DE10055293A1 - Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines endoskopischen Instruments - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (10) zum Halten und Positionieren eines durch eine Körperoberfläche (14) eines Patienten eingeführten endoskopischen Instruments (12) weist einen Halter (20) für das Instrument (12) auf, der so ausgebildet ist, daß das Instrument (12) relativ zur Körperoberfläche (14) in verschiedenen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist. Der Halter (20) weist ein erstes bügelförmiges Element (22) auf, dessen beiden Endabschnitten (24, 26) der Körperoberfläche (14) zugewandt angeordnet sind und dessen mittlerer Abschnitt (28) von der Körperoberfläche (14) abgewandt ist, wobei das erste bügelförmige Element (22) um eine erste Schwenkachse (30), die durch beide Endabschnitte (24, 26) hindurchgeht, verschwenkbar ist. Der Halter (20) weist ein zweites bügelförmiges Element (34) auf, dessen Endabschnitte (36, 38) der Körperoberfläche (14) zugewandt, bezüglich der Endabschnitte (24, 26) des ersten bügelförmigen Elements (22) jedoch um etwa 90 DEG versetzt angeordnet sind und dessen mittlerer Abschnitt (40) von der Körperoberfläche (14) mit im wesentlichen gleichem Abstand wie das erste bügelförmige Element (22) abgewandt ist, wobei das zweite bügelförmige Element (34) um eine zweite Schwenkachse (46), die durch beide Endabschnitte (36, 38) des zweiten bügelförmigen Elements (34) hindurchgeht, verschwenkbar ist und wobei beide bügelförmigen Elemente (22, 34) jeweils eine sich entlang der Elemente (22, 34) erstreckende Öffnung (48, 50) aufweisen und ein Überlappbereich ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten und Positio­ nieren eines durch eine Körperoberfläche eines Patienten einge­ führten endoskopischen Instruments, mit einem Halter für das Instrument, der so ausgebildet ist, daß das Instrument relativ zur Körperoberfläche in verschiedenen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist.

Eine derartige Vorrichtung ist bspw. aus der US 4,573,452 be­ kannt.

Eine derartige Vorrichtung wird im Rahmen der minimal-invasiven Chirurgie verwendet. Bei der minimal-invasiven Chirurgie wird ein Instrument, worunter im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Arbeitsinstrument wie bspw. eine Schere, Zange zum Präpa­ rieren von Gewebe als auch ein Endoskop verstanden wird, durch eine Inzision in der Körperoberfläche in das Operationsgebiet eingeführt, um einen chirurgischen Eingriff unter endoskopi­ scher Sichtkontrolle durchzuführen. Das Instrument wird dabei üblicherweise durch einen Trokar, der in die Inzision einge­ setzt ist, in das Körperinnere eingeführt.

Insbesondere, wenn es sich bei dem Instrument um ein Endoskop handelt, ist es mitunter erforderlich, das Endoskop in ver­ schiedenen Kippstellungen relativ zur Körperoberfläche zu posi­ tionieren, um alle Bereiche des Operationsgebiets einsehen zu können.

Das Positionieren des Instruments bzw. des Trokars wurde her­ kömmlich vom Assistenzpersonal durchgeführt. Wünschenswert ist es jedoch, wenn derartige einfache Tätigkeiten, wie das Posi­ tionieren des Instruments, von einer steuerbaren Halte- und Po­ sitioniervorrichtung übernommen werden, wodurch Assistenzperso­ nal eingespart und darüber hinaus ein exakteres Positionieren des Instruments ermöglicht werden könnte.

So wäre die Halterung und die Nachführung des Endoskops, das zur Videobilderfassung die Kamera trägt, über ein Endoskophal­ te- bzw. Führungssystem sinnvoll. Das Halten und Positionieren eines Endoskops bzw. Instruments ist mit der aus der oben ge­ nannten US 4,573,452 bekannten Vorrichtung möglich. Diese Vor­ richtung weist ein wahlweise spannbares kabelartiges Element auf, das zum Bewegen des Endoskops entspannt wird, wonach das Endoskop manuell in die gewünschte Position gebracht werden kann, und anschließend zu einer starren Struktur gespannt wird, um das Endoskop in der eingestellten Position zu fixieren. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, daß die Posi­ tionierung, d. h. die Lageveränderung, des Endoskop ausschließ­ lich manuell erfolgen kann.

Ein weiteres manuell einstellbares Halte- und Positioniersystem ist aus der US 5,810,712 bekannt, das einen Halter in Form ei­ nes Rings mit einer darin kardanisch gelagerten Kugel als Auf­ nahme für das Instrument aufweist. Die kardanisch aufgehängte Kugel kann in der gewünschten Kippstellung fixiert werden.

Es sind aber bereits auch motorisch angetriebene Vorrichtungen zum Halten und Positionieren eines Instruments bekannt, bspw. aus der US 5,184,601 oder aus der US 5,766,126. Diese Vorrich­ tungen ermöglichen es nicht nur, das Endoskop aufzunehmen und in einer Position zu fixieren, sondern während der Operation auch den dabei verwendeten Arbeitsinstrumenten intrakorporal nachzuführen, entweder über eine direkte Ansteuerung von außen oder automatisch durch Erkennung der Instrumentenspitzen der Bildverarbeitung und entsprechender Steuerung des Führungssy­ stems, oder durch Lage- und Richtungserkennung der Instrumente über die Detektion durch Positionssensoren und entsprechender Steuerung der Halte- und Positioniervorrichtung.

