DE3853020T2

DE3853020T2 - Einrichtung zum einstellbaren Positionieren des Armes eines medizinischen Instruments.

Info

Publication number: DE3853020T2
Application number: DE3853020T
Authority: DE
Inventors: Leonard Bonnell
Original assignee: Leonard Medical Inc
Current assignee: Leonard Medical Inc
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1988-05-26
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2008-05-27
Also published as: EP0293760A2; US4863133A; EP0293760A3; EP0293760B1; DE3853020D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen für das Halten medizischer Instrumente.
Chirurgische Prozeduren, z.B. solche, die arthroskopische Chirurgie umfassen, erfordern die gleichzeitige Verwendung zahlreicher Instrumente durch den Arzt. Oft ist die Prozedur kompliziert, und einer oder mehrere Assistenten mögen benötigt werden, um eines oder mehrere der Instrumente in Position zu halten. Diese Assistenten verursachen häufig ein Gedränge im Gebiet rund um den Operationstisch und beschränken die Bewegung des operierenden Arztes.
Um dieses Problem anzugehen, haben andere für das Halten von chirurgischer Ausrüstung Arme vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt Milo (1975, US-Patentnr. 3,858,578) einen biegsamen Arm für das Halten chirurgischer Instrumente, dessen Gelenke gleichzeitig am Ort festgehalten werden können, unter Verwendung hydraulischen Drucks zum Spannen eines Kabels, das sich axial durch die zusammengesetzten Armelemente erstreckt. Poletti (1972, US-Patentnr. 3,638,973) und Kimoshita (1976, US- Patentnr. 3,986,692) beschreiben gegliederte Arme, die durch hydraulischen Druck in ihrer Position festgehalten werden können.
Die Erfindung beruht auf einer Instrumente haltenden, gegliederten Vorrichtung, wie in US-Patentnr. 4,548,373 gezeigt, mit einem distalen, zum Halten eines Instruments geeigneten Ende in dem Bereich eines chirurgischen Operationsgebiets, die wenigstens ein Gelenk aufweist, das ein bewegliches distales Halteelement relativ zu einem proximalen Tragpunkt hält und mit einem Betriebsweisen-Wähler in Verbindung steht, wobei das Gelenk aufgrund seiner Struktur in der Lage ist, bei Auswahl einer ersten Betriebsweise durch den Wähler eine relativ freie Bewegung sdes Gelenks zum Erreichen einer gewünschten Position des Instruments zu ermöglichen, und bei Auswahl einer zweiten Betriebsweise durch den Wähler die räumliche Position des Instruments mit leichter Hemmung festzulegen, wobei unter Aufrechterhaltung der Wahl der zweiten Betriebsweise der Benutzer die Position des Instruments durch Ausüben einer leichten Kraft auf das Instrument adjustieren kann und nach Wegnahme der leichten Kraft durch den Benutzer das Instrument in der neu adjustierten Position bleibt.
Gemäß der Erfindung weist das Gelenk eine durch Vakuum aktivierte Hemmung für das Herbeiführen der zweiten Betriebsweise aui, und die Vorrichtung enthält eine Einrichtung zur Lieferung von Vakuum in das Gelenk, das bei Abwesenheit eines Vakuums vorbestimmten Pegels zum freien Rotieren um seine jeweilige Achse, jedoch bei Vorhandensein eines Vakuums oberhalb des vorbestimmten Pegels in dem Gelenk zum leichten Widerstand gegen Rotieren eingerichtet ist, um dadurch die relativen Positionen der Vorrichtungselemente in dem Gelenk einztistellen.
In bevorzugten Ausführungsbeispielen ist die leichte Kraft in der Größenordnung von einer oder weniger Unzen (etwa 30 g oder mehrmals 30 g). Die Vorrichtung enthält wenigstens zwei Gelenke mit je zwei Betriebsweisen, wobei der Wähler wenigstens drei wählbare Zustände hat, bei denen entweder beide Gelenke für die erste Betriebsweise oder beide Gelenke für die zweite Betriebsweise oder das erste Gelenk für die erste Betriebsweise und das andere Gelenk für die zweite Betriebsweise ausgewählt werden. In einem speziellen Ausführungsbeispiel umfaßt die Vorrichtung einen Sockel, eine Schulterbaugruppe mit einem ersten Gelenk zur Rotation um eine erste Achse auf dem Sockel und einem zweiten Gelenk distal von dem ersten Gelenk für die Rotation um eine zweite Achse senkrecht zur ersten Achse, einen Arm, dessen proxirnales Ende drehbar mit dem zweiten Gelenk der Schulterbaugruppe verbunden ist, und eine Handgelenk-Baugruppe, verbunden mit dem distalen Ende des Arms, die ein um das Ende des Arms bewegbares Handgelenk aufweist. Vorzugsweise weist der Arm erste und