DE102004009135B3

DE102004009135B3 - Vorrichtung zur von Hand fernsteuerbaren Navigation einer in einen menschlichen Körper einführbaren Sonde

Info

Publication number: DE102004009135B3
Application number: DE102004009135A
Authority: DE
Inventors: Jan Dr. Boese; Martin Dr. Kleen; Marcus Dr. Pfister; Norbert Rahn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: US7641650B2; CN1660019A; JP2005237969A; CN1660019B; US20050187538A1; JP4751622B2

Abstract

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet trotz Fernsteuerung mit einfachen Mitteln eine genaue und insbesondere sensible Navigation der in einen menschlichen Körper einführbaren Sonde durch eine zur Navigation einer Sonde intuitiv korrespondierenden Bewegung (MR; MB; MP) mit dem Befehlsgeber (1). Die intuitive Handhabbarkeit ist insbesondere bei einer erfindungsgemäßen bügelförmigen Ausgestaltung des Befehlsgebers umsetzbar (1). Die sensible Steuerbarkeit ist durch eine erfindungsgemäße Rückübertragung der mechanischen Wechselwirkungen zwischen der Sonde und einer zu untersuchenden Umgebung auf den Befehlsgeber (1) und somit direkt auf die zu bedienende Hand (3) steigerbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur von Hand fernsteuerbaren Navigation einer in den Körper einführbaren Sonde.

Untersuchungen des Körperinneren mittels einer von außen in den Körper einführbaren Sonde gehören zu den Standardmethoden in der diagnostischen Medizin. So werden zum Beispiel von außen eingeführte Katheter zur Untersuchung intravaskulärer Erkrankungen und Endoskope zur Untersuchung von Bronchien eingesetzt. Üblicherweise steht der Arzt bei der Durchführung der Untersuchung direkt neben dem Patienten. Unter Sicht oder ständiger Röntgenkontrolle wird hierbei die Sonde manuell im Körper navigiert, wodurch der zu behandelnde Arzt einer ständigen Strahlenbelastung ausgesetzt ist. Bei neuartigen Systemen für die endoskopische Diagnostik und Therapie werden aus diesem Grund fernsteuerbare Sonden eingesetzt, die von dem Arzt aus einem benachbarten Raum mittels einer externen Steuereinheit von Hand gesteuert werden.

Eine solche Vorrichtung einer von Hand fernsteuerbaren Navigation einer in einen Körper einführbaren Sonde mittels einer externen Steuereinheit ist aus der Patentschrift US 2002/0177789 A1 bekannt. Im vorgenannten Fall wird die Navigation der Sonde in Vorschub- und Rückschubrichtung durch einen Steuerknüppel ("Joystick") gewährleistet. Eine mechanische, vom Körper weggerichtete Kipp-Bewegung des Steuerknüppels wird mittels eines Befehlsaufnehmers in elektronische Steuerbefehle so umgesetzt, dass die Sonde in Vorschub-Richtung bewegbar ist. Eine zum Körper hingerichtete Kipp-Bewegung des Steuerknüppels wird entsprechend in Steuerbefehle so umgesetzt, dass die Sonde in Rückzug-Richtung bewegbar ist. Zur Vorbeugung einer Fehlbedienung und damit zum Schutz des Patienten vor schwerwiegenden Verletzungen durch eine fehlerhafte Navigation der Sonde wird es für notwendig angesehen, die zu jeder Kipp-Bewegung korrespondierende Navigationsbewegung der Sonde explizit durch einen Schriftzug bzw. ein Symbol zu kennzeichnen.

Aus der WO 03/077101 A2 ist ein haptisches Bedienelement zur Planung von operativen Eingriffen bekannt, mit dem sich die von einem Benutzer mit dem Bedienelement vollzogenen Positionsänderungen erfassen lassen.

Darüber hinaus ist aus der WO 01/91100 A1 ein weiteres haptisches Bedienelement bekannt, welches einen elektroaktiven Polymer umfasst. Dies Bedienelement detektiert die von der Bedienperson ausgeführten Manipulationen an dem Bedienelement und generiert eine davon abhängige Kraft, welche ein haptisches Empfinden bei der Bedienperson auslösen soll.

In der WO 98/24017 A2 ist weiterhin ein Bedienelement zur Steuerung eines Endoskops offenbart, bei dem eine Membran in Form eines Handschuhs ausgebildet ist, so dass die Biegebewegungen eines in den Handschuh eingeführten Fingers in entsprechende Steuerbewegungen des Endoskops umgesetzt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die trotz Fernsteuerung mit einfachen Mitteln eine genaue und insbesondere sensible Navigation der Sonde erlaubt.

Diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Die intuitive Handhabung der Vorrichtung zur Fernsteuerung einer in den menschlichen Körper einführbaren Sonde gewährleistet auch bei einer räumlichen Trennung zwischen Bedienperson und Sonde ohne direkten Sicht- und Handhabungskontakt eine sichere und feinfühlige Navigation durch den menschlichen Körper. Die Bedienung der Fernsteuerung erfolgt dabei in Anlehnung an die von der Sonde ausführbaren Navigationsbewegungen, so dass auch ohne spezifische Kennzeichnung eines Befehlsgebers oder zusätzliche Anzeigen durch ein Display die entsprechenden Navigationsbewegungen ausführbar sind.

