DE202012013197U1 - Vorrichtung zum Unterstützen einer laparoskopischen Chirurgie - Regelbasierte Herangehensweise - Google Patents

Vorrichtung zum Unterstützen einer laparoskopischen Chirurgie - Regelbasierte Herangehensweise Download PDF

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Abstract

Ein chirurgisches Trackingsystem zum Unterstützen eines Anwenders, um eine laparoskopische Chirurgie an einem menschlichen Körper durchzuführen, wobei besagtes chirurgisches Trackingsystem umfasst: b. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des besagten menschlichen Körpers zu erlangen; b. ein Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ein, die räumliche Position des besagten Endoskops während der besagten laparoskopischen Chirurgie zu steuern; und c. ein Trackinguntersystem in Verbindung dem besagten Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ist, das Manövriersystem zu steuern, um so die räumliche Position des besagten Endoskops zu einer Region von Interesse zu führen und zu modifizieren; wobei das besagte Trackinguntersystem einen Datenprozessor umfasst, wobei besagter Datenprozessor dazu angepasst ist, eine Echtzeitbildverarbeitung der besagten chirurgischen Umgebung durchzuführen und das besagte Manövrieruntersystem anzuweisen, die räumliche Position des besagten Endoskops entsprechend einer Eingabe zu modifizieren, die von einer Manövrierfunktion f(t) erhalten wurde; wobei die besagte Manövrierfunktion f(t) dazu angepasst ist, (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t) zu erhalten, wobei i ist 1, ..., n und n ≥ 2; wobei t die Zeit ist; i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen an das besagte Manövrieruntersystem auszugeben auf der Grundlage der besagten Eingabe von den besagten zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t), um so das besagte Endoskop hin zu der besagten Region von Interesse räumlich zu positionieren.

Description

  • Feld der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein Mittel und Verfahren zum Verbessern der Schnittstelle zwischen dem Chirurgen und dem tätigen medizinischen Assistenten oder zwischen dem Chirurgen und dem Endoskopiesystem für die laparoskopische Chirurgie. Zudem offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die nützlich ist zum räumlichen Umpositionieren eines Endoskops hin zu einer spezifischen Region im menschlichen Körper während einer Operation.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei der laparoskopischen Chirurgie führt der Chirurg die Operation durch kleine Löcher unter Verwendung von langen Instrumenten durch und beobachtet die innere Anatomie mit einer Endoskopkamera. Das Endoskop wird üblicherweise durch einen menschlichen Kameraassistenten gehalten (d. h. den tätigen medizinischen Assistenten), da der Chirurg die Operation unter Verwendung beider Hände durchführen muss. Die Leistungsfähigkeit des Chirurgen hängt großteils von der Kameraposition relativ zu den Instrumenten und einem stabilen Bild ab, das von dem Monitor gezeigt wird. Das Hauptproblem ist, dass es für den tätigen medizinischen Assistenten schwierig ist, das Endoskop gleichbleibend zu halten, sodass das Geschehen aufrecht stehend bleibt.
  • Forschung hat nahegelegt, dass diese Systeme das Augenmerk des Chirurgen von der anstehenden Hauptaufgabe ablenken. Daher sind Technologien entwickelt worden, die von Magneten und Bildverarbeitung unterstützt werden, um die Schnittstellensteuerung zu vereinfachen. Diese verbesserten Technologien scheitern aber immer noch daran, einen anderen erschwerenden Schnittstellenaspekt der laparoskopischen Chirurgie anzugehen, insofern sie es dem Chirurgen nicht erlauben, gegenüber automatisierten Assistenten oder menschlichen Assistenten oder Chirurgenkollegen zu signalisieren, auf welches Instrument seine Aufmerksamkeit fokussiert ist.
  • Es gibt daher immer noch ein lange gefühltes Bedürfnis für eine Verbesserung der Schnittstelle zwischen dem Chirurgen und einem Endoskopiesystem, Chirurgenkollegen oder menschlichen Assistenten für die laparoskopische Chirurgie.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Steuerungssystem bereitzustellen umfassend:
    • a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen;
    • b. zumindest ein Ortsabschätzmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit die 3D-räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu jeder gegebenen Zeit t zu lokalisieren;
    • c. zumindest ein Bewegungsdetektionsmittel, dazu mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem besagten Ortsabschätzmittel kommunikabel ist; besagte Bewegungsdatenbank ist dazu angepasst, die besagte 3D-räumlichen Positionen von dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug zur Zeit tf und zur Zeit t0 zu speichern, wobei tf > t0; das besagte Bewegungsdetektionsmittel ist dazu angepasst, eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit tf verschieden ist von der besagten 3D-räumlichen Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit t0; und
    • d. einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Controllerdatenbank kommunikabel ist, wobei der Controller dazu angepasst ist, die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern; die Controllerdatenbank ist in Verbindung mit dem besagten Bewegungsdetektionsmittel; wobei die Controllerdatenbank dazu angepasst ist, eine vorbestimmte Gruppe von Regeln zu speichern, entsprechend denen ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass jede detektierte Bewegung durch das besagte Bewegungsdetektionsmittel des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt wird als entweder eine ERLAUBTE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung entsprechend der besagten vorbestimmten Gruppe von Regeln.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Trackingsystem bereitzustellen zum Unterstützen eines Anwenders, um eine laparoskopische Chirurgie an einem menschlichen Körper durchzuführen, wobei das chirurgische Trackingsystem umfasst:
    • a. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des menschlichen Körpers zu erlangen;
    • b. ein Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ein, die räumliche Position des Endoskops während der laparoskopischen Chirurgie zu steuern; und
    • c. ein Trackinguntersystem in Verbindung dem Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ist, das Manövriersystem zu steuern, um so die räumliche Position des Endoskops zu einer Region von Interesse zu führen und zu modifizieren; wobei das Trackinguntersystem einen Datenprozessor umfasst, wobei der Datenprozessor dazu angepasst ist, eine Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung durchzuführen und das Manövrieruntersystem anzuweisen, die räumliche Position des Endoskops entsprechend einer Eingabe zu modifizieren, die von einer Manövrierfunktion f(t) erhalten wurde; wobei die Manövrierfunktion f(t) dazu angepasst ist, (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t) zu erhalten, wobei i ist 1, ..., n und n ≥ 2; wobei t die Zeit ist; i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen an das Manövrieruntersystem auszugeben auf der Grundlage der Eingabe von den zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t), um so das Endoskop hin zu der besagten Region von Interesse räumlich zu positionieren.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Steuerungssystem bereitzustellen, umfassend:
    • a. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung eines menschlichen Körpers bereitzustellen;
    • b. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit n Elemente innerhalb des Echtzeitbildes der chirurgischen Umgebung des menschlichen Körpers zu definieren; jedes der Elemente ist durch vorbestimmte Eigenschaften charakterisiert;
    • c. Bildverarbeitungsmittel in Verbindung mit dem Endoskop, die zur Bildverarbeitung der Echtzeitbilder angepasst sind und um Echtzeitaktualisierungen der vorbestimmten Eigenschaften bereitzustellen;
    • d. eine kommunikabele Datenbank in Verbindung mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel, die dazu angepasst ist, die vorbestimmten Eigenschaften und die aktualisierten Eigenschaften zu speichern; wobei das System dazu angepasst ist zu benachrichtigen, wenn die aktualisierten Eigenschaften wesentlich verschieden sind von den vorbestimmten Eigenschaften.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, das chirurgische Steuerungssystem wie oben definiert bereitzustellen, wobei die vorbestimmten Eigenschaften ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus der Farbe des Elements, der 3D-räumlichen Anordnung des Elements, Konturen des Elements und jeder Kombination davon.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, das chirurgische Steuerungssystem wie oben definiert bereitzustellen, zusätzlich aufweisend zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers zur Unterstützung eines Chirurgieverfahrens eingeführt zu werden.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, das chirurgische Steuerungssystem wie oben definiert bereitzustellen, wobei die Eingabe n 3D-räumliche Position umfasst, n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; wobei zumindest eine davon als ERLAUBTER Ort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTE Ort definiert ist, sodass die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, das chirurgische Steuerungssystem wie oben definiert bereitzustellen, wobei die Eingabe zumindest eine Regel umfasst, entsprechend der ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch den Controller entsprechend den ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
  • Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Chirurgiesteuerungssystem bereitzustellen umfassend:
    • a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen;
    • b. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder der besagten chirurgischen Umgebung bereitzustellen;
    • c. zumindest ein Ortsabschätzmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit die 3D-räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu jeder gegebenen Zeit t zu lokalisieren;
    • d. zumindest ein Bewegungsdetektionsmittel, dazu mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem besagten Ortsabschätzmittel kommunikabel ist; besagte Bewegungsdatenbank ist dazu angepasst, die besagte 3D-räumlichen Positionen von dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug zur Zeit tf und zur Zeit t0 zu speichern, wobei tf > t0; das besagte Bewegungsdetektionsmittel ist dazu angepasst, eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit tf verschieden ist von der besagten 3D-räumlichen Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit t0; und
    • e. einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Controllerdatenbank kommunikabel ist, wobei der Controller dazu angepasst ist, die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern; die Controllerdatenbank ist in Verbindung mit dem besagten Bewegungsdetektionsmittel; wobei die besagte Controllerdatenbank n 3D-räumliche Positionen umfasst; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; die Kombination von all den besagten n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; der besagte Controller ist dazu angepasst, die 3D-räumlichen Positionen des besagten Endoskops umzupositionieren, wenn eine Bewegung von dem besagten Detektionsmittel detektiert worden ist, sodass das besagte Gesichtsfeld beibehalten wird.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Um die Erfindung zu verstehen und zu sehen, wie sie in die Praxis umgesetzt werden kann, und lediglich als nicht beschränkendes Beispiel, mit Bezug zu der begleitenden Zeichnung, in denen
  • 1–2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustrieren.
  • 2A zeigt ein Beispiel der Verwendung des Verortungssystems bei der abdominalen laparoskopischen Chirurgie;
  • 2B zeigt ein Beispiel der Verwendung des Verortungssystems bei der endoskopischen Kniechirurgie; und
  • 2C zeigt ein Beispiel der Verwendung des Verortungssystems bei der endoskopischen Schulterchirurgie.
  • 3 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform eines Trackingsystems mit einem Kollionsionsvermeidungssystem.
  • 4 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform eines Trackingsystems mit einer gesperrte-Zone-Regel/-Funktion.
  • 5 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform eines Trackingsystems mit einer bevorzugte-Volumenzone-Regel/-Funktion.
  • 6 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform einer Organdetektionsfunktion/-regel.
  • 7 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform einer Werkzeugdetektionsfunktion/-regel.
  • 8 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform einer Bewegungsdetektionsfunktion/-regel.
  • 9 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der Vorhersagefunktion/-regel.
  • 10 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der rechtes-Werkzeug-Funktion/-Regel.
  • 11 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der Gesichtsfeldfunktion/-regel.
  • 12 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der markiertes-Werkzeug-Funktion/-Regel.
  • 13 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der Nähefunktion/-regel.
  • 14 illustriert schematisch den Arbeitsablauf einer Ausführungsform der Anwendereingabefunktion/-regel.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Bevor zumindest eine Ausführungsform der Erfindung im Detail beschrieben wird, ist es zu verstehen, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Konstruktionsdetails und die Anordnung der Komponenten beschränkt ist, wie sie in der folgenden Beschreibung ausgeführt oder in den Zeichnungen illustriert sind. Die Erfindung ist auf andere Ausführungsformen anwendbar und in verschiedenen Weisen praktizierbar oder ausführbar. Es ist auch zu verstehen, dass die hierin verwendete Ausdrucksweise und Terminologie für den Zweck der Beschreibung ist, und nicht als beschränkend angesehen werden sollte.
  • Der Begriff „umschalten“ bezieht sich hierin nachfolgend auf ein Wechseln zwischen einem markierten chirurgischen Werkzeug und einem anderen.
  • Der Begriff „chirurgische Umgebung“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedweden Teil innerhalb des menschlichen Körpers, der in einer Umgebung eines chirurgischen Instrumentes sein kann. Die Umgebung kann umfassen: Organe, Körperteile, Wände von Organen, Arterien, Venen, eine Region von Interesse oder irgendein anderer anatomischer Teil des menschlichen Körpers.
  • Der Begriff „Endoskop“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwedes Mittel zum für medizinische Zwecke in den Körper schauen. Dies kann ein Instrument sein, das verwendet wird, um das Innere eines hohlen Organs oder eines Hohlraums des Körpers zu untersuchen. Das Endoskop kann sich auch auf jede Art eines Laparoskops beziehen. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die folgende Beschreibung auf ein Endoskop als ein chirurgisches Werkzeug Bezug nehmen kann.
  • Der Begriff „Region von Interesse“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwede Region innerhalb des menschlichen Körpers, die für den Anwender des Systems der vorliegenden Erfindung von Interesse sein kann. Die Region von Interesse kann beispielsweise ein Organ sein, das operiert wird, eine BESCHRÄNKTER Bereich, für den das Herannahmen eines chirurgischen Instrumentes BESCHRÄNKT ist, ein chirurgisches Instrument oder jedwede andere Region innerhalb des menschlichen Körpers.
  • Der Begriff „räumliche Position“ bezieht sich hierin nachfolgend auf eine(n) vorbestimmte(n) räumliche(n) Ort und/oder Orientierung eines Objektes (z. B. der räumliche Ort des Endoskops, die Winkelorientierung des Endoskops und jede Kombination davon).
  • Der Begriff „verbotener Bereich“ bezieht sich hierin nachfolgend auf einen vorbestimmten Bereich, für den es für ein chirurgisches Werkzeug (z. B. ein Endoskop) verboten ist, dass es darin räumlich positioniert ist.
  • Der Begriff „bevorzugter Bereich“ bezieht sich hierin nachfolgend auf einen vorbestimmten Bereich, für den es für ein chirurgisches Werkzeug (z. B. ein Endoskop) erlaubt und/oder bevorzugt ist, dass es darin räumlich positioniert ist.
  • Der Begriff „automatisierter Assistent“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwede mechanische Vorrichtung (einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Robotervorrichtung), die die Position eines chirurgischen oder endoskopischen Instruments manövrieren und steuern kann, und das zusätzlich dazu angepasst sein kann, Anweisungen von einer entfernten Quelle zu empfangen.
  • Der Begriff „Werkzeug“ oder „chirurgisches Instrument“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedes Instrument oder jede Vorrichtung, die in den menschlichen Körper einführbar ist. Der Begriff kann sich auf jeden Ort auf dem Werkzeug beziehen. Beispielsweise kann er sich auf die Spitze desselben, den Körper desselben oder jede Kombination davon beziehen. Es sollte weiter darauf hingewiesen werden, dass die folgende Beschreibung auf ein Endoskop als ein chirurgisches Werkzeug/Instrument Bezug nehmen kann.
