eingriff genommen sein, wobei die proximalen Enden 35 der Hebel 36 auf der Hand des Benutzers zwischen und/oder hinter dem Zeigefinger F und dem Daumen T ruhen. Wird es in dieser Art und Weise gehalten, ist das Instrument 20 mit hoher Präzision und Beherrschbarkeit positionierbar und kann mit großer Leichtigkeit durch Ausüben eines Drucks nach innen an den Fingergriffen 38 betätigt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform betragen die Hebel 36 8 bis 12 cm in der Länge und bilden in der offenen Stellung einen Winkel a zwischen 3° und 30°, vorzugsweise zwischen 5° und 10° mit dem äußeren Schaft 22.
Zurück zu den 1A–1B. Ein Endeffektor 40 ist an das distale Ende des äußeren Schafts 22 montiert. Der Endeffektor 40 kann verschiedene Konfigurationen nach Maßgabe der Funktion aufweisen, für deren Ausführung das Instrument 20 ausgebildet ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der Endeffektor 40 zum Halten einer Nähnadel ausgebildet und umfasst eine an den äußeren Schaft 22 montierte feste Backe 42 und eine schwenkbar an den äußeren Schaft 22 und mittels eines inneren Schafts 46 mit dem Stellglied 28 gekoppelte bewegbare Backe 44, was unten ausführlicher beschrieben wird. Durch Schwenken der Hebel 36 nach innen zu dem äußeren Schaft 22 hin kann die bewegliche Backe 44 zu der festen Backe 42 hin verschwenkt werden, um eine Nähnadel N zwischen diesen wie in 1C zu klemmen.
Ein äußerer Schaft 22 und ein Endeffektor 40 sind vorzugsweise für endoskopische Anwendungen konfiguriert und weisen ein Profil auf, welches zur Einführung durch einen kleinen perkutanen Einschnitt oder eine Trokar-Hülse TS in eine Körperkavität BC geeignet ist, wie in 1C dargestellt ist. Idealerweise ist das Profil (Querschnittsfläche) des äußeren Schafts 22 minimiert, um ein maximales Spiel durch einen Einschnitt oder durch eine Trokar-Hülse hindurch bereitzustellen, wodurch die Manövrierbarkeit des Instruments maximiert wird. Für die meisten Prozeduren muss jedoch der äußere Schaft 22 eine signifikante Starrheit aufweisen, um einem Biegen oder Knicken zu widerstehen. Für endoskopische Anwendungen muss der äußere Schaft 22 ebenso eine Länge aufweisen, welche ausreichend ist, um eine Zielstelle in einer Körperkavität von einer Position außerhalb des Körpers zu erreichen. In einer beispielhaften Ausführungsform, welche für einen thorakoskopischen chirurgischen Eingriff am Herzen geeignet ist, ist der äußere Schaft 22 aus einem Metall, wie etwa Aluminium, Titan oder nicht rostendem Stahl, aufgebaut, weist einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser von 2 bis 10 mm, vorzugsweise von etwa 3 bis 5 mm auf und weist eine Länge etwa 10 bis 30 cm, vorzugsweise von etwa 20 bis 25 cm auf.
Die Instrumente der Erfindung können für entweder eine Zug- oder eine Druckbetätigung des Endeffektors 40 konfiguriert sein. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Zug-Aktuators 28 ist in den 2A–2C dargestellt. Der äußere Schaft 22 ist an einer Hülse 45 befestigt, welche innerhalb einer axialen Bohrung 74 im Körper 30 gehalten ist. Eine Einstellschraube 49 ist im Eingriff mit der Hülse 45 und gestattet eine axiale Einstellung des äußeren Schafts 22 relativ zum Körper 30. Die Hebel 36 sind durch Zapfen 48 an dem Körper 30 angelenkt. Es sind Mittel vorgesehen, um die Hebel 36 nach außen vorzuspannen, welche eine flache Feder 50 am proximalen Ende 34 des Körpers 30 umfassen können, die derart gestaltet ist, dass jedes Ende der Feder 50 zwischen einem Hebel 36 und dem Körper 30 angeordnet ist. Die flache Feder 50 kann ein nachgiebiges, biegsames Metall sein, wie etwa nicht rostender Stahl.
Verschiedene alternative Mittel können verwendet werden, um die Hebel 36 an den Körper 30 zu koppeln, wie etwa ein dynamisches Gelenk oder eine Stabverbindung. Alternativ können die Hebel 36 an dem Körper 30 und/oder aneinander befestigt sein und mit ausreichender Flexibilität versehen sein, um den distalen Enden 37 zu gestatten, zum äußeren Schaft 22 hin ausgelenkt zu werden. Die dargestellte Gelenkzapfenanordnung stellt eine einfache und zuverlässige Kopplung mit dem Vorteil bereit, dass die Hebel 36 nicht flexibel sein müssen, was eine Verwendung einer breiten Vielfalt von starren Materialien für die Hebel, einschließlich von Metallen und Kunststoffen ermöglicht.
Ein Paar von Verbindungsgliedern 52 weisen jeweils ein äußeres Ende 54 auf, welches gelenkig mit einem Hebel 36 verbunden ist, und weisen ein inneres Ende 56 auf, welches gelenkig mit einem zylindrischen Lastbügel 58 verbunden ist. Die äußeren Enden 54 sind durch Zapfen 55 und Buchsen 57 mit dem Hebel 36 gekoppelt. Der Körper 30 hat eine Öffnung 60, in welcher die inneren Enden 56 der Verbindungsglieder 52 an dem proximalen Ende 62 des Lastbügels 58 angebracht sind. Das proximale Ende 62 des Lastbügels 58 ist durch einen Kanal 64 gegabelt, in welchem die inneren Enden 56 der Verbindungsglieder 52 durch einen Zapfen 65 gekoppelt sind. Der Lastbügel 58 ist in der Axialbohrung 47 im Körper 30 verschiebbar. Ein mit einem Gewinde versehenes Loch 68 verläuft in axialer Richtung durch einen distalen Abschnitt des Lastbügels 58. Eine Schraube 60 ist an einem proximalen Ende 72 des inneren Schafts 46 befestigt und ist in das Loch 68 derart eingeschraubt, dass der innere Schaft 46 sich zusammen mit dem Lastbügel 58 bewegt.
