CN105640647B - 用于机械手辅助外科手术的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机械手辅助外科手术的设备，设备具有至少一个非无菌的操纵器臂，操纵器臂包括具有驱动元件的耦联单元。该设备还具有设置在无菌区域中的无菌的仪器单元，仪器单元包括外科手术仪器和用于将外科手术仪器与耦联单元的驱动元件耦联的无菌的无菌单元。耦联单元包括用于产生平移的驱动运动的平移驱动元件和用于产生旋转的驱动运动的旋转驱动元件。无菌单元具有能够与平移驱动元件耦联的平移被驱动元件和能够与旋转驱动元件耦联的旋转被驱动元件。设备包括无菌阀，该无菌阀能够与耦联单元和无菌单元连接。在无菌单元与无菌阀连接之前和在无菌单元与无菌阀分离之后，与耦联单元连接的无菌阀将平移驱动元件和旋转驱动元件无菌地隔离。

Description

用于机械手辅助外科手术的设备
技术领域
本发明涉及一种用于机械手辅助外科手术的设备，该设备具有至少一个设置在非无菌区域中的操纵器臂，该操纵器臂具有耦联单元，该耦联单元具有至少一个第一传递器件。所述设备具有至少一个设置在无菌区域中的无菌单元，该无菌单元具有至少一个第二传递器件和用于将操纵器臂与无菌区域隔离的无菌遮蔽件。
背景技术
在微创外科手术中越来越多地使用所谓的远程操纵器系统，其也称为机械手辅助系统。无菌手术区借助于无菌遮蔽件被保护免受远程操纵器系统的非无菌元件污染。通过无菌遮蔽件防止通过手术患者或手术人员的体液和/或组织引起的无菌手术区的污染和远程操纵器系统的污染。由此将降低了交叉感染的风险。
借助于远程操纵器系统根据操作输入在其位置和定向中对外科手术仪器和/或内窥镜进行控制并且因而必然地与待进行手术的患者产生身体接触，使得外科手术仪器和/或内窥镜被手术患者的体液和/或组织弄脏。同时外科手术仪器必须机械地、电地和/或光学地耦联到远程操纵器系统上，以便能够实现外科手术仪器的有效的定位和定向以及外科手术仪器的期望的操纵。对此，外科手术仪器、内窥镜或者待操作的医疗器械具有耦联接口，该耦联接口可以构造为耦联单元并且也被称为无菌单元。
在外科手术期间使用的器材(包括所使用的外科手术设备和仪器以及远程操纵器系统的其它组成部分)可以分成三类：
第1类：该器材是无菌的并且在外科手术期间被污染。该器材在手术之后被处理掉。因此，实现了该器材的一次性使用。
第2类：该器材是无菌的，并且在外科手术期间被污染，并且在手术之后被清洗和消毒。因此，实现该器材的反复使用。这种反复使用的器材必须根据可操作的可灭菌性的要求进行设计和制造。
第3类：该器材是非无菌的。在外科手术期间通过无菌遮蔽件和外包装件来防止无菌手术区被污染。同时保护非无菌器材免于与体液和/或组织接触。
如果需要将第1类器具或第2类器具与第3类器具耦联，则无菌接口是必需的，该无菌接口防止第1类器具或第2类器具通过第3类非无菌器具污染，并且反过来防止第3类器具被弄脏，因为这些器材通常在技术上设计为不可高压蒸汽灭菌的部件。将器具设计为可灭菌和可高压蒸汽处理的部件需要器具的用于灭菌处理的特殊技术设计，从而对此需要较高的研发费用以及用于验证灭菌过程的效果的可观的确证费用。对于这样的验证尤为必要的是，器具先后多次被污染、灭菌、进行灭菌的效果检验以及在实现灭菌之后进行功能检验。在此证实，器具在每次灭菌处理之后可靠地被灭菌并且因而又可以被使用。
由文献US 7666191 B1已知一种远程操纵器系统，其中，非无菌操纵器臂借助于无菌薄膜被遮蔽。操纵器臂的耦联单元包括四个旋转致动器，这些旋转致动器与集成在无菌薄膜中的无菌适配器的第一侧相耦联。借助于无菌适配器将操纵器臂的耦联单元的四个旋转致动器的旋转运动接合地与集成到无菌适配器中的可转动地支承的传动器件耦联。在无菌适配器的无菌的外侧上这些在无菌适配器外侧上的无菌传动器件可以与无菌的外科手术仪器的被驱动的元件相接合。此外，经由该无菌适配器可以使电信号在无菌适配器的内侧和外侧之间传递。
因此，借助于无菌适配器防止，转动致动器和无菌外科手术仪器的电接头直接与非无菌的操纵器臂的耦联单元的旋转致动器和电接头相接触。通过无菌适配器防止了外科手术仪器由于与操纵器臂的非无菌部件的接触而被污染。但在该解决方案必要的是，无菌适配器必须具有可转动地支承的传递器件以及用于传递电信号的传递器件，由此适配器的制造是复杂的且容易出现故障。尤其复杂的是，当传递器件与体液相接触时，确保传递器件的可转动性。
在原则上，在用于耦联操纵器臂和仪器的功能链中的每个元件都是可能的故障源并且与附加的成本相关联。无菌适配器本身设置为一次性使用的无菌薄膜的一部分。
由文献US 8074657 B2已知另一种无菌适配器，该无菌适配器能够实现用于将机械能传递到与无菌适配器耦联的外科手术仪器上的致动器单元。
发明内容
本发明的任务在于，给出用于机械手辅助外科手术的一种设备和一种布置系统，其中，设置在非无菌区域内的操纵器臂与设置在无菌区域内的无菌单元的无菌耦联可以简单地实现，其中，通过所述耦联能够实现在操纵器臂和仪器单元之间的可靠的机械力和力矩传递和/或光学传递和/或电信号和/或能量传递，所述仪器单元尤其是包括无菌单元和与该无菌单元连接的外科手术仪器。
该任务通过本发明的用于机械手辅助外科手术的设备和通过本发明的布置系统解决。
用于机械手辅助外科手术的设备，该设备具有至少一个非无菌的操纵器臂，该操纵器臂包括具有驱动元件的耦联单元，该设备具有设置在无菌区域中的无菌的仪器单元，该仪器单元包括外科手术仪器和用于将外科手术仪器与耦联单元的驱动元件耦联的无菌的无菌单元，该设备具有第一无菌遮蔽件，用于将操纵器臂的至少一部分与无菌区域隔离，其特征在于，所述耦联单元包括用于产生平移的驱动运动的平移驱动元件和用于产生旋转的驱动运动的旋转驱动元件，所述无菌单元具有能够与平移驱动元件耦联的平移被驱动元件和能够与旋转驱动元件耦联的旋转被驱动元件，所述第一无菌遮蔽件包括无菌阀，该无菌阀能够与耦联单元和无菌单元连接，在无菌单元与无菌阀连接之前和在无菌单元与无菌阀分离之后，与耦联单元连接的无菌阀将平移驱动元件和旋转驱动元件无菌地隔离。
用于机械手辅助外科手术的布置系统，该布置系统具有至少一个所述的设备，该布置系统具有至少一个显示单元，该显示单元实时地输出手术区的至少一个图像，该布置系统具有至少一个输入装置，用于输入至少一个输入命令，该布置系统具有控制单元，该控制单元根据输入命令借助于至少一个驱动单元使操纵器臂和经由无菌阀与操纵器臂的耦联单元连接的无菌单元定位。
通过在耦联单元中设置用于产生平移驱动运动的平移驱动元件和用于产生旋转驱动运动的旋转驱动元件并且通过设置能与平移驱动元件耦联的平移被驱动元件和能与旋转驱动元件耦联的旋转被驱动元件可以实现仪器单元的简单的驱动，该仪器单元尤其是包括无菌单元和与该无菌单元连接的外科手术仪器。通过在无菌遮蔽件中设置的无菌阀使得优选当无菌单元不与无菌阀连接时，驱动元件的与耦联单元无关的可靠的无菌的隔离是优选可能的。在无菌单元与无菌阀分离之后，无菌阀也将驱动元件隔离。由此可以简单地实现操纵器臂的非无菌元件相对于无菌区域的可靠的无菌的遮蔽。
借助于旋转驱动单元和平移驱动单元可以简单地执行例如仪器的转动和仪器顶端的弯曲或者仪器的转动和夹持运动。替代地，仪器杆可以转动且可执行仪器的夹持运动。
特别有利的是，能够借助于与平移被驱动的元件耦联的平移驱动元件将平移驱动运动传递至平移被驱动的元件。借助于与旋转被驱动元件耦联的旋转驱动元件来可将旋转驱动运动传递至旋转地被驱动的元件。
旋转驱动元件一般来说是这样的驱动元件，该驱动元件可以执行旋转驱动运动或者说旋转运动并且对此尤其是被驱动马达直接或间接驱动。
旋转被驱动元件一般来说是能与旋转驱动元件耦联的被驱动元件，当与旋转被驱动元件耦联的旋转驱动元件执行旋转的驱动运动或者说旋转运动时，该被驱动元件执行旋转的运动或者说旋转运动。
平移驱动元件一般来说是这样的驱动元件，该驱动元件可以执行平移的驱动运动或者说平移运动并且对此尤其是被驱动马达直接或间接驱动。
平移被驱动元件一般来说是能与平移驱动元件耦联的被驱动元件，当与平移被驱动元件耦联的平移驱动元件执行平移的驱动运动或者说平移运动时，该被驱动元件执行平移的运动或者说平移运动。在驱动元件与被驱动元件耦联时优选实现相应的驱动元件与互补的被驱动元件的直接接触以便传递驱动运动。这尤其是可以通过在相应的被驱动元件和驱动元件之间的形锁合连接和/或力锁合连接和/或磁耦合实现。
有利的是，与耦联单元和与无菌单元连接的无菌阀如此释放通向驱动元件的通路，使得平移驱动元件能与平移被驱动元件耦联并且旋转驱动元件能与旋转被驱动元件耦联。在驱动元件和被驱动元件之间的耦联尤其是通过直接接合、例如形锁合连接或者力锁合连接实现。
