DE102013211698A1

DE102013211698A1 - Endoabdominales Kamerasystem

Info

Publication number: DE102013211698A1
Application number: DE102013211698.5A
Authority: DE
Inventors: Dr. Stallkamp Jan; Timo Cuntz; Dominik Kaltenbacher; Arash Sanagoo
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-06-21
Also published as: DE102013211698B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein endoabdominales Kamerasystem mit einem Kameragrundkörper, einer Kamerabasis und einem Kameraträger, wobei der Kameragrundkörper zumindest ein Kameraobjektiv aufweist und mittels des Kameraträgers an der Kamerabasis im Inneren der Bauchhöhle eines Patienten haltbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine minimalinvasive chirurgische Anordnung mit einem solchen endoabdominalen Kamerasystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein endoabdominales Kamerasystem mit einem Kameragrundkörper, einer Kamerabasis und einem Kameraträger, wobei der Kameragrundkörper zumindest ein Kameraobjektiv aufweist und mittels des Kameraträgers an der Kamerabasis im Inneren der Bauchhöhle eines Patienten haltbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine minimalinvasive chirurgische Anordnung mit einem solchen endoabdominalen Kamerasystem.
Für viele Operationen im Bauchraum hat sich die minimalinvasive Chirurgie (MIC) als Standardverfahren etabliert. Bei minimal invasiven Eingriffen führt der Operateur über drei bis vier kleine Schnitte stabförmige laparoskopische Instrumente in den Bauchraum ein und operiert unter Sicht von Videobildern eines Endoskops bzw. Laparoskops. Das Laparoskop ist dabei ebenfalls stabförmig und starr ausgeführt und belegt einen eigenen Zugang in der Bauchdecke. Große Vorteile der MIC sind die geringere Belastung des Patienten, seine beschleunigte Rekonvaleszenz und die geringere kosmetische Beeinträchtigung aufgrund von Narben.
Bei der robotergestützten MIC werden sowohl die Instrumente als auch das Laparoskop von robotischen Manipulatoren geführt. Die Bedienung übernimmt der Operateur von einer Konsole aus, die mit speziellen Eingabegeräten für die Steuerung der Instrumente und Kamera ausgestattet ist.
Neueste Entwicklungen in der Chirurgie gehen in Richtung Single-Port-Eingriffe. Bei Single-Port-Operationen werden sowohl die Instrumente als auch das Laparoskop durch einen etwas größeren Schnitt meist auf Höhe des Bauchnabels in die Bauchhöhle eingeführt. Damit reduziert sich für den Patienten die Anzahl der Zugänge von vier bis fünf auf einen einzigen Schnitt.
Problem beim heutigen Stand der Technik ist die stabförmige Ausführung des Laparoskops, die dazu führt, dass entweder ein separater Kamerazugang benötigt wird (klassische MIC) oder das Laparoskop die Bewegungsfreiheit der Instrumente im Single-Port einschränkt. Wünschenswert wäre es daher, ein Kamerasystem zur Verfügung zu haben, das endoabdominal unter der Bauchdecke positioniert werden kann und die parallele Nutzung eines oder mehrerer Instrumente nicht behindert.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, eine Kamera in einem Single-Port-Eingriff anzuordnen. Beispielsweise wird in Kobayahsi, Yo; Tomono, Yu; Sekiguchi, Yuta; Watanabe, Hiroki; Toyoda, Kazutaka; Konishi, Kozo et al. (2010): A surgical robot with vision field control for single port endoscopic surgery. In: Int. J. Med. Robotics Comput. Assist. Surg. 6 (4), S. 454–464 ein Gesamtsystem mit einem Schaft und einem abwinkelbaren Kopf beschrieben. Der Schaft dient als flexibles Führungssystem zur Durchführung und Positionierung von flexiblem Endoskop und flexiblen Instrumenten. Es werden jedoch hier das Endoskop und die Instrumente stets gemeinsam bewegt. Der Port wird durch das Instrument versperrt und es steht nur ein geringer Arbeitsraum für die Instrumente zur Verfügung.
Beispielsweise aus Lehman, A. C.; Tiwari, M. M.; Shah, B. C.; Farritor, S. M.; Nelson, C. A.; Oleynikov, D. (2010): Rechent advances in the CoBRASurge robotic manipulator and dexterous minature in vivo robotics for minimally invasive surgery. In: Proceedings oft he Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 224(7), S. 1487–1494 ist ein infraabdominaler Chirurgiemanipulator mit einer Basis und zwei Armen mit Instrumenten bekannt. In der Basis ist eine bewegliche Stereokamera verbaut. Dieses System hat einen hohen Platzbedarf und es steht nur ein geringer Arbeitsraum für die Instrumente zur Verfügung. Die intraoperative Montage der Instrumentenarme im Bauchraum ist relativ aufwendig.
Ein weiteres System wird in Platt, S. R.; Hawks, J. A.; Rentschler, M. E. (2009): Vision und Task Assistance Using Modular Wireless in Vivo Surgical Robots. In: Biomedical Engineering, IEEE Transactions an 56 (6), S. 1700–1710 beschrieben. Hier wird eine Kamera magnetisch im Bauchraum befestigt. Allerdings ist dieses System nicht bei adipösen Patienten anwendbar und die Positionierung ist sehr aufwendig.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein endoabdominales Kamerasystem anzugeben, das einen operativen Zugang zum Bauchraum (Port) während eines chirurgischen Eingriffs nicht versperrt und das eine parallele Nutzung mit einem laparoskopischen Instrument ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das endoabdominale Kamerasystem nach Anspruch 1 sowie die minimalinvasive chirurgische Anordnung nach Anspruch 18. Die jeweiligen abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des endoabdominalen Kamerasystems und der minimalinvasiven chirurgischen Anordnung an.
Erfindungsgemäß wird ein endoabdominales Kamerasystem mit einem Kameragrundkörper, der zumindest ein Kameraobjektiv aufweist, einer Kamerabasis, über welche das endoabdominale Kamerasystem außerhalb einer Bauchhöhle eines Patienten haltbar ist, sowie einem Kameraträger, der die Kamerabasis mit dem Kameragrundkörper verbindet, aufgegeben.
Der Kameraträger ist so ausgestaltet, dass er durch eine Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten, also durch einen Port, führbar ist. Es befindet sich dann die Kamerabasis außerhalb der Bauchhöhle und der Kameragrundkörper innerhalb der Bauchhöhle. Der Kameraträger durchtritt die Öffnung zur Bauchhöhle. Die Kamerabasis dient dazu, dass Kamerasystem zu fixieren. Sie kann mit dem Kameraträger verbunden sein oder auch optional Teil des Kameraträgers sein. Die Kamerabasis kann beispielsweise mit einem Operationstisch oder mit einer im Operationssaal befindlichen Halterung fest verbunden sein, um ein Verwackeln der Bilder zu verhindern.
Die Kamerabasis 1 kann über eine oder mehrere Schnittstellen zum Operationsfeld verfügen. Beispielsweise kann eine Steckverbindung eine Übertragung von Videodaten der Kamera an eine Verarbeitungseinheit und/oder Monitore ermöglichen.
Der Kameraausleger kann vorteilhaft die Verbindung aller Komponenten außerhalb und innerhalb des Bauchraums des Patienten bilden.
Der Kameragrundkörper weist vorteilhafterweise alle zur Kamera gehörenden Komponenten auf. So kann er vorteilhafterweise auch zwei Kameraobjektive für eine stereoskopische Wahrnehmung aufweisen. Darüber hinaus weist er vorteilhafterweise zu jedem Objektiv zumindest einen Bildsensor auf, der besonders vorteilhaft ein High-Definition-Bildsensor (HD-Bildsensor) ist. Darüber hinaus kann vorteilhafterweise im Kameragrundkörper zumindest eine Lichtquelle angeordnet sein, beispielsweise eine LED-Lichtquelle, mit der der Operationsraum ausleuchtbar ist. Der Kameragrundkörper ist vorteilhaftweise so bemessen, dass er durch den Port in den Bauchraum des Patienten einführbar ist.
Der Kameragrundkörper kann vorteilhaft als kapselförmige Kameraeinheit ausgestaltet sein. Abmessungen können dabei beispielsweise einen Durchmesser von ca. 15 mm sein und eine Länge von beispielsweise 40 mm. Der Kameragrudnkörper kann vorteilhaft als autoklavierbare wiederverwendbare Einheit oder auch als Wegwerfkomponente für den einmaligen Gebrauch (Single Use) ausgestaltet sein.
Ist der Kameragrundkörper länglich, beispielsweise zylinderförmig ausgestaltet, so kann vorteilhaft die Blickrichtung der Objektive parallel zur Längsrichtung liegen oder senkrecht zur Längsrichtung.
Der Kameragrundkörper kann vorteilhaft zwei Kameraobjektive aufweisen, um eine stereoskopische Sicht zu ermöglichen. Der Kameragrundkörper kann außerdem eine oder mehrere Lichtquellen, vorteilhaft LED-Lichtquellen aufweisen, um den Operationsraum auszuleuchten. Die Objektive können außerdem auch mit Zoom- und/oder Fokusfunktion ausgestattest sein.
Der Kameraträger ist so ausgestaltet, dass er durch die Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten führbar ist, so dass sich die Kamerabasis außerhalb der Bauchhöhle befindet und der Kameragrundkörper innerhalb der Bauchhöhle. Der Kameraträger ist dabei so geformt, dass er, wenn er durch die Öffnung hindurchgeführt ist, es erlaubt, dass durch dieselbe Öffnung ein chirurgisches Instrument in die Bauchhöhle des Patienten einführbar ist. Der Kameraträger und das chirurgische Instrument verlaufen dann beide durch dieselbe Öffnung.
Der Kameraträger ist darüber hinaus so ausgebildet, dass er eine Drehung des zumindest einen chirurgischen Instrumentes um einen Pivotpunkt erlaubt, der im Bereich der besagten Öffnung liegt. Der Pivotpunkt liegt also vorteilhaft in der Öffnungsfläche der besagten Öffnung. Es wird dabei insbesondere eine Drehung des chirurgischen Instrumentes im Pivotpunkt um zumindest eine Drehachse ermöglicht, die nicht parallel zur Instrumentenachse des chirurgischen Instrumentes steht. Die Instrumentenachse wird dabei durch die Längsachse des chirurgischen Instrumentes, das im Normalfall länglich ausgestaltet ist, gebildet.
Erfindungsgemäß ist der Kameraträger so ausgestaltet, dass er die Drehung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung der Kamera erlaubt. Das bedeutet, dass das chirurgische Instrument in entsprechender Weise im Pivotpunkt drehbar ist, ohne dass die Kamera mitbewegt wird. Es kann auch möglich sein die Kamera zu bewegen, ohne dass dabei das chirurgische Instrument mitbewegt wird.
Darüber hinaus ist der Kameraträger erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass er den Kameragrundkörper außerhalb eines Bewegungsbereiches des chirurgischen Instrumentes hält. Der Kameraträger hält also den Kameragrundkörper außerhalb eines Raumwinkelbereiches um den Pivotpunkt, innerhalb dessen das chirurgische Instrument im Einsatz bewegt wird und/oder innerhalb welchem das chirurgische Instrument bewegbar ist aufgrund der Ausgestaltung des Gesamtsystems. Hierdurch kann vermieden werden, dass der Kameragrundkörper und der Kameraträger den Bewegungsraum des chirurgischen Instrumentes und damit die Möglichkeiten des Chirurgen bei einer Operation einschränken.
Das chirurgische Instrument ist vorteilhafterweise starr ausgebildet. Das bedeutet, dass das chirurgische Instrument vorteilhafterweise einen oder mehrere jeweils über Gelenke verbundene starre Abschnitte aufweist oder aus solchen besteht. Gerade für derartige chirurgische Instrumente ist das erfindungsgemäße Kamerasystem besonders vorteilhaft, da bei starren Instrumenten die Möglichkeiten begrenzt sind, einem Kamerasystem mit dem Instrument auszuweichen.
Vorteilhafterweise ist der Kameraträger so eingerichtet, dass er eine Bewegung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung des Kameraträgers erlaubt. Vorteilhafterweise ist also nicht nur eine Drehung des chirurgischen Instrumentes um den Pivotpunkt unabhängig von einer Bewegung des Kameragrundkörpers möglich, sondern auch andere Bewegungen als eine solche Drehung.
Besonders vorteilhaft ist der Kameraträger so ausgestaltet, dass er eine Bewegung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung des Kameraträgers erlaubt. Vorteilhafterweise ist also nicht nur eine Drehung des chirurgischen Instrumentes um den Pivotpunkt unabhängig von einer Bewegung des Kameragrundkörpers möglich, sondern auch andere Bewegungen als eine solche Drehung.
Besonders vorteilhaft ist der Kameraträger so ausgestaltet, dass er jede Bewegung des chirurgischen Instrumentes, die in einer gegebenen Öffnung möglich ist, erlaubt ohne dass der Kameragrundkörper mitbewegt wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kameraträger als länglicher Arm, der zwischen der Kamerabasis und dem Kameragrundkörper verläuft, ausgebildet sein, der durch die besagte Öffnung; also den Port, so hindurchlegbar ist, dass er durch die Öffnung hindurchgreift. In dieser Ausgestaltung kann also der Kameraträger in seiner Längsrichtung durch die Öffnung gelegt werden.
Vorteilhafterweise ist der Arm als Kameraträger zumindest bereichsweise so entlang seiner Längsrichtung gebogen oder gekrümmt, dass er, wenn er durch die Öffnung hindurchgelegt ist, sich zumindest auf einer Seite der Öffnung, vorteilhafterweise im Inneren des Bauchraums des Bauchraums, von einer zur Öffnungsfläche senkrechten Achse durch den Pivotpunkt bzw. einen Mittelpunkt der Öffnung monoton entfernt. Der Arm kann also von der besagten Achse und/oder dem Pivotpunkt weggekrümmt sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Kameraträger einen Abstandshalter auf, mit welchem das chirurgische Instrument vom besagten Arm des Kameraträgers beabstandbar ist. Hierzu kann vorteilhaft der Abstandshalter eine neben dem Arm liegende Abstandshalteröffnung aufweisen, deren Öffnungsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Armes im Bereich des Abstandshalters liegt und durch welche das chirurgische Instrument hindurchführbar ist. Vorteilhafterweise kann dann der Pivotpunkt, um den das chirurgische Instrument drehbar ist, im Bereich dieser Abstandshalteröffnung liegen bzw. auf der Öffnungsfläche der Abstandshalteröffnung liegen. Der Abstandshalter kann also so ausgestaltet sein, dass das chirurgische Instrument, wenn es in die Abstandshalteröffnung eingeführt ist, im Abstandshalter in dem Pivotpunkt um zumindest eine nicht zur Instrumentenachse parallele Drehachse unabhängig von einer Bewegung des Armes drehbar ist. Die Abstandshalteröffnung kann hierzu in einem Gelenk untergebracht sein, welches so bewegbar ist, dass es die Drehung des Instrumentes in einem gewünschten Raumwinkelbereich um den Pivotpunkt ermöglicht. Alternativ kann auch die Abstandshalteröffnung in einem elastisches Material aufweisenden Bereich des Abstandshalters untergebracht sein, so dass das chirurgische Instrument in entsprechender Weise um den Pivotpunkt drehbar ist.
Vorteilhafterweise ist der Abstandshalter so bemessen, dass er den Abstand zwischen dem Kameraträger 2 und dem chirurgischen Instrument 10 konstant hält, eine Kippbewegung der Instrumentenachse in vorteilhafterweise Weise zwei Richtungen um den Mittelpunkt der Öffnung im Abstandshalter jedoch erlaubt.
Mittels der Geldichtung kann bei Verwendung einer Foliendurchführung in Öffnung in der Foliendurchführung abgedichtet werden.
Eine derartige Foliendurchführung erlaubt die Einrichtung eines Ports im Rahmen eines Port-Systems, in dem das endoabdominale Kamerasystem der Erfindung zum Einsatz kommen kann.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann also das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem so ausgestaltet sein, dass der Kameragrundkörper über einen länglichen Arm mit der Kamerabasis verbunden ist, wobei an dem Arm der entsprechende Abstandshalter angeordnet ist. Der Abstandshalter weist dabei die Abstandshalteröffnung auf, durch die das chirurgische Instrument durchsteckbar ist und die, beispielsweise mittels eines Gelenks oder mittels elastischen Materials so ausgestaltet ist, dass es die Drehung des chirurgischen Instrumentes um den Pivotpunkt in einem bestimmten Raumwinkelbereich erlaubt. Der besagte Arm des Kameraträgers ist dabei vorteilhaft so gekrümmt, dass er vollständig außerhalb dieses Raumwinkelbereiches verläuft und dass er den Kameragrundkörper vollständig außerhalb dieses Raumwinkelbereiches hält. Vorteilhaft ist also der besagte Arm des Kameraträgers von der Abstandshalteröffnung, von einer zur Öffnungsfläche dieser Abstandshalteröffnung senkrechten Öffnungsachse und/oder vom besagten Raumwinkelbereich, in welchem das Instrument in der Abstandshalteröffnung bewegbar ist, weggekrümmt.
Vorteilhafterweise wird der Raumwinkelbereich durch andere Strukturen als den Kameraträger, insbesondere Strukturen des Kamerasystems, begrenzt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem außerdem eine Kamerakinematik aufweisen, über welche der Kameragrundkörper am Kameraträger angeordnet ist. Auch diese Kamerakinematik wird vorteilhaft außerhalb des Bewegungsbereiches des chirurgischen Instrumentes gehalten. Mittels der Kamerakinematik kann der Kameragrundkörper gegenüber dem Kameraträger bewegbar sein, wobei vorzugsweise diese Bewegbarkeit so beschränkt ist, dass der Kameragrundkörper stets außerhalb des Bewegungsbereiches des chirurgischen Instrumentes bleibt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kamerakinematik eine kardanische Aufhängung des Kameragrundkörpers sein. Dabei kann der Kameragrundkörper um zumindest eine Achse, vorzugsweise um zwei zueinander senkrechte Achsen, schwenkbar aufgehängt sein. Jede andere mögliche Kinematik kann jedoch zum Einsatz kommen, mittels der der Kameragrundkörper gegenüber dem Kameraträger beweglich ist. Die Auswahl der Kamerakinematik kann im Einzelfall abhängig von den Bedürfnissen der vorgesehenen Operation erfolgen.
Sofern die Kamerakinematik mittels hydraulischer Aktoren angetrieben wird, können diese eine Schlauchverbindung nach außen aufweisen. Bei Aktuation der Kamerakinematik über Piezomotoren oder elektromagnetische Motoren kann das Kamerasystem elektrische Zuleitungen zu diesen Motoren aufweisen, die vorteilhaft durch den Kameraträger in dessen Innerem verlegt sein können. Hierzu kann der Kameraträger einen oder mehrere Leitungskanäle aufweisen.
Vorteilhafterweise ist der Kameragrundkörper gegenüber dem Kameraträger bewegbar, insbesondere mittels der besagten Kamerakinematik. Vorteilhafterweise ist diese Bewegung des Kameragrundkörpers durch die Kamerakinematik von außen aktuierbar. Insbesondere kann der Kameragrundkörper mittels einem oder mehreren Seilzügen, mittels zumindest eines piezoelektrischen und/oder elektromagnetischen Motors und/oder mittels zumindest eines Hydraulikzylinders gegenüber dem Kameraträger bewegbar sein. Im Falle des besagten Motors und des Hydraulikzylinders sind diese vorteilhafterweise an der besagten Kamerakinematik angeordnet.
Die Blickrichtung der Kamera kann beispielsweise nach einer Grobausrichtung im Betrieb vorteilhaft ausschließlich über die beschriebene Kamerakinematik erfolgen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Kamerakinematik an dem Kameraträger über ein Gelenk angeordnet sein, mittels welchem die Kamerakinematik so um eine Achse schwenkbar ist, dass der Kameragrundkörper in eine Verlängerung des Kameraträgers geklappt werden kann. Das Gelenk wird dabei nicht als Teil der Kamerakinematik angesehen. Ist also beispielsweise eine Längsrichtung des Kameraträgers identifizierbar, so kann mittels des Gelenkes der Kameragrundkörper und die Kamerakinematik so geklappt werden, dass sie auf einer Verlängerung des Kameraträgers entlang der entsprechenden Längsachse liegen. Ist beispielweise der Kameraträger zylindrisch ausgestaltet, so können die Kamerakinematik und der Kameragrundkörper auf die Zylinderachse und von der Zylinderachse weggeklappt werden.
Darüber hinaus kann auch der Kameragrundkörper länglich sein. In diesem Falle kann vorteilhafterweise der Kameragrundkörper über das besagte Gelenk so geklappt werden, dass seine Längsachse mit einer Verlängerung der Längsachse des Kameraträgers zusammenfällt oder zu dieser parallel liegt. Ist beispielsweise der Kameragrundkörper zylindrisch ausgestaltet, so ist die entsprechende Längsachse des Kameragrundkörpers die Zylinderachse. Die zylindrische Form kann dabei kreiszylindrisch oder von anderer zylindrischer Form sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Kameraträger als Trokar ausgestaltet sein, der die Bewegung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung des Kameragrundkörpers zumindest in einem vorgegebenen Winkelbereich erlaubt. Im Rahmen dieses Dokumentes wird unter einem Trokar eine Durchführung für das chirurgische Instrument verstanden, durch die das chirurgische Instrument einschiebbar ist. Der Trokar kann vorteilhafterweise zumindest bereichsweise zylinderförmig sein.
In diesem Falle ist also das chirurgische Instrument in dem Trokar um den Pivotpunkt in einem Raumwinkelbereich um zumindest eine Achse, die nicht parallel zur Längsachse des Instrumentes ist, drehbar.
Der Trokar kann in dieser Ausführungsform vorteilhafterweise zweiteilig ausgestaltet sein, mit einem Instrumententeiltrokar und einem Kamerateiltrokar. Der Kamerateiltrokar ist hierbei also Teil des besagten Kameraträgers oder ist der Kameraträger. Der Instrumententeiltrokar kann das chirurgische Instrument führen und kann gegenüber dem Kamerateil des Trokars bewegbar sein, insbesondere derart, dass das chirurgische Instrument in besagter Weise um den Pivotpunkt drehbar bzw. kippbar ist.
Auch hierdurch wird es möglich, die Kamerabewegung zur Justierung der Blickrichtung von der Instrumentenbewegung zu entkoppeln. Die Gesamtkinematik erlaubt es, denselben operativen Zugang zur Bauchhöhle sowohl für das Endoskop bzw. die Kamera als auch für ein chirurgisches Instrument zu verwenden.
Eine Zylinderachse des Kamerateils des Trokars kann hierbei als Längsachse verstanden werden. Der Kameraträger kann dann ein Gelenk wie oben beschrieben aufweisen, mittels welchem der Kameragrundkörper in die Längsachse des Kamerateiltrokars klappbar ist. Hierdurch kann der Trokar mit der Kamera durch die Bauchdecke gestoßen werden und anschließend der Kameragrundkörper und gegebenenfalls die Kamerakinematik seitlich weggeklappt werden, so dass der Kameragrundkörper und gegebenenfalls die Kamerakinematik außerhalb des Bewegungsbereiches chirurgischen Instrumentes gehalten werden.
Zur Steuerung des Kamerasystems in der zuvor beschriebenen Ausführungsform mit einem zweiteiligen Trokar kann sowohl der Kamera- als auch der Instrumententeil des Trokars mit je einem unabhängigen Roboterarm verbunden sein und beide Teilen können, beispielsweise robotergeführt, unabhängig voneinander bewegbar sein.
Alternativ kann der Kamerateil des Trokars an einem passiven Haltearm befestigt sein und manuell bewegbar sein. Der Instrumententeil kann robotergeführt sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es auch möglich, dass sowohl Kamera- als auch Instrumententeil mit einem einzigen Roboterarm verbunden sind, wobei zwischen dem Instrumententeil und dem Roboterarm eine Pivotkinematik für die Relativbewegung der beiden Trokarteile zueinander sorgt.
Alternativ kann auch der Kamerateil des Trokars robotergeführt sein und das Instrument manuell vom Assistenten bedient werden. Auch ist es möglich, dass der Kamerateil des Trokars an einem passiven Halterarm befestigt ist und manuell bedienbar ist, und auch das Instrument bzw. der Instrumententeil manuell vom Assistenten bedient wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kameragrundkörper mit der Kamerabasis über zumindest eine elektrisch leitende Verbindung verbunden, über welche die Kamerasignale von der Kamera zur Kamerabasis und optional auch Steuersignale von der Kamerabasis zur Kamera übertragbar sind. Diese elektrisch leitende Verbindung verläuft vorteilhafterweise im Inneren des Kameraträgers bzw. im Inneren des oben beschriebenen Armes des Kameraträgers. Alternativ können die Signale der Kamera jedoch auch mittels Funk nach außen übertragen werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kamerasystems kann der Kameraträger als Trokar ausgestaltet sein, durch welchen das chirurgische Instrument einführbar ist. Der Kameragrundkörper kann in dieser Ausgestaltung über einen Kameraarm am Kameraträger angeordnet sein, wobei der Kameraarm so ausgestaltet ist, dass er eine Bewegung des Kameraträgers ausgleicht, so dass sich der Kameragrundkörper nicht mitbewegt, wenn der Kameraträger bewegt wird. Der besagte Kameraarm kann also insbesondere so aktuiert sein, dass er automatisch jede Bewegung des Trokars ausgleicht.
Vorteilhafterweise kann die Aktuierung des Kameraarms dadurch erfolgen, dass der Kameraarm so mit einer Antriebskinematik verbunden oder gekoppelt ist, dass der Kameraarm jede Bewegung des Trokars mittels der Antriebskinematik ausgleicht. Beispielsweise kann die Antriebskinematik, welche das Instrument antreibt als Parallelkinematik, Seriellkinematik oder als Doppelparallelogramm-Kinematik ausgestaltet sein. In diesem Fall kann der Kameraarm entsprechend als Parallelkinematik, Seriellkinematik bzw. Doppleparallelogramm-Kinematik ausgestaltet sein. Es können dann Abschnitte der Antriebskinematik mit entsprechenden Abschnitten des Kameraarms gekoppelt sein, so dass eine Bewegung des Abschnittes der Antriebskinematik gleichzeitig eine ausgleichende Bewegung des entsprechenden Abschnittes des Kameraarms bewirkt.
Der besagte Kameraarm kann vorteilhafterweise als Parallelkinematik mit zwei Teilarmen ausgestaltet sein, wobei jeder der Teilarme jeweils zwei Schenkel aufweist. Die beiden Schenkel eines Armes sind dabei jeweils über ein Zwischengelenk miteinander verbunden, das um eine Achse beweglich ist. Vorteilhafterweise liegen dabei die Achsen der beiden Zwischengelenke der beiden Arme auf einer gemeinsame Geraden, die hier als Zwischengelenkgerade bezeichnet werden soll. Jeweils einer der beiden Schenkel jedes Armes ist über ein hier als Kameraträgergelenk bezeichnetes Gelenk mit dem Kameraträger verbunden, welches um eine Längsachse des Kameraträgers beweglich ist. Der jeweils andere Schenkel des entsprechenden Teilarmes ist jeweils über ein Haltegelenk mit dem Kameragrundkörper verbunden, wobei vorzugsweise Achsen, um welche die Haltegelenke drehbar sind, auf einer gemeinsamen Geraden liegen, die hier als Haltegerade bezeichnet werden soll.
Die Zwischengelenkgerade und die Haltepunktgerade können parallel zu einer Längsachse des Kameraträgers verlaufen. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Zwischengelenkgerade und die Haltegelenkgerade durch den Pivotpunkt verlaufen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das chirurgische Instrument bzw. der Trokar nur um den Pivotpunkt drehbar bzw. schwenkbar um zumindest eine nicht zur Instrumentenachse parallele Achse ist, da dann nur Schwenkbewegungen um den Pivotpunkt durch den Kameraarm ausgeglichen werden müssen.
Vorteilhafterweise sind eines oder beide der besagten Zwischengelenke, eines oder beide der besagten Kameraträgergelenke und/oder eines oder beide der Haltegelenke mittels jeweils zumindest eines Aktuators antreibbar. Wiederum kommen alle geeigneten Aktuatoren wie beispielsweise Piezomotoren oder elektromagnetische Motoren infrage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Teilarme des Kameraarmes auch mittels zumindest eines Rohres bewegbar sein, dass konzentrisch zur Instrumentenachse verläuft. Dieses Rohr kann innerhalb oder außerhalb des Trokars verlaufen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Antriebskinematik als Parallelkinematik mit zwei Teilarmen wie oben beschrieben ausgestaltet sein, wobei einer der Teilarme der Antriebskinematik über ein zur Instrumentenachse konzentrisches Rohr mit einem der Teilarme des Kameraarms verbunden ist, und wobei der andere der Teilarme der Antriebskinematik mit dem anderen Teilarm des Kameraarms über ein zur Instrumentenachse 10 konzentrisches Rohr verbunden ist. Vorteilhaft können auch die Gelenke der Antriebskinematik um durch den Pivotpunkt verlaufende Achsen drehbar sein. Vorteilhafterweise fällt in dieser Ausführungsform also der Pivotpunkt der Antriebskinematik mit dem Pivotpunkt des Kameraarms zusammen.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine minimalinvasive chirurgische Anordnung angegeben, die ein endoabdominales Kamerasystem wie oben ausgeführt aufweist. Die minimalinvasive chirurgische Anordnung weist darüber hinaus zumindest ein chirurgisches Instrument auf, das wie oben beschrieben zum Kamerasystem angeordnet ist. insbesondere durchtreten das endoabdominale Kamerasystem und das zumindest eine chirurgische Instrument eine gemeinsame Öffnung, die beispielsweise eine Öffnung in einer Bauchdecke eines Patienten oder eine Öffnung in einem Öffnungselement sein kann. Ein solches Öffnungselement kann beispielsweise ein Ring sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die minimalinvasive chirurgische Anordnung zumindest eine ringförmige Foliendurchführung auf, mittels welcher eine Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten offenhaltbar ist. Die besagte Öffnung, durch welche das Kamerasystem und das Instrument durchtreten, ist dann eine Öffnung, die von der Foliendurchführung umgeben wird.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können auch unabhängig vom Beispiel realisiert sein und zwischen den verschiedenen Beispielen kombiniert werden.
Es zeigt:
1 eine erfindungsgemäße minimalinvasive chirurgische Anordnung mit einem erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystem,
2 eine erfindungsgemäße minimalinvasive chirurgische Anordnung mit einem erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystem in perspektivischer Ansicht,
3 ein Beispiel einer Kamerakinematik für das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem,
4 eine beispielhafte Foliendurchführung einer minimalinvasiven chirurgischen Anordnung gemäß der Erfindung,
5 eine Möglichkeit des Einführens des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems durch eine Öffnung,
6 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems,
7 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems und
8 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems.
1 zeigt eine erfindungsgemäße minimalinvasive chirurgische Anordnung mit einem erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystem.
Das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem weist einen Kameragrundkörper 12 auf, der im gezeigten Beispiel zwei Kameraobjektive 4a und 4b aufweist. Der Kameragrundkörper 12 ist über eine Kamerakinematik 3 und ein weiteres Gelenk 13 an einem Kameraträger 2 angeordnet, der auf seiner dem Kameragrundkörper 12 abgewandten Seite mit einer Kamerabasis 1 verbunden ist. Der Kameraträger 2 ist so ausgestaltet, dass er durch eine Öffnung 14 durch eine Bauchdecke 11 eines Patienten in eine Bauchhöhle des Patienten einführbar ist. Nach dem Einführen befindet sich also die Kamerabasis 1 außerhalb der Bauchhöhle und der Kameragrundkörper 12 mit der Kamerakinematik 3 und den weiteren Gelenk 13 im inneren der Bauchhöhle.
Durch die gleiche Öffnung 14, durch welche der Kameraträger 2 in den Bauchraum des Patienten greift, weist die minimalinvasive chirurgische Anordnung außerdem ein chirurgisches Instrument 10 auf, das hier beispielhaft starr und gerade ausgeführt ist mit einer abwinkelbaren Spitze, die eine Funktionseinheit des chirurgischen Instrumentes 10, hier eine Zange, trägt. Das chirurgische Instrument 10 kann durch einen Trokar 9 geführt werden.
Der Kameraträger 2 ist so ausgestaltet, dass er die Durchführung des chirurgischen Instrumentes 10 durch die Öffnung 14 zur Bauchhöhle des Patienten erlaubt. Im gezeigten Beispiel wird das chirurgische Instrument 10 neben dem Kameraträger 2, von diesem beabstandet, durch die Öffnung 14 geführt.
Der Kameraträger 2 ist so ausgestaltet, dass er eine Drehung bzw. ein Schwenken des chirurgischen Instrumentes 10 in einem im Bereich der Öffnung 14 liegenden Pivotpunkt um zumindest eine zu einer Instrumentenachse des chirurgischen Instrumentes 10 nicht parallele Drehachse unabhängig von einer Bewegung der Kamera 12 erlaubt. im gezeigten Beispiel kann also das chirurgische Instrument 10 um den Pivotpunkt in einem vorgegebenen Raumwinkelbereich gedreht werden, und der Kameraträger 2 hält den Kameragrundkörper 12 derart, dass das chirurgische Instrument 10 in keiner Stellung innerhalb des vorgesehenen Raumwinkelbereiches den Kameragrundkörper 12 und/oder den Kameraträger 2 berührt. Der Kameraträger 2 hält also den Kameragrundkörper 12 außerhalb des Bewegungsbereiches des chirurgischen Instrumentes 10. Die Kamerabasis 1 kann ortsfest verankert sein, beispielsweise an einer gegenüber einem Operationstisch festen Trägerstruktur oder an einer im Operationssaal fest verankerten Vorrichtung. Dies ist in 1 symbolisch gekennzeichnet.
Die in 1 gezeigte minimalinvasive chirurgische Anordnung weist außerdem eine optionale Foliendurchführung 6 auf, mit der die Öffnung 14 zur Bauchhöhle des Patienten offenhaltbar ist. Die Foliendurchführung 6 weist eine zwischen einem Fixierring 7 und einem Spannring 15 eine in der Öffnung 14 in der Bauchdecke 11 des Patienten aufgespannte Folie 16 auf.
Wie beschrieben wird das chirurgische Instrument durch einen Trokar 9 neben dem Kamerahaltearm 2 von diesem beabstandet durch die Öffnung 14 in den Bauchraum des Patienten eingeführt. Dabei verläuft das chirurgische Instrument 10 im Bereich der Öffnung 14 durch eine Hülse 9a des Trokars 9. Der Kamerahaltearm 2 verläuft also im Bereich der Öffnung 14 neben der Hülse 9a des Trokars und von dieser beabstandet.
Um eine Kontrollierbarkeit der Bewegung des chirurgischen Instrumentes 10 zu gewährleisten, weist das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem optional einen Abstandshalter 5 auf, der eine neben dem Kamerahaltearm 2 liegende Abstandshalteröffnung aufweist, deren Öffnungsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Armes 2 im Bereich des Abstandshalters liegt und durch welche das chirurgische Instrument 10 bzw. die Hülse 9a des Trokars 9 hindurchführbar ist. Dabei kann der Abstandshalter so ausgestaltet sein, dass das chirurgische Instrument 10 und/oder die Hülse 9a des Trokars 9, wenn in die Abstandshalteröffnung eingeführt, im Abstandshalter 5 in dem Pivotpunkt, der in der Abstandshalteröffnung liegt, um zumindest eine zur Instrumentenachse nicht parallele Drehachse unabhängig von einer Bewegung des Kameraträgers 2 drehbar sein.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen minimalinvasiven chirurgischen Anordnung, wie sie in 1 gezeigt ist.
Es ist in dieser perspektivischen Ansicht zu erkennen, dass der Abstandshalter 5 fest mit der Kamerahalterung 2 verbunden sein kann, und dass das chirurgische Instrument in der Hülse 9a durch eine Öffnung in der Halterung 5 geführt ist, deren Öffnungsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Kameraträgers 2 am Abstandshalter 5 liegt. Der Abstandshalter 5 ist im gezeigten Beispiel aus zwei Bereichen 5a und 5b aufgebaut, wobei der Bereich 5a fest ist und die Abstandseinhaltung zwischen Kameraträger 2 und Instrument 10 bzw. Hülse 9a sicherstellt. Der Bereich 5a ist von einer Geldichtung 5b umgeben, die die Öffnung 14 im Bauchraum des Patienten abdichtet. Der Abstandshalter 5 erlaubt eine Drehung bzw. Schwenkung der Hülse 9a bzw. des chirurgischen Instrumentes 10 im Pivotpunkt in mit 17 gekennzeichnete Richtungen, deren Drehachsen nicht parallel zur Längsachse des chirurgischen Instrumentes 10 liegen.
In 2 ist außerdem zu erkennen, dass der Kameragrundkörper 12 in der Kamerakinematik 3 beispielhaft um eine Achse 18 drehbar gelagert angeordnet ist. Dabei steht im gezeigten Beispiel die Achse 18 senkrecht zur Längsrichtung des Kameraträgers 2. Die Drehachse 18 steht außerdem senkrecht zu einer Blickrichtung der Kameraobjektive 4a und 4b. in dieser Ausgestaltung erlaubt es die Kamerakinematik 3, den Kameragrundkörper 12 so um die Achse 18 zu drehen, dass die Blickrichtung der Objektive 4a und 4b auf eine Mittensenkrechte der Öffnung 14 im Bauchraum des Patienten hin oder von dieser weg geschwenkt wird. Im gezeigten Beispiel ist die Kamerakinematik 3 den Kameragrundkörper 12 umgebend und in einer Umlaufrichtung geschlossen ausgestaltet. Um das Schwenken des Kameragrundkörpers 12 zu ermöglichen, ist die Kamerakinematik 3 oben und unten offen.
In dem in 1 und 2 gezeigten Beispiel ist die Folie 16 der Foliendurchführung 6 im Fixierring 7 eingespannt. Dabei weist der Fixierring 7 im gezeigten Beispiel zwei ringförmige Teile auf, zwischen denen die Folie 16 ringförmig eingeklemmt ist.
3 zeigt beispielhaft eine alternative Ausgestaltung der Kamerakinematik 3, die über ein Gelenk 13 an dem Kameraträger 2 angeordnet ist. Dabei ist der Kameragrundkörper 12 in der Kamerakinematik 3 um zwei zueinander senkrechte Achsen 19 und 20 drehbar bzw. schwenkbar. Die Kamerakinematik 3 kann hier als kardanische Aufhängung ausgeführt sein, welche die unabhängige Drehung um die beiden senkrecht zueinander stehenden Achsen 19 und 20 ermöglicht. in einer solchen Kamerakinematik 3 kann die Blickrichtung der Objektive 4a und 4b in alle Richtung unterhalb der Kamerakinematik 3 geschwenkt werden, wie auch in alle Blickrichtungen oberhalb der Kamerakinematik 3. Zum Bewegen des Kameragrundkörpers 12 in der Kamerakinematik 3 kann dieser mittels einem oder mehreren Seilzügen, mittels piezoelektrischen und/oder elektromagnetischen Motoren, mittels Hydraulikzylindern oder anderen Aktuatoren bewegt werden.
Die Kamerakinematik 3 ist über ein Gelenk 13 am Kameraträger 2 angeordnet. Mittels dieses Gelenkes 13 ist die Kamerakinematik so um die eingezeichnete Achse schwenkbar, dass der Kameragrundkörper 12 bzw. die Kamerakinematik 3 in eine Verlängerung des Kameraträgers 2 geklappt werden kann. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Einführen des Kamerasystems durch die Öffnung 14.
4 zeigt isoliert die Foliendurchführung 6 in einer Öffnung 14 in der Bauchdecke 11 eines Patienten. Hierbei ist zu erkennen, dass die Folie 16 oberhalb der Öffnung 14, außerhalb der Bauchhöhle, durch einen zwei Teile aufweisenden Fixierring 7 aufgespannt ist und unterhalb der Öffnung 14 im Inneren der Bauchhöhle, außerhalb der Bauchhöhle, durch einen Spannring 6. Zwischen dem Fixierring 7 und dem Spannring 6 wird die Folie 16 durch das Gewebe der Bauchdecke 11 gespannt, so dass die Folie 16 durch ihre Elastizität gegen den Rand der Öffnung 14 drückt und damit die Öffnung 14 offen hält.
5 zeigt, wie das erfindungsgemäße endoabdominale Kamerasystem in einer vorteilhaften Ausgestaltung durch die Öffnung 14 durchführbar ist, beispielsweise in das innere des Bauchraums eines Patienten. Hierzu wird die Kamerakinematik 3 und der Kameragrundkörper 12 um das Gelenk 13 in einer Verlängerung des Kameraträgers bzw. -armes 2 geklappt. Eine Längsrichtung der Kamerakinematik 3 und des Kameragrundkörpers 12 liegt hierbei also parallel zu einer Verlängerung der Längsrichtung des Kameraträgers 2, der hier als Arm 2 ausgestaltet ist. Um das Einführen durch die Öffnung 14 zu erleichtern, kann der Kameraträger 3 an dem Gelenk 13 abgewandten Ende eine Spitze aufweisen.
Nach dem Einführen des endoabdominalen Kamerasystems kann der Kameragrundkörper 2 und die Kamerakinematik 3 um das Gelenk 13 geklappt werden, so dass sie die in den 1, 2 und 3 gezeigten Positionen annehmen.
In den Beispielen, die in den 1 bis 5 gezeigt sind, ist der Kameraträger 2 so ausgestaltet, dass er eine Bewegung des chirurgischen Instrumentes 10 unabhängig von der Bewegung eines Kameraträgers 2 erlaubt. Der Kameraträger ist hier beispielhaft als länglicher Arm ausgestaltet, der durch die Öffnung 14 zur Bauchhöhle so durchlegbar ist, dass er durch die Öffnung 14 hindurchgreift. Der Arm ist in diesem Beispiel entlang seiner Längsrichtung so gekrümmt, dass er, wenn das Kamerasystem vollständig in der eingeführten Position ist, sich zum inneren der Bauchhöhle hin hinter der Öffnung 14 von einer zur Öffnungsfläche senkrechten Achse durch den Pivotpunkt monoton entfernt. Der Arm 2 ist dabei vorzugsweise in seinem gekrümmten Bereich starr.
6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems. Hierbei gelten die über die Kamerakinematik 3, den Kameragrundkörper 12, die Objektive 4a und 4b, das Gelenk 13 und das chirurgische Instrument 10 bezüglich der 1 bis 5 gemachten Aussagen analog. Anders als in den 1 bis 5 ist im in 6 gezeigten Beispiel der Kameraträger 2 nicht als Arm ausgestaltet, sondern als Teil eines Trokars. Im in 6 gezeigten Beispiel weist daher der Trokar zwei Teile auf, zum einen einen Instrumententeiltrokar 9 und zum anderen einen Kamerateiltrokar 2, der als Kameraträger 2 fungiert. Der Instrumententeiltrokar 9 ist gegenüber dem Kamerateiltrokar 2 beweglich und erlaubt Drehungen des chirurgischen Instrumentes 10 um einen im Bereich der Öffnung 14 in der Bauchdecke 11 des Patienten liegenden Pivotpunkt in den Richtungen 17, deren Drehachsen nicht parallel zur Längsachse des Instrumentes 10 liegen.
Der Instrumententeiltrokar 9 und der Kamerateiltrokar 2 sind im gezeigten Beispiel bereichsweise zylinderförmig ausgestaltet, wobei die Zylinderachsen der beiden Teile 9 und 2 auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Der Pivotpunkt ist im gezeigten Beispiel mit Bezugszeichen 19 gekennzeichnet. Wie auch in den vorstehend beschriebenen Beispielen kann auch in 6, wie rechts unten gezeigt, die Kamerakinematik 3 und der Kameragrundkörper 12 in eine Verlängerung der Längsachse des Kameraträgers 2 geklappt werden, wobei die Längsachse des Kameraträgers 2 im gezeigten Beispiel gerade dessen Zylinderachse entspricht. In diesem Zustand kann das erfindungsgemäße Kamerasystem besonders günstig durch die Öffnung 14 gseschoben werden.
Die in 6 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kamerasystems eignet sich besonders für eine robotergesteuerte Operation. Dabei kann eine zwischen dem Instrumententeil 9 und einem Roboterarm angeordnete angetriebene Pivotkinematik für die Relativbewegung der beiden Trokarteile 9 und 2 zueinander sorgen.
7 zeigt eine weitere optionale Ausgestaltung des erfindungsgemäßen endoabdominalen Kamerasystems. In dieser Ausführungsform ist der Kameraträger 2 als rohrförmiger Teil des Trokars 9 in Verbindung mit einem Arm 20 ausgebildet. Der Arm 20 ist dabei zwischen dem zylinderförmigen Teil des Trokars 9 und dem Kameragrundkörper 2 angeordnet. Es wird nun eine Drehung des chirurgischen Instrumentes 10 um den Pivotpunkt unabhängig von einer Bewegung der Kamera dadurch erlaubt, dass der Arm 20 so aktuiert ist, dass er jede Bewegung des chirurgischen Instrumentes 10 um den Pivotpunkt automatisch so ausgleicht, dass die Kamera 2 ortsfest bleibt.
8 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung der in 7 gezeigten Ausführungsform, bei welcher der Kameraarm 20 als Parallelkinematik ausgestaltet ist. Die Parallelkinematik des Kameraarms 20 weist zwei Teilarme 20a und 20b auf, wobei jeder der Teilarme 20a und 20b jeweils zwei Schenkel aufweist, welche jeweils über ein um eine Achse bewegliches Zwischengelenk 21a bzw. 21b miteinander verbunden sind. im gezeigten Beispiel liegen die Achsen der Zwischengelenke 21a und 21b optional auf je einer Zwischengelenkgeraden 28b, 28a. Jeweils einer der Schenkel ist über jeweils ein Kameraträgergelenk 23a und 23b, das um eine Längsachse des Kameraträgers 2 beweglich ist, mit dem Kameraträger 2 verbunden. Der jeweils andere Schenkel ist über ein Haltegelenk 22a und 22b mit dem Kameragrundkörper 12 verbunden, wobei optional die Achsen der Haltegelenke 22a und 22b auf einer gemeinsamen Geraden 25 liegen, die hier als Haltepunktgeraden 25 bezeichnet werden soll.
Im gezeigten Beispiel verlaufen die Zwischengelenkgerade 28a, 28b und die Haltepunktgerade 25, auf welcher die Haltegelenke 22a, 22b drehbar sind, durch den Pivotpunkt 19. Alternativ können diese Geraden auch parallel zueinander liegen. Die Zwischengelenke 21a, 21b, die Kameraträgergelenke 23a, 23b und/oder die Haltegelenke 22a, 22b können mittels Aktuatoren antreibbar sein. Es ist aber auch möglich, die Teilarme um die Längsachse des Kameraträgers 2 mittels eines oder zweier Rohre zu bewegen, die konzentrisch zur Instrumentenachse zwischen dem entsprechenden Teilarm und einer Antriebskinematik 24 verlaufen.
Optional kann die Antriebskinematik 24 als Parallelkinematik mit zwei Teilarmen 24a und 24b ausgestaltet sein.
Die Teilarme 24a und 24b weisen jeweils zwei Schenkel auf, die über ein hier als Schenkelgelenk 27a, 27b bezeichnetes Gelenk miteinander verbunden sind. Vorteilhaft können auch die Schenkelgelenke 27a, 27b der Antriebskinematik 24 um durch den Pivotpunkt 19 verlaufende Achsen drehbar sein. Vorteilhafterweise fällt in dieser Ausführungsform also der Pivotpunkt der Antriebskinematik 24 mit dem Pivotpunkt des Kameraarms 20 zusammen.
Die genannten Rohre verlaufen vorteilhaft koaxial zur Längsachse des Kameraträgers 2 und ineinander. In einer solchen Ausgestaltung bleibt die Kamera gegenüber einem Manipulator-Antrieb 28 stets ortsfest, unabhängig von einer Bewegung der Antriebskinematik und damit unabhängig von einer Bewegung des durch diese Antriebskinematik bewegten Instruments. Hierzu kann zumindest einer der Teilarme 20a und 20b über zumindest eines dieser Rohre mittels eines Aktuators 29 angetrieben sein, wobei der Antrieb vorzugsweise so geregelt wird, dass die Kamera ortsfest bleibt.
Im Einzelnen kann die Einrichtung der endoabdominalen Kamera während des operativen Eingriffs beispielhaft wie folgt ablaufen.
Zunächst kann der Operateur unter Sicht eines Hilfsendoskops im Nebenport einen Schnitt in die Bauchdecke setzen. Durch diesen Schnitt kann die Foliendurchführung – mit manuell oval verformtem Spannring voraus – in den Port eingebracht werden. Sobald der Spannring in die Bauchhöhle vorgedrungen ist und sich frei verformen kann, spannt er sich kreisrund auf. Im Anschluss kann die Foliendurchführung mit den bei den äußeren Fixierringen in der Bauchdecke des Patienten befestigt werden. Damit ist das Portsystem vollständig installiert und die in 4 dargestellte Durchführung in den Bauchraum ist etabliert. Daraufhin führt der Operateur das Kamerasystem in den Port ein. Zunächst befinden sich dabei Kamerakopf und -Kinematik in Verlängerung des Auslegers (5). Sobald die Kamera die Engstelle im Port passiert hat und sich in der freien Bauchhöhle des Patienten befindet, kann sie seitlich weggeklappt werden, um den Bewegungsraum des laparoskopischen Instruments freizugeben. Abschließend muss die Kamerabasis außerhalb des Körpers mechanisch am OP-Tisch oder einem separaten Haltesystem fixiert werden.
Eine Operation kann dann mit dem erfindungsgemäßen System beispielsweise wie folgt ablaufen: Im Betrieb nimmt die endoabdominale Kamera stereoskopische Videobilder des Operationsgebiets auf und überträgt sie nach außen, wo sie auf einem 3D-Display oder Binokular für den Operateur dargestellt werden. Mittels eines Eingabegeräts kann der Arzt nun die Hauptfunktionen der Kamera bedienen. Diese sind die Anpassung der Blickrichtung in zwei Achsen durch die Kamerakinematik, die Einstellung der Vergrößerung mittels Kamerazoom sowie die Steuerung der Lichtquelle im Endoskopkopf. Darüber hinaus kann das Portsystem parallel genutzt werden, um ein laparoskopisches Instrument im Bauchraum zu positionieren und zu bedienen. Dabei kann es sich um ein manuell oder robotergeführtes Instrument handeln. Durch das optionale Wegklappen des Kamerakopfes bleibt dem Operateur bei der Instrumentenbewegung genügend Bewegungsfreiheit, um den Eingriff qualitativ hochwertig durchzuführen.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die parallele Nutzung eines einzigen chirurgischen Zugangs zur Bauchhöhle des Patienten sowohl für die Videobildgebung als auch für den Einsatz eines laparoskopischen Instruments. Dieser Vorteil besteht sowohl für die manuelle als auch für die robotergestüzte Laparoskopie. Durch die optionale angetriebene Kamerakinematik und den optionalen optischen Zoom kann die Blickrichtung der Kamera in nahezu gleicher Weise wie bei einem starren klassischen Laparoskop angepasst werden. Außerdem können mit dem Verfahren unterschiedliche Blickwinkel – mit mehreren Kameras auch gleichzeitig – eingestellt werden. Die Aufhängung des Kamerakopfes am gebogenen Ausleger und die Möglichkeit des seitlichen Wegklappens schränken den Bewegungsraum des Instruments gegenüber einem Standardzugang (ohne Kamerasystem) kaum ein. Besonders deutlich werden die Vorteile bei der robotergestützten Laparoskopie, denn dort kann der Operateur von einer Steuerkonsole aus sowohl die Kamerabewegung als auch die Instrumentenbewegung mit einem Eingabegerät steuern.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

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Claims

Endoabdominales Kamerasystem mit einem Kameragrundkörper, der zumindest ein Kameraobjektiv aufweist, einer Kamerabasis, über welche das endoabdominale Kamerasystem außerhalb einer Bauchhöhle eines Patienten haltbar ist, einem Kameraträger, der die Kamerabasis mit dem Kameragrundkörper verbindet, und der so ausgestaltet ist, dass er durch eine Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten führbar ist, so dass sich die Kamerabasis außerhalb der Bauchhöhle befindet und der Kameragrundkörper innerhalb der Bauchhöhle, wobei der Kameraträger so ausgestaltet ist, dass er eine Durchführung zumindest eines chirurgischen Instrumentes durch die besagte Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten erlaubt, dass er eine Drehung des zumindest einen chirurgischen Instrumentes in einem im Bereich der besagten Öffnung liegenden Pivotpunkt um eine zu einer Instrumentenachse des chirurgischen Instrumentes nicht parallele Drehachse unabhängig von einer Bewegung der Kamera erlaubt und dass er den Kameragrundkörper außerhalb eines Bewegungsbereiches des chirurgischen Instrumentes hält.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kameraträger so ausgestaltet ist, dass er eine Bewegung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung des Kameraträgers erlaubt.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kameraträger einen länglichen Arm aufweist, der durch die Öffnung zur Bauchhöhle des Patienten so hindurchlegbar ist, dass er durch die Öffnung hindurchgreift, wobei vorzugsweise der längliche Arm neben und/oder außerhalb eines Trokars, durch welchen das chirurgische Instrument führbar ist, durch die Öffnung hindurchlegbar ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Arm zumindest bereichsweise entlang seiner Längsrichtung so gekrümmt ist, dass er sich zum Inneren der Bauchhöhle hin hinter der Öffnung von einer zur Öffnungsfläche senkrechten Achse durch den Pivotpunkt monoton entfernt, wobei der Arm vorzugsweise in seinem gekrümmten Bereich starr ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Kameraträger einen Abstandshalter aufweist, der eine neben dem Arm liegende Abstandshalteröffnung aufweist, deren Öffnungsfläche senkrecht zur Längsrichtung des Armes im Bereich des Abstandshalters liegt, und durch welche das chirurgische Instrument hindurchführbar ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstandshalter so ausgestaltet ist, dass das chirurgische Instrument, wenn es in die Abstandshalteröffnung eingeführt ist, im Abstandshalter in einem im Bereich der Abstandshalteröffnung liegenden Pivotpunkt um eine nicht zur Instrumentenachse parallele Drehachse unabhängig von einer Bewegung des Armes drehbar ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das endoabdominale Kamerasystem weiter eine Kamerakinematik ausweist, über welche der Kameragrundkörper am Kameraträger angeordnet ist, und mittels welcher der Kameragrundkörper gegenüber dem Kameraträger bewegbar ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kamerakinematik eine kardanische Aufhängung ist in welcher der Kameragrundkörper um zumindest eine Achse, vorzugsweise um zwei zueinander senkrechte Achsen, schwenkbar aufgehängt ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, aufweisend ein Gelenk, über welches die Kamerakinematik an dem Kameraträger angeordnet ist, und mittels welchem die Kamerakinematik so um eine Achse schwenkbar ist, dass der Kameragrundkörper in eine Verlängerung des Kameraträgers geklappt werden kann.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kameragrundkörper mittels einem oder mehreren Seilzügen oder mittels zumindest eines piezoelektrischen und/oder elektromagnetischen Motors und/oder mittels zumindest eines Hydraulikzylinders gegenüber dem Kameraträger bewegbar ist, wobei vorzugsweise der zumindest eine Motor und/oder der zumindest eine Hydraulikzylinder an der Kamerakinematik angeordnet ist.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 7 bis 10, wobei der Kameraträger als Trokar ausgestaltet ist, der die Bewegung des chirurgischen Instrumentes unabhängig von einer Bewegung des Kameragrundkörpers zumindest in einem vorgegebenen Winkelbreich erlaubt.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der Ansprüche 3 bis 10, aufweisend eine elektrisch leitende Verbindung, über welche der Kameragrundkörper mit der Kamerabasis zur Übertragung von Kamerasignalen elektrisch leitend verbunden ist, wobei die elektrisch leitende Verbindung zumindest bereichsweise im Inneren des Armes verläuft.
Endoabdominales Kamerasystem nach Anspruch 1, wobei der Kameraträger als Trokar ausgestaltet ist, durch welchen das chirurgische Instrument einführbar ist und wobei der Kameragrundkörper über einen Kameraarm am Kameraträger angeordnet ist, wobei der Kameraarm so ausgestaltet ist, dass er eine Bewegung des Kameraträgers ausgleicht, so dass sich der Kameragrundkörper nicht mitbewegt, wenn der Kameraträger bewegt wird.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kameraarm eine Parallelkinematik mit zwei Teilarmen aufweist, wobei jeder der Teilarme jeweils zwei Schenkel aufweist, welche zwei Schenkel jeweils über ein um eine Achse bewegliches Zwischengelenk miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die Achsen der Zwischengelenke auf einer gemeinsamen Zwischengelenkgerade liegen, und wobei jeweils einer der Schenkel über jeweils ein Kameraträgergelenk, das um eine Längsachse des Kameraträgers beweglich ist, mit dem Kameraträger verbunden ist und jeweils der andere Schenkel über ein Haltegelenk mit dem Kameragrundkörper verbunden ist, wobei vorzugsweise Achsen der Haltegelenke auf einer gemeinsamen Haltegeraden liegen.
Endoabdominales Kamerasystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Zwischengelenkgerade und die Haltepunktgerade parallel zu einer Längsachse des Kameraträgers verlaufen oder durch den Pivotpunkt verlaufen.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei eines oder beide der Zwischengelenke, eines oder beide der Kameraträgergelenke, und/oder eines oder beide Haltegelenke mittels eines Aktuators antreibbar sind.
Endoabdominales Kamerasystem nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei die Teilarme mittels eines konzentrisch zur Instrumentenachse verlaufenden Rohres am Kameraträgergelenk bewegbar sind.
Minimalinvasive chirurgische Anordnung, aufweisend ein endoabdominales Kamerasystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und zumindest ein chirurgisches Instrument, wobei das endoabdominale Kamerasystem und das zumindest eine chirurgische Instrument eine gemeinsame Öffnung durchtreten.
Minimalinvasive chirurgische Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, aufweisend zumindest eine ringförmige Foliendurchführung, mittels welcher eine Öffnung zur Bauchhöhle eines Patienten offen haltbar ist, wobei das endoabdominale Kamerasystem und das zumindest eine chirurgische Instrument die von der Foliendurchführung aufgespannte Öffnung durchtreten.