Im Betrieb ziehen dann, wenn die Hebel 36 zum äußeren Schaft 22 hin verschwenkt werden, die Verbindungsglieder 52 den Lastbügel 58 und den inneren Schaft 46 proximal relativ zum äußeren Schaft 22 zu der in 2C gezeigten Stellung. Ein Lösen einer nach innen gerichteten Kraft an den Hebeln 36 gestattet diesen, unter der Kraft der Feder 50 zu ihrer äußeren Stellung zurückzukehren. Die Bewegung der Hebel 36 nach außen ist durch den Eingriff der Schraube 70 und/oder des Lastbügels 58 gegen das proximale Ende der Hülse 45 begrenzt. Das Ausmaß einer Bewegung der Hebel 36 nach außen und somit die axiale Verschiebung des inneren Schafts 46 können durch Lösen der Einstellschraube 49 und erneutes axiales Positionieren der Hülse 45 eingestellt werden.
Die äußeren Enden 54 der Verbindungsglieder 52 können mit den Hebeln 36 an verschiedenen Positionen zwischen ihren proximalen Enden 35 und distalen Enden 37 an einem Punkt gekoppelt sein, welcher sich mehr als die halbe Länge des Hebels 36 von seinem distalen Ende 37 befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch die äußeren Enden 54 mit den Hebeln 36 in einem proximalen Abschnitt derselben gekoppelt. Durch Maximieren des Abstands zwischen dem Punkt, bei welchem der Benutzer auf die Hebel 36 drückt, und dem Ankopplungspunkt an die Verbindungsglieder 52 wird ein mechanischer Vorteil maximiert. Gleichzeitig lässt diese proximale Positionierung der Verbindungsglieder den Großteil des Bereichs zwischen dem distalen Abschnitt der Hebel 36 und dem äußeren Schaft 22 offen, was jede Möglichkeit einer Störung zwischen den Gelenken 52 und dem Körper des Patienten, den Trokar- Hülsen, dem Benutzer oder anderen Objekten beseitigt. Dies ist besonders dann nützlich, wenn die Instrumente in den Körper des Patienten durch kleine Einschnitte oder Trokar-Hülsen bei laparoskopischen, thorakoskopischen oder anderen minimalinvasiven chirurgischen Prozeduren eingeführt sind. Wie in 1C gezeigt ist, können die Instrumente der Erfindung durch derartige kleine Zugangsöffnungen in die Körperkavität bis zum maximalen Ausmaß (bis zu den distalen Enden 37 der Hebel 36) derart eingeführt sein, dass der Abstand zwischen der Hand U des Benutzers und dem Körper P des Patienten minimiert ist. Derartiges Positionieren erleichtert eine maximale Beherrschbarkeit des Instruments für eine ultrapräzise Handhabung.
Die 3A–3C stellen eine Druck-Ausführung des Stellglieds 28 dar, bei welchem ein innerer Schaft 46 derart konfiguriert ist, dass er eher distal als proximal relativ zum äußeren Schaft 22 verschoben wird, wenn die Hebel 36 nach innen verschwenkt werden. Die Ausführungsform der 3A–3C ist in vielerlei Hinsicht jener von 2A–2C ähnlich, ausgenommen, dass die inneren Enden 56 der Verbindungsglieder 52, welche mit dem proximalen Ende 62 des Lastbügels 58 gekoppelt sind, distal zu den äußeren Enden 54 angeordnet sind, welche mit den Hebeln 36 gekoppelt sind. Auf diese Art und Weise drücken die Verbindungsglieder 52 den Lastbügel 58 und den inneren Schaft 46 distal, wenn die Hebel 36 nach innen verschwenkt werden. Um die Bewegung der Hebel 36 nach außen zu begrenzen, ebenso wie die proximale Bewegung des inneren Schafts 46, ist eine Begrenzungsschraube 74 in einem mit einem Gewinde versehenen Loch 76 in einem proximalen Ende des Körpers 30 angeordnet. Die Verbindungsglieder 52 weisen jeweils eine Verlängerung 78 an einer proximalen Seite derselben auf, welche derart konfiguriert sind, dass sie mit einem distalen Ende 80 der Begrenzungsschraube 74 im Eingriff sind, wenn die Hebel 36 sich in einer Außenstellung befinden. Der Grad an Bewegung der Hebel 36 nach außen, ebenso wie die axiale Verschiebung des inneren Schafts 46, kann durch Verändern der Tiefe der Begrenzungsschraube 74 im Loch 76 eingestellt werden.
Bezugnehmend auf die 4A–4B kann das Stellglied 28 weiter ein Verriegelungsmittel 86 umfassen, um die Hebel 36 in einer Innenstellung zu halten, wenn Druck von diesen gelöst ist. Das Verriegelungsmittel 86 kann verschiedene Konfigurationen aufweisen, einschließlich die Einzelstellungskonstruktion von 4A und die Sperrzahnkonstruktion von 4B. In der Ausführungsform von 4A umfasst das Verriegelungsmittel 86 eine Raste 88, welche an jeden der Hebel 36 nahe des distalen Endes 37 derselben angebracht ist. Wenigstens eine erste Raste 88A ist an den Hebel 36 durch einen nachgiebigen ablenkbaren Träger 90 angebracht, was der Raste 88A bei einem Eingriff mit der zweiten Raste 88B gestattet, in Querrichtung abzulenken, wenn die Hebel 36 zueinander hin gedrückt werden. Die Raste 88A weist einen gestuften Abschnitt 91 auf, welcher bei Kontakt mit der verjüngten Rückseite des Endabschnitts 92 abgelenkt wird. Nach einem Lösen des Endabschnitts 92 schnappt der gestufte Abschnitt 91 von der Ablenkung teilweise zurück und ruht unter dem Endabschnitt 92, was verhindert, dass die Hebel 36 zu ihren Außenstellungen zurückkehren. Um die Hebel 36 freizugeben, werden sie weiter nach innen gedrückt, wodurch die Raste 88A den Endabschnitt 92 der Raste 88B vollständig freigibt und zu ihrer nicht abgelenkten Stellung zurückkehrt. Wenn die Hebel 36 zu ihren Außenstellungen zurückkehren, gleitet die Rückseite der Raste 88A entlang der verjüngten Vorderseite des Endabschnitts 92.
