DE10352197A1

DE10352197A1 - Operations-Assistenz-System

Info

Publication number: DE10352197A1
Application number: DE10352197A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Michael Knapp; Robert Geiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-11-05
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2023-11-06
Also published as: DE10352197B4

Abstract

Bei einem Operations-Assistenz-System für eine medizinische minimal invasive Intervention mit einer eine Instrumentenhalterung bildenden Kinematik, mit der die Instrumentenhalterung oder ein dort vorgesehenes Instrument in mehreren Achsen motorisch und gesteuert bewegbar ist, sind die Kinematik bzw. deren Elemente zumindest in einem Teilbereich aus einem für das Medium einer bildgebenden oder die Position und/oder Orientierung bestimmenden Einheit neutralen Werkstoff hergestellt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Operations-Assistenz-System für minimal invasive Intervention.

Operations-Assistenz-Systeme oder -Roboter sind grundsätzlich bekannt, und zwar zur Verwendung bei medizinischen Operationen z.B. zur Führung von Hilfsinstrumenten, wie z.B. Kameras, mit denen der Operationsbereich bildmäßig erfasst wird.

Bekannt sind insbesondere auch minimal invasive Operationen, bei denen ein Instrument, beispielsweise chirurgisches Instrument oder ein optisches oder bildgebendes Instrument, beispielsweise Endoskop, über eine kleinformatige Operations-Öffnung in den inneren Raum eines Patientenkörpers eingeführt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Operations-Assistenz-System für eine minimal invasive Intervention aufzuzeigen, welches es insbesondere ermöglicht, unter anderem während dieser Intervention bildgebende Untersuchungen und/oder Überwachungen eines Bereichs innerhalb des von außen für eine optische Betrachtung nicht zugänglichen Operationsraumes ungestört durchzuführen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Operations-Assistenz-System oder -Roboter entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

"Bildgebende oder -erzeugende Medien" sind entsprechend der Erfindung beispielsweise Röntgenstrahlung, Magnetfelder oder elektromagnetische Wellen von auf diesen Medien basierenden, im medizinischen Bereich verwendeten bildgebenden Verfahren oder Systemen, wie z.B. Röntgengeräte, auf Röntgenstrahlung, Kernspin oder Magnetoresonanz basierende Computer-Tomographie-Systeme oder -Einrichtungen, elektromagnetische Positions-Bestimmungs-Einrichtungen oder -Systeme usw..

Ein "neutraler Werkstoff" im Sinne der Erfindung ist ein Werkstoff, welcher für diese bildgebenden oder -erzeugenden Medien neutral oder annähernd neutral ist, d.h. insbesondere für das betreffende Medium durchlässig ist und keine oder zumindest keine wesentliche Reaktion mit dem bildgebenden oder -erzeugenden Medium zeigt. Neutrale Werkstoffe in diesem Sinne sind unter anderem Materialien, die weder ferromagnetisch, noch diamagnetisch und auch nicht elektrisch leitend sind bzw. eine nur geringe elektrische Leitfähigkeit und bevorzugt auch nur geringe dielektrische Verluste aufweisen.

Als neutrale Werkstoffe eignen sich beispielsweise Kunststoffe, aber auch anorganische Werkstoffe, wie z.B. Keramik, eventuell auch Legierungen weicher Metalle, z.B. Aluminiumlegierungen.

Wird das erfindungsgemäße Operations-Assistenz-System an einer Operationsliege verwendet, so sind bevorzugt zumindest solche Elemente des Systems, und zwar einschließlich der Antriebe, Gelenke usw., aus einem oder aus mehreren neutralen Werkstoffen gefertigt, die (Elemente) sich oberhalb der Operationstischebene befinden.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung einen Operationstisch mit einem C-Bogen mit bildgebender Einrichtung und mit einem Operations-Assistenz-System bzw. -Roboter für minimal invasive Intervention;
2 ein Geber-Nehmer-System zur Verwendung bei dem Operations-Assistenz-System der 1.
Der in der Figur allgemein mit 1 bezeichnete Operationstisch besteht in bekannter Weise aus einem Fußteil 2, einer Hubsäule 3 und dem eigentlichen Tischelement 4, welches die Auflage für den Patienten 5 während einer Operation bzw. minimal invasiven Intervention bildet.
Mit dem Operationstisch 2 verbunden ist bei der dargestellten Ausführungsform ein in der Figur allgemein mit 6 bezeichnetes Operations-Assistenz- oder Robotersystem, welches bei der dargestellten Ausführungsform aus einer Kinematik besteht, die eine Tragsäule 7 und mehrere Arme 8, 9 und 10 aufweist, von denen der Arm 10 an seinem freien Ende eine Werkzeugaufnahme 11 bildet, an der ein Werkzeug 12, welches bei der dargestellten Ausführungsform als Endoskop mit Kamera 13 ist, um mehrere Achsen motorisch beweglich gehalten ist. Das Werkzeug 12 ist für die Operation (minimal invasive Intervention) mit seiner Instrumentenspitze 12.1 (beispielsweise Optik des Endoskops) durch eine Operationsöffnung in den Operationsbereich im Körper des Patienten 5 eingeführt und kann mit entsprechenden Antrieben des Operations-Assistenz-Systems durch den Operateur gesteuert bewegt werden, und zwar über eine Steuer- oder Betätigungseinrichtung 14 (z.B. Fußschalteranordnung) und eine Steuerelektronik 15.
Am Operationstisch 1 befindet sich weiterhin ein sogenannter C-Bogen 16, an welchem eine bildgebende Einrichtung 17, beispielsweise die Strahlungsquelle einer bildgebenden Einrichtung auf Röntgenbasis vorgesehen ist, und zwar für eine bildgebende Untersuchung und/oder Überwachung des Operationsbereichs des Patienten.
Als bildgebende Einrichtungen bzw. Methoden kommen aber außer solchen auf Röntgenbasis auch andere bildgebende Verfahren oder Systeme in Frage, wie beispielsweise Kernspin, Magnetresonanz usw.. Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur genauen Bestimmung und/oder Überprüfung der Position des Instrumentenkopfes 12.1 eine elektromagnetische Positionsbestimmungseinrichtung 18 vorzusehen.
Damit eine ungestörte bildgebende Untersuchung bei allen üblicherweise verwendeten Verfahren und Systeme möglich ist, bestehen sämtliche Funktionselemente des Operations-Assistenz-Systems 6 zumindest oberhalb der Ebene des Tischelementes 6, insbesondere sämtliche Arme 8–10, Gelenke sowie Antriebselemente aus einem für die verwendeten bildgebenden Verfahren oder Systeme bzw. deren Medien neutralen Material, d. h. insbesondere nicht aus einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff und auch nicht aus einem ferro- oder diamagnetischem Material.
Geeignete Werkstoffe sind beispielsweise isolierende und zugleich auch magnetisch neutrale Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoff mit ausreichender Festigkeit, z.B. PA (Polyamid), POM oder PE (Polyethylen). Bedingt geeignet sind auch Aluminiumlegierungen.
Ungeeignet für die Funktionselemente des Operations- und Assistenz-Systems zumindest oberhalb der Ebene des Tischelementes 4 sind auf jeden Fall alle magnetischen und/oder metallische Werkstoffe, wie Stähle, insbesondere auch rostfreie Stähle, Werkstoffe mit hoher Dichte.
Als Antriebs- bzw. Stellglieder eignen sich bei der Erfindung beispielsweise Stellzylinder, z.B. hydraulische Stellzylinder, wie dies in der Figur mit 19 angedeutet ist. Diese Stellglieder bestehen dann ebenfalls aus einem für das bildgebende Medium neutralen Material.
Der Instrumentenkopf 12.1 ist beispielsweise so ausgebildet, dass er von dem bildgebenden System erfasst wird, so dass über das bildgebende System die Lage des Instrumentenkopfes ebenfalls angezeigt wird.
Die 2 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Geber-Nehmer-System 20 zur Verwendung bei dem Operations-Assistenz-System b der 1. Das Geber-Nehmer-System besteht aus einem Geberelement, welches bei der dargestellten Ausführungsform ein hydraulischer Geberzylinder 21 ist, sowie aus dem hydraulischen Stellzylinder 19. Der Kolben des Geberzylinders 21 ist über einen Antrieb, beispielsweise über einen Antrieb 22 stufenlos oder aber in kleinen Stufen bewegbar. Der Antrieb 22 ist beispielsweise ein elektromotorischer Zahnstangen- oder Gewindespindelantrieb. Auch andere Antriebe sind denkbar. Der Geberzylinder 21 bzw. dessen Arbeitsräume sind über Hydraulik-Leitungen 23 mit den Zylinder- oder Arbeitsräumen des Stellzylinders 19 verbunden, so dass eine starre Kopplung zwischen dem Geberzylinder 21 und dem Stellzylinder 19 besteht und somit jede Stellung des Geberzylinders 21 mit hoher Genauigkeit und reproduzierbar einer bestimmten Stellung des Stellzylinders 19 entspricht.
An dem Geberzylinder 21 ist wenigstens ein Sensor 24 vorgesehen, der die Position und/oder Stellung des Geberzylinders 21 erfasst und zumindest ein entsprechendes Signal als Istwert an einen Steuer- und Regelkreis, beispielsweise an die Steuerelektronik 15 liefert, die dann diesen Istwert mit einem Sollwert vergleicht und über den Antrieb 22 eine Regelung des Geberzylinders 21 bewirkt. Der wenigstens eine, den Istwert liefernde Sensor 24 besitzt bei der dargestellten Ausführungsform eine Wicklung 24.1 gebildet, die unmittelbar auf den Zylinderkörper des Geberzylinders 21 aufgebracht ist und mit der die jeweilige Position des Geberzylinder-Kolbens sowie die jeweilige Änderung dieser Position induktiv und/oder kapazitiv erfasst wird.
Ein entscheidender Vorteil des in der 2 dargestellten Geber-Nehmer-Systems 20 besteht u.a. darin, dass der Stellzylinder 19 vollständig aus einem oder aus mehreren neutralen Werkstoffen gefertigt werden kann und somit die Anordnung des Stellzylinders innerhalb der Kinematik des Operations-Assistenz-Systems 6 unkritisch ist, der Stellzylinder 19 somit auch im Einflußbereich der bildgebenden Systeme, d.h. oberhalb der Ebene des Tischelementes 4, also an beliebiger und vor allem auch für die Ausbildung der Kinematik optimaler Position angeordnet werden kann, wobei dennoch mittels des Sensors 24 die Stellung des Stellzylinders 19 exakt, zwar nicht unmittelbar, aber mittelbar erfaßbar ist.
Der Geberzylinder 21 mit dem wenigstens einen Sensor 24, der in keinem Fall vollständig aus einem neutralen Werkstoff gefertigt werden könnte, ist außerhalb des für die bildgebenden oder -erzeugenden Medien kritischen Raumes angeordnet, beispielsweise unterhalb der Ebene des Tischelementes 4 und/oder seitlich von dem mit dem bildgebenden System zu erfassenden Operationsbereich. Hierdurch ist es insbesondere auch möglich, den Geberzylinder 21 oder ein anderes Geberelement, die zugehörigen Sensoren 24 und die Antriebe 22 in konventioneller Weise auszuführen.
In ihrer tatsächlichen Ausführung weist die Kinematik des Operations-Assistenz-Systems 6, die bei der dargestellten Ausführungsform von der Tragsäule 7 und den Armen 8–10 gebildet ist, mehrere Stellzylinder 19 auf. Müssen diese unabhängig voneinander überwacht und gesteuert werden, so ist beispielsweise für jeden Stellzylinder 19 ein eigener Geberzylinder 21 vorhanden. Anstelle des Geberzylinders 21 können auch andere Geberelemente verwendet sein, beispielsweise als Hydraulik-Pumpe ausgeführte Geberelemente.
Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

1: Operationstisch
2: Fußteil
3: Hubsäule
4: Tischelement
5: Patient
6: Operations-Assistenz-System
7: Tragsäule
8–10: Arm
11: Instrumentenhalter
12: Instrument
12.1: Optik
13: Kamera
14: Betätigungselement, beispielsweise Fußschalteranordnung
15: Steuerelektronik
16: C-Bogen
17: Element oder Strahlungsquelle für bildgebende Einrichtung
18: elektromagnetische Positionserfassungseinrichtung, Stellglied
19: Stellzylinder
20: Geber-Nehmer-System
21: Geberzylinder
22: Antrieb für Geberzylinder
23: hydraulische Verbindung
24: Sensor

Claims

Operations-Assistenz-System für eine medizinische minimal invasive Intervention, mit einer eine Instrumentenhalterung (11) bildende Kinematik (7, 8, 9, 10), mit der die Instrumentenhalterung oder ein dort vorgesehenes Instrument (12) in mehreren Achsen motorisch und gesteuert bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik bzw. deren Elemente (7, 8, 9, 10, 19) zumindest in einem Teilbereich aus einem für das Medium einer bildgebenden oder die Position und/oder Orientierung bestimmenden Einheit neutralen Werkstoff besteht.
Seitensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kinematik bzw. deren Elemente (7, 8, 9, 10, 19) zumindest in einem oberhalb der Ebene einer Patientenauflage (4) gebildeten Teil aus dem neutralen Werkstoff besteht.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein an dem Werkzeughalter (11) vorgesehenes Werkzeug (12) zumindest in Teilbereichen aus dem neutralen Werkstoff besteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (12) in einem Teilbereich, beispielsweise an seiner Werkzeugspitze (12.1) aus einem von dem bildgebenden System und/oder dem Positionier-System erfassbaren Werkstoff besteht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neutrale Werkstoff ein gegenüber Röntgenstrahlen neutraler oder annähernd neutraler Werkstoff ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neutrale Werkstoff ein elektrisch isolierender Werkstoff oder ein Werkstoff mit einer sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neutrale Werkstoff ein magnetisch neutraler oder annähernd neutraler Werkstoff ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neutrale Werkstoff ein Kunststoff ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der neutrale Werkstoff ein Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein zumindest aus einem neutralen Werkstoff hergestelltes hydraulisches Nehmerelement, beispielsweise Hydraulikzylinder (19), welchem ein Geberelement (21) zugeordnet ist, welches außerhalb desjenigen Raumes positioniert ist, der von dem Medium der bildgebenden und/oder die Position und/oder Orientierung bestimmenden Einheit positioniert bzw. positionierbar ist.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (21) und das Nehmerelement (19) über eine hydraulische Verbindung (23) starr miteinander gekoppelt sind.
System nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Geberelement (21) wenigstens ein den Status und/oder eine Änderung des Status registrierender Sensor (24) vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Nehmerelementen (19) jedem Nehmerelement oder einer Gruppe von Nehmerelementen (19) jeweils ein eigenes Geberelement (21) zugeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nehmerelement (19) und/oder das Geberelement (21) jeweils von einem Zylinder gebildet sind.