zweite Armelemente auf, die an einem Ellbogengelenk drehbar miteinander verbunden sind, und vorzugsweise hat jedes der Gelenke zwei Betriebsweisen. Noch vorteilhafter ist es, daß die Vorrichtung eine Einrichtung zur Lieferung von Vakuum in die Gelenke aufweist, wobei jedes Gelenk eine Instrumentenklammer an dem distalen Ende der Vorrichtung besitzt, geeignet zum Aufnehmen und festen Halten eines chirurgischen Instruments, Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum durch die Vorrichtung, und eine mit den I-eitungsmitteln in Verbindung stehende Einrichtung zum selektiven Liefern von Vakuum in eines oder mehrere Gelenke, um die Gelenke mit leichter Hemmung ernzustellen. Vorzugsweise weist die Einrichtung zum selektiven Liefern von Vakuum distal an der Vorrichtung angeordnete Schaltmittel, erste Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum in das Schaltmittel, und zweite Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum von den Schaltmitteln in die Gelenke auf. Die Vorrichtung enthält weiters Austariermittel in Verbindung mit der Schulterbaugruppe zum Austarieren des Arms, vorzugsweise enthalten die Austariermittel eine Konstantkräft-Zugfeder; die an einem Ende mit der Schulterbaugruppe und am zweiten Ende mit dem Arm verbunden ist.
In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Gelenk mit zwei Betriebsweisen wenigstens ein sphärisches Element auf, das für Drehbewegung geeignet ist und mit einer Vakuumkammer derart in Verbindung steht, daß ein an die Kammer angelegtes Vakuum die Gelenkteile zwecks Ausübung einer Reibungshemmung zusammenzieht. Vorzugsweise enthält das Gelenk ein erstes und ein zweites sphärisches Element, die in Reihenfolge miteinander verbunden sind; das erste sphärische Element ist starr mit dem zweiten sphärischen Element verbunden; und das Gelenk enthält weiter eine Pfanne für das sphärische Element, wobei in der Wand der Pfanne eine Nut zum Aufnehmen und Halten eines O-Rings derart ausgebildet ist, daß Kompression und Rotation des O-Rings begrenzt sind, wobei das sphärische Element und die Pfanne die Vakuumkammer definieren und die Ausbildung eines Vakuums in der Kammer geeignet ist, das sphärische Element in einen die Bewegung hemmenden Reibungseingriff mit dem O-Ring zu ziehen.
Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt eine chirurgische Konsole eine Mehrzahl von Vorrichtungen wie oben beschrieben.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Handgelenk wenigstens ein sphärisches Element auf, das für Drehbewegung geeignet ist und mit einer Vakuumkammer derart in Verbindung steht, daß ein an die Kammer angelegtes Vakuum die Gelenkteile zwecks Ausübung einer Reibungshemmung zusammenzieht.
Die Erfindung schafft somit eine Halterung für die Aufnahme eines Instruments, für die freie Bewegung des gehaltenen Instruments in drei Dimensionen um das Operationsfeld, und für das Halten des Instruments präzise an einer eingestellten Position in einem Operationsfeld. Die Gelenke der Vorrichtung können leicht eingestellt werden, z.B. durch Anwendung von einem oder mehreren Schaltern, jedoch ist es dem Chirurgen möglich, die Instrumentenpositionierung durch Überwinden der Reibungseinstellung der Gelenke unter Anwendung einer kleinen zusätzlichen Kraft zu adjustieren. Durch Verwendung eines Vakuum-Arretiermechanismus entfällt das Risiko des Wegblasens einer Komponente (wie in hydraulischen oder anderen Hochdrucksystemen). Es gibt keine Einführung von kontaminierter Luft in das Operationsgebiet (wie in Druckluftsystemen) und, wenn das Vakuum verloren geht, fällt die Vorrichtung nicht unmittelbar aus, sondern braucht hierzu wenigstens 30 bis 60 Sekunden, was dem Arzt viel Zeit zum Reagieren läßt. Andere Vorteile des Tragarms der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik umfassen: Das Vorhandensein einer Austarierung, um das Instrument an einem spezffischen gewünschten Ort innerhalb des Operationsfelds zu halten, bereit für die Verwendung durch den Arzt; der gesamte Arm ist sterilisierbar, so daß er vom Arzt ohne Beeinträchtigung der sterilen Zone berührt werden kann; und die Vorrichtung hat eine Mehrzahl rotierbarer Gelenke, die dem Chirurgen große Flexibilität für die Positionierung eines von dem Arm gehaltenen Instruments nach Wunsch einräumt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und aus den Ansprüchen.

