DE102012008535A1

DE102012008535A1 - Chirurgierobotersystem

Info

Publication number: DE102012008535A1
Application number: DE201210008535
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lohmeier; Cuong Nguyen-Xuan
Original assignee: KUKA Laboratories GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-10-31

Abstract

Ein erfindungsgemäßes Chirurgierobotersystem umfasst eine Roboteranordnung mit wenigstens einem Roboter (201; 1101, 1102, 1103), und eine Instrumentenanordnung mit wenigstens einem durch die Roboteranordnung geführten Instrument (1; 101; 205; 901; 1104, 1105, 1106) mit wenigstens einem Instrument (1; 101; 205; 901; 1104, 1105, 1106) mit einem Instrumentenschaft (3; 103; 209; 904; 1107, 1108, 1109), der zur teilweisen Einführung (1110, 1111, 1112) in einen Patienten vorgesehen ist; einer Antriebsstranganordnung mit wenigstens einem Antriebsstrang (11–18; 111–118; 906–913) zur Aktuierung eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors (208; 1114); einer modularen Antriebseinheit (4; 104; 212; 801, 802, 803; 914) zur Aktuierung der Antriebsstranganordnung; wobei das Instrument ein Instrumentengehäuse mit wenigstens einem Antriebsstrang-Gehäuseteil (2; 102; 206; 903), an dem wenigstens ein Teil der Antriebsstranganordnung angeordnet ist; und wenigstens einem Antriebseinheit-Gehäuseteil (2; 102; 206; 902, 915) mit einem Hohlraum, der zur Aufnahme der Antriebseinheit eingerichtet ist, umfasst, wobei das Antriebseinheit-Gehäuseteil einen Verschluss (5; 105; 213; 916) zur sterilen Abdichtung einer Einführöffnung des Hohlraums sowie eine dynamische Sterilbarriere (8; 19; 119; 211; 920) aufweist, die den Hohlraum steril abgrenzt und über die hinweg die Antriebsstranganordnung aktuierbar ist, und/oder wobei die Antriebseinheit lateral zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes hin zu einer Anbindung des Instrumentengehäuses an die Roboteranordnung versetzt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chirurgierobotersystem mit einer Roboteranordnung und einer Instrumentenanordnung mit wenigstens einem durch die Roboteranordnung geführten Instrument, eine solche Instrumentenanordnung sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Chirurgierobotersystems bzw. einer solchen Instrumentenanordnung.
Chirurgische Instrumente sollen möglichst steril sein. Auf der anderen Seite sind Roboter und Antriebe, bedingt beispielsweise durch Schmiermittel, Abtrieb und dergleichen, nur schwer sterilisierbar.
Ein Ansatz besteht darin, das Instrument selber antriebslos auszubilden und es durch den mit ihm verbundenen Roboter zu aktuieren, beispielsweise telemanipulatorisch einen Endeffektor wie etwa eine Zange, Schere oder dergleichen zu bewegen. Das antriebslose Instrument selber ist leicht sterilisierbar. Der nicht sterile Roboter mit dem Antrieb des Instruments wird durch eine statische sterile Barriere umhüllt. Die EP 1 015 068 A1 schlägt einen an einer sterilen Hülle des Roboters befestigten Adapter vor, durch den der Instrumentenantrieb mechanisch hindurchgeführt wird.
Wird der Antrieb in das Instrument integriert, wie dies auch bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, können vorteilhafterweise kompaktere Roboter verwendet werden, da die Hindurchführung des Instrumentenantriebs entfallen kann.
Dabei ergeben sich jedoch mehrere Probleme: zum Einen bauen Instrumente mit integriertem Antrieb größer als antriebslose Instrumente. Dies kann die Handhabung, insbesondere bei mehreren kooperierenden Robotern, erschweren. Zum Anderen wird der in der Regel nicht oder nur schwer sterilisierbare Antrieb nicht mehr durch die sterile Hülle des Roboters abgedeckt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, wenigstens eines der vorgenannten Probleme zu lösen bzw. ein verbessertes Chirurgierobotersystem zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Chirurgierobotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 2 bzw. 11 stellen eine Instrumentenanordnung für ein solches Chirurgierobotersystem unter Schutz, Anspruch 13 bzw. 14 ein Verfahren zur Montage eines solchen Chirurgierobotersystems bzw. einer solchen Instrumentenanordnung. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen.
Chirurgierobotersystem
Ein Chirurgierobotersystem nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Roboteranordnung mit einem oder mehreren, insbesondere zwei, drei oder vier Robotern. Ein oder mehrere Roboter der Roboteranordnung können in einer Ausführung sechs oder mehr Gelenke, insbesondere Drehgelenke, aufweisen, wobei mehr als sechs Gelenke eine vorteilhafte Positionierung des redundanten Roboters ermöglichen können. Der bzw. die Roboter weisen in einer Ausführung eine Steuerung auf. Dabei können mehrere Roboter eine gemeinsame Zentralsteuerung und/oder Einzelsteuerungen aufweisen. Die Roboteranordnung, insbesondere ein oder mehrere Roboter, können in einer Ausführung an einem Operationstisch angeordnet, insbesondere lösbar befestigt, sein.
Instrumentenanordnung
Eine Instrumentenanordnung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein oder mehrere durch die Roboteranordnung geführte Instrumente, sie ist entsprechend zur Befestigung an der Roboteranordnung eingerichtet bzw. als robotergeführte Instrumentenanordnung ausgebildet. In einer Ausführung ist an einem oder mehreren Robotern der Roboteranordnung je ein Instrument, vorzugsweise lösbar, befestigt bzw. befestigbar, insbesondere formschlüssig, reibschlüssig und/oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch. In einer Weiterbildung kann die Instrumentenanordnung mehrere, insbesondere unterschiedliche, Instrumente aufweisen, die, insbesondere wahlweise, an demselben oder verschiedenen Robotern der Roboteranordnung befestigbar sind.
Ein oder mehrere Instrumente der Instrumentenanordnung weisen jeweils einen ein- oder mehrteiligen, insbesondere rohrförmigen und/oder flexiblen oder vollständig oder teil- bzw. segmentweise starren, Instrumentenschaft auf, der zur teilweisen Einführung in einen Patienten vorgesehen ist. An seinem distalen Ende kann ein ein- oder mehrteiliger Endeffektor, insbesondere lösbar, angeordnet sein, insbesondere ein Skalpell, Zangen- bzw. Scherenschenkel oder dergleichen. Zusätzlich oder alternativ kann am distalen Ende beispielsweise ein Lichtquelle, ein optisches Aufnahmemittel, insbesondere ein Kamerachip, und/oder ein Lichtleiterende angeordnet sein, so dass das Instrument als Endoskop ausgebildet sein kann.
Ein Instrument ist in einer Ausführung ein endo- bzw. minimal-invasives chirurgisches Instrument („MIC”), insbesondere ein endoskopisches, beispielsweise laparoskopisches oder thorakoskopisches. Insbesondere kann der Instrumentenschaft dazu vorgesehen bzw. eingerichtet sein, durch einen Eintritt, der vorzugsweise im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Instrumentenschaftes entspricht, insbesondere durch einen Trokar, in den Patienten eingeführt und dort aktuiert zu werden.
Der Instrumentenschaft, insbesondere ein distales Teil und/oder ein Endeffektor des Instrumentenschaftes, kann ein oder mehrere Freiheitsgrade aufweisen. Insbesondere können ein oder mehrere Teile des Endeffektors je ein oder zwei Drehfreiheitsgrade um Drehachsen aufweisen, die vorzugsweise senkrecht zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes stehen. Beispielsweise kann ein zweiteiliger Endeffektor eine Zange bzw. Schere darstellen, deren Schenkel gegensinnig um dieselbe Drehachse verschwenken.
Zur Aktuierung eines oder mehrerer Freiheitsgrade des Instrumentenschaftes weist ein Instrument in einer Ausführung eine Antriebsstranganordnung mit einem oder mehreren Antriebssträngen auf. Unter einem Antriebsstrang wird vorliegend insbesondere eine Anordnung von einem oder mehreren Übertragungsmitteln zur mechanischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Übertragung von Bewegungen und/oder Kräften verstanden, wobei vorliegend zur kompakteren Darstellung auch antiparallele Kräftepaare, d. h. Drehmomente, verallgemeinernd als Kräfte bezeichnet werden. Solche Übertragungsmitteln können insbesondere Seilzüge, Schubstangen, Gelenke, Getriebe, insbesondere Kulissengetriebe zur Umsetzung einer Dreh- und einer translatorischen Bewegung ineinander, Umlenkrollen, Kupplungselemente und dergleichen sein bzw. umfassen. Somit wird vorliegend unter einem Antriebsstrang insbesondere eine Kette von miteinander mechanisch gekoppelten Übertragungsmitteln verstanden, die eine eingangsseitige Aktuierung durch eine Antriebseinheit ausgangsseitig auf den Instrumentenschaft, insbesondere einen Endeffektor des Instrumentenschaftes, übertragen und so einen Freiheitsgrad des Instrumentenschaftes aktuieren. Zwei oder mehr Antriebsstränge der Antriebsstranganordnung können insbesondere, wenigstens teil- bzw. abschnittsweise, parallel angeordnet sein und/oder sich kreuzen.
Nach einer Ausführung weist ein Instrument weiter eine modulare Antriebseinheit zur Aktuierung der Antriebsstranganordnung auf. Unter einer modularen Antriebseinheit wird insbesondere eine Antriebseinheit verstanden, die als bauliche Einheit ausgebildet und als Ganzes handhabbar, insbesondere lösbar mit dem Instrument, insbesondere einem Instrumentengehäuse verbindbar, ist.