另外有利的是，所述无菌单元包括无菌遮蔽件，在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，该无菌遮蔽件将被驱动元件无菌地隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向被驱动元件的通路释放。由此可以实现对外科手术元件和操纵器臂的简单操作，因为无菌单元连同外科手术仪器可简单地与操纵器臂的耦联单元连接和可再分离，在此确保：当无菌单元不与无菌阀连接或者说不与耦联单元耦联时，被驱动元件被无菌隔离。由此仪器单元在无菌区域中的可靠操作是可能的，从而即使在被驱动元件与非无菌驱动元件接触之后仪器单元也可以被放置在无菌区域中，而不会由此污染无菌区域。
另外有利的是，所述无菌阀包括无菌遮蔽件，在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，该无菌遮蔽件将驱动元件无菌地隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向驱动元件的通路释放。由此确保，当仪器单元的无菌单元不与无菌阀连接时，尤其是在仪器单元的无菌单元又与无菌阀分离之后，耦联单元的通常非无菌的驱动元件借助于无菌阀始终可靠地与无菌区域隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向驱动元件的通路释放。由此实现非无菌耦联单元、尤其是非无菌驱动元件相对于无菌区域的可靠的隔离。在无菌单元与无菌阀耦联时优选无菌阀的无菌遮蔽的通路开口被释放，由此驱动元件可以与被驱动元件彼此处于直接接触，尤其是彼此处于直接接合。
无菌阀的用于无菌地遮蔽驱动元件的无菌遮蔽件和/或无菌单元的用于无菌地隔离被驱动元件的无菌遮蔽件可以是百叶窗、卷帘、设有开口的可转动的圆盘和/或翻板。由此可以简单地实现通向驱动元件或者说被驱动元件的至少一个通路开口的简单的可靠的关闭和打开。
特别有利的是，平移驱动元件是第一平移驱动元件，并且旋转驱动元件是第一旋转驱动元件，并且平移被驱动元件是第一平移被驱动元件，并且旋转被驱动元件是第一旋转被驱动元件。所述耦联单元包括用于产生平移驱动运动的第二平移驱动元件和用于产生旋转驱动运动的第二旋转驱动元件。所述无菌单元具有能够与第二平移驱动元件耦联的第二平移被驱动元件和能够与第二旋转驱动元件耦联的第二旋转被驱动元件。在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，与耦联单元连接的无菌阀将第一和第二平移驱动元件以及第一和第二旋转驱动元件无菌地隔离。
一般性而言，所有驱动元件的驱动运动是彼此不相关的、尤其是不机械耦联的。驱动元件的全部的驱动运动借助于控制单元被控制并且优选被电子地监控。
此外有利的是，所述第一和/或第二平移被驱动元件能够借助于弹性可变形元件的复位力运动到初始位置中，并且在无菌单元与无菌阀分离之后该复位力使相应的平移被驱动元件运动到其初始位置中。由此，在无菌单元与无菌阀连接或者说又连接时和在由此实现驱动元件与被驱动元件的耦联时，平移被驱动元件的确定位置可以简单实现。在此复位力至少是如此大的，使得当没有其它作用到仪器上的力阻止或防止复位时，该复位力将外科手术仪器的通过平移驱动元件引起的位移复位到初始位置中。
此外有利的是，所述耦联单元具有至少一个位置传感器，用于探测第一和/或第二旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置。优选所述设备包括用于探测第一旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置的第一位置传感器和用于探测第二旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置的第二位置传感器。在初始化时，第一旋转被驱动元件借助于第一旋转驱动元件如此远地转动，直至第一位置传感器探测了旋转被驱动元件的一个确定的角位置。尤其是旋转被驱动元件在一个角位置上包括能借助于第一位置传感器探测到的凸起或者凹部，当凸起或者凹部与位置传感器对置设置时，所述凸起或者凹部可借助于位置传感器被探测。由此可以探测旋转被驱动元件的角位置并且以此为出发点借助于控制单元如此监控旋转被驱动元件的进一步驱动，使得所述旋转被驱动元件的角位置随时被获知并且在进一步控制时被考虑。
可以通过相同的方式借助于第二位置传感器来探测第二旋转被驱动元件的确定的旋转角度位置，从而借助于控制单元如此监控第二旋转被驱动元件的驱动，使得该第二旋转被驱动元件的旋转角度位置随时被获知并且在进一步控制时被考虑。
此外有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使平移驱动元件运动到初始位置中。由此，在无菌单元与跟耦联单元相连的无菌阀连接时，设置在其初始位置中的平移驱动元件与设置在其初始位置中的平移被驱动元件自动地直接接合。
平移驱动元件例如可以由叉构成，该叉的齿接合在平移被驱动元件的环绕的槽中。该槽优选是环绕的槽，使得平移被驱动元件连同仪器单元的用于旋转力传递的元件、例如仪器杆可以在叉中转动。
特别有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使第一平移驱动元件运动到初始位置中。在无菌单元与跟耦联单元相连的无菌阀连接时，设置在其初始位置中的第一平移驱动元件与设置在其初始位置中的第一平移被驱动元件可自动地直接接合。
另外有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使第二平移驱动元件运动到其初始位置中。在无菌单元与跟耦联单元相连的无菌阀连接时，设置在其初始位置中的第二平移驱动元件与设置在其初始位置中的第二平移被驱动元件可自动地直接接合。
因此特别有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后第一和/或第二平移被驱动元件借助于弹性可变形元件运动到其初始位置中并且在无菌单元与无菌阀分离之后，第一和/或第二平移驱动元件借助于驱动元件运动到其初始位置中。由此确保，无菌单元与无菌阀的重新连接是可简单实现的并且由此引起的驱动元件与被驱动元件的耦联是可简单实现的。
此外有利的是，被驱动元件沿着外科手术仪器的纵轴线相继地设置，所述被驱动元件从外科手术仪器的近身体中心的端部以如下顺序设置：第一旋转被驱动元件、第一平移被驱动元件、第二旋转被驱动元件、第二平移被驱动元件。作为选择地，在所述顺序中可以紧接着沿着纵轴线设置电触点和/或光学接口。在无菌单元与无菌阀以及无菌阀与耦联单元的相连接的状态中，与被驱动元件互补的驱动元件、与所述电触点互补的电触点和与所述光学接口互补的光学接口对置地设置。由此能够实现不仅无菌单元而且耦联单元的紧凑的和经济的结构。
另外有利的是，所述第一旋转被驱动元件无相对转动地与外仪器杆连接，用于使外仪器杆转动。由此通过第一旋转驱动元件经由第一旋转被驱动元件能够简单地实现外仪器杆绕着其纵轴线的转动。
另外，所述第一平移被驱动元件与沿着外仪器杆的纵轴线方向纵向可移动地设置在外仪器杆中的第一内仪器杆连接，其中，在第一内仪器杆运动时仪器顶端能绕着转动轴线枢转，该转动轴线优选垂直于外科手术仪器的纵轴线延伸。由此，尤其是在借助于第一线性驱动单元驱动平移被驱动元件时，在外科手术仪器的近身体中心的端部上设置的仪器顶端可以弯曲。
所述第二旋转被驱动元件可以无相对转动地与设置在第一内仪器杆中的第二内仪器杆无相对转动地连接，第二内仪器杆转动实现末端执行器的与外仪器杆不相关的旋转。取代第二内仪器杆或者在第二内仪器杆中可以设有转动或推动杆，该转动或推动杆可以尤其是弹性可变形的并且例如构造为金属丝绳。
第二平移被驱动元件可以与相对于第一内仪器杆纵向可移动地设置的第二内仪器杆连接，用于操纵末端执行器。由此可以简单地实现尤其是仪器顶端的末端执行器的操纵。
末端执行器可绕着枢转的转动轴线优选垂直于内仪器杆和外仪器杆的纵轴线。优选地内仪器杆和外仪器杆是彼此无相对转动的。此外，外仪器杆和内仪器杆具有相同的纵轴线、即它们是同轴的。
另外有利的是，无菌单元具有与第二内仪器杆同轴的且与其导电连接的至少一个第一滑环。由此可以将电能从耦联单元经由滑环传导给末端执行器，以便给例如用于高频外科手术的单极的外科手术仪器供应电能。
特别有利的是，无菌单元具有与第一内仪器杆同轴地与该第一内仪器杆电连接的第二滑环，其中，第二内仪器杆和第一内仪器杆彼此电绝缘地设置。优选第一内仪器杆和外仪器杆也彼此电绝缘地设置。由此也可以给用于双极的外科手术仪器的电能传递可靠地供应电能。
特别有利的是，外科手术仪器包括具有两个借助于第二内仪器杆彼此可相对运动的臂的末端执行器并且各臂彼此电绝缘地设置。各臂分别与电缆导电连接，这些电缆在第二内仪器杆中或者在设置在第二内仪器杆中的第三仪器杆中引导。所述电缆优选是用于在无菌单元和末端执行器之间传递电能的被绝缘的导线。由此可以简单地实现高频电能从无菌单元到仪器顶端或者说到末端执行器的简单和可靠的传递。此外，末端执行器的第一臂可以主动运动以便产生各臂彼此的相对运动，而末端执行器的第二臂静止。臂优选是夹持臂、夹紧臂并且可以分别包括切割区域和/或夹紧区域。
