DE19618945A1

DE19618945A1 - Vorrichtung zur Positionierung und Fixierung von chirurgischen, therapeutischen oder diagnostischen Instrumenten

Info

Publication number: DE19618945A1
Application number: DE19618945A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Dr Leysieffer; Rolf Dipl Ing Lehner
Original assignee: Implex GmbH; Implex GmbH Spezialhorgerate
Current assignee: Sonova Holding AG
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1997-11-20
Anticipated expiration: 2016-05-11
Also published as: US5776144A; EP0806186A3; DK0806186T3; DE19618945C2; EP0806186A2; DE59708230D1; EP0806186B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein fixierbares Positioniersystem für die feste, spielfreie Anbindung an den menschlichen Körper. Insbesondere bezieht sie sich auf eine Vorrich tung zur nichtinvasiven bzw. intraoperativen Positionierung und Fixierung von chirurgi schen, diagnostischen oder therapeutischen Instrumenten im menschlichen Körper, insbe sondere an den menschlichen Schädel, vorzugsweise im Bereich des äußeren Gehörgangs sowie im Mittelohr.

Aufgrund der Tatsache, daß durch handgeführte medizinische Instrumente teilweise beträchtliche Relativbewegungen zwischen Instrument und körperfesten Zielstrukturen auftreten können und daß diese Relativbewegungen z. T. mit erheblichen Risiken für den Patienten verbunden sind, ist es wünschenswert, derartige Instrumente einerseits körper fest zu verankern, andererseits aber nach erfolgter körperfester Verankerung in gewissen Grenzen räumlich führen zu können. Zudem soll die räumliche Lage zwischen positio niertem Instrument und körperfestem Zielort fixierbar sein, damit eine Positionsänderung des Werkzeugs während nachfolgender chirurgischer, therapeutischer oder diagnostischer Arbeitsschritte vermieden wird.

Die körperfeste Fixierung von Vorrichtungen zur Aufnahme und räumlichen Positionie rung geeigneter Instrumente, insbesondere am menschlichen Schädel, ist jedoch für eine Vielzahl von Eingriffen kompliziert, da der menschliche Schädel nur wenige Strukturen aufweist, an denen geeignete Halterungen reversibel festzumachen sind. Um Relativ bewegungen zwischen dem Körper des Patienten und geführten Instrumente zu vermei den, besteht grundsätzlich die Möglichkeit, Patient und Werkzeug in eine feste mechani sche Verbindung zu bringen.

Angesichts der außerordentlich kleinen und empfindlichen anatomischen Strukturen im menschlichen Körper ist das längere (mehr als wenige Sekunden) dauernde, handgeführte Beibehalten der Instrumentenposition nahezu unmöglich oder erfordert vom Arzt bzw. Operateur einen erheblichen Kraft- und Konzentrationsaufwand. Viele Eingriffe im Kör per, vor allem im Schädelbereich, erfordern aber gerade eine über längere Zeiträume fixierbare, zielpunktgerichtete Positionierung geeigneter Instrumente.

Aus dem Stand der Technik sind bereits zwei verschiedene Kopfhalterungen bekannt. Die sogenannte Mayfield-Klemme wird fest am Kopfende des Operationstisches mit einem Stativ verankert. Der Kopf des Patienten wird in die tischfeste Aufnahme eingelegt und mittels dreier konischer Gewindedorne, die durch die Haut auf den Schädelknochen drücken, dort eingespannt. Die Prozedur ist insgesamt schmerzhaft und kann für neuro chirurgische Eingriffe nur in Lokalanästhesie oder Vollnarkose durchgeführt werden, wobei für letztere irrt der Regel ein stationärer Aufenthalt in einer HNO-Klinik erforder lich ist.

Von der Firma Radionics, Wiesbaden wurde ein Rahmen auf den Markt gebracht, der mit vier konischen Gewindedornen am Schädel befestigt wird. Dieser Rahmen kann vom Patienten kurzfristig mobil getragen oder bei Bedarf ebenfalls am Operationstisch fixiert werden. Der Rahmen dient als Koordinatenbasis für stereotaktische Zieloperationen im Schädel. Auch bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Einspannen des Schädels mit den Metalldornen schmerzhaft, und es sollte unter örtlicher Betäubung erfolgen.

Beide beschriebene Halterungen dienen dazu, Relativbewegungen zwischen Kopf und Operationstisch auszuschließen. Mit ebenfalls tischfest fixierten Werkzeugen kann dann die erforderliche Präzision zwischen Werkzeug und Kopf hergestellt werden. Solche Systeme sind technisch aufwendig, an den Operationssaal gebunden und weisen zudem den Nachteil auf, daß der Patient zur Einspannung des Schädels in der Haltevorrichtung betäubt sein muß, da derartige Halterungen mit relativ hohen punktförmig eingeleiteten Druckkräften arbeiten.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die aus dem Stand der Technik bekannten Nach teile zu vermeiden. So soll insbesondere ein - vorzugsweise relativ kleines und leichtes - mehrachsiges Positioniersystem geschaffen werden, das in Kombination mit einer geeig neten Halterung, insbesondere einer Kopfhalterung, direkt am Schädel des Patienten befestigt werden kann, ohne dabei eine größere Basis wie z. B. einen Operationstisch ein zubeziehen. Das Positioniersystem samt der jeweils für den Einsatzzweck gewählten Halterung soll sich ohne zusätzliche Hilfsmittel einfach und problemlos am Kopf des Patienten befestigen lassen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein manuell bedienbares und in seinen Freiheitsgraden arretierbares Positioniersystem der eingangs genannten Art, das die folgenden Bestand teile aufweist:

- eine Basis zur festen Verbindung des Positioniersystems mit einer Halterung;
- eine manuell über einen Gewindetrieb positionierbare Linearachse;
- eine in der Linearachse geführte Aufnahmevorrichtung für ein chirurgisches, thera peutisches oder diagnostisches Instrument; und
- ein zwischen der Basis und der Linearachse angeordnetes, manuell positionierbares und über einen Klemmechanismus fixierbares Kugelgelenk mit mehreren rotatori schen Freiheitsgraden.

Das erfindungsgemäße Positioniersystem erlaubt die Aufnahme und spielfreie Befesti gung bzw. den einfachen Wechsel eines beliebigen Instruments, und es ermöglicht darüber hinaus dem Arzt, mittels mehrerer Achsen dieses Instrument präzise und frei von Relativbewegungen zu Strukturen im menschlichen Körper hinzuführen.

Das körperfest fixierte Positioniersystem dient mit seiner Aufnahme für beliebige aktori sche, sensorische, mechanische oder optische Instrumente als "künstliche, tremorfreie Hand" des Arztes oder Chirurgen, der nun mittels mehrerer feinmechanischer Achsen das freie Wirkende des Instruments im Körper zu einem körperfesten Zielpunkt positionieren kann, ohne daß nennenswerte risikobehaftete Relativbewegungen auftreten.

Durch das von der Erfindung vorgeschlagene klemmbare Positioniersystem, insbesondere durch die nachfolgend genannten Ausführungen, wird eine Vielzahl von Vorteilen er reicht. Es ergibt sich ein einfacher, kompakter Aufbau aus relativ wenigen Bauteilen, die selbst wiederum einfach aufgebaut und konstruiert sein können. Dies gewährleistet auch ein hohes Maß an gerätetechnischer Sicherheit beim bestimmungsgemäßen Gebrauch für Anwender, Patienten und Dritte. Auch äußere Einflüsse wie z. B. Erschütterungen, Temperatur-, Lage und Druckwechsel können die Funktion des Systems nicht negativ beeinflussen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Soll ein körperfester Zielpunkt angefahren und danach die Position des Positionier-Systems gehalten werden, ist ein Feststellmechanismus bzw. die selbsttätige Feststellung für die rotatorischen bzw. translatorischen Achsen des Systems von Vorteil. Insbesondere ist zur Vermeidung einer selbsttätigen Verstellung des in der Aufnahmevorrichtung sitzenden Instruments die Linearachse selbsthemmend ausgeführt. Dabei kann ein Dreh knauf vorgesehen sein, der bei einer manuellen Verdrehung für das axiale und selbsthemmende Verfahren der Linearachse sorgt.

Um für ein einfaches und schnelles Fixieren aller drei rotatorischen Freiheitsgrade des Kugelgelenks in ihrer aktuellen Lage zu sorgen, ist vorzugsweise eine Klemmschraube vorgesehen, wobei zusätzlich dafür gesorgt sein kann, daß die aktuelle Position der rota torischen Freiheitsgrade bei gelöster Klemmung des Kugelgelenks durch Reibkräfte gesi chert ist und nach dem Schließen des Klemmung dauerhaft beibehalten wird.

Die Konstruktion und die geometrischen Abmessungen des Positioniersystems sind zweckmäßig so gestaltet, daß die bedienende Person stets freie Sicht auf das System, das darin geführte Instrument, das freie Wirkende des Instruments sowie den Arbeitsbereich samt Zielpunkt im Körper behält, unabhängig davon, ob die Behandlung unter Über wachung mit bloßem Auge oder unter Verwendung eines Mikroskopes erfolgt. Auf diese Weise lassen sich Behandlungen in einer für die bedienende Person einfacheren und überschaubaren Weise durchführen, wodurch die Risiken für den Patienten möglichst gering gehalten werden.

Je nach Anwendung kann das Positioniersystem auf mehrere Arten am Körper des Patienten befestigt werden. Für invasive, intraoperative Einsätze wird es z. B. fest mit einem Wundsperrer verbunden. Für nichtinvasive Therapie- oder Diagnoseanwendungen im Ohrbereich ist es fester Bestandteil eines geeigneten Kopfhalters. Durch diese Halte rungen (Wundsperrer bzw. Kopfhalter) werden Relativbewegungen zwischen den im Körper befindlichen, teilweise mikroskopisch kleinen Zielstrukturen und dem im Posi tioniersystem fest eingespannten Instrument (Sensor, Aktor, chirurgisches Werkzeug) auf ein Minimum reduziert. Zudem ist für die Befestigung der erfindungsgemäßen Halterung am Schädel bei chirurgischer Verwendung kein zusätzlicher chirurgischer Eingriff als die ohnehin erforderliche Körperöffnung (Haut- oder Gewebeschnitt) erforderlich.

Bei Verwendung des Positioniersystems mit einem Kopfhalter für nichtinvasive Anwen dungen läßt sich das System schmerzfrei und unter Vermeidung von chirurgischen Maß nahmen (Gewebe- oder Hautschnitte etc.) fest am Schädel fixieren. Insbesondere kann der Kopfhalter auf dessen Arbeitsseite mit einem trichterförmigen Halteelement zur Fixierung im Gehörgang versehen sein, wobei in diesem Fall das freie Wirkende des Instrumentes zum Zielort im Körper durch das trichterförmige Halteelement hindurch führbar ist. Insbesondere zur beidseitigen schmerzfreien Befestigung im Ohrbereich des Schädels kann der Kopfhalter auf der der Arbeitsseite gegenüberliegenden Seite ein die Ohrmuschel umschließendes, weiches Formteil aufweisen. Diese Formteil dient dann als zweite Auflagefläche für den Kopfhalter, es kann jedoch auch als einseitiger Kopfhörer oder als Schallschutz ausgebildet sein.

Um für eine möglichst optimale Anpassung der Einspannweite des Kopfhalters zwischen Arbeits- und Gegenseite zu sorgen, können ferner ein Gewindetrieb und ein diesem zuge ordneter Drehknauf vorgesehen sein, mittels dessen sich die Einspannweite stufenlos und selbsthemmend verstellen läßt.

Ein bevorzugtes Instrument für die erfindungsgemäße intraoperative oder nichtinvasive Anwendung des Positioniersystems ist ein aktorisches und/oder sensorisches Instrument. Insbesondere handelt es sich dabei um einen piezoelektromechanischen Hörgeräte wandler zur vibratorischen Stimulation des Trommelfells oder der Gehörknöchelchen (Hammer, Amboß, Steigbügel) im Mittelohr.

Als Körpereintrittsöffnungen, um das im Positioniersystem festgehaltene Instrument in den Körper präzise einzubringen und dort zu positionieren, kommen z. B. der Gehörgang, die eröffnete, hinter dem Gehörgang gelegene Mastoidhöhle, ein Durchbruch im Schä delknochen oder ein Hautschnitt über der Wirbelsäule in Betracht. Dadurch sind mikro chirurgische Manipulationen z. B. auf dem Trommelfell, an der Gehörknöchelchenkette, im Innenohr, im Vestibularorgan oder im Gewebe von Gehirn oder Rückenmark möglich. Wird als Instrument z. B. eine mikrochirurgische Glasfaser verwendet, kommen darüber hinaus auch laserchirurgische Operationen von kleinen Tumoren, Mikrokoagulationen oder Gewebeverödungen in Betracht. Bei Einkopplung eines meßtechnischen Lasers kön nen Schwingungen z. B. der Gehörknöchelchenkette oder des Trommelfells berührungs frei gemessen werden.

Wie bereits oben erwähnt wurde, ist gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Kombination des oben beschriebenen Positioniersystems mit einem geeigneten Wundsperrer für intraoperative Anwendungen vorgesehen.

Dabei

- ist die Basis des Positioniersystems mechanisch fest mit dem Wundsperrer verbun den,
- ist das Positioniersystem so am Wundsperrer angeordnet, daß die einzelnen Bedien elemente vom Körper des Patienten wegzeigen, um sie problemlos manuell bedienen zu können,
- ist das Instrument in der Aufnahme des Schlittens so angeordnet und fixiert, daß sein freies Wirkende in das Körperinnere zum körperfesten Zielort zeigt,
- sind die Bedienelemente des Positioniersystems so angeordnet, daß der bedienende Arzt stets noch freie Sicht auf das Instrument, dessen freies Wirkende im Körper und den körperfesten Zielort hat,
- ist die Kombination von Wundsperrer und Positioniersystem so angeordnet, daß auch relativ kleine, chirurgisch ohnehin erforderliche Körperöffnungen genügen, um das freie Wirkende des Instruments auch unter mikroskopischer Kontrolle zu führen,
- sind Positioniersystem und Wundsperrer mit einfachen Mitteln zu reinigen und zu sterilisieren.

Gemäß einer oben genannten zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kombination des beschriebenen Positioniersystems mit einem Kopfhalter für nicht invasive Anwendungen vorgesehen.

Dabei

- ist die Basis des Positioniersystems mechanisch fest mit dem Kopfhalter verbunden,
- ist das Positioniersystem so am Kopfhalter angeordnet, daß die einzelnen Bedien elemente vom Körper wegzeigen, um sie problemlos manuell bedienen zu können,
- ist das Instrument in der Aufnahme des Schlittens so angeordnet, daß dessen freies Wirkende in das Körperinnere zum Zielort zeigt,
- ist das auf der Arbeitsseite des Kopfhalters gelegene Halteelement so ausgebildet, daß es sich mit seiner Außenfläche konisch in den Gehörgang einführen läßt, und beim Schließen des Kopfhalters fest in diesen eingedrückt wird,
- weist dieses auf der Arbeitsseite des Kopfhalters gelegene Halteelement eine eben falls konische Innenbohrung auf, die als Durchtritt für das freie Wirkende des im Schlitten eingelegten Instruments sowie für die optische Achse eines Mikroskopes dient,
- ist die Kombination von Kopfhalter und Positioniersystem so angeordnet, daß auch relativ kleine Körperöffnungen wie z. B. der Gehörgang genügen, um das freie Wirk ende des Instruments auch unter mikroskopischer Kontrolle in den Körper einzu bringen,
- ist der Kopfhalter so ausgeführt, daß er durch beidseitigen Druck der Halteelemente am Kopf zwar fest, aber dennoch schmerzfrei und nichtinvasiv fixiert werden kann,
- ist der Kopfhalter so ausgeführt, daß durch einen Betätigungsmechanismus der Ab stand der beiden Halteelemente durch den Patienten selbst oder den Arzt verändert werden kann,
- ist der gewählte Abstand zwischen den beiden Halteelementen durch Selbst hemmung gesichert,
- sind die beiden Halteelemente entweder als Ohrtrichter ausgebildet, oder ist der Gegenhalter, der nicht mit dem Positioniersystem kombiniert ist, als Gehörschutz kapsel ausgebildet, die auf die Ohrmuschel aufgesetzt wird, diese umschließt und dadurch nicht verrutschen kann,
- kann durch Verwendung einer Gehörschutzkapsel als Gegenhalter bei Bedarf das Gegenohr schallgeschützt werden,
- kann durch Verwendung eines einseitigen Kopfhörers als Gegenhalter bei Bedarf das Gegenohr mit der aktuellen Untersuchung entsprechenden Schallen beaufschlagt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht des Positioniersystems nach der Erfindung,

Fig. 2a eine Schnittdarstellung des ungeklemmten, aber durch Federkraft in seiner Posi tion gehaltenen Kugelgelenkes des Positioniersystems nach der Erfindung,

Fig. 2b eine Schnittdarstellung des geklemmten Kugelgelenkes des Positioniersystems nach der Erfindung,

Fig. 3 eine schematische Gesamtansicht des Positioniersystems kombiniert mit einem Wundsperrer zur intraoperativen Anwendung nach der Erfindung,

Fig. 4 eine schematische Gesamtansicht des Positioniersystems kombiniert mit einem Kopfhalter zur nichtinvasiven, diagnostischen bzw. therapeutischen Anwendung nach der Erfindung.

Das in den Fig. 1 und 3 dargestellte Positioniersystem 1 setzt sich im wesentlichen aus einer Linearachse 2, einem klemmbaren Kugelgelenk 3 und einer Basis 4 zusammen.

In einer Linienfürung 5 der Linearachse 2 wird spielfrei ein Schlitten 6 geführt, der sich über eine Gewindespindel 7 verfahren läßt. Ein Drehknauf 8 ist fest mit der Gewinde spindel 7 verbunden. Die Steigung der Gewindespindel 7 ist selbsthemmend ausgelegt, so daß sich der Schlitten 6 in der Linearführung 5 nicht aufgrund seiner Gewichtskraft selbsttätig bewegt.

Der Verfahrweg des Schlittens 6 in der Linearführung 5 ist durch zwei Endanschläge 9, 10 begrenzt. Zur Ausbildung des oberen Endanschlages ist am oberen Ende der Linear führung 5 eine Abschlußplatte 9 mit entsprechender Innengewindebohrung für die Gewindespindel 7 angebracht. Sie führt zum einen die Gewindespindel 7 parallel zur Linearführung 5, verhindert zum anderen aber auch, daß durch zu weites Herausdrehen der Spindel 7 der Schlitten 6 aus der Linearführung 5 gleiten kann. Entsprechend verhin dert eine als unterer Endanschlag dienende Stirnfläche 10 am unteren Ende des Dreh knaufs 8 ein zu weites Eindrehen der Gewindespindel 7 und somit ein Herausgleiten des Schlittens 6 am gegenüberliegenden Ende der Linearführung 5.

Durch Drehbewegung am Drehknauf 8 wird entsprechend des Gewindedrehsinns und der gewählten Steigung der Gewindespindel 7 eine Axialverschiebung des Schlittens 6 in der Führung 5 der Linearachse 2 bewirkt. Der Schlitten 6 läßt sich somit in der Linearachse 2 zwischen den beiden Anschlägen 9 und 10 stufenlos verfahren und hält aufgrund der Selbsthemmung des Gewindetriebs seine momentane Position.

Der Schlitten 6 besitzt eine entsprechende Aufnahme 11, in die das gewünschte Instru ment 12 manuell und spielfrei eingesetzt bzw. daraus entnommen werden kann. Die Auf nahme 11 für das Instrument 12 besitzt einen Durchbruch 13 für das freie Wirkende 14 des darin eingelegten Instruments 12. Das freie Wirkende 14 des eingelegten Instruments 12 ist somit bei Drehung des Drehknaufs 8 parallel zur Linearführung in axialer Richtung 15 zu einem körperfesten Zielpunkt 16 im Körper 17 positionierbar.

Die Linearachse 2 samt Gewindespindel 7, Drehknauf 8, Schlitten 6 und in der Auf nahme 11 eingelegtem und dort gehaltenem Instrument 12 ist mit einem Verbindungs element 18 fest mit einem Gehäuse 19 des klemmbaren Kugelgelenks 3 verbunden. Das Kugelgelenk 3 weist eine Kugel 21 auf, die über eine Säule 25 mit der Basis 4 in fester Verbindung steht und die mittels einer Klemmschraube 20 mit Bezug auf das Gehäuse 19 festgeklemmt werden kann.

Bei gelöster Klemmung des Kugelgelenks 3 läßt sich die gesamte Linearachse 2 um das Zentrum der ortsfest mit der Basis 4 verbundenen Kugel 21 in allen drei rotatorischen Freiheitsgraden des Raums 22, 23, 24 drehen.

Über die Basis 4 läßt sich das Positioniersystem 1 fest mit geeigneten Halterungen ver binden. Nach Befestigung einer dieser Halterungen am Körper, Positionieren des an der Halterung befestigten Systems und nachfolgender Klemmung der Klemmschraube 20 ist somit eine exakte, spielfreie Positionierung des freien Wirkendes 14 zu einem körper festen Zielpunkt 16 möglich, wobei eventuell risikobehaftete Relativbewegungen zwi schen Körper und freiem Wirkende 14 des Instruments vermieden werden.

Durch Lösen der Klemmschraube 20 des Kugelgelenks 3 lassen sich das Verbindungselement 18 sowie die daran befestigte Linearachse 2 und das im Schlitten 6 eingelegte Instrument 12 samt seinem freien Wirkende 14 um das Zentrum der Kugel 21 des Kugel gelenks 3 entsprechend aller drei rotatorischen Freiheitsgrade im Raum 22, 23, 24 dre hen. Die gezeigte Kombination aus einem klemmbaren Kugelgelenk 3 und der daran fest angebrachten Linearachse 2 ermöglicht zusammengefaßt die vierachsige Positionierung des freien Wirkendes 14 des gewählten Instruments 12 entsprechend dem translatori schen 15 und den drei rotatorischen Freiheitsgraden 22, 23, 24 zu einem beliebigen, kör perfesten Zielpunkt 16.

Die Funktionsweise des klemmbaren Kugelgelenks 3 wird anhand der Fig. 2a und 2b verdeutlicht. In Fig. 2a ist die Klemmung des Kugelgelenks 3 gelöst. Die räumliche Position der drei Drehachsen 22, 23, 24 wird durch Federvorspannung gehalten. In Fig. 2b ist die Linearachse zur Seite geschwenkt und das Kugelgelenk geklemmt. Die Sicherung der Momentanposition erfolgt durch Federkraftvorspannung und zusätzlich durch Axialkraft der Klemmschraube 20 auf die Kugelfläche.

Durch einen konischen Durchbruch 41 an der Unterseite des Gehäuses 19 des Kugel gelenks 3 führt die Säule 25 zur Basis 4. Kugel 21, Säule 25 und Basis 4 bilden somit eine starre Einheit. Die Klemmschraube 20 wirkt über einen verschiebbaren Kugelsitz 26 auf die Außenfläche der Kugel 21. In Fig. 2b ist dargestellt, wie die Kugel 21 beim An ziehen der Klemmschraube 20 zwischen den Kontaktflächen des Kugelsitzes 26 und den entsprechenden Gegenflächen des Gehäuses 19 fest eingespannt wird. Die gewählte Raumposition der drei rotatorischen Freiheitsgrade 22, 23, 24 ist somit fest fixiert. Beim in Fig. 2a dargestellten Lösen der Klemmschraube 20 soll umgekehrt die aus der Klem mung freigegebene Kugel nicht ein Umkippen des gesamten Positioniersystems zulassen, sondern die gewählte Position soll weiterhin reibschlüssig beibehalten werden. Dies wird erreicht, indem auf den Kugelsitz 26 auch nach dem Lösen der Klemmschraube 20 ein axial vorgespanntes Federelement 42 wirkt, das bei entsprechend vorgewählter Vor spannung die räumliche Position des Kugelgelenks unter Reibschluß sichert, aber den noch manuelle Bewegungen des Gesamtsystems zuläßt.

Die gesamte Linearachse 2 samt eingelegtem Instrument 12 und Gehäuse 19 des Kugel gelenks 3 läßt sich somit um das Zentrum der Kugel 21 in allen drei rotatorischen Frei heitsgraden 22, 23, 24 schwenken, wobei die Reibung des vorgespannten Federelements 42 auf die Kugelfläche auch bei gelöster Klemmschraube 20 ein Verkippen des Systems vermeidet.

Die Hauptabmessungen des gesamten Systems betragen beispielsweise als Gesamthöhe über der Körperoberfläche ca. 100 mm und als Gesamtbreite ca. 40 mm.

In Fig. 3 ist als erste bevorzugte Ausführungsform eine Kombination aus dem beschrie benen Positioniersystem 1 und einem chirurgischen Wundsperrer 27 zur intraoperativen Anwendung dargestellt. Dabei wird das Positioniersystem 1 samt der Linearachse 2 und dem klemmbaren Kugelgelenk 3 mit seiner Basis 4 fest mit einem beliebigen Wund sperrer 27 verbunden. Nach Einsetzen des Wundsperrers 27 in eine Körperöffnung 28, die z. B. durch einen chirurgischen Gewebeschnitt realisiert ist, und nachfolgenden Aufspreizen des Wundsperrers 27 in der Körperöffnung 28, wird der Wundsperrer 27 samt daran befestigtem Positioniersystem 1 fest mit dem Körper verbunden.

Durch Manipulation der vier Bewegungsachsen 15, 22, 23 und 24 läßt sich somit intra operativ das freie Wirkende 14 eines beliebigen, in das Positioniersystem fest einge spannten Instruments 12 präzise zu einem beliebigen im Körper 17 befindlichen Zielort 16 führen. Falls die Positionierung an Strukturen erfolgen soll, die mit bloßem Auge nicht mehr sichtbar sind, kann die Position des freien Wirkendes in der Körperöffnung visuell durch z. B. ein Mikroskop kontrolliert werden. Dabei ist das Positioniersystem 1 so an dem Wundsperrer 27 angeordnet, daß die optische Achse 30 des Mikroskopes bzw. des bloßen Auges 29 nicht vom Positioniersystem 1 selbst oder dessen Bestandteilen verdeckt wird.

Bevorzugte Körperöffnungen 28, bei denen das Positioniersystem 1 intraoperativ mit einem geeigneten Wundsperrer 27 angewendet werden kann, sind z. B. Schnitte in Weichteilgeweben, der äußere Gehörgang, die Mastoidhöhle oder Durchbrüche im Schä delknochen bei neurochirurgischen Eingriffen.

Dementsprechend sind bevorzugte körperfeste Zielorte 16, auf die intraoperativ das freie Wirkende 14 des positionierbaren Instruments 12 gerichtet werden soll u. a. mikro chirurgische Strukturen an oder in der Wirbelsäule, innerhalb des Schädels, im äußeren Gehörgang, auf dem Trommelfell, in den geöffneten Räumen des Mittelohres (Hammer, Amboß, Steigbügel), an der Knochenwand zwischen Mittel- und Innenohr (Promonto rium), an dem flüssigkeitsgefüllten Innenohr, am Hörnerven, im Gleichgewichtsorgan oder in der Augenhöhle.

Geeignete Instrumente 12 für die Anwendung des Positioniersystems 1 in Verbindung mit geeigneten Wundsperrern 27 sind u. a. piezoelektrische Hörgerätewandler zur elek tromechanischen vibratorischen Stimulation der Gehörknöchelchenkette, Erregerspulen zur elektromagnetischen Stimulation von kettenfest fixierten Permanentmagneten, Lichtleiter zur Führung von chirurgischem Laserlicht (z. B. zum Schneiden, Bohren, Koagulieren oder Veröden von Gewebe oder Knochenstrukturen), Lichtleiter zur Füh rung von meßtechnischem Laserlicht (Laser-Doppler-Vibrometrie), flexible Miniatur endoskope zur Inspektion im gesamten Schädelbereich, Sondenmikrophone und kleine Schallquellen zur intraoperativen Audiometrie (Hörschwellenbestimmung, Messung oto akustischer Emissionen) sowie Elektroden zur elektrocochleographischen Ableitung von Körperpotentialen wie z. B. Summenaktionspotential (SAP) oder Mikrophonpotential (MP).

In Fig. 4 ist als zweite bevorzugte Ausführungsform eine Kombination aus dem Positio niersystem 1 und einem Kopfhalter 31 zur nichtinvasiven, diagnostischen oder thera peutischen Anwendung von schädelfest verankerten Instrumenten dargestellt. In der gezeigten Ausführung ist das Positioniersystem 1 mit seiner Basis 4 fest mit einem Kopf halter 31 verbunden. Die Öffnungsweite 32 des Kopfhalters beträgt vorzugsweise etwa 200 mm, und sie läßt sich über einen Drehknopf 33 und einen innenliegenden Gewinde trieb beliebig und spielfrei verstellen, indem zwei Aufnahmearme 34 und 35 aufeinander zu (Schließen) bzw. von einander weg (Öffnen) bewegt werden. Der Drehknopf 33 zur Einstellung der Öffnungsweite 32 kann dabei entweder vom Träger der Kopfhalterung 31 selbst oder einer qualifizierten Fachkraft (Arzt, Assistent) bedient werden, um den Kopf halter 31 am Kopf des Patienten durch beidseitiges Klemmen zu befestigen. Das Posi tioniersystem 1 ist mit seiner Basis 4 fest an einem der beiden Aufnahmearme 35 ange bracht. Diese Seite wird als Arbeitsseite 37 des Kopfhalters bezeichnet. Ein konisches Halteelement 36 kann z. B. wie ein Ohrtrichter ausgeführt sein, der bei Bedarf zum Aus gleichen geringer räumlicher Winkel kardanisch im Aufnahmearm 35 gelagert sein kann. Es wird unter visueller Kontrolle bei Bedarf unter Zuhilfenahme eines Mikroskops in den äußeren Gehörgang des Trägers (Patienten) eingeführt.

Das konische Halteelement 36 besitzt zudem eine konische Innenbohrung 40, die Raum für das freie Wirkende 14 des im Positioniersystem 1 eingespannten Instruments 12 und die visuelle Kontrolle bietet.

Am gegenüberliegenden Aufnahmearm 34 auf der Gegenseite 39 des Kopfhalters 31 ist wahlweise ein zweiter konischer Halter 36 oder ein halbschalenförmiges Kapselelement 38 angebracht, das dort ebenfalls in den Gehörgang eingeführt oder über die Ohrmuschel des Gegenohres gelegt wird.

Bei Verwendung eines Kapselelements 38, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wird ein Teil der Vorspannkraft aufgrund des Schließens der Öffnungsweite 32 großflächig auf den die Ohrmuschel umgebenden Schädelknochenbereich übertragen. Punktförmige Druckkraft einleitungen und ein damit verbundenes unerwünschtes Druckgefühl werden somit ver mieden, und die zum Haltern aufgebrachte Kraft wird auf ein großflächiges Hautareal verteilt.

Nach Einführen des konischen Halteelements 36 in den äußeren Gehörgang der Arbeits seite 37 und nachfolgendem Aufsetzen des Kapselelementes 38 auf der Ohrmuschel der Gegenseite 39 können nun durch vorsichtiges Verringern der Öffnungsweite 32 des Kopfhalters 31 die beiden Halteelemente, d. h. Halteelement 36 und Kapselelement 38, gegeneinander angenähert werden, bis der gesamte Kopfhalter 31 am Schädel des Patien ten festgespannt ist. Durch Verformung des Kapselelementes 38 und Verkeilen des koni schen Halteelements 36 im äußeren Gehörgang wird ein sicherer Sitz des gesamten Kopfhalters 31 am Schädel des Patienten gewährleistet. Durch die konische Innenboh rung 40 im konischen Halteelement 36 kann nun nach Festklemmen des Kopfhalters 31 am Schädel des Patienten das freie Wirkende 14 des im Positioniersystem 1 befestigten Instruments 12 spielfrei und unter Vermeidung von Relativbewegungen zwischen Schä del und schädelfesten Zielpunkten 16 positioniert werden. Über die bereits beschriebene Klemmeinrichtung des Positioniersystems läßt sich die eingestellte Position des Positio niersystems fixieren (vgl. Fig. 2a und Fig. 2b).

Eine bevorzugte Körperöffnung 28, bei der das Positioniersystem 1 nichtinvasiv bzw. minimalinvasiv mit einem geeigneten Kopfhalter 31 angewendet werden kann, ist der äußere Gehörgang des Menschen.

Dementsprechend sind bevorzugte körperfeste Zielorte 16, auf die nichtinvasiv das freie Wirkende 14 des positionierbaren Instrumentes 12 gerichtet werden soll, u. a. mikro chirurgische Strukturen im Gehörgang selbst, auf oder im Trommelfell oder der direkt mit der Trommelfell-Innenseite verwachsene Hammergriff (Manubrium), der den am weitesten außenliegenden, durch den Gehörgang nichtinvasiv erreichbaren Punkt der Gehörknöchelchenkette darstellt.

Bei lokaler, minimalinvasiver Anwendung dieser zweiten Ausführungsform ist nach Eröffnen des Trommelfells darüber hinaus eine Positionierung des Instruments hin zu den anatomischen Strukturen des luftgefüllten Mittelohres (Hammer, Amboß, Steig bügel) oder der Knochenwand zwischen Mittel- und Innenohr (Promontorium) möglich.

Für die nichtinvasive Anwendung des Positioniersystems 1 in Verbindung mit geeigneten Kopfhaltern 31 eignen sich gleichermaßen alle unter Bezugnahme auf die erste bevor zugte Ausführungsform beschriebenen Instrumente.