Die Antriebseinheit ist zur Aktuierung einer oder mehrerer Freiheitsgrade des Instrumentenschaftes über die Antriebsstranganordnung ausgebildet und kann hierzu einen oder mehrere translatorische und/oder Drehantriebe aufweisen, die insbesondere einen oder mehrere Hydraulik-, Pneumatik- und/oder Elektromotoren aufweisen können. Die Antriebsstranganordnung kann in einer Ausführung translatorische und/oder Drehfreiheitsgrade des Instrumentenschaftes aktuieren und hierzu translatorische und/oder rotatorische Aktuierungen der Antriebseinheit translatorisch und/oder rotatorisch übertragen und gegebenenfalls ineinander umsetzen. In einer Ausführung kann die Antriebseinheit eine oder mehrere angetriebene Wellen aufweisen, deren Drehbewegung die Antriebsstranganordnung aktuiert. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit eine oder mehrere Kolbenstangen) aufweisen, deren translatorische bzw. Linearbewegung die Antriebsstranganordnung aktuiert. Die Antriebsstranganordnung kann solche Dreh- bzw. Linearbewegungen, beispielsweise über Seilzug- oder Schubstangengetriebe, an die Freiheitsgrade des Instrumentenschaftes vermitteln bzw. übertragen. In einer Ausführung weist die Antriebseinheit elektrische Kontakte zur Energieversorgung und/oder zur Signalübertragung auf, die insbesondere zur Koppelung mit der nachfolgend erläuterten elektro-mechanischen Schnittstelle ausgebildet sein können.
Instrumentengehäuse
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weisen ein oder mehrere Instrumente der Instrumentenanordnung jeweils ein Instrumentengehäuse mit einem Antriebsstrang-Gehäuseteil auf, an dem wenigstens ein Teil der Antriebsstranganordnung angeordnet ist und das in einer Ausführung lösbar oder fest bzw. dauerhaft mit dem Instrumentenschaft verbunden, insbesondere integral ausgebildet sein kann. Bei dauerhaft mit dem Instrumentenschaft verbundenem Antriebsstrang-Gehäuseteil kann die gesamte Antriebsstranganordnung, ausgehend von einer Eingangsschnittstelle zur Antriebseinheit, an, insbesondere in dem Antriebsstrang-Gehäuseteil angeordnet sein. Bei lösbar verbundenem Instrumentenschaft und Antriebsstrang-Gehäuseteil kann ein Teil der Antriebsstranganordnung an, insbesondere in dem Antriebsstrang-Gehäuseteil und ein hiermit koppelbarer weiterer Teil an, insbesondere in dem Instrumentenschaft angeordnet sein. In einer Ausführung kann zwischen dem Instrumentengehäuse und dem Instrumentenschaft ein, insbesondere aktuierter und/oder rotatorischer, Freiheitsgrad vorgesehen bzw. ausgebildet sein, um den Instrumentenschaft, insbesondere sein distales Ende mit einem Endeffektor oder dergleichen, um die Längsachse zu drehen. Auch dies wird als „verbunden” bezeichnet.
Das Instrumentengehäuse weist zudem ein Antriebseinheit-Gehäuseteil mit einem Hohlraum auf, der zur Aufnahme einer Antriebseinheit eingerichtet bzw. in dem eine Antriebseinheit, insbesondere lösbar, aufgenommen ist, wobei das Antriebseinheit-Gehäuseteil einen Verschluss zur sterilen Abdichtung einer Einführöffnung des Hohlraums sowie eine dynamische Sterilbarriere aufweist, die den Hohlraum steril abgrenzt und über die hinweg bzw. hindurch die Antriebsstranganordnung aktuierbar ist.
Wie nachstehend weiter erläutert, kann die, insbesondere nicht sterile, Antriebseinheit durch Aufnahme in einem Hohlraum des Antriebseinheit-Gehäuseteils, der durch den Verschluss und die dynamische Sterilbarriere steril abgedichtet ist, vorteilhaft in ein robotergeführtes chirurgisches Instrument integriert werden, das entsprechenden Sterilisationsanforderungen im OP-Bereich genügen muss, ohne dass eine umständliche und beschädigungsträchtige Umhüllung der Antriebseinheit durch eine Folie, einen Schlauch oder dergleichen erforderlich ist. Unter steril wird entsprechend vorliegend insbesondere steril im medizinischen, insbesondere (mikro)chirurgischen Sinne verstanden.
Unter einer dynamischen Sterilbarriere wird vorliegend insbesondere eine Sterilbarriere verstanden, die eine Bewegung der Antriebseinheit und/oder der Antriebsstranganordnung ermöglicht und dabei zwei Seiten bzw. Räume steril gegeneinander abdichtet, insbesondere eine Sterilbarriere, durch die Kräfte und/oder Bewegungen der Antriebseinheit übertragen bzw. geführt werden können.
In einer Ausführung kann eine dynamische Sterilbarriere beweglich ausgebildet sein und eine Bewegung der Antriebseinheit und/oder der Antriebsstranganordnung mit ausführen. So kann beispielsweise eine elastisch deformierbare Membran eine translatorische Bewegung eines Kolbens der Antriebseinheit mit ausführen und mechanisch an die Antriebsstranganordnung übertragen. Gleichermaßen kann ein steril abgedichtetes, drehbares Koppelelement eine Drehbewegung einer Welle der Antriebseinheit mit ausführen und mechanisch an die Antriebsstranganordnung übertragen. In einer Ausführung grenzt die dynamische Sterilbarriere Antriebseinheit und Antriebsstranganordnung steril gegeneinander ab.
In einer anderen Ausführung kann eine dynamische Sterilbarriere eine sterile Bewegungsdichtung aufweisen, durch die ein Übertragungsmittel eines oder mehrerer Antriebsstränge der Antriebsstranganordnung hindurchgeführt ist, insbesondere eine berührungslose Dichtung wie eine Spalt- oder Labyrinthdichtung, oder eine berührende Dichtung, insbesondere eine elastische, vorgespannte Lippe oder dergleichen. Beispielsweise kann ein Zugseil oder eine Schubstange der Antriebsstranganordnung durch eine Spalt-, Labyrinth- oder streifende Lippendichtung hindurchgeführt sein, die so eine Seite der Antriebsstranganordnung steril gegen die gegenüberliegende Seite abgrenzt. In einer Ausführung grenzt die dynamische Sterilbarriere zwei Abschnitte der Antriebsstranganordnung steril gegeneinander ab.
Das Instrumentengehäuse, insbesondere das Antriebseinheit- und/oder das Antriebsstrang-Gehäuseteil, ist in einer bevorzugten Ausführung formstabil, insbesondere starr, ausgebildet. Es kann insbesondere Kunststoff und/oder Metall aufweisen, insbesondere hieraus hergestellt sein. Durch diese formstabile Ausbildung kann, wie vorstehend erläutert, die Handhabung und Integration einer nicht sterilen Antriebseinheit in ein Instrument eines Roboterchirurgiesystems erheblich verbessert, insbesondere vereinfacht werden. In einer Ausführung kann jedoch auch das Antriebseinheit-Gehäuseteil wenigstens teilflexibel ausgebildet sein. Es kann insbesondere einen formstabilen, starren Teil aufweisen, der zur Verbindung mit dem Antriebsstrang-Gehäuseteil und/oder zur Handhabung vorgesehen bzw. eingerichtet sein kann, an dem insbesondere ein oder mehrere Handgriffe, Griffmulden oder dergleichen ausgebildet sein können. Verbunden mit diesem formstabilen, starren Teil kann ein flexibler Teil des Antriebseinheit-Gehäuseteils, insbesondere ein Folienschlauch, sein, der besonders kostengünstig herstellbar ist und die Lagerung vereinfacht.
In einer Ausführung sind Antriebsstrang-Gehäuseteil und Antriebseinheit-Gehäuseteil lösbar, insbesondere formschlüssig, reibschlüssig und/oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch, miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschraubt, verrastet oder dergleichen. Dies ermöglicht eine noch einfachere sterile Handhabung der nicht sterilen Antriebseinheit, wenn diese in dem eigenständigen Antriebseinheit-Gehäuseteil aufgenommen ist und mit diesem insbesondere während einer Operation gehandhabt werden kann.
Insbesondere ermöglicht es, die lösbare Verbindung, zwei oder mehr Antriebsstrang-Gehäuseteile und/oder zwei oder mehr Antriebseinheit-Gehäuseteile vorzuhalten und wahlweise miteinander zu verbinden. So können beispielsweise zwei oder mehr gleiche oder unterschiedliche Antriebseinheit-Gehäuseteile mit gleichen oder unterschiedlichen Antriebseinheiten vorgehalten werden, um bei Bedarf ausgewechselt bzw. mit demselben Antriebsstrang-Gehäuseteil verbunden zu werden. Gleichermaßen können zwei oder mehr gleiche oder unterschiedliche Antriebsstrang-Gehäuseteile vorgehalten werden, um bei Bedarf ausgewechselt bzw. mit demselben Antriebseinheit-Gehäuseteil verbunden zu werden.
Zusätzlich oder alternativ zu einem Auswechseln des Antriebseinheit-Gehäuseteiles, insbesondere auch bei einem dauerhaft mit einem Antriebsstrang-Gehäuseteil verbundenen Antriebseinheit-Gehäuseteil, kann in einer Ausführung die lösbar in dem Hohlraum aufgenommene modulare Antriebseinheit wahlweise ausgewechselt werden. Um dabei Verwechslungen auszuschließen, können zwei oder mehr Antriebseinheiten und/oder zwei oder mehr Antriebseinheit-Gehäuseteile unterschiedliche, insbesondere mechanische, Kodierungen aufweisen. Eine mechanische Kodierung kann insbesondere durch eine komplementäre Kontur einer Antriebseinheit und einem Antriebseinheit-Gehäuseteil dargestellt werden, beispielsweise durch ineinander eingreifende Vorsprünge und Aussparungen, die unterschiedliche Formen, Größen und/oder Anordnungen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ zu einer mechanischen Kodierung können Antriebseinheit und/oder Antriebseinheit-Gehäuseteil optische und/oder elektrische Kodierungen aufweisen, beispielsweise Schaltkreise, die nur durch das passende Gegenstück geschlossen werden oder dergleichen. Zusätzlich oder alternativ zu einer, insbesondere mechanischen, Kodierung von Paaren von Antriebseinheit und Antriebseinheit-Gehäuseteil können auch lösbar miteinander verbindbare Antriebseinheit-Gehäuseteile und Antriebsstrang-Gehäuseteile paarweise, insbesondere mechanisch, kodiert sein.