另外有利的是，无菌单元具有第一支承件，用于使外仪器杆相对于无菌单元的可与无菌阀耦联的壳体可转动地支承，并且无菌单元具有至少一个第二支承件，用于使转动和推动杆相对于无菌单元的壳体可转动地支承。由此可以简单地实现仪器杆的元件和被驱动元件的简单和可靠的支承。
另外有利的是，耦联单元经由供电线与控制单元和/或供电单元的控制电路连接、优选经由至少一个插塞连接器连接，用于给设置在耦联单元中的至少一个电驱动单元供电。优选在耦联单元中设有四个电驱动单元，它们分别驱动一个驱动元件、例如第一旋转驱动元件、第二旋转驱动元件、第一平移驱动元件和/或第二平移驱动元件。
另外，控制单元可以经由至少一个控制和/或信号单元、优选经由插塞连接器与耦联单元连接，以便将控制单元与耦联单元连接。耦联单元也可以与至少一个供电线连接，以便为高频外科手术输送高频电能。所述高频电能优选经由耦联单元的滑环触点传递给无菌单元的滑环。由此可以实现用于高频外科手术的外科手术仪器的简单使用，其中，向高频外科手术的外科手术仪器的供电在无单独的连接线的情况下简单地通过无菌单元与耦联单元的耦联实现。
此外，无菌单元和耦联单元可以具有用于对测量和/或控制信号和/或图像信息进行光学和/或电传递的传递器件，以便提供用于照明和/或用于在无菌单元和耦联单元之间的图像传递的光学通路。
在本发明中，尤其是在无菌单元与无菌阀连接时用于与被驱动元件耦联的事先被无菌遮蔽的驱动元件被释放。在无菌单元与无菌阀分离时，至少第一传递器件被再次无菌隔离。优选地，在无菌单元与无菌阀连接和分离时，无菌阀已经与耦联单元连接。优选无菌阀在外科手术的整个时期内保持与耦联单元连接，其中，具有无菌单元的仪器单元多次地与操纵器臂的耦联单元分离并又与其连接并且可以被更换为具有另外的无菌单元的另外的仪器单元。
通过本发明尤其可能的是，无菌阀未装备有机械和/或电传递器件，从而不仅非无菌操纵器臂和非无菌耦联单元的可靠的无菌隔离而且驱动单元与被驱动单元的可靠的耦联在中间未连接有另外的传递器件、尤其是在中间未连接有另外的机械传递器件的情况下是可能的。无菌遮蔽件尤其是包括无菌的柔性的器材、例如无菌薄膜和至少一个无菌阀。
有利的是，无菌单元具有至少一个无菌活门，该无菌活门在关闭状态中将第二传递器件无菌隔离。在无菌单元与无菌阀连接时，实现阀活活门和无菌活门相应地从关闭状态运动到打开状态中，从而在第一传递器件和第二传递器件之间的直接传动通过在打开状态中被阀活门和无菌活门释放的开口实现。在无菌单元与无菌阀分离时，实现阀活门和无菌活门相应地从打开状态运动到关闭状态中，从而阀活门在所述分离之后将第一传递器件与无菌区域隔离并且无菌活门在所述分离之后将第二传递器件与无菌区域隔离。
无菌单元根据说明书开头的定义是第1类和第2类的器材并且因而是无菌的。
另外有利的是，耦联单元能够与无菌阀的第一连接区域连接并且无菌单元能够与无菌阀的第二连接区域连接。第一连接区域和第二连接区域优选设置在各无菌阀的相互背离侧上。由此可以实现在外科手术之前、外科手术期间和外科手术之后，不仅无菌遮蔽件而且无菌单元的简单耦联并且因而简单的操作。另外特别有利的是，第二连接区域构造为容纳区域，无菌单元在与第二连接区域连接时可被至少部分第容纳在该容纳区域中。由此可以在无菌单元和无菌阀之间形成简单和可靠的连接。尤其是无菌单元可以至少部分地被压入容纳区域中并且在那里被锁止。
另外有利的是，无菌阀具有第三连接区域，柔性的遮蔽件可与该第三连接区域连接，其中，第三连接区域优选环绕着无菌阀、优选环绕在周面上、优选在第一和第二连接区域之间设置。通过所述无菌阀实现用于将耦联单元与无菌单元耦联的无菌区域和非无菌区域的简单连接，而无菌单元如此不被污染，即无菌单元在与无菌阀分离之后可以不再保持在无菌区域中。
优选耦联单元设置在操纵器臂的近身体中心的端部上。
另外有利的是，无菌阀的第一连接区域可经由第一可分离的止动连接件与耦联单元连接，而无菌阀的第二连接区域可经由第二可分离的止动连接件与无菌单元连接。由此无菌阀不仅与耦联单元而且与无菌单元能够可靠地可连接并且能够简单地又与它们分离，从而对不仅具有无菌阀的无菌遮蔽件而且无菌单元的简单操作、尤其是在手术期间的简单操作是可能的。
特别有利的是，耦联单元包括至少一个耦联传感器，该耦联传感器探测正确地与无菌阀连接的无菌单元的存在。另外，所述设备具有控制单元，只有当借助于耦联传感器探测到正确地与无菌阀连接的无菌单元时，该控制单元才允许在第一传递器件和第二传递器件之间的传递。在另一种有利的实施形式中，耦联传感器借助于设置在无菌单元上的探测元件进行探测，在与无菌阀连接时该探测元件一直伸入到与耦联单元连接的第一连接区域中，使得不仅无菌单元与第二连接区域正确地连接而且耦联单元与第一连接区域正确地连接。控制单元将被驱动元件通过驱动元件的驱动释放，优选只有当耦联传感器已经探测到在无菌单元与第二连接区域之间以及在耦联单元与第一连接区域的正确连接时，控制单元才将被驱动元件通过驱动元件的驱动释放或者说允许该驱动。
附加地可以借助于耦联传感器简单地探测，是否至少无菌单元正确地与无菌阀连接，从而可以由此得出：无菌单元正确地与无菌阀并且经由无菌阀正确地与操纵器臂的耦联单元连接。由此可以通过驱动元件实现被驱动元件的安全的驱动。
外科手术仪器优选包括可插入患者的身体开口中的至少一个末端执行器，例如夹钳、剪刀、夹持器、针保持器、微型解剖器、夹紧设备、缝合设备、冲洗和/或吸走设备、切割刀片、烧灼探头、导管和/或吸嘴。由此外科手术仪器可以选择性地具有不同的末端执行器，这些末端执行器可以用于常见的微创手术、尤其是在腹腔镜外科手术中的微创手术。但附加地或取代地也可使用其它的外科手术仪器。尤其是外科手术仪器也可以是光学的外科手术仪器，例如内窥镜，该内窥镜于是具有另外的光学和电的传递器件或者接口，例如用于摄像机控制的或光学的光导纤维连接件的图像数据传递的、尤其是用于照明的电触点。
第二方面涉及一种用于机械手辅助外科手术的布置系统、尤其是用于在无菌区域内部借助无菌外科手术仪器进行远程机械手辅助作业过程的布置系统。该布置系统具有至少一个根所述的设备、一个显示单元以及至少一个用于输入至少一个输入命令的装置，该显示单元实时地、优选作为图像序列输出手术区的至少一个图像，外科手术仪器的末端执行器可以位于该手术区中，该布置系统还具有控制单元，该控制单元根据输入命令借助于至少一个驱动单元使操纵器臂和经由无菌阀与操纵器臂的耦联单元连接的无菌单元定位。由此可以简单地实现操纵器臂的用于对无菌单元定位的简单控制和/或用于对无菌单元进行操作的操作处理。优选输入装置具有可由操作人员、例如外科医生操纵的操纵元件，其中，输入装置检测操纵元件的空间位置变化并且产生与检测到的空间位置变化相对应的输入命令。控制单元根据输入命令产生至少一个控制命令，通过该控制命令引起无菌单元和/或在远端上设有无菌单元的外科手术仪器的至少一个端部的相同的或按比例缩小的空间位置变化，和/或通过该控制命令引起对在远端上设有无菌单元的外科手术仪器的操纵和或比例缩小的操纵。由此可以简单地实现通过位于手术室内远离患者的或者位于手术室之外的操作人员对外科手术仪器的简单定位和/或操纵。作为实时的图像输出，借助于图像采集单元检测的图像的直接输出优选作为视频序列，而没有超出在图像处理时产生的延迟之外的延迟。
另外有利的是，所述布置系统具有用于机械手辅助外科手术的设备。输入装置优选具有至少两个可被操作人员操纵的操纵元件，其中，输入装置检测每个操纵元件的空间位置变化并且相应地产生与所检测到的空间位置变化相对应的输入命令。控制单元根据每个输入命令相应地产生至少一个控制命令，通过该控制命令引起用于机械手辅助外科手术的在操纵时刻配属于相应的操纵元件的设备的在远端上设有无菌单元的外科手术仪器的至少一个端部的相同的或按比例改变的空间位置变化，和/或通过该控制命令引起该外科手术仪器的操纵和或按比例操纵。由此可以利用多个仪器进行手术，这些仪器同时位于手术区中或者说这些仪器在内窥镜手术时同时位于患者的腹腔中。
无菌阀可以具有两个阀活门，并且和无菌单元可以具有两个无菌活门。
无菌阀在所有的所述的实施形式中不是用于在操纵器臂和无菌单元之间传递电能、电或光学信号和/或机械能的功能链的组成部分。更确切地说，无菌阀可以包括固定的成形件和至少具有阀活门的阀活门系统，该阀活门系统如此将耦联单元的非无菌的驱动元件隔离，使得其与整个耦联单元在装上具有无菌阀的无菌遮蔽件之后相对于无菌环境是无菌隔离的。阀活门系统的打开机构在此结构上优选设计为，使得该打开机构不能够通过无意的操纵从外面被打开。此外，被驱动元件也可以被无菌单元的无菌壳体和尤其是被无菌单元的至少一个无菌活门无菌地隔离。
驱动元件和被驱动元件优选如此设计，使得腹腔镜外科手术仪器可以以总共四个自由度运动，即：
1.仪器杆的旋转；
2.仪器顶端不依赖于仪器杆的旋转；
3.仪器顶端相对于仪器杆的弯曲；
4.外科手术仪器的操纵，尤其是用于引起两个相对彼此可运动地设置的元件的相对运动、例如仪器顶端或者剪切刀片的夹持运动。
