WO1996028107A1 - Vorrichtung zur führung chirurgischer instrumente für die endoskopische chirurgie - Google Patents

Vorrichtung zur führung chirurgischer instrumente für die endoskopische chirurgie Download PDF

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WO1996028107A1
WO1996028107A1 PCT/EP1996/000990 EP9600990W WO9628107A1 WO 1996028107 A1 WO1996028107 A1 WO 1996028107A1 EP 9600990 W EP9600990 W EP 9600990W WO 9628107 A1 WO9628107 A1 WO 9628107A1
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WO
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axis
shaft
attached
effector
guide
Prior art date
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PCT/EP1996/000990
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English (en)
French (fr)
Inventor
Lothar Gumb
Aribert SCHÄF
Rainer Trapp
Gerhard Buess
Marc Schurr
Original Assignee
Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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Publication date
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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/34—Trocars; Puncturing needles
    • A61B17/3403—Needle locating or guiding means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/50—Supports for surgical instruments, e.g. articulated arms

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • the surgeon uses a monitor image.
  • An endoscope with camera and the instruments necessary for the operation are provided by e.g. B. Trocars inserted into the patient's abdomen.
  • the endoscope and instruments can only be moved around the so-called invariant point, which lies in the patient's abdominal wall and represents the trocar insertion point.
  • This enables controlled positioning of the endoscopy system and the instruments, each with the same positioning system.
  • the position of the image acquisition e.g. through the CCD chip of a camera perpendicular to the floor, the location of the surgeon, remain constant during the operation. If the monitor image were rotated during the operation, a spatial orientation of the surgeon during endoscopy in the operating area is difficult.
  • a mechanical guide system for endoscopic surgery according to the preamble is known, with which the instrument is placed in the sleeve of a trocar for a surgical procedure or for observation in a body cavity and which is attached to the end of the shaft ⁇ brought effector of the instrument in the body cavity while observing the invariant point moved in all degrees of freedom.
  • a camera as an effector is located at the bottom of the laparoscope and can be extended and retracted linearly.
  • Endoscopes now usually have a prism angled at 30 ° at their tip, which, by rotating the endoscope, enables them to observe a surface area in the body from the inside. With such a rotation of the effector for all-round observation
  • a camera rigidly attached to the endoscope as in WO 94/21188 as an effector with respect to the location, ie the floor, of the surgeon is only correct in the horizontal and central position “above” and “below” of the camera image again.
  • the camera or the CCD chip in the camera changes its spatial position, ie the camera and endoscope should be readjusted in order to prevent the monitor image from rotating. This requires considerable effort.
  • the spatial orientation in endoscopy is z. B. in the abdominal cavity for the surgeon because "top" and "bottom” of the camera image no longer match the location of the surgeon.
  • the present invention therefore has for its object to provide a device for guiding surgical instruments of the type mentioned at the outset, in particular for use in endoscopic surgery, in which, when the endoscope is rotated, it is viewed by a camera and for spatial observation in the body cavity so that the image transferred to a monitor always remains correctly oriented with regard to "top” and "bottom".
  • the invention proposes in a device of the type described at the outset that an angular piece rotatably mounted about the axis II is arranged under the support for the device on it, which is pivotable about the axis I and on the side thereof to the plane of the axes I and III offset leg below the carrier, the circularly curved segment of a wheel is fastened, through whose center axis II passes.
  • a housing is slidably mounted on the segment by means of a guide, which housing can be moved parallel to the segment curvature.
  • Axis IV attaches a further guide housing, on which a longitudinally movable guide piece for the linear movement slides, the instrument shaft being attached to the receiving shaft of the guide piece, laterally offset in axis III, so that it can be rotated and removed with the effector.
  • the camera is immovably or rigidly fastened to the guide piece likewise in axis III behind the instrument shaft, the image plane of the optical system in the shaft lying on the image-receiving element of the camera and thus being rotatable relative thereto.
  • the invention further proposes that the guide piece consists of a front part, which slides on the guide housing, and a plate attached to it laterally, to which a further mounting plate is screwed, which accommodates a toothed wheel and an intermediate wheel driven by it.
  • the gearbox with a motor for driving the wheels is attached to the mounting plate on the other side, the camera being fastened to the motor.
  • a lateral guide which in turn is attached to the plate for the upper mounting of the instrument shaft, there is a rotatable adapter which is rotated by the gearwheel seated thereon, which meshes with the idler gear, the adapter itself containing the instruments shaft and twists it with the effector.
  • the invention proposes that the end of the shaft facing the effector e.g. is removably and movably guided in a trocar, the shaft alone or both together being loosely held in the eyelet of a trocar receptacle attached to the elbow with a locking lever for the eyelet during the longitudinal movement and being removable from the eyelet after the locking lever has been folded away.
  • the arrangement of the axes I, II and III results in kinematics when adjusted around the axes, which cone-shaped the instrument or the effector like a rigid body around invariant point moves.
  • the camera placed on the instrument shaft no longer changes the image recording "above” and “below” when the axes are adjusted, since a rotation of e.g. B. the CCD chip of the camera in the device according to the invention is no longer possible. From the surgeon's point of view, the “top” and “bottom” of the camera image on the monitor thus always remain constant.