Nachteilig an diesen intelligenten Halte- und Positioniervor­ richtungen ist jedoch deren aufwendiger und komplizierter Auf­ bau und insbesondere ihre Baugröße, die zu einer erheblichen Verdeckung des Operationsfeldes führt. Des weiteren sind diese bekannten Vorrichtungen aufwendig zu installieren und einer Reinigung nur schwer zugänglich. Aufgrund ihres komplizierten Aufbaus und der Verwendung empfindlicher Bauteile sind diese Vorrichtungen nicht in einem Autoklaven sterilisierbar und be­ dürfen daher aus Hygienegründen während der Durchführung der Operation eines sterilen Folienüberzugs. Des weiteren sind die­ se Vorrichtungen kostenaufwendig und in der Regel aufgrund ih­ rer schweren und massiven Ausführung nicht transportabel, so daß sie nicht nacheinander an verschiedenen Einsatzorten ver­ wendet werden können.

Aufgrund dieser Nachteile eignen sich diese bekannten Vorrich­ tungen nicht bei einfachen und kurzen minimal-invasiven Ein­ griffen, da die Installations- und Vorbereitungszeiten für die­ se bekannten Vorrichtungen in keiner Relation zur Dauer der Operation stehen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen ein­ fachen konstruktiven Aufbau besitzt und schnell zu installieren ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe hinsichtlich der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß der Halter ein erstes bügelförmiges Element aufweist, dessen beiden Endabschnitte der Körperoberfläche zugewandt angeordnet sind, und dessen mittle­ rer Abschnitt von der Körperoberfläche abgewandt ist, wobei das erste bügelförmige Element um eine erste Schwenkachse, die durch beide Endabschnitte durchgeht, verschwenkbar ist, und daß der Halter ein zweites bügelförmiges Element aufweist, dessen Endabschnitte der Körperoberfläche zugewandt, bezüglich der En­ dabschnitte des ersten bügelförmigen Elements jedoch um etwa 90° versetzt angeordnet sind, und dessen mittlerer Abschnitt von der Körperoberfläche mit im wesentlichen dem gleichen Abstand wie das erste bügelförmige Element abgewandt ist, wobei das zweite bügelförmige Element um eine zweite Schwenkachse, die durch beide Endabschnitte des zweiten bügelförmigen Ele­ ments hindurchgeht, verschwenkbar ist, und daß das Instrument an einem Überlappbereich der beiden bügelförmigen Elemente ge­ führt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird demnach der Halter für das Instrument durch zwei überkreuz angeordnete bügelförmi­ ge Elemente gebildet, die aufgrund ihrer Schwenkbarkeit um die erste bzw. zweite Schwenkachse als kardanische Aufhängung für das Instrument wirken. Der konstruktive Aufbau der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung ist besonders einfach, weil die kardanische Aufhängung des Instruments lediglich die beiden verschwenkbaren bügelförmigen Elemente benötigt. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ermöglicht wie bei den einfachen bekannten Systemen sowohl eine manuelle Positionierung, eignet sich jedoch auch für eine über motorische Antriebe gesteuerte Positionierung, indem bspw. die bügelförmigen Elemente mittels motorischer Antriebe ver­ schwenkt werden, die ihre Steuersignale von einer entsprechen­ den Steuereinheit erhalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist darüber hinaus leicht zu installieren, weil sie unmittelbar auf der Körperoberfläche um die Inzision herum aufgesetzt wer­ den kann. Da der Halter im wesentlichen lediglich durch die beiden bügelförmigen Elemente gebildet ist, wird das Operati­ onsfeld auch nicht wesentlich verdeckt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich darüber hinaus einfach reinigen und kann bei entsprechender Materialwahl für die bügelförmigen Elemente auch autoklaviert werden. Ein Instrumentenwechsel läßt sich leicht durchführen, da das Instrument zum Einsetzen in die Vor­ richtung lediglich am Überlapp der beiden bügelförmigen Elemente angebracht werden muß. Durch die Ausgestaltung des Halters in Form zweier um etwa 90° zueinander versetzter bügelförmiger Elemente lassen sich beliebige Kippstellungen relativ zur Kör­ peroberfläche realisieren.

Besonders leicht gestaltet sich das Anbringen des Instruments am Überlappbereich der bügelförmigen Elemente, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung beide bügelförmigen Elemente jeweils eine sich längs der Elemente erstreckende Öffnung aufweisen, und der Überlappbereich der beiden Öffnungen als Führung bzw. Durchführung für das Instrument dient, weil das Instrument dann einfach in den Überlappbereich der Öffnungen eingeführt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung befinden sich die erste Schwenkachse und die zweite Schwenkachse in unmittelbarer Nähe der Körperoberfläche.

Wenn ein Instrument, bspw. ein Endoskop oder ein Trokar durch eine Inzision in das Körperinnere eingeführt wird, liegt der Drehpunkt des Instruments hinsichtlich der Kippstellungen rela­ tiv zur Körperoberfläche etwa in der Inzision. Durch die vor­ stehend genannte Maßnahme wird nun erreicht, daß auch bei Ver­ wendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dieser "natürliche" Drehpunkt des Instruments innerhalb der Inzision, der bei der kardanischen Aufhängung durch den Schnittpunkt der beiden Schwenkachsen gebildet wird, nahezu erhalten bleibt.

