-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Endoskopführungssystem für den Einsatz in der minimalinvasiven Chirurgie gemäß
des Oberbegriffs des ersten Patentanspruchs.
-
In der minimalinvasiven Chirurgie erfolgt die visuelle
Überwachung des Eingriffs durch den Chirurgen mit Hilfe von
Endoskopen, welche über eine Inzision in den Körper des
Patienten eingeführt werden. Im allgemeinen werden die in den
Patientenkörper eingeführten Endoskope wie auch andere
Instrumente von einem Operationsassistenten gehalten und nach
Aufforderung des eingreifenden Chirurgen positioniert und
bewegt.
-
Motiviert durch die im besonderem Maße beengten
Platzverhältnisse in der minimalinvasiven Chirurgie und durch das
mögliche Einsparungspotential beim Krankenhauspersonal
wurden in der Vergangenheit neben zahlreichen Stativen auch
manuelle und motorisch bewegbare Führungssysteme für
Endoskope und andere Instrumente für die minimalinvasive
Chirurgie entwickelt.
-
Eine oft gestellte Forderung der Chirurgen an ein
Endoskopführungssystem ist die, dass das in eine Inzision in den
Patienten eingeführtes Endoskop um den Inzisionspunkt frei
schwenkbar ist. Da das Endoskop durch das
Endoskopführungssystem außerhalb des Patientenkörpers gehalten wird, muss
das Endoskopführungssystem eine Kinematik aufweisen, welche
eine Schwenkung des Endoskop um einen fiktiven Punkt
gewährleistet.
-
In der US-5.397.323 ist ein derartiges Endoskopführungssystem
für die minimalinvasive Chirurgie beschrieben, dessen Haltearm
mit einem Schraubklemmsystem auf einer seitlich am OP-Tisch
befestigten Schiene aufgesetzt und fixiert ist und um eine
vertikale Achse durch dieses Klemmsystem horizontal schwenkbar ist.
-
Der eigentliche Haltearm besteht aus einer Antriebseinheit,
welche proximalseitig drehbar auf dem Schraubklemmsystem aufgesetzt
ist, einem auf dem Antriebssystem aufbauendes Gelenksystem,
welches kippbares Parallelogramm mit zwei horizontalen und zwei
aufrecht stehenden Armen gestaltet ist und einem Haltemittel,
welches mit dem distalen Enden der horizontalen Armen gelenkig
verbunden ist. Auf dem Haltemittel ist eine zusätzliche
Halterung für ein in diesem längs seiner Längsachse manuell
bewegliches Instrument vorgesehen. Halterung und Haltemittel sind so
ausgelegt, dass diese und das Instrument mit seiner Längsachse
stets parallel zu den aufrecht stehenden Armen des
Parallelogramms geführt sind.
-
Ausgehend davon hat nun die vorliegende Erfindung zur
Aufgabe, ein eingangs beschriebenes Endoskopführungssystem in
seiner Handhabung zu verbessern. Dabei soll die Kinematik
des Endoskopführungssystem so ausgelegt werden, dass das in
diese integrierte Endoskop nur sehr geringe Kräfte auf die
Inzision in den Patientenkörper selbst dann ausübt, wenn
die Inzision sich innerhalb eines begrenzten Bereiches
bewegt.
-
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale
vor, die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1
angeführt sind. Weitere, vorteilhafte und die Erfindung
weiterbildende Merkmale sind in den kennzeichnenden Teilen
der Unteransprüche zu sehen.
-
Bei dem dargestellten Endoskopführungssystem handelt es
sich um ein Assistentensystem für den Chirurgen, welches
während eines chirurgischen oder minimalinvasiven Eingriffs
einerseits den Bewegungsfreiraum des Chirurgen nicht
behindern darf, andererseits durch den Chirurgen leicht,
vorzugsweise durch eine Sprachsteuerung oder andere
Steuerungssysteme, welche ohne manuelle Bedieneinheiten
auskommen, bedienbar sein muss.
