DE112022005000T5

DE112022005000T5 - Verstellbare kopfstütze für eine anzeigeeinheit

Info

Publication number: DE112022005000T5
Application number: DE112022005000.4T
Authority: DE
Inventors: Charles A. SWEENEY; Ehsan Noohi Bezanjani; Sina Parastegari; Allen C. Thompson
Original assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Current assignee: Intuitive Surgical Operations Inc
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2024-08-08
Also published as: CN118401193A; WO2023069636A1

Abstract

Eine Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems umfasst eine Stützstruktur, eine Kopfstütze und eine Linse. Die Kopfstütze ist beweglich mit der Stützstruktur verbunden. Die Linse befindet sich unterhalb der Kopfstütze und weist eine optische Achse auf. Die Kopfstütze ist entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar. Und die Kopfstütze umfasst eine gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche, die so geformt ist, dass sie den Kopf des Benutzers so aufnimmt, dass das Auge des Benutzers bequem horizontal und vertikal auf die optische Achse der Linse ausgerichtet ist.

Description

ANSPRUCH AUF PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung Nr. 63/270,418 , die am 21. Oktober 2021 eingereicht wurde und durch Bezugnahme hierin in vollem Umfang enthalten ist.
HINTERGRUND
In einigen Anwendungen kann eine Anzeigevorrichtung in Verbindung mit anderen Vorrichtungen verwendet werden und einem Benutzer ermöglichen, eine von einer Kamera aufgenommene Szene zu beobachten. Zum Beispiel bedient ein Benutzer in einem teleoperierten System typischerweise eine Steuereingabevorrichtung, um die Bewegung und/oder andere Funktionen einer gesteuerten Vorrichtung, wie eines Manipulatorsystems, an einem Arbeitsort fernzusteuern (z.B. teleoperieren).
Ein Beispiel für ein solches System ist ein telechirurgisches System, mit dem ein Benutzer eine Steuereingabevorrichtung bedient, um chirurgische Instrumente und andere Vorrichtungen zu manipulieren, um eine chirurgische Operation an einem Operationsstelle durchzuführen. Eine Steuereingabevorrichtung umfasst häufig Handeingabevorrichtungen wie Zangengriffe, Joysticks, Exo-Skelett-Handschuhe oder ähnliches. In einigen Beispielen einer chirurgischen oder anderen medizinischen Aufgabe kann eine Handeingabevorrichtung eine Vielzahl von chirurgischen Instrumenten wie Gewebegreifer, Nadeltreiber, elektrochirurgische Kautersonden, Kameras, etc. steuern, die Funktionen wie das Halten oder Antreiben einer Nadel, das Erfassen eines Blutgefäßes oder das Präparieren, Kauterisieren oder Koagulieren von Gewebe ausführen.
In verschiedenen teleoperierten Systemen wird eine Anzeigeeinheit in Verbindung mit der Steuereingabevorrichtung verwendet. Die Anzeigeeinheit kann zum Beispiel eine Anzeigevorrichtung enthalten, die Bilder anzeigt, die eine Ansicht eines entfernten Arbeitsortes oder eines Teils davon darstellen, wie sie von einer Kamera am Arbeitsort aufgenommen wurden.
Allerdings können teleoperierte Systeme eine Anzeigevorrichtung bereitstellen, die einen eingeschränkten Sichtbereich hat (z.B. muss der Benutzer durch Sichtfenster oder Okulare blicken) und in seiner Position relativ zum Benutzer statisch und starr ist. In solchen Fällen kann der Benutzer gezwungen sein, seinen Kopf und seinen Körper an die Sichtvorrichtung anzupassen, um das teleoperierte System effektiv zu bedienen. Darüber hinaus kann das Design der Betrachtungsvorrichtung die Verwendung einer Okularlinse oder einer Okularlinsenanordnung (d.h., die dem Auge am nächsten ist) erfordern, die ein relativ kleines zugehöriges Volumen hat, in dem die Pupille des Benutzers positioniert sein sollte, um das durch die Okularlinse oder die Okularanordnung übertragene Bild effektiv zu sehen. Dieses Volumen kann durch horizontale und vertikale Abstände von der optischen Achse der Linse definiert werden, zusätzlich zu einem Abstand von der Linse entlang der optischen Achse der Linse. Es besteht die Notwendigkeit, den Kopf des Benutzers schnell, effektiv und bequem in eine Position in Bezug auf die Betrachtungsvorrichtung zu bringen, so dass die Pupille innerhalb dieses Volumens positioniert wird, und dann die Kopfposition des Benutzers effektiv und bequem in Position zu halten, um die Pupille innerhalb dieses Volumens zu halten.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Das Benutzersteuersystem telechirurgischer Systeme umfasst in der Regel eine Komponente oder einen Teil des Systems, mit dem der Benutzer einen entfernten Ort von Interesse, z.B. eine chirurgische Szene, betrachten kann. Solche Anzeigeeinheiten können so konfiguriert sein, dass der Benutzer seinen Kopf in, auf oder neben der Vorrichtung abstützen kann, während er ein Manipulatorsystem zur Durchführung eines chirurgischen Eingriffs teleoperiert. Eine Herausforderung bei solchen Benutzersteuersystemen und Anzeigeeinheiten solcher Systeme ist die aktive Positionierung oder Führung eines Benutzers, um seinen Kopf und seine Augen relativ zur Anzeigeeinheit zu positionieren, damit er durch ein oder mehrere Sichtfenster korrekt sieht. Jedes Sichtfenster enthält eine Okularlinse oder eine Okularanordnung, für die es eine optimale Augenposition gibt.
Im Falle von zwei Sichtfenstern, eines für jedes Auge des Benutzers (typischerweise für stereoskopische Anzeigen verwendet), blickt ein Benutzer, der an der Benutzersteuerung/Konsole sitzt (oder steht oder kniet), durch zwei in der Anzeigeeinheit angebrachte Linsen, um die Operationsstelle zu betrachten. In solchen Fällen kann die Anzeigeeinheit einen Mechanismus enthalten, der es dem Benutzer ermöglicht, den Abstand zwischen den Linsen so einzustellen, dass er mit dem Augenabstand des Benutzers übereinstimmt. Allerdings müssen die horizontale Position (links-rechts, Seite-zu-Seite) der Augen des Benutzers, die vertikale Position (obenunten) der Augen und der Abstand der Augen von den Linsen (in-out; dieser Abstand wird manchmal als „Entfernung“ bezeichnet und bezieht sich im Allgemeinen auf einen Abstand entlang einer Achse parallel zur optischen Achse der Linse/des Sichtfensters) nach wie vor richtig positioniert werden, um eine korrekte Sicht in die Anzeigeeinheit zu ermöglichen.
Der oder die Erfinder haben unter anderem eine verstellbare Kopfstütze entwickelt, die so konfiguriert ist, dass sie Benutzer mit verschiedenen Kopfgrößen und -formen dazu anleitet, ihre Pupillen innerhalb eines relativ kleinen optimalen Volumens im Raum relativ zu den Linsen einer Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems zu platzieren. Die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung sind so konfiguriert, dass sie den Benutzer dazu anleiten, seine Augen/Pupillen in drei Dimensionen zu positionieren, z.B. links-rechts relativ zu den Linsen (hier willkürlich als X-Achse bezeichnet), vertikal relativ zu den Linsen (hier willkürlich als Y-Achse bezeichnet) und näher oder weiter weg von einer Hauptfläche der Linsen (hier willkürlich als Z-Achse bezeichnet). Ferner sollen die Vorrichtungen und Verfahren der vorliegenden Offenbarung Ausführungsformen umfassen, bei denen das einzelne Auge eines Benutzers in Bezug auf eine einzelne Okularlinse oder Okularanordnung positioniert wird, beide Augen des Benutzers in Bezug auf separate und individuelle Okularlinsen oder Okularanordnungen positioniert werden, die jeweils einem einzelnen Auge des Benutzers entsprechen (z.B. für stereoskopisches Sehen), oder beides. Es versteht sich, dass Aspekte dieser Offenbarung, die in Bezug auf beide Augen des Benutzers beschrieben werden, ähnliche Aspekte für ein einzelnes Auge des Benutzers umfassen und umgekehrt.
Anzeigeeinheiten gemäß dieser Offenbarung umfassen eine konturierte, einstellbare Kopfstütze, die die Augen eines Benutzers relativ zu den Linsen der Anzeigeeinheit führt und positioniert. Die Kopfstütze weist eine konturierte Form im Allgemeinen in der X-Achse auf, die dazu dient, die Augen des Benutzers durch Auflegen der Stirn auf die Kopfstütze entlang der X-Achse zu führen. Die Kopfstütze weist auch eine abgewinkelte, konturierte Form im Allgemeinen in der Y-Achse auf, um sich an eine Vielzahl von Stirnformen anzupassen und die Positionierung der Augen entlang der Y-Achse zu führen. Die Kopfstütze ist außerdem von der optischen Achse der Brillengläser um einen festen, vorbestimmten Abstand entlang der Y-Achse versetzt, um die Position der Augen entlang der Y-Achse weiter zu führen, wobei dieser Abstand basierend auf empirischen Erkenntnissen über den Abstand zwischen einer Reihe von Stirnabmessungen des Benutzers und den Abmessungen der Augen/Pupillen gewählt werden kann. Schließlich ist die Kopfstütze entlang der Z-Achse beweglich, um die Augen des Benutzers aktiv in einem optimalen Abstand (Entfernung) von der Vorderseite der Linsen zu positionieren. Vorrichtungen und Verfahren gemäß dieser Offenbarung können unabhängig von oder in Verbindung mit Systemen verwendet werden, die den Abstand zwischen den Linsen der Anzeigeeinheit an den Augenabstand des Benutzers anpassen.
Beispiele gemäß dieser Offenbarung umfassen eine Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems für ein telechirurgisches System. Die Anzeigeeinheit umfasst eine Stützstruktur, eine Kopfstütze und eine Linse. Die Kopfstütze ist beweglich mit der Stützstruktur verbunden. Die Linse befindet sich unterhalb der Kopfstütze und weist eine optische Achse auf. Die Kopfstütze ist entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar. Und die Kopfstütze umfasst eine gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche, die von einem oberen Teil zu einem unteren Teil der gekrümmten, dem Benutzer zugewandten Fläche in Richtung der Linse abgewinkelt ist.
Jedes der nicht-begrenzenden Beispiele der vorliegenden Patentanmeldung kann für sich allein stehen oder in verschiedenen Permutationen oder Kombinationen mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden.
Diese Zusammenfassung soll einen Überblick über den Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung geben. Es ist nicht beabsichtigt, eine exklusive oder erschöpfende Erklärung der Erfindung zu geben. Die detaillierte Beschreibung dient dazu, weitere Informationen über verschiedene Aspekte des Erfindungsgegenstandes der vorliegenden Patentanmeldung zu geben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind, können gleiche Ziffern ähnliche Komponenten in verschiedenen Ansichten beschreiben. Gleiche Ziffern mit unterschiedlichen Buchstabensuffixen können unterschiedliche Ausprägungen ähnlicher Komponenten darstellen. Die Zeichnungen veranschaulichen allgemein, beispielhaft, aber nicht einschränkend, verschiedene Ausführungsformen, die im vorliegenden Dokument diskutiert werden.

1 ist eine schematische Ansicht, die ein beispielhaftes telechirurgisches System zeigt.
2 ist eine Ansicht von vorne, die ein Benutzersteuersystem mit einer beispielhaften Anzeigeeinheit gemäß den Beispielen dieser Offenbarung zeigt.
3A und 3B sind Seitenansichten und Draufsichten, die ein weiteres Beispiel für eine Anzeigeeinheit gemäß den Beispielen dieser Offenbarung zeigen.
4A und 4B sind perspektivische Ansichten und Schnittansichten, die ein weiteres Beispiel für eine Anzeigeeinheit gemäß den Beispielen dieser Offenbarung zeigen.
5A-5C zeigen ein Beispiel für eine konturierte Kopfstütze, die so konfiguriert ist, dass sie beweglich mit einer Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems verbunden werden kann.
6A-6C zeigen ein Beispiel für ein Polster für eine konturierte Kopfstütze, das eine dreidimensionale Gitterstruktur aufweist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften telechirurgischen Systems 100, das ein Benutzersteuersystem 102 und ein Manipulatorsystem 104 umfasst.
In diesem Beispiel umfasst das Benutzersteuersystem 102 eine oder mehrere Steuereingabevorrichtungen, die von den Händen des Benutzers berührt und manipuliert werden, z.B. eine Steuereingabevorrichtung für jede Hand (z.B. 210, 212 in 2 gezeigt), eine optionale ergonomische Stütze 110 und eine Anzeigeeinheit 112. Die Steuereingabevorrichtungen werden vom Benutzersteuersystem 102 unterstützt und können mechanisch geerdet oder ungeerdet sein. In einigen Implementierungen kann eine ergonomische Stütze 110 (z.B. eine Unterarmauflage) vorgesehen werden, auf der der Benutzer 108 seine Unterarme abstützen kann, während er die Steuereingabevorrichtungen ergreift. Die Steuereingabevorrichtungen können zum Beispiel in einem Arbeitsbereich nach innen (weg vom Benutzer 108) über die Stütze 110 hinaus positioniert werden. In einigen Beispielen führt der Benutzer 108 während eines chirurgischen Eingriffs chirurgische Aufgaben an einem Arbeitsort in der Nähe des Manipulatorsystems 104 aus, indem er das Manipulatorsystem 104 mit Hilfe der Steuereingabevorrichtungen steuert.
Die Anzeigeeinheit 112 zeigt Bilder zur Ansicht durch den Benutzer 108 an. Die Bilder können zum Beispiel von einer Anzeigevorrichtung in der Anzeigeeinheit angezeigt werden, wie einem oder mehreren Bildschirmen, Projektoren oder anderen Vorrichtungen. Die Anzeigeeinheit 112 als Ganzes kann in verschiedenen Freiheitsgraden bewegt werden, um sich der Betrachtungsposition des Benutzers anzupassen und/oder um Steuerfunktionen bereitzustellen. Zusätzlich umfasst die Anzeigeeinheit 112 eine konturierte, bewegliche Kopfstütze, die so konfiguriert ist, dass sie den Benutzer 108 so führt, dass die Augen des Benutzers 108 relativ zu einer oder mehreren Linsen/Sichtfenstern der Anzeigeeinheit positioniert werden, wie im Folgenden näher beschrieben.
Im Beispiel des teleoperierten Systems 100 können die angezeigten Bilder einen Arbeitsort darstellen, an dem der Benutzer über die Steuerung der Eingabevorrichtungen verschiedene Aufgaben ausführt. In einigen Beispielen können die von der Anzeigeeinheit 112 angezeigten Bilder vom Benutzersteuersystem 102 von einem oder mehreren Bildaufnahmevorrichtungen empfangen werden, die an einem entfernten Arbeitsort angeordnet sind. In anderen Beispielen können die von der Anzeigeeinheit angezeigten Bilder von der Anzeigeeinheit (oder von einer angeschlossenen anderen Vorrichtung oder einem angeschlossenen anderen System) erzeugt werden. In einem Beispiel eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung des teleoperierten Systems 100 kann die Anzeigeeinheit 112 Bilder einer physischen Operationsstelle bei einem Patienten in der Nähe des Manipulatorsystems 104 oder eine generierte virtuelle Darstellung einer Operationsstelle oder eine Kombination aus physischen und virtuellen Stellen (z.B. Augmented Reality) anzeigen und kann reale oder virtuelle Instrumente des Manipulatorsystems 104 anzeigen, die von den Steuereingabevorrichtungen des Benutzersteuersystems 102 gesteuert werden.
Die Anzeigeeinheit 112 kann ein zweidimensionales Bild und/oder ein stereoskopisches Bild von z.B. einem Endeffektor des Manipulatorinstruments 126 und der Operationsstelle anzeigen. Ein stereoskopisches Bild liefert dreidimensionale Tiefeninformationen, die es dem Benutzer 108 ermöglichen, die relativen Tiefen der Instrumente und der Anatomie des Patienten einzuschätzen und visuelles Feedback zu verwenden, um die Manipulatorinstrumente 126 mit Hilfe von Steuereingabevorrichtungen zu steuern, um die Merkmale der Instrumente präzise anzuvisieren und zu kontrollieren.
Bei der Verwendung des Benutzersteuersystems 102 kann der Benutzer 108 vor dem Benutzersteuersystem 102 sitzen, stehen oder knien, seine Augen vor der Anzeigeeinheit 112 positionieren oder positionieren lassen (und/oder die Anzeigeeinheit 112 in eine Position/Ausrichtung seiner Augen bewegen), die Steuereingabevorrichtungen, z.B. eine in jeder Hand, ergreifen und manipulieren und seine Unterarme wie gewünscht auf der ergonomischen Stütze 110 abstützen. In den Beispielen dieser Offenbarung wird davon ausgegangen, dass sich der Benutzer 108 in einer im Allgemeinen aufrechten sitzenden, stehenden oder knienden Position relativ zu den Steuersystemen und Anzeigeeinheiten befindet und diese nach vorne gerichtet sind (mit Blick auf die Augen). Räumliche Bezugsrahmen, die unter Bezugnahme auf Beispiele dieser Offenlegung beschrieben werden, umfassen daher im Allgemeinen drei Dimensionen, die links/rechts/seitlich (X-Achse), vertikal oder oben/unten (Y-Achse) und nahe bei und weit entfernt von (Z-Achse) dem Benutzersteuersystem und der Anzeigeeinheit entsprechen.
Wie bereits erwähnt, sind die Anzeigeeinheit 112 und andere Anzeigeeinheiten gemäß dieser Offenbarung in der Lage, sich in zwei verschiedenen Bezugssystemen einzustellen. Die Anzeigeeinheit 112 als Ganzes kann in verschiedenen Freiheitsgraden relativ zum Benutzersteuersystem 102 bewegt werden, das in diesem Bezugssystem als Boden betrachtet wird. Zusätzlich umfasst die Anzeigeeinheit 112 eine konturierte, bewegliche Kopfstütze, die so konfiguriert ist, dass sie den Benutzer 108 dazu anleitet, die Augen des Benutzers 108 relativ zur Anzeigeeinheit zu positionieren und aktiv zu positionieren, die in diesem Bezugsrahmen der Anzeigeeinheit als Boden betrachtet wird.
Wie in 1 gezeigt, umfasst das teleoperierte System 100 auch ein Manipulatorsystem 104, das über das Benutzersteuersystem 102 teleoperiert werden kann. In diesem Beispiel ist das Manipulatorsystem 104 in der Nähe des Operationstisches 106 (z.B. Tisch, Bett oder andere Unterlage) positioniert, auf dem ein Patient angeordnet werden kann. Optional sind einige oder alle Komponenten des Manipulatorsystems 104 am Tisch 106 montiert. Der Arbeitsort 130 kann auf dem Operationstisch 106 bereitgestellt werden, z.B. auf oder in einem Patienten, einem simulierten Patienten oder Modell usw. (nicht gezeigt). In anderen Implementierungen kann ein Arbeitsort ein anderer Ort oder Bereich sein, an dem Aufgaben mit einem Manipulatorsystem durchgeführt werden sollen. Das ferngesteuerte Manipulatorsystem 104 umfasst eine Vielzahl von Manipulatorarmen 120, die jeweils mit einer Instrumentenanordnung 122 verbunden sind. Die Instrumentenanordnung 122 umfasst zum Beispiel ein Instrument 126. In einigen Beispielen können die Instrumente 126 chirurgische Instrumente umfassen, und solche Instrumente können an ihrem distalen Ende einen chirurgischen Endeffektor umfassen, z.B. zur Behandlung von Gewebe eines Patienten.
Eines oder mehrere der Instrumente 126 können eine Bilderfassungsvorrichtung (z.B. eine Kamera) enthalten, wie z.B. eine oder mehrere Kameras, die in der Endoskop-Anordnung 124 enthalten sind, die Bilder von einem Teil des Arbeitsortes aufnehmen kann. Erfasste Bilder können zur Ausgabe an die Anzeigeeinheit 112 des Benutzersteuersystems 102 übertragen werden. Eine Anzeigevorrichtung 128 kann im Manipulatorsystem 104 enthalten sein, um aufgenommene Bilder und/oder andere Informationen zu einem am Arbeitsort durchgeführten Eingriff anzuzeigen. Die Kamera oder eine andere Bildaufnahmevorrichtung kann in solchen Beispielen in mehreren Freiheitsgraden bewegt werden, z.B. basierend auf der Translation und Rotation von Teilen des Manipulatorarms 120, der die Kamera hält.
In einem Beispiel eines chirurgischen Eingriffs unter Verwendung des teleoperierten Systems 100 kann das Manipulatorsystem 104 für die Operation in der Nähe eines Patienten (oder eines simulierten Patienten für das Training) positioniert werden, wo es stationär bleiben kann, bis ein bestimmter chirurgischer Eingriff oder eine bestimmte Phase eines Eingriffs abgeschlossen ist. Zusätzlich kann das Benutzersteuersystem 102 an verschiedenen Stellen relativ zum Manipulatorsystem 104 positioniert werden, z.B. in einem sterilen chirurgischen Feld in der Nähe des Manipulatorsystems 104 und des Arbeitsortes 130, im selben Raum wie das Manipulatorsystem 104 und der Arbeitsort 130 oder entfernt vom Manipulatorsystem 104 und dem Arbeitsort 130, z.B. in einem anderen Raum, Gebäude oder an einem anderen geographischen Ort. Die Anzahl der gleichzeitig verwendeten teleoperierten Instrumente 126 und/oder die Anzahl der im Manipulatorsystem 104 verwendeten Arme 120 kann unter anderem von dem durchzuführenden Eingriff und den Platzverhältnissen im verfügbaren Bereich abhängen.
Die Manipulatorarme 120 und/oder die Instrumentenanordnungen 122 können so gesteuert werden, dass sie die Instrumente 126 als Reaktion auf die Betätigung von Steuereingabevorrichtungen durch den Benutzer 108 bewegen und schwenken, so dass der Benutzer Aufgaben am Arbeitsort 130 ausführen kann. Zum Beispiel kann der Benutzer chirurgische Eingriffe an internen Operationsstellen durch minimalinvasive chirurgische Öffnungen steuern. Ein oder mehrere Aktuatoren, die mit den Manipulatorarmen 120 und/oder den Instrumentenanordnungen 122 gekoppelt sind, können eine Kraft ausgeben, die bewirkt, dass sich Glieder oder andere Teile der Arme 120 und/oder Instrumente 126 in bestimmten Freiheitsgraden bewegen, und zwar als Reaktion auf Steuersignale, die von den Steuereingabevorrichtungen empfangen werden.
Einige Implementierungen des teleoperierten Systems 100 können verschiedene Betriebsmodi bereitstellen. In einem nicht-steuernden Modus (z.B. sicherer Modus) des teleoperierten Systems 100 ist die gesteuerte Bewegung des Manipulatorsystems 104 steuerbar von den Steuereingabevorrichtungen entkoppelt (getrennt), so dass die Bewegung und andere Manipulationen der Steuereingabevorrichtungen keine Bewegung des Manipulatorsystems 104 verursachen. In einem Steuermodus des teleoperierten Systems 100 (z.B. Folgemodus) kann die Bewegung des Manipulatorsystems 104 jedoch steuerbar mit den Steuereingabevorrichtungen gekoppelt (verbunden) sein, so dass die Bewegung und andere Manipulationen der Steuereingabevorrichtungen eine Bewegung des Manipulatorsystems 104 bewirkt, z.B. während eines chirurgischen Eingriffs. Solche Betriebsarten können für das Manipulatorsystem 104 als Ganzes oder für Teile davon implementiert werden, z.B. für jeden der Manipulatorarme 120 und die zugehörigen Instrumentenanordnungen 122.
Das teleoperierte System 100 kann auch ein Steuersystem in/mit dem Benutzersteuersystem 102 und/oder extern/getrennt vom Benutzersteuersystem 102 (z.B. in Kommunikation mit dem Benutzersteuersystem) umfassen. Wenn der Benutzer 108 die eine oder mehreren Steuereingabevorrichtungen des Benutzersteuersystems 102 bewegt, werden die erfassten räumlichen Informationen und die erfassten Orientierungsinformationen basierend auf der Bewegung der Steuereingabevorrichtungen an das Steuersystem übermittelt. Auch andere Benutzereingaben werden dem Steuersystem zur Verfügung gestellt, z.B. Benutzereingaben, die an der Anzeigeeinheit 112 empfangen werden, und/oder die Aktivierung anderer Eingabevorrichtungen. Das Steuersystem kann Steuersignale an das Manipulatorsystem 104 liefern, um die Bewegung der Arme 120, der Instrumentenanordnungen 122 und der Instrumente 126 basierend auf den empfangenen Informationen und Benutzereingaben zu steuern.
Einige Implementierungen gemäß dieser Offenbarung können eine oder mehrere Komponenten eines teleoperierten medizinischen Systems enthalten, wie z.B. ein da Vinci® Chirurgiesystem (z.B. ein Modell IS3000 oder IS4000, vermarktet als da Vinci Si® oder da Vinci Xi® Chirurgiesystem), das von Intuitive Surgical, Inc. aus Sunnyvale, Kalifornien, USA, vermarktet wird. Die hierin offengelegten Funktionen können auf verschiedene Weise implementiert werden, einschließlich in Implementierungen, die zumindest teilweise computergesteuert sind, über elektronische Steuersignale gesteuert werden, manuell über direkte physische Manipulationen gesteuert werden, usw. Implementierungen auf da Vinci® Chirurgiesystemen sind lediglich Beispiele und sollen nicht als Einschränkung des Umfangs der hier offengelegten Funktionen angesehen werden. Beispielsweise können verschiedene Arten von teleoperierten Systemen mit Manipulatorsystemen am Arbeitsort von den hier beschriebenen Merkmalen Gebrauch machen. Auch andere, nicht teleoperierte Systeme können eines oder mehrere der beschriebenen Merkmale nutzen, z.B. verschiedene Arten von Steuersystemen und - vorrichtungen, Peripherievorrichtungen usw.
2 ist eine Frontansicht eines beispielhaften Benutzersteuersystems 200 mit Steuereingabevorrichtungen und einem Anzeigesystem. Das Benutzersteuersystem 200 einschließlich der Anzeigeeinheit 204 kann dem Benutzersteuersystem 102 und der Anzeigeeinheit 112 aus 1 ähnlich sein.
Das Benutzersteuersystem 200 umfasst eine Anzeigeeinheit 204, die Bilder während einem von einem teleoperierten System durchgeführten Eingriff anzeigen kann. Die Bilder können von einer Bildaufnahmevorrichtung erfasst werden und einen physischen Arbeitsort darstellen, an dem eine Aufgabe ausgeführt wird, wie z.B. eine während eines chirurgischen Eingriffs angezeigte Operationsstelle, oder sie können eine generierte Darstellung eines virtuellen Arbeitsortes darstellen. Die Anzeigeeinheit 204 kann auch andere Informationen anzeigen, wie z.B. eine grafische Benutzeroberfläche, die die Auswahl von Befehlen und Funktionen ermöglicht, Statusinformationen, Alarme und Warnungen, Benachrichtigungen, usw. Solche Informationen können in Kombination mit (z.B. überlagert mit) einer Ansicht eines Arbeitsorts oder ohne eine Arbeitsortansicht angezeigt werden.
Die Anzeigeeinheit 204 umfasst zwei Sichtfenster 205, Handeingabevorrichtungen 206a, 206b und eine verstellbare Kopfstütze 208, die in dem Beispiel von 2 schematisch dargestellt ist. Die Kopfstütze 208 kann einen Benutzer dazu anleiten, den Kopf des Benutzers so zu positionieren und aktiv zu positionieren, dass die Augen des Benutzers auf die Sichtfenster 205 ausgerichtet sind und sich in einer geeigneten Position relativ zu diesen befinden, um die von der Anzeigeeinheit 204 angezeigten Bilder zu betrachten. In einigen Beispielen können sich hinter den Sichtfenstern 205 ein oder mehrere Bildschirme befinden, auf denen die Bilder für den Betrachter angezeigt werden. In einigen Implementierungen können ein oder mehrere Bildschirme oder andere Anzeigevorrichtungen anstelle der Sichtfenster 205 verwendet werden. Zusätzlich kann jedes der Sichtfenster 205 eine Linse enthalten, die eine optische Achse definiert, wie mit Bezug auf 3A-4B näher beschrieben wird.
Die beispielhafte Anzeigeeinheit 204 und die verstellbare Kopfstütze 208 sind so konfiguriert, dass sie einen Benutzer bei der Positionierung und/oder aktiven Positionierung der Augen/Pupillen eines Benutzers in drei Dimensionen/Bewegungsfreiheitsgraden unterstützen. Die Kopfstütze 208 kann zum Beispiel eine konturierte Form in der X-Z-Ebene aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie die Augen des Benutzers entlang der X-Achse führt, wenn die Stirn des Benutzers von der konturierten Form der Kopfstütze aufgenommen wird/an ihr anliegt. Die Kopfstütze 208 kann auch eine abgewinkelte, konturierte Form in der Y-Z-Ebene aufweisen, um eine Vielzahl von Stirnformen aufzunehmen und die Platzierung der Augen entlang der Y-Achse zu erleichtern. Die Kopfstütze 208 kann auch von der optischen Achse der Linsen der Sichtfenster 205 um einen festen, vorbestimmten Abstand entlang der Y-Achse versetzt sein, um die Position der Augen entlang der Y-Achse weiter zu führen. Darüber hinaus kann die Kopfstütze 208 entlang der Z-Achse beweglich sein, um die Augen des Benutzers aktiv in einem optimalen Abstand oder einer Entfernung von der Vorderseite der Linsen der Sichtfenster 205 zu positionieren, z.B. in einem optimalen Abstand entlang oder parallel zur optischen Achse der Linsen.
Das Benutzersteuersystem 200 kann eine oder mehrere optionale Eingabesteuervorrichtungen enthalten, die es einem Benutzer ermöglichen, die Position und/oder Ausrichtung der Anzeigeeinheit 204 als Ganzes relativ zum Benutzersteuersystem 200 und/oder Teilen davon einzustellen oder anderweitig zu manipulieren (z.B. in Bezug auf die unten beschriebenen Steuereingabevorrichtungen 210 und 212). Die Anzeigeeinheit 204 verfügt beispielsweise über eine Handeingabevorrichtung 206a auf der linken Seite der Anzeigeeinheit und eine Handeingabevorrichtung 206b auf der rechten Seite der Anzeigeeinheit 204. Die Handeingabevorrichtungen 206a und 206b können Benutzereingaben empfangen, um die Anzeigeeinheit 204 zu veranlassen, ihre Ausrichtung und/oder Position zu ändern, z.B. um ergonomische Einstellungen für mehr Benutzerkomfort vorzunehmen. Solche ein oder mehrere Handeingabevorrichtungen können alternativ oder zusätzlich an anderen Bereichen oder Komponenten des Benutzersteuersystems 200 angeordnet sein.
Das Benutzersteuersystem 200 umfasst auch Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 für die Manipulation durch den Benutzer, um die Bewegung einer oder mehrerer Komponenten des Manipulatorsystems 104 zu steuern. Ein Benutzer kann zum Beispiel seine Unterarme auf die ergonomische Stütze 214 stützen, während er Teile der Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 ergreift, wobei er in jeder Hand eine Steuereingabevorrichtung hält. Die ergonomische Stütze 214 kann auch in der Höhe für verschiedene Benutzer einstellbar sein. Die Steuereingabevorrichtungen können eine oder mehrere beliebige Eingabevorrichtungen umfassen, die vom Benutzer bedient werden können, wie z.B. kinematisch gekoppelte (mechanisch geerdete) Handgriffe, Joysticks, Trackballs, Datenhandschuhe, Trigger-Guns, handbetätigte Controller, Spracherfassungsvorrichtungen, Touchscreens und dergleichen.
Jede Steuereingabevorrichtung 210 und 212 kann Griffteile umfassen, die in einer Vielzahl von Freiheitsgraden beweglich sind. Zum Beispiel kann jede Steuereingabevorrichtung 210 und 212 die Bewegung und die Funktionen einer zugehörigen Armanordnung eines Manipulatorsystems steuern, zum Beispiel die Armanordnung 120 des Manipulatorsystems 104 in 1. Die Steuereingabevorrichtung 210 kann in einer Vielzahl von Freiheitsgraden bewegt werden, um einen entsprechenden Endeffektor des Manipulatorsystems in entsprechenden Freiheitsgraden zu bewegen und zu bedienen, und die Steuereingabevorrichtung 212 kann in einer Vielzahl von Freiheitsgraden bewegt werden, um einen anderen entsprechenden Endeffektor des Manipulatorsystems in entsprechenden Freiheitsgraden zu bewegen und zu bedienen.
In einigen Fällen sind die Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 mit denselben Freiheitsgraden ausgestattet wie die zugehörigen Instrumente des Manipulatorsystems, um dem Bediener eine Telepräsenz zu ermöglichen, z.B. die Wahrnehmung, dass die Steuereingabevorrichtungen mit den Instrumenten integriert sind, so dass der Bediener das starke Gefühl hat, die Instrumente direkt zu steuern, als wäre er am Arbeitsort anwesend. In anderen Implementierungen können die Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 mehr oder weniger Freiheitsgrade haben als die zugehörigen Instrumente. Darüber hinaus kann es sich bei den Steuereingabevorrichtungen um manuelle Eingabevorrichtungen handeln, die sich in allen sechs kartesischen Freiheitsgraden bewegen und die auch einen betätigbaren Griffteil (z.B. Handgriff) zur Betätigung von Manipulatorinstrumenten enthalten können, z.B. zum Schließen von Greifbacken, zum Anlegen eines elektrischen Potentials an eine Elektrode, zur Durchführung einer medizinischen Behandlung und dergleichen. Eine Grifffunktion, wie z.B. das Zusammen- und Auseinanderbewegen von zwei Griffteilen einer Steuereingabevorrichtung in einer Zangenbewegung, kann einen zusätzlichen mechanischen Freiheitsgrad (d.h. einen Griff-Freiheitsgrad) bieten.
Das Beispiel-Benutzersteuersystem 200 umfasst auch Fußschalter 220, die unterhalb der Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 angeordnet sind. Die Fußschalter 220 können mit den Füßen des Benutzers gedrückt, geschoben und/oder anderweitig manipuliert werden, um verschiedene Befehle in ein Steuersystem eines teleoperierten Systems einzugeben, während der Benutzer das Benutzersteuersystem 200 bedient. Fußsteuerungen 220 oder andere Steuerungen können als „Steuereingabevorrichtungen“ betrachtet werden, die eine oder mehrere Funktionen oder Operationen des Manipulatorsystems steuern können, das über das Benutzersteuersystem 200 teleoperiert wird.