Um diesen sogenannten invarianten Punkt der kardanischen Auf­ hängung sogar vollständig in die Inzision hineinzuverlegen, sind in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung Mittel zum Anheben der Körperoberfläche in den durch die bügelförmigen Ele­ mente aufgespannten Raum vorgesehen.

Diese Mittel können mechanischer Art sein, bspw. ein mechani­ sches Hebesystem, das einen Greifer oder Gewebehaken aufweist, der durch die Inzision unter die Körperoberfläche greift und die Körperoberfläche anhebt, oder können in einem von außen auf die Körperoberfläche applizierten Unterdruck zum Anheben der Körperoberfläche und damit zur Verlagerung des invarianten Punktes der Schwenkbewegung in die Inzision hinein bestehen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför­ migen Elemente als gekrümmte flache Stäbe ausgebildet.

Diese Maßnahme trägt vorteilhafterweise dazu bei, daß die er­ findungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen kein Sicht- oder Zu­ gangshindernis auf das Operationsfeld darstellt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför­ migen Elemente mit ihren Endabschnitten an einem ringförmigen Basiselement befestigt, das auf die Körperoberfläche auflegbar ist, wobei die Schwenkachsen im Basiselement liegen.

Aufgrund des Basiselements läßt sich die erfindungsgemäße Vor­ richtung als kompakte Einheit in einfach zu handhabender Weise auf der Körperoberfläche um die Inzision herum positionieren, wobei das Basiselement vorteilhafterweise für eine im wesentli­ chen verkippfreie Auflage der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf der Körperoberfläche sorgt.

Dabei ist es bevorzugt, wenn das Basiselement schwerer ist als die bügelförmigen Elemente.

Durch diese Maßnahme wird der Schwerpunkt der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhafterweise so weit wie möglich nahe an die Körperoberfläche verlagert, wodurch die erfindungsgemäße Vor­ richtung besonders stabil gegen auf die Vorrichtung wirkende Kippkräfte bzw. Kippmomente ist, die durch das Gewicht und die Winkellage des Instruments verursacht werden.

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung noch besser gegen die vor­ genannten Kippkräfte bzw. Kippmomente zu sichern, ist es in ei­ ner weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß das Ba­ siselement auf der Körperoberfläche befestigbar ist.

In bevorzugten Ausgestaltungen kann die Befestigung des Basis­ elements auf der Körperoberfläche klebend erfolgen, bspw. durch ein doppelseitiges Klebeband, oder wie in einer noch weiteren bevorzugten Ausgestaltung angegeben ist, durch Anlegen eines Vakuums, über das das Basiselement an die Körperoberfläche an­ gesaugt wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Basisele­ ment mit einem ortsfesten Tragrahmen verbunden.

Diese Maßnahme kann vorteilhafterweise störende Bewegungen der Bauchdecke, die bspw. durch Atmung bedingt sind, kompensieren und ebenso Kräfte aufnehmen, die über das Gewicht und die Win­ kellage des Instruments verursacht werden, um die Vorrichtung ortsfest auf der Körperoberfläche zu fixieren.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die bügelför­ migen Elemente etwa halbkreisförmig ausgebildet und erstrecken sich die Öffnungen über nahezu die gesamte Länge der bügelför­ migen Elemente.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß sich das Instrument mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung in nahezu dem gesamten Raumwin­ kelbereich von +90° bis -90° um beide Schwenkachsen bezüglich der Vertikalen positionieren läßt. Mit anderen Worten, werden durch diese Ausgestaltung alle Schwenkwinkel im Halbraum ober­ halb der Körperoberfläche abgedeckt.

In der Praxis ist es bevorzugt, wenn die Verkippung der bügel­ förmigen Elemente auf weniger als ±90°, vorzugsweise auf ±70°, bezüglich der Vertikalen begrenzbar ist.

Eine derartige Begrenzung der Schwenkbereiche der beiden bügel­ förmigen Elemente kann auf mechanische Weise erfolgen, oder im Falle von einer motorischen Steuerung der Verschwenkung der bü­ gelförmigen Elemente über eine entsprechende Endabschaltung der motorischen Antriebe bei Erreichen des Grenzwinkels.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist für beide bü­ gelförmigen Elemente ein motorischer Antrieb vorgesehen, um die bügelförmigen Elemente um die erste bzw. zweite Schwenkachse zu verschwenken.

Wie bereits erwähnt, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrich­ tung nicht nur für eine manuelle Positionierung des Instru­ ments, sondern es lassen sich an den bügelförmigen Elementen in geeigneter Weise motorische Antriebe anbringen, um eine gesteuerte Positionierung des Instruments durchzuführen. Eine gesteu­ erte motorische Betätigung der bügelförmigen Elemente hat den Vorteil, daß kein Assistenzpersonal benötigt wird und die Posi­ tionierung noch feiner abgestimmt werden kann, und daß die Ver­ schwenkung des Instruments anhand von Signalen, bspw. von Posi­ tionssensoren, die die Lage der Instrumentenspitze verfolgen, erfolgen kann.

