Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches l.

Bei der laparoskopischen Chirurgie orientiert sich der Chirurg an einem Monitorbild. Ein Endoskop mit Kamera und die zur Ope¬ ration nötigen Instrumente werden durch z. B. Trokare in den Bauchraum des Patienten eingeführt. Endoskop und Instrumente können nur um den sogenannten invarianten Punkt bewegt werden, der in der Bauchdecke des Patienten liegt, und den Trokarein- stichpunkt darstellt. Damit ist eine gesteuerte Positionierung des Endoskopiesystem.es und der Instrumente jeweils mit demsel¬ ben Positionierungssyte möglich. Dabei sollte die Lage der Bildaufnahme z.B. durch den CCD-Chip einer Kamera senkrecht zum Fußboden, dem Standort des Chirurgen, während der Opera¬ tion konstant bleiben. Würde das Monitorbild bei der Operation verdreht, ist eine räumliche Orientierung des Chirurgen bei der Endoskopie im Operationsbereich schwierig.

Aus der WO 94/21188 ist ein mechanisches Führungssystem für die endoskopische Chirurgie nach dem Oberbegriff bekannt, mit welchem das Instrument in der Hülse eines Trokars für einen chirurgischen Eingriff oder zur Beobachtung in einen Körper¬ hohlraum gebracht wird und sich der am Ende des Schaftes ange¬ brachte Effektor des Instrumentes in dem Körperhohlraum unter Einhaltung des invarianten Punktes in allen Raumfreiheitsgra¬ den bewegt. Bei diesem System befindet sich eine Kamera als Effektor fest am unteren Ende des Laparoskopes und kann linear ein- und ausgefahren werden.

Endoskope besitzen nun an ihrer Spitze meist ein um 30° abge¬ winkeltes Prisma, welches es durch Drehen des Endoskopes ge¬ stattet, eine Raumfläche im Körper von innen zu beobachten. Bei einer solchen Drehung des Effektors zur Rundumbeobachtung

im Körperhohlraum gibt nun eine am Endoskop starr wie bei der WO 94/21188 befestigte Kamera als Effektor in Bezug auf den Standort, d.h. den Fußboden, des Chirurgen nur in der Horizon¬ talen- und Mittenlage "oben" und "unten" des Kamerabildes richtig wieder. In allen anderen Positionen ändert die Kamera bzw. der CCD-Chip in der Kamera seine räumliche Lage d.h. Ka¬ mera und Endoskop üssten nachgeregelt werden, um eine Verdre¬ hung des Monitorbildes zu verhindern. Dies erfordert einen er¬ heblichen Aufwand. Durch eine Verdrehung des Endoskopes wird somit die räumliche Orientierung bei der Endoskopie z. B. im Bauchraum für den Chirurgen erschwert, da "oben" und "unten" des Kamerabildes nicht mehr mit dem Standort des Chirurgen übereinstimmen.

Ein weiters Führungsystem für eine Beobachtungseinrichtung in der Chirurgie ist aus dem DE-GM 94 16 957 bekannt. Für dieses System gilt ebenfalls das vorstehend Ausgeführte.

Die vorliegende Erfindung hat daher zur Aufgabe, eine Vorrich¬ tung zur Führung chirurgischer Instrumente der eingangs er¬ wähnten Art insbesondere zur Anwendung bei der endoskopischen Chirurgie zu schaffen, bei welcher bei Verdrehung des Endosko¬ pes zur räumlichen Beobachtung im Körperhohlraum das auf eine Kamera und damit auf einen Monitor übertragene Bild bezüglich "oben" und "unten" immer richtig orientiert bleibt.

Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung bei einer Vor¬ richtung der eingangs beschriebenen Art vor, daß unter dem Träger für die Vorrichtung an ihm ein um die Achse II drehbar gelagertes Winkelstück angeordnet ist, welches um die Achse I schwenkbar ist und an dessen, seitlich zu der Ebene der Achsen I und III versetztem Schenkel unterhalb des Trägers das kreis¬ förmig gekrümmte Segment eines Rades befestigt ist, durch des¬ sen Mittelpunkt die Achse II geht. An dem Segment ist mittels einer Führung ein Gehäuse gleitend gelagert, welches parallel zu der Segmentkrümmung an ihr beweglich ist. An dem Gehäuse ist seitlich in einer zu der Achse III parallel versetzten

Achse IV ein weiteres Führungsgehäuse angesetzt, auf welchem ein längsbewegliches Führungstück für die Linearbewegung glei¬ tet, wobei an einer Aufnahmeplatte des Führungstückes seitlich in der Achse III versetzt der Instrumentenschaft mit dem Ef¬ fektor dreh- und herausnehmbar befestigt ist. Die Kamera ist dabei an dem Führungsstück unbeweglich bzw. starr ebenfalls in der Achse III hinter dem Instrumentenschaft befestigt, wobei die Bildebene des optischen Systemes im Schaft auf dem bild¬ aufnehmenden Element der Kamera liegt und somit diesem gegen¬ über drehbar ist.