In der Ausführungsform von 4B umfasst das Verriegelungsmittel 86 einen Sperrzahnmechanismus, um den Hebeln 36 zu gestatten, in einer beliebigen einer Anzahl von Stellungen zwischen vollständig offen und vollständig geschlossen gehalten zu werden. In dieser Ausführungsform ist ein Kipphebel 94 schwenkbar an einen Hebel 36A nahe eines distalen Endes 37 desselben gekoppelt. Ein erstes Ende 96 des Kipphebels 94 verläuft durch einen Schlitz 98 in dem Hebel 36 und weist eine Fingerablage 100 mit Nuten oder anderen Texturmerkmalen auf, um während eines Eingriffs durch den Benutzer ein Verrutschen zu rediazieren. Eine Mehrzahl von Zähnen 102 sind an einer Querseite des Kipphebels 94 angeordnet und sind derart konfiguriert, dass sie eine Klinke 104 am zweiten Hebel 36B in Eingriff nehmen. Ein zweites Ende 105 eines Kipphebels 94 verläuft durch einen Schlitz 106 in dem zweiten Hebel 36B. Ein Vorspannmittel, wie etwa eine Blattfeder 108, ist mit dem Kipphebel 94 und mit dem Hebel 36A gekoppelt, um die Zähne 102 gegen die Klinke 104 zu spannen. Wenn die Hebel 36 nach innen gedrückt werden, verläuft auf diese Art und Weise der Kipphebel 94 durch den Schlitz 106 und die Zähne 107 laufen sequenziell entlang der Klinke 104 über diese hinweg. Wenn die Hebel 36 in einer gewünschten Stellung sind, kann der Druck gelöst werden und der Eingriff der Klinke 104 gegen den Zahn 102 verhindert, dass sich die Hebel 36 nach außen zurückstellen. Wenn die Hebel 36 gelöst werden sollen, wird die Fingerablage 100 distal gedrückt, wobei der Kipphebel 94 im Uhrzeigersinn verschwenkt wird und die Zähne 102 von der Klinke 104 außer Eingriff gelangen.
Die mikrochirurgischen Instrumente der Erfindung können eine Anzahl unterschiedlicher Endeffektoren aufweisen, welche zur Ausführung einer Vielfalt von chirurgischen Aktivitäten geeignet sind. Verschiedene Beispiele derartiger Endeffektoren sind in den 5–10 dargestellt. Es wird von Fachleuten verstanden werden, dass die Prinzipien der Erfindung zusätzlich zu den hier besonders dargestellten und beschriebenen an verschiedenen Endeffektorkonfigurationen angewendet werden können.
Die Endeffektoren in den mikrochirurgischen Instrumenten der Erfindung können entweder für eine Zug- oder eine Druckbetätigung konfiguriert sein, abhängig davon, ob das Zug-Stellglied der 2A–2C oder das Druck-Stellglied der 3A–3C verwendet wird. Eine beispielhafte Ausführungsform eines Zug-Endeffektors ist in 5 dargestellt. Der Endeffektor 40 umfasst eine feste Backe 112, welche an dem distalen Ende 26 des äußeren Schafts 22 angebracht ist, sowie eine bewegliche Backe 114, welche schwenkbar mit dem äußeren Schaft 22 oder mit der festen Backe 112 bei einem Schwenkpunkt 115 gekoppelt ist. Der innere Schaft 46 weist ein distales Ende 116 auf, welches schwenkbar mit einem hinteren Abschnitt 118 der beweglichen Backe 114 proximal zu dem Schwenkpunkt 115 gekoppelt ist. Es ist offensichtlich, dass, wenn der innere Schaft 46 proximal relativ zum äußeren Schaft 22 verschoben wird, die bewegliche Backe 114 zu der festen Backe 112 hin verschwenkt.
Eine beispielhafte Ausführungsform eines Druck-Endeffektors ist in 6 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der Schwenkpunkt 115 nahe einem proximalen Ende der beweglichen Backe 114 angeordnet und der innere Schaft 46 ist mit der beweglichen Backe 114 distal zum Schwenkpunkt 115 gekoppelt. Es kann erkannt werden, dass eine Verschiebung des inneren Schafts 46 distal relativ zum äußeren Schaft 22 die bewegliche Backe 114 zu der festen Backe 112 hin verschwenken wird.
Die Wahl, entweder einen Zug-Endeffektor oder einen Druck-Endeffektor zu verwenden, ist von einer Vielzahl von Überlegungen geleitet, einschließlich der Geometrie des Endeffektors, der Funktion, welche der Endeffektor auszuführen konstruiert ist, und die Vorliebe des Benutzers für entweder Druck- oder Zug-Betätigung. Beispielsweise dort, wo hohe Kräfte im Endeffektor benötigt werden, um Funktionen auszuführen, wie etwa Greifen oder Schneiden, ist häufig eine Zug-Betätigung bevorzugt, um die Möglichkeit eines Knickens des inneren Schafts 46 zu beseitigen. Bei einigen Endeffektoren, welche zum Stanzen oder Scheren konstruiert sind, ist häufig eine Druck-Betätigung bevorzugt, um einen dichten Gleitkontakt zwischen den Backen bereitzustellen. Zusätzlich kann der Benutzer bevorzugen, dass die Backen des Endeffektors normalerweise geschlossen sind, wenn die Hebel 36 des Stellglieds 28 sich in einer Außenstellung befinden, sodass die Backen durch Drücken der Hebel 36 nach innen geöffnet werden. In derartigen Fällen können die Instrumente der Erfindung in einfacher Weise für entweder eine Zug- oder eine Druck-Betätigung ausgebildet sein, indem der Endeffektor von 5, welcher zum Schließen zu ziehen ist, mit dem Stellglied von 3, welches zum Schließen zu drücken ist, versehen wird, oder indem der Endeffektor von 6, welcher zum Schließen zu drücken ist, mit dem Stellglied von 2, welches zum Schließen zu ziehen ist, versehen wird.
