DE102007045075B4 - Interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem - Google Patents

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Abstract

Interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem mit
– einem Bildgebungsgerät, welches zur Aufnahme von 3D-Abbildungen eines Untersuchungsobjekts ausgebildet ist, mit einer Steuerungs- und einer Bildverarbeitungseinheit (9),
– einem zumindest zweiachsigen Roboterarm, aufweisend Mittel zur Nachgiebigkeitsregelung des Roboterarms und eine Roboter-Steuerungseinheit (10) zur Steuerung des Roboterarms,
– einem Instrumentenhalter (6), der mit dem Roboterarm verbunden ist, zur Halterung eines Instruments (7),
– einer Positionserkennungsvorrichtung, mittels der die Position des Instruments (7) für die Roboter-Steuerungseinheit (10) erfassbar ist, und
– einer Vorrichtung zur Registrierung des Roboterarms mit dem Bildgebungsgerät,
bei welchem System der Roboterarm dazu ausgebildet ist, einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders zu folgen, welcher Roboterarm eine erste Betriebsart aufweist, bei der der Roboterarm einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders folgt, und eine zweite Betriebsart, bei der der Roboterarm gegenüber systemexternen Krafteinwirkungen fest ist,
welcher Roboterarm zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltbar...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem gemäß dem Patentanspruch 1.
  • Interventionelle Prozeduren, wie sie beispielsweise in der Radiologie angewendet werden, spielen bereits heute eine wichtige Rolle in der Diagnostik und Therapie vieler Erkrankungen. Eine Variante benutzt dabei feststehende Instrumente, z. B. Nadeln, um eine bestimmte Stelle im Körper und innerhalb eines Organs von außen durch die Haut (perkutan) zu erreichen. Das betrifft Punktionen, Biopsien, Ablationen, Brachytherapien und viele andere interventionelle Prozeduren.
  • Aufgrund von technischen Weiterentwicklungen der bildgebenden Modalitäten wie z. B. der Computertomographie, der Magnetresonanztomographie oder der Angiographie können entzündliche oder tumoröse Veränderungen in immer früheren Stadien entdeckt werden. Zudem werden auch immer feinere Instrumente für Punktionen, Katheterisierung und Sondierung der Organsysteme entwickelt. Um den Patienten möglichst wenig zu belasten werden immer häufiger minimal-invasive Eingriffe verwendet. Aufgrund der Tatsache, dass immer kleinere Zielbereiche im Körper angegangen werden können, steigen auch die Anforderungen an präzisere und treffsichere Punktionsmethoden.
  • Da der Arzt das Instrument im Patientenkörper nicht direkt sehen kann, ist er auf die Unterstützung von bildgebenden Verfahren angewiesen. Idealerweise steht dem Arzt prä-interventionell ein 3D Datensatz einer Bildgebungsmodalität (z. B. Magnetresonanztomograph, Computertomograph, Angiographiegerät) zur Verfügung, in dem er die Zielregion erkennen und aufgrund der Physiologie den idealen Weg und damit den Eintrittspunkt des Instruments planen kann.
  • In einer wesentlich einfacheren Variante wird die Zielregion während der Intervention beispielsweise mittels eines C-Bogen Röntgengeräts, welches CT-Aufnahmen erstellen kann, und die weitere Planung anhand der kombinierten Informationen aus 2D und 3D Daten durchgeführt. Mit dieser Planung werden der Einstichpunkt am Körper und die Orientierung der Nadel festgelegt. Diese Planung kann dann an ein Navigationssystem, welches mit dem 3d Datensatz registriert ist, weitergegeben werden und zur Ausrichtung der Nadel mittels verschiedener manueller Verfahren eingestellt werden. Der Vorschub der Nadel kann dabei fluoroskopisch, d. h. in Echtzeit unter Durchleuchtung oder mittels Ultraschall, überwacht werden. In einem anderen, bekannten Verfahren wird der prä-interventionelle 3D Datensatz mit dem C-Bogen Datensatz koregistriert und die Informationen anschließend zur Navigation verwendet.
  • Im Allgemeinen wird eine Planung des Nadelkanals durch einen Arzt mittels eines Therapieplanungssystems, also virtuell mit Hilfe einer dafür geeigneten Software, durchgeführt und anschließend manuell auf das Instrument übertragen.
  • Probleme ergeben sich beispielsweise bei adipösen oder kräftigen Patienten. Aufgrund der technischen Realisierung des C-Bogen Röntgengeräts ist ein nur begrenztes Körpervolumen rekonstruierbar. Daher kommt es vor, dass die Körperoberfläche nicht im 3D Datensatz enthalten ist. Bei der virtuellen Planung erkennt in diesem Fall der Arzt nicht, wo der Einstichpunkt liegt und ob der geplante Zugangspfad beispielsweise aufgrund der Überlagerung von Knochen oder Rippen für die Intervention ungeeignet ist.
