DE112020001408T5

DE112020001408T5 - Systeme und verfahren zur wahrung der sterilität einer komponente mittels eines beweglichen, sterilen volumens

Info

Publication number: DE112020001408T5
Application number: DE112020001408.8T
Authority: DE
Inventors: Daniel H. Gomez; Ryan C. Abbott; John Ryan Steger
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-12-02
Also published as: CN113784683A; US20220160448A1; WO2020198027A1

Abstract

Ein System umfasst eine Manipulatoranordnung und eine Ummantelung, die ein steriles Volumen definiert. Die Manipulatoranordnung umfasst ein steriles Verbindungsglied oder ein unsteriles Verbindungsglied, das von einer externen sterilen Abdeckung bedeckt ist, und das Verbindungsglied wird im sterilen Volumen der Ummantelung aufgenommen und aus diesem herausgezogen. Die Außenseite der Ummantelung kann unsteril sein, während die Ummantelung ihr steriles Innenvolumen beibehält, so dass das Verbindungsglied oder die externe sterile Abdeckung steril bleibt, während es/sie sich im sterilen Volumen der Ummantelung bewegt. Die Ummantelung kann sich dann in einen unsterilen Bereich in einer chirurgischen Umgebung erstrecken, und das Verbindungsglied oder die externe sterile Abdeckung bleibt steril, wenn das Verbindungsglied vom unsterilen Bereich in einen sterilen Bereich für den chirurgischen Eingriff bewegt wird. Die Ummantelung kann beweglich sein, sie kann die Manipulatoranordnung mechanisch tragen und sie kann mit einem Operationstisch oder einer Einheit separat vom Operationstisch verbunden sein.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der am 22. März 2019 eingereichten provisorischen US-Anmeldung Nr. 62/822,350 , die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit eingeschlossen ist.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine sterile Ummantelung eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems.
HINTERGRUND
Computergestützte Geräte beinhalten oft einen oder mehrere bewegliche Manipulatoren, die zur Manipulation von Instrumenten zur Durchführung einer Aufgabe an einem Arbeitsplatz bedient werden können. Die computergestützten Geräte können wenigstens einen beweglichen Manipulator zum Tragen eines medizinischen Instruments beinhalten, z.B. eines Bildaufnahmegeräts, das Bilder von dem Arbeitsplatz aufnimmt, oder eines chirurgischen Instruments, das zum Manipulieren oder Behandeln von Gewebe an dem chirurgischen Arbeitsplatz verwendet werden kann. Ein beweglicher Manipulator kann miteinander verbundene Verbindungsglieder beinhalten, die durch ein oder mehrere aktiv gesteuerte Gelenke miteinander gekoppelt sind. Der Manipulator kann ein oder mehrere passive Gelenke beinhalten, die nicht aktiv gesteuert werden und der Bewegung eines aktiv gesteuerten Gelenks entsprechen. Die aktiven und passiven Gelenke können arretiert werden, um den beweglichen Manipulator festzuhalten.
Zu computergestützten Geräten können Industrie- und Freizeitsysteme sowie medizinische Robotersysteme gehören, die in Verfahren für Diagnose, Kosmetik, Therapie, nicht-chirurgische Behandlung, chirurgische Behandlung usw. zum Einsatz kommen. Ein spezifisches Beispiel für computergestützte Geräte sind minimalinvasive, computergestützte, ferngesteuerte chirurgische Systeme („telechirurgische Systeme“), die es einem Chirurgen ermöglichen, einen Patienten bettseitig oder von einem entfernten Ort aus zu operieren. Telechirurgie ist ein allgemeiner Begriff für chirurgische Systeme, bei denen der Chirurg, anstatt alle Teile der Instrumente direkt von Hand zu halten und zu bewegen, eine Form von indirekter Steuerung oder Fernsteuerung nutzt, z.B. einen Servomechanismus oder ähnliches, um die Bewegungen der chirurgischen Instrumente mit zumindest teilweiser Computerunterstützung zu manipulieren. Die chirurgischen Instrumente für solche chirurgischen Systeme werden durch minimalinvasive chirurgische oder natürliche Öffnungen eingeführt, um Gewebe an Stellen innerhalb des Patienten zu behandeln, wodurch das Trauma, das im Allgemeinen mit dem Zugang zu einer Stelle eines chirurgischen Eingriffs durch offene chirurgische Techniken assoziiert ist, oft verringert wird.
Während eines chirurgischen Eingriffs kann eine chirurgische Umgebung, z.B. ein Operationssaal, sowohl einen sterilen Bereich als auch einen unsterilen Bereich aufweisen. Wenn ein steriles Objekt aus dem sterilen Bereich in den unsterilen Bereich gelangt, gilt das Objekt als unsteril, da die Gefahr einer Kontamination besteht, wenn das Objekt wieder in den sterilen Bereich gebracht wird. Daher wäre es vorteilhaft, die Sterilität eines sterilen Objekts, das von einem sterilen Bereich in einen unsterilen Bereich und dann zurück in den sterilen Bereich gebracht wird, zu bewahren. Genauer gesagt wäre es von Vorteil, die Sterilität eines Geräts oder einer Gerätekomponente eines Telechirurgiesystems zu bewahren, wenn es/sie aus einem sterilen chirurgischen Bereich, der für einen operierten Patienten definiert wird, herausgelangt und dann wieder in den sterilen chirurgischen Bereich zurückkommt, damit es den sterilen Bereich nicht kontaminiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind in den Ansprüchen zusammengefasst, die der Beschreibung folgen.
In Übereinstimmung mit einigen Ausgestaltungen sieht die vorliegende Offenbarung zur Wahrung der Sterilität im Zusammenhang mit einem telechirurgischen System, das sich neben einem Operationstisch befindet, daran angebracht oder ein integraler Bestandteil davon ist, eine lokale Erweiterung des typischen sterilen Bereichs im Operationssaal in einen Teil des unsterilen Bereichs innerhalb der geschützten Grenzen einer sterilen Ummantelung vor, die dem telechirurgischen System hinzugefügt wird, um den Teil des telechirurgischen Systems aufzunehmen, der sich in den sterilen Bereich hinein- und aus diesem herausbewegt.
In Übereinstimmung mit einigen Ausgestaltungen wird ein System bereitgestellt. Das System beinhaltet eine Ummantelung, die ein steriles Volumen definiert. Das System beinhaltet ferner eine Manipulatoranordnung mit einem sterilen Verbindungsglied, das gleitend in dem sterilen Volumen aufgenommen ist. Das Verbindungsglied weist eine sterile Außenfläche auf oder ist mit einer äußeren sterilen Abdeckung bedeckt, die zumindest teilweise zwischen der Ummantelung und dem Verbindungsglied angeordnet ist.
In Übereinstimmung mit anderen Ausgestaltungen beinhaltet ein Verfahren das Ausfahren eines Verbindungsglieds einer Manipulatoranordnung aus einem durch eine Ummantelung definierten sterilen Volumen in einen sterilen Bereich, wobei die Ummantelung zumindest teilweise innerhalb eines unsterilen Bereichs einer chirurgischen Umgebung liegt. Das Verbindungsglied weist eine sterile Außenfläche auf oder ist von eine externen sterilen Abdeckung bedeckt, die zumindest teilweise zwischen der Ummantelung und dem Verbindungsglied angeordnet ist. Andere Ausgestaltungen beinhalten entsprechende Computersysteme, - vorrichtungen und -programme, die auf einem oder mehreren Computerspeichergeräten aufgezeichnet und jeweils so konfiguriert sind, dass sie die Aktionen der Verfahren ausführen.
Es ist zu verstehen, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende ausführliche Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und dazu dienen, ein Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu vermitteln, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken. In dieser Hinsicht werden einer Fachperson zusätzliche Aspekte, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Offenbarung aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich sein.
Figurenliste

1A ist ein vereinfachtes Schaubild eines computergestützten, ferngesteuerten Systems gemäß einigen Ausgestaltungen.
1B ist ein vereinfachtes Schaubild einer ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnung, die gemäß einigen Ausgestaltungen auf einer Trägerbasis montiert ist.
1C ist ein vereinfachtes Schaubild einer ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnung, die gemäß einigen Ausgestaltungen auf einer Trägerbasis montiert ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Patientenkoordinatenraumes mit einer ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnung, die gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
3A ist eine perspektivische Ansicht einer ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnung in einer eingefahrenen Position, die gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
3B ist eine perspektivische Ansicht einer ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnung in einer ausgefahrenen Position, die gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
4A ist eine Querschnittsansicht, entlang Schnittlinie 4A-4A in 3A, eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems in einer eingefahrenen Position, das gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
4B ist eine Querschnittsansicht, entlang Schnittlinie 4B-4B in 3B, eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems in einer ausgefahrenen Position, das gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
5 ist eine Querschnittsansicht eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems in einer ausgefahrenen Position gemäß einigen Ausgestaltungen.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems, mit einem kinematischen Arm gekoppelt ist, der gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs montiert ist.
7A ist eine perspektivische Ansicht eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems, das mit einem kinematischen Arm gekoppelt ist, der gemäß einigen Ausgestaltungen an einem beweglichen Manipulatorsystem montiert ist.
7B ist eine perspektivische Ansicht eines ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems, das mit einem kinematischen Arm gekoppelt ist, der gemäß einigen Ausgestaltungen an einem beweglichen Manipulatorsystem montiert ist.
8 zeigt ein Verfahren zum Ausfahren eines sterilen Verbindungsglieds aus einem unsterilen Bereich in einen sterilen Bereich gemäß einigen Ausgestaltungen.

Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung und ihre Vorzüge lassen sich am besten anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung verstehen. Es ist zu beachten, dass gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche Elemente zu kennzeichnen, die in einer oder mehreren der Figuren zum Zweck der Veranschaulichung, aber nicht zur Einschränkung von Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung werden einige Ausgestaltungen, die mit der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, im Detail beschrieben. Es werden zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein umfassendes Verständnis der Ausgestaltungen zu vermitteln. Der Fachperson wird jedoch klar sein, dass einige Ausgestaltungen ohne einige oder alle dieser spezifischen Details ausgeführt werden können. Die hierin offenbarten spezifischen Ausgestaltungen sollen veranschaulichen, aber nicht einschränken. Die Fachperson wird andere Elemente erkennen, die zwar nicht speziell beschrieben sind, aber in Wesen und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, können außerdem ein oder mehrere Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausgestaltung gezeigt und beschrieben werden, in andere Ausgestaltungen integriert werden, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben wird oder wenn die ein oder mehreren Merkmale eine Ausgestaltung funktionsunfähig machen würden. In einigen Fällen wurden bekannte Methoden, Verfahren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um Aspekte der Ausgestaltungen nicht unnötig zu verdunkeln.
Darüber hinaus sollen spezifische Begriffe, die zur Beschreibung von einer oder mehreren Ausgestaltungen und optionalen Elementen oder Merkmalen ausgewählt werden, die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. So können beispielsweise räumlich relative Begriffe - wie „unterhalb“, „unter“, „untere“, „über“, „obere“, „proximal“, „distal“ und dergleichen - verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal wie in den Figuren dargestellt zu beschreiben. Diese räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Positionen (d.h. translatorische Platzierungen) und Orientierungen (d.h. rotatorische Platzierungen) eines Geräts im Gebrauch oder Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Position und Orientierung einschließen. Wenn ein Gerät in den Figuren zum Beispiel umgedreht wird, würden Elemente, die als „unter“ oder „unterhalb“ (von) anderen Elemente oder Merkmale beschrieben werden, dann „oberhalb“ der oder „über“ den anderen Elemente(n) oder Merkmale(n) liegen. Somit kann der beispielhafte Begriff „unter“ sowohl Positionen als auch Orientierungen von über und unter einschließen. Ein Gerät kann auch anders orientiert sein (z.B. um 90 Grad gedreht oder andere Orientierungen), und die hier verwendeten räumlich relativen Deskriptoren entsprechend interpretiert werden. Ebenso beinhalten Beschreibungen von Bewegung entlang (Translation) und um (Rotation) verschiedene Achsen verschiedene spezielle Gerätepositionen und -orientierungen. Die Kombination aus Position und Orientierung eines Körpers definiert die Lage des Körpers.
Ebenso sollen geometrische Begriffe wie „parallel“ und „lotrecht“ keine absolute mathematische Präzision verlangen, es sei denn, aus dem Kontext geht etwas anderes hervor. Stattdessen berücksichtigen solche geometrischen Begriffe fertigungsbedingte Abweichungen oder äquivalente Funktionen.
Darüber hinaus sollen die Singularformen „ein/eine/einer/eines“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen einschließen, sofern der Kontext nichts anderes angibt. Und die Wörter „umfasst“, „umfassend“, „beinhaltet“, „hat“ und dergleichen spezifizieren das Vorhandensein angegebener Merkmale, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Komponenten, schließen aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von ein oder mehreren anderen Merkmalen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen nicht aus. Komponenten, die als gekoppelt beschrieben werden, können elektrisch oder mechanisch direkt gekoppelt oder über eine oder mehrere Zwischenkomponenten indirekt gekoppelt sein. Das Hilfsverb „kann“ impliziert ebenfalls, dass ein(e) Merkmal, Schritt, Vorgang, Element oder Komponente optional ist.
Elemente, die unter Bezugnahme auf eine Ausgestaltung, Implementation oder Anwendung ausführlich beschrieben sind, können, wann immer dies praktisch ist, optional in anderen Ausgestaltungen, Implementationen oder Anwendungen enthalten sein, in denen sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Wenn zum Beispiel ein Element in Bezug auf eine Ausgestaltung ausführlich beschrieben wird und in Bezug auf eine zweite Ausgestaltung nicht beschrieben wird, kann das Element dennoch als in der zweiten Ausgestaltung enthalten beansprucht werden. Um unnötige Wiederholungen in der folgenden Beschreibung zu vermeiden, können somit ein oder mehrere Elemente, die im Zusammenhang mit einer Ausgestaltung, Implementation oder Anwendung gezeigt und beschrieben werden, in anderen Ausgestaltungen, Implementationen oder Aspekten aufgenommen werden, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben wird, sofern nicht die ein oder mehreren Elemente eine Ausgestaltung oder Implementation funktionsunfähig machen würden oder sofern nicht zwei oder mehr der Elemente widersprüchliche Funktionen aufweisen.
Ein Computer ist eine Maschine, die programmierten Anweisungen folgt, um mathematische oder logische Funktionen an Eingabedaten auszuführen und verarbeitete Ausgabedaten zu erzeugen. Ein Computer beinhaltet eine Logikeinheit, die die mathematischen oder logischen Funktionen ausführt, und einen Speicher, der die programmierten Anweisungen, die Eingabedaten und die Ausgabedaten speichert. Der Begriff „Computer“ und ähnliche Begriffe wie „Prozessor“, „Controller“ oder „Steuersystem“ sind analog zu verstehen.
Obwohl sich einige der hierin beschriebenen Beispiele auf chirurgische Eingriffe oder Instrumente oder medizinische Eingriffe und medizinische Instrumente beziehen, können die offenbarten Techniken optional auch für nicht medizinische Prozeduren und nicht medizinische Instrumente angewendet werden. Zum Beispiel können die hierin beschriebenen Instrumente, Systeme und Verfahren für nicht medizinische Zwecke einschließlich industrieller Anwendungen, allgemeiner Roboteranwendungen und der Erfassung oder Manipulation von Nicht-Gewebe-Werkstücken verwendet werden. Andere Anwendungsbeispiele sind kosmetische Verbesserungen, die Abbildung menschlicher oder tierischer Anatomie, das Sammeln von Daten aus der menschlichen oder tierischen Anatomie und die Schulung von medizinischem oder nichtmedizinischem Personal. Weitere Anwendungsbeispiele sind die Verwendung in Eingriffen an Gewebe, das menschlicher oder tierischer Anatomie entnommen wurde (ohne Rückführung in eine menschliche oder tierische Anatomie), sowie die Durchführung von Prozeduren an menschlichen Leichen oder tierischen Kadavern. Ferner können diese Techniken auch für chirurgische und nicht-chirurgische medizinische Behandlungs- oder Diagnoseprozeduren angewendet werden.
Obwohl einige der in der vorliegenden Offenbarung präsentierten Beispiele ferngesteuerte Robotersysteme oder fernbedienbare Systeme betreffen, sind die offenbarten Techniken auch auf computergestützte Systeme anwendbar, die, ganz oder teilweise, direkt und manuell von Bedienern bewegt werden.
1A ist ein vereinfachtes Schaubild eines computergestützten, ferngesteuerten Systems 100 gemäß einigen Ausgestaltungen. In einigen Ausgestaltungen kann das System 100 für den Einsatz in therapeutischen und diagnostischen Prozeduren geeignet sein. Auch wenn hierin einige Ausgestaltungen in Bezug auf solche Prozeduren bereitgestellt werden, ist jede Bezugnahme auf medizinische oder chirurgische Instrumente und medizinische oder chirurgische Verfahren nicht einschränkend. Die hierin beschriebenen Systeme, Instrumente und Verfahren können für Tiere, menschliche Leichen, Tierkadaver, Teile der menschlichen oder tierischen Anatomie, nicht-chirurgische Diagnose sowie für industrielle Systeme und allgemeine robotische, allgemeine ferngesteuerte oder robotische medizinische Systeme verwendet werden.
Wie in 1A gezeigt, beinhaltet das System 100 im Allgemeinen mehrere Manipulatoranordnungen 102. Obwohl in der Ausgestaltung von 1A drei Manipulatoranordnungen 102 dargestellt sind, können in anderen Ausgestaltungen mehr oder weniger Manipulatoranordnungen verwendet werden. Die genaue Anzahl der Manipulatoranordnungen hängt unter anderem von dem medizinischen Eingriff und den Platzverhältnissen im Operationssaal ab.
Die Manipulatoranordnung 102 wird zum Bedienen eines medizinischen Instruments 104 (z.B. ein chirurgisches Instrument oder ein Bildaufnahmegerät) bei der Durchführung verschiedener Prozeduren an einem Patienten P verwendet. Die Manipulatoranordnung 102 kann ferngesteuert, nicht ferngesteuert oder eine hybride ferngesteuerte und nicht ferngesteuerte Anordnung mit ausgewählten Bewegungsfreiheitsgraden, die motorisiert und/oder ferngesteuert sein können, und ausgewählten Bewegungsfreiheitsgraden sein, die nicht motorisiert und/oder nicht ferngesteuert sein können. In einigen Ausgestaltungen kann die Manipulatoranordnung 102 nahe oder neben einem Operations- oder chirurgischen Tisch T montiert sein, oder die Manipulatoranordnung 102 kann direkt am Tisch T oder an einer mit dem Tisch T gekoppelten Schiene montiert oder ein integraler Bestandteil der Tischstruktur sein. In einigen Ausgestaltungen kann die Manipulatoranordnung 102 an einem beweglichen Wagen (z.B. einem patientenseitigen Wagen) montiert sein, wie in den nachfolgenden 7A-7B ausführlicher beschrieben. Der bewegliche Wagen kann vom Tisch T im Operationssaal getrennt und beabstandet und unabhängig relativ zum Tisch T beweglich sein. In einigen Ausgestaltungen kann der bewegliche Wagen an den Tisch T angedockt oder daran angebracht sein. Die Manipulatoranordnung 102 kann an einer Decke, einem Boden und/oder einer Wand des Operationssaals montiert werden. In Ausgestaltungen, in denen mehrere Manipulatoranordnungen 102 verwendet werden, können eine oder mehrere der Manipulatoranordnungen 102 chirurgische Instrumente tragen, und eine andere der Manipulatoranordnungen kann ein Bildaufnahmegerät, wie ein monoskopisches oder stereoskopisches Endoskop, tragen. In solchen Ausgestaltungen können eine oder mehrere der Manipulatoranordnungen 102 an einer beliebigen Struktur oder auf eine beliebige Art und Weise, wie oben beschrieben, montiert werden. Beispielsweise kann eine Manipulatoranordnung 102 am Tisch T und eine andere Manipulatoranordnung 102 an einer Manipulatorplattform montiert werden.
Ein Benutzersteuersystem 106 ermöglicht es einem Bediener (z.B. einem Chirurgen oder anderen Kliniker, wie in 1A gezeigt), die Interventionsstelle zu sehen und die Manipulatoranordnung 102 zu steuern. In einigen Beispielen handelt es sich bei dem Benutzersteuersystem 106 um eine Chirurgenkonsole, die sich in der Regel im selben Raum wie der Operations- oder chirurgische Tisch T befindet, z.B. an der Seite eines Tischs, auf dem sich der Patient P befindet. Es ist jedoch zu verstehen, dass sich der Bediener O in einem anderen Raum oder in einem völlig anderen Gebäude als der Patient P befinden kann. Das heißt, ein oder mehrere Benutzersteuersysteme 106 können zusammen mit den Manipulatoranordnungen 102 angeordnet sein, oder die Benutzersteuersysteme können sich an getrennten Orten befinden. Mehrere Benutzersteuersysteme ermöglichen es mehr als einem Bediener, eine oder mehrere ferngesteuerte Manipulatoranordnungen in verschiedenen Kombinationen zu steuern.
Das Benutzersteuersystem 106 beinhaltet im Allgemeinen ein oder mehrere Eingabegeräte zur Steuerung der Manipulatoranordnung 102. Die Eingabegeräte können eine beliebige Anzahl einer Vielfalt von Geräten beinhalten, wie z.B. Joysticks, Trackballs, Datenhandschuhe, Triggerpistolen, handbetriebene Controller, Spracherkennungsgeräte, Körperbewegungs- oder Anwesenheitssensoren und/oder dergleichen. Um dem Bediener O ein gutes Gefühl für ein direktes Steuern des medizinischen Instruments 104 zu geben, können die Eingabegeräte mit denselben Freiheitsgraden ausgestattet sein wie das zugehörige medizinische Instrument 104. Auf diese Weise verrmitteln die Eingabegeräte dem Bediener O eine Telepräsenz und den Eindruck, dass die Eingabegeräte mit dem medizinischen Instrument 104 eine Einheit bilden.
Die Manipulatoranordnung 102 trägt das medizinische Instrument 104 und kann eine kinematische Struktur aus einem oder mehreren nicht servogesteuerten Verbindungsgliedern (z.B. ein oder mehrere Verbindungsglieder, die manuell positioniert und arretiert werden können, allgemein als Aufbaustruktur bezeichnet) und/oder einem oder mehreren servogesteuerten Verbindungsgliedern (z.B. ein oder mehrere Verbindungsglieder, die als Reaktion auf Befehle von einem Steuersystem gesteuert werden können) und einem Manipulator beinhalten. Die Manipulatoranordnung 102 kann optional mehrere Aktuatoren oder Motoren beinhalten, die als Reaktion auf Befehle vom Steuersystem (z.B. ein Steuersystem 110) Eingaben am medizinischen Instrument 104 lenken. Die Aktuatoren können optional Antriebssysteme beinhalten, die, wenn sie mit dem medizinischen Instrument 104 gekoppelt sind, das medizinische Instrument 104 in eine natürlich oder chirurgisch geschaffene anatomische Öffnung vorschieben können. Andere Antriebssysteme können das distale Ende des medizinischen Instruments 104 in mehreren Freiheitsgraden bewegen, die drei lineare Bewegungsgrade (z.B. lineare Bewegung entlang der kartesischen Achsen X, Y, Z) und drei Rotationsbewegungsgrade (z.B. Rotation um die kartesischen Achsen X, Y, Z) beinhalten können. Darüber hinaus können die Aktuatoren verwendet werden, um einen gelenkigen Endeffektor des medizinischen Instruments 104 zum Ergreifen von Gewebe in den Backen einer Biopsievorrichtung und/oder dergleichen zu betätigen. Aktuatorpositionssensoren wie Resolver, Encoder, Potentiometer und andere Mechanismen können dem System 100 Sensordaten liefern, die die Rotation und Orientierung der Motorwellen beschreiben. Diese Positionssensordaten können verwendet werden, um die Bewegung der von den Aktuatoren manipulierten Objekte zu bestimmen. Die Manipulatoranordnung 102 kann das von ihr gehaltene Instrument 104 so positionieren, dass ein Drehpunkt an der Eintrittsöffnung des Instruments in den Patienten entsteht. Die Manipulatoranordnung 102 kann dann das von ihr gehaltene Instrument so manipulieren, dass das Instrument um den Drehpunkt gedreht, in die Eintrittsöffnung eingeführt und herausgezogen und um seine Wellenachse gedreht werden kann.
Das System 100 beinhaltet auch ein Anzeigesystem 108 zur Anzeige eines Bildes oder einer Darstellung der Operationsstelle und des medizinischen Instruments 104. Das Anzeigesystem 108 und das Benutzersteuersystem 106 können so orientiert sein, dass der Bediener O das medizinische Instrument 104 und das Benutzersteuersystem 106 mit der Wahrnehmung von Telepräsenz steuern kann. In einigen Beispielen kann das Anzeigesystem 108 Bilder einer Operationsstelle präsentieren, die präoperativ oder intraoperativ anhand von Bilddaten von bildgebenden Verfahren wie Computertomographie (CT), Magnetresonanzbildgebung (MRI), Fluoroskopie, Thermographie, Ultraschall, optische Kohärenztomographie (OCT), Wärmebildgebung, Impedanzbildgebung, Laserbildgebung, Nanoröhren-Röntgenbildgebung und/oder dergleichen aufgezeichnet wurden.
Das System 100 beinhaltet auch ein Steuersystem 110. Das Steuersystem 110 beinhaltet wenigstens einen Speicher und wenigstens einen Computerprozessor (nicht dargestellt), um die Steuerung zwischen dem medizinischen Instrument 104, dem Benutzersteuersystem 106 und dem Anzeigesystem 108 zu bewirken. Das Steuersystem 110 beinhaltet auch programmierte Anweisungen (z.B. ein nichtflüchtiges maschinenlesbares Medium, das die Anweisungen speichert), um einige oder alle der Verfahren durchzuführen, die gemäß hierin offenbarten Aspekten beschrieben sind, einschließlich Anweisungen zur Lieferung von Informationen zum Anzeigesystem 108. Das Steuersystem 110 ist in der vereinfachten schematischen Darstellung von 1A zwar als ein einzelner Block dargestellt, doch kann das System zwei oder mehr Datenverarbeitungsschaltungen beinhalten, wobei ein Teil der Verarbeitung optional auf oder neben der Manipulatoranordnung 102 durchgeführt wird, ein anderer Teil der Verarbeitung beim Benutzersteuersystem 106 durchgeführt wird, und/oder dergleichen. Die Prozessoren des Steuersystems 110 können Anweisungen ausführen, die den hierin offenbarten und weiter unten näher beschriebenen Prozessen entsprechen. Es kann eine Reihe verschiedener zentralisierter oder verteilter Datenverarbeitungsarchitekturen verwendet werden. Ebenso können die programmierten Anweisungen als eine Reihe von separaten Programmen oder Subroutinen ausgeführt werden, oder sie können in eine Reihe anderer Aspekte der hierin beschriebenen medizinischen Robotersysteme integriert werden. In einer Ausgestaltung unterstützt das Steuersystem 110 drahtlose Kommunikationsprotokolle wie Bluetooth, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT und drahtlose Telemetrie.
Die Bewegung einer Manipulatoranordnung 102 kann durch das Steuersystem 110 so gesteuert werden, dass ein Schaft oder ein Zwischenteil von Instrumenten, die an den Manipulatoranordnungen 102 montiert sind, auf sichere Bewegungen durch minimalinvasive chirurgische Zugangsstellen oder andere Öffnungen beschränkt wird. Eine solche Bewegung kann beispielsweise das axiale Einführen eines Schafts durch eine Öffnung, das Drehen des Schafts um seine Achse und eine Schwenkbewegung des Schafts um einen Drehpunkt neben der Zugangsstelle beinhalten. In einigen Fällen wird eine übermäßige laterale Bewegung des Schafts verhindert, die ansonsten das Gewebe neben der Öffnung zerreißen oder die Zugangsstelle ungewollt vergrößern könnte. Eine solche Einschränkung der Bewegung der Manipulatoranordnungen 102 an den Zugangsstellen kann ganz oder teilweise durch mechanische Manipulatorgelenkverbindungen erfolgen, die unzulässige Bewegungen verhindern, oder sie kann ganz oder teilweise durch Datenverarbeitungs- und Steuerungstechniken erreicht werden. In einigen Ausgestaltungen kann das Steuersystem 110 eine Kraft- und/oder Drehmomentrückmeldung vom medizinischen Instrument 104 erhalten. Als Reaktion auf die Rückmeldung kann das Steuersystem 110 Signale zum Benutzersteuersystem 106 übertragen. In einigen Beispielen kann das Steuersystem 110 Signale übertragen, die einen oder mehrere Aktuatoren der Manipulatoranordnung 102 anweisen, das medizinische Instrument 104 zu bewegen.
1B ist ein vereinfachtes Schaubild einer Manipulatoranordnung 126, die gemäß einigen Ausgestaltungen auf einer Trägerbasis 120 montiert ist. In einigen Ausgestaltungen kann die Manipulatoranordnung 126 als Manipulatoranordnung 102 in einem medizinischen Eingriff verwendet werden. Die Manipulatoranordnung 126 kann für computergestützte ferngesteuerte chirurgische Eingriffe oder für Eingriffe verwendet werden, bei denen auch herkömmliche manuell bediente minimalinvasive chirurgische Instrumente zum Einsatz kommen, wie z.B. bei der manuellen Laparoskopie.
Wie dargestellt, beinhaltet ein Patientenkoordinatenraum 150 einen sterilen Bereich 152 (z.B. entsprechend dem sterilen Bereich 206 in 2) und einen unsterilen Bereich 154 (z.B. entsprechend dem unsterilen Bereich 208 in 2). In einigen Ausgestaltungen können der sterile Bereich 152 und der unsterile Bereich als Volumen definiert sein. Die Manipulatoranordnung 126 besteht beispielsweise aus zwei Komponenten 128, 130, die so betrieben werden können, dass sie sich innerhalb des Patientenkoordinatenraums 150 bewegen. In einigen Ausgestaltungen bewegen die Komponenten 128, 130 ein mit einer der Komponenten gekoppeltes Instrument. Wie dargestellt, ist die Komponente 130 ein Beispiel für einen ferngesteuerten Manipulator, und die Komponente 128 ist ein Beispiel für eine kinematische Tragstruktur (z.B. ein serieller kinematischer Arm), die die Komponente 130 trägt. Beide Komponenten 128 und 130 beinhalten optional ein oder mehrere Verrbindungsglieder oder kinematische Paare von Verbindungsgliedern, die manuell positioniert und arretiert werden und/oder Aktuatoren oder Motoren beinhalten können, die als Reaktion auf Befehle vom Steuersystem angetrieben werden. Die Komponente 128 beinhaltet ein oder mehrere Verbindungsglieder, die die Komponente 130 tragen. Während eines medizinischen Eingriffs arbeitet die Manipulatoranordnung 126 ganz oder teilweise innerhalb des sterilen Bereichs 152, und daher sind einige oder alle Komponenten 128 und 130, die innerhalb des sterilen Bereichs 152 arbeiten, entweder mit einem sterilen Tuch abgedeckt (um ihre berührbaren Außenflächen steril zu machen) und/oder werden vor der Operation sterilisiert und müssen während der Operation steril bleiben.
Die Manipulatoranordnung 126 ist mit einer Ummantelung 124 gekoppelt. In einigen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 124 ein starres Element, wie ein zylindrisches Rohr, ein rechteckiges Prisma, ein fünfeckiges Prisma, ein sechseckiges Prisma oder weist eine beliebige andere geeignete längliche und/oder konkave Form auf. In alternativen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 124 ein nicht starres Element, das beispielsweise aus Stoff, Papier, Kunststoff, Gummi, einem behandelten Material, einem laminierten Material, einem geschichteten Material oder einem beliebigen anderen geeigneten flexiblen Material besteht. Die Tragstrukturkomponente 128 kann ganz oder teilweise innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen werden, beispielsweise durch eine Gleit-, Falt- oder Teleskopbewegung, die es zulässt, dass die Komponente 128 ganz oder teilweise innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen wird. In einigen Ausgestaltungen werden beide Komponenten 128 und 130 ganz oder teilweise innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen. Darüber hinaus kann die Manipulatoranordnung 126 mehrere Komponenten als Teil der oder zusätzlich zu den Komponenten 128, 130 beinhalten (z.B. ein Instrument, ein Griff, zusätzliche Verbindungselemente usw.), und einige oder alle dieser anderen oben erörterten Komponenten der Manipulatoranordnung 126 können ebenfalls zusammen mit den Komponenten 128, 130 innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen werden. In alternativen Ausgestaltungen können eine oder mehrere der oben erörterten Komponenten der Manipulatoranordnung 126 allein oder in Kombination mit den übrigen Komponenten der Manipulatoranordnung 126 innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen werden.
In einigen Ausgestaltungen kann der innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommene Teil der Komponenten der Manipulatoranordnung 126 unsteril sein. In solchen Ausgestaltungen können eine oder mehrere der innerhalb der Ummantelung 124 aufgenommenen Komponenten selbst eine externe sterile Abdeckung haben, wie z.B. ein steriles Tuch, eine sterile Hülle oder eine sterile Abdeckung, so dass die Außenflächen, die in die sterile Ummantelung eintreten, steril bleiben, selbst wenn die darunterliegende Struktur der Komponenten, die in die sterile Ummantelung eintreten, unsteril ist. Beispielsweise kann ein Teil einer unsterilen Komponente von der externen sterilen Abdeckung bedeckt werden, um eine sterile Außenfläche der Komponente zu erhalten. Nach dem Bedecken der unsterilen Komponente kann der bedeckte Teil der unsterilen Komponente innerhalb der sterilen Ummantelung aufgenommen werden, wodurch die Sterilität innerhalb der sterilen Ummantelung bewahrt wird. Der bedeckte Teil der unsterilen Komponente kann dann steril bleiben, während er sich zwischen dem sterilen Bereich und dem unsterilen Bereich bewegt (d.h. durch Bewegen innerhalb der sterilen Ummantelung im unsterilen Bereich).
Wie in der Ausgestaltung von 1B gezeigt, ist die Ummantelung 124 durch ein Tragelement 122 mit der Trägerbasis 120 gekoppelt. Die Trägerbasis 120 kann an oder nahe einem Operationstisch montiert werden, wie oben in Bezug auf die Manipulatoranordnung 102 beschrieben. Die Trägerbasis 120 kann beispielsweise ein beweglicher Wagen (z.B. ein patientenseitiger Wagen), ein kinematischer Arm, eine Klammer, ein wandmontierter Manipulator, ein deckenmontierter Manipulator, ein tischmontierter Manipulator oder ein beliebiger anderer geeigneter mechanischer Trägermechanismus sein. In einigen Ausgestaltungen befinden sich die Trägerbasis 120 und das Tragelement 122 für die Dauer eines medizinischen Eingriffs im unsterilen Bereich. Das Tragelement 122 wird zum Bewegen und Halten der Position und/oder Orientierung der Ummantelung 124 während des medizinischen Eingriffs verwendet. Diese Bewegung kann erfolgen, wenn die Manipulatoranordnung 126 und ihre Komponenten innerhalb der Ummantelung 124, teilweise innerhalb der Ummantelung 124 oder außerhalb der Ummantelung 124 aufgenommen sind.
Wie nachfolgend in Bezug auf 4A und 4B ausführlicher erörtert wird, bietet die Ummantelung 124 ein steriles Volumen innerhalb des unsterilen Bereichs 154, das es dem Teil der Manipulatoranordnung 126 innerhalb der Ummantelung 124 ermöglicht, steril zu bleiben, während sie sich zwischen dem sterilen Bereich und dem unsterilen Bereich bewegt. Darüber hinaus lässt es die Ummantelung 124 zu, dass ein Teil einer unsterilen Komponente, die von einer äußeren sterilen Abdeckung bedeckt ist, steril bleibt, während sie sich zwischen dem sterilen Bereich und dem unsterilen Bereich bewegt.
1C ist ähnlich wie 1B, außer dass die Manipulatoranordnung 126 mit einer Ummantelung 156 gekoppelt ist, die eine Variation der Ummantelung 124 ist. In einigen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 156 ein umformbares Element, das sowohl starre als auch nicht starre Abschnitte beinhaltet. Die Ummantelung 156 kann beispielsweise eine balgartige konkave Form, eine ziehharmonikaartige konkave Form oder eine beliebige andere geeignete konkave und/oder längliche Form haben. Die Ummantelung 156 dehnt sich aus oder zieht sich zusammen, wie während des medizinischen Eingriffs erforderlich, wobei sie sich nach Bedarf ausdehnt, um die Manipulatoranordnung 126 ganz oder teilweise, wie oben beschrieben, aufzunehmen, und sich dann zusammenzieht, wenn die Manipulatoranordnung 126 ganz oder teilweise herausgezogen wird. Das Ausdehnen und Zusammenziehen kann je nach Bedarf während des chirurgischen Eingriffs linear, nicht-linear oder eine Kombination aus linear und nicht-linear sein. Die Komponenten der Manipulatoranordnung 126 werden in der Ummantelung 156 wie oben in Bezug auf die Ummantelung 124 beschrieben aufgenommen. Die Fähigkeit der Ummantelung 156, sich nach Bedarf auszudehnen und zusammenzuziehen, bietet dem klinischen Personal mehr Bewegungsraum in der Nähe des Operationstisches (z.B. etwa auf Oberschenkelhöhe), wenn einige oder alle Komponenten der Manipulatoranordnung 126 aus der Ummantelung 156 herausgezogen sind. Dieser zusätzliche Raum ist vorteilhaft, wenn beispielsweise ein an einem Manipulator montiertes Instrument gewechselt, ein manuelles chirurgisches Instrument bedient oder eine andere Tätigkeit ausgeführt wird, die einen direkten Zugang zum Patienten erfordert.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Patientenkoordinatenraumes 200, in dem ferngesteuerte chirurgische Manipulatoranordnungen 202, 204 gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite eines Operationstischs T montiert sind. In einigen Ausgestaltungen werden die Manipulatoranordnungen 202, 204 durch die Manipulatoranordnung 102 in einem medizinischen Eingriff dargestellt, der mit dem System 100 durchgeführt und durch das Steuersystem 110 gesteuert wird. In anderen Ausgestaltungen werden die Manipulatoranordnungen 202, 204 durch die Manipulatoranordnung 126 repräsentiert. In einigen Beispielen können die Manipulatoranordnungen 202, 204 für nicht ferngesteuerte Untersuchungsprozeduren oder in Eingriffen mit herkömmlichen manuell bedienten chirurgischen Instrumenten, wie z.B. Endoskopie, verwendet werden. Obwohl nur zwei Manipulatoranordnungen 202, 204 dargestellt sind, ist zu verstehen, dass in einigen Konfigurationen mehr als zwei (z.B. drei, vier, fünf, sechs und mehr als sechs) oder weniger als zwei (d.h. eine) Manipulatoranordnungen enthalten sein können.
Wie dargestellt, beinhaltet der Patientenkoordinatenraum 200 einen sterilen Bereich 206 und einen unsterilen Bereich 208. Diese Bereiche sind typischerweise durch eine oder mehrere Begrenzungen getrennt, die zweckmäßigerweise mit Bezug auf die Ausrüstung des Operationssaals, wie z.B. Operationstisch T, identifiziert und definiert sind. Der Operationstisch T hat eine Oberseite T1 (z.B. eine Fläche, auf der sich der Patient P befindet), mehrere Seitenflächen T2 und eine Unterseite T3. Entlang einer der Seitenflächen ist eine Ausrüstungsschiene 209 am Tisch T angebracht. In einigen Ausgestaltungen beinhaltet der sterile Bereich 206 einen Teil des Patientenkoordinatenraumes 200, der sich oberhalb des Operationstischs T befindet. Beispielsweise kann eine untere Begrenzung des sterilen Bereichs 206 eine horizontale Ebene sein, die mit der Oberseite T1 des Operationstischs T deckungsgleich ist, parallel oder im Wesentlichen parallel zu ihr verläuft. In anderen Beispielen kann die untere Begrenzung des sterilen Bereichs 206 eine horizontale Ebene sein, die mit einer Unterseite T3 des Operationstischs T, einer Oberseite der Schiene 209, einer Unterseite der Schiene 209 oder einer beliebigen anderen geeigneten Ebene, die durch die Anforderungen eines bestimmten chirurgischen Eingriffs vorgeschrieben ist, deckungsgleich ist, parallel oder im Wesentlichen parallel dazu verläuft. In einigen Ausgestaltungen ist eine obere Begrenzung des sterilen Bereichs 206 die Decke des Patientenkoordinatenraumes 200 (z.B. des Operationssaals). In verschiedenen anderen Ausgestaltungen wird der sterile Bereich 206 durch andere Begrenzungen definiert, einschließlich nicht horizontaler Begrenzungen. Mit der Chirurgie vertraute Personen werden verstehen, dass die Tischoberfläche während einer Operation bewegt werden kann und die Oberfläche des Tischs in Bezug auf die Ebene des Bodens abgewinkelt werden kann, so dass sich eine oder mehrere Begrenzungen des sterilen Bereichs während des operativen Eingriffs dynamisch ändern können, wenn sich die Tischoberfläche bewegt. Außerdem bieten die Tischkomponenten einen praktischen Bezugspunkt für die Definition eines sterilen Bereichs, obwohl auch andere physische Bezugspunkte verwendet werden können, wie z.B. die Ebenen, die von den Oberseiten benachbarter steriler Tische und Arbeitsflächen gebildet werden.
In einigen Ausgestaltungen beinhaltet der unsterile Bereich 208 einen Teil des Raums 200, der sich unterhalb der Oberseite T1 des Operationstischs T befindet. Beispielsweise kann eine obere Begrenzung des unsterilen Bereichs 208 eine horizontale Ebene sein, die mit der Oberseite T1 des Operationstisches T deckungsgleich ist, parallel oder im Wesentlichen parallel zu ihr verläuft. In anderen Beispielen kann die obere Begrenzung des unsterilen Bereichs 208 eine horizontale Ebene sein, die mit einer Unterseite T3 des Operationstischs T, einer horizontalen Ebene zwischen der Ober- und der Unterseite T1, T3 des Operationstischs T, einer Oberseite der Schiene 209, einer Unterseite der Schiene 209 oder einer beliebigen anderen geeigneten horizontalen Ebene deckungsgleich ist, parallel oder im Wesentlichen parallel dazu verläuft. In einigen Ausgestaltungen ist eine untere Begrenzung des unsterilen Bereichs 208 ein Boden des Patientenkoordinatenraumes 200 (z.B. des Operationssaals). In verschiedenen anderen Ausgestaltungen kann der unsterile Bereich 208 durch andere Begrenzungen definiert sein, einschließlich nicht horizontaler Begrenzungen.
In alternativen Ausgestaltungen sind die Begrenzungen des sterilen Bereichs 206 und des unsterilen Bereichs 208 in Bezug auf einen Beistelltisch definiert, der im Operationssaal vorhanden sein kann und beispielsweise Komponenten der Manipulatoranordnung 202 bereithält, bis die Komponenten in dem medizinischen Eingriff benötigt werden. In anderen Beispielen kann der Beistelltisch eine oder mehrere zusätzliche Manipulatoranordnungen (z.B. Manipulatoranordnung 204) bereithalten. Die Begrenzungen des sterilen Bereichs 206 und des unsterilen Bereichs 208 können auch in Bezug auf eine beliebige andere Struktur im Operationssaal definiert werden, die sterile Objekte zur Verwendung in dem medizinischen Eingriff bereithält, trägt, berührt und/oder transportiert.
In einigen Ausgestaltungen kann der Tisch T während der Operation bewegt oder umkonfiguriert werden. In einigen Ausgestaltungen kann der Tisch T beispielsweise um verschiedene Achsen abgewinkelt oder gekippt, angehoben, abgesenkt, geschwenkt, gedreht und dergleichen werden. In einigen Fällen sind solche Bewegungen des Tischs T als Teil des ferngesteuerten chirurgischen Manipulatorsystems integriert, das die ferngesteuerten chirurgischen Manipulatoranordnungen 202 und 204 beinhaltet, und werden von dem System gesteuert. In alternativen Ausgestaltungen sind verschiedene Abschnitte des Tischs T unabhängig von den anderen Abschnitten artikuliert. Zum Beispiel kann ein oberer Teil T4 des Tischs T um verschiedene Achsen gekippt werden, während ein unterer Teil T5 des Tischs T in einer ungekippten Position verbleibt. In anderen Beispielen wird der untere Teil T5 des Tisches T um eine Achse gekippt, während der obere Teil T4 des Tisches T nicht gekippt wird. Der Tisch T beinhaltet zwei, drei, vier oder eine beliebige andere geeignete Anzahl von unabhängig artikulierbaren Abschnitten des Tischs T. Daher werden die Begrenzungen des sterilen Bereichs 206 und des unsterilen Bereichs 208 durch ein oder mehrere ebene Segmente definiert, die jeweils einem oder mehreren artikulierbaren Abschnitten des Tischs T entsprechen.
Die Manipulatoranordnung 202 kann betätigt werden, um ein Instrument 211 innerhalb des Raums 200 zu bewegen, und die Manipulatoranordnung 204 kann betätigt werden, um ein Instrument 213 innerhalb des Raums 200 zu bewegen.
Die Manipulatoranordnung 202 beinhaltet einen Manipulator 210 und eine Tragstruktur 216. Der Manipulator 210 kann ein oder mehrere Antriebssysteme, Instrumentenschnittstellen, sterile Adapter oder eine beliebige andere geeignete Komponente beinhalten. Die Tragstruktur 216 beinhaltet ein oder mehrere Verbindungsglieder, die den Manipulator 210 im Raum tragen, wie beispielsweise das Verbindungsglied 214. Die Tragstruktur 216 ähnelt im Wesentlichen der Komponente 128 in 1B. Die Manipulatoranordnung 204 beinhaltet einen Manipulator 220 und eine Tragstruktur 226. Der Manipulator 220 kann ein oder mehrere Antriebssysteme, Instrumentenschnittstellen, sterile Adapter oder eine beliebige andere geeignete Komponente beinhalten. Die Tragstruktur 226 beinhaltet ein oder mehrere Verbindungsglieder, die den Manipulator 220 im Raum tragen, wie beispielsweise das Verbindungsglied 224. Die Tragstruktur 226 ähnelt im Wesentlichen der Komponente 128 in 1B. Das Instrument 211 ist mit dem Manipulator 210 gekoppelt, und das Instrument 213 ist mit dem Manipulator 220 gekoppelt. In einigen Ausgestaltungen sind die Manipulatoren 210, 220 z.B. eigenständige Einheiten mit einem System von Antriebsmechanismen (nicht dargestellt, z.B. Motoren).
In einigen Ausgestaltungen kann der Manipulator 210 so betrieben werden, dass er das Instrument 211 als Ganzes in einem oder mehreren Freiheitsgraden (DOF) bewegt. Außerdem kann der Manipulator 210 optional so betrieben werden, dass er eine oder mehrere Komponenten des Instruments 211 in einem oder mehreren DOFs bewegt. In mehreren Beispielen kann der Manipulator 210 wenigstens ein Gelenkpaar oder Verbindungsglieder (d.h. ein kinematisches Paar) beinhalten, und das Gelenk kann motorisiert sein. In einigen Ausgestaltungen können einige, aber nicht alle kinematischen Paare in einem Manipulator (z.B. Manipulator 210) motorisiert sein. Ein Bediener (z.B. ein Chirurg) steuert den Manipulator 210, um eine Operation durchzuführen. Der Manipulator 220 ist in ähnlicher Weise konfiguriert, um das Instrument 213 zu bedienen.
Der Manipulator 210 ist beweglich mit der Tragstruktur 216 gekoppelt, die das Verbindungsglied 214 beinhaltet, und der Manipulator 220 ist beweglich mit der Tragstruktur 226 gekoppelt, die das Verbindungsglied 224 beinhaltet. In einigen Ausgestaltungen kann die Tragstruktur 216 ein oder mehrere Verbindungsglieder beinhalten, die den Manipulator 210 im Raum tragen. Die Verbindungsglieder sind typischerweise beweglich, so dass der Manipulator 210 an verschiedenen Positionen im Raum platziert werden kann. Ein Gelenk zwischen zwei Verbindungsgliedern der Tragstruktur 216 kann motorisiert oder nicht motorisiert sein. In einigen Beispielen beinhaltet die Tragstruktur 216 einen oder mehrere Motoren, die ferngesteuert sein können. Der/die Motor(en) der Tragstruktur 216 wird/werden jedoch im Allgemeinen nicht betätigt, wenn ein Bediener ein Eingabegerät (z.B. ein oder mehrere Eingabegeräte des Benutzersteuersystems 106) bewegt, um eine Operation durchzuführen. In einigen Ausgestaltungen kann ein Gelenk der Tragstruktur 216 vom Bediener gesteuert werden, oder ein Gelenk der Tragstruktur 216 kann von einer anderen geeigneten Person, wie z.B. einem Operationssaaltechniker, gesteuert werden. Die Tragstruktur 226 ist in ähnlicher Weise zum Tragen des Manipulators 220 konfiguriert.
Eine oder mehrere der Komponenten des Manipulators 210 und/oder des Manipulators 220 können ferngesteuert sein. Somit sind zumindest der Manipulator 210 und/oder der Manipulator 220 ferngesteuerte Komponenten. Während eines medizinischen Eingriffs arbeiten die Instrumente 211, 213, die Manipulatoren 210, 220 und die Tragstrukturen 216, 226 innerhalb des sterilen Bereichs 206. Diese Komponenten werden vor der Verwendung in dem medizinischen Eingriff sterilisiert und bewahren ihre Sterilität während des medizinischen Eingriffs, um eine Kontamination des sterilen Bereichs 206 zu verhindern. Alternativ können ein oder mehrere der Instrumente 211, 213, der Manipulatoren 210, 220 und/oder der Tragstrukturen 216, 226 mit ihren eigenen sterilen Tüchern, Hüllen oder Abdeckungen versehen werden, um sicherzustellen, dass ihre Außenflächen steril sind, selbst wenn die darunterliegende Struktur dieser Komponenten möglicherweise nicht steril ist.
Die Manipulatoranordnung 202 ist durch ein Kopplungselement 218 und eine Klammer 230 mit dem Tisch T gekoppelt. In einigen Ausgestaltungen ist das Kopplungselement 218 ein Gelenk (z.B. ein Kugelgelenk, ein sphärisches Kugelgelenk, ein prismatisches Gelenk, ein Kardangelenk und dergleichen). Die Manipulatoranordnung 204 ist über ein Kopplungselement 228 und eine Klammer 233 mit dem Tisch T gekoppelt. Die Ummantelung 212 ist mit dem Kopplungselement 218 gekoppelt, und die Ummantelung 222 ist mit dem Kopplungselement 228 gekoppelt. Jede Ummantelung 212, 222 ist im Wesentlichen der Ummantelung 124 in 1B ähnlich. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, wird das sterile Verbindungsglied 214 gleitend innerhalb der Ummantelung 212 aufgenommen, und das sterile Verbindungsglied 224 wird gleitend innerhalb der Ummantelung 222 aufgenommen, um die Sterilität jedes Verbindungsglieds zu bewahren. In einigen Ausgestaltungen können die Verbindungsglieder 214, 224 unsteril sein und mit externen sterilen Abdeckungen bedeckt sein. In solchen Ausgestaltungen können die unsterilen Verbindungsglieder 214, 224 und ihre jeweiligen externen sterilen Abdeckungen gleitend innerhalb der Ummantelungen 212, 222 aufgenommen werden, um die Sterilität der externen sterilen Abdeckungen zu bewahren.
3A zeigt eine Ausgestaltung der Manipulatoranordnung 202 detaillierter. In einigen Ausgestaltungen ist die Manipulatoranordnung 202 mit der Schiene 209 des Tischs T durch die Klammer 230 (die eine Operationstischklammer sein kann) gekoppelt. Die Klammer hat einen Klammerkörper 205 und ein Verbindungsglied 207. Der Klammerkörper 205 kann sich entlang der Schiene 209 verschieben, damit die Position der Manipulatoranordnung 202 relativ zum Tisch T und zum Patienten P bewegt werden kann. In einigen Ausgestaltungen hat die Klammer 230 eine Verriegelung 231, die in Eingriff ist, um die Manipulatoranordnung 202 fest mit der Schiene 209 zu koppeln und eine Verschiebung entlang der Schiene 209 zu verhindern. Alternativ kann die Verriegelung 231 zwischen der Klammer 230 und der Schiene 209, in einem Kopplungselement 218 oder an einer anderen geeigneten Stelle angeordnet sein. In einigen Beispielen kann der Bediener O oder ein Assistent die Verriegelung 231 manuell in Eingriff bringen. Die Verriegelung 231 wird während des chirurgischen Eingriffs nach Bedarf ein- und/oder ausgerückt. In alternativen Ausgestaltungen kann die Klammer 230 direkt mit dem Operationstisch T, mit einer Trägerbasis des Operationstischs T oder mit einer beliebigen anderen geeigneten Komponente des Operationstischs T gekoppelt werden.
In der Ausgestaltung von 3A ist die Manipulatoranordnung 202 durch das Kopplungselement 218 mit der Klammer 230 gekoppelt. In einigen Ausgestaltungen ist das Kopplungselement 218 ein Gelenk (z.B. ein Kugelgelenk, ein sphärisches Kugelgelenk, ein prismatisches Gelenk, ein Kardangelenk und dergleichen). In Ausgestaltungen, in denen das Kopplungselement 218 ein Kardangelenk ist, kann das Kardangelenk einen oder mehrere Freiheitsgrade (DOF) haben, die sich schneiden können oder auch nicht. Die Ummantelung 212 ist mit dem Kupplungselement 218 gekoppelt. Das Verbindungsglied 214 wird von dem Kopplungselement 218 getragen und erstreckt sich durch das Kopplungselement 218 und in die Ummantelung 212. Das Kopplungselement 218 bietet somit einen Translations-DOF für die Ummantelung 212 relativ zum Tisch T. In einigen Ausgestaltungen hat das Kopplungselement 218 drei Rotations-DOFs, so dass sich die Ummantelung 212 um eine oder mehrere Achsen des Kopplungselements 218 drehen kann. Beispielsweise kann sich die Ummantelung 212 in Nick-, Roll- und/oder Gier-DOFs um Achsen des Kopplungselements 218 bewegen. In einigen Fällen kann sich das Verbindungsglied 214 unabhängig innerhalb der Ummantelung 212 drehen. In anderen Fällen sind die Ummantelung 212 und das Verbindungsglied 214 verkeilt, um eine relative Translationsbewegung zuzulassen und eine relative Rotationsbewegung zu verhindern (was unten in Bezug auf 4A näher erläutert wird). In einigen Ausgestaltungen bilden das Verbindungsglied 207 und die Ummantelung 212 oder das Verbindungsglied 207 und das Kopplungselement 218 ein kinematisches Paar mit einem Kopplungselement. Das kinematische Paar kann einen oder mehrere Freiheitsgrade haben, so dass sich die Ummantelung 212 um so viele Freiheitsgrade drehen kann wie erforderlich sind, um dem Manipulator 210 einen ausreichenden Bewegungsbereich zu bieten, um das Instrument 211 in einer Position zu platzieren und zu orientieren, die es ermöglicht, das Instrument 211 durch einen bestimmten Eintrittspunkt in den Patienten P einzuführen. In einigen Beispielen dreht sich die Ummantelung 212 um die X- oder Z-Achse in Bezug auf das Verbindungsglied 207.
Wie in 3B gezeigt, ist die Ummantelung 212 in mehreren Freiheitsgraden beweglich, die Translationsfreiheitsgrade umfassen können. Zum Beispiel kann die Ummantelung 212 linear entlang der Achse L verschoben werden. Die Ummantelung 212 kann auch um die X-, Y- und Z-Achse über das Kopplungselement 218 gedreht werden. Die Ummantelung 212 kann auch entlang der Y-Achse verschoben werden. Der Rotationsbereich kann durch Interferenz mit dem Kopplungselement 218 begrenzt sein. Beim Schwenken um die X- und die Z-Achse können die Ummantelung 212 und das Verbindungsglied 214 beispielsweise auf eine Seitenwand des Kopplungselements 218 treffen, wodurch die Schwenkbewegung auf weniger als 180° begrenzt wird. In alternativen Ausgestaltungen können die Translations- und Rotationsfreiheitsgrade des Kopplungselements 218 auf mehrere Gelenke mit einem oder mehreren Freiheitsgraden verteilt sein.
In einigen Ausgestaltungen verriegelt ein Verriegelungsmechanismus 232 das Kopplungselement 218, um zu verhindern, dass sich die Ummantelung 212 und das Verbindungsglied 214 um eine oder mehrere der X-, Y- oder Z-Achsen drehen. In verschiedenen Ausgestaltungen kann der Verriegelungsmechanismus 232 mit der Klammer 230, der Ummantelung 212 und/oder dem Verbindungsglied 214 gekoppelt sein. In anderen Ausgestaltungen ist der Verriegelungsmechanismus 232 eine Komponente des Kopplungselements 218 selbst. Der Bediener O oder ein Assistent kann den Verriegelungsmechanismus 232 manuell einrücken, um die Rotationsfreiheitsgrade des Kopplungselements 218 zu verriegeln.
Das Verbindungsglied 214 wird gleitend in der Ummantelung 212 aufgenommen und kann entlang der Y-Achse relativ zur Ummantelung 212 verschoben werden. In einigen Beispielen kann das Verbindungsglied 214 gleitend in einem proximalen Teil der Ummantelung 212 aufgenommen werden. Wie in 3A gezeigt, ist das Verbindungsglied 214 in die Ummantelung 212 eingezogen, und wie in 3B gezeigt, ist das Verbindungsglied 214 aus der Ummantelung 212 ausgefahren. In einigen Ausgestaltungen kann die Translation des Verbindungsglieds 214 relativ zur Ummantelung 212 manuell erfolgen oder als Reaktion auf Befehle vom Steuerungssystem fernmanipuliert werden. In der Ausgestaltung von 3A befindet sich das Verbindungsglied 214, in die Ummantelung 212 eingezogen, innerhalb eines sterilen Volumens 240 eines Innenkanals 241, der von einer Innenfläche 246 einer Wand 243 der Ummantelung 212 begrenzt wird (siehe 4A). Während eines Eingriffs mit gesicherter Ummantelung 212 stellt die Ummantelung 212 eine statische Erweiterung des sterilen Bereichs 206 für ein nicht dauerhaftes Eindringen des Verbindungsglieds 214 dar. In einigen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 212 ein starres zylindrisches Rohr. In anderen Ausgestaltungen kann die Ummantelung 212 ein anderer Typ von starrer Struktur sein, wie z.B. ein rechteckiges Prisma, ein fünfeckiges Prisma, ein sechseckiges Prisma oder eine beliebige andere geeignete längliche und/oder konkave Form. In noch weiteren Ausgestaltungen ist die Ummantelung 212 eine nicht starre Ummantelung (z.B. ist die Ummantelung 212 aus Stoff, Papier, einem flexiblen Polymer, Gummi, einem behandelten Material, einem laminierten Material, einem geschichteten Material oder einem beliebigen anderen geeigneten flexiblen Material hergestellt). In einigen Ausgestaltungen ist das Verbindungsglied 214 ein zylindrisches Element, das ein Rohr oder ein massiver Schaft mit einer Wand 244 sein kann. In anderen Beispielen kann das Verbindungsglied 214 eine rechteckige, fünfeckige, sechseckige oder eine beliebige andere geeignete Querschnittsform haben. Die Querschnittsform des Verbindungsglieds 214 kann im Wesentlichen die gleiche sein wie die Querschnittsform des Innenkanals 241 der Ummantelung. In einigen Ausgestaltungen ist der Außendurchmesser des Verbindungsglieds 214 etwas kleiner als der Durchmesser des Innenkanals 241 der Ummantelung 212, um einen engen Sitz zu ermöglichen.
Wie in 3B gezeigt, kann das Verbindungsglied 214 eine Nut 215 in der Wand 244 aufweisen. Ein länglicher Vorsprung 247 erstreckt sich von der Innenfläche 246 der Ummantelung 212, um in die Nut 215 einzugreifen. Der längliche Vorsprung 247 verschiebt sich in der Nut 215, wenn das Verbindungsglied 214 in der Ummantelung 212 aus- und/oder eingefahren wird. Die Kopplung der Nut 215 mit dem entsprechenden länglichen Vorsprung 247 verhindert, dass sich das Verbindungsglied 214 unabhängig von der Ummantelung 212 dreht. Mit anderen Worten, die Nut 215 und der längliche Vorsprung 247 koppeln die Rotationsbewegung des Verbindungsglieds 214 und der Ummantelung 212, so dass eine befohlene oder passive Rotation entweder des Verbindungsglieds 214 oder der Ummantelung 212 um die Y-Achse bewirkt, dass sich die gekoppelte Komponente ebenfalls um die Y-Achse dreht.
Während die Ausgestaltung von 3B eine Nut 215 in der Wand 244 des Verbindungsglieds 214 zeigt, ist zu verstehen, dass sich mehr als eine Nut (z.B. zwei Nuten, drei Nuten oder mehr als drei Nuten) in der Wand 244 des Verbindungsglieds 214 befinden kann. In einigen Ausgestaltungen können die Nuten im gleichen Abstand um die Wand 244 des Verbindungsglieds 214 angeordnet sein. Wenn beispielsweise zwei Nuten vorhanden sind, können sie in einem Abstand von 180 Grad um den Umfang der Wand 244 des Verbindungsglieds 214 angeordnet sein. Wenn es drei Nuten gibt, kann diese jeweils in einem Abstand von 120 Grad um den Umfang der Wand 244 des Verbindungsglieds 214 angeordnet sein. Wenn es mehr als drei Nuten gibt, können sie in ähnlicher Weise im gleichen Abstand um den Umfang der Wand 244 des Verbindungsglieds 214 herum angeordnet sein. Ebenso kann es mehr als einen Vorsprung von der Innenfläche 246 des Verbindungsglieds 214 entsprechend der gleichen Anzahl von Nuten geben.
In alternativen Ausgestaltungen erstreckt sich die Nut 215 im Wesentlichen über die gesamte Länge des sterilen Verbindungsglieds 214. Dadurch wird das Gesamtgewicht des Verbindungsglieds 214 und folglich auch der Manipulatoranordnung 202 verringert. Eine Gewichtsreduzierung ermöglicht einen effizienteren Betrieb der Manipulatoranordnung 202 während eines chirurgischen Eingriffs. Eine Gewichtsreduzierung verringert auch die Belastung bestimmter Komponenten und/oder Gelenke der Manipulatoranordnung 202, wodurch die Anzahl erforderlicher Reparaturen verringert und die Lebensdauer der Manipulatoranordnung 202 verlängert werden kann. In anderen Ausgestaltungen erstreckt sich die Nut 215 über einen Abschnitt, der weniger als im Wesentlichen die gesamte Länge des Verbindungsglieds 214 beträgt (z.B. zwei Drittel der Länge, die Hälfte der Länge, ein Drittel der Länge oder eine beliebige andere Länge, die weniger als im Wesentlichen die gesamte Länge des Verbindungsglieds 214 beträgt). Dies kann die Herstellungskosten senken, da weniger Bearbeitung und weniger Zeit erforderlich sind, um die Nut 215 in der Außenwand des Verbindungsglieds 214 zu bilden. In einigen alternativen Ausgestaltungen können die Vorsprünge und Nuten weggelassen werden, wobei sich das Verbindungsglied 214 um die Y-Achse innerhalb der Ummantelung 212 drehen kann.
In einigen Beispielen ist die Ummantelung 212 ein gerades Rohr. Zum Beispiel kann die Außenfläche 242 der Ummantelung 212 im Wesentlichen lotrecht zu einer Oberseite T1 des Operationstischs T sein. Daher kann in einigen Ausgestaltungen das sterile Verbindungsglied 214 entlang einer geraden Bahn in die Ummantelung 212 zurückgezogen werden. In anderen Beispielen kann die Ummantelung 212 ein gekrümmtes Rohr aufweisen. In solchen Beispielen kann das sterile Verbindungsglied 214 ein entsprechend gekrümmtes massives oder rohrförmiges Element mit der gleichen oder einer im Wesentlichen ähnlichen Krümmung wie die Ummantelung 212 sein. Daher kann sich in einigen Ausgestaltungen das sterile Verbindungsglied 214 entlang einer gekrümmten Bahn in die Ummantelung 212 zurückziehen. In alternativen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 212 weder gerade noch gekrümmt, wie in einem nicht einschränkenden Beispiel, wenn die Ummantelung 212 nicht starr ist und aus einem flexiblen Material besteht. In solchen Ausgestaltungen kann sich das sterile Verbindungsglied 214 über eine willkürliche, undefinierte Bahn in die Ummantelung 212 zurückziehen.
In einigen Ausgestaltungen ist die Ummantelung 212 wiederverwendbar und kann der Verarbeitung in einem Autoklaven zum Neusterilisieren nach jedem Eingriff widerstehen.
4A ist eine Querschnittsansicht des Verbindungsglieds 214 und der Ummantelung 212 in einer eingezogenen Konfiguration entlang der Schnittlinie 4A-4A in 3A. 4B ist eine Querschnittsansicht des Verbindungsglieds 214 und der Ummantelung 212 in einer ausgefahrenen Position entlang der Schnittlinie 4B-4B in 3B. Wie in 4A und 4B dargestellt, befindet sich ein Teil der Ummantelung 212 innerhalb des unsterilen Bereichs 208. Wie zuvor beschrieben, begrenzt die Innenfläche 246 der Ummantelung 212 den Innenkanal 241, der das sterile Volumen 240 definiert. Daher erstreckt sich ein Teil des sterilen Volumens 240 innerhalb des unsterilen Bereichs 208, bleibt aber aufgrund der Ummantelung 212 steril. Da das sterile Volumen 240 durch die Innenfläche 246 der Ummantelung 212 definiert ist, verschiebt und/oder dreht sich das sterile Volumen 240 mit der Ummantelung 212. Genauer gesagt, wenn sich die Ummantelung 212 entlang der Schiene 209 des Tischs T verschiebt und/oder um eine oder mehrere Achsen X, Y, Z des Kopplungselements 218 dreht, verschiebt sich auch das sterile Volumen 240 entlang der Schiene 209 des Operationstischs T und/oder dreht sich um die eine oder mehrere Achsen des Kopplungselements 218. Daher ist ein verschiebbares, schwenkbares und/oder anderweitig bewegliches steriles Volumen 240 innerhalb des unsterilen Bereichs 208 positioniert und beweglich. In Beispielen, in denen die Ummantelung 212 ein Rohr ist, kann das Ummantelungsrohr eine massive Seitenwand aufweisen, die das sterile Volumen 240 definiert.
Das sterilisierte Verbindungsglied 214 kann, wie in 4A gezeigt, in die Ummantelung 212 eingezogen werden. Wenn das Verbindungsglied 214 in die Ummantelung 212 eingezogen ist, befindet sich ein wesentlicher Teil des Verbindungsglieds 214 innerhalb der Ummantelung 212 und damit innerhalb des sterilen Volumens 240. In solchen Ausgestaltungen bleibt der Teil des Verbindungsglieds 214, der sich innerhalb des sterilen Volumens 240 befindet, steril. Somit ist der Teil des Verbindungsglieds 214 innerhalb des sterilen Volumens 240 selbst dann steril, wenn sich dieser Teil des Verbindungsglieds 214 auch im unsterilen Bereich 208 befindet. Die Ummantelung 212 erzeugt somit eine schützende Sterilitätsbarriere, die den unsterilen Bereich 208 vom sterilen Volumen 240 trennt. Der Teil des Verbindungsglieds 214, der sich nicht innerhalb der Ummantelung 212 (und damit auch nicht innerhalb des sterilen Volumens 240) befindet, ist ebenfalls steril, da er sich innerhalb des sterilen Bereichs 206 befindet. Daher bleibt in einigen Ausgestaltungen das gesamte Verbindungsglied 214 vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril, obwohl es sich in den unsterilen Bereich 208 hinein und aus diesem heraus bewegt.
In alternativen Ausgestaltungen können einige oder alle Komponenten der Manipulatoranordnung 202 (z.B. der Manipulator 210, die Tragstruktur 216, das Instrument 211 und/oder beliebige andere Komponenten der Manipulatoranordnung 202) in der Ummantelung 212 positioniert oder in diese eingezogen werden. Daher bleibt in einigen Ausgestaltungen die gesamte Manipulatoranordnung 202 vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril, obwohl sie sich zwischen dem sterilen Bereich 206 und dem unsterilen Bereich 208 bewegt. Zudem bleibt in Ausgestaltungen, in denen die Manipulatoranordnung 202 unsterile Komponenten umfasst, die durch eine externe sterile Abdeckung bedeckt sind, die externe sterile Abdeckung vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril, obwohl sie zwischen dem sterilen Bereich 206 und dem unsterilen Bereich 208 bewegt wird. In verschiedenen Ausgestaltungen definiert das Kopplungselement 218 eine Öffnung vom sterilen Bereich in die Region des sterilen Bereichs, die durch die sterile Ummantelung in den unsterilen Bereich verlängert wurde. Das Kopplungselement kann in einigen Ausgestaltungen ein Strukturelement sein, das die Öffnung an der Schnittstelle zwischen dem sterilen und dem unsterilen Bereich tragen kann, damit sich die Struktur des Manipulators während der für den chirurgischen Eingriff erforderlichen Bewegungen gleitend in die sterile Ummantelung hinein- und daraus herausbewegen kann.
Wie in 4A und 4B gezeigt, kann optional in einigen Ausgestaltungen ein Ende 252 der Ummantelung 212 zum unsterilen Bereich 208 hin offen sein. Das offene Ende 252 kann eine leichtere Reinigung der Ummantelung 212 ermöglichen. Darüber hinaus kann das offene Ende 252 dazu beitragen, Lufteinschlüsse im Inneren der Ummantelung 212 zu vermeiden. In 4A und 4B ist zusätzlich eine Klemmhülse 250 dargestellt, die mit einem Endabschnitt 254 des sterilen Verbindungsglieds 214 gekoppelt ist. Die Klemmhülse 250 erzeugt eine Dichtung zwischen dem sterilen Volumen 240 und dem unsterilen Bereich 208. In einigen Beispielen erzeugt die Klemmhülse 250 eine hermetische Dichtung. In anderen Beispielen erzeugt die Klemmhülse 250 eine Dichtung, die es ermöglicht, dass Luft aus dem unsterilen Bereich 208 in das sterile Volumen 240 eindringt, aber verhindert, dass ein Objekt wie eine chirurgische Vorrichtung, ein chirurgisches Instrument, ein Kabel, ein Tuch, ein Wagen, ein menschliches Bein (z.B. das Bein des Bedieners), ein menschlicher Finger (z.B. der Finger des Bedieners) und/oder ein beliebiges anderes Objekt innerhalb des Operationssaals in das sterile Volumen 240 eintritt. In einigen Ausgestaltungen wirken die Klemmhülse 250 und die Ummantelung 212 zusammen, um zu verhindern, dass Objekte versehentlich gegen das sterile Verbindungsglied 214 stoßen, es berühren oder anderweitig beeinträchtigen. Dies kann dazu beitragen, die Sterilität des sterilen Verbindungsglieds 214 vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs zu bewahren. Alternativ kann ein distaler Teil der Ummantelung 212 geschlossen sein. In solchen Ausgestaltungen umfasst das sterile Verbindungsglied 214 eine sterile Außenfläche. In einigen Ausgestaltungen ist das Verbindungsglied 214 unsteril und wird von einer externen sterilen Abdeckung bedeckt, und die Klemmhülse 250 und die Ummantelung 212 wirken zusammen, um die Sterilität der externen sterilen Abdeckung zu bewahren.
Das sterilisierte Verbindungsglied 214 (oder das unsteril bedeckte Verbindungsglied) kann von der Ummantelung 212 bis zu einer Stelle außerhalb der Ummantelung 212 ausgezogen werden, wie in 4B gezeigt. Wenn das Verbindungsglied 214 aus der Ummantelung 212 ausgefahren ist, befindet sich ein wesentlicher Teil des Verbindungsglieds 214 innerhalb des sterilen Bereichs 206, wobei ein Endteil 254 des sterilen Verbindungsglieds 214 innerhalb des durch die Innenfläche 246 der Ummantelung 212 definierten sterilen Volumens 240 verbleibt. Wie in der Ausgestaltung von 4B gezeigt, nimmt die Gesamtgröße des sterilen Volumens 240 ab, wenn das Verbindungsglied 214 aus der Ummantelung 212 ausfährt. Beispielsweise verschiebt sich die Klemmhülse 250 entlang der Y-Achse, wenn das Verbindungsglied 214 aus der Ummantelung 212 ausfährt. Während sich die Klemmhülse 250 entlang der Y-Achse zum sterilen Bereich 206 hin verschiebt, nimmt die Gesamtgröße des sterilen Volumens 240 ab. Wenn sich das Verbindungsglied 214 in die Ummantelung 212 zurückzieht (wie in 4A gezeigt), verschiebt sich die Klemmhülse 250 entlang der Y-Achse zum unsterilen Bereich 208 hin, und die Gesamtgröße des sterilen Volumens 240 nimmt zu.
Während des gesamten Ausfahrens, Einfahrens und Rotierens des Verbindungsglieds 214 und der Ummantelung 212 verbleibt das gesamte Verbindungsglied 214 (oder in einigen Ausgestaltungen die externe sterile Abdeckung) im sterilen Volumen 240 und/oder im sterilen Bereich 206. Daher bleibt das gesamte sterile Verbindungsglied 214 (oder in einigen Ausgestaltungen die externe sterile Abdeckung) vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril. In verschiedenen alternativen Ausgestaltungen kann die gesamte Länge der Ummantelung 212 im unsterilen Bereich 208 positioniert werden. Alternativ kann ein Teil der Ummantelung 212 zum Beispiel oberhalb der Ebene der Oberseite T1 des Tischs T und in den sterilen Bereich 206 ausfahren.
5 ist eine Querschnittsansicht des Verbindungsglieds 214 und der Ummantelung 212 in einer ausgefahrenen Konfiguration, in der die Ummantelung 212 eine optionale Endkappe 352 aufweist. Die Endkappe 352 kann auf das Ende 252 der Ummantelung 212 gesetzt werden, um eine weitere Barriere zwischen dem sterilen Volumen 240 und dem unsterilen Bereich 208 zu schaffen. Die Endkappe 352 kann sich in den Innenkanal 241 erstrecken oder um die Außenseite der Ummantelung 212 (z.B. um die Außenfläche 242 der Ummantelung 212) passen. Die Endkappe 352 kann auf beliebige Weise mit der Ummantelung 212 verbunden werden, z.B. durch eine Presspassung, eine Schnapppassung, eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung, eine Gewindeverbindung oder eine beliebige andere geeignete Kopplung.
6 ist eine perspektivische Ansicht einer Manipulatoranordnung 400, die mit einem kinematischen Arm 410 gekoppelt ist, der gemäß einigen Ausgestaltungen an einer Seite des Tischs T montiert ist. Die Manipulatoranordnung 400 ist der Manipulatoranordnung 202 im Wesentlichen ähnlich. Ein Verbindungsglied 414 der Manipulatoranordnung 400 ähnelt im Wesentlichen dem Verbindungsglied 214, ein Kopplungselement 418 ähnelt im Wesentlichen dem Kopplungselement 218, und eine Ummantelung 412 ähnelt im Wesentlichen der Ummantelung 212. Der kinematische Arm 410 ist an einem Ende 420 mit dem Tisch T gekoppelt. Die Kopplung mit dem Tisch T kann direkt, über eine Schiene (z.B. Schiene 209) auf dem Tisch, über eine Klammer (z.B. Klammer 230) oder einen anderen Typ von geeigneter Verbindung erfolgen. Der kinematische Arm 410 ist an einem Ende 422 mit dem Kopplungselement 418 gekoppelt. In alternativen Ausgestaltungen kann das Ende 422 direkt mit der Ummantelung 412 oder dem Verbindungsglied 414 gekoppelt sein. In einigen Ausgestaltungen bilden der kinematische Arm 410 und die Ummantelung 412 ein kinematisches Paar mit einem Gelenk, das einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweist, die es zulassen, dass sich die Ummantelung 412 um die X- oder Z-Achse in Bezug auf das Kopplungselement 418 dreht. In anderen Ausgestaltungen bilden der kinematische Arm 410 und das Kopplungselement 418 ein kinematisches Paar mit einem Gelenk, das einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweist, die es zulassen, dass sich die Ummantelung 412 um die X- oder Z-Achse in Bezug auf das Kopplungselement 418 dreht.
In einigen Ausgestaltungen kann der kinematische Arm 410 manuell manipuliert werden, um die Position der Manipulatoranordnung 400 zu justieren. In anderen Ausgestaltungen kann der kinematische Arm 410 durch Fernsteuerung fernmanipuliert werden. Beispielsweise kann die Bewegung des kinematischen Arms 410 durch das Steuersystem 110 gesteuert werden (siehe 1A). Der Bediener O kann das Benutzersteuersystem 106 (siehe 1A) manipulieren, das dann den kinematischen Arm 410 über das Steuersystem 110 manipuliert. Der kinematische Arm 410 bewegt die Ummantelung 412 und daher die Manipulatoranordnung 400 in einer beliebigen für den chirurgischen Eingriff erforderlichen Weise. So kann sich der kinematische Arm 410 beispielsweise heben, senken, seitlich verschieben, drehen und/oder kann die Manipulatoranordnung 400 in eine beliebige andere Richtung bewegen. Während der kinematische Arm 410 die Ummantelung 412 manipuliert, bleibt das Verbindungsglied 414 innerhalb eines sterilen Volumens (z.B. des sterilen Volumens 240) und/oder eines sterilen Bereichs (z.B. des sterilen Bereichs 206). Daher bleibt das gesamte Verbindungsglied 414 vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril.
7A ist eine perspektivische Ansicht einer Manipulatoranordnung 500, die gemäß einigen Ausgestaltungen mit einem auf einer Manipulatorplattform 520 montierten kinematischen Arm 510 gekoppelt ist. In einigen Ausgestaltungen ist eine Manipulatorplattform 520 ein patientenseitiger Wagen oder eine andere bewegliche Einheit. Wie in der Ausgestaltung von 7A gezeigt, hat die Manipulatorplattform 520 Räder 522. Daher kann die Manipulatorplattform 520 in einigen Ausgestaltungen vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs nach Bedarf in der chirurgischen Umgebung bewegt werden, um die Manipulatoranordnung 500 an einer gewünschten Stelle zu positionieren. In verschiedenen anderen Beispielen hat die Manipulatorplattform 520 keine Räder. In verschiedenen Ausgestaltungen kann die Manipulatorplattform 520 nahe oder neben einem Operationstisch oder chirurgischen Tisch T montiert werden, oder die Manipulatorplattform 520 kann am Tisch T oder an einer mit dem Tisch T gekoppelten Schiene montiert oder angedockt werden oder integraler Bestandteil der Tischstruktur sein. Die Manipulatoranordnung 500 ist der Manipulatoranordnung 202 im Wesentlichen ähnlich. Ein Verbindungsglied 514 der Manipulatoranordnung 500 ähnelt im Wesentlichen dem Verbindungsglied 214, ein Kopplungselement 518 ähnelt im Wesentlichen dem Kopplungselement 218, und eine Ummantelung 512 ähnelt im Wesentlichen der Ummantelung 212. Der kinematische Arm 510 ist an einem Ende 532 mit der Manipulatorplattform 520 gekoppelt. In einigen Ausgestaltungen ist das Ende 532 des kinematischen Arms 510 mit einem Griff 524 der Manipulatorplattform 520 gekoppelt. Der kinematische Arm 510 ist an einem Ende 534 mit dem Kopplungselement 518 gekoppelt. In alternativen Ausgestaltungen ist das Ende 534 direkt mit der Ummantelung 512 oder dem Verbindungsglied 514 verbunden. In einigen Ausgestaltungen bilden der kinematische Arm 510 und die Ummantelung 512 ein kinematisches Paar mit einem Gelenk, das einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweist, die es zulassen, dass sich die Ummantelung 512 um die X- oder Z-Achse in Bezug auf das Kopplungselement 518 dreht. In anderen Ausgestaltungen bilden der kinematische Arm 510 und das Kopplungselement 518 ein kinematisches Paar mit einem Gelenk, das einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweist, die es zulassen, dass sich die Ummantelung 512 um die X- oder Z-Achse in Bezug auf das Kopplungselement 518 dreht. In einigen Ausgestaltungen kann die Manipulatoranordnung 500 eine oder mehrere sterilisierte Komponenten und/oder eine oder mehrere unsterile Komponenten aufweisen. Die unsterilen Komponenten können durch externe sterile Abdeckungen abgedeckt sein. Zum Beispiel können in einigen Ausgestaltungen das Verbindungsglied 514 und der kinematische Arm 510 unsterile Komponenten sein, die durch externe sterile Abdeckungen bedeckt sind. In einigen Ausgestaltungen können mehrere Manipulatoranordnungen 500 mit der Manipulatorplattform 520 gekoppelt sein. Jede der Manipulatoranordnungen 500 kann von einem separaten kinematischen Arm 510 getragen werden, der mit der Manipulatorplattform 520 gekoppelt ist, und jede der Manipulatoranordnungen 500 kann mit einer separaten Ummantelung 512 gekoppelt sein. In einigen Ausgestaltungen kann ein gemeinsamer kinematischer Arm 510 zum Tragen mehrerer Manipulatoranordnungen 500 verwendet werden.
In einigen Ausgestaltungen kann der kinematische Arm 510 manuell manipuliert werden, um die Position der Manipulatoranordnung 500 zu justieren. In anderen Ausgestaltungen kann der kinematische Arm 510 durch eine Fernsteuerung fernmanipuliert werden. Beispielsweise kann die Bewegung des kinematischen Arms 510 durch das Steuersystem 110 gesteuert werden (siehe 1A). Der Bediener O kann das Benutzersteuersystem 106 (siehe 1A) manipulieren, das dann den kinematischen Arm 510 über das Steuersystem 110 manipuliert. Der kinematische Arm 510 kann die Ummantelung 512 und daher die Manipulatoranordnung 500 in jeder für den chirurgischen Eingriff erforderlichen Weise bewegen. So kann sich der kinematische Arm 510 beispielsweise heben, senken, seitlich verschieben, drehen und/oder kann die Manipulatoranordnung 500 in eine beliebige andere Richtung bewegen. Während der kinematische Arm 510 die Ummantelung 512 manipuliert, bleibt das Verbindungsglied 514 innerhalb eines sterilen Volumens (z.B. des sterilen Volumens 240) und/oder eines sterilen Bereichs (z.B. des sterilen Bereichs 206). Daher bleibt das gesamte Verbindungsglied 514 vor, während und/oder nach der Durchführung des chirurgischen Eingriffs steril. In einigen Ausgestaltungen kann die Ummantelung 512 innerhalb der Manipulatorplattform 520 positioniert werden. In einigen Ausgestaltungen kann die Manipulatorplattform 520 beispielsweise eine Innenkammer aufweisen, in der die Ummantelung 512 zumindest teilweise untergebracht ist. In einigen Ausgestaltungen kann die Innenkammer der Manipulatorplattform 520 die Ummantelung 512 vollständig aufnehmen. In Ausgestaltungen mit mehreren mit der Manipulatorplattform 520 gekoppelten Manipulatoranordnungen 500 kann die Innenkammer mehrere Ummantelungen 512 aufnehmen und/oder die Manipulatorplattform 520 kann mehrere Kammern aufweisen, um die Ummantelungen 512 getrennt aufzunehmen.
In alternativen Ausgestaltungen kann das Ende 532 des kinematischen Arms 510 mit einem deckenmontierten Manipulator, einem wandmontierten Manipulator oder mit einer anderen Komponente in der chirurgischen Umgebung verbunden sein.
7B ist eine perspektivische Ansicht einer Manipulatoranordnung 500, die gemäß einigen Ausgestaltungen mit einem auf einer Manipulatorplattform 520 montierten kinematischen Arm 510 gekoppelt ist. In der Ausgestaltung von 7B ist die Manipulatoranordnung 500 durch eine externe sterile Abdeckung 700 bedeckt und die Manipulatoranordnung 500 kann unsteril sein. In verschiedenen Ausgestaltungen kann die externe sterile Abdeckung 700 ein steriles Tuch, eine sterile Hülle oder eine sterile Abdeckung sein. Die externe sterile Abdeckung 700 wird in einer sterilen Ummantelung 720 aufgenommen, die sich von einem Teil der Manipulatorplattform 520 aus erstreckt. Die sterile Ummantelung 720 definiert ein steriles Volumen in der Ummantelung 720. Ein betätigter Teil 730 der Manipulatoranordnung 500 kann sich gleitend in die sterile Ummantelung 720 unter Beibehaltung der Sterilität der externen sterilen Abdeckung 700 hinein- und aus dieser heraus verschieben. Die sterile Ummantelung 720 kann durch eine Öffnung 710, die Teil des kinematischen Arms 510 sein kann, festgehalten werden. In einigen Ausgestaltungen kann sich die sterile Ummantelung 720 zumindest teilweise in die Manipulatorplattform 520 erstrecken (z.B. in eine Innenkammer der Manipulatorplattform 520). In einigen Ausgestaltungen kann die sterile Ummantelung 720 durch einen umgekehrten Teil der externen sterilen Abdeckung gebildet werden. Beispielsweise kann die externe sterile Abdeckung 700 über die Manipulatoranordnung 500 gelegt und dann über einen unteren Teil der bereits von der externen sterilen Abdeckung 700 bedeckten Manipulatoranordnung 500 zurückgefaltet (d.h. umgedreht) werden, um die sterile Ummantelung 720 zu bilden. Ein steriles Volumen kann dann als der Raum innerhalb des umgedrehten Teils der sterilen Ummantelung 720 definiert werden (d.h. das Volumen, das innerhalb der vom kinematischen Arm 510 getragenen Öffnung 710 zugänglich ist). In einer alternativen Ausgestaltung kann die Öffnung 710 direkt am Operationstisch innerhalb des sterilen Bereichs anstatt am kinematischen Arm 510 befestigt werden, oder die Öffnung 710 kann über den kinematischen Arm 510 am Operationstisch befestigt werden, der seinerseits an einem Teil des Operationstischs im unsterilen Bereich anstatt an der Manipulatorplattform 520 abgebracht werden kann. In diesen beiden alternativen Ausgestaltungen bleibt die Funktion der sterilen Ummantelung 720 und der Öffnung 710 dieselbe wie bei der Ausgestaltung, bei der die Öffnung 710 am kinematischen Arm 510 angebracht ist, der an der Manipulatorplattform 520 angebracht ist.
Obwohl die obigen Ausgestaltungen im Zusammenhang mit medizinischen oder chirurgischen Eingriffen erörtert werden, ist zu verstehen, dass die Systeme, Instrumente und Verfahren auch für nicht-medizinische Zwecke verwendet werden können. Zum Beispiel können die Systeme, Instrumente und Verfahren für nicht-chirurgische Diagnosen, industrielle Systeme, allgemeine Robotersysteme und allgemeine ferngesteuerte Systeme verwendet werden.
8 zeigt ein Verfahren 600 gemäß einigen Ausgestaltungen zum Ausfahren eines sterilen Verbindungsglieds oder eines bedeckten unsterilen Verbindungsglieds von einem unsterilen Bereich in einen sterilen Bereich. Das Verfahren 600 ist als eine Reihe von Operationen oder Prozessen 602 bis 606 dargestellt und wird unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1A-7B beschrieben. Die Prozesse 602 bis 606 werden in Bezug auf ein steriles Verbindungsglied beschrieben, in alternativen Ausgestaltungen kann das Verbindungsglied jedoch auch ein unsteriles Verbindungsglied sein, das mit einer externen sterilen Abdeckung versehen ist. Nicht alle illustrierten Prozesse 602 bis 606 können in allen Ausgestaltungen des Verfahrens 600 durchgeführt werden. Zusätzlich können ein oder mehrere Prozesse, die in 6 nicht ausdrücklich illustriert sind, vor, nach, zwischen oder als Teil der Prozesse 602 bis 606 durchgeführt werden. In einigen Ausgestaltungen können ein oder mehrere der Prozesse 602 bis 606 zumindest teilweise in Form von ausführbarem Code implementiert werden, der auf nichtflüchtigen, materiellen, maschinenlesbaren Medien gespeichert ist und der bei Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren (z.B. den Prozessoren eines Steuersystems) bewirken kann, dass die ein oder mehreren Prozessore einen oder mehrere der Prozesse durchführen. In einer oder mehreren Ausgestaltungen können die Prozesse 602 bis 606 vom Steuersystem 110 durchgeführt werden.
In einem Prozess 602 wird ein steriles Verbindungsglied (z.B. das Verbindungsglied 214) einer Manipulatoranordnung innerhalb eines durch eine Ummantelung (z.B. die Ummantelung 212) definierten sterilen Volumens positioniert. Die Ummantelung befindet sich zumindest teilweise innerhalb eines unsterilen Bereichs. Der unsterile Bereich kann der unsterile Bereich 208 sein. In einigen Ausgestaltungen kann das sterile Verbindungsglied 214 vollständig in das sterile Volumen 240 eingezogen sein. In anderen Ausgestaltungen kann das sterile Verbindungsglied 214 im Wesentlichen, aber nicht vollständig, in das sterile Volumen 240 eingezogen sein. In noch anderen Ausgestaltungen können alle Komponenten der Tragstruktur 216 im Wesentlichen, aber nicht vollständig, in das sterile Volumen 240 eingezogen sein.
In einem Prozess 604 wird das sterile Verbindungsglied der Manipulatoranordnung aus der Ummantelung ausgefahren. In einigen Ausgestaltungen kann ein Bediener das sterile Verbindungsglied 214 manuell aus der Ummantelung 212 ausfahren, oder die Ummantelung 212 kann als Reaktion auf Befehle vom Steuersystem ferngesteuert werden.
In einem Prozess 606 wird das sterile Verbindungsglied in einem sterilen Bereich außerhalb der Ummantelung positioniert. Zum Beispiel wird das von der Ummantelung 212 ausgefahrene sterile Verbindungsglied 214 in dem sterilen Bereich 206 positioniert.
In einigen Ausgestaltungen können die Prozesse 602 bis 606 unter Beibehaltung der Sterilität des sterilen Verbindungsglieds 214 umgekehrt werden. Zum Beispiel kann das sterile Verbindungsglied 214 zunächst im sterilen Bereich außerhalb der Ummantelung positioniert werden (Prozess 606). Das sterile Verbindungsglied 214 kann dann innerhalb des durch die Ummantelung definierten sterilen Volumens positioniert werden (Prozess 602), und das Verbindungsglied 214 kann in die Ummantelung hinein verlängert werden.
In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren 600 ferner den Prozess des Bewegens des sterilen Volumens 240 durch Bewegen der Ummantelung 212 von einer ersten Position zu einer zweiten Position innerhalb des unsterilen Bereichs 208 beinhalten. In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren 600 ferner den Prozess des Verriegelns der Ummantelung 212 in der zweiten Position beinhalten. In einigen Ausgestaltungen kann ein Bediener die Ummantelung 212 manuell in einer gewünschten Position und/oder Orientierung verriegeln, beispielsweise in einer vollständig ausgefahrenen Position. Zum Beispiel kann ein in, auf oder nahe dem Kopplungselement 218 positionierter Verriegelungsmechanismus in die Ummantelung 212 eingreifen und verhindern, dass sich die Ummantelung 212 bewegt und/oder dreht. In anderen Beispielen kann der Verriegelungsmechanismus in das sterile Verbindungsglied 214 eingreifen und das sterile Verbindungsglied 214 an der Bewegung und/oder Rotation hindern.
In einigen Ausgestaltungen kann das Verfahren 600 ferner den Schritt des lösbaren Festklammerns der Ummantelung 212 an einem Operationstisch beinhalten. In einigen Ausgestaltungen kann die Ummantelung 212 über eine Klammer 230 lösbar mit einem Operationstisch T gekoppelt sein. In einigen Ausgestaltungen kann die Ummantelung 212 lösbar mit dem Operationstisch T gekoppelt sein. In anderen Ausgestaltungen kann das Verfahren 600 ferner den Schritt des Verriegelns des sterilen Verbindungsglieds 214 der Manipulatoranordnung in der Position außerhalb der Ummantelung 212 beinhalten.
Ein oder mehrere Elemente in Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung können in Software implementiert werden, um auf einem Prozessor eines Computersystems, wie z.B. einem Steuerungsverarbeitungssystem, ausgeführt zu werden. Bei einer Implementation in Software sind die Elemente der Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung im Wesentlichen die Code-Segmente zur Durchführung der erforderlichen Aufgaben. Das Programm oder die Code-Segmente können in einem prozessorlesbaren Speichermedium oder -gerät gespeichert werden, das möglicherweise mittels eines in einer Trägerwelle ausgestalteten Computerdatensignals über ein Übertragungsmedium oder eine Kommunikationsverbindung heruntergeladen wurde. Das prozessorlesbare Speichergerät kann ein beliebiges Medium umfassen, das Informationen speichern kann, einschließlich eines optischen Mediums, eines Halbleitermediums und eines magnetischen Mediums. Beispiele für ein prozessorlesbares Speichergerät sind eine elektronische Schaltung, eine Halbleiterbauelement, ein Halbleiterspeichergerät, ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM), eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte oder ein anderes Speichergerät. Die Code-Segmente können über Computernetze wie das Internet, Intranet usw. heruntergeladen werden.
Man beachte, dass die präsentierten Prozesse und Anzeigen nicht zwangsläufig an einen bestimmten Computer oder eine andere Vorrichtung gebunden sind, und dass verschiedene Systeme mit Programmen gemäß den hierin dargestellten Lehren verwendet werden können. Die erforderliche Struktur für eine Reihe verschiedener oben besprochener Systeme erscheinen als Elemente in den Ansprüchen. Darüber hinaus werden die Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung nicht in Bezug auf eine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Man wird verstehen, dass eine Reihe verschiedener Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der vorliegenden Offenbarung wie hierin beschrieben zu implementieren.
Während bestimmte beispielhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung beschrieben und in den Begleitzeichnungen gezeigt wurden, ist zu verstehen, dass solche Ausgestaltungen lediglich zur Veranschaulichung der breiten Erfindung dienen und diese nicht einschränken und dass die Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung nicht auf die spezifischen gezeigten und beschriebenen Konstruktionen und Anordnungen beschränkt sind, da der gewöhnlichen Fachperson verschiedene andere Modifikationen einfallen werden.
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

US 62/822350 [0001]

Claims

System, das Folgendes umfasst: eine Ummantelung, die ein steriles Volumen definiert, und eine Manipulatoranordnung mit einem Verbindungsglied, das gleitend innerhalb des sterilen Volumens aufgenommen ist, wobei das Verbindungsglied eine sterile Außenfläche aufweist oder mit einer externen sterilen Abdeckung bedeckt ist, die zumindest teilweise zwischen der Ummantelung und dem Verbindungsglied positioniert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsglied steril ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Verbindungsglied unsteril ist und von der externen sterilen Abdeckung bedeckt ist, wobei die externe sterile Abdeckung ein steriles Tuch, eine sterile Hülle oder eine sterile Abdeckung ist.
System nach Anspruch 3, wobei die Ummantelung durch einen umgekehrten Teil der externen sterilen Abdeckung gebildet wird.
System nach Anspruch 1, wobei sich mindestens ein Teil des von der Ummantelung erzeugten sterilen Volumens in einen unsterilen Bereich in einer chirurgischen Umgebung erstreckt.
System nach Anspruch 5, wobei der unsterile Bereich unterhalb einer Ebene definiert ist, die durch die Oberseite eines Operationstischs definiert ist.
System nach Anspruch 6, das ferner Folgendes umfasst: ein kinematisches Paar, das die Ummantelung und ein zweites Verbindungsglied umfasst, das mit einem Kopplungselement mit mindestens einem Rotationsfreiheitsgrad gekoppelt ist.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Manipulatorplattform separat von dem Operationstisch, die die Manipulatoranordnung trägt, wobei sich die Ummantelung von einem Teil der Manipulatoranordnung außerhalb der Manipulatorplattform erstreckt.
System nach Anspruch 8, das ferner Folgendes umfasst: eine Manipulatorplattform separat von dem Operationstisch, die die Manipulatoranordnung trägt, wobei die Ummantelung zumindest teilweise innerhalb einer Innenkammer der Manipulatorplattform angeordnet ist.
System nach Anspruch 8 oder 9, das ferner mehrere Manipulatoranordnungen umfasst, die mit der Manipulatorplattform gekoppelt sind.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: einen Operationstisch mit einer Oberseite, wobei: ein steriler Bereich für chirurgische Eingriffe oberhalb der Oberseite des Operationstischs definiert ist und ein unsteriler Bereich unterhalb der Oberseite des Operationstischs definiert ist; die Ummantelung mit dem Operationstisch gekoppelt ist und mindestens ein Teil des sterilen Volumens der Ummantelung sich in den unsterilen Bereich erstreckt; und das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung sich vom sterilen Volumen der Ummantelung in den sterilen Bereich erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei die Manipulatoranordnung ferner einen ferngesteuerten chirurgischen Manipulator umfasst.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Klammer, wobei die Ummantelung so mit der Klammer gekoppelt ist, dass, wenn die Klammer mit einem Operationstisch gekoppelt ist, mindestens ein Teil des sterilen Volumens der Ummantelung sich unterhalb einer Oberseite des Operationstischs erstreckt und das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung sich oberhalb der Oberseite des Operationstischs erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei: ein steriler Bereich für chirurgische Eingriffe und ein unsteriler Bereich definiert sind; mindestens ein Teil des sterilen Volumens der Ummantelung sich in den unsterilen Bereich erstreckt; und das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung sich in den sterilen Bereich erstreckt.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Ummantelung gerade ist, so dass das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung gleitend innerhalb des sterilen Volumens entlang einer geraden Bahn aufgenommen wird.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Ummantelung gekrümmt ist, so dass das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung entlang einer gekrümmten Bahn gleitend in dem sterilen Volumen aufgenommen wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung ein Rohr mit einer festen Seitenwand umfasst, die das sterile Volumen der Ummantelung definiert.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Operationstischklammer; wobei die Ummantelung mit der Operationstischklammer an einem Kopplungselement mit einem oder mehreren Rotationsfreiheitsgraden gekoppelt ist.
System nach Anspruch 18, wobei das Kopplungselement ein Kugelgelenk umfasst.
System nach Anspruch 18, das ferner Folgendes umfasst: einen Verriegelungsmechanismus, der die ein oder mehreren Rotationsfreiheitsgrade des Kopplungselements verriegelt.
System nach Anspruch 18, wobei: mindestens ein Teil der Ummantelung sich in einen unsterilen Bereich erstreckt; und eine Rotation des Kopplungselements mindestens einen Teil des sterilen Volumens der Ummantelung innerhalb des unsterilen Bereichs bewegt.
System nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: eine Operationstischklammer, wobei die Ummantelung mit der Operationstischklammer an einem Kopplungselement mit einem oder mehreren Translationsfreiheitsgraden separat von einem Freiheitsgrad gekoppelt ist, der durch das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung definiert ist, die innerhalb des sterilen Volumens der Ummantelung gleitet.
System nach Anspruch 22, das ferner Folgendes umfasst: einen Verriegelungsmechanismus, der die ein oder mehreren Translationsfreiheitsgrade des Kopplungselements verriegelt.
System nach Anspruch 22, wobei: mindestens ein Teil der Ummantelung sich in einen unsterilen Bereich erstreckt; und die Translation des Kopplungselements mindestens einen Teil des sterilen Volumens der Ummantelung innerhalb des unsterilen Bereichs bewegt.
System nach Anspruch 1, wobei: das Verbindungsglied der Manipulatoranordnung gleitend innerhalb des sterilen Volumens der Ummantelung an einem proximalen Teil der Ummantelung aufgenommen wird; und ein distaler Teil der Ummantelung geschlossen ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung starr ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Ummantelung nicht starr ist.
System nach Anspruch 1, wobei mindestens ein Teil der Ummantelung starr ist und mindestens ein anderer Teil der Ummantelung nicht starr ist.
Verfahren, das Folgendes beinhaltet: Ausfahren eines Verbindungsglieds einer Manipulatoranordnung aus einem durch eine Ummantelung definierten sterilen Volumen in einen sterilen Bereich, wobei die Ummantelung zumindest teilweise innerhalb eines unsterilen Bereichs einer chirurgischen Umgebung liegt, wobei das Verbindungsglied eine sterile Außenfläche aufweist oder von einer externer sterilen Abdeckung bedeckt ist, die zumindest teilweise zwischen der Ummantelung und dem Verbindungsglied angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner Folgendes beinhaltet: Bewegen der Ummantelung von einer ersten Position innerhalb des unsterilen Bereichs in eine zweite Position im unsterilen Bereich; und Verriegeln der Ummantelung in der zweiten Position.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner Folgendes beinhaltet: lösbares Klammern der Ummantelung an einen Operationstisch.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner Folgendes beinhaltet: Verschieben des Verbindungsglieds der Manipulatoranordnung von einer ersten Position in Bezug auf die Ummantelung in eine zweite Position in Bezug auf die Ummantelung; und Verriegeln des Verbindungsglieds der Manipulatoranordnung in der zweiten Position.
Verfahren nach Anspruch 29, das ferner Folgendes beinhaltet: Abdecken des Verbindungsglieds mit der externen sterilen Abdeckung; und Umdrehen eines Teils der externen sterilen Abdeckung, um die Ummantelung zu bilden.