7–10 stellen Beispielkonfigurationen von Endeffektoren dar, welche zur Durchführung verschiedener chirurgischer Funktionen geeignet sind. 7A– 7B zeigen zwei Ausführungsformen von Greifzangen. Beide Ausführungsformen sind für verschiedene Zwecke nützlich, jedoch ist die Ausführungsform von 7A insbesondere beim Mobilisieren der inneren Brustwandarterie (IM, A) zum Transplantieren einer Coronararterie nützlich, wie unten beschrieben wird. Beide Ausführungsformen umfassen eine feste Backe 112 und eine bewegliche; Backe 114 mit Greifflächen 120, 122, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, sodass sie beim Schließen der Backen in Kontakt gelangen. Die Greifflächen 120, 122 weisen Texturmerkmale auf, wie etwa Quernuten oder Zähne 124, um ein Greifen an Gewebe oder anderen Objekten zu verbessern. Verschiedene wohlbekannte Backenkonstruktionen können verwendet werden, wie etwa DeBakey, Colley, Mayo oder Babcock. Die Backen 112, 114 können verschiedene Größen und Gestalten aufweisen, abhängig von den besonderen Prozeduren, für welche sie ausgebildet sind. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Backen 112, 114 für eine sehr präzise Arbeit an äußerst kleinen Körperstrukturen bei mikrochirurgischen Eingriffen ausgebildet, wie etwa CABG, mit einer Länge von gewöhnlich zwischen 3 und 15 mm, bevorzugt von zwischen 5 und 10 mm. Bei der Ausführungsform von 7A sind die Backen 112, 114 bei einem Winkel von vorzugsweise zwischen etwa 45° und 90° relativ zu der durch den äußeren Schaft 22 definierten distalen Richtung angeordnet, um ein Greifen der IMA beim Mobilisieren derselben von der Brustwand zu erleichtern. Bei der Ausführungsform von 7B sind die Backen 112 im Allgemeinen orthogonal zu dem äußeren Schaft 22 und sind in der distalen Richtung verjüngt, um einen distalen Abschnitt verringerter Größe für einen verbesserten Zugang in kleine Räume und zur Verwendung an äußerst kleinen Strukturen bereitzustellen.
8 stellt eine Ausführungsform einer vorwärts schneidenden Schere eines Endeffektors 40 dar. Bei dieser Ausführungsform weisen die feste Backe 112 und die bewegliche Backe 114 jeweils eine geschärfte Schneidkante 126 entlang einer inneren Seite derselben auf. Die bewegliche Backe 114 ist derart konfiguriert, dass sie längs der festen Backe 112 schwenkt, sodass die Schneidkanten 126 bei einem Schervorgang aneinander entlang gleiten. Gewöhnlicherweise sind die Backen 112, 114 zu einem scharfen distalen Punkt 128 verjüngt. Vorzugsweise sind bei der Scherenausführungsform die Backen 112, 114 wiederum zur Verwendung bei einer CABG und anderen mikrochirurgischen Eingriffen ausgebildet, mit einer Länge im Bereich von 3 bis 10 mm und vorzugsweise von 3 bis 5 mm. Backen 112, 114 können bei einer Vielfalt von unterschiedlichen Winkeln relativ zu der durch den äußeren Schaft 22 definierten distalen Richtung angeordnet sein, von +90° bis –90°, abhängig von der auszuführenden besonderen Schneidaufgabe.
9 zeigt eine Ausführungsform einer rückwärts schneidenden Schere des Endeffektors 40. Bei dieser Ausführungsform sind die Backen 112, 114 sehr ähnlich jenen der Ausführungsform einer vorwärts schneidenden Schere von Figur 8, mit einer geschärften Schneidkante 126 und sich zu einem distalen Punkt 128 verjüngend. Allerdings sind die Backen 112, 114 bei einem Winkel von zwischen 90° und 270° relativ zu der durch den äußeren Schaft 22 definierten distalen Richtung angeordnet, sodass die distalen Punkte 128 im Allgemeinen nach hinten zeigen, um ein Schneiden in einer proximalen Richtung (zum Benutzer hin) zu erleichtern.