In einigen Implementierungen können ein oder mehrere Benutzeranwesenheitssensoren an einem oder mehreren Orten des Benutzersteuersystems 200 positioniert werden, um die Anwesenheit eines Benutzers zu erfassen, der das Benutzersteuersystem bedient und/oder sich neben oder in der Nähe des Benutzersteuersystems befindet. Die Anwesenheitssensoren können zum Beispiel auf der Anzeigeeinheit 204 positioniert werden und die Anwesenheit des Kopfes eines Benutzers erfassen, der auf die Sichtfenster 205 ausgerichtet ist. Als Anwesenheitssensor kann zum Beispiel ein optischer Sensor verwendet werden, wobei der optische Sensor einen Sender und einen Detektor umfasst und eine Unterbrechung eines optischen Strahls vom Detektor erfasst wird, wenn der Kopf des Benutzers so positioniert ist, dass er die Ausgabe der Anzeigeeinheit 204 sieht und der Benutzer sich in einer geeigneten Position befindet, um die Steuereingabevorrichtungen 210 und 212 zu verwenden. In einigen Implementierungen können Handeingabevorrichtungen 206 und/oder eine verstellbare Kopfstütze 208 verwendet werden, um die Anwesenheit des Benutzers zu erfassen.
3A ist eine Seitenansicht und 3B ist eine entsprechende Draufsicht, die ein Beispiel für eine Anzeigeeinheit 300 gemäß den Beispielen dieser Offenbarung zeigt. Die Anzeigeeinheit 300 kann in ein Benutzersteuersystem eines telechirurgischen Systems integriert bzw. damit gekoppelt werden. In 3A und 3B umfasst die Anzeigeeinheit 300 eine Stützstruktur 302, eine konturierte bewegliche Kopfstütze 304, Sichtfenster 306 und Linsen 308. Die Kopfstütze 304 ist entlang der Z-Achse näher an die Stützstruktur 302 der Anzeigeeinheit 300, die Sichtfenster 306 und die Linsen 308 heran- und wegbewegbar. Zwei Sichtfenster 306, eines für jedes Auge eines Benutzers, enthalten jeweils eine Linse 308. Und jede Linse 308 definiert eine optische Achse 310 und einen Punkt 312 auf der optischen Achse 310, den wir als Fokuspunkt 312 bezeichnen werden.
Bilder oder andere Informationen, die in der Anzeigeeinheit 300 durch die Sichtfenster 306 und die Linsen 308 angezeigt werden, können von den Benutzern optimal betrachtet werden, indem die Pupillen der Benutzer auf den Fokuspunkt 312 ausgerichtet werden. Es kann jedoch unpraktisch sein, dass die Benutzer sich selbst positionieren oder dass Mechanismen der Anzeigeeinheit 300, z.B. die Kopfstütze 304, die Benutzer dazu anleiten, ihre Pupillen in den Fokuspunkten 312 der Linsen 308 zu positionieren oder aktiv zu positionieren. So kann eine Fokuszone 314 definiert werden, die ein Raumvolumen darstellt, innerhalb dessen die Augen der Benutzer der Anzeigeeinheit 300 für eine akzeptable Betrachtung der von der Anzeigeeinheit durch die Linsen 308 der Sichtfenster 306 angezeigten Informationen positioniert werden können.
Ein Auge 316 eines Benutzers ist in 3 A und 3B mit der Pupille des Auges 316 innerhalb der Fokuszone 314, aber nicht genau im Fokuspunkt 312 dargestellt. An der in 3 A und 3B schematisch dargestellten Position des Auges 316 befindet sich der Benutzer in einer akzeptablen Position, um die von der Anzeigeeinheit 300 angezeigten Informationen zu betrachten, und die Pupille des Auges 316 ist vom Fokuspunkt 312 in drei Richtungen versetzt, die mit x₀, y₀, z₀ bezeichnet sind und die den versetzten Abstand der Pupille in den Dimensionen X, Y und Z vom Fokuspunkt 312 darstellen. Die konturierte, bewegliche Kopfstütze 304 der Anzeigeeinheit 300 (und andere beispielhafte verstellbare Kopfstützen und Anzeigeeinheiten gemäß dieser Offenbarung) ist so konfiguriert, dass sie den Benutzer sowohl passiv führt, um das Auge 316 innerhalb der Fokuszone 314 zu positionieren, als auch aktiv führt, um den Benutzer so zu positionieren, dass sich das Auge 316 innerhalb der Fokuszone 314 befindet.
Aspekte, die mit der Kopfstütze 304 verbunden sind, die das Auge 316 in die richtige Position in Bezug auf die Linse 308 entlang einer der individuellen X-, Y- oder Z-Achsen führen, können als separate Ausführungsformen implementiert werden. Oder sie können in anderen Ausführungsformen kombiniert werden, um das Auge 316 entlang zweier oder aller drei der einzelnen X-, Y- und Z-Achsen in verschiedenen Kombinationen in die richtige Position in Bezug auf die Linse 308 zu führen. Fachleute ist ersichtlich, dass Aspekte, die in Kombination miteinander beschrieben werden, optional auch einzeln in Bezug auf eine einzelne der X-, Y- und Z-Achsen implementiert werden können. Im Beispiel von 3A und 3B ist die Kopfstütze 304 so konfiguriert, dass sie den Benutzer anleitet, das Auge 316 in drei Dimensionen/Bewegungsfreiheitsgraden zu positionieren und/oder aktiv zu positionieren. Die Kopfstütze 304 kann zum Beispiel eine konturierte Form in der X-Z-Ebene aufweisen, die so gestaltet ist, dass sie die Augen des Benutzers entlang der X-Achse führt, wenn die Stirn des Benutzers von der konturierten Form der Kopfstütze aufgenommen wird/an ihr anliegt. Bezug nehmend auf 3B umfasst die Kopfstütze 304 einen Toroid-Abschnitt, der einen konkaven, dem Benutzer zugewandten Teil 318 definiert, in dem eine Stirnkontaktfläche definiert ist, die im Allgemeinen wie ein Abschnitt eines Toroiden geformt ist, der in der Nähe des Lochs im Toroid genommen wird. Der konkave, dem Benutzer zugewandte Teil 318 der Kopfstütze 304 umfasst eine gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche 320. Die dem Benutzer zugewandte Fläche 320 ist in zwei Ebenen gekrümmt. Wie in 3B gezeigt, ist die dem Benutzer zugewandte Fläche 320 in der X-Z-Ebene konkav gekrümmt, und wie in 3A gezeigt, ist die dem Benutzer zugewandte Fläche 320 in der Y-Z-Ebene konvex gekrümmt. Außerdem ist die dem Benutzer zugewandte Fläche 320, wie in 3 A gezeigt, von einem oberen zu einem unteren Teil der gekrümmten, dem Benutzer zugewandten Fläche in Richtung der Stützstruktur 302, des Sichtportals 306 und der Linse 308 abgewinkelt. Anders ausgedrückt ist die dem Benutzer zugewandte Fläche 320 sowohl in der Y-Z-Ebene konvex, wie gezeigt, als auch in der Gesamtheit der konvexen Kurve von oben nach unten vom Benutzer weg und in Richtung der Stützstruktur 302, des Sichtportals 306 und der Linse 308 geneigt.
Die konkave Krümmung der dem Benutzer zugewandten Fläche 320 in der X-Z-Ebene ist so konfiguriert, dass sie das Auge 316 des Benutzers entlang der X-Achse führt, wenn die Stirn des Benutzers von der konturierten Form der Kopfstütze aufgenommen wird/an ihr anliegt. Die konkave Krümmung der dem Benutzer zugewandten Fläche 320 ist beispielsweise so gewählt, dass sie sich bequem an eine Vielzahl von Benutzern mit unterschiedlich geformten und großen Stirnen anpasst, so dass sich der zentrale Bereich der Stirn um eine Achse legt, die die Kopfstütze 304 in der X-Achse halbiert, wodurch der Kopf des Benutzers und auch die Augen des Benutzers im Allgemeinen entlang der X-Achse zentriert werden. Durch empirische Messungen kann ein breiter Bereich von Stirnabmessungen des Benutzers ermittelt werden, die berücksichtigt werden müssen. Zusätzlich oder alternativ können verfügbare anatomische Statistiken verwendet werden, um einen Bereich von Stirnabmessungen des Benutzers zu bestimmen, der angepasst werden kann. Zum Beispiel kann das 10.-90. Perzentil oder das 5.-95. Perzentil der Stirnbreite berücksichtigt werden. In der in 3B gezeigten stereoskopischen Implementierung ist die Achse, die die Kopfstütze 304 halbiert, auf die vertikale Y-Z-Ebene ausgerichtet, die die beiden Betrachtungsportale 306 und die Linsen 308 trennt. Die Linsen können so eingestellt werden, dass sie dem Augenabstand des Benutzers entsprechen. In Implementierungen für ein einziges Betrachtungsportal 306 und eine einzige Linse 308 wird die die Achse halbierende Kopfstütze 304 horizontal in X-Richtung von der optischen Achse 310 versetzt sein.
Die Neigung bzw. der Winkel und die konvexe Krümmung der dem Benutzer zugewandten Fläche 320 in der Y-Z-Ebene ist so konfiguriert, dass sie eine Vielzahl von Stirnformen aufnehmen und die Platzierung des Auges 316 entlang der Y-Achse steuern kann. Auch hier können empirische Messungen oder verfügbare anatomische Statistiken verwendet werden, um einen breiten Bereich von Stirnabmessungen des Benutzers zu bestimmen, der z.B. im 10.-90. Perzentil oder im 5.-95. Perzentil der Stirnneigung liegt. Die Stirnprofilformen der Benutzer reichen von sehr markant (fast senkrecht) bis schräg (von unten nach oben vom Betrachter weg geneigt), und die geneigte/abgewinkelte Konfiguration der dem Benutzer zugewandten Fläche 320, die von oben nach unten von der Stirn des Benutzers weg und in Richtung der Stützstruktur 302, der Betrachterportale 306 und der Linsen 308 der Anzeigeeinheit 300 geneigt/abgewinkelt ist, ist so konfiguriert, dass sie diese vielen Stirnformen der Benutzer aufnehmen kann.
Darüber hinaus kann eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen der Haut des Benutzers und der Kopfstütze 304 zu einer schlechten Wärmeübertragung oder einer Konzentration der Wärme in der Kontaktfläche führen, was über längere Zeiträume zu Unbehagen beim Benutzer führen kann. Die abgewinkelte und konvex gekrümmte Konfiguration der dem Benutzer zugewandten Fläche 320 ist daher auch so konfiguriert, dass sie im Allgemeinen den Flächenkontakt zwischen der Kopfstütze 304 und der Stirn des Benutzers reduziert, was den Komfort des Benutzers über längere Zeiträume hinweg unterstützen kann, indem es eine solche Wärmekonzentration und das daraus resultierende Schwitzen reduziert.
In einigen Ausführungen ist die dem Benutzer zugewandte Fläche 320 eine gekrümmte Fläche (gekrümmt in zwei Ebenen, der Y-Z- und der X-Z-Ebene in den Beispielen von 3A und 3B), die so konfiguriert ist, dass sie den Benutzer dazu anleitet, seine Augen in einer relativ kleinen optimalen/akzeptablen Fokuszone 314 in zwei Dimensionen entlang der X- und Y-Achse zu positionieren (oder mit anderen Worten, horizontal (rechtslinks; von Seite zu Seite) und vertikal (von oben nach unten)).
Die Kopfstütze 304 ist auch von der optischen Achse 310 der Linse 308 um einen festen vorbestimmten Abstand A entlang der Y-Achse versetzt. Bezugnehmend auf 3 A ist die Kopfstütze 304 mit dem Schaft 322 gekoppelt oder in diesen integriert, der so konfiguriert sein kann, dass er mit einem Mechanismus gekoppelt werden kann, der die Kopfstütze 304 entlang der Z-Achse bewegt. Die Kopfstütze 304 kann in einem festen Abstand A zwischen einer zentralen Längsachse 324 des Schafts 322 und der optischen Achse 310 beweglich mit der Stützstruktur 302 der Anzeigeeinheit 300 verbunden sein, um die Augen einer Vielzahl von Benutzern mit einer Vielzahl von Kopfformen und Augenpositionen entlang der Y-Achse nahe an oder innerhalb der Fokuszone 314 zu führen.
Und die Kopfstütze 304 kann aktiv (mit einem Motor) entlang der Z-Achse bewegt werden, um das Auge 316 aktiv entlang der Z-Achse nahe an oder innerhalb der Sehzone 316 zu positionieren. Die Kopfstütze 304 ist an den Schaft 322 gekoppelt oder mit ihm verbunden, so dass sich die Kopfstütze und der Schaft als ein einziges Stück entlang der Z-Achse bewegen. Der Schaft 322 ist mit einem Mechanismus/Aktuator der Anzeigeeinheit gekoppelt, der die Kopfstütze 304 entlang der Z-Achse bewegt, wie unten mit Bezug auf die Beispiele von 4 A und 4B näher beschrieben. Der Mechanismus/Aktuator, der die Kopfstütze 304 entlang der Z-Achse verschiebt, kann beispielsweise durch eine oder mehrere Benutzereingabevorrichtungen eines Benutzersteuersystems gesteuert werden, mit dem die Anzeigeeinheit 300 verwendet wird.
Das Design der Anzeigeeinheit 300 und der konturierten, beweglichen Kopfstütze 304 (und anderer beispielhafter Anzeigeeinheiten und Kopfstützen gemäß dieser Offenbarung) kann die Augen einer Vielzahl von Benutzern effizienter und zufriedenstellender positionieren als beispielsweise ein System mit einer separaten, mechanisch geerdeten Kopfstütze, die jeder Benutzer für den Komfort in Y und Z einstellen müsste, und einer verstellbaren Betrachteranordnung, die ebenfalls in Y und Z bewegt wird, um die optische Achse mit der Pupille auszurichten, sobald die separate Kopfstütze für den Komfort des Benutzers eingestellt ist. In den Beispiel-Anzeigeeinheiten gemäß dieser Offenbarung kann der Benutzer daher, sobald der vorbestimmte Versatz A der Y-Achse des Betrachters ausgewählt und die Einstellung der Z-Achse der Kopfstütze vorgenommen wurde, den Kopf leicht vom Betrachter abnehmen und dann wieder aufsetzen, um den Kopf gegen die Kopfstütze zu setzen, um wieder eine gute Pupillenplatzierung in X, Y und Z für die Betrachtung zu erreichen.
4A und 4B zeigen Teile eines weiteren Beispiels einer Anzeigeeinheit 400 mit einer konturierten beweglichen Kopfstütze 404 gemäß dieser Offenbarung. Bezugnehmend auf 4A und 4B umfasst die Anzeigeeinheit 400 einen linearen Aktuator 402, eine Kopfstütze 404, Sichtfenster 406 und Linsen 408, die eine optische Achse 410, einen Fokuspunkt 412 und eine Fokuszone 414 definieren. Die Kopfstütze 404 ist an den Schaft 422 gekoppelt oder mit ihm verbunden, so dass sich die Kopfstütze und der Schaft als ein einziges Stück entlang der Z-Achse bewegen. Der Schaft 422 ist mit dem Schlitten 424 gekoppelt, der gleitend mit der Schiene 426 verbunden ist. Der Linearantrieb 402 umfasst den Motor 430, die Lager 432, die Kugelumlaufspindel 434, die Kugelumlaufspindelmutter 436 und den Encoder 438. Der Schlitten 424 ist ebenfalls mit der Kugelumlaufspindelmutter 436 gekoppelt und bewegt sich mit ihr.
In ähnlicher Weise wie im Beispiel von 3A und 3B beschrieben, sind die Anzeigeeinheit 400 und die konturierte, verstellbare Kopfstütze 404 so konfiguriert, dass sie einen Benutzer bei der Positionierung und/oder aktiven Positionierung der Augen/Pupillen eines Benutzers in drei Dimensionen/Bewegungsfreiheitsgraden unterstützen. Die Kopfstütze 404 weist beispielsweise eine konkav gekrümmte Form in der X-Z-Ebene auf, die so gestaltet ist, dass sie die Augen des Benutzers entlang der X-Achse führt, wenn die Stirn des Benutzers von der konturierten Form der Kopfstütze aufgenommen wird/an ihr anliegt. Die Kopfstütze 404 weist auch eine abgewinkelte, konvexe Form in der Y-Achse auf, um sich an eine Vielzahl von Stirnformen anzupassen und die Augen entlang der Y-Achse zu führen. Die Kopfstütze 404 kann auch von der optischen Achse 410 der Linsen 408 um einen festgelegten Abstand entlang der Y-Z-Ebene versetzt sein, um die Position der Augen entlang der Y-Achse weiter zu führen.
Der lineare Aktuator 402 der Anzeigeeinheit 400 ist so konfiguriert, dass er die Position der Kopfstütze 404 entlang der Z-Achse bewegt/einstellt, um die Augen des Benutzers aktiv in einem optimalen Abstand (Entfernung) von der Vorderseite der Linsen der Sichtfenster 406 zu positionieren, z.B. in einem optimalen Abstand entlang oder parallel zur optischen Achse 410 der Linsen 408. Im Betrieb kann der lineare Aktuator 402 durch eine Benutzereingabe gesteuert werden, um die Kopfstütze 404 zu bewegen. Beispielsweise kann die Anzeigeeinheit 400 in ein Benutzersteuersystem eines telechirurgischen Systems integriert bzw. damit gekoppelt werden. Das Benutzersteuersystem kann eine oder mehrere Benutzereingabevorrichtungen enthalten, zum Beispiel die Benutzereingabevorrichtungen 206a und 206b des Benutzersteuersystems 200 von 1 und 2. Der Benutzer kann die eine oder mehreren Benutzereingabevorrichtungen betätigen, die direkt oder über ein Steuersystem mit dem Encoder 438 kommunizieren, um den Motor 430 zu veranlassen, die Kugelumlaufspindel 434 zu drehen. Während sich die Kugelumlaufspindel 434 dreht, bewegt sich die Kugelumlaufspindelmutter 436 entlang der Z-Achse. Die Kugelumlaufspindelmutter 436 ist mit dem Schlitten 424 verbunden, der mit dem Schaft 422 der Kopfstütze 404 gekoppelt und gleitend mit der Schiene 426 verbunden ist. Wenn also die Kugelumlaufspindelmutter 436 durch die Drehung der Kugelumlaufspindel 434 bewegt wird, bewegt sich die Kopfstütze 404 entlang der Z-Achse.
Der Linearaktuator 402 kann so konfiguriert werden, dass er die Kopfstütze 404 zwischen einem vorbestimmten minimalen Ausfahrweg und einem vorbestimmten maximalen Ausfahrweg bewegt, wobei der Bereich der Positionen der Kopfstütze 404 auf der Optik der Linsen 408, d.h. auf dem Fokuspunkt 412 und der Fokuszone 414, basieren kann. Die optimale (Fokuspunkt) oder zumindest akzeptable (Fokuszone) Betrachtungsposition der Anzeigeeinheit 400 basiert zumindest teilweise auf der Optik der Linsen 408. Und die Platzierung eines Benutzers mit seinen Augen in z.B. der Fokuszone 414 basiert auch auf der Größe und Form des Kopfes des Benutzers und der Position der Augen des Benutzers in/an seinem Kopf. So kann der lineare Aktuator 402 so konfiguriert werden, dass er die Kopfstütze 404 zwischen einem vorbestimmten minimalen Ausfahrweg und einem vorbestimmten maximalen Ausfahrweg bewegt, die so gewählt werden, dass eine Vielzahl von Benutzern mit unterschiedlichen Kopfgrößen, Formen und anatomischen Konfigurationen ihre Augen innerhalb der Fokuszone 414 positionieren können. In einem Beispiel beträgt die Differenz zwischen dem vorbestimmten minimalen Ausfahrweg und dem vorbestimmten maximalen Ausfahrweg, d.h. der Abstand, der Benutzern mit hoher Stirn und Benutzern mit schräger Stirn entgegenkommt, etwa 60 Millimeter (2,36 Zoll).
Um die Benutzererfahrung zu verbessern und eine bessere Kontrolle über die Bewegung der Kopfstütze 404 zu ermöglichen, enthält die Anzeigeeinheit 400 einen Sensor 440, der zwischen dem Schlitten 424 und dem Schaft 422 angeordnet ist. Bei dem Sensor 440 kann es sich beispielsweise um einen Kraftsensor handeln, der kommunikativ mit einem Steuersystem verbunden ist, das mit dem Encoder 438 kommuniziert und die Betätigung des Motors 430 steuert. Ein Controller, der den Motor 430 steuert, kann so konfiguriert sein, dass er ein oder mehrere Signale vom Sensor 440 empfängt, die eine Belastung der Kopfstütze 404 durch einen Benutzer entlang der Z-Achse anzeigen. Der Controller kann dann den linearen Aktuator 402 (z.B. den Motor 430) so steuern, dass er die Kopfstütze 404 mit einer Kraft bewegt, die eine Funktion der Belastung des Kopfes des Benutzers auf der Kopfstütze 404 ist. Diese kraftgesteuerte Bewegung der Kopfstütze 404 kann so konfiguriert werden, dass sie den Benutzerkomfort verbessert und die Wahrscheinlichkeit, dass der lineare Aktuator 402 übermäßige Kräfte auf die Stirn des Benutzers ausübt, verringert oder beseitigt. In einem Beispiel kann das Steuersystem so konfiguriert werden, dass der lineare Aktuator 402 eine relativ kleine Vorspannkraft auf die Kopfstütze 404 ausübt und der Benutzer eine relativ kleine Kraft gegen die Kopfstütze 404 ausüben kann, um sie näher an die Anzeigeeinheit 400 zu drücken. Zusätzlich können Benutzereingabevorrichtungen vorgesehen werden, die es dem Benutzer ermöglichen, die Position der Kopfstütze 404 einzustellen, um die Kopfstütze weiter von der Anzeigeeinheit 400 wegzuziehen.
Die beispielhafte Anzeigeeinheit 400 von 4A und 4B enthält einen linearen Kugelumlaufspindelaktuator 402. Es können jedoch auch andere Mechanismen verwendet werden, um eine Kopfstütze einer Anzeigeeinheit gemäß dieser Offenbarung zu verstellen/bewegen. Beispielsweise können andere mechanische, elektromechanische, hydraulische, pneumatische oder piezoelektrische Aktuatoren eingesetzt werden, um eine verstellbare Kopfstütze einer Anzeigeeinheit gemäß dieser Offenbarung zu bewegen. Als Beispiele könnten ein linearer Aktuator mit Getriebe oder ein kinematischer Mechanismus bzw. ein kinematisches Gelenk eingesetzt werden, um die Kopfstütze 404 zu bewegen.
5A-5C zeigen ein Beispiel für eine konturierte Kopfstütze, die so konfiguriert ist, dass sie beweglich mit einer Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems verbunden werden kann. 5A-5C zeigen einen vertikalen Querschnitt auf der Mittellinie der Kopfstütze 500, parallel zu und in der Mitte zwischen zwei optischen Achsen (je eine für das linke und das rechte Auge) einer Anzeigeeinheit, an der die Kopfstütze befestigt werden kann.
In ähnlicher Weise wie im Beispiel von 3A-4B beschrieben, ist die konturierte Kopfstütze 500 so konfiguriert, dass sie einen Benutzer bei der Positionierung und/oder aktiven Positionierung der Augen/Pupillen eines Benutzers in drei Dimensionen/Bewegungsfreiheitsgraden unterstützt. Die Kopfstütze 500 weist beispielsweise eine konkav gekrümmte Form in der X-Z-Ebene auf, die so gestaltet ist, dass sie die Augen des Benutzers entlang der X-Achse führt, wenn die Stirn des Benutzers von der konturierten Form der Kopfstütze aufgenommen wird/an ihr anliegt. Die Kopfstütze 500 weist auch eine abgewinkelte, konvexe Form in der Y-Z-Ebene auf, um sich an eine Vielzahl von Stirnformen anzupassen und die Augen entlang der Y-Achse zu führen. Bezugnehmend auf 5 A ist die Kopfstütze 500 auch von der optischen Achse 502 einer Linse oder eines Linsensatzes (nicht gezeigt) um einen festen vorbestimmten Abstand O entlang der Y-Achse versetzt, um die Position der Augen entlang der Y-Achse weiter zu führen.
Die zusammengesetzte, gekrümmte Form der Kopfstütze 500 wird durch einen Toroiden definiert, von dem einige Beispielparameter in 5A dargestellt sind. Der Toroid, der die Form der Kopfstütze 500 in diesem Beispiel definiert, ist ein Torus mit einem kreisförmigen Querschnitt 504 mit einem Radius R und einem Zentrum 506, das von der optischen Achse 502 um einen Abstand O' versetzt ist. Andere gedrehte Formen, die keine exakten geometrischen Kreise sind, können verwendet werden, solange die Formen zu einer Benutzeroberflächenerfahrung führen, die im Wesentlichen mit diesem Beispiel vergleichbar ist. Wie dargestellt, schneidet die Drehachse 508 des Torus die optische Achse 502 in einem Winkel Beta ((3). Der Radius von der Drehachse 508 zum Mittelpunkt 506 des gedrehten Querschnitts 504 ist der Abstand A. Der Fokuspunkt 510 entlang der optischen Achse 502 ist als Beispielfokuspunkt für eine oder mehrere Linsen dargestellt, die zu einer Anzeigeeinheit gehören, in der die Kopfstütze 500 enthalten ist. Der Abstand zwischen der Drehachse 508 und der Linie, die den Winkel Alpha (α) definiert, ist das Maß C. Die Linie 516, die den Winkel α relativ zur optischen Achse 502 definiert, schneidet den Punkt B, der einen nominellen ersten Berührungspunkt zwischen der Kopfstütze 500 und einem Kopf eines Benutzers darstellt. Dieser Winkel α kann so gewählt werden, dass er die Kombination aus (1) der natürlichen Schwankung des Stirnwinkels des Benutzers und (2) dem vom Benutzer bei der ergonomischen Einrichtung gewählten Winkel zwischen Kopf und Betrachter berücksichtigt.
In einem Beispiel gemäß dieser Offenbarung beträgt der Versatz der optischen Achse der Kopfstütze O etwa 33 Millimeter, der Versatz der optischen Achse des Torus O' etwa 81 Millimeter, der Radius R des Torus etwa 70 Millimeter, der Versatz der Drehachse A etwa 150 Millimeter, der Winkel der Drehachse (3 etwa 70 Grad und der Winkel α etwa 62 Grad. Es können auch andere Werte für diese Abmessungen verwendet werden.
Wie bereits erwähnt, definiert der Querschnitt in der Y-Z-Ebene der Kopfstütze 500 (und anderer Beispielkopfstützen gemäß dieser Offenbarung) eine konvexe Berührungsfläche für den Kopf eines Benutzers, was mehrere Vorteile haben kann. Erstens kann die Form von Beispielkopfstützen dazu dienen, eine breite Palette von Stirnformen (d.h. sowohl in der sagittalen/parasagitalen als auch in der transversalen anatomischen Ebene) und Winkeln sowie eine breite Palette von Kopf-zu-Anzeige-Einstellungen des Benutzers zu berücksichtigen. Es kann für einen Benutzer unangenehm sein, gegen eine schmale Kante eines Polsters zu drücken. Die konvexe Form, die der Torus der Kopfstützen gemäß dieser Offenbarung bietet, kann ein bequemes, abgerundetes Polster für eine Reihe von Benutzeranatomien und Anzeigeeinheiten darstellen. Dieser Vorteil ist unabhängig davon, ob der Benutzer die Kopfstütze/das Polster nur leicht berührt oder ob er sich stark gegen die Kopfstütze/das Polster lehnt (was dazu führt, dass er die Form des steifen Rahmens unter dem weichen Polster spüren kann). Der Benutzer kann sich also während des gesamten Eingriffs mit mehr oder weniger Kraft gegen die Kopfstütze lehnen und trotzdem eine wünschenswerte Augenposition einnehmen. Zweitens hat die Torusform einen geringeren Einfluss auf die ergonomische Einstellung des Benutzers. Eine flache oder konkave vertikale Fläche neigt dazu, den Benutzer zu ermutigen, die flache oder konkave vertikale Fläche des Polsters mit der Fläche seines Kopfes auszurichten, was möglicherweise kein guter Winkel für den Seh- oder Nacken-/Rumpfkomfort ist. Drittens kann die Form der Beispielkopfstützen eine breite Palette von Stim-/Betrachterwinkeln mit einem dünneren Polster aufnehmen, als es für ein Polster mit flacher oder konkaver vertikaler Fläche erforderlich wäre, denn ein flaches oder konkaves Polster mit vertikaler Fläche müsste relativ tief zusammengedrückt werden, um sich weit genug auszubreiten, damit es an der Stirn ausgerichtet ist. Dieses relativ dünnere Polster kann die Stabilität des Benutzers in Bezug auf die Linsen einer Anzeigeeinheit, mit der die Kopfstütze verbunden ist, verbessern.
5B und 5C sind perspektivische Ansichten und Explosionszeichnungen, die Elemente der konturierten Kopfstütze 500 zeigen. Bezugnehmend auf 5B und 5C umfasst die Kopfstütze 500 den Rahmen 520, den Bezug 522, das Polster 524 und die Bezugsplatte 526. Der Rahmen 520 umfasst die Polsterplatte 528 und den Pfosten 530, der so konfiguriert ist, dass er mit einem linearen Aktuator einer Anzeigeeinheit verbunden werden kann, wie oben beschrieben. Der Rahmen 520 umfasst auch einen Fluidkanal 532, der sich durch die Polsterplatte 528 und durch mindestens einen Teil des Pfostens 530 erstreckt. Der Bezug 522 umfasst eine Schulter 534, die sich um den Umfang des offenen Endes des Bezugs 522 erstreckt und die so bemessen und geformt ist, dass sie mit der Schulter 536 der Bezugsplatte 526 zusammenpasst. In einem Beispiel wird die Schulter 534 durch Kompression gegen die Polsterplatte 528 gedrückt, um eine fluiddichte Abdichtung (z.B. eine gasdichte Abdichtung) zwischen der Innenseite des Polsters 524 und dem Bezug 522 zu schaffen, um z.B. die Hygiene zu verbessern.
Der Bezug 522 umhüllt und umschließt die dem Benutzer zugewandte Seite des Polsters 528, das zwischen dem Bezug 522 und der Polsterplatte 528 des Rahmens 520 eingeklemmt ist. Die Bezugsplatte 526 ist mit der Polsterplatte 528 durch Befestigungselemente 538 (Schrauben, Bolzen, Riegel und so weiter) verbunden und fixiert und dichtet den Bezug 522 zumindest teilweise um das Polster 524 herum ab. Die Schulter 534 des Bezugs 522 passt zu der Schulter 536 der Bezugsplatte 526 und der Polsterplatte 528 des Rahmens 520 und wird von diesen aufgenommen.
Eine Reihe von Eigenschaften sind wichtig für die Gestaltung von ergonomischen Kopfstützen, die in telechirurgischen Systemen verwendet werden, einschließlich Komfort (der durch die Weichheit und Elastizität des Kopfstützenpolsters charakterisiert werden kann), Haltbarkeit und Wärme- und Feuchtigkeitsübertragung weg von der Kontaktfläche des Kopfstützenbenutzers, als Beispiele. Chirurgen, die mit telechirurgischen Systemen arbeiten, können ein Benutzersteuersystem bedienen, um einen Eingriff über längere Zeiträume durchzuführen. Während des Eingriffs kann es beim Chirurgen zu Ermüdungserscheinungen kommen, die durch schlecht gestaltete ergonomische Elemente des Benutzersteuersystems noch verstärkt werden können. Darüber hinaus kann die Ableitung von Wärme und Feuchtigkeit von der Kontaktfläche der Kopfstütze für den Benutzer wichtig sein, da die Kopfstütze, gegen die der Chirurg seinen Kopf stützt, heiß und feucht werden kann.
In Beispielen gemäß dieser Offenbarung kann der Rahmen 520 aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden. In einigen Beispielen ist der Rahmen 520 aus einem Material gefertigt, das so konfiguriert ist, dass es die Wärmeabfuhr von dem Bezug 524, dem Polster 526 und dem Kopf des Benutzers, der die Kopfstütze 500 benutzt, verbessert, um den Benutzerkomfort zu erhöhen. Der Rahmen 520 kann zum Beispiel aus einem Material bestehen, dessen Wärmeleitfähigkeit ausreicht, um die Wärme von dem Polster 526 und/oder dem Bezug 524 abzuleiten und dem Benutzer ein angenehmes Gefühl zu vermitteln. In einem Beispiel wird der Rahmen 520 aus einem Material hergestellt, das eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: Aluminium, Magnesium, ein mit Kohlenstoff gefülltes Polymer und/oder eine Keramik.
Zur weiteren Erleichterung der Wärmeübertragung vom Benutzer weg kann der Rahmen 520 oder ein anderer Teil der Kopfstütze 500 ein Wärmerohr umfassen oder enthalten, das eine Wärmeübertragungsvorrichtung ist, die einen Phasenübergang zur Übertragung von Wärme zwischen zwei festen Grenzflächen nutzt. An der heißen Schnittstelle eines solchen Wärmerohrs verwandelt sich beispielsweise eine flüchtige Flüssigkeit, die mit einer wärmeleitenden festen Fläche, z.B. einem Teil des Polsters 524 und/oder der Polsterplatte 528 in Kontakt ist, in einen Dampf, indem sie Wärme von dieser Fläche absorbiert. Der Dampf wandert dann entlang des Wärmerohrs zur kalten Fläche und kondensiert wieder zu einer Flüssigkeit, wobei die latente Wärme freigesetzt wird. Die Flüssigkeit kehrt dann durch Kapillarwirkung, Zentrifugalkraft, Schwerkraft, wie Beispiele zeigen, zur heißen Fläche zurück und der Zyklus wiederholt sich.
Zusätzlich kann der Rahmen 520 optional einen Fluidkanal 532 enthalten, der so konfiguriert ist, dass er Feuchtigkeit und Luft in das Polster 526 hinein oder von ihm weg transportiert. Der Fluidkanal 532 kann zum Beispiel dazu dienen, Feuchtigkeit vom Polster 524 sowie von der Innenseite des Deckels 524 und der Polsterplatte 528 abzuführen. Zusätzlich können ein oder mehrere Fluidkanäle 532 optional mit einem Kühlsystem (nicht gezeigt) verbunden sein, das Luft oder ein anderes Fluidkühlmittel zuführt, um die Kopfstütze 500 zu kühlen, zu entfeuchten oder sowohl zu kühlen als auch zu entfeuchten. Bei dem Kühlsystem kann es sich um eine beliebige Art von Systemen handeln, die so konfiguriert sind, dass sie die Temperatur und/oder die Feuchtigkeit einer Wärmelast modulieren. Im Beispiel von 5A-5C umfasst der oder die Fluidkanäle 532 einen ersten Kanal 540, der sich durch den Pfosten 530 in die Polsterplatte 528 erstreckt, und eine Vielzahl weiterer Kanäle 540, die sich durch die Polsterplatte erstrecken und mit dem ersten Kanal verbunden sind.
In einem Beispiel funktionieren der eine oder die mehreren Kanäle 530 so, dass die Weichheit der Kopfstütze 500 durch die Materialeigenschaften des Bezugs 522 und des Polsters 524 bestimmt wird, ohne dass von dem Bezug 522 oder dem Polster 524 eingeschlossenes Gas wie ein Ballon wirkt, der die Weichheit verringert. In einigen Beispielen können der eine oder die mehreren Kanäle 532 so konfiguriert und positioniert werden, dass sie weit innerhalb des Gehäuses oder einer anderen äußeren Begrenzung der Anzeigeeinheit enden, zu der die Kopfstütze 500 gehört, um die Möglichkeit zu verringern, dass Verunreinigungen (z.B. Schweiß oder Reinigungsfluide) in das Polster 524 eindringen und dann wieder in einen für den Benutzer zugänglichen Bereich austreten, um die Wartung einer nicht verunreinigten Kopfstütze 500 und des umgebenden Bereichs zu unterstützen.
Die Kopfstütze 500 und andere Kopfstützen gemäß dieser Offenbarung verwenden einen Polsterbezug 522, der vom Polster 524 getrennt ist und dieses umhüllt. Die Trennung von Polster 524 und Bezug 522 in getrennte und unterschiedliche Komponenten ist für die Kopfstütze 500 von Vorteil, weil sie die Auswahl unterschiedlicher Materialien und damit verbundener Eigenschaften für jede Komponente ermöglicht, die in Kombination effektiver sein können als ein mit Haut versehendes Polster auf Elastomerschaumbasis. In einem Beispiel ist der Bezug 522 ein nicht-poröser, elastomerer Bezug, der für den Benutzer einen taktilen Komfort bietet und auch das Eindringen von Feuchtigkeit in das Polster 524 verhindert. In einem anderen Beispiel besteht der Bezug 522 aus einem Silikonkautschuk, der dem Benutzer Haltbarkeit, einfache Reinigung, Beständigkeit gegen Reinigungschemikalien, Biokompatibilität und kühlen, anschmiegsamen Komfort bietet. In einem anderen Beispiel enthält der Bezug 522 ein Perfluorelastomer.
In den Beispielen der Kopfstütze 500 gemäß dieser Offenbarung ist es von Vorteil, wenn das Polster 524 (und andere Beispiel-Kopfstützenpolster) ein angemessenes Maß an Festigkeit, Haltbarkeit, Elastizität und Atmungsaktivität bietet. In einem Beispiel ist das Polster 524 aus einem elastomeren Schaumstoff gefertigt. In einem anderen Beispiel ist das Polster 524 jedoch aus einem elastomeren, dreidimensionalen Gitter aufgebaut. Ein Beispiel für ein solches Gitterpolster ist in 6A-6C dargestellt.
Gemäß 6A-6C umfasst das Polster 600 (das optional als Polster 524 in der Beispielkopfstütze 500 von 5A-5C verwendet wird) ein elastomeres, dreidimensionales Gitter 602, das mit der Trägerplatte 604 verbunden ist. Das Gitter 602 umfasst eine Vielzahl linearer oder gekrümmter länglicher Segmente 606, von denen jedes ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, zwischen denen sich jedes Segment 606 erstreckt. Jedes der ersten und zweiten Enden jedes der Segmente 606 ist mit einem oder mehreren Enden anderer Segmente oder mit der Trägerplatte 604 verbunden, um ein Gitter von Segmenten zu definieren, das eine Vielzahl von Materialhohlräumen 608 begrenzt. Die Trägerplatte 604 weist eine Vielzahl von Öffnungen 610 auf, die die Kosten und das Gewicht reduzieren und außerdem für die Belüftung des Polsters 600 sorgen können. Die Trägerplatte 604 dient dazu, eine relativ steife Unterlage für das Gitter 602 bereitzustellen, die das Gitter in einer Kopfstütze angemessen ausgerichtet (z.B. zentriert) halten kann. In einem anderen Beispiel gemäß dieser Offenbarung enthält die Trägerplatte 604 Befestigungs- oder Ausrichtungsmerkmale, um mit der Polsterplatte 528 oder der Deckplatte 526 der Kopfstütze 500 zusammenzuwirken. In den Beispielen gemäß dieser Offenbarung umfasst ein Polster außerdem ein dreidimensionales Gitter ohne Trägerplatte.
Die Verwendung eines dreidimensionalen Gitters 602 im Polster 600 kann eine Reihe von Vorteilen und/oder Nutzen gegenüber anderen Materialien, z.B. Elastomerschäumen, bieten. In vielen Fällen bieten elastomere Schaumstoffe eine schlechte Wärmeübertragung und schaffen eine heiße Umgebung für den Kopf des Benutzers. Im Gegensatz dazu ermöglicht eine offene dreidimensionale Gitterstruktur eine konvektive Wärmeübertragung zwischen dem Polsterbezug und dem Rahmen der Kopfstütze und sorgt so für eine kühlere Berührungsoberfläche. Kombiniert man dies mit dem oben erwähnten Druckfluidstrom, kann der Vorteil noch größer sein. Zusätzlich kann durch die Verwendung eines dreidimensionalen Gitters 602 im Polster 600 die Form und Steifigkeit der Kopfstütze so gestaltet werden, dass ein besseres Gleichgewicht zwischen der Unterstützung der Augenposition und dem Komfort des Benutzers entsteht. Darüber hinaus kann das dreidimensionale Gitter 602 eine variable Steifigkeit über das gesamte Polster aufweisen, um den Komfort weiter zu verbessern.
Fachleuten ist ersichtlich, dass jedes der oben beschriebenen Merkmale mit jedem der anderen Beispielmerkmale kombiniert werden kann, solange sich die Merkmale nicht gegenseitig ausschließen. Alle möglichen Kombinationen von Merkmalen sind denkbar, je nach klinischen oder anderen Designanforderungen. Wenn die Einheiten des Manipulatorsystems zu einem einzigen System (z.B. Telechirurgiesystem) kombiniert werden, kann jede einzelne Einheit die gleiche Konfiguration von Merkmalen aufweisen, oder eine Einheit auf der Patientenseite kann eine Konfiguration von Merkmalen aufweisen und eine andere Einheit auf der Patientenseite kann eine zweite, verschiedene Konfiguration von Merkmalen aufweisen.
Die hier beschriebenen Beispiele (z.B. Verfahren, Systeme oder Vorrichtungen) können für chirurgische Eingriffe, nicht-chirurgische medizinische Eingriffe, diagnostische Eingriffe, kosmetische Eingriffe und nicht-medizinische Eingriffe oder Anwendungen anwendbar sein. Die Beispiele können auch für die Ausbildung oder für die Gewinnung von Informationen, z.B. bei bildgebenden Verfahren, anwendbar sein. Die Beispiele können für den Umgang mit Gewebe, das aus der menschlichen oder tierischen Anatomie entnommen wurde und nicht an einen Menschen oder ein Tier zurückgegeben werden soll, oder für die Verwendung mit menschlichen oder tierischen Leichen anwendbar sein. Die Beispiele können für industrielle Anwendungen, allgemeine Roboteranwendungen, die Manipulation von Werkstücken, die nicht aus Gewebe bestehen, als Teil eines künstlichen Intelligenzsystems oder in einem Transportsystem verwendet werden.
Die obige detaillierte Beschreibung enthält Verweise auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der detaillierten Beschreibung bilden. Die Zeichnungen zeigen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Diese Ausführungsformen werden hier auch als „Beispiele“ bezeichnet. Solche Beispiele können zusätzlich zu den gezeigten oder beschriebenen Elementen weitere Elemente enthalten. Die vorliegenden Erfinder betrachten jedoch auch Beispiele, in denen nur die gezeigten oder beschriebenen Elemente vorgesehen sind. Darüber hinaus ziehen die Erfinder auch Beispiele in Betracht, in denen eine beliebige Kombination oder Permutation der gezeigten oder beschriebenen Elemente (oder eines oder mehrerer Aspekte davon) verwendet wird, entweder in Bezug auf ein bestimmtes Beispiel (oder einen oder mehrere Aspekte davon), oder in Bezug auf andere hier gezeigte oder beschriebene Beispiele (oder einen oder mehrere Aspekte davon).
Im Falle widersprüchlicher Verwendungen zwischen diesem Dokument und den durch Verweis einbezogenen Dokumenten ist die Verwendung in diesem Dokument maßgeblich.
In diesem Dokument werden die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie in Patentdokumenten üblich, verwendet, um einen oder mehr als einen einzuschließen, unabhängig von allen anderen Fällen oder Verwendungen von „mindestens einem“ oder „einem oder mehreren“. In diesem Dokument wird der Begriff „oder“ verwendet, um sich auf ein nicht ausschließendes „oder“ zu beziehen, so dass „A oder B“ „A, aber nicht B“, „B, aber nicht A“ und „A und B“ umfasst, sofern nicht anders angegeben. In diesem Dokument werden die Ausdrücke „enthaltend“ und „in dem“ als einfache deutschsprachige Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „umfassend“ und „wobei“ verwendet. Auch in den folgenden Ansprüchen sind die Begriffe „enthaltend“ und „umfassend“ offen, d.h. ein System, eine Vorrichtung, ein Artikel, eine Zusammensetzung, eine Formulierung oder ein Verfahren, das Elemente zusätzlich zu den nach einem solchen Begriff in einem Anspruch aufgelisteten Elementen enthält, fällt immer noch in den Anwendungsbereich des Anspruchs. Außerdem werden in den folgenden Ansprüchen die Begriffe „erster“, „zweiter“ und „dritter“ usw. lediglich als Bezeichnungen verwendet und sind nicht dazu gedacht, numerische Anforderungen an ihre Objekte zu stellen.
Geometrische Begriffe wie „parallel“, „senkrecht“, „rund“ oder „quadratisch“ sollen keine absolute mathematische Präzision erfordern, es sei denn, aus dem Kontext geht etwas anderes hervor. Stattdessen erlauben solche geometrischen Begriffe Abweichungen aufgrund der Herstellung oder entsprechender Funktionen. Wenn ein Element beispielsweise als „rund“ oder „im Allgemeinen rund“ beschrieben wird, ist eine Komponente, die nicht genau kreisförmig ist (z.B. eine, die leicht länglich oder ein vielseitiges Vieleck ist), dennoch von dieser Beschreibung umfasst. Koordinatensysteme oder Bezugsrahmen werden zur Erläuterung angegeben, und Implantationen können andere Bezugsrahmen oder Koordinatensysteme als die hier beschriebenen verwenden.
Die obige Beschreibung ist zur Veranschaulichung gedacht und nicht einschränkend. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Beispiele (oder ein oder mehrere Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Es können auch andere Ausführungsformen verwendet werden, wie sie von Fachleuten nach Durchsicht der obigen Beschreibung erfasst werden. Die Zusammenfassung soll es dem Leser ermöglichen, die Art der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie wird mit der Maßgabe vorgelegt, dass sie nicht zur Auslegung oder Einschränkung des Umfangs oder der Bedeutung der Ansprüche herangezogen wird. Außerdem können in der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Merkmale zusammengefasst werden, um die Offenbarung zu straffen. Dies sollte nicht so interpretiert werden, dass ein nicht offenbartes Merkmal für einen Anspruch wesentlich ist. Vielmehr kann der Erfindungsgegenstand in weniger als allen Merkmalen einer bestimmten offenbarten Ausführungsform liegen. Daher werden die folgenden Ansprüche hiermit als Beispiele oder Ausführungsformen in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als separate Ausführungsform steht, und es wird in Betracht gezogen, dass diese Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen oder Permutationen miteinander kombiniert werden können. Der Umfang der Erfindung sollte unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche bestimmt werden, zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
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 63/270418 [0001]

Claims

Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Stützstruktur; eine Kopfstütze, die beweglich mit der Stützstruktur verbunden ist; und eine Linse unterhalb der Kopfstütze, die eine optische Achse aufweist, wobei: die Kopfstütze entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar ist; und die Kopfstütze eine gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche aufweist, die von einem oberen zu einem unteren Teil der gekrümmten, dem Benutzer zugewandten Fläche in Richtung der Stützstruktur abgewinkelt ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1, wobei: die Kopfstütze einen Toroid-Abschnitt aufweist, der einen konkaven, dem Benutzer zugewandten Teil definiert.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 2, wobei: der konkave, dem Benutzer zugewandte Teil die gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche umfasst; und die gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche konvex ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die Anzeigeeinheit ferner einen linearen Aktuator umfasst, der mit der Kopfstütze verbunden und dadfür konfiguriert ist, diese entlang der Positionseinstellachse zu bewegen.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 4, wobei: die Anzeigeeinheit ferner eine Benutzereingabesteuerung umfasst, die dafür konfiguriert ist, den linearen Aktuator zu steuern, um die Kopfstütze entlang der Positionseinstellachse zu verschieben.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 4, wobei: der lineare Aktuator dafür konfiguriert ist, die Kopfstütze entlang der Positionseinstellachse in einem Bereich von einem vorbestimmten minimalen Ausfahrweg und einem vorbestimmten maximalen Ausfahrweg zu bewegen; und der vorbestimmte minimale Ausfahrweg und der vorbestimmte maximale Ausfahrweg zumindest teilweise auf einer Fokuszone der Linse basieren.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 4, wobei: die Anzeigeeinheit ferner einen Lastsensor und einen Controller umfasst; der Lastsensor operativ mit dem linearen Aktuator und kommunikativ mit der Steuereinheit verbunden ist; und die Steuerung für Folgendes konfiguriert ist: Empfangen eines oder mehrerer Signale von dem Lastsensor, die eine Last auf der Kopfstütze anzeigen; und Steuern des linearen Aktuators, um die Kopfstütze mit einer Kraft zu bewegen, die etwa gleich und entgegengesetzt zur Last auf der Kopfstütze ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die Kopfstütze von der optischen Achse in einer Richtung senkrecht zur optischen Achse um einen ersten vorbestimmten Abstand versetzt ist; und der erste vorbestimmte Abstand zumindest teilweise auf der Fokuszone der Linse basiert.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die Linse eine erste Linse ist; und die Anzeigeeinheit ferner eine zweite Linse unterhalb der Kopfstütze und neben der ersten Linse umfasst.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Stützstruktur; eine Kopfstütze, die beweglich mit der Stützstruktur verbunden ist; und eine Linse unterhalb der Kopfstütze und mit einer optischen Achse; wobei die Kopfstütze entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar ist; wobei die Kopfstütze einen Toroid-Abschnitt aufweist, der einen konkaven, dem Benutzer zugewandten Teil definiert; und wobei der konkave, dem Benutzer zugewandte Teil eine konvexe, dem Benutzer zugewandte Fläche aufweist.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Stützstruktur; eine Kopfstütze, die beweglich mit der Stützstruktur verbunden ist; und eine Linse unterhalb der Kopfstütze; wobei die Linse eine optische Achse aufweist; wobei die Kopfstütze entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar ist; und wobei die Kopfstütze eine zusammengesetzte gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 11, wobei: ein Bezugsrahmen für die Anzeigeeinheit definiert ist, eine erste Ebene in dem Bezugsrahmen definiert ist und eine zweite Ebene senkrecht zu der ersten Ebene in dem Bezugsrahmen definiert ist; die zusammengesetzte gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Fläche eine erste Krümmung in der ersten Ebene und eine zweite Krümmung in der zweiten Ebene aufweist; und sich die erste Krümmung von der zweiten Krümmung unterscheidet.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei: die erste Krümmung in einer der zweiten Krümmung entgegengesetzten Richtung verläuft.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 12, wobei: die erste Krümmung konkav ist; und die zweite Krümmung konvex ist.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Stützstruktur; eine Kopfstütze, die beweglich mit der Stützstruktur verbunden ist; und eine Linse unterhalb der Kopfstütze, die eine optische Achse definiert; wobei die Kopfstütze entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zur optischen Achse verläuft, in eine Vielzahl von Positionen bewegbar ist; wobei die Kopfstütze einen Toroid-Abschnitt aufweist, der einen zusammengesetzten, gekrümmten, dem Benutzer zugewandten Teil definiert; und wobei der zusammengesetzte gekrümmte, dem Benutzer zugewandte Teil so geformt ist, dass er mindestens einen Teil des Kopfes eines Benutzers aufnimmt, so dass ein Auge des Benutzers in einer Fokuszone der Linse positioniert ist.
Verfahren zur Positionierung eines Benutzers relativ zu einer Anzeigeeinheit eines Benutzerkontrollsystems eines telechirurgischen Systems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Präsentieren der Anzeigeeinheit für den Benutzer, wobei die Anzeigeeinheit eine bewegliche Kopfstütze und eine Linse unterhalb der Kopfstütze aufweist, die Linse eine optische Achse und eine Fokuszone aufweist, die Kopfstütze einen Toroid-Abschnitt aufweist, der einen konkaven, dem Benutzer zugewandten Teil definiert, und der konkave, dem Benutzer zugewandte Teil, eine konvexe, dem Benutzer zugewandte Fläche aufweist, die von einem oberen Teil der konvexen, dem Benutzer zugewandten Fläche zu einem unteren Teil der konvexen, dem Benutzer zugewandten Fläche weg abgewinkelt ist; und in einem Zustand, in dem der Benutzer in Kontakt mit der Kopfstütze ist, Bewegen der Kopfstütze in eine Position entlang einer Positionseinstellachse, die parallel zu der optischen Achse ist, um ein Auge des Benutzers in der Fokuszone der Linse zu platzieren.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Kopfstütze, die umfasst: eine Polsterplatte, einen Bezug, und ein Polster, das zwischen der Polsterplatte und dem Bezug eingeschlossen ist, wobei das Polster ein dreidimensionales Gitter aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 17, wobei: das dreidimensionale Gitter mit einer Trägerplatte verbunden ist, die mit der Polsterplatte zusammenpasst.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 18, wobei: die Trägerplatte des Polsters eine Vielzahl von Öffnungen aufweist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei: das dreidimensionale Gitter eine Vielzahl von linearen oder gekrümmten, länglichen Segmenten aufweist; jedes Segment der Vielzahl von Segmenten ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; und jedes der ersten und zweiten Enden jedes der Vielzahl von Segmenten mit einem oder mehreren Enden anderer Segmente der Vielzahl von Segmenten oder mit der Trägerplatte verbunden ist, um ein Gitter von Segmenten zu definieren, das eine Vielzahl von Materialhohlräumen begrenzt.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei: das Polster ein Elastomer enthält.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Kopfstütze, die umfasst: einen Rahmen, einen Bezug, und ein Polster, wobei der Rahmen eine Polsterplatte und einen von der Polsterplatte ausgehenden Pfosten aufweist; wobei der Pfosten so konfiguriert ist, dass er mit einem linearen Aktuator verbunden werden kann, der so konfiguriert ist, dass er die Kopfstütze bewegt; wobei der Bezug aus einem Elastomer und nicht porös ist; wobei das Polster elastomer ist und zwischen der Polsterplatte und dem Bezug eingeschlossen ist; und wobei der Rahmen ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit aufweist, die ausreicht, um Wärme von der Kopfstütze weg zu leiten, um ein komfortables Erlebnis für einen Benutzer zu schaffen.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22, wobei: der Rahmen ein Material enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Magnesium, einem mit Kohlenstoff gefüllten Polymer, einer Keramik und Kombinationen davon besteht.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei: der Bezug mindestens eines von Silikonkautschuk oder einem Perfluorelastomer enthält.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei: das Polster ein dreidimensionales Gitter aufweist.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Kopfstütze, die umfasst: einen Rahmen, einen Bezug, und ein Polster, wobei der Rahmen umfasst: eine Polsterplatte, einen Pfosten, der sich von der Polsterplatte aus erstreckt, und einen Fluidkanal, der sich durch die Polsterplatte und durch mindestens einen Teil der Stütze erstreckt; und wobei das Polster zwischen der Polsterplatte und dem Bezug eingeschlossen ist.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 26, wobei: der Fluidkanal einen ersten Kanal und eine Vielzahl von zweiten Kanälen umfasst; der erste Kanal sich durch den Teil des Pfostens und in die Polsterplatte erstreckt; und die Vielzahl der zweiten Kanäle jeweils mit dem ersten Kanal verbunden ist und sich durch die Polsterplatte erstreckt.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 25 oder Anspruch 26, wobei: die Anzeigeeinheit ferner ein Kühlsystem umfasst; das Kühlsystem fluidisch mit dem Fluidkanal verbunden ist; und das Kühlsystem dafür konfiguriert ist, ein gekühltes Fluid durch den Fluidkanal zu dem Polster zu leiten.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Kopfstütze, die beweglich mit der Anzeigeeinheit verbunden ist; wobei die Kopfstütze einen dem Benutzer zugewandten Teil aufweist, der ein konkaves Profil in einer ersten Bezugsebene und ein konvexes Profil in einer zweiten Bezugsebene hat; und wobei die erste Bezugsebene senkrecht zur zweiten Bezugsebene steht.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 29, wobei: der dem Benutzer zugewandte Teil einen oberen Teil und einen unteren Teil umfasst; und das konvexe Profil so geformt ist, dass der dem Benutzer zugewandte Teil vom oberen Teil zum unteren Teil vom Benutzer weg abgewinkelt ist.
Anzeigeeinheit eines Benutzersteuersystems eines telechirurgischen Systems, wobei die Anzeigeeinheit Folgendes umfasst: eine Kopfstütze, die eine Rahmen und ein mit dem Rahmen gekoppeltes Polster aufweist; wobei der Rahmen einen Fluidzuflusskanal und einen Fluidabflusskanal aufweist; und wobei der Fluidzuflusskanal und der Fluidabflusskanal so angeordnet sind, dass ein Fluid durch den Fluidzuflusskanal in das Polster fließt, um Wärme von der Kopfstütze abzuleiten.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 31, wobei: die Anzeigeeinheit ein Kühlsystem umfasst; das Kühlsystem strömungstechnisch mit dem Fluidzuflusskanal verbunden ist; und das Kühlsystem so konfiguriert ist, dass es das Fluid durch den Fluidzuflusskanal in das Polster leitet.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 32, wobei: das Kühlsystem strömungstechnisch mit dem Fluidabflusskanal verbunden ist; und das Kühlsystem so konfiguriert ist, dass es das Fluid aus dem Polster durch den Fluidabflusskanal aufnimmt.
Anzeigeeinheit nach Anspruch 32 oder 33, wobei: das Kühlsystem so konfiguriert ist, dass es das Fluid kühlt, bevor dias Fluid in den Fluidzuflusskanal eintritt.
Anzeigeeinheit nach einem der Ansprüche 31-33, wobei: das Fluid eine Flüssigkeit ist.