  • Der Begriff „bereitstellen“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwedes Verfahren (visuell, taktil oder auditiv), durch den ein Instrument, Computer, Controller oder jedwede andere mechanische oder elektronische Vorrichtung die Ergebnisse einer Berechnung oder einer anderen Operation einem menschlichen Anwender berichten kann.
  • Der Begriff „automatisch“ oder „selbsttätig“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwedes Verfahren ohne das Erfordernis einer direkten Intervention oder Handlung seitens eines Menschen.
  • Der Begriff „ERLAUBTE Bewegung“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwede Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs, die gemäß einer vorbestimmten Gruppe von Regel gestattet ist.
  • Der Begriff „BESCHRÄNKTE Bewegung“ bezieht sich hierin nachfolgend auf jedwede Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs, die gemäß einer vorbestimmten Gruppe von Regel verboten ist. Eine Regel gemäß der vorliegenden Erfindung stellt beispielsweise eine bevorzugte-Volumenzone-Regel bereit, die eine bevorzugte Zone innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert. Somit ist entsprechend der vorliegenden Erfindung eine erlaubte Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs (oder eines Endoskops) eine Bewegung, die das chirurgische Werkzeug innerhalb der bevorzugten Zone belässt, und eine BESCHRÄNKTE Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs (oder eines Endoskops) ist eine Bewegung, die das chirurgische Werkzeug aus der bevorzugten Zone herauszieht (oder bewegt).
  • Der Begriff „Zeitschritt“ bezieht sich hierin nachfolgend auf die Arbeitszeit des Systems. Zu jedem Zeitschritt empfängt das System Daten von Sensoren und Anweisungen von Anwendern und verarbeitet die Daten und Anweisungen und führt Handlungen aus. Die Zeitschrittgröße ist die zwischen Zeitschritten vergangene Zeit.
  • Die laparoskopische Chirurgie, die auch minimalinvasive Chirurgie (MIS) genannt wird, ist eine moderne chirurgische Technik, bei der Bauchraumoperationen durch kleine Schnitte (normalerwiese 0,5–1,5 cm) durchgeführt werden im Vergleich zu größeren Schnitten, die bei traditionellen chirurgischen Verfahren erforderlich sind. Das Schlüsselelement bei der laparoskopischen Chirurgie ist die Verwendung eines Laparoskops, was eine Vorrichtung ist, die dazu angepasst ist, den Handlungsort innerhalb des Körpers am distalen Ende des Laparoskops zu sehen. Entweder wird eine Bildgebungsvorrichtung am Ende des Laparoskops platziert, oder ein Stablinsensystem oder ein faseroptisches Bündel wird verwendet, um dieses Bild zu dem proximalen Ende des Laparoskops zu leiten. Ebenfalls befestigt ist eine Lichtquelle, um das Operationsfeld zu erleuchten, die durch eine 5 mm oder eine 10 mm Kanüle oder einen Trokar eingeführt wird, um das Operationsfeld zu sehen.
  • In den Abdomen wird normalerweise Kohlendioxid injiziert, um einen Arbeits- und Sichtraum zu schaffen. Der Abdomen wird im Wesentlichen wie ein Ballon aufgeblasen (insuffliert), was die Bauchwand wie eine Kuppel über die inneren Organe erhebt. Innerhalb dieses Raumes können verschiedene medizinische Verfahren ausgeführt werden.
  • In vielen Fällen kann das Laparoskop nicht den gesamten Arbeitsraum innerhalb des Körpers sehen, sodass das Laparoskop umpositioniert wird, um es dem Chirurgen zu erlauben, Regionen von Interesse innerhalb des Raums zu sehen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein chirurgisches Steuerungssystem, das dazu angepasst ist, die Position von zumindest einem chirurgischen Werkzeug während einer Operation des menschlichen Körpers zu steuern. Das System kann die Steuerung durchführen durch Identifizierung des Ortes des chirurgischen Werkzeuges und kann Anweisungen an den Anwender bereitstellen, in welche Richtung das chirurgische Werkzeug geführt werden sollte oder geführt werden kann, und in welche Richtung das chirurgische Werkzeug hinsichtlich einer Hinbewegung BESCHRÄNKT ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das chirurgische Steuerungssystem die folgenden Komponenten:
    • a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen;
    • b. zumindest ein Ortsabschätzmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit den Ort (d. h. die 3D-räumliche Position) des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu jeder gegebenen Zeit t abzuschätzen/zu lokalisieren;
    • c. zumindest ein Bewegungsdetektionsmittel, dazu mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem besagten Ortsabschätzmittel kommunikabel ist; die besagte Bewegungsdatenbank ist dazu angepasst, die besagte 3D-räumlichen Positionen von dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug zur Zeit tf und zur Zeit t0 zu speichern, wobei tf > t0; das besagte Bewegungsdetektionsmittel ist dazu angepasst, eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit tf verschieden ist von der besagten 3D-räumlichen Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit t0; und
    • d. einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Controllerdatenbank kommunikabel ist, wobei der Controller dazu angepasst ist, die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern.
  • Es ist innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung, dass die Datenbank dazu angepasst ist, eine vorbestimmte Gruppe von Regeln zu speichern, entsprechend denen ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs entsprechend den ERLAUBTEN und den BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird. Mit anderen Worten wird jede detektierte Bewegung durch das besagte Bewegungsdetektionsmittel des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt als entweder eine ERLAUBTE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung entsprechend der besagten vorbestimmten Gruppe von Regeln.
  • Somit speichert die vorliegende Erfindung die 3D-räumliche Position von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge zu einer augenblicklichen Zeit tf und zu Zeit t0, wobei tf > t0. Wenn die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit tf verschieden ist von der besagten 3D-räumlichen Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit t0, dann wird eine Bewegung des Werkzeugs detektiert. Als nächstes analysiert das System die besagte Bewegung entsprechend der besagten Gruppe von Regel und Verfahren, ob die besagte Bewegung eine ERLAUBTE oder eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert das System die besagte Bewegung, wenn die besagte Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist. Diese Bewegungsprävention wird erhalten durch Steuern eines Manövriersystems, welches die Bewegung des besagten Werkzeugs verhindert.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert das System die besagte Bewegung nicht, (wenn die besagte Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist), sondern signalisiert/alarmiert den Nutzer (d. h. den Arzt) über die besagte BESCHRÄNKTE Bewegung.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das besagte chirurgische Werkzeug ein Endoskop.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Controller dem Bediener einen Vorschlag machen, in welche Richtung das chirurgische Werkzeug sich bewegen muss oder bewegt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung somit eine vorbestimmte Gruppe von Regeln bereit, die definieren, was eine „erlaubte Bewegung“ von irgendeinem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung ist, und was eine „BESCHRÄNKTE Bewegung“ von irgendeinem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das System der vorliegenden Erfindung ein Manövrieruntersystem, das mit dem Controller kommunikabel ist, wobei das Manövrieruntersystem dazu angepasst ist, das zumindest eine chirurgische Werkzeug während einer Operation entsprechend der vorbestimmten Gruppe von Regeln räumlich umzupositionieren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann der Controller Anweisungen an ein Manövrieruntersystem zum räumlichen Umpositionieren des Ortes des chirurgischen Werkzeugs bereitstellen. Entsprechend diesen Anweisungen werden nur ERLAUBTE Bewegungen durchgeführt. Das Verhindern von BESCHRÄNKTEN Bewegungen wird ausgeführt durch: Detektieren des Ortes des chirurgischen Werkzeuges; Verarbeiten aller augenblicklichen Regeln; Analysieren der Bewegung des chirurgischen Werkzeuges und Verhindern der Bewegung, wenn die Bewegung des Werkzeuges eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen macht das System den Arzt nur auf eine BESCHRÄNKTE Bewegung von zumindest einem chirurgischen Werkzeug aufmerksam (statt die besagte BESCHRÄNKTE Bewegung zu verhindern).
  • Das Aufmerksammachen des Arztes über BESCHRÄNKTE Bewegungen (oder alternativ das Verhindern einer BESCHRÄNKTEN Bewegung) wird ausgeführt durch: Detektieren des Ortes des chirurgischen Werkzeuges; Verarbeiten aller augenblicklichen Regeln; Analysieren der Bewegung des chirurgischen Werkzeuges und Informieren des Chirurgs (oder des Nutzers des Systems), wenn die Bewegung des Werkzeuges eine ERLAUBTE Bewegung oder eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
  • Somit wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn BESCHRÄNKTE Bewegungen verhindert werden, das gleiche Verfahren (des Detektierens des Ortes des chirurgischen Werkzeuges; des Verarbeitens aller augenblicklichen Regeln und des Analysierens der Bewegung des chirurgischen Werkzeuges) beachtet, abgesehen von der letzten Bewegung, wo die Bewegung verhindert wird, wenn die Bewegung des Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist. Der Chirurg kann auch darüber informiert werden, dass die Bewegung verhindert wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird das Obige (Alarmieren des Arztes und/oder Verhindern der Bewegung) durchführt durch Detektieren des Ortes des chirurgischen Werkzeuges und durch Analysieren der chirurgischen Umgebung des chirurgischen Werkzeuges. Im Anschluss an die Analyse der chirurgischen Umgebung und der Detektion des Ortes des chirurgischen Werkzeuge, kann das System all die Risiken beurteilen, die einer Bewegung des chirurgischen Werkzeuges in der vorbestimmten Richtung nachfolgen können. Daher muss jeder Ort in der chirurgischen Umgebung analysiert werden, sodass jede mögliche Bewegung des chirurgischen Werkzeuges als eine ERLAUBTE Bewegung oder eine BESCHRÄNKTE Bewegung klassifiziert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Ort jedes Werkzeugs unter Verwendung eines Bildverarbeitungsmittels bestimmt und in Echtzeit bestimmt, was der 3D-räumliche Ort jedes Werkzeuges ist. Es sollte verstanden werden, dass das oben erwähnte „Werkzeug“ sich auf jeden Ort auf dem Werkzeug beziehen kann. Es kann sich beispielsweise auf die Spitze desselben, den Körper desselben oder jede Kombination davon beziehen.
  • Die vorbestimmte Gruppe von Regeln, welche der Kern der vorliegenden Erfindung sind, ist dazu angepasst, alle möglichen Faktoren in Betracht zu ziehen, die während des chirurgischen Verfahren wichtig sein können. Die vorbestimmte Gruppe von Regeln können die folgenden Regeln umfassen oder jede Kombination davon:
    • a. eine Streckenregel;
    • b. eine Umgebungsregel;
    • c. eine Anwendereingaberegel;
    • d. eine Näheregel;
    • e. eine Kollisionsverhinderungsregel;
    • f. eine vergangenheitsbasierte Regel;
    • g. eine werkzeugabhängig-erlaubte und BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel;
    • h. eine am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel;
    • i. eine rechtes-Werkzeug-Regel;
    • j. eine linkes Werkzeug-Regel;
    • k. eine Gesichtsfeldregel;
    • l. eine gesperrte-Zone-Regel;
    • m. eine Anwendereingaberegel;
    • n. eine bevorzugtes-Volumenzone-Regel;
    • o. eine bevorzugtes-Werkzeug-Regel;
    • p. eine Bewegungsdetektionsregel.
  • Somit definiert beispielsweise die Kollisionsverhinderungsregel einen Mindestabstand unter den zwei oder mehr Werkzeuge nicht zusammengebracht werden sollten (d. h. es gibt einen Mindestabstand zwischen zwei oder mehr Werkzeugen, der aufrechterhalten werden sollte). Wenn die Bewegung von einem Werkzeug es veranlassen wird, gefährlich nahe an ein anderes Werkzeug heranzukommen (d. h. der Abstand zwischen ihnen nach der Bewegung ist kleiner als der von der Kollisionsverhinderungsregel definierte Mindestabstand), macht der Controller entweder den Nutzer darauf aufmerksam, dass die Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist oder erlaubt die Bewegung nicht.
  • Es sollte betont werden, dass all das Obige (und die folgende Offenbarung) durch eine fortwährende Überwachung der chirurgischen Umgebung und der Identifikation und Verortung des 3D-räumlichen Ortes von jedem Element/Werkzeug in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
  • Die Identifikation wird durch im Stand der Technik bekannte konventionelle Mittel (z. B. Bildverarbeitung, optische Mittel usw.) bereitgestellt.
  • Das Folgende stellt Erklärungen für jede der oben erwähnten Regeln und ihrer Funktionen bereit.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die Streckenregel eine vorbestimmte Strecke, auf der das zumindest eine chirurgische Werkzeug angepasst ist, sich innerhalb der chirurgischen Umgebung zu bewegen; die ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen innerhalb der Grenzen der vorbestimmten Strecke befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegung sind Bewegungen, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug außerhalb der Grenzen der vordefinierten Strecke befindet. Somit umfasst die Streckenregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die zumindest eine vorbestimmte Strecke speichert, auf der das zumindest eine chirurgische Werkzeug angepasst ist, sich innerhalb der chirurgischen Umgebung zu bewegen; die vorbestimmte Strecke umfasst n 3D-räumliche Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs auf der Strecke; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; ERLAUBTE Bewegungen sind Bewegungen, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen Positionen der vordefinierten Strecke lokalisiert ist, und BESCHRÄNKTE Bewegungen sind Bewegungen, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen der vordefinierten Strecke.
  • Mit anderen Worten ist entsprechend der Streckenregel jeder Parcours des chirurgischen Werkzeugs (und Pfad bei jedem chirurgischen Verfahren) in einer kommunikabelen Datenbank gespeichert. ERLAUBTE Bewegungen sind definiert als Bewegungen, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen auf zumindest einer der gespeicherten Strecke verortet ist; und BESCHRÄNKTE Bewegungen sind Bewegungen, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug an einem wesentlich verschiedenen Ort ist als irgendein Ort auf jedweder gespeicherten Strecke.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Umgebungsregel dazu angepasst, ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen entsprechend Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung, wie sie von einem Endoskop oder anderen Sensiermitteln empfangen wurden, zu bestimmen. Somit umfasst die Umgebungsregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank; die kommunikabele Datenbank ist dazu angepasst, Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung zu empfangen und ist dazu angepasst, eine Echtzeitbildverarbeitung des selbigen durchzuführen und die 3D-räumlichen Positionen von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung zu bestimmen; die Umgebungsregel ist dazu angepasst, ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen entsprechend Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung zu bestimmen, sodass BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen zumindest ein chirurgisches Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und ERLAUBTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den 3D-räumlichen Positionen.
