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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung und Halterung von medizinischen
und/oder chirurgischen Instrumenten, Geräten und dergleichen nach dem
Oberbegriff des Anspruches 1.
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Es
ist bekannt, für
minimal invasive chirurgische Eingriffe Robotersysteme oder roboterähnliche Systeme
einzusetzen. Allen Systemen ist gemeinsam, daß eine Steuerung bis zu sechs
kinematisch unabhängige
Achsen des chirurgischen Roboters ansteuert, in der Regel synchron,
um definierte Bahnen im Bewegungsraum abzufahren. Die Vorgabe der Bewegung
erfolgt über
einen Joystick, über
Bewegungsdaten, erzeugt durch präoperative
visuelle Eingriffsplanung, oder nach dem Master-Slave-Prinzip.
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Heute
bekannte Systeme hierzu sind chirurgische Robotersysteme, die unter
der Bezeichnung „Da
Vinci", „CASPAR", „URS", „RoMed" und „Robodoc" bekannt sind. Als
kinematische Aufbauten werden beispielhaft diejenigen von Standardgelenkrobotern,
Parallelkinematiken (Steward-Plattformen) und C-Bogensystemen eingesetzt. Es werden
auch solche Systeme verwendet, bei denen passive Haltesysteme eine
steuerbare Plattform (2D-Bewegung) tragen, die über der Eingriffsstelle manuell
positioniert wird, um dann eine Instrumentenführung über die Plattformbewegung auszuüben.
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Der
Stand der Technik zeichnet sich demnach dadurch aus, daß nahezu
für jeden
spezifischen chirurgischen Eingriff ein spezielles Robotersystem zur
Instrumentenführung
verwendet wird. Dies ist in höchstem
Maße kostenin tensiv
und unwirtschaftlich und verlangt vom Chirurgen eine ständig neue
Auseinandersetzung mit einer neuen Gerätetechnik. Die bisherigen Robotersysteme
sind hinsichtlich ihres Einsatzstandortes außerdem wenig flexibel. Dadurch stehen
sie oft störend
im chirurgischen Eingriffsgebiet. Auch das Handling mit den chirurgischen
Robotern durch das OP-Personal gestaltet sich schwierig, zumal die
Geräte
ein hohes Gewicht haben, schwierig zu sterilisieren sind und tiefe
technische Kenntnisse zur Inbetriebnahme und technischen Überwachung
verlangen.
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Der
Erfindung liegt darum die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung
so auszubilden, daß sie
einfach gehandhabt werden kann und einen störungsfreien Betrieb ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung
erfindungsgemäß mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aus den Modulen je nach Vorgabe zusammengebaut werden. Das
OP-Personal kann die Module problemlos zur Vorrichtung zusammenfügen, zumal
die Module infolge ihrer rohrförmigen
Gestaltung nur geringes Gewicht haben. Während des Aufbaus der Vorrichtung
aus den Modulen können
die Module funktional getestet werden, wodurch Fehler im Zusammenbau
vermieden werden. Aus den Modulen entsteht eine eingriffsspezifische
kinematische Kette, die der Chirurg über ein Handführungsmodul
an den Eingriffsort bewegen kann und die dann je nach Eingriff über andere
Navigationssysteme, die der Markt zur Verfügung stellt, geführt werden
kann. Der eingriffsspezifische kinematische Aufbau kann somit als Haltesystem
für Instrumente
und/oder als Feinpositioniersystem für einen chirurgischen Eingriff
verwendet werden.
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Weitere
Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die
Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen
näher erläutert. Es
zeigen
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1 in
perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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2 in
schematischer Darstellung ein Modul der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 verschiedene
Ausführungsbeispiele von
weiteren Modulen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 in
schematischer Darstellung ein weiteres Modul der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 eine
Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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6 die
Vorrichtung gemäß 5 in
Seitenansicht,
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7 einen
Instrumentenendeffektor als Modul in perspektivischer Darstellung,
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8 in
perspektivischer Darstellung eine andere Ausführungsform eines Instrumentenendeffektors
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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9 und
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10 einen
Ablaufplan für
die Konfigurierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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11 die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in Verbindung mit einem Monitor und einem Modulspeicher.