Zunächst werden die Zeichnungen kurz beschrieben.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Tragarmvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2, 3 und 4 sind etwas schematische, perspektivische Ansichten eines Chirurgen, der die Tragarmvorrichtung nach der Erfindung für die Positionierung eines Instruments während der Operation verwendet;
Fig. 5, 5a und 5b sind Vorder-, Seiten- und Draufsichten einer Tischmontagebaugruppe des Tragarms nach der Erfindung;
Fig. 6, 6a und 6b sind Vorder-, Seiten- und Draufsichten des Schulterelements der Vorrichtung;
Fig. 7 ist eine seitliche Schnittansicht eines Ellbogen/Schulter-Drehgelenks des Tragarms nach der Erfindung, während Fig. 7a eine Draufsicht des Gelenkes ist, genommen an der Lie 7a-7a der Fig. 7;
Fig. 8 ist eine seitliche Schnittansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Handgelenks der Tragarmvorrichtung nach der Erfindung, mit einer Schnellunterbrechungs-Baugruppe;
Fig. 9, 9a und 9b sind eine Draufsicht sowie Schnittansichten von der Seite und von oben der Schnellunterbrechungs-Baugruppe;
Fig. 10 und 11 sind seitliche Schnittansichten alternativer Ausführungsbeispiele des Handgelenks;
Fig. 12 und 12a sind Vorder- und Seitenansichten der Vakuumschalterbaugruppe, während Fig. 12b eine Draufsicht der Schalterbaugruppe ist, genommen an der Lie 12b-12b der Fig. 12;
Fig. 13, 14 und 15 sind perspektivische Ansichten von Instrumentenklammern für die Verwendung mit der Vorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 16 ist eine schematische Ansicht des Tragarms nach der Erfindung, die den hindurchgehenden Vakuumfluß zeigt; und
Fig. 17 ist eine etwas schematische, perspektivische Ansicht eines Chirurgen, der eine Konsole mit einer Mehrzahl von Tragarmen nach der Erfindung verwendet.
Bezug nehmend auf Fig. 1 besteht der Tragarm 10 aus einem vertikalen Tragständer 12, einer Schulterbaugruppe 14, konstruiert für die Rotation bei 13 um die Achse A, und enthaltend ein Schultergelenk 15, konstruiert für die Drehung um die Achse B; einem oberen Arm 16, einem Ellbogengelenk 18, konstruiert für die Rotation um die Achse C; einem Unterann 20; und eine Handgelenkbaugruppe 22, umfassend ein Handgelenk 23, z.B. ein Paar von sphärischen Gelenken, die dazu bestimmt sind, sich unabhängig voneinander zu verschwenken. An dem Ende der Handgelenkbaugruppe ist eine Schnellunterbrechungs-Baugruppe 24 für die Aufnahme einer Instrumentenklammer 26 zum Halten eines Instruments 28 vorgesehen, z.B. eines kraftgetriebenen chirurgischen Instruments. Der gesamte Arm ist dampfsterilisierbar für die Verwendung in einem Operationsfeld ohne Abdeckung durch sterile Tücher.
Die Struktur der Tragarmvorrichtung wird weiter unten detaillierter beschrieben, jedoch wird zunächst die Verwendung der Erfindung beschrieben zwecks besseren Verständnisses ihrer wichtigen Merkmale.
Die Erfindung ermöglicht es dem Chirurgen besser; als ein Orchesterleiter tätig zu werden, der sein Operationsteam durch eine Prozedur führt, indem sie den Chirurgen mit der Möglichkeit ausstattet, ein Instrument, z.B. ein kraftgetriebenes chirurgisches Instrument oder eine endoskopische Kamera, für eine chirurgische Prozedur präzise zu positionieren und das gehaltene Instrument exakt an dieser Position zu verlassen, was eine Hand frei macht, die sonst benötigt würde, um das Instrument während der Prozedur zu halten, typischerweise die eigene des Chirurgen oder in manchen Fällen die eines Assistenten, in welchem Fall der Assistent möglicherweise den Zugang zum Operationsfeld behindern würde. Der Chirurg, der das Instrument nicht in Position halten muß, kann die Hand für andere Zwecke verwenden, z.B. um besser taktile Kontrolle oder Überwachung des Patienten durchzuführen, z.B. beim Positionieren oder Manipulieren der Glieder. Der Haltearm ermöglicht es dem Chirurgen, das Operationsfeld zu verlassen, z.B. zum Konsultieren von Röntgenbildern oder Patientengeschichten, um zu der Prozedur zurückzukehren, mit den Instrumenten exakt dort positioniert, wo er sie zurückgelassen hatte. Die Prozedur ist somit verbessert und auch verkürzt.
