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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen medizinische Vorrichtungen,
die in medizinischen Robotersystemen verwendet werden, und insbesondere
eine medizinische Vorrichtung mit einer orientierbaren Spitze für
das robotisch gelenkte Laserschneiden und Biomaterialaufbringen
während eines medizinischen Eingriffs, der von einem Chirurgen unter
Verwendung eines medizinischen Robotersystems durchgeführt
wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Medizinische
Robotersysteme, wie z. B. jene, die bei der Durchführung
von minimal invasiven chirurgischen Eingriffen verwendet werden,
bieten viele Vorteile gegenüber herkömmlichen
Techniken der offenen Chirurgie, einschließlich weniger Schmerzen,
kürzerer Krankenhausaufenthalte, schnellerer Rückkehr
zu normalen Aktivitäten, minimaler Narbenbildung, verkürzter
Erholungszeit und weniger Verletzung am Gewebe. Folglich ist der
Bedarf für solche medizinischen Robotersysteme stark und
zunehmend.
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Ein
Beispiel eines solchen medizinischen Robotersystems ist das da Vinci® Operationssystem von Intuitive
Surgical, Inc., in Sunnyvale, Kalifornien, das ein minimal invasives
chirurgisches Robotersystem ist. Das da Vinci® Operationssystem
besitzt eine Anzahl von Roboterarmen, die befestigte medizinische
Vorrichtungen, wie z. B. eine Bildaufnahmevorrichtung und gelenkige
Operationsinstrumente EndoWrist® im
Besitz von Intuitive Surgical, in Reaktion auf die Bewegung von
Eingabevorrichtungen durch einen Chirurgen bewegen, der Bilder betrachtet,
die durch die Bildaufnahmevorrichtung eines Operationsorts aufgenommen
werden. Jede der medizinischen Vorrichtungen wird durch ihren eigenen
minimal invasiven Einschnitt in den Patienten eingeführt und
zum Durchführen eines medizinischen Eingriffs am Operationsort
positioniert. Die Einschnitte werden über den Körper
des Patienten so angeordnet, dass die Operationsinstrumente verwendet
werden können, um den medizinischen Eingriff gemeinsam durchzuführen,
und die Bildaufnahmevorrichtung kann ihn betrachten, ohne dass ihre
Roboterarme während des Eingriffs kollidieren.
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In
einem weiteren Beispiel eines medizinischen Robotersystems kann
eine robotisch betätigte endoluminale Vorrichtung verwendet
werden, die in den Patienten durch einen einzelnen minimal invasiven
Einschnitt oder durch eine Körperöffnung wie z. B.
den Mund, das Rektum, die Vagina oder die Harnröhre eintritt,
um einen Operations- oder Diagnoseort innerhalb eines Patienten
zu erreichen, indem sie zumindest teilweise entlang des Weges durch
ein natürliches Körperlumen hindurchgeht. Die
endoluminale Vorrichtung kann in diesem Fall Operationsinstrumente
und eine Bildaufnahmevorrichtung in eine Einheit integrieren.
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Eine
Anwendung für eine solche endoluminale Vorrichtung ist
Natural-Orifice Transluminal Endosurgery ("NOTES"), die beispielsweise
das Führen von biegsamen Instrumenten durch eine der Körperöffnungen
und das Eintreten in den Bauch vielmehr vom Inneren des Patienten
als durch einen minimal invasiven Einschnitt von außen
beinhalten kann. Bei der Chirurgie "durch den Magen" werden beispielsweise
Instrumente durch den Mund und in den Magen geführt. Dann
wird ein Loch in die Magenwand geschnitten, um innerhalb der Bauchhöhle
einen medizinischen Eingriff durchzuführen. Sobald der
Eingriff vollendet ist, werden die Instrumente zusammen mit irgendeinem
während des Engriffs entfernten Gewebe herausgezogen und
das Eintrittsloch wird wieder zugenäht. Da die Magenwand
sehr wenige Schmerzrezeptoren aufweist, kann NOTES weniger schmerzhaft
als sogar die minimal invasive Chirurgie sein. Da es eine natürliche
Körperöffnung anstelle von Einschnitten zum Eintritt
in den Körper verwendet, kann es auch zu verringerten Bedürfnissen
für allgemeine Anästhesie und zu schnelleren Erholungszeiten
führen.
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Medizinische
Robotersysteme wie z. B. diese erfordern im Allgemeinen chirurgische
Instrumente, die in der Lage sind, Gewebe zu schneiden, zu ergreifen
und zu nähen, um medizinische Eingriffe durchzuführen.
In endoluminalen Vorrichtungen, die integrierte chirurgische Instrumente
und eine Bildaufnahmevorrichtung umfassen, kann es jedoch schwierig
sein sicherzustellen, dass die darin implementierten chirurgischen
Instrumente immer ausreichend Schneidkraft oder angemessene Geschicklichkeit
erzeugen können, um ihre angestrebten Aufgaben zu erfüllen.
Aufgrund der Art von solchen robotisch gesteuerten Instrumenten
kann ferner ihre Bedienung für Benutzer der medizinischen
Robotersysteme schwierig zu beherrschen sein.
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AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Folglich
ist eine Aufgabe von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden
Erfindung eine in einem medizinischen Robotersystem zu verwendende
medizinische Vorrichtung, die für eine Bedienperson zum
Durchführen eines medizinischen Eingriffs an einem Operationsort
innerhalb eines Patienten leicht zu verwenden ist.
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Eine
weitere Aufgabe von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden
Erfindung ist eine in einem medizinischen Robotersystem zu verwendende
medizinische Vorrichtung, die nicht den Bedarf erfordert, an ihrer
Spitze große Kräfte zu erzeugen, um ihre angestrebte
Aufgabe an einem Operationsort innerhalb eines Patienten durchzuführen.
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Noch
eine weitere Aufgabe von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden
Erfindung ist eine in einem medizinischen Robotersystem zu verwendende
medizinische Vorrichtung, die den Blick einer Kamera nicht stört,
während sie während der Durchführung
eines medizinischen Eingriffs an einem Operationsort innerhalb eines
Patienten verwendet wird.
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Noch
eine weitere Aufgabe von einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden
Erfindung ist eine in einem medizinischen Robotersystem zu verwendende medizinische
Vorrichtung, die während der Durchführung eines
medizinischen Eingriffs an einem Operationsort innerhalb eines Patienten
genau und zuverlässig verwendet werden kann.
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Diese
und zusätzliche Aufgaben werden durch die verschiedenen
Aspekte der vorliegenden Erfindung bewerkstelligt, wobei kurz angegeben
ein Aspekt ein medizinisches Robotersystem ist, das umfasst: eine
Eingabevorrichtung; einen Manipulator; eine mit dem Manipulator
gekoppelte medizinische Vorrichtung, wobei die medizinische Vorrichtung
einen Kanal und eine orientierbare Spitze aufweist, wobei die orientierbare
Spitze ein proximales Ende aufweist, das mit einem distalen Ende
des Kanals gekoppelt ist; einen Katheter, der sich durch den Kanal
und zu einem distalen Ende der orientierbaren Spitze erstreckt;
eine Biomaterialquelle, die mit einem proximalen Ende des Katheters
gekoppelt ist; und einen Prozessor, der dazu ausgelegt ist, dem Manipulator
gemäß der Bedienpersonenbedienung der Eingabevorrichtung
zu befehlen, die orientierbare Spitze so zu betätigen,
dass ein distales Ende des Katheters gerichtet wird.