In einer Ausführung sind Antriebsstrang-Gehäuseteil und Antriebseinheit-Gehäuseteil dauerhaft miteinander verbunden, insbesondere integral miteinander ausgebildet. Dies kann vorteilhaft insbesondere ein kompakteres und/oder robusteres Instrumentengehäuse zur Verfügung stellen.
Die dynamische Sterilbarriere kann lösbar mit dem Antriebsstrang- und/oder Antriebseinheit-Gehäuseteil verbunden sein. Insbesondere kann sie in den Hohlraum im Antriebseinheit-Gehäuseteil eingeführt und dort, insbesondere form- oder reibschlüssig, fixiert sein. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung der dynamischen Sterilbarriere als Einmal-Artikel. Gleichermaßen kann die dynamische Sterilbarriere dauerhaft mit dem Antriebsstrang- und/oder Antriebseinheit-Gehäuseteil verbunden, insbesondere integriert sein, was insbesondere verhindert, dass die dynamische Sterilbarriere vergessen wird.
Elektro-mechanische Schnittstelle
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist die Instrumentenanordnung eine elektro-mechanische Schnittstelle zur lösbaren Anbindung des Instrumentengehäuses, insbesondere des Antriebsstrang-Gehäuseteils, an die Roboteranordnung auf. Unter einer elektro-mechanischen Schnittstelle wird vorliegend insbesondere ein Element verstanden, das zur mechanischen Befestigung eines Instruments an einem Roboter und zur Übertragung von elektrischer Leistung und/oder elektrischen Signalen eingerichtet ist. Ein solches Element kann lösbar, insbesondere formschlüssig oder reibschlüssig, mit dem Instrument und/oder dem Roboter verbunden, beispielsweise verschraubt oder verrastet sein.
In einer Weiterbildung ist die elektro-mechanische Schnittstelle mittels einer mechanischen Steckverbindung mit dem Instrumentengehäuse und/oder der Roboteranordnung verbunden. Hierzu kann die elektro-mechanische Schnittstelle auf der dem Instrumentengehäuse und/oder dem Roboter zugewandten Seite als Steckverbinder ausgebildet sein, der zur Steckverbindung mit einem entsprechenden Steckverbinder des Instrumentengehäuses bzw. Roboters ausgebildet ist, beispielsweise als radialer Absatz, der formschlüssig in eine Aussparung eingreift oder dergleichen.
In einer Weiterbildung kann die Schnittstelle, insbesondere formschlüssig geführt durch die Steckverbindung, eine statische Sterilbarriere des Roboters, insbesondere eine folienartige Hülle, und/oder des Instruments, insbesondere eine statische sterile Dichtung, insbesondere eine berührungslose Dichtung wie eine Spalt- oder Labyrinthdichtung, oder eine berührende Dichtung wie eine streifende Lippendichtung, öffnend durchdringen.
Ein oder mehrere elektrische Kontakte der elektro-mechanischen Schnittstelle können zugleich die mechanischen Steckverbinder bilden oder in diese integriert sein. Gleichermaßen können ein oder mehrere elektrische Kontakte der elektro-mechanischen Schnittstelle auch als berührende Kontakte, die nicht gesteckt werden, insbesondere federnde Kontaktstifte oder Blattfeder-Kontakte, die insbesondere auf eine starre Gegenfläche kontaktiert werden, ausgebildet sein.
Anstelle einer elektro-mechanischen Schnittstelle kann auch eine rein mechanische Schnittstelle vorgesehen sein, insbesondere, wenn in einer Weiterbildung eine drahtlose Energie- und/oder Signalübertragung an die Antriebseinheit vorgesehen ist.
Verschluss
Der Verschluss zum sterilen Abdichten der Einführöffnung kann in einer Ausführung deckelartig ausgebildet sein. Er kann lösbar, insbesondere form- oder reibschlüssig oder magnetisch, insbesondere elektromagnetisch, mit dem Antriebseinheit-Gehäuseteil verbindbar sein, beispielsweise steckbar, verrastbar, verschraubbar oder dergleichen. In einer Weiterbildung erstreckt er sich über den Rand der Einführöffnung hinaus, so dass ein Bereich der Einführöffnung, an dem die nicht sterile Antriebseinheit beim Einführen in das bis dahin sterile Antriebseinheit-Gehäuseteil anstreift und diesen so kontaminiert, durch den Verschluss mit abgedichtet wird.
Der Verschluss bzw. die Einführöffnung kann auf einer dem Instrumentenschaft abgewandten Stirnseite des Instrumentengehäuses angeordnet sein, so dass die Antriebseinheit auf der dem Instrumentenschaft gegenüberliegenden Seite entnommen bzw. eingeführt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann, beispielsweise zur kompakteren Raumausnutzung oder besseren Handhabbarkeit, der Verschluss bzw. die Einführöffnung auf einer dem Instrumentenschaft zugewandten Stirnseite des Instrumentengehäuses neben dem Instrumentenschaft angeordnet sein. Insbesondere zur besseren Handhabbarkeit kann der Verschluss bzw. die Einführöffnung auch auf einer Mantelfläche des Instrumentengehäuses angeordnet sein, die sich vorzugsweise – wenigstens im Wesentlichen – seitlich zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes erstrecken kann. Mit anderen Worten kann die Antriebseinheit auch seitlich – bezogen auf die Längsachse des Instrumentenschaftes – in das Antriebseinheit-Gehäuseteil eingeführt werden.
Insbesondere an einem deckelartigen Verschluss kann in einer Ausführung ein Fixiermittel zur Fixierung der Antriebseinheit in dem Hohlraum angeordnet sein und diese so beim Schließen des Deckels fixieren. Zusätzlich oder alternativ können Fixiermittel an anderer Stelle des Hohlraums angeordnet sein. In einer Ausführung sind ein oder mehrere Fixiermittel spannend ausgebildet. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass sie die Antriebseinheit zur Fixierung, vorzugsweise elastisch, verspannen. Hierzu kann ein Fixiermittel ein elastisches Element, beispielsweise eine Anordnung von einer oder mehreren Federn, aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Fixiermittel verrastend ausgebildet sein und die Antriebseinheit form- und/oder reibschlüssig in dem Hohlraum fixieren.
Antriebseinheit
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Antriebseinheit lateral zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes hin zu einer Anbindung des Instrumentengehäuses an die Roboteranordnung versetzt. Hierunter wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Antriebseinheit in einer Richtung senkrecht zur Längsachse des Instrumentenschaftes gesehen nicht mit der Längsachse fluchtet, sondern gegenüber dieser zu einer Kontaktfläche des Instruments hin versetzt ist, die zur Befestigung des Instruments an einem Roboter der Roboteranordnung vorgesehen bzw. eingerichtet ist. Die Antriebseinheit kann insbesondere in lateraler Richtung zwischen der Längsachse des Instrumentenschaftes und der Anbindung an die Roboteranordnung angeordnet sein. Gleichermaßen kann sie sich auch lateral über die Längsachse des Instrumentenschaftes hinaus erstrecken, wobei jedoch der Volumen- und/oder Massenmittel und/oder eine Symmetrieachse der Antriebseinheit vorzugsweise in lateraler Richtung zwischen der Längsachse des Instrumentenschaftes und der Anbindung an die Roboteranordnung angeordnet ist.
Durch den lateralen Versatz vom Instrumentenschaft weg baut das Instrument im Bereich bzw. in Richtung seiner Längsachse vorteilhaft kleiner. Auf diese Weise können insbesondere die Längsachsen mehrerer Instrumente bzw. Instrumentenschäfte kooperierender Roboter der Roboteranordnung näher zueinander angeordnet und so auf kleinerem Raum operiert werden.
Insbesondere, um die Beweglichkeit solcher eng benachbart operierender Instrumente zu erhöhen, ist in einer Weiterbildung vorgesehen, dass wenigstens ein Instrumentengehäuse sich in lateraler Richtung zur Längsachse des Instrumentenschaftes hin verjüngt, insbesondere einen keilförmigen Querschnitt aufweist. Hierdurch kann vorteilhaft ein Schwenkbereich des Instruments um die Längsachse des Instrumentenschaftes vergrößert werden, bevor das sich verjüngende Instrumentengehäuse, bei dem es sich insbesondere um einen Antriebsstrang-Gehäuseteil handeln kann, mit einem anderen Instrument kollidiert.
Montageverfahren
Um eine Instrumentenanordnung zu montieren, sieht die Erfindung nach einem Aspekt vor, zunächst ein steriles Antriebseinheit-Gehäuseteil zur Verfügung zu stellen und eine Umgebung der Einführöffnung steril abzudecken, vorzugsweise mittels eines abnehmbaren Sterilschutzes. Anschließend wird die nicht sterile Antriebseinheit in den Hohlraum des Antriebseinheit-Gehäuseteils eingeführt und kontaminiert dabei diesen Hohlraum. Nun wird, gegebenenfalls nach Entfernen der sterilen Abdeckung, der Verschluss steril abgedichtet, beispielsweise ein steriler Deckel steril dichtend ein- bzw. aufgesetzt.
Auf diese Weise kann die nicht sterile Antriebseinheit in dem sterilen Antriebseinheit-Gehäuseteil aufgenommen und anschließend mit diesem gemeinsam steril gehandhabt werden.