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Die
Vorrichtung dient zur Führung
und Halterung von medizinischen und/oder chirurgischen Instrumente,
Geräten
und dergleichen. Insbesondere wird die im folgenden beschriebene
Vorrichtung für minimal
invasive chirurgische Eingriffe herangezogen. Die Vorrichtung besteht
aus einzelnen Modulen, die nach Vorgabe des Chirurgen einfach vom OP-Personal
zusammengefügt
und während
des Zusammenbaus funktional getestet werden können. Dadurch werden bereits
im Zusammenbauzustand Fehler vermieden. Die Module werden so zur
Vorrichtung zusammengesetzt, daß eine
eingriffsspezifische kinematische Kette entsteht, die der Chirurg
in noch zu beschreibender Weise über
ein Handführungsmodul
an den Eingriffsort bewegen kann und die dann je nach Eingriff über andere
Navigationssysteme, die der Markt zur Verfügung stellt, geführt werden
kann.
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1 zeigt
einen Operationstisch 1, an dem sich die Vorrichtung befindet.
Sie ist in geeigneter Weise an einer Halterung 2 gehalten,
die im Ausführungsbeispiel
mit dem Operationstisch 1 verbunden ist. Die Halterung 2 kann
mittels Führungselementen 3 längs des
Operationstisches 1 verschoben werden. Die Halterung 2 besteht
aus einer Basisplatte, die vom Operationstisch 1 aus nach
oben sich erstreckt. Die Halterung 2 kann auch ortsfest
an einer beliebigen Stelle des Operationstisches vorgesehen werden,
da die Vorrichtung selbst in noch zu beschreibender Weise zumindest
in begrenztem Maße
in Längsrichtung
des Operationstisches 1 verstellt werden kann.
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Die
Vorrichtung hat ein Modul 4, ein daran angeschlossenes
Modul 5 und ein daran angeschlossenes Modul 6.
Das Modul 4 und das Modul 5 bestehen jeweils aus
zwei winklig zueinander liegenden Modulteilen 7, 8 und 9, 10.
Die Module 4, 5 sind Kipp-Dreh-Module. 2 zeigt
die Ausbildung eines solchen Moduls anhand des Moduls 4.
Das Modulteil 7 kann um seine Mittelachse 11 gedreht
werden. Dies hat zur Folge, daß das
gesamte Modul 4 beim Drehen um die Achse 11 aufgrund
der schräg
zueinander liegenden Modulteile 7, 8 gekippt wird.
Das Modulteil 8 kann um seine Mittelachse 12 ebenfalls
gedreht werden. In diesem Falle dreht das Modulteil 8 gegenüber dem
Modulteil 7, so daß in
diesem Fall nur eine Drehbewegung, nicht jedoch eine Kippbewegung stattfindet.
Die beiden Achsen 11, 12 der Modulteile 7, 8 liegen
vorteilhaft unter einem Winkel α von
135° zueinander.
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Beide
Modulteile 7, 8 sind als rohrförmige, dünnwandige Leichtbaustrukturen
ausgebildet, in denen sich Antriebssysteme 13, 14 zum
Drehen bzw. Kippen befinden. Die integrierten Antriebssysteme 13, 14 bestehen
in bekannter Weise aus Motor, Meßsystem, Bremse, Getriebe und
dergleichen und sind als sogenannte Hohlwellensysteme ausgebildet.
Dadurch können
die Verkabelungen, die Leistungsversorgung, die Energie sowie Spülmittel
für die
chirurgischen Eingriffe und dergleichen, die Kommunikations- und
die Sensorleitungen durch die Module und somit durch die gesamte
Vorrichtung problemlos geleitet werden. Außerdem kann das Modul somit
als Faradayscher Käfig
gebildet werden, um ein elekrisches Stören der integrierten Systeme
auf andere OP-Geräte
zu vermeiden.
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Die
beiden Modulteile 7, 8 des Moduls 4 sind an
ihren voneinander abgewandten Enden mit Anschlüssen (Adaptern) 15, 16 versehen,
die als mechanische Schnellverschlüsse mit Verriegelung ausgebildet
sind. Solche Verschlüsse
sind bekannt und werden darum auch nicht näher erläutert.
