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Die
Erfindung betrifft eine motorisch verstellbare Kopfstütze für Operationstische,
umfassend eine Kopfplatte, die an einem Ende eines gekrümmten Stützholmes
angeordnet ist, der in einer zur Krümmungsachse senkrechten Ebene
an einem mit dem Operationstisch verbindbaren Träger zwischen drei Laufrollen
verstellbar geführt
ist, die in Stellrichtung einen Abstand voneinander haben.
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Bestehende
Kopfstützensysteme
lassen sich unterteilen in Kopfstützen, die sich manuell in ihrer Position
verstellen lassen und solche mit Unterstützung der Hubbewegung durch
Fremdenergie, wie z. B. einen Elektromotor oder einen hydraulischen
Antrieb. Besonders einfache Ausführungen
beschränken
sich auf eine Aneinanderreihung mehrerer zueinander drehbarer Glieder,
die gegeneinander verspannt werden, wenn die richtige Position gefunden ist.
Bei diesen einfachen Systemen muß während der Einstellprozedur
die Last der Kopfplatte von der bedienenden Person getragen werden,
was den Einsatz beider Hände
erfordert. Eine solche Anordnung ist für intraoperative Verstellungen
ungeeignet.
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Manuelle
Systeme, die auch ein Verstellen der Kopfplatte während des
Eingriffes ermöglichen, unterstützen die
Last kontinuierlich. Die vertikale Hubleistung wird in diesen Fällen durch
ein mechanisches Getriebe eingeleitet, das einerseits kleine Verstellkräfte gewährleistet,
andererseits von der Lastseite her selbsthemmend ausgeführt ist,
um ein unerwünschtes
Absinken des Kopfes zu verhindern. Zusätzliche Freiheitsgrade der
Kopfplatte, wie z. B. laterale (waagerechte) Verschiebungen oder
laterale Schwenkbewegungen sind durch einfache Klemmverbindungen
arretierbar, da ihre Verstellung nahezu leistungsfrei erfolgen kann.
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Die
vertikale Hubleistung kann, wie bereits erwähnt, auch durch Fremdenergie
erbracht werden. Je nach gewähltem
System kann dabei auf die Selbsthemmung verzichtet werden, so dass
die Gewichtslast direkt auf die Aktorik wirkt.
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Bei
den meisten bekannten Kopfstützensystemen
kann die Bahn der Hubbewegung auf folgende Formen zurückgeführt werden:
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Parallelogrammführung:
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Der
Kopf ist auf einem Ausleger gelagert, der über zwei parallele Lenker an
die Fixpunkte im Rückenbereich
des Patienten angebunden ist. Dadurch beschreibt der Kopf eine rein
translatorische Bahn, die einem Kreisbogen entspricht. Eine Anordnung dieser
Art ist z. B. aus der
DE
91 16 002 U1 bekannt.
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Drehführung:
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Der
Kopf wird auf einem Ausleger aufgenommen, der in einem Punkt unterhalb
des Patienten drehbar gelagert ist und daher bei seiner Verstellung eine
Kreisbahn be schreibt. Dabei wird eine möglichst große Auslegerlänge angestrebt,
um eine annähernd lineare
Hubbewegung des Kopfes zu realisieren.
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Haslinger Kopfstütze:
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Sie
entspricht der eingangs beschriebenen Kopfstütze. Um eine annähernd anatomisch
korrekte Verstellbewegung des Kopfes zu erzeugen, ist der Stützholm von
einem Kreisringsegment gebildet, das durch drei Lagerrollen geführt wird
und über
eine Verzahnung an dem Kreisringsegment angetrieben wird. Durch
diese Führung
ist es möglich,
das Zentrum der Drehbewegung des Kopfes in den Bereich oberhalb der
Patientenlagerfläche
zu verlegen. Ähnliche
Kopfstützen
sind z. B. aus der
AT
107922 B , der
US 4515406
A , der
US 4647108
A und der
JP
07096012 A – Patent
Abstract des JPO bekannt.
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Die
EP 0331122 A2 schließlich beschreibt eine
Kopfstütze
mit einem Stützholm,
der in seiner Längsrichtung
verschiebbar und über
eine Steuerkulisse verschwenkbar ist.
