-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System mit einem medizinischen Operationsinstrument, einer Datenerfassungsvorrichtung und einer Datenverarbeitungseinrichtung
-
Die Erfassung von Daten während einer Operation hat eine größere Bedeutung erlangt. Dabei ist die Dokumentation der Operation ein bereits lange bekanntes Erfordernis. Allerdings ist es auch heute noch eine Herausforderung, eine Operation so zu dokumentieren, dass auch Details der Operation noch nach Abschluss der Operation nachvollzogen werden können.
-
Im Laufe der Zeit hat aber auch die informationstechnische Begleitung einer Operation an Bedeutung gewonnen. So kann beispielsweise durch das Aktivieren eines bestimmten Instruments eine bestimmte Phase einer Operation erkannt werden. Diese Information kann dann unmittelbar, also noch während der Operation, verarbeitet werden, z.B. um bestimmte Einstellungen an einem oder mehreren Instrumenten oder Geräten vorzunehmen.
-
Es stellt sich in der Praxis jedoch immer wieder heraus, dass die informationstechnische Begleitung nicht immer ein vollständiges Gesamtbild einer Operation bereitstellt. Es ist daher einer Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes System aufzuzeigen, das zumindest die Durchführung oder Dokumentation der Operation unterstützt und optional weitere Möglichkeiten zur Informationsgewinnung eröffnet.
-
Als Lösung wird ein System vorgeschlagen mit einem medizinischen Operationsinstrument, das dafür ausgebildet ist, während einer Operation vom Operateur zumindest zeitweise handgeführt zu werden, einer Datenerfassungsvorrichtung und einer Datenverarbeitungseinrichtung, wobei die Datenerfassungsvorrichtung einen Posedetektor aufweist, der dafür ausgebildet ist, wiederholt eine Poseinformation des Operationsinstrument zu erfassen, wobei die Poseinformation mindestens eine Positions- oder Orientierungsinformation aufweist, und an die Datenverarbeitungseinrichtung zu senden, und wobei die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet ist, die Poseinformation zu verarbeiten und die Durchführung oder Dokumentation der Operation zu unterstützen.
-
Eine Besonderheit dieser Herangehensweise liegt darin, dass das Operationsinstrument nicht mehr nur als Aktuator angesehen wird, sei es von Hand oder robotisch geführt, sondern als Eingabemedium verwendet wird, um weitere wichtige Informationen zu sammeln. Dabei kann der Posedetektor als separate Vorrichtung ausgestaltet sein, die lösbar an dem Operationsinstrument fixiert werden kann.
-
Der Posedetektor kann aber auch integrierter Bestandteil einer motorisch betriebenen Vorrichtung sein. So kann diese Vorrichtung bereits über einen oder mehrere Detektoren verfügen, die eine Pose der Vorrichtung und damit des Operationsinstruments im Raum ermitteln und ggf. überwachen.
-
Der Posedetektor kann aber auch inhärent durch die motorisch betriebene Vorrichtung gebildet sein. Hierbei ist es ja so, dass eine solche Vorrichtung, insbesondere ein motorischer Roboterarm, durch spezifische Stellpositionen mindestens eines Motors konkrete Positionen im Raum einnehmen kann. Wird die Vorrichtung nun manuell in ihrer Position verändert, so ändert sich damit auch die Stellposition des mindestens eines Motors, wodurch wiederum auf die nun vorliegende Pose des Operationsinstrument geschlossen werden kann.
-
In diesem Fall wird also die bekannte Kausalität, dass eine gewünschte, bestimmte Position vorgegeben wird, die Stellposition des mindestens eines Motors angesteuert wird und sich so die bestimmte Position im Raum der motorisch betriebenen Vorrichtung einstellt, umgekehrt. Die Position im Raum wird nun zum wählbaren Parameter, der die Stellposition des mindestens einen Motors vorgibt, woraus sich die Position im Raum ermitteln lässt.
-
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung widmet sich einer Thematik, die die Erfinder im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erkannt haben. Diese Thematik soll nachfolgend als Datenlücke, insbesondere als Datenlücke für manuelle Operationsschritte, bezeichnet werden.
-
Chirurgieroboter werden abhängig vom Eingriff, der Methodik und dem Operateur nur für bestimmte Abschnitte der Operation eingesetzt. Während der Beginn und Abschluss der Operation immer am Operationstisch durchgeführt werden, können beispielsweise auch vorbereitende Schritte wie das Präparieren vor der Resektion oder Zwischenschritte bei komplexen Eingriffen manuell am Operationstisch erfolgen. Während dieser manuellen Phase können deutlich weniger eingriffsbezogene Daten erhoben werden als bei der Verwendung am Roboter.