  • Gegenwärtig erfolgen beispielsweise eine Feinnadelbiopsie oder eine Thermoablation eines Herdes in der Leber von perkutan meist unter CT-Kontrolle. Dabei verwendet der durchführende Arzt für seine Zugangsplanung eine Kombination aus dem CT-Schnittbild, von extern auf der Hautoberfläche des Patienten angebrachten Markern sowie der Orientierungshilfe durch ein an der CT-Gantry angebrachtes Laser-Fadenkreuz. Die ei gentliche Punktion sowie das Vorschieben der Punktionsnadel erfolgen bei diesem Vorgehen im Wesentlichen anhand der subjektiven Steuerung durch den Arzt. Je nach Erfahrungsgrad des Untersuchers ist dabei eine Mehrfachpunktion notwendig. Dieses Vorgehen birgt neben den Unannehmlichkeiten für den Patienten auch das erhöhte Risiko von Komplikationen, wie Blutungen, Organverletzungen oder Hämatomen. Zudem ist die Punktionsgenauigkeit bei diesem Vorgehen, insbesondere bei kleinen Zielregionen, eingeschränkt.
  • Um eine gezielte Instrumentenführung zu erreichen, können heutzutage unterstützend verschiedene andere Navigationshilfen eingesetzt werden, zum Beispiel optische oder elektromagnetische Ortungssysteme oder die Verwendung eines stereotaktischen Rahmens, dessen Position im Raum bekannt ist und der eine Vorrichtung für eine Instrumentenführung aufweist. Dieses Vorgehen ist jedoch aufwändig, um die Einstichstelle zu finden und die Nadel exakt auszurichten. Zum anderen wird das distale, patientenferne Ende der Nadel durch die Ortungssysteme überwacht. Somit werden mögliche Verformungen der Nadelspitze, die durch Widerstände im Körper ausgelöst werden und unter Umständen zu einer Abweichung vom Punktionspfad führen, nicht berücksichtigt.
  • Aus der WO 2005/009215 A2 ist ein computergesteuertes chirurgisches Navigationssystem bekannt, welches dem Anwender Informationen über anatomische Gegebenheiten zum Beispiel mittels eines haptischen Feedbacks rückmeldet. Aus der WO 2004/014244 A2 ist ein mikrochirurgischer Roboter bekannt, welcher Steuerelemente für den Anwender aufweist, die mit der Hand bewegt werden können. Aus der WO 2007/005367 A2 ist ein interventionelles medizinisches Therapiesystem mit einem einen Katheter oder ein chirurgisches Instrument halternden Roboterarm bekannt, welches auch ein Bildgebungsgerät und Sensoren zur Positionserfassung aufweist. Das von dem Roboter bewegte chirurgische Instrument wird mittels eines Eingabemoduls von dem Anwender gesteuert und zwar so, dass ein Steuer gerät als „master” seine Befehle an den „slave”, den Roboter überträgt und dieser sich entsprechend in Bewegung setzt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein interventionelles Diagnose- und oder Therapiesystem vorzusehen, welches besonders einfache, intuitive und sichere interventionelle Eingriffe ermöglicht.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem mit einem zumindest zweiachsigen Roboterarm gemäß dem Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
  • Der zentrale Gedanke der Erfindung liegt darin, ein interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem vorzusehen, welches einen zumindest zweiachsigen Roboterarm mit einem daran befestigten Instrumentenhalter zur Halterung eines Instruments und mit einer Nachgiebigkeitsregelung aufweist, wobei der Roboterarm dazu ausgebildet ist, einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders zu folgen. Durch Anfassen und Bewegen der Strukturteile kann der Roboterarm, insbesondere ein Leichtbauroboter, und damit der daran angeordnete Instrumentenhalter mit dem Instrument intuitiv nach Anwenderwunsch positioniert werden.
  • Dadurch kann ein Anwender Positionierungen oder Positionskorrekturen des Instruments schnell und einfach durchführen, ohne ein komplexes Steuerungsprogramm bedienen zu müssen. Ein solches System ermöglicht assistierend ein intuitives Vorgehen bei der Planung und Durchführung zum Beispiel von Punktionen oder Biopsien. Eine derartige Nachgiebigkeitsregelung kann zum Beispiel mittels mehrerer Sensoren, wie Positionssensoren und Kraftsensoren, welche an den einzelnen Gelenken des Leichtbauroboters angeordnet sind, realisiert werden. Insbesondere ist eine solche Nachgiebigkeitsregelung bei einem Leichtbauroboter der Firma KUKA Roboter GmbH bekannt.
