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Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Roboter-Instrumenten-System sowie ein für den Anschluss an einen Roboter angepasstes chirurgisches Instrument.
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Hintergrund der Erfindung
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In der modernen Chirurgie werden zunehmend chirurgische Eingriffe vorzugsweise in Form von minimal invasiven Operationen mittels oder unter Unterstützung von Chirurgie-Robotern durchgeführt, die in der Lage sind, chirurgische Instrumente präzise und weitestgehend vibrationsfrei an deren Bestimmungsort heranzuführen und dort entsprechende Bewegungen des chirurgischen Instruments zu initiieren. Da bei einem chirurgischen Eingriff Sterilität oberstes Gebot ist, wird das Roboter-Instrumenten-System quasi in einen nicht sterilen und einen sterilen Bereich/Abschnitt unterteilt, welche durch eine Sterilitätsbarriere beispielsweise in Form einer Kunststofffolie voneinander getrennt sind. Hierbei befinden sich ein Großteil der Robotik sowie die Antriebe im nicht sterilen Bereich, wohingegen zumindest das chirurgische Instrument wie auch dessen Halterung im sterilen Bereich angeordnet sind. Zur Bewegung und Aktuierung des chirurgischen Instruments führen in der Regel Kraftübertragungszüge wie Getriebe, Seil-/Kettenzüge oder Druckleitungen ausgehend von den jeweiligen Antrieben im nicht sterilen Bereich durch die Barriere hindurch zu dem chirurgischen Instrument und/oder dessen Halterung im sterilen Bereich, wofür in der Barriere geeignete Schleusen vorgesehen sind.
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Die Antriebe für die Robotik insbesondere in der minimal invasiven Chirurgie haben dabei die Aufgabe, die chirurgischen Instrumente, oder auch optischen Endoskope in allen deren für die jeweilige Operation notwendigen Bewegungsfreiheitsgraden anzutreiben und zu bewegen. Dieses geschieht heute primär über einen Führungsarm (z.B. Parallelkinetik), an dessen freiem Ende das chirurgische Instrument fest, jedoch wechselbar montiert ist. Dieser überträgt alle für das daran befestigte Instrument an sich notwendigen Bewegungen über eine entsprechende Schnittstelle oder auch Interface, an der die Instrumentenhalterung montiert/montierbar ist. Diese Schnittstelle muss geeignet ausgeführt sein, sodass die Sterilität des Instruments gewährleitet ist. Der Führungsarm bewegt das Instrument des Weiteren beispielsweise in Kreisbahnen um einen Drehpunkt, der idealer Weise mit dem durch einen Trokar in der Bauchdecke bestimmten invarianten Punkt deckungsgleich ist. Auch die Bewegung des Instruments in axialer Richtung parallel zum Trokar werden standardgemäß vom Führungsarm der Robotik realisiert.
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Stand der Technik
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Gemäß einem intern bekannten, der Öffentlichkeit bisher nicht zugänglichen Stand der Technik ist es vorgesehen, an einem freien, distalen Ende eines Roboterarms eine Art mechanisches Interface zur mechanischen, elektrischen und/oder hydraulisch-pneumatischen Ankopplung einer Halterung eines chirurgischen Instruments anzuordnen, das so gestaltet ist, dass zwischen dem Interface und der Instrumentenhalterung eine Sterilitätsbarriere in Form einer Folie eingesetzt werden kann. Hierfür ist die folienartige Barriere mit einem Mechanismus ausgestattet, der so geformt ist, dass mit Aufsetzen der Halterung auf das Interface die jeweiligen Kraftübertragungszüge auf Seiten der Halterung durch die folienartige Barriere hindurchgreifen können, um sich mit entsprechenden Anschlüssen auf Seiten des Interface zu verbinden und so die Robotik-internen Kraftübertragungszüge mit den Halterung-internen Kraftübertragungszügen zu koppeln.