  • FIGS. 1 and 2 shows the top view of FIGS. 1 and
  • FIG. 3 shows section AA in FIG. 1.
  • the main area of application of the device is the observation of the operating field in minimally invasive, endoscopic surgery.
  • an optical system such. B. with an angled 30 ° prism other tip as effector 15, which in a tube, here the instrument shaft 10, an illuminated by light transmission through fiber optic image optically on the image-receiving element, e.g. transmits a CCD chip of an electronic camera 16.
  • the beam path in the shaft 10 is similar to that of a telescope, the CCD chip being in the image plane of the system.
  • the known problems with respect to the image alignment occur in known devices. In the new device, the camera 16 with the CCD chip is therefore no longer rotated when the effector 15 is rotated.
  • the device has four axes I, II, III and IV, wherein
  • I, II and III axes of rotation and IV are a linear axis of displacement.
  • the main axis of this is axis I, which is fixed - as in the
  • Fig. 3 shown - arranged to a carrier 2 as a base passes through the invariant point 1 and is predominantly arranged vertically in space, but can in principle show any orientation.
  • the entire device with all its individual parts can be rotated by 360 ° by motor or by hand about this axis I.
  • Axis II is one of these subordinate pivot axes, which is perpendicular to axis I, intersects it at invariant point 1, but is rotated with it or around it.
  • the axis III forms the longitudinal axis of the instrument or the instrument shaft 10, at the end of which the effector 15, for example a prism angled by 30 °, sits and also intersects the axes I and II at the invariant point 1, ie at their intersection.
  • the axis IV is a minor axis that runs parallel to the axis III at a certain distance. It forms the axis of movement of the linear drive in the guide housing 17 for the longitudinal movement of the instrument shaft 10 with the effector 15.
  • a motor is seated in the carrier 2 for the device, which motor can rotate an angle piece 4 arranged below it and rotatably mounted thereon about the axis 1 by means of the worm drive 3.
  • the segment 5 of a worm wheel is fixed laterally offset to the axis I below the carrier 2, through the center 6 of which the second axis II passes.
  • a housing 7 is slidably mounted on the segment 5 by means of a guide 8, said housing being movable parallel to the segment curvature or on it.
  • a worm 9 is mounted in the housing 7 and is driven by a geared motor 12 via a universal joint 11. The screw 9 engages in the segment 5 and pivots this by rotating it together with the housing 7 (see FIG. 3).
  • the housing 7 is arranged laterally at a certain distance from the plane of the axes I and III through the angle piece 4.
  • the angle piece 4 in connection with the housing 7 attached to it laterally thus has the effect that the axis IV which passes through the center of the housing 7 and the angled central axis of the line arantriebes forms, laterally offset to the shaft or trocar axis III. Due to this lateral offset of the axes III and IV, the trocar 30 or the instrument shaft 10 can be easily removed without being impeded by the linear drive.
  • the guide and linear drive elements attached laterally via an angled double flange 14 sit with their central axis IV for the shaft 10 with its instrument axis III, with the effector 15 at its front end sits.
  • a camera 16 see FIG. 1
  • the effector 15 with the shaft 10 can be rotated relative to the camera 16, which in turn is longitudinally movable but not rotatable relative to the guide housing 17 with the guide piece 13 described in more detail later. All these parts are angled slightly upwards against the housing 7 with the axis IV. All parts thus pivot with the housing 7 about the axis II and about the invariant point 1 relative to the angle piece 4 and rotate with it about the axis I.
  • the main part of the guide elements for the shaft 10 is the guide housing 17, on which a guide piece 13 slides and which is attached to the angled part 31 of the double flange 14.
  • the gear motor 12 for the pivoting movement about the axis II and at the rear end 33 the motor 18 for the linear movement of the guide piece 13 are seated at the front end 32.
  • the longitudinal movement thereof on the guide housing 17 is driven by a motor 18 .
  • a motor 18 Compared to the guide housing 17, there is a fixed, parallel to it parallel threaded spindle 19 which rotates in a non-rotatable spindle nut 20 of the guide piece 13 and is mounted on the front end 32 and in the end piece 29 of the guide housing 17 .
  • the spindle 19 is driven by means of the also in the end piece 29 housed gear 28, which is attached to the motor 18 and forms its output.
  • the guide piece 13 consists of the following parts: a front part 40 which slides on the guide housing 17.
  • a laterally attached plate 34 to which a further mounting plate 36 is screwed, which accommodates the gear 32 and the intermediate gear 35 driven by it.
  • the gear 41 with the motor 21 is attached, which drives the wheels 32 and 35.
  • the camera 16 is attached to the motor 21 by means of the camera holder 24, the camera 16 or its image-recording CCD chip being placed in the axis III behind the instrument shaft 10 or its adapter 37 receiving it so that the image plane of the optical system in instrument 10 comes to lie on the CCD chip.
  • the fiber optic cable 38 for illuminating the surgical site is also attached to the instrument shaft 10.
  • the shaft with the effector and the connection of the cable 38 can be rotated by the adapter 37, but the chip of the camera is stationary, the orientation of the camera image remains the same when the instrument shaft 10 is rotated by means of the motor 21.
  • the cable connection is used for the external position indicator.