In diesem Sinne ist es bevorzugt, wenn die motorischen Antriebe jeweils Positionsdetektoren aufweisen, so daß eine voll automa­ tische Steuerung der kardanischen Aufhängung des Instruments erreicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die motori­ schen Antriebe innerhalb des von dem bügelförmigen Elementen aufgespannten Raums angeordnet.

Hierbei wird der Vorteil einer noch kompakteren Bauweise er­ reicht, und es können elektrische Komponenten außerhalb der durch die bügelförmigen Elemente aufgespannten räumlichen Struktur vermieden werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Halter so ausgebildet, daß das Instrument in der Führung durch die bügel­ förmigen Elemente um seine Längsachse verdrehbar und/oder in Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß neben den durch die karda­ nische Aufhängung mittels der beiden bügelförmigen Elemente vermittelten zwei Freiheitsgrade um die beiden Schwenkachsen das Instrument zwei weitere, vorzugsweise steuerbare Positionierungsfreiheitsgrade besitzt, wodurch eine noch genauere Po­ sitionierung des Instruments ermöglicht wird. Im Fall, daß das Instrument ein Endoskop ist, kann durch Vor- und Zurückbewegen des Endoskops eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Bildfel­ des in der Art eines Zooms bewirkt werden, oder auch eine Ände­ rung des Blickpunktes vorgenommen werden. Durch Drehung des En­ doskops um seine Längsachse kann das auf dem Videobildschirm zur Darstellung gebrachte Bild des Operationsgebietes aufge­ richtet werden. Im Fall, daß das Endoskop einen Blickwinkel schräg zu seiner Längsachse besitzt, kann durch Drehung des En­ doskops um seine Längsachse der Bildausschnitt variiert werden.

Hierbei ist es bevorzugt, wenn für die Verdrehbarkeit des In­ struments um die Längsachse und/oder für die Verschiebbarkeit des Instruments in Richtung der Längsachse zumindest ein moto­ rischer Antrieb am Halter angeordnet ist.

Mit dieser Maßnahme können auch die beiden zuvor genannten Freiheitsgrade der Bewegung des Instruments anstatt manuell rechnergestützt gesteuert werden.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der zumindest eine motorische Antrieb für die Verdrehung des Instruments bzw. für die Ver­ schiebung des Instruments indirekt auf das Instrument wirkt.

Hierbei ist von Vorteil, daß Sterilitäts- und Dichtigkeitspro­ bleme, die möglicherweise auftreten, wenn die motorischen An­ triebe direkt auf das Instrument einwirken, vermieden werden. In diesem Sinne kann der zumindest eine motorische Antrieb über eine Magnetkupplung indirekt auf das Instrument wirken.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die motori­ schen Antriebe als Schrittmotoren ausgeführt.

Hierbei ist von Vorteil, daß die gewünschte Position in repro­ duzierbarer Weise angefahren werden kann. In Verbindung mit dem Vorsehen von Positionsdetektoren, bspw. in Form von Winkelen­ codern, kann die aktuelle Position des Instruments erfaßt, ge­ speichert und wieder reproduzierbar angefahren werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist für die motori­ schen Antriebe eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen, derart, daß durch eine im Instrument induzierte Meßspannung bei Berüh­ rung des Instruments mit Gewebe im Körperinneren ein Meßstrom fließt, der eine Abschaltung der motorischen Antriebe bewirkt.

Durch diese Maßnahme wird den an die Sicherheit der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zu stellenden Anforderungen in hohem Maße genüge getan, um unerwünschte Kollisionen des Instruments mit unbeteiligtem Gewebe und dadurch verursachte Verletzungen zu vermeiden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung eine Ansteuereinheit zur fortlaufenden Erfassung der Positionen der Instrumente und zur Steuerung der motorischen Antriebe auf.

Durch diese Maßnahme läßt sich das in der Vorrichtung aufgenom­ mene Instrument elektronisch gesteuert positionieren. Die Posi­ tionierungseingabe kann bspw. interaktiv durch Joysticks, Spracheingabe oder über die Richtungsinformation eines vollautomatischen Trackings der Arbeitsinstrumente über eine speziel­ le Echtzeitbildverarbeitung erfolgen.

Eine weitere Vorrichtung, die sich als Halte- und Positionier­ vorrichtung für ein Instrument eignet, ist in den am selben Tag für dieselbe Anmelderin eingereichten zwei deutschen Patentan­ meldungen mit dem Titel "Simulationsvorrichtung mit zumindest zwei Bewegungsfreiheitsgraden für ein Instrument" offenbart, deren Offenbarung hierin ausdrücklich aufgenommen wird.

Als Modifikation der dort beschriebenen Simulationsvorrichtung ist es bevorzugt, wenn das Teil der kardanischen Aufhängung der dortigen Vorrichtung bildende kugelförmige Element weggelassen wird. Das dort beschriebene Doppelkegelradgetriebe für die Freiheitsgrade der Bewegung des Instruments um die und in Längsrichtung des Instruments kann auch bei der vorliegenden Vorrichtung vorgesehen sein.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgen­ den Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach­ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines Instruments in einer teilweise geschnittenen ersten Seitenansicht;

Fig. 2 die Vorrichtung in Fig. I in einer gegenüber Fig. 1 um 94° gedrehten, teilweise geschnittenen Seitenan­ sicht;

Fig. 3 die Vorrichtung in Fig. 1 und 2 in einer Draufsicht, wobei gegenüber Fig. 1 Teile weggelassen wurden;

Fig. 4 eine weitere Draufsicht auf die Vorrichtung in Fig. 1 bis 3 in einer gegenüber Fig. 1 bis 3 veränderten Betriebsstellung; und

Fig. 5 die Vorrichtung in Fig. 1 bis 4 mit einem weiteren Aspekt der Erfindung.