无菌单元的无菌壳体在与无菌阀连接期间优选被压入第二连接区域的容纳区域中并且通过在无菌阀上的机械止动件防止意外的松开。因此机械止动件引起在无菌阀和无菌单元之间的止动连接。为了将无菌单元与无菌阀分离，手动地对解锁键进行操纵，使得无菌单元可以与第二连接区域分离、优选从第二连接区域的容纳区域中被取出。
一般性而言，任意的元件的面向患者的一端被视为近身体中心(端)。一般性而言，元件的背离患者的一端被视为远身体中心(端)。
附图说明
另外的特征和优点在下述说明中得出，下述说明借助于实施例并结合附图对本发明进行详细地解释。在附图中：
图1是用于机械手辅助外科手术的具有操纵器的系统的示意图，该系统具有四个操纵器臂，仪器单元的一个无菌单元可分别与这些操纵器臂连接；
图2是在图1中所示的操纵器的前视图；
图3是操纵器臂的一个部段的透视图，该部段具有用于将操纵器臂与包括无菌单元的仪器单元耦联的耦联单元、与耦联单元耦联的无菌阀和仪器单元的与无菌阀耦联的无菌单元；
图4是根据图3的布置系统的另一个透视图；
图5是用于将设置在无菌区域中的仪器单元与操纵器臂的非无菌的耦联单元连接的布置系统；
图6是操纵器臂的耦联单元的示意图；
图7是隐去壳体上侧的根据图6的耦联单元；
图8是没有上壳体部分的根据图6和7的耦联单元；
图9是根据图6至8的耦联单元的纵剖视图；
图10是具有关闭的和锁止的无菌活门的无菌阀的透视图；
图11是具有无菌单元的打开的无菌活门的仪器单元的透视图；
图12是具有关闭的无菌活门的根据图11的仪器单元的透视图；
图13是移去底板的根据图11和12的仪器单元；
图14是根据图13的仪器单元的局部的剖视图，该仪器单元具有多个可借助于耦联单元的驱动元件被驱动的元件；
图15是耦联单元、无菌阀和仪器单元的布置系统的俯视图；
图16是在用于将仪器单元与跟耦联单元耦联的无菌阀连接的第一位置中的根据图15的布置系统沿着剖切线O-O的剖视图；
图17是在用于将仪器单元与跟耦联单元耦联的无菌阀连接的第二位置中的根据图15的布置系统沿着剖切线O-O的剖视图；
图18是在用于将仪器单元与跟耦联单元耦联的无菌阀连接的第三位置中的根据图15的布置系统沿着剖切线O-O的剖视图；
图19是仪器单元、无菌阀和耦联单元在连接状态中的剖视图；
图20是根据第二实施形式的仪器单元的局部；
图21是根据第二实施形式的具有无菌阀的无菌遮蔽件；
图22是根据第三实施形式的仪器单元的局部；并且
图23是根据第三实施形式的具有无菌阀的无菌遮蔽件。
具体实施方式
图1示出一种用于机械手辅助外科手术的系统10的示意图，该系统具有操纵器12，该操纵器具有一个支架14和四个操纵器臂16a至16d。在其它的实施例中，操纵器12也可以具有更多的或者更少的操纵器臂16a至16d。每个操纵器臂16a至16d经由操纵器臂16a至16d的耦联单元与无菌仪器单元300a至300d连接。仪器单元300a至300d是无菌的并且除了用于将仪器单元300a至300d与操纵器臂16a至16d的耦联单元耦联的无菌单元以外还包括外科手术仪器、尤其是末端执行器，其中，末端执行器可以借助于操纵器臂16a至16d的耦联单元运动和/或被操纵。取代外科手术仪器，仪器单元300a至300d也可以包括光学仪器、尤其是内窥镜和/或医疗设备、尤其是用于涂敷药物的医疗设备、用于排出冲洗液的医疗设备和/或用于吸走清洗液和/或分泌物的医疗设备。
支架14具有立在手术室的地板上的支架脚24。操纵器臂16a至16d与支架14的支架头20连接。在其它的实施形式中所述支架也可以是天花板支架。
支架头20的位置可以借助于第一驱动单元22和设置在支架脚24中的第二驱动单元26进行调节。借助于驱动单元22可以使各支架臂28、30彼此相对运动。借助于驱动单元26可以使支架臂30相对于支架脚24的安装面的倾角发生改变和/或使支架臂30绕着竖直转动轴线转动。一般而言，在对患者进行手术之前实现支架头20的定位。在手术期间，支架头20相对于手术台34的支柱32的位置通常不改变。借助于控制单元36对操纵器12进行控制。控制单元36经由数据和/或控制线与输入和输出单元37连接，该输入和输出单元借助于至少一个显示单元尤其是将手术区的图像实时地输出给操作人员。操作人员进行输入操作，通过该输入操作在患者手术期间对仪器单元300a至300d进行定位和操纵。输入和输出单元37因此也用作人机界面。
控制单元36还经由控制和/或数据连接线与手术台34的未示出的控制单元连接。经由该控制和/或数据连接线确保：手术台34的患者支承面的位置或者患者支承面的部分的位置只有在如下情况下才可以发生变化，即这基于仪器单元300a至300d的定位对于待进行手术的患者无危险时。
手术台34以及仪器单元300a至300d设置在无菌手术区39中。操纵器臂16a至16d和支架14不是无菌的。操纵器12的伸入无菌手术区39中的区域、即操纵器臂16a至16d、支架头20和支架臂28的一部分被无菌地包裹在借助于虚线表示的柔性的无菌套38、例如无菌薄膜中，使得所述操纵器臂、支架头和支架臂的一部分可以无危险地设置在无菌手术区39中。输入和输出单元37设置在无菌区域39外部并且因而无需被无菌包裹。
在多次手术的情况下，在手术期间根据手术进程必须多次更换仪器单元300a至300d。因此必须在操纵器臂16a至16d和仪器单元300a至300d之间设置无菌接口，该无菌接口确保：在仪器单元300a至300d分离之后，操纵器臂16a至16d的耦联单元的非无菌部件也被无菌遮蔽。此外，由于接触了操纵器臂16a至16d的耦联单元的非无菌元件，仪器单元300a至300d的被污染的元件在仪器单元300a至300d与操纵器臂16a至16d分离之后必须被无菌遮蔽，从而仪器单元300a至300d可以放置在无菌区域39中，而不会污染在无菌区域39中的其它元件。对此在操纵器臂16a至16d的耦联单元和仪器单元300a至300d之间设有无菌阀，该无菌阀具有至少一个阀活门，当没有仪器单元300a至300d与无菌阀连接时，该阀活门是关闭的，从而无菌区域39的非无菌耦联单元借助于柔性的无菌套38和集成到该无菌套中的无菌阀与无菌区域39隔离。
在图2中示出根据图1的操纵器12的前视图。操纵器12的操纵器臂16a至16d分别具有多个部段40a至58a，这些部段可借助于集成的驱动单元彼此相对运动，使得各仪器单元300a至300d能够在无碰撞的情况下精确地定位。用于隔离操纵器臂16a至16d的一部分的无菌套38在图2中未示出。操纵器臂16a的各部段用附图标记40a至58a表示。其它的操纵器臂16b至16d具有相同的结构并且具有在图2中出于清楚原因未示出的部段40b至58b、40c至58c和40d至58d。操纵器臂16a至16d的相同元件具有相同的附图标记并且标记有附加的字母以区分各操纵器臂16a至16d。在后续说明中给出的实施形式针对操纵器臂16a和仪器单元300a，它们在后面用操纵器臂16和仪器单元300表示。操纵器臂16a的部段40a至58a在后面被表示为部段40至58。但所述实施形式以相同方式适用于相同构造的操纵器臂16b至16d和仪器单元300b至300d。具有相同结构和/或相同功能的元件用相同的附图标记表示。
图3示出操纵器臂16的一个部段的透视图，该部段具有用于将操纵器臂16与包括无菌单元400的仪器单元300耦联的耦联单元100。为此，耦联单元100与集成到无菌套38中的无菌阀200连接。无菌阀200不仅可以与耦联单元100而且也可以与无菌单元400连接和可再次分离。在图3中无菌阀200不仅与耦联单元100而且与无菌单元400耦联地示出。耦联单元100设置在伸缩组件60的远端上。
伸缩组件60具有可相对彼此移动的部段62、64、66并且在图3中在移出状态中示出。伸缩组件60的部段62、64、66可以借助于驱动单元68移入和移出，使得仪器单元300的外科手术仪器500可以沿着仪器杆512的纵轴线510与耦联单元100、无菌阀200和无菌单元400一起运动。借助于集成到部段52中的驱动单元可以使部段54与设计为活节臂的部段56一起绕着转动轴线57转动。部段58经由耦联传动装置59与部段56连接，使得在激活与耦联传动装置59相连的驱动单元之后部段58可以绕着转动轴线61枢转。另外，耦联单元100经由在图3中不可见的耦联传动装置可相对于部段66绕着转动轴线67转动地设置。该耦联传动装置也可经由与该耦联传动装置相连的驱动单元被驱动，使得在激活该驱动单元时耦联单元100绕着转动轴线67转动。在此这样控制耦联传动装置的驱动单元，使得在操纵器臂16和其部段运动时仪器杆512的纵轴线510绕着在空间中位置固定的枢转点69枢转，由此使得在手术时优选通过套针插到患者身上的仪器杆512的纵轴线绕着枢转点69转动，从而确保通过仪器500的运动使得患者在仪器500在患者中的进入部位上仅受小的负荷并且尤其是防止患者的在仪器杆512的进入部位上受伤。