  • the adapter 37 is rotatably seated in a lateral guide 39, which in turn is attached to the plate 34 for the upper mounting of the instrument shaft 10 and is rotated by the gear 32 seated on it, which meshes with the intermediate gear 35.
  • the camera 16 is fixed laterally in the axis III via the instrument holder 24 and the instrument shaft 10 is fastened with the effector 15 in such a way that the latter remain rotatable about axis III.
  • the lower part of the instrument shaft 10 is guided with the trocar 30 in a manner described later.
  • the rotary movement is generated by the geared motor 21 which in the axis IV on the side facing away from the variant 1 in or to the guide piece 13 is grown in the manner described above (see Fig. 2).
  • the instrument shaft 10 with effector 15 and camera 16, which is fixed against rotation via the camera holder 24, can thus move linearly along the axis III while maintaining its rotatability with the guide piece 13 and its elements described.
  • the end of the shaft 10 facing the effector 15 is movably guided in the trocar 30, which in turn is loosely guided in the eyelet 27 of a trocar receptacle 25 attached to the elbow 4 with a locking lever 26 for the eyelet 27 during the longitudinal movement and can be removed from the eyelet 27 after the locking lever 26 has been folded away (see FIG. 3).
  • the shaft 10 with the described upper parts and the optics contained in it can thus be pulled out of the still attached trocar 30 and removed from the housing 31 by means of a quick-release fastener (not shown in any more detail), so that an easy interchangeability is ensured.
  • the receptacles or brackets are constructed in such a way that the most diverse geometries of instruments and trocars can be accommodated.
  • the camera 16 remains in place or can also be removed and replaced separately.
  • a rotation of the shaft 10 around the invariant point 1 like a rigid body results from rotating the entire unit about the axis I, the cone angle being pivoted about the axis II and the distance of the effector 15 from the loading action point is determined by the linear movement along the axis III.
  • the instruments necessary for the operation are brought through the trocar 30 into the patient's abdominal cavity.
  • the trocar 30 must remain stationary while the instrument shaft 10 with its axis III is inserted axially through the trocar 30 into the abdomen. Therefore, the trocar receptacle 25 in the device is on the fixed part of the linear guide, while the instrument receptacle is attached to the guide piece 13 or to its housing part 39.
  • the various working positions of the instruments are made possible by adjusting the axes I, II and III. If the axis I is adjusted vertically with respect to the floor at the invariant point 1, the instrument moves a circular or a bowling alley depending on the position of the axis II to the axis I when rotating about the axis I.
  • the instrument tip e.g. the effector 15 can be pivoted left and right about the axis I, up and down about the axis II.
  • the instrument tip can be adjusted linearly from the trocar insertion into the abdomen. If the camera 16 is now in this arrangement of the axes on the instrument shaft 10 in the axis III, the image recording does not change with respect to the top and bottom of the CCD chip of the camera even if all three axes are adjusted and additionally the prism of the Effector 15 are rotated with the shaft 10. The monitor image is not rotated.
  • the sterilized device is assembled and placed on a carrier system pre-assembled on the operating table.
  • the two axes I and II are adjusted to the invariant point and the carrier device is locked.
  • the trocar 30 is then coupled to the device together with the shaft 10. Then the instrument can be brought into the desired position.

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Abstract

Eine Vorrichtung zur Führung chirurgischer Instrumente für die endoskopische Chirurgie, die an einem in einem invarianten Punkt (1) schwenkbaren Schaft (10) angebracht sind, der z.B. durch eine Trokar (30) für einen chirurgischen Eingriff in einen Körperhohlraum gebracht wird und sich der am Ende des Schaftes (10) angebrachte Effektor (15) des Instrumentes in dem Körperhohlraum unter Einhaltung des invarianten Punktes (1) in allen Raumfreiheitsgraden bewegt. Dabei bewegt sich der Effektor (15) mit dem Schaft (10) bei einer kreisförmigen Schwenkbewegung um eine erste Achse (I) durch den invarianten Punkt (1) wie ein starrer Körper, wodurch sein Ende dieser Achse (I) während der Bewegung immer in der gleichen Lage zugewendet ist. Zusätzlich ist der Effektor (15) mit dem Schaft (10) um eine weitere, senkrecht zu der ersten angeordnete, diese im invarianten Punkt (1) schneidende und mit ihr drehbare zweite Achse (II) schwenkbar.

Description

Vorrichtung zur Führung chirurgischer Instrumente für die endoskopische Chirurgie
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches l.
Bei der laparoskopischen Chirurgie orientiert sich der Chirurg an einem Monitorbild. Ein Endoskop mit Kamera und die zur Ope¬ ration nötigen Instrumente werden durch z. B. Trokare in den Bauchraum des Patienten eingeführt. Endoskop und Instrumente können nur um den sogenannten invarianten Punkt bewegt werden, der in der Bauchdecke des Patienten liegt, und den Trokarein- stichpunkt darstellt. Damit ist eine gesteuerte Positionierung des Endoskopiesystem.es und der Instrumente jeweils mit demsel¬ ben Positionierungssyte möglich. Dabei sollte die Lage der Bildaufnahme z.B. durch den CCD-Chip einer Kamera senkrecht zum Fußboden, dem Standort des Chirurgen, während der Opera¬ tion konstant bleiben. Würde das Monitorbild bei der Operation verdreht, ist eine räumliche Orientierung des Chirurgen bei der Endoskopie im Operationsbereich schwierig.