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Im Betrieb eines derart konzipierten Roboter-Instrumenten-Systems werden Bewegungen der Robotik, der Instrumentenhalterung wie auch des Instruments selbst mittels entsprechender Antriebe auf Seiten der Robotik ausgeführt bzw. aktuiert, deren Antriebsausgänge teilweise über die jeweiligen Kraftübertragungszüge mit den jeweiligen Stellelementen an der Instrumentenhalterung sowie den Bewegungsfunktionen am chirurgischen Instrument wirkverbunden sind.
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Die vorstehend beschriebene Konzeption erlaubt es grundsätzlich, das chirurgische Instrument als ein sogenanntes „disposable“, d.h. Einmal-Instrument auszubilden. Jedoch hat sich gezeigt, dass insbesondere die Instrumentenhalterung einen vergleichsweise komplizierten inneren Aufbau haben muss, sodass diese in der Regel als Mehrweg-Bauteil vorgesehen ist, deren Reinigung und Sterilisation aufwändig und damit teuer ist.
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Kurzbeschreibung der Erfindung
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Problematik, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Roboter-Instrumenten-System oder -Apparat bereit zu stellen, das/der die Anordnung einer Sterilitätsbarriere erleichtert.
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Vorzugswese soll mit dem neuartigen chirurgischen Roboter-Instrumenten-System oder- Apparat auch die Sterilitätssicherheit verbessert werden.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch ein Roboter-Instrumenten-System oder- Apparat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden insbesondere folgende Begriffe verwendet, deren Definitionen vorab angegeben werden:
| „Aktiv angetrieben“ | Hierin ist erfindungsgemäß ein interner Antrieb zu verstehen, der dem jeweils angetriebenen Element/Einheit zugeordnet und an/in dieser vorzugsweise unmittelbar verbaut ist. |
| „Passiv angetrieben“ | Hierin ist erfindungsgemäß ein externer Antrieb zu verstehen, der zwar dem jeweils angetriebenen Element/Einheit zugeordnet ist aber an/in der Robotik vorzugsweise unmittelbar verbaut und über einen Antriebskraft-Übertragungszug in der Robotik mit dem jeweils angetriebenen Element/Einheit wirkverbunden ist. |
| „Trokar“ | Hierin ist erfindungsgemäß eine Trokarhülse oder auch ein Endoskopschaft zu verstehen, die/der einen minimal invasiven Patientenzugang, beispielsweise durch die Bauchdecke eines Patienten für ein chirurgisches Instrument schafft. |
| „Instrumentenspitze“ | Diese betrifft den distalen Abschnitt eines chirurgischen Instruments vorzugsweise der Schaftbauart, der zur chirurgischen Gewebemanipulation wie Greifen, Schneiden, Bohren/Fräsen, oder dergleichen vorgesehen und ausgebildet ist. |
| „Effektor“ | Hierin ist ein in/an der Instrumentenspitze angeordnetes Maulteil oder Halteteil beispielsweise für ein Gewebe-Eingriffselement zu verstehen, das um dessen Längsachse relativ zu einem Instrumentenschaft rotierbar gelagert ist. |
| „Betätigung“ | Hierin ist das Aktuieren einer Effektorfunktion z.B. das Öffnen/Schließen eines Maulteils, beispielsweise dessen Maulteilbranchen oder das Vor-/Zurückschieben einer Klinge, Schlinge oder Elektrode, etc. an der Instrumentenspitze zu verstehen. |
| „Schnittstelle/Interface“ | Diese betrifft die Kopplungsstelle zwischen der Robotik/Haltearm und dem chirurgischen Instrument/Trokar bzw. dessen Halterung. Die Kopplungsstelle ist dabei für eine vorzugsweise lösbare mechanische und ggf. pneumatisch/hydraulische und ggf. elektrische |
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Der Kern der vorliegenden Erfindung nach dem Patentanspruch 1 besteht im Wesentlichen darin, dass die Antriebe, die notwendig sind, um ein auswechselbar mit einer Robotik koppelbares chirurgisches Instrument in den dafür vorgesehenen Freiheitsgraden zu bewegen/zu aktuieren und/oder zu positionieren (in der Regel 6 Freiheitsgrade + 1 Instrumenten-interne Betätigungsbewegung), auf verschiedene Einheiten des Roboter-Instrumenten-Systems oder- Apparats aufgeteilt werden, welche bereits Bestandteile eines konventionellen OP-Setups sind.