Die sensible und trotzdem bei geringem Aufwand erzielbare Navigation der Sonde mit nur einer Hand ist besonders vorteilhaft mittels eines Befehlsgebers in bügelartiger Form mit einer nahezu steifen, schenkelartigen Komponente und einer sich daran anschließenden krümmbaren, bogenartigen Komponente durchführbar, wobei insbesondere eine intuitive ausführbare Vorschub- und/oder Dreh- und/oder Krümmbewegung des so gestalteten Befehlsgebers in eine dazu korrespondierende Vorschub- und/oder Drehund/oder Krümmbewegung der Sonde umsetzbar ist. Die Krümmung der Spitze der Sonde ist zweckmäßiger Weise bei einer elastischen Ausgestaltung der bogenartigen Komponente durch einen von der Hand ausgeübten Druck auf den Bogen des Befehlsgebers einstellbar.

Die sensible und feinfühlige Steuerbarkeit der Sonde kann dadurch noch sehr wirksam verstärkt werden, dass die mechanische Wechselwirkung zwischen der Sonde und der von dieser zu untersuchenden Umgebung im Sinne eines ,Forced Feedbacks" auf den Befehlsgeber und somit auf die Hand übertragbar ist. Mit der erfindungsgemäßen Übertragung der mechanischen Wechselwirkungen auf den Befehlsgeber erhält der zu behandelnde Arzt wichtige Informationen über anatomische Gegebenheiten in der lokalen Umgebung der Spitze der Sonde, wobei die Information direkt von der zu bedienenden Hand aufgenommen wird. Verzweigungen von Blutbahnen können z.B. durch einen sich relativ zur Umgebung ändernden Bewegungswiderstandes durch eine Drehung bei gleichzeitiger Krümmung der Spitze der Sonde identifiziert werden.

Im Gegensatz zu einem bekannten starren Steuerknüppel ist mit dem so gestalteten Befehlsgeber eine komfortable und sensible und trotzdem einfache Bedienung gewährleistet, so dass auch bei einer lang andauernden Untersuchung und schwierigen anatomischen Verhältnissen, wie zum Beispiel bei sich stark verzweigenden Blutbahnen, eine sensible und dadurch eine besonders sichere Navigation der Sonde durch den Körper ausführbar ist.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen werden im Folgenden anhand von einem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen: Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung zur fernsteuerbaren Navigation weist einen bügelförmigen, von einer Hand 3 bedienbaren, Befehlsgeber 1 zur Ausführung der mechanischen Bewegungen (MB;MR;MP) und einen Befehlsaufnehmer 2 zur Umsetzung der ausgeführten Bewegungen in dazu korrespondierende, an die fernsteuerbare Sonde übertragbare, Navigations-Steuersignal (SB;SR;SP) auf. Der Befehlsgeber weist eine nahezu steife, schenkelartige Komponente 1.1 und eine sich daran anschließende elastische, bogenartige Komponente 1.2 auf. Mit dem Befehlsgeber 1 sind mechanische Bewegungen in Form einer Vorschubbewegung MP, Drehbewegung MR und einer Krümmbewegung MB ausführbar.
Jeder spezifischen mechanischen Bewegung MR, MB und MP ist dabei eine dazu korrespondierende Navigationsbewegung der Sonde zugeordnet, wobei sich die Zuordnung im Sinne einer intuitiven, bedienerfreundlichen Handhabung aus den Bewegungsformen des Befehlsgeber 1 ergibt. Die Vorschub-Einstellung der fernsteuerbaren Sonde ist durch eine zur Achse der schenkelartigen Komponente 1.1 parallel ausgerichtete Vorschubbewegung MP steuerbar, während eine Dreh-Einstellung auf einen definierten Winkel der Sonde durch eine um die Achse der schenkelartigen Komponente 1.1 orientierte Drehbewegung MR vorgebbar ist. Die Krümmung einer Sonde ist in dieser Ausgestaltung mittels einer elastischen Biegung der bogenartigen Komponente 1.2 des Befehlsgebers 1 steuerbar. Durch einen von der Hand 2 ausgeübten und in Krümmbewegung MB umgesetzten Druck krümmt sich die bogenartige Komponente 1.2 des Befehlsgebers in Richtung der gestrichelt eingezeichneten Position und steht in krümmabhängiger Einstellung mit der in den Körper einführbaren Sonde. Bei einer aufgrund einer entsprechenden intuitiven Handbewegung ausführbaren Entlastung des Befehlsgebers 1 wird die ursprüngliche Ausgangsposition der elastisch ausgebildeten, bogenartigen Komponente 1.2 und somit auch der fernsteuerbaren Sonde wieder eingenommen. Alle durch den Befehlsgeber 1 umsetzbaren mechanischen Bewegungen (MB;MR;MP) sind voneinander unabhängig ausführbar und gewähr leisten somit eine hohe Sensibilität bei der Navigation der Sonde durch einen menschlichen Körper. Neben der hier erwähnten Steuerung der Vorschub-, Dreh- und Krümmbewegung (MB;MR;MP) der Sonde sind darüber hinaus auch andere Bewegungsformen, wie z.B. eine Greifbewegung, in intuitiver Form durch weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Befehlsgebers 1 steuerbar.
Die von der Hand 3 ausgeführten und auf den Befehlsgeber 1 übertragenen mechanischen Bewegungen (MB;MR;MP) werden mittels des Befehlsaufnehmer 1 in Navigations-Steuersignale (SB;SR;SP) umgesetzt und an die in räumlicher Entfernung befindliche Sonde übermittelt. Der Befehlsgeber 1 steht in Richtung der Vorschubbewegung MP verschieblicher und um die Achse der schenkelartigen Komponente 1.1 drehbarer Verbindung mit dem Befehlsaufnehmer 2. Die Umsetzung der mechanischen Bewegungen erfolgt in einer Weise derart, dass einer Vorschubbewegung MP das Navigations-Steuersignal SP, einer Drehbewegung MR das Navigations-Steuersignal SR und einer Krümmbewegung MB das Navigations-Steuersignal SB zugewiesen ist.
Die Übertragung der Navigations-Steuersignale (SB;SR;SP) zwischen dem Befehlsgeber 1 und einer hier nicht dargestellten Sonde kann sowohl drahtgebunden als auch drahtlos z.B. über das Internet bzw. einer WLAN- oder Infrarotverbindung zur Sonde erfolgen. Die Steuersignale werden in Abhängigkeit des Aufbaus der ferngesteuerten Sonde in z.B. elektrische oder mechanische Signale zur Ansteuerung von magnetischen Felder, Motoren oder anderen Navigationsmitteln umgewandelt und so in eine zu dem Steuersignal entsprechende Bewegung umgesetzt.
Der wesentliche Erfindungsgedanke lässt sich wie folgt zusammenfassen: Die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleistet trotz Fernsteuerung mit einfachen Mitteln eine genaue und insbesondere sensible Navigation der in einen Körper einführbaren Sonde durch eine zur Navigation einer Sonde intuitiv korrespondie renden Bewegung (MR;MB;MP) mit dem Befehlsgeber (1). Die intuitive Handhabbarkeit ist insbesondere bei einer erfindungsgemäßen bügelförmigen Ausgestaltung des Befehlsgebers umsetzbar (1). Die sensible Steuerbarkeit ist durch eine erfindungsgemäße Rückübertragung der mechanischen Wechselwirkungen zwischen der Sonde und einer zu untersuchenden Umgebung auf den Befehlsgeber (1) und somit direkt auf die zu bedienende Hand (3) steigerbar.