Die Erfindung schlägt weiter vor, daß das Führungsstück aus einem Vorderteil, das auf dem Führungsgehäuse gleitet, sowie einer daran seitlich angesetzten Platte beteht, an welche eine weitere Aufnahmeplatte angeschraubt ist, die in sich ein Zahn¬ rad und ein von ihm angetriebenes Zwischenrad aufnimmt. Dabei ist an die Aufnahmeplatte auf der anderen Seite das Getriebe mit einem Motor zum Antrieb der Räder angesetzt, wobei die Ka¬ mera am Motor befestigt ist. In einer seitlichen Führung, die ihrerseits an der Platte zur oberen Halterung des Instrumen¬ tenschaftes angesetzt ist sitzt ein drehbarer Adapter, der von dem auf ihm sitzenden Zahnrad verdreht wird, das mit dem Zwi¬ schenrad kämmt, wobei der Adapter in sich den Instrumenten¬ schaft aufnimmt und diesen damit mit dem Effektor zusammen verdreht.

Letztlich schlägt die Erfindung noch vor, daß das dem Effektor zugewendete Ende des Schaftes z.B. in einem Trokar herausnehm¬ bar und beweglich geführt ist, wobei der Schaft allein oder beide zusammen in der Oese einer am Winkelstück befestigten Trokaraufnahme mit einem Sperrhebel für die Oese bei der Längsbewegung lose gehalten und aus der Oese nach Wegklappen des Sperrhebels entnehmbar sind.

Durch die Anordnung der Achsen I, II und III ergibt sich bei Verstellung um die Achsen eine Kinematik, die das Instrument bzw. den Effektor kegelförmig wie ein starrer Körper um den

invarianten Punkt bewegt. Die auf den Instrumentenschaft auf¬ gesetzte Kamera verändert die Bildaufnahme "oben" und "unten" bei Verstellung der Achsen nicht mehr, da eine Verdrehung z. B. des CCD-Chips der Kamera bei der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung nicht mehr möglich ist. Damit bleibt aus der Sicht des Chirurgen "oben" und "unten" des Kamerabildes auf dem Mo¬ nitor immer konstant.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol¬ genden und anhand der Figuren 1 bis 3 näher erläutert. Es zei¬ gen:

die Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung,

die Fig. 2 die Draufsicht auf die Fig. 1 und

die Fig. 3 den Schnitt AA in der Fig. 1.

Hauptanwendungsgebiet der Vorrichtung ist die Beobachtung des Operationsfeldes bei der minimal invasiven, endoskopischen Chirurgie. Dazu verwendet man ein optisches System z. B. mit einem abgewinkelten 30° Prisma ander Spitze als Effektor 15, welches in einem Rohr, hier der Instrumentenschaft 10, ein mittels Lichtübertragung durch Glasfaserkabel ausgeleuchtetes Bild auf optischem Weg auf das bildaufnehmende Element, z.B. einen CCD-Chip einer elektronischen Kamera 16 überträgt. Der Strahlengang im Schaft 10 ist ähnlich dem eines Fernrohres, wobei der CCD-Chip in der Bildebene des Systemes liegt. Dabei treten bei bekannten Vorrichtungen die eingangs geschilderten Probleme bezüglich der Bildausrichtung auf. Bei der neuen Vor¬ richtung wird daher die Kamera 16 mit dem CCD-Chip bei einer Drehung des Effektors 15 nicht mehr mitgedreht.