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Ein
weiterer Aspekt ist ein Verfahren zum Konfigurieren einer medizinischen
Vorrichtung zum Durchführen eines medizinischen Eingriffs
unter Verwendung eines medizinischen Robotersystems, das umfasst:
Einführen eines Katheters durch einen Kanal der medizinischen
Vorrichtung, so dass er sich zu einem distalen Ende einer orientierbaren
Spitze der medizinischen Vorrichtung erstreckt; Koppeln einer Biomaterialquelle
mit einem proximalen Ende des Katheters; und Koppeln der medizinischen
Vorrichtung mit dem medizinischen Robotersystem, so dass eine Position
und Orientierung eines distalen Endes des Katheters durch Steuern
einer Position und Orientierung der orientierbaren Spitze durch
Bedienpersonenbedienung einer Eingabevorrichtung steuerbar sind.
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Ein
weiterer Aspekt ist eine medizinische Vorrichtung, die mit einem
medizinischen Robotersystem koppelbar ist, welche umfasst: einen
Kanal; eine hohle Spitze; einen Handgelenkmechanismus, der die hohle
Spitze mit dem Kanal koppelt, so dass jeweilige Durchgänge
im Kanal und in der hohlen Spitze ausgerichtet sind; und eine Schnittstelle,
die mit dem Handgelenkmechanismus gekoppelt ist und dazu ausgelegt
ist, mit dem medizinischen Robotersystem so zu koppeln, dass das
medizinische Robotersystem die Bewegung des Handgelenkmechanismus
gemäß der Bedienpersonenbedienung einer Eingabevorrichtung
des medizinischen Robotersystems steuert.
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Noch
ein weiterer Aspekt ist ein Verfahren zur Verwendung einer medizinischen
Vorrichtung in einem medizinischen Robotersystem, das umfasst: robotisches
Bedienen einer Spitze der medizinischen Vorrichtung, so dass sie
in Richtung eines Zielgewebes zeigt, während ein Laserstrahl
durch eine optische Faser, die sich durch die medizinische Vorrichtung
zu einem distalen Ende der Spitze erstreckt, aktiviert wird, um
selektiv einen Teil des Zielgewebes abzutrennen; und robotisches
Bedienen der Spitze der medizinischen Vorrichtung, so dass sie in
Richtung des Zielgewebes zeigt, während selektiv ein erstes
und ein zweites Biomaterial durch separate Lumina eines Katheters,
der sich durch die medizinische Vorrichtung zum distalen Ende der
Spitze erstreckt, aufgebracht werden, um selektiv ein Gemisch des ersten
und des zweiten Biomaterials auf einen nicht abgetrennten Teil des
Zielgewebes aufzubringen.
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Zusätzliche
Aufgaben, Merkmale und Vorteile der verschiedenen Aspekte der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ihres bevorzugten
Ausführungsbeispiels ersichtlich, wobei die Beschreibung
in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet
werden sollte.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine Draufsicht auf einen Operationssaal dar, der ein medizinisches
Robotersystem verwendet, das Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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2 stellt
eine Draufsicht auf eine medizinische Vorrichtung dar, die Aspekte
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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3 stellt
eine Seitenansicht einer einfachen Spitze einer medizinischen Vorrichtung
mit zwei Gelenken dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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4 stellt
eine Seitenansicht einer Spitze einer medizinischen Vorrichtung
mit mehreren Gelenken dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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5 stellt
eine Seitenansicht eines Kanals einer medizinischen Vorrichtung
dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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6 stellt
eine Querschnittsansicht eines Kanals mit einzelnem Durchgang einer
medizinischen Vorrichtung dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung
verwendet.
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7 stellt
eine Querschnittsansicht eines Kanals mit doppeltem Durchgang einer
medizinischen Vorrichtung dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung
verwendet.
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8 stellt
eine Draufsicht auf einen Biomaterialapplikator des Standes der
Technik dar, der in einer medizinischen Vorrichtung enthalten ist,
die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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9 stellt
eine Querschnittsansicht eines Katheters mit Doppellumen eines Biomaterialapplikators
des Standes der Technik dar, der in einer medizinischen Vorrichtung
enthalten ist, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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10 stellt
eine vereinfachte Draufsicht auf einen Roboterarm mit einer befestigten
medizinischen Biomaterialpplikator-Vorrichtung dar, die Aspekte
der vorliegenden Erfindung verwendet.
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11 stellt
eine vereinfachte Draufsicht auf einen Roboterarm mit befestigter
und entfernt betätigbarer medizinischer Biomaterialapplikator-Vorrichtung
dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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12 stellt
eine vereinfachte Draufsicht auf einen Roboterarm mit befestigter
medizinischer Laserschneidvorrichtung dar, die Aspekte der vorliegenden
Erfindung verwendet.
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13 stellt
eine vereinfachte Draufsicht auf einen Roboterarm mit befestigter
medizinischer Laserschneid- und entfernt betätigbarer Biomaterialapplikator-Vorrichtung
dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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14 stellt
ein Blockdiagramm eines medizinischen Robotersystems mit einer medizinischen Laserschneid-
und entfernt betätigbaren Biomaterialapplikator-Vorrichtung
dar, die Aspekte der vorliegenden Erfindung verwendet.
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15 stellt
ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Durchführen von
Laserschneiden und Biomaterialaufbringung auf Zielgewebe unter Verwendung
von Aspekten der vorliegenden Erfindung dar.
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16 stellt
eine vereinfachte Draufsicht auf eine medizinische Vorrichtung mit
Doppelkopplern zum Koppeln einer ummantelten optischen Faser mit der
medizinischen Vorrichtung unter Verwendung von Aspekten der vorliegenden
Erfindung dar.
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17 stellt
eine Querschnittsansicht eines Kanals einer medizinischen Vorrichtung
unter Verwendung von Aspekten der vorliegenden Erfindung mit einer
ummantelten optischen Faser, die sich durch einen Durchgang des
Kanals erstreckt, dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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1 stellt
als Beispiel eine Draufsicht auf einen Operationssaal dar, der ein
medizinisches Robotersystem verwendet. Das medizinische Robotersystem
ist in diesem Fall ein minimal invasives chirurgisches Robotersystem 100 mit
einer Konsole C, die von einem Chirurgen S verwendet wird, während er
einen medizinischen Eingriff wie z. B. einen diagnostischen oder
chirurgischen Eingriff, mit Unterstützung von einem oder
mehreren Assistenten A an einem Patienten P durchführt,
der auf einem Operationstisch O liegt.
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Die
Konsole umfasst einen Monitor 104 zum Anzeigen eines dreidimensionalen
("3-D") Bildes eines Operationsorts für den Chirurgen,
einen Prozessor 102, ein Mikrophon 103, ein Fußpedal 105 und eine
linke und eine rechte bedienbare Eingabevorrichtung 108, 109.
Die Eingabevorrichtungen 108, 109 können
irgendeine oder mehrere einer Vielfalt von Steuervorrichtungen wie
z. B. Steuerhebel, Handschuhe, Auslösepistolen, von Hand
betätigte Steuereinheiten oder dergleichen umfassen. Der Prozessor 102 kann
ein zweckgebundener Computer sein, der in die Konsole integriert
ist oder neben oder nahe dieser angeordnet ist, oder er kann in
eine Anzahl von Verarbeitungs- oder Steuereinheitskomponenten aufgeteilt
sein, die in der Weise einer verteilten Verarbeitung über
das ganze System 100 verteilt sind.
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Die
Konsole befindet sich gewöhnlich im gleichen Raum wie der
Patient, so dass der Chirurg den Eingriff direkt überwachen
kann, leibhaftig verfügbar ist, falls erforderlich, und
mit dem (den) Assistenten vielmehr direkt als über das
Telefon oder ein anderes Kommunikationsmedium sprechen kann. Es
ist jedoch selbstverständlich, dass sich der Chirurg auch in
einem anderen Raum, einem vollständig anderen Gebäude
oder an einem anderen entfernten Ort vom Patienten befinden kann,
was entfernte medizinische Eingriffe ermöglicht.