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All
den bekannten Kopfstützensystemen
ist gemeinsam, dass die Verstellbewegungen durch sehr einfache Bewegungsformen
realisiert werden, die in Rücksicht
auf mechanische Randbedingungen quasilineare oder kreisförmige Bahnen
beschreiben. Diese Bahnen entsprechen jedoch nicht der menschlichen
Anatomie, so dass Ausgleichsbewegungen des Kopfes stattfinden müssen. Wird
diese Ausgleichsbewegung unterbunden, z. B. durch Lagerung des Kopfes
in einer Kopfkalotte, so wird der Patient je nach Stellrichtung
auf Stauchung oder Streckung beansprucht. Ein wacher Patient wird
unter dem entstehenden Schmerz kurzzeitig den Kopf anheben und somit
einen Ausgleich herbeiführen.
Ein relaxierter Patient hat diese Möglichkeit jedoch nicht und
bleibt in der jeweiligen Spannungslage.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine motorisch verstellbare
Kopfstütze
der eingangs genannten Art so auszubilden, dass der Kopf eines auf
der Patientenlagerfläche
des Operationstisches liegenden Patienten beim Heben und Senken
der Kopfplatte einer anatomisch korrekten Bahn folgen kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die an dem Stützholm
ausgebildeten Laufbahnen für
die Laufrollen so geformt sind, dass ihre momentanen Krümmungsmittelpunkte
in jeder Stellung des Stützholmes
mit dem momentanen Drehzentrum der Kopfbewegung beim Heben und Senken
des auf der Kopfplatte aufliegenden Kopfes eines Patienten zusammenfallen.
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Die
erfindungsgemäße Lösung beruht
auf einer Analyse der anatomisch korrekten Bewegung des Kopfes und
der Erkenntnis, dass sich die den Kopf mit dem Körper verbindende Wirbelsäule für die technische
Realisierung des Kopfstützensystems
als Gliederkette betrachten läßt. Die
Wirbelsäule
entspricht somit der Aneinanderreihung von einzelnen Gliedern, die
in entsprechenden Abständen
drehbar miteinander verbunden sind und deren jedes für sich eine
gewisse Verdrehung zuläßt, wobei
der Widerstand, der einer Verdrehung entgegengesetzt wird, mit zunehmendem
Verdrehwinkel steigt.
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Die
gestreckte gerade ausgerichtete Lage sei als Mittellage und Ausgangslage
folgender Betrachtungen gewählt.
In der Mittellage sind alle Glieder des beeinflussten Bereiches
in einer geraden Linie angeordnet. Wird der Kopf nun aus dieser
Position angehoben, so wird dies zunächst zu einer Drehbewegung
im vom Kopf am weitesten entfernten Drehglied führen, da dort die Kraft über den
größten Hebel
angreift und die kleinste Verdrehung hervorruft. Mit zunehmender
Drehung übersteigt
jedoch die Spannung in diesem Drehglied die des zum Kopf hin benachbarten
Drehgliedes, so daß dieses
nun eine Verdrehung erfährt.
So schreitet der Mittelpunkt der Drehbewegung bei zunehmendem Anheben
des Kopfes vom weitest entfernten Punkt in Richtung auf den Kopf
hin voran. Die Kurve, welche die Gliederkette beschreibt, entspricht
einer Spirale, die in waagerechter Richtung beginnend sich mit abnehmendem Radius
nach oben krümmt.
Für die
Bewegung des Kopfes bedeutet dies, das ausgehend von einer senkrechten
Hubbewegung von der Mittellage aus der Kopf idealerweise einer Spirale
zunehmender Krümmung
folgt, deren Momentanpole oder -zentren auf der beschriebenen Mittelpunktsspirale
vom am weitesten entfernten Punkt zum Beginn der Hubbewegung in
Richtung des Kopfes wandern.
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Beim
Absenken des Kopfes aus der Mittellage nach unten gelten die Gesetzmäßigkeiten
entsprechend. Die Patientenauflage begrenzt die Anzahl der an der
Bewegung beteiligten Glieder jedoch stark, so daß eine Spirale mit deutlich
engerem Krümmungsradius
entsteht. Der letzte Drehpunkt liegt hier im Wirbelansatz der Schädelbasis.
