DE4136861C2 - Steuerbares chirurgisches Instrument - Google Patents

Steuerbares chirurgisches Instrument

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Description

Die Erfindung betrifft ein steuerbares Instrument für die mi­ nimal invasive Chirurgie. Das Instrument besteht aus ei­ nem Handhabungsteil und einem Einführungsteil an dessen fernen Ende sich ein biegbares Teil anschließt.
Zweck solcher Instrumente ist, die notwendigen Verletzungen beim chirurgischen Eingriff auf ein Minimum zu beschränken und gleichzeitig den vollen Handlungsspielraum des Chirurgen am Operationsort bzw. -gebiet aufrechtzuerhalten.
Die EP 0 017 016 A1 beschreibt einen flexiblen Roboterarm, wie er zum Lackieren von Automobilkarosserien verwendet wird. Der Arm besteht aus linsenförmigen Elementen, die über vier Seilzüge zusammengehalten werden und gegenseitig aufeinander abrollen können. Die Seilzüge sind durch vier gleichverteilte Löcher nahe am Linsenrand gefädelt. Durch stärkeren Zug in einem, zwei oder drei der Seile kann das Ende des Arms in jede Richtung geschwenkt werden, ohne dabei um seine Achse gedreht zu werden. Eine so eingenommene Schwenkposition ist fixierbar. Durch das Zentrum der Linsen hindurch ist eine bewegliche Übertragungseinrichtung geführt, die an ihrem freien Ende, der letzten Linse ein Werkzeug wie eine Spritzpistole aufsitzen hat, die bedient werden kann.
In der medizinischen Diagnostik sind Gastroskope mit bewegli­ chem Einführungsteil bekannt. Die Druckschrift "OES-Gastroskop GIF-XQ2O" der Firma OLYMPUS, 1189-3000 zeigt ein solches In­ strument und das Zubehör zur Durchführung vielfältiger diagno­ stischer Aufgaben. Das Endteil des Endoskopsystems läßt sich von 210° aufwärts bis 90° abwärts und von 100° von rechts bis 100° nach links schwenken. Von insgesamt vier Funktionskanälen ist einer als Biopsie- oder Absaugkanal ausgebildet, durch den Zubehörinstrumente wie Biopsiezangen, Injektionsnadeln und Koagulationselektroden hindurchgeführt und bedient werden können.
Die Firma Richard Wolf stellt in einem Auszugsblatt D 1b vom IX-89 den Typ Cysto-Urethroskop 8650: Retro-Steuerungs-Einsatz vor. Dieses Gerät hat einen starren Einführungsteil, an dessen fernen Ende sich ein beweglicher Teil, durch Seilzug einseitig schwenk­ bar, anschließt. Über eine fest installierte Optik am fernen Ende des starren Einführungsteils können Steuerungen beobach­ tet und kontrolliert werden. Die Bedienung des diagnostischen Einsatzes erfolgt beidhändig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein steuerbares chir­ urgisches Instrument bereitzustellen, das in der minimal in­ vasiven Chirurgie einsetzbar ist, über eine lange Zeit hinweg ein ermüdungsfreies Arbeiten des Chirurgen ermöglicht und den Operationsbereich im Körper des Patienten erweitert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. So erübrigt sich ein bisher stets notwendiger Arbeitskanal entsprechend dem obenerwähnten. Gastroskop dadurch, daß am fernen beweglichen Ende des steuer­ baren chirurgischen Instrumentes Effektoren wie Scheren, Faß­ zangen, Koagulationszangen, Nähinstrumente, Klammerinstrumente oder Saug- und Spüleinrichtungen jeweils aufgesetzt, gesteuert und betätigt werden können. Dabei ist die große Beweglichkeit des beweglichen Endes mit aufgesetztem Effektor, nämlich von parallel zur Achse des Einführungsteil bis über antiparallel hinaus in jede Richtung und gleichzeitig die Umdrehungsmög­ lichkeit des aufgesetzten Effektors um seine eigene Achse von hoher Bedeutung.
Ein leichtes Ausrichten, Positionieren und Betätigen des aufgesetzten Effektors über Taumelvielwegschalter oder eine andere einhändig bedienbare Stellmöglichkeit ist gegeben. Für die Rotation des aufgesetzten Effektors um seine Achse wird vorteilhaft ein torsionssteifes Drahtstück oder ein Rohrstück verwendet, das einerseits Spülen aber auch definiertes Drehen des Effektors erlaubt.
Eine vorteilhafte zusätzliche Benutzungsmöglichkeit ist, daß anstelle eines Effektors durch den Handhabungs- und den beweglichen Teil eine Glasfaser zum Lichtleiten oder ein Bildleitfaserbündel zum Bildleiten durch das steuerbare MIC-Instrument durchgeführt werden kann. Damit ist das Operationsgebiet ausleuchtbar, beobachtbar oder auch bestrahlbar.
Eine weitere vorteilhafte Einsatzmöglichkeit für das steuer­ bare MIC-Instrument besteht darin, daß durch es hindurch eine Sensorik durchführbar ist, mit der Gewebe am Operationsort er­ tastet oder diagnostisiert werden kann. Dies kann mit Hilfe von Ultraschall sein. Daneben kann die Sensorik taktil arbei­ ten. Spezielle Vorkehrungen für chemische Untersuchungen kön­ nen ebenfalls getroffen werden.
Das bewegbare ferne Ende des Instrumtes sowie die Drehbarkeit des gerade aufgesetzten Effektors ermöglicht die Bewegung zu einem beliebigen sphärischen Punkt hin. Somit ist dem Chirur­ gen ein hohes Maß an Beweglichkeit im Operationsgebiet gege­ ben. Der Einsatz von Formgedächtnislegierungen unter Ausnutzung des superelastischen Effekts bei Biegungen oder unter Ausnützung des thermischen Effekts für Ausdehnung und Kontrak­ tion als unterstützender Antrieb ist gegeben. Dabei kann immer eine proportionale Kraftverstärkung realisiert werden, die taktiles Operieren ermöglicht.
Der Aufbau des des steuerbaren Instrumentes ermöglicht ein einhändiges Bedienen bei dem Ermüdungen des Chirugen durch das bequeme Betätigen des Instruments zeitlich weit hinausgeschoben wird.
Neben der bisher geschilderten Antriebsform über kleine Elektromotoren ist auch ein pneumatischer oder hydraulischer Antrieb denkbar, bei dem anstelle der Motoren ein entsprechendes Vielwegventil sitzt. Davon abgehende Leitungen führen zum fernen Ende des Instruments für das Biegen oder Betätigen des aufgesetzten Effektors. Das Vielwegventil wird anstelle des Taumel- bzw. Vielwegschalters über eine Art Steuerknüppel, der an einem Ende im Handhabungsteil schwenkbar gelagert ist, gesteuert.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sie werden im folgenden beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 mechanisch steuerbares Instrument (SMI),
Fig. 2 steuerbares Instrument (SMI) mit Antriebshilfe.
Das mechanisch steuerbare Instrument für die minimale invasive Chirurgie stetzt sich zusammen aus dem Handhabungsteil 1 mit Bedienrädern, -knöpfen und -hebel der, falls nützlich, über einen 90°-Bogen 2 in den Einführungsteil 3 übergeht. Am fernen Ende des Einführungsteils 3 schließt sich das bewegliche Teil 4 an, mit dem die Schwenkungen von paralleler Ausrichtung zur Achse des Einführungsteils bis über die antiparallele Ausrich­ tung hinaus erreicht werden kann. Die Schwenkungen sind in jede beliebige Richtung möglich. Der innere Aufbau des beweglichen Teiles 4, wie er aus der Robotertechnik bekannt ist (siehe z. B. EP 0 017 016 A1) läßt das zu. Die Teile sind für den Einsatz an dem steuerbaren Instrument entsprechend dimensioniert. Durch den zentralen Bereich des beweglichen Teils gehen dann die weiteren Antriebselemente zum Betätigen des aufgesetzten Effektors. Für einen mechanischen Aufbau werden Seilzüge und zumindest ein torsionssteifes Seil für die Drehung der aufgesetzten Effektors 6 eingesetzt.
Das steuerbare Instrument wird insgesamt mit seinem Einfüh­ rungsteil durch ein Trokar 7 hindurchgeführt und ist darin je nach Trokarweite begrenzt schwenkbar. Im Operationsgebiet be­ steht durch diesen Aufbau eine hohe Beweglichkeit. Durch die Drehbarkeit des aufgesetzten Effektors 6 ist es möglich z. B. einen Faden aufzuwickeln, wodurch eine Knotung unterstützt werden kann.
Aufgrund baulicher Vorgaben für den beweglichen Teil 4 kann ein Rohrstück einer Formgedächtnislegierung (Shape Memory Alloy, SMA) nahegelegt sein. Unter Ausnützung des superelastischen Effekts erreicht man die mehr oder weniger starke Schwenkung dadurch, daß auf das ferne Ende des Einführungsteils 3 des Rohrstücks 4 aus solch einer Legierung aufgesetzt wird. Dieses Rohrstück hat in seinem kräftefreien Zustand die Form eines 180°-Bogens bzw. eines U′s. Die Ausrichtung wird nun dadurch erreicht, daß über das Rohrstück 4 ein weiteres gerades Rohrstück 8 vom Einführungsteil 3 her soweit darübergeschoben und dann festgestellt wird, bis der aufgesetzte Effektor 6 die gewünschte Ausrichtung und Position eingenommen hat.
Der Vorteil der einhändigen Bedienbarkeit des mechanisch aufgebauten steuerbaren Instruments wird durch den Einsatz der o. e. Antriebe verstärkt. Fig. 2 wird im folgenden anhand des elektromotorischen Antriebs näher beschrieben.
Das Handhabungsteil 1 besteht aus einem Griff 9 mit bewegli­ chem Hebel 10. In einem auf dem Griff 9 aufgesetzten zylindri­ schen Teil 11, dessen Achse mit der Achse 5 des Einführungs­ teils 3 zusammenfällt, befinden sich um die Achse 5 angeordnet sieben elektromotorische Mikroantriebe mit Getriebe.
Zentral auf der Achse 5 des hinteren Endes des zylindrischen Teiles befindet sich ein Taumelschalter 13, mit dem die Posi­ tionierung des beweglichen Teils 4 über die Elektroantriebe 12 vorgenommen wird. Die Schwenkung des beweglichen Teils 4 er­ folgt über den Schwenkschalter 14, der in Nähe zum Griff 9 un­ terhalb des Taumelschalters 13 angebracht ist. Die Anordnung der beiden Schalter 13, 14 erlaubt die Bedienung alleine durch den Daumen. Hierbei ist die Bedienbarkeit für einen Linkshänder oder Rechtshänder gleich.
Die Betätigung des aufgesetzten Effektors 6 erfolgt über den Greifer 10. Der Greifer kann festgestellt werden, geht sonst aber selbsttätig in seine Ausgangslage zurück.
Die Antriebsübertragung erfolgt über Seilzüge, die im Einführungsteil 3 und beweglichen Teil 4 verlaufen. Es kann auch ein Rohrstück im Einführungsteil 3 mit angesetztem torsionssteifen Drahtstück für die Drehung des Effektors sein.
Das Positionieren und Betätigen läßt sich taktil durchführen, wenn die elektromotorischen Antriebe mit den Schalter 13, 14 und dem Greifer 10 über eine leistungsdosierende Elektronik angesteuert werden. Durch die damit vorhandene Kraftbegrenzung ist gleichzeitig ein Zerstörungsschutz eingebaut.
Es eignen sich auch Antriebsseile aus einer Formgedächtnislegierung dafür, wenn z. B. der thermische Effekt, hervorgerufen durch vorgegebenen Stromdurchfluß, ausgenützt wird.
Die zusätzlich aufgeführten Antriebsarten der Pneumatik und Hydraulik nutzen die Druckdosierung aus. Weitere Antriebsarten wie piezoelektrische oder magnetostriktive Prinzipien können ebenfalls zur Auslenkung verwendet werden. Antriebe auf Ultraschall- Wanderwellen-Basis sind ebenfalls geeignet. Sie sind aus der Photoindustrie zum Einstellen von Objektiven bekannt.
Bei all den unterstützenden Antriebsarten ist wesentlich, daß sie kraftdosiert und kraftlimitiert einsetzbar sind. Einhändi­ ges, taktiles Positionieren und Operieren ist dadurch für Chirurgen unter Beibehaltung großer Beweglichkeit möglich.
Bezugszeichenliste
 1 Handhabungsteil
 2 90°-Bogen
 3 Einführungsteil
 4 bewegliches Teil, Rohrstück
 5 Achse, Instrumentenachse
 6 Effektor, Greifer, Schere, Zange, Koagulationszange
 7 Trokar
 8 gerades Rohrstück
 9 Griff
10 Hebel, Greifer
11 zylindrischer Teil
12 Motor, Mikroantrieb, Elektroantrieb
13 Vielweg-, Taumelschalter, Steuerknüppel
14 Schwenkschalter

Claims (9)

1. Steuerbares chirurgisches Instrument für die minimal invar­ sive Chirurgie (MIC), das über einen Instrumentenkanal (Trokarhülse) einführbar und herausziehbar ist, bestehend aus einem Handhabungsteil (1), einem daran ansetzenden Einführungsteil (3) und einem an dessen fernen Ende ansetzenden, schwenkbaren Teil (4), das über eine vom Handhabungsteil (1) ausgehende Antriebseinrichtung an seinem vorderen Bereich bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkbare Teil (4) in einer beliebigen Ebene in beide Richtungen symmetrisch zur Achse (5) des starren Einführungsteils (3) schwenkbar ist, und zwar so, daß sein fernes Ende von parallel zur Achse (5) des Einführungsteils (3) bis über antiparallel hinaus ausrichtbar und in einer gewünschten Position innerhalb dieses Schwenkbereichs haltbar ist, auf dem fernen Ende des schwenkbaren Teils (4) ein Effektor (6) von außen aufsetzbar ist, der um die Achse des fernen Endes in beide Richtungen vom Handhabungsteil (1) aus einhändig in die gewünschte Position drehbar ist und dessen Funktion ebenfalls über eine weitere Antriebseinrichtung vom Handhabungsteil (1) aus einhändig ausgeübt werden kann, während eines Operationsvorgangs der gerade aufgesetzte Effektor (6) vorne abnehmbar ist und ein anderer aufgesetzt werden kann, ohne daß hierzu die Effektoren durch einen Kanal des chirurgischen Instruments geführt werden müssen, der Antrieb für das schwenkbare Teil (4) und für den Effektor (6) aus Motoren (12) und davon getriebenen Seilzügen oder torsionsstreifen Drähten besteht, wobei die Motoren (12) im Handhabungsteil (1) um die Instrumentenachse (5) angeordnet sind und der schwenkbare Teil (4) über einen mit dem Daumen erreichbaren Schwenkschalter (14) und der Effektor (6) über einen ebenfalls mit dem Daumen erreichbaren Taumel- oder Vielwegschalter (13) steuerbar ist.
2. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem Instrument ein Kanal be­ steht, der ein Absaug- oder Spülkanal ist.
3. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in den Kanal eine Glasfaser, über die ein Laserlicht für operative Zwecke geführt werden kann, oder ein Bildleitfaserbündel mit einer an seinem fernen Ende aufgesetzten optischen Einrichtung einführbar ist.
4. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß durch den Kanal eine diagnostische Sensorik führbar ist, mit der am Operationsort Gewebe taktil oder mittels Ultraschall oder mit chemischen Mitteln vor Ort ertastet werden kann.
5. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgesetzte Effektor (6) eine Schere oder eine Faßzange oder eine Kogulationszange oder ein Nähinstrument oder ein Klammerinstrument oder ein chirurgisches Kombinationsinstrument ist.
6. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß über elektrische Kleinmotoren (12) am Handhabungsteil (1) und davon angetriebene Zugseile der gerade aufgesetzte Effektor (6) bedient und/oder das biegsame Ende biegbar und/oder der Effektor (6) über ein Rohr oder ein torsionssteifes Seil drehbar ist.
7. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Hülle des biegsamen Teiles (4) aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die in Ruhestellung eine u-förmige Krümmung einnimmt, und ein starres Rohrstück mit geringfügig größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser der biegsamen Hülle mehr oder weniger weit über diese schiebbar ist, so daß dadurch unter Ausnutzung des superelastischen Effekts der Formgedächtnislegierung die Auslenkung des gerade aufgesetzten Effektors (6) beliebig einstellbar ist.
8. Steuerbares chirurgisches Instrument nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß einstellbar stromdurchflossene Antriebsseile aus einer Formgedächtnislegierung den gerade aufgesetzten Effektor (6) und das biegsame Teil (4) unter Ausnutzung des dadurch in den Antriebsseilen wirkenden thermischen Effekts betreiben bzw. schwenken.
9. Steuerbares chirurgisches Instrument für die minimal invasive Chirurgie (MIC), das über einen Instrumentenkanal (Trokarhülse) einführbar und herausziehbar ist, bestehend aus einem Handhabungsteil (1), einem daran ansetzenden Einführungsteil (3) und einem an dessen fernen Ende ansetzenden, schwenkbaren Teil (4), das über eine vom Handhabungsteil (1) ausgehende Antriebseinrichtung an seinem vorderen Bereich bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß das schwenkbare Teil (4) in einer beliebigen Ebene in beide Richtungen symmetrische zur Achse (5) des starren Einführungsteils (3) schwenkbar ist, und zwar so, daß sein fernes Ende von parallel zur Achse (5) des Einführungsteils (3) bis über antiparallel hinaus ausrichtbar und in einer gewünschten Position innerhalb dieses Schwenkbereichs haltbar ist, auf dem fernen Ende des schwenkbaren Teils (4) ein Effektor (6) von außen aufsetzbar ist, der um die Achse des fernen Endes in beide Richtungen vom Handhabungsteil (1) aus einhändig in die gewünschte Position drehbar ist und dessen Funktion ebenfalls über eine weitere Antriebseinrichtung vom Handhabungsteil (1) aus einhändig ausgeübt werden kann, während eines Operationsvorgangs der gerade aufgesetzte Effektor (6) vorne abnehmbar ist und ein anderer mit anderer Funktion aufgesetzt werden kann, ohne daß hierzu die Effektoren durch einen Kanal des chirurgischen Instruments geführt werden müssen, über ein pneumatisches oder hydraulisches Vielwegventil (13) am Handhabungsteil (1) und davon abführende Druckluft oder Hydraulikleitungen der Antrieb für den aufgesetzten Effektor (6) und/oder für das Biegen des biegsamen Endes (4) erfolgt.
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