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Der
Chirurg führt den medizinischen Eingriff durch Bedienen
der Eingabevorrichtungen 108, 109 durch, so dass
der Prozessor 102 veranlasst, dass zugehörige
der Roboterarme 121, 122, 123, 124 ihre jeweiligen
abnehmbar gekoppelten medizinischen Vorrichtungen 138, 139, 140, 200 bewegen,
während der Chirurg den Operationsort auf dem Konsolenmonitor 104 betrachtet,
wenn er von einer Bildaufnahmevorrichtung 140 aufgenommen
wird. Die Roboterarme 121, 122 und ihre jeweiligen
medizinischen Vorrichtungen 138, 139, die chirurgische
Instrumente sind, können beispielsweise zu einem Zeitpunkt
während des medizinischen Eingriffs den Eingabevorrichtungen 108, 109 zugeordnet
werden, so dass die chirurgischen Instrumente 138, 139 durch
den Chirurgen, der die Eingabevorrichtungen 108, 109 bedient, robotisch
bewegt werden können. Zu einem anderen Zeitpunkt während
des medizinischen Eingriffs können der Roboterarm 123 und
seine medizinische Vorrichtung 140, die ein stereoskopisches
Endoskop ist, einer der Eingabevorrichtungen 108, 109 zugeordnet werden,
so dass das Endoskop 140 zweckmäßig angeordnet
werden kann, um den medizinischen Eingriff durch den Chirurgen zu
betrachten, der seine zugehörige Eingabevorrichtung bedient.
Zu noch einem weiteren Zeitpunkt während des medizinischen
Eingriffs können der Roboterarm 124 und seine
medizinische Vorrichtung 200, die eine Laserschneid- und/oder
Biomaterialaufbringungsfähigkeit bereitstellt, einer der
Eingabevorrichtungen 108, 109 zugeordnet werden,
so dass die medizinische Vorrichtung 200 durch den Chirurgen,
der ihre zugehörige Eingabevorrichtung bedient, robotisch
bewegt werden kann.
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Jede
der medizinischen Vorrichtungen 138, 139, 140, 200 wird
herkömmlich durch eine Instrumentenführung (nicht
dargestellt) in den Patienten eingeführt, so dass sie sich
durch einen entsprechenden minimal invasiven Einschnitt wie z. B.
den Einschnitt 161 bis zum Operationsort erstreckt. Die
Anzahl von medizinischen Vorrichtungen, die zu einem Zeitpunkt verwendet
werden, und folglich die Anzahl von Roboterarmen, die im System 100 verwendet werden,
hängt unter anderen Faktoren im Allgemeinen von dem medizinischen
Eingriff, der durchgeführt wird, und von den Platzeinschränkungen
innerhalb des Operationssaals ab. Wenn es erforderlich ist, eine
medizinische Vorrichtung, die während eines Eingriffs verwendet
wird, zu wechseln, kann der Assistent die medizinische Vorrichtung,
die nicht mehr verwendet wird, von ihrem Roboterarm abnehmen und
sie gegen eine andere medizinische Vorrichtung 131 von
einem Tablett T im Operationssaal austauschen.
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Jeder
der Roboterarme 121, 122, 123, 124 umfasst
einen Slave-Manipulator und Einrichtungsarme. Die Slave-Manipulatoren
werden unter Verwendung motorgesteuerter Gelenke (hierin auch als
"aktive Gelenke" bezeichnet) robotisch bewegt, um ihre jeweils gehaltenen
medizinischen Vorrichtungen zu bedienen und/oder zu bewegen. Die
Einrichtungsarme können manuell bedient werden, indem normalerweise
gebremste Gelenke (hierin auch als "Einrichtungsgelenke" bezeichnet)
gelöst werden, um die Roboterarme 121, 122, 123, 124 horizontal
und vertikal zu positionieren, so dass ihre jeweiligen medizinischen
Vorrichtungen in ihre jeweiligen Instrumentenführungen
eingeführt werden können. Die Roboterarme 121, 122, 123, 124 sind
an einem Patientenseitenwagen 120 mit Rädern zum
leichten Bewegen desselben von einem Ort zum anderen befestigt.
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Die
Eingabevorrichtungen 108, 109 sind mit mindestens
denselben Freiheitsgraden wie ihre zugehörigen medizinischen
Vorrichtungen versehen, um den Chirurgen mit Telepräsenz
oder der Wahrnehmung, dass die Eingabevorrichtungen 108, 109 mit
ihren zugehörigen medizinischen Vorrichtungen einteilig
sind, zu versehen, so dass der Chirurg ein starkes Gefühl
dessen hat, dass er die medizinischen Vorrichtungen direkt steuert.
Folglich werden Positions-, Kraft- und taktile Rückkopplungssensoren
vorzugsweise an den medizinischen Vorrichtungen verwendet, um Positions-,
Kraft- und taktile Empfindungen von den medizinischen Vorrichtungen
zu den Händen des Chirurgen zurück zu übertragen,
wenn er die Eingabevorrichtungen 108, 109 bedient.
Die taktile Rückkopplung ist besonders nützlich,
wenn die gesteuerten medizinischen Vorrichtungen, die chirurgischen
Instrumente 138, 139 sind.
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Vorzugsweise
ist der Monitor 104 nahe den Händen des Chirurgen
angeordnet, so dass er ein projiziertes Bild anzeigt, das so orientiert
ist, dass der Chirurg spürt, dass er tatsächlich
direkt auf den Operationsort hinab blickt. Folglich scheinen Bilder
der chirurgischen Instrumente 138, 139 im Wesentlichen dort
angeordnet zu sein, wo die Hände des Chirurgen angeordnet
sind, wenn sie den Eingabevorrichtungen 108, 109 zugeordnet
sind. Außerdem wird das Echtzeitbild in ein perspektivisches
Bild projiziert, so dass der Chirurg die Endeffektoren der chirurgischen Instrumente 138, 139 durch
ihre zugehörigen Eingabevorrichtungen 108, 109 bedienen
kann, als ob er den Arbeitsplatz in im Wesentlichen wahrer Anwesenheit
betrachten würde. Mit wahrer Anwesenheit ist gemeint, dass
die Darstellung eines Bildes ein echtes perspektivisches Bild ist,
das den Blickpunkt einer Bedienperson simuliert, die die chirurgischen Instrumente 138, 139 physisch
bedient. Folglich transformiert der Prozessor 102 die Koordinaten
der chirurgischen Instrumente 138, 139 in eine
wahrgenommene Position, so dass das perspektivische Bild das Bild
ist, das man sehen würde, wenn das Endoskop 140 direkt
hinter den chirurgischen Instrumenten 138, 139 angeordnet
wäre.
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Der
Prozessor 102 führt verschiedene Funktionen im
System 100 durch, einschließlich der Durchführung
bestimmter hierin beschriebener Verfahren. Eine wichtige Funktion,
die er durchführt, besteht darin, die mechanische Bewegung
der Eingabevorrichtungen 108, 109 auf die Slave-Manipulatoren
der zugehörigen Roboterarme durch Steuersignale über
den Bus 110 zu übersetzen und zu übertragen,
so dass der Chirurg ihre jeweiligen medizinischen Vorrichtungen
effektiv bedienen kann.
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Obwohl
er als Prozessor beschrieben ist, soll erkannt werden, dass der
Prozessor 102 in der Praxis durch eine beliebige Kombination
von Hardware, Software und Firmware implementiert werden kann. Seine
Funktionen, wie hierin beschrieben, können auch durch eine
Einheit durchgeführt werden oder unter verschiedenen Komponenten
aufgeteilt werden, von denen jede wiederum durch eine beliebige Kombination
von Hardware, Software und Firmware implementiert werden kann.
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Für
zusätzliche Details über die Konstruktion und
den Betrieb eines medizinischen Robotersystems, wie z. B. hierin
beschrieben, siehe z. B. das im gemeinsamen Besitz stehende
US-Pat. Nr. 6 493 608 , "Aspects
of a Control System of a Minimally Invasive Surgical Apparatus",
und das im gemeinsamen Besitz stehende
US-Pat. Nr. 6 671 581 , "Camera Referenced
Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus", die durch den
Hinweis hierin aufgenommen werden.