Bezug nehmend auf Fig. 2 ermöglicht es der Tragann 10 nach der Erfindung in einer ersten Betriebsweise dem Chirurgen 30, den Arm frei zu bewegen, um das chirurgische Instrument, in diesem Fall eine endoskopische Kamera 28', an einem gewünschten Ort um das Operationsfeld frei zu positionieren, z.B. wie in der Figur gezeigt, ein Knie 32 eines Patienten, mit der Schulter 13 und dem Schultergelenk 15, Ellbogengelenk 18 und Handgelenk 23 sämtlich frei beweglich, wie durch die Pfeile A, B, C und D angedeutet. Sobald das Instrument annähernd positioniert ist, legt der Chirurg die Schulter 13, das Ellbogengelenk 18 und das Schultergelenk 15 durch Betätigung eines ersten Schalters 34 nahe der Handgelenkbaugruppe fest.
Nunmehr Bezug nehmend auf Fig. 3 führt der Chirurg 30 eine Feineinstellung des Instruments 28' durch, während er den Videomonitor 36 beobachtet und ein anderes Instrument, z.B. ein kraftgetriebenes cbirurgisches Werkzeug 38, mit der anderen Hand manipuliert. Die Möglichkeit zur Feineinstellung der Position des Instruments wird durch die freie Betätigung des Handgelenks 23 geschaffen, und auch durch die Möglichkeit, daß der Chirurg wie gewünscht den durch Vakuum erzielten Reibungsverbund von Ellbogen und Schultergelenken 15, 18 und der Schulter 13 durch Anwendung einer leichten zusätzlichen Kraft überwindet (wenn natürlich mehr Nachstellung der Schulter; des Ellbogens und der Schultergelenke erforderlich ist, kann der Chirurg diese Gelenke durch Betätigung des Schalters 34 schnell freigeben, die Position adjustieren und die Gelenke wieder festlegen). Sobald die gewünschte Feineinstellung des Instruments erreicht ist, legt der Chirurg das Handgelenk durch Betätigung des zweiten Schalters 40 (Fig. 3) fest, ebenfalls neben der Handgelenkbaugrüppe.
Sobald das Instrument in Position festgelegt ist, hat der Chirurg seine Hand frei für andere Aktivität im Operationsfeld. Zum Beispiel hält in Fig. 4 die Tragarmvorrichtung nach der Erfindung die endoskopische Kamera 28' an einer Position, um dem Chirurgen den gewünschten Blick auf den Monitor 36 zu ermöglichen. Der Chirurg manipuliert mit seiner linken Hand ein chirurgisches Werkzeug, z.B. ein kraftgetriebenes Schabeoder Schneidinstrument 38, und indem er mit der rechten Hand den Knöchel des Patienten ertaßt, manipuliert er die Gliedmaßen zur Herbeiführung einer Varus- oder Valgusbeanspruchung in dem Kniegelenk für verbesserte Zugänglichkeit.
Während der chirurgischen Prozedur kann der Chirurg schnell die Position des Instruments adjustieren, entweder durch Deaktivieren des Vakuums durch einen oder den anderen der Schalter 34, 40 oder durch Ausüben einer kleinen zusätzlichen Kraft, z.B. in der Größenordnung von einer oder eiger Unzen zur Überwindung des eingestellten Vakuums von einem oder mehreren der Gelenke, um das Instrument wie gewünscht zu bewegen. Dieses Merkmal resultiert aus der Verwendung von Vakuum, um die Gelenkreibung einzustellen, zum Unterschied von den Blockiergelenken der mechanischen Type, die die Position festhalten. Wie noch beschrieben wird, wird das Instrument in gewissem Ausmaß immer von dem Arm getragen, selbst wenn die Gelenke nicht durch Vakuum fixiert sind, was die Ermüdung des Arztes ebenfalls vermindert.