  • Mit anderen Worten wird entsprechend der Umgebungsregel jedes Element in der chirurgischen Umgebung identifiziert im Hinblick darauf, ob es eine Gefahr oder ein Hindernis ist (und ein Pfad bei irgendeinem chirurgischen Verfahren), und jede Gefahr oder Hindernis (und Pfad) wird einer kommunikabelen Datenbank gespeichert. BESCHRÄNKTE Bewegungen sind definiert als Bewegungen, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen an dem gleichen Ort ist, wie der von den Gefahren oder Hindernissen; und die ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs wesentlich verschiedenen ist von dem von all den Gefahren oder Hindernissen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Gewebe, chirurgischen Werkzeugen, Organen, einem Endoskopen und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Anwendereingaberegel dazu angepasst, eine Eingabe von dem Anwender des Systems hinsichtlich der ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erhalten. Somit umfasst gemäß dieser Ausführungsform die Anwendereingaberegel eine kommunikabele Datenbank; die kommunikabele Datenbank ist dazu angepasst, eine Eingabe von dem Anwender des Systems hinsichtlich ERLAUBTER und BESCHRÄNKTER Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erhalten.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die Eingabe n 3D-räumliche Position umfasst, n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; wobei zumindest eine davon als ein ERLAUBTER Ort und zumindest eine davon als ein BESCHRÄNKTER Ort definiert ist, sodass die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen ERLAUBTEN Positionen lokalisiert ist, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen ERLAUBTEN Positionen.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die Eingabe zumindest eine Regel, entsprechend der ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch den Controller entsprechend den ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Anwendereingaberegel eine ERLAUBTE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung konvertieren und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ERLAUBTE Bewegung.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Näheregel dazu angepasst, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und zumindest einem anderen chirurgischen Werkzeug zu definieren; die ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb des Bereiches oder außerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes sind, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen sind außerhalb des Bereiches oder innerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes; die ERLAUBTEN Bewegungen und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen sind entsprechend verschiedenen Bereichen definiert.
  • Somit ist gemäß dieser Ausführungsform die Näheregel dazu angepasst, einen vorbestimmten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen zu definieren. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen, die innerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes sind, während die BESCHRÄNKTEN Bewegungen außerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes sind. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen, die außerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes sind, während die BESCHRÄNKTEN Bewegungen innerhalb des Bereiches des vorbestimmten Abstandes sind.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, dass der oben erwähnte Abstand ausgewählt werden kann aus dem Folgenden:
    • (f) dem Abstand zwischen der Spitze des ersten Werkzeuges und der Spitze des zweiten Werkzeuges;
    • (g) dem Abstand zwischen dem Körper des ersten Werkzeuges und der Spitze des zweiten Werkzeuges;
    • (h) dem Abstand zwischen dem Körper des ersten Werkzeuges und dem Körper des zweiten Werkzeuges;
    • (i) dem Abstand zwischen der Spitze des ersten Werkzeuges und dem Körper des zweiten Werkzeuges; und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Näheregel dazu angepasst, einen vorbestimmten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; ERLAUBTE Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb des Bereiches oder außerhalb des Bereiches des vorbestimmten Winkel sind, und BESCHRÄNKTE Bewegungen sind Bewegungen, die außerhalb des Bereiches oder innerhalb des Bereiches des vorbestimmten Winkels sind.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Kollisionsverhinderungsregel dazu angepasst, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung (z. B. Gewebe, Organ, ein anderes chirurgisches Werkzeug oder jede Kombination davon) zu definieren; die ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, die in einem Bereich sind, der größer ist als der vorbestimmte Abstand, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen sind Bewegungen, die in einem Bereich sind, der kleiner ist als der vorbestimmte Abstand.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das anatomische Element ausgewählt aus seiner Gruppe bestehend aus Gewebe, Organ, ein anderes chirurgisches Werkzeug oder jede Kombination davon.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist das chirurgische Werkzeug ein Endoskop. Das Endoskop ist dazu angepasst, Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung bereitzustellen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die rechtes-Werkzeug-Regel dazu angepasst, die ERLAUBTE Bewegung des Endoskops entsprechend der Bewegung eines chirurgischen Werkzeuges in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise rechts von diesem positioniert, zu bestimmen. Gemäß dieser Regel wird das Werkzeug, das als das rechte Werkzeug definiert ist, fortwährend von dem Endoskop nachverfolgt. Gemäß einigen Ausführungsformen ist das rechte Werkzeug als das Werkzeug definiert, das rechts von dem Endoskop positioniert ist; entsprechend anderen Ausführungsformen kann jedes Werkzeug als das rechte Werkzeug definiert sein. Eine erlaubte Bewegung gemäß der rechtes-Werkzeug-Regel ist eine Bewegung, bei der das Gesichtsfeld des Endoskops zu einem Ort bewegt wird, der im Wesentlichen derselbe ist, wie der Ort des rechten Werkzeugs, sodass dadurch das rechte Werkzeug nachverfolgt wird. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung gemäß der rechtes-Werkzeug-Regel ist eine Bewegung, bei der das Gesichtsfeld des Endoskops zu einem Ort bewegt wird, der wesentlichen verschieden ist von dem Ort des rechten Werkzeugs.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die linkes-Werkzeug-Regel dazu angepasst, die ERLAUBTE Bewegung des Endoskops entsprechend der Bewegung eines chirurgischen Werkzeuges in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise links von diesem positioniert, zu bestimmen. Gemäß dieser Regel wird das Werkzeug, das als das linke Werkzeug definiert ist, fortwährend von dem Endoskop nachverfolgt. Gemäß einigen Ausführungsformen ist das linke Werkzeug als das Werkzeug definiert, das links von dem Endoskop positioniert ist; entsprechend anderen Ausführungsformen kann jedes Werkzeug als das linke Werkzeug definiert sein. Eine erlaubte Bewegung gemäß der linkes-Werkzeug-Regel ist eine Bewegung, bei der das Gesichtsfeld des Endoskops zu einem Ort bewegt wird, der im Wesentlichen derselbe ist, wie der Ort des linken Werkzeugs. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung gemäß der linkes-Werkzeug-Regel ist eine Bewegung, bei der das Gesichtsfeld des Endoskops zu einem Ort bewegt wird, der wesentlichen verschieden ist von dem Ort des linken Werkzeugs.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Gesichtsfeldregel dazu angepasst, ein Gesichtsfeld zu definieren und dieses Gesichtsfeld beizubehalten. Die Gesichtsfeldregel ist so definiert, dass, wenn das Endoskop dazu angepasst ist, eine vorbestimmte Gruppe von Werkzeugen in einem gewünschten Gesichtsfeld nachzuverfolgen, und wenn eines dieser Werkzeuge nicht länger in dem Gesichtsfeld ist, die Regel das Endoskop anweist, herauszuzoomen, um so das Werkzeug wieder in das Gesichtsfeld zurückzubringen. Somit umfasst die Gesichtsfeldregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die Kombination von allen der n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; die Gesichtsfeldregel ist dazu angepasst, die ERLAUBTE Bewegung des Endoskops innerhalb der n 3D-räumlichen Positionen zu bestimmen, um so ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten, sodass die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegung sind, bei denen der Ort des Endoskops erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Gesichtsfeldregel umfasst die Gesichtsfeldregel somit eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; die Kombination von all den n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit. Die Gesichtsfeldregel umfasst weiter eine kommunikabele Datenbank von m Werkzeugen und die 3D-räumlichen Positionen derselben, wobei m eine ganz Zahl größer oder gleich 1 ist und wobei ein Werkzeug ein chirurgisches Werkzeug, ein anatomisches Element oder jede Kombination davon sein kann. Die Kombination von all den n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit. Die Gesichtsfeldregel ist dazu angepasst, eine ERLAUBTE Bewegung des Endoskops zu bestimmen, sodass die m 3D-räumlichen Positionen der Werkzeuge zumindest eine der n 3D-räumlichen Positionen des Gesichtsfelds umfassen, und BESCHRÄNKTE Bewegungen sind Bewegungen, bei denen die 3D-räumliche Position von zumindest einem Werkzeug wesentlich verschieden von den n 3D-räumlichen Positionen des Gesichtsfelds ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die bevorzugte-Volumenzone-Regel eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; die n 3D-räumlichen Positionen stellen die bevorzugte-Volumenzone bereit; die bevorzugte-Volumenzone-Regel ist dazu angepasst, die ERLAUBTE Bewegung des Endoskops zu bestimmen innerhalb der 3D-räumlichen Positionen zu bestimmen und eine BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n 3D-räumlichen Positionen, sodass die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n 3D-räumlichen Positionen verortet ist, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des Endoskops wesentlich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen. Mit anderen Worten definiert die bevorzugte-Volumenzone-Regel ein Volumen von Interesse (ein gewünschtes Volumen von Interesse), sodass eine ERLAUBTE Bewegung gemäß der bevorzugte-Volumenzone-Regel eine Bewegung ist, bei der das Endoskop (oder irgendein chirurgisches Werkzeug) zu einem Ort innerhalb des definierten bevorzugten Volumens bewegt wird. Eine BESCHRÄNKTE (oder irgendein chirurgisches Werkzeug) Bewegung ist gemäß der bevorzugte-Volumenzone-Regel eine Bewegung, bei der das Endoskop zu einem Ort außerhalb des definierten bevorzugten Volumens bewegt wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die bevorzugtes-Werkzeug-Regel eine kommunikabele Datenbank, die Datenbank speichert ein bevorzugtes Werkzeug; die bevorzugtes-Werkzeug-Regel ist dazu angepasst, die ERLAUBTE Bewegung des Endoskops entsprechend der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs zu bestimmen. Mit anderen Worten definierte die bevorzugtes-Werkzeug-Regel ein bevorzugtes Werkzeug (d. h. ein Werkzeug von Interesse), das der Nutzer des Systems nachzuverfolgen wünscht. Eine erlaubte Bewegung gemäß der bevorzugtes-Werkzeug-Regel ist eine Bewegung, bei der das Endoskop zu einem Ort bewegt wird, der im Wesentlich derselbe ist, wie der Ort des bevorzugten Werkzeugs. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist eine Bewegung, bei der das Endoskop zu einem Ort bewegt wird, der wesentlich verschieden ist von dem Ort des bevorzugten Werkzeugs. Somit nachverfolgt das Endoskop gemäß der bevorzugtes-Werkzeug-Regel fortwährend das bevorzugte Werkzeug, sodass das Gesichtsfeld, wie es von dem Endoskop gesehen wird, fortwährend auf dem bevorzugten Werkzeug behalten wird. Es sollte bemerkt werden, dass der Nutzer bei der besagten bevorzugtes-Werkzeug-Regel definieren kann, dass fortwährend die Spitze des besagten bevorzugten Werkzeugs nachverfolgt wird, oder alternativ kann der Nutzer bei der besagten bevorzugtes-Werkzeug-Regel definieren, dass fortwährend der Körper oder irgendeine Position auf dem bevorzugten Werkzeug nachverfolgt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die gesperrte-Zone-Regel dazu angepasst, eine BESCHRÄNKTE Zone zu definieren, in die kein Werkzeug (oder alternativ kein vordefiniertes Werkzeug) erlaubt ist einzudringen. Somit umfasst gemäß dieser Ausführungsform die gesperrte-Zone-Regel eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die n 3D-räumlichen Positionen definieren ein vorbestimmtes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung; die gesperrte-Zone-Funktion ist dazu angepasst, eine BESCHRÄNKTE Bewegung zu bestimmen, wenn die Bewegung innerhalb der gesperrten Zone ist, und eine ERLAUBTE Bewegung, wenn die Bewegung außerhalb der gesperrten Zone ist, sodass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst zu definieren (entweder in Echtzeit, während des Verfahrens oder vor dem Verfahren), welches Werkzeug das am Meisten verwendete Werkzeug ist (d. h. das Werkzeug, welches am Meisten während des Verfahrens bewegt wird), und das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend so zu positionieren, um die Bewegung dieses Werkzeuges nachzuverfolgen. Somit umfasst die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die die Zahl der Bewegungen von jedem der chirurgischen Werkzeuge zählt; die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel ist dazu angepasst, fortwährend das Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs mit der größten Zahl an Bewegungen nachzuverfolgen. In einer anderen Ausführungsform der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion misst die kommunikabele Datenbank das Maß der Bewegungen von jedem der chirurgischen Werkzeuge; die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel ist dazu angepasst, fortwährend das Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs mit dem größten Maß an Bewegungen nachzuverfolgen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das System dazu angepasst, den Arzt auf eine BESCHRÄNKTE Bewegung von zumindest einem chirurgischen Werkzeug aufmerksam zu machen. Die Warnung kann eine Audiosignalisierung, eine Stimmensignalisierung, eine Lichtsignalisierung, eine blinkende Signalisierung und jede Kombination davon sein.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist eine ERLAUBTE Bewegung eine, die durch den Controller erlaubt wird, und eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist eine, die durch den Controller verweigert wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Anwendereingaberegel dazu angepasst, eine Eingabe von einem Anwender des Systems zu empfangen hinsichtlich ERLAUBTER und BESCHRÄNKTER Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeuges. Mit anderen Worten empfängt die Anwendereingaberegel-Funktion Anweisungen von dem Arzt hinsichtlich was als ERLAUBTE Bewegungen angesehen werden kann und was BESCHRÄNKTE Bewegungen sind. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Anwendereingaberegel dazu angepasst, eine ERLAUBTE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung zu konvertieren und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ERLAUBTE Bewegung.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die vergangenheitsbasierte Regel dazu angepasst, die ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß vergangenen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bei zumindest einer vorhergehenden Operation zu bestimmen. Somit umfasst die vergangenheitsbasierte Regel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die jede 3D-räumliche Position von jedem der chirurgischen Werkzeuge speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; die vergangenheitsbasierte Regel ist dazu angepasst, ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen entsprechend Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs in der Vergangenheit zu bestimmen, sodass die ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den n 3D-räumlichen Positionen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die werkzeugabhängig-erlaubte-und-BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel dazu angepasst, ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß den vorbestimmten Eigenschaften des chirurgischen Werkzeugs zu bestimmen, wobei die vorbestimmten Eigenschaften des chirurgischen Werkzeugs ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus: physikalischen Dimensionen, Struktur, Schärfe und jede Kombination davon. Somit umfasst die werkzeugabhängig-erlaubte-und-BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, wobei die kommunikabele Datenbank dazu angepasst ist, vorbestimmte Eigenschaften von zumindest einem der chirurgischen Werkzeuge zu speichern; die werkzeugabhängig-erlaubte-und-BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel ist dazu angepasst, ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen entsprechend den vorbestimmten Eigenschaften des chirurgischen Werkzeugs zu bestimmen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die vorbestimmten Eigenschaften des chirurgischen Werkzeugs ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: physikalischen Dimensionen, Struktur, Schärfe und jede Kombination davon.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann der Nutzer beispielsweise die Struktur des chirurgischen Werkzeugs definieren, die er möchte, dass das Endoskop sie nachverfolgt. Somit verfolgt das Endoskop fortwährend entsprechend der werkzeugabhängig-erlaubte-und-BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel das chirurgische Werkzeug nach, das die vorbestimmten Eigenschaften hat, wie sie vom Nutzer definiert wurden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Bewegungsdetektionsregel eine kommunikabele Datenbank umfassend 3D-räumliche Positionen in Echtzeit von jedem chirurgischen Werkzeug. Die besagte Bewegungsdetektionsregel ist dazu angepasst, eine Bewegung von zumindest einem chirurgischen Werkzeug zu detektieren. Wenn eine Veränderung in der 3D-räumlichen Position von diesem chirurgischen Werkzeug empfangen wird, sind ERLAUBTE Bewegungen Bewegungen, bei denen das Endoskop umgelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das System weiter ein Manövrieruntersystem, das mit dem Controller kommunikabel ist. Das Manövrieruntersystem ist dazu angepasst, das zumindest eine chirurgische Werkzeug während einer Operation entsprechend der vorbestimmten Gruppe von Regeln räumlich umzupositionieren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist das zumindest eine Ortsabschätzmittel zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des menschlichen Körpers für die Abschätzung des Ortes von zumindest einem chirurgischen Werkzeug zu erlangen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ortsabschätzmittel zumindest eines aus einer Gruppe bestehend aus optischen Bildgebungsmitteln, Hochfrequenzübertragungs- und -empfangsmitteln, zumindest einer Markierung auf zumindest einem chirurgischen Werkzeug und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das zumindest eine Ortsabschätzmittel ein Schnittstellenuntersystem zwischen einem Chirurgen und zumindest einem chirurgischen Werkzeug, wobei das Schnittstellenuntersystem umfasst (a) zumindest ein Feld umfassend N regelmäßige oder musterartige Lichtquellen, wobei N eine positive ganze Zahl ist; (b) zumindest ein Feld umfassend M Kameras, wobei M eine positive ganze Zahl ist; (c) optional optische Markierungen und Mittel zum Befestigen der optischen Markierungen an zumindest einem chirurgischen Werkzeug; und (d) einen computergestützten Algorithmus, der über den Controller betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus dazu angepasst ist, Bilder aufzuzeichnen, die von jeder Kamera von jeder der M Kameras empfangen wurden, und daraus die Position von jedem der Werkzeuge zu berechnen, und weiter angepasst, um automatisch die Ergebnisse der Berechnung dem menschlichen Anwender der Schnittstelle bereitzustellen.