  • Das erfindungsgemäße interventionelle medizinische Diagnose- und/oder Therapiesystem weist außerdem ein Bildgebungsgerät mit einer Steuerungs- und einer Bildverarbeitungseinheit und eine Positionserkennungsvorrichtung, mittels der eine Roboter-Steuerungseinheit die Position des Instruments erfasst, auf. Das Bildgebungsgerät dient zur Erstellung eines 3D-Datensatzes von dem zu untersuchenden/therapierenden Bereich eines Patientenkörpers, so dass das Zielgebiet besonders genau lokalisiert werden kann. Die Positionserkennungsvorrichtung erlaubt eine Positionierung des Instruments derart, dass der Roboter-Steuerungseinheit die Position der Instrumentenspitze bekannt ist. Dadurch ist eine besonders sichere Steuerung des Instruments möglich.
  • Erfindungsgemäß weist der Roboterarm außerdem eine erste Betriebsart, bei der der Roboterarm einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders folgt, und eine zweite Betriebsart, bei der der Roboterarm gegenüber systemexternen Krafteinwirkungen fest ist, auf, wobei der Roboterarm zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltbar ist. So kann zum Beispiel zum Einstellen der Position des Instruments an der Einstichstelle die erste Betriebsart aktiviert sein, so dass die Vorteile der Nachgiebigkeitssteuerung genutzt werden können während der Arzt das Instrument intuitiv positioniert. Anschließend wird in die zweite Betriebsart gewechselt, in der das Instrument nicht mehr durch den Arzt per Hand verstellt werden kann, um eine Positionsänderung durch versehentliche Berührungen zu unterbinden.
  • Nach einer Ausgestaltung der Erfindung können auch weitere Betriebsarten vorgesehen sein, in denen zum Beispiel eine Nachgiebigkeit nur in bestimmten Richtungen und entlang bestimmten Pfaden vorgesehen ist.
  • Erfindungsgemäß weist das Diagnose- und/oder Therapiesystem eine Vorrichtung zur Registrierung des Roboterarms mit dem Bildgebungsgerät auf. Diese Registrierung ist vorteilhaft, um eine Relativposition zwischen dem Zielgebiet und dem Instru ment bestimmen zu können. Die Vorrichtung zur Registrierung des Roboterarmes mit dem Bildgebungsgerät kann zum Beispiel von einer definierten mechanischen Kopplung oder einer Schiene mit Positionsmarkern zwischen dem Roboterarm und dem Bildgebungsgerät gebildet werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Positionserkennungsvorrichtung zur Erkennung der Position des Instruments und insbesondere von dessen Spitze von einem Ortungssystem mit einer Auswerteeinheit gebildet. In vorteilhafter Weise arbeitet das Ortungssystem zur Ortung des Instruments, insbesondere der Instrumentenspitze, auf der Basis optischer oder elektromagnetischer Ortung. Hierfür können zum Beispiel optische Markierungen an dem Instrumentenhalter oder dem Instrument angeordnet sein, die zusammen mit einem Tracking-System den Ort und die Orientierung des Instrumentes erfassbar machen. Es kann auch ein Laser z. B. an dem Bildgebungsgerät angeordnet sein, der mittels Triangulation die Position des Instruments erfasst. Des Weiteren können auch Spulen an dem Instrumentenhalter oder dem Instrument angeordnet sein, die zusammen mit einem elektromagnetischen Navigationssystem die Position des Instruments anzeigen.
  • Die Positionsinformationen werden anschließend an die Roboter-Steuerungseinheit und/oder an die Steuerungseinheit des Bildgebungsgerätes weitergegeben. Im einfachsten Fall besteht die Positionserkennungsvorrichtung aus einer festen Verbindung des Instrumentenhalters zu dem Roboterarm in einer fest definierten Relativposition, so dass die Position des Instruments bzw. von dessen Spitze auch bei Bewegungen des Roboterarms anhand der Relativposition immer berechenbar ist.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Diagnose- und/oder Therapiesystem ein Therapieplanungssystem auf, welches mit dem Bildgebungsgerät und der Roboter-Steuerungseinheit des Roboterarms zum Beispiel zum Datenaustausch verbunden ist. Derartige Therapieplanungssysteme können zum Beispiel von einer Planungssoftware gebildet werden, welche auf einem handelsüblichen PC betrieben werden kann.