在图4中示出了根据图3的布置系统的另一个透视图，其中，不同于图3，伸缩组件60的部段62、64、66在移入状态中示出，由此仪器单元300沿着仪器杆512的纵轴线510的方向朝向外科手术仪器500的近身体中心的末端移动。由此通过伸缩组件60的移入使得仪器单元300沿着仪器500的纵轴线510朝向仪器500的近身体中心的末端方向移动。但在此，枢转点69的位置保持不变。即使在部段56、58、60绕着转动轴线57转动时，通过耦联传动装置59的驱动单元的对应控制，枢转点69在其空间位置中也可不变，其方式为：部段60绕着转动轴线61进行对应的转动并且耦联单元100绕着转动轴线67进行对应的转动。此外通过耦联传动装置的对应的驱动装置产生的虚拟转动轴线(未示出)穿过枢转点69，该虚拟转动轴线平行于转动轴线61、67并且垂直于转动轴线57延伸。
构造为活节臂的部段56的转动轴线57和仪器500的纵轴线510在枢转点69处相交。枢转点69也被称为枢轴点。
图5示出了在无菌阀200与耦联单元100接合之前以及在无菌单元400与无菌阀200接下来的接合之前的耦联单元100、无菌阀200以及具有无菌单元400和外科手术仪器500的仪器单元300，该外科手术仪器有末端执行器514。设计为无菌薄膜的柔性的无菌套38在无菌阀200的环绕的连接边缘202上经由合适的连接、例如压合连接、粘接连接和/或焊接连接与该无菌阀固定连接，使得无菌薄膜38与无菌阀200一起构成围绕与无菌区域39待隔离的非无菌元件16、100的封闭的无菌遮蔽件，例如这也在图1、3和4中示出。为了更好地表示，在图5中仅示出无菌薄膜38的围绕无菌阀200的部分。在后面的附图中无菌薄膜38部分地未示出。
为了将无菌单元400与耦联单元100耦联，无菌阀200在无菌单元400和耦联单元100之间设置并且在无菌单元400和耦联单元100的耦联状态中能够实现耦联单元100的第一传递器件102与无菌单元400的第二传递器件的直接耦联。第二传递器件在图11中用附图标记406表示。
在本实施例中，借助于第一传递器件102不仅在耦联单元100和无菌单元400之间传递机械能而且也传递电能。为此，耦联单元100的第一传递器件102具有至少四个机械的驱动元件110至116，而无菌单元400的第二传递器件406具有四个与所述驱动元件110至116互补的在图11中示出的被驱动元件412至418。此外，第一传递器件102包括具有两个电触点106、108的电传递元件104，并且第二传递器件406具有与第一传递器件102的电传递元件104互补的电传递元件。所述互补的电传递元件包括在图11中示出的两个电触点422、423。
在其它实施例中，第一和第二传递器件也可以包括更多的或者更少的驱动元件、被驱动元件和电传递元件，它们通过直接耦联来传递机械能和/或电能。在此各传递器件的耦联视为直接耦联，其中，在第一传递器件和第二传递器件之间不设置另外的用于传递机械能和/或电能和/或光学射线的传递元件，其中，尤其是没有电传递元件、机械传递元件或者光学传递元件设置于在耦联单元100和无菌单元400之间设置的无菌阻隔物、例如无菌阀200中。耦联单元100还具有RFID读写单元121，借助于该RFID读写单元，无菌单元400的RFID应答器494可被读取和/或可写入。
图6示出操纵器臂16的耦联单元100的示意性透视图。耦联单元100的第一传递器件102包括具有两个电触点106、108的电传递元件104、用于传递光和/或光学信号的光学传递器件109、分别用于传递平移运动的第一平移驱动元件110和第二平移驱动元件112以及用于传递旋转运动的第一旋转驱动元件114和第二旋转驱动元件116。第一和第二平移驱动元件110、112分别构造为线性升程叉，并且第一和第二旋转驱动元件114、116构造为具有端侧啮合部的驱动小齿轮。此外，耦联单元100具有设置在凹部中的第一耦联传感器118，当无菌阀200正确地与耦联单元100耦联并且无菌单元400正确地与无菌阀200耦联时，所述第一耦联传感器对由从无菌单元400中伸出的第一探测销构成的第一探测元件进行探测。在该情况下无菌单元400的第一探测销伸入到其中设有第一耦联传感器118的凹部中，使得该第一耦联传感器探测作为第一探测元件作用的第一探测销的存在。所述第一探测销在图11中示出并且在那里用附图标记426表示。
耦联单元100具有第二耦联传感器120，该第二耦联传感器在驱动元件112、114侧旁设置在另外的凹部中，这例如在图5中更清楚地可见。当不仅耦联单元100正确地与无菌阀200耦联而且无菌阀200正确地与无菌单元400耦联时，第二耦联传感器120对由无菌单元400的第二探测销构成的第二探测元件进行探测。第二探测销在图11中示出并且在那里用附图标记428表示。由此借助于耦联传感器118、120可靠地确定：无菌单元400是否正确地与耦联单元100耦联，使得在耦联单元100的第一传递器件102和无菌单元400的第二传递器件之间的直接传递是可能的。为了将耦联单元100与无菌阀200连接，耦联单元100具有相互对置的导向槽122、124，无菌阀200的导向销204、206插入这些导向槽中，直到它们已经到达相应的导向槽122、124的前端部123、125，例如这在图10中示出。导向销204、206在无菌阀200的第一端部上在对置侧上向外伸出，如这在图5和10中可见的那样。紧接着向下挤压无菌阀200的对置的第二端部，使得无菌阀200绕着穿过导向销204、206延伸的转动轴线转动，直到止动元件128的止动鼻126接合到无菌阀200的互补的止动区域中。
图7示出隐藏了壳体上侧的根据图6的耦联单元100，并且图8示出了没有上壳体部分的根据图6和7的耦联单元100。耦联单元100总共具有四个驱动马达140至146，这些驱动马达分别设计成具有转速计的直流马达，使得控制单元36随时获知相应的马达的旋转角度并且这可以在另外的控制时考虑。第一驱动马达140经由第一线性耦联传动装置147与第一平移驱动元件110耦联，在激活驱动马达140时该第一平移驱动元件通过控制单元36执行平移驱动运动。第二驱动马达142经由第二线性耦联传动装置148与第二平移驱动元件112耦联，使得在第二驱动马达142驱动运动时第二平移驱动元件112执行直线驱动运动。第三驱动马达144经由第一传动级150与第一旋转驱动元件114耦联，使得在第三驱动马达144驱动运动时第一旋转驱动元件114发生转动。第四驱动马达146经由第二传动级152与第二旋转驱动元件116耦联，使得在第四驱动马达146驱动运动时该第二旋转驱动元件执行旋转运动。
图9示出了耦联单元100的纵剖视图。解锁键134绕着转动轴130可枢转地设置并且通过弹簧132保持在其在图9中所示的止动位置中。为了松开止动连接，利用手指压到止动元件128的解锁键134上，使得弹簧132张紧并且止动元件128连同止动鼻126一起沿箭头P0方向转动，从而止动鼻126与无菌阀200的互补的止动元件脱开。由此可以使无菌阀200的事先与止动鼻126处于接合的第二端部从耦联单元100中枢转出来。在无菌阀200的该第二端部从耦联单元100中枢转出来之后，无菌阀200可以完全与耦联单元100分离，其方式为：无菌阀200利用与导向槽122、124处于接合的导向销204、206沿着导向槽122、124从其中被拉出，直至导向元件204、206不再与导向槽122、124处于接合。在导向槽122、124和止动元件128之间设有通过对应的凹部在耦联单元100的壳体中形成的容纳区域，该容纳区域在本实施例中在三个侧面上和在底侧上至少部分地包围无菌阀200。
图10示出了具有关闭的阀活门208、210的无菌阀200的透视图。无菌阀200具有底部212，在该底部中设有两个可借助于阀活门208、210被遮蔽的开口214、216。阀活门208、210经由铰链可枢转地与底部212连接。借助于这些铰链可以使阀活门208、210从在图10中示出的关闭状态枢转到打开状态中。在阀活门208、210的打开状态中可以实现耦联单元100的驱动元件110至116与无菌单元400的被驱动元件的直接耦联。此外，在阀活门208、210打开时可以实现耦联单元100的电传递元件104与无菌单元400的电传递元件的直接耦联。
无菌阀200还具有两个侧壁218、220、一个前端壁222和一个后端壁224。在侧壁218、220的外侧上和在端壁222、224上构成有环绕的边缘202，如结合图5已述的那样，无菌遮蔽件38的无菌薄膜以合适的方式与该边缘连接。
在前端壁222的内侧上在端壁222的V形凹部226侧旁分别固定地设有两个导向和解锁边条228、230，在无菌阀200与无菌单元400连接时这两个导向和解锁边条用作解锁元件，用于将无菌单元400的无菌活门解锁。
在无菌阀200的底部212上存在分别通孔形式的第一探测窗232和第二探测窗234，无菌单元400的已提及的探测元件426、428穿过这些探测窗，使得这些探测元件能够被耦联单元100的第一耦联传感器118和第二耦联传感器120探测到。