Aus der WO 94/21188 ist ein mechanisches Führungssystem für die endoskopische Chirurgie nach dem Oberbegriff bekannt, mit welchem das Instrument in der Hülse eines Trokars für einen chirurgischen Eingriff oder zur Beobachtung in einen Körper¬ hohlraum gebracht wird und sich der am Ende des Schaftes ange¬ brachte Effektor des Instrumentes in dem Körperhohlraum unter Einhaltung des invarianten Punktes in allen Raumfreiheitsgra¬ den bewegt. Bei diesem System befindet sich eine Kamera als Effektor fest am unteren Ende des Laparoskopes und kann linear ein- und ausgefahren werden.
Endoskope besitzen nun an ihrer Spitze meist ein um 30° abge¬ winkeltes Prisma, welches es durch Drehen des Endoskopes ge¬ stattet, eine Raumfläche im Körper von innen zu beobachten. Bei einer solchen Drehung des Effektors zur Rundumbeobachtung im Körperhohlraum gibt nun eine am Endoskop starr wie bei der WO 94/21188 befestigte Kamera als Effektor in Bezug auf den Standort, d.h. den Fußboden, des Chirurgen nur in der Horizon¬ talen- und Mittenlage "oben" und "unten" des Kamerabildes richtig wieder. In allen anderen Positionen ändert die Kamera bzw. der CCD-Chip in der Kamera seine räumliche Lage d.h. Ka¬ mera und Endoskop üssten nachgeregelt werden, um eine Verdre¬ hung des Monitorbildes zu verhindern. Dies erfordert einen er¬ heblichen Aufwand. Durch eine Verdrehung des Endoskopes wird somit die räumliche Orientierung bei der Endoskopie z. B. im Bauchraum für den Chirurgen erschwert, da "oben" und "unten" des Kamerabildes nicht mehr mit dem Standort des Chirurgen übereinstimmen.
Ein weiters Führungsystem für eine Beobachtungseinrichtung in der Chirurgie ist aus dem DE-GM 94 16 957 bekannt. Für dieses System gilt ebenfalls das vorstehend Ausgeführte.
Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Vorrich¬ tung zur Führung chirurgischer Instrumente der eingangs er¬ wähnten Art insbesondere zur Anwendung bei der endoskopischen Chirurgie zu schaffen, bei welcher bei Verdrehung des Endosko¬ pes zur räumlichen Beobachtung im Körperhohlraum das auf eine Kamera und damit auf einen Monitor übertragene Bild bezüglich "oben" und "unten" immer richtig orientiert bleibt.
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer Vor¬ richtung der eingangs beschriebenen Art vor, daß unter dem Träger für die Vorrichtung an ihm ein um die Achse II drehbar gelagertes Winkelstück angeordnet ist, welches um die Achse I schwenkbar ist und an dessen, seitlich zu der Ebene der Achsen I und III versetztem Schenkel unterhalb des Trägers das kreis¬ förmig gekrümmte Segment eines Rades befestigt ist, durch des¬ sen Mittelpunkt die Achse II geht. An dem Segment ist mittels einer Führung ein Gehäuse gleitend gelagert, welches parallel zu der Segmentkrümmung an ihr beweglich ist. An dem Gehäuse ist seitlich in einer zu der Achse III parallel versetzten Achse IV ein weiteres Führungsgehäuse angesetzt, auf welchem ein längsbewegliches Führungstück für die Linearbewegung glei¬ tet, wobei an einer Aufnahmeplatte des Führungstückes seitlich in der Achse III versetzt der Instrumentenschaft mit dem Ef¬ fektor dreh- und herausnehmbar befestigt ist. Die Kamera ist dabei an dem Führungsstück unbeweglich bzw. starr ebenfalls in der Achse III hinter dem Instrumentenschaft befestigt, wobei die Bildebene des optischen Systemes im Schaft auf dem bild¬ aufnehmenden Element der Kamera liegt und somit diesem gegen¬ über drehbar ist.
Die Erfindung schlägt weiter vor, daß das Führungsstück aus einem Vorderteil, das auf dem Führungsgehäuse gleitet, sowie einer daran seitlich angesetzten Platte beteht, an welche eine weitere Aufnahmeplatte angeschraubt ist, die in sich ein Zahn¬ rad und ein von ihm angetriebenes Zwischenrad aufnimmt. Dabei ist an die Aufnahmeplatte auf der anderen Seite das Getriebe mit einem Motor zum Antrieb der Räder angesetzt, wobei die Ka¬ mera am Motor befestigt ist. In einer seitlichen Führung, die ihrerseits an der Platte zur oberen Halterung des Instrumen¬ tenschaftes angesetzt ist sitzt ein drehbarer Adapter, der von dem auf ihm sitzenden Zahnrad verdreht wird, das mit dem Zwi¬ schenrad kämmt, wobei der Adapter in sich den Instrumenten¬ schaft aufnimmt und diesen damit mit dem Effektor zusammen verdreht.