  • In vorteilhafter Weise wird das Bildgebungsgerät von einem C-Bogen Röntgengerät gebildet. Ein derartiges C-Bogen Röntgengerät erlaubt eine besonders gute Zugänglichkeit zu dem Patienten für den Arzt. Außerdem kann ein derartiger C-Bogen Röntgengerät auf einfache Weise Tomographiebilder aufnehmen, welche anschließend zu einer dreidimensionalen Volumen-Darstellung rekonstruiert werden können.
  • In einer weiteren Ausführung kann der Roboterarm auch mit einem Bildgebungsgerät in Form eines Ultraschallkopfs kombiniert werden. Auf diese Weise wird eine strahlungsfreie Positionierung der Nadelspitze unter Sichtkontrolle in Echtzeit ermöglicht.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Roboterarm von einem Leichtbauroboter mit mindestens sechs, insbesondere sieben, Freiheitsgraden gebildet. Die mindestens sechs Freiheitsgrade erlauben eine besonders hohe Flexibilität und Manipulierbarkeit des Leichtbauroboters. Unter einem Leichtbauroboter ist dabei ein besonders kleiner und leichter Roboterarm zu verstehen. Der Leichtbauroboter besitzt den Vorteil, dass er in der Lage ist, sich mit einem Menschen den Arbeitsraum zu teilen. Dazu ist der Leichtbauroboter insbesondere kleiner als ein Mensch.
  • Zweckmäßigerweise besitzt das Diagnose- und/oder Therapiesystem einen bewegbaren Patiententisch. Eine Ansteuerung des Patiententisches kann zum Beispiel in der Steuerungs- und Bildverarbeitungseinheit des Bildgebungsgerätes integriert sein. Ein solcher Patiententisch besitzt den Vorteil, dass er während eines interventionellen Eingriffes zur Unterstützung des Arztes bewegt werden kann und z. B. eine bessere Zugänglichkeit zu dem Patienten gewährleistet.
  • Zweckmäßigerweise weist das Diagnose- und/oder Therapiesystem ein weiteres Ortungssystem zur Ortung des Instruments, insbesondere der Instrumentenspitze, auf. Hierbei kann zum Beispiel vorgesehen sein, zwei Ortungssysteme, die auf unterschiedlichen Messprinzipien beruhen, einzusetzen, um eine besonders genaue Ortung der Instrumentenspitze zu gewährleisten.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:
  • 1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes interventionelles Diagnose- und Therapiesystem mit einem Leichtbauroboter zur Instrumentenführung;
  • 2 ein Workflow zur Bedienung des erfindungsgemäßen interventionellen Diagnose- und Therapiesystems.
  • 1 zeigt ein interventionelles Diagnose und/oder Therapiesystem 1 gemäß der Erfindung. Das Diagnose- und/oder Therapiesystem weist ein Röntgengerät mit einem C-Bogen 2 auf, an welchem C-Bogen 2 eine Röntgenquelle 3 und ein Röntgendetektor 4 gehaltert sind. Eine Steuerungs- und Bildverarbeitungseinheit 9 dient zur Steuerung des Röntgengeräts sowie zur Verarbeitung von aufgenommenen Bilddaten. Das Diagnose- und/oder Therapiesystem weist außerdem einen Leichtbauroboter 5 auf, welcher über einen Instrumentenhalter 6 ein Instrument 7, zum Beispiel eine Biopsienadel, haltert. Der Leichtbauroboter 5 wird von einer Roboter-Steuerungseinheit 10 angesteuert. Zusätzlich weist das System ein Therapieplanungssystem 11, ein Ortungssystem mit einer Auswerteeinheit 14 und besitzt eine Datenverbindung zu einem Netzwerk 12.
  • Unter einem Leichtbauroboter 5 ist hierbei ein besonders kleiner und kompakter Roboterarm zu verstehen. Ein Leichtbauroboter kann genau wie ein herkömmlicher Industrieroboter mehrere Gelenke und Freiheitsgrade aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines mindestens sechsachsigen Knickarmroboters, da dieser alle möglichen beliebigen dreidimensionalen Bewegungen ausführen kann.
  • Der Leichtbauroboter 5 ist derart ausgebildet, dass er sowohl von der Roboter-Steuerungseinheit 10 aus angesteuert werden kann als auch Mittel zur Nachgiebigkeitsregelung aufweist. Unter Nachgiebigkeit ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass der Leichtbauroboter systemexternen Krafteinwirkungen nachgibt, also sich zum Beispiel durch einen Arzt sanft beiseite schieben lässt sowie einer systemexternen Führung folgt, also sich z. B. von einem Arzt durch Berührung in seiner Position korrigieren lässt. Durch Anfassen und Bewegen der Strukturteile kann der Leichtbauroboter so intuitiv nach Anwenderwunsch positioniert werden. Ein derartiger Leichtbau roboter ist zum Beispiel von der Firma KUKA Roboter GmbH entwickelt worden.