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Mit
dem Anschluß 15 wird
das Modul 4 bei der Ausführungsform nach 1 an
der Halterung 2 befestigt. An den Anschluß 16 wird
das Modul 5 angeschlossen, das ebenfalls als Kipp-Dreh-Modul ausgebildet
ist und vorteilhaft gleichen Aufbau hat wie das Modul 4.
Lediglich der Außendurchmesser der
Modulteile 9, 10 des Moduls 5 ist kleiner
als der Außendurchmesser
der Modulteile 7, 8 des Moduls 4. Da
auch die Modulteile 9, 10 des Moduls 5 an
ihren voneinander abgewandten Seiten mit den Anschlüssen versehen
sind, lassen sich die Module 4 und 5 problemlos
zusammenfügen.
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3 zeigt
vier mögliche
Gestaltungen der Module 4 bzw. 5. Diese Module
haben grundsätzlich die
gleiche Gestaltung, jedoch unterscheiden sich ihre Modulteile 7, 8 durch
ihre Länge
sowie ihren Durchmesser. Das Modul 4/5 gemäß 3a hat schlanke Modulteile 7/9; 8/10,
die gleiche Länge
haben. Das Modul 4/5 gemäß 3b hat
ebenfalls die gleich langen Modulteile 7/9; 8/10,
die jedoch größeren Außendurchmesser
haben als die entsprechenden Modulteile des Moduls gemäß 3a.
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Das
Modul 4/5 nach 3c hat
unterschiedlich lange Modulteile 7/9; 8/10.
In diesem Falle ist das Modulteil 7/9 länger als
das Modulteil 8/10.
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Beim
Ausführungsbeispiel 3d ist
das Modulteil 7/9 kürzer als das Modulteil 8/10.
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In 3 sind
die verschiedenen Module 4/5 in ihrer gestreckten
Lage dargestellt, die durch entsprechendes Drehen des Modulteiles 8, 10 um
die Achse 12 gegenüber
dem anderen Modulteil 7, 9 erreicht werden kann.
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4 zeigt
das Modul 6, das als Dreh-Schub-Modul ausgebildet ist.
Es hat die beiden Modulteile 17, 18, die teleskopförmig angeordnet
und gegeneinander verschiebbar sind (Doppelpfeil 19). Die
Modulteile 17, 18 sind lediglich gegeneinander verschiebbar,
nicht jedoch gegeneinander drehbar. Das gesamte Modul 6 kann
um seine Längsachse 20 gedreht
werden. Die beiden Modulteile 17, 18 sind wiederum
rohrförmige
dünnwandige
Leichtbaustrukturen, in die Antriebssysteme 21, 22 integriert
sind. Sie bestehen wie bei den zuvor beschriebenen Modulen aus Motor,
Meßsystem,
Bremse, Getriebe und dergleichen und sind als Hohlwellensysteme
ausgebildet.
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Die
Modulteile 17, 18 sind an ihren voneinander abgewandten
Seiten mit den Anschlüssen
bzw. Adaptern 23, 24 versehen, mit denen das Modul 6 an weitere
Module angeschlossen werden kann bzw. mittels denen an das Modul 6 ein
End-effektor 25 (1) anschließbar ist.
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Wie
sich aus 1 ergibt, kann das Dreh-Schub-Modul 6 auch
mehr als zwei Modulteile aufweisen. Bei der Ausführungsform nach 1 sind drei
teleskopartig gegeneinander verschiebbare Modulteile 17, 28, 26 vorgesehen.
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Aus
diesen beispielhaft beschriebenen Modulen 4 bis 6 ist
die Vorrichtung gemäß 1 zusammengesetzt.
Die Module 4, 5 sind jeweils Kipp-Dreh-Module, während das
Modul 6 als Dreh-Schub-Modul ausgebildet ist. An das Modulteil 26 des
Moduls 6 ist ein Endeffektor in Form eines Endoskopträgers angeschlossen.
