EP4376750A1 - Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit - Google Patents

Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit

Info

Publication number
EP4376750A1
EP4376750A1 EP22758152.7A EP22758152A EP4376750A1 EP 4376750 A1 EP4376750 A1 EP 4376750A1 EP 22758152 A EP22758152 A EP 22758152A EP 4376750 A1 EP4376750 A1 EP 4376750A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tool
input unit
axis
input
handling mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22758152.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Janosz SCHNEIDER
Dominik Längle
Sven Axel Grüner
Jochen Stefan
Thorsten Ahrens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4376750A1 publication Critical patent/EP4376750A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • 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
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A61B2090/033—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin
    • 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
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A61B2090/033—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin
    • A61B2090/034—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin abutting on parts of the device itself
    • A61B2090/035—Abutting means, stops, e.g. abutting on tissue or skin abutting on parts of the device itself preventing further rotation

Definitions

  • Input unit for a medical instrument and medical system with an input unit
  • the present invention relates to an input unit for operating a medical instrument according to the preamble of claim 1.
  • the present invention also relates to a medical system having at least one input unit according to the invention and at least one medical instrument.
  • a generic input unit for operating a medical instrument is known from US Pat. No. 5,454,827 A, for example.
  • the known medical instrument comprises a hollow shaft extending along a longitudinal axis for receiving steering wires, the shaft having a tool formed along an axis of extension on the distal side and a control unit on the proximal side, which is designed to manipulate the tool using the steering wires.
  • the control unit has a spatially adjustable disk which is coupled to four steering wires and can pivot the tool relative to the longitudinal axis via pivoting members arranged on the distal side.
  • a generic input unit with first input means is provided, which can be operated by the operator's hand. Ergonomic user inputs from the operator are thus implemented continuously, i.e. true to pivot and/or rotation, in the manipulation of the tool.
  • the tool can also be manipulated using operating means interacting with the index finger of the operator, for example to adjust a tool designed as a jaw part between an open and a closed state.
  • a limited rotation of the tool can be implemented by rotating the gripped input unit, the rotation being represented by the natural freedom of movement of the hand and/or arm of the operator.
  • the adjustment movements of the tool always follow the natural movements of the operator's hand or arm, specifically in an uninterrupted and/or absolute manner.
  • the mechanically coupled tool continuously follows the operator's ergonomically limited user input, so that the operator is always in control of the tool and thus precise work is made possible during operational use.
  • the generic input units enable the precise implementation of minimally invasive medical operations, for example in order to take tissue samples, sew up tissue or carry out other operational actions in a sensitive environment.
  • a disadvantage of the known input unit is the limited and/or limited manipulation of the tool, since the mapping is true to pivoting and rotation of the natural movement of the user, which is why, in addition to the mechanical and/or structural limitation of the tool, there is also a limitation due to the degree of natural freedom of movement of the operator.
  • Input units are used for the control, which enable the tool to be controlled in a rotationally accurate manner, with the control being interrupted in order to overcome the operator's restricted freedom of movement, in that the operator grasps the first input means, or there is a brief interruption and/or decoupling between the input unit and the tool for resetting and/or returning the first input means, which is always associated with a momentary loss of control over the tool.
  • the operator should always retain control of the tool, so that there is always an uninterrupted coupling between the first input means and the tool, independently of the control of the endless rotational movement of the tool, so that the user movements can be pivoted and/or rotated on the tool with accuracy to map.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing an input unit which overcomes the disadvantages known from the prior art.
  • the task consists in specifying a medical system with at least one input unit according to the invention and at least one medical instrument.
  • the input unit is designed for operating a medical instrument with a hollow shaft extending along a longitudinal axis for receiving guide wires, with a tool being arranged at a first or distal soapy end of the shaft, which extends along an axis of extension. Furthermore, a control unit for manipulating the tool by means of the steering wires is provided on a second or proximal end of the shaft.
  • the first input means according to the invention are designed for the continuous, pivoting and/or rotationally accurate conversion of an ergonomically limited user input from an operator into an adjustment movement of the tool in a first handling mode, in order to move the tool relative to the longitudinal axis by the first input means using the steering wires via the control unit pivot and/or rotate about the extension axis.
  • the rotation of the tool is only possible over a limited range of rotation, which is due to the natural mobility of the operator, in particular a hand of the operator gripping the first operating means, which then in relation to the continuous, i.e. absolute introduction of a rotation due to the structure of the human arm is limited in terms of range of rotation.
  • operating means for manipulating the tool are provided as the first input means, which are continuously, ie without an interruption in the coupling ment between the operating means and the tool, a translation, implementation and/or transformation of the ergonomically limited user input into the manipulation of the tool.
  • the first input means are formed by a tweezers element coupled to a cardanic suspension via a carrier element, the tweezers element having two leg sections which are suspended via a bearing unit so that they can pivot relative to one another such that an operator of the input unit according to the invention enters Pivoting the two legs from sections can realize by gripping the two tweezer elements between thumb and forefinger to introduce a force to manipulate the tool.
  • the tool is designed as a jaw part, the closed position of the jaw part being controllable by pivoting the two legs from sections.
  • the tweezer element comprises a pistol grip section which is arranged and/or aligned relative to the two leg sections such that the palm of the operator's hand is supported when performing the ergonomically limited user input in the first handling mode.
  • the control of the tool in the first handling mode improves here, since when the pivoting and/or rotational movements are carried out, the force input from the operator's hand to the first input means through the pistol grip section is improved, which is why the tweezers element together with the pistol grip section is precise the three swivel axes of the gimbals can be moved.
  • the second input means are designed for at least partially, non-absolutely converting at least one further user input into an endless rotational movement of the tool about its axis of extension in a second handling mode.
  • the second input means are arranged as second operating means either directly on the pistol grip section or in one of the two leg sections.
  • the pistol grip section advantageously enables the handling and/or ergonomics of the tweezer element according to the invention to be improved, in particular in the case of long to enable precise control of the tool during service times. Furthermore, the pistol grip section, which has a positive effect on the first handling mode, also makes it possible to accommodate the second operating means, which are designed to control the tool in the second handling mode.
  • the second operating means are formed by a rotating element, in particular a rotary wheel, a feeler wheel or a rocker element that can be rotated in certain areas, which is accommodated by the pistol grip section, in particular by a lateral outer surface of the pistol grip section, in such a way that it protrudes in certain areas, such that it can be operated in the working position of the operator by means of the remaining fingers of the hand used to pivot the legs from sections, i.e. can be rotated or actuated, in order to detect the further user reingabe by operating the rotating element.
  • a rotating element in particular a rotary wheel, a feeler wheel or a rocker element that can be rotated in certain areas, which is accommodated by the pistol grip section, in particular by a lateral outer surface of the pistol grip section, in such a way that it protrudes in certain areas, such that it can be operated in the working position of the operator by means of the remaining fingers of the hand used to pivot the legs from sections, i.e. can be rotated or actuated
  • the trained rotating element which can be operated independently of the tweezers element and the cardanic suspension, allows the tool to be operated in the second handling mode independently of the first handling mode, in order to control the endless rotation of the tool.
  • the rotating element is mounted such that it can rotate about an axis of rotation and the axis of rotation extends essentially parallel to a longitudinal extension of the pistol grip section.
  • the rotating element can thus advantageously be rotated by means of the free, ie unused fingers of the operator's hand.
  • the alignment enables a particularly ergonomic operation of the second input means for controlling the tool in the second handling mode.
  • the rotating element is preferably designed as a rotary wheel or as a feeler wheel.
  • the rotary wheel is preferably endlessly rotatable about the axis of rotation, the endless rotation of the tool being controllable by the direction of rotation and the rotational speed of the rotary wheel.
  • the direction of rotation of the tool is defined by two areas of rotation of the feeler wheel.
  • the jockey wheel is rotatable from a central rest position in two opposite directions of rotation in each case at least one end position or setting position, wherein it is in the respective End position or setting position for activating a permanent rotational movement of the tool comes.
  • two or more setting positions are also provided, in which the permanent rotation of the tool can be activated at different rotational speeds.
  • the second operating means are formed by at least one switching element, which is formed for switching between the first handling mode and the second handling mode.
  • the rotation mechanism of the cardanic suspension can thus advantageously also be used for controlling the second handling mode in addition to detecting rotational movements in the first handling mode.
  • the tweezers element can be rotated together with the pistol grip section into a left setting position and a right setting position, with the left setting position activating an endless rotary movement of the tool on the left and the right one Setting position activating a right endless or permanent rotation movement of the tool is activated. In this case, there is thus a decoupling between user movement and rotational movement of the tool.
  • the second operating means can also be formed by a first switching element and a second switching element.
  • the first switching element is designed in such a way that a first switching state can be activated by the permanent or brief actuation of the first switching element in order to activate a permanent left rotary movement of the tool and if the second switching element is designed in such a way that a second switching state can be activated by the permanent or brief actuation of the second switching element in order to activate a permanent right rotation movement of the tool.
  • the first and the second switching element are designed in such a way that in a third switching state the tool does not perform any rotational movement, so that in the third switching state in the preferred embodiment of the tool as a jaw part, a gripping and/or cutting functionality can be achieved by means of the thumb and forefinger interacting to control tweezer element.
  • a gripping and/or cutting functionality can be achieved by means of the thumb and forefinger interacting to control tweezer element.
  • differently pressed is preferably activated by the permanent or brief actuation of the first switching element, a rotational movement of the tool in the left direction and permanent or brief actuation of the second switching element is a Rotati onsschi of the tool in the right direction can be activated.
  • the two switching elements are preferably arranged in the pistol grip section, more preferably in an outer side area of the pistol grip section that can be freely reached by the remaining fingers of the operator's hand when rotating and/or pivoting the cardanically suspended tweezers element.
  • the leg section comprises an upper leg section and a lower leg section, the upper leg section and the lower leg section being pivotable together about a first pivot axis, in particular to manipulate the tool designed as a jaw part.
  • the upper leg section is mounted so that it can pivot about a second pivot axis relative to the lower leg section, the second pivot axis being in particular aligned orthogonally to the first pivot axis.
  • the control of the second handling mode can preferably be implemented by interlacing the upper leg section relative to the lower leg section in order to control the endless or permanent rotation of the tool.
  • the preferred orthogonal alignment of the first pivoting axis to the second pivoting axis advantageously enables the first handling mode to be controlled and/or operated independently of the second handling mode.
  • a further pivoting movement for pivoting the upper leg section relative to the lower leg section can be introduced into the tweezers element in order to immediately stop the endless rotation of the tool to control or to activate the second handling mode.
  • the leg section includes a finger loop in an end region, which is preferably ring-shaped in order to be able to introduce an opposing force for returning the leg sections to the tweezers element when the leg sections are pivoted.
  • the finger loop is therefore arranged at the end of the leg section to accommodate the finger and the thumb and is dimensioned in terms of diameter in such a way that it is designed to accommodate an index finger and/or a thumb.
  • the finger loops are arranged at the ends of the upper leg section, since a force for pivoting the upper section's relative to the lower leg section can thus also be introduced into the tweezers element particularly easily.
  • the tweezer element comprises energy storage means, with the leg sections being able to be pivoted against the force of the energy storage means from the rest position about the first pivot axis and/or the second pivot axis, after manual pivoting of the leg sections to realize automated and / or automatic resetting of the leg sections in the rest position by the energy storage means.
  • the energy storage means are designed as a spring element, in particular a tension spring or compression spring. Operating the first handling mode and/or the second handling mode for controlling the tool is thus advantageously simplified, since the operator only has to apply a unidirectional force, ie a force directed in one direction, to the leg sections.
  • a medical system in particular an end effector and/or a surgical robot, which has at least one input unit according to the invention and a medical instrument.
  • the medical instrument includes a hollow shaft extending along a longitudinal axis, a control unit, and a tool for operative use.
  • the shank is configured to receive steering wires for mechanically steering the tool, the tool being disposed at a distal end of the shank and extending along an axis of extension.
  • control unit At the proximal end of the shank is the control unit, which is in operative connection with the tool via the steering wires, in order to guide the tool in a first To pivot handling mode, in particular to pivot limited and to rotate be limited, the tool can also be rotated endlessly via the control unit in a second handling mode.
  • the medical instrument preferably has a spatially adjustable disk in order to pivot the steering wires along the longitudinal axis of the shaft, the disk being rotatable about the longitudinal axis together with the shaft and the steering wires, and the control unit preferably being designed to pivot the disk.
