Устройство и способ для роботизированной хирургии - RU2719919C2

Чертежи

Показать все 14 чертежа(ей)

Описание

Изобретение касается устройства и способа для роботизированной хирургии для поддержкипри позиционировании манипулирующей руки в координатной системе устройства для роботизированной хирургии. Устройство имеет инструментальный блок, который включает в себя хирургический инструмент с инструментальным хвостовиком. Проксимальный конец инструментального хвостовика выполнен с возможностью направления через отверстие в теле (далее - телесное отверстие) пациента к целевой зоне. Инструментальный блок выполнен с возможностью соединения с манипулирующей рукой устройства.

В минимально-инвазивной хирургии все более применяются так называемые телеманипуляторные системы, которые также называются роботоассистирующими системами или обобщенно устройствами для роботизированной хирургии. С помощью устройства для роботизированной хирургии хирургические инструменты на основании ввода данных управляются в своем положении или ориентации. Кроме того, хирургические инструменты присоединяются к телеманипуляторной системе механически, электрически и/или оптически, чтобы обеспечить возможность реализации активного позиционирования и ориентации хирургического инструмента, а также желаемого манипулирования хирургического инструмента. Для этого хирургические инструменты, которые наряду с инструментами с концевыми эффекторами включают в себя также эндоскопы и предназначенные для воздействия медицинские приборы, имеют переходное устройство сопряжения, которое может быть выполнено как блок сопряжения, а также называется как стерильный блок. Кроме того, устройство для роботизированной хирургии имеет, по меньшей мере, одну манипулирующую руку, на проксимальном конце которой предусмотрен блок сопряжения, с которым имеет возможность соединения стерильный блок, чтобы обеспечить механическое, электрическое и/или оптическое сопряжение (стыковку) между манипулирующей рукой и хирургическим инструментом.

Известны устройства, у которых манипулирующая рука и блок сопряжения манипулирующей руки являются нестерильными, а хирургические инструменты - стерильными. Стерильное операционное поле защищается от нестерильных элементов телеманипуляторной системы с помощью стерильного перекрытия. Это стерильное перекрытие может включать в себя стерильный шлюз, который предусмотрен между блоком сопряжения манипулирующей руки и стерильным блоком хирургического инструмента. Такой стерильный шлюз обеспечивает стерильное перекрытие нестерильных соединительных элементов блока сопряжения манипулирующей руки после отделения стерильного блока инструментального блока от манипулирующей руки. Такая конструкция со стерильным шлюзом известна, например, из не опубликованной патентной заявки DE 10 2014 117 407.0 и DE 10 2014 117 408.9.

Кроме того, из документа US 7,666,191 В1 известна телеманипуляторная система, в которой нестерильные манипулирующие руки перекрываются посредством стерильной пленки. Блок сопряжения манипулирующей руки включает в себя четыре вращательных исполнительных элемента, которые соединяются с первой стороной интегрированного в стерильную пленку стерильного адаптера. Этот стерильный адаптер включает в себя четыре интегрированных, установленных с возможностью вращения передаточных средства, которые промежуточно включены между блоком сопряжения манипулирующей руки и стерильным блоком хирургического инструмента.

Из DE 102 42 953 А1 известно формирование группы данных о теле пациента с помощью визуализационного способа и представление в координатной системе. Кроме того, три, не лежащие в одной плоскости базовые точки связываются с помощью координатной системы.

При настройке известных устройств для роботизированной хирургии точки входа хирургических инструментов задаются на лежащем на операционном столе пациенте и исходя из этого сопряженные с манипулирующими руками хирургические инструменты с инструментальными наконечниками ориентируются на заданные места входа. Ориентирование инструментов относительно целевой операционной зоны происходит обслуживающим персоналом исходя его опыта. Технический контроль или возможность контроля ориентации манипулирующей руки хирургического инструмента относительно целевой операционной зоны в уровне техники не предусмотрен.

Задачей настоящего изобретения является предоставить устройство и способ для роботизированной хирургии, в которых возможна простая ориентация хирургических инструментов, включая эндоскопы, относительно предусмотренной целевой зоны.

Эта задача решается посредством устройства с признаками пункта 1 формулы изобретения, а также посредством способа с признаками независимого пункта формулы изобретения, относящегося к способу. Предпочтительные усовершенствования изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Соответствующее изобретению устройство для роботизированной хирургии имеет инструментальный блок, который включает в себя хирургический инструмент, проксимальный конец которого выполнен с возможностью направления через телесное отверстие пациента к целевой зоне, заданной посредством координат координатной системы устройства.

Устройство включает в себя, по меньшей мере, одну манипулирующую руку, с которой имеет возможность соединения инструментальный блок. Устройство включает в себя управляющий блок, который при соединении инструментального блока с манипулирующей рукой определяет перпендикулярный к продольной оси инструментального блока промежуточный вектор между продольной осью и заданной посредством координат целевой зоной и который формирует и предпочтительно выдает первую управляющую информацию, если величина определенного промежуточного вектора имеет первое предварительно настроенное значение и/или находится ниже него.

Посредством такого устройства для роботизированной хирургии достигается то, что манипулирующая рука может просто позиционироваться таким образом, что соединенный с манипулирующей рукой инструментальный блок имеет правильную позицию относительно предусмотренного места ввода в теле подвергающегося оперированию пациента, а также относительно целевой зоны, заданной посредством координат x_z, y_z, z_z в координатной системе X, Y, Z устройства.При этом, позиция включает в себя, в частности, положение и ориентацию продольной оси инструментального хвостовика хирургического инструмента инструментального блока.

Вследствие этого, является возможной простая ориентация манипулирующей руки устройства для роботизированной хирургии перед оперативным вмешательством в пациента. Таким образом, является возможным, что позиционирование и ориентация манипулирующей руки может выполняться не врачом, а подходящим для этого персоналом. В таком случае, врачу вменяется в обязанность исключительно проверка позиции инструментальных блоков. Хирургическим инструментом в смысле изобретения являются, в частности, эндоскопы, такие как стержневые эндоскопы, или хирургические инструменты с концевым эффектором.

Преимуществом является, если управляющий блок формирует и предпочтительно выдает, по меньшей мере, вторую управляющую информацию тогда, когда величина определенного промежуточного вектора имеет второе предварительно настроенное значение или находится ниже него. Таким образом, посредством второй управляющей информации может отмечаться положение продольной оси инструментального хвостовика инструментального блока относительно целевой зоны.

Предпочтительно, второе предварительно настроенное значение является нулем или приближенным к значению нуль значением, так что продольная ось хирургического инструмента проходит через целевую зону. Вследствие этого, является возможным особенно простое позиционирование манипулирующей руки относительно ее позиции в пространстве и ее ориентирование относительно продольной оси хирургического инструмента.

Определенная величина перпендикулярного промежуточного вектора является, предпочтительно, величиной наикратчайшего перпендикулярного промежуточного вектора между продольной осью и целевой зоной.

Кроме того, является предпочтительным, если устройство имеет блок вывода, который на основании первой управляющей информации выдает первый акустический и/или первый оптический сигнал и/или на основании второй управляющей информации выдает только второй акустический или второй оптический сигнал. Посредством оптических и/или акустических сигналов обслуживающий персонал может просто информироваться о правильной или подлежащей коррекции ориентации соединенного с манипулирующей рукой инструментального блока, так что простым образом поддерживается правильное позиционирование манипулирующей руки перед хирургическим вмешательством.

Кроме того, является предпочтительным, если первый акустический сигнал является нарастающим или убывающим звуком или мелодией с первой частотой воспроизведения, и что второй акустический сигнал является непрерывным звуком. При этом, мелодия включает в себя предпочтительно несколько одинаковых звуков. Частота воспроизведения может увеличиваться с уменьшением определенной величины промежуточного вектора, так что обслуживающий персонал посредством частоты воспроизведения акустически информируется о приближении, соответственно, удалении к, соответственно, от целевой зоны.

Выдача акустического сигнала может осуществляться на управляющем блоке или пульте управления.

Альтернативно или дополнительно, первый оптический сигнал может быть мигающим световым сигналом с первой частотой мигания, а второй оптический сигнал - непрерывным световым сигналом. При этом, луч первого светового сигнала и луч второго светового сигнала могут иметь одну и ту же длину волны, соответственно, спектр длин волн. Мигающий сигнал может создаваться, в частности, пульсирующим световым лучом. Непрерывный световой сигнал может создаваться, в частности, с помощью непрерывного светового луча. Частота мигания может увеличиваться с уменьшением величины промежуточного вектора до целевой зоны, а при увеличении величины промежуточного вектора до целевой зоны – уменьшаться. Выдача оптического сигнала может осуществляться на управляющем блоке или пульте управления.

Альтернативно или дополнительно является предпочтительным, если для формирования первого оптического сигнала испускается луч с первой длиной волны, а для формирования второго оптического сигнала испускается луч с отличной от первой длины волны второй длиной волны. Для формирования оптических сигналов применяется луч с длиной волны в видимом диапазоне. Предпочтительно, луч первой длины волны является красным лучом (светом), а луч второй длины волны является зеленым лучом (светом). Вследствие этого, производится информирование обслуживающего персонала о позиции и ориентации манипулирующей руки, которое с помощью светового сигнала может интуитивно просто пониматься. Выдача оптического сигнала может производиться на управляющем блоке или на пульте управления, в частности, на экране.

Кроме того, является предпочтительным, если инструментальный блок посредством соединенного с блоком сопряжения манипулирующей руки стерильным шлюзом выполнен с возможностью соединения с манипулирующей рукой. Посредством этого стерильного шлюза может осуществляться стерильное отделение нестерильного блока сопряжения от стерильной области. При сопряжении стерильного блока инструментального блока со стерильным шлюзом открываются, предпочтительно, стерильные клапаны стерильного шлюза, так что может устанавливаться непосредственное соединение между элементами стерильного блока и блока сопряжения. Предпочтительно, стерильный блок имеет стерильные клапаны, которые открываются при соединении стерильного блока со стерильным шлюзом, так что является возможным непосредственное соединение между передаточными элементами, в частности, механическими приводными элементами, между блоком сопряжения и стерильным блоком. После отделения стерильного блока от стерильного шлюза, как клапаны шлюза, так и стерильные клапаны опять закрываются, так что стерильно перекрыты как передаточные элементы стерильного блока, так и передаточные элементы блока сопряжения.

Второй аспект касается способа для позиционирования манипулирующей руки в координатной системе устройства для роботизированной хирургии, в котором определяют координаты x_z, y_z, z_z целевой зоны пациента. Для позиционирования манипулирующей руки устройства для роботизированной хирургии, в частности, для подготовки операции на пациенте, инструментальный блок соединяется с блоком сопряжения манипулирующей руки. Инструментальный блок включает в себя хирургический инструмент. Продольная ось хирургического инструмента является, в частности, продольной осью инструментального хвостовика хирургического инструмента. При соединении инструментального блока с манипулирующей рукой с помощью блока управления устанавливается величина перпендикулярного к продольной оси промежуточного вектора между продольной осью и заданной посредством координат x_z, y_z, z_z целевой зоны. Первый оптический и/или акустический сигнал выдается, если определенная величина имеет первое предварительно настроенное значение и/или находится ниже него. Вследствие этого обеспечивается то, что продольная ось хирургического инструмента проходит как через запланированное, в частности, уже отмеченное, или имеющееся операционное телесное отверстие пациента, так и через целевую зону. Вследствие этого, является простым и возможным простое интуитивное правильное позиционирование манипулирующей руки, в частности, для подготовки устройства для роботизированной хирургии для хирургического вмешательства. Для этого не требуется никакого специально обученного медицинского специалиста, в частности, врача.

Кроме того, является предпочтительным, если второй оптический и/или акустический сигнал выдается тогда, когда определенная величина промежуточного вектора имеет второе предварительно настроенное значение или не превышает его. Предпочтительно, вторым предварительно настроенным значением является ноль.

Манипулирующая рука, предпочтительно, ориентируется вручную так, что продольная ось инструментального хвостовика проходит через запланированное, в частности, отмеченное, или имеющееся операционное телесное отверстие пациента. Для этого, инструмент может ориентироваться таким образом, что инструментальный наконечник, в частности, концевой эффектор, указывает на телесное отверстие или введен во введенный в телесное отверстие троакар. В дальнейшем, манипулирующая рука ориентируется так, что выдается первый и/или второй оптический и/или акустический сигнал.

Предпочтительным является, если манипулирующая рука ориентируется на первом этапе так, что проксимальный конец инструментального хвостовика показывает на запланированное или имеющееся операционное телесное отверстие пациента и тем самым продольная ось инструментального хвостовика проходит через запланированное или имеющееся телесное отверстие пациента. Затем, на втором этапе, манипулирующая рука перемещается так, что она с помощью определенного управляющим блоком промежутка между проходящей через запланированное или имеющееся операционное телесное отверстие пациента продольной осью и заданной координатами целевой зоной имеет или пренижает (находится ниже) второй предварительно установленный промежуток, так что выдается второй оптический и/или акустический сигнал. Для этого, манипулирующая рука автоматически перемещается самим устройством или вручную. Также, часть ориентирующего перемещения осуществляется самим устройством автоматически, а часть ориентирующего перемещения осуществляется вручную обслуживающим персоналом.

Альтернативно, манипулирующая рука на первом этапе может ориентироваться так, что она с помощью определенной управляющим блоком величины промежуточного вектора между продольной осью и координатами x_z, y_z, z_z целевой зоны имеет или пренижает второй предварительно установленный промежуток. Затем, на втором этапе, манипулирующая рука ориентируется так, что продольная ось проходит через имеющееся или запланированное, в частности, отмеченное, операционное телесное отверстие пациента и, при этом, продольная ось остается ориентированной на целевую зону. При этом, на первом и/или втором этапе манипулирующая рука может перемещаться автоматически самими устройством и/или вручную обслуживающим персоналом.

Посредством показанных решений задачи изобретения посредством независимых и зависимых пунктов формулы изобретения можно достичь оптимального предварительного позиционирования инструментального блока посредством ручного и/или автоматического предварительного позиционирования манипулирующей руки устройства для роботизированной хирургии.

Манипулирующая рука может иметь телескопическую систему для перемещения блока сопряжения в направлении телескопической оси телескопической системы. Телескопическая ось проходит параллельно продольной оси инструментального хвостовика, так что инструментальный хвостовик перемещается вдоль своей удлинённой продольной оси при выдвигании и вдвигании телескопической системы.

Посредством указанных решений оператор различает, были ли одновременно успешно настроены позиционирование (инструментальный наконечник показывает на желаемое место ввода в правильном положении) и ориентирование продольной оси инструментального хвостовика (соответствующий цвет оптического сигнала, например, зеленый, и/или соответствующий звук акустического сигнала). В этой позиции введенный в правильном месте троакар может оптимально соединяться с предусмотренным в виде опции для этого переходным устройством сопряжения манипулирующей руки. В каждом случае, в этой позиции манипулирующая рука находится в оптимальном исходном положении для запланированного оперативного вмешательства.

Предпочтительно, релевантные области анатомии пациента, в частности, целевая зона, определены посредством координат x’_z, y’_z, z’_z в координатной системе X’, Y’, Z’ пациента. Начало отсчета координатной системы X’, Y’, Z’ пациента может быть задано, например, в точке пересечения сагиттальных плоскостей с дорсально лежащей фронтальной плоскостью, а также с поперечной плоскостью. Координаты координатной системы пациента находятся в фиксированном известном отношении с координатной системой X, Y, Z устройства для роботизированной хирургии, так что координаты x, y, z элементов устройства могут просто пересчитываться в координаты x’, y’, z’ координатной системы X’, Y’, Z’ пациента, а координаты x’, y’, z’ координатной системы X’, Y’, Z’ пациента, как например координаты x’_z, y’_z, z’_z целевой зоны, могут просто пересчитываться в координаты x_z, y_z, z_z координатной системы X, Y, Z устройства.

Например, координаты x’_z, y’_z, z’_z целевой зоны могут определяться в координатной системе X’, Y’, Z’ пациента за счет того, что выполняется ручное измерение пациента, например, с помощью измерительной рулетки. При этом, точное до сантиметра определение координат x’_z, y’_z, z’_z целевой зоны в координатах координатной системы X’, Y’, Z’ пациента и их преобразование в координаты x_z, y_z, z_z координатной системы X, Y, Z устройства представляет более чем достаточную точность, чтобы иметь возможность достаточно хорошего позиционирования и ориентирования хирургического инструмента. Альтернативно, измерение целевой зоны осуществляется также непосредственно в координатах x_z, y_z, z_z координатной системы устройства.

Кроме того, современные способы визуализации, как например, компьютерная томография или магнитно-резонансная томография, представляют данные, которые обеспечивают более точное определение координат в координатной системе X’, Y’, Z’ пациента и исходя их этого в координатной системе устройства.

Хвостовик инструментального блока имеет, предпочтительно, длину, которая в выдвинутом состоянии телескопической системы манипулирующей руки непосредственно является настолько длинной, что проксимальный конец инструментального хвостовика приблизительно на 1 см - 5 см глубины вводится во введенный в правильное место троакар. Также, в этом состоянии дополнительно имеющийся в виде опции на манипулирующей руке держатель троакара может соединяться с троакаром. Во вдвинутом состоянии телескопической системы проксимальный конец инструментального хвостовика перемещается сквозь целевую зону. При такой ориентации манипулирующей руки держатель троакара позиционирован квази-анатомически правильно для соединения с троакаром, когда проксимальный конец инструментального хвостовика введен в троакар.

В комбинации с дооперационно определенными данными целевой зоны (в частности, с помощью компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии) во время процесса наладки и стыковки с помощью инструментального блока согласно описанному ранее образу действия, на размещенном дополнительно в поле зрения оператора мониторе может отображаться положение удлинения продольной оси инструментального хвостовика к целевой зоне. Предпочтительно, кроме того, расположенная перпендикулярно к продольной оси инструментального хвостовика секущая плоскость представляется посредством набора данных компьютерной томографии (КТ) и/или магнитно-резонансной томографии (МРТ) о пациенте. Секущая плоскость посредством набора данных КТ и/или МРТ проходит через целевую зону операционного поля. Тем самым оператор акустической и оптической информации о расстоянии продольной оси хирургического инструмента до целевой зоны получает дополнительное вспомогательное средство для принятия решения, чтобы иметь возможность предпринимать оптимальную установку манипулирующей руки устройства для роботизированной хирургии для запланированного хирургического вмешательства. Устройство для роботизированной хирургии имеет, предпочтительно, несколько, в частности, четыре или пять, манипулирующих рук, из которых предпочтительно одна соединяется с эндоскопом, а другие манипулирующие руки соединяются с инструментальными блоками с хирургическими инструментами с концевыми эффекторами для осуществления хирургического вмешательства. В частности, предусмотренные для хирургических блоков с этими хирургическими инструментами с концевыми эффекторами манипулирующие руки позиционируются и ориентируются, предпочтительно, друг за другом с помощью соответствующего изобретению образа действия, чтобы в дальнейшем проводить необходимые для хирургического вмешательства манипуляции. При этом, координаты целевой зоны, предпочтительно, могут задавать пространственную область, так что релевантная для установки манипулирующих рук целевая зона имеет трехмерную размерность или задана одной точкой. Также, для каждого хирургического инструмента может быть предусмотрена отдельная целевая зона, причем целевые зоны могут, по меньшей мере, частично перекрываться.

Управляющий блок устройства для роботизированной хирургии служит, в частности,

- для ввода и хранения координат целевой зоны в координатной системе пациента и/или координатной системе устройства,

- для вычисления ориентации подлежащего применению инструмента из позиций сегментов манипулирующей руки,

- для выдачи оптического и/или акустического сигнала, например, посредством выдачи состояний: свет выключен, только зеленый свет (луч), только красный свет (луч); или посредством состояний: включен белый свет, включен только зеленый свет, включен только красный свет; и/или посредством состояний: звук выключен, первая мелодия, вторая мелодия.

Особенно предпочтительным является, если имеющийся на манипулирующей руке держатель троакара соединяется с введенным в тело пациента троакаром на первом этапе. На втором этапе инструментальный блок соединяется с блоком сопряжения манипулирующей руки, причем проксимальный конец, соответственно, наконечник инструментального хвостовика хирургического инструмента инструментального блока вводится в отверстие троакара. После соединения инструментального блока с блоком сопряжения, предпочтительно, с помощью управляющего блока определяется перпендикулярный продольной оси инструментального хвостовика хирургического инструмента промежуточный вектор между этой продольной осью и заданной посредством координат целевой зоной и выдается первая управляющая информация, если величина определенного промежуточного вектора имеет и/или пренижает первое предварительно настроенное значение. Независимо от первой управляющей информации, предпочтительно, с помощью блока вывода выдается оптический и/или акустический сигнал.

В альтернативном образе действия, на первом этапе инструментальный блок может соединяться с блоком сопряжения манипулирующей руки, а на втором этапе держатель троакара манипулирующей руки может соединяться с введенным в тело пациента троакаром, причем при соединении держателя троакара с троакаром наконечник инструментального хвостовика хирургического инструмента инструментального блока может вводиться в отверстие троакара. Наконец, на третьем этапе определяется промежуточный вектор - как описано выше - между продольной осью инструментального хвостовика и заданной координатами целевой зоной, и если величина этого определенного промежуточного вектора имеет первое предварительно настроенное значение и/или находится ниже него (пренижает его) формирует первую управляющую информацию.

Во всех описанных выше образах действия осуществляется поддержка персонала в операционной области, в частности, вспомогательного персонала, при оптимальной ориентации хирургического инструмента для соответствующего хирургического вмешательства без того, чтобы при этом уже вводить инструмент за пределы троакара в тело пациента.

Дополнительная управляющая информация может выдаваться, когда величина указанного определенного промежуточного вектора больше, чем первое предварительно настроенное значение. В зависимости от этой дополнительной управляющей информации может выдаваться соответствующий дополнительный или альтернативный сигнал, так что обслуживающий персонал информируется о том, что продольная ось относительно далеко удалена от целевой зоны.

Изменение ориентации и/или позиции соединенного с блоком сопряжения инструментального блока может осуществляться посредством ручного перемещения манипулирующей руки таким образом, что изменяется расстояние (промежуток) между осью инструмента и целевой зоной. Особенно предпочтительно, если при этом частота выдаваемого акустического и/или оптического сигнала указывает, становиться ли больше или меньше промежуточный вектор. При достижении, соответственно, пренижении предварительно настроенного второго значения для величины промежуточного вектора выдается второй оптический и/или акустический сигнал, который сигнализирует об оптимальной ориентации оси инструмента относительно целевой зоны.

Целевая зона представляет собой, в частности, целевую операционную зону. Альтернативно или дополнительно целевая зона может задаваться посредством целевой точки, например, посредством средней точки целевой операционной зоны или посредством зависящей от положения другого хирургического инструмента точки. Если этот другой хирургический инструмент представляет собой уже, по меньшей мере, частично введенный в тело пациента эндоскоп, как например, стержневой эндоскоп, или другую визуализирующую систему для регистрации изображений, по меньшей мере, одного фрагмента целевой операционной зоны, то является предпочтительным, если целевая зона зависит от положения упомянутого эндоскопа или упомянутой другой визуализирующей системы. Например, целевая зона может быть задана точкой на оптической оси оптических элементов упомянутого эндоскопа, соответственно, оптической оси оптических элементов упомянутой другой визуализирующей системы. Целевая точка представляет собой, в частности, точку в диапазоне глубины резкости, например, фокальную точку, или точку между фокальной точкой и проксимальным концом эндоскопа.

Эта другая визуализирующая система может представлять собой, в частности, базирующуюся на невидимом свете оптическую систему, в частности, рентгеновскую систему, систему компьютерной томографии, систему магниторезонансной томографии или другую подходящую визуализирующую систему.

В качестве «проксимального» в общем случае рассматривается обращенный к пациенту конец любого элемента. В качестве «дистального» в общем случае рассматривается обращенный от пациента конец любого элемента.

Другие признаки и преимущества вытекают из последующего описания, которое более подробно поясняет изобретение на основе примеров осуществления в сочетании с приложенными фигурами, на которых показано:

Фиг.1 схематический вид сбоку системы для роботизированной хирургии с манипулятором, который имеет четыре манипулирующие руки, с которыми соответственно может соединяться инструментальный блок;

Фиг.2 схематический вид спереди системы согласно фиг.1;

Фиг.3 система для соединения расположенного в стерильной области инструментального блока с нестерильным блоком сопряжения манипулирующей руки;

Фиг.4 участок манипулирующей руки с блоком сопряжения и соединенным с блоком сопряжения инструментальным блоком с выдвинутой телескопической системой манипулирующей руки согласно первому варианту осуществления;

Фиг.5 система согласно фиг.4, причем телескопическая система вдвинута, так что хирургический инструмента направлен вплоть до целевой операционной зоны или выходит за нее;

Фиг.6 схематическое представление инструментального блока и целевой операционной зоны в координатной системе устройства;

Фиг.7 схематическое представление для ориентации соединенного с манипулирующей рукой инструментального блока относительно целевой операционной зоны согласно первому образу действий;

Фиг.8 схематическое представление для ориентации соединенного с манипулирующей рукой инструментального блока относительно целевой операционной зоны согласно второму образу действий;

Фиг.9 фрагмент тела пациента с четырьмя отмеченными позициями для запланированных отверстий в теле пациента, в который соответственно вводится троакар;

Фиг.10 система с участком манипулирующей руки с блоком сопряжения и соединенным с блоком сопряжения инструментальным блоком с вдвинутой телескопической системой манипулирующей руки согласно второму варианту осуществления с держателем троакара;

Фиг.11 система согласно фиг.10 с выдвинутой телескопической системой, причем держатель троакара манипулирующей руки соединен с введенным в пациента троакаром;

Фиг.12 система согласно фиг.11 с вдвинутой телескопической системой;

Фиг.13 система с участком манипулирующей руки с блоком сопряжения и соединенным с блоком сопряжения инструментальным блоком с выдвинутой телескопической системой манипулирующей руки согласно третьему варианту осуществления с держателем троакара для соединения манипулирующей руки с введенным в тело пациента троакаром и с по меньшей мере частично введенным через другой троакар в тело пациента эндоскопом;

Фиг.14 система согласно фиг.13, причем положение выдвинутой телескопической системы изменено с помощью сопрягающей передачи, так что продольная ось хирургического инструмента инструментального блока проходит к заданной целевой зоне в теле пациента; и

Фиг.15 система согласно фиг.13 с вдвинутой телескопической системой.

Фиг.1 показывает схематический вид сбоку на систему 10 для роботизированной хирургии с манипулятором 12, который имеет штатив 14 и четыре манипулирующие руки 16а-16d. Манипулятор 12 в целом называется также как устройство для роботизированной хирургии. Система 10 служит для осуществления хирургического вмешательства в позиционированного на операционном столе 34 пациента 18. Исходя из анатомии пациента 18 и подлежащей осуществлению операции определены координаты x’_z, y’_z, z’_z целевой операционной зоны 30 в координатной системе X’, Y’, Z’ пациента и эти координаты x’_z, y’_z, z’_z сохранены в качестве предварительной настройки. Манипулятор 12 имеет координатную систему X’, Y’, Z’ устройства, начало координат которой расположено в опоре 24 штатива 14 манипулятора 12. Штатив 14 имеет L-образную консоль 28 штатива, на удаленном от опоры 24 штатива конце которой манипулирующие руки 16а-16d соединены через головку 20 штатива.

Операционный стол 34 имеет стойку 32 операционного стола, в которой расположен управляющий блок 36 операционного стола 34 и на котором расположена включающая в себя несколько сегментов поверхность 38 для опирания пациента. Управляющий блок 36 служит для управления перемещения элементов операционного стола 34, в частности, для перестановки длины стойки 32 операционного стола и таким образом для перестановки высоты поверхности 38 для опирания пациента и для перестановки отдельных сегментов, а также наклона и крена поверхности 38 для опирания пациента. Однако, предпочтительным образом перестановка сегментов операционного стола 34 блокируется во время операционного вмешательства с помощью манипулятора 12. Далее, система 10 включает в себя управляющий блок 46 манипулятора 12, а также центральный управляющий блок 40, который через информационные шины соединен с управляющим блоком 46 манипулятора 12, управляющим блоком 36 операционного стола 34, а также пультом 42 управления с блоком 44 индикации. Управляющий блок 40 имеет блок 41 вывода, а управляющий блок 46 имеет блок 47 вывода, посредством которых соответственно могут выдаваться оптические и/или акустические сигналы.

Верхняя поверхность поверхности 38 для опирания пациента образует фронтальную плоскость, на которой дорсально лёжа позиционирован пациент 18. Далее, через начало координат координатной системы X’, Y’, Z’ пациента проходит поперечная плоскость, в которой лежат оси X’ и Z’ координат. Кроме того, через начало координат проходит сагиттальная плоскость, в которой лежат оси Z’ и Y’ координат.

Координаты x’_z, y’_z, z’_z целевой операционной зоны 30 в координатной системе X’, Y’, Z’ пациента известны и посредством известного положения координатной системы X’, Y’, Z’ пациента относительно координатной системе X, Y, Z устройства 12 могут просто учитываться при управлении манипулирующими руками 16а-16d, а также соединенным с манипулирующим руками 16а-16d инструментальным блоком для осуществления хирургического вмешательства с помощью манипулятора 12, в частности, могут пересчитываться в координаты x_z, y_z, z_z координатной системы X, Y, Z устройства 12.

Позиция координат y’_z, z’_z середины целевой операционной зоны 30 обозначены на фиг.1 относительно осей Y’ и Z’ координат с помощью проходящих через целевую операционную зону 30 штриховых линий.

Фиг.2 показывает схематический вид спереди системы 10 согласно фиг.1. На проксимальном конце манипулирующих рук 16а – 16d соответственно расположен блок 100а-100d сопряжения, с которыми соответственно соединен инструментальный блок 300а – 300d для осуществления хирургического вмешательства. Инструментальные хвостовики соответствующего хирургического инструмента инструментальных блоков 300а-300d обозначены штриховыми линиями, которые на фиг.2 от блоков 100а, 100b, 100c, 100d сопряжения и соединенных с этими блоками 100а, 100b, 100c, 100d сопряжения и представленных на фиг.3 стерильных блоков 400а, 400b, 400c, 400d инструментальных блоков 300а, 300b, 300c, 300d доходят до целевой операционной зоны 30. При этом штриховые линии обозначают продольные оси, соответственно, удлиненные продольные оси инструментальных хвостовиков. С помощью проходящих через целевую операционную зону 30 и проходящих параллельно осям X’ и Z’ координат штриховых линий обозначены координаты y’_z, z’_z средней точки 31 целевой операционной зоны 30 относительно осей X’ и Z’ координат.

Ниже со ссылкой на манипулирующую руку 16а описывается сопряжение инструментального блока 300а через стерильный шлюз 200а с блоком 100а сопряжения манипулирующей руки 16а. Эти выполнения в равной степени имеют силу для других манипулирующих рук 16b-16d и для соединенных с этими манипулирующими руками 16b-16d через стерильные шлюзы 200b-200d инструментальных блоков 300b-300d. Ниже в целях упрощения ссылочные позиции будут использоваться без использованных для различия между отдельными манипулирующими руками малых букв.

Фиг.3 показывает блок 100 сопряжения манипулирующей руки 16, стерильный шлюз 200, а также инструментальный блок 300 со стерильным блоком 400 и хирургическим инструментом 500, который имеет концевой эффектор 514. Блок 100 сопряжения, стерильный шлюз 220, а также инструментальный блок 300 показаны перед состыковыванием стерильного шлюза 200 с блоком 100 сопряжения и перед последующим состыковыванием стерильного блока 400 со стерильным шлюзом 200. Выполненная в виде стерильной пленки 201 гибкая стерильная оболочка на окружном присоединительном краю 202 стерильного шлюза 200 жестко соединена с ним посредством подходящего соединения, например, зажимного соединения, клеевого соединения, соединения «липучка» и/или сварного соединения, так что стерильная пленка 201 вместе со стерильным шлюзом 200 образует замкнутое стерильное перекрытие вокруг выступающих в стерильную операционную область областей манипулирующей руки 16.

Для лучшего представления на фиг.3 показан только фрагмент стерильной пленки 201 вокруг стерильного шлюза 200. На последующих фигурах стерильная пленка 201 частично не представлена.

Для состыковывания стерильного блока 400 с блоком 100 сопряжения стерильный шлюз 200 расположен между стерильным блоком 400 и блоком 100 сопряжения и в состыкованном состоянии стерильного блока 400 с блоком 100 сопряжения позволяет непосредственное сопряжение/состыковывание первого передаточного средства 102 блока 100 сопряжения и второго не представленного передаточного средства стерильного блока 400.

С помощью первого передаточного средства 102 в настоящем примере осуществления передается как механическая энергия, так и электрическая энергия между блоком 100 сопряжения и стерильным блоком 400. Для этого первое передаточное средство 102 блока 100 сопряжения имеет, например, по меньшей мере, четыре механических приводных элемента 110-116, а второе передаточное средство стерильного блока 400 имеет четыре ответных приводным элементам 110-116 ведомых элемента. Далее, первое передаточное средство 102 имеет электрический передаточный элемент 104 с двумя электрическими контактами 106, 108, а второе передаточное средство имеет ответный электрическому передаточному элементу 104 первого передаточного средства 102 электрический передаточный элемент.

Далее, первый передаточный элемент 102 включает в себя оптическое передаточное средство 109 для передачи света и/или оптических сигналов. Приводные элементы первого передаточного средства 102 включают в себя первый поступательный приводной элемент 110 и второй поступательный приводной элемент 112 соответственно для передачи поступательного перемещения, а также первый вращательный приводной элемент 114 и второй вращательный приводной элемент 116 для передачи вращательного движения. Первый и второй поступательный приводной элемент 110, 112 выполнены соответственно в виде линейной подъемной вилки, а первый и второй вращательный приводной элемент 114, 116 выполнены в виде приводной шестерни с торцевым зубчатым венцом. Далее, блок 100 сопряжения имеет расположенный в углублении датчик сопряжения, который детектирует образованный посредством выдающегося из стерильного блока 400 первого детектирующего штифта первый детектирующий элемент, если стерильный шлюз 200 корректно сопряжен с блоком 100 сопряжения, а стерильный блок 400 корректно сопряжен со стерильным шлюзом 200.

В случае других примеров осуществления первое и второе передаточное средство могут включать в себя также больше или меньше приводных элементов, ведомых элементов и электрических передаточных элементов, которые передают механическую и/или электрическую энергию посредством непосредственного сопряжения. При этом в качестве непосредственного сопряжения предусматривается сопряжение передаточных средств, в случае которых не предусмотрено никаких других передаточных элементов между первыми передаточными средствами и вторыми передаточными средствами для передачи механической и/или электрической энергии и/или оптических лучей, причем, в частности, не предусмотрены никакие электрические, механические или оптические передаточные элементы в расположенном между блоком 100 сопряжения и стерильным блоком 400 стерильном барьере, как например, стерильном шлюзе 200. Далее, блок 100 сопряжения имеет считывающий и записывающий блок 121 для радиочастотной идентификации (РЧИ=RFID (англ. Radio Frequency IDentification) с помощью которого может считываться и/или записываться РЧИ-транспондер 494 стерильного блока 400.

Для соединения блока 100 сопряжения со стерильным шлюзом 200 этот блок 100 сопряжения имеет противолежащие друг другу направляющие пазы 122, 124, в которые вводятся направляющие штифты 204, 206 стерильного шлюза 200 до тех пор, пока они не достигнут переднего конца 123, 125 соответствующего направляющего паза 122, 124. Направляющие штифты 204, 206 выступают наружу на первом конце стерильного шлюза 200 на противолежащих сторонах. Затем противолежащий второй конец стерильного шлюза 200 надавливается вниз, так что стерильный шлюз 200 поворачивается вокруг проходящий через направляющие штифты 204, 206 оси вращения до тех пор, пока фиксирующий носик 126 фиксирующего элемента 128 не войдет в ответную фиксирующую область стерильного шлюза 200.

Деблокирующая кнопка 134 расположена с возможностью поворота вокруг оси вращения и посредством пружины удерживается в своем показанном на фиг.3 фиксирующем положении. Для разъединения фиксирующего соединения пальцем нажимают на деблокирующую кнопку 134 фиксирующего элемента 128, так что пружина натягивается и фиксирующий элемент 128 вместе с фиксирующим носиком 126 поворачивается, так что фиксирующий носик 126 выходит из зацепления с ответным фиксирующим элементом стерильного шлюза 200. Вследствие этого находившийся перед этим в зацеплении с фиксирующим носиком 126 второй конец стерильного шлюза 200 может вновь поворачивается из блока 100 сопряжения. После того, как этот второй конец стерильного шлюза был повернут из блока 100 сопряжения, стерильный шлюз 200 может вновь полностью отделяться от блока 100 сопряжения за счет того, что стерильный шлюз 200 с находящимися в зацеплении с направляющими пазами 122, 124 направляющими штифтами 204, 206 втягивается из него вдоль направляющих пазов 122, 124 до тех пор, пока направляющие элементы 204, 206 больше не будут находиться в зацеплении с направляющими пазами 122, 124. Между направляющими пазами 122, 124 и фиксирующим элементом 128 имеется образованная соответствующим углублением в корпусе блока 100 сопряжения приемная область, которая в данном примере осуществления, по меньшей мере, частично окружает стерильный шлюз 200 с трех сторон и со стороны дна.

Стерильный шлюз 200 имеет клапаны 208, 210 шлюза, которые выполнены с возможностью поворота посредством шарниров. С помощью этих шарниров клапаны 208, 210 шлюза выполнены с возможностью поворота из показанного на фиг.3 закрытого состояния в открытое состояние. В открытом состоянии клапанов 208, 210 шлюза может осуществляться непосредственное (прямое) сопряжение первого передаточного средства 102 блока 100 сопряжения со вторым передаточным средством стерильного блока 400.

На наружной стороне боковых стенок и торцевых стенок стерильного шлюза 200 образован окружной край 202, с которым подходящим образом соединена стерильная пленка 201 стерильного перекрытия.

Далее, стерильный блок 400 имеет расположенные противоположно фиксирующие и исполнительные элементы 438, 440, посредством которых автоматически осуществляется вновь разъединяемое фиксирующее соединение при соединении стерильного блока 400 со стерильным шлюзом 200.

Фиг.4 показывает участок манипулирующей руки 16, к проксимальному концу которой блок 100 сопряжения присоединен через телескопическую систему 60. Телескопическая система 60 имеет смещаемые друг относительно друга участки 62, 64, 66 и на фиг.4 представлены в выдвинутом состоянии. Участки 62, 64, 66 телескопической системы 60 могут вдвигаться и выдвигаться с помощью приводного блока 68, так что концевой эффектор 514 хирургического инструмента 500 может перемещаться вдоль продольной оси 510 инструментального хвостовика 512. Манипулирующая рука 16 имеет несколько подвижных друг относительно друга сегментов, позиция которых относительно друг друга может изменяться. Далее, телескопическая система 60 через сопрягающую передачу 59 соединена с возможностью поворота с другими сегментами манипулирующей руки 16, так что положение и ориентация продольной оси 510 инструментального хвостовика 512 хирургического инструмента 500 может изменяться в своей позиции, то есть как в своей ориентации, так и в своем положении, посредством ввода данных на пульте 42 управления. Для настройки каждой манипулирующей руки 16 перед операцией блок 100 сопряжения должен ориентироваться таким образом, что продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 соединенного с блоком 100 сопряжения хирургического инструмента 500 проходит через запланированное или имеющееся отверстие 802 тела подлежащего оперированию пациента 18 и через заданную целевую операционную зону 30. На фиг.4 в месте 802 ввода в тело в тело пациента 18 введен троакар 800, через который затем для проведения хирургического вмешательства направляется передняя часть хвостовика 512 хирургического инструмента 500 вместе с концевым эффектором 514 до целевой операционной зоны 30.

Перед операцией манипулирующая рука 16 вместе с блоком 100 сопряжения манипулирующей руки 16 ориентируется автоматически или обслуживающим персоналом так, что продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 проходит через отверстие троакара 800. При этом концевой эффектор 514 хирургического инструмента 500 может вводиться в отверстие троакара 800, так что осуществляется средняя ориентация продольной оси 510 на желательное или имеющееся место 802 ввода в тело. Далее, управляющий блок 46 манипулятора и/или центральный управляющий блок 40 определяет величину промежуточного вектора от продольной оси 510 инструментального хвостовика 514 до целевой операционной зоны 30, в частности, величину перпендикулярного промежуточного вектора от продольной оси 510 до целевой операционной зоны 30. При этом возможно определять как величину промежуточного вектора до края целевой операционной зоны 30, так и альтернативно или дополнительно величину промежуточного вектора до средней точки 31 целевой операционной зоны 30.

В данном примере осуществления продольная ось 510 проходит через среднюю точку 31 целевой операционной зоны 30, так что величина промежуточного вектора в данном примере осуществления между продольной осью 510 и целевой операционной зоной 30 равна нулю, так как продольная ось 510 проходит через целевую операционную зону 30. Также до передней точки 31 целевой операционной зоны 30 расстояние (промежуток) равно нулю, так как продольная ось 510 проходит через среднюю точку 31 целевой операционной зоны 30. Если величина перпендикулярного промежуточного вектора пренижает (т.е. находится ниже) первое значение, то обслуживающему персоналу может выдаваться первый оптический и/или акустический сигнал. Как только величина промежуточного вектора достигнет второго значения или станет ниже него, может выдаваться второй оптический и/или акустический сигнал. Второе значение может быть равно, в частности, нулю, так что второй оптический и/или акустический сигнал выдается тогда, когда продольная ось 510 проходит через целевую операционную зону 30 или ее среднюю точку 31. Также выдаваемый оптический и/или акустический сигнал в зависимости от определенной величины промежуточного вектора может изменяться непрерывно с изменением расстояние или в несколько этапов, так что обслуживающий персонал акустически и/или оптически информируется, удаляется ли продольная ось 510 от целевой операционной зоны 30 или приближается к ней. Следует обратить внимание на то, что во время ориентации манипулирующей руки 16, соответственно, в процессе настройки/наладки устройства для роботизированной хирургии только продольная ось 510 инструментального хвостовика 512, а не сам инструментальный хвостовик 512 направляется через целевую операционную зону 30 или с некоторым боковым расстоянием/промежутком до целевой операционной зоны 30.

Фиг.5 показывает систему согласно фиг.4, причем участки 62-66 телескопической системы 60 - в отличие от фиг.4 - представлены во вдвинутом состоянии. Манипулирующая рука 16 при настройке позиционируется предпочтительно так, что концевой эффектор 514 инструментального хвостовика 512 хирургического инструмента 500 выступает во введенный в тело пациента 18 троакар 800, когда телескопическая система 60 вдвинута. При этом манипулирующая рука 16 позиционирована так, что концевой эффектор 514 выступает в троакар 800 предпочтительно на длину в диапазоне от 1 до 5 см, предпочтительно в диапазоне между 1,5 и 3 см, в частности, 2 см.

Из показанной на фиг.4 позиции телескопическая система 60 может вдвигаться, так что концевой эффектор 514 хирургического инструмента 500 направляется через троакар 800 вплоть до целевой операционной зоны 30. Как показано на фиг.5, концевой эффектор 514 также может перемещаться через целевую операционную зону 30 в направлении продольной оси 510 инструментального хвостовика 513 и за пределы целевой операционной зоны 30.

Фиг.6 показывает схематическое представление стерильного блока 400 инструментального блока 300 вместе с инструментальным хвостовиком 512 хирургического инструмента 500 и целевой операционной зоны 30 в координатной системе X, Y, Z устройства, соответственно, манипулятора 12. Пространственная протяженность целевой операционной зоны 30 определялась с помощью подходящего визуализирующего способа для конкретного пациента 18 и при этом может быть задана как простое геометрическое тело, например, посредством шара, или посредством конкретной пространственной протяженности определенной и/или заданной для специального хирургического вмешательства в пациента 18 целевой операционной зоны 30 посредством множества координат. Целевая операционная зона 30 может определяться для пациента 18, в частности, с помощью визуализирующего способа, соответственно, задаваться при оценке определенных изображений автоматически или обслуживающим персоналом. В качестве визуализирующего способа может использоваться метод рентгенологического исследования, метод компьютерной томографии, метод магниторезонансной томографии или другой подходящий метод. Наружные размеры целевой операционной зоны 30 в показанной на фиг.11 двухмерной координатной системе 26 заданы посредством координат x_z1 и x_z2 в Х-направлении, а также посредством координат y_z1 и y_z2 на Y-оси. Средняя точка 31 определенной целевой операционной зоны 30 задана посредством координат x_z2 на Х-оси и y_z2 на Y-оси. В такой же манере известна, соответственно, задана пространственная протяженность целевой операционной области 30 на проходящей перпендикулярно плоскости изображения Z-оси. Координаты точки пересечения вектора V с продольной осью 510 инструментального хвостовика 512 обозначены на фиг.6 как x_m, y_m, z_m.

Как уже пояснялось, манипулирующая рука 16 вместе с блоком 100 сопряжения должна позиционироваться перед хирургическим вмешательством в пациента 18 так, что продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 проходит через желательное отверстие 802 тела, а продольная ось 614 проходит через целевую операционную зону 30. Чтобы, в частности, поддержать обслуживающий персонал при корректной ориентации манипулирующей руки 16 и блока 100 сопряжения, управляющий блок 46 определяет величину наикратчайшего до продольной оси 510 трехмерного перпендикулярного промежуточного вектора V между продольной осью 510 и средней точкой 31 целевой операционной зоны 30. Если эта величина промежуточного вектора V достигает или пренижает первое значение, то выдается первый оптический и/или акустический сигнал, если она достигает или пренижает второе значение, то выдается второй оптический и/или акустический сигнал, так что обслуживающему персоналу дается оптическая и/или акустическая информация о корректной ориентации блока 10 сопряжения. Вследствие этого создается простая и комфортная возможность поддержки обслуживающего персонала при настройке манипулятора 12 и при позиционировании манипулирующих рук 16а-16d перед собственно хирургическим вмешательством.

Фиг.7 показывает схематическое представление для ориентации соединенного с блоком 100 сопряжения стерильного блока 400 относительно целевой операционной зоны 30 согласно первому образу действий. В случае этого образа действия манипулирующая рука 16 вместе с блоком 100 сопряжения на первом этапе ориентируется так, что продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 проходит через инструментальное отверстие троакара 800. В случае такой ориентации величина промежуточного вектора V больше, чем предварительно настроенное значение, так что управляющий блок 46 формирует управляющую информацию, которая указывает, что продольная ось 510 не проходит через целевую операционную зону 30. Однако, величина промежуточного вектора V настолько велика, что она превышает первое предварительно настроенное значение, так что ни оптический, ни акустический сигнал не выдается. Если блок 100 сопряжения вместе со стерильным блоком 400, соответственно, вместе со всем инструментальным блоком 300 поворачивается из позиции Р1 в направлении стрелки А1 в позицию Р2, то величина промежуточного вектора V‘ между средней точкой 31 целевой операционной зоны 30 и продольной осью 510‘ инструментального хвостовика 512‘ является меньшим, чем первое предварительно настроенное значение, так что выдается первый акустический сигнал и/или испускается свет другого спектра и/или частного спектра излучавшегося до этого света, так что обслуживающий персонал по изменению цвета может просто обнаруживать приближение продольной оси 510‘ к целевой операционной зоне 30. Затем блок 100 сопряжения вместе со стерильным блоком 400‘ поворачивается из позиции Р2 дальше в направлении стрелки А2 до тех пор, пока инструментальный хвостовик 512‘‘ не достигнет позиции Р3, величина промежуточного вектора V‘ дополнительно уменьшается до тех пор, пока она не достигнет, в частности, значения «ноль», так что достигается или пренижается второе предварительно настроенное значение величины промежуточного вектора V‘. В случае, когда выдается второй оптический и/или акустический сигнал, то посредством него обслуживающий персонал информируется о корректной ориентации продольной оси 510‘‘ относительно целевой операционной зоны 30. Второй оптический сигнал может иметь отличающийся относительно первого оптического сигнала спектр длин волн или отличающуюся длину волны, так что обслуживающий персонал посредством изменения цвета информируется о корректной ориентации манипулирующей руки 16. Альтернативно или дополнительно второй оптический сигнал имеет отличную по отношению к первому оптическому сигналу частоту мигания.

Таким образом, при наличии двух граничных значений, с которыми соответственно сравнивается величина промежуточного вектора V, могут регистрироваться три состояния, так что обслуживающему персоналу уже при приближении к целевой операционной зоне 30 может выдаваться соответствующий оптический и/или акустический сигнал, а при корректной ориентации стерильного блока 400 на целевую операционную зону 30 может выдаваться другой оптический и/или акустический сигнал. При наличии только одного граничного значения могут просто отличаться два состояния, в частности, состояние, когда существует расстояние между целевой операционной зоной 30 и продольной осью 510, то есть, что продольная ось 510 не проходит через целевую операционную зону 30, и состояние, когда продольная ось 510 проходит через целевую операционную зону 30.

Фиг.8 показывает схематичное представление ориентации соединенного с манипулирующей рукой 16 стерильного блока 400 относительно целевой операционной зоны 30 согласно второму образу действия, при котором в отличие от первого образа действия продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 на первом этапе ориентируется так, что она проходит через целевую операционную зону 30 и обслуживающему персоналу выдается соответствующий оптический и/или акустический сигнал. При этом ориентация продольной оси 510 относительно целевой операционной зоны 30 может осуществляться так, как пояснялось для этапа 2 первого образа действия в сочетании с фиг.7. Таким образом, обслуживающий персонал здесь также может оптически и/или акустически информироваться о расстоянии и/или приближении продольной оси 510 до/к целевой операционной зоне 30. Если продольная ось 510 проходит через целевую операционную зону 30, как это показано для инструментального хвостовика 512 на фиг.8, то он затем может поворачиваться в направлении стрелки А3 до тех пор, пока продольная ось 510‘ инструментального хвостовика 512‘ не попадет на инструментальное отверстие троакара 800.

Иначе, чем описано в сочетании с фиг.7 и 8, блок 41, 47 вывода и/или блок 44 индикации может выдавать также только один оптический и/или акустический сигнал или, например, посредством серии импульсов акустического сигнала и/или оптического сигнала давать обслуживающему персоналу через широту импульса и/или длительность импульса информацию о том, насколько велика величина перпендикулярного промежуточного вектора V до целевой операционной зоны 30 и/или до средней точки 31 целевой операционной зоны 30.

Фиг.9 показывает фрагмент тела пациента 18 с четырьмя телесными отверстиями Т1-Т4, в каждое из которых введен соответствующий троакар 800а-800d. Через введенный в место Т1 ввода троакар 800b соединенный с блоком 100b сопряжения манипулирующей руки 16b стержневой эндоскоп инструментального блока 300b вводится в тело пациента 18. Через введенный на позиции Т2 в тело пациента 18 троакар 800а хирургический инструмент 500а соединенного с блоком 100а сопряжения манипулирующей руки 16а инструментального блока 300а вводится в тело пациента 18. Через введенный на позиции Т3 троакар 800с хирургический инструмент 500с соединенного с блоком 100с сопряжения манипулирующей руки 16с инструментального блока 300с вводится в тело пациента 18. Через введенный на позиции Т4 в тело пациента 18 троакар 800d в тело пациента 18 вводится хирургический инструмент 500d соединенного с блоком 100d сопряжения манипулирующей руки 16d инструментального блока 300d.

Фиг.10 показывает систему с проксимальным концом манипулирующей руки 16 с блоком 100 сопряжения и соединенным с блоком 100 сопряжения инструментальным блоком 300 с вдвинутой телескопической системой 60 манипулирующей руки 16 согласно второму варианту осуществления. Система второго варианта осуществления согласно фиг.10-12 отличается от показанного на фиг.4 и 5 и поясненного первого варианта осуществления лишь тем, что держатель 17 троакара жестко соединен с манипулирующей рукой 16. Держатель 17 троакара имеет соединительный элемент 19 для соединения держателя 17 троакара с троакаром 800. Позиционирование и ориентирование манипулирующей руки 16 с помощью инструментального блока 300 осуществляется таким же образом, как описано в соединении с первым вариантом осуществления. Элементы с одинаковой функцией и одинаковым строением имеют одни и те же ссылочные позиции. На фиг.11 показана система согласно фиг.10, причем держатель 17 троакара манипулирующей руки 16 соединен с веденным в пациента 18 троакаром 800, а телескопическая система 60 находится в выдвинутом состоянии. Инструментальный хвостовик 512 с концевым эффектором 514 приблизительно на 2 см в глубину введен в инструментальное отверстие троакара 800.

Фиг.12 показывает систему согласно фиг.11, телескопическая система 60 представлена во вдвинутом состоянии. Телескопическая система 60 перемещена из показанной на фиг.11 выдвинутой позиции в ее показанную на фиг.12 вдвинутую позицию без того, чтобы изменялась ориентация манипулирующей руки 16 и держателя 17 троакара. При вдвигании и при выдвигании телескопической системы 60 осуществляется выравнивающее движение посредством поворота блока 100 сопряжения относительно телескопической системы 60 и поворота телескопической системы 60 относительно манипулирующей руки 16 посредством сопрягающей передачи 59, так что хирургический инструмент 500 при вдвигании и при выдвигании телескопической системы 60 может перемещаться точно вдоль продольной оси 510 инструментального хвостовика 512. Телескопическая система 60 может вдвигаться настолько, что концевой эффектор 514 хирургического инструмента 500 достигает целевой операционной зоны 30 или выдается в направлении продольной оси 510 хирургического инструмента 500 за целевую операционную зону 30.

Фиг.13 показывает систему с участком манипулирующей руки 16 с блоком 100 сопряжения и эндоскопом 900 согласно третьему варианту осуществления. Телескопическая система 60 манипулирующей руки 16 показана в выдвинутом состоянии. Инструментальный блок 300 с хирургическим инструментом 500 соединен с блоком 100 сопряжения. Также в третьем варианте осуществления предусмотрен держатель 17 троакара, который соединяет введенный в тело пациента 18 троакар 800 с манипулирующей рукой 16. Однако, в других вариантах осуществления от держателя 17 троакара можно отказаться. Эндоскоп 900 представляет собой стержневой эндоскоп. По меньшей мере, часть отображающей оптики стержневого эндоскопа 900 находится в стержне 912, проксимальный конец которого через троакар 810 через второе телесное отверстие 812 введен в тело пациента 18. С помощью стержневого эндоскопа 900 получаются изображения, по меньшей мере, части целевой операционной зоны 30. Стрежневой эндоскоп 900 имеет головную часть 910, посредством которой стержневой эндоскоп 900 соединен с панелью 42 управления и/или с блоком 44 индикации системы 10 для роботизированной хирургии. Вследствие этого обслуживающему персоналу, в частности, хирургам, может показываться полученное с помощью эндоскопа 900 изображение на пульте 42 управления, соответственно, блоке 44 индикации.

Посредством головной части 910 стержневой эндоскоп 900 также может быть соединен с другим блоком 100 сопряжения, в частности, другой манипулирующей руки 16. Посредством штриховых линий схематически представлена траектория 914 лучей отображающей оптики. Оптическая ось отображающей оптики эндоскопа 900, то есть оптическая ось стержневого эндоскопа 900, лежит в середине траектории 914 лучей. Фокальная точка отображающей оптики стержневого эндоскопа 900 обозначена позицией 916.

В настоящем примере осуществления определяется промежуточный вектор V от продольной оси 510 инструментального хвостовика 512 хирургического инструмента 500 до фокальной точки 916 отображающей оптики стержневого эндоскопа 900. Таким образом, фокальная точка 916 служит в качестве целевой точки. Определенный промежуточный вектор V показывает актуальное расстояние от продольной оси 510 инструментального хвостовика 512 до фокальной точки 916. Оценка позиции и ориентации манипулирующей руки 16 с хирургическим инструментом 500 осуществляется при этом таким же образом, как это уже пояснялось в сочетании с первыми двумя вариантами осуществления во взаимодействии с фиг.4-12.

На фиг.13 проксимальный конец инструментального хвостовика 512 с концевым эффектором 514 введен в инструментальное отверстие троакара 800. Предпочтительным образом концевой эффектор выступает приблизительно на 2 см в глубину в инструментальное отверстие троакара 800. В других вариантах осуществления вершина концевого эффектора 514 может вдвигаться даже до проксимального конца троакара 800 в его инструментальное отверстие или менее чем на 2 см в инструментальное отверстие троакара 800. При этом телескопическая система 60 в выдвинутом состоянии. Затем позиция соединенного с блоком 100 сопряжения инструментального блока 300 вместе с по меньшей мере частью сегментов манипулирующей руки 16 изменяется так, что продольная ось 510 инструментального хвостовика 512 приближается к служащей в качестве целевой точки фокальной точке 916 до предварительно настроенного первого и/или второго значения расстояния или, как показано на фиг.14, продольная оси 510 инструментального хвостовика 512 проходит через фокальную точку 916. Для этого на фиг.14 телескопическая система 60 манипулирующей руки повернута относительно показанной на фиг.13 позиции с помощью сопрягающей передачи 59.

На фиг.15 показана система согласно фиг.13 и 14 с вдвинутой телескопической системой 60. Посредством вдвигания телескопической системы концевой эффектор 514 перемещен до зоны видимости стрежневого эндоскопа 900 и в целевую операционную зону 30, и там может эксплуатироваться и позиционироваться под визуальным контролем. Таким образом, посредством описанного образа действия является возможным уже предварительно настраивать позицию, то есть ориентацию и положение, подлежащего использованию хирургического инструмента 500 так, что он направлен к целевой операционной зоне 30 и там надежно помещен в поле зрения стержневого эндоскопа 900. Целевая точка или целевая область могут быть заданы координатами x_z, y_z, z_z координатной системы X, Y, Z устройства или посредством координат x’_z, y’_z, z’_z координатной системы X’, Y’, Z’ пациента и в случае необходимости пересчитываться в координаты соответственно другой координатной системы.

Также в случае первого и второго вариантов осуществления согласно фиг.4-12 вместо целевой операционной зоны 30 целевая точка может быть задана, например, как средняя точка 31 заданной целевой операционной зоны 30 или посредством зависящей от положения другого хирургического инструмента 900 целевой точки. Также вместо эндоскопа 900 в третьем варианте осуществления может использоваться другая визуализирующая система для регистрации изображений, по меньшей мере, одного фрагмента целевой операционной зоны 30. В таком случае целевая зона зависит от положения другой визуализирующей системы. Целевая точка представляет собой, в частности, точку в диапазоне глубины резкости отображающей оптики эндоскопа, соответственно, визуализирующей системы, как например, фокальную точку отображающей оптики или точку между фокальной точкой и проксимальным концом эндоскопа 900. Целевая зона может альтернативно или дополнительно задаваться посредством расстояния вокруг некоторой точки.

Список ссылочных позиций

10 система

12 манипулятор

14 штатив

16, 16а-16d манипулирующая рука

17 держатель троакара

18 пациент

19 соединительный элемент

20 головка штатива

24 опора штатива

28 консоль штатива

30 целевая операционная зона

31 средняя точка целевой операционной зоны

32 стойка операционного стола

34 операционный стол

36 управляющий блок операционного стола

38 поверхности для опирания пациента

40 центральный управляющий блок устройства

41 блок выдачи

42 пуль управления

44 блок индикации

46 управляющий блок манипулятора

47 блок выдачи

59 сопрягающая передача

60 телескопическая система

62, 64, 66 участки телескопической системы

68 приводной блок

100, 100а-100d блок сопряжения

102 первое передаточное средство

104 электрический передаточный элемент

106, 108 электрический контакт

109 оптический передаточный элемент

110 первый поступательный приводной элемент

112 второй поступательный приводной элемент

114 первый вращательный приводной элемент

116 второй вращательный приводной элемент

120 датчик сопряжения

121 считывающий и записывающий РЧИ-блок

122, 124 направляющий паз

123, 125 передний конец направляющего паза

126 фиксирующий носик

128 фиксирующий элемент

134 деблокирующая кнопка

200 стерильный шлюз

201 стерильная пленка

202 присоединительный край

204, 206 направляющий штифт

208, 210 клапан шлюза

300, 300а-300d инструментальный блок

400, 400а-400d стерильный блок

400‘, 400‘‘ стерильный блок

438, 440 фиксирующий и исполнительный элемент

494 РЧИ-транспондер

500, 500а-500d хирургический инструмент

510, 510‘, 510‘‘ продольная ось

512 инструментальный хвостовик

514 концевой эффектор

800 троакар

802 телесное отверстие

810 троакар

812 телесное отверстие

900 стержневой эндоскоп

910 головная часть

912 стержень

914 траектория лучей

916 фокальная точка

А1-А3 направление движения

Р1-Р3 позиция

Т1-Т4 запланированное телесное отверстие

V, V‘ промежуточный вектор

x_z, y_z, z_z координаты целевой зоны в координатной системе устройства

X, Y, Z координатная система устройства

X’, Y’, Z’ координатная система пациента

x‘_z, y’_z, z’_z координаты целевой зоны в координатной системе пациента

Реферат

Группа изобретений относится к медицине, а именно к способу для позиционирования манипулирующей руки в координатной системе (X, Y, Z) устройства для роботизированной хирургии. При этом определяют координаты (x, y, z) целевой зоны в пациенте. Для позиционирования манипулирующей руки инструментальный блок соединяют с блоком сопряжения манипулирующей руки. Инструментальный блок включает в себя хирургический инструмент, который имеет инструментальный хвостовик с продольной осью. При соединении инструментального блока с блоком сопряжения с помощью управляющего блока определяют перпендикулярный продольной оси промежуточный вектор (V) между продольной осью и заданной координатами (x, y, z) целевой зоной. С помощью блока выдачи выдают первый оптический и/или акустический сигнал, когда величина определенного промежуточного вектора (V) имеет первое предварительно настроенное значение или находится ниже него. Достигается упрощение ориентации хирургических инструментов относительно предусмотренной целевой зоны. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 15 ил.

Формула