DE102016107853A1

DE102016107853A1 - Operations-Assistenz-System und Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung einer motorisch gesteuerten bewegbaren Roboterkinematik eines derartigen Operations-Assistenz-Systems

Info

Publication number: DE102016107853A1
Application number: DE102016107853.0A
Authority: DE
Inventors: Robert Geiger
Original assignee: AKTORMED GmbH
Current assignee: AKTORMED GmbH
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2017-11-02
Also published as: WO2017186414A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Operations-Assistenz-System zur Führung eines medizinischen Hilfsinstrumentes (20), insbesondere einer Endoskopkamera, welches über eine erste Operationsöffnung (11) in einem Operationsraum (12) eines Patientenkörpers (10) zumindest abschnittsweise einführbar und gesteuert bewegbar ist, umfassend eine das medizinische Hilfsinstrument (20) mittels einer Hilfsinstrumentenhalterung (6) freiendseitig aufnehmende Roboterkinematik (3, 4, 5), die zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) motorisch gesteuert bewegbar ist, und zwar gesteuert über von zumindest einer, in einer Steuereinheit (CU) ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine (SAR) erzeugten Steuersignalen (SS), wobei zumindest ein medizinisches Instrument (30) vorgesehen ist, dass über eine zweite Operationsöffnung (13) zumindest abschnittsweise in den Operationsraum (12) des Patientenkörpers (10) einführbar ist. Besonders vorteilhaft ist zumindest eine mit dem chirurgischen Instrument (30) in Wirkverbindung stehende und/oder gekoppelte Sensoreinheit vorgesehen, mittels der die Bewegung des chirurgischen Instrumentes (30) außerhalb des Patientenkörpers (10) in Form von Bewegungsdaten (BD, RD) erfasst wird, die erfassten Bewegungsdaten (BD, RD) mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) ausgewertet werden und abhängig davon die Steuersignale (SS) zur Ansteuerung der Roboterkinematik (3, 4, 5) zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) erzeugt werden. Ebenfalls ist Gegenstand der Erfindung ein zugehöriges Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen (SS) zur Ansteuerung einer motorisch gesteuert bewegbaren Roboterkinematik (3, 4, 5) eines derartigen Operations-Assistenz-Systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Operations-Assistenz-System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung einer motorisch gesteuert bewegbaren Roboterkinematik eines Operations-Assistenz-Systems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 18.
Operations-Assistenz-Systeme, insbesondere zur Unterstützung von medizinischen Eingriffen oder Operationen, insbesondere minimal-invasiven Operationen sind hinlänglich bekannt.
Derartige Operations-Assistenz-Systeme werden häufig zur Führung von medizinischen Hilfsinstrumenten, wie z.B. Kamerasystemen, insbesondere so genannten Endoskopkameras verwendet. Aus der DE 10 2007 019363 A1 ist beispielsweise ein Operations-Assistenz-System bekannt, mittels dem beispielsweise ein eine Kameraeinheit aufweisendes Endoskop bzw. eine Endoskopkamera gesteuert geführt wird. Das Operations-Assistenz-System weist hierzu eine gesteuert antreibbare Roboterkinematik auf, mittels der eine an einer Instrumentenhalterung aufgenommene Endoskopkamera im dreidimensionalen Raum, insbesondere im Operationsraum gesteuert bewegbar ist. Die Roboterkinematik umfasst beispielsweise wenigstens eine Tragsäule, wenigstens zwei Roboterarme und wenigstens einen die Instrumentenhalterung aufnehmenden Instrumententräger.
Aus der DE 10 2008 016 146 B4 ist ferner ein Verfahren zur Führung eines medizinischen Hilfsinstrumentes, insbesondere einer Endoskopkamera mittels eines derartigen Operations-Assistenz-Systems bekannt, und zwar abhängig von der manuellen Betätigung zumindest einer Funktionstaste eines Bedienelements. Das medizinische Hilfsinstrument ist dabei an einem eine Instrumentenhalterung aufweisenden Armsystem des Operations-Assistenz-Systems befestigt und die Spitze des chirurgischen Hilfsinstruments ist mittels des Armsystems in einem kartesischen Patientenkoordinatensystem gesteuert bewegbar, wobei zumindest eine der drei Raumachsen des kartesischen Patientenkoordinatensystem durch die das chirurgische Hilfsinstrument aufnehmende Operationsöffnung bzw. den Trokarpunkt verläuft. Nachteilig ist zur Steuerung der Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes, insbesondere einer Endoskopkamera ein mit einem Computersystem verbundenes Bedienteil beispielsweise in der Form eines Fußschalters, Joysticks oder Handbedienteils erforderlich, welches der Operateur zusätzlich zur Führung eines medizinischen Operationsinstruments, mit dem er den operativen Eingriff durchführt, zu bedienen hat. Hierbei ist es erforderlich, dass der Operateur, um eine korrekte Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes im Operationsraum zu erreichen, die entsprechenden Funktionstasten des Bedienteils manuell zu betätigen hat, und zwar abhängig von dem ihm mittels einer Monitoreinheit angezeigten Aufnahme des Operationsraumes. Aufgrund ihrer Komplexität ist eine derartige Bedienung durch den Operateur intensiv zu trainieren, damit Bedienungsfehler vermieden werden können.
Ferner ist aus der DE 10 2007 059 599 A1 eine Vorrichtung für eine medizinische Intervention in oder an einem bewegten Gewebe eines Lebewesens bekannt, die ein zur Intervention vorgesehenes medizinisches Instrument, ein Positionserfassungssystem, mit dem die Position des medizinischen Instrumentes im Körper des Lebewesens ermittelbar ist, und wenigstens einen Beschleunigungssensor zur Erfassung wenigstens einer durch das bewegte Gewebe verursachten Bewegung des Instrumentes aufweist. Mittels des Beschleunigungssensors wird die bei der Operation vom Katheder auf das medizinische Instruments übertragene Bewegung erfasst.
Ausgehend davon ist es Aufgabe der Erfindung, ein Operations-Assistenz-System, insbesondere auch für medizinische Interventionen oder Operationen sowie ein zugehöriges Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Roboterkinematik eines derartigen Operations-Assistenz-Systems aufzuzeigen, welches dem Operateur eine einfache und bedienerfreundliche Steuerung der Führung des medizinischen Hilfsinstruments über das Operations-Assistenz-System bei der Durchführung eines operativen Eingriffs ermöglicht. Die Aufgabe wird durch ein Operations-Assistenz-System mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Ferner wird die Aufgabe ausgehend von einem Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 18 durch dessen kennzeichnende Merkmal gelöst.
Ein wesentlicher Aspekt des erfindungsgemäßen Operations-Assistenz-Systems ist darin zu sehen, dass zumindest eine mit dem chirurgischen Instrument in Wirkverbindung stehende und/oder gekoppelte Sensoreinheit vorgesehen ist, mittels der die Bewegung des chirurgischen Instrumentes außerhalb des Patientenkörpers in Form von Bewegungsdaten erfasst wird, die erfassten Bewegungsdaten mittels der Steuer- und Auswerteroutine ausgewertet werden und abhängig davon die Steuersignale zur Ansteuerung der Roboterkinematik zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments erzeugt werden. Besonders vorteilhaft werden beim erfindungsgemäßen Operations-Assistenz-System die Bedien- und/oder Steuerelemente zur Erzeugung der Steuerbefehle durch das medizinische Instrument selbst bzw. dessen Bewegung durch den Operateur gebildet, so dass zusätzliche Einheiten entfallen können. Der Operateur kann dann mittels des während der Operation per se vorhandenen medizinischen Instrumentes zugleich auch die Führung des medizinischen Hilfsinstruments durchführen, wodurch sich besonders vorteilhaft eine vereinfachte und bedienerfreundlichere Ansteuerung des medizinischen Hilfsinstruments bei der Durchführung eines operativen Eingriffs für den Operateur ergibt.
Weiterhin vorteilhaft weist die Sensoreinheit eine Beschleunigungssensoreinheit zur Erfassung von Beschleunigungsdaten und eine Drehratensensoreinheit zur Erfassung von Rotationsdaten auf. Die Sensoreinheit ist hierbei als geschlossene bauliche Einheit ausgebildet, in welcher die genannten Sensoreinheiten gemeinsam aufgenommen sind. Die Steuereinheit, in welcher die Steuer- und Auswerteroutine ausgeführt wird, ist in einer bevorzugten Ausführungsvariante ebenfalls in der Sensoreinheit aufgenommen, so dass diese eine bauliche Einheit bilden.