  • Eine Nachgiebigkeitsregelung, also eine Einstellung der Nachgiebigkeit des Leichtbauroboters, insbesondere abhängig von seiner Position, kann zum Beispiel mittels mehrerer Sensoren überwacht werden, wie Positionssensoren und Kraftsensoren, welche an den einzelnen Gelenken des Leichtbauroboters angeordnet sind. Über die Kraftsensoren können schnell und hoch auflösend lokale Informationen über die Objekte, mit denen der Roboter in Kontakt ist, gewonnen werden. Hierfür ist zum Beispiel jedes Gelenk des Leichtbauroboters mit antriebsseitigem Positionssensor sowie abtriebsseitigen Positions- und Momentensensoren ausgestattet, da die Nachgiebigkeit als eine Kombination aus Position (Orientierung) und Kraft (Moment) darstellbar ist. Der Leichtbauroboter lässt sich dadurch positions-, geschwindigkeits- und momentengeregelt betreiben. Bewegungsbahnen können so präzise, dynamisch und schwingungsfrei abgefahren werden.
  • Ein diagnostisch-therapeutischer Workflow zur Bedienung des erfindungsgemäßen interventionellen Diagnose- oder Therapiesystems ist in 2 gezeigt und im Folgenden beschrieben. Ein solcher Workflow ist besonders einfach und intuitiv:
    • a. Zunächst wird in einem ersten Schritt 15 ein dreidimensionaler Datensatz mittels des C-Bogen CT-Röntgengeräts aufgenommen, wobei der Datensatz den zu untersuchenden/therapierenden Bereich eines Körpers abbildet und es wird die genaue Zielregion (also zum Beispiel ein Organ oder eine Läsion von Körpergewebe) in diesem 3D Datensatz bestimmt. Optional kann der mittels des C-Bogen CT-Röntgengeräts erstellte Datensatz auch mit einem anderen präinterventionell aufgenommenen Datensatz (zum Beispiel Ultraschall, CT, MR, PET, SPECT) fusioniert werden.
    • b. In einem zweiten Schritt 16 bestimmt eine Bedienperson, zum Beispiel ein Arzt, aufgrund der bekannten Lokalisation die Einstichstelle auf der Patientenoberfläche, beispielsweise auf Grund seiner ärztlichen Erfahrung und der erkennbaren Anatomie (z. B. Rippen), und positioniert das mittels des Instrumentenhalters von dem Roboterarm, insbesondere dem Leichtbauroboter, gehalterte Instrument, zum Beispiel eine Punktions- oder eine Biopsienadel. Dazu steuert die Bedienperson den Instrumentenhalter mit dem fixierten Instrument manuell, indem sie den Instrumentenhalter anfasst und nach ihren Wünschen positioniert. Dies ist dadurch vorteilhaft möglich, dass der Roboterarm dazu ausgebildet ist, systemexternen Krafteinwirkungen nachzugeben und einer systemexternen Führung, also der des Arztes, zu folgen.
    • c. In einem dritten Schritt 17 richtet die Steuerungseinheit des Leichtbauroboters den Instrumentenhalter und damit das Instrument automatisch auf die Zielregion aus, wobei die Position der Instrumentenspitze und damit die ausgewählte Einstichstelle erhalten bleibt. Eine derartige Ausrichtung des Instruments ist durch die Registrierung des Roboterarms mit dem Bildgebungsgerät auf einfache Weise möglich. Vor der Ausrichtung des Instruments kann noch vorgesehen sein, dass Positionsinformationen der Zielregion und der Instrumentenspitze an die Roboter-Steuerungseinheit des Roboterarms übertragen werden.
    • d. In einem vierten Schritt 18 wird parallel zum dritten Schritt in dem Therapieplanungssystem der virtuelle Weg des Instruments angezeigt, z. B. in einer 3D Visualisierung oder alternativ in drei Ebenen in zweidimensionalen Bildern. Der Arzt kann dadurch zusätzlich kontrollieren, ob der virtuelle Weg sinnvoll ist. In den Fällen, in denen kritische, zu umgehende Strukturen wie Gefäße, Knochen oder Organe auf dem Weg liegen, verschiebt die Bedienperson das Instrument oder korrigiert den virtuellen Weg, anschließend erfolgt automatisch eine Anpassung der Planung des Punktionspfades im Therapieplanungssystem oder manuell. Gegebenenfalls ist es auch möglich, im Therapieplanungssystem den Pfad, bzw. die virtuelle Nadel zu verschieben und der Leichtbauroboter folgt dieser Verschiebung.
    • e. In einem fünften Schritt 19 nach Bestätigung verharrt der Leichtbauroboter auf der vorgegebenen Position, z. B. indem die zweite Betriebsart automatisch eingestellt wird. Nach der Freigabe des Arztes wird auf eine weitere Betriebsart umgeschaltet, bei der die Fixierung des Instruments insbesondere nur in der für die Punktion optimalen Richtung freigegeben ist. Das Vorschieben der Punktionsnadel erfolgt manuell durch den Arzt. Der Vorschub kann unter Kontrolle, z. B. Fluoroskopie oder mittels eines elektromagnetischen oder optischen Ortungssystems erfolgen.
  • Besonders vorteilhaft kann ein mehrachsiger Leichtbauroboter seinen Arm verfahren (aktiv oder durch das Personal) und dabei die Position und Orientierung des Instrumentenhalters fixiert lassen. Dies ist notwendig, falls der Arm des Leichtbauroboters dem C-Bogen oder dem die Untersuchung durchführenden Arzt im Weg ist.
  • Mit dem erfindungsgemäßen interventionellen medizinischen Diagnose- und/oder Therapiesystem und der entsprechenden oben beschriebenen Bedienung desselben ist es möglich, auch kleine Läsionen in tiefer liegenden Körperregionen eines Patienten mit an einem Roboterarm befestigten Instrumenten zielgenau zu treffen, wobei die Bedienung und Nutzung für den Arzt sehr intuitiv, einfach und einleuchtend ist.
  • Beim konventionellen Workflow wurden noch sämtliche Schritte aktiv vom Arzt durchgeführt, insbesondere auch die Erstellung der Pfadplanung, das Auffinden des Einstichpunktes und die Ausrichtung des Instrumentes. Der erfindungsgemäße, intuitive Workflow ist dagegen zusammengefasst der folgende:
    • – Erstellung eines 3D Datensatzes eines Patienten mit einem medizinischen Bildgebungsgerät (ausgelöst durch den Arzt),
    • – Bestimmung einer zu therapierenden Zielregion des Patienten anhand des 3D Datensatzes (manuell durch den Arzt), – Planung einer Eintrittsstelle eines Instruments auf der Oberfläche des Patienten (auch manuell durch den Arzt, eventuell unterstützt durch ein Therapieplanungssystem),
    • – Positionierung der Instrumentenspitze an der Eintrittsstelle durch manuelle Verschiebung eines Roboterarms, welcher das Instrument haltert (der Arzt verschiebt den nachgiebigkeitsgeregelten Roboterarm),
    • – Übertragung der Positionsinformationen der Zielregion und der Instrumentenspitze an eine Roboter-Steuerungseinheit des Roboterarms,
    • – Automatische Ausrichtung des Instruments durch die Roboter-Steuerungseinheit auf die Zielregion (wobei die Position der Instrumentenspitze beibehalten wird),
    • – Automatische Kontrolle des Pfades des Instrumentes mittels eines Therapieplanungssystems,
    • – Zusätzlich optional manuelle Kontrolle des Pfades des Instrumentes (durch den Arzt),
    • – Manueller Vorschub des Instrumentes (durch den Arzt),
    • – optionale Kontrolle während des Vorschubs des Instrumentes (z. B. mittels durch Fluoroskopie oder ein anderes bildgebendes Verfahren erstellte Abbildungen).
  • Die Erfindung lässt sich folgendermaßen kurz zusammenfassen:
    Zur Durchführung von besonders einfachen, intuitiven und sicheren interventionellen Eingriffen ist ein interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem mit
    • – einem Bildgebungsgerät, welches zur Aufnahme von 3D-Abbildungen eines Untersuchungsobjekts ausgebildet ist, mit einer Steuerungs- und einer Bildverarbeitungseinheit (9),
    • – einem zumindest zweiachsigen Roboterarm, aufweisend Mittel zur Nachgiebigkeitsregelung des Roboterarms und eine Roboter-Steuerungseinheit (10) zur Steuerung des Roboterarms,
    • – einem Instrumentenhalter (6), der mit dem Roboterarm verbunden ist, zur Halterung eines Instruments (7),
    • – einer Positionserkennungsvorrichtung, mittels der die Position des Instruments (7) für die Roboter-Steuerungseinheit (10) erfassbar ist, wobei der Roboterarm dazu ausgebildet ist, systemexternen Krafteinwirkungen nachzugeben und/oder einer systemexternen Führung zu folgen, und wobei der Roboterarm eine erste Betriebsart aufweist, bei der der Roboterarm einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders folgt, und eine zweite Betriebsart, bei der der Roboterarm gegenüber systemexternen Krafteinwirkungen fest ist, wobei der Roboterarm zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltbar ist,
    • – einer Vorrichtung zur Registrierung des Roboterarms mit dem Bildgebungsgerät,
    vorgesehen.