10 zeigt eine Ausführungsform des Endeffektors 40 als Nähnadelhalter. Bei dieser Ausführungsform weisen die Backen 112, 114 Kontaktflächen 130, 132 auf, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind und welche beim Schließen miteinander in Eingriff kommen. Kontaktflächen 130, 132 sind zum festen Greifen einer Nähnadel zwischen den Backen 112, 114 sowie zum Handhaben der Nadel zu Zwecken einer Anbringung einer Naht an einer Körperstruktur ausgebildet. Da derartige Nähnadeln typischerweise Stahl oder ein anderes hartes Metall sind, ist es üblicherweise wünschenswert, an jeder Backe eine Einlage 134 aus gehärtetem Stahl, Carbid, oder einem anderen Metall vorzusehen, um den Griff bezüglich der Nadel zu erhöhen und Abrieb an den Greifflächen zu verringern. Die Kontaktflächen 130, 132 sind vorzugsweise mit Nuten, Rautenrändelmustern oder anderen Texturmerkmalen versehen, um den Griff zu verbessern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Backen 112, 114 für ein Halten einer BV-1 Nähnadel ausgebildet, welche für eine Coronaranastomose und andere mikrochirurgische Anwendungen geeignet ist, wobei die Backen üblicherweise eine Länge von zwischen 3 und 10 mm und vorzugsweise von zwischen 3 und 5 mm aufweisen. Die Backen 112, 114 können ebenso um eine Querachse gekrümmt sein, um ein Halten einer Nähnadel bei verschiedenen Winkeln relativ zum Schaft 22 zu erleichtern.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verbleibt der äußere Schaft 22 relativ zum Stellglied 28 stationär und der innere Schaft 46 wird entweder distal oder proximal relativ zum äußeren Schaft 22 verschoben. Es sollte verstanden werden, dass die Instrumente der Erfindung ebenso derart konfiguriert sein können, dass der innere Schaft 46 relativ zum Stellglied 28 stationär bleibt und der äußere Schaft 22 relativ zum inneren Schaft 46 verschoben wird. Ein Beispiel der letztgenannten Konfiguration ist in 11 dargestellt. Die Hebel 36 sind an einen Körper 140 gekoppelt, welcher eine axiale Bohrung 141 aufweist, in der das proximale Ende 142 des inneren Schafts 46 festgelegt ist. Ein proximales Ende 144 des äußeren Schafts 22 ist an einer Hülse 146 mit Abflachungen 148 an den Querseiten eines proximalen Endes desselben festgelegt. Ein Paar von Verbindungsgliedern 150 sind an ihren äußeren Enden 152 mit den Hebeln 36 gekoppelt und an ihren inneren Enden 154 mit den Abflachungen 148 an der Hülse 146. Wie oben beschrieben wurde, können die Verbindungsglieder 150 konfiguriert sein, um den äußeren Schaft 22 entweder distal, wie dargestellt, oder proximal relativ zum inneren Schaft 46 zu verschieben, indem die inneren Enden 154 entweder distal oder proximal relativ zu den äußeren Enden 152 positioniert werden.
11 zeigt ferner eine beispielhafte Ausführungsform eines Endeffektors, mit welchem ein Stellglied besonders nützlich ist, welcher zum Verschieben des äußeren Schaftes 22 konfiguriert ist. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Endeffektor 156 eine Clipanbringungsvorrichtung zum Anbringen eines chirurgischen Clips 158. Der Endeffektor 156 kann dazu ausgebildet sein, chirurgische Clips oder Klammern verschiedener Arten und Größen anzubringen, einschließlich beispielsweise eines chirurgischen Clips der Marke Hemoclip^® oder Atrauclip^TM, erhältlich von Pilling/Weck aus Fort Washington, Pennsylvania. Derartige Clips sind eine Titan- oder Tantallegierung oder reines Metallmaterial und weisen ein Paar von in distaler Richtung weisenden Beinen 160 auf, welche bei einem Scheitel 162 miteinander verbunden sind, um eine modifizierte "U"- oder "V"-Gestalt zu bilden. Der Endeffektor 156 umfasst ein Paar von Backen 164, welche dazu ausgebildet sind, zwischen sich den Clip 158 aufzunehmen. Die Backen 164 verlaufen distal von einem gegabelten Schaft 166, welcher an das distale Ende 168 des inneren Schafts 46 angebracht ist. Der Schaft 166 weist einen geraden proximalen Abschnitt 170 und einen erweiterten distalen Abschnitt 172 auf. Wenn der äußere Schaft 22 eine distale Verschiebebewegung ausführt, ist sein distales Ende 174 in Eingriff mit dem erweiterten Abschnitt 172 des Schafts 166 und spannt die Backen 164 aufeinander zu vor, wodurch der zwischen ihnen gehaltene Clip 158 geschlossen wird.
Wie in 12 dargestellt ist, kann der Clip 158 um eine Körperstruktur, wie etwa ein durchtrenntes Blutgefäß BV, angeordnet sein. Das Stellglied 28 kann dann betätigt werden, um den Clip 158 am Blutgefäß BV zu schließen, um die Blutströmung durch dieses hindurch zu stoppen. Eine Vielzahl von Clips 158 kann am Blutgefäß BV angebracht werden, um einen Abschnitt des Gefäßes zu isolieren oder um eine angemessene Ligatur zu gewährleisten. Diese Methode kann während verschiedener chirurgischer Prozeduren angewendet werden, einschließlich CABG, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
Der Endeffektor 156 und der Clip 158 können verschiedene Größen und Gestalten aufweisen, sind jedoch in einer bevorzugten Ausführungsform zur Verwendung bei einer Durchführung von CABG und anderen mikrochirurgischen Eingriffen ausgebildet. Bei derartigen chirurgischen Eingriffen können die Beine 160 des Clips 158 eine Länge von 2 bis 5 mm, vorzugsweise von 3 bis 4 mm aufweisen, wobei der Abstand zwischen den Beinen 160 2 bis 4 mm beträgt. Für größere Blutgefäße können größere Größen von Clips verwendet werden. Der Endeffektor 156 ist dementsprechend bemessen.
Es wird von Fachleuten verstanden werden, dass ein Stellglied, welcher zum Verschieben des inneren Schafts 46 relativ zu einem stationären äußeren Schaft 22 konfiguriert ist, ebenso zur Betätigung einer Clipanbringungsvorrichtung, wie jener von 11, ausgebildet sein kann. Es ist jedoch gewöhnlich wünschenswert, einen konstanten Abstand zwischen der Hand des Benutzers und der Körperstruktur zu halten, an welche ein Clip angebracht werden soll. Daher ist die in 11 dargestellte Stellgliedkonfiguration im Allgemeinen bevorzugt, da der Endeffektor 156 relativ zum Stellglied 28 stationär bleibt, wenn der äußere Schaft 22 eine distale Verschiebebewegung ausführt, um die Backen 164 zu schließen.
Nun wird mit Bezug auf die 13–17 das Verfahren beschrieben werden. Während im Folgenden ausführlich ein bevorzugtes Verfahren einer Durchführung einer Coronararterienanastomose bei einer thorakoskopischen CABG-Prozedur beschrieben werden wird, sollte verstanden werden, dass die Prinzipien bei einer breiten Vielfalt von chirurgischen Prozeduren angewendet werden kann, sowohl an herkömmlichen offenen Prozeduren als auch ebenso an minimalinvasiven Prozeduren.