Die Vorrichtung weist vier Achsen I, II, III und IV auf, wobei

I, II und III Drehachsen und IV eine lineare Verschiebeachse sind. Hauptachse davon ist die Achse I, die fest - wie in der

Fig. 3 dargestellt - zu einem Träger 2 als Basis angeordnet

ist, durch den invarianten Punkt 1 geht und im Raum vorwiegend senkrecht angeordnet ist, jedoch im Prinzip beliebige Orien¬ tierung ausweisen kann. Um diese Achse I kann die gesamte Vor¬ richtung mit allen Einzelteilen um 360° motorisch oder von Hand gedreht werden. Die Achse II ist eine dieser nachgeord- nete Schwenkachse, die zu der Achse I senkrecht steht, sie im invarianten Punkt 1 schneidet, dabei jedoch mit ihr bzw. um sie gedreht wird. Die Achse III bildet die Längsachse des In¬ strumentes bzw. des Instrumentenschaftes 10, an dessen Ende der Effektor 15, z.B. ein um 30° abgewinkeltes Prisma sitzt und schneidet die Achsen I und II ebenfalls im invarianten Punkt 1, d. h. in deren Schnittpunkt. Die Achse IV ist eine Nebenachse, die mit bestimmtem Abstand parallel zu der Achse III verläuft. Sie bildet die Bewegungsachse des Linearantrie¬ bes im Führungsgehäus 17 für die Längsbewegung des Instrumen¬ tenschaftes 10 mit dem Effektor 15.

In dem Träger 2 für die Vorrichtung sitzt bei der in den Figu¬ ren dargestellten Ausführung ein Motor, der ein unter ihm an¬ geordnetes und an ihm drehbar gelagertes Winkelstück 4 mittels des Schneckenantriebes 3 um die Achse 1 selbsthemmend drehen kann. An dem Winkelstück 4 ist seitlich versetzt zu der Achse I unterhalb des Trägers 2 das Segment 5 eines Schneckenrades befestigt, durch dessen Kreismittelpunkt 6 die zweite Achse II geht. Am Segment 5 ist mittels einer Führung 8 ein Gehäuse 7 gleitend gelagert, welches parallel zu der Segmentkrümmung bzw. an ihr beweglich ist. Im Gehäuse 7 ist eine Schnecke 9 gelagert, die durch einen Getriebemotor 12 über ein Kreuzge¬ lenk 11 angetrieben wird. Die Schnecke 9 greift in das Segment 5 und schwenkt dieses durch ihre Drehung mitsamt dem Gehäuse 7 (siehe Fig. 3) .

Das Gehäuse 7 ist durch das Winkelstück 4 seitlich in bestimm¬ tem Abstand zu der Ebene der Achsen I und III angeordnet. Das Winkelstück 4 in Verbindung mit dem daran seitlich angesetzten Gehäuse 7 bewirkt somit, daß die Achse IV, die durch die Mitte des Gehäuses 7 geht und die abgewinkelte Mittelachse des Line-

arantriebes bildet, seitlich versetzt zu der Schaft- bzw. Tro- karachse III verläuft. Durch diesen seitlichen Versatz der Achsen III und IV können der Trokar 30 oder der Instrumenten¬ schaft 10 ohne Behinderung durch den Linearantrieb leicht ent¬ nommen werden.

Am Gehäuse 7, an der Ebene der Achsen I und III abgewendeten Seite, sitzen die über einen abgewinkelten Doppelflansch 14 seitlich angesetzten Führungs- und Linearantriebselemente mit ihrer Mittelachse IV für den Schaft 10 mit seiner Instrumen¬ tenachse III, an dessen vorderem Ende der Effektor 15 sitzt. Am hinteren Ende befindet sich eine Kamera 16 (siehe Fig. 1) wobei, wie bereits erwähnt, die Achsen II und IV seitlichen Abstand zueinander aufweisen. Wichtig ist nun, daß dabei der Effektor 15 mit dem Schaft 10 gegenüber der Kamera 16 drehbar ist, wobei diese wiederum gegenüber dem Führungsgehäuse 17 mit dem später genauer beschriebenen Führungsstück 13 zwar längbe¬ weglich, jedoch nicht drehbar befestigt ist. Dabei sind alle diese Teile mit der Achse IV leicht nach oben gegen das Ge¬ häuse 7 abgewinkelt. Alle Teile schwenken somit mit dem Ge¬ häuse 7 um die Achse II und um den invarianten Punkt 1 gegen¬ über dem Winkelstück 4 und drehen sich mit diesem um die Achse I.

Hauptteil der Führungselemente für den Schaft 10 ist das Füh¬ rungsgehäuse 17, auf welchem ein Führungsstück 13 gleitet und welches am abgewinkelten Teil 31 des Doppelflansches 14 befe¬ stigt ist. In dem Führungsgehäuse 17 sitzen am vorderen Ende 32 der Getriebemotor 12 für die Schwenkbewegung um die Achse II und am hinteren Ende 33 der Motor 18 für die Linearbewegung des Führungstückes 13. Dessen Längsbewegung auf dem Führungs¬ gehäuse 17 wird durch eine von dem Motor 18 angetriebene, ge¬ genüber dem Führungsgehäuse 17 ortsfeste, zu ihm parallel ge¬ legene Gewindespindel 19 erzeugt, welche sich in einer drehfe¬ sten Spindelmutter 20 des Führungstückes 13 dreht und am vor¬ deren Ende 32 sowie im Endstück 29 des Führungsgehäuses 17 ge¬ lagert ist. Der Antrieb der Spindel 19 erfolgt mittels des

ebenfalls im Endstück 29 untergebrachten Zahnradgetriebes 28, welches am Motor 18 angesetzt ist und dessen Abtrieb bildet.