Letztlich schlägt die Erfindung noch vor, daß das dem Effektor zugewendete Ende des Schaftes z.B. in einem Trokar herausnehm¬ bar und beweglich geführt ist, wobei der Schaft allein oder beide zusammen in der Oese einer am Winkelstück befestigten Trokaraufnahme mit einem Sperrhebel für die Oese bei der Längsbewegung lose gehalten und aus der Oese nach Wegklappen des Sperrhebels entnehmbar sind.
Durch die Anordnung der Achsen I, II und III ergibt sich bei Verstellung um die Achsen eine Kinematik, die das Instrument bzw. den Effektor kegelförmig wie ein starrer Körper um den invarianten Punkt bewegt. Die auf den Instrumentenschaft auf¬ gesetzte Kamera verändert die Bildaufnahme "oben" und "unten" bei Verstellung der Achsen nicht mehr, da eine Verdrehung z. B. des CCD-Chips der Kamera bei der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung nicht mehr möglich ist. Damit bleibt aus der Sicht des Chirurgen "oben" und "unten" des Kamerabildes auf dem Mo¬ nitor immer konstant.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol¬ genden und anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zei¬ gen:
die Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung,
die Fig. 2 die Draufsicht auf die Fig. 1 und
die Fig. 3 den Schnitt AA in der Fig. 1.
Hauptanwendungsgebiet der Vorrichtung ist die Beobachtung des Operationsfeldes bei der minimal invasiven, endoskopischen Chirurgie. Dazu verwendet man ein optisches System z. B. mit einem abgewinkelten 30° Prisma ander Spitze als Effektor 15, welches in einem Rohr, hier der Instrumentenschaft 10, ein mittels Lichtübertragung durch Glasfaserkabel ausgeleuchtetes Bild auf optischem Weg auf das bildaufnehmende Element, z.B. einen CCD-Chip einer elektronischen Kamera 16 überträgt. Der Strahlengang im Schaft 10 ist ähnlich dem eines Fernrohres, wobei der CCD-Chip in der Bildebene des Systemes liegt. Dabei treten bei bekannten Vorrichtungen die eingangs geschilderten Probleme bezüglich der Bildausrichtung auf. Bei der neuen Vor¬ richtung wird daher die Kamera 16 mit dem CCD-Chip bei einer Drehung des Effektors 15 nicht mehr mitgedreht.
Die Vorrichtung weist vier Achsen I, II, III und IV auf, wobei
I, II und III Drehachsen und IV eine lineare Verschiebeachse sind. Hauptachse davon ist die Achse I, die fest - wie in der
Fig. 3 dargestellt - zu einem Träger 2 als Basis angeordnet ist, durch den invarianten Punkt 1 geht und im Raum vorwiegend senkrecht angeordnet ist, jedoch im Prinzip beliebige Orien¬ tierung ausweisen kann. Um diese Achse I kann die gesamte Vor¬ richtung mit allen Einzelteilen um 360° motorisch oder von Hand gedreht werden. Die Achse II ist eine dieser nachgeord- nete Schwenkachse, die zu der Achse I senkrecht steht, sie im invarianten Punkt 1 schneidet, dabei jedoch mit ihr bzw. um sie gedreht wird. Die Achse III bildet die Längsachse des In¬ strumentes bzw. des Instrumentenschaftes 10, an dessen Ende der Effektor 15, z.B. ein um 30° abgewinkeltes Prisma sitzt und schneidet die Achsen I und II ebenfalls im invarianten Punkt 1, d. h. in deren Schnittpunkt. Die Achse IV ist eine Nebenachse, die mit bestimmtem Abstand parallel zu der Achse III verläuft. Sie bildet die Bewegungsachse des Linearantrie¬ bes im Führungsgehäus 17 für die Längsbewegung des Instrumen¬ tenschaftes 10 mit dem Effektor 15.
In dem Träger 2 für die Vorrichtung sitzt bei der in den Figu¬ ren dargestellten Ausführung ein Motor, der ein unter ihm an¬ geordnetes und an ihm drehbar gelagertes Winkelstück 4 mittels des Schneckenantriebes 3 um die Achse 1 selbsthemmend drehen kann. An dem Winkelstück 4 ist seitlich versetzt zu der Achse I unterhalb des Trägers 2 das Segment 5 eines Schneckenrades befestigt, durch dessen Kreismittelpunkt 6 die zweite Achse II geht. Am Segment 5 ist mittels einer Führung 8 ein Gehäuse 7 gleitend gelagert, welches parallel zu der Segmentkrümmung bzw. an ihr beweglich ist. Im Gehäuse 7 ist eine Schnecke 9 gelagert, die durch einen Getriebemotor 12 über ein Kreuzge¬ lenk 11 angetrieben wird. Die Schnecke 9 greift in das Segment 5 und schwenkt dieses durch ihre Drehung mitsamt dem Gehäuse 7 (siehe Fig. 3) .