Wenn der Patient unter Vollnarkose ist, wird die linke Lunge L des Patienten unter Verwendung wohlbekannter Methoden entlüftet. Verschiedene kleine Einschnitte werden in der linken hinteren Brust ausgeführt, durch welche Trokar-Hülsen positioniert werden können, um einen Zugang in die Thorx-Kavität bereitzustellen. Wie in 13 dargestellt ist, sind die Trokar-Hülsen 180 in den Zwischenrippenräumen I zwischen benachbarten Rippen R des Brustkorbs positionierbar, wobei sie typischerweise einen Außendurchmesser von weniger als 12 mm und einen Innendurchmesser von 5 bis 10 mm aufweisen. Die Trokar-Hülsen 180 stellen somit Zugangsöffnungen bereit, durch welche die Instrumente der Erfindung in die Thorax-Kavität eingeführt werden können, um die CABG-Prozedur durchzuführen.
Ein Endoskop 182 wird dann durch eine Trokar-Hülse 180 in die Körperkavität eingeführt, um eine Visualisierung der Thorax-Kavität zu erleichtern. Das Endoskop 182 kann ein Okular 184 zur direkten Visualisierung der Körperkavität und/oder eine Videokamera (nicht dargestellt) umfassen, welche an den Körper 185 zur videobasierten Betrachtung angebracht ist. Das distale Ende 188 des Endoskops 182 kann steuerbar sein oder bei einem Winkel angeordnet sein, um eine Visualisierung des Herzens H zu erleichtern. Das Endoskop 182 kann ferner ein Verbindungselement 186 zum Verbinden mit einer Lichtquelle (nicht dargestellt) umfassen, um Licht zu dem distalen Ende 188 für eine Beleuchtung der Thorax-Kavität zu übertragen. Das Endoskop 182 kann ein im Handel erhältliches Endoskop sein, wie etwa das 45°-Endoskop, welches von Olympus, Abteilung Medizinische Instrumente, in Lake Success, New York erhältlich ist.
Der erste auszuführende chirurgische Schritt bei der CABG-Prozedur ist die Mobilisierung eines Transplantationsgefäßes, um eine neue arterielle Blutquelle zu erzeugen. Gewöhnlich wird ein solches Transplantat beschafft, bevor der Patient an einen cardiopulmonaren Bypass gelegt worden ist und das Herz des Patienten angehalten wurde. Ein üblicher Typ eines Transplantationsgefäßes ist ein Adertransplantat, welches aus einem anderen Teil des Körpers des Patienten beschafft wird, gewöhnlich aus dem Bein. Ein zweiter üblicher Typ eines Transplantationsgefäßes ist die innere Brustwandarterie (IMA), typischerweise die linke IMA (LIMA), in der hinteren Wand der Brust des Patienten. Ebenso können Prothetische Transplantate verwendet werden. Die IMA ist häufig die bevorzugte Form von Transplantationsgefäß, da sie im Allgemeinen eine Durchgängigkeit für eine längere Dauer nach der CABG-Prozedur hält, weniger Vorbereitung für die Anastomose erfordert und in der Thorax-Kavität zugänglich ist, was das Erfordernis nach Einschnitten an anderen Stellen im Körper vermeidet. Aus diesen Gründen wird im Folgenden die Verwendung eines IMA-Transplantats beschrieben werden, obwohl die beschriebenen Methoden in gleicher Weise auf Adertransplantate, prothetische Transplantate und andere Arten von Transplantaten anwendbar sind.
Die IMA muss aus ihrer nativen Stellung in der hinteren Wand der Thorax-Kavität dissektiert werden. Um dies zu erreichen, werden ein Schneidinstrument, wie etwa ein (nicht dargestelltes) Elektrokaustikwerkzeug, ein (nicht dargestelltes) chirurgisches Messer oder eine Schere 190 zusammen mit einer Greifzange 192 durch Trokar-Hülsen 180 eingeführt. Üblicherweise wird für diesen Zweck die in 7A gezeigte Greifzange bevorzugt. Diese Instrumente können bei verschiedenen Stellen eingeführt werden, sind jedoch üblicherweise durch Trokar-Hülsen in der rechten Seite der Brust hindurch eingeführt, um den Instrumenten zu ermöglichen, die hintere Wand der Thorax-Kavität zu erreichen. Unter Verwendung dieser Instrumente wird ein Abschnitt der IMA, üblicherweise 10 bis 20 cm lang, von dem umgebenden Gewebe mit dem noch intakten Blutgefäß weggeschnitten. Abzweigungen der IMA, welche zum Kautarisieren zu groß sind, können mit kleinen Clips doppelt geclipst und zwischen den Clips geteilt werden. Für diesen Zweck kann eine Clipanbringungsvorrichtung, wie die in den 11–12 dargestellte, verwendet werden. Es wird ein Abschnitt der IMA ausgewählt, welcher dann, wenn er distal geschnitten wird, die gewünschte Anastomose-Stelle an der LAD erreichen wird. Dieser mobilisierte Abschnitt der IMA muss dann isoliert werden, um den Blutfluss durch dieses zu stoppen. Eine solche Isolierung kann erreicht werden durch Einführung einer entfernbaren Klammer (nicht dargestellt) in die Thorax-Kavität und durch Anbringen der Klammer an der IMA nahe dem distalen Ende des mobilisierten Abschnitts, jedoch proximal zu dem Punkt, bei welchem das Blutgefäß durchschnitten werden soll. Zu diesem Zweck kann eine herkömmliche Klammer verwendet werden, wie etwa eine Fogarty-Klammer, erhältlich von Baxter Healthcare Corporation aus McGaw Park, Illinois. Eine Clipanbringungsvorrichtung, wie etwa die in den 11–12 dargestellte, wird dann in die Thorax-Kavität eingeführt und ein oder mehrere chirurgische Clips werden an die IMA distal zu dem Punkt angebracht, bei welchem sie durchgeschnitten werden soll. Eine Schere 190 oder ein anderes Schneidinstrument wird dann verwendet, um die IMA nahe dem distalen Ende des mobilisierten Abschnitts zwischen der entfernbaren Klammer und den chirurgischen Clips zu durchschneiden.