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Die
kontinuierliche Bewegung des Drehpunktes auf der Mittelpunktspirale
kann zur Vereinfachung der technischen Lösung auch in diskrete Drehungen
um definierte Drehpunkte abgebildet werden, wobei die Drehpunkte
auf der Mittelpunktspirale liegen. Die Bahn des Kopfes wird dann
durch eine Aneinanderreihung von Kreisbögen dargestellt, die zur Erzielung
einer stetigen Bewegung tangential aneinander anschließen und
deren Krümmungsradien
von der Mittellage aus in Richtung Endlage immer kleiner werden.
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Sind
zwei Punkte eines Körpers
bei einer ebenen Bewegung fixiert, so ist damit jeder weitere Punkt
des Körpers
in seiner Position festgelegt. Ebenso kann die Kurvenbahn eines
Körperpunktes, in
diesem Fall der Schwerpunkt des Kopfes, durch die Kurvenbahnen mindestens
zweier anderer Körperpunkte
beschrieben werden. Damit läßt sich
eine Bewegungskurve des Kopfes darstellen durch ein am Kopf angreifendes
Führungselement,
das an mindestens zwei Stellen auf lagespezifisch unterschiedlichen
Kurvenfunktionen geführt
wird. Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird
dieses Prinzip nun dadurch realisiert, daß der Stützholm zwischen drei Laufrollen
eingespannt ist, deren an dem Stützholm ausgebildete
Laufbahnen aufgrund der unterschiedlichen Positionen der Laufrollen
auch eine unterschiedliche Form haben. Die Formen der Laufbahnen
sind aus der gewünschten
Bewegung des Kopfes hergeleitet. Dabei wird in jedem Punkt die Drehbewegung
des Kopfes um einen Drehpunkt auf der oben beschriebenen Mittelpunktspirale
durch eine Abrollbewegung der Laufrollen auf den Laufbahnen abgebildet,
deren jeweiliger Momentanpol oder Krümmungsmittelpunkt mit diesem
Drehpunkt des Kopfes zusammenfällt.
Werden mindestens zwei Punkte des tragenden Stützholmes auf konzentrischen
Kreisbahnen (realisiert durch die jeweiligen Laufbahnen mit den
zugehörigen
Laufrollen) geführt, so
bewegen sich alle Punkte, die fest mit dem Stützholm und damit auch mit dem
Kopf des Patienten verbunden sind, auf Kreisbahnabschnitten um das
gleiche Drehzentrum. Die dritte Laufrolle verhindert ein Abheben
des Stützholmes
von den zwei genannten Laufrollen im Falle wechselnder Lastrichtung
und ist vorzugsweise zum Ausgleich von Fertigungsungenauigkeiten
in Richtung auf den Stützholm
vorgespannt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Träger
in Form eines mit dem Operationstisch starr verbindbaren Gehäuses ausgebildet,
in dem die Laufrollen gelagert sind und der Stützholm geführt ist.
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Der
Antrieb des Stützholmes
kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Beispielsweise kann der Stützholm eine
Zahnspur tragen, in die ein von einem Motor antreibbares Ritzel
eingreift. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zahnspur
an einer zur Krümmungsachse
des Stützholmes
senkrechten Seitenfläche
desselben ausgebildet, wobei die den Motor und das Ritzel umfassende
Antriebsvorrichtung um eine zur Seitenfläche schwenkbare Achse beweglich
in dem Träger
gelagert ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Antriebsvorrichtung eine mittels eines Motors drehbare Gewindespindel,
die sich an dem Träger abstützt und
in eine an dem Stützholm
beweglich gelagerte Mutter eingreift.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfaßt die
Antriebsvorrichtung ein Zugglied, das an oder nahe den beiden Enden
des Stützholmes
befestigt ist und über
ein mittels eines Motors antreibbares Antriebsrad geführt ist.
Das Zugglied kann dabei eine Kette oder ein Zahnriemen sein, so
daß eine
schlupffreie Verstellung des Stützholmes
ermöglicht
wird.