In Fig. 1 bis 5 ist eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines In­ struments 12 (Fig. 1, 2 und 5) dargestellt.

Das Instrument 12 ist durch eine Körperoberfläche 14, bspw. durch die Bauchdecke, durch eine Inzision 16 in der Körperober­ fläche 14 hindurch in das Körperinnere 18 eines Patienten ein­ geführt. Die Vorrichtung 10 wird dabei im Rahmen eines minimal- invasiven Eingriffes zum Halten und Positionieren des Instru­ ments 12 verwendet.

Das Instrument 12 ist ein endoskopisches Instrument, bspw. ein Endoskop selbst oder ein Arbeitsinstrument, wie bspw. eine Schere, Zange oder dgl., wobei das Instrument 12 ggf. durch ei­ nen Trokar in das Körperinnere 18 eingeführt ist, und der Tro­ kar dann entsprechend durch die Vorrichtung 10 gehalten und po­ sitioniert wird, während das Instrument 12 dann durch den Tro­ kar geführt ist.

Die Vorrichtung 10 weist einen Halter 20 für das Instrument 12 auf, der so ausgebildet ist, daß das Instrument 12 relativ zur Körperoberfläche 14 in verschiedenen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist.

Dazu weist der Halter 20 ein erstes bügelförmiges Element 22 auf, das zwei Endabschnitte 24 und 26 aufweist. Die beiden En­ dabschnitte 24 und 26 sind der Körperoberfläche 14 zugewandt angeordnet.

Ein mittlerer Abschnitt 28 zwischen den Endabschnitten 24 und 26 des ersten bügelförmigen Elements 22 ist von der Körperober­ fläche 14 abgewandt, d. h. ist von dieser weiter beabstandet als die Endabschnitte 24 und 26.

Das erste bügelförmige Element 22 ist um eine erste Schwenkach­ se 30, die durch beide Endabschnitte 24 und 26 hindurchgeht, verschwenkbar.

Der Halter 20 weist weiterhin ein zweites bügelförmiges Element 34 auf, das zwei Endabschnitte 36 und 38 aufweist. Die Endab­ schnitte 36 und 38 sind der Körperoberfläche 14 zugewandt. Be­ züglich der Endabschnitte 24 und 26 des ersten bügelförmigen Elements 22 sind die Endabschnitte 36 und 38 um etwa 90° ver­ setzt angeordnet.

Ein mittlerer Abschnitt 40 des zweiten bügelförmigen Elements 34 zwischen den Endabschnitten 36 und 38 ist von der Körper­ oberfläche 14 abgewandt, d. h. ist von der Körperoberfläche 14 weiter beabstandet als die Endabschnitte 36 und 38.

Dabei erhebt sich der mittlere Abschnitt 40 des zweiten bügel­ förmigen Elements 34 im wesentlichen im gleichen Abstand von der Körperoberfläche 14 wie der mittlere Abschnitt 28 des er­ sten bügelförmigen Elements 22. Genauer gesagt ist eine Innen­ seite 42 des zweiten bügelförmigen Elements 34 gleich weit von der Körperoberfläche 14 beabstandet wie eine Außenseite 44 des ersten bügelförmigen Elements 22, so daß sich die Innenseite 42 und die Außenseite 44 leicht berühren.

Das zweite bügelförmige Element 34 ist um eine zweite Schwenk­ achse 46, die durch beide Endabschnitte 36 und 38 hindurchgeht, verschwenkbar. Die zweite Schwenkachse 46 verläuft demnach etwa rechtwinklig zur ersten Schwenkachse 30.

Das erste bügelförmige Element 22 weist eine sich entlang des ersten bügelförmigen Elements 22, genauer gesagt entlang des mittleren Abschnitts 28 erstreckende Öffnung 48 in Form eines Langloches auf.

Das zweite bügelförmige Element 34 weist eine sich entlang des zweiten bügelförmigen Elements 34 erstreckende Öffnung 50 auf, die ebenfalls als Langloch ausgebildet ist.

Ein Überlappbereich 52 der beiden Öffnungen 50 und 48 (vgl. Fig. 3) dient als Führung für das Instrument 12, d. h. das In­ strument 12 ist in der Führung aufgenommen. In Fig. 3 und 4 ist das Instrument 12 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wor­ den.

Das erste bügelförmige Element 22 und das zweite bügelförmige Element 34 sind als gekrümmte flache Stäbe ausgebildet, wobei diese im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa halbkreisförmig ausgebildet sind. Der Radius der Außenseite 44 des ersten bü­ gelförmigen Elements 22 entspricht dabei dem Radius der Innen­ seite 42 des zweiten bügelförmigen Elements 34. Die Öffnungen 48 und 50 erstrecken sich nahezu über die gesamte Länge der bü­ gelförmigen Elemente 22 und 34.

Das Instrument 12 ist in der durch den Überlappbereich 52 ge­ bildeten Durchführung mittels eines Einsatzes 53 geführt und darin ggf. fixierbar.