  • Es ist wohlbekannt, dass die Chirurgie ein hochdynamisches Verfahren mit einer sich fortwährend verändernden Umgebung ist, die von vielen Variablen abhängt. Eine nicht beschränkende Liste von diesen Variablen umfasst beispielsweise: Die Art der Operation, der Arbeitsraum (z. B. mit Fremdobjekten, dynamisch unkorrelierten Bewegungen usw.), die Art der Werkzeuge, die während der Operation benutzt werden, ein sich verändernder Hintergrund, relative Bewegungen, dynamische Verfahren, dynamischer Input vom Anwender und die Historie des Patienten. Daher gibt es ein Bedürfnis für ein System, das in der Lage ist, alle Variablen durch Gewichtung ihrer Bedeutung einzubeziehen und zu entscheiden, zu welcher räumlichen Position das Endoskop umpositioniert werden sollte.
  • Die vorliegende Erfindung kann auch benutzt werden, um die Schnittstelle zwischen den Anwendern (z. B. dem Chirurgen, dem tätigen medizinischen Assistenten, den Kollegen des Chirurgen usw.) zu verbessern. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auch benutzt werden, um ein automatisiertes Manövrieruntersystem zu steuern und/oder zu führen, um das Endoskop auf ein von dem Chirurgen ausgewähltes Instrument zu fokussieren oder auf irgendeine andere Region von Interesse. Dies kann durchgeführt werden, um den Ort von zumindest einem chirurgischen Werkzeug während eines chirurgischen Verfahrens abzuschätzen.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein chirurgisches Trackingsystem, welches dazu angepasst ist, ein Endoskop in einer automatischen und/oder halbautomatischen Weise zu führen und zu einer vorbestimmten Region von Interesse umzupositionieren. Diese Anwendung wird unterstützt von einem Bildverarbeitungsalgorithmus(en), welcher dazu angepasst ist, die von dem Endoskop empfangenen Daten in Echtzeit zu analysieren und die chirurgische Umgebung des Endoskops zu beurteilen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System ein “smartes” Trackinguntersystem, welches Anweisungen von einer Manövrierfunktion f(t) (t ist die Zeit) empfängt im Hinblick darauf, wohin das Endoskop zu leiten ist, und welches das Manövrieruntersystem anweist, das Endoskop zu dem erforderlichen Gebiet umzupositionieren.
  • Die Manövrierfunktion f(t) empfängt als Eingabe Ausgaben von zumindest zwei Anweisungsfunktion gi(t), analysiert ihre Ausgaben und stellt Anweisungen für das “smarte” Trackingsystem bereit (welches gegebenenfalls das Endoskop umleitet).
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist jeder Anweisungsfunktion gi(t) auch eine Gewichtungsfunktion αi(t) gegeben.
  • Die Anweisungsfunktionen gi(t) der vorliegenden Erfindung sind Funktionen, die dazu konfiguriert sind, die Umgebung des Endoskops und der Operation zu bewerten, und Daten auszugeben, welche das Trackinguntersystem zum Steuern der räumlichen Position des Manövrieruntersystem und des Endoskops führen. Die Anweisungsfunktionen gi(t) können ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus:
    • a. einer Werkzeugdetektionsfunktion g1(t),
    • b. einer Bewegungsdetektionsfunktion g2(t);
    • c. einer Organdetektionsfunktion g3(t);
    • d. einer Kollisionsdetektionsfunktion g4(t);
    • e. einer Anwendereingabefunktion g5(t);
    • f. einer Voraussagefunktion g6(t);
    • g. einer zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g7(t);
    • h. einer am-Meisten-verwendetes Werkzeug-Funktion g8(t);
    • i. einer rechtes-Werkzeug-Funktion g9(t);
    • j. einer linkes-Werkzeug-Funktion g10(t);
    • k. einer Gesichtsfeldfunktion g11(t);
    • l. einer bevorzugtes-Volumenzone-Funktion g12(t);
    • m. einer gesperrte-Zone-Funktion g13(t);
    • n. einer Nähefunktion g14(t);
    • o. einer markiertes-Werkzeug-Funktion g15(t),
    • p. einer bevorzugtes Werkzeug-Funktion g16(t).
  • Somit erhält beispielsweise die Manövrierfunktion f(t) eine Eingabe von zwei Anweisungsfunktionen, der Kollisionsdetektionsfunktion g4(t) (wobei die Funktion Informationen bereitstellt, ob der Abstand zwischen zwei Elementen kleiner als sein vorbestimmter Abstand ist) und von der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion g8(t) (wobei die Funktion die Anzahl zählt, die jedes Werkzeug während eines chirurgisches Verfahrens bewegt wird, und stellt Informationen bereit im Hinblick darauf, ob das am Meisten bewegte Werkzeug sich derzeit bewegt). Die Ausgabe, die von der Kollisionsdetektionsfunktion g4(t) ausgegeben wird ist die, dass ein chirurgisches Werkzeug gefährlich nahe an einem Organ in der chirurgischen Umgebung ist. Die Ausgabe, die von der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion g8(t) ausgegeben wird ist die, dass sich das statistisch als das am Meisten verwendete Werkzeug identifizierte Werkzeug derzeit bewegt.
  • Die Manövrierfunktion f(t) ordnet dann jeder der Anweisungsfunktionen Gewichtungsfunktionen αi(t) zu. Beispielsweise wird der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion g8(t) ein größeres Gewicht zugeordnet als das Gewicht, das der Kollisionsdetektionsfunktion g4(t) zugeordnet ist.
  • Nachdem die Manövrierfunktion f(t) die von den Anweisungsfunktionen gi(t) erhaltenen Informationen und die Gewichtungsfunktionen αi(t) von jeder analysiert hat, gibt selbige Anweisungen an das Manövrieruntersystem aus, um das Endoskop umzuleiten (entweder sich auf das sich bewegende Werkzeug zu fokussieren oder auf ein Werkzeug, das sich gefährlich nahe dem Organ annähert).
  • Es sollte betont werden, dass all das Obige (und die nachfolgende Offenbarung) ermöglicht wird durch fortwährendes Überwachen und Verorten/Identifizieren der 3D-räumlichen Position von jedem Element/Werkzeug in der chirurgischen Umgebung.
  • Die Identifikation wird durch jedem Fachmann bekannte konventionelle Mittel bereitgestellt (z. B. Bildverarbeitung, optische Mittel usw.).
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das chirurgische Trackinguntersystem:
    • a. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des menschlichen Körpers zu erlangen;
    • b. ein Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ein, die räumliche Position des Endoskops während der laparoskopischen Chirurgie zu steuern; und
    • c. ein Trackinguntersystem in Verbindung dem Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ist, das Manövriersystem zu steuern, um so die räumliche Position des Endoskops zu einer Region von Interesse zu führen und zu modifizieren.
  • Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Trackinguntersystem einen Datenprozessor. Der Datenprozessor ist dazu angepasst, eine Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung durchzuführen und das Manövrieruntersystem anzuweisen, die räumliche Position des Endoskops entsprechend einer Eingabe zu modifizieren, die von einer Manövrierfunktion f(t) erhalten wurde; die Manövrierfunktion f(t) ist dazu angepasst, (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t) zu erhalten, wobei i ist 1, ..., n und n ≥ 2 und wobei t die Zeit ist; i und n sind ganze Zahlen; und (b) Anweisungen an das Manövrieruntersystem auszugeben auf der Grundlage der Eingabe von den zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t), um so das Endoskop hin zu der besagten Region von Interesse räumlich zu positionieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Werkzeugdetektionsfunktion g1(t) dazu angepasst, Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung zu detektieren. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Werkzeugdetektionsfunktion dazu angepasst, chirurgische Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung zu detektieren und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu den detektierten chirurgischen Werkzeugen zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen können die Funktionen gi(t) die verschiedenen detektierten Gebiete in der chirurgischen Umgebung entsprechend einer Einstufungsskala (z. B. von 1 bis 10) einstufen, bei der verbotene Gebiete (d. h. Gebiete, die definiert sind als Gebiet, für das es den chirurgischen Werkzeugen verboten ist, in diese einzudringen) den niedrigsten Einstufungswert (z. B. 1) erhalten, und bevorzugte Gebiete (d. h. Gebiete, die definiert sind als Gebiet, in dem das chirurgische Werkzeugen belassen werden sollte) erhalten den höchsten Einstufungswert (z. B. 10).