在阀活门208、210的前端部和后端部上分别设有一个导向凹槽236至242。前部的导向凹槽236、238不起作用。在阀活门208、210的关闭状态中，导向叉244的齿246、248接合到后部的导向凹槽240、242中。导向叉244借助于弹簧被压到在图10中所示的其上部的位置中并且通过导向叉的齿246、248接合到导向凹槽240、242中将阀活门208、210关闭并且使阀活门在其关闭的位置中保持。阀活门208、210由于叉齿246、248的接合而不会被彼此压开，从而在阀活门208、210关闭时耦联单元100的非无菌的传递器件102可靠地被遮蔽并且耦联单元100的非无菌元件可靠地与无菌区域39隔离。
在侧壁218、220中分别设有一个止动凹槽250、252，在无菌阀200与无菌单元400连接时无菌单元400的止动元件接合到这些止动凹槽中。在无菌阀200的后端壁224上设有导向边条254，在无菌阀200与无菌单元400连接时该导向边条接合到无菌单元400的导向槽452中，例如这在图11中示出。
在无菌阀200的后端壁224的外侧上构成有止动鼻，当耦联单元100与无菌阀200连接时，耦联单元100的止动元件128的止动鼻126接合到所述止动鼻中。
如由图10可见，侧壁218、220、端壁222、224和底部218构成一个壳体内凹部，为了将无菌单元400与耦联单元100连接，无菌单元400可至少部分地插入该壳体内凹部中。因此壳体内凹部一般来说用作无菌阀200的第一连接区域266。无菌阀200的外侧用作第二连接区域268，利用该第二连接区域可以将无菌阀200与耦联单元100连接。
图11示出具有无菌单元400和外科手术仪器500的仪器单元300的透视图。在可转动的外部的仪器杆512的近身体中心的端部上设有具有可操纵的夹持臂516、518的可弯曲和可转动的末端执行器514。当无菌单元400经由无菌阀200与耦联单元100连接时，末端执行器514的运动可借助于耦联单元100的驱动元件110至116和无菌单元400的被驱动元件408至414执行。无菌单元400具有无菌活门402、404，这些无菌活门在图11中在打开的状态中示出并且在图12中在关闭的状态中示出。在无菌单元400的内部设有第二传递器件，该第二传递器件在无菌活门402、404打开时可见并且用附图标记406表示。第二传递器件406包括在与耦联单元耦联时与第一平移驱动元件110处于接合的第一平移被驱动元件408和与耦联单元100的第二平移驱动元件112处于接合的第二平移被驱动元件410，所述第一平移被驱动元件和第二平移被驱动元件分别用于传递平移运动。此外设有可与耦联单元100的第一旋转驱动元件114耦联的第一旋转被驱动元件412以及与耦联单元100的第二旋转驱动元件116处于接合的第二旋转被驱动元件414，所述第一旋转被驱动元件和第二旋转被驱动元件分别用于传递旋转运动。在外科手术仪器500与耦联单元400连接的情况下，当无菌单元400的第二平移被驱动元件410由耦联单元100的第二平移驱动元件112沿箭头P2的方向运动时，末端执行器514绕着翻转轴线D4沿着箭头方向P1枢转直至90°。在第一平移被驱动元件408沿箭头P3的方向运动时，末端执行器514的夹持臂516、518彼此运动分开并且朝向相反方向相向运动。在无菌单元400的第一旋转被驱动元件412借助于耦联单元100的第一旋转驱动元件114被驱动时，末端执行器514可以不依赖于仪器杆512地转动。借助于第二旋转被驱动元件414，在与耦联单元100的第二旋转驱动元件116耦联且被其驱动时可以实现仪器杆512绕着其纵轴线510旋转，以便使得末端执行器514的翻转轴线D4的位置绕着外部的仪器杆512的转动轴线510转动，而末端执行器514本身不一起转动。
此外设有第一弹簧416，该第一弹簧逆着箭头P3的箭头方向将无菌单元400的第一平移被驱动元件408压到其末端位置中。此外，设有第二弹簧418，该第二弹簧逆着箭头P2的箭头方向将无菌单元400的第二平移被驱动元件410压到其末端位置中。此外无菌单元400具有支承件420，用于将外部的仪器杆512可转动地支承在无菌单元400中。取代外科手术仪器500，与无菌单元400相耦联的也可以是其它仪器、例如剪刀、针保持器、光学仪器、冲洗单元、吸走单元、高频外科手术仪器和其它的在手术中、尤其是在腹腔镜手术中使用的仪器，其中，第二传递器件406设计用于实现对应的功能。
根据本实施例，第二传递器件406还包括电传递元件，该电传递元件具有构造为滑环的第一电触点422和构造为滑环的第二电触点423，在无菌单元400经由无菌阀200与耦联单元100耦联时这些电触点与耦联单元100的电触点106、108形成用于传递用于高频外科手术的高频电能的电连接。在其它实施例中也可以不设有电传递器件。
无菌单元400具有两个伸出的凸块415、417，这两个凸块在无菌单元400嵌入到无菌阀200中时至少如此远地将被解锁的无菌活门208、210分开，直至凸块415、417设置在无菌活门208、210之间。在进一步将无菌单元400嵌入到无菌阀200中时，无菌单元400的楔形的接合元件456至462进一步将无菌活门208、210彼此压离，直至这些无菌活门设置在图18中所示的其打开位置中。
无菌单元400的在图11和12中向上指向的底板401如已提及地具有构造为伸出的探测销的探测元件426、428。在无菌单元400借助于在无菌单元400和耦联单元100之间设置的无菌阀200与耦联单元100耦联时，探测元件426穿过无菌阀200的第一探测窗232伸入到耦联单元100的第一耦联传感器118的凹部中，并且第二探测元件428穿过第二探测窗234伸入到耦联单元100的第二耦联传感器120的凹部中。在借助于耦联传感器118、120探测到探测元件426、428时，可以探测无菌阀200与耦联单元100以及无菌单元400与无菌阀200的正确耦联，使得只有在借助于耦联传感器118、120探测到探测元件426、428之后，传递元件110至116的驱动才被控制单元释放。此外，只有在借助于耦联传感器118、120正确地探测到探测元件426、428之后高频能量的传递才经由传递元件106、108被释放。
无菌单元400还具有设置在对置侧壁430、432上的两个止动元件434、436，这两个止动元件借助于从侧壁430、432伸出的操纵元件438、440被操纵。当无菌单元400正确地与无菌阀200连接时，止动元件434、436接合到设置在无菌阀200的侧壁218、220中的止动凹槽250、252中。
无菌单元400的前端壁442具有两个槽444、446，在无菌单元400与无菌阀200连接时，无菌阀200的导向和解锁边条228、230插入这两个槽中并且因而将402、404解锁。
此外，无菌阀200的导向边条254接合到设置在无菌单元400的后端侧450上的导向槽452中。在导向槽452的下端部上操纵边条454向外从底板401中伸出，该操纵边条在无菌单元400嵌入无菌阀200中时将导向叉244向下压并且由此通过导向叉244将阀活门208、210的锁止松开。
图13示出根据图11和12的仪器单元300，其中，无菌单元400的底板401已被移去。图14示出了根据图13的仪器单元300的一个局部的剖视图，该局部具有多个借助于耦联单元100的驱动元件110至116被驱动的元件408至414。构造为齿轮的第二旋转被驱动元件414与外部的仪器杆512和用于探测外部的仪器杆512的杆转动的第二角度传感器470无相对转动地连接。第二角度传感器470在其圆周的一个部位上具有伸出的凸块，当凸块与第二位置传感器156对置地设置时，该凸块可借助于耦联单元100的第二位置传感器156被探测。
第二平移被驱动元件410与第一内仪器杆520连接，使得在第二平移被驱动元件410平移运动时第一内仪器杆520平移运动。
第一旋转被驱动元件412无相对转动地与第一角度传感器468和第二内仪器杆522无相对转动地连接。以与第二角度传感器470相同的方式，第一角度传感器468在其周边的一个部位上具有伸出的凸块，当凸块与该第一位置传感器154对置地设置时，该凸块可借助于耦联单元100的第一位置传感器154被探测。第二内仪器杆522用于与外仪器杆512的转动角度无关的末端执行器转动。第一内仪器杆520用于末端执行器514的弯曲。
第一平移被驱动元件408与第三内仪器杆524连接，用于传递平移驱动运动。第三内仪器杆524尤其是用于执行末端执行器514的夹持臂516、518的开口运动，这些夹持臂尤其是在图11中示出。
在直接在无菌单元400与耦联单元100耦联之后进行初始化时，使旋转被驱动元件412、414连同角度传感器468、470一起相应地转动最大360°，由此确定和设定外仪器杆512或者说第二内仪器杆522的精确的初始转动位置，控制单元38由此出发来确定相应的仪器杆512、522的精确的转动位置并且借助于在相应的驱动马达144、146中配设的测速发电机连续地监控所述转动位置，使得相应的仪器杆512、522的精确的转动角度位置随时被控制单元38获知并且在进一步控制驱动马达140至146时可以被考虑。