Beide bügelförmigen Elemente 22 und 34 sind an einem ringförmi­ gen Basiselement 54 befestigt. Das Basiselement 54 ist etwa rund ausgebildet. Die Schwenkachsen 30 und 46 gehen dabei durch das Basiselement 54 hindurch. Dazu ist das erste bügelförmige Element 22 über Achsstifte 56 und 58 im einfachsten Fall mit dem Basiselement 54 verbunden. Entsprechend ist das zweite bü­ gelförmige Element 34 über Achsstifte 60 und 62 mit dem Basise­ lement 54 verschwenkbar verbunden.

Beim Gebrauch der Vorrichtung 10 wird diese mit dem Basisele­ ment 54 auf die Körperoberfläche 14 aufgelegt. Um eine breitere und kippstabilere Auflage zu erreichen, weist das Basiselement 54 der Körperoberfläche 14 zugewandt eine verbreiterte Auflage­ fläche 64 auf, die sich vollumfänglich oder teilumfänglich über das Basiselement 54 erstreckt. In Fig. 3 und 4 ist die verbrei­ terte Auflagefläche 64 nicht dargestellt.

Hinsichtlich der Gewichtsverteilung der Vorrichtung 10 ist es sinnvoll, wenn der Schwerpunkt der Vorrichtung 10, insbesondere wegen der bei eingesetztem Instrument 12 und dessen Schräglage bedingten Kippmomente möglichst nahe der Körperoberfläche 14 liegt, wozu das Basiselement 54 insgesamt mit höherem Gewicht ausgestattet ist als die bügelförmigen Elemente 22 und 34.

Zusätzlich ist das Basiselement 54 auf der Körperoberfläche 14 befestigbar, bspw. klebend durch Verwendung eines doppelseiti­ gen Klebebandes, das einerseits an der Auflagefläche 64 und an­ dererseits auf der Körperoberfläche 14 befestigt ist, oder durch Anlegen eines Vakuums an die Auflagefläche 64, wodurch die Auflagefläche 64 und damit das Basiselement 54 an die Kör­ peroberfläche 14 angesaugt wird.

Zur weiteren Stabilisierung der Vorrichtung 10 auf der Körper­ oberfläche 14 ist das Basiselement 54 mit einem Tragarm eines ortsfesten Tragrahmens 66 verbunden. Als solcher Tragrahmen 66 eignet sich bspw. das in der DE 199 02 036 C1, auf die hier verwiesen wird, in deren Fig. 2 und 3 dargestellte Tragsystem.

Der Halter 20 der Vorrichtung 10 ermöglicht eine Bewegung des Instruments 12 bezüglich der Freiheitsgrade von Schwenkbewegun­ gen um die erste Schwenkachse 30 in Richtung von Pfeilen 68 und 70 in Fig. 2 und um die zweite Schwenkachse 46 in Richtung von Pfeilen 72 und 74. Aufgrund der durch die bügelförmigen Elemen­ te 22 und 34 gebildeten kardanischen Aufhängung kann das In­ strument 12 demnach Kippstellungen relativ zur Körperoberfläche 14 bzw. zur Vertikalen 32 in beliebigen Raumwinkeln im Halbraum oberhalb der Körperoberfläche 14 einnehmen. In Fig. 4 ist bei­ spielhaft eine Kippstellung der bügelförmigen Elemente 22 und 34 gezeigt, bei der sowohl das bügelförmige Element 22 als auch das bügelförmige Element 34 aus ihrer in Fig. 1 bis 3 gezeigten vertikalen Stellung verkippt sind.

Während die bügelförmigen Elemente 22 und 34 prinzipiell bezüg­ lich der Schwenkachsen 30 und 46 in einem Winkelbereich von je­ weils -90° bis +90° verschwenkbar sind, kann vorgesehen sein, den Schwenkbereich des Instruments 12 bezüglich beider Schwen­ kachsen auf ±70° zu begrenzen, um extremale Schrägstellungen des Instruments 12 zu vermeiden. Dies kann durch mechanische Begrenzungen der Verschwenkbarkeit der bügelförmigen Element 22 und 34 erreicht werden, bspw. indem sich die Öffnungen 48 und 50 weniger nahe zu den Endabschnitten 24 und 26 bzw. 36 und 38 hin erstrecken.

Für die Verschwenkung des ersten bügelförmigen Elements 22 ist ein motorischer Antrieb 76 vorgesehen, der mit seiner Abtriebs­ welle 78 auf die Achse 58 wirkt, um das bügelförmige Element 22 um die erste Schwenkachse 30 zu verschwenken. Entsprechend ist zur Verschwenkung des zweiten bügelförmigen Elements 34 ein mo­ torischer Antrieb 80 vorgesehen, der mit seiner Abtriebswelle 82 auf die Achse 60 wirkt, um das zweite bügelförmige Element 34 um die zweite Schwenkachse 46 zu verschwenken.

Die motorischen Antriebe 76 und 80 weisen jeweils Positionsde­ tektoren, bspw. in Form von Winkelencodern, auf, um die jewei­ lige aktuelle Position der bügelförmigen Elemente 22 bzw. 34 bezüglich der Schwenkachsen 30 und 46 zu detektieren. Die motorischen Antriebe 76 und 80 sind als Schrittmotoren ausgeführt. Es ist ferner eine nicht dargestellte Ansteuereinheit zur fort­ laufenden Erfassung der Position des Instruments 12 und zur Steuerung der motorischen Antriebe 76 und 80 vorgesehen.