Claims (9)

  1. Interventionelles medizinisches Diagnose- und/oder Therapiesystem mit – einem Bildgebungsgerät, welches zur Aufnahme von 3D-Abbildungen eines Untersuchungsobjekts ausgebildet ist, mit einer Steuerungs- und einer Bildverarbeitungseinheit (9), – einem zumindest zweiachsigen Roboterarm, aufweisend Mittel zur Nachgiebigkeitsregelung des Roboterarms und eine Roboter-Steuerungseinheit (10) zur Steuerung des Roboterarms, – einem Instrumentenhalter (6), der mit dem Roboterarm verbunden ist, zur Halterung eines Instruments (7), – einer Positionserkennungsvorrichtung, mittels der die Position des Instruments (7) für die Roboter-Steuerungseinheit (10) erfassbar ist, und – einer Vorrichtung zur Registrierung des Roboterarms mit dem Bildgebungsgerät, bei welchem System der Roboterarm dazu ausgebildet ist, einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders zu folgen, welcher Roboterarm eine erste Betriebsart aufweist, bei der der Roboterarm einer systemexternen manuellen Führung eines Anwenders folgt, und eine zweite Betriebsart, bei der der Roboterarm gegenüber systemexternen Krafteinwirkungen fest ist, welcher Roboterarm zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart umschaltbar ist.
  2. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach Anspruch 1, bei dem die Positionserkennungsvorrichtung von einem Ortungssystem mit einer Auswerteeinheit (14) gebildet wird.
  3. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ein Therapieplanungssystem (11) aufweist, welches mit dem Bildgebungsgerät und der Roboter-Steuerungseinheit (10) des Roboterarms verbunden ist.
  4. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Bildgebungsgerät von einem C-Bogen-Röntgengerät (2, 3, 4, 9) gebildet wird.
  5. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Roboterarm von einem Leichtbauroboter (5) mit mindestens sechs, insbesondere sieben, Freiheitsgraden gebildet wird.
  6. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches einen bewegbaren Patiententisch (8) aufweist.
  7. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach Anspruch 3, bei dem das Ortungssystem (13) zur Ortung des Instruments (7), insbesondere der Instrumentenspitze des auf der Basis optischer oder des Instruments (7) elektromagnetischer Ortung arbeitet.
  8. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Ortungssystem (13) dazu ausgebildet ist, den Vorschub des Instruments (7) zu bestimmen.
  9. Diagnose- und/oder Therapiesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ein weiteres Ortungssystem zur Ortung des Instruments (7), insbesondere der Instrumentenspitze des Instruments (7) aufweist.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2482748B1 (de) 2009-10-01 2020-12-30 Mako Surgical Corp. Robotersystem für ein mehrzweckwerkzeug
JP5571432B2 (ja) * 2010-03-30 2014-08-13 カール シュトルツ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト 医療用ロボットシステム
DE102010020350B4 (de) * 2010-05-12 2017-02-23 Siemens Healthcare Gmbh Verfahren zur Positionierung des Fokus eines Gradientenfeldes und Behandlungsvorrichtung
US20120190970A1 (en) 2010-11-10 2012-07-26 Gnanasekar Velusamy Apparatus and method for stabilizing a needle
US9119655B2 (en) 2012-08-03 2015-09-01 Stryker Corporation Surgical manipulator capable of controlling a surgical instrument in multiple modes
US9921712B2 (en) 2010-12-29 2018-03-20 Mako Surgical Corp. System and method for providing substantially stable control of a surgical tool
DE102011005917A1 (de) * 2011-03-22 2012-09-27 Kuka Laboratories Gmbh Medizinischer Arbeitsplatz
DE102012206350A1 (de) * 2012-04-18 2013-10-24 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zum Betreiben eines Roboters
US9226796B2 (en) 2012-08-03 2016-01-05 Stryker Corporation Method for detecting a disturbance as an energy applicator of a surgical instrument traverses a cutting path
US9820818B2 (en) 2012-08-03 2017-11-21 Stryker Corporation System and method for controlling a surgical manipulator based on implant parameters
CN112932672A (zh) 2012-08-03 2021-06-11 史赛克公司 用于机器人外科手术的系统和方法
US9554785B2 (en) * 2012-12-21 2017-01-31 Essential Medical, Inc. Vascular locating systems and methods of use
DE102013213727A1 (de) 2013-07-12 2015-01-15 Siemens Aktiengesellschaft Interventionelles Bildgebungssystem
CN103815953B (zh) * 2014-03-10 2016-02-24 北京市肿瘤防治研究所 一种用于穿刺的实时三维可视化影像引导系统
DE102014226240A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Kuka Roboter Gmbh System zur roboterunterstützten medizinischen Behandlung
RU2594100C1 (ru) * 2015-05-06 2016-08-10 Ирина Алексеевна Готлиб Способ проведения малоинвазивного хирургического вмешательства и установка "рх-1" для его осуществления
CN105963018A (zh) * 2016-04-27 2016-09-28 何滨 智能脊椎麻醉穿刺机器人系统
US11202682B2 (en) 2016-12-16 2021-12-21 Mako Surgical Corp. Techniques for modifying tool operation in a surgical robotic system based on comparing actual and commanded states of the tool relative to a surgical site
CN107877527A (zh) * 2017-12-11 2018-04-06 博奥生物集团有限公司 一种机器人
WO2019228530A1 (en) * 2018-05-31 2019-12-05 Shanghai United Imaging Healthcare Co., Ltd. Systems and methods for controllinig an x-ray imaging device
US11648067B2 (en) * 2018-10-05 2023-05-16 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Medical manipulator and surgical system including the same
JP6469304B1 (ja) 2018-10-23 2019-02-13 株式会社A−Traction 手術支援装置、その制御方法及びプログラム
CN111281537A (zh) * 2018-12-06 2020-06-16 安徽埃克索医疗机器人有限公司 一种用于股骨头坏死治疗的导航系统
CN111281538A (zh) * 2018-12-06 2020-06-16 安徽埃克索医疗机器人有限公司 一种干细胞定向输注导航系统
US11350919B2 (en) 2019-02-19 2022-06-07 Teleflex Life Sciences Limited Puncture locating system with blood pulsation indicator
DE102020204574A1 (de) * 2020-04-09 2021-10-14 Siemens Healthcare Gmbh Bildgebung eines robotisch bewegten medizinischen Objekts
DE102020204985A1 (de) * 2020-04-21 2021-10-21 Siemens Healthcare Gmbh Steuerung eines robotisch bewegten medizinischen Objekts
CN113855244B (zh) * 2021-09-08 2022-10-18 江苏集奥医工交叉科技有限公司 一种用于疼痛治疗的手术机器人

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004014244A2 (en) * 2002-08-13 2004-02-19 Microbotics Corporation Microsurgical robot system
WO2005009215A2 (en) * 2003-07-16 2005-02-03 Z-Kat, Inc. Guidance system and method for surgical procedure
WO2007005367A2 (en) * 2005-06-30 2007-01-11 Intuitive Surgical, Inc Robotic image guided catheter-based surgical devices and techniques

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5829444A (en) * 1994-09-15 1998-11-03 Visualization Technology, Inc. Position tracking and imaging system for use in medical applications
US6055449A (en) * 1997-09-22 2000-04-25 Siemens Corporate Research, Inc. Method for localization of a biopsy needle or similar surgical tool in a radiographic image
ATE394719T1 (de) * 2001-01-29 2008-05-15 Acrobot Company Ltd Roboter mit aktiven beschränkungen
DE50101703D1 (de) * 2001-03-05 2004-04-22 Brainlab Ag Verfahren zur Erstellung bzw. Aktualisierung eines Bestrahlungsplans
JP4504228B2 (ja) * 2005-03-01 2010-07-14 川崎重工業株式会社 ロボットの制御装置および制御方法
JP4595727B2 (ja) * 2005-07-22 2010-12-08 ソニー株式会社 外力推定システム及び外力推定方法、並びにコンピュータ・プログラム
US20080004481A1 (en) * 2006-06-28 2008-01-03 Jeffrey Bax Apparatus and method for guiding insertion of a medical tool

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004014244A2 (en) * 2002-08-13 2004-02-19 Microbotics Corporation Microsurgical robot system
WO2005009215A2 (en) * 2003-07-16 2005-02-03 Z-Kat, Inc. Guidance system and method for surgical procedure
WO2007005367A2 (en) * 2005-06-30 2007-01-11 Intuitive Surgical, Inc Robotic image guided catheter-based surgical devices and techniques

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011105748A1 (de) * 2011-06-24 2012-12-27 Precisis Ag Roboter zum Halten und zur Handhabung medizinischer Instrumente/Gerätschaften

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007045075A1 (de) 2009-04-09
US20090082784A1 (en) 2009-03-26

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