Das distale Ende der mobilisierten IMA wird dann für eine Anastomose vorbereitet. Üblicherweise werden Klammern 192 verwendet, um den mobilisierten Abschnitt von der Thorax-Kavität durch eine der Trokar-Hülsen 180 zurückzuziehen. Das distale Ende wird dann für eine Anastomose vorbereitet, indem ein distaler Abschnitt des das Gefäß umgebenden Pediculus weggeschnitten wird, sodass ein distales Segment des Gefäßes freiliegt. Das distale Ende des Gefäßes wird bei einem nicht rechtwinkligen Winkel durchgeschnitten, welcher zur Anbringung an die LAD in einer Fischmaul-Konfiguration geeignet ist. Das Gefäß kann dann zu der Thorax-Kavität zurückgestellt werden.
Der Patient muss dann auf einen kardiopulmonaren Bypass gelegt werden und das Herz muss angehalten werden. Wenn die Operation unter Verwendung von minimalinvasiven Methoden durchgeführt werden soll, müssen diese ausgeführt werden, ohne eine Sternotomie oder eine andere grobe Thorakotomie in der Brust des Patienten durchzuführen. Minimalinvasive Methoden zur Herstellung eines kardiopulmonaren Bypasses und zum Arretieren des Herzens ohne Öffnen der Brust des Patienten sind im US Patent 5,452,733 beschrieben.
Sobald das Herz gestoppt wurde und der Patient an dem kardiopulmonaren Bypass aufrechterhalten wird, kann die Anastomose der IMA an die LAD durchgeführt werden. Wie in 14 dargestellt ist, ist eine Öffnung O in der LAD an der gewünschten Stelle der Anastomose gebildet, und zwar distal zu der Läsion, welche mit einem Bypass versehen werden soll. Eine Schere 190 oder ein anderes Schneidinstrument wird durch eine Trokar-Hülse 180 eingeführt und in der LAD wird ein schmaler Einschnitt gebildet, üblicherweise etwa 2 bis 5 mm lang. Die nach hinten schneidende Schere, welche in 9 dargestellt ist, kann zu diesem Zwecke ebenfalls hilfreich sein, abhängig von der Orientierung des Herzens und/oder der LAD relativ zu dem Benutzer und relativ zu der Trokar-Hülse, durch welche das Instrument eingeführt wird.
Es kann nötig sein, entweder bevor oder nachdem eine Öffnung in der LAD gebildet wird, einen kleinen Abschnitt der LAD auf jeder Seite der Anastomose-Stelle von dem Epikardium weg zu dissektieren, um einen besseren Zugang zur Ausführung einer Anastomose zu erhalten. Die Schere 190 oder andere Schneidinstrumente können zu diesem Zweck verwendet werden. Der dissektierte Abschnitt der LAD kann von der Fläche des Herzens unter Verwendung herkömmlicher Mittel, wie etwa Retract-O-Tape-Gefäßschleifen, welche von Quest Medical aus Dallas, Texas erhältlich sind, zurückgezogen werden.
Um die Anastomose durchzuführen, wird die IMA an die LAD über die Öffnung O genäht. Wie in 15 dargestellt ist, wird ein Greifinstrument, wie etwa die Zange 192, durch eine Trokar-Hülse zum Halten der IMA in der Stellung während der Anastomose eingeführt. Ebenso werden eine oder mehrere Nadeltreiber 194 in die Thorax-Kavität eingeführt, ebenso wie Nahtmaterial 196, welches üblicherweise an beiden Enden Nadeln 198 aufweist. Die Nadeltreiber 194 werden verwendet, um die Nadeln 198 handzuhaben, um das distale Ende der IMA an die LAD anzunähen und zwar unter Visualisierung mittels des Endoskops 182 ( 13) oder einer anderen Visualisierungsvorrichtung.
Zum Annähen der IMA an die LAD können verschiedene Methoden verwendet werden. Eine beispielhafte Methode ist in den 16A–16E dargestellt und ist verständlich bei Kirklin und Barratt-Boyes, Cardiac Surgery, S. 207–277 (1986) beschrieben. Es ist wenigstens ein Paar von Nadeltreibern 194 erforderlich, zusammen mit einem Greifinstrument, wie etwa Zangen 192. Es kann aus den Darstellungen erkannt werden, dass das Nahtmaterial sequenziell durch die Wand der LAD um die Ränder der Öffnung O und durch die Wand der IMA um ihr distales Ende 200 herum hindurchgeführt wird. Dies wird wiederholt, bis Nahtschleifen um den gesamten Umfang der mit einem Abstand von ca. 0,3 mm angeordneten IMA herum ausgeführt wurden. Die Schlaufen werden festgezogen und das Nahtmaterial wird in einer herkömmlichen Art und Weise abgebunden, um eine sichere und fluiddichte Anbringung der IMA an der LAD bereitzustellen, wie in 17 dargestellt ist. Der (oben beschriebene) entfernbare Clip wird dann von der IMA entfernt, was ermöglicht, dass Blut durch die IMA und in die LAD fließt, nachdem das Herz erneut gestartet wurde.
Wenn die Anastomose abgeschlossen worden ist, wird das Herz des Patienten erneut gestartet und der cardiopulmonäre Bypass wird getrennt. Von dem Patienten werden alle Trokar-Hülsen und Kanülen entfernt und die Thorax-Einschnitte und die arteriellen und venösen Punkturen werden geschlossen. Der Patient wird dann aus der Anästhesie zurückgeholt.