Während die motorischen Antriebe 76 und 80 in Fig. 1 bis 5 au­ ßerhalb des durch die bügelförmigen Elemente 22 und 34 aufge­ spannten Raums angeordnet sind, können die motorischen Antriebe 76 und 80 auch innerhalb dieses Raums angeordnet sein, um eine noch kompaktere Bauweise zu erhalten.

Anstatt die motorischen Antriebe 76 und 80 in axialer Verlänge­ rung der Achsen 58 bzw. 60 anzuordnen, können die motorischen Antriebe 76 und 80 auch beispielsweise vertikal nach oben ste­ hend angeordnet sein, wobei dann die Abtriebswellen 78 bzw. 82 über ein Kegelradgetriebe auf die Achsen 58 und 60 wirken. Die­ se Anordnung kann dann von Vorteil sein, wenn die, Abmessungen der motorischen Antriebe 76 und 80 es bei einer wie in Fig. 1 bis 5 vorgesehenen Anordnung verhindern oder erschweren würden, daß das Basiselement 54 und damit die Schwenkachsen 30 und 46 nicht nahe genug an die Körperoberfläche 14 herangebracht wer­ den können.

Bei der Vorrichtung 10 befinden sich die erste Schwenkachse 30 und die zweite Schwenkachse 46 bereits in unmittelbarer Nähe der Körperoberfläche 14, die wesentlich kleiner ist als der der Zeichnung zu entnehmende Abstand.

Ein Schnittpunkt 84 der ersten Schwenkachse 30 mit der zweiten Schwenkachse 46 definiert den invarianten Punkt der durch die bügelförmigen Elemente 22 und 34 gebildeten kardanischen Aufhängung, d. h. beim Verkippen des Instruments 12 um die erste Schwenkachse 30 und die zweite Schwenkachse 46 kippt das In­ strument 12 um den Schnittpunkt 84 als Drehpunkt. Da das In­ strument 12 jedoch ebenso eine Führung in der Inzision 16 er­ fährt, ist es wichtig, den Schnittpunkt 84 möglichst nahe an oder in die Inzision 16 hinein zu verlagern.

Gemäß Fig. 5 sind bei der Vorrichtung 10 entsprechend Mittel 86 zum Anheben der Körperoberfläche 14 in den von den bügelförmi­ gen Elementen 22 und 34 aufgespannten Raum vorgesehen, derart, daß die Inzision 16 in den Schnittpunkt 84 der beiden Schwen­ kachsen 30 und 46 verlagert wird.

Die Mittel 86 zum Anheben der Körperoberfläche 14 sind in Fig. 5 in Form eines mechanischen Hebesystems ausgebildet, das bspw. in Form von zwei durch die Inzision 16 hindurchgeführte Greifer gebildet wird, die unter die Körperoberfläche 14 greifen und diese in den durch die bügelförmigen Elemente 22 und 46 aufge­ spannten Raum anziehen.

Anstelle eines mechanischen Hebesystems kann jedoch auch ein von außen auf die Körperoberfläche 14 wirkender Unterdruck als Mittel zum Anheben der Körperoberfläche 14 eingesetzt werden.

In nicht dargestellter Weise ist der Halter 20 weiterhin so ausgebildet, daß das Instrument 12 in der Führung, die durch den Überlappbereich 52 gebildet wird, um seine Längsachse ver­ drehbar und/oder in Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist. Auf diese Weise werden dem Instrument 12 zusätzlich zu den beiden Freiheitsgraden der Schwenkbewegung um die Schwenkachsen 30 und 46 zwei weitere, vorzugsweise gesteuerte Freiheitsgrade der Bewegung ermöglicht.

Auch für die zuvor genannten beiden zusätzlichen Freiheitsgrade sind vorzugsweise motorische Antriebe am Halter 20 angeordnet, die ebenfalls mit Positionsdetektoren ausgestattet sind, um die aktuelle Position des Instruments 12 bezüglich dieser Frei­ heitsgrade zu erfassen und über die bereits erwähnte Ansteuer­ einheit die Position des Instruments 12 zu steuern.

Hinsichtlich der nicht dargestellten motorischen Antriebe für die Verdrehung des Instruments 12 bzw. für die Verschiebung des Instruments 12 ist es vorzugsweise vorgesehen, daß diese moto­ rischen Antriebe indirekt auf das Instrument 12 wirken, bspw. mittels einer Magnetkupplung.

Des weiteren ist für alle zuvor genannten motorischen Antriebe eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen, derart, daß durch eine im Instrument 12 induzierte Meßspannung bei Berührung des In­ struments 12 mit Gewebe im Körperinneren 18 ein Meßstrom fließt, der eine Abschaltung der motorischen Antriebe 46, 80 und der weiteren motorischen Antriebe für die Verdrehbarkeit und Verschiebbarkeit des Instruments bewirkt.

Des weiteren können die motorischen Antriebe 76 und 80 mit ei­ ner Endabschaltung ausgestattet sein, um den Kippbereich des Instruments 12 um die Schwenkachsen 30 und 46 anstatt durch me­ chanische Vorkehrungen durch die motorische Steuerung zu be­ grenzen.