-
Exemplarisch betrifft dies eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe aufweisend den verwendeten Instrumententyp, die Instrumentenposition, die Änderung der Instrumentenposition, den Instrumentenzustand, den Instrumentengebrauch, die Nutzungsdauer eines Instruments, die Kameraposition, die Änderung der Kameraposition, die Relativposition zwischen Kamera(s) und Instrumente(n), die Relativbewegung zwischen Kamera(s) und Instrumente(n), die Relativbeschleunigung zwischen Kamera(s) und Instrumente(n), Kollisionen zwischen Kamera(s) und/oder Instrumente(n).
-
Am Roboter erhobene eingriffsbezogene Daten können jedoch dazu verwendet werden medizinisch und wirtschaftlich relevanten Mehrwert zu generieren. Die Erfindung kann vorteilhafterweise diese Datenlücken während der manuellen Phasen am Operationstisch reduzieren oder schließen.
-
Es wird daher vorgeschlagen, eine kontinuierliche Datenerhebung während eines chirurgischen Eingriffs, der teilweise telemanipuliert bzw. mit einem Telemanipulator durchgeführt wird, vorzunehmen. Dazu wird insbesondere eine Sensoreinheit am Trokar angebracht und kinetisch gekoppelt, um die Instrumentenposition im Operationssaal zu erfassen. Dies kann bei einer beliebigen Anzahl an Trokaren erfolgen.
-
Durch die Kombination von Informationen zum Instrumententyp, einschließlich z.B. eine Maulteilgeometrie und/oder-kinematik, etc., und der Instrumentenposition kann wie beim Einsatz am Chirurgieroboter ein digitales Abbild der Realität erzeugt und für eine weitere Verarbeitung gefasst und gespeichert werden.
-
Zu den möglichen Anwendungen zählen die folgenden Aspekte: Automatisierte Dokumentation, Erkennung von Phasen während der Operation, Detektion von Notfallsituationen, beispielsweise durch eine Instrumentenbewegung, Überwachung der registrierten Pivotpunkte, Auswertungen zu Trainingszwecken, Integration von Expertensystemen und Wiederfinden bzw. Ansteuern von exakten Positionen, z.B. beim Wechsel von robotischer Führung zu manueller Führung oder umgekehrt.
-
Zudem kann ein Sicherheitsfeature realisiert werden, wodurch sich z.B. unzulässige Bereiche („restricted areas“) definieren lassen. In diese unzulässigen Bereiche kann ein teilweise robotisch manipuliertes Instrument auch bei manueller Bedienung nicht bewegt werden oder nur gegen einen erhöhten Widerstand bewegt werden. Dies wird durch eine entsprechende Ansteuerung eines motorischen Roboterarms erzielt, der Teil eines Chirurgieroboters oder Telemanipulators ist.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung widmet sich einer weiteren Thematik, die die Erfinder im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erkannt haben. Diese Thematik soll nachfolgend als Eingabeeinheit, insbesondere als Eingabeeinheit für die Steuerung eines Endoskops am Operationstisch, bezeichnet werden.
-
Bei Chirurgierobotern steht das Arbeiten des Hauptchirurgen an der Konsole im Vordergrund. Dennoch ist es notwendig Arbeitsschritte manuell am Operationstisch durchzuführen. Dies wird entweder vom Hauptchirurgen vor der Arbeit an der Konsole übernommen oder vom Assistenten während des robotischen Eingriffes. Für diese manuellen Phasen stehen die unterstützenden Funktionen des Roboters nicht zur Verfügung. Darunter fällt beispielsweise das Nachführen der Kamera.
-
Deshalb soll für die manuellen Phasen am Operationstisch und für paralleles Arbeiten von Hauptchirurg an der Konsole und Assistent am Operationstisch ein tischbasiertes Eingabesystem für die Kamerasteuerung die Eingabe an der Konsole vorübergehend ersetzen, so dass trotzdem am Operationstisch der volle Funktionsumfang des Roboters zur Kamerasteuerung inkl. automatische Nachführung zur Verfügung steht.
-
Es werden daher eine Vorrichtung und ein Verfahren vorgeschlagen, bei denen über die Konsole des Telemanipulators wie auch die Auswertung der Eingabe am laparoskopischen Instrument eine parallele Steuerung eines robotisch geführten Endoskops durch die Konsole des Telemanipulators wie auch die Auswertung der Eingabe am laparoskopischen Instrument, dabei auch z.B. eine Steuerung des Endoskops am Roboter durch ein manuelles Instrument.
-
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung widmet sich einer weiteren Thematik, die die Erfinder im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung erkannt haben. Diese Thematik soll nachfolgend als Sicherheitssystem, insbesondere als redundantes Sicherheitssystem, bezeichnet werden.
-
Eine Anforderung für die Zulassung eines Medizinproduktes ist ein adäquates Sicherheitskonzept. Dies basiert bei kritischen Funktionen meistens auf einer redundanten Auslegung. Arm- und Instrumentenpositionen werden derzeit hauptsächlich über die Sensorik in den Roboterarmgelenken erfasst und berechnet.
-
Die Einbindung einer Sensorik, insbesondere einer Sensorik, die nahe einem Trokar oder nahe einer Einstichstelle angeordnet ist, ermöglicht eine unabhängige zusätzliche Messmodalität, so dass die Sensorik zur Überwachung eines Sicherheitssystems eines Chirurgieroboters eingesetzt werden. So können z.B. Scherkräfte im registrierten Trokarpunkt erfasst werden, die bei einer veränderten Position oder Registrierung des Pivotpunkts oder der Einstichstelle auftreten können. Eine solche Situation kann beispielsweise durch eine Bewegung des Patienten eintreten.
-
Es wird daher vorgeschlagen, mittels einer Sensorik, insbesondere einer Sensorik, die nahe einem Trokar oder nahe einer Einstichstelle angeordnet ist, eine Instrumentenposition zu erfassen, um einen Abgleich der Ist- und Sollwerte der Kinematik des Chirurgieroboters, insbesondere von mindestens einer Armgelenkposition des Chirurgieroboters, durchführen zu können.
-
Bzgl. der oben genannten Aspekte ist festzustellen, dass diese weitergehende Datenerfassung nicht im Instrument selbst erfolgt. Hier ist die Erfassung nämlich im Wesentlichen auf die Instrumentenspitze beschränkt, so dass beispielsweise eine absolute Position nicht ohne Weiteres erfasst werden kann - es können hingegen nur unmittelbare Größen, wie z.B. Kräfte, die Temperatur, etc. erfasst werden. Stattdessen wird die Datenerfassung hier insbesondere an einem Pivotpunkt oder durch eine passive Halterung vorgenommen.
-
Bevorzugt werden dabei eine oder mehrere der folgenden Werte ermittelt: Absolute Position, relative Position in Kombination mit dem aktuellen Bild von der Kamera, Bewegungskurven, Kinematiken, Dynamiken und Kräfte. Letztere sind insbesondere aus einer Kombination von Bild und absoluter Position kalkulierbar, z.B. wie stark biegt sich ein Instrument unter dem Gewicht der Leber.
-
Bei einer Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, Bewegungsmuster des Operateurs zu ermitteln.
-
Dabei wird bei dem Operateur, also die Person, die das Instrument bedient, das hinsichtlich der Pose überwacht wird, beobachtet bzw. mitgeführt, wie er mit dem Operationsinstrument arbeitet. Dabei sind insbesondere Rückschlüsse auf die aktuelle Verfassung des Operateurs, der sog. „surgeon mood“, möglich. Das Operationsinstrument kann dabei frei handgeführt sein oder mit einer motorischen Vorrichtung gekoppelt sein, in der der Operateur das Operationsinstrument aber im Wesentlich widerstandsfrei führen kann.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, einen Tremor in der Führung des Instruments zu ermitteln.
-
Dabei können gewollte rhythmische Bewegungen identifiziert werden, z.B. aufgrund ihrer Frequenz oder Auslenkung, und von einem evtl. Tremor des Operateurs unterschieden werden. Die Identifizierung eines Tremors kann beispielsweise auf eine anstrengende Haltung des Instruments oder auf eine Anspannung des Operateurs hindeuten und dem Operateur oder einer anderen Person signalisiert werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, Anzeichen von Stress und/oder Hektik beim Operateur zu ermitteln.
-
Dabei können sowohl absolute Grenzwerte, z.B. eine zu hohe Geschwindigkeit einer Bewegung, eine übermäßige Auslenkung, das Ansteuern von unzulässigen Bereichen oder Räumen, etc., als auch relative Veränderungen zu einem empirisch ermittelten Bewegungsmuster des Operateurs oder einer Gruppe von Operateuren ermittelt werden. Dabei kann z.B. eine erhöhte Geschwindigkeit, Überbewegungen oder ein Abweichen von üblichen Strecken oder Räumen, etc., ein Anzeichen von Stress sein. Dies kann dem Operateur oder einer anderen Person signalisiert werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, Anzeichen von Müdigkeit beim Operateur zu ermitteln.
-
So können eine zu geringe Bewegungsdynamik oder zu große Reaktionszeiten darauf hindeuten, dass der Operateur müde geworden ist. Auch hier können wieder absolute Grenzwerte, z.B. eine zu geringe Geschwindigkeit einer Bewegung, ein zu langes Verharren an einer Position ohne eine Tätigkeit, etc., als auch relative Veränderungen zu einem empirisch ermittelten Bewegungsmuster des Operateurs oder einer Gruppe von Operateuren ermittelt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, eine dreidimensionale Kameraposition auch dann zu ermitteln werden, wenn nur ein zweidimensionales Bild zur Verfügung steht.
-
Durch die zusätzlich erfasste Information können somit selbst in einem zweidimensionalen Bild Messungen, z.B. Abstands-, Strecken- oder Flächenmessungen, vorgenommen werden. Zudem kann auch davor gewarnt werden, dass evtl. kritische Strukturen tangiert sind oder, bei einer Fortsetzung der Bewegung, tangiert werden. So kann vor evtl. Kollisionen oder Rupturen gewarnt werden. Wie bereits erläutert, kann auch durch eine entsprechende Ansteuerung eines Roboterarms ein Widerstand gegen eine potentiell gefährliche Bewegung aufgebaut oder die Bewegung blockiert werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, die Bildnachführung einer Kamera zu steuern.
-
Dies kann insbesondere bei der Datenqualität Vorteile bringen, aber auch ein Sicherheitsfeature darstellen. Die Bildnachführung kann dabei insbesondere durch eine Kombination von Bilderkennung und den Poseinformationen, insbesondere Positionsdaten, durchgeführt werden, so dass der Operateur die für ihn relevanten Bereiche im Blick hat. Zudem kann sichergestellt werden, dass alle Instrumente im sichtbaren Bildausschnitt angezeigt werden. Alternativ kann in einer erweiterten Darstellung die die Lage nicht sichtbarer Instrumente dargestellt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, ein Nutzungsmodell zu ermitteln.
-
Das ermittelte Nutzungsmodell oder Operatormodell kann eine technische Belastungserfassung der Instrumente beinhalten, wodurch sich Voraussagen zur Lebensdauer oder zur verbleibenden Lebensdauer von einem oder mehreren Instrumenten treffen lassen. Dabei können auch typische Bewegungsdaten des Operateurs ermittelt und/oder eine Reinigungsintensität bestimmt werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, eine Lernkurven-Analyse aus Bewegungsdaten zu erstellen.
-
Dabei werden aus der wiederholten Erfassung der Poseinformationen in Verbindung mit einer Zeiterfassung, Zeiten, Wege und evtl. Berührungen und/oder Nähe zu kritischen Strukturen erfasst. Auf Basis dieser Daten kann nachträglich ermittelt werden, wo sich der Operateur verbessen kann. Zudem können evtl. missglückte Schritte der Operation in einer Simulation, insbesondere durch ein virtuelles Nachstellen der Situation, nachvollzogen und im Sinne eines Lernens verbessert werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, einen Nicht-Operateur zu unterstützen.
-
Der Begriff des Nicht-Operateur soll als eine Person verstanden werden, die den medizinischen Eingriff nicht führt oder maßgeblich gestaltet. Es kann sich dabei insbesondere um eine assistierende Person, z.B. Assistenten am Tisch, handeln. So kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Bildaufbereitung ansteuern, bei der dem Assistenten die Position seines Instruments eingeblendet wird, insbesondere wenn das Instrument in der aktuell vom Operateur gewünschten Bilddarstellung nicht zu sehen ist. Es kann auch eine verdeckte Richtung dargestellt werden, die nicht im Bild zu sehen ist. Schließlich kann der Assistent darin unterstützt werden, ein Instrument mit der Kamera am Trokaraustritt einzufangen oder abzuholen und ein Zurückführen des Instruments zur Zielstruktur begleiten.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, automatisiert Berichte zu erstellen und/der eine Workflow-Analyse durchzuführen
-
Hierbei werden die Bewegungsdaten bei der automatischen Unterteilung des Eingriffes in unterschiedliche Phasen verwendet. Dies kann einerseits nach Abschluss einer Operation (Post-OP) verfolgen. So kann insbesondere ein automatisierter Operations-Bericht erstellt werden und/oder durch ein Zusammenfügen („stitching“) von mehreren Bildern dokumentiert werden, dass der ganze Situs inspiziert wurde. Andererseits kann auch während der Operation (Intra-OP) eine Optimierung von Workflows vorgenommen, wie z.B. die Bestimmung der Zeit für die Bestellung des nächsten Patienten. Es können Operationsverzögerungen im Vergleich zu Durchschnittswerten des Krankenhauses ermittelt werden und basierend auf einer solchen Ermittlung eine evtl. automatisierte Anpassung des Operationsplans vorgenommen werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Datenverarbeitungseinrichtung dafür ausgebildet, eine gewünschte Pose des Operationsinstruments anzusteuern.
-
So kann ein Wechsel oder eine Abstimmung an der Konsole und/oder am Operationstisch erleichtert werden. Insbesondere kann dabei eine Instrumentenposition bei einem Wechsel von einer handgehaltenen Führung auf eine robotische Führung wieder angesteuert werden. In ähnlicher Weise kann auch eine Kameraposition wieder eingenommen werden.