Er hat eine dreiachsige Parallelkinematik, mit der ein Endoskop 27 feinpositioniert
werden kann. Die Parallelkinematik hat eine Grundplatte 28,
von der senkrecht drei parallel zueinander liegende Führungsstäbe 29 bis 31 abstehen. Längs der
Führungsstäbe 29 bis 31 ist
jeweils ein Antrieb 32 bis 34 verschiebbar, an
denen das eine Ende von Stäben 35 bis 37 angelenkt
ist. Die anderen Enden der Stäbe 35 bis 37 tragen
eine Plattform 38, die das Endoskop 27 trägt. Die
Stäbe 35 bis 37 sind
an die Plattform 38 angelenkt. Die Antriebe 32 bis 34 sind
unabhängig
voneinander längs
der Führungsstäbe 29 bis 31 verfahrbar.
Dadurch ist es möglich, die
Plattform 38 in unterschiedliche Richtungen und Positionen
innerhalb des Endeffektors 25 zu bewegen. Auf diese Weise
kann das Endoskop 27 vom Chirurgen einfach in die gewünschte Lage
verstellt werden. Da darüber
hinaus der gesamte Endeffektor 25 mittels der Vorrichtung
verstellt und positioniert werden kann, kann das Endoskop 27 in
die jeweils gewünschte
Lage zuverlässig
verstellt werden.
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Die
Grundplatte 28 des Endeffektors 25 hat einen (nicht
dargestellten) Anschluß,
an den das Modul 6 mit seinem Anschluß 24 angeschlossen
werden kann. Die Grobpositionierung erfolgt mittels der Vorrichtung,
während
die Feinpositionierung des Endoskops 27 mit der beschriebenen
dreiachsigen Parallelkinematik vorgenommen wird.
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5 zeigt
eine Vorrichtung, die an die Halterung 2 mittels eines
Schubmoduls 39 angeschlossen ist. Mit ihm kann die gesamte
Vorrichtung in Achsrichtung des Moduls 39 verschoben werden.
An das Schubmodul 39 ist das Kipp-Dreh-Modul 4 und an
dieses das Kipp-Dreh-Modul 5 angeschlossen. An dieses Modul 5 sind
hintereinander zwei weitere Kipp-Dreh-Module 40 und 41 angeschlossen.
Das Modul 41 trägt
ein Instrument 42. Wie bei der vorigen Ausführungsform
sind die einzelnen Module unabhängig
voneinander antreibbar.
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Diese
Vorrichtung weist somit vier Kipp-Dreh-Module 4, 5, 40, 41 und
ein Schubmodul 39 auf. In diesem Fall werden sechs Achsen
plus vier Achsen quasi synchron gesteuert, so daß die Summe der Bewegungen
der sechs Achsen und vier Achsen die Form und Lage der Vorrichtung
ergeben. Mit dieser Vorrichtung kann beispielhaft das Instrument 42 so
gesteuert werden, daß sämtliche
Module der Vorrichtung sich in einer Ebene befinden. Dies ist selbstverständlich auch
mit der Vorrichtung nach 1 möglich. Dieser Fall ist in 6 beispielhaft
für eine Horizontalebene
dargestellt. Durch entsprechende Steuerung der beschriebenen Achsen
kann die Vorrichtung in dieser horizontalen Lage oberhalb des Operationstisches 1 bewegt
werden, ohne daß die einzelnen
Module 4, 5, 39 bis 41 aus dieser
Ebene herausgedreht werden. Die Bewegungsebene kann selbstverständlich nicht
nur parallel zur OP-Tisch-Ebene liegen, sondern jede beliebige Lage im
Raum einnehmen. Dadurch ist gewährleistet,
daß der
Chirurg und das OP-Personal trotz der Vorrichtung einwandfreien
Zutritt zum Patienten haben und daß Kollisionen mit dem OP-Personal
und OP-Geräten
vermieden werden. Bei Bedarf können
eines oder mehrere Module der Vorrichtung aus dieser Ebene herausbewegt
werden, wenn mit dem jeweiligen Instrument 42 eine Behandlung
am Patienten vorgenommen werden soll.