Das Gehäuse 7 ist durch das Winkelstück 4 seitlich in bestimm¬ tem Abstand zu der Ebene der Achsen I und III angeordnet. Das Winkelstück 4 in Verbindung mit dem daran seitlich angesetzten Gehäuse 7 bewirkt somit, daß die Achse IV, die durch die Mitte des Gehäuses 7 geht und die abgewinkelte Mittelachse des Line- arantriebes bildet, seitlich versetzt zu der Schaft- bzw. Tro- karachse III verläuft. Durch diesen seitlichen Versatz der Achsen III und IV können der Trokar 30 oder der Instrumenten¬ schaft 10 ohne Behinderung durch den Linearantrieb leicht ent¬ nommen werden.
Am Gehäuse 7, an der Ebene der Achsen I und III abgewendeten Seite, sitzen die über einen abgewinkelten Doppelflansch 14 seitlich angesetzten Führungs- und Linearantriebselemente mit ihrer Mittelachse IV für den Schaft 10 mit seiner Instrumen¬ tenachse III, an dessen vorderem Ende der Effektor 15 sitzt. Am hinteren Ende befindet sich eine Kamera 16 (siehe Fig. 1) wobei, wie bereits erwähnt, die Achsen II und IV seitlichen Abstand zueinander aufweisen. Wichtig ist nun, daß dabei der Effektor 15 mit dem Schaft 10 gegenüber der Kamera 16 drehbar ist, wobei diese wiederum gegenüber dem Führungsgehäuse 17 mit dem später genauer beschriebenen Führungsstück 13 zwar längbe¬ weglich, jedoch nicht drehbar befestigt ist. Dabei sind alle diese Teile mit der Achse IV leicht nach oben gegen das Ge¬ häuse 7 abgewinkelt. Alle Teile schwenken somit mit dem Ge¬ häuse 7 um die Achse II und um den invarianten Punkt 1 gegen¬ über dem Winkelstück 4 und drehen sich mit diesem um die Achse I.
Hauptteil der Führungselemente für den Schaft 10 ist das Füh¬ rungsgehäuse 17, auf welchem ein Führungsstück 13 gleitet und welches am abgewinkelten Teil 31 des Doppelflansches 14 befe¬ stigt ist. In dem Führungsgehäuse 17 sitzen am vorderen Ende 32 der Getriebemotor 12 für die Schwenkbewegung um die Achse II und am hinteren Ende 33 der Motor 18 für die Linearbewegung des Führungstückes 13. Dessen Längsbewegung auf dem Führungs¬ gehäuse 17 wird durch eine von dem Motor 18 angetriebene, ge¬ genüber dem Führungsgehäuse 17 ortsfeste, zu ihm parallel ge¬ legene Gewindespindel 19 erzeugt, welche sich in einer drehfe¬ sten Spindelmutter 20 des Führungstückes 13 dreht und am vor¬ deren Ende 32 sowie im Endstück 29 des Führungsgehäuses 17 ge¬ lagert ist. Der Antrieb der Spindel 19 erfolgt mittels des ebenfalls im Endstück 29 untergebrachten Zahnradgetriebes 28, welches am Motor 18 angesetzt ist und dessen Abtrieb bildet.
Das Führungsstück 13 besteht aus den folgenden Teilen: Einem Vorderteil 40, das auf dem Führungsgehäuse 17 gleitet. Einer daran seitlich angesetzten Platte 34, an welche eine weitere Aufnahmeplatte 36 angeschraubt ist, die in sich das Zahnrad 32 und das von ihm angetriebene Zwischenrad 35 auf¬ nimmt. An diese Aufnahmeplatte 36 ist auf der anderen Seite das Getriebe 41 mit dem Motor 21 angesetzt, welches die Räder 32 und 35 antreibt. Am Motor 21 ist die Kamera 16 mittels der Kamerahalterung 24 befestigt, wobei die Kamera 16 bzw ihr bildaufnehmender CCD-Chip in der Achse III hinter dem Instru¬ mentenschaft 10 bzw. dessen ihn aufnehmenden Adapter 37 so ge¬ legen ist, daß die Bildebene des optischen Systemes im Instru¬ mentenschaft 10 auf dem CCD-Chip zuliegen kommt. An dem In¬ strumentenschaft 10 ist noch das Glasfaserkabel 38 für die Be¬ leuchtung der Operationsstelle befestigt. Da der Schaft mit dem Effektor und dem Anschluß des Kabels 38 durch den Adapter 37 drehbar, der Chip der Kamera jedoch ortsfest ist, bleibt die Orientierung des Kamerabildes gleich, wenn der Instrumen¬ tenschaft 10 mittels des Motores 21 gedreht wird. Dabei dient der Kabelanschluß zur äußeren Stellungsanzeige. Der Adapter 37 sitzt drehbar in einer seitlichen Führung 39, die ihrerseits an der Platte 34 zur oberen Halterung des Instrumentenschaftes 10 angesetzt ist und wird von dem auf ihm sitzenden Zahnrad 32 verdreht, das mit dem Zwischenrad 35 kämmt.