-
Um den Arbeitsraum des Chirurgen so wenig wie möglich
einzuschränken, ist das Endoskopführungssystem entsprechend
konzipiert. Es wird daher auf der dem Chirurgen
gegenüberliegenden Seite am OP-Tisch befestigt und weist Gelenkarme
auf, welche nach ergonomischen Gesichtspunkten gestaltet
sich so wenig wie möglich im Arbeitsbereich des Chirurgen
hineinragen und dennoch eine universelle und leichtgängige
Beweglichkeit gewährleisten.
-
Gestaltungsmerkmale des Endoskopführungssystems sind eine
ortsfeste Vertikalsäule, dessen oberen Ende deutlich
oberhalb des Arbeitsbereichs des Chirurgen während des
Eingriffs befindet und wo der bewegliche Teil des Haltearms
für den Endoskopport, d. h. der eigentlichen Halterung für
das Endoskop aufgesetzt ist. Dabei ist das Endoskop
optional vorzugsweise bei Komplikationen während des Eingriffs
durch eine motorische Verlängerung der Vertikalsäule aus
den Arbeitsraum des Chirurgen nach oben herausfahrbar und
zu einem späteren Zeitpunkt exakt wieder auf die letzte
Position wieder zurückfahrbar.
-
Die laterale Positionierung des Endoskops im Arbeitsraum
erfolgt über Horizontalarme, welche am oberen Ende der
Vertikalsäule ansetzen und passive, d. h. nicht angetriebene,
jedoch manuell arretierbare Gelenke aufweisen, welche eine
Schwenkung der Horizontalarme auf horizontaler Ebene
zulassen. Auf diese Weise lässt sich das distale Ende der
Horizontalarme im Schwenkbereich beliebig und exakt einstellen.
-
Am distalen Ende der Horizontalarme schließt sich ein
motorisch drehbarer und vertikal nach unten in den
Arbeitsbereich des Chirurgen hineinragender Haltearmteil für den
Endoskopport an. Wesentliches Gestaltungsmerkmal dieses
Haltearmteils ist, dass dessen Drehachse in seiner
Verlängerung durch die Inzision verläuft, sodass sich das Endoskop
im Patienten während des Eingriffs mit diesem Haltarmteil
gemeinsam motorisch drehen lässt.
-
Ferner weist der vertikale Haltarmteil eine motorisch
schwenkbare Parallelogrammführung mit anschließendem
vertikal ausgerichteten Teilarm auf, an dessen Ende sich im
Gegensatz zum beschriebenen Stand der Technik ein nicht mit
dem Parallelogramm gekoppeltes passives Gelenk für die
Aufnahme des Endoskopports befindet, auf. Dieses konstruktive
Detail basiert zwar auf dem Grundgedanken einer Kinematik
zur Schwenkung um einen fiktiven Punkt gemäß des
beschriebenen Stands der Technik, lässt aber im Gegensatz zu diesem
ausdrücklich und in vorteilhafter Weise kleinere vertikale
Verschiebungen des Inszisionspunktes ohne die Erfordernis
einer ständigen Nachjustierung Endoskopführungssystems zu.
-
Laterale Verschiebungen des Inzisonspunktes sind mit dem
erfindungsgemäßen Endoskopführungssystems über nicht
arretierte passive Gelenke der Horizontalarme ausgleichbar und
damit ebenfalls im Gegensatz zu dem Stand der Technik
tolerierbar.
-
Diese zuvor genannten passiven Gelenke für den Endoskopport
und im Bereich der Horizontalarme stellen in seiner
Kombination stellen in seiner Kombination ein Sicherheit
bietende Vorteil dar. Durch diese beiden senkrecht zueinander
stehenden frei beweglichen passiven Gelenksysteme werden
Zwänge bei ungenauer Voreinstellung und bei Bewegungen des
Patienten in allen drei lateralen Freiheitsgraden
verhindert.
-
Der Endoskopport dient der Fixierung sowie der axialen und
rotatorischen Bewegung des Endoskops um seine eigene
Längsachse. Es wird mit der Endoskopspitze zuerst von hinten in
den Endoskopport hineingeschoben und durch Reibschluss in
diesem gehalten. Für die Bewegung ist der Endoskopport mit
entsprechenden motorischen Antrieben versehen.
-
Alle motorischen Antriebe sind über eine geeignete
Bedienungseinheit vom Chirurgen steuerbar. Da die Hände des
Chirurg in der Regel während eines Eingriffs für die Bedienung
nicht zur Verfügung stehen, bietet sich hier die
Kombination mit einer Sprach- oder einer Fußsteuerung in
Verbindung mit einem Prozessrechner an, welcher zudem die
Möglichkeit einer Abstimmung simultaner Verstellungen
verschiedener Antriebe sowie einer Beachtung vorgegebener
Limits bietet.
-
Ebenso lassen sich bei dem Endoskopführungssystem die
motorischen Antriebe im Bereich des vertikalen Teilarms durch
den Chirurgen für eine manuelle Verstellung ausschalten.
Einzelheiten werden im folgenden und anhand der Fig. 1
bis 7, welche eine mögliche Ausführungsform des
Endoskopführungssystems darstellen, näher erläutert. Es zeigen:
-
Fig. 1 eine technische Schnittzeichnung des
Endoskopführungssystems,
-
Fig. 2a den seitlichen Schnitt durch die Vertikalsäule 1
im Bereich der Führungshülse 2,
-
Fig. 2b die Führungshülse 2 in seitlicher Ansicht mit
angesetzten Klammereinheiten 3,
-
Fig. 3a bis d die einzelnen Schritte der Fixierung einer
Klammereinheit 3 auf einer Schiene 4 anhand einer
Schnittdarstellung der Klammereinheit 3
-
Fig. 4a und b das Parallelogramm des
Endoskopführungssystems in seitlicher Schnittdarstellung mit eingekuppelter
bzw. in entkuppelter Gewindespindel 42.
-
Fig. 4c das Parallelogramm des Endoskopführungssystems in
Aufsicht-Schnittdarstellung,
-
Fig. 5 den distalen Bereich des Vertikalarms mit
Schnellkupplung 13, Sterilgabel 51 und den Endoskopport 53
-
Das Endoskopführungssystem der beschriebenen
Ausführungsform besteht, wie in Fig. 1 dargestellt, im wesentlichen
aus einer Vertikalsäule 1, welche in eine Führungshülse 2
eingeschoben und durch diese gehalten wird, zwei horizontal
angeordneten Horizontalarmen 5, welche mit einem Gelenk 6
verbunden sind, einem Antriebsgehäuse 7 mit Motor 8,
Getriebe 9 und Getriebewelle 10, einem Parallelogramm 11 mit
separatem Antrieb sowie einem Vertikalarm 12 mit
Schnellkupplung 13 für die Endoskophalterung 14.
-
Die Vertikalsäule 1 wird vor jedem Einsatz des
Endoskopführungssystems in der Führungshülse 2 vertikal in eine
gewünschte Position geschoben und durch zwei Klemmschrauben
15 in dieser Position fixiert (vgl. Fig. 1 und 2a).
Dabei weist die Führungshülse 2 seitlich je eine
Klammereinheit 3 (vgl. Fig. 2b) auf, mit der sich die Führungshülse
2 orthogonal auf eine Schiene 4, welche üblicherweise
seitlich am Operationstisch angeordnet ist, aufsetzen und
festklemmen lässt. Üblicherweise wird die Vertikalsäule 1 an
die Schiene der dem Chirurgen, welcher den Eingriff
vornimmt, gegenüberliegenden Seite des OP-Tisches befestigt.
-
Die einzelnen Schritte des eigentlichen Klemmvorgang einer
Klammereinheit 3 auf einer Schiene 4 und damit der Montage
des Endoskopführungssystems auf dem Operationstisch lassen
sich mit Hilfe der Fig. 3a bis 3d im Detail
beschreiben. Im ersten Schritt, dargestellt in den Fig. 3a und
3b, wird das Endoskopführungssystem mit den
Klammereinheiten 3 auf die Schiene 4 aufgesetzt. Dabei greift die Nase
16 der Klammereinheit 3 formschlüssig um die Schiene 4,
sodass sich das Endoskopführungssystem einerseits mit seinem
gesamten Gewicht auf die Schiene abstützt, andererseits
aber auf dieser ohne größeren Kraftaufwand des OP-Personals
noch verschiebbar, d. h. positionierbar ist. Ist die
Klammereinheit 3 auf der Schiene an der gewünschten Position
positioniert, wird durch Anheben eines Pilzknopfes 17 ein
um eine Welle 18 drehbar gelagerten Klapphaken 19
ausgelöst, welcher durch eine Feder 20 (nur in Fig. 3b
dargestellt) vorgespannt von unten formschlüssig um die Schiene
greift und somit die Klammereinheit 3 formschlüssig auch
von unten auf der Schiene 4 fixiert (Fig. 3c). Mit dem
Umklappen des Klapphakens 19 schwenkt in der Klammereinheit
eine proximal am Klapphaken eingearbeitete Nut 21
formschlüssig in das pilzförmige Ende 22 eines Gewindeknebels
23 ein. Das endgülte Festklemmen der Klammereinheit 3 auf
der Schiene 4 erfolgt durch Festdrehen (Anziehen) des
Gewindeknebels 23, wodurch der Klapphaken 19 mit angezogen
wird und die Schiene 4 an die Klammereinheit 3 angedrückt
wird (Fig. 3d). In vorteilhafter Weise wird der Klapphaken
19 auf der Welle 18 mit einer Spielpassung, vorzugsweise in
einem Langloch geführt (Fig. 3a bis d).
-
In der Vertikalsäule 1 ist, wie in den Fig. 1 und 2a
dargestellt, ein selbsthemmender Motorantrieb 24
untergebracht, welcher über eine Rutschkupplung 25 eine
Gewindespindel 26 antreibt. Diese greift in eine in der
Horizontalsäule 2 geführte Innensäule 27 ein und verschiebt durch
bei Gewindedrehung in vertikaler Richtung. Eine Feder-Nut-
Verdrehsicherung 28 verhindert dabei ein Mitdrehen der
Innensäule 27 in der Horizontalsäule. Diese motorische
Höhenverstellung kann vom Chirurgen bei Bedarf jederzeit, d. h.
auch während eines minimalinvasiven Eingriffs, selbst
vorgenommen werden.
-
Die beiden Horizontalarme 5 überbrücken den größten Anteil
des lateralen Abstands zwischen der Vertikalsäule 1 und der
gewünschten Position des Endoskops. Wie in Fig. 1
dargestellt, sind sie über ein Gelenk 6 miteinander, einer der
beiden Horizontalarme über eine auf dem oberen Ende der
Innensäule 27 verdrehsichere Lagerbuchse 29 und einer
Gewindestift 30 mit Rändelmutter 31 und Unterlegscheibe 32
gelenkig mit der Vertikalsäule 1 sowie die andere der beiden
Horizontalarme fest mit einem vertikal nach unten
abstehenden Antriebsgehäuse 7 fest verbunden. Somit lassen sich
beide Horizontalarme auf horizontaler Ebene in der Weise
manuell frei schwenken und das Antriebgehäuse an die
gewünschte Stelle bewegen. Über eine Arretiermutter 33 und
einen Stößel 34 zwischen dem Gelenk 6 und der Buchse 29
sind sowohl das Gelenk 6 als auch die gelenkige Verbindung
zwischen Horizontalarm 5 und der Vertikalsäule 1
reibschlüssig arretierbar. Im nicht arretierten Zustand
befindet sich das eine Ende des Stößels 34 in einer Vertiefung
60 einer Gelenklagerbuchse 58 des Gelenks 6, während das
andere Ende auf einen Block 59, welcher auf der Buchse 29
gleitet, wirkt. Durch den in der Vertiefung 60
eingreifenden Stößel 34 ist zudem die Gelenklagerbuchse im unteren
der beiden Horizontalarme 5 gegen Verdrehung gesichert. Die
Arretiermutter 33 ist auf einem verdrehsicher in der
Gelenklagerbuchse 58 eingesetzten Gewindeschaftbolzen 57
aufgesetzt, welcher einen unteren Bund 61 aufweist. Bei
Anziehen der Arretiermutter 33 wird der Gewindeschaftbolzen 57
gegen eine Tellerfeder 62 nach oben angezogen, wobei der
untere Bund 61 die Gelenklagerbuchse 58 mit nach oben
zieht. Durch diese geringe vertikale Verschiebung der
Gelenklagerbuchse 58 wird einerseits das eine Ende der Stößel
34 teilweise aus der Vertiefung 60 gedrückt, wobei dieser
in Reaktion darauf mit seinem anderen Ende auf den Block 59
und damit auf die Lagerbuchse 29 drückt und damit diese
reibschlüssig blockiert, andererseits die beiden
Horizontalarme 5 im Bereich des Gelenks 6 zusammenpresst und damit
das Gelenk ebenso reibschlüssig blockiert.