Obwohl die bisher beschriebenen Zeichnungen eine arthroskopische Prozedur des Knies darstellen, erkennt man, daß der Tragarm weite Anwendung für Chirurgie und andere Gebiete der Medizin hat, z.B. in der arthroskopischen Chirurgie aller operierbaren Gelenke, z.B. oral, arthropädisch und pädiatrisch, und auch in den Gebieten der Ophtalmologie und der Neurochirurgie, und allgemein bei jeder Prozedur, bei der der Arzt durch eine leicht adjustierbare Vorrichtung für die feste Positionierung eines Instruments jeder Type in dem Operationsfeld unterstützt wird; z.B. in Prozeduren, die vom Arzt die Positionierung eines Behandlungsinstruments und die Entfernung während der Durchführung der Behandlung erfordern, z.B. die Behandlung durch Protonenstrahlung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 und ebenfalls auf die Fig. 5, 5a und 5b erstreckt sich der Ständer 12 um einen Abstand H, z.B. ungefähr 30,5 cm (12 inches) von der Klemme 40 nach oben, die für die sichere Befestigung enflang einer Schiene 42 eines Operationsbetts konstruiert ist (Fig. 1). Der Ständer 12 hat ein konisches oberes Segment 44, das in einer flachen horizontalen Oberfläche 46 endet. Auf der Oberfläche 46 ist ein Plattenelement 48 angeordnet, das für die Rotation um einen vertikalen Zapfen 50 konstruiert ist, der sich entlang der Achse A von dem Ständer 12 nach oben erstreckt. Der Ständer und Zapfen 50 definieren eine Leitung 52 für das Vakuum aus einer externen Quelle, durch die Basis des Ständers, wie weiter unten noch näher erläutert. Ein zweiter vertikaler Zapfen 54, angeordnet durch die Platte 48 an einer Position radial außerhalb der Achse A, definiert eine Leitung für Vakuum in die Kammer 56, die zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte 48 und des Ständers 12 definiert und durch O-Ringe 58 gedichtet ist.
Wie am besten aus den Fig. 6, 6a und 6b erkennbar; besteht eine Schulterbaugruppe 14 aus einer vertikalen Platte 63 mit Öffnungen 51, 55 zur Aufnahme von Zapfen 50, 54 in vakuumdichter Relation (erzielt durch O-Ringe 60, 62 um die Zapfen) und zur Definition von Vakuumleitungen 65, 67 hindurch, wie unten beschrieben. Zapfen 50 hat ausreichende Höhe h, z.B. ungefähr 5,1 cm (2 inches) zum Abstützen der Schulter und ausgedehnter Teile des Armes gegen Biegen oder Umknicken unter Last. Der zweite Zapfen 54 veranlaßt die Schulter und die Platte, bei 13 zu rotieren. Die Schulter besteht außerdem aus dem Schultergelenk 15 mit einem Schultergelenkelement 69, das zur Rotation relativ zur Schulterplatte 63 an der Achse 13 montiert ist, wobei das Gelenkelement mit dem inneren Ende des oberen Arms 16 verbunden ist. Zur Rotation mit dem Gelenkelement 69 ist eine Gegengewichtsplatte 68 befestigt. Der Bewegung des Arms 16 wird Widerstand entgegengesetzt durch eine Konstantkraft-Zugfeder 70, die an einem Ende 72 mit der Schulterplatte 63 verbunden ist und ein aufgewickeltes Ende 74 hat, das an einem Schaft zwischen der Platte 68 und einer bogenförmigen Nut 78 in der Platte 63 angeordnet ist. Der Schaft wird dadurch veranlaßt, sich mit dem oberen Arm 16 zu bewegen, wobei die Bewegung des Arms 16 (durch den Pfeil S angedeutet) die Feder zur Abwicklung bringt und Kraft auf den Arm zur Ausübung eines Widerstandes gegen weitere Bewegung ausübt. Der Schaft 76, an den die Federwicklung 74 angebracht ist, ist auf eine Bewegung in der Nut beschränkt, wodurch der Bewegungsbereich des oberen Arms limitiert wird, z.B. auf ungefähr 100 unter Horizontal bis 100º, oder über andere Bereiche wie gewünscht.