在构造为滑环的电触点422和423之间是光学接口421，该光学接口也用于电触点422、423的相互的电绝缘。电触点422、423与电缆连接，这些电缆在第三内仪器杆524中引导到达末端执行器514的夹持臂516、518。
必要时，另外的电缆和/或光导纤维可以通过第三内仪器杆524引导到达末端执行器514。
在图14中示出的剖视图中清楚可见外仪器杆512和内仪器杆520至526的同轴布置结构。V形元件456至462用作支承边条以支承内仪器杆520至526，其中，内仪器杆520至526直接或间接可转动地支承在支承边条520至526中。
图15示出了具有耦联单元100、无菌阀200和仪器单元300的布置系统的俯视图，该仪器单元包括无菌的无菌单元400和无菌的外科手术仪器500。图16示出根据图15的布置系统在直接在仪器单元300的无菌单元400与已经跟耦联单元100耦联的无菌阀200连接之前的第一位置中沿着剖切线O-O的剖视图。图17示出根据图15的布置系统在仪器单元300的无菌单元400与已经跟耦联单元100耦联的无菌阀200连接时的第二位置中沿着剖切线O-O的剖视图。图18示出根据图15的布置系统在第三位置中沿着剖切线O-O的剖视图，在该第三位置中，仪器单元300的无菌单元400与跟耦联单元100耦联的无菌阀200连接，使得耦联单元100的第一传递器件102与第二传递器件406的传递元件处于接合以便直接耦联。在图16中所示的位置的情况下，导向翻板464、466由于导向和解锁边条228、230插入槽444、446中而运动并且由此已经沿着其转动轴线D6、D8朝向箭头P4、P5的方向从其锁止位置运动到其解锁位置中，使得无菌活门402、404连同导向翻板464、466一起通过无菌单元400沿着箭头P10的方向的运动和由此引起的无菌活门402、404与阀活门208、210的接触被压开。由此无菌单元400更深地进入无菌阀200的用于容纳无菌单元400而设置的容纳区域中，使得操纵边条454与导向叉244进入接合并且使该导向叉克服导向叉弹簧的弹簧力地枢转。由此导向叉244的齿246、248与导向凹槽240、242进入接合，使得阀活门208、210可以被凸块415、417彼此压开并且由此可以被打开。在无菌单元400沿着箭头P10的方向进一步运动时，V形的接合元件458至462与阀活门208、210相接合并且将这些阀活门和无菌活门402、404连同导向翻板464、466进一步向外挤压到其在图18中所示的完全打开的位置中。由于阀活门208、210与无菌活门402、404的接触，这些无菌活门连同导向翻板464、466被进一步打开，直至所有的翻板208、210、402、404、464、466设置在图18中所示的打开位置中。在将无菌单元400从无菌阀200中取出的情况下无菌单元400反向运动(即从在图18中所示的位置逆着箭头P10的方向运动到在图16中所示的位置中)时，进行无菌活门、导向翻板和阀活门的反向运动过程，使得这些翻板尤其是由于弹簧的弹簧力被关闭并且导向叉244的齿246、248又与导向凹槽240、242处于接合并且阀活门208、210完全关闭。通过叉齿246、248与导向凹槽240、244的如此产生的形锁合，阀活门208、210可靠地保持在其关闭位置中，使得阀活门208、210不能够从外面被打开。同样地，在将无菌单元400从无菌阀200中移出时导向翻板464、466借助于弹簧被完全关闭并且运动到其锁止位置中，使得紧接着即使在外力作用于无菌活门402、404时这些导向活门也不能被打开。
图19示出了在连接状态中的仪器单元300、无菌阀200和耦联单元100的剖视图。在此不仅耦联单元100的而且无菌单元400和无菌阀200的上部壳体区域被切下，使得无菌阀200在耦联单元100的容纳区域的设置以及无菌单元400在无菌阀200的容纳区域内部的设置清楚可见。
图20示出了根据第二实施形式的具有无菌单元1400和外科手术仪器1500的仪器单元1300的局部。不同于仪器单元300，仪器单元1300的无菌单元1400不具有无菌活门而是具有用于无菌遮蔽被驱动元件的百叶窗1410。仪器单元1300的其它结构和功能与根据图1至19的仪器单元300的结构和功能一致。
图21示出具有无菌阀1200的无菌遮蔽件1038的局部，该无菌阀不同于无菌阀200不具有无菌活门而是具有百叶窗1210，用于无菌地将耦联单元100的驱动元件隔离。耦联单元1400的百叶窗1410以及无菌阀1200的百叶窗1210在无菌单元1400与无菌阀1200连接或者说在无菌单元1400与无菌阀200连接或者说在无菌单元400与无菌阀1200连接时以合适的方式通过机械接合被打开。替代地，可以设有主动的驱动元件，例如分别为电动马达，用于打开或关闭相应的百叶窗1410、1210。
在图22中示出根据第三实施形式的具有无菌单元2400的仪器单元2300的局部。无菌单元2400不具有用于无菌地遮蔽被驱动元件的元件，使得该仪器单元2400在与无菌阀200、1200分离之后或者在与在图23中示出的另外的无菌阀2200分离之后立即从无菌区域39中移出。
在图23中所示的无菌遮蔽件2038包括无菌阀2200，该无菌阀以与无菌单元200相同的方式可与耦联单元100连接。不同于无菌阀200，无菌阀2200不具有阀活门而是包括设有借助于虚线表示的额定断裂部位的薄膜，该薄膜在无菌单元400、1400、2400与无菌阀2200连接时在所述额定断裂部位处裂开，使得耦联单元100的驱动元件110至116与被驱动元件408至414可以简单地直接耦联。优选在使用无菌阀2200时无菌单元400、1400、2400在手术期间不分离，而是在手术结束之后才分离。
附图标记列表
10 系统
12 操纵器
14 支架
16、16a至16d 操纵器臂
20 支架头
22、26 驱动单元
24 支架脚
28、30 支架臂
32 手术台支柱
34 手术台
36 控制单元
37 输入和输出单元
38 无菌套
39 无菌手术区
40a至58a 部段
40b至58b 部段
40c至58c 部段
40d至58d 部段
60 部段
62、64、66 伸缩组件的部段
68 驱动单元
100 耦联单元
102 第一传递器件
104 第一电传递元件
106、108 电触点
109 光学传递器件
110 第一平移驱动元件/线性行程叉
112 第二平移驱动元件/线性行程叉
114 第一旋转驱动元件/驱动小齿轮
116 第二旋转驱动元件/驱动小齿轮
118、120 耦联传感器
121 RFID读写单元
122、124 导向槽
123、125 导向槽的前端部
126 止动鼻
128 止动元件
130 转动轴线
132 弹簧
134 解锁键
136、138 开口
140、142、144、146 驱动马达
147 第一线性耦联传动装置
148 第二线性耦联传动装置
150 第一传动级
152 第二传动级
154、156 位置传感器
200 无菌阀
202 连接边缘
204、206 导向销
208、210 阀活门
212 底部
214、216 开口
218、220 侧壁
222 前端壁
224 后端壁
226 V形凹部
228、230 导向和解锁边条
232、234 探测窗
236至242 导向凹槽
244 导向叉
246、248 齿
250、252 止动凹槽
254 导向边条
266 第一连接区域
268 第二连接区域
300、300a至300d 仪器单元
400 无菌单元
401 底板
402、404 无菌活门
406 第二传递器件
408 第一平移被驱动元件
410 第二平移被驱动元件
412 第一旋转被驱动元件
414 第二旋转被驱动元件
415、417 凸块
416、418 弹簧
420 外仪器杆的支承件
421 光学接口
422、423 电触点
426、428 探测元件
430、432 侧壁
434、436 止动元件
438、440 操纵元件
442 前端壁
444、446 槽
450 后端侧
452 导向槽
454 操纵边条
456至462 V形接合元件
464、466 导向翻板
468、470 角度传感器
494 RFID应答器
500 仪器
510 仪器杆的纵轴线
512 外仪器杆
514 末端执行器
516、518 夹持臂
D4 翻转轴线
D6、D7、D8 转动轴线
P1、P2、P3 指示方向的箭头
520 第一内仪器杆
522 第二内仪器杆
524 第三内仪器杆
1300 仪器单元
1400 无菌单元
1500 外科手术仪器
1410 百叶窗
1038 无菌遮蔽件
1200 无菌阀
1210 百叶窗
2300 仪器单元
2400 无菌单元
2500 外科手术仪器
2038 无菌遮蔽件
2200 无菌阀

Claims (17)

1.用于机械手辅助外科手术的设备，
该设备具有至少一个非无菌的操纵器臂(12)，该操纵器臂包括具有驱动元件的耦联单元(100)，