Um ein Roboterchirurgiesystem zu montieren, sieht die Erfindung nach einem Aspekt vor, die Roboteranordnung, insbesondere durch ein Umhüllen eines oder mehrerer Roboter mit einer folienartigen statischen Sterilbarriere, steril zu verpacken. Zusätzlich oder alternativ können ein oder mehrere Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung, insbesondere wie vorstehend beschrieben, steril in einem Antriebseinheit-Gehäuseteil verpackt werden, indem sie in dieses eingeführt und anschließend der Verschluss steril abgedichtet wird.
Dann wird eine mechanische Steckverbindung einer elektro-mechanischen Schnittstelle zwischen der Roboteranordnung und der Instrumentenanordnung hergestellt. Hierzu kann die elektro-mechanische Schnittstelle mittels einer mechanischen Steckverbindung mit der Roboteranordnung und/oder der Instrumentenanordnung verbunden werden, beispielsweise ein, insbesondere radialer, Absatz bzw. eine Aussparung der Schnittstelle formschlüssig in eine entsprechende Aussparung bzw. auf einen entsprechenden, insbesondere radialen, Absatz der steril verpackten Roboter- bzw. Instrumentenanordnung eingeführt bzw. aufgesetzt werden.
Vorzugsweise durch diese mechanische Steckverbindung geführt, wird diese statische Sterilbarriere von der elektro-mechanischen Schnittstelle, die hierzu insbesondere einen oder mehrere elektrisch leitende Vorsprünge aufweisen kann, durchstoßen. Durch das Durchstoßen dichtet die statische Sterilbarriere weiterhin steril ab. Da dabei nur vom Sterilen ins Nicht-Sterile eingedrungen wird, wird das Sterile auch nicht kontaminiert. Allgemein ist in einer Ausführung eine mechanische Steckverbindung der elektro-mechanischen Schnittstelle einer elektrischen Steckverbindung der elektro-mechanischen Schnittstelle vorauseilend ausgebildet.
Anschließend wird die elektro-mechanische Schnittstelle fixiert. Dies kann form- oder reibschlüssig insbesondere über die mechanische Steckverbindung selber erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Verschrauben der elektro-mechanischen Schnittstelle an dem Roboter und/oder dem Instrument, insbesondere unter Durchstoßen der statischen Sterilbarriere, vorgesehen sein.
Wie vorstehend ausgeführt, kann durch die vorliegende Erfindung ein robotergeführtes chirurgisches Instrument mit integrierter Antriebseinheit auf vorteilhafte Weise steril gehandhabt werden. In einer Ausführung sind entsprechend der Instrumentenschaft und/oder ein Instrumentengehäuse, insbesondere ein Antriebseinheit-Gehäuseteil und/oder ein Antriebsstrang-Gehäuseteil, insbesondere seine Antriebsstranganordnung, steril bzw. sterilisiert. Durch das Einführen der nicht sterilen Antriebseinheit wird lediglich der Hohlraum kontaminiert, der jedoch durch den steril abgedichteten Verschluss und die dynamische Sterilbarriere gegen die Außenumgebung steril abgegrenzt wird. Durch die elektro-mechanische Schnittstelle kann unter Wahrung der Sterilität eine elektrische Verbindung mit dem Roboter und/oder der Antriebseinheit hergestellt werden, über die elektrische Leistung und/oder Steuersignale zwischen Roboter und Antriebseinheit übertragen werden können. Gleichermaßen kann die Antriebseinheit beispielsweise drahtlos, insbesondere über wechselnde elektromagnetische Felder, etwa induktiv und/oder per Funk, mit Energie versorgt und/oder angesteuert werden. Gleichermaßen kann die Antriebseinheit einen Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie oder einen wiederaufladbaren Akkumulator, aufweisen und/oder eine autonome Steuerung aufweisen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
1: ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
2: ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung;
3: ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1, 2 entsprechender Darstellung;
4, 4A: ein Roboterchirurgiesystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit dem Instrument der 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung;
5: das Roboterchirurgiesystem nach 4 im montierten Zustand;
6, 7: Details zur Anbindung des Instruments des Roboterchirurgiesystem nach 4, 5 in perspektivischer Darstellung (6) bzw. in einem Querschnitt (7);
8: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zur Montage einer Instrumentenanordnung nach 1, 4 und 5.
9: eine dynamische Sterilbarriere der Instrumentenanordnung nach 1, 4 und 8;
10: unterschiedliche mechanische Kodierungen von Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung nach einer der 1 bis 8 und 11(a), 11(b);
11(a), 11(b): ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung mit von einem Antriebsstrang-Gehäuseteil getrennten (11(a)) bzw. mit diesem verbundenen (11(b)) Antriebseinheit-Gehäuseteil;
12(a): ein Roboterchirurgiesystem nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung;
12(b): eine Draufsicht auf ein Operationsfeld des Roboterchirurgiesystems nach 12(a);
13: ein Verfahren zum Montieren des Roboterchirurgiesystems nach 4 bis 7; und
14: den Ablauf des Verfahrens nach 8.
1 zeigt ein Instrument 1 einer Instrumentenanordnung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung in einem Querschnitt mit einem Instrumentengehäuse 2, welches einen Instrumentenschaft 3, einen hiermit integral ausgebildeten Antriebsstrang-Gehäuseteil, in dem eine nachfolgend näher erläuterte Antriebsstranganordnung 11 bis 18 angeordnet ist, und einen hiermit integral ausgebildeten Antriebseinheit-Gehäuseteil mit einem Hohlraum aufweist, in dem eine Antriebseinheit 4 aufgenommen ist. Ein deckelartiger Verschluss 5 dichtet eine Einführöffnung des Hohlraums steril ab. Eine dynamische Sterilbarriere 8, über die hinweg die Antriebsstranganordnung aktuierbar ist, grenzt den Hohlraum steril gegen die Umgebung ab. In einer Abwandlung kann zwischen dem Instrumentengehäuse 2 und dem Instrumentenschaft 3 ein, insbesondere aktuierter und/oder rotatorischer, Freiheitsgrad vorgesehen bzw. ausgebildet sein.
Die Antriebseinheit 4 stellt die mechanische Antriebsleistung für alle aktiven Freiheitsgrade des chirurgischen Instruments 1 zur Verfügung. Sie ist am proximalen Ende des Instruments angeordnet und als eigenständiges Modul konzipiert, deren Verbindung mit dem Instrument gelöst werden kann. Anzahl der aktiven Freiheitsgrade, Stellbereich und Leistungsdaten sind universell ausgelegt, sodass die Antriebseinheit austauschbar ist und sich für den Antrieb unterschiedlicher Instrumente eignet. Gleichermaßen ist es denkbar, verschiedene Antriebseinheiten bereitzustellen, beispielsweise um spezielle Instrumente mit einer größeren Anzahl aktiver Freiheitsgrade oder anderen Besonderheiten mit dem Robotersystem einsetzen zu können.
Die Antriebseinheit 4 wird mit Hilfe einer Antriebsschnittstelle am chirurgischen Instrument in der gewünschten Position positioniert und fixiert. Sie enthält außerdem eine Mehrzahl lösbarer Kupplungen, die den Kraftfluss zwischen den Einzelantrieben der Antriebseinheit und instrumentenseitigen Antriebssträngen der Antriebsstranganordnung herstellen. Die lösbaren Kupplungen in der Antriebsschnittstelle können für Dreh- bzw. rotatorische oder translatorische Stellbewegungen ausgelegt sein, es sind auch beliebige Kombinationen der beiden Prinzipien möglich.
Ein Roboterchirurgiesystem umfasst üblicherweise einige nicht-sterile Komponenten, beispielsweise einen Roboter(arm) und die Antriebseinheit. Diese Komponenten werden mit Sterilbarrieren von den sterilen Komponenten des Roboterchirurgiesystems abgeschirmt, um eine Kontamination des Operationsfeldes zu verhindern. Eine statische Sterilbarriere ist in einer Ausführung als einmalig verwendbarer Folienschlauch ausgeführt.
In der Ausführung der 1 bilden Instrument 1 und Antriebseinheit 4 während eines operativen Eingriffs eine integrale Einheit. Dabei ist die Antriebseinheit 4 zur Längsachse (vertikal in 1) des Instrumentenschaftes 3, im Folgenden auch kurz als Schaftachse bezeichnet, lateral versetzt angeordnet und durch eine separate dynamische Sterilbarriere 8 vom sterilen Teil des Instruments 1 abgeschirmt. Somit fungiert die trennbare Instrumenten-Schnittstelle zugleich als Sterilbarriere zwischen der nicht sterilen Antriebseinheit 4 und dem sterilen Instrument 1. Die separate dynamische Sterilbarriere 8 kann nach einem Eingriff aus dem Instrument 1 entfernt und als Einmalartikel oder als aufbereitbares Bauteil ausgebildet sein.
Am proximalen Ende des Instruments 1 befindet sich das Gehäuse 2, in dessen Antriebsschaft-Gehäuseteil die Antriebsstränge der Kinematik und des Endeffektors untergebracht sind, die sich am distalen Ende des Instrumentenschafts 3 befinden. Der hiermit integral ausgebildete Antriebseinheit-Gehäuseteil weist einen Hohlraum zur Aufnahme der nicht-sterilen Antriebseinheit 4 auf. Der Verschlussdeckel 5 schirmt die nicht sterile Antriebseinheit 4 vom sterilen Teil des Instruments 1 ab. Eine mechanische Fixierung der Antriebseinheit 4 im Gehäuse 2 kann beispielsweise über ein oder mehrere am Verschlussdeckel 5 angeordnete Fixiermittel bzw. -elemente 6, 7 erfolgen. Diese Elemente können beispielsweise als lineare oder viskoelastische Federn ausgeführt sein und so eine Vorspannkraft zwischen Deckel und Antriebseinheit erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit 4 mit Spann- oder Rastmechanismen formschlüssig im Gehäuse 2 fixiert werden.