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Demzufolge befinden sich gemäß einem ggf. unabhängig zu beanspruchenden Aspekt der vorliegenden Erfindung die Antriebe des chirurgischen Instruments bzw. von dessen Funktionen (vorzugsweise Rotation des Effektors, Neigung der den Effektor lagernden Instrumentenspitze, Schaftrotation, (Maulteil-/Effektor-)Betätigung) – dies entspricht vorzugsweise 3 Freiheitsgrade + 1 Betätigung – im/am wechselbaren Instrument selbst, sodass es sich hierbei quasi um ein „aktiv getriebenes“, chirurgisches Instrument handelt.
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Gemäß einem ggf. unabhängig zu beanspruchenden anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise ein weiterer Freiheitsgrad durch den Trokar, weiter vorzugsweise in Form eines „aktiv getriebenen Trokars“ mit Torkar-internem Antrieb (1 Freiheitsgrad) realisiert. Alternativ kann der Trokar aber auch eine Art passive Instrumenten-Einheit darstellen, die über eine geeignete Schnittstelle an der Robotik wechselbar montiert ist und deren Antrieb auf Seiten der Robotik angeordnet sowie über einen Kraftübertragungszug mit dem Trokar/dessen Halterung gekoppelt ist. Ein Trokar ist ein bei der minimal invasiven Chirurgie eingesetztes Hilfsmittel, um den Zugang durch die Bauchdecke eines Patienten herzustellen, sowie um den OP Situs Gas dicht zur OP-Umgebung abzuschließen. Die hülsenförmige Ausführung stellt den Zugang für die stabförmig ausgebildeten chirurgischen Instrumente dar, welche so in den Körper eingeführt werden.
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Im Rahmen dieser Erfindung eines Gesamtsystems für die robotische Chirurgie wird nun ein solcher Trokar mit den bekannten Eigenschaften so erweitert, dass dieser neben seinen bestehenden Aufgaben der Schaffung eines Patientenzugangs mit vordefinierter Zugangsweite eine Antriebsaufgabe (Translation des Instrumentenschafts parallel zur Trokarachse) übernimmt.
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Vorzugsweise soll das Getriebe/der Antrieb zur Bewegung des Instruments/Instrumentenschafts im Trokar angeordnet sein und steril ausgeliefert werden, weiterhin vorzugsweise nicht der Motor selbst, der die Energie zur Bewegung zur Verfügung stellt. Vorzugsweise befindet sich der Antrieb/Motor der genannten zusätzlichen Trokarfunktion im Haltearm/Ausleger der Robotik.
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Gemäß einem ggf. unabhängig zu beanspruchenden anderen vorzugsweisen Aspekt der vorliegenden Erfindung betreffen die übrigen weiteren 2 Freiheitsgrade das Schwenken des chirurgischen Instruments/Trokars durch den „aktiv getriebenen Haltearm“ der Robotik vorzugsweise um einen invarianten Punkt (d.h. die Translationsbewegung der Schnittstelle/Interface in X- und Y-Richtung einer vorzugsweise horizontalen Ebene), welcher durch den Trokar oder das chirurgische Instrument in der Bauchdecke eines Patienten bestimmt wird.
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Konkreter ausgedrückt übernimmt der „aktive“ Haltearm/Ausleger ausschließlich die Bewegung (Schwenken) des chirurgischen Instruments/Trokars, indem der entsprechend angetriebene Haltearm/Ausleger quasi ein Kreissegment abfährt, wohingegen bei bisherigen Robotiklösungen dieser Gattung die gesamte Instrumentenbewegung durch eine am chirurgischen Instrument über einen Adapter befestigte Roboter-Kinematik bewirkt wurde.
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Im Fall einer Trokaranordnung ist die Schnittstelle/Interface an der Robotik/Haltearm dafür vorgesehen und ausgebildet, nicht das chirurgische Instrument selbst zu halten und zu führen sondern den Trokar (beispielsweise aktiv getriebenen oder dessen Antrieb auf Seiten der Robotik beispielsweise im Haltearm der Robotik angeordnet ist), in welchen dann das chirurgische Instrument eingeführt und darin gehalten wird.
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Der Haltearm übernimmt dabei ausschließlich die Schwenkbewegung des Trokars um den natürlichen Lagerpunkt, vorzugsweise die Bauchdecke. Es wird demnach auch der natürliche invariante Punkt verwendet, welcher sich durch die Platzierung des Trokars in der Bauchdecke ergibt.
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Das aktive Instrument steckt somit quasi frei in dem (aktiven) Trokar, welcher wiederum das Instrument in Bezug zur Instrumentenachse vor und zurück bewegt. Dieses ist vorzugsweise möglich, wenn die implementierten Antriebe im aktiven Instrument von kompakter Bauform und geringem Gewicht und somit die Reaktionskräfte auf die Bauchdecke im Bereich der Lagerstelle zu vernachlässigen sind.
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Alternativ/zusätzlich kann der Haltearm so ausgeführt werden, dass ein Zusatzarm den Trokar nahe der Eintrittsstelle stützt, beispielsweise durch ein Membranlager und damit das durch die Bauchdecke bisher gebildete Widerlager zur Definition des invarianten Punkts quasi simuliert. Weiter alternativ ist es aber auch möglich, den Trokar/das chirurgische Instrument nicht nur auf einer Kreisbahn robotisch zu bewegen (und die Schwenkbewegung durch die Bauchdecke/das Membranlager zu erwirken) sondern auch den Greifer simultan zur Haltearmbewegung zu drehen, um die Schwenkbewegung des Trokars/chirurgischen Instruments aktiv zu erzeugen (ohne die Bauchdecke/Membran als Widerlager).
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Im Stand der Technik ist der Aufbau eines allgemein bekannten chirurgischen Instruments für die robotische Chirurgie dadurch charakterisiert, dass ein solches Instrument über die eingangs genannte Sterilbarriere angetrieben werden muss (passives Instrument), wofür es verschiedene Lösungen gibt. So ist es beispielsweise bekannt, dass Drehbewegungen über eine Adapterplatte auf das chirurgische Instrument übertragen werden, welche als Transmitter auf einer sterilen Schutzfolie befestigt ist und somit den nichtsterilen Roboterarm vom sterilen Instrument trennt. Dies ist notwendig, da das Instrument auch während der Operation ggf. gewechselt werden muss.
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Andere Systeme machen sich ein sogenanntes Schleusensystem zunutze (wie eingangs bereits angedeutet), um eine Ankopplung an die Instrumentenantriebe zu ermöglichen, oder man macht sich in bekannter Weise beispielsweise die Elastizität einer zwischen den Antrieben sich befindlichen Membran oder auch nur einer einfachen Sterilfolie zunutze.
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Die vorliegende Erfindung sieht hingegen vor, auf eine motorische bzw. getriebetechnische Ankopplung an den Roboterarm zwecks Antrieb des chirurgischen (auswechselbaren) Instruments im Wesentlichen zu verzichten, indem die zum Antrieb des chirurgischen Instruments notwendigen Motoren (Antriebe) bereits in das als Einmalprodukt vorgesehene Instrument integriert oder angebaut sind. Hierdurch kann auf eine Sterilschleuse für die Antriebe prinzipiell verzichtet werden, da das chirurgische (auswechslbare) Instrument für sich genommen vor dem Einsatz bereits sterilisiert ist, wobei sich an diesem Zustand auch bei Austausch eines entsprechenden Instruments nichts ändert.
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Die Antriebe werden vorzugsweise pneumatisch oder hydraulisch angesteuert. Hierbei handelt es sich beispielsweise um die Antriebe der Bewegungen, die dem Instrument direkt zugeordnet werden können, vorzugsweise
- a) Betätigung des Effektors (z.B. Öffnen/Schließen eines Effektor-Maulteils),
- b) Neigung/Abwinklung des Effektors beispielsweise an dessen Anschlussgelenk zum Instrumentenschaft,
- c) Rotation der Instrumentenspitze oder des darin gelagerten Effektors (um die Längsachse des Instrumentenschafts) und/oder
- d) Rotation des Instrumentenschafts selbst,
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Bei den vorstehend genannten Bewegungen handelt es sich folglich bevorzugt um zwei Translations-Bewegungsübertragungen und zwei Rotations-Bewegungsübertragungen. Durch die Pneumatik/Hydraulik lassen sich hohe Kräfte auf kleinen Bauräumen in Verbindung mit geringem Gewicht realisieren. Das geringe Gewicht erhöht die Sicherheit durch weniger bewegte Masse, kleinere Arbeitsräume der Haltekinematik und folgt somit der Philosophie „Sicherheit durch Design“. Das Verletzungsrisiko eines Anwenders/Patienten durch Kollision der bewegten Arme mit Personal, wie aus der Medizinrobotik, oder auch Industrierobotik bekannt, ist durch die beanspruchte Erfindung somit deutlich geringer. Zudem sind pneumatische oder hydraulische Antriebe einfach im Aufbau und somit auch in einem Produkt umzusetzen, welches ggf. nur für einen einmaligen Gebrauch vorgesehen ist. Alternativ ist es aber auch möglich, elektrische Stellantriebe wie Elektromotoren oder Piezo-Elemente vorzusehen. Vorteilhaft wäre es, die dem chirurgischen Instrument (unmittelbar) zugeordneten Antriebe auf der Sterilseite so am/im chirurgischen Instrument zu platzieren, dass dessen Handhabung am/im Patienten nicht beeinträchtigt wird. Dazu ist es vorgesehen, die Antriebe an einem proximalen Ende des chirurgischen Instruments, vorzugsweise mit Bezug auf eine Anlenkstelle für die Instrumentenhalterung anzuordnen. In diesem Fall bleibt das aktiv getriebene Instrument in seinem distalen Bereich, vorzugsweise in dem Instrumentenabschnitt zwischen der Anlenkstelle für die Instrumentenhalterung und dem distalen Einstrumentenende gegenüber einem herkömmlichen, passiv getriebenen Instrument im Wesentlichen gleich. Somit wird die Handhabung des aktiv getriebenen Instruments gegenüber einem passiv getriebenen Instrument nicht beeinträchtigt und die Sicht auf die Operations- bzw. Eingriffsstelle des aktiv getriebenen Instruments mit dem Patientenkörper bleibt unversperrt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind u.a. Gegenstand Unteransprüche.
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Figurenbeschreibung
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt den distalen Abschnitt eines chirurgischen Instruments der minimal invasiven Bauart, wie es u.a. auch in einem chirurgischen Roboter-Instrumenten-System zur Anwendung kommt, zur Erläuterung der notwendigen Freiheitsgrade,
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2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines chirurgischen Roboter-Instrumenten-Systems gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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3 zeigt ein mögliches OP-Setup und
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4 zeigt den äußeren Aufbau des chirurgischen Instruments gemäß der 1.
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Das in der 1 gezeigte chirurgische Instrument der minimal invasiven Bauart, das zur Verwendung in einem chirurgischen Roboter-Instrumenten-System gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet/angepasst ist, ist in diesem beispielhaften Fall als ein Fasszangeninstrument ausgeführt. Es kann aber auch ein mono-/bi-polares HF-Instrument, ein mechanisches Schneidinstrument (Messer, Fräser, Bohrer, usw.), ein Schlingeninstrument oder dergleichen chirurgische Instrumente ausgebildet sein.
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Im vorliegenden Beispiel hat das chirurgische Instrument der minimal invasiven Bauart einen Instrumentenschaft 10 (flexibel oder starr), an dessen distalem Ende eine Instrumentenspitze 12 angelenkt ist, derart, dass sich die Instrumentenspitze 12 bezüglich der Schaftachse 10 scharnierartig abwinkeln kann. Diese Abwinkelfunktion bildet gemäß der 1 nachfolgend den 5. Freiheitsgrad des chirurgischen Instruments. Des Weiteren ist der Instrumentenschaft 10 so gehalten oder gelagert, dass er sich um seine Längsachse drehen (entspricht nachfolgend dem 1. Freiheitsgrad des chirurgischen Instruments) und längs seiner Schaftachse translatorisch bewegen (verschieben) kann, was nachfolgend dem 2. Freiheitsgrad des chirurgischen Instruments entspricht.
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Die Drehbewegung des Instrumentenschafts 10 lässt sich, wie in der 4 gezeigt ist, beispielsweise dadurch erreichen, indem der Instrumentenschaft zweigeteilt ist, mit einem distalen (separaten) Schaftabschnitt, der drehbar in/an/um einen proximalen Schaftabschnitt gelagert ist, sodass der distale Schaftabschnitt relativ zum proximalen Schaftabschnitt um die Längsachse des (gesamten) Instrumentenschafts gedreht werden kann.
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Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass der distale Schaftabschnitt zusätzlich oder alternativ zu der vorstehend beschriebenen Rotationslagerung auch längsverschiebbar (teleskopierbar) im/um/am proximalen Schaftabschnitt gelagert ist. Darüber hinaus kann der Instrumentenschaft 10 in einer X-Ebene und auch in einer Y-Ebene (senkrecht zur x-Ebene) geneigt/gekippt werden, was nachfolgend dem 3. und 4. Freiheitsgrad des chirurgischen Instruments entspricht. Schließlich bildet/hat die Instrumentenspitze 12 einen Effektor des chirurgischen Instruments, vorliegend bestehend aus einem Maulteil mit vorzugsweise zwei Branchen 16, 18, von denen zumindest eine 16 schwenkbar am Effektor gelagert ist, um einen Greif-/Klemmspalt zwischen den Branchen zu vergrößern oder zu verringern. Diese Schwenkbewegung der zumindest einen Branche 16 stellt nachfolgend den 6. Freiheitsgrad des chirurgischen Instruments dar.
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An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass im Fall eines andersartig gestalteten chirurgischen Instruments, etwa eines mechanischen Schneidmessers, der 6.
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Freiheitsgrad das Aus- und/oder Einfahren des Messers aus der Instrumentenspitze oder im Fall eines Bohrers/Fräsers das Rotieren des Fräs-/Bohrkopfs beträfe, usw. Denkbar wäre auch das Bewegen einer HF-Elektrode oder dergleichen Werkzeug bezüglich des Effektors.
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Die so definierten 5. und 6. Freiheitsgrade bzw. Bewegungsmöglichkeiten werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise mechanisch umgesetzt und zwar weiter vorzugsweise über (nicht weiter dargestellte) unabhängige Kraftübertragungszüge, die als Instrumenten-interne Züge innerhalb des Instrumentenschafts 10 angeordnet sein können.
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Wie in der 4 dargestellt ist, hat das chirurgische Instrument eine oder mehrere Antriebseinheiten 20 (z.B. Elektro-, Hydraulik-, und/oder Pneumatikmotoren), die am proximalen Ende (Endabschnitt) des Instrumentenschafts 10 mit diesem verbunden sind und an die die Instrumenten-internen Kraftübertragungszüge zur motorischen Aktuierung der 5. und 6. Freiheitsgrade und optional der 1. Und 2. Freiheitsgrade des Instruments gekoppelt/koppelbar sind. Die Instrumenten-interne(n) Antriebseinheit(en) ist/ sind dabei in jeweils einem oder einem gemeinsamen Gehäuse 22 angeordnet und können gekapselt sein. Das/die Gehäuse 22 ist/sind dabei fest oder lösbar mit dem Instrumentenschaft 10 (proximaler Schaftabschnitt) verbunden. Im ersten Fall wird/werden die Antriebseinheit(en) zusammen mit dem Instrumentenschaft 10 sowie der daran angelenkten Instrumentenspitze/Effektor 12 als Ein-Weg-Instrument ausgeführt, wohingegen im zweiten Fall nur der Instrumentenschaft 10 samt Instrumentenspitze 12 nach erfolgtem OP-Einsatz entsorgt und der/die Instrumenten-interne(n) Antriebseinheit(en) abgekoppelt und dann nach entsprechender Reinigung/Sterilisation wiederverwendet wird/werden.
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In der 2 ist der generelle Aufbau eines chirurgisches Roboter-Instrumenten-Systems/Apparats gezeigt.
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Demzufolge weist die Robotik/der robotische Aufbau einen Halte-/Kragarm 24 auf, der vorzugsweise höhenverstell-/-verschiebbar an einem in 3 angedeuteten Stativ 26 montiert bzw. gelagert ist. Der Haltearm 24 erstreckt sich dabei vorzugsweise in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene, er kann aber auch geneigt zu dieser ausgerichtet sein. Der Haltearm 24 ist entweder nur längs des Stativs 26 verschiebbar oder aber zusätzlich bezüglich der Stativachse (in einem Winkel zum Stativ) vorzugsweise in Armlängsrichtung (teleskopartig) ausfahrbar. Außerdem besteht optional die Möglichkeit, den Haltearm 26 um die Stativachse zu verschwenken/zu drehen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das Stativ 26 ortsfest montiert sein kann oder seinerseits am distalen Ende eines weiteren, vorgeschalteten Bewegungsmechanismus (und damit beweglich) angeordnet sein kann. Im letzteren Fall kann das Stativ 26 einfach ein Schwenkbolzen sein, an dem der Haltearm 24 schwenkbar oder fix gelagert/gehalten ist.
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Auch kann es vorgesehen sein, den Haltearm nur schwenkbar aber nicht längsverschiebbar am Stativ zu lagern, wobei in diesem Fall der Haltearm auch teleskopisch ausfahrbar sein kann.
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Der Haltearm 24 hat gemäß dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel an seinem distalen Endabschnitt einen Greifer bzw. ein Kopplungsstück 28, der vorzugsweise über ein Gelenk oder Scharnier 30 mit dem Haltearm 24 verbunden ist. Vorzugsweise ist der Greifer 28 in Abhängigkeit des jeweils zu verwendenden chirurgischen Instruments austauschbar oder er ist als ein Universalgreifer ausgebildet (und damit nicht austauschbar), der dafür angepasst ist, mit einem beliebig ausgewählten chirurgischen Instrument gekoppelt zu werden.
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Der robotische Aufbau ist folglich so konzipiert, dass er den am distalen Ende des Haltearms 24 angeordneten Greifer 28 gemäß der vorstehend genannten 3. und 4. Freiheitsgrade bewegen kann.
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In anderen Worten ausgedrückt ist im Anwendungsfall des erfindungsgemäßen chirurgischen Roboter-Instrumenten-Systems davon auszugehen, dass das chirurgische Instrument unmittelbar oder durch einen Trokar 32 hindurch in einen Patientenhohlraum beispielsweise durch die Bauchdecke eingeführt ist. In diesem Fall dient das die Eindringstelle markierende Patientengewebe (z.B. Bauchdecke) als ein Widerlager gegen Bewegungen in Gewebeebene. Wird daher der Greifer 24 in eine X- und Y-Richtung quer zur Schaftachse bewegt führt der Instrumentenschaft 10 und/oder der Trokar 32 eine entsprechende Schwenkbewegung um die Eindringstelle als imaginärer Schwenkpunkt aus. Auf diese Weise kann der Instrumentenschaft/Trokar im Laufe seiner Schwenkbewegung eine Art Trichter beschreiben mit der Eindringstelle als Trichterspitze, wie es in der 2 angedeutet ist.
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Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Bauchdecke auch durch eine elastische Membran ergänzt oder ersetzt werden, die dann den imaginären Schwenkpunkt definiert. Schließlich ist es aber auch möglich, der Greifer entsprechend motorisch zu drehen, um in Überlagerung mit der Kreisbewegung des Haltearms eine trichterförmige Schwenkbewegung des Instruments/Trokars zu erzeugen, wobei in diesem Fall die Bauchdecke/Membran als Widerlager nicht mehr erforderlich wäre.
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Dabei ist/sind die Antriebseinheit(en) 20 bezüglich des Greifers 24 auf einer zur Eindringstelle abgewandten Endseite des chirurgischen Instruments, sodass die Sicht auf die Eindringstelle unverbaut bleibt und lediglich vom vorzugsweise filigran (als Fachwerk) konstruierten Greifer 24 geringfügig eingeschränkt wird.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung ist am Greifer 24 nicht das chirurgische Instrument selbst, sondern ein Trokar 32 auswechselbar montiert.
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Ein Trokar ist eine chirurgische Einführhilfe zumindest aufweisend ein Rohrschaft mit einer vorzugsweise als Schneide ausgebildeten distalen Endkante und einem Einführtrichter am proximalen Ende der Rohrschafts für das Einführen eines chirurgischen Instruments vorstehend genannten Aufbaus.
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In der Regel ist der Trokar an seiner Schaftinnenseite glattflächig ausgebildet, vorzugsweise mit einer Dichtkante, zur Vermeidung eines unkontrollierten Blutaustritts oder zur Vermeidung einer Luftleckage im Falle einer Luftruckbeaufschlagung des Patientenhohlraums für dessen Entfaltung.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hingegen ist der Trokar 32 (optional) mit einem nicht weiter dargestellten internen Antrieb/Antriebseinheit versehen, mittels welchem das eingeführte chirurgische Instrument in dessen Längsachse (optional) verschiebbar und ggf. auch um dessen Längsachse (optional) drehbar ist. Beispielsweise kann der Trokar-interne Antrieb aus einer Anzahl von Reibrädern bestehen, die auf den Instrumentenschaft einwirken.
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Des Weiteren kann der Trokar-interne Antrieb auch so ausgelegt sein, dass dieser nur in eine Richtung wirkt, beispielsweise in Richtung hin zu Patienten für das Vorschieben des chirurgischen Instruments in den Patientenkörper hinein, wohingegen eine Bewegung des chirurgischen Instruments in die entgegengesetzte Richtung (aus dem Patientenkörper heraus) beispielsweise durch eine Schraubendruckfeder 34 bewerkstelligbar ist, die sich am Trokar 32 sowie an der Antriebseinheit 20 des chirurgischen Instruments abstützt, wie dies ebenfalls in der 2 dargestellt ist. Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen chirurgischen Roboter-Instrumenten-System lässt sich bevorzugt anhand der 3 erläutern:
Hier ist ein Patient symbolisch dargestellt, der an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen mittels jeweils eines Trokars penetriert ist. Die beiden Trokare sind an jeweils einem Haltearm 24 (bzw. Greifer) im vorstehend genannten Sinne gehalten, derart, dass beide Trokare eine Schwenkbewegung um die jeweiligen Eindringstellen (in Trichterform) ausführen können wie dies vorstehend beschrieben wurde. Zusätzlich ist an einer dritten Penetrierstelle eine Kamera in den Patientenkörper eingeführt.
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Wie in diesem Fall zu erkennen ist, wird die Schwenkbewegung jedes der Trokare dadurch erzielt, indem der Greifer 28 um dessen Gelenk mit dem Haltearm 24 in einer ersten Ebene (z.B. X-Ebene gemäß 1) hin- und hergeschwenkt wird während gleichzeitig der Haltearm 24 selbst teleskopartig verlängert und verkürzt wird oder alternativ hierzu der Greifer am Haltearm 24 teleskopartig ein- und ausgefahren wird, um die Trokare in einer zweiten Ebene (z.B. Y-Ebene gemäß der 1) zu verschwenken. Des Weiteren ist in der 3 gut die äußere Form des Haltearms 24 zu erkennen, der nämlich bevorzugt ein Gehäuse zur Aufnahme eines oder mehrerer Antriebe bildet, der/die zur Betätigung des Greifers 28 gemäß vorstehender Beschreibung ausgebildet ist/sind.