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Funktion g1(t) dazu angepasst, Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung zu detektieren und die Manövrierfunktion f(t) zu informieren, ob sie in bevorzugten Gebieten oder in verbotenen Gebieten sind.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die Bewegungsdetektionsfunktion g2(t) eine kommunikabele Datenbank umfassend 3D-räumliche Positionen in Echtzeit von jedem der chirurgischen Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung, Mittel, um eine Bewegung von dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug zu detektieren, wenn eine Veränderung in den 3D-räumlichen Positionen erhalten wird, und Mittel, um Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu dem bewegten chirurgischen Werkzeug zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Organdetektionsfunktion g3(t) dazu angepasst, die physiologischen Organe in der chirurgischen Umgebung zu detektieren und die detektierten Organe als verbotene Gebiete oder als bevorzugte Gebiete zu klassifizieren. Wenn der Anwender beispielsweise das System anweist, dass die spezifische Chirurgie eine Nierenchirurgie ist, wird die Organdetektionsfunktion g3(t) die Nieren (oder eine Niere, wenn die Operation dazu spezifiziert ist, nur eine einzige Niere zu betreffen) als bevorzugtes Gebiet klassifizieren, und andere Organe werden als verbotene Gebiete klassifiziert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Organdetektionsfunktion dazu angepasst, Organe in der chirurgischen Umgebung zu detektieren und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu den detektierten Organen zu führen. Gemäß einigen Ausführungsformen ist die rechtes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst, ein chirurgisches Werkzeug zu detektieren, das rechts von dem Endoskop positioniert ist, und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, das Manövrieruntersystem anzuweisen, fortwährend das Endoskop auf dem rechten Werkzeug zu führen und das rechte Werkzeug nachzuverfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die linkes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst, ein chirurgisches Werkzeug zu detektieren, das links von dem Endoskop positioniert ist, und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, das Manövrieruntersystem anzuweisen, fortwährend das Endoskop auf dem linken Werkzeug zu führen und das linke Werkzeug nachzuverfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Kollisionsdetektionsfunktion g4(t) dazu angepasst, verbotene Gebiete innerhalb der chirurgischen Umgebung zu detektieren, um so Kollisionen zwischen dem Endoskop und den verbotenen Gebieten zu verhindern. Wenn beispielsweise das Endoskop in einem engen Gebiet verortet ist, in dem eine präzise Bewegung desselben bevorzugt ist, wird die Kollisionsdetektionsfunktion g4(t) verschiedene Gebiete (z. B. Nerven, Venen, Wände von Organen) detektieren und als verbotene Gebiete klassifizieren. Somit ist gemäß dieser Ausführungsform die Kollisionsverhinderungsfunktion dazu angepasst, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung zu definieren; und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu dem chirurgischen Werkzeug und dem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung zu führen, wenn der Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Element und einem anatomischen Element geringer ist als der vorbestimmte Abstand. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das anatomische Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Gewebe, einem Organ, einem anderen chirurgischen Werkzeug und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Anwendereingabefunktion g5(t) dazu angepasst, eine Eingabe von einem Anwender zu erhalten. Die Eingabe kann beispielsweise eine Eingabe hinsichtlich verbotener Gebiete in der chirurgischen Umgebung sein, eine Eingabe hinsichtlich erlaubter Gebiete in der chirurgischen Umgebung oder eine Eingabe hinsichtlich der Region von Interesse oder jede Kombination davon. Die Anwendereingabefunktion g5(t) kann Anweisungen von dem Anwender vor oder während der Operation erhalten und entsprechend antworten. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Anwendereingabefunktion weiter einen Auswahlalgorithmus umfassen zur Auswahl von Gebieten ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus verbotenen Gebieten, erlaubten Gebieten, Regionen von Interesse und jeder Kombination davon. Die Auswahl kann über eine Eingabevorrichtung (z. B. einen Touchscreen) durchgeführt werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die Anwendereingabefunktion g5(t) eine kommunikabele Datenbank; die kommunikabele Datenbank ist dazu angepasst, eine Eingabe von dem Anwender des System zu erhalten; die Eingabe umfasst n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu der erhaltenen zumindest einen 3D-räumlichen Position zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Voraussagefunktion g6(t) dazu angepasst, Daten hinsichtlich einer chirurgischen Umgebung zu einer Zeit tf > t0 bereitzustellen, wobei t0 die gegenwärtige Zeit ist und tf eine zukünftige Zeit ist. Die Voraussagefunktion g6(t) kann mit einer Datenbank kommunizieren, die Daten speichert hinsichtlich der Umgebung der Operation (z. B. der Organe in der Umgebung). Diese Daten können von der Voraussagefunktion g6(t) für die Voraussage von erwarteten oder unerwarteten Ereignissen oder von erwarteten oder unerwarteten Objekten während des Verfahrens verwendet werden. Somit umfasst die Voraussagefunktion g6(t) gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert wird; die Voraussagefunktion ist dazu angepasst (a) die zukünftigen 3D-räumlichen Positionen von jedem der chirurgischen Werkzeuge (oder jedem Objekt) vorauszusagen; und (b) Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu den zukünftigen 3D-räumlichen Positionen zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g7(t) dazu angepasst, Daten hinsichtlich der chirurgischen Umgebung oder der laparoskopischen Chirugie bereitzustellen basierend auf zurückliegenden statistischen Daten, die in einer Datenbank gespeichert sind. Die Daten hinsichtlich der chirurgischen Umgebung können beispielsweise sein: Daten hinsichtlich verbotener Gebiete, Daten hinsichtlich erlaubter Gebiete, Daten hinsichtlich der Region von Interesse und jede Kombination davon. Somit umfasst die zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g6(t) gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; die zurückliegendestatistische-Analyse-Funktion g6(t) ist dazu angepasst, um (a) eine statistische Analyse über die 3D-räumlichen Positionen von jedem der chirurgischen Werkzeuge in der Vergangenheit durchzuführen und (b) die zukünftige 3D-räumliche Position von jedem der chirurgischen Werkzeuge vorherzusagen; und (c) Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu der zukünftigen 3D-räumlichen Position führen. Somit werden gemäß der zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g7(t) die Bewegungen von jedem Werkzeug in der Vergangenheit analysiert und es wird entsprechend dieser Analyse eine Voraussage über die nächte Bewegung des Werkzeuges bereitgestellt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion g8(t) eine kommunikabele Datenbank, die das Maß der Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet, zählt; die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu führen, um fortwährend das Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des am Meisten bewegten chirurgischen Werkzeugs nachzuverfolgen. Das Maß der Bewegung eines Werkzeugs kann definiert sein als die Gesamtzahl der Bewegungen dieses Werkzeugs oder als die Gesamtstrecke, die sich dieses Werkzeug bewegt hat.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die rechtes-Werkzeug-Funktion g9(t) dazu angepasst, zumindest ein chirurgisches Werkzeug in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop zu detektieren, vorzugsweise rechts von dem Endoskop positioniert, und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend auf dem rechten Werkzeug zu führen und selbiges nachzuverfolgen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das rechte Werkzeug definiert als das Werkzeug, das rechts von dem Endoskop positioniert ist; gemäß anderen Ausführungsformen kann jedwedes Werkzeug als das rechte Werkzeug definiert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die linkes-Werkzeug-Funktion g10(t) dazu angepasst, zumindest ein chirurgisches Werkzeug in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop zu detektieren, vorzugsweise links von dem Endoskop positioniert, und Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend auf dem linken Werkzeug zu führen und selbiges nachzuverfolgen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das linke Werkzeug definiert als das Werkzeug, das links von dem Endoskop positioniert ist; gemäß anderen Ausführungsformen kann jedwedes Werkzeug als das linke Werkzeug definiert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Gesichtsfeldfunktion g11(t) eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die Kombination von allen der n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; die Gesichtsfeldfunktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen innerhalb der n 3D-räumlichen Positionen zu führen, um so ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die bevorzugte-Volumenzone-Funktion g12(t) eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die n 3D-räumliche Positionen stellen die bevorzugte-Volumenzone bereit; die bevorzugte-Volumenzone-Funktion g12(t) ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen innerhalb der bevorzugte-Volumenzone zu führen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst gesperrte-Zone-Funktion g13(t) eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die n 3D-räumlichen Positionen definieren ein vorbestimmtes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung; die gesperrte-Zone-Funktion g13(t) ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen verschieden von allen der n 3D-räumlichen Positionen zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Nähefunktion g14(t) dazu angepasst, einen vorbestimmten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; und um Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu den zwei chirurgischen Werkzeugen zu führen, wenn der Abstand zwischen den beiden chirurgischen Werkzeugen geringer ist oder größer ist als der vorbestimmte Abstand.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Nähefunktion g14(t) dazu angepasst, einen vorbestimmten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; und um Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu den drei chirurgischen Werkzeugen zu führen, wenn der Winkel zwischen den beiden chirurgischen Werkzeugen kleiner ist oder größer ist als der vorbestimmte Winkel.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die bevorzugte-Volumenzone-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die n 3D-räumliche Positionen stellen die bevorzugte-Volumenzone bereit; die bevorzugte-Volumenzone-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu der bevorzugte-Volumenzone zu führen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die Gesichtsfeldfunktion eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die Kombination von allen der n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; die Gesichtsfeldfunktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen innerhalb der n 3D-räumlichen Positionen zu führen, um so ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die gesperrte-Zone-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die n 3D-räumlichen Positionen definieren ein vorbestimmtes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung; die gesperrte-Zone-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen verschieden von allen der n 3D-räumlichen Positionen zu führen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion eine kommunikabele Datenbank, die das Maß der Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet, zählt; die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu führen, um fortwährend das Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des am Meisten bewegten chirurgischen Werkzeugs nachzuverfolgen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die Voraussagefunktion g6(t) dazu angepasst, Daten hinsichtlich einer chirurgischen Umgebung zu einer Zeit tf > t bereitzustellen, wobei t die gegenwärtige Zeit ist und tf die zukünftige Zeit ist. Die Voraussagefunktion g6(t) kann mit einer Datenbank kommunizieren, die Daten speichert hinsichtlich der Umgebung der Operation (z. B. der Organe in der Umgebung). Diese Daten können von der Voraussagefunktion g6(t) für die Voraussage von erwarteten oder unerwarteten Ereignissen oder von erwarteten oder unerwarteten Objekten während des Verfahrens verwendet werden. Somit umfasst die Voraussagefunktion gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert wird; die Voraussagefunktion ist dazu angepasst (a) die zukünftigen 3D-räumlichen Positionen von jedem der chirurgischen Werkzeuge vorauszusagen; und (b) Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu den zukünftigen 3D-räumlichen Positionen zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen ist die zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g7(t) dazu angepasst, Daten hinsichtlich der chirurgischen Umgebung oder der laparoskopischen Chirurgie bereitzustellen basierend auf zurückliegenden statistischen Daten, die in einer Datenbank gespeichert sind. Die Daten hinsichtlich der chirurgischen Umgebung können beispielsweise sein: Daten hinsichtlich verbotener Gebiete, Daten hinsichtlich erlaubter Gebiete, Daten hinsichtlich der Region von Interesse. Somit umfasst die zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikabele Datenbank, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; die zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion ist dazu angepasst, um (a) eine statistische Analyse über die 3D-räumlichen Positionen von jedem der chirurgischen Werkzeuge in der Vergangenheit durchzuführen und (b) die zukünftige 3D-räumliche Position von jedem der chirurgischen Werkzeuge vorherzusagen; und (c) Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop zu der zukünftigen 3D-räumlichen Position führen. Somit werden gemäß der zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion g7(t) die Bewegungen von jedem Werkzeug in der Vergangenheit analysiert und es wird entsprechend dieser Analyse eine Voraussage über die nächste Bewegung des Werkzeuges bereitgestellt.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die bevorzugtes-Werkzeug-Funktion eine kommunikabele Datenbank, wobei die besagte Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug speichert; die bevorzugtes-Werkzeug-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövriersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend zu dem bevorzugten Werkzeug zu führen, sodass das besagte Endoskop fortwährend das besagte bevorzugte Werkzeug nachverfolgt.
  • Somit nachverfolgt das Endoskop fortwährend das bevorzugte Werkzeug gemäß der bevorzugtes-Werkzeug-Funktion, sodass das Gesichtsfeld, wie es von dem Endoskop gesehen wird, fortwährend auf dem besagten bevorzugten Werkzeug beibehalten wird. Es sollte bemerkt werden, dass der Nutzer bei der besagten bevorzugtes-Werkzeug-Funktion definieren kann, dass fortwährend die Spitze des besagten bevorzugten Werkzeugs nachverfolgt wird, oder alternativ kann der Nutzer bei der besagten bevorzugtes-Werkzeug-Funktion definieren, dass fortwährend der Körper oder irgendeine Position auf dem bevorzugten Werkzeug nachverfolgt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst die markiertes-Werkzeug-Funktion g15(t) Mittel, die dazu angepasst sind, zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu markieren und um Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend zu dem markierten chirurgischen Werkzeug zu führen. Somit nachverfolgt das Endoskop gemäß der markiertes-Werkzeug-Funktion fortwährend das bevorzugte (d. h. markierte) Werkzeug, sodass das Gesichtsfeld, wie es von dem Endoskop gesehen wird, fortwährend auf dem besagten bevorzugten (markierten) Werkzeug beibehalten wird. Es sollte bemerkt werden, dass der Nutzer bei der besagten markiertes-Werkzeug-Funktion definieren kann, dass fortwährend die Spitze des besagten bevorzugten (markierten) Werkzeugs nachverfolgt wird, oder alternativ kann der Nutzer bei der besagten markiertes-Werkzeug-Funktion definieren, dass fortwährend der Körper oder irgendeine Position auf dem bevorzugten (markierten) Werkzeug nachverfolgt wird.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen sind die Mittel dazu angepasst, das zumindest eine chirurgische Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung fortwährend zu markieren.
  • Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die bevorzugtes-Werkzeug-Funktion g16(t) eine kommunikabele Datenbank. Die Datenbank speichert ein bevorzugtes Werkzeug, und die bevorzugte-Werkzeug-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das Trackinguntersystem auszugeben, um das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop zu dem bevorzugten Werkzeug zu führen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das System weiter Mittel, die dazu angepasst sind, das zumindest eine chirurgische Werkzeug erneut zu markieren, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt ist.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das System weiter Mittel, die dazu angepasst sind, die chirurgischen Werkzeuge umzuschalten. Gemäß einigen Ausführungsformen wird das Umschalten manuell oder automatisch durchgeführt.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Gewichtungsfunktionen αi(t) zeitlich veränderliche Funktionen (oder Konstanten), wobei deren Wert vom Anwender oder von der Ausgabe der Anweisungsfunktionen gi(t) bestimmt wird. Wenn beispielsweise eine spezifische Funktion gi(t) ein wichtiges Ereignis oder Objekt detektiert hat, können ihre Gewichtungsfunktionen αi(t) angepasst werden, um die Chancen zu erhöhen, dass die Manövrierfunktion f(t) das Manövrieruntersystem anweisen wird, das Endoskop hin zu diesem wichtigen Ereignis oder Objekt zu bewegen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Trackinguntersystem verschiedene Bildverarbeitungsalgorithmen umsetzen, die auch Algorithmen sein können, die in der Technik wohl bekannt sind. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann beispielsweise sein: ein Bildstabilisierungsalgorithmus, ein Bildverbesserungsalgorithmus, ein Bildkompilierungsalgorithmus, ein Bildaufwertungsalgorithmus, ein Bilddetektionsalgorithmus, ein Bildklassifizierungsalgorithmus, Bildkorrelationen mit dem Herzzyklus oder dem Atmungszyklus des menschlichen Körpers, ein Rauchreduktionsalgorithmus, ein Dunstreduktionsalgorithmus, ein Dampfreduktionsalgorithmus und jede Kombination davon. Rauch-, Dunst- und Dampfalgorithmen können erforderlich sein, da es bekannt ist, dass unter bestimmten Bedingungen Rauch, Dunst oder Dampf durch oder von dem Endoskop emittiert werden können. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann auch implementiert und verwendet werden, um 2D- oder 3D-Darstellungen zu analysieren, welche von den Echtzeitbildern der chirurgischen Umgebung gerendert sein können.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Endoskop eine Bilderlangungsvorrichtung aufweisen aus einer Gruppe bestehend aus: einer Kamera, einer Videokamera, einem elektromagnetischen Sensor, einer Computertomographiebildgebungsvorrichtung; eine fluoroskopischen Bildgebungsvorrichtung, einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung und jeder Kombination davon.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das System auch eine Anzeige aufweisen, die dazu angepasst ist, eine Eingabe oder Ausgabe an den Anwender hinsichtlich des Betriebs des Systems bereitzustellen. Die Anzeige kann dazu verwendet werden, die erlangten Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung mit erweiterten Realitätselementen auszugeben. Die Anzeige kann auch zur Visualisierung der Region von Interesse durch den Anwender verwendet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Endoskop durch einen Endoskopcontroller gesteuert werden, um Handlungen auszuführen wie: Erlangen der Echtzeitbilder und Hineinzoomen in ein vorbestimmtes Gebiet. Beispielsweise kann der Endoskopcontroller das Endoskop veranlassen, Echtzeitbilder in Korrelation mit dem Herzzyklus oder dem Atmungszyklus eines menschlichen Körpers zu erlangen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Datenprozessor der vorliegenden Erfindung einen Mustererkennungsalgorithmus ablaufen zu lassen, um den Einsatz der Anweisungsfunktionen gi(t) zu unterstützen. Der Mustererkennungsalgorithmus kann als Teil des Bildverarbeitungsalgorithmus verwendet werden.
  • Es sollte betont werden, dass all das Obige (und die nachfolgende Offenbarung) ermöglicht wird durch fortwährendes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren der 3D-räumlichen Position von jedem Element/Werkzeug in der chirurgischen Umgebung.
  • Die Identifizierung wird durch konventionelle Mittel bereitgestellt, die jedem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optische Mittel usw.)
  • Die vorliegende Erfindung offenbart weiter ein Verfahren zum Unterstützen eines Anwenders, um ein chirurgisches Verfahren durchzuführen, umfassend Schritte des:
    • a. Bereitstellens eines Chirurgiesteuerungssystems umfassend: (i) zumindest ein chirurgisches Werkzeug; (ii) zumindest ein Ortsabschätzmittel; und (iii) einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Datenbank kommunikabel ist;
    • b. Einführens des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers;
    • c. Abschätzens der Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung; und
    • d. Steuerns der räumlichen Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeuges innerhalb der chirurgischen Umgebung mittels des Controllers, wobei der Schritt des Steuerns durchgeführt wird durch Speichern einer vorbestimmten Gruppe von Regeln in der Datenbank, wobei die vorbestimmte Gruppe von Regeln ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst, sodass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch den Controller entsprechend der ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
  • Die vorliegende Erfindung offenbart auch ein Verfahren zum Unterstützen eines Anwenders, um eine laparoskopische Chirurgie an einem menschlichen Körper durchzuführen. Das Verfahren umfasst Schritte des:
    • a. Bereitstellens eines chirurgischen Trackingsystems umfassend (i) zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des menschlichen Körpers zu erlangen; (ii) ein Manövrieruntersystem in Verbindung mit dem Endoskop; und (iii) ein Trackinguntersystem in Verbindung mit dem Manövrieruntersystem, wobei das Trackinguntersystem einen Datenprozessor umfasst;
    • b. Durchführens einer Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung;
    • c. Steuerns des Manövrieruntersystems über das Trackinguntersystem und des dadurch Leitens und Modifizierens der räumlichen Position des Endoskops hin zu einer Region von Interesse gemäß einer Eingabe, die von einer Manövrierfunktion f(t) erhalten wurde; wobei die Manövrierfunktion f(t) dazu angepasst ist, (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t) zu erhalten, wobei i ist 1, ..., n und n ≥ 2; wobei t die Zeit ist; i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen an das Manövrieruntersystem auszugeben auf der Grundlage der Eingabe von den zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t), um so das Endoskop hin zu der besagten Region von Interesse räumlich zu positionieren.
  • Es sollte betont werden, dass all das Obige (und die nachfolgende Offenbarung) ermöglicht wird durch fortwährendes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren der 3D-räumlichen Position von jedem Element/Werkzeug in der chirurgischen Umgebung.
  • Die Identifizierung wird durch konventionelle Mittel bereitgestellt, die jedem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optische Mittel usw.)
  • Die vorliegende Erfindung offenbart weiter ein Chirurgiesteuerungssystem umfassend:
    • a. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des menschlichen Körpers zu erlangen;
    • b. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit n Elemente innerhalb des Echtzeitbildes einer chirurgischen Umgebung eines menschlichen Körpers zu definieren; jedes der Elemente ist durch eine vorbestimmte Eigenschaft gekennzeichnet;
    • c. ein Bildverarbeitungsmittel in Verbindung mit dem Endoskop, das dazu angepasst ist, das Echtzeitbild zu verarbeiten und in Echtzeit Aktualisierungen der vorbestimmten Eigenschaften bereitzustellen;
    • d. eine kommunikabele Datenbank in Verbindung mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel, die dazu angepasst ist, die vorbestimmten Eigenschaften und die aktualisierten Eigenschaften zu speichern; wobei das System dazu angepasst ist, den Anwender zu benachrichtigen, wenn die aktualisierten Eigenschaften wesentlich verschieden sind von den vorbestimmten Eigenschaften.
  • Somit wird gemäß dieser Ausführungsform jedes Element in der chirurgischen Umgebung charakterisiert. Die Eigenschaften werden fortwährend überwacht. Wenn sich die Eigenschaften wesentlich verändern, benachrichtigt das System den Nutzer.
  • Beispielsweise könnte das überwachte Element ein Organ sein, und die überwachte Eigenschaft könnte seine Konturen sein. Sobald sich die Konturen signifikant verändert haben (was implizierten könnte, dass das Organ beispielsweise eingeritzt worden ist), alarmiert das System den Nutzer.
  • Es sollte betont werden, dass all das Obige ermöglicht wird durch fortwährendes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren der 3D-räumlichen Position von jedem Element/Werkzeug in der chirurgischen Umgebung.
  • Die Identifizierung wird durch konventionelle Mittel bereitgestellt, die jedem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optische Mittel usw.)
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die vorbestimmten Eigenschaften ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: der Farbe des Elements, der 3D-räumlichen Position des Elements, den Konturen des Elements und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das System zusätzlich zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das System zusätzlich zumindest ein Ortsabschätzmittel, das dazu angepasst ist, den Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeug abzuschätzen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das System zusätzlich einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Datenbank kommunikabel ist, der Controller ist dazu angepasst, die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein Verfahren zur Steuerung einer Operation bereit, umfassend Schritte des:
    wobei das System dazu angepasst ist, den Anwender zu benachrichtigen, wenn die aktualisierten Eigenschaften wesentlich verschieden sind von den vorbestimmten Eigenschaften;
    • a. Erhaltens eines Systems umfassend: i. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung in einem menschlichen Körpers bereitzustellen; ii. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit n Elemente innerhalb des Echtzeitbildes der chirurgischen Umgebung eines menschlichen Körpers zu definieren; n ist eine ganze Zahl größer als 0; jedes der Elemente ist durch eine vorbestimmte Eigenschaft gekennzeichnet; iii. ein Bildverarbeitungsmittel in Verbindung mit dem Endoskop, das dazu angepasst ist, das Echtzeitbild zu verarbeiten und in Echtzeit Aktualisierungen der vorbestimmten Eigenschaften bereitzustellen; iv. eine kommunikabele Datenbank in Verbindung mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel, die dazu angepasst ist, die vorbestimmten Eigenschaften und die aktualisierten Eigenschaften zu speichern;
    • b. Bereitstellens eines Echtzeitbildes einer chirurgischen Umgebung in einem menschlichen Körper;
    • c. Definierens der n Elemente;
    • d. Charakterisierens von jedem der Elemente durch die vorbestimmten Eigenschaften;
    • e. Bereitstellens einer Echtzeitaktualisierung der vorbestimmten Eigenschaften;
    • f. Benachrichtigens des Nutzers, wenn die aktualisierten Eigenschaften wesentlich verschieden sind von den vorbestimmten Eigenschaften.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die vorbestimmten Eigenschaften ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: der Farbe des Elements, der 3D-räumlichen Position des Elements, den Konturen des Elements und jeder Kombination davon.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines chirurgischen Werkzeugs, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines Ortsabschätzmittels, das dazu angepasst ist, den Ort des zumindest einen chirurgischen Werkzeug abzuschätzen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren zusätzlich einen Schritt des Bereitstellens eines Controllers, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Datenbank kommunikabel ist, der Controller ist dazu angepasst, die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst das System der vorliegenden Erfindung zusätzlich eine Bildverarbeitungseinheit. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Bildverarbeitungseinheit dazu angepasst, „Rauschen“ aus dem empfangenen Bild zu entfernen, indem in dem Bild die Sichtbarkeit von Rauch verringert wird, der z. B. durch Gerinnung hervorgerufen wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Bildverarbeitungseinheit dazu angepasst, „Rauschen“ aus dem empfangenen Bild zu entfernen, indem in dem Bild die Sichtbarkeit von Dunst oder Dampf verringert wird, der sich auf dem Endoskop angesammelt hat.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die rechtes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst, das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend so zu positionieren, um die Bewegung des rechten Werkzeugs (d. h. des Werkzeugs, das rechts von dem Endoskop positioniert ist) nachzuverfolgen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die linkes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst, das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend so zu positionieren, um die Bewegung des linken Werkzeugs (d. h. des Werkzeugs, das links von dem Endoskop positioniert ist) nachzuverfolgen
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gesichtsfeldfunktion dazu angepasst, das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend so zu positionieren, um ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die gesperrte-Zone-Funktion dazu angepasst, eine gesperrte Zone (entweder in Echtzeit, während des Verfahrens oder vor dem Verfahren) zu definieren und das Manövrieruntersystem anzuweisen, einen Eintritt des Endoskops in die gesperrte Zone zu beschränken.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst zu definieren (entweder in Echtzeit, während des Verfahren oder vor dem Verfahren), welches Werkzeug das am Meisten verwendete Werkzeug ist (d. h. das Werkzeug, das am Meisten während des Verfahrens bewegt wird), und das Manövrieruntersystem anzuweisen, das Endoskop fortwährend so zu positionieren, um die Bewegung des am Meisten verwendeten Werkzeugs nachzuverfolgen.
  • Die folgenden Figuren stellen Beispiele von mehreren der oben erwähnten Regeln und Funktionen bereit.
  • Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die eine allgemeine schematische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform eines chirurgischen Trackingsystems 100 ist. In dieser Figur sind chirurgische Instrumente 17b und 17a illustriert und ein Endoskop 21, welches mittels eines Manövrieruntersystems 19 entsprechend den Anweisungen manövriert werden kann, die von einem Trackinguntersystem erhalten werden, das von einem Computer 15 betreibbar ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie oben definiert kann der Nutzer die Gesichtsfeldfunktion als fortwährend zumindest eines der chirurgischen Instrumente 17b und 17c überwachend definieren.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das chirurgische Trackingsystem 100 auch einen oder mehrere knopfbetätigte drahtlose Transmitter 12a umfassen, die bei Aktivierung eine einzige Code-Welle 14 durch die Antenne 13 an einen verbundenen Empfänger 11 übertragen, der ein Signal erzeugt, das von dem Computer 15 verarbeitet wird, sodass dadurch die räumliche Position des Endoskops 21 zu der Region von Interesse, wie sie von der Gesichtsfeldfunktion definiert ist, geleitet und modifiziert wird.
  • Alternativ und gemäß der Näheregel alarmiert das System den Nutzer, dass jedwede Bewegung von irgendeinem der chirurgischen Instrumente 17b und 17a, die den Abstand verringern wird, eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist, wenn der Abstand zwischen den chirurgischen Instrumenten 17b und 17a kleiner ist als ein vorbestimmter Abstand.
  • Es wird nun auf 2 Bezug genommen, die schematisch den Betrieb der vorliegenden Erfindung illustriert. Gemäß dieser Figur umfasst das System der vorliegenden Erfindung eine Anzeige 30, auf der das Gesamtverfahren dem Anwender präsentiert wird. In dieser Figur wird ein Endoskop automatisch hin zu einer Region von Interesse 38 umpositioniert.
  • Die Region von Interesse, zu der das Endoskop umpositioniert wird, umfasst Werkzeuge 37b und 37c, die automatisch von dem Trackinguntersystem (nicht gezeigt) des Computers 15 detektiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Umpositionierung des Endoskops automatisch oder halbautomatisch sein. Beispielsweise und gemäß 2 verursacht ein leichter Druck des Knopfes auf dem generischen Code emittierenden drahtlosen Transmitter 12a eine Übertragung eines Code, der durch die Empfängerantenne 13 empfangen und durch den verbundenen Empfänger 11 an den Computer 15 kommuniziert wird. Diese Operation veranlasst, dass das Endoskop der vorliegenden Erfindung räumlich zu der vordefinierten Region von Interesse (z. B. des Ortes, an dem die Arbeitswerkzeuge lokalisiert sind) umpositioniert wird. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Anwender die Region von Interesse als die Region definieren, in welcher eine Spitze 35b des Werkzeuges 37b aufgefunden wird.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Anwender eines der chirurgischen Instrumente 17b und 17c als ein bevorzugtes Werkzeug definieren. Somit wird entsprechend der bevorzugtes-Werkzeug-Regel das Endoskop fortwährend den Körper des ausgewählten Werkzeugs überwachen und nachverfolgen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der Nutzer die bevorzugtes-Werkzeug-Regel definieren, um fortwährend das Endoskop auf der Spitze desselben umzupositionieren (siehe Spitze 35b in 2).
  • Gemäß der in 2 illustrierten Ausführungsform wird die Aktivierung des Systems durch einen Knopf bereitgestellt, der dem System signalisiert, dass es zu aktivieren ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Knopf mit dem gewünschten zu überwachenden Werkzeug verknüpft werden, sodass das Endoskop das Werkzeug überwachen wird, mit dem der Knopf verknüpft ist (und von dem das Signal 12a emittiert wird).
  • Wieder Bezug nehmend auf 2 ist, sobald eine Region von Interesse definiert worden ist, das Trackinguntersystem dazu angepasst, um nach der Spitze 35b innerhalb der Region von Interesse mittels Durchführung von Bildverarbeitung zu suchen. Wenn die Spitze 35b von dem Trackinguntersystem nicht detektiert wird, kann das System das Endoskop in eine Vorwärtsrichtung entlang einer vorbestimmten Bahn bewegen. Wenn die Spitze 35b durch das Trackinguntersystem detektiert wird, fokussiert das Endoskop automatisch auf die Region von Interesse.
  • Während der Durchführung der Operation ändert der Chirurg oft die Position seiner Werkzeuge und sogar ihren Ansatzpunkt. Um ein Positions- und Entfernungssystem zu realisieren, können viele wohlbekannte Techniken verwendet werden. Beispielsweise können Werkzeuge mit Schaltern ausgerüstet sein. Wenn die Schalter drahtlose Signale emittieren, dann kann ein Feld von Antennen benutzt werden, um die Stärke des Signals, das von jeder Antenne empfangen wird, zu vergleichen, um den Winkel des Schalters und seine ungefähre Entfernung zu der Kamerahaltervorrichtung zu bestimmen. Wenn der Schalter Ultraschall emittiert, dann können ultraschallsensitive Mikrophone verwendet werden, um die Position des Schalters zu triangulieren. Das gleiche gilt für einen Licht emittierenden Schalter. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein einziger drahtloser Emissionscode verwendet, und eine Auswahl wird erreicht durch eine sichtbare grafische Darstellung auf einem konventionellen Ansichtsschirm.
  • In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist jedes Instrument mit einem einzigartigen Code drahtlos übertragenden Sendeempfänger ausgestattet, und eine Auswahl wird durch Niederdrücken seines Knopfes erreicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Trackinguntersystem der vorliegenden Erfindung in jedem konventionellen kameraunterstützten laparoskopischen Operationssystem verwendet werden, das ein Endoskop umfasst. Mit dem Niederdrücken von zumindest einem Knopf auf einem Transmitter zum Aktivieren des Trackinguntersystems wird entweder ein generischer oder ein einzigartiger Code zu einer Empfangsvorrichtung übertragen, die mit einem Computer verbunden ist, der das Manövrieruntersystem anweist, das Endoskop zu einer Region von Interesse umzupositionieren.
  • Das System der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise dazu verwendet werden, um es einem Anwender (z. B. einem Chirurgen) zu erlauben, das chirurgische Instrument chirurgischen Kollegen und Mitarbeitern vorzustellen. Durch Identifizieren des chirurgischen Instruments über das Trackinguntersystem leitet das Endoskop den Blick auf die vorbestimmte Region von Interesse.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann das Trackinguntersystem ein chirurgisches Werkzeug nach Charakterisierung desselben vor der Operation identifizieren. Die Eigenschaften des chirurgischen Werkzeuges können in einer Datenbank für eine zukünftige Verwendung in dem Bildverarbeitungsalgorithmus gespeichert werden. Mit dem Niederdrücken von zumindest einem Knopf kann das Trackinguntersystem das Manövrieruntersystem anweisen, das Endoskop zu bewegen, um so den gewünschten Fokus auf eine spezifische Region von Interesse zu erreichen.
  • Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat viele technische Vorteile, unter denen sind:
    • • Vereinfachung der Kommunikationsschnittstelle zwischen Chirurg und mechanischen Assistenten.
    • • Nahtlose Wechselwirkung mit konventionellen computergestützten automatisierten Endoskopsystemen.
    • • Einfachheit der Konstruktion und Verlässlichkeit.
    • • Nutzerfreundlichkeit.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus den folgenden Zeichnungen und der Beschreibung ersichtlich werden.
  • Um die Steuerung des Endoskops zu verbessern, umfasst das System der vorliegenden Erfindung ein Manövrieruntersystem. Viele Manövriersysteme sind in der Technik bekannt, und viele von diesen haben mehrere Freiheitsgrade:
    • (a) ein Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, das Endoskop oder Laparoskop vorwärts und rückwärts zu bewegen;
    • (b) ein anderer Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, das Endoskop oder Laparoskop in einer Zoom-Bewegung zu bewegen, d. h. hinein in und heraus aus dem Körper des Patienten durch den Eindringpunkt;
    • (c) ein anderer Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, das Endoskop oder Laparoskop nach rechts oder links zu bewegen;
    • (d) ein anderer Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, Bewegungen des Endoskops oder Laparoskops nach rechts oder links feinabzustimmen;
    • (e) ein anderer Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, Bewegungen des Endoskops oder Laparoskops vorwärts und rückwärts feinabzustimmen;
    • (f) ein anderer Freiheitsgrad ermöglicht es dem System, die Kamera in Bezug auf die lange Achse des Endoskops zu drehen. Dieser Freiheitsgrad ist nötig um zu vermeiden, dass sich der Horizont des Bildes verändert, wenn ein Endoskop mit einem „abgewinkelten Rand“ verwendet wird.
  • Solche Manövriersysteme werden durch die vorliegende Erfindung verwendet, um so das Endoskop zu dem gewünschten Ort umzupositionieren.
  • Die vorliegende Erfindung wird verwendet, um die Schnittstelle zwischen Chirurg und automatisierten Assistenten zu verbessern, indem das derzeitige Instrument der Wahl des Chirurgen kommuniziert wird, indem der Bildverarbeitungsberechnungssoftware Positionsdaten bereitgestellt werden, sodass das Endoskop dazu geführt wird, sich auf diese Wahl zu fokussieren. Die Technologie beruht auf einer Vereinigung eines konventionellen laparoskopischen Systems mit Daten, die z. B. von kleinen HF-Transmittern erhalten wurden, die an einem chirurgischen Werkzeug befestigt sind, oder, alternativ, mit Daten, die von Lichtemittenten (z. B. LED-Lampen) erhalten wurden, die an einem chirurgischen Werkzeug befestigt sind.
  • Es wird dem Fachmann ersichtlich sein, dass es verschiedene Ausführungsformen der Erfindung gibt, die in Details der Konstruktion voneinander abweichen, ohne dass dies die wesentliche Natur davon beeinflusst und dass die Erfindung daher nicht durch das beschränkt ist, was in den Figuren illustriert und in der Beschreibung beschrieben ist, sondern nur wie in den begleitenden Ansprüchen angegeben, wobei deren angemessener Umfang nur durch die breiteste Interpretation der Ansprüche bestimmt ist.
  • 2a zeigt ein Beispiel der Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei der abdominalen laparoskopischen Chirurgie.
  • 2b zeigt ein Beispiel der Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei der endoskopischen Kniechirurgie.
  • Schließlich zeigt 2c ein Beispiel der Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei der endoskopischen Schulterchirurgie.
  • Beispiele
  • Beispiele sind angegeben, um die in der vorliegenden Erfindung beanspruchten Ausführungsformen nachzuweisen. Das Beispiel, welches ein klinischer Test ist, beschreibt die Art und Weise und das Verfahren der vorliegenden Erfindung und legt die beste Weise dar, die von den Erfindern zur Ausführung der Erfindung erwogen wird, sind aber nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen.
  • In den Beispielen unten beziehen sich gleiche Ziffern auf gleiche Teile in allen der Figuren.
  • Beispiel 1 – Trackingsystem mit Kollisionsvermeidungssystem
  • Eine Ausführungsform eines solchen regelbasierten Systems wird die folgende Gruppe von Anweisungen aufweisen:
  • Detektion (bezeichnet durch Gd):
    • Gd1 Werkzeugortdetektionsfunktion
    • Gd2 Organdetektionsfunktion (z. B. Leber)
    • Gd3 Bewegungs(vektor)berechnungs- und -abschätzfunktion
    • Gd4 Kollisionswahrscheinlichkeitsdetektionsfunktion
  • Werkzeuganweisung (bezeichnet Gt):
    • Gt1 Bewege dich entsprechend einer manuellen Anweisung
    • Gt2 Stoppe Bewegung
  • Das Szenario – manuelle Bewegungsanweisung durch den Chirurgen:
  • Die Orte Gd1(t) und Gd2(t) werden in Echtzeit bei jedem Schritt berechnet (von einer Bild- oder Ortsmarkierung).
  • Der Werkzeugbewegungsvektor Gd3(t) wird von Gd1(t) berechnet als die Differenz zwischen dem derzeitigen Ort und zumindest einem vorhergehenden Ort (wahrscheinlich auch vorhergehende Bewegungsvektoren in Betracht ziehend).
  • Die Wahrscheinlichkeit einer Kollision – Gd4(t) – wird berechnet, beispielsweise aus der Differenz zwischen dem Ort Gd1 und dem Ort Gd2 (je kleiner die Entfernung, desto enger die Nähe und desto höher die Wahrscheinlichkeit einer Kollision) von dem Bewegungsvektor Gd3(t), der eine Kollision anzeigt, usw.
  • Werkzeuganweisung-Gt1-Gewichtungsfunktion α1(t) = 1, wenn Gt1(t) < einer vorbestimmten Schwelle und 0 sonst.
  • Werkzeuganweisung-Gt2-Gewichtungsfunktion α2(t) = 1, wenn Gt2(t) > einer vorbestimmten Schwelle und 0 sonst.
  • Werkzeuganweisungen = α1(t)·Gt1 + α2(t)·Gt2(t).
  • In Bezug auf 3, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform eines Trackingsystems und eines Kollisionsvermeidungssystems zeigt. Das System verfolgt ein Werkzeugt 310 und die Leber 320 nach, um zu bestimmen, ob eine Kollision zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 innerhalb des nächsten Zeitschrittes möglich ist. Die 3a und 3b zeigen, wie das Verhalten des Systems von der Entfernung 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 anhängt, während die 3c und 3d zeigen, wie die Bewegung des Werkzeugs 310 das Verhalten beeinflusst. In 3a ist die Entfernung 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber groß genug, sodass eine Kollision in diesem Zeitschritt nicht möglich ist. Da keine Kollision möglich ist, wird keine Bewegung des Werkzeugs befohlen. In 3b ist die Entfernung 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber klein genug, sodass eine Kollision wahrscheinlich ist. In der illustrierten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Leber 320 wegzubewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt aber nicht eine Bewegung 340; in solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug nahe bei der Leber 320 bleiben. In noch anderen Ausführungsformen warnt/macht das System den Anwender darauf aufmerksam, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, aber beschränkt nicht die Bewegung 350 oder befiehlt nicht die Bewegung 340 weg von der Leber. Solch eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Die 3c und 3d illustrieren schematisch den Effekt der Bewegung des Werkzeuges 310 auf dem Kollisionsvermeidungssystem. In den 3c und 3d ist das Werkzeug 310 nahe genug an der Leber 320, dass eine Kollision zwischen beiden möglich ist. Wenn das System nur die Positionen des Werkzeuges 310 und der Leber 320 nachverfolgte, dann würde eine Bewegung des Werkzeugs 310 weg von der Leber 320 befohlen werden. 3c illustriert den Effekt einer Bewegung 350, die den Abstand zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 vergrößern würde. Da die Bewegung 350 weg von der Leber 320 ist, ist eine Kollision nicht möglich in diesem Zeitschritt, und keine Bewegung des Werkzeuges 310 wird befohlen.
  • In 3d ist das Werkzeug 310 in der gleichen Entfernung von der Leber 320 wie in 3c. In 3d ist die Bewegung 350 des Werkzeugs 310 jedoch zur Leber 320 hin, was eine Kollision zwischen dem Werkzeug und der Leber 320 möglich macht. In einigen Ausführungsformen wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Leber 320 wegzubewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt aber nicht eine Bewegung 340; in solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug 310 nahe bei der Leber 320 bleiben. In noch anderen Ausführungsformen warnt das System den Anwender, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, aber beschränkt nicht die Bewegung 350 oder befiehlt nicht die Bewegung 340 weg von der Leber. Solch eine Warnung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Als ein nicht beschränkendes Beispiel kann die Kollisionsdetektionsfunktion bei einer Leberoperation den Anwender warnen, dass eine Kollision zwischen einem Werkzeug und der Leber wahrscheinlich ist, aber nicht die Kollision verhindern. Bei einer Gallenblasenoperation kann die Kollisionsdetektionsfunktion eine Kollision zwischen dem Werkzeug und der Leber verhindern, indem entweder die Bewegung verhindert wird oder durch Befehlen einer Bewegung, die das Werkzeug weg von der Leber umlenkt.
  • Beispiel 2 – Trackingsystem mit weicher Steuerung – schnelle Bewegung, wenn nichts in der Nähe ist, langsame Bewegung, wenn etwas nahe ist
  • Eine Ausführungsform eines solchen regelbasierten Systems umfasst die folgende Gruppe von Anweisungen:
  • Detektion (bezeichnet durch Gd):
    • Hauptwerkzeugortsdetektionsfunktion (bezeichnet durch GdM);
    • Gd-Werkzeug 1-K-Werkzeugortdetektionsfunktion;
    • Gd-Organ2-L-Organdetektionsfunktion (z. B. Leber);
    • Gd3 Hauptwerkzeugbewegungs(vektor)berechnungs- und -abschätzfunktion;
    • Gd4 Nähewahrscheinlichkeitsdetektionsfunktion;
  • Werkzeuganweisung (bezeichnet Gt):
    • Gt1 Bewegungsvektor (Richtung und Geschwindigkeit) gemäß einem manuellen Befehl
  • Das Szenario – manuelle Bewegungsanweisung durch den Chirurgen:
  • Die Orte GdM(t), Gd-Werkzeug1-K(t) und Gd-Organ2-L(t) werden in Echtzeit bei jedem Schritt berechnet (von einer Bild- oder Ortsmarkierung).
  • Der Hauptwerkzeugbewegungsvektor Gd3(t) wird per GdM(t) berechnet als die Differenz zwischen dem derzeitigen Ort und zumindest einem vorhergehenden Ort (wahrscheinlich auch vorhergehende Bewegungsvektoren in Betracht ziehend).
  • Die Nähe des Hauptwerkzeugs zu anderen Werkzeugen – Gd4(t) – wird berechnet, beispielsweise als die kleinste der Differenzen zwischen dem Hauptwerkzeugort und den Orten der anderen Werkzeuge.
  • Die Werkzeuganweisungs-Gt1-Gewichtungsfunktion α1(t) ist proportional zu der Werkzeugnähefunktion Gd4(t), je näher das Werkzeug, desto langsamer die Bewegung für dieses, beispielsweise α2(t) = Gd4/Maximum(Gd4) oder
    α2(t) = log (Gd4 / Maximum (Gd4)), wobei Maximum(Gd4) die maximale Entfernung ist, die wahrscheinlich bei gegebenen Entfernungen, der Geschwindigkeit des Werkzeugs und des Bewegungsvektors in einer Kollision resultiert. Werkzeuganweisungen = α1(t)·Gt1.
  • Beispiel 3 – Trackingsystem mit gesperrter-Zone-Regel/-Funktion
  • Mit Bezug auf 4, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform eines Trackingsystems mit einer gesperrten-Zone-Regel zeigt. Das System verfolgt ein Werkzeug 310 hinsichtlich einer gesperrten-Zone (460) nach um zu bestimmen, ob das Werkzeug innerhalb des nächsten Zeitschrittes in die gesperrte Zone (460) eindringen wird. In diesem Beispiel umgibt die gesperrte Zone 460 die Leber.
  • Die 4a und 4b zeigen, wie das Verhalten des Systems von der Position der Spitze des Werkzeugs in Bezug auf die gesperrte Zone abhängt, während die 4c und 4d zeigen, wie die Bewegung des Werkzeugs das Verhalten beeinflusst.
  • In 4a ist das Werkzeug 310 außerhalb der gesperrten Zone/Funktion 460 und eine Bewegung des Werkzeugs wird nicht befohlen. In 4b ist das Werkzeug 310 innerhalb der gesperrten Zone 460.
  • Die gesperrte Zone-Regel/-Funktion funktioniert wie folgt:
    In der illustrierten Ausführungsform wird eine Bewegung 350 befohlen, um das Werkzeug 310 weg von der gesperrten Zone 460 zu bewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung weiter in die gesperrte Zone hinein (bezogen als Bewegung 340, siehe 4c), aber befiehlt nicht eine Bewegung 340; in solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug 310 nahe an der gesperrten Zone 460 bleiben.
  • In noch anderen Ausführungsformen warnt/macht das System den Anwender darauf aufmerksam, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, aber beschränkt nicht die Bewegung weiter in die gesperrte Zone oder befiehlt nicht die Bewegung 340 weg von der gesperrten Zone 460. Solch eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Die 4c und 4d illustrieren schematisch den Effekt der Bewegung des Werkzeuges auf den Betrieb der gesperrte-Zone-Regel/-Funktion. In den 4c und 4d ist das Werkzeug 310 nahe genug an der gesperrten Zone 460 (die Entfernung 330 ist klein genug), dass es möglich ist für ein Werkzeug, während des nächsten Zeitschrittes in die gesperrte Zone einzudringen. 4c illustriert den Effekt einer Bewegung 340, die den Abstand zwischen dem Werkzeug 310 und der gesperrten Zone 460 vergrößern würde. Da die Bewegung 340 weg von der gesperrten Zone 460 ist, ist eine Kollision nicht möglich in diesem Zeitschritt, und keine Bewegung des Werkzeuges 310 wird befohlen.
  • In 4d ist das Werkzeug 310 in der gleichen Entfernung von der gesperrten Zone 460 wie in 4c. In 4d ist die Bewegung 340 des Werkzeugs 310 jedoch zu der gesperrten Zone 460 hin, was ein Eindringen des Werkzeugs 310 in die gesperrte Zone 460 möglich macht. In der illustrierten Ausführungsform wird eine Bewegung 350 befohlen, um das Werkzeug 310 von der gesperrten Zone 460 wegzubewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 340, befiehlt aber nicht eine Bewegung 350; in solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug 310 wird nahe bei der gesperrten Zone 460 bleiben. In noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Anwender, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, aber beschränkt nicht die Bewegung 340 oder befiehlt nicht die Bewegung 350 weg von der gesperrten Zone 460. Solch eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Beispiel 4 – Trackingsystem mit bevorzugte-Volumenzone-Regel/-Funktion
  • Mit Bezug auf 5, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform eines Trackingsystems mit einer bevorzugte-Volumenzone-Funktion/-Regel zeigt.
  • Das System verfolgt ein Werkzeug 310 hinsichtlich einer bevorzugten Volumenzone (570) nach um zu bestimmen, ob das Werkzeug innerhalb des nächsten Zeitschrittes das bevorzugte Volumen (570) verlassen wird.
  • In diesem Beispiel erstreckt sich die bevorzugte Volumenzone 570 über den rechten Lappen der Leber. Die 5a und 5b zeigen, wie das Verhalten des Systems von der Position der Spitze des Werkzeugs in Bezug auf die bevorzugte Volumenzone 570 abhängt, während die 5c und 5d zeigen, wie die Bewegung des Werkzeugs das Verhalten beeinflusst (d. h. die bevorzugte-Volumenzone-Regel/-Funktion).
  • In 5a ist das Werkzeug 310 innerhalb der bevorzugten Volumenzone 570 und eine Bewegung des Werkzeugs wird nicht befohlen. In 5b ist das Werkzeug 310 außerhalb der bevorzugten Volumenzone 570.
  • In der illustrierten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 weg von der bevorzugten Volumenzone 570 zu bewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 340; bei solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug nahe an der bevorzugten Volumenzone 570 bleiben. In noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Anwender, dass die Bewegung 340 BESCHRÄNKT ist. Solch eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Die 5c und 5d illustrieren schematisch den Effekt der Bewegung des Werkzeuges auf den Betrieb der bevorzugte-Volumenzone-Regel/-Funktion. In den 5c und 5d ist das Werkzeug 310 nahe genug an der bevorzugten Volumenzone 570, dass es möglich ist für das Werkzeug, während des nächsten Zeitschrittes die bevorzugte Volumenzone zu verlassen.
  • 5c illustriert den Effekt einer Bewegung 350, die das Werkzeug 310 tiefer in die bevorzugte Volumenzone 570 bringen wird. Da die Bewegung 350 in die bevorzugte Volumenzone 570 hinein ist, ist die besagte Bewegung eine erlaubte Bewegung.
  • In 5d ist die Bewegung 350 des Werkzeugs aus der bevorzugten Volumenzone 570 heraus, was es für das Werkzeug 310 möglich macht, die bevorzugte Volumenzone 570 zu verlassen.
  • Gemäß einer illustrierten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 in die bevorzugte Volumenzone 570 hinein zu bewegen. In anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt aber nicht eine Bewegung 340; in solchen Ausführungsformen wird das Werkzeug 310 nahe bei der bevorzugten Volumenzone 570 bleiben. In noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Anwender, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, aber beschränkt nicht die Bewegung 350 oder befiehlt nicht die Bewegung 340 weg von der bevorzugten Volumenzone 570. Solch eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes in der Technik bekannte Verfahren verwenden.
  • Beispiel 5 – Organ-/Werkzeugdetektionsfunktion
  • Mit Bezug auf 6, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform eines Organdetektionssystems zeigt (es sollte jedoch bemerkt werden, dass das Gleiche für die Detektion von Werkzeugen statt von Organen bereitgestellt ist).
  • Für jedes Organ ist die 3D-räumliche Position der Organe in einer Datenbank gespeichert. In 6 ist der Perimeter von jedem Organ markiert, um den Rand des Volumens von 3D-räumlichen Orten anzuzeigen, die in der Datenbank gespeichert sind.
  • In 6 ist die Leber 610 mit einer gestrichelten Linie markiert. Der Magen 620 ist mit einer langgestrichelten Linie markiert, der Darm 630 mit einer durchgezogenen Linie und die Gallenblase 640 ist mit einer gepunkteten Linie markiert.
  • In einigen Ausführungsformen ist wird auch eine Kennzeichnung oder eine Markierung, die für den Anwender sichtbar ist, ebenfalls präsentiert. Jedes Verfahren des Anzeigens von identifizierenden Kennzeichnungen, das in der Technik bekannt ist, kann verwendet werden. Als nicht beschränkendes Beispiel können auf einem verbesserten Display farbige oder strukturierte Markierungen die Positionen der Organe anzeigen, wobei die Markierungen entweder den Perimeter des Organs oder den Bereich des Displays anzeigen, in dem es erscheint.
  • Beispiel 6 – Werkzeugdetektionsfunktion
  • Mit Bezug auf 7, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer Werkzeugdetektionsfunktion zeigt. Für jedes Werkzeug ist die 3D-räumliche Position der Werkzeuge in einer Datenbank gespeichert. In 7 ist der Perimeter von jedem Werkzeuge gekennzeichnet, um den Rand des Volumens von 3D-räumlichen Orten anzuzeigen, die in der Datenbank gespeichert sind. In 7 ist das linke Werkzeug mit einer gestrichelten Linie markiert, während das rechte Werkzeug mit einer gepunkteten Linie markiert ist.
  • In einigen Ausführungsformen ist wird auch eine Kennzeichnung oder eine Markierung, die für den Anwender sichtbar ist, ebenfalls präsentiert. Jedes Verfahren des Anzeigens von identifizierenden Kennzeichnungen, das in der Technik bekannt ist, kann verwendet werden. Als nicht beschränkendes Beispiel können auf einem verbesserten Display farbige oder strukturierte Markierungen die Positionen der Werkzeuge anzeigen, wobei die Markierungen entweder den Perimeter des Werkzeugs oder den Bereich des Displays anzeigen, in dem es erscheint.
  • Beispiel 7 – Bewegungsdetektionsfunktion/-regel
  • Mit Bezug zu 8, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer Bewegungsdetektionsfunktion/-regel zeigt. 8a illustriert schematisch eine Leber 810, ein linkes Werkzeug 820 und ein rechtes Werkzeug 830 zu einer Zeit t. 8b illustriert schematisch die Leber 810, das linke Werkzeug 820 und das rechte Werkzeug 830 zu einer späteren Zeit t + ∆t, wobei ∆t ein kleines Zeitintervall ist. In diesem Beispiel hat sich das linke Werkzeug 820 in dem Zeitintervall ∆t nach unten bewegt (hin zu der Richtung der Leber 810).
  • Das System hat eine Bewegung des linken Werkzeuges 820 detektiert und kennzeichnet sie. Dies in schematisch in 8b durch eine gestrichelte Linie um das linke Werkzeug 820 herum illustriert.
  • Beispiel 8 – Voraussagefunktion
  • Mit Bezug auf 9, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform der oben diskutierten Voraussagefunktion zeigt.
  • 9a zeigt ein linkes Werkzeug 920 und ein rechtes Werkzeug 930 zu einer Zeit t.
  • 9b zeigt das gleiche Werkzeug zu einer späteren Zeit t + ∆t, wobei ∆t ein kleines Zeitintervall ist. Das linke Werkzeug 920 bewegt sich nach rechts und nach unten, während das rechte Werkzeug 930 sich nach links und nach oben bewegt. Wenn die Bewegung weitergeht (gezeigt durch die gestrichelte Linie in 9c), dann werden bis zum Ende des nächsten Zeitintervalls, mit anderen Worten zu einer Zeit zwischen der Zeit t + ∆t und der Zeit t + 2∆t, die Werkzeuge kollidieren, wie das durch die Werkzeugspitzen innerhalb des gepunkteten Kreises 950 in 9c gezeigt ist.
  • Bei dieser Ausführungsform verhindert das System automatisch Kollisionen, und das System wendet in diesem Beispiel eine Bewegung 940 an, um das linke Werkzeug 920 umzuleiten, um so die Kollision zu vermeiden.
  • In anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Anwender, das seine Kollision wahrscheinlich geschehen wird, verändert aber nicht die Bewegung von irgendeinem Werkzeug. Solche eine Warnung/Signalisierung kann visuell oder aural sein und jedes der in der Technik bekannten Verfahren verwenden.
  • In anderen Ausführungsformen kann die Voraussagefunktion aktiviert werden, um, als nicht beschränkendes Beispiel, das Gesichtsfeld zu ändern, um der vorausgesagten Bewegung eines Werkzeuges oder eines Organs zu folgen, um vor einer vorausgesagten Bewegung in eine gesperrte Zone zu warnen (oder diese zu verhindern), um vor einer vorausgesagten Bewegung aus der gesperrten Zone heraus zu warnen (oder diese zu verhindern).
  • Beispiel 9 – rechtes-Werkzeug-Funktion/-Regel
  • Mit Bezug auf 10, welche in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer rechtes-Werkzeug-Funktion zeigt. 10 zeigt schematisch eine Leber 1010, ein linkes Werkzeug 1020 und ein rechtes Werkzeug 1030. Das rechte Werkzeug, das schematisch durch die gestrichelte Linien 1040 illustriert ist, ist gekennzeichnet und seine 3D-räumliche Position wird fortwährend und in Echtzeit in einer Datenbank gespeichert. Nun nachverfolgt das Endoskop gemäß der rechtes-Werkzeug-Funktion/-Regel fortwährend das rechte Werkzeug.
  • Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die gleiche Regel/Funktion auch für das linke Werkzeug gilt (die linkes Werkzeug-Funktion/-Regel).
  • Beispiel 10 – Gesichtsfeldfunktion/-regel
  • Mit Bezug zu 11, die in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer Gesichtsfeldfunktion/-regel zeigt.
  • 11a illustriert schematisch ein Gesichtsfeld des Abdomens zu einer Zeit t. Im Gesichtsfeld sind die Leber 1110, der Magen 1120, der Darm 1130 und die Gallenblase 1140.
  • Die Gallenblase ist fast vollständig sichtbar auf der linken Seite des Gesichtsfeldes. Zwei Werkzeuge sind auch im Gesichtsfeld mit ihren Spitzen in der Nähe zu der Leber. Diese sind das linke Werkzeug 1150 und das rechte Werkzeug 1160. In diesem Beispiel verfolgt die Gesichtsfeldfunktion/-regel das linke Werkzeug 1150 nach. In diesem Beispiel bewegt sich das linke Werkzeug nach rechts, wie das durch den Pfeil 1170 angezeigt wird.
  • 11b zeigt das Gesichtsfeld zu einer Zeit t + ∆t. Das Gesichtsfeld hat sich nach rechts bewegt, sodass die Spitze des linken Werkzeugs 1150 immer noch fast im Zentrum des Gesichtsfeldes ist. Es ist zu sehen, dass viel weniger von der Gallenblase 1140 sichtbar ist, während mehr von dem rechten Werkzeug 1160 in das Gesichtsfeld eingetreten ist.
  • Die Gesichtsfeldfunktion/-regel kann, wie in diesem Beispiel, dazu eingestellt werden, einem ausgewählten Werkzeug zu folgen, oder ein ausgewähltes Organ im Zentrum des Gesichtsfeldes zu belassen. Sie kann auch dazu eingestellt werden, eine spezielle Gruppe von Werkzeugen im Gesichtsfeld zu belassen und, soweit erforderlich, hinein- oder herauszuzoomen um zu verhindern, das irgendeines der ausgewählten Werkzeuge außerhalb des Gesichtsfeldes ist.
  • Alternativ definiert die Gesichtsfeldfunktion/-regel n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; die Kombination von all den besagten n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit.
  • Jede Bewegung des Endoskops oder des chirurgischen Werkzeuges innerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen ist eine erlaubte Bewegung, und jedwede Bewegung des Endoskops oder des chirurgischen Werkzeuges außerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen ist eine beschränkte Bewegung.
  • Alternativ definiert die Gesichtsfeldfunktion/-regel n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2; die Kombination von all den besagten n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit.
  • Entsprechend der Gesichtsfeldfunktion/-regel wird das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung durch das besagte Detektionsmittel detektiert worden ist, sodass das besagte Gesichtsfeld beibehalten wird.
  • Beispiel 11 – Gekennzeichnetes-Werkzeug-Funktion/-Regel (oder alternativ die bevorzugtes-Werkzeug-Regel)
  • Mit Bezug zu 12, die in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer gekennzeichnetes-Werkzeug-Funktion/-Regel zeigt.
  • 12 zeigt drei Werkzeuge (1220, 1230 und 1240) in der Nähe zu dem Organ von Interesse, in diesem Fall der Leber 1210.
  • Das Werkzeug des größten Interesses des Chirurgen zu diesem Zeitpunkt während der Operation ist das Werkzeug 1240. Das Werkzeug 1240 ist gekennzeichnet worden (gepunktete Linie 1250); die 3D-räumliche Position des Werkzeuges 1240 wird fortwährend in einer Datenbank gespeichert, und diese räumliche Position ist als eine von Interesse markiert worden.
  • Das System kann dieses Markieren für viele Zwecke benutzen einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Halten des Werkzeugs 1240 im Zentrum des Gesichtsfeldes, des Voraussagens seiner zukünftigen Bewegung, des es davon Abhaltens mit anderen Werkzeugen zu kollidieren oder des Abhaltens von anderen Werkzeugen mit ihm zu kollidieren, des Anweisens des Endoskops, das gesagte gekennzeichnete Werkzeug 1250 fortwährend zu überwachen und nachzuverfolgen usw.
  • Es sollte angemerkt werden, dass bei der bevorzugtes-Werkzeug-Regel das System eines der Werkzeuge kennzeichnet und wie in der gekennzeichneten-Werkzeug-Regel/-Funktion funktioniert.
  • Beispiel 12 – Nähefunktion/-regel
  • Mit Bezug zu 13, die in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer Nähefunktion/-regel zeigt.
  • 13a illustriert schematisch zwei Werkzeuge (1310 und 1320), die durch einen Abstand 1330 voreinander getrennt sind, welcher größer ist als ein vorbestimmter Näheabstand. Da das Werkzeug 1310 nicht in der Nähe des Werkzeugs 1320 ist, bewegt sich das Gesichtsfeld (1380) nicht.
  • Die 13b illustriert schematisch zwei Werkzeuge (1310 und 1320), die durch einen Abstand 1330 voreinander getrennt sind, welcher kleiner ist als ein vorbestimmter Näheabstand. Da das Werkzeug 1310 in der Nähe des Werkzeugs 1320 ist, bewegt sich das Gesichtsfeld 1380 nach oben, was schematisch durch den Pfeil 1340 illustriert wird, bis die Spitze von Werkzeug 1310 und von Werkzeug 1320 im Zentrