NL1020396C2

NL1020396C2 - Manipulator voor een instrument voor minimaal-invasieve chirurgie, alsmede een dergelijk instrument.

Info

Publication number: NL1020396C2
Application number: NL1020396A
Authority: NL
Inventors: Joris Emanuel Nicolaas Jaspers
Original assignee: Amc Amsterdam
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-17
Also published as: JP4300472B2; JP2005522262A; CA2482160C; US20120041478A1; US8992564B2; DE60307257T2; EP1496811A2; CA2482160A1; WO2003086219A2; AU2003212707A1; WO2003086219A3; ATE334631T1; DE60307257D1; US20050119641A1; EP1496811B1

Description

Manipulator voor een instrument voor minimaal-invasieve chirurgie, alsmede een dergelijk instrument

De uitvinding heeft betrekking op een manipulator voor een instrument voor minimaal-invasieve chirurgie, voorzien van een beweegbare eerste wagen, op welke eerste wagen het instrument monteerbaar is, waarbij de eerste wagen is ge-5 plaatst op een eerste arm van een parallellogramconstructie voor het verschaffen van een virtueel draaipunt aan het instrument in het vlak waarin - tijdens gebruik - het instrument het lichaam van een patiënt snijdt. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een bij een dergelijke manipulator te 10 gebruiken instrument, omvattende een buis die aan een eerste uiteinde is voorzien van een mondstuk en waarbij door de buis bedieningsmiddelen voor het mondstuk verlopen.

Een manipulator van de in de aanhef bedoelde soort is bekend uit de internationale octrooiaanvrage nr. WO 15 00/30557.

In de bekende manipulator is sprake van een motorge-stuurde bediening van het instrument. Een dergelijke manipulator is kostbaar, vergt de nodige training voor het gebruik daarvan en heeft verder het nadeel dat de chirurg die van de 20 manipulator gebruik maakt, geen krachtterugkoppeling krijgt van de weerstand die het instrument ondervindt tijdens een chirurgische operatie. Daarnaast ervaart de chirurg vaak een vertragingstijd tussen de beweging van zijn hand en die van het instrument.

25 Met de uitvinding is beoogd in een dergelijke mani pulator te voorzien die eenvoudig is, minder kostbaar, kleiner, lichter en zonder vertraging een krachtterugkoppeling biedt aan de chirurg die de manipulator gebruikt, alsmede voor de chirurg een natuurlijke operatiehouding mogelijk 30 maakt die overeenkomt met de actuele positionering van het instrument.

De manipulator volgens de uitvinding is er daartoe door gekenmerkt dat aan het proximale uiteinde van de manipulator een handvat is geplaatst voor bediening van het instru-35 ment, waarbij het handvat is geplaatst op of deel uitmaakt 1020396 2 van een tweede arm van de parallellogramconstructie tegenover de eerste arm, zodanig dat een lichaamsas van het handvat altijd evenwijdig verloopt aan het instrument.

De manipulator volgens de uitvinding biedt het voor-5 deel dat deze vrij van motorische aandrijvingen is en voor wat betreft de positionering een één op één koppeling verschaft tussen het handvat van de manipulator en het instrument dat met behulp van de manipulator bediend wordt. Dit biedt aan de chirurg die de manipulator gebruikt een onschat-10 baar voordeel, hetgeen het operatiegemak en de bruikbaarheid van de manipulator voor operatiedoeleinden bijzonder bevordert .

Het is daartoe verder voordelig dat het handvat geplaatst is op een beweegbare tweede wagen die gekoppeld is 15 met de eerste wagen zodanig dat bij verplaatsing van de tweede wagen, de eerste wagen een overeenkomstige verplaatsing uitvoert welke ligt in de lengterichting van het instrument.

Het is voorts wenselijk dat het instrument losneembaar is van de eerste wagen. Dit biedt de mogelijkheid dat 20 het instrument eenvoudig kan worden afgestemd op de tijdens de chirurgische operatie te verrichten handelingen, terwijl de noodzakelijke sterilisatiewerkzaamheden tot dit instrument beperkt kunnen blijven.

De manipulator volgens de uitvinding laat zich in 25 verband hiermee geschikt zo uitvoeren dat de eerste wagen is voorzien van koppelorganen die zijn ingericht voor samenwerking met bedieningsorganen van het instrument, welke koppelorganen onder tussenschakeling van trekdraden gekoppeld zijn met het handvat. De toepassing van trekdraden is hierbij gun-30 stig, zowel voor wat betreft het beperken van het tijdens gebruik te verplaatsen gewicht van de manipulator, als ook ter beperking van de optredende wrijving en tegengaan van eventuele speling.

In een verder aspect van de uitvinding is de manipu-35 lator erdoor gekenmerkt dat het instrument en het handvat zijn gekoppeld ten behoeve van het kunnen uitvoeren van een unisone (niet-vertraagde) rotatie om de respectievelijke li-chaamsassen.

1D20396 3

Zoals hiervoor reeds opgemerkt, is de uitvinding tevens belichaamd in een instrument dat is ingericht om te worden gebruikt bij een manipulator zoals hiervoor beschreven. Volgens de uitvinding is dit instrument erdoor gekenmerkt dat 5 aan een tweede uiteinde van de buis liggend tegenover het eerste uiteinde met het mondstuk, bedieningsorganen zijn geplaatst die gekoppeld zijn met de door de buis verlopende be-dieningsmiddelen voor het mondstuk.

Het is voordelig dat dit instrument zo is uitgevoerd 10 dat de bedieningsorganen flenzen zijn die gemonteerd zijn op trekbuizen die in de buis verlopen en deel uitmaken van de bedieningsmiddelen. Het gebruik van flenzen biedt de mogelijkheid van een eenvoudig losneembare koppeling van de bedieningsorganen van het instrument met de koppelorganen van 15 de manipulator die op hun beurt met het handvat bediend worden. De toepassing van trekbuizen biedt het voordeel dat deze zich ook lenen voor het uitoefenen van een duwbelasting.

Het instrument volgens de uitvinding is er bij voorkeur door gekenmerkt dat het mondstuk een bekvormig grijpor-20 gaan is, welke twee met elkaar samenwerkende bekdelen omvat, waarbij ieder bekdeel gekoppeld is met een van de trekbuizen.

Een optimalisatie van de instelmogelijkheden van het instrument volgens de uitvinding is mogelijk wanneer het grijporgaan twee orthogonale verdraaiingsrichtingen heeft, 25 die beide loodrecht verlopen ten opzichte van de lengteas van het instrument.

Het heeft verder de voorkeur dat de bekdelen veerbe-last zijn voor het uiteendringen van de bekdelen ter opening van het grijporgaan. Door op deze wijze de voor de opening 30 van de bekdelen van het grijporgaan vereiste openingskracht lokaal aan te brengen door middel van een veer is het moge-lijk de diameter van het instrument beperkt te houden; er is immers geen separaat bedieningsorgaan vereist dat door de buis van het instrument zou moeten lopen voor het openen van 35 de bekdelen.

Door de manipulator te monteren op de operatietafel geeft dit de mogelijkheid de manipulator als instrumenthouder of klem te gebruiken. De bewegingsmogelijkheden van de mani-

; ‘ t— V vj . ' O

4 pulator kunnen blokkerend worden uitgevoerd door middel van (bijvoorbeeld) remBchoentjes die met (bijvoorbeeld) een voetpedaal worden bediend. Dit geeft de mogelijkheid de manipulator tijdens gebruik los te laten zodat tegelijkertijd ook an-5 dere taken kunnen worden uitgevoerd.

De uitvinding zal in het navolgende verder worden toegelicht aan de hand van de tekening van een niet-beperkend voorkeursuitvoeringsvoorbeeld van de manipulator en het instrument volgens de uitvinding.

10 In de tekening tonen: - figuur 1 en 2 de manipulator met het instrument volgens de uitvinding; - figuur 3 het instrument volgens de uitvinding in zijn geheel en in een detailaanzicht van het mondstuk; 15 . figuur 4 het instrument volgens de uitvinding in zijn geheel, alsmede in een detailaanzicht van een eerste uiteinde en een detailaanzicht van een tweede uiteinde; . figuur 5 het instrument volgens de uitvinding zoals getoond in figuur 4, waarbij het mondstuk enigszins verdraaid 20 is; en . figuur 6 het instrument volgens de uitvinding in gemonteerde positie tezamen met een deel van de manipulator.

In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

25 Verwijzend nu eerst naar figuur 1 toont deze een in strument 1 voor laporoscopische chirurgie dat zich gedeeltelijk binnen het lichaam van een patiënt kan bevinden en daarbij zes graden van vrijheid geniet die bij het mondstuk van het instrument zijn aangegeven, te weten de drie translaties 30 x, y en z en de drie rotaties α, β en γ. Deze bewegingen worden alle bediend met een handvat 2 dat dezelfde vrijheidsgraden geniet en deze bij bediening van het handvat één op één doorgeeft aan het mondstuk van het instrument. Verder is er nog een zevende vrijheidsgraad die gevormd wordt door de 35 open- en sluitbeweging van het handvat 2 en de daarmee gekoppelde open- en sluitbeweging van de bek van het mondstuk zoals hierna nog nader zal worden toegelicht.

Het instrument 1 heeft een door de uitvinding beoogd i Π o n > .·, , .1 U ./" ((.1 M i' 5 invariant punt 3 ter plaatse waar het instrument 1 via een incisie in een lichaam van een patiënt is gevoerd. Bij de bediening van het instrument 1 door middel van het handvat 2 vormt dit invariant punt 3 een virtueel vast draaipunt voor 5 het instrument 1.

Verwijzend nu naar figuur 2 wordt getoond dat de basis van de manipulator gevormd wordt door een hoofdas 4 die een rotatie ω kan uitvoeren, doordat deze hoofdas 4 is opgenomen in een lager 5 die met de vaste wereld is verbonden.

10 Deze vaste wereld wordt bij voorkeur gevormd door een operatietafel. Aan deze hoofdas 4 zit een als zodanig bekend pa-rallellogrammechanisme waarvan de platen 6 en 7 en koker 8 deel uitmaken. Door middel van dit parallellogrammechanisme wordt een verdraaiing § van het handvat 2 rond as 9a vertaald 15 in een overeenkomstige verdraaiing § rond de assen 9b en 9c en as 10 die zich buiten het parallellogrammechanisme bevindt en (het verlengde van) de hoofddraaias 4 snijdt. Dit snijpunt valt samen met eerder genoemde incisie in het lichaam van de patiënt, hetgeen samenvalt met het eerder bedoelde vaste vir-20 tuele draaipunt. Met het voorgaande is derhalve toegelicht dat het instrument 1 rond het vaste virtuele draaipunt 3 twee rotaties δ en ω kan uitvoeren.

Voor het bedienen van de andere bewegingen die het instrument 1 kan uitvoeren dienen bijvoorbeeld trekdraden die 25 vanaf het handvat 2 door de manipulator naar het instrument 1 lopen. De beweging van handvat 2 en instrument 1 in de lengterichting z van het instrument geschiedt bijvoorbeeld doordat handvat en instrument zich op wagens 12 en 13 bevinden die langs rechtgeleidingen verplaatsbaar zijn.

30 Onder verwijzing naar de figuren 3-6 zal de werking van het instrument volgens de uitvinding verder worden toegelicht .

In figuur 3 is getoond dat het mondstuk van het instrument 1 is uitgevoerd als bekvormig grijporgaan welke twee 35 met elkaar samenwerkende bekdelen 15, 16 omvat, die ieder afzonderlijk kunnen roteren rond een as 17. De rotaties β en v van de bekdelen 15 en 16 worden ieder afzonderlijk aangestuurd met kabels die aangesloten zijn op in het instrument 1 λ ’ n 6 verlopende trekbuizen 23 en 22 (zie tevens figuur 4). Door de trekbuizen 23 en 22 tegelijk aan te trekken sluiten de bekde-len 15 en 16. De bekdelen zijn tevens veerbelast met een veer 18 (zie figuur 3), hetgeen een openingskracht voor de bekde-5 len 15, 16 oplevert.

Figuur 5 toont dat wanneer slechts trekbuis 22 aangetrokken wordt en trekbuis 23 wordt meegegeven, beide grij-perdelen 15, 16 rond as 17 zullen roteren in richting v· Het instrument 1 is verder zo uitgevoerd dat de bekdelen 15, 16 10 tevens kunnen roteren rond een as 19. Daartoe wordt een trek-duwbuis 24 toegepast die bij duwen in de richting van de bekdelen 15, 16 deze in de met α aangeduide rotatierichting verdraaid.

Figuur 4 en 5 tonen voorts dat de trekbuizen 22 en 15 23 aan het uiteinde verwijderd van de bekdelen 15, 16 voor zien zijn van flenzen 25 en 26. Trekduwstang 24 is aan het desbetreffende uiteinde voorzien van een kogel 27. De functie van de flenzen 25 en 26 en de kogel 27 zal aan de hand van de hiernavolgende toelichting onder verwijzing naar figuur 6 20 duidelijk worden.

Figuur 6 toont het instrument 1 gemonteerd op de langs een rechtgeleiding beweegbare wagen 13. De flenzen 25 en 26 die via eerder genoemde trekstangen gekoppeld zijn met de bekdelen 15, 16 van het mondstuk, worden met van de mani-25 pulator deel uitmakende hefbomen 28 en 29 bediend. De trekduwstang 24 wordt bediend met een schijf 30 die is aangesloten op de kogel 27. Deze laatste verbinding is zodanig ingericht dat dankzij de vorm van de kogel 27 het instrument 1 roteerbaar is om zijn lengteas. Door bediening van de hefbo-30 men 28 en 29 en de schijf 30 worden zodoende de rotaties a, β en v van de grijperdelen 15, 16 bediend. Overigens wordt opgemerkt dat kogel 27 en de daarmee samenwerkende schijf 30, net als andere constructiedelen, door een voor wat betreft de werking equivalente constructie vervangen kunnen worden, bij-35 voorbeeld door een roteerbare flens die met een verplaatsbare wagen bediend wordt. Rotatie γ van het instrument 1 wordt door bediening van schijf 31 verzorgd.

De koppeling van de hefbomen 28 en 29 en schijf 30 1 π o η o α £

? L» v/ u ,ν O

7 met het handvat 2 geschiedt in het onderhavige uitvoerings-voorbeeld met trekdraden. Binnen het kader van de uitvinding is het echter ook mogelijk om andersoortige koppelingen te voorzien tussen het handvat 2 en de bedieningsorganen van het 5 instrument 1. Dergelijke koppelingen kunnen zijn bowden kabels, hydraulica, kettingen, banden of dergelijke. Dit ligt geheel binnen het bereik van de vakman en behoeft geen verdere toelichting.

Claims

1. Manipulator voor een instrument voor minimaal-invasieve chirurgie, voorzien van een beweegbare eerste wagen, op welke eerste wagen het instrument monteerbaar is, 5 waarbij de eerste wagen is geplaatst op een eerste arm van een parallellogramconstructie voor het verschaffen van een virtueel draaipunt aan het instrument in het vlak waarin -tijdens gebruik - het instrument het lichaam van een patiënt snijdt, met het kenmerk, dat aan het proximale uiteinde van 10 de manipulator een handvat is geplaatst voor bediening van het instrument, waarbij het handvat is geplaatst op of deel uitmaakt van een tweede arm van de parallellogramconstructie tegenover de eerste arm, zodanig dat een lichaamsas van het handvat altijd evenwijdig verloopt aan het instrument.

2. Manipulator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het handvat geplaatst is op een beweegbare tweede wagen die gekoppeld is met de eerste wagen zodanig dat bij verplaatsing van de tweede wagen, de eerste wagen een overeenkomstige verplaatsing uitvoert welke ligt in de lengterich-20 ting van het instrument.

3. Manipulator volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het instrument losneembaar is van de eerste wagen.

4. Manipulator volgens conclusie 3, met het kenmerk, 25 dat de eerste wagen is voorzien van koppelorganen die zijn ingericht voor samenwerking met bedieningsorganen van het instrument, welke koppelorganen onder tussenschakeling van trekdraden gekoppeld zijn met het handvat.

5. Manipulator volgens conclusie 4, met het kenmerk, 30 dat het instrument en het handvat zijn gekoppeld ten behoeve van het kunnen uitvoeren van een unisone rotatie om de respectievelijke lichaamsassen.

6. Manipulator volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat deze instelbare blokkeervoorzie- 35 ningen heeft voor het vastzetten van de manipulator in een of meer richtingen. 1 02039 6 * *

7, Instrument voor minimaal-invasieve chirurgie geschikt voor toepassing in combinatie met een manipulator volgens een der conclusies 1-6, omvattende een buis die aan een eerste uiteinde is voorzien van een mondstuk, waarbij door de 5 buis bedieningsmiddelen voor het mondstuk verlopen, met het kenmerk, dat aan een tweede uiteinde van de buis dat ligt tegenover het eerste uiteinde, bedieningsorganen zijn geplaatst die gekoppeld zijn met de door de buis verlopende bedieningsmiddelen voor het mondstuk.

8. Instrument volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de bedieningsorganen flenzen zijn die gemonteerd zijn op trekbuizen die in de buis verlopen en deel uitmaken van de bedieningsmiddelen.

9. Instrument volgens conclusie 7 of 8, met het ken- 15 merk, dat het mondstuk een bekvormig grijporgaan is, welke twee met elkaar samenwerkende bekdelen omvat, waarbij ieder bekdeel gekoppeld is met een van de trekbuizen.

10. Instrument volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het grijporgaan twee orthogonale verdraaiingsrichtingen 20 heeft, die beide loodrecht verlopen ten opzichte van de lengteas van het instrument.

11. Instrument volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de bekdelen veerbelast zijn voor het uiteendringen van de bekdelen ter opening van het grijporgaan.