Bezug nehmend auf Fig. 7 besteht das Ellbogengelenk 18, zwischen dem oberen Arm 16 und dem Unterarm 20, aus ersten und zweiten rotierenden Gelenkelementen 82, 84, die je mit einem Arm verbunden und an dem Stift 86 zur Drehung um die Achse C vorgesehen sind. In einer ringförmigen Nut 88, definiert zwischen den rotierenden Gelenkelementen, ist eine Beilagscheibe vorgesehen, z.B. Gummi oder Silikon 90, die bei Vorhandensein eines Vakuumzustandes innerhalb des Gelenkes die relative Bewegung der Gelenkelemente beschränkt, wie unten näher beschrieben. Das Drehgelenk an der Schulter ist ähnlich konstruiert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 ist am äußersten Ende des Unterarms 20 eine Handgelenkbaugrüppe 22 vorgesehen, die in dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel aus einem ersten sphärischen Element 92 besteht, das an dem Ende des Unterarms 20 angebracht ist und innerhalb einer zylindrischen Hülse 94 durch einen mit Gewinde versehenen Ring 96 gehalten ist. Ein zweites sphärisches Element 98 wird am entgegengesetzten Ende der zylindrischen Hülse durch einen Ring 100 gehalten, wobei die sphärischen Elemente zwischen sich eine Vakuumkammer 102 definieren, die durch O-Ringe 104 gedichtet ist, die in Nuten solcher Größe gehalten sind, daß sie die Kompression beschränken und der Rotation des O-Rings entgegenwirken.
Bezug nehmend auf Fig. 9, 9a und 9b ist an dem äußeren Ende des sphärischen Elements 98 eine Schnellunterbrechungs-Baugruppe 104 vorgesehen, mit einem Grundkörper 106 und einem Paar von Stoßriegeln 108, die durch Druckfedern 110 in Position gehalten werden. Um den Schaft 114 einer Instrumentenklammer aufzunehmen, z.B. wie in Fig. 13 und 14 gezeigt, definieren der Grundkörper und die Riegel eine Höhlung 112. Wenn der Schaft eingesetzt wird, werden die Riegel radial nach außen gedrängt, um den Durchtritt zu ermöglichen; die Federn führen dann die Riegel in die Position der Fig. 9a zurück, um die Klammer festzuhalten. Zum Wechseln der Instrumente nach Wunsch drückt der Chirurg nur auf die außen liegenden Oberflächen 109 der Riegel 108, um die Klemmung aufzuheben.
Andere Ausführungsbeispiele des Handgelenks sind in den Fig. 10 und 11 dargestellt. In Fig. 10 hat das Handgelenk 22' ein einzelnes sphärisches Element 115, das eine Vakuumkammer 116 an dem äußeren Ende des Unterarms definiert, und ist an dem Unterarm in einem Winkel zu der Achse X des Arms angebracht. In dem Handgelenk 22" von Fig. 11 ist ein Paar von sphärischen Elementen 118 vorgesehen, verbunden durch einen starren hohlen Schaft 120. Jedes sphärische Element definiert, mit einer Struktur jeweils neben dem Arm 20 und der Schnellunterbrechungs- Baugruppe 104, getrennte Vakuumkammern 122, 124, die durch den Schaft verbunden sind. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Handgelenk eine Reihe von vier, durch Vakuum arretierbare rotierende Gelenke enthalten, die aufeinandertolgend in rechten Winkeln angeordnet und um jeweilige Achsen rotierbar sind.
Bezug nehmend auf die Fig. 12, 12a und 12b bestehen die Vakuumbetätigungsschalter 34, 40 aus Gleitschaltern, die am äußeren Ende des Unterarms 20 angeordnet sind, in der Nähe der Handgelenkbaugrüppe 22. Der Schalter 34 erlaubt in der ersten Position, daß Vakuum durch die Leitung 140 in dem Grundkörper des Schaltelements verteilt wird. In einer zweiten Position des Gleitschalters (in Fig. 12 dargestellt) wird das Vakuum VA in die Leitung 144 geführt, um Vakuum in Ellbogen und Schulter des Arms zu erzeugen. Der Schalter 40 verhütet in einer ersten Position (in Fig. 12 gezeigt), daß Vakuum durch die Leitung 146 gezogen wird, statt Vakuum in den Grundkörper des Schaltelementes zu verteilen. In einer zweiten Position des Schalters 40 wird Vakuum VW in die Leitung 146 gezogen, um die Gelenke des Handgelenks festzulegen.
Unter kurzer Bezugnahme auf Fig. 13 und 14 werden typische Instrumentenklammern 126, 126' dargestellt. Die Klammern bestehen aus einem Schaft 114 solcher Bemessung und Konstruktion, um von der Schnellunterbrechungs-Baugruppe 104 aufgenommen zu werden, und eine Klammer; z.B. eine Zangenklammer 123 (Fig. 13) oder eine Ringklammer 123' (Fig. 14). Die Klammern, konstruiert für das jeweilige Instrument, mit dem sie verwendet werden sollen, werden mit Hilfe von Rändelschrauben 125 an dem Instrument befestigt. In Fig. 15 ist eine Instrumentenklammer 128 für die Verwendung in speziellen chirurgischen Prozeduren dargestellt, bei denen mehrere Instrumente an den Achsen X, Y und Z der Klammer angeordnet sind, die auf das Zentrum einer Kugel gerichtet sind, die durch die Klammerarme 130 definiert ist, z.B. für das Bohren in ein Gelenk von außerhalb des Körpers entlang der Achse Z, um auf eine Sonde in der Achse X zu stoßen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 16 wird der Betrieb eines Tragarms 10 nach der Erfindung in den verschiedenen Betriebsweisen beschrieben. Vakuum (angedeutet durch Pfeile V) wird aus einer externen Quelle, z.B. einem Wandvakuumanschluß in einem Operationsraum (nicht dargestellt) von typischerweise ungefähr 18 bis 22 mm Quecksilbersäule in die Basis des Ständers 12 geliefert. Der Ständer definiert eine Leitung 52 zum Anlegen des Vakuums an den Zapfen 50. Ein Paar von getrennten Leitungen, z.B. Plastikröhren 140, 142 erstrecken sich durch den Zapfen 50 in die Schulterplatte 63 und von dort durch das Schultergelenk 15, den Oberarm 16, das Ellbogengelenk 18, und den Unterarm 20 an die Schalter 34, 40 neben der Handgelenkbaugruppe 22. Wenn die Schalter 34, 40 offen sind, wird Luft aus dem Operationsraum in den Tragarm gezogen, und alle Gelenke sind frei beweglich, was es dem Chirurgen ermöglicht, das Instrument für die Grobeinstellung frei zu bewegen (durch die Verwendung von Vakuum gibt es keine Gefahr, daß Fluid, sei es Flüssigkeit oder Gas, in das Operationsfeld ausgestoßen wird, wie mit pneumatischen oder hydraulischen Druckeinrichtungen). Wenn der Schalter 34 geschlossen ist, wird Vakuum VA in die geschlossene Rückleitung 144 gezogen, was einen Vakuumzustand in den Kammern erzeugt, die definiert sind durch das Ellbogengelenk 146, das Schultergelenk 148 und an der Schulter 56. Diese Kammern sind gedichtet, die Schulter durch O- Ringe 58, die Ellbogen- und Schultergelenke durch Beilagscheiben 90, 91, und die Platte 48 wird gegen die Oberfläche 46 gegen die O-Ringe gezogen, um einer Rotation bei 13 Widerstand entgegenzusetzen, und die Gelenkelemente 82, 84 des Ellbogens und die Gelenkelemente der Schulter werden gegen die Beilagscheiben zusammengezogen, um in ähnlicher Weise der Bewegung der Ellbogen und Schultergelenke Widerstand entgegenzusetzen (Widerstandskraft ist eine Reibungskraft und kann durch Anwendung einer etwas größeren Kraft, z.B. durch den Chirurgen für geringe Adjustierungen der Instrumentposition überwunden werden).
Die Betätigung des Gleitschalters 40 zieht ein Vakuum VW über die Leitung 146 in die Kammer (oder die Kammern) des Handgelenks, um die sphärischen Elemente 92, 98 in Reibungseingriff mit den O-Ringen 104 zu bringen, wodurch das Handgelenk festgelegt wird, jedoch in einer Weise, die überwunden werden kann durch die Anwendung einer relativ kleinen Kraft, z.B. eine oder nur wenige Unzen, für die Adjustierung des Instruments.
Andere Ausfährungsbeispiele liegen innerhalb der nachfolgenden Ansprüche, z.B. ist in Fig. 17 eine Konsole 115 dargestellt, die mit mehreren Armen 10 nach der Erfindung für das Halten mehrerer Vorrichtungen zur Unterstützung des Chirurgen während der durchzuführenden Prozedur versehen ist. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann Vakuum beispielsweise bis herunter auf 16 mm Quecksilbersäule verwenden. Das Vakuum kann durch eine Einzelpumpe bereitgestellt werden, oder durch eine Venturi-Anordnung, betrieben aus einer Druckquelle.

Claims

1. Gegliederte Vorrichtung zum Halten eines Instruments, mit einem distalen, zum Halten eines Instruments geeigneten Ende in dem Bereich eines chirurgischen Operationsgebiets, die wenigstens ein Gelenk aufweist, das ein bewegliches distales Halteelement relativ zu einem proximalen Tragpunkt hält und mit einem betriebsweisen Wähler in Verbindung steht, wobei das Gelenk aufgrund seiner Struktur in der Lage ist, bei Auswahl einer ersten Betriebsweise durch den Wähler eine relativ freie Bewegung des Gelenks zum Erreichen einer gewünschten Position des Instruments zu ermöglichen, und bei Auswahl einer zweiten Betriebsweise durch den Wähler die räumliche Position des Instruments mit leichter Hemmung festzulegen, und wobei unter Aufrechterhaltung der Wahl der zweiten Betriebsweise der Benutzer die Position des Instruments durch Ausüben einer leichten Kraft auf das Instrument adjustieren kann und nach Wegnahme der leichten Kraft durch den Benutzer das Instruments in der neu adjustierten Position bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk eine durch Vakuum aktivierte Hemmung für das Herbeiführen der zweiten Betriebsweise aufweist, und daß die Vorrichtung eine Einrichtung zur Lieferung von Vakuum in das Gelenk enthält, das bei Abwesenheit eines Vakuums vorbestimmten Pegels zum freien Rotieren um seine jeweilige Achse, jedoch bei Vorhandensein eines Vakuums oberhalb des vorbestimmten Pegels in dem Gelenk zum leichten Widerstand gegen Rotieren eingerichtet ist, um dadurch die relativen Positionen der Vorrichtungselemente in dem Gelenk einzustellen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leichte Kraft in der Größenordnung von einer oder weniger Unzen (30 g oder mehrmals 30 g) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, enthaltend mindestens zwei Gelenke mit je zwei Betriebsweisen, wobei der Wähler wenigstens drei wählbare Zustände hat, bei denen entweder beide Gelenke für die erste Betriebsweise, oder beide Gelenke für die zweite Betriebsweise, oder das eine Gelenk für die erste Betriebsweise und das andere Gelenk für die zweite Betriebsweise ausgewählt werden.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, enthaltend:

einen Sockel,

eine Schulterbaugruppe mit einem ersten Gelenk zur Rotation um eine erste Achse auf dem Sockel, und einem zweiten Gelenk distal von dem ersten Gelenk zur Rotation um eine zweite Achse senkrecht zur ersten Achse,

einen Arm, dessen proximales Ende drehbar mit dem zweiten Gelenk der Schulterbaugruppe verbunden ist, und

eine Handgelenk-Baugruppe, verbunden mit dem distalen Ende des Arms, die ein um das Ende des Arms bewegbares Handgelenk aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Arm erste und zweite Armelemente aufweist, die an einem Ellbogengelenk drehbar miteinander verbunden sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei jedes der Gelenke zwei Betriebsweisen autweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiter enthaltend:

eine Instrumentenklammer an dem distalen Ende der Vorrichtung, geeiguet zum Aufnehmen und festen Halten eines chirurgischen Instruments,

Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum durch die Vorrichtung, und

eine mit den Leitungsmitteln in Verbindung stehende Einrichtung zum selektiven Liefern von Vakuum in eines oder mehrere der Gelenke, um die Gelenke mit leichter Hemmung einzustellen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Einrichtung zum selektiven Liefern von Vakuum distal an der Vorrichtung angeordnete Schaltmittel, erste Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum in das Schaltmittel, und zweite Leitungsmittel zur Lieferung von Vakuum von den Schaltmitteln in die Gelenke aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, weiterhin enthaltend Austariermittel in Verbindung mit der Schulterbaugruppe zum Austarieren des Arms.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Austariermittel eine Konstantkraft-Zugfeder enthalten, die an einem Ende mit der Schulterbaugruppe und am zweiten Ende mit dem Arm verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei das Gelenk mit zwei Betriebsweisen wenigstens ein sphärisches Element aufweist, das für Drehbewegung geeignet ist und mit einer Vakuumkammer derart in Verbindung steht, daß ein an die Kammer angelegtes Vakuum die Gelenkteile zwecks Ausübung einer Reibungshemmung zusammenzieht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Gelenk ein erstes und ein zweites sphärisches Element autweist, die in Reihenfolge miteinander verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das erste sphärische Element starr mit dem zweiten sphärischen Element verbunden ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Gelenk weiterhin eine Pfanne für das sphärische Element aufweist, wobei in der Wand der Pfanne eine Nut zum Aufnehmen und Halten eines O-Rings derart ausgebildet ist, daß Kompression und Rotation des O-Rings begrenzt sind, wobei das sphärische Element und die Pfanne die Vakuumkammer defininieren und die Ausbildung eines Vakuums in der Kammer geeignet ist, das sphärische Element in einen die Bewegung hemmenden Reibungseingriff mit dem O-Ring zu ziehen.

15. Chirurgische Konsole, welche eine Vielzahl der Vorrichtungen nach Anspruch 1 aufweist.

16. Vorrichtung nach Ansprüchen 1, 2, 4, 6 und 9, wobei das Handgelenk wenigstens ein sphärisches Element aufweist, das für Drehbewegung geeignet ist und mit einer Vakuumkammer derart in Verbindung steht, daß ein an die Kammer angelegtes Vakuum die Gelenkteile zwecks Ausübung einer Reibungshemmung zusammenzieht.