An dem Führungstück 13 bzw. an dem an ihm sitzenden Motor sind somit, wie bereits erwähnt, seitlich in der Achse III die Ka¬ mera 16 über die Instru entenhalterung 24 fest und der Instru¬ mentenschaft 10 mit dem Effektor 15 so befestigt, daß diese drehbar um die Achse III bleiben. Dabei wird der untere Teil des Instrumentenschaftes 10 mit dem Trokar 30 auf später be¬ schriebene Weise geführt. Die Drehbewegung wird dabei von dem Getriebemotor 21 erzeugt, der in der Achse IV auf der dem in¬ varianten Punkt 1 abgewendeten Seite im bzw. an das Führungs- stück 13 auf die im vorstehenden beschriebene Weise angebaut ist (siehe Fig. 2) . Auf der Getriebeabtriebswelle, die in der Aufnahmeplatte 36 gelagert ist, sitzt das Zahnrad 22, welches über ein Zwischenrad 35 in ein weiteres Zahnrad 23 eingreift, das wiederum am danebenliegenden Teil der seitlichen Platte 34 des Führungsstückes 13 auf dem Adapter 37 des Instrumenten¬ schaftes 10 sitzt und mittels der Führung 39 geführt ist. Die Drehübertragung vom Motor 21 erfolgt damit mittels dieses Zahnrades 23, welches den Adapter 37 des Instrumentenschaftes 10 und damit den Effektor 15 verdreht.
Der Instrumentenschaft 10 mit Effektor 15 und Kamera 16, die über die Kamerahalterung 24 gegen Verdrehung fixiert ist, kann sich somit unter Aufrechterhaltung seiner Drehbarkeit mit dem Führungstück 13 und dessen beschriebenen Elementen entlang der Achse III linear bewegen. Dabei wird das dem Effektor 15 zuge¬ wendete Ende des Schaftes 10 in dem Trokar 30 beweglich ge¬ führt, der wiederum in der Oese 27 einer am Winkelstück 4 be¬ festigten Trokaraufnähme 25 mit einem Sperrhebel 26 für die Oese 27 bei der Längsbewegung lose geführt ist und aus der Oese 27 nach Wegklappen des Sperrhebels 26 entnommen werden kann (siehe Fig. 3) . Der Schaft 10 mit den beschriebenen obe¬ ren Teilen und der in ihm enthaltenen Optik kann somit aus dem noch befestigten Trokar 30 herausgezogen sowie aus dem Gehäuse 31 mittels eines nicht näher dargestellten Schnellverschlußes entfernt werden, so daß eine leichte Auswechselbarkeit sicher¬ gestellt ist. Die Aufnahmen bzw. Halterungen sind so univer¬ sell aufgebaut, daß die unterschiedlichsten Geometrien von In¬ strumenten und Trokaren aufgenommen werden können. Die Kamera 16 bleibt dabei an Ort und Stelle oder kann auch getrennt ent¬ fernt und ausgewechselt werden.
Eine Rotation des Schaftes 10 um den invarianten Punkt 1 wie ein starrer Körper ergibt sich durch Drehen der gesamten Ein¬ heit um die Achse I, wobei der Kegelwinkel durch Schwenken um die Achse II und die Entfernung des Effektors 15 von der Be- handlungsstelle durch die Linearbewgung entlang der Achse III bestimmt wird.
Die zur Operation notwendigen Instrumente werden nach Einlegen in den Adapter 37 durch den Trokar 30 in den Bauchraum des Pa¬ tienten gebracht. Dabei muß der Trokar 30 ortsfest bleiben, während der Instrumentenschaft 10 mit seiner Achse III axial durch den Trokar 30 in den Bauchraum eingeführt wird. Daher ist die Trokaraufnähme 25 bei der Vorrichtung am festen Teil der Linearführung, während die Instrumentenaufnahme am Füh¬ rungsstück 13 bzw. an dessen Gehäuseteil 39 angebracht ist. Die verschiedenen Arbeitspositionen der Instrumente werden durch Verstellen um die Achsen I, II und III ermöglicht. Wird die Achse I senkrecht in Bezug auf den Fußboden am invarianten Punkt 1 einjustiert, so fährt beim Drehen um die Achse I das Instrument je nach Lage der Achse II zur Achse I eine Kreis¬ oder eine Kegelbahn. Damit kann im Bauchraum die Instrumenten¬ spitze, z.B. der Effektor 15 links und rechts um die Achse I geschwenkt werden, auf und ab um die Achse II. Auf der Achse III kann die Instrumentenspitze linear vom Trokareinstich in den Bauchraum verstellt werden. Befindet sich nun bei dieser Anordnung der Achsen auf dem Instrumentenschaft 10 in der Achse III die Kamera 16, so verändert sich die Bildaufnahme bezüglich oben und unten des CCD-Chips der Kamera auch dann nicht, wenn alle drei Achsen verstellt und zusätzlich noch das Prisma des Effektors 15 mit dem Schaft 10 verdreht werden. Eine Verdrehung des Monitorbildes findet dabei nicht statt.
Für die Handhabung wird die sterilisierte Vorrichtung zusam¬ menmontiert und auf ein am OP-Tisch vormontiertes Trägersystem aufgesetzt. Die beiden Achsen I und II werden auf den invari¬ anten Punkt einjustiert und die Trägervorrichtung arretiert. Danach wird der Trokar 30 zusammen mit dem Schaft 10 an die Vorrichtung angekoppelt. Danach kann das Instrument stufenlos in die gewünschte Position gebracht werden. Bezuσszeichenliste:
I erste Achse
II zweite Achse
III Schaftachse
IV Linearachse
1 invarianter Punkt
2 Träger,Basis
3 Schneckenantrieb
4 Winkelstück
5 Schneckenradsegment
6 Mittelpunkt
7 Gehäuse
8 Führung
9 Schnecke
10 Instrumentenschaft
11 Kreuzgelenk
12 Getriebemotor
13 Führungsstück
14 Doppelflansch
15 Effektor
16 Kamera
17 Führungsgehäuse
18 Motor
19 Spindel
20 Spindelmutter
21 Motor
22 Zahnrad
23 Zahnrad
24 Kamerahalterung
25 Trokaraufnähme
26 Sperrhebel
27 Oese
28 Zahnradgetriebe
29 Endstück
30 Trokar
31 abgewinkelter Teil von 14 vorderes Ende von 17 hinteres Ende von 17 seitliche Platte Zwischenrad Aufnahmeplatte Adapter Glasfaserkabel Führung Vorderteil Getriebe

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung mit einem Träger zur Führung chirurgischer In¬ strumente für die endoskopische Chirurgie und einem daran angebrachten, in einem invarianten Punkt schwenkbaren Schaft mit einer elektronischen Kamera, deren Bild auf einen exter¬ nen Bildschirm übertragen wird, wobei der Schaft zur Beob¬ achtung in einen Körperhohlraum gebracht wird und sich der am Ende des Schaftes angebrachte Effektor des Instrumentes in dem Körperhohlraum unter Einhaltung des invarianten Punk¬ tes in allen Raumfreiheitsgraden bewegt, wobei der Effektor mit dem Schaft bei einer kreisförmigen Schwenkbewegung um eine erste Achse I durch den invarianten Punkt wie ein star¬ rer Körper bewegbar und weiter mit dem Schaft zusätzlich zu der Schwenkbewegung um die erste Achse I um eine weitere, senkrecht zu der ersten angeordneten, diese im invarianten Punkt schneidenden und mit ihr drehbaren zweiten Achse II schwenkbar, sowie entlang seiner Längsachse III linear ver¬ schiebbar ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) Unter dem Träger (2) für die Vorrichtung ist an ihm ein um die Achse II drehbar gelagertes Winkelstück (4) ange¬ ordnet, welches um die Achse I schwenkbar ist und an dessen, seitlich zu der Ebene der Achsen I und III ver¬ setztem Schenkel unterhalb des Trägers (2) das kreisför¬ mig gekrümmte Segment (5) eines Rades befestigt, durch dessen Mittelpunkt (6) die Achse II geht, b) am Segment (5) ist mittels einer Führung (8) ein Gehäuse (7) gleitend gelagert, welches parallel zu der Segment¬ krümmung an ihr beweglich ist, c) an dem Gehäuse (7) ist seitlich in einer zu der Achse III parallel versetzten Achse IV ein weiteres Führungs¬ gehäuse (17) angesetzt, auf welchem ein längsbewegliches Führungstück (13) für die Linearbewegung gleitet, wobei an einer Aufnahmeplatte (36) des Führungstückes (13) seitlich in der Achse III versetzt der Instrumenten- schaft (10) mit dem Effektor (15) dreh- und herausnehm¬ bar befestigt ist, d) die Kamera (16) ist an dem Führungsstück (13) unbeweg¬ lich bzw. starr ebenfalls in der Achse III hinter dem Instrumentenschaft (10) befestigt, wobei die Bildebene des optischen Systemes im Schaft (10) auf dem bildauf¬ nehmenden Element der Kamera (16) liegt und somit diesem gegenüber drehbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die wei¬ teren Merkmale: e) das Führungsstück (13) besteht aus einem Vorderteil (40) , das auf dem Führungsgehäuse (17) gleitet, sowie einer daran seitlich angesetzten Platte (34) , an welche eine weitere Aufnahmeplatte (36) angeschraubt ist, die in sich ein Zahnrad (32) und ein von ihm angetriebenes Zwischenrad (35) aufnimmt, f) an die Aufnahmeplatte (36) ist auf der anderen Seite das Getriebe (41) mit einem Motor 21 zum Antrieb der Räder (32, 35) angesetzt, wobei die Kamera (16) am Motor (21) befestigt ist, g) in einer seitlichen Führung (39) , die ihrerseits an der Platte (34) zur oberen Halterung des Instrumentenschaf¬ tes (10) angesetzt ist, sitzt ein drehbarer Adapter (37) , der von dem auf ihm sitzenden Zahnrad (32) ver¬ dreht wird, das mit dem Zwischenrad (35) kämmt, h) der Adapter (37) nimmt in sich den Instrumentenschaft (10) auf und verdreht damit diesen zusammen mit dem Ef¬ fektor (15) .
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale: i) das dem Effektor (15) zugewendete Ende des Schaftes (10) ist z. B. in einem Trokar (30) herausnehmbar und beweg¬ lich geführt, wobei der Schaft allein oder beide zusam¬ men in der Oese (27) einer am Winkelstück (4) befestig¬ ten Trokaraufnahme (25) mit einem Sperrhebel (26) für die Oese (27) bei der Längsbewegung lose gehalten und aus der Oese (27) nach Wegklappen des Sperrhebels (26) entnehmbar sind.
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