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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines medizinisch-robotischen Geräts mit einem Endeffektor zum Durchführen einer diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme. Sie betrifft ferner ein medizinisch-robotisches Gerät mit einem Endeffektor zum Durchführen einer diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme und mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer Bewegungsabfolge des Geräts.
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An die Genauigkeit von medizinisch-robotischen Geräten, also Geräten, welche in der Lage sind, während eines operativen Eingriffs selbständig eine Bewegung durchzuführen oder selbständig bestimmte Bewegungen des Geräts zu verhindern, werden große Anforderungen gestellt. Unter Genauigkeit wird hier verstanden, wie präzise ein Gerät sich einer vorbestimmten Position annähern und/oder diese einnehmen kann. Wird die absolute Position des Geräts gemessen und mit der gewünschten Position verglichen, so ist eine vorhandene Abweichung ein Maß für die Genauigkeit. Die Genauigkeit eines medizinisch-robotischen Geräts kann von der Position, die das Gerät einnimmt, und einer Geschwindigkeit, mit welcher diese Position eingenommen wird, abhängen. Bei mehrachsigen medizinisch-robotischen Geräten mit vielen Freiheitsgraden, also vielen voneinander unabhängigen Bewegungsmöglichkeiten, hängt die Genauigkeit des Geräts davon ab, in welcher kinematischen Konfiguration sich das Gerät oder seine Achsen befinden. Grundsätzlich sind gerade in medizinischen Anwendungen Geräte mit einer großen Zahl an Freiheitsgraden vorteilhaft, da mit diesen eine große Flexibilität sowohl im Bereich der Positionierungsgenauigkeit also auf im Hinblick auf die Platzproblematik in vielen Operationsszenarien erreicht wird.
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Bei mehrachsigen Geräten kann es in extremen Fällen, sogenannten Singularitäten, zu sehr hohen Ungenauigkeiten oder sogar zu einem nicht mehr planbaren Verhalten kommen. Eine Singularität ist hierbei gemäß der ANSI Sicherheitsvorschrift ANSI/RIA R15.06-1999 definiert als eine Bedingung, welche auf ein kollineares Ausrichten von zwei oder mehr Achsen eines Roboters zurückgeht und in unvorhersehbaren Bewegungen und Bewegungsgeschwindigkeiten des Roboters resultiert.
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Die
EP 1 905 377 A1 beschreibt ein Verfahren zur Planung der Lage und/oder eines Bewegungspfades eines medizinischen Instruments in einer heterogenen Körperstruktur. Dabei erfolgt auch eine Analyse der Risiken des Ablenkens oder Biegens eines Instrumentes weg von einem geplanten Einbringungspfad oder des Brechens des Instrumentes oder das Blockieren des Instrumentes auf dem geplanten Pfad. Das Verfahren kann auch zur Bestimmung der voraussichtlichen Lage des Instrumentes nach dem Einbringen des Instruments in die heterogene Körperstruktur erfolgen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung für ein medizinisch-robotisches Gerät eine verbesserte Positionierung zu erreichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines medizinisch-robotischen Geräts mit einem Endeffektor zur Durchführung einer diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme umfasst zum Erreichen einer verbesserten Positionierung eine Reihe von Schritten. Unter Endeffektor ist hier, wie in der Robotik üblich, ein letztes Element einer Kette von aneinander angeordneten, relativ zueinander mittels Steuerbefehlen bewegbaren Elementen, einer kinematischen Kette, des medizinisch-robotischen Geräts bezeichnet. Zunächst erfolgt in einem ersten Schritt ein Vorgeben von zumindest einer von dem Endeffektor zu erreichenden Position. Eine Position kann im Rahmen der Erfindung grundsätzlich auch eine vorgegebene Orientierung des Endeffektors an dieser Position umfassen. Eine Position kann insbesondere im Rahmen dieser Erfindung auch eine Abfolge von zeitlich nacheinander von dem Endeffektor zu erreichenden Teilpositionen, welche wiederum eine Orientierung mitumfassen können, umfassen, wie es beispielsweise bei einem von dem Endeffektor durchgeführten Abschaben erforderlich ist.
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Es folgt in einem weiteren Schritt ein Bewerten von zumindest zwei Bewegungsabfolgen des medizinisch-robotischen Geräts, mit denen der Endeffektor die jeweils vorgegebene zumindest eine Position erreicht, und zwar mittels eines Optimierungskriteriums. Hier ist entscheidend, dass es für ein und dieselbe diagnostische und/oder therapeutische Maßnahme im Allgemeinen mehrere mögliche Positionen und/oder Trajektorien zum Erreichen der zumindest einen Position des Geräts gibt, welche zum Durchführen besagter Maßnahme in Frage kommen. Beispielsweise könnte eine Biopsie eines bestimmten Weichteilorgans an verschiedenen Positionen dieses Organs stattfinden. Ein Beispiel für unterschiedliche Trajektorien oder Bewegungsabfolgen und daraus resultierenden unterschiedlichen Endkonfigurationen des medizinisch-robotischen Geräts in einer gleichen Position ist eine Bohrschablone, welche von unterschiedlichen Seiten in einer bestimmten vorgegebenen Position gehalten werden kann.
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In einem darauffolgenden Schritt wird die Bewegungsabfolge mit dem besten Bewertungsergebnis als optimale Bewegungsabfolge festgelegt. Es wird also die kinematische Bewegungsplanung des Roboters so ausgewählt, dass zum einen die festgelegten medizinischen Behandlungsparameter erfüllt werden, also z.B. ein zu erreichendes Organ erreicht wird, und zum anderen zugleich die kinematische Bewegungsabfolge des medizinisch-robotischen Geräts anhand des Optimierungskriteriums optimiert wird, also z.B. das zu erreichende Organ auf kinematisch optimale Weise erreicht wird. Diese Optimierung berücksichtigt somit die Bewegungsabfolge des Roboters von einer Startposition bis zu der zu erreichenden Zielposition.
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Schließlich erfolgt in einem letzten Schritt das Umsetzen der optimalen Bewegungsabfolge, so dass die jeweilige vorgegebene Position und/oder Orientierung durch den Endeffektor erreicht wird. Das Gerät ist also nach dem Umsetzen in einer optimierten kinematischen Lage oder Konfiguration beziehungsweise Achsenkonfiguration. Das Umsetzen kann hier aktiv oder passiv erfolgen, das heißt es kann entweder das medizinisch-robotische Gerät selbständig die optimale Bewegungsabfolge durchführen oder aber durch eine Bedienperson in einem sogenannten „gravity-mode“, also einem Handführungsmodus, unter Einbeziehung sogenannter „active constraints“, also unter Berücksichtigung vorgegebener Randbedingungen, durchführen lassen. In einem solchen gravity-mode mit active constraints schränkt das medizinisch-robotische Gerät selbständig gemäß den vorgegebenen Randbedingungen seine Bewegbarkeit durch einen Benutzer, also seine Freiheitsgrade, derart ein, dass durch eine Krafteinwirkung, zum Beispiel ein Drücken oder Ziehen, einer Bedienperson ein Bewegen des Geräts und somit des Endeffektors nur noch gemäß einer von dem medizinisch-robotischen Gerät vorgegebenen Bewegungsabfolge erfolgen kann. Das medizinisch-robotische Gerät ist also frei beweglich, jedoch sind bestimmte Achsen und/oder bestimmte kartesische Freiheitsgrade eingeschränkt.
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Das hat den Vorteil, dass aus einer Vielzahl von zunächst gleichberechtigten Bewegungsabläufen und geometrischen Konfigurationen des medizinisch-robotischen Geräts, welche alle den medizinischen Zweck erfüllen, eine optimale Bewegungsabfolge ausgewählt werden kann. Es wird somit die Positionierung des medizinisch-robotischen Geräts verbessert.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die jeweils vorgegebenen Positionen identische Positionen sind. Das hat den Vorteil, dass nicht nur unterschiedliche Positionen zum Durchführen einer Behandlung berücksichtigt werden, sondern auch für eine einzige jeweilige vorgegebene Position unterschiedliche Bewegungsabfolgen überprüft werden und somit optimiert werden können.
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Dabei berücksichtigt das Optimierungskriterium bei den unterschiedlichen Bewegungsabfolgen aufgrund der kinematisch-robotischen Eigenschaften des medizinisch-robotischen Geräts zu erwartende, auftretende Ungenauigkeiten. Die zu erwartenden Ungenauigkeiten sind hier die Ungenauigkeiten, welche bei dem tatsächlichen Durchführen einer bestimmten Bewegungsabfolge bekanntermaßen auftreten. Diese können beispielsweise aufgrund eines Modells, welches das medizinisch-robotische Gerät von sich selbst hat, abgeschätzt werden oder auch in einer Tabelle abgespeichert sein. Insbesondere kann die Bewegungsabfolge mit den geringsten zu erwartenden Ungenauigkeiten als die optimale Bewegungsabfolge gewählt werden. Das hat den Vorteil, dass die Genauigkeit einer von dem Endeffektor erreichten Position erhöht, also die Positionierung des Geräts verbessert wird. Als Folge wird auch die entsprechende diagnostische und/oder therapeutische Maßnahme mit erhöhter Präzision durchgeführt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das medizinisch-robotische Gerät in einem Modus betrieben wird, in dem das medizinisch-robotische Gerät selbständig seine Bewegbarkeit einschränkt und manuell durch eine Bedienperson nur gemäß von dem medizinisch-robotischen Gerät vorgesehenen Bewegungsabfolgen bewegbar ist, und diese eingeschränkte Bewegbarkeit bei dem Bewerten der Bewegungsabfolgen berücksichtigt wird. Das Gerät wir also in dem oben beschriebenen „Gravity Mode“ unter Berücksichtigung von „active constraints“ betrieben. Aufgrund der von dem medizinisch-robotischen Gerät selbständig vorgenommenen sogenannten „active constraints“ kann also das medizinisch-robotische Gerät, insbesondere der Endeffektor, nur noch in eine von dem medizinisch-robotischen Gerät bestimmte Richtung bewegt werden. Das Bewerten der unterschiedlichen Bewegungsabfolgen ist hier besonders vorteilhaft, da bei der technischen Umsetzung der active constraints medizinisch-robotische Geräte besonders anfällig für Singularitäten sind.
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Insbesondere können hier gemäß dem Optimierungskriterium die active constraints bevorzugt werden, welche das Gerät in einem möglichst stabilen Zustand belassen, also Zustände vermieden werden, in denen bekanntermaßen leicht große Ungenauigkeiten oder sogar Singularitäten auftreten können. Es werden dann also diejenigen Bewegungsräume des medizinisch-robotischen Geräts bevorzugt freigegeben, in welchen das Gerät trotz der vorhandenen active constraints besonders genau und stabil bewegt werden kann. Das hat den Vorteil, dass die menschliche Achtsamkeit und ein unmittelbares Feedback an die Bedienperson mit einer größtmöglichen Präzision des medizinisch-robotischen Geräts kombiniert werden. Beispielsweise kann eine Biopsienadel so positioniert und ausgerichtet werden, dass sie bei einem Vorschub in Richtung der Nadelspitze die gewünschte Biopsiestelle durchstechen würde. Der Vorschub wird dann aber nicht durch eine motorisierte Bewegung des Roboters ausgeführt, stattdessen werden die active constraints so eingestellt, dass das medizinisch-robotische Gerät, beziehungsweise in diesem Fall der Endeffektor mit der Biopsienadel, durch eine Bedienperson nur noch in Richtung der Nadelspitze manuell bewegt werden kann. Da die Bedienperson folglich weiß, mit welcher Kraft die Nadelspitze bewegt wird, wird auch ein resultierendes haptisches und/oder visuelles Feedback aus der Bewegung der Nadelspitze von der Bedienperson richtig interpretiert.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das medizinisch-robotische Gerät eine überbestimmte Kinematik, insbesondere mit zumindest sieben Freiheitsgraden aufweist. Ein Gerät mit einer überbestimmten Kinematik weist sehr viele verschiedene kinematische Konfigurationen auf, welche zwar alle dieselbe Position und/oder Orientierung erreichen können, jedoch über unterschiedliche Bewegungsabfolgen und somit mit jeweils unterschiedlicher Genauigkeit und Stabilität. Das medizinisch-robotische Gerät mit einer überbestimmten Kinematik kann also eine vorgegebene Position unter Verwendung unterschiedlicher Gelenke oder unterschiedlicher Bewegungskombinationen um die Gelenke erreichen. Hier ergibt sich der Vorteil, dass besonders viele Bewegungsabfolgen bewertet werden können und somit die Positionierung besonders stark verbessert wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein zusätzlicher Freiheitsgrad für das medizinisch-robotische Gerät aus einem Bewegen des gesamten medizinisch-robotischen Geräts relativ zu einer Umgebung des Geräts, insbesondere relativ zu einem zu operierenden Körper, an dem, unter Zuhilfenahme des medizinisch-robotischen Geräts, ein operativer Eingriff vorgenommen werden soll, resultiert. Insbesondere können bei diesem Bewegen der Endeffektor und weitere Komponenten einer zu dem Endeffektor gehörigen kinematischen Kette relativ zueinander unbewegt bleiben. Insbesondere ist hier ein Bewegen des medizinisch-robotischen Geräts entlang einer Befestigungsschiene, an welcher das medizinisch-robotische Gerät an verschiedenen Positionen fixiert werden kann, vorgesehen. Die Befestigungsschiene ist insbesondere an einem Operationstisch angebracht. Auch ein Bewegen eines verfahrbaren Trolley und/oder einer Deckenaufhängung oder ähnlicher Befestigungsmöglichkeiten, auf welchen das medizinisch-robotische Gerät angeordnet ist, kann hier vorgesehen sein, um die Zahl der Freiheitsgrade zu erhöhen. Dabei muss nach einem Bewegen des gesamten Geräts dieses neu zu einem verwendeten Koordinatensystem geeicht oder justiert werden, wenn das Bewegen selbst nicht in einer genau bestimmten, geeichten Weise erfolgt. Es ergibt sich der Vorteil, dass alternative Bewegungsabläufe auch für Geräte in Betracht gezogen werden können, welche ansonsten, insbesondere in einer kinematischen Kette, nicht über genügend Freiheitsgrade für den alternativen Bewegungsablauf verfügen. Somit können auch beispielsweise bereits vorhandene Geräte eine im Vergleich zu einem bisherigen Betriebsmodus verbesserte Positionierung erreichen oder diese verbesserte Positionierung auch mit günstigeren medizinisch-robotischen Geräten, welche weniger Freiheitsgrade aufweisen, erzielt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein zusätzlicher Freiheitsgrad für das medizinisch-robotische Gerät aus einem Bewegen eines Operationstisches, insbesondere eines als Liegefläche ausgebildeten Teils eines Operationstisches, relativ zu dem Gerät resultiert. Hierbei befindet sich dann ein zu operierender Körper, an dem unter Zuhilfenahme des medizinisch-robotischen Geräts ein operativer Eingriff vorgenommen werden soll, auf diesem Operationstisch, so dass ein Bewegen des Operationstisches in ein Bewegen des zu operierenden Körpers relativ zu dem medizinisch-robotischen Gerät resultiert. Das hat den Vorteil, dass eine Beweglichkeit des Operationstisches, die im Allgemeinen gegeben ist, für eine verbesserte Positionierung des medizinisch-robotischen Geräts genutzt wird. Dabei sind keine zusätzlichen Komponenten wie beispielsweise eine Befestigungsschiene oder dergleichen erforderlich, so dass die verbesserte Positionierung auf besonders einfache Weise erzielt werden kann. Kann der Operationstisch nicht nur manuell sondern auch automatisch bewegt werden, so ist gegebenenfalls auch ein Neujustieren des medizinisch-robotischen Gerätes überflüssig und der durch das Bewegen des Operationstisches gewonnene zusätzliche Freiheitsgrad kann besonders leicht bei dem Bewerten der unterschiedlichen Bewegungsabläufe berücksichtigt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass gemäß dem Optimierungskriterium die Endkonfigurationen, das heißt also die Bewegungsabläufe, welche in den Endkonfigurationen des medizinisch-robotischen Geräts münden, bevorzugt werden, in denen Sensoren in dem Gerät stärker auf externe, bei dem Durchführen der diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme zu erwartende, auf den Endeffektor wirkende Kräfte ansprechen. Bei den Sensoren kann es sich insbesondere um Drehmomentsensoren handeln. Es wird also ein Bewegungsablauf bevorzugt, an dessen Ende das Gerät in einer Konfiguration steht, in welcher über die Sensoren eine Kraft, welche auf das Gerät, insbesondere den Endeffektor, einwirkt, besonders gut detektiert werden kann. Dies ist besonders interessant für Kräfte, welche aufgrund der vorzunehmenden diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme voraussichtlich auftreten, beispielsweise der zu erwartende Widerstand bei der Entnahme einer Biopsie aus einem Weichteilgewebe. Das hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Information über die Positionierung verfügbar ist. Beispielsweise gibt eine Widerstandskraft bei der Entnahme einer Biopsie, welche größer oder kleiner ist als erwartet, einen Hinweis darauf, dass möglicherweise eine ungenaue Positionierung erfolgt ist, so dass Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können, um die Positionierung zu verbessern.
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Insbesondere kann hier vorgesehen sein, dass gemäß dem Optimierungskriterium Positionen und/oder Orientierungen des Endeffektors bevorzugt werden, in denen Sensoren in dem Gerät stärker auf die externen Kräfte ansprechen. Wieder kann es sich hier insbesondere um Drehmomentsensoren handeln. Das hat den Vorteil, dass die externen Kräfte über die Sensoren besonders genau erfasst werden können, da nicht nur die Endkonfiguration des medizinisch-robotischen Gerätes insgesamt, also beispielsweise die Länge eines Hebels und die Orientierung des Hebels relativ zu einem Vektor einer erwarteten externen Kraft, berücksichtigt wird, sondern auch die Position des Endeffektors beziehungsweise dessen Orientierung relativ zu dieser Kraft. Der Endeffektor wird also in einer spezifischen Position und/oder Orientierung hinsichtlich der zu erwartenden Richtung der auf ihn wirkenden Kräfte positioniert. Das hat den Vorteil, dass die Messung der im Rahmen der therapeutischen und/oder diagnostischen Maßnahme auftretenden Kräfte der Sensorik des medizinisch-robotischen Geräts so besonders leicht fällt.
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Berücksichtigt das Optimierungskriterium unterschiedliche Aspekte der Bewegungsabläufe, so erfolgt insbesondere eine Wichtung der unterschiedlichen Einzelaspekte gemäß vorgegebener Wichtungsfaktoren. Das hat den Vorteil, dass ein Bewerten der unterschiedlichen Bewegungsabläufe stets zu eindeutigen Ergebnissen führt.
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Die Erfindung betrifft auch ein medizinisch-robotisches Gerät mit einem Endeffektor zum Durchführen einer diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme und mit einer Steuereinheit zum Umsetzen einer Bewegungsabfolge des Gerätes, welche ausgelegt ist, für zumindest eine vorgegebene, von dem Endeffektor zu erreichende Position mittels eines Optimierungskriteriums ein Bewerten vorzunehmen von zumindest zwei Bewegungsabfolgen des medizinisch-robotischen Geräts, mit welchen der Endeffektor die jeweils vorgegebene, zumindest eine Position erreicht. Die Steuereinheit ist ferner ausgelegt, die Bewegungsfolge mit dem besten Bewertungsergebnis auszuwählen und umzusetzen. Das Umsetzen kann hier, wie oben beschrieben, aktiv oder passiv erfolgen.
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Merkmale und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens gelten auch für die Vorrichtung.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines medizinisch-robotischen Geräts, welches eine zu erreichende Position mit einer ersten Bewegungsabfolge erreicht hat; und
- 2 eine schematische Darstellung des Szenarios von 1 nach einem Durchführen einer beispielhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens.
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In den FIG werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines medizinisch-robotischen Geräts, welches eine zu erreichende Position mit einer ersten Bewegungsabfolge erreicht hat. Dargestellt ist ein medizinisch-robotisches Gerät 1, welches einen Endeffektor 2 zum Durchführen einer diagnostischen und/oder therapeutischen Maßnahme aufweist. Der Endeffektor 2 ist in diesem Beispiel über eine kinematische Kette 3, die vorliegend aus fünf aneinander angebrachten, gegeneinander beweglichen Elementen besteht, an einer Grundeinheit 4 des medizinisch-robotischen Geräts 1 angeordnet. Im gezeigten Beispiel weist der Endeffektor 2 eine Biopsienadel 5 auf, welche an einer von dem Endeffektor 2 zu erreichenden Position P positioniert ist.
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Die Position P ist vorliegend an einem zu operierenden Körper 6, welcher auf einem Operationstisch 7 liegt, gelegen. Der Operationstisch 7 erstreckt sich hier hauptsächlich in eine x-Richtung, auf welcher der zu operierende Körper 6, vorliegend ein menschlicher Patient, der Länge nach liegt. Der Abstand d zwischen der Grundeinheit 4 des medizinisch-robotischen Geräts 1 und der Position P ist vorliegend im Vergleich zur Länge der kinematischen Kette 3 gering, so dass das medizinisch-robotische Gerät 1 beziehungsweise dessen kinematische Kette 3 in der gezeigten Konfiguration des Geräts 1 bzw. der kinematischen Kette 3 einen Bogen mit mehreren Winkeln beschreibt. Im vorliegenden Beispiel können so einerseits Atembewegungen des Patienten, welche zu einem Heben und Senken des Brustkorbs in y-Richtung führen, durch Sensoren in dem medizinisch-robotischen Gerät 1 beziehungsweise in diesem Beispiel in Gelenken 8 der kinematischen Kette 3 nur schwer gemessen werden, da die Orientierung der Elemente der kinematischen Kette 3 große Komponenten parallel zur Bewegungsrichtung aufweist. Somit können Sensoren in den Gelenken 8 der kinematischen Kette ein Drehmoment nur schlecht aufnehmen. Überdies ist im gezeigten Beispiel das Einstellen der unterschiedlichen Winkel in der kinematischen Kette 3 mit großen Ungenauigkeiten verbunden, so dass die Position P durch den Endeffektor 2 mit einer Ungenauigkeit behaftet ist, welche durch ein verbessertes Positionieren verringert werden könnte.
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2 zeigt das Szenario von 1 nach einem Durchführen einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens. Es wurden hier unterschiedliche Bewegungsabfolgen des medizinisch-robotischen Geräts 1, welche in unterschiedliche Konfigurationen des medizinisch-robotischen Geräts 1, insbesondere unterschiedliche Konfigurationen der kinematischen Kette 3 und des Endeffektors 2 münden, bewertet. Dieses Bewerten ist vorliegend anhand eines Optimierungskriteriums erfolgt, welches einerseits in der gewählten Bewegungsabfolge auftretenden Ungenauigkeiten berücksichtigt und andererseits Endkonfigurationen bevorzugt, welche ein leichteres Messen von im vorliegenden Fall Drehmomenten auf das medizinisch-robotische Gerät 1 bzw. den Endeffektor 2 in der resultierenden Endposition berücksichtigt. In diesem Beispiel sind aufgrund der Atembewegungen auftretende Kräfte in der y-Richtung zu erwarten. Entsprechend wurde vorliegend auch die Orientierung des Endeffektors 3, hier mit der Biopsienadel 5, in der Endposition bei dem Bewerten berücksichtigt. Die Endkonfiguration, welche sich aus der Bewegungsabfolge mit dem besten Bewegungsergebnis ergibt, ist vorliegend dargestellt.
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Wie in 1 gezeigt, wird die identische Position P in dem zu operierenden Körper 6 durch den Endeffektor 2 erreicht.
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Allerdings wurde die Grundeinheit 4 des medizinisch-robotischen Geräts 1 verschoben, vorliegend entlang der x-Achse, so dass der Abstand d' zwischen der Position P und der Grundeinheit 4 im Vergleich zu der in 1 gezeigten Endkonfiguration des medizinisch-robotischen Geräts 1, verändert, hier vergrößert, ist. Dies hat die Folge, dass die Orientierung der Elemente der kinematischen Kette 3 große Komponenten senkrecht zur Bewegungsrichtung aufweist und somit in einem günstigen Winkel stehen, um die erwarteten Kräfte, z.B. Drehmomente, über Sensoren, beispielsweise Drehmomentsensoren in den Gelenken 8, messen zu können.
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Die gleiche vorteilhafte Endkonstellation könnte alternativ auch durch ein Bewegen des Operationstisches 7 erreicht werden. Damit wird der zu operierende Körper 6 relativ zur Basiseinheit 4 des medizinisch-robotischen Geräts 1 bewegt, was äquivalent ist zu dem in 2 vorgenommenen Verschieben der Grundeinheit 4 des medizinisch-robotischen Geräts 1 relativ zu dem Operationstisch 7 mit dem zu operierenden Körper 6.