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Schließlich könnte die
Antriebsvorrichtung auch von einem Hydraulikzylinder gebildet sein,
der am Stützholm
angreift und sich an einem tischfesten Träger abstützt. Diese Ausführungsform
eignet sich besonders für
eine Kopfstütze,
die dauerhaft mit einem hydraulisch verstellbaren Operationstisch
verbunden ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen die
Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es
zeigen:
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1a–c Schematische
Darstellungen der Kopfbewegung einer auf dem Rücken liegenden Person,
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2 eine
graphische Darstellung zur Erläuterung
der technischen Realisierung der Bahnkurve für die Verstellbewegung der
Kopfplatte,
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3 eine
schematische Darstellung des Gesamtkonzeptes für die Bahnkurve des Kopfes
und die Führung
der Kopfstütze,
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4 eine
perspektivische Gesamtansicht der erfindungsgemäßen motorisch verstellbaren Kopfstütze,
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5 eine
annähernd
der 4 entsprechende Darstellung der Kopfstütze, wobei
ein Teil des Gehäuses
entfernt ist,
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6 eine
der 5 entsprechende Darstellung der Kopfstütze, jedoch
von der entgegengesetzten Seite her betrachtet, und
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7 eine
perspektivische Darstellung des Holmes und der Antriebsvorrichtung.
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Die 1a–c zeigen
die Krümmung
der Wirbelsäule
bei der Auf- und Abbewegung des Kopfes eines auf dem Rücken liegenden
Patienten. Mit 10 ist die Patientenlagerfläche eines
Operationstisches bezeichnet, an dem eine Kopfplatte 12 verstellbar
angeordnet ist. Auf der Kopfplatte 12 ruht der Kopf 14 eines
auf der Patientenlagerfläche 10 liegenden
Patienten 16. Mit 18 ist der Schwerpunkt des Kopfes
bezeichnet.
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Die 1b zeigt
den Patienten 16 in seiner gestreckten Lage, wobei die
Kopfplatte 12 mit der Patientenlagerfläche 10 fluchtet und
die Wirbelsäule 20 des
Patienten eine gerade Linie bildet. Wird der Kopf 14 des
Patienten mittels der Kopfplatte 12 angehoben, so krümmt sich
die Wirbelsäule
entsprechend der Bahn 20' in 1a.
Wird der Kopf 14 durch Absenken der Kopfplatte 12 nach
unten bewegt, so folgt die Wirbelsäule der Bahn 20'' in 1c. Man
erkennt, daß die
Wirbelsäule
nicht eine Schwenkbewegung um ein festes Drehzentrum macht und daß die Bahnen 20' und 20'' unterschiedlich gekrümmt sind.
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Anhand
der 2 und 3 soll erläutert werden, wie die Kopfplatte 12 so
verstellt werden kann, daß der
Schwerpunkt 18 des Kopfes 14 beim Anheben und
Senken der Kopfplatte 12 seiner anatomisch korrekten Bahn
folgt, die in den 2 und 3 mit 22 bezeichnet
ist.
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Die
Kopfplatte 12 ist an dem einen Ende eines Stützholmes 24 befestigt,
der zwischen 3 Laufrollen 26, 28 und 30 in
der Zeichenebene verschiebbar geführt ist. Die Laufrollen 26, 28, 30 liegen
dabei an Laufbahnen 32, 34 bzw. 36 an,
die an dem Stützholm 24 ausgebildet
sind. Diese Laufbahnen 32, 34, 36 werden
aus einzelnen Abschnitten zusammengesetzt, die so aufgefunden werden,
wie dies in 2 schematisch erläutert wird.
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2 zeigt
eine bestimmte Stellung des Kopfes oder einen Zeitpunkt der Stellbewegung
des Kopfes, zu dem sich der Kopfschwerpunkt 18' an dem in 2 dargestellten
Punkt auf der Bewegungsbahn 22 befindet. Das zugehörige Drehzentrum
in der Wirbelsäule,
d. h. auf der Bahn 20'' befindet sich
an dem mit Zmom bezeichneten Punkt. Der Kopfschwerpunkt 18 ist über die
Kopfplatte starr mit dem Stützholm 24 in 3 verbunden.
Die Laufrollen 26, 28, 30 liegen jeweils
in einem Punkt 26', 28', 30' auf der zugehörigen Laufbahn 32, 34, 36 auf.