Damit bildet das medizinische Instrument ein „virtuelles“ Steuerelement zur Steuerung der Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes mittels der Roboterkinematik aus, dessen Schwenkbewegungen um die zweite Operationsöffnung und/oder dessen Rotationsbewegungen um zumindest zwei der Raumachsen des kartesischen Sensorkoordinatensystems mittels der Drehratensensoreinheit in Form der Rotationsdaten erfasst werden, die durch die Steuer- und Auswerteroutine zur Erzeugung der Steuersignale ausgewertet werden. Die Steuer- und Auswerteroutine stellt damit besonders vorteilhaft die von den Schwenk- und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Hilfsinstrumentes im Bezugskoordinatensystem abgeleiteten Steuersignale bereit, die dann zur Ansteuerung der Roboterkinematik Verwendung finden. Mittels der von der Steuer- und Auswerteeinheit erzeugten Steuersignale wird somit eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes in eine zugeordnete Verschiebung des mittels der Roboterkinematik geführten medizinischen Hilfsinstruments, insbesondere der Endoskopkamera umgesetzt.
Dieser Sensoreinheit ist ein kartesischen Sensorkoordinatensystem mit drei Raumachsen und dem medizinischen Instrument ein kartesisches Bezugskoordinatensystem zugeordnet, dessen Ursprung in der zweiten Operationsöffnung zu liegen kommt. Das kartesische Sensorkoordinatensystem ist vorzugsweise lagefest zur Sensoreinheit vorgesehen, d.h. bei einer Bewegung der Sensoreinheit wird das zugeordnete kartesische Sensorkoordinatensystem entsprechend mitbewegt. Das kartesische Bezugskoordinatensystems und das kartesische Sensorkoordinatensystem sind in einer bevorzugten Ausführungsvariante derart zueinander ausgerichtet, dass eine der drei Raumachsen des kartesischen Bezugskoordinatensystems und eine der drei Raumachsen des kartesischen Sensorkoordinatensystems zusammenfallen und jeweils durch die zweite Operationsöffnung verlaufen.
Besonders vorteilhaft ist die Beschleunigungssensoreinheit zur Erfassung der Beschleunigungsdaten in Form von Beschleunigungswerten in dem kartesischen Sensorkoordinatensystem ausgebildet, wobei die Beschleunigungswerte die Beschleunigungsbeträge der Sensoreinheit entlang der jeweiligen Raumachse des kartesischen Sensorkoordinatensystems angeben. Über die erfassten Beschleunigungswerte kann unter Berücksichtigung der Erdbeschleunigung die Lage der Sensoreinheit und damit die Lage des zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems im kartesischen Bezugskoordinatensystem ermittelt werden. Die Drehratensensoreinheit ist zur Erfassung der Rotationsdaten in Form von Drehraten der Sensoreinheit um die Raumachsen des kartesischen Sensorkoordinatensystems ausgebildet. Die von der Drehratensensoreinheit gemessenen Drehraten im kartesischen Sensorkoordinatensystem werden in entsprechende Drehraten im kartesischen Bezugskoordinatensystem umgerechnet und daraus die Bewegung, insbesondere Drehung und/oder Rotation des medizinischen Instruments ausgewertet.
In eine bevorzugten Ausführungsvariante ist die Sensoreinheit außerhalb des Patientenkörpers am medizinischen Instrument angeordnet oder im medizinischen Instrument aufgenommen ist, und zwar vorzugsweise in dessen Griffbereich. Dadurch ergibt sich eine besonders zuverlässige Erfassung der Bewegungsdaten des medizinischen Instrumentes mittels der Sensoreinheit, welche insbesondere bei der Integration oder Aufnahme im Griffbereich des medizinischen Instrumentes vom Operateur als weniger störend empfunden wird. Alternativ kann die Sensoreinheit auch im Griffbereich des medizinischen Instrumentes montiert oder beispielsweise an der Hand des Operateurs, welche das medizinische Instrument führt, befestigt sein.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung werden mittels der Steuer- und Auswerteroutine die Bewegungsdaten bzw. die Beschleunigungs- und Rotationsdaten abhängig vom Vorliegen eines Aktivierungssignals ausgewertet, d.h. vorteilhaft werden nur dann, wenn ein Aktivierungssignal vorliegt, vom Operateur erzeugte Schwenk- und/oder Rotationsbewegungen des medizinischen Instrumentes in entsprechende Steuersignale umgesetzt. Zur Erzeugung des Aktivierungssignals ist zumindest ein Aktivierungselement, vorzugsweise ein Aktivierungsschalter oder -taster vorgesehen, der vorzugsweise im Griffbereich des medizinischen Instrumentes oder in räumlicher Nähe zur Sensoreinheit angeordnet oder im medizinischen Instrument bzw. in der Sensoreinheit aufgenommen ist. Alternativ kann dieser auch als Fußschalter ausgebildet sein.
Besonders vorteilhaft sind die mittels der Steuer- und Auswerteroutine durch Auswertung der Bewegung des medizinischen Instrumentes erzeugten Steuersignale derart ausgebildet, dass eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes um den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems in einer analog hierzu orientierte Verschiebung eines von Endoskopkamera bereitgestellten und mittels einer Monitoreinheit dem Operateur angezeigten Bildes entspricht.
Vorzugsweise wird vor jeder Erfassung von Bewegungsdaten durch die Sensoreinheit mittels der Steuer- und Auswerteeinheit die Lage der Sensoreinheit bzw. des dieser zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems in Bezug auf die Lage des medizinischen Instruments im kartesischen Bezugskoordinatensystem aktuell ermittelt, und zwar durch Auswertung der erfassten Beschleunigungsdaten. Damit wird das „virtuelle“ Steuerelement „medizinisches Instrument“ kalibriert.
Weiterhin vorteilhaft wird mittels der Sensoreinheit eine Rotation des medizinischen Instruments um die eigene Längsachse im oder gegen den Uhrzeigersinn erfasst und mittels der Steuer- und Auswerteeinheit zur Erzeugung von Steuersignalen ausgewertet, die zur Steuerung der Zoom-Funktion der Endoskopkamera ausgebildet sind. Damit kann der Operateur durch entsprechendes Drehen des medizinischen Instrumentes um die Längsachse besonders einfach und bedienerfreundlich die Zoom-Funktion der Endoskopkamera bedienen. Beispielseise bewirkt eine Rotation im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des von Endoskopkamera erfassten Bildbereiches des Operationsraumes und eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des von Endoskopkamera erfassten Bildbereiches des Operationsraumes.
In eine Ausführungsvariante der Erfindung ist die Verstellgeschwindigkeit der Roboterkinematik und damit die Geschwindigkeit der Führung des medizinischen Hilfsinstruments mittels der von der Steuer- und Auswerteeinheit erzeugten Steuersignale dynamisch an die von der Sensoreinheit erfasste Geschwindigkeit der Schwenk- und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Instruments anpassbar. Auch kann die Geschwindigkeit unter Berücksichtigung der aktuellen Zoom-Einstellungen und/oder der Eintauchtiefe des medizinischen Instruments in den Operationsraum ausgewertet und entsprechend angepasst werden.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung einer motorisch gesteuert bewegbaren Roboterkinematik eines Operations-Assistenz-Systems zur Führung eines medizinischen Hilfsinstrumentes, insbesondere einer Endoskopkamera, bei dem das medizinische Hilfsinstrument mittels einer Hilfsinstrumentenhalterung freiendseitig an der Roboterkinematik angeordnet ist, bei dem das medizinische Hilfsinstrumentes über eine erste Operationsöffnung und ein medizinisches Instrument über eine zweite Operationsöffnung jeweils zumindest abschnittsweise in den Operationsraum eines Patientenkörpers einführbar sind und bei dem die Steuersignale von zumindest einer, in einer Steuereinheit ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine erzeugt werden. Erfindungsgemäß wird mittels zumindest einer mit dem chirurgischen Instrument in Wirkverbindung stehenden oder gekoppelten Sensoreinheit die Bewegung des chirurgischen Instrumentes außerhalb des Patientenkörpers in Form von Bewegungsdaten erfasst, die erfassten Bewegungsdaten mittels der Steuer- und Auswerteroutine ausgewertet werden und abhängig davon die Steuersignale zur Ansteuerung der Roboterkinematik zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments erzeugt werden.