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2 stellt
als Beispiel ein Ausführungsbeispiel der medizinischen
Vorrichtung 200 dar, die eine optische Laser- und/oder
Biomaterialaufbringfähigkeit bereitstellt. Der Laser kann
für viele Zwecke wie z. B. Schneiden, Koagulation, Abtragung,
Beleuchtung und andere bekannte medizinische Verwendungen für
Laser verwendet werden. Das Laserschneiden stellt eine Anzahl von
Vorteilen gegenüber herkömmlichen Schneidwerkzeugen
wie z. B. Scheren und Skalpellen bereit, die als Endeffektoren an
medizinischen Vorrichtungen wie z. B. den chirurgischen Instrumenten 138, 139 befestigt
werden. Zuallererst kann es schwierig sein, ausreichende Schneid-
oder Scherkräfte für solche Scheren- und Skalpellwerkzeuge
in einem minimal invasiven chirurgischen Robotersystem (oder einer
endoluminalen Vorrichtung) zu erzeugen, und das Laserschneiden beseitigt
den Bedarf für die Erzeugung solcher Kräfte. Zweitens kann
es für den Chirurgen schwierig sein, die Verwendung solcher
Scheren- und Skalpellwerkzeuge in einem endoluminalen Roboter zu
lernen, da der Chirurg sie von einer flexiblen Roboterplattform
aus bedienen muss und daher im Allgemeinen dies mit verringerten
Freiheitsgraden und verringerter sensorischer Kontrolle durchführen
müssen kann. Dagegen ist das Lernen des einfachen Lenkens
einer Spitze einer medizinischen Vorrichtung mit Laserschneidfähigkeit
vermutlich leichter zu lernen und genauer für das Schneiden.
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Die
Fähigkeit, Biomaterialien (wie z. B. jene mit hämostatischen,
haftenden oder Haftungssperreigenschaften) auf Zielgewebe leicht
und genau aufzubringen, ist während oder nach der Durchführung eines
medizinischen Eingriffs an einem Patienten unter Verwendung eines
minimal invasiven chirurgischen Robotersystems (oder einer endoluminalen Vorrichtung)
auch nützlich. Die Fähigkeit, Biomaterialien mit
Hafteigenschaften aufzubringen, ist als Alternative zum Nähen
besonders nützlich.
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Der
chirurgische Klebstoff BioGlue® ("BioGlue"),
ein chirurgisches Klebeprodukt von CryoLife, Inc., in Kennesaw,
Georgia, wird beispielsweise als zweiteilige Flüssigkeit
(49% konzentriertes Rinderserumalbumin und 10% Glutaraldehyd) geliefert,
die nach dem Mischen schnell polymerisiert, um eine undurchlässige
Dichtung am Gewebe zu bilden. BioGlue ist durch eine schnelle Bindezeit
unabhängig vom Gerinnungsmechanismus des Körpers
gekennzeichnet. Beim Mischen vernetzen die zwei Komponenten miteinander
und mit Zellenoberflächenproteinen und extrazellulären
Matrixproteinen an der Reparaturaufbringstelle. Er beginnt innerhalb
20 bis 30 Sekunden nach dem Mischen zu binden, und erreicht seine
maximale Bindefähigkeit in zwei Minuten, was eine flexible
mechanische Dichtung erzeugt.
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Ein
weiteres Biomaterialgemisch mit hämostatischen und/oder
Hafteigenschaften ist Fibrin, das als Zweikomponentengemisch aufgebracht
wird, in dem eine Lösung von konzentriertem Fibrinogen
und Faktor XIII mit einer Lösung von Thrombin und Kalzium
kombiniert werden, um ein Koagulum zu bilden, das die Endstufe der
Gerinnungskaskade simuliert. Sobald es vermischt ist, bildet sich
in wenigen Sekunden oder etwas langsamer, wenn eine verdünntere Form
von Thrombin verwendet wird, ein Fibrinklumpen. In einigen Zubereitungen
oder bei ausgewählten Indikationen wird ein fibrinolysehemmendes
Mitte (Aprotinin) beigefügt, um die Lyse des Klumpens zu verhindern.
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Die
medizinische Vorrichtung 200 umfasst einen Kanal 201 mit
einem oder mehreren Durchgängen, durch die eine optische
Faser und/oder ein Katheter mit mehreren Lumina zum Aufbringen von
Biomaterialien entfernbar eingeführt werden kann, eine Schnittstelle 202 zum
Koppeln mit dem Roboterarm 124, mit dem die medizinische
Vorrichtung 200 mechanisch und elektrisch gekoppelt wird,
einen mechanischen Koppler 203 zum Halten der eingeführten optischen
Faser und/oder des Katheters mit mehreren Lumina und eine orientierbare
Spitze 204, die mit der Schnittstelle 202 mechanisch
gekoppelt ist, so dass sie robotisch gesteuert werden kann, um sich
in Reaktion auf die Bedienpersonenbedienung einer zugehörigen
der Eingabevorrichtungen 108, 109 in verschiedenen
Richtungen zu biegen. Das proximale Ende (die proximalen Enden) 212 der
eingeführten optischen Faser und/oder des Katheters mit
mehreren Lumina erstreckt (erstrecken) sich aus der Schnittstelle 202 an
einem Ende der medizinischen Vorrichtung 200 und das distale
Ende (die distalen Enden) 211 der eingeführten
optischen Faser und/oder des Katheters mit mehreren Lumina erstreckt
(erstrecken) sich zu einem offenen Ende der orientierbaren Spitze 204 am
anderen Ende der medizinischen Vorrichtung 200.
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3 stellt
als Beispiel eine einfache orientierbare Spitze 204' mit
zwei Gelenken dar, die in Neigungs- und Rollwinkelrichtungen um
eine Längsachse des Kanals 201 steuerbar orientierbar
ist. Ein erster Abschnitt 301 koppelt mit einem distalen
Ende des Kanals 201, so dass er sich dreht, wenn der Kanal 201 durch
seinen Roboterarm 124 gedreht wird, um eine steuerbare
Rollwinkelbewegung von 360 Grad bereitzustellen. Der Abschnitt 321 ist
um das Gelenk 322 um mindestens ±45 Grad steuerbar schwenkbar
und ebenso ist der Abschnitt 311 um das Gelenk 312 um
mindestens ±45 Grad steuerbar schwenkbar. Folglich ist
das distale Ende der Spitze 204 um ungefähr ±90
Grad oder mehr um das Gelenk 312 in der Neigungswinkelrichtung
relativ zur Längsachse des Kanals 201 orientierbar.
Somit umfasst die orientierbare Spitze 204' drei Abschnitte 301, 311, 321,
die als "Handgelenk"-Mechanismus arbeiten, der ein gesteuertes Richten
der Spitze 204' innerhalb eines kegelartigen Bereichs mit
einem Scheitel am Drehpunkt 312 und einer Mittelachse entlang
der Längsachse 501 des Kanals 201 ermöglicht.
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Wenn
die orientierbare Spitze 204' mit dem Kanal 201 gekoppelt
wird, richten sich definierte Durchgänge 305, 315, 325 innerhalb
der Abschnitte 301, 311, 321 der Spitze 204' auf
entsprechende Durchgänge 221 des Kanals 201 aus,
so dass eine optische Faser und/oder ein Katheter mit mehreren Lumina,
die sich durch die Durchgänge 221 des Kanals 201 erstrecken,
durch die Durchgänge 305, 315, 325 der
orientierbaren Spitze 204' zu einem distalen Ende 330 der
Spitze 204' hindurchgehen können.
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4 stellt
als anspruchsvolleres Beispiel eine orientierbare Spitze 204 mit
vier Gelenken dar, die in Neigungs-, Roll- und Gierwinkelrichtungen
relativ zur Längsachse des Kanals 201 steuerbar
orientierbar ist. In diesem Beispiel sind vier Abschnitte gezeigt,
die jeweils ein Paar von Scheibensegmenten umfassen, die durch eine
zwischenliegende Strebe schwenkbar miteinander gekoppelt sind. Der
erste und der vierte Abschnitt sehen eine steuerbare Gierwinkelbewegung
vor und der zweite und der dritte Abschnitt sehen eine steuerbare
Neigungswinkelbewegung vor. Die Spitze 204 ist mit einem
distalen Ende des Kanals 201 gekoppelt, so dass sie sich dreht,
wenn der Kanal 201 durch seinen Roboterarm 124 gedreht
wird, um eine steuerbare Rollwinkelbewegung von 360 Grad vorzusehen.
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Der
zweite Abschnitt umfasst Scheibensegmente 403, 404 und
doppelte Drehpunkte 413, 414, die eine steuerbare
Neigungswinkelbewegung von mindestens ±45 Grad um den einen
oder den anderen der Drehpunkte 413, 414 vorsehen.
Ebenso umfasst der dritte Abschnitt Scheibensegmente 404, 405 und
doppelte Drehpunkte 415, 416, die eine steuerbare
Neigungswinkelbewegung von mindestens ±45 Grad um den einen
oder den anderen der Drehpunkte 415, 416 vorsehen.
Folglich ist das distale Ende der Spitze 204 um mindestens ±90
Grad um den einen oder den anderen der Drehpunkte 413, 414 in
der Neigungswinkelrichtung relativ zur Längsachse des Kanals 201 steuerbar
orientierbar.
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Der
erste und der vierte Abschnitt sind vom ersten und vierten Abschnitt
um 90 Grad versetzt (d. h. ungefähr 90 Grad in der Rollrichtung
relativ zur Längsachse des Kanals 201 gedreht).
Der erste Abschnitt umfasst Scheibensegmente 401, 402 und doppelte
Drehpunkte 411, 412 (aufgrund ihres Versatzes
von 90 Grad von den doppelten Drehpunkten 413, 414 nicht
zu sehen), die eine steuerbare Gierwinkelbewegung um den einen oder
den anderen der Drehpunkte 411, 412 von mindestens ±45
Grad vorsehen. Ebenso umfasst der vierte Abschnitt Scheibensegmente 407, 408 und
doppelte Drehpunkte 417, 418 (aufgrund ihres Versatzes
von 90 Grad von den doppelten Drehpunkten 415, 416 nicht
zu sehen), die eine steuerbare Gierwinkelbewegung von mindestens ±45
Grad um den einen oder den anderen der Drehpunkte 417, 418 vorsehen.
Folglich ist das distale Ende der Spitze 204 um mindestens ±90 Grad
um den einen oder den anderen der Drehpunkte 411, 412 in
der Gierwinkelrichtung relativ zur Längsachse des Kanals 201 steuerbar
orientierbar.
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Seile 421, 422 erstrecken
sich von einer herkömmlichen, durch einen Motor angetriebenen
Seilscheibenanordnung (nicht dargestellt) in der Schnittstelle 202 zum
Scheibensegment 404, so dass durch Ziehen am einen oder
anderen der Seile 421, 422 das Scheibensegment 404 um
die Drehpunkte 413, 414 in der einen oder anderen
Richtung geschwenkt werden kann. Ebenso erstrecken sich andere Seilpaare
(nicht dargestellt) von anderen herkömmlichen durch Motoren
angetriebenen Seilscheibenanordnungen (nicht dargestellt) in der
Schnittstelle 202 zu ihren jeweiligen Scheibensegmenten,
so dass durch Ziehen am einen oder anderen der Seile in dem Paar das
Scheibensegment um sein Drehgelenk in der einen oder anderen Richtung
geschwenkt werden kann.
-
Wie
in der mit Bezug auf 3 vorstehend beschriebenen Spitze 204' sind
Durchgänge (nicht dargestellt) innerhalb der Abschnitte
der Spitze 204 definiert, um auf entsprechende Durchgänge 221 des Kanals 201 auszurichten,
so dass eine optische Faser und/oder ein Katheter mit mehreren Lumina,
die sich durch die Durchgänge 221 des Kanals 201 erstrecken,
durch die Abschnittsdurchgänge zu einem distalen Ende 430 der
orientierbaren Spitze 204 hindurchgehen können.
-
Die
doppelten Drehpunkte jedes Abschnitts der Spitze
204 sind über
die Strebe des Abschnitts gekoppelt, so dass ein "Seilausgleich"
erreicht wird, wobei die auf einer Seite ausgegebene Seillänge gleich
der auf der anderen Seite des Scheibensegments gezogenen Seillänge
ist. Für zusätzliche Details über einen
solchen "Seilausgleich" und die Konstruktion und Funktionsweise
des Handgelenkmechanismus der orientierbaren Spitze
204 sowie
die Konstruktion und Funktionsweise von anderen Handgelenkmechanismen,
die alternativ in der Spitze
204 verwendet werden können,
siehe das im gemeinsamen Besitz befindliche
US-Pat. Nr. 6 817 974 , "Surgical Tool
having Positively Positionable Tendon-Actuated Multi-Disk Wrist
Joint", das durch den Hinweis hierin aufgenommen wird.
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5~7 stellen
Beispiele von einem oder mehreren Durchgängen 221 dar,
die sich durch die und entlang der Länge des Kanals 201 erstrecken.
In dem Fall, in dem nur ein Durchgang 221 vorgesehen ist,
kann der Durchgang 221 im Kanal zentriert sein, so dass
seine Mittelachse auf die Mittelachse 501 des Kanals 201 ausrichtet
(wie in einer teilweisen Seitenansicht des Kanals 201 in 5 und einer
Querschnittsansicht des Kanals 201 in 6 gezeigt).
In diesem Fall können eine optische Faser und ein Katheter
mit mehreren Lumina Biegungen durchführen, wenn sie in
den einzelnen Durchgang 221 eingeführt werden,
so dass sich jeder nur in dem Durchgang 221 befindet, wenn
er erforderlich ist, und entfernt wird, wenn er nicht erforderlich
ist.
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In
dem Fall, in dem zwei Durchgänge 221 vorgesehen
sind, können die Durchgänge 221 andererseits
vertikal zentriert und horizontal nebeneinander liegen, so dass
ihre Mittelachsen zur Mittelachse 501 des Kanals 201 parallel
sind (wie in der teilweisen Seitenansicht des Kanals 201 in 5 und
in der Querschnittsansicht des Kanals 201 in 7 gezeigt).
In diesem Fall können beide Durchgänge 221 gleichzeitig
mit der optischen Faser im einen und dem Katheter mit mehreren Lumina
im anderen verwendet werden. Andere Formen, Größen,
Anzahlen und geometrische Anordnungen der Durchgänge 221 können
in der medizinischen Vorrichtung 200 auch implementiert
werden und werden vollständig als innerhalb des vollen
Umfangs der vorliegenden Erfindung betrachtet.
-
8 stellt
als Beispiel eine Draufsicht auf einen Biomaterialapplikator 800 dar,
der einen Katheter 805 mit mehreren Lumina und eine Spritzenanordnung 810 umfasst,
und 9 stellt als Beispiel eine Querschnittsansicht
des Katheters 805 mit mehreren Lumina dar. Ein Biomaterialapplikator,
wie z. B. mit Bezug auf 8~9 beschrieben,
ist von Micromedics, Inc., in St. Paul, Minnesota, kommerziell erhältlich.
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Die
Spritzenanordnung 810 umfasst eine erste Spritze 820,
die mit einem ersten Biomaterial 821 gefüllt werden
kann, und eine zweite Spritze 830, die mit einem zweiten
Biomaterial 831 gefüllt werden kann. Ein V-förmiger
Hals 811 koppelt die erste und die zweite Spritze 820, 830 jeweils
mit dem ersten und dem zweiten Lumen 801, 802 des
Katheters 805. Eine Verbindungsstruktur 812 koppelt
einen ersten und einen zweiten Tauchkolben 822, 832 der
ersten und der zweiten Spritze 820, 830 miteinander,
so dass, wenn die Verbindungsstruktur 812 in Richtung des
Katheters 805 bewegt wird, der erste und der zweite Tauchkolben 822, 832 sich
entsprechend bewegen, um das erste und das zweite Biomaterial 821, 831 durch
das erste und das zweite Lumen 801, 802 des Katheters 805 zu
drängen. Das erste und das zweite Biomaterial 821, 831,
die aus dem distalen Ende des Katheters 805 heraus gedrängt
werden, bilden dann bei ihren Austritten aus dem ersten und dem
zweiten Lumen 801, 802 des Katheters 805 ein Gemisch,
wie z. B. im Fall von BioGlue® oder
Fibrin.
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10 stellt
als Beispiel eine vereinfachte Ansicht des Roboterarms 124 dar,
wobei der Biomaterialapplikator 800 durch Führen
des Katheters 805 des Biomaterialapplikators 800 durch
die Schnittstelle 202 und den Kanal 201 der medizinischen
Vorrichtung 200, bis ein distales Ende des Katheters 805 aus
einem distalen Ende der orientierbaren Spitze 204 der medizinischen
Vorrichtung 200 austritt, und Befestigen des Biomaterialapplikators 800 in
dieser Position unter Verwendung des Kopplers 203 in die medizinische
Vorrichtung 200 eingeführt wird. Nach der Verwendung
des Biomaterialapplikators 800 kann er durch Lösen
des Kopplers 203 und Herausziehen des Katheters 805 aus
dem Kanal 201 und der Schnittstelle 202 der medizinischen
Vorrichtung 200 aus der medizinischen Vorrichtung 200 entfernt werden.
Der Biomaterialapplikator 800 kann dann gereinigt und zu
einem späteren Zeitpunkt wieder verwendet werden oder er
kann entsorgt werden. Folglich ist der Biomaterialapplikator 800 eine
entfernbar anzuordnende Komponente der medizinischen Vorrichtung 200.
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11 stellt
als Beispiel eine vereinfachte Ansicht des Roboterarms 124 dar,
wobei der Biomaterialapplikator 800 in die medizinische
Vorrichtung 200 eingeführt wird, wie mit Bezug
auf 10 beschrieben, wobei ein Stellglied 1110 mit
der Verbindungsstruktur 812 des Biomaterialapplikators 800 gekoppelt
ist, so dass es in der Lage ist, die Tauchkolben 822, 832 zu
bewegen, um das erste und das zweite Biomaterial 821, 831 aus
dem ersten und dem zweiten Lumen 801, 802 des
Katheters 805 des Biomaterialapplikators 800 auszustoßen,
wenn ihm dies befohlen wird, indem beispielsweise der Chirurg eine festgelegte
Taste an einer der Eingabevorrichtungen 108, 109 herabdrückt,
die zu dem Zeitpunkt der medizinischen Vorrichtung 200 zugeordnet
ist. Man beachte, dass, wenn ein solches Stellglied nicht vorgesehen
ist, wie im Fall bei der in 10 gezeigten Konfiguration,
die Verbindungsstruktur 812 des Biomaterialapplikators 800 immer
noch durch einen Assistenten, der nahe dem Roboterarm 124 positioniert ist,
auf Aufforderung des Chirurgen, der mit dem Assistenten entweder
direkt, wenn er sich innerhalb der Hörweite befindet, oder
aus einer Entfernung unter Verwendung des Mikrophons 103 und
eines Lautsprechers (nicht dargestellt), der sich innerhalb der Hörweite
des Assistenten befindet, kommuniziert, manuell betätigt
werden kann.
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12 stellt
als Beispiel eine vereinfachte Ansicht des Roboterarms 124 dar,
wobei eine optische Faser 1300 in die medizinische Vorrichtung 200 eingeführt
wird, indem die optische Faser 1300 durch die Schnittstelle 202 und
den Kanal 201 der medizinischen Vorrichtung 200 geführt
wird, bis ein distales Ende der optischen Faser 1300 aus
einem distalen Ende der orientierbaren Spitze 204 der medizinischen
Vorrichtung 200 austritt, und die optische Faser 1300 in
dieser Position unter Verwendung des Kopplers 203 befestigt
wird. Die optische Faser 1300 wird mit einer Laserquelle 1310 verbunden,
so dass ein Laserstrahl bei der Aktivierung der Laserquelle 1310 beispielsweise
durch den Chirurgen, der eine festgelegte Taste an einer der zum
Zeitpunkt der medizinischen Vorrichtung 200 zugeordneten
Eingabevorrichtungen 108, 109 herabdrückt,
aus dem distalen Ende der optischen Faser 1300 gerichtet
werden kann. Nach der Verwendung der optischen Faser 1300 kann
sie durch Lösen des Kopplers 203 und Herausziehen
der optischen Faser 1300 aus dem Kanal 201 und
der Schnittstelle 202 der medizinischen Vorrichtung 200 aus
der medizinischen Vorrichtung 200 entfernt werden.
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13 stellt
als Beispiel eine vereinfachte Ansicht des Roboterarms 124 dar,
wobei sowohl die optische Faser 1300 als auch der Biomaterialapplikator 800 in
die medizinische Vorrichtung 200 eingeführt sind.
In diesem Fall weist der Kanal 201 der medizinischen Vorrichtung 200 beispielsweise
einen ersten und einen zweiten Durchgang 221 auf, wie z. B.
in 7 gezeigt, wobei sich die optische Faser 1300 durch
den ersten Durchgang erstreckt und der Katheter 805 des
Biomaterialapplikators 800 sich durch den zweiten Durchgang
erstreckt. Separate Koppler 222, 223 sind vorgesehen,
um jeweils den Katheter 805 und die optische Faser 1300 zu
befestigen, sobald sie korrekt eingeführt wurden, wie mit Bezug
auf 10 und 12 beschrieben.
Das Herausziehen der optischen Faser 1300 und des Katheters 805 kann
auch wie mit Bezug auf 10 und 12 beschrieben
nach dem Lösen ihrer jeweiligen Koppler 222, 223 durchgeführt
werden.
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14 stellt
als Beispiel ein Blockdiagramm des medizinischen Robotersystems 100 dar,
das mit einer medizinischen Laserschneid- (und anderen Zwecken)
und fern betätigbaren Biomaterialapplikator-Vorrichtung 200,
wie z. B. mit Bezug auf 13 gezeigt
und beschrieben, ausgelegt ist. Die Eingabevorrichtung 108 kann
selektiv dem Roboterarm 124, der die medizinische Vorrichtung 200 hält,
oder dem Roboterarm 121, der das chirurgische Instrument 138 hält,
zugeordnet werden. Der Chirurg kann auswählen, welcher
Roboterarm welcher Eingabevorrichtung zugeordnet werden soll, indem
er eine Zeigevorrichtung (nicht dargestellt) und eine graphische Benutzerschnittstelle
("GUI"), die dem Monitor 104 zugeordnet sind, verwendet.
Alternativ kann der Chirurg eine solche Auswahl durch Sprechen von
Befehlen in das Mikrophon 103 durchführen, die
durch eine Spracherkennungssoftware erkannt werden, die durch den
Prozessor 102 ausgeführt wird. In beiden Fällen
führt der Prozessor 102 die Zuordnung durch Übertragung
von Befehlsinformationen von der Eingabevorrichtung zum zugehörigen
Roboterarm und seiner befestigten medizinischen Vorrichtung durch.
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Wenn
der Chirurg die Eingabevorrichtung 108 bewegt, wird die
Bewegung durch Gelenkcodierer 1401 in der Eingabevorrichtung 108 erfasst.
Die Gelenkcodierer 1401 liefern die Bewegungsinformationen
zum Prozessor 102, der die Informationen in Befehle umwandelt,
die über den Bus 110 übertragen werden,
um die medizinische Vorrichtung 200 und/oder ihre Spitze 204 dementsprechend
zu bewegen. Die Bewegung der medizinischen Vorrichtung 200 kann
beispielsweise durch Befehlen, dass der Roboterarm 124 die
medizinische Vorrichtung 200 nach Wunsch bewegt, bewirkt
werden, und die Bewegung der orientierbaren Spitze 204 der
medizinischen Vorrichtung 200 kann durch Befehlen, dass
die durch einen Motor angetriebenen Seilscheibenanordnungen in der
Schnittstelle 202 der medizinischen Vorrichtung 200 betätigt
werden, bewirkt werden, wie mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben.
-
Nachdem
der Chirurg durch Bewegen der Eingabevorrichtung 108 die
medizinische Vorrichtung 200 in einem korrekten Abstand
von einem Zielgewebe positioniert hat und ihre Spitze 204 so
gerichtet hat, dass sie in Richtung des Zielgewebes zeigt, kann
der Chirurg dann entweder eine Laser- oder Biomaterialaufbringung
am Zielgewebe durchführen. Wenn beispielsweise Laserschneiden
am Zielgewebe durchgeführt werden soll, dann kann der Chirurg
einen Laserschalter 1403 (wie z. B. eine mit dem Daumen
herabdrückbare Taste an der Eingabevorrichtung 108,
einen Fußschalter am Fußpedal 105 oder
einen in das Mikrophon 103 gesprochenen Sprachbefehl, der
von der im Prozessor 102 implementierten Spracherkennungssoftware
erkannt wird) aktivieren, der veranlasst, dass die Laserquelle 1310 eingeschaltet
wird, während er die Eingabevorrichtung 108 mit
seiner Hand so bewegt, dass bewirkt wird, dass die Spitze 204 der
medizinischen Vorrichtung 200 und folglich ein Laserstrahl,
der von der optischen Faser 1300 austritt, die mit der
Laserquelle 1310 gekoppelt ist, auf den zu schneidenden
Bereich des Zielgewebes gerichtet wird.
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Wenn
andererseits eine Biomaterialaufbringung am Zielgewebe durchgeführt
werden soll, dann kann der Chirurg einen Stellgliedschalter 1402 (wie
z. B. eine mit dem Daumen herabdrückbare Taste an der Eingabevorrichtung 108,
einen Fußschalter am Fußpedal 105 oder
einen in das Mikrophon 103 gesprochenen Sprachbefehl, der
von der im Prozessor 102 implementierten Spracherkennungssoftware
erkannt wird) aktivieren, der veranlasst, dass das Spritzenstellglied 1110 Biomaterialien
gleichzeitig aus der ersten und der zweiten Spritze 820, 830 drängt,
um ein Biomaterialgemisch zu bilden, wenn sie aus dem ersten und
dem zweiten Lumen 801, 802 des Katheters 805 ausgestoßen
werden, während er die Eingabevorrichtung 108 mit
seiner Hand so bewegt, dass bewirkt wird, dass die Spitze 204 der
medizinischen Vorrichtung 200 und folglich das aus dem
Katheter 805 ausgesandte Biomaterialgemisch auf den Bereich
des Zielgewebes gerichtet wird, auf den das Biomaterialgemisch aufgebracht
werden soll.
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15 stellt
als Beispiel ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens unter Verwendung
des Prozessors 102 zum Durchführen des Laserschneidens und
der Biomaterialaufbringung auf Zielgewebe dar. In 1501 wird
eine Position (und/oder Bewegung) der Eingabevorrichtung 108 durch
den Prozessor 102 erfasst (z. B. von Informationen, die
von den Gelenkcodierern 1401 in der Eingabevorrichtung 108 geliefert werden).
In 1502 wird eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt,
ob die Eingabevorrichtung 108 gegenwärtig dem
Roboterarm 121 (mit dem das chirurgische Instrument 138 gekoppelt
ist) oder dem Roboterarm 124 (mit dem die medizinische
Vorrichtung 200 gekoppelt ist) zugeordnet ist. Wenn die
Eingabevorrichtung 108 gegenwärtig dem Roboterarm 121 zugeordnet
ist, dann bewirkt der Prozessor 102 in 1503, dass
der Roboterarm 121 und/oder ein Endeffektor seines gekoppelten
chirurgischen Instruments 138 dementsprechend bewegt wird.
Wenn andererseits die Eingabevorrichtung 108 dem Roboterarm 124 zugeordnet
ist, dann bewirkt der Prozessor 102 in 1504, dass
der Roboterarm 124 und/oder die Spitze 204 seiner
gekoppelten medizinischen Vorrichtung 200 dementsprechend
bewegt wird. Man beachte, dass, wenn die Eingabevorrichtung 108 keine
gemeinsam genutzte Eingabevorrichtung ist (d. h. sie so konfiguriert
ist, dass sie fest dem Roboterarm 124 der medizinischen
Vorrichtung 200 zugeordnet ist), dann 1502 und 1503 unnötig
sind und das Verfahren direkt von 1501 zu 1504 weitergeht.
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Nach
der oder gleichzeitig mit der in 1504 befohlenen Bewegung
wird in 1505 eine Feststellung durchgeführt, ob
der Laserschalter 1403 aktiviert wird (z. B. ob eine mit
dem Daumen herabdrückbare Taste an der Eingabevorrichtung 108 zu
dem Zeitpunkt herabgedrückt wird). Wenn die Feststellung
in 1505 JA ist, dann wird in 1506 die Laserquelle 1310 EIN-geschaltet
und das Verfahren läuft in einer Schleife zu 1501 zurück,
um eine anschließende Position (und/oder Bewegung) der
Eingabevorrichtung 108 zu erfassen und zu verarbeiten.
Wenn andererseits die Feststellung in 1505 NEIN ist, dann
geht das Verfahren zu 1507 weiter.
-
In 1507 wird
eine Feststellung hinsichtlich dessen durchgeführt, ob
der Stellgliedschalter 1402 aktiviert wird (z. B. ob eine
weitere mit dem Daumen herabdrückbare Taste an der Eingabevorrichtung 108 zu
dem Zeitpunkt herabgedrückt wird). Wenn die Feststellung
in 1507 JA ist, dann wird in 1508 das Spritzenstellglied 1110 betätigt
und das Verfahren geht in einer Schleife zu 1501 zurück,
um eine anschließende Position (und/oder Bewegung) der
Eingabevorrichtung 108 zu erfassen und zu verarbeiten. Wenn
andererseits die Feststellung in 1507 NEIN ist, dann geht
das Verfahren in einer Schleife zu 1501 zurück,
ohne das Spritzenstellglied 1110 zu betätigen.
-
Man
beachte, dass, obwohl die obige Beschreibung mit Bezug auf 15 angibt,
dass das Verfahren feststellt, ob der Laserschalter 1403 aktiviert
wird, bevor es feststellt, ob der Stellgliedschalter 1402 aktiviert
wird, zu erkennen ist, dass die Reihenfolge von solchen Feststellungen
umgekehrt werden kann oder die Feststellungen gleichzeitig durchgeführt
werden können. Wenn eine optische Faser nicht in die medizinische
Vorrichtung 200 eingeführt wurde, dann kann die
in 1505 durchgeführte Feststellung ferner gänzlich übersprungen
werden. Wenn ein Katheter eines Biomaterialapplikators nicht in
die medizinische Vorrichtung 200 eingeführt wurde,
dann kann die in 1507 durchgeführte Feststellung
ebenso gänzlich übersprungen werden.
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Obwohl
die Verwendung von Laser- und Stellgliedschaltern 1403, 1402,
die in der Eingabevorrichtung 108 enthalten sind, hierin
zum Aktivieren des Laserschneidens und der Biomaterialaufbringung
beschrieben wird, soll ferner auch erkannt werden, dass andere Aktivierungsverfahren
verwendet werden können, wie beispielsweise Sprachaktivierung
unter Verwendung des Mikrophons 103 und der herkömmlichen
Spracherkennungssoftware, die vom Prozessor 102 ausgeführt
wird. Im Fall der Sprachaktivierung kann, wenn die Spracherkennungssoftware den
Sprachbefehl des Chirurgen zum Aktivieren des Laserschneidens erkennt,
sie ein Laser-Flag setzen, das im Speicher des Prozessors 102 gespeichert wird,
so dass in 1505 der Prozessor 102 den Status des
Laser-Flags prüfen würde, anstatt, ob der darin beschriebene
Laserschalter eingeschaltet wurde. Wenn die Spracherkennungssoftware
den Sprachbefehl des Chirurgen zum Aktivieren der Biomaterialaufbringung
erkennt, kann sie ebenso ein Stellglied-Flag setzen, das im Speicher
des Prozessors 102 gespeichert wird, so dass in 1507 der
Prozessor 102 den Status des Stellglied-Flags prüfen
würde, anstatt, ob der darin beschriebene Stellgliedschalter eingeschaltet
wurde.
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Eine
medizinische Laser- und Biomaterialaufbringvorrichtung, die Aspekte
der vorliegenden Erfindung verwendet, wie hierin beschrieben, ist
in einer Anzahl von Anwendungen nützlich. Beispielsweise
kann bei der Operation "durch den Magen", bei der eine endoluminale
Vorrichtung durch den Mund und in den Magen des Patienten geführt
werden kann, der Chirurg die Laserschneidfähigkeit verwenden,
um ein Loch in die Magenwand zu schneiden, so dass die endoluminale
Vorrichtung in die Bauchhöhle eintreten und einen medizinischen
Eingriff darin durchführen kann. Sobald der medizinische
Eingriff vollendet ist, kann die endoluminale Vorrichtung aus der
Bauchhöhle herausgezogen werden und der Chirurg kann dann
die Biomaterialapplikator-Fähigkeit verwenden, um das vorher
geschnittene Loch in der Magenwand abzudichten. Andere Anwendungen,
die das Schneiden oder Abtrennen von erkranktem Gewebe für
die Entfernung vom angrenzenden Gewebe und das erneute Zusammenkleben
des nicht abgetrennten angrenzenden Gewebes (wie z. B. bei einem
Koronararterien-Bypasseingriff) beinhalten, können auch
unter Verwendung der medizinischen Vorrichtung 200 in Verbindung
mit chirurgischen Instrumenten mit Greifendeffektoren (oder einer
flexiblen endoluminalen Vorrichtung, die Aspekte der vorliegenden
Erfindung beinhaltet, wie hierin mit Bezug auf die medizinische
Vorrichtung 200 beschrieben) durchgeführt werden.
-
Obwohl
ein einzelner Koppler 203 in 12 zum
Koppeln der optischen Faser 1300 mit der Schnittstelle 202 der
medizinischen Vorrichtung 200 gezeigt ist, kann ein Doppelkopplerschema,
wie z. B. in 16 gezeigt, die optische Faser 1300 besser befestigen,
wenn sie innerhalb einer Schutzhülle 1600 angeordnet
ist, die durch den Schaft 201 der medizinischen Vorrichtung 200 während
ihrer Verwendung in einem medizinischen Eingriff verläuft.
Ein ähnliches Doppelkopplerschema kann auch zum Befestigen
des Biomaterialapplikators 800 an der medizinischen Vorrichtung 200,
wenn ihr Katheter 805 ummantelt ist, verwendet werden.
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Mit
Bezug auf 16 ist die Hülle 1600 ein langes
biegsames Rohr, das in ein proximales Ende der Schnittstelle 202 eingeführt
wird und durch die Schnittstelle 202 und den Schaft 201 geführt
wird, bis ein distales Ende der Hülle 1600 aus
der Spitze 204 des medizinischen Instruments 200 austritt.
Die optische Faser 1300 wird dann durch die Schutzhülle 1600 eingeführt,
bis sie auch aus der Spitze 204 austritt und sich um ein
arbeitsfähiges Ausmaß aus dieser erstreckt, das
als Abstand "X" bezeichnet ist. 17 stellt
eine entlang der Linie "C" geschnittene Querschnittsansicht des
Schafts 201 dar, wobei die Schutzhülle 1600 und
die optische Faser 1300 in diesen eingeführt sind.
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Während
eines medizinischen Eingriffs ist es wichtig, den Abstand "X", den
sich die optische Faser 1300 aus der Spitze 204 der
medizinischen Vorrichtung 200 heraus erstreckt, aufrechtzuerhalten,
um einen gleichmäßigen Laservorgang sicherzustellen. Daher
sollten die optische Faser 1300 und ihre Schutzhülle 1600 in
gewisser Weise an der medizinischen Vorrichtung 200 befestigt
werden, um eine solche Bewegung der optischen Faser 1300 zu
verhindern. Dazu werden Doppelkoppler 1610, 1620 verwendet.
-
Jeder
der Koppler 1610, 1620 ist so konstruiert, dass
er ein Seil oder eine andere Struktur, die durch seine zentrale
Bohrung hindurchgeht, sicher halten kann. Als Beispiel können
die Koppler 1610, 1620 Tuohy-Borst-Armaturen sein.
Der erste Koppler 1610 befestigt an der Schnittstelle 202 so,
dass nach dem Führen der ummantelten optischen Faser 1300 durch
ihn, der Koppler 1610 gedreht werden kann, so dass er einen
O-Ring 1611 in ihm um die Hülle 1600 und
die optische Faser 1300 zusammendrückt, um sie
an der Stelle zu befestigen. Die Hülle 1600 ist
in diesem Fall auch in einem Ausmaß zusammendrückbar,
so dass, wenn sie der O-Ring 1611 zusammendrückt,
sie gegen die optische Faser 1300 gedrückt wird,
die durch sie verläuft, um die optische Faser 1300 an
der Stelle zu halten.
-
Da
jedoch der O-Ring 1611 nicht direkt gegen die optische
Faser 1300 zusammengedrückt wird, kann die optische
Faser 1300 in der Hülle 1600 rutschen
und sich während des medizinischen Eingriffs nachteilig
bewegen. Aus diesem Grund kann ein zweiter Koppler 1620 verwendet
werden, der an einem proximalen Ende der Hülle 1600 befestigt
wird, so dass nach dem Führen der optischen Faser 1300 durch
diesen der Koppler 1620 gedreht werden kann, um einen O-Ring 1621 in
ihm um die optische Faser 1300 zusammenzudrücken,
um die optische Faser 1300 an der Stelle zu befestigen.
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Der
erste Koppler 1610 wird an der Schnittstelle 202 beispielsweise
durch eine Luer-Lock-Armatur (nicht dargestellt) befestigt, die
eine verjüngte Verriegelungszapfenverbindung ist. Der Koppler 1610 kann
somit frei entlang der Hülle 1600 gleiten, bis
er an der ummantelten Faser 1300 befestigt wird, wie vorstehend
beschrieben. Dies ermöglicht, dass die Hülle 1600 genau
in Bezug auf die medizinische Vorrichtung 200 angeordnet
wird, und erleichtert medizinische Vorrichtungen und Spitzen von
medizinischen Vorrichtungen mit unterschiedlicher Länge. Der
zweite Koppler 1620 wird am proximalen Ende der Hülle 1600 beispielsweise
durch eine ähnliche verjüngte Verriegelungszapfenverbindung
befestigt. Alternativ können andere gut bekannte Befestigungsmittel
verwendet werden.
-
Obwohl
die verschiedenen Aspekte der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf
ein oder mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben
wurden, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung zum
vollen Schutz innerhalb des vollen Umfangs der beigefügten
Ansprüche berechtigt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6493608 [0043]
- - US 6671581 [0043]
- - US 6817974 [0056]