  • the tool is preferably designed as a jaw part, in particular a jaw clamp, forceps, intestinal forceps, scissors, a needle holder, a probe hook or the like.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a medical instrument with an input unit according to the invention shown purely symbolically, in
  • FIG. 2a to FIG. 2c a perspective view of a tool of the medical instrument according to FIG.
  • FIG. 3a to FIG. 3c a perspective view of the known tool from FIG.
  • FIG 5 a second embodiment of the input unit according to the invention and in
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the input unit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a medical system 1000 with a medical instrument 12 which can be operated using an input unit 10 according to the invention designed as a black box.
  • the medical instrument 12 has a hollow shaft 14, the soapy proximal or at a proximal end 30 also represented only as a black box illustrated control unit 18 and distally or at a distal end 32 includes a tool 16, wherein the tool 16 with the Control unit 18 is connected via steering wires 20 in Wirkver.
  • the control unit 18 enables an endless rotational drive of the tool 16 shown in the figure, which is pivoted by 90°.
  • the tool 16 is a tool 16 provided with jaw elements 34, in particular a jaw part 17, the jaw elements 34 also being controlled by the control unit 18 are ver adjustable like pliers between an open state and a closed state in order to realize the gripping functionality of the jaw part 17 .
  • the tool 16 can be swiveled relative to the longitudinal axis L of the shank 14 via a joint mechanism 36, the joint mechanism 36 being formed by swivel members 38 arranged at the distal end 32 of the shank 14, which are connected via steering wires 20 running in the longitudinal direction L of the shank 14 are connected to a drive 40 (not shown in the figure) arranged at the proximal end 30 of the shaft 14, such that a movement of the drive 40 on the proximal side and a corresponding relative movement of the pivoting members 38 on the distal side cause the tool 16 to pivot.
  • a joint mechanism 36 being formed by swivel members 38 arranged at the distal end 32 of the shank 14, which are connected via steering wires 20 running in the longitudinal direction L of the shank 14 are connected to a drive 40 (not shown in the figure) arranged at the proximal end 30 of the shaft 14, such that a movement of the drive 40 on the proximal side and a corresponding relative movement of the pivoting members 38 on the dis
  • a corresponding drive 40 is known, for example, from the already mentioned DE 102019 121 092 A1 of the applicant.
  • the steering wires 20 are connected on the proximal side to a disk, not shown in the figure, which can be spatially pivoted and rotated by means of the drives 40 .
  • the pivoting of the disc causes the steering wires 20 to partially stretch along the longitudinal axis L of the shaft 14 and that the tool 16, which extends in a z-direction of a Cartesian coordinate system, pivots proportionately about the spatial axes x, y of the Cartesian coordinate system by means of the joint mechanism 36 permit.
  • the pivoting movements co x , (about the spatial axes x, y thus enable a spatial alignment of the tool 16.
  • the tool 16 can also be rotated permanently or endlessly relative to the control unit 18 .
  • the tool 16 can also be adjusted along the longitudinal axis L by the steering wires 20 at the same time for permanent rotation about the longitudinal axis L.
  • the spatial orientation of the tool 16 can be compensated for during the permanent rotation of the shaft 14, with the tool 16 rotating about its axis of extension E with a rotation movement COE. If the tool 16 is in a non-pivoted state, the axis of extension E of the tool 16 corresponds to the longitudinal axis L of the shaft 14, ie it extends in the z-direction of the Cartesian coordinate system.
  • the steering wires 20 can rotate about the longitudinal axis L together with the shaft 14, an endless rotation about the longitudinal axis L or the extension axis E by means of the Drive 40 can be implemented without the steering wires 20 twisting into one another to form a cord and limiting or preventing control of the pivoting movement co x , co y .
  • FIGS. 2a to 2c to illustrate the functioning of the first input means 22 of the input unit 10 according to the invention, the principle of action when converting an ergonomically limited user input by an operator into a manipulation of the tool 16 designed as a jaw part 17 is shown schematically.
  • FIG. 2a the input unit 10 and the jaw part 17 are shown in a rest position or a basic position, each with markings 42 to clarify the alignment.
  • the first input means 22 are presently designed as a tangible cylinder, which is in operative contact with the control unit 18, not shown, by means of a cardanic suspension, not shown.
  • the ergonomically limited user input is only limited to a rotation of the jaw part 17 about the axis of extension E in the first handling mode, which is why the degree of freedom of movement of the arm or hand limits the range of rotation.
  • the rotational movement w z of the first input means 22 and the rotational movement COE of the tool 16 are rotationally true to one another, ie they have the same angular speeds in terms of amount.
  • the first input means 22 were rotated counterclockwise by a first angular range XI, with this rotational movement being transmitted to the jaw part 17 at the correct angle.
  • 2c from the position shown in FIG. 2b clockwise by a second angular range X2, the jaw part 17 also following the rotational movement of the first input means 22 at the correct angle.
  • the operator's hand With the ergonomically limited user input, the operator's hand always remains in contact with the first input means 22. In the first handling mode, there should therefore be no gripping or brief interruption between the input unit and the tool, since a continuous and preferably uninterrupted mapping of the first input means 22 introduced rotational movement w z - in the Rotational movement COE of the jaw part 17 is to be realized. An operator therefore has continuous and uninterrupted control over the adjustment movement of the tool 16, in particular in order to be able to carry out precise, complex, minimally invasive interventions and/or medical operations in a sensitive field.
  • the range of rotation is limited to a maximum angle of rotation of about ⁇ 90° around the resting position and thus a total of about 180° around the resting or basic position.
  • the tool 16 in addition to the control of the tool release in the first handling mode, the tool 16 is also controlled via the second input means 24 in the second handling mode.
  • the second input means 24 are formed by the identical tangible cylinder in order to realize the control of the tool 16 both in the first handling mode and in the second handling mode.
  • the cylinder was rotated by a further user movement around the third angular range X3, which is larger than the first angular range XI, as a result of which the second input means 24 were guided to an end stop 44, in which an endless rotational movement of the jaw part was activated 17 is coming.
  • the jaw part 17 thus rotates endlessly about its axis of extension E as a result of the additional user input 21.
  • the endless rotation of the tool 16 is interrupted again by returning the second input means 24 to the basic position according to FIG. 3c.
  • the tool 16 does not follow the movement of the second input means 24 back into the basic position, so that the position of the markings 42 of the tool 16 and the input unit 10 can be adjusted relative to one another.
  • the second handling mode by the second input means 24 that, in contrast to the operating principle of the first input means described with reference to FIGS. 2b and 2c in the first handling mode, the speed of the rotational movement COE is converted, at least in sections, not true to rotation in accordance with the further user input.
  • further user input is still continuously coupled to the rotational movement COE of the tool 16 in order to always ensure complete control over the tool movement.
  • the ergonomically operable range of rotation is expanded as desired from approximately ⁇ 90° to the rest position or basic position by the second input means 24 without the operator losing control of the jaw part 17 in the process.
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the input unit 10 according to the invention for operating the endlessly rotatable medical instrument 12 known from FIG.
  • the illustrated input unit 10 comprises first input means 22, which are designed for the continuous, pivoting and/or rotationally accurate detection and mapping of an ergonomically limited user input from the operator into an adjustment movement of the tool 16 in a first handling mode, around the tool 16 relative to the longitudinal axis L limited to pivot the shaft 14 and / or to rotate the extension axis E of the tool 16 limited to it.
  • the first input means 22 comprise first operating means for detecting the ergonomically limited user input of the operator, which in the present case are formed by a cardanically suspended tweezer element 200 .
  • the cardanic suspension 214 comprises a stationary, L-shaped stand element 215, which fixes and aligns the tweezer element 200 by means of at least two pivot bearings by a support element 202 comprised by the tweezer element 200.
  • the tweezer element 200 comprises two leg sections 204 which can be pivoted relative to one another about a common pivot axis or two pivot axes aligned parallel to one another, such that the two leg portions 204 move towards one another when pivoting.
  • the two leg sections 204 extend in such a way that they can be gripped between the thumb and forefinger in a working position of the operator in order to introduce a force into both leg sections 204 and thus out of the figurative illustrated rest position 206 to pivot.
  • the tool 16 is advantageously manipulated, in which case it is particularly preferred if the tool 16 is designed as a jaw part 17 or equivalent action unit, which can thus be manipulated between an open and a closed position in order to in particular to control a cutting and/or gripping functionality.
  • the tweezer element 200 comprises a pistol grip section 208, the longitudinal extent of which is essentially transverse to the longitudinal extent of the leg sections 204.
  • the pistol grip section 208 of the tweezers element 200 serves as a hand rest for the operator in the working position, which is why precise and ergonomic operation of the tweezers element 200 is made possible.
  • the pistol grip section 208 comprises second input means 24 according to the invention, which are arranged as second operating means 210 on a side face of the pistol grip section 208 .
  • the second operating means 210 are in the present case formed by a disc-shaped, round rotating element 212, which protrudes radially beyond the cylindrical pistol grip section 208 in some areas in such a way that it is advantageously possible for the operator to rotate the rotating element 212 in the working position using the remaining fingers of the fingers required to pivot the Leg portions 204 used hand can be operated.
  • both the adjustment of the tweezers element 200 is thus advantageously possible, with the second input means 24 also being able to be operated.
  • the rotating element 212 shown in the figure can be rotated endlessly in the present case, with the rotational movement of the rotating element 212 being reproduced on the tool 16 in a manner that is true to the rotation or scaled.
  • the tweezer element 200 preferably includes switching means in order to switch the transfer function in the second handling mode between an absolute and/or unscaled and a scaled transfer or between a first scaling and a second scaling.
  • rotating element 212 An alternative embodiment of rotating element 212 is also preferably provided, in which rotating element 212 can be rotated from a rest position along a first direction of rotation into a first end position, with the first end stop activating an endless rotation of tool 16 in a first direction becomes. To end the rotational movement, the rotating element 212 must then be returned to the rest position. For activating an opposite rotational movement of the tool 16, the rotating element 212 has to be rotated from the rest position along a second, opposite direction of rotation into a second end position.
  • ring-shaped Fingerschlau fen 224 are arranged for receiving thumb and forefinger, which allow the return of the leg portions 220 in the rest position 206 by the introduction of a counterforce.
  • the tweezer element 200 includes energy storage means 226, not shown in detail, which allow the automated return of the legs from sections 204 to the rest position.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the present input unit 10 according to the invention.
  • the input unit 10 shown in the figure comprises first input means 22 according to the invention and second input means 24 according to the invention.
  • the first input means 22 for the continuous, pivoting and/or rotationally accurate conversion of an ergonomically limited user input into an adjustment movement of the tool 16 in the first handling mode are also formed by a cardanically suspended tweezers element 200, which is why reference is made to the previous exemplary embodiment to avoid repetition .
  • the second input means 24 according to the invention are now formed by a first switching element 216 and a second switching element 218 which are arranged in a side surface of the pistol grip section 208 .
  • the two switching elements 216, 218 can be actuated by applying a force in order to activate endless rotation of the tool 16.
  • the direction of rotation of the tool 16 depends on the indexing element 216, 218 being pressed. Furthermore, a permanent rotation is possible through the subsequent pressing of the other switching element.
  • the direction of rotation can thus first be selected by actuating one of the two switching elements 216, 218, with a continuous rotation of the tool 16 then being able to be activated by actuating the switching element 216, 218 which has not yet been actuated.
  • the tool 16 can thus advantageously be operated particularly precisely and ergonomically in the second handling mode.
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the input unit 10 according to the invention.
  • the input unit 10 shown comprises a cardanically suspended tweezer element 200 for the design of the first input means 22, which, together with a pistol grip, section 208 relative to the stand element 215 of the cardanic suspension 214 is adjustable in order to map all ergonomically limited user inputs, such as pivoting and/or rotational movements, to the tool 16 in a true pivoting and/or rotational manner in the first handling mode.
  • the two leg sections 204 can also be pivoted relative to one another in order to manipulate the tool 16, in particular to control the closed position of the jaw part 17 .
  • leg section 204 includes an upper leg section 220 and a lower leg section 222, which can be pivoted relative to a limited extent about a second pivot axis SW2, in order to thus detect the additional user input for controlling tool 16 in the second handling mode.
  • the upper leg section 220 and the lower leg section 222 can also be pivoted together about a first pivot axis SW 1 in order to implement the pivot-true manipulation of the tool 16 in the first handling mode. Independent of this pivoting movement, it is also possible to pivot the upper leg section 220 relative to the lower leg section 222 about the second pivot axis SW2 Pivot axis SW2 runs.
  • a finger loop 224 is provided at the end of kelabsacrificinges's 204 in order in particular to introduce a force for pivoting the upper leg section 220 relative to the lower leg section 222 .
  • the invention relates to an input unit 10 for operating a medical instrument 12 with a hollow shaft 14 extending along a longitudinal axis L for receiving guide wires 20, with a tool 16 arranged on the distal side of the shaft 14 and formed along an axis of extension E, and a Control unit 18 arranged proximally on the shaft 14 for manipulating the tool 16 by means of the steering wires 20, comprising first input means 22 for the continuous, pivoting and/or rotationally accurate, preferably uninterrupted and/or absolute, implementation of an ergonomically limited user input, in particular a natural user movement of movable first operating means, into an adjustment movement of the tool 16 in a first handling mode, in order to pivot the tool 16 by means of the control unit 18 relative to the longitudinal axis L to a limited extent and/or to rotate it to a limited extent about the axis of extension E.
  • first input means 22 for the continuous, pivoting and/or rotationally accurate, preferably uninterrupted and/or absolute, implementation of an ergonomically limited user input, in particular a natural user movement of mov

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Eingabeeinheit (10) zum Betreiben eines medizinischen Instruments (12) mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20), mit einem distalseitig an dem Schaft (14) angeordneten, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildeten Werkzeug (16) und einer proximalseitig an dem Schaft (14) angeordneten Steuereinheit (18) zum Manipulieren des Werkzeugs (16) mittels der Lenkdrähte (20), umfassend erste Eingabemittel (22) zum kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen, bevorzugt ununterbrochenen und / oder absoluten, Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe, insbesondere einer natürlichen Benutzerbewegung von bewegbaren ersten Bedienmitteln, in eine Verstellbewegung des Werkzeugs (16) in einem ersten Handhabungsmodus, um das Werkzeug (16) mittels der Steuereinheit (18) relativ zur Längsachse (L) begrenzt zu schwenken und / oder um die Erstreckungsachse (E) begrenzt zu rotieren.

Description

KARL STORZ SE & Co. KG
Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabeeinheit zum Betreiben eines medizinischen Instruments nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die vorliegende Erfin dung ein medizinisches System mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit und zumindest einem medizinischen Instrument.
Eine gattungsbildende Eingabeeinheit zum Betreiben eines medizinischen Instruments ist beispielsweise aus der US 5,454,827 A bekannt. Das bekannte medizinische Instrument umfasst einen hohlen, sich entlang einer Längsach se erstreckenden Schaft zum Aufnehmen von Lenkdrähten, wobei der Schaft distalseitig ein entlang einer Erstreckungsachse ausgebildetes Werkzeug und proximalseitig eine Steu ereinheit aufweist, die zum Manipulieren des Werkzeugs mittels der Lenkdrähte ausgebil det ist. Die Steuereinheit weist eine räumlich verstellbare Scheibe auf, die mit vier Lenk drähten gekoppelt ist und über distalseitig angeordnete Schwenkglieder das Werkzeug rela tiv zur Längsachse verschwenken kann.
Für die Steuerung der Manipulation des medizinischen Instruments ist eine gattungsbil dende Eingabeeinheit mit ersten Eingabemitteln vorgesehen, die sich mittels der Hand ei ner Bedienperson bedienen lassen. Somit werden ergonomische Benutzereingaben der Be dienperson kontinuierlich, also schwenk- und / oder rotationsgetreu in die Manipulation des Werkzeugs umgesetzt. Neben dem reinen Verschwenken des Werkzeugs zum Beein flussen der Ausrichtung kann das Werkzeug zudem über mit dem Zeigefinger der Bedien person zusammenwirkende Bedienmittel zusätzlich manipuliert werden, um beispielsweise ein als ein Maulteil ausgebildetes Werkzeug zwischen einem offenen und einem geschlos senen Zustand zu verstellen. Ferner ist eine begrenzte Rotation des Werkzeugs durch das Rotieren der gegriffenen Eingabeeinheit umsetzbar, wobei die Rotation durch die natürli che Bewegungsfreiheit der Hand und / oder des Arms der Bedienperson abgebildet wird.
Bei der Steuerung des medizinischen Instruments folgen die Verstellbewegungen des Werkzeugs somit stets den natürlichen Bewegungen der Hand bzw. des Arms der Bedien person, und zwar in einer ununterbrochenen und / oder absoluten Weise. Mit anderen Wor ten folgt das mechanisch gekoppelte Werkzeug den ergonomisch begrenzten Benutzerein gaben der Bedienperson kontinuierlich, damit die Bedienperson stets die Kontrolle über das Werkzeug besitzt und somit ein präzises Arbeiten im operativen Einsatz ermöglicht wird.
Die gattungsbildenden Eingabeeinheiten ermöglichen hierdurch die präzise Durchführung von minimalinvasiven medizinischen Operationen, um beispielsweise Gewebeproben zu entnehmen, Gewebe zu vernähen oder andere operative Aktionen im sensiblen Umfeld auszuführen.
Nachteilig bei der bekannten Eingabeeinheit ist die begrenzte und / oder eingeschränkte Manipulation des Werkzeugs, da es zu einer schwenk- und rotationsgetreuen Abbildung der natürlichen Benutzerbewegung kommt, weshalb es zusätzlich zu der mechanischen und / oder konstruktiven Beschränkung des Werkzeugs zu einer Einschränkung aufgrund des Grads der natürlichen Bewegungsfreiheit der Bedienperson kommt.
Ferner sind auch medizinische Instrumente bekannt, die mittels einer Spindel ein be reichsweises mechanisch begrenztes Rotieren des Werkzeugs für einen begrenzten Rotati onsbereich ermöglichen. Für die Steuerung werden Eingabeeinheiten eingesetzt, die eine rotationsgetreue Steuerung des Werkzeugs ermöglichen, wobei es zum Überwinden der eingeschränkten Bewegungsfreiheit der Bedienperson zu einer Unterbrechung in der Steu erung kommt, indem die Bedienperson die ersten Eingabemittel umgreift oder es zu einer kurzzeitigen Unterbrechung und / oder Entkopplung zwischen der Eingabeeinheit und dem Werkzeug für ein Zurückstellen und / oder Rückführen der ersten Eingabemittel kommt, was immer mit einem kurzzeitigen Kontrollverlust über das Werkzeug verbunden ist.
Ferner existiert zwischenzeitlich eine vielversprechende Weiterentwicklung des beschrie benen medizinischen Instruments, die in der DE 102019 121 092 Al der Anmelderin be schrieben ist. Vereinfacht gesagt, wird es nun durch eine verbesserte Mechanik ermöglicht, dass das Werkzeug endlos um seine Erstreckungsachse rotierbar ist. Vorteilhaft ist somit die Rotation des Werkzeugs auch unabhängig von dem Verschwenken des Werkzeugs durchführbar, weshalb der Einsatzbereich des medizinischen Instruments wesentlich erwei tert wird. Problematisch ist nun die Steuerung eines derart weiterentwickelten medizini schen Instruments, da die Steuerung einer endlosen Rotation nichtmehr durch die schwenk- und / oder rotationsgetreue Abbildung der Benutzerbewegung ausführbar ist. Da im opera tiven Einsatz meistens eine Steuerung von zwei Werkzeugen mittels jeweils einer Hand der Bedienperson erfolgt, scheidet eine Steuerung mittels einer 2-Hand-Bedienung aus. Ferner soll die Bedienperson stets die Kontrolle über das Werkzeug behalten, damit es unabhän gig vom Steuern der endlosen Rotationsbewegung des Werkzeugs stets zu einer ununter brochenen Kopplung zwischen den ersten Eingabemitteln und dem Werkzeug kommt, um die Benutzerbewegungen schwenk- und / oder rotationsgetreu auf das Werkzeug abzubil den.
Der vorliegenden Erfindung hegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Eingabeeinheit vorzu schlagen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet. Insbesonde re ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Eingabeeinheit anzugeben, die trotz des kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen Umsetzens einer Benutzereingabe die Steuerung einer endlosen Rotation des Werkzeugs ermöglicht.
Ferner besteht die Aufgabe darin, ein medizinisches System mit zumindest einer erfin- dungsgemäßen Eingabeeinheit und zumindest einem medizinischen Instrument anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Eingabeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ge löst. Ferner wird die Aufgabe durch ein erfindungsgemäßes medizinisches System gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angege ben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und / oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen eine Eingabeeinheit mit ersten Eingabemitteln und zweiten Eingabemitteln anzugeben. Die erfmdungsgemäße Eingabe einheit ist zum Betreiben eines medizinischen Instruments mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse erstreckenden Schaft zum Aufnehmen von Lenkdrähten ausgebildet, wo bei an einem ersten oder distal seifigen Ende des Schafts ein Werkzeug angeordnet ist, das sich entlang einer Erstreckungsachse erstreckt. Ferner ist an einem zweiten oder proximal seitigen Ende des Schafts eine Steuereinheit zum Manipulieren des Werkzeugs mittels der Lenkdrähte vorgesehen. Die erfmdungsgemäßen ersten Eingabemittel sind zum kontinuier lichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe einer Bedienperson in eine Verstellbewegung des Werkzeugs in einem ersten Handhabungsmodus ausgebildet, um das Werkzeug durch die ersten Eingabemittel mittels der Lenkdrähte über die Steuereinheit relativ zur Längsachse zu verschwenken und / oder um die Erstreckungsachse zu rotieren. Aufgrund der baulichen Ausgestaltung des bereichsweise starr ausgebildeten Schafts ist eine Schwenkung des Werkzeugs in Be zug auf die Längserstreckung des Schafts nur über einen begrenzten Schwenkbereich mög lich. Ferner ist auch das Rotieren des Werkzeugs nur über einen begrenzten Rotationsbe reich möglich, der durch die natürliche Beweglichkeit der Bedienperson, insbesondere ei ner die ersten Bedienmittel greifenden Hand der Bedienperson, die dann in Bezug auf die kontinuierliche, also absolute Einbringung einer Rotation aufgrund des Aufbaus des menschlichen Arms in Bezug auf den Rotationsbereich begrenzt ist.
Erfmdungsgemäß sind nämlich als erste Eingabemittel Bedienmittel für das Manipulieren des Werkzeugs vorgesehen, die kontinuierlich, also ohne eine Unterbrechung in der Kopp- lung zwischen den Bedienmitteln und dem Werkzeug, eine Übersetzung, Umsetzung und / oder Umformung der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe in die Manipulation des Werkzeugs abbilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die ersten Eingabemittel durch ein über ein Trä gerelement mit einer kardanischen Aufhängung gekoppeltes Pinzettenelement ausgebildet, wobei das Pinzettenelement zwei Schenkel ab schnitte aufweist, die über eine Lagereinheit so relativ zueinander verschwenkbar aufgehängt sind, dass eine Bedienperson der erfin dungsgemäßen Eingabeeinheit ein Schwenken der beiden Schenkel ab schnitte durch das Greifen der beiden Pinzettenelemente zwischen Daumen und Zeigefinger zum Einbringen einer Kraft realisieren kann, um das Werkzeug zu manipulieren. In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt vorgesehen, wenn das Werkzeug als ein Maulteil ausgebildet ist, wobei durch das Schwenken der beiden Schenkel ab schnitte die Schließposition des Maulteils steuerbar ist.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Pinzettenelement einen Pistolengriffabschnitt, der so relativ zu den beiden Schenkelabschnitten angeordnet und / oder ausgerichtet ist, dass die Handfläche der Bedienperson beim Ausführen der ergonomisch begrenzten Benutzerein gabe im ersten Handhabungsmodus gestützt wird. Erfindungsgemäß verbessert sich hier durch die Steuerung des Werkzeugs im ersten Handhabungsmodus, da beim Ausführen der Schwenk- und / oder Rotationsbewegungen der Krafteintrag von der Hand der Bedienper son zu den ersten Eingabemitteln durch den Pistolengriffabschnitt verbessert wird, weshalb das Pinzettenelement zusammen mit dem Pistolengriffabschnitt präzise um die drei Schenkachsen der kardanischen Aufhängungen bewegbar ist.
Ferner sind die zweiten Eingabemittel zum zumindest abschnittsweisen, nicht absoluten Umsetzen wenigstens einer weiteren Benutzereingabe in eine endlose Rotationsbewegung des Werkzeugs um seine Erstreckungsachse in einem zweiten Handhabungsmodus ausge bildet.
Erfindungsgemäß vorteilhaft sind die zweiten Eingabemittel als zweite Bedienmittel ent weder unmittelbar an dem Pistolengriffabschnitt angeordnet oder in einem der beiden Schenkelabschnitte ausgebildet.
Vorteilhaft ermöglicht der Pistolengriffabschnitt die Handhabung und / oder Ergonomie des erfindungsgemäßen Pinzettenelements zu verbessern, um insbesondere bei langen Be- dienzeiten eine präzise Steuerung des Werkzeugs zu ermöglichen. Ferner ermöglicht der sich positiv auf den ersten Handhabungsmodus auswirkende Pistolengriffabschnitt zusätz lich die Aufnahme der zweiten Bedienmittel, die für die Steuerung des Werkzeugs im zweiten Handhabungsmodus ausgebildet sind.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die zweiten Bedienmittel durch ein Rotierelement, insbesondere ein Drehrad, ein Tastrad oder ein bereichsweise rotierba res Wippelement ausgebildet, das vom Pistolengriffabschnitt, insbesondere von einer seit lichen Außenfläche des Pistolengriffabschnitts, so aufgenommen ist, dass es bereichsweise übersteht, derartig, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson mittels der restlichen Finger der zum Verschwenken der Schenkel ab schnitte verwendeten Hand bedienbar, also rotier- oder betätigbar ist, um durch das Bedienen des Rotierelements die weitere Benutze reingabe zu erfassen.
Durch das ausgebildete Rotierelement, das unabhängig von dem Pinzettenelement und der kardanischen Aufhängung bedienbar ist, lässt sich das Werkzeug im zweiten Handha bungsmodus unabhängig von dem ersten Handhabungsmodus bedienen, um somit die end lose Rotation des Werkzeugs zu steuern.
Weiterbildend ist es in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass das Rotierelement um eine Rotationsachse rotierbar gelagert ist und sich die Rotationsachse im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung des Pistolengriffabschnitts erstreckt. Vorteilhaft kann somit das Rotierelement mittels der freien, also unbenutzten Finger der Hand der Bedien person rotiert werden. Die Ausrichtung ermöglicht eine besonders ergonomische Bedie nung der zweiten Eingabemittel für die Steuerung des Werkzeugs im zweiten Handha bungsmodus.
Das Rotierelement ist bevorzugt als ein Drehrad oder als ein Tastrad ausgebildet. Das Drehrad ist bevorzugt endlos um die Rotationsachse rotierbar, wobei durch die Rotations richtung und die Rotationsgeschwindigkeit des Drehrads die endlose Rotation des Werk zeugs steuerbar ist.
Bei der bevorzugten Ausgestaltung des Rotierelements als Tastrad wird die Rotationsrich tung des Werkzeugs durch zwei Rotationsbereiche des Tastrads definiert. So ist das Tastrad aus einer zentralen Ruheposition in zwei entgegengesetzte Rotationsrichtungen in jeweils wenigstens eine Endposition oder Stellposition rotierbar, wobei es in der jeweiligen Endposition bzw. Stellposition zum Aktivieren einer dauerhaften Rotationsbewegung des Werkzeugs kommt. Besonders bevorzugt sind auch zwei oder mehr Stellpositionen vorge sehen, in denen die dauerhafte Rotation des Werkzeugs mit unterschiedlichen Rotationsge schwindigkeiten aktivierbar ist.
In einer alternativen, bevorzugten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung sind die zweiten Bedienmittel durch wenigstens ein Schaltelement ausgebildet, das zum Umschal ten zwischen dem ersten Handhabungsmodus und dem zweiten Handhabungsmodus aus gebildet ist. Vorteilhaft kann der Rotationsmechanismus der kardanischen Aufhängung somit neben dem Erfassen von Rotationsbewegungen im ersten Handhabungsmodus auch für die Steuerung des zweiten Handhabungsmodus genutzt werden. Hierbei lässt sich nach dem Aktivieren der Steuerung des zweiten Handhabungsmodus durch das Betätigen des Schaltelements das Pinzettenelement zusammen mit dem Pistolengriffabschnitt in eine linke Stellposition und eine rechte Stellposition rotieren, wobei in der linken Stellposition das Aktivieren einer linken endlosen Rotationsbewegung des Werkzeugs und in der rech ten Stellposition das Aktivieren einer rechten endlosen bzw. dauerhaften Rotationsbewe gung des Werkzeugs aktiviert wird. Somit liegt in diesem Fall eine Entkopplung zwischen Benutzerbewegung und Rotationsbewegung des Werkzeugs vor.
Dagegen liegt im ersten Handhabungsmodus eine rotationsgetreue Abbildung der Benut zerbewegung auf das Werkzeug vor, das somit nur so weit rotiert werden kann, wie es die Bewegungsfreiheit der Hand und / oder des Arms der Bedienperson ermöglicht.
Alternativ können die zweiten Bedienmittel auch durch ein erstes Schaltelement und ein zweites Schaltelement ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, wenn das erste Schaltelement so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betä tigen des ersten Schaltelements ein erster Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs zu aktivieren und wenn das zweite Schaltelement so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des zweiten Schaltelements eine zweiter Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte rechte Rota tionsbewegung des Werkzeugs zu aktivieren. Ferner sind das erste und das zweite Schalt element so ausgebildet, dass in einem dritten Schaltzustand das Werkzeug keine Rotati onsbewegung ausführt, um im dritten Schaltzustand in der bevorzugten Ausführungsform des Werkzeugs als Maulteil eine Greif- und / oder Schneidefunktionalität mittels des mit Daumen und Zeigefinger zusammenwirkenden Pinzettenelements zu steuern. Anders aus- gedrückt ist bevorzugt durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des ersten Schalt elements eine Rotationsbewegung des Werkzeugs in die linke Richtung aktivierbar und beim dauerhaften oder kurzzeitigen Betätigen des zweiten Schaltelements ist eine Rotati onsbewegung des Werkzeugs in die rechte Richtung aktivierbar. Die beiden Schaltelemen te sind in diesem Zusammenhang bevorzugt im Pistolengriffabschnitt angeordnet und zwar weiter bevorzugt in einem äußeren Seitenbereich des Pistolengriffabschnitts, der von den restlichen Fingern der Hand der Bedienperson beim Rotieren und / oder Verschwenken des kardanisch aufgehängten Pinzettenelement frei erreichbar ist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Schenkelabschnitt einen oberen Schenkelabschnitt und einen unteren Schenkelabschnitt, wobei der obere Schenkelabschnitt und der untere Schenkelabschnitt gemeinsam um eine erste Schwenkachse verschwenkbar sind, insbesondere um das als Maulteil ausgebildete Werkzeug zu manipulieren. Zusätzlich ist der obere Schenkelabschnitt relativ zu dem unte ren Schenkel ab schnitt um eine zweite Schwenkachse verschwenkbar gelagert, wobei die zweite Schwenkachse insbesondere orthogonal zu der ersten Schwenkachse ausgerichtet ist. Anders ausgedrückt kann die Steuerung des zweiten Handhabungsmodus bevorzugt durch Verschränkung des oberen Schenkel ab Schnitts relativ zum unteren Schenkelab schnitt realisiert werden, um hierüber die endlose bzw. dauerhafte Rotation des Werkzeugs zu steuern.
Durch die bevorzugte orthogonale Ausrichtung der ersten Schwenkachse zur zweiten Schwenkachse wird ein / e unabhängige Steuerung und / oder Bedienen des ersten Hand habungsmodus von dem zweiten Handhabungsmodus vorteilhaft ermöglicht. Mit anderen Worten kann gleichzeitig zum Einbringen einer Schwenkbewegung zum gemeinsamen Schwenken des oberen Schenkelabschnitts und des unteren Schenkelabschnitts eine weite re Schwenkbewegung zum Verschwenken des oberen Schenkel ab Schnitts relativ zu dem unteren Schenkel ab schnitt in das Pinzettenelement eingebracht werden, um die endlose Rotation des Werkzeugs unmittelbar zu steuern oder den zweiten Handhabungsmodus zu aktivieren.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst der Schenkelabschnitt in einem Endbereich eine Fingerschlaufe, die bevorzugt ringförmig ausgebildet ist, um beim Ver schwenken der Schenkelabschnitte auch eine entgegengerichtete Kraft zum Rückführen der Schenkelabschnitte in das Pinzettenelement einbringen zu können. Die Fingerschlaufe ist also zum Aufnehmen des Fingers und des Daumens endseitig des Schenkelabschnitts angeordnet und vom Durchmesser so dimensioniert, dass sie zum Auf nehmen eines Zeigefingers und / oder eines Daumens ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt sind die Fingerschlaufen endseitig vom oberen Schenkelabschnitt angeordnet, da somit auch besonders leicht eine Kraft zum Schwenken des oberen Schen kelabschnitts relativ zum unteren Schenkel ab schnitt in das Pinzettenelement einbringbar ist.
Schließlich ist im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Pinzettenelement Kraftspeichermittel umfasst, wobei die Schenkelabschnitte entgegen der Kraft der Kraftspeichermittel aus der Ruhestellung um die erste Schwenkachse und / oder die zweite Schwenkachse verschwenkbar sind, um nach einem manuellen Ver- schwenken der Schenkelabschnitte ein automatisiertes und / oder selbsttätiges Rückstellen der Schenkelabschnitte in die Ruhestellung durch die Kraftspeichermittel zu realisieren. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn die Kraftspeichermittel als Fe derelement, insbesondere Zugfeder oder Druckfeder, ausgebildet sind. Vorteilhaft wird somit das Bedienen des ersten Handhabungsmodus und / oder des zweiten Handhabungs modus zum Steuern des Werkzeugs vereinfacht, da von der Bedienperson lediglich eine unidirektionale, also in eine Richtung gerichtete Kraft in die Schenkel ab schnitte einge bracht werden muss .
Zudem wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung Schutz beansprucht für ein medizini sches System, insbesondere einen Endeffektor und / oder einen Chirurgieroboter, das we nigstens eine erfindungsgemäße Eingabeeinheit und ein medizinisches Instrument auf weist.
Das medizinische Instrument umfasst einen hohlen, sich entlang einer Längsachse erstre ckenden Schaft, eine Steuereinheit und ein Werkzeug für einen operativen Einsatz.
Der Schaft ist zum Aufnehmen von Lenkdrähten zum mechanischen Steuern des Werk zeugs ausgebildet, wobei das Werkzeug an einem distal sei tigen Ende des Schafts angeord net ist und sich entlang einer Erstreckungsachse erstreckt.
An dem proximal sei tigen Ende des Schafts ist die Steuereinheit angeordnet, die mit dem Werkzeug über die Lenkdrähte in Wirkverbindung steht, um das Werkzeug in einem ersten Handhabungsmodus zu verschwenken, insbesondere begrenzt zu verschwenken und be grenzt zu rotieren, wobei das Werkzeug über die Steuereinheit zudem in einem zweiten Handhabungsmodus endlos rotiert werden kann.
Ein bevorzugtes medizinisches Instrument wird in der DE 102019 121 092 Al der An melderin beschrieben, wobei auf die entsprechende Offenbarung vollumfänglich Bezug genommen wird und die offenbarten Merkmale des medizinischen Instruments als zur Er findung im Rahmen einer Weiterbildung hiermit in ihrer Gänze in die Anmeldung mitein- bezogen werden.
Bevorzugt weist das medizinische Instrument eine räumlich verstellbare Scheibe auf, um die Lenkdrähte entlang der Längsachse des Schaftes zu schwenken, wobei die Scheibe zusammen mit dem Schaft und den Lenkdrähten um die Längsachse rotierbar ist und wo bei die Steuereinheit bevorzugt zum Verschwenken der Scheibe ausgebildet ist.
Das Werkzeug ist bevorzugt als ein Maulteil, insbesondere eine Maulklemme, eine Zange, eine Darmfasszange, eine Schere, ein Nadelhalter, ein Tasthaken oder dergl. Operations werkzeug ausgebildet.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand von lediglich schematischen Zeichnungen.
Weitere Ausführungsformen sowie einige der Vorteile, die mit diesen und weiteren Aus führungsformen verbunden sind, werden durch die nachfolgende ausführliche Beschrei bung unter Bezug auf die begleitenden Figuren deutlich und besser verständlich. Gegen stände oder Teile derselben, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich sind, können mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die Figuren sind lediglich eine schematische Dar stellung einer Ausführungsform der Erfindung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungs beispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen:
FIG 1: eine perspektivische Ansicht eines medizinischen Instruments mit einer rein symbolisch dargestellten erfindungsgemäßen Eingabeein heit, in
FIG 2a bis FIG 2c: eine perspektivische Ansicht auf ein Werkzeug des medizinischen Instruments gemäß der FIG 1 sowie schematisiert dargestellte erste Eingabemittel der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
FIG 3a bis FIG 3c: eine perspektivische Ansicht auf das bekannte Werkzeug aus der FIG 2 sowie schematisiert dargestellte zweite Eingabemittel der erfin dungsgemäßen Eingabeeinheit, in
FIG 4: eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit, in
FIG 5: eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit und in
FIG 6: eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit.
Gleiche Elemente beziehungsweise Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
In der FIG 1 ist ein medizinisches System 1000 mit einem medizinischen Instrument 12 dargestellt, das mittels einer als Blackbox ausgebildeten erfindungsgemäßen Eingabeein heit 10 betreibbar ist. Das medizinische Instrument 12 weist einen hohlen Schaft 14 auf, der proximal seifig bzw. an einem proximalen Ende 30 eine auch nur als Blackbox darge stellte Steuereinheit 18 und distalseitig bzw. an einem distalen Ende 32 ein Werkzeug 16 umfasst, wobei das Werkzeug 16 mit der Steuereinheit 18 über Lenkdrähte 20 in Wirkver bindung steht.
Die Steuereinheit 18 ermöglicht einen endlosen rotatorischen Antrieb des figürlich darge stellten um 90 ° verschwenkten Werkzeugs 16. Dazu kann beispielsweise eine Steuerein heit 18 verwendet werden, wie sie aus der bereits erwähnten DE 102019 121 092 Al der Anmelderin bekannt ist.
Bei dem Werkzeug 16 handelt es sich um ein mit Maulelementen 34 versehenes Werkzeug 16, insbesondere Maulteil 17, wobei die Maulelemente 34 auch über die Steuereinheit 18 zangenartig zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand ver stellbar sind, um die Greiffunktionalität des Maulteils 17 zu realisieren.
Das Werkzeug 16 ist über einen Gelenkmechanismus 36 relativ zur Längsachse L des Schafts 14 ver sch wenkbar, wobei der Gelenkmechanismus 36 durch am distalen Ende 32 des Schafts 14 angeordnete Schwenkglieder 38 ausgebildet ist, die über in Längsrichtung L des Schafts 14 verlaufende Lenkdrähte 20 so mit einem nicht figürlich dargestellten, am proximalen Ende 30 des Schafts 14 angeordneten Antrieb 40 verbunden sind, dass eine Bewegung des proximalseitigen Antriebs 40 und eine entsprechende relative Bewegungen der distalseitigen Schwenkglieder 38 ein Verschwenken des Werkzeugs 16 verursacht.
Ein entsprechender Antrieb 40 ist beispielsweise aus der bereits genannten DE 102019 121 092 Al der Anmelderin bekannt. Dabei sind die Lenkdrähte 20 proximal seitig mit einer nicht figürlich dargestellten Scheibe verbunden, die sich mittels der Antrie be 40 räumlich verschwenken und rotieren lässt. Das Verschwenken der Scheibe bewirkt, dass sich die Lenkdrähte 20 entlang der Längsachse L des Schaftes 14 teilweise spannen und dass sich das in eine z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems erstreckende Werkzeug 16 mittels dem Gelenkmechanismus 36 anteilig um die Raumachsen x, y des kartesischen Koordinatensystems schwenken lassen. Die Schwenkbewegungen cox, ( um die Raumachsen x, y ermöglichen also eine räumliche Ausrichtung des Werkzeugs 16.
Durch die Rotation des Schaftes 14 zusammen mit den Lenkdrähten 20 um die Längsachse L lässt sich das Werkzeug 16 auch relativ zu der Steuereinheit 18 dauerhaft bzw. endlos rotieren. Durch die Verwendung der schwenkbaren und rotierbar gelagerten Scheibe kann das Werkzeug 16 gleichzeitig zu einer dauerhaften Rotation um die Längsachse L auch durch die Lenkdrähte 20 entlang der Längsachse L verstellt werden. Dadurch kann die räumliche Ausrichtung des Werkzeugs 16 bei der dauerhaften Rotation des Schafts 14 aus geglichen werden, wobei das Werkzeug 16 um seine Erstreckungsachse E mit einer Rota tionsbewegung COE rotiert. Befindet sich das Werkzeug 16 in einem nicht geschwenkten Zustand, so entspricht die Erstreckungsachse E des Werkzeugs 16 der Längsachse L des Schafts 14, erstreckt sich also in z-Richtung des kartesischen Koordinatensystems.