Die Punkte 26', 28', 30' sind auch Punkte
des Stützholmes 24 und
damit starr mit dem Kopfschwerpunkt 18 verbunden. Die vier
Punkte 18', 26', 28' und 30' können also
nur dann eine gemeinsame Drehbewegung um das momentane Drehzentrum
Zmom ausführen, wenn die momentanen Krümmungsmittelpunkte
der Laufbahnen 32, 34, 36 mit dem momentanen
Drehzentrum Zmom zusammenfallen, d. h. die
Rollen 26, 28, 30 zu jedem Zeitpunkt
auf konzentrischen Kreisbahnabschnitten mit dem Zentrum Zmom laufen.
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Unter
dieser Bedingung werden bei Verlagerung des jeweils aktuellen oder
momentanen Drehzentrums Zmom entlang den
Bahnen 20'' und 20' die zugehörigen Abschnitte
der Laufbahnen 32, 34, 36 ermittelt.
Sie bilden aneinandergereiht die entsprechenden Laufbahnen 32, 34 und 36.
Die Laufbahnen sind alle unterschiedlich. In ihrer Kombination ergeben
sie jedoch durch die Abrollbewegung auf den entsprechenden Laufrollen 26, 28 bzw. 30 die
gewünschte
Bewegungsbahn der Kopfplatte 12 und damit des Kopfschwerpunktes 18.
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Die 4 bis 7 zeigen
nun in schematischer Darstellung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
die technische Realisierung der erfindungsgemäßen Kopfstütze. In den Figuren erkennt
man ein allgemein mit 38 bezeichnetes Gehäuse, das
im wesentlichen aus zwei zueinander parallelen Platten 40, 42 besteht,
die durch Bolzen 44 in einem Abstand voneinander gehalten
und miteinander verbunden sind. Zwischen den Platten 40 und 42 sind die
Laufrollen 26, 28 und 30 um zu den Platten 40 und 42 senkrechte
Achsen drehbar gelagert, zwischen denen der Stützholm 24 geführt ist.
In der 6 erkennt man die an dem Stützholm 24 ausgebildeten
Laufbahnen 32, 34 und 36 für die Laufrollen 26, 28 bzw. 30.
Der Stützholm 24 trägt an einem Ende
eine Leiste 46, an der die in den 4 bis 7 nicht
dargestellte Kopfplatte 12 befestigt werden kann. Ferner
ist an diesem Ende des Stützholmes 24 ein
Handgriff 48 angebracht, mit dem der Stützholm von Hand bewegt werden
kann. Oberhalb der Laufrolle 28 befindet sich eine in 6 erkennbare
Abdeckplatte 50, die verhindern soll, daß Gegenstände, insbesondere
Haare eines Patienten von der Laufrolle 28 erfaßt und in
das Gehäuse 38 hineingezogen
werden können.
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Die
Stützrolle 30 wird
durch eine Feder 52 in Richtung auf die Laufbahn 36 vorgespannt.
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Der
Antrieb für
die Verstellung des Stützholms 24 ist
in 7 erläutert.
Der Stützholm 24 trägt auf seiner
einen Längsseite
eine Zahnspur 54, in die ein Zahnritzel 56 eingreift,
das über
einen Schneckentrieb 58 von einem Motor 60 angetrieben
wird. Die aus dem Motor 60, dem Schneckentrieb 58 und dem
Ritzel 56 bestehende Antriebsvorrichtung oder Baugruppe
ist in einer Platte 62, die an der Außenseite der Gehäuseplatte 42 angeschraubt
ist, mittels einer Drehscheibe 64 um eine Achse 66 schwenkbar gelagert,
so daß das
Ritzel 56 der sich bei der Verstellung des Stützholmes 24 ändernden
Richtung der Zähne
der Zahnspur 54 folgen kann. Die Antriebsvorrichtung ist
in der Praxis durch einen nicht dargestellten Deckel abgedeckt,
der mit der Platte 62 befestigt ist.
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Das
Gehäuse 38 kann
mit Hilfe eines nicht dargestellten Trägers an dem Gestell eines Operationstisches
oder der Patientenlagerfläche 10 befestigt werden.