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7 zeigt
beispielhaft einen Instrumentenendeffektor 25 als Modul,
das über
einen Adapter an jeden Adapter 23, 24 des entsprechenden
Moduls angekoppelt werden kann. Die Adapter der einzelnen Module
haben identische Schnittstellen und Erkennungsmechanismen, so daß eine einfache
Ankoppelung der Module und des Endeffektors 25 möglich ist. Der
Endeffektor 25 gemäß 7 ist
ein Instrumentenführungs-Endeffektor,
mit dem das chirurgische Instrument 42 vom Chirurgen automatisch
durch den Raum zum Eingriffsort am Patienten geführt werden kann. Der Endeffektor 25 hat
einen Adapter 43, mit dem er an die Vorrichtung einfach
angeschlossen werden kann. Der Adapter 43 ist an einem
Querstück 44 vorgesehen,
das von einem Sensorteil 45 absteht. Der Sensorteil 45 sitzt
auf einem Griffteil 46, der beispielsweise Steuertasten 47 und
eine Totmanntaste 48 aufweist. Der Griffteil 46 ist
schlank ausgebildet und trägt
an seinem freien Ende das chirurgische Instrument 42.
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Mit
den Steuertasten 47 kann der Chirurg die Vorrichtung in
der gewünschten
Weise so steuern, daß das
Instrument 42 an die gewünschte Stelle am Patienten
gelangt. Der an die Vorrichtung angekoppelte Endeffektor 25 kann
in X-, Y- und Z-Richtung verschoben und außerdem um diese Achsen gedreht werden.
Dadurch ergeben sich die sechs Freiheitsgrade Δx, Δy, Δz, Δα, Δβ und Δγ. Die quasi Auslenkungen in
diesen Freiheitsgraden werden über
an sich bekannte 6-Komponenten-Kraftsensoren, Joystick-Auslenkungen,
optische Verschiebungen zwischen dem Griffteil 46 und dem
Sensorteil 45 und dergleichen ermittelt und in die Steuerung
zur Bewegungsausführung
zurückgeführt (Nachführungssystem).
Da solche Nachführungssysteme
an sich bekannt sind, werden sie nicht näher erläutert.
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Einen
weiteren Endeffektor 25 zeigt 8. Er ist
als OP-Mikroskop ausgebildet, der mit einem Adapter 49 an
die Vorrichtung angekoppelt werden kann. Der Mikroskopkopf 25 hat
ein kastenförmiges Gehäuse 50,
an dessen einander gegenüberliegende
Gehäusewände 51, 52 jeweils
ein Instrumentenführungs-Endeffektor 25' vorgesehen
ist, der im wesentlichen gleich aus gebildet ist wie der Instrumentenführungs-Endeffektor
nach 7. Lediglich der Adapter 43 ist unmittelbar
am Sensorteil 45 vorgesehen. An der die beiden Gehäusewände 51, 52 verbindenden
Gehäusewand 53 befindet
sich eine Optik 54. An der die Gehäusewände 51 bis 53 verbindenden
Gehäusewand 55 befinden
sich die beiden Okulare 56, 57. Der Chirurg betrachtet
durch die Okulare 56, 57 seinen Operationsbereich
und kann mit den Instrumentenführungs-Endeffektoren 25' in der anhand
von 7 beschriebenen Weise mit den Steuertasten 47 die
Vorrichtung führen.
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Bisherige
OP-Mikroskopköpfe
werden über großvolumige,
schwere Haltegeräte
zum Patienten an den Operationstisch 1 gebracht. Der Chirurg
und das OP-Personal haben dann kaum Zugang zum Patienten. Da die
Bewegungsmodule 4 bis 6, 39 bis 41 infolge
ihrer dünnwandigen
Rohrstruktur im Durchmesser sehr groß und mit angepaßter Länge dennoch
sehr leicht gebaut werden können
und dabei hohe Lasten bei hoher Steifigkeit aufnehmen können, ist
es möglich,
auf diese Weise das steuerbare Haltesystem für den OP-Mikroskopkopf 25 platzsparend
durch das OP-Personal konfigurieren zu lassen.
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Die
zur Steuerung der Vorrichtung benötigten Steuerungsrechner, Leistungsversorgung,
Kommunikationshardware und dergleichen können dezentral im jeweiligen
Modul oder auch zentral in einem Steuerungsschrank angeordnet sein.
Vorteilhaft befinden sich diese Elemente jedoch innerhalb des jeweiligen
Moduls, so daß ein
platzraubender Aufbau einer Steuerung im Operationssaal vermieden
werden kann und Kabelzuführungen
zur Vorrichtung minimiert und damit Sicherheitsrisiken abgebaut
werden können.
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Die
Vorrichtung kann, wie anhand der 5 und 6 erläutert worden
ist, mit den Modulen 4 bis 6, 39 bis 41 so
aufgebaut werden, daß die
Vorrichtung bei geringster Störkontur
um den Patienten herum bewegt werden kann. Auch kann die Form der Vorrichtung
bei geringster Störkontur
der Lage des Patienten angepaßt
werden. Mit der Vorrichtung kann problemlos im Fußbe reich
oder im Kopfbereich des Patienten gearbeitet werden, ohne daß die Vorrichtung
den Zugang des Chirurgen und des OP-Personals zum Patienten beeinträchtigt.
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Da
die Vorrichtung aus den beschriebenen Modulen anwendungsspezifisch
zusammengestellt werden kann, läßt sich
die Vorrichtung optimal an die jeweilige Aufgabe anpassen. Anhand
der 9 bis 11 wird der Konfigurationsvorgang
der Vorrichtung näher
erläutert.
Die Module befinden sich in einem Modulspeicher 58, der
Speicherplätze 59 aufweist,
in die die Module 4 bis 6, 39 bis 41 gesteckt werden.
Im Speicherplatz 59 sind die Module verriegelt.
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Zunächst wird
eine Operationsplanung vorgenommen, anhand derer die Vorrichtung
in ihren Eigenschaften und dem notwendigen Modulumfang festgelegt
und beschrieben wird. Die Auswahl der Module richtet sich nach der
erforderlichen Bewegung, der einzusetzenden Instrumente und auch
der Arbeitsweise des Chirurgen. Dieser Operationsauftrag geht dann
zum Chirurgen zur Operationsvorbereitung. Zunächst wird, wie sich aus 9 ergibt,
dieser Konfigurationsauftrag in einem ersten Schritt 60 geprüft und bestätigt bzw.
korrigiert. Hierbei kann zusätzlich
protokolliert werden, wer, an welchem Tag und zu welcher Uhrzeit
der Konfigurationsauftrag geprüft
und bestätigt
worden ist. Außerdem
wird eine Operationsnummer angegeben. Sobald der Konfigurationsauftrag
vom Chirurgen bestätigt
worden ist, werden in einem nächsten
Schritt 61 diejenigen Speicherplätze 59 im Modulspeicher 58 freigegeben,
in denen die zur Montage der Vorrichtung notwendigen Module stecken.
Dadurch kann sehr einfach gewährleistet
werden, daß dem
Modulspeicher 58 nur diejenigen Module entnommen werden
können,
die für
die geplante Operation benötigt
werden. Vorteilhaft ist dabei, daß die Module im Modulspeicher 58 mittels einer
Reihenfolgevorgabe freigeschaltet werden. Dadurch ist gewährleistet,
daß das
OP-Personal die Module nur in der Reihenfolge dem Modulspeicher 58 entnehmen
kann, wie sie zum Zusammenbau der Vorrichtung erforderlich sind.
Vorteilhaft können
die freigegebenen Steckplätze 59 beispielsweise
durch Leuchtanzeigen gekennzeichnet werden. Es ist auch möglich, die
Leuchtanzeigen so zu gestalten, daß sie beispielsweise mittels
Ziffern die Reihenfolge der zu entnehmenden Module kennzeichnen.
Gleichzeitig mit der Freischaltung der Module im Modulspeicher 58 wird
deren Verriegelung gelöst,
so daß die
freigeschalteten Module problemlos aus dem jeweiligen Steckplatz 59 herausgezogen
werden können.
Die nicht freigeschalteten Module bleiben im Modulspeicher 58 verriegelt,
so daß sie
nicht entnommen werden können.
Die Freischaltung und Kennzeichnung der Module wird vorteilhaft
protokolliert, indem der Name des Chirurgen sowie der Name des Patienten festgehalten
werden, der operiert werden soll.
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Im
Schritt 62 gemäß 9 erfolgt
dann die Entnahme der Module aus dem Modulspeicher 58 und
der Zusammenbau der Vorrichtung. Hierbei wird vorteilhaft protokolliert,
wer die Module an welchem Tag und zu welcher Uhrzeit entnommen hat.
Auch wird die Gerätekonfigurierung
protokolliert. Die Module können
vor der Entnahme noch im Modulspeicher 58 getestet werden.
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Schließlich wird
im Schritt 63 die aus den Modulen zusammengesetzte Vorrichtung
getestet. Hierfür
kann ein Modulselbsttest erfolgen, der dann ausgeführt wird,
wenn die Vorrichtung zusammengebaut ist. Der Modulselbsttest erfolgt
vorteilhaft in einer Grundeinstellung der Vorrichtung, beispielsweise wenn
sie eine langgestreckte Form einnimmt. Die Funktionsbestätigung aller
relevanten Funktionen sowie auch die Visualisierung der Vorrichtung
wird vorteilhaft protokolliert. Es ist auch möglich, nach der Montage jedes
Moduls einen Test durchzuführen,
so daß eventuelle
Fehler frühzeitig
festgestellt werden können.
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Ist
der Modulselbsttest erfolgreich verlaufen, erfolgt eine TO-Meldung.
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In
einem nächsten
Schritt 64 (10) erfolgt eine Überprüfung der
Testergebnisse aus dem Schritt 63 sowie eine Verifikation
durch Testfunktionen. Dies kann beispielsweise anhand eines Monitors 60 (11)
durchgeführt werden.
Auf seinem Bildschirm ist der Operationstisch 1 mit der
Vorrichtung zu sehen. Auf dem Monitor 60 kann der Zusammenbau
der Vorrichtung aus den einzelnen Modulen überwacht und die Funktionsweise
der fertig montierten Vorrichtung überprüft werden. So läßt sich
auf dem Monitor 60 ohne weiteres der jeweilige Arbeitsraum,
die Bewegung der einzelnen Module bzw. der gesamten Vorrichtung,
die Lage der Vorrichtung bei unterschiedlichen Operationsvorgängen und
dergleichen feststellen.
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Im
nächsten
Schritt 65 werden die Eingriffsbewegungen mittels der Vorrichtung
anhand des Monitors 60 überprüft. Der
Chirurg kann so vor der Operation feststellen, ob die Vorrichtung
in gewünschtem Maße arbeitet
bzw. ob die Vorrichtung den Zugang des Chirurgen und des OP-Personals
zum Patienten erschwert. In diesem Stadium können dann noch Korrekturen
vorgenommen werden.
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Schließlich kann
in einem Schritt 66 der Chirurg die automatische Instrumentenführung ohne
Patient testen und am Monitor 60 überprüfen, ob die Vorrichtung im
gewünschten
Maße arbeitet.
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Erst
wenn dieser letzte Schritt 66 zufriedenstellend ausgeführt worden
ist, erfolgt die Operation am Patienten. Während der Operation werden
die Funktionsabläufe
der Vorrichtung vorteilhaft automatisch gespeichert und damit dokumentiert.
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Es
ist grundsätzlich
möglich,
nach der Überprüfung der
Testergebnisse und der Verifikation durch Testfunktionen im Schritt 64 sofort
zum Schritt 66 überzugehen.
Ebenso kann nach dem Schritt 65 auf den Schritt 66 verzichtet
und dafür
gleich die Operation vorgenommen werden.
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Die
im Modulspeicher 58 befindlichen Module sind sterilisiert,
so daß nach
der Entnahme aus dem Modulspeicher 58 eine Sterilisation
nicht mehr erforderlich ist. Die Sterilisation ist allerdings nicht
unbedingt notwendig, da auf grund der rohrförmigen Gestaltung der Module 4 bis 6, 39 bis 41 und
damit diejenige der gesamten Vorrichtung eine einfache Sterilisation
möglich
ist, indem eine sterile Hülle,
zum Beispiel ein Schlauch, über
die Vorrichtung zum Schutz des Patienten gezogen wird. Diese sterile
Hülle ist ausreichend
flexibel, daß sie
die Bewegung der einzelnen Module während des Operationsvorganges nicht
behindert.
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11 zeigt
einen Zwischenstand bei der Montage der Vorrichtung. Erkennbar ist,
daß an
der Halterung 2 nur ein Modul 4 der Vorrichtung
befestigt ist. An dieses Modul 4 werden je nach Art der
Operation noch die weiteren Module angeschlossen. Der aktuelle Zustand
des Konfigurierungsvorganges kann am Monitor 60 mit Informationen
zum technischen Zustand der einzelnen Module angezeigt werden.
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Die
einzelnen Module 4 bis 6, 39 bis 41 werden über die
mechanischen Schnellverschlüsse
bzw. Adapter, die aus sicherheitstechnischen Gründen vorteilhaft auch verriegelt
werden können,
zu einer kinematischen Kette verbunden. Die beschriebenen Bewegungsmodule
haben einen rohrförmigen
Aufbau und werden über
Energieschnittstellen, mechanische Schnittstellen und kommunikationstechnische Schnittstellen
abgeschlossen. Die Module 4 bis 6, 39 bis 41 haben
eine sehr geringe Masse und können daher
vom OP-Personal
einfach transportiert, konfiguriert und sterilisiert werden. Die
Module 4 bis 6, 39 bis 41 können in
ihren Eigenschaften, beispielsweise im Hinblick auf Durchmesser,
Länge,
Antriebsmoment, Schräglage
des Adapters zur Symmetrieachse und dergleichen, skaliert sein.
Da die Module rohrförmig
gestaltet sind, ist der Kollisionsraum der Vorrichtung sehr klein.
Der Patient, der Chirurg und das OP-Personal unterliegen damit in
ihrem Bewegungs- und Aufenthaltsraum wenigen Einschränkungen.
Die kinematische Kette kann mit seinem ersten Modul an jedem Ort
des OP-Tisches 1 oder an jedem Ort des OP-Raumes angekoppelt
werden. Die Vorrichtung muß nicht
unbedingt an der Halterung 2 des Operationstisches 1 befestigt
werden. Die Vorrichtung kann selbstverständlich auch an jeder anderen
geeigneten Stel le innerhalb des OP-Saales angekoppelt werden. Das
letzte Modul der Vorrichtung dient zur Aufnahme der Endeffektoren 25,
die Instrumentenendeffektoren und Geräteendeffektoren, wie zum Beispiel
Operationsmikroskopköpfe,
sein können.
Als Endeffektor 25 kann, wie anhand von 1 beschrieben
worden ist, der Handführungseffektor
in Form des 6-Komponenten-Sensors angekoppelt werden, um die Vorrichtung in
drei Richtungen und drei Orientierungen steuerungstechnisch führen und
positionieren zu können. Die
Schnittstellen der Module 4 bis 6, 39 bis 41 und der
End-effektoren 25 sind identisch. Dadurch kann die Vorrichtung
beliebig zusammengebaut werden.
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Die
Schnittstellen der Module 4 bis 6, 39 bis 41 und
der Endeffektoren 25 sind so gestaltet, daß beim Zusammenfügen alle
geometrischen, kinematischen und technischen Eigenschaften des jeweiligen Moduls
identifiziert werden und aus den Daten ein virtuelles Gerät am Monitor 60 generiert
wird. Das OP-Personal und der Chirurg können damit die Funktionsfähigkeit
der Vorrichtung sofort überprüfen und mit
den Vorgaben der OP-Planung vergleichen und gegebenenfalls Modifikationen
einleiten.
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Für den Instrumenten-Endeffektor 25 kann der
Pivotpunkt am Patienten programmiert werden. Hierbei wird das chirurgische
Instrument 42 zum Beispiel so an der Schädeldecke
des Patienten positioniert, daß sich
das freie Ende des Instrumentes an der Schädeldecke befindet. Dadurch
wird der Pivotpunkt definiert. Das Instrument 42 kann nunmehr
um diesen Pivotpunkt geschwenkt werden.