-
Das Antriebsgehäuse 7 beherbergt einen vertikal
angeordneten Motor 8 mit Getriebe 9, dessen unbegrenzte rotatorische
Antriebsbewegung auf eine vertikal nach unten aus dem
Antriebsgehäuse herausragende Antriebswelle 10 übertragen
wird. Für eine wahlweise manuelle Verdrehungsmöglichkeit
der Antriebswelle 10 durch den eingreifenden Chirurgen muss
diese von dem Getriebe abgekoppelt werden. Hierzu ist die
Antriebswelle 10 über eine lösbare Kupplung 34 mit dem
Getriebe 9 verbunden, welche über einen Hebelmechanismus 35
und einem neben der Antriebwelle 10 angeordneten
Magnetschalter 36, welcher gegen eine Feder wirkt, fernsteuerbar
betätigbar ist. Alternativ zu dem Magnetschalter bietet
sich für diesen Zweck auch eine weitere
Motor-Getriebekombination an.
-
Das Parallelogramm 11 ist in den Fig. 4a bis c im
Detail dargestellt. Das untere Ende 37 der Antriebswelle 10
ist als vertikaler Parallelogrammarm und somit als
integraler Teil des mit der Antriebswelle 10 verbundenen und mit
dieser drehbaren Parallelogramms 11 gestaltet. Ebenso ist
das obere Ende der Vertikalarms 12 als vertikaler
Parallelogrammarm ein integraler Bestandteil des Parallelogramms
konzipiert. Das Parallelogramm 11 weist ferner in Ergänzung
zu den beiden zuvor genannten Endstücken je zwei obere und
untere Parallelogrammarme 38 bzw. 39 (vgl. Fig. 4c).
-
Die Verstellung des Parallelogramms 11 erfolgt wahlweise
motorisch oder manuell. Für die motorische Verstellung ist,
wie in den Fig. 4a und b dargestellt, zwischen den
beiden unteren Parallelogrammarmen 39 ein Getriebemotor 40
fest eingesetzt, welcher über zwei Stirnzahnräder 41 eine
Gewindespindel 42 antreibt. Die Gewindespindel 42 greift
wiederum in zwei Innengewindehalbschalen 43 ein, welche in
eine gemeinsame Öse 44 zusammenlaufen und gemeinsam mit
dieser ein zusammenhängendes Bauteil bilden (vgl. auch Fig.
4c). Die Öse 44 ist mit einem Drehzapfen 45 drehbar mit
dem unteren Ende 37 der Getriebewelle 10 in der Weise
verbunden, dass sich bei einer Drehung der Gewindespindel 42
diese aus den Innengewindehalbschalen je nach Drehrichtung
heraus oder hereindreht und damit eine relative
Verschiebung der Öse 44 zur Gewindespindel und damit eine
motorische Schwenkung des Parallelogramms 11 bewirkt.
-
Soll das Parallelogramm 11 manuell verstellt werden, so ist
ein Lösen der formschlüssigen Verbindung zwischen
Innengewindehalbschalen 43 und Gewindespindel 42 und damit ein
Auskoppeln des motorischen Antriebs zur Verstellung
erforderlich. Zu diesem Zweck sind die beiden
Innengewindehalbschalen 42 im Bereich des Gewindespindeleintritts mit einem
Mechanismus zum Aufspreizen der Innengewindehalbschalen 43
(vgl. Fig. 4b) vorgesehen. Dabei werden die beiden
Innengewindehalbschalen 43 mit Hilfe der Zapfen 46, die in
Kulissen 47 in beidseitig angeordneten Blechen 48 gleiten und
geführt sind, auseinandergespreizt. Das Spreizen erfolgt
manuell durch Vorschieben eines Bolzens 49 gegen zwei
Zugfedern 50, die parallel zu den Blechen 48 angeordnet
sind. Soll die Spreizung aufgehoben werden, bewirken die
beiden Zugfedern 50 ein zurückgleiten der Bleche 48 in
Ausgangsposition.
-
Der Vertikalarm 12 gemäß Fig. 1 weist eine Schnellkupplung
13 zur schnellen Montage der Endoskophalterung 14 vor. Die
in Fig. 5 detailliert dargestellte Endoskophalterung
besteht im einzelnen aus einer Sterilgabel 51, in die der
passiv um die Achse 52 schwenkbare Endoskopport 53
eingesetzt ist.
-
Der Endoskopport dient zur reibschlüssigen Aufnahme des
Endoskops 56, welches mit der Endoskopspitze zuerst in diesen
hineingeschoben wird. Der Endoskopport enthält zudem je
einen Antrieb 54 für eine Drehbewegung um und eine
translatorische Bewegung in Richtung der Symmetrielinie 55 des
Endoskops 56. Im Ausführungsbeispiel ist der Antrieb 54 in
Form von Elektrogetriebemotoren fest auf dem Endoskopport
aufgesetzt und mit diesem passiv um die Achse 52
schwenkbar.
-
Es wurde bewusst aus den zuvor genannten Gründen auf eine
Kopplung der Schwenkbewegung von Parallelogramm 11 und
Endoskopport 53 verzichtet, mit der das geführte Endoskop auf
einen stets auf einen invarianten Punkt ausgerichtet sein
würde. Die Möglichkeit, eine derartige Kopplung von
Parallelogramm und Schwenkbewegung des Endoskopports
vorzugsweise durch einen nachträglichen eingesetzten Lenker
zwischen Endoskopport und den unteren Parallelogrammarm 39
vorzunehmen, wird damit aber grundsätzlich nicht
ausgeschlossen.
-
Das Endoskopführungssystem in seiner beschriebenen
Ausführungsform ist von der Vertikalsäule an bis hin zur
Schnellkupplung in einer in den Figuren nicht dargestellten
abnehmbaren, vorzugsweise transparenten Hülle steril
verpackt, sodass für eine Neusterilisierung lediglich die
Hülle zu sterilisieren oder zu wechseln ist. Die manuelle
Betätigung der Arretiermutter 33 und des Bolzens 49 erfolgt
somit durch die Hülle. Die distalen Komponenten ab der
Schnellkupplung hingegen sind ohne Sterilschutz und müssen
daher als solche sterilisierbar gestaltet sein.
Bezugszeichenliste
1 Vertikalsäule
2 Führungshülse
3 Klammereinheit
4 Schiene
5 Horizontalarm
6 Gelenk
7 Antriebsgehäuse
8 Motor
9 Getriebe
10 Getriebewelle
11 Parallelogramm
12 Vertikalarm
13 Schnellkupplung
14 Endoskophalterung
15 Klemmschraube
16 Nase
17 Pilzknopfes
18 Welle
19 Klapphaken
20 Feder
21 Nut
22 pilzförmige Ende
23 Gewindeknebel
24 Motorantrieb
25 Rutschkupplung
26 Gewindespindel
27 Innensäule
28
Feder-Nut-Verdrehsicherung
29 Lagerbuchse
30 Gewindestift
31 Rändelmutter
32 Unterlegscheibe
33 Arretiermutter
34 Kupplung
35 Hebelmechanismus
36 Magnetschalter
37 Ende
38 Oberer
Parallelogrammarm
39 Unterer
Parallelogrammarm
40 Getriebemotor
41 Stirnzahnräder
42 Gewindespindel
43
Innengewindehalbschalen
44 Öse
45 Drehzapfen
46 Zapfen
47 Kulisse
48 Blech
49 Bolzen
50 Zugfeder
51 Sterilgabel
52 Achse
53 Endoskopport
54 Antrieb
55 Symmetrieachse
56 Endoskop
57 Gewindeschaftbolzen
58 Gelenklagerbuchse
59 Block
60 Vertiefung
61 Bund
62 Tellerfeder