Bezugszeichenliste

1 Positioniersystem
2 Linearachse
3 Kugelgelenk
4 Basis
5 Linearführung
6 Schlitten
7 Gewindespindel
8 Drehknauf
9 Endanschlag/Abschlußplatte
10 Endanschlag/Stirnfläche
11 Aufnahme
12 Instrument
13 Durchbruch
14 Wirkende
15 Axialrichtung ⇔ translatorischer Freiheitsgrad
16 Zielpunkt
17 Körper des Patienten
18 Verbindungselement
19 Gehäuse
20 Klemmschraube
21 Kugel
22-24 Drehachsen ⇔ rotatorische Freiheitsgrade
25 Säule
26 Kugelsitz
27 Wundsperrer
28 Körperöffnung
29 Auge/Mikroskop
30 optische Achse
31 Kopfhalter
32 Öffnungsweite
33 Drehknopf
34, 35 Aufnahmearme
36 konisches Halteelement
37 Arbeitsseite
38 Kapselelement
39 Gegenseite
40 konische Innenbohrung
41 konischer Durchbruch
42 Federelement

Claims

1. Fixierbares Positioniersystem für die feste, spielfreie Anbindung an den mensch lichen Körper, insbesondere den menschlichen Schädel, mit:

- einer Basis (4) zur festen Verbindung des Positioniersystems mit einer Halterung (27, 31);
- einer manuell über einen Gewindetrieb (7, 8) positionierbaren Linearachse (2);
- einer in der Linearachse (2) geführten Aufnahmevorrichtung (6, 11) für ein chirurgischen, therapeutisches oder diagnostisches Instrument (12); und
- einem zwischen der Basis (4) und der Linearachse (2) angeordneten, manuell positionierbaren und über einen Klemmechanismus (20, 26, 42) fixierbaren Kugelgelenk (3).

2. Positioniersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearachse (2) selbsthemmend ausgeführt ist.

3. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem Instrument (12) um ein aktorisches und/oder sensori sches Instrument (12) handelt.

4. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Positioniersystem aufgrund der Freiheitsgrade der Linearachse (2) und des Kugelgelenks (3) zusammengefaßt für eine axiale (15) und drei rotatori sche (22, 23, 24) Bewegungen des Instrumentes (12) und seines freien Wirkendes (14) in Körperöffnungen (28) des Menschen ausgelegt ist.

5. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit einem Drehknauf (8) zum axialen und selbsthemmenden Verfahren der Linearachse (2) durch manuelles Drehen an dem Drehknauf.

6. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner versehen mit einer Klemmschraube (20) zum Fixieren aller drei rotatorischen Freiheitsgrade (22, 23, 24) des Kugelgelenks (3) in ihrer aktuellen Lage.

7. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die aktuelle Position der rotatorischen Freiheitsgrade (22, 23, 24) bei gelöster Klemmung des Kugelgelenks (3) durch Reibkräfte gesichert ist und nach dem Schließen der Klemmung (19, 20, 26) dauerhaft beibehalten wird.

8. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Konstruktion und die geometrischen Abmessungen des Positio niersystems derart gestaltet sind, daß die bedienende Person stets mit bloßem Auge oder bei Verwendung eines Mikroskopes freie Sicht auf das System (1), das darin geführte Instrument (12), das freie Wirkende (14) des Instruments sowie den Arbeitsbereich samt Zielpunkt (16) im Körper (17) behält.

9. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es sich bei dem Instrument (12) um einen elektromechanischen Aktor (12) zur vibratorischen Stimulation der Gehörknöchelchenkette (Hammer, Amboß, Steigbügel) oder des Trommelfells handelt.

10. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halterung einen Wundsperrer (27) aufweist.

11. Positioniersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wund sperrer (27) zur Verankerung im äußeren Gehörgang oder in der eröffneten Mastoidhöhle ausgebildet ist.

12. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung einen Kopfhalter (31) aufweist.

13. Positioniersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfhalter (31) auf seiner Arbeitsseite (37) mit einem trichterförmigen Halteelement (36) zur Fixierung im Gehörgang versehen ist, und das freie Wirkende (14) des Instrumen tes (12) zum Zielort (16) im Körper (17) durch das trichterförmige Halteelement hindurchführbar ist.

14. Positioniersystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfhalter (31) zur beidseitigen schmerzfreien Befestigung im Ohrbereich des Schädels ausgebildet ist.

15. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopfhalter (31) auf der der Arbeitsseite (37) gegenüberliegenden Seite (39) ein die Ohrmuschel umschließendes, weiches Formteil (38) aufweist, das als zweite Auflagefläche für den Kopfhalter dient.

16. Positioniersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (38) als einseitiger Kopfhörer oder Schallschutz ausgebildet ist.

17. Positioniersystem nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewindetrieb und ein Drehknauf (33) zum stufenlosen und selbsthemmen den Verstellen der Einspannweite (32) des Kopfhalters (31) zwischen Arbeitsseite (37) und Gegenseite (39) vorgesehen sind.

18. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es zur Aufnahme, Positionierung, Fixierung und Anwendung von diagnostischen, therapeutischen oder chirurgischen Sensoren oder Aktoren aus gelegt ist.

19. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es für die intraoperative oder nichtinvasive Anwendung der genann ten Instrumente ausgelegt ist.

20. Positioniersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß es zum Positionieren und Ankoppeln eines elektromechanischen Aktors (12) an Hammer, Amboß, Steigbügel oder Trommelfell als körperfestem Zielpunkt (16) und zum Fixieren des Aktors in dieser Lage ausgelegt ist.