Claims

Vorrichtung zur von Hand (3) fernsteuerbaren Navigation einer in einen menschlichen Körper einführbaren Sonde, enthaltend einen von der Hand (3) bedienbaren Befehlsgeber (1) und einen dessen Befehle in Navigations-Steuersignale (SR;SB;SP) umsetzenden Befehlsaufnehmer (2), mit einer Ausbildung des Befehlsgebers (1) derart, dass die Navigationsbewegungen der Sonde in korrespondierende, einer intuitiven Bedienung durch die Hand (3) entsprechende, Bewegungen (MR;MB;MP) des Befehlsgebers (1) umsetzbar sind, wobei der Befehlsgeber (1) von der Hand (3) greifbar und bügelförmig mit einer im wesentlichen festen, schenkelartigen Komponente (1.1) und einer daran anschließenden krümmbaren, bogenartigen Komponente (1.2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die krümmbare, bogenartige Komponente (1.2) des Befehlsgeber (1) elastisch ausgebildet ist im Sinne einer bei einer Entlastung selbsttätigen Rückbewegung der bogenartigen Komponente (1.2) aus ihrer Krümmlage in eine definierte Ausgangslage.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei für eine intuitive Bewegung des Befehlsgebers (1) zumindest eine lineare Vorschubbewegung (MP) zur Vorschub-Einstellung der Sonde und/oder zumindest eine Drehbewegung (MR) zur Dreh-Einstellung des Winkels der Sonde und/oder zumindest eine Krümmbewegung (MB) zur Einstellung der Krümmung der Spitze der Sonde vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Befehlsaufnehmer (2) zur Umsetzung der mechanischen Bewegungen (MR;MB;MP) des Befehlsgebers (1) in die elektrischen Navigations-Steuersignale (SB;SR;SP) der Sonde vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche Anspruch 1 bis 4, wobei mechanische Wechselwirkungen zwischen der Sonde und einer von dieser zu untersuchenden Umgebung im Sinne eines "Forced Feedbacks" auf den Befehlsgeber (1) und somit auf die Hand (3) rückübertragbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Übertragung der Bewegungen (MR;MB;MP) des Befehlsgebers (1) über die feste, schenkelartige Komponente (1.1) auf den Befehlsaufnehmer (2) erfolgt.