Claims (22)

1. Vorrichtung zum Halten und Positionieren eines durch eine Körperoberfläche (14) eines Patienten eingeführten endo­ skopischen Instruments (12), mit einem Halter (20) für das Instrument (12), der so ausgebildet ist, daß das Instru­ ment (12) relativ zur Körperoberfläche (14) in verschiede­ nen räumlichen Kippstellungen positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (20) ein erstes bügelförmi­ ges Element (22) aufweist, dessen beiden Endabschnitte (24, 26) der Körperoberfläche (14) zugewandt angeordnet sind, und dessen mittlerer Abschnitt (28) von der Körper­ oberfläche (14) abgewandt ist, wobei das erste bügelförmi­ ge Element (22) um eine erste Schwenkachse (30), die durch beide Endabschnitte (24, 26) hindurchgeht, verschwenkbar ist, und daß der Halter (20) ein zweites bügelförmiges Element (34) aufweist, dessen Endabschnitte (36, 38) der Körperoberfläche (14) zugewandt, bezüglich der Endab­ schnitte (24, 26) des ersten bügelförmigen Elements (22) jedoch um etwa 90° versetzt angeordnet sind, und dessen mittlerer Abschnitt (40) von der Körperoberfläche (14) mit im wesentlichen gleichem Abstand wie das erste bügelförmi­ ge Element (22) abgewandt ist, wobei das zweite bügelför­ mige Element (34) um eine zweite Schwenkachse (46), die durch beide Endabschnitte (36, 38) des zweiten bügelförmi­ gen Elements (34) hindurchgeht, verschwenkbar ist, und daß das Instrument (12) an einem Überlappbereich (52) der bei­ den bügelförmigen Elemente (22, 34) geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Schwenkachse (30) und die zweite Schwenk­ achse (46) in unmittelbarer Nähe der Körperoberfläche (14) befinden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die bügelförmigen Elemente (22, 34) als gekrümmte flache Stäbe ausgebildet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die bügelförmigen Elemente (22, 34) mit ihren Endabschnitten (24, 26, 36, 38) an einem ringförmi­ gen Basiselement (54) befestigt sind, das auf die Körper­ oberfläche (14) auflegbar ist, wobei die Schwenkachsen (30, 46) im Basiselement (54) liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (54) schwerer ist als die bügelförmigen Elemente (22, 34).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das Basiselement (54) auf der Körperoberfläche (14) befestigbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Basiselement (54) auf der Körperoberfläche (14) kle­ bend befestigbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Basiselement (54) an der Körperoberfläche (14) durch Anlegen eines Vakuums ansaugbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Basiselement (54) mit einem ortsfe­ sten Tragrahmen (66) verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beide bügelförmigen Elemente (22, 34) jeweils eine sich längs der Elemente (22, 34) erstreckende Öffnung (48, 50) aufweisen, und der Überlappbereich (52) der beiden Öffnungen (48, 50) als Führung bzw. Durchfüh­ rung für das Instrument (11) dient.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bügelförmigen Elemente (22, 34) etwa halbkreisförmig ausgebildet sind und sich die Öffnungen (48, 50) über na­ hezu die gesamte Länge der bügelförmigen Elemente (22, 34) erstrecken.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verkippung der bügelförmigen Elemen­ te (22, 34) auf weniger als ±90°, vorzugsweise auf ±70°, bezüglich der Vertikalen (32) begrenzbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für beide bügelförmigen Elemente (22, 34) ein motorischer Antrieb (76, 80) vorgesehen ist, um die bügelförmigen Elemente (22, 34) um die erste bzw. zweite Schwenkachse (30, 46) zu verschwenken.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Antriebe (76, 80) jeweils Positionsdetek­ toren aufweisen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die motorischen Antriebe innerhalb des von den bügelförmigen Elementen aufgespannten Raums angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Halter (20) so ausgebildet ist, daß das Instrument (12) in der Führung der bügelförmigen Ele­ mente (22, 34) um seine Längsachse verdrehbar und/oder in Richtung seiner Längsachse verschiebbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verdrehbarkeit des Instruments (12) um die Längs­ achse und/oder für die Verschiebbarkeit des Instruments (12) in Richtung der Längsachse zumindest ein motorischer Antrieb am Halter (20) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine motorische Antrieb für die Verdrehung des Instruments (12) bzw. für die Verschiebung des Instru­ ments (12) indirekt auf das Instrument (12) wirkt, vor­ zugsweise mittels einer Magnetkupplung.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Antriebe (76, 80) als Schrittmotoren ausgeführt sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 oder 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß für die motorischen An­ triebe (76, 80) eine Sicherheitsabschaltung vorgesehen ist, derart, daß durch eine im Instrument (12) induzierte Meßspannung bei Berührung des Instruments (12) mit Gewebe im Körperinneren ein Meßstrom fließt, der eine Abschaltung der motorischen Antriebe (76, 80) bewirkt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15 oder 17 bis 20, weiterhin gekennzeichnet durch eine Ansteuereinheit zur fortlaufenden Erfassung der Position des Instruments (12) und Steuerung der motorischen Antriebe (76, 80).

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Mittel (86) zum Anheben der Körperober­ fläche (14) in den von den bügelförmigen Elementen (22, 34) aufgespannten Raum vorgesehen sind.