Das Führungsstück 13 besteht aus den folgenden Teilen: Einem Vorderteil 40, das auf dem Führungsgehäuse 17 gleitet. Einer daran seitlich angesetzten Platte 34, an welche eine weitere Aufnahmeplatte 36 angeschraubt ist, die in sich das Zahnrad 32 und das von ihm angetriebene Zwischenrad 35 auf¬ nimmt. An diese Aufnahmeplatte 36 ist auf der anderen Seite das Getriebe 41 mit dem Motor 21 angesetzt, welches die Räder 32 und 35 antreibt. Am Motor 21 ist die Kamera 16 mittels der Kamerahalterung 24 befestigt, wobei die Kamera 16 bzw ihr bildaufnehmender CCD-Chip in der Achse III hinter dem Instru¬ mentenschaft 10 bzw. dessen ihn aufnehmenden Adapter 37 so ge¬ legen ist, daß die Bildebene des optischen Systemes im Instru¬ mentenschaft 10 auf dem CCD-Chip zuliegen kommt. An dem In¬ strumentenschaft 10 ist noch das Glasfaserkabel 38 für die Be¬ leuchtung der Operationsstelle befestigt. Da der Schaft mit dem Effektor und dem Anschluß des Kabels 38 durch den Adapter 37 drehbar, der Chip der Kamera jedoch ortsfest ist, bleibt die Orientierung des Kamerabildes gleich, wenn der Instrumen¬ tenschaft 10 mittels des Motores 21 gedreht wird. Dabei dient der Kabelanschluß zur äußeren Stellungsanzeige. Der Adapter 37 sitzt drehbar in einer seitlichen Führung 39, die ihrerseits an der Platte 34 zur oberen Halterung des Instrumentenschaftes 10 angesetzt ist und wird von dem auf ihm sitzenden Zahnrad 32 verdreht, das mit dem Zwischenrad 35 kämmt.

An dem Führungstück 13 bzw. an dem an ihm sitzenden Motor sind somit, wie bereits erwähnt, seitlich in der Achse III die Ka¬ mera 16 über die Instru entenhalterung 24 fest und der Instru¬ mentenschaft 10 mit dem Effektor 15 so befestigt, daß diese drehbar um die Achse III bleiben. Dabei wird der untere Teil des Instrumentenschaftes 10 mit dem Trokar 30 auf später be¬ schriebene Weise geführt. Die Drehbewegung wird dabei von dem Getriebemotor 21 erzeugt, der in der Achse IV auf der dem in¬ varianten Punkt 1 abgewendeten Seite im bzw. an das Führungs-

stück 13 auf die im vorstehenden beschriebene Weise angebaut ist (siehe Fig. 2) . Auf der Getriebeabtriebswelle, die in der Aufnahmeplatte 36 gelagert ist, sitzt das Zahnrad 22, welches über ein Zwischenrad 35 in ein weiteres Zahnrad 23 eingreift, das wiederum am danebenliegenden Teil der seitlichen Platte 34 des Führungsstückes 13 auf dem Adapter 37 des Instrumenten¬ schaftes 10 sitzt und mittels der Führung 39 geführt ist. Die Drehübertragung vom Motor 21 erfolgt damit mittels dieses Zahnrades 23, welches den Adapter 37 des Instrumentenschaftes 10 und damit den Effektor 15 verdreht.

Der Instrumentenschaft 10 mit Effektor 15 und Kamera 16, die über die Kamerahalterung 24 gegen Verdrehung fixiert ist, kann sich somit unter Aufrechterhaltung seiner Drehbarkeit mit dem Führungstück 13 und dessen beschriebenen Elementen entlang der Achse III linear bewegen. Dabei wird das dem Effektor 15 zuge¬ wendete Ende des Schaftes 10 in dem Trokar 30 beweglich ge¬ führt, der wiederum in der Oese 27 einer am Winkelstück 4 be¬ festigten Trokaraufnähme 25 mit einem Sperrhebel 26 für die Oese 27 bei der Längsbewegung lose geführt ist und aus der Oese 27 nach Wegklappen des Sperrhebels 26 entnommen werden kann (siehe Fig. 3) . Der Schaft 10 mit den beschriebenen obe¬ ren Teilen und der in ihm enthaltenen Optik kann somit aus dem noch befestigten Trokar 30 herausgezogen sowie aus dem Gehäuse 31 mittels eines nicht näher dargestellten Schnellverschlußes entfernt werden, so daß eine leichte Auswechselbarkeit sicher¬ gestellt ist. Die Aufnahmen bzw. Halterungen sind so univer¬ sell aufgebaut, daß die unterschiedlichsten Geometrien von In¬ strumenten und Trokaren aufgenommen werden können. Die Kamera 16 bleibt dabei an Ort und Stelle oder kann auch getrennt ent¬ fernt und ausgewechselt werden.

Eine Rotation des Schaftes 10 um den invarianten Punkt 1 wie ein starrer Körper ergibt sich durch Drehen der gesamten Ein¬ heit um die Achse I, wobei der Kegelwinkel durch Schwenken um die Achse II und die Entfernung des Effektors 15 von der Be-

handlungsstelle durch die Linearbewgung entlang der Achse III bestimmt wird.

Die zur Operation notwendigen Instrumente werden nach Einlegen in den Adapter 37 durch den Trokar 30 in den Bauchraum des Pa¬ tienten gebracht. Dabei muß der Trokar 30 ortsfest bleiben, während der Instrumentenschaft 10 mit seiner Achse III axial durch den Trokar 30 in den Bauchraum eingeführt wird. Daher ist die Trokaraufnähme 25 bei der Vorrichtung am festen Teil der Linearführung, während die Instrumentenaufnahme am Füh¬ rungsstück 13 bzw. an dessen Gehäuseteil 39 angebracht ist. Die verschiedenen Arbeitspositionen der Instrumente werden durch Verstellen um die Achsen I, II und III ermöglicht. Wird die Achse I senkrecht in Bezug auf den Fußboden am invarianten Punkt 1 einjustiert, so fährt beim Drehen um die Achse I das Instrument je nach Lage der Achse II zur Achse I eine Kreis¬ oder eine Kegelbahn. Damit kann im Bauchraum die Instrumenten¬ spitze, z.B. der Effektor 15 links und rechts um die Achse I geschwenkt werden, auf und ab um die Achse II. Auf der Achse III kann die Instrumentenspitze linear vom Trokareinstich in den Bauchraum verstellt werden. Befindet sich nun bei dieser Anordnung der Achsen auf dem Instrumentenschaft 10 in der Achse III die Kamera 16, so verändert sich die Bildaufnahme bezüglich oben und unten des CCD-Chips der Kamera auch dann nicht, wenn alle drei Achsen verstellt und zusätzlich noch das Prisma des Effektors 15 mit dem Schaft 10 verdreht werden. Eine Verdrehung des Monitorbildes findet dabei nicht statt.

Für die Handhabung wird die sterilisierte Vorrichtung zusam¬ menmontiert und auf ein am OP-Tisch vormontiertes Trägersystem aufgesetzt. Die beiden Achsen I und II werden auf den invari¬ anten Punkt einjustiert und die Trägervorrichtung arretiert. Danach wird der Trokar 30 zusammen mit dem Schaft 10 an die Vorrichtung angekoppelt. Danach kann das Instrument stufenlos in die gewünschte Position gebracht werden.

Bezuσszeichenliste:

I erste Achse

II zweite Achse

III Schaftachse

IV Linearachse

1 invarianter Punkt

2 Träger,Basis

3 Schneckenantrieb

4 Winkelstück

5 Schneckenradsegment

6 Mittelpunkt

7 Gehäuse

8 Führung

9 Schnecke

10 Instrumentenschaft

11 Kreuzgelenk

12 Getriebemotor

13 Führungsstück

14 Doppelflansch

15 Effektor

16 Kamera

17 Führungsgehäuse

18 Motor

19 Spindel

20 Spindelmutter

21 Motor

22 Zahnrad

23 Zahnrad

24 Kamerahalterung

25 Trokaraufnähme

26 Sperrhebel

27 Oese

28 Zahnradgetriebe

29 Endstück

30 Trokar

31 abgewinkelter Teil von 14

vorderes Ende von 17 hinteres Ende von 17 seitliche Platte Zwischenrad Aufnahmeplatte Adapter Glasfaserkabel Führung Vorderteil Getriebe