Der Hohlraum im Gehäuse 2 ist vor dem Einsetzen der Antriebseinheit 4 steril, durch das Einsetzen der nicht sterilen Antriebseinheit 4 wird er jedoch kontaminiert. Deshalb ist in dieser Ausführung eine separate Sterilbarriere 8 zwischen der Antriebseinheit 4 und dem Boden des Hohlraums integriert, der den kontaminierten Hohlraum vom sterilen Rest des Instruments 1 abschirmt bzw. -grenzt. Die dynamische Sterilbarriere 8 enthält mehrere Bewegungsübertragungselemente für die Einzelantriebe 9 und 10 der Antriebseinheit, die als Dreh- und/oder Linearantriebe ausgelegt sein können. Beim Einsetzen der Antriebseinheit in das Gehäuse 2 werden die Einzelantriebe 9 bzw. 10 mit instrumentenseitigen Kupplungselementen 11 bzw. 12 der Antriebsstränge und darüber mittels Seilzügen 13, 14 mit der distalen Instrumentenkinematik und dem distalen Endeffektor (nicht dargestellt) verbunden. Im Ausführungsbeispiel werden die die Instrumentenkinematik und den Endeffektor aktuierenden Seilzüge 13, 14 über Umlenkrollen 15 und 16 bzw. 17 und 18 in den Instrumentenschaft geführt.
In der schematischen Darstellung der Ausführung nach 1 wird die Antriebseinheit 4 proximal bzw. von der dem Instrumentenschaft 3 abgewandten Seite in den Hohlraum des Gehäuses 2 eingeführt. Alternativ sind auch Instrumente denkbar, in die die Antriebseinheit 4 distal bzw. von der dem Instrumentenschaft 3 zugewandten Seite oder seitlich bzw. durch eine Mantelfläche des Gehäuses 2 eingeführt wird.
2 zeigt ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass hierzu auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Bei der Ausführung nach 2 ist die Sterilbarriere 19 zur Abschirmung der nicht sterilen Antriebseinheit 4 vom sterilen Instrument in das Instrument integriert und wird somit zusammen mit dem Instrument aufbereitet. Der Hohlraum im Gehäuse 2 ist vor dem Einsetzen der Antriebseinheit 4 steril, durch das Einsetzen der nicht sterilen Antriebseinheit 4 wird er jedoch kontaminiert. Deshalb ist in das Gehäuse 2 eine dynamische Sterilbarriere 19 integriert, die den kontaminierten Hohlraum vom sterilen Teil des Instruments 1 abschirmt. Die integrierte dynamische Sterilbarriere 19 kann beispielsweise Spalt- oder Labyrinthdichtungen oder berührende Dichtungen aufweisen, durch die die instrumentenseitigen Antriebsstränge, hier deren Seilzüge 13, 14 hindurchgeführt werden. Wie bei der Ausführung der 1 mit der separaten, auswechselbaren dynamischen Sterilbarriere 8 ist die Antriebsstranganordnung somit über die dynamische Sterilbarriere hinweg aktuierbar, insbesondere kann sie Kräfte und Bewegungen durch die dynamische Sterilbarriere hindurch übertragen, während diese den durch die nicht sterile Antriebseinheit 4 kontaminierten Hohlraum gegen die sterile Umgebung steril abgrenzt.
3 zeigt ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1, 2 entsprechender Darstellung. Einander entsprechende Elemente sind durch identische Bezugszeichen bezeichnet, so dass hierzu auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Bei der Ausführung nach 3 befindet sich am proximalen Ende des Instruments 101 ein Gehäuse 102 mit einem Instrumentenschaft 3, einem hiermit integral ausgebildeten Antriebsstrang-Gehäuseteil, in dem die Antriebsstränge der Kinematik und des Endeffektors untergebracht sind, die sich am distalen Ende des Instrumentenschafts 103 befinden, und einem hiermit integral ausgebildeten Antriebseinheit-Gehäuseteil mit einem Hohlraum zur Aufnahme einer nicht sterilen Antriebseinheit 104. Ein Verschlussdeckel 105 schirmt die nicht sterile Antriebseinheit 4 vom sterilen Teil des Instruments 101 bzw. der Umgebung ab bzw. dichtet den Hohlraum steril ab. Eine mechanische Fixierung der Antriebseinheit 104 im Gehäuse 102 kann beispielsweise über ein oder mehrere am Verschlussdeckel 105 angeordnete Fixiermittel bzw. -elemente 106, 107 erfolgen. Diese Elemente können beispielsweise als lineare oder viskoelastische Federn ausgeführt sein und so eine Vorspannkraft zwischen Deckel und Antriebseinheit erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit 104 mit Spann- oder Rastmechanismen formschlüssig im Gehäuse 102 fixiert werden.
Die Antriebseinheit weist mehrere Einzelantriebe 109 und 110 auf, die als Dreh- und/oder translatorische bzw. Linearantriebe ausgebildet sein können. Beim Einsetzen der Antriebseinheit in das Gehäuse 102 werden die Einzelantriebe 109 bzw. 110 mit den jeweiligen instrumentenseitigen Kupplungselementen 111 bzw. 112 der Antriebsstränge und über deren Seilzüge 113 bzw. 114 mit der distalen Instrumentenkinematik und dem distalen Endeffektor verbunden (nicht dargestellt).
In der Ausführung der 3 werden Instrumentenkinematik und Endeffektor mit den Seilzügen 113 und 114 aktuiert, die jeweils über Umlenkrollen 115 und 116 bzw. 117 und 118 in den Instrumentenschaft geführt sind. Der Hohlraum im Gehäuse 102 ist vor dem Einsetzen der Antriebseinheit 104 steril, durch das Einsetzen der nicht-sterilen Antriebseinheit 104 wird er jedoch kontaminiert. Deshalb ist in das Gehäuse 102 eine Sterilbarriere 119 integriert, die den kontaminierten Hohlraum vom sterilen Teil des Instruments 101 bzw. der Umgebung abschirmt. Die integrierte dynamische Sterilbarriere 119 kann, wie vorstehend mit Bezug auf 2 erläutert, beispielsweise in Form von Spalt- oder Labyrinthdichtungen oder als berührende Dichtungen der instrumentenseitigen Antriebsstränge integriert werden.
4 zeigt ein Roboterchirurgiesystem nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit dem Instrument der 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung, 5 das Roboterchirurgiesystem im montierten Zustand, 6 und 7 Details zur Anbindung des Instruments in perspektivischer Darstellung (6) bzw. in einem Querschnitt (7).
Das Roboterchirurgiesystem weist einen Roboter bzw. Manipulatorarm 201 auf, dessen proximale Basis 202 relativ zu einem Patienten (nicht dargestellt) fixiert sein kann. Der Manipulatorarm enthält vorzugsweise 6 oder mehr aktuierte Gelenke, um das distale Ende 203 des Manipulatorarms 201 frei im Raum positionieren zu können. Der Manipulatorarm 201 einschließlich seines distalen Endes 203 ist von einer statischen Sterilbarriere in Form einer sterilen Hülle 204 umgeben, um eine Kontamination des sterilen Operationsfeldes durch nicht sterile Roboterkomponenten zu verhindern. Am solcherart steril umhüllten distalen Ende 203 wird ein chirurgisches instrument 205 mittels einer sterilen elektro-mechanischen Schnittstelle, nachfolgend auch als Instrumentenadapters 210 bezeichnet, fixiert.
Das chirurgische Instrument 205 entspricht dem vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Instrument 1, so dass ergänzend auf dessen Beschreibung Bezug genommen wird.
Am proximalen Ende des Instruments 205 befindet sich ein Instrumentengehäuse 206, das eine mechanische Schnittstelle zum Instrumentenadapter 210 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich distal am Gehäuse 206 ein Instrumentenschaft 209, der eine distale Instrumentenkinematik 207 und einen chirurgischen Endeffektor 208 trägt und integral mit einem Antriebseinheit-Gehäuseteil und einem hiermit integral ausgebildeten Antriebsstrang-Gehäuseteil ausgebildet oder separat an dem Antriebsstrang-Gehäuseteil befestigt ist. Antriebseinheit-Gehäuseteil und Antriebsstrang-Gehäuseteil bilden zusammen das in dieser Ausführung einstückige Instrumentengehäuse 206.
Im Ausführungsbeispiel der 4 bis 7 wird die Antriebseinheit 212 zusammen mit einer separaten dynamischen Sterilbarriere 211 proximal in das Gehäuse 206 eingeführt. Ein Verschlussdeckel 213 schirmt die nicht sterile Antriebseinheit 212 vom sterilen Operationsfeld ab.
Eine Detailansicht einer möglichen Ausführungsform der Verbindung zwischen dem sterilen Instrumentenadapter 210 und dem distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201 ist in dargestellt, mit der eine luftdichte Trennung des Manipulatorarms 201 vom sterilen Operationsfeld erreicht wird. Zudem zeichnet sich diese Ausführungsform durch eine besonders einfache Ausführung der sterilen Hülle 204 aus, die aus einem dünnwandigen Folienschlauch, beispielsweise aus Kunststofffolie, gefertigt sein kann. Vorzugsweise ist die Umhüllung des distalen Endes 203 des Manipulatorarms 201 als dünnwandiges Kunststoff-Formteil hergestellt, um die Applikation der sterilen Hülle 204 auf den Manipulatorarm 201 zu vereinfachen. Dieses Formteil kann beispielsweise aus einer Kunststofffolie tiefgezogen oder blasgeformt werden und wird anschließend mit dem dünnwandigen Folienschlauch verschweißt. Durch die einfache Herstellung der sterilen Umhüllung 204 verringern sich für den Anwender die laufenden Kosten für Einmalartikel. Da sich die Antriebseinheit 212 bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen nicht innerhalb der sterilen Hülle 204 angeordnet ist, ist keine Durchführung der Antriebsbewegungen durch die sterile Hülle 204 zum Instrument 205 erforderlich. Müssen für den Betrieb und zur Ansteuerung nötige elektrische Signale und Energie zur Antriebseinheit 212 und damit durch die sterile Hülle 204 geführt werden, sind mehrere Steckbuchsen 215 in eine Aussparung 216 am distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201 integriert. Analog sind mehrere Kontaktpins 214 in einen radialen Absatz 217 des sterilen Instrumentenadapters 210 integriert. Aussparung 216 und radialer Absatz 217 zwischen dem distalen Ende 203 des Manipulatorarms und dem sterilen Instrumentenadapter 210 bilden eine mechanische Steckverbindung, die Steckbuchsen 215 und Kontaktpins 214 eine elektrische Verbindung der elektro-mechanischen Schnittstelle 210.
Die mechanische Steckverbindung 216, 217 ist als formschlüssige Verbindung ausgelegt, bei der die Wandstärke der dazwischen liegenden statischen Sterilbarriere in Form der sterilen Hülle 204 berücksichtigt ist, um eine möglichst exakte und kippsteife Verbindung zwischen dem sterilen Instrumentenadapter 210 und dem distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201 zu erreichen. Weiterhin ist die Verbindung zwischen den Schnittstelle 216 und 217 voreilend gegenüber der elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktpins 214 und den Steckbuchsen 215. Durch die voreilende mechanische Führung der Fügekomponenten 203 und 210 wird die Verbindung der elektrischen Kontakte 214 und 215 stark vereinfacht und somit robuster gegen Fehlbedienung. Um die sterile Hülle 204 möglichst einfach und kostengünstig zu gestalten, sind keine elektrischen Kontakte integriert. Der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktpins 214 und den Steckbuchsen 215 wird hergestellt, indem die sterile Hülle 204 an den Kontaktstellen während des Fügens des sterilen Instrumentenadapters 210 an das distale Ende 203 von den Kontaktpins 215 durchstoßen wird. Hierzu sind die Kontaktpins 214 an dem Ende, das in die Steckbuchsen 215 eingeführt wird, angespitzt. 7 verdeutlicht den Fügevorgang des sterilen Instrumentenadapters 210 an das distale Ende 203 des steril umhüllten Manipulatorarms 201.
13 zeigt ein Verfahren zum Montieren des vorstehend erläuterten Roboterchirurgiesystems:
Zuerst wird der Manipulatorarm 201 mit der sterilen Hülle 204 steril verpackt (Schritt S10). Dann wird der sterile Instrumentenadapter 210 mit seinem radialen Absatz 217 in die Aussparung 216 am distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201 eingeführt und so eine mechanische Steckverbindung der elektro-mechanischen Schnittstelle 210 hergestellt (Schritt S20; 7 links bzw. „I”). Die voreilende mechanische Steckverbindung 216, 217 bietet eine ausreichende Führung des sterilen Instrumentenadapters 210 in der korrekten Orientierung zum distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201, so dass die statische Sterilbarriere in Form der sterilen Umhüllung 204 von den Kontaktpins 214 durchstoßen und der elektrische Kontakt zwischen den Kontaktpins 214 und den Steckbuchsen 215 hergestellt wird (Schritt S30). Zuletzt wird der sterile Instrumentenadapter 210 in der Aufnahme 215 am distalen Ende 203 des Manipulatorarms 201 mechanisch fixiert (Schritt S40; 7 rechts bzw. „II”). Dies kann beispielsweise durch eine Schraubverbindung erfolgen, wobei die sterile Hülle 204 wie bei den Kontaktpins 214 beschrieben von der Schraube durchstoßen wird.
Vorstehend wurde die Montage der elektro-mechanischen Schnittstelle 210 am Roboter erläutert. In gleicher bzw. ähnlicher Weise kann die elektro-mechanische Schnittstelle 210 auch an dem Antriebseinheit-Gehäuseteil angeordnet werden. Beispielsweise kann dieses eine statische Sterilbarriere in Form einer Durchgangsöffnung aufweisen, die mit einer Dichtlippe steril abgedichtet ist, und die durch Kontaktpins der Schnittstelle 210 durchstoßen wird, wenn diese mittels einer Steckverbindung mit dem Antriebseinheit-Gehäuseteil verbunden wird.
Vor einem roboterchirurgischen Eingriff werden zunächst alle benötigten Instrumente vorbereitet und jeweils mit einer eigenen Antriebseinheit bestückt. Hierbei dürfen die Instrumente nicht von den nicht sterilen Antriebseinheiten kontaminiert werden.
8 zeigt in einer Figurenabfolge, 14 in einem Ablaufdiagramm, ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zur Montage der Instrumentenanordnung der 1, 4 bzw. 5, insbesondere zur Bestückung mit einer Antriebseinheit. Das Instrument der 8 entspricht dem Instrument 1 der 1 bzw. 205 der 4, 5.
Zum Einsetzen der Antriebseinheit sind zwei Personen vorteilhaft:

• Ein steriler OP-Mitarbeiter zur Handhabung des Instruments und zur Durchführung der „sterilen Handgriffe”,
• Ein unsteriler OP-Mitarbeiter zur Handhabung der Antriebseinheit und zur Durchführung aller „nicht-sterilen Handgriffe”.

Vor der Installation der Antriebseinheit werden alle benötigten Komponenten bereitgelegt, wobei die nicht sterile Antriebseinheit 212 getrennt von den sterilen Komponenten (Instrument, separate dynamische Sterilbarriere 211, Verschlussdeckel 213, Sterilschutz 601) bereitgestellt wird, um eine Kontamination zu vermeiden. Sofern der Verschlussdeckel 213 ein integraler Bestandteil des Instruments 201 ist, öffnet der sterile OP-Mitarbeiter den Verschlussdeckel 206 am proximalen Instrumentengehäuse 206, bevor die Antriebseinheit eingesetzt wird. Alternativ kann der Verschlussdeckel 213 auch vom proximalen Instrumentengehäuse 206 abnehmbar sein. In diesem Fall wird er vom sterilen OP-Mitarbeiter beiseitegelegt.
Alternativ kann der Verschlussdeckel 206 auch getrennt vom Instrument 201 bereitgestellt werden.
In Schritt S100 (vgl. 14; 8: „I”) setzt der sterile OP-Mitarbeiter den Sterilschutz 601 auf das geöffnete proximale Instrumentengehäuse 206, um das sterile Instrument 201 beim Einsetzen der Antriebseinheit 212 nicht zu kontaminieren. In Schritt S200 (8: „II”) setzt der sterile OP-Mitarbeiter die Sterilbarriere 211 in das proximale Instrumentengehäuse 206 ein. Dieser Prozessschritt ist nur bei einer separaten dynamischen Sterilbarriere (vgl. 8 in 1; 211 in 8) erforderlich und entfällt bei einer integrierten Sterilbarriere (vgl. 19 in 2; 119 in 3). Nach diesen Vorarbeiten kann der unsterile OP-Mitarbeiter in Schritt S300 (8: „III”) die Antriebseinheit 212 in das proximale Instrumentengehäuse 206 einsetzen und gegebenenfalls fixieren. Danach entfernt der unsterile OP-Mitarbeiter in S400 (8: „IV”) den Sterilschutz 601 vom proximalen Instrumentengehäuse 206. Zum Schluss setzt der sterile OP-Mitarbeiter den Verschlussdeckel 213 auf das proximale Instrumentengehäuse 206 (14: S500; 8: „VI”). Damit ist die nicht sterile Antriebseinheit 212 im proximalen Instrumentengehäuse 206 eingeschlossen.
9 zeigt in einer perspektivischen Voll- (links in 9) bzw. Schnittdarstellung (rechts in 9) eine dynamische Sterilbarriere der Instrumentenanordnung nach 1, 4 und 8.
Die Sterilbarriere 211 der 9 entspricht der Sterilbarriere 8 der 1 bzw. 211 der 8. Sie besteht aus einer starren Zwischenplatte 701, auf deren Seite 702 die Antriebseinheit aufliegt. Die der Seite 702 gegenüberliegende Seite 703 liegt auf der Bodenfläche des Hohlraums im proximalen Instrumentengehäuse 206 auf. Die äußeren Abmessungen der starren Platte 702 sind gegenüber der Berandung des Hohlraums im proximalen Instrumentengehäuse 206 etwas zurückgesetzt, um die Sterilbarriere von Hand ohne großen Kraftaufwand einsetzen zu können. Um eine bessere Isolation bzw. sterile Abdichtung der Antriebseinheit 212 vom sterilen Teil des Instruments zu erreichen, kann alternativ auf der Seite 703 oder die Randfläche 704 der starren Platte 702 eine umlaufende berührende Dichtung integriert sein (nicht dargestellt). Eine solche Dichtung kann insbesondere eine nahtlos eingeschäumte Dichtung, beispielsweise aus Polyurethan, und/oder eine ringförmige Elastomerdichtung, insbesondere als O-Ring, Dichtlippe oder dergleichen aufweisen.
In der starren Platte 701 sind Durchbrüche entsprechend der Anzahl der aktuierten Freiheitsgrade bzw. Antriebsstränge angeordnet. In jeden dieser Durchbrüche ist jeweils ein Bewegungsübertragungselement 705 integriert, das einen Einzelantrieb der Antriebseinheit 212 unter Wahrung der Sterilität an den zugeordneten instrumentenseitigen Antriebsstrang koppelt. Der rechte Teil von 9 zeigt einen Schnitt durch die Sterilbarriere 211, um eine mögliche Ausführung eines Bewegungsübertragungselements 705 für lineare Stellbewegungen zu verdeutlichen. In dem gezeigten Beispiel ist das Bewegungsübertragungselement 705 als dünnwandige Membranstruktur ausgebildet. Die Kupplungselemente des Einzelantriebs sind in einer zylinderförmigen Ausstülpung 706 im Zentrum des Bewegungsübertragungselements 705 angeordnet. Das instrumentenseitige Kupplungselement 11 (vgl. 1) umgibt im angekoppelten Zustand die Ausstülpung 706. Um eine Beweglichkeit der Ausstülpung 706 in einer Richtung normal zur starren Platte 701 zu ermöglichen, ist die Ausstülpung 706 mit einer elastischen Membran 707 in dem Durchbruch der starren Platte befestigt. Somit ist diese separate dynamische Sterilbarriere beweglich ausgebildet.
Ein Vorteil eines austauschbaren Instrumenten-Antriebs ist die Möglichkeit, bei Bedarf auch Instrumente mit abweichenden Anforderungen an die Antriebseinheit (Anzahl der aktuierten Freiheitsgrade, Stellkräfte, etc.) einsetzen zu können. Um dabei Fehlbedienungen und Schäden an den Instrumenten ausschließen zu können, wird eine verwechslungssichere Gestaltung der Antriebseinheiten vorgeschlagen.
10 zeigt unterschiedliche mechanische Kodierungen von Antriebseinheiten der Instrumentenanordnung nach einer der 1 bis 8 und 11(a), 11(b), um eine Verwechslung einzelner Antriebseinheiten zu verhindern. Die Abbildung zeigt die Ansichten dreier Antriebseinheiten 801, 802, 803 aus Richtung der Kupplungselemente der Einzelantriebe. Die Antriebseinheiten 801, 802, 803 entsprechen beispielsweise der Antriebseinheit 4 der 1, 2 oder 3, 212 der 4 und 8 oder 914 der 11(a), 11(b).
Sie unterscheiden sich in der Konfiguration der Einzelantriebe. Beispielhaft verfügt die Antriebseinheit 801 (links in 10) über die Einzelantriebe 805a, 805b, 805c, 805d. Antriebseinheit 802 (mittig in 10) verfügt beispielhaft über die Einzelantriebe 807a, 807b, 807c, 807d, 807e. Antriebseinheit 803 (rechts in 10) verfügt beispielhaft über die Einzelantriebe 809a, 809b, 809c, 809d.
Um eine Verwechslung der Antriebseinheiten bei der Installation in einem Instrument auszuschließen, verfügen die Gehäuse 804a, 804b bzw. 804c der Antriebseinheiten 801, 802 bzw. 803 über eine unterschiedliche mechanische Kodierung 806, 808 bzw. 810. In dem gezeigten Beispiel sind die mechanischen Kodierungen 806, 808, 810 jeweils als eine Kombination einer oder mehrerer Nuten ausgeführt, die sich in der Einführrichtung der Antriebseinheiten 801, 802, 803 in das proximale Instrumentengehäuse 206 erstrecken. Durch die unterschiedlichen Nutenmuster 806, 808, 810 ist eine Verwechslung der Antriebseinheiten ausgeschlossen.
11(a), 11(b) zeigen ein Instrument einer Instrumentenanordnung nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in 1 entsprechender Darstellung mit von einem Antriebsstrang-Gehäuseteil getrennten (11(a)) bzw. mit diesem verbundenen (11(b)) Antriebseinheit-Gehäuseteil. Das Instrument kann bis auf die nachstehend erläuterten Unterschiede den vorstehend beschriebenen Ausführungen entsprechen, so dass diesbezüglich auf deren Beschreibung Bezug genommen und nachfolgend nur auf die Unterschiede eingegangen wird.
Bei dieser Ausführung bildet das Antriebseinheit-Gehäuseteil mit der Antriebseinheit eine eigenständige Funktionseinheit und kann, sofern nötig, intraoperativ vom restlichen Instrument, insbesondere dem Antriebsachsen-Gehäuseteil, getrennt werden. Für die Antriebseinheit ist ein sterilisierbares und mehrfach verwendbares Antriebseinheit-Gehäuseteil vorgesehen, das für das OP-Personal einfacher zu handhaben ist als eine sterile Hülle in Form eines dünnen Folienschlauchs. Alternativ kann das sterile Antriebseinheit-Gehäuseteil auch als Einmalartikel gestaltet sein. Im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungen ist eine Trennung von Antriebseinheit-Gehäuseteil mit der Antriebseinheit und restlichem Instrument, insbesondere Antriebsachsen-Gehäuseteil, möglich, so dass eine Antriebseinheit während einer Operation für verschiedene Instrumente verwendet werden kann.
11(a), 11(b) zeigen die Struktur der lösbar miteinander verbindbaren Funktionseinheiten des Instruments 901, nämlich das separate Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 mit der Antriebseinheit 914 (links in 11(a)) und das Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 (rechts in 11(a)).
Am proximalen Ende des Instrumentenschaftes 904 ist integral das Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 ausgebildet oder mit diesem, insbesondere lösbar, verbunden. In dem Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 sind die Antriebsstränge der Kinematik und des Endeffektors angeordnet, die sich am distalen Ende des Instrumentenschafts 904 befinden. Das Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 verfügt über einen Adapter 905 zur Aufnahme der durch das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 steril verpackten Antriebseinheit 914. Im Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 sind mehrere Kupplungselemente 906, 907 sowie Seilzüge 908, 909 instrumentenseitiger Antriebsstränge vorgesehen, die die jeweiligen Einzelantriebe der Antriebseinheit 902 mit der distalen Instrumentenkinematik bzw. dem distalen Endeffektor koppeln. Die Antriebsstränge weisen außer den Kupplungselementen 906, 907 und Seilzügen 908, 909 Umlenkrollen 910 bis 913 auf, durch die diese in den Instrumentenschaft 904 geführt werden.
Das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 weist eine nicht sterile Antriebseinheit 914 auf, die in einem sterilen Gehäuse 915 aus einem starren Werkstoff eingehaust ist. Vorteilhafte Werkstoffe für das sterile Gehäuse 915 sind insbesondere korrosionsbeständige Stähle, Titan oder medizintaugliche thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe. Ein Verschlussdeckel 916 schirmt die nicht sterile Antriebseinheit 914 vom sterilen Operationsfeld ab. Eine mechanische Fixierung der Antriebseinheit 914 im sterilen Gehäuse 915 kann beispielsweise über ein oder mehrere am Verschlussdeckel 916 angeordnete Fixiermittel bzw. -elemente 917 erfolgen. Diese Elemente können beispielsweise als lineare oder viskoelastische Federn ausgeführt sein und so eine Vorspannkraft zwischen Deckel und Antriebseinheit erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebseinheit 914 mit Spann- oder Rastmechanismen formschlüssig im Gehäuse 915 fixiert werden. Um die nicht sterile Antriebseinheit 914 vom sterilen Operationsfeld abzuschirmen, ist eine dynamische Sterilbarriere 920 vorgesehen, die mehrere Bewegungsübertragungselemente 921, 922 für die Einzelantriebe 918, 919 der Antriebseinheit enthält. Die Einzelantriebe 918, 919 können als Dreh- und/oder Linearantriebe ausgebildet sein. Die Sterilbarriere 920 kann sowohl als integraler bzw. nicht zerstörungsfrei abtrennbarer Bestandteil des Gehäuses 915 oder als separates, vom Anwender abnehmbares Bauteil ausgebildet und lösbar mit dem Gehäuse 915 sein. Sie kann als Einmalartikel oder als wieder aufbereitbare Komponente ausgebildet sein. Gehäuse 915, Verschlussdeckel 916 und dynamische Sterilbarriere 920 bilden zusammen das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902, welches die nicht sterile Antriebseinheit 914 steril aufnimmt. Diese kann beispielsweise, wie vorstehend mit Bezug auf 8, 14 beschrieben, in das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 eingebracht werden.
11b zeigt das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 mit dem Antriebsachsen-Gehäuseteil 903 zu dem Instrument 901 verbunden. Die Bewegungsübertragung von der Antriebseinheit 902 auf die Antriebsstränge 906 bis 913 erfolgt durch die Verbindung der Einzelantriebe 918, 919 mit den jeweiligen instrumentenseitigen Kupplungselementen 906, 907 durch bzw. über die Bewegungsübertragungselemente 921, 922. Das Ankoppeln der Antriebseinheit 914 an die instrumentenseitigen Antriebsstränge erfolgt bei der Installation des Antriebseinheit-Gehäuseteils 902 am Adapter 905.
In der Ausführung der 11 befindet sich der Adapter 905 für das Antriebseinheit-Gehäuseteil 902 beispielhaft proximal am Antriebsachsen-Gehäuseteil 903. Alternativ sind auch Instrumente 901 denkbar, bei denen sich der Adapter 905 distal oder seitlich befindet. Zusätzlich oder alternativ kann die mit Bezug auf 10 erläuterte verwechslungssichere Gestaltung der Antriebseinheiten bei dieser Ausführung vorgesehen sein: Die mechanische Kodierung kann hierbei entweder nur auf dem Gehäuse 915 oder sowohl an der Antriebseinheit 914 als auch dem Gehäuse 915 vorgesehen werden.
Bei dieser Ausführung ist wie bei den Ausführungen der 1, 2, 4 bis 11 die Antriebseinheit zur Schaftachse lateral versetzt angeordnet. Somit wird wiederum Bezug auf die restliche Beschreibung genommen. Wie mit Bezug auf 3 gezeigt, ist jedoch grundsätzlich auch eine koaxial zum Instrumentenschaft 904 angeordnete Antriebseinheit möglich.
12(a) zeigt ein Roboterchirurgiesystem nach einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung in perspektivischer Darstellung, 12(b) eine Draufsicht auf dessen Operationsfeld.
Bei dieser Ausführung sind die radialen Abmessungen sowohl des Instruments als auch des Manipulatorarms im Bereich des Instrumentenschafts minimiert. Mit dieser Maßnahme kann das Kollisionsrisiko in mehrarmigen Applikationen bzw. bei mehreren kooperierenden Robotern reduziert werden. Für den Anwender bedeutet dies eine gesteigerte Flexibilität bei der Trokarplatzierung und/oder geringere Trokarabstände.
Um den Abstand zu minimieren, ist die Antriebseinheit des Instruments mit einem lateralen Versatz zur Schaftachse angeordnet. Somit können Komponenten des Robotersystems mit größerem Raumbedarf, insbesondere das distale Ende des Manipulatorarms, die Antriebseinheit, mechanische Schnittstellen zum Instrument, außerhalb des engeren Interaktionsradius der Manipulatorarme angeordnet werden. zeigt beispielhaft eine Applikation mit drei Manipulatorarmen bzw. Robotern. Jeder der Manipulatorarme 1101, 1102 bzw. 1103 trägt an seinem distalen Ende ein chirurgisches Instrument 1104, 1105 bzw. 1106, das jeweils an seinem proximalen Ende über eine Antriebseinheit verfügt, die lateral versetzt zur Längsachse des Instrumentenschafts 1107, 1108 bzw. 1109 angeordnet ist. Aus der Aufstellung der Manipulatorarme 1101, 1102, 1103 relativ zum Operationsgebiet 1114 und den proximalen Abmessungen der Instrumente 1104, 1105, 1106 resultieren die Durchtrittspunkte 1110, 1111, 1112 der Instrumentenschäfte 1107, 1108, 1109 durch die Bauchdecke 1113. zeigt den aus dieser Anordnung resultierenden minimalen Abstand 1115 bzw. d_min,1 der Durchtrittspunkte 1110, 1111, 1112.
Bezugszeichenliste

1: Instrument
2: Instrumentengehäuse
3: Instrumentenschaft
4: Antriebseinheit
5: Verschluss
6, 7: Fixiermittel/-element
8, 19: Sterilbarriere
9, 10: Einzelantriebe
11, 12: Kupplungselemente
13, 14: Seilzüge
15–18: Umlenkrolle
101: Instrument
102: Instrumentengehäuse
103: Instrumentenschaft
104: Antriebseinheit
105: Verschluss
106, 107: Fixiermittel/-elemente
109, 110: Einzelantriebe
111, 112: Kupplungselemente
113, 114: Seilzüge
115–118: Umlenkrolle
119: Sterilbarriere
201: Roboter/Manipulatorarm
202: proximale Basis
203: distales Ende
204: sterile Hülle
205: Instrument
206: Instrumentengehäuse
207: Instrumentenkinematik
208: chirurgischer Endeffektor
209: Instrumentenschaft
210: Instrumentenadapter
211: Sterilbarriere
212: Antriebseinheit
213: Verschlussdeckel
214: Kontaktpin
215: Steckbuchse
216: Aussparung
217: radialer Absatz
601: Sterilschutz
701: starre Zwischenplatte
702: Seite der starren Zwischenplatte
703: gegenüberliegende Seite der starren Zwischenplatte
704: Randfläche
705: Bewegungsübertragungselement
706: Ausstülpung
707: elastische Membran
801–803: Antriebseinheit
805a–805d, 807a–807e, 809a–809d: Einzelantrieb
804a–804c: Gehäuse
806, 808, 810: mechanische Kodierung
901: Instrument
902: Antriebseinheit-Gehäuseteil
903: Antriebsachsen-Gehäuseteil
904: Instrumentenschaft
905: Adapter
906, 907: Kupplungselement
908, 909: Seilzüge
910–913: Umlenkrollen
914: Antriebseinheit
915: Gehäuse
916: Verschlussdeckel
917: Fixiermittel/-element
918, 919: Einzelantriebe
920: Sterilbarriere
921, 922: Bewegungsübertragungselement
1101–1103: Manipulatorarm
1104–1106: chirurgisches Instrument
1107–1109: Instrumentenschaft
1110–1112: Durchtrittspunkt
1113: Bauchdecke
1114: Operationsgebiet
1115: minimaler Abstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1015068 A1 [0003]

Claims

Chirurgierobotersystem mit: einer Roboteranordnung mit wenigstens einem Roboter (201; 1101, 1102, 1103), und einer Instrumentenanordnung mit wenigstens einem durch die Roboteranordnung geführten Instrument (1; 101; 205; 901; 1104, 1105, 1106) nach einem der Ansprüche 2 bis 12.
Instrumentenanordnung für ein Chirurgierobotersystem nach Anspruch 1, mit wenigstens einem Instrument (1; 101; 205; 901; 1104, 1105, 1106) mit einem Instrumentenschaft (3; 103; 209; 904; 1107, 1108, 1109), der zur teilweisen Einführung (1110, 1111, 1112) in einen Patienten vorgesehen ist; einer Antriebsstranganordnung mit wenigstens einem Antriebsstrang (11–18; 111–118; 906–913) zur Aktuierung eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors (208; 1114); einer modularen Antriebseinheit (4; 104; 212; 801, 802, 803; 914) zur Aktuierung der Antriebsstranganordnung; und einem Instrumentengehäuse mit wenigstens einem Antriebsstrang-Gehäuseteil (2; 102; 206; 903), an dem wenigstens ein Teil der Antriebsstranganordnung angeordnet ist; und wenigstens einem Antriebseinheit-Gehäuseteil (2; 102; 206; 902, 915) mit einem Hohlraum, der zur Aufnahme der Antriebseinheit eingerichtet ist, wobei das Antriebseinheit-Gehäuseteil einen Verschluss (5; 105; 213; 916) zur sterilen Abdichtung einer Einführöffnung des Hohlraums sowie eine dynamische Sterilbarriere (8; 19; 119; 211; 920) aufweist, die den Hohlraum steril abgrenzt und über die hinweg die Antriebsstranganordnung aktuierbar ist.
Instrumentenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsstrang-Gehäuseteil und das Antriebseinheit-Gehäuseteil lösbar (903, 902, 915) oder dauerhaft miteinander verbunden, insbesondere integral miteinander ausgebildet (2; 102; 206) sind.
Instrumentenanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch wenigstens zwei von dem Antriebsstrang-Gehäuseteil oder dem Antriebseinheit-Gehäuseteil zur wahlweisen Verbindung mit dem anderen von dem Antriebsstrang-Gehäuseteil und dem Antriebseinheit-Gehäuseteil.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Antriebseinheiten (801, 802, 803) und/oder Antriebseinheit-Gehäuseteile mit unterschiedlichen, insbesondere mechanischen, Kodierungen.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Sterilbarriere lösbar (8; 211) oder dauerhaft (19; 119; 920) mit dem Antriebsstrang- und/oder Antriebseinheit-Gehäuseteil verbunden ist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch eine elektro-mechanische Schnittstelle (210) zur lösbaren Anbindung des Instrumentengehäuses, insbesondere des Antriebsstrang-Gehäuseteils, an die Roboteranordnung.
Instrumentenanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-mechanische Schnittstelle mittels einer mechanischen Steckverbindung (216, 217), insbesondere unter Durchdringung einer statischen Sterilbarriere (204), mit dem Instrumentengehäuse und/oder der Roboteranordnung verbunden ist.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch ein, insbesondere spannendes, verrastendes und/oder verschlussfestes, Fixiermittel (6, 7; 106, 107; 917) zur Fixierung der Antriebseinheit in dem Hohlraum.
Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführöffnung auf einer dem Instrumentenschaft ab- oder zugewandten Stirnseite oder einer seitlichen Mantelfläche des Instrumentengehäuses angeordnet ist.
Instrumentenanordnung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, für ein Roboterchirurgiesystem nach Anspruch 1, mit wenigstens einem Instrument (1; 205; 901; 1104, 1105, 1106) mit einem Instrumentenschaft (3; 209; 904; 1107, 1108, 1109), der zur teilweisen Einführung (1110, 1111, 1112) in einen Patienten vorgesehen ist; einer Antriebsstranganordnung mit wenigstens einem Antriebsstrang (11–18; 906–913) zur Aktuierung eines Freiheitsgrades des Instrumentenschaftes, insbesondere eines Endeffektors (208; 1114); und einer, insbesondere modularen, Antriebseinheit (4; 212; 801, 802, 803; 914) zur Aktuierung der Antriebsstranganordnung, wobei die Antriebseinheit lateral zu einer Längsachse des Instrumentenschaftes hin zu einer Anbindung des Instrumentengehäuses an die Roboteranordnung versetzt ist.
Instrumentenanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch ein Instrumentengehäuse, welches sich in lateraler Richtung zur Längsachse des Instrumentenschaftes hin verjüngt.
Verfahren zur Montage einer Instrumentenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 12, mit den Schritten: (S100) steriles Abdecken der Umgebung der Einführöffnung; (S300) Einführen der Antriebseinheit in den Hohlraum des Antriebseinheit-Gehäuseteils; und (S500) steriles Abdichten des Verschlusses.
Verfahren, insbesondere nach Anspruch 13, zur Montage eines Roboterchirurgiesystems nach Anspruch 1, mit den Schritten (S10) steriles Verpacken der Roboteranordnung und/oder wenigstens einer Antriebseinheit der Instrumentenanordnung in einem Antriebseinheit-Gehäuseteil; (S20) Herstellen einer mechanischen Steckverbindung einer elektro-mechanischen Schnittstelle zwischen der Roboteranordnung und der Instrumentenanordnung; (S30) insbesondere durch die mechanische Steckverbindung geführtes, Durchstoßen einer statischen Sterilbarriere der Roboteranordnung und/oder des Instrumentengehäuses; und (S40) Fixieren der elektro-mechanischen Schnittstelle.