该设备具有设置在无菌区域中的无菌的仪器单元(300)，该仪器单元包括外科手术仪器(500)和用于将外科手术仪器(500)与耦联单元(100)的驱动元件耦联的无菌的无菌单元(400)，
该设备具有第一无菌遮蔽件(40)，用于将操纵器臂(12)的至少一部分与无菌区域隔离，其特征在于，
所述耦联单元(100)包括用于产生平移的驱动运动的平移驱动元件(110)和用于产生旋转的驱动运动的旋转驱动元件(114)，
所述无菌单元(400)具有能够与平移驱动元件(110)耦联的平移被驱动元件(408)和能够与旋转驱动元件(114)耦联的旋转被驱动元件(412)，
所述第一无菌遮蔽件(40)包括无菌阀(200)，该无菌阀能够与耦联单元(100)和无菌单元(400)连接，
在无菌单元(400)与无菌阀(200)连接之前和在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后，与耦联单元(100)连接的无菌阀(200)将平移驱动元件(110)和旋转驱动元件(114)无菌地隔离。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，与耦联单元(100)和与无菌单元(400)连接的无菌阀(200)如此释放通向驱动元件的通路，使得平移驱动元件(110)能与平移被驱动元件(408)耦联并且旋转驱动元件(114)能与旋转被驱动元件(412)耦联。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无菌单元(400)包括第二无菌遮蔽件(402、404)，在无菌单元(400)与无菌阀(200)连接之前和在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后，该第二无菌遮蔽件将被驱动元件无菌地隔离，并且当无菌阀(200)与耦联单元(100)和无菌单元(400)连接时，所述无菌单元(400)将通向被驱动元件的通路释放。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述无菌阀(200)包括第三无菌遮蔽件(208、210)，在无菌单元(400)与无菌阀(200)连接之前和在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后，该第三无菌遮蔽件将耦联单元(100)的驱动元件无菌地隔离，并且当无菌阀(200)与耦联单元(100)和无菌单元(400)连接时，所述无菌阀(200)将通向驱动元件的通路释放。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其特征在于，无菌单元的用于将被驱动元件无菌地遮蔽的第二无菌遮蔽件和/或无菌阀的用于将驱动元件无菌地遮蔽的第三无菌遮蔽件包括百叶窗(1410)、卷帘、设有开口的可转动的圆盘和/或活门。
6.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述耦联单元(100)的平移驱动元件(110)是第一平移驱动元件，并且所述耦联单元(100)的旋转驱动元件(114)是第一旋转驱动元件，
所述无菌单元(400)的平移被驱动元件(408)是第一平移被驱动元件，并且所述旋转被驱动元件(412)是第一旋转被驱动元件，
所述耦联单元(100)包括用于产生平移的驱动运动的第二平移驱动元件(112)和用于产生旋转的驱动运动的第二旋转驱动元件(116)，
所述无菌单元(400)具有能够与第二平移驱动元件(112)耦联的第二平移被驱动元件(410)和能够与第二旋转驱动元件(116)耦联的第二旋转被驱动元件(414)，
在无菌单元(400)与无菌阀(200)连接之前和在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后，与耦联单元(100)连接的无菌阀(200)将第一平移驱动元件和第二平移驱动元件(112)以及第一旋转驱动元件和第二旋转驱动元件(116)无菌地隔离。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一平移被驱动元件和/或第二平移被驱动元件(410)能够借助于弹性可变形元件(416、418)的复位力运动到初始位置中，并且在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后该复位力使第一平移被驱动元件或第二平移被驱动元件(410)运动到其初始位置中。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述耦联单元(100)具有至少一个位置传感器(154、156)，用于探测第一旋转被驱动元件和/或第二旋转被驱动元件(414)的至少一个旋转角度位置。
9.根据权利要求1至4任一项所述的设备，其特征在于，所述耦联单元对于每个驱动元件具有一个单独的驱动单元(140至146)。
10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，在无菌单元(400)与无菌阀(200)分离之后，所述耦联单元(100)使第一平移驱动元件或第二平移驱动元件(112)运动到初始位置中，其中，在无菌单元(400)与跟耦联单元(100)相连的无菌阀(200)连接时，设置在初始位置中的第一平移驱动元件或第二平移驱动元件(112)与设置在初始位置中的第一平移被驱动元件或第二平移被驱动元件(410)自动地直接接合。
11.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述无菌单元(400)的被驱动元件沿着外科手术仪器(500)的纵轴线(510)相继地设置，
其中，被驱动元件从外科手术仪器(500)的近身体中心的端部以如下顺序设置：第二旋转被驱动元件(414)、第二平移被驱动元件(410)、第一旋转被驱动元件、第一平移被驱动元件和紧接着设置电触点(422、424)和/或光学接口(472)，其中，耦联单元(100)包括互补的驱动元件、电触点(106、108)和/或光学接口(109)。
12.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第二旋转被驱动元件(414)无相对转动地与外仪器杆(512)连接，用于使外仪器杆转动，
所述第二平移被驱动元件(410)与沿着外仪器杆(512)的纵轴线(510)的方向纵向可移动地设置在外仪器杆(512)中的第一内仪器杆(520)连接，其中，在第一内仪器杆(520)运动时外科手术仪器(500)的末端执行器(514)能绕着翻转轴线(D4)枢转，
所述第一旋转被驱动元件无相对转动地与设置在第一内仪器杆(520)中的第二内仪器杆(522)连接，在第二内仪器杆(522)转动时实现末端执行器(514)的不依赖于外仪器杆(512)的旋转，
所述第一平移被驱动元件与在第二内仪器杆(522)中相对于该第二内仪器杆纵向可移动地设置的第三内仪器杆(524)连接，用于操纵末端执行器(514)的能彼此相对运动的臂(516、518)。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述末端执行器(514)的臂(516、518)是切割臂、夹持臂和/或针保持器臂。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，末端执行器(514)的各臂(516、518)彼此电绝缘地设置，
所述臂(516、518)分别与一个电缆导电连接，这些电缆被引导穿过第三内仪器杆(524)。
15.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，被驱动元件从外科手术仪器(500)的近身体中心的端部以如下顺序设置：第二旋转被驱动元件(414)、第二平移被驱动元件(410)、第一旋转被驱动元件、第一平移被驱动元件和紧接着设置电触点(422、424)和/或光学接口(472)。
16.用于机械手辅助外科手术的布置系统，
该布置系统具有至少一个根据上述权利要求1至15任一项所述的设备，
该布置系统具有至少一个显示单元，该显示单元实时地输出手术区的至少一个图像，
该布置系统具有至少一个输入装置(37)，用于输入至少一个输入命令，
该布置系统具有控制单元(9)，该控制单元根据输入命令借助于至少一个驱动单元使操纵器臂(16)和经由无菌阀(200)与操纵器臂(16)的耦联单元(100)连接的无菌单元(400)定位。
17.按照权利要求16所述的布置系统，其特征在于，所述用于机械手辅助外科手术的布置系统是用于在无菌区域内部进行远程机械手辅助作业过程的布置系统。
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