Die mikrochirurgischen Instrumente der Erfindung sind besonders ausgebildet, die ultrapräzisen mikrochirurgischen Schritte einer thoraskoskopischen CABG zu erleichtern. Die IMA, LAD und andere Körperstrukturen, welche während der CABG-Prozedur gehandhabt werden, sind äußerst klein, mit Durchmessern im Bereich von 1 bis 4 mm, und sind vergleichsweise fragile Strukturen, welche sanft und präzise gehandhabt werden müssen. Die mikrochirurgischen Zangen, Scheren, Nadeltreiber und Clipanbringungsvorrichtungen der Erfindung sind gut geeignet, diese Strukturen zu greifen, die notwendigen Schnitte, Einschnitte und Ligaturen auszuführen und äußerst kleine Nähte anzubringen, was ermöglicht, dass Anastomosen genau, effizient, wiederholbar und mit minimalem Trauma ausgeführt werden. Die Instrumente der Erfindung weisen nicht nur die sehr kleinen Abmessungen auf, welche für eine derartige Mikrochirurgie notwendig sind, sondern die Mittel zum Halten und Betätigen dieser Instrumente ermöglichen eine extrem präzise Betätigung und Beherrschung der Endeffektoren. Darüber hinaus erleichtern die längliche Niedrigprofilkonfiguration, hohe Steifigkeit und optimale Endeffektorgeometrien dieser Instrumente die Durchführung von CABG und anderen Operationen durch schmale Einschnitte oder Trokar-Hülsen anstelle durch die groben, offenen Thorakotomien, welche in der herkömmlichen Offenherzchirurgie verwendet werden.
Während das Obige eine vollständige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist, können verschiedene Alternativen, Modifikationen und Äquivalente verwendet werden. Daher sollte die obige Beschreibung nicht als den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Rahmen der Erfindung beschränkend angesehen werden.

Claims

Mikrochirurgisches Instrument (20), umfassend einen äußeren Schaft (22) mit einem proximalen Ende (24), einem distalen Ende (26) sowie einem axialen Lumen zwischen diesen; einen inneren Schaft (46), welcher verschieblich in dem axialen Lumen angeordnet ist und ein proximales Ende sowie ein distales Ende aufweist; eine feste Backe (112) am distalen Ende (26) des äußeren Schafts (22); eine bewegliche Backe (114), welche an das distale Ende des inneren Schafts (46) gekoppelt ist und welche relativ zu der festen Backe (112) beweglich ist; sowie ein Stellglied (28) am proximalen Ende (24) des äußeren Schafts (22), wobei das Stellglied (28) einen ersten Hebel (36) mit einem proximalen Ende (35) und einem distalen Ende (37) umfasst, wobei das distale Ende (37) des ersten Hebels (36) an einer ersten Querseite des äußeren Schafts (22) angeordnet und nach außen derart vorgespannt ist, dass es einen spitzen Winkel mit dieser bildet; einen zweiten Hebel (36) mit einem proximalen Ende (35) und einem distalen Ende (37), wobei das distale Ende (37) des zweiten Hebels (36) an einer zweiten Querseite des äußeren Schafts (22) der ersten Querseite gegenüberliegend angeordnet und derart nach außen vorgespannt ist, dass es einen spitzen Winkel mit dieser bildet; eine erste Verbindung (52) mit einem äußeren Ende (54) und einem inneren Ende (56), wobei das äußere Ende (54) an den ersten Hebel (36) bei einem ersten Schwenkpunkt (55) gekoppelt ist; sowie eine zweite Verbindung (52) mit einem äußeren Ende (54) und einem inneren Ende (56), wobei das äußere Ende (54) an den zweiten Hebel (36) bei einem zweiten Schwenkpunkt (55) gekoppelt ist, wobei die inneren Enden (56) der ersten und der zweiten Verbindung (52) an einen zweiten Schaft gekoppelt sind, welcher der andere von dem äußeren Schaft (22) und dem inneren Schaft (46) ist; dadurch gekennzeichnet, dass die proximalen Enden (35) des ersten und des zweiten Hebels (36) schwenkbar an einen ersten Schaft gekoppelt sind, welcher einer von dem äußeren Schaft (22) und dem inneren Schaft (46) ist; wobei sich der erste Schwenkpunkt (55) näher an dem proximalen Ende (35) des ersten Hebels (36) befindet als an dem distalen Ende (37) des ersten Hebels (36), und wobei sich der zweite Schwenkpunkt (55) näher an dem proximalen Ende (35) des zweiten Hebels (36) befindet als an dem distalen Ende (37) des zweiten Hebels (36); wobei der erste und der zweite Hebel (36) derart symmetrisch schwenkbar sind; dass die erste und die zweite Verbindung (52) symmetrische Kräfte auf den inneren Schaft (46) ausüben, um die bewegliche Backe (114) relativ zu der festen Backe (112) zu bewegen.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 1, bei welchem das proximale Ende des ersten Schafts an einem Stellgliedkörper (30) angebracht ist, und bei welchem der erste und der zweite Hebel (36) schwenkbar an den Stellgliedkörper (30) gekoppelt sind.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 2, bei welchem sowohl der erste als auch der zweite Hebel (36) an den Stellgliedkörper (30) durch einen Gelenkstift (48) gekoppelt ist, um welchen der Hebel (36) schwenkbar ist.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 1, welcher ferner eine flache Feder (50) umfasst, das an dem ersten und an dem zweiten Hebel (36) angreift, um die Hebel (36) in eine nach außen gerichtete Stellung vorzuspannen.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 4 und 2, bei welchem die flache Feder (50) ein erstes Ende aufweist, welches zwischen dem proximalen Ende (35) des ersten Hebels (36) und dem Stellgliedkörper angeordnet ist, und ein zweites Ende aufweist, welches zwischen dem proximalen Ende (35) des zweiten Hebels (36) und dem Stellgliedkörper angeordnet ist.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 1, bei welchem der erste und der zweite Schwenkpunkt sich mehr als eine halbe Länge des ersten bzw. des zweiten Hebels (36) von deren distalen Ende entfernt befinden.
Mikrochirurgisches Instrument nach Anspruch 1, bei welchem die bewegliche Backe (114) schwenkbar an den äußeren Schaft (22) gekoppelt ist, wodurch eine Verschiebung des inneren Schafts (46) die bewegliche Backe (114) relativ zu der festen Backe (112) verschwenkt.