Da die Lenkdrähte 20 zusammen mit dem Schaft 14 um die Längsachse L rotieren können, ist eine endlose Rotation um die Längsachse L oder die Erstreckungsachse E mittels des Antriebs 40 realisierbar, ohne dass sich die Lenkdrähte 20 ineinander zu einer Kordel ver drehen und eine Steuerung der Schwenkbewegung cox, coy begrenzen oder verhindern.
In den FIG 2a bis FIG 2c ist zur Veranschaulichung der Funktionsweise der ersten Einga bemittel 22 der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 das Wirkprinzip beim Umformen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe einer Bedienperson in eine Manipulation des als Maulteils 17 ausgebildeten Werkzeugs 16 schematisiert dargestellt.
In der FIG 2a ist die Eingabeeinheit 10 und das Maulteil 17 in einer Ruhestellung oder einer Grundposition jeweils mit Markierungen 42 zur Verdeutlichung der Ausrichtung dar gestellt.
Die ersten Eingabemittel 22 sind vorliegend als greifbarer Zylinder ausgebildet, der mittels einer nicht dargestellten kardanischen Aufhängung mit der nicht dargestellten Steuerein heit 18 in Wirkkontakt steht.
Zur Vereinfachung wird davon ausgegangen, dass die ergonomisch begrenzte Benutzer eingabe sich lediglich auf eine Rotation des Maulteils 17 um die Erstreckungsachse E im ersten Handhabungsmodus beschränkt, weshalb es durch den Grad der Bewegungsfreiheit des Arms bzw. der Hand zu einer Begrenzung des Rotationsbereichs kommt.
Die Rotationsbewegung wz· der ersten Eingabemittel 22 und die Rotationsbewegung COE des Werkzeugs 16 sind in dem ersten Handhabungsmodus zueinander rotationsgetreu ausge bildet, weisen also betragsweise gleiche Winkelgeschwindigkeiten auf.
In der FIG 2b wurden die ersten Eingabemittel 22 entgegen dem Uhrzeigersinn um einen ersten Winkelbereich XI rotiert, wobei diese Rotationsbewegung winkeltreu auf das Maul teil 17 übertragen wurde. Ferner wurden die ersten Eingabemittel 22 anschließend in Be zug auf FIG 2c aus der in der FIG 2b dargestellten Position im Uhrzeigersinn um einen zweiten Winkelbereich X2 rotiert, wobei auch hier das Maulteil 17 winkelgetreu der Rota tionsbewegung der ersten Eingabemittel 22 folgt.
Die Hand der Bedienperson bleibt bei der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe stets in Kontakt mit den ersten Eingabemitteln 22. Es soll also im ersten Handhabungsmodus nicht zu einem Umgreifen oder kurzzeitigen Unterbrechen zwischen der Eingabeeinheit und dem Werkzeug kommen, da eine kontinuierliche und vorzugsweise ununterbrochene Abbildung der in die ersten Eingabemittel 22 eingebrachten Rotationsbewegung wz- in die Rotationsbewegung COE des Maulteils 17 realisiert werden soll. Eine Bedienperson hat also eine kontinuierliche und ununterbrochene Kontrolle über die Verstellbewegung des Werk zeugs 16, insbesondere um präzise komplexe minimalinvasive Eingriffe und / oder medizi nische Operationen in einem sensiblen Elmfeld durchführen zu können.
Durch die Physiologie der menschlichen Hand ist der Rotationsbereich auf einen maxima len Rotationswinkel von etwa ±90 ° um die Ruhestellung und somit insgesamt auf etwa 180 ° um die Ruhestellung oder Grundposition beschränkt.
In der FIG 3a bis FIG 3c erfolgt neben der Steuerung des Werkzeugslö im ersten Handha bungsmodus zusätzlich die Steuerung des Werkzeugs 16 über die zweiten Eingabemittel 24 im zweiten Handhabungsmodus.
Die zweiten Eingabemittel 24 sind vorliegend durch den identischen greifbaren Zylinder ausgebildet, um die Steuerung des Werkzeugs 16 sowohl im ersten Handhabungsmodus als auch im zweiten Handhabungsmodus zu realisieren.
In der FIG 3a, wie auch schon in der FIG 2b, sind die ersten Eingabemittel 22 und somit auch die zweiten Eingabemittel 24 aus der Grundposition der FIG 2a entgegen dem Uhr zeigersinn um den Winkelbereich XI rotiert dargestellt, wobei der Winkelbereich XI auf das Maulteil 17 rotationsgetreu abgebildet wurde und eine entsprechende Rotation bewirkt. Es erfolgt somit eine Steuerung des Werkzeugs im ersten Handhabungsmodus.
In der FIG 3b wurde der Zylinder durch eine weitere Benutzerbewegung um den, in Bezug auf den ersten Winkelbereich XI größeren dritten Winkelbereich X3 rotiert, wodurch die zweiten Eingabemittel 24 in einen Endanschlag 44 geführt wurden, in dem es zum Aktivie ren einer endlosen Rotationsbewegung des Maulteils 17 kommt. Das Maulteil 17 rotiert somit in Folge der weiteren Benutzereingabe 21 endlos um ihre Erstreckungsachse E.
Durch Zurückführen der zweiten Eingabemittel 24 in die Grundposition gemäß der Fig. 3c wird die endlose Rotation des Werkzeugs 16 wieder unterbrochen. Dabei folgt das Werk zeug 16 nicht der Bewegung der zweiten Eingabemittel 24 zurück in die Grundposition, sodass die Position der Markierungen 42 des Werkzeugs 16 und der Eingabeeinheit 10 relativ zueinander verstellt sein können. Vorteilhaft wird es somit im zweiten Handha bungsmodus durch die zweiten Eingabemittel 24 ermöglicht, dass im Unterschied zu dem Wirkprinzip der in Bezug auf die FIG 2b und FIG 2c beschriebenen ersten Eingabemittel im ersten Handhabungsmodus, die Geschwindigkeit der Rotationsbewegung COE zumindest abschnittsweise nicht rotationsgetreu entsprechend der weiteren Benutzereingabe umge setzt wird. Die weitere Benutzereingabe ist jedoch weiterhin ununterbrochen mit der Rota tionsbewegung COE des Werkzeugs 16 gekoppelt, um stets eine vollständige Kontrolle über die Werkzeugbewegung zu gewährleisten. Vorteilhaft wird der ergonomisch bedienbare Rotationsbereich so von den etwa ±90 ° um die Ruhestellung oder Grundposition durch die zweiten Eingabemittel 24 beliebig erweitert, ohne dass dabei die Bedienperson die Kon trolle über das Maulteil 17 verliert.
In der FIG 4 ist eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Eingabeeinheit 10 zum Betreiben des aus der FIG 1 bekannten endlos rotierbaren medizinischen Instruments 12 dargestellt.
Die dargestellte erfindungsgemäße Eingabeeinheit 10 umfasst erste Eingabemittel 22, die zum kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen Erfassen und Abbilden einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe der Bedienperson in eine Verstellbewegung des Werkzeugs 16 in einem ersten Handhabungsmodus ausgebildet sind, um das Werkzeug 16 relativ zur Längsachse L des Schafts 14 begrenzt zu verschwenken und / oder um die Er streckungsachse E des Werkzeugs 16 begrenzt zu rotieren.
Die ersten Eingabemittel 22 umfassen für das Erfassen der ergonomisch begrenzten Benut zereingabe der Bedienperson erste Bedienmittel, die vorliegend durch ein kardanisch auf gehängtes Pinzettenelement 200 ausgebildet sind.
Die kardanische Aufhängung 214 umfasst ein stationäres, L-förmiges Standelement 215, das über wenigstens zwei Drehlager das Pinzettenelement 200 durch ein von dem Pinzet tenelement 200 umfasstes Trägerelement 202 fixiert und ausrichtet.
Das Pinzettenelement 200 umfasst zwei Schenkel ab schnitte 204, die um eine gemeinsame oder zwei parallel zueinander ausgerichtete Schwenkachse / n relativ zueinander ver- schwenkbar sind, derartig, dass sich die beiden Schenkelabschnitte 204 beim Verschwen ken aufeinander zu bewegen.
Vorteilhaft erstrecken sich die beiden Schenkelabschnitte 204 derartig, dass diese in einer Arbeitsposition der Bedienperson zwischen Daumen und Zeigefinger greifbar sind, um in beide Schenkelabschnitte 204 eine Kraft einzubringen und diese somit aus der figürlich dargestellten Ruhestellung 206 zu verschwenken. Durch das Verschwenken der beiden Schenkelabschnitte 204 wird das Werkzeug 16 vorteilhaft manipuliert, wobei es in diesem Zusammenhang besonders bevorzugt ist, wenn das Werkzeug 16 als ein Maulteil 17 oder gleichwertige Aktionseinheit ausgebildet ist, die somit zwischen einem offenen und einem geschlossenen Stellung manipulierbar ist, um insbesondere eine Schneide- und / oder Greiffunktionalität zu steuern.
Ferner umfasst das erfindungsgemäße Pinzettenelement 200 einen Pistolengriffabschnitt 208, dessen Längserstreckung im Wesentlichen quer zur Längserstreckung der Schenkel abschnitte 204 ausgerichtet ist. Der Pistolengriffabschnitt 208 des Pinzettenelements 200 dient der Bedienperson in der Arbeitsposition als Handauflage, weshalb ein präzises und ergonomisches Bedienen des Pinzettenelements 200 ermöglicht wird.
So ist es nämlich im Rahmen des Erfassens der ergonomisch begrenzten Benutzereingabe nicht nur vorgesehen, dass es zum Verschwenken der beiden Schenkelabschnitte 204 kommt sondern auch aufgrund der kardanischen Aufhängung zum Verstellen des gesamten Pinzettenelements 200 aus der dargestellten Ruhestellung 206, wobei die Schwenk- und / oder Rotationsbewegungen des Pinzettenelements 200, also sämtliche Verstellbewegungen aus der figürlich dargestellten Ruhestellung 206 im ersten Handhabungsmodus, erfasst werden und schwenk- und rotationsgetreu auf das Werkzeug 16 abgebildet werden.
Ferner umfasst der Pistolengriffabschnitt 208 erfindungsgemäße zweite Eingabemittel 24, die als zweite Bedienmittel 210 an einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts 208 ange ordnet sind. Die zweiten Bedienmittel 210 werden vorliegend durch ein scheibenförmiges, rundes Rotierelement 212 ausgebildet, das radialseitig den zylinderförmigen Pistolengriff abschnitt 208 bereichsweise überragt, derartig, dass es vorteilhaft ermöglicht wird, dass in der Arbeitsposition der Bedienperson das Rotierelement 212 mittels der restlichen Finger der zum Verschwenken der Schenkelabschnitte 204 eingesetzten Hand bedienbar ist. Vor teilhaft ist somit beim Stützen der Hand der Bedienperson durch den Pistolengriffabschnitt 208 sowohl das Verstellen des Pinzettenelements 200 möglich, wobei zusätzlich auch die zweiten Eingabemittel 24 bedienbar sind. Vorteilhaft führt dies zu einer ergonomischen Ausgestaltung der Eingabeeinheit 10, um auch bei längeren Operationen eine präzise Steu erung des Werkzeugs 16 im ersten Handhabungsmodus und im zweiten Handhabungsmo dus zu ermöglichen. Das figürlich dargestellte Rotierelement 212 ist vorliegend endlos rotierbar, wobei die Ro tationsbewegung des Rotierelements 212 rotationsgetreu oder skaliert auf das Werkzeug 16 abgebildet wird. Zudem umfasst das Pinzettenelement 200 bevorzugt Umschaltmittel, um die Übertragungsfunktion im zweiten Handhabungsmodus zwischen einer absoluten und / oder unskalierten und einer skalierten Übertragung oder zwischen einer ersten Skalierung und einer zweiten Skalierung umzuschalten.
Ferner ist auch eine alternative Ausgestaltung des Rotierelements 212 bevorzugt vorgese hen, wobei das Rotierelement 212 aus einer Ruheposition entlang einer ersten Rotations richtung in eine erste Endposition rotierbar ist, wobei im ersten Endanschlag eine Aktivie rung einer endlosen Rotation des Werkzeugs 16 in eine erste Richtung aktiviert wird. Für das Beenden der Rotationsbewegung muss das Rotierelement 212 dann wieder in die Ru heposition zurückgestellt werden. Für das Aktivieren einer entgegengesetzten Rotations bewegung des Werkzeugs 16 muss das Rotierelement 212 aus der Ruheposition entlang einer zweiten, entgegengesetzten Rotationsrichtung in eine zweite Endposition rotiert wer den.
Ferner sind in einem Endabschnitt der Schenkel ab schnitte 220 ringförmige Fingerschlau fen 224 zur Aufnahme von Daumen und Zeigefinger angeordnet, die das Rückführen der Schenkelabschnitte 220 in die Ruhestellung 206 durch das Einbringen einer Gegenkraft ermöglichen.
Zudem umfasst das Pinzettenelement 200 nicht im Detail dargestellte Kraftspeichermittel 226, die das automatisierte Rückführen der Schenkel ab schnitte 204 in die Ruhestellung ermöglichen.
In der FIG 5 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden erfindungsgemäßen Ein gabeeinheit 10 dargestellt. Die figürlich gezeigte Eingabeeinheit 10 umfasst erfindungsge- mäße erste Eingabemittel 22 und erfmdungsgemäße zweite Eingabemittel 24.
Die ersten Eingabemittel 22 zum kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe in eine Verstellbewegung des Werkzeugs 16 in dem ersten Handhabungsmodus sind auch durch ein kardanisch aufge hängtes Pinzettenelement 200 ausgebildet, weshalb zur Vermeidung von Wiederholungen auf das vorherige Ausführungsbeispiel verwiesen wird. Im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel sind die erfindungsgemäßen zwei ten Eingabemittel 24 nun durch ein erstes Schaltelement 216 und ein zweites Schaltele ment 218 ausgebildet, die in einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts 208 angeordnet sind. Die beiden Schaltelemente 216, 218 können durch eine Kraftbeaufschlagung betätigt werden, um die Aktivierung einer endlosen Rotation des Werkzeugs 16 zu aktivieren. Die Richtung der Rotationsbewegung des Werkzeugs 16 hängt vom gepressten Schaltelement 216, 218 ab. Ferner ist eine Dauerrotation durch das nachträgliche Pressen des anderen Schaltelements möglich.
Somit kann zunächst durch das Betätigen eines der beiden Schaltelemente 216, 218 die Rotationsrichtung gewählt werden, wobei anschließend durch das Betätigen des noch nicht betätigten Schaltelements 216, 218 eine Dauerrotation des Werkzeugs 16 aktivierbar ist. Vorteilhaft lässt sich somit das Werkzeug 16 im zweiten Handhabungsmodus besonders präzise und ergonomisch bedienen.
Schließlich zeigt die FIG 6 eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsge mäßen Eingabeeinheit 10. Die dargestellte Eingabeeinheit 10 umfasst für die Ausgestal tung der ersten Eingabemittel 22 wiederum ein kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement 200, das zusammen mit einem Pistolengriff ab schnitt 208 relativ zum Standelement 215 der kardanischen Aufhängung 214 verstellbar ist, um sämtliche ergonomisch begrenzte Benut zereingaben, wie etwa Schwenk- und / oder Rotationsbewegungen, schwenk- und / oder rotationsgetreu auf das Werkzeug 16 im ersten Handhabungsmodus abzubilden.
Wie es auch schon in Bezug auf die anderen Ausführungsbeispiele bekannt ist, können neben dem Rotieren und Verschwenken des gesamten Pinzettenelements 200 zusätzlich noch die beiden Schenkelabschnitte 204 relativ zueinander verschwenkt werden, um das Werkzeug 16 zu manipulieren, insbesondere die Schließposition des Maulteils 17 zu steu ern.
Die zweiten Eingabemittel 24 werden bei der nun dargestellten Ausführungsform durch einen weiteren Schwenkmechanismus der Schenkelabschnitte 204 ausgebildet. So umfasst nämlich der Schenkelabschnitt 204 einen oberen Schenkelabschnitt 220 und einen unteren Schenkelabschnitt 222, die sich relativ um eine zweite Schwenkachse SW2 begrenzt ver schwenken lassen, um somit die weitere Benutzereingabe für die Steuerung des Werkzeugs 16 im zweiten Handhabungsmodus zu erfassen. Der obere Schenkelabschnitt 220 und der untere Schenkelabschnitt 222 können ferner ge meinsam um eine erste Schwenkachse SW 1 verschwenkt werden, um im ersten Handha bungsmodus die schwenktreue Manipulation des Werkzeugs 16 zu realisieren. Unabhängig von dieser Schwenkbewegung ist zudem das Verschwenken des oberen Schenkelabschnitts 220 relativ zum unteren Schenkel ab schnitt 222 um die zweite Schwenkachse SW2 mög lich, wobei es aus der figürlichen Darstellung ersichtlich wird, dass die Ausrichtung der ersten Schwenkachse SW1 in einem rechten Winkel zu der zweiten Schwenkachse SW2 verläuft.
Ferner ist auch bei dieser Ausführungsform eine Fingerschlaufe 224 endseitig des Schen kelabschnittes 204 vorgesehen, um insbesondere eine Kraft zum Verschwenken des oberen Schenkelabschnitts 220 relativ zu dem unteren Schenkelabschnitt 222 einzubringen.
Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln be trachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Die Erfindung be trifft eine Eingabeeinheit 10 zum Betreiben eines medizinischen Instruments 12 mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse L erstreckenden Schaft 14 zum Aufnehmen von Lenkdrähten 20, mit einem distalseitig an dem Schaft 14 angeordneten, entlang einer Er streckungsachse E ausgebildeten Werkzeug 16 und einer proximal sei tig an dem Schaft 14 angeordneten Steuereinheit 18 zum Manipulieren des Werkzeugs 16 mittels der Lenkdräh te 20, umfassend erste Eingabemittel 22 zum kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotati onsgetreuen, bevorzugt ununterbrochenen und / oder absoluten, Umsetzen einer ergono misch begrenzten Benutzereingabe, insbesondere einer natürlichen Benutzerbewegung von bewegbaren ersten Bedienmitteln, in eine Verstellbewegung des Werkzeugs 16 in einem ersten Handhabungsmodus, um das Werkzeug 16 mittels der Steuereinheit 18 relativ zur Längsachse L begrenzt zu schwenken und / oder um die Erstreckungsachse E begrenzt zu rotieren. Bezugszeichenliste
10 Eingabeeinheit
12 medizinisches Instrument
14 Schaft
16 Werkzeug
17 Maulteil
18 Steuereinheit
20 Lenkdrähte
22 erste Eingabemittel
24 zweite Eingabemittel
30 proximales Ende des Schafts
32 distales Ende des Schafts
34 Maulelement des Werkzeugs
36 Gelenkmechanismus
38 Schwenkglied
40 Antrieb
42 Markierung
44 Endanschlag
200 kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement
202 Trägerelement
204 Schenkelabschnitte
206 Ruhestellung des Pinzettenelements
208 Pistolengriffabschnitt
210 zweite Bedienmittel
212 Rotierelement
214 kardani sehe Aufhängung
215 Standelement der kardanischen Aufhängung
216 erstes Schaltelement
218 zweites Schaltelement
220 oberer Schenkel ab schnitt
222 unterer Schenkelabschnitt
224 Fingerschlaufe 226 Kraftspeichermittel
1000 medizinisches System
E Erstreckungsachse des Werkzeugs
L Längsachse des Schafts
R Rotationsachse
R2 Rotationsachse des Rotierelements
L2 Längserstreckungsachse des Pistolengriffabschnitts
SW 1 erste Schwenkachse
SW2 zweite Schwenkachse z‘ Erstreckungsachse der Eingabeeinheit x, y Raumachsen des medizinischen Instruments
COE Rotationsbewegung des Werkzeugs coz‘ Rotationbewegung der Eingabeeinheit cox, Schwenkbewegung des Werkzeugs coy Schwenkbewegung des Werkzeugs