Besonders vorteilhaft werden mittels einer in der Sensoreinheit aufgenommenen Beschleunigungssensoreinheit Beschleunigungsdaten und mittels einer in der Sensoreinheit aufgenommenen Drehratensensoreinheit Rotationsdaten als Bewegungsdaten erfasst. Hierbei werden die Beschleunigungsdaten in Form von Beschleunigungswerten in einem kartesischen, der Sensoreinheit zugeordneten Sensorkoordinatensystem erfasst, wobei die Beschleunigungswerte die Beschleunigungsbeträge der Sensoreinheit entlang der jeweiligen Raumachse des kartesischen Sensorkoordinatensystems angeben. Ferner werden die Rotationsdaten in Form von Drehraten der Sensoreinheit um die Raumachsen des kartesischen Sensorkoordinatensystems erfasst.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante werden durch die Steuer- und Auswerteroutine die Beschleunigungs- und Rotationsdaten abhängig vom Vorliegen eines Aktivierungssignals erfasst und/oder ausgewertet. Vorteilhaft wird hierdurch sichergestellt, dass nur bei Betätigung eines Aktivierungselements und Vorliegen eines dadurch erzeugten Aktivierungssignals die vom Operateur erzeugte Bewegung des medizinischen Instrumentes zur Bedienung des medizinischen Hilfsinstrumentes dienen soll. Eine ungewollte Ansteuerung des Operations-Assistenz-Systems wird damit effektiv vermieden.
Weiterhin vorteilhaft mittels der Steuer- und Auswerteeinheit die Lage der Sensoreinheit bzw. des dieser zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems in Bezug auf die Lage des medizinischen Instruments im kartesischen Bezugskoordinatensystem ermittelt, wobei das kartesische Bezugskoordinatensystem dem medizinischen Instrument zugeordnet ist.
Ferner werden mittels der Steuer- und Auswerteroutine die im kartesischen Sensorkoordinatensystem erfassten Drehraten in die zugehörigen Drehraten im kartesischen Bezugskoordinatensystem umgerechnet. Diese werden dann ausgewertet und abhängig davon die Steuersignale ermittelt.
Weiterhin vorteilhaft wird eine von der Steuer- und Auswerteroutine erfasste Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes um den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems in Steuersignale umgesetzt, die eine analog orientierte Verschiebung eines von Endoskopkamera bereitgestellten und mittels einer Monitoreinheit dem Operateur angezeigten Bildes bewirken.
Ferner wird eine von der Steuer- und Auswerteroutine erfasste Rotation des medizinischen Instruments um die eigene Längsachse im oder gegen den Uhrzeigersinn in Steuersignale umgesetzt, die eine Steuerung der Zoom-Funktion der Endoskopkamera bewirken, wobei beispielsweise eine Rotation im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des von Endoskopkamera erfassten Bildbereiches des Operationsraumes und eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des von Endoskopkamera erfassten Bildbereiches des Operationsraumes bewirkt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante werden anhand der erfassten Bewegungsdaten die Geschwindigkeit der Schwenk- und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Instruments mittels der Steuer- und Auswerteeinheit ausgewertet und abhängig davon die Verstellgeschwindigkeit der Roboterkinematik und damit die Geschwindigkeit der Führung des medizinischen Hilfsinstruments über die erzeugten Steuersignale geregelt, insbesondere dynamisch angepasst.
Die Ausdrucke „näherungsweise“, „im Wesentlichen“ oder „etwa“ bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/–10%, bevorzugt um +/–5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht ein Operations-Assistenz-Systems,
2 eine schematische Schnittansicht durch einen Patientenkörper mit im Operationsraum zumindest abschnittsweise aufgenommener Endoskopkamera sowie einem medizinischen Operationsinstrument,
3 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Sensoreinheit zur Erfassung der Bewegungsdaten des medizinischen Operationsinstruments,
4 eine schematische Seitenansicht des über eine zweite Operationsöffnung in den Operationsraum eingeführten medizinischen Instruments mit den zugeordneten kartesischen Sensor- und Bezugskoordinatensystem,
5 ein Ablaufdiagramm einer Hauptroutine der Steuer- und Auswerteroutine zur Auswertung der Bewegung der mittels der Sensoreinheit erfassten Bewegung des medizinischen Instrumentes zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Roboterkinematik des Operations-Assistenz-Systems und
6 ein Ablaufdiagramm einer ersten Nebenroutine der Steuer- und Auswerteroutine zur Erzeugung von Steuersignalen zur Steuerung der Zoom-Funktion einer Endoskopkamera.
In 1 ist beispielhaft ein Operations-Assistenz-System 1 zur Führung von medizinischen Hilfsinstrumenten 20 bei medizinischen Eingriffen oder Operationen in oder an einem Patientenkörper 10 dargestellt. Unter einem medizinischen Hilfsinstrument 20 im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine Endoskopkamera verstanden, die im Wesentlichen aus einem Endoskop 21 und einer an dessen freien Ende angeordnete Kameraeinheit 22 besteht.
Derartige Endoskopkameras 20 werden häufig bei minimal-invasiven Operationen eingesetzt, und zwar werden diese über eine kleinformatige erste Operationsöffnung 11 in einen Operationsraum 12 innerhalb eines Patientenkörpers 10 eingeführt. Das eigentliche medizinische Instrument bzw. Operationsinstrument 30 zur Durchführung des medizinischen Eingriffs wird über eine zweite Operationsöffnung 13 in den Operationsraum 12 des Patientenkörpers 10 eingeführt. Die erste und zweite Operationsöffnung 11, 13 werden in der Literatur häufig auch als „Trokar“ bzw. „Trokarpunkte“ bezeichnet. In 2 ist eine typische Operationssituation beispielhaft anhand eines Schnitts durch einen Patientenkörper 10 im minimal-invasiven Operationsbereich schematisch angedeutet.
Mittels der Endoskopkamera 20 bzw. dessen Kameraeinheit 22 werden Bildaufnahmen bzw. Bilder des Operationsraumes 12, u.a. der im Operationsraum 12 befindlichen Spitze S des medizinischen Instrumentes 30 erzeugt, welche dem Operateur während des medizinischen Eingriffs bzw. der minimal-invasiven Operation mittels einer Monitoreinheit angezeigt werden. Der Operateur kann mittels der auf der Monitoreinheit dargestellten aktuellen Bilder („Livebilder“) aus dem Operationsraum 12 den Verlauf der Operation überwachen und das medizinische Instrument bzw. Operationsinstrument 30 entsprechend führen. Um stets ein aktuelles und optimales Bild des Operationsraumes 12, insbesondere des medizinischen Instrumentes bzw. Operationsinstrumentes 30 vorliegen zu haben, ist für den Operateur eine optimale Ansteuerung bzw. Bedienung, insbesondere auch Ausrichtung und/oder Einstellung der Endoskopkamera 22 von wesentlicher Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Operations-Assistenz-System 1 ermöglicht dem Operateur eine vereinfachte und bedienerfreundliche Bedienung der Führung des Hilfsinstruments, insbesondere der Endoskopkamera 20. Hierzu besteht das Operations-Assistenz-System 1 beispielsweise aus einer Basiseinheit 2 und einer ein System aus mehreren Armen, insbesondere Roboterarmen umfassenden Roboterkinematik, wobei die Roboterkinematik im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Tragsäule 3, einen ersten und zweiten Roboterarm 4, 5 und einen Hilfsinstrumententräger 6 aufweist. Der Hilfsinstrumententräger 6 ist beispielsweise am zweiten Roboterarm 5 angelenkt, und zwar mittels eines abgewinkelten Gelenkstückes 7. Der Hilfsinstrumententräger 6 ist beispielsweise zur direkten Aufnahme des medizinischen Hilfsinstrumentes, und zwar der Endoskopkamera 20 oder zur indirekten Aufnahme mittels einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Hilfsinstrumentenhalterung ausgebildet. Der beschriebene Aufbau der Roboterkinematik des Operations-Assistenz-Systems 1 ist aus der perspektivischen Darstellung des Operations-Assistenz-Systems 1 gemäß 1 beispielhaft ersichtlich.
Die Basiseinheit 2 umfasst ferner beispielsweise eine Trägerplatte 2.1, ein vorzugsweise mehrteiliges Basisgehäuse 2.2 und zumindest ein Befestigungselement 2.3, mittels dem das vorzugsweise portabel ausgebildete Operations-Assistenz-System 1 bzw. die Basiseinheit 2 beispielsweise seitlich an einem Operationstisch (nicht in den Figuren dargestellt) befestigbar ist. Im Basisgehäuse 2.2 sind zumindest eine Steuereinrichtung 8 und ggf. weitere Funktionseinheiten aufgenommen, die ggf. mit einem nicht dargestellten Computersystem zusammenwirken.
Die Tragsäule 3 weist einen unteren und oberen Endabschnitt 3‘, 3‘‘ auf. Die Basiseinheit 2 des Operations-Assistenz-Systems 1 ist mit dem unteren Endabschnitt 3‘ der Tragsäule 3 der Roboterkinematik gesteuert schwenkbar um eine erste Schwenkachse SA1 verbunden. Die erste Schwenkachse SA1 verläuft hierbei vertikal zur Aufstellungsebene des Operations-Assistenz-Systems 1 bzw. zur Operationsebene bzw. Ebene eines Operationstisches.
Ferner weist der erste Roboterarm 4 einen ersten und zweiten Endabschnitt 4‘, 4‘‘ auf, wobei der erste Endabschnitt 4‘ des ersten Roboterarmes 4 mit dem der Basiseinheit 2 gegenüberliegenden oberen Endabschnitt 3‘‘ der Tragsäule 3 gesteuert schwenkbar um eine zweite Schwenkachse SA2 und der zweite Endabschnitt 4‘‘ des ersten Roboterarmes 4 mit einem ersten Endabschnitt 5‘ des zweiten Roboterarmes 5 gesteuert schwenkbar um eine dritte Schwenkachse SA3 verbunden ist.
Der zweite Roboterarm 5 weist einen zweiten, dem ersten Endabschnitt 5‘ gegenüberliegenden Endabschnitt 5‘‘ auf, an dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel das abgewinkelte Gelenkstücks 7 drehbar um eine vierte Schwenkachse SA4 vorgesehen ist. Das abgewinkelte Gelenkstücks 7 ist zur drehbaren und lösbaren Aufnahme eines Anschlussabschnittes des Hilfsinstrumententrägers 6 ausgebildet, und zwar um eine fünfte Schwenkachse SA5. Das gegenüberliegende freie Ende des Hilfsinstrumententrägers 6 bildet eine Instrumentenaufnahme aus.
Die erste Schwenkachse SA1 verläuft senkrecht zur Aufstellungsebene bzw. Operationsebene und die zweite und dritte Schwenkachse SA2, SA3 verlaufen parallel zueinander, wohingegen die erste Schwenkachse SA1 senkrecht zur zweiten oder dritten Schwenkachse SA2, SA3 orientiert ist.
Zum Antrieb der Roboterkinematik des Operations-Assistenz-Systems 1 sind mehrere, nicht in den Figuren dargestellte Antriebseinheiten vorgesehen, die über zumindest eine Steuereinrichtung 8 vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar ausgebildet sind. Die Antriebseinheiten sind vorzugsweise in der Basiseinheit 2, der Tragsäule 3 und/oder in den Roboterarmen 4 bis 6 integriert bzw. darin aufgenommen. Beispielsweise können die Antriebseinheiten durch hydraulische Antriebe oder elektrische Antriebe, insbesondere Linearmotoreinheiten oder Spindelmotoreinheiten gebildet sein.
Die zumindest eine Steuereinrichtung 8 ist vorzugsweise in der Basiseinheit 2 des Operations-Assistenz-Systems 1 aufgenommen und dient zur Erzeugung von Steuersignalen zur Ansteuerung der Antriebe bzw. Antriebseinheiten zum gesteuerten motorisches Schwenken der Roboterkinematik um die vorgegebenen Schwenkachsen SA1 bis SA5 und/oder Halten der Roboterkinematik in einer vorgegebenen Halteposition in einem kartesischen Koordinatensystem.
Die Tragsäule 3 erstreckt sich vertikal, und zwar im Wesentlichen entlang der ersten Schwenkachse SA1, d.h. ist näherungsweise um Ihre eigene Längsachse drehbar ausgebildet. Der erste und zweite Roboterarm 4, 5 erstrecken sich im Wesentlichen ebenfalls entlang einer Geraden, die vorzugsweise senkrecht zur zweiten bzw. dritten Schwenkachse SA2, SA3 verläuft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist zumindest der erste Roboterarm 4 eine leichte Krümmung auf.
Zur Einstellung der Ausgangsposition des Operations-Assistenz-Systems 1 bzw. zur Kalibrierung der Steuereinrichtung 8 in Bezug auf die erste Operationsöffnung 11 bzw. den Trokarpunkt, durch die bzw. den das medizinische Hilfsinstrument 20 in den Operationsraum eingeführt wird, ist eine Registrierungsroutine vorgesehen, mittels der vor der Operation das Operations-Assistenz-System 1 beispielhaft dadurch registriert wird, dass ein in den Figuren nicht gezeigter Registriertaster an denjenigen Bereich des auf dem OP-Tisch bereits platzierten Patienten geführt wird, an dem die erste Operationsöffnung 11 zum Einführen des medizinischen Hilfsinstruments 20 vorgesehen ist. Nach dieser Kalibrierung ist das Operations-Assistenz-System 1 zur Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes, insbesondere Endoskopkamera 20 einsatzbereit.
In 2 ist beispielhaft eine schematische Seitenansicht einer in den Operationsraum 12 des Patientenkörpers 10 über die erste Operationsöffnung 11 eingeführten Endoskopkamera 20 dargestellt. Ferner zeigt 2 ein über die zweite Operationsöffnung 13 in den Operationsraum 12 eingeführtes medizinisches Instrument bzw. Operationsinstrument 30. Die zweite Operationsöffnung 12 bildet hierbei beispielsweise den Ursprung eines Bezugskoordinatensystems BKS mit dem Raumachsen x, y, z.
In 2 erstreckt sich beispielhaft die x-Achse des kartesischen Bezugskoordinatensystems BKS senkrecht zur Zeichenebene, die y-Achse des kartesischen Bezugskoordinatensystems BKS senkrecht zur Längsachse LI des medizinischen Instruments 30, wohingegen die z-Achse entlang der Längsachse LI des medizinischen Instruments 30 verläuft bzw. mit dieser zusammenfällt. Der Ursprung kommt im Bereich der zweiten Operationsöffnung 12 zu liegen. Vorteilhaft ist bei einer derartigen Orientierung des Bezugskoordinatensystems BKS eine Drehung um die Längsachse LI des medizinischen Instruments 30 jeweils eine Drehung um die z-Achse, welche eine vereinfachte Auswertung einer Drehbewegung um die Längsachse LI des medizinischen Instruments 30 ermöglicht.
Das medizinische Instrument bzw. Operationsinstrument 30 weist beispielsweise an einem freien Ende 30‘ zumindest ein, vorzugsweise zwei Griffelemente 31 auf, die beispielsweise in Form zweier Griffringe mit jeweils anschließenden Verbindungsschaft ausgebildet sind. Über zumindest eines der Griffelemente 31 ist ein am gegenüberliegenden freien Ende 30‘‘ des medizinischen Instruments bzw. Operationsinstrumentes 30 angeordnetes Funktionselement 32, beispielsweise ein Greif- oder Schneidelement betätigbar. Das Funktionselement 32 bildet hierbei die Spitze S des medizinischen Instrumentes 30 aus, welches sich während der Operation im Operationsraum 12 befindet und von der Endoskopkamera 20 erfasst wird. Das freie Ende 30‘ befindet sich außerhalb des Patientenkörpers 10 und bildet den Griffbereich des medizinisches Instrument bzw. Operationsinstrument 30 aus.
Erfindungsgemäß ist zumindest eine mit dem medizinischen Instrument 30 außerhalb des Patientenkörpers 10 in Verbindung bzw. Wirkverbindung stehende Sensoreinheit SE vorgesehen ist, mittels der die Bewegung des medizinischen Instrumentes 30 in Form von Bewegungsdaten, und zwar in Form von Beschleunigungsdaten BD und Rotationsdaten RD erfasst wird. Die Sensoreinheit SE kann beispielsweise am medizinischen Instrument 30 angeordnet oder in das medizinische Instrument 30 integriert bzw. darin aufgenommen oder an der Hand, beispielsweise am Handgelenk des das medizinische Instrument 30 führenden Armes des Operateurs befestigt sein. Entscheidend ist hierbei, dass eine direkte oder indirekte Verbindung bzw. Wirkverbindung bzw. Kopplung zwischen dem medizinischen Instrument 30 und der Sensoreinheit SE besteht, über welche die Bewegung des medizinischen Instruments 30 auf die Sensoreinheit SE übertragen wird und von dieser in Form der Bewegungsdaten BD, RD erfasst werden.
Anschließend werden die von der Sensoreinheit SE erfassten Bewegungsdaten BD, RD von einer in einer Steuereinheit CU ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine SAR ausgewertet und abhängig davon die Steuersignale SS zur Ansteuerung der Roboterkinematik 3, 4, 5 zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments 20 erzeugt. Damit ersetzt die sensorische Erfassung und anschließende Auswertung einer mehrdimensionalen Bewegung des medizinischen Instrumentes bzw. Operationsinstrumentes 30 in einem vorgegebenen mehrdimensionalen Messraum die aus dem Stand der Technik bekannte Erzeugung von Steuersignalen SS mittels zusätzlich zum medizinischen Instrument 20 vorgesehenen elektro-mechanischen Bedienteilen, und zwar beispielsweise in der Form eines Fußschalters, Tasters, Joysticks, Handbedienteils oder dergleichen Bedienelemente. Vorteilhaft ist beispielsweise im Vergleich zu einem herkömmlichen Joystick mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung von Steuersignalen SS eine winkelgenaue Erfassung von Steuerbewegungen des Operateurs möglich. Dadurch wird nicht nur die Bediengenauigkeit sondern auch die Bedienerfreundlichkeit der Ansteuerung der Roboterkinematik verbessert.
Das medizinische Instrument 30 bildet somit einen virtuellen Steuerhebel zur Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes 20, insbesondere der Endoskopkamera mittels der Roboterkinematik aus, dessen Schwenk- und Rotationsbewegungen um die zweite Operationsöffnung („Trokarpunkt“) bzw. die Längsachse LI des medizinischen Instruments 30 mittels der Sensoreinheit SE erfasst und durch die Steuer- und Auswerteroutine SAR zur Erzeugung der Steuersignale SS ausgewertet werden. Die Sensoreinheit SE ist hierzu vorzugsweise im Griffbereich 30‘ des medizinischen Instrumentes 30 aufgenommen bzw. dort montiert, d.h. die von der Hand des Operateurs erzeugte Bewegung des medizinischen Instrumentes 30 in einem mehrdimensionalen Messraum, insbesondere einem der Sensoreinheit SE zugeordneten Sensorkoordinatensystem SKS mit den drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ wird unmittelbar von der Sensoreinheit SE erfasst. Hierbei ist das Sensorkoordinatensystem SKS lagefest der Sensoreinheit SE zugeordnet, d.h. das Sensorkoordinatensystem SKS wird mit der Sensoreinheit SE mitbewegt.
Die Sensoreinheit SE weist eine Beschleunigungssensoreinheit SE1 und eine Drehratensensoreinheit SE2 auf, wobei vorzugsweise eine dreidimensionale Beschleunigungssensoreinheit SE1 und eine dreidimensionale Drehratensensoreinheit SE2 vorgesehen sind, die damit eine sechsdimensionale Sensoreinheit SE ausbilden.
Die von der Sensoreinheit SE erfassbaren Bewegungen, insbesondere Beschleunigungs- und Rotationsbewegungen werden in dem der Sensoreinheit SE zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS mit den drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ erfasst. Die Beschleunigungssensoreinheit SE1 ist hierbei zur Erfassung der Beschleunigungsdaten BD im kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS, und zwar vorzugsweise in Form von Beschleunigungswerten entlang der drei Raumachsen x‘, y‘, z‘. Analog hierzu ist die Drehratensensoreinheit SE2 zur Erfassung der Rotationsdaten BD im kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS ausgebildet, und zwar in Form der Drehraten um die drei Raumachsen x‘, y‘, z‘. Hierbei wir häufig eine Normierung auf die Erdbeschleunigung vorgenommen. Der Betrag der erfassten Drehrate um die jeweilige Raumachse x‘, y‘, z‘ wird von dem Drehratensensoreinheit SE2 beispielsweise als Vielfaches oder als Teil des Mittelwerts der Erdbeschleunigung bereitgestellt.
Der prinzipielle Aufbau und die Funktionsweise derartiger Sensoreinheiten SE umfassend eine Beschleunigungssensoreinheit SE1 und eine Drehratensensoreinheit SE2 sind hinlänglich bekannt.
Die Beschleunigungsdaten BD werden von der Beschleunigungssensoreinheit SE1 beispielsweise in Form der Beschleunigungswerte x_B‘, y_B‘, z_B‘ entlang der drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ des kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS erfasst, wobei die Beschleunigungswerte x_B‘, y_B‘, z_B‘ beispielsweise die Beschleunigungsbeträge entlang der drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ des kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS wiedergeben. Als Rotationsdaten RD werden mittels der Drehratensensoreinheit SE2 beispielsweise die Drehraten x_R‘, y_R‘, z_R‘ um die drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ des kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS ermittelt.
Die im kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS erfassten Beschleunigungsdaten BD werden zur Ermittlung der Lage des mit der Sensoreinheit SE mit bewegten kartesischen Sensorkoordinatensystems SKS in Bezug auf das Bezugskoordinatensystem BKS ausgewertet und abhängig davon die Rotationsdaten RD in Form der Drehraten x_R‘, y_R‘, z_R‘ in die entsprechenden Drehraten x_R, y_R, z_R im kartesischen Bezugskoordinatensystem BKS umgerechnet, welche dann einer weiteren Auswertung durch die Steuer- und Auswerteroutine SAR zugeführt werden.
Die Erfassung und/oder die Auswertung der Bewegungsdaten BD, RD durch die Steuer- und Auswerteroutine SAR erfolgt hierbei in einer bevorzugten Ausführungsvariante ausschließlich bei Betätigung eines Aktivierungselementes AE, vorzugsweise eines Aktivierungsschalters oder -tasters durch den Operateur, der ebenfalls vorzugsweise im Griffbereich 30‘ des medizinischen Instrumentes 30 angeordnet ist und somit einfach vom Operateur beim Greifen bzw. Halten des medizinischen Instrumentes 30 betätigt werden kann. Alternativ kann das Aktivierungselement AE auch als Fußschalter ausgebildet sein, der im Fußbereich des Operateurs angeordnet ist.
Mittels des Aktivierungselementes AE wird insbesondere ein Aktivierungssignal AS erzeugt, welches vom Aktivierungselement AE an die Steuer- und Auswerteroutine SAR übertragen und von dieser ausgewertet wird. Liegt das Aktivierungssignal AS vor, so ist eine von der Bewegung des medizinischen Instrumentes 30 abhängige Ansteuerung der Roboterkinematik und damit des medizinischen Hilfsinstruments bzw. der Endoskopkamera 20 freigeschaltet. Liegt kein Aktivierungssignal AS vor, dann beeinflusst die bei der Durchführung der Operation zwangsläufige Bewegung des medizinischen Instruments 30 durch den Operateur keinesfalls die Führung des Hilfsinstruments 20, d.h. dieses wird von der Roboterkinematik weiterhin in der eingestellten Position gehalten. Damit wird sichergestellt, dass der Operateur nicht unbewusst durch eine entsprechende Bewegung des medizinischen Instruments 30 Steuersignale SS erzeugt und beispielsweise Endoskopkamera 20 aus dem Operationsfeld herausfährt.
Das kartesische Sensorkoordinatensystem SKS ist beispielsweise derart zum medizinischen Instrument 30 ausgerichtet, dass eine der drei Raumachsen x‘, y‘, z‘ des kartesischen Sensorkoordinatensystems SKS mit der Längsachse LI des medizinischen Instrumentes 30 zusammenfällt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft beispielsweise die z‘-Achse entlang der Längsachse LI des chirurgischen Instrumentes 30 und ist analog zur z-Achse des Bezugskoordinatensystems BKS orientiert. Hierdurch wird sowohl die Lagebestimmung als auch die Umrechnung zwischen den Koordinatensystemen SKS, BKS zusätzlich vereinfacht.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtete Steuer- und Auswerteroutine SAR wird in einer Steuereinheit CU ausgeführt, die beispielsweise Teil der Sensoreinheit SE sein kann, die mit dem Operations-Assistenz-System 1, insbesondere deren Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Alternativ können die Sensoreinheit SE und die Steuereinheit CU in zwei getrennten Baueinheiten realisiert sein, welche jedoch miteinander verbunden sind.
Die erfindungsgemäße Sensoreinheit SE weist in einer bevorzugten Ausführungsvariante nicht nur die Beschleunigungssensoreinheit SE1 und die Drehratensensoreinheit SE2 auf, sondern zusätzlich auch noch die Steuereinheit CU, welcher in einer Ausführungsvariante auch eine Speichereinheit MU zugeordnet ist. Die Speichereinheit MU kann entweder Teil der Steuereinheit CU sein oder diese als separate Baueinheit in der Sensoreinheit SE angeordnet sein.
3 zeigt beispielsweise ein schematisches Blockschaltbild einer entsprechend ausgebildeten Sensoreinheit SE mit den unterschiedlichen darin aufgenommen bzw. daran angeschlossenen Einheiten. Die Sensoreinheit SE ist hier beispielsweise mit der Steuereinrichtung 8 und dem Aktivierungselement AE verbunden, und zwar drahtlos oder drahtgebunden. In der vorliegenden Ausführungsvariante weist die Steuereinheit CU eine zugeordnete Speichereinheit MU auf, in der beispielsweise die erfassten Beschleunigungsdaten BD in Form der Beschleunigungswerte x_B‘, y_B‘, z_B‘, die erfassten Rotationsdaten RD in Form der Drehraten x_R‘, y_R‘, z_R‘ im Sensorkoordinatensystem SKS sowie die entsprechend umgerechneten Drehraten x_R, y_R, z_R im kartesischen Bezugskoordinatensystem BKS speicherbar sind.
Die von der Steuer- und Auswerteroutine SAR erzeugten Steuersignale SS werden zur Ansteuerung der Roboterkinematik bzw. der darin aufgenommenen Antriebseinheiten an die dieser zugeordneten Steuereinrichtung 8 übertragen. Alternativ kann anstelle der Zwischenschaltung der Steuereinrichtung 8 auch eine direkte Ansteuerung der Antriebseinheiten der Roboterkinematik über die Steuer- und Auswerteroutine SAR erfolgen, und zwar werden hierzu mittels der Steuersignale SS die Antriebseinheiten direkt angesteuert.
Es versteht sich, dass zur Übertragung der von der Beschleunigungssensoreinheit SE1 bzw. von der Drehratensensoreinheit SE2 erfassten Bewegungsdaten BD, RD, des Aktivierungssignals AS und/oder auch der erzeugten Steuersignale SS diverse bekannten Übertragungstechnologien, insbesondere auch Funkübertragungstechnologien Verwendung finden können.
Die in 3 dargestellte Sensoreinheit SE dient zur Erzeugung von Steuersignalen SS zur Ansteuerung der Roboterkinematik zur Führung der Endoskopkamera 20. Zur Darstellung der durch die Endoskopkamera 20 bereitgestellten Bilddaten ist diese entweder direkt oder unter Zwischenschaltung eines Computersystem zur Verarbeitung der Bilderdaten an eine Monitoreinheit angeschlossen (nicht in den Figuren dargestellt). Auf der Monitoreinheit wird das über die Kameraeinheit 22 der Endoskopkamera 20 erfasste Bild dargestellt, welches dem Operateur bzw. Bediener des Operations-Assistenz-Systems 1 den Operationsraum 12 zumindest ausschnittsweise zeigt. Bei der Inbetriebnahme und Registrierung des Operations-Assistenz-Systems 1 wird insbesondere auch der Bildhorizont des auf der Monitoreinheit dargestellten Bildes durch Drehen der Kameraeinheit 22 um dessen Längsachse LK derart eingestellt, dass dies der natürlichen Sichtweise des Bedieners bzw. Operateurs auf den Operationsraum entspricht.
Durch ein Schwenken des medizinischen Instrumentes 30 um den Trokarpunkt bzw. die zweite Operationsöffnung 13 beispielsweise entlang der x‘-Achse des kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS und/oder entlang der y‘-Achse können Steuersignale SS erzeugt werden, welche eine zugeordnete Verschiebung der Endoskopkamera 20 und damit des von dieser erzeugten Bildes bewirken. Eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes 30 wird somit mittels der Auswerte- und Steuerroutine SAR in eine zugeordnete Schwenkbewegung der mittels der Roboterkinematik geführten Endoskopkamera 20 umgesetzt. Hierzu sind das auf der Monitoreinheit dargestellte Bild und das zur Auswertung der Bewegung des medizinischen Instrumentes 30 vorgesehen Bezugskoordinatensystem BKS derart aufeinander abzustimmen, dass eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes 30 nach links auch steuerungstechnisch ein Verschieben der Bildes entlang des Bildhorizontes nach links bewirkt.
Im Folgenden wird die Steuerung der Führung des chirurgischen Hilfsinstruments 3 mittels des Operations-Assistenz-Systems 1 anhand der in der Steuereinheit CU ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine SAR beispielhaft erläutert. Die Steuer- und Auswerteroutine SAR umfasst beispielsweise eine Hauptroutine HR und mehrere Nebenroutinen NR1, NR2. In 5 sind beispielhaft die einzelnen Ablaufschritte der Hauptroutine HR der Steuer- und Auswertroutine SAR in einem Ablaufdiagramm dargestellt.
Nach dem Start der Hauptroutine HR der Steuer- und Auswerteroutine SAR werden in einem ersten Verfahrensschritt mittels der Beschleunigungssensoreinheit SE1 die Beschleunigungsdaten BD und in einem zweiten Verfahrensschritt mittels der Drehratensensoreinheit SE2 die Rotationsdaten RD aktuell erfasst.
In einem anschließenden dritten Schritt wird eine Art „Kalibrierung“ des „virtuellen“ Steuerhebels durchgeführt. Hierzu wird die Lage der Sensoreinheit SE bzw. des zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems SKS im kartesischen Bezugskoordinatensystem BKS aufgrund der aktuell gemessenen Beschleunigungsdaten BD bestimmt. Ausgehend hiervon werden die im kartesischen Sensorkoordinatensystems SKS erfassten Rotationsdaten RD in Form der Drehraten x_R‘, y_R‘, z_R‘ in die zugehörigen Rotationsdaten RD in Form der Drehraten x_R, y_R, z_R im kartesischen Bezugskoordinatensystem BKS umgerechnet.
Über die hierdurch erhaltenen Drehraten x_R, y_R, z_R im Bezugskoordinatensystem BKS kann mittels der Auswerte- und Steuereinheit SAR die Bewegung des medizinischen Instruments 30 um seine Längsachse LI bzw. den Trokarpunkt erfasst werden. Der Ursprung des kartesischen Sensorkoordinatensystem SKS wird hierbei in den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems BKS, und zwar die zweite Operationsöffnung 13 abgebildet, d.h. eine Schwenkbewegung und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Instruments 30 um die zweite Operationsöffnung 13 bzw. die Längsachse LI ist somit mit einer Schwenkbewegung bzw. Rotationsbewegung um den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems BKS bzw. die z-Achse des kartesischen Bezugskoordinatensystems BKS gleichzusetzen. Die durch die Umrechnung erhaltenen Drehraten x_R, y_R, z_R im kartesischen Bezugskoordinatensystem BKS werden zur Ermittlung der durch die Bewegung des medizinischen Instruments 30 vorgegebenen Bedienbefehle ausgewertet. Die Erfassung und Umrechnung kann hierbei beispielsweise mittels entsprechender Vektorrechnung erfolgen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung werden die Steuersignale SS nur bei Vorliegen des Aktivierungssignales AS, d.h. bei einer Betätigung des Aktivierungselementes AE durch den Operateur erzeugt, wobei die Erfassung und/oder Auswertung der von Sensoreinheit SE bereitgestellten Bewegungsdaten BD, RD kontinuierlich oder diskontinuierlich, d.h. in vorgegebenen Zeitintervallen durchgeführt wird. In alternativen Ausführungsvarianten kann die Erfassung der Bewegungsdaten BD, RD erst bei Vorliegen des Aktivierungssignales AS oder die Freigabe bereits erzeugter Steuersignale SS nach Vorliegen des Aktivierungssignales AS erfolgen.
Abhängig von der Schwenkbewegung des medizinischen Instruments 30 um die zweite Operationsöffnung 13 wird damit ein Steuersignal SS erzeugt, welches ein Verschieben des auf der Monitoreinheit dargestellten Bildes in Richtung des linken Bildrandes, in Richtung des rechten Bildrandes sowie ein Verschieben des Bildes zum oberen und unteren Bildrand hin bewirkt.
Zusätzlich kann durch entsprechendes Drehen des medizinischen Instruments 30 um die eigene Längsachse LI im oder gegen den Uhrzeigersinn ein gesteuertes „Zoomen“ des dargestellten Bildes realisiert werden, und zwar wird beispielsweise bei einer Rotation des medizinischen Instruments 30 im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des im Bild dargestellten Teil des Operationsraumes 12 und bei einer Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des im Bild dargestellten Teil des Operationsraumes bewirkt.
Zur Erzeugung von Steuersignalen zur Steuerung der von der Endoskopkamera 20 an sich bereitgestellten „Zoom“-Funktion ist beispielsweise eine erste Nebenroutine NR1 in der Steuer- und Auswerteroutine SAR vorgesehen. 6 zeigt beispielhaft ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsvariante einer derartigen ersten Nebenroutine NR1 zur Erzeugung der Steuersignale SS für die Bedienung der „Zoom“-Funktion einer Endoskopkamera 20.
Nach dem Start der ersten Nebenroutine NR1 wird ausgehend von den über die Hauptroutine HR erfassten Rotationsdaten RD der Betrag B der Drehrate um die z-/z‘-Achse des Sensor- bzw. Bezugskoordinatensystems SKS, BKS ermittelt und der hierdurch ermittelte Betrag B mit einem Referenzbetrag Bref verglichen, wobei der Referenzbetrag Bref hierbei einen Toleranzbereich vorgibt, nach dessen Überschreiten von einer bewussten Erzeugung der Rotationsbewegung durch den Operateur zur Bedienung der Zoom-Funktion durch Drehen um die z-/z‘-Achse des Sensor- bzw. Bezugskoordinatensystems SKS, BKS ausgegangen wird. Der Betrag B der Drehrate wird beispielsweise in der Einheit rad/s erfasst und der Referenzbetrag Bref wird beispielsweise im Bereich zwischen –0,1 rad/s bis +0,1 rad/s, vorzugsweise –0,8 rad/s bis +0,8 rad/s gewählt.
Somit kann der Bediener des Operations-Assistenz-Systems 1 durch entsprechende Bewegung, insbesondere Schwenk- und/oder Rotationsbewegung eine Steuerung einzelner Funktionen der Endoskopkamera 20 sowie deren Führung mittels der Roboterkinematik ohne zusätzliche Bedienelemente vornehmen.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist eine zweite, nicht in den Figuren dargestellte Nebenroutine NR2 vorgesehen, mittels der die Geschwindigkeit der Führung des Hilfsinstrumentes, insbesondere der Endoskopkamera 20 abhängig vom Betrag der resultierenden Drehgeschwindigkeit erfasst, der durch entsprechende Auswertung der von der Beschleunigungssensoreinheit SE1 bereitgestellten Rotationsdaten RD bestimmbar ist. Hierzu wird ausgehend von den Rotationsdaten BD der Betrag der des resultierenden Dreh- oder Rotationsgeschwindigkeit im Bezugskoordinatensystem BKS ermittelt und ausgehend davon die entsprechenden Steuersignale SS zur Ansteuerung der Antriebe der Roboterkinematik erzeugt, über welche die Bewegungsgeschwindigkeit der Roboterkinematik, insbesondere einzelner Roboterarme entsprechend erhöht wird. Die Stellgeschwindigkeit der Antriebe der Roboterkinematik kann somit dynamisch an die Geschwindigkeit der Steuerbewegung des medizinischen Instruments 30 angepasst werden. Es ist damit eine geschwindigkeitsabhängige Steuerung der Führung des Hilfsinstrumentes möglich. Intuitiv neigt der Operateur zu einer schnellen Bewegung des medizinischen Instruments 30 und damit zu einer schnelleren Bewegung des Hilfsinstruments im Operationsraum 12, sofern das Bild der Kameraeinheit 22 einen entsprechenden breiten Bewegungsraum zeigt.
In einer Ausführungsvariante weist die Sensoreinheit SE ein hermetisch dichtes Gehäuse auf, welches autoklavierbar ausgebildet ist. Die Sensoreinheit SE kann darüber hinaus über eine autarke Energieversorgung, beispielsweise eine Batterie oder einen Akkumulator verfügen.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird.
Bezugszeichenliste

1: Operations-Assistenz-System
2: Basiseinheit
2.1: Trägerplatte
2.2: Basisgehäuse
2.3: Befestigungselement
3: Tragsäule
3‘: unteren Endabschnitt
3‘‘: oberer Endabschnitt
4: erster Roboterarm
4‘: erster Endabschnitt
4‘‘: zweiter Endabschnitt
5: zweiter Roboterarm
5‘: erster Endabschnitt
5‘‘: zweiter Endabschnitt
6: Hilfsinstrumententräger
7: abgewinkeltes Gelenkstück
8: Steuereinrichtung
10: Patientenkörper
11: erste Operationsöffnung („Trokar“)
12: Operationsraum
13: zweite Operationsöffnung („Trokar“)
20: Hilfsinstrument, insbesondere Endoskopkamera
21: Endoskop
22: Kameraeinheit
30: medizinisches Instrument
30‘: freies Ende bzw. Griffbereich
30‘‘: freies Ende
31: Griffelemente
32: Funktionselement
AE: Aktivierungselement
AS: Aktivierungssignal
B: Betrag
BD: Beschleunigungsdaten
BKS: kartesisches Bezugskoordinatensystem
Bref: Referenzbetrag
CU: Steuereinheit
HR: Hauptroutine
LI: Längsachse
LK: Längsachse
NK1: erste Nebenroutine
NK2: zweite Nebenroutine
RD: Rotationsdaten
S: Spitze des medizinischen Instrumentes
SA1: erste Schwenkachse
SA2: zweite Schwenkachse
SA3: dritte Schwenkachse
SA4: vierte Schwenkachse
SA5: fünfte Schwenkachse
SE: Sensoreinheit
SE1: Beschleunigungssensoreinheit
SE2: Drehratensensoreinheit
SKS: kartesisches Sensorkoordinatensystem
SS: Steuersignale
x, y, z: Raumachsen des kartesischen Bezugskoordinatensystem (BKS)
x‘, y‘, z‘: Raumachsen des kartesischen Sensorkoordinatensystem (SKS)
x_B‘, yB‘, zB‘: Beschleunigungswerte entlang der Raumachsen im SKS
x_R, yR, zR: Drehraten um die Raumachsen im BKS
x_R‘, yR‘, zR‘: Drehraten um die Raumachsen im SKS

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

DE 102007019363 A1 [0003]
DE 102008016146 B4 [0004]
DE 102007059599 A1 [0005]

Claims

Operations-Assistenz-System zur Führung eines medizinischen Hilfsinstrumentes (20), insbesondere einer Endoskopkamera, welches über eine erste Operationsöffnung (11) in einem Operationsraum (12) eines Patientenkörpers (10) zumindest abschnittsweise einführbar und gesteuert bewegbar ist, umfassend eine das medizinische Hilfsinstrument (20) mittels einer Hilfsinstrumentenhalterung (6) freiendseitig aufnehmende Roboterkinematik (3, 4, 5), die zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) motorisch gesteuert bewegbar ist, und zwar gesteuert über von zumindest einer, in einer Steuereinheit (CU) ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine (SAR) erzeugten Steuersignalen (SS), wobei zumindest ein medizinisches Instrument (30) vorgesehen ist, dass über eine zweite Operationsöffnung (13) zumindest abschnittsweise in den Operationsraum (12) des Patientenkörpers (10) einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine mit dem chirurgischen Instrument (30) in Wirkverbindung stehende und/oder gekoppelte Sensoreinheit (SE) vorgesehen ist, mittels der die Bewegung des chirurgischen Instrumentes (30) außerhalb des Patientenkörpers (10) in Form von Bewegungsdaten (BD, RD) erfasst wird, die erfassten Bewegungsdaten (BD, RD) mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) ausgewertet werden und abhängig davon die Steuersignale (SS) zur Ansteuerung der Roboterkinematik (3, 4, 5) zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) erzeugt werden.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (SE) eine Beschleunigungssensoreinheit (SE1) zur Erfassung von Beschleunigungsdaten (BD) und eine Drehratensensoreinheit (SE2) zur Erfassung von Rotationsdaten (RD) aufweist.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensoreinheit (SE) ein kartesisches Sensorkoordinatensystem (SKS) mit drei Raumachsen (x‘, y‘, z‘) und der das medizinische Instrument (30) abschnittsweise aufnehmenden zweiten Operationsöffnung (13) ein kartesisches Bezugskoordinatensystem (BKS) mit drei Raumachsen (x, y, z) zugeordnet ist.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Instrument (30) ein virtuelles Steuerelement zur Steuerung der Führung des medizinischen Hilfsinstrumentes (20) mittels der Roboterkinematik (3, 4, 5) bildet, dessen Schwenkbewegungen um die zweite Operationsöffnung (13) und/oder dessen Rotationsbewegung um zumindest zwei der Raumachsen (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) in Form der Rotationsdaten (RD) mittels der Drehratensensoreinheit (SE2) erfasst werden, die durch die Steuer- und Auswerteroutine (SAR) zur Erzeugung der Steuersignale (SS) ausgewertet werden.
Operations-Assistenz-System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (CU) in der Sensoreinheit (SE) aufgenommen ist und diese eine bauliche Einheit bilden.
Operations-Assistenz-System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungssensoreinheit (SE1) zur Erfassung der Beschleunigungsdaten (BD) in Form von Beschleunigungswerten (x_B‘, y_B‘, z_B‘) im kartesischen Sensorkoordinatensystem (SKS) ausgebildet ist, wobei die Beschleunigungswerte (x_B‘, y_B‘, z_B‘) die Beschleunigung der Sensoreinheit (SE) entlang der jeweiligen Raumachse (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) angeben.
Operations-Assistenz-System nach der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehratensensoreinheit (SE2) zur Erfassung der Rotationsdaten (RD) in Form der Drehraten (x_R‘, y_R ‘, z_R ‘) der Sensoreinheit (SE) um die Raumachsen (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) ausgebildet ist.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kartesische Bezugskoordinatensystems (BKS) und das kartesische Sensorkoordinatensystem (SKS) derart zueinander ausgerichtet sind, dass eine der drei Raumachsen (x, y, z) des kartesischen Bezugskoordinatensystems (BKS) und eine der drei Raumachsen (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) zusammenfallen und durch die zweite Operationsöffnung (13) verlaufen.
Operations-Assistenz-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (SE) außerhalb des Patientenkörpers (10) am medizinischen Instrument (30) angeordnet oder im medizinischen Instrument (30) aufgenommen ist, und zwar vorzugsweise in dessen Griffbereich (30‘).
Operations-Assistenz-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) die Bewegungsdaten bzw. die Beschleunigungs- und Rotationsdaten (BD, RD) abhängig vom Vorliegen eines Aktivierungssignals (AS) ausgewertet werden.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Aktivierungssignals (AS) zumindest ein Aktivierungselement (AE), vorzugsweise ein Aktivierungsschalter oder -taster vorgesehen ist, der vorzugsweise im Griffbereich (30‘) des medizinischen Instrumentes (30) oder in räumlicher Nähe zur Sensoreinheit (SE) angeordnet oder im medizinischen Instrumentes (30) bzw. in der Sensoreinheit (SE) aufgenommen ist.
Operations-Assistenz-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der von Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) erzeugten Steuersignale (SS) eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes (30) in eine zugeordnete Schwenkbewegung des mittels der Roboterkinematik (3, 4, 5) geführten medizinischen Hilfsinstruments, insbesondere der Endoskopkamera (20) umgesetzt wird.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) die durch Auswertung der Bewegung des medizinischen Instrumentes (30) erzeugten Steuersignale (SS) derart ausgebildet sind, dass eine Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes (30) um den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems (BKS) in eine analog orientierte Verschiebung des von Endoskopkamera (20) bereitgestellten und mittels einer Monitoreinheit dem Operateur angezeigten Bildes entspricht.
Operations-Assistenz-System nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) die Lage der Sensoreinheit (SE) bzw. des dieser zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) in Bezug auf die Lage des medizinischen Instruments (30) im kartesischen Bezugskoordinatensystem (BKS) ermittelt wird, und zwar durch Auswertung der von der Sensoreinheit (SE) bereitgestellten Beschleunigungsdaten (BD).
Operations-Assistenz-System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Sensoreinheit (SE) ein Rotation des medizinischen Instruments (30) um die eigene Längsachse (LI) im oder gegen den Uhrzeigersinn erfasst wird und mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) zur Erzeugung von Steuersignalen (SS) ausgewertet wird, die zur Steuerung der Zoom-Funktion der Endoskopkamera (20) ausgebildet sind.
Operations-Assistenz-System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotation im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des von Endoskopkamera (20) erfassten Bildbereiches des Operationsraumes (12) und eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des von Endoskopkamera (20) erfassten Bildbereiches des Operationsraumes (12) bewirkt.
Operations-Assistenz-System nach einem der Ansprüche 2 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellgeschwindigkeit der Roboterkinematik und damit die Geschwindigkeit der Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) erzeugten Steuersignale (SS) dynamisch an die von der Sensoreinheit (SE) erfasste Geschwindigkeit der Schwenk- und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Instruments (30) angepasst wird.
Verfahren zur Erzeugung von Steuersignalen (SS) zur Ansteuerung einer motorisch gesteuert bewegbaren Roboterkinematik (3, 4, 5) eines Operations-Assistenz-Systems zur Führung eines medizinischen Hilfsinstrumentes (20), insbesondere einer Endoskopkamera, bei dem das medizinische Hilfsinstrument (20) mittels einer Hilfsinstrumentenhalterung (6) freiendseitig an der Roboterkinematik (3, 4, 5) angeordnet ist, bei dem das medizinische Hilfsinstrumentes (20) über eine erste Operationsöffnung (11) und ein medizinisches Instrument (30) über eine zweite Operationsöffnung (13) jeweils zumindest abschnittsweise in den Operationsraum (12) eines Patientenkörpers (10) einführbar sind und bei dem die Steuersignale (SS) von zumindest einer, in einer Steuereinheit (CU) ausgeführten Steuer- und Auswerteroutine (SAR) erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass mittels zumindest einer mit dem chirurgischen Instrument (30) in Wirkverbindung stehenden und/oder gekoppelten Sensoreinheit (SE) die Bewegung des chirurgischen Instrumentes (30) außerhalb des Patientenkörpers (10) in Form von Bewegungsdaten (BD, RD) erfasst wird, dass die erfassten Bewegungsdaten (BD, RD) mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) ausgewertet werden und abhängig davon die Steuersignale (SS) zur Ansteuerung der Roboterkinematik (3, 4, 5) zur Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer in der Sensoreinheit (SE) aufgenommenen Beschleunigungssensoreinheit (SE1) Beschleunigungsdaten (BD) und mittels einer in der Sensoreinheit (SE) aufgenommenen Drehratensensoreinheit (SE2) Rotationsdaten (RD) als Bewegungsdaten (BD, RD) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsdaten (BD) in Form von Beschleunigungswerten (x_B‘, y_B‘, z_B‘) in einem kartesischen, der Sensoreinheit (SE) zugeordneten Sensorkoordinatensystem (SKS) erfasst werden, wobei die Beschleunigungswerte (x_B‘, y_B‘, z_B‘) die Beschleunigung der Sensoreinheit (SE) entlang der jeweiligen Raumachse (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) angeben.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsdaten (RD) in Form von Drehraten (x_R‘, y_R‘, z_R‘) der Sensoreinheit (SE) um die Raumachsen (x‘, y‘, z‘) des kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuer- und Auswerteroutine (SAR) die Beschleunigungs- und Rotationsdaten (BD, RD) abhängig vom Vorliegen eines Aktivierungssignals (AS) erfasst und/oder ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) die Lage der Sensoreinheit (SE) bzw. des dieser zugeordneten kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) in Bezug auf die Lage des medizinischen Instruments (30) im kartesischen Bezugskoordinatensystem (BKS) ermittelt wird, wobei das kartesische Bezugskoordinatensystem (BKS) dem medizinischen Instrument (30) zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) die im kartesischen Sensorkoordinatensystems (SKS) erfassten Drehraten (x_R‘, y_R‘, z_R‘) in die zugehörigen Drehraten (x_R, y_R, z_R) im kartesischen Bezugskoordinatensystem (BKS) umgerechnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) erfasste Schwenkbewegung des medizinischen Instrumentes (30) um den Ursprung des kartesischen Bezugskoordinatensystems (BKS) in Steuersignale (SS) umgesetzt wird, die eine analog orientierte Verschiebung eines von Endoskopkamera (20) bereitgestellten und mittels einer Monitoreinheit dem Operateur angezeigten Bildes bewirken.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Steuer- und Auswerteroutine (SAR) erfasste Rotation des medizinischen Instruments (30) um die eigene Längsachse (LI) im oder gegen den Uhrzeigersinn in Steuersignale (SS) umgesetzt wird, die eine Steuerung der Zoom-Funktion der Endoskopkamera (20) bewirken.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rotation im Uhrzeigersinn eine Vergrößerung des von Endoskopkamera (20) erfassten Bildbereiches des Operationsraumes (12) und eine Rotation gegen den Uhrzeigersinn eine Verkleinerung des von Endoskopkamera (20) erfassten Bildbereiches des Operationsraumes (12) bewirkt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der erfassten Bewegungsdaten (BD, RD) die Geschwindigkeit der Schwenk- und/oder Rotationsbewegung des medizinischen Instruments (30) mittels der Steuer- und Auswerteeinheit (SAR) ausgewertet wird und abhängig davon die Verstellgeschwindigkeit der Roboterkinematik und damit die Geschwindigkeit der Führung des medizinischen Hilfsinstruments (20) über die erzeugten Steuersignale (SS) geregelt wird, insbesondere dynamisch angepasst wird.