Claims

Patentansprüche
1. Eingabeeinheit (10) zum Betreiben eines medizinischen Instruments (12) mit einem hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20), mit einem distalseitig an dem Schaft (14) angeordneten, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildeten Werkzeug (16) und einer proximalseitig an dem Schaft (14) angeordneten Steuereinheit (18) zum Manipulieren des Werkzeugs (16) mittels der Lenkdrähte (20), umfassend erste Eingabemittel (22) zum kontinuierlichen, schwenk- und / oder rotationsgetreuen, bevorzugt ununterbrochenen und / oder absoluten, Umsetzen einer ergonomisch begrenzten Benutzereingabe, insbesondere einer natürlichen Benutzerbewegung von bewegbaren ersten Bedienmitteln, in eine Verstellbewegung des Werkzeugs (16) in einem ersten Handhabungsmodus, um das Werkzeug (16) mittels der Steuereinheit (18) relativ zur Längsachse (L) begrenzt zu schwenken und / oder um die Erstreckungsachse (E) begrenzt zu rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (10) zweite Eingabemittel (24) zum zumindest abschnittsweisen, nicht absoluten Umsetzen wenigstens einer weiteren Benutzereingabe in eine endlose Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) um seine Erstreckungsachse (E) in einem zweiten Handhabungsmodus umfasst, wobei die ersten Eingabemittel (22) durch ein über ein Trägerelement (202) kardanisch aufgehängtes Pinzettenelement (200) ausgebildet sind, das wenigstens zwei Schenkelabschnitte (204) umfasst, die so ausgerichtet und ausgebildet sind, dass diese in einer Arbeitsposition einer Bedienperson zwischen Daumen und Zeigefinger greifbar sind, um die beiden Schenkelabschnitte (204) mittels einer Kraftbeaufschlagung aus einer Ruhestellung (206) aufeinander zuzubewegen, um das Werkzeug (16), insbesondere ein Maulteil (17), zu manipulieren, wobei das Pinzettenelement (200) einen zum Auflegen der Handfläche der Bedienperson in der Arbeitsposition ausgebildeten Pistolengriffabschnitt (208) umfasst und wobei die zweiten Eingabemittel (24) als zweite Bedienmittel (210) entweder an dem Pistolengriffabschnitt (208) oder an einem der oder an beiden Schenkelabschnitten (204) ausgebildet sind.
2. Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) durch ein Rotierelement (212) oder Wippelement, insbesondere ein Drehrad, ein Tastrad oder ein Wippschalter, ausgebildet sind, das vom Pistolengriffabschnitt (208), insbesondere an einer seitlichen Außenfläche des Pistolengriffabschnitts (208), so aufgenommen und / oder angeordnet ist, dass es bereichsweise übersteht, derartig, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson von den restlichen Fingern der zum Verschwenken der Schenkelabschnitte (204) verwendeten Hand rotiert oder betätigt werden kann, um die weitere Benutzereingabe zu bedienen.
3. Eingabeeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotierelement (212) um eine Rotationsachse (R2) rotierbar ist, die im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckungsachse (L2) des Pistolengriffabschnitts (208) verläuft.
4. Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotierelement (212) aus einer Ruheposition entlang eines positiven Winkelbereichs in einen positiven Endanschlag und entlang eines negativen Winkelbereichs in einen negativen Endanschlag rotierbar ist, um das Werkzeug (16) im positiven Endanschlag in eine erste Richtung und im negativen Endanschlag in eine von der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung durch die weitere Benutzereingabe zu rotieren.
5. Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) durch wenigstens ein Schaltelement zum Umschalten zwischen dem ersten Handhabungsmodus und dem zweiten Handhabungsmodus ausgebildet sind, wobei in dem zweiten Handhabungsmodus das Pinzettenelement (200) aus der Ruhestellung (206) in einen linken Endanschlag und in einen rechten Endanschlag rotierbar ist, wobei in dem linken Endanschlag eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) aktivierbar und in dem rechten Endanschlag eine dauerhafte rechte Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) aktivierbar ist.
6. Eingabeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Bedienmittel (210) ein erstes Schaltelement (216) und ein zweites Schaltelement (218) umfassen, wobei das erste Schaltelement (216) so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des ersten Schaltelements (216) ein erster Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte linke Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) zu aktivieren und wobei das zweite Schaltelement (218) so ausgebildet ist, dass durch das dauerhafte oder kurzzeitige Betätigen des zweiten Schaltelements (218) eine zweiter Schaltzustand aktivierbar ist, um eine dauerhafte rechte Rotationsbewegung des Werkzeugs (16) zu aktivieren.
7. Eingabeeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schaltelement (214) oder das erste Schaltelement (216) und das zweite Schaltelement (218) am Pistolengriffabschnitt (208), insbesondere an einer Seitenfläche des Pistolengriffabschnitts (208), so angeordnet ist / sind, dass es in der Arbeitsposition der Bedienperson von den restlichen Fingern der entsprechenden zum Verschwenken der Schenkelabschnitte (204) vorgesehenen Hand rotiert werden kann.
8. Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkelabschnitt (204) einen oberen Schenkelabschnitt (220) und einen unteren Schenkel ab schnitt (222) umfasst, wobei der obere Schenkel ab schnitt (220) und der untere Schenkelabschnitt (222) um eine erste Schwenkachse (SW1) gemeinsam verschwenkbar sind, insbesondere um das Maulteil (17) zu manipulieren, und wobei der obere Schenkel ab schnitt (220) relativ zum unteren Schenkelabschnitt (222) um eine zweite Schwenkachse (SW2) verschwenkbar ist, um die weitere Benutzereingabe zu steuern, insbesondere das Maulteil (17) zu rotieren, wobei die zweite Schwenkachse (SW2) insbesondere orthogonal zu der ersten Schwenkachse (SW1) ausgerichtet ist.
9. Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schenkelabschnitt (204), insbesondere der obere Schenkelabschnitt (220), eine, insbesondere ringförmige, Fingerschlaufe (224) umfasst, die insbesondere endseitig des Schenkel ab Schnitts (204) angeordnet ist.
10. Eingabeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Pinzettenelement (200) Kraftspeichermittel (226) umfasst, wobei die Schenkelabschnitte (204) entgegen der Kraft der Kraftspeichermittel (226) aus der Ruhestellung (206) schwenkbar sind.
11. Medizinisches System (1000), insbesondere Endeffektor und / oder Chirurgieroboter, mit zumindest einer erfindungsgemäßen Eingabeeinheit (10), die nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist, und mit zumindest einem medizinischen Instrument (12), umfassend einen hohlen, sich entlang einer Längsachse (L) erstreckenden Schaft (14) zum Aufnehmen von Lenkdrähten (20) für ein Werkzeug (16), das distalseitig an dem Schaft (14) angeordnete, entlang einer Erstreckungsachse (E) ausgebildete Werkzeug (16) für eine medizinische Anwendung an Patienten, eine proximal seitig an dem Schaft (14) angeordnete Steuereinheit (18), die mit dem Werkzeug (16) über die Lenkdrähte (20) in Wirkverbindung steht, um das Werkzeug (16) in einem ersten Handhabungsmodus und in einem zweiten Handhabungsmodus zu bewegen.
12. Medizinisches System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische System (1000) eine räumlich verstellbare Scheibe umfasst, die mit den Lenkdrähten (20) in Wirkkontakt steht, um das Werkzeug (16) mittels der Lenkdrähte (20) entlang der Längsachse (L) des Schaftes (14) begrenzt zu schwenken, wobei die Scheibe zusammen mit dem Schaft (14) und den Lenkdrähten (20) um die Längsachse (L) endlos rotierbar ist.
EP22758152.7A 2021-07-28 2022-07-25 Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit Pending EP4376750A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021119618.3A DE102021119618B4 (de) 2021-07-28 2021-07-28 Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
PCT/EP2022/070827 WO2023006681A1 (de) 2021-07-28 2022-07-25 Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4376750A1 true EP4376750A1 (de) 2024-06-05

Family

ID=83050067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22758152.7A Pending EP4376750A1 (de) 2021-07-28 2022-07-25 Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4376750A1 (de)
DE (1) DE102021119618B4 (de)
WO (1) WO2023006681A1 (de)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5454827A (en) 1994-05-24 1995-10-03 Aust; Gilbert M. Surgical instrument
US7410483B2 (en) * 2003-05-23 2008-08-12 Novare Surgical Systems, Inc. Hand-actuated device for remote manipulation of a grasping tool
US10149730B2 (en) * 2013-09-01 2018-12-11 Human Extensions Ltd. Control unit for a medical device
AU2016365808B2 (en) 2015-12-10 2021-07-29 Covidien Lp Robotic surgical systems with independent roll, pitch, and yaw scaling
DE102017103199A1 (de) 2017-02-16 2018-08-16 avateramedical GmBH Bediengerät für ein robotergestütztes Chirurgiesystem
US11666402B2 (en) * 2017-10-02 2023-06-06 Intuitive Surgical Operations, Inc. End effector force feedback to master controller
CN113795214A (zh) 2019-03-15 2021-12-14 西拉格国际有限公司 用于机器人外科手术的输入控件
EP3952716A2 (de) * 2019-04-08 2022-02-16 Fortimedix Assets II B.V. Lenkbares instrument mit einem abnehmbaren teil
DE102019121092A1 (de) 2019-08-05 2021-02-11 Karl Storz Se & Co. Kg Medizinisches instrument

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021119618B4 (de) 2023-02-23
WO2023006681A1 (de) 2023-02-02
DE102021119618A1 (de) 2023-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0781112B1 (de) Medizinisches handhabungsgerät
DE19632298B4 (de) Greifeinrichtung zum Einsatz in der Minimal-Invasiven-Chirurgie
DE69735708T2 (de) Vorrichtung zum durchführen von minimal invasiven prozeduren am herzen
DE60307257T2 (de) Manipulator für ein instrument zur minimalinvasiven chirurgie und instrument dafür
EP1021131B1 (de) Handgriff für ein medizinisches instrument
EP1815809B1 (de) Griff für chirurgische Instrumente
EP1022989A1 (de) Instrument bzw. zange für medizinische und insbesondere endoskopische anwendungen
DE29616210U1 (de) Handhabe für chirurgische Instrumente
EP0513471A2 (de) Chirurgisches Instrument
EP0464463A1 (de) Organmanipulator
EP1750599B9 (de) Griffteil für ein chirurgisches instrument
DE102019128277A1 (de) Passive Haltevorrichtung, modulares chirurgisches System und Verfahren zum Handhaben eines Trokars
DE4324254C1 (de) Chirurgisches Instrument für endoskopische Operationen
DE69000875T2 (de) Haushalt- und medizinische scheren.
EP2491874A1 (de) Chirurgisches Instrument mit verbesserter Handhabbarkeit
EP4376750A1 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches instrument sowie medizinisches system mit einer eingabeeinheit
EP0926994B1 (de) Chirurgische fass- und haltezange
DE102021119641B4 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
DE102021119559B4 (de) Endeffektor, Vorrichtung zur Ansteuerung eines Endeffektors, Roboter und medizinisches Telemanipulationssystem
DE102021119646B4 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
DE102021119629B3 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
DE102021119613A1 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit
DE102012110260B4 (de) Betätigungsgriff für ein mikrochirurgisches Instrument
DE3816798C1 (de)
DE102021119624A1 (de) Eingabeeinheit für ein medizinisches Instrument sowie medizinisches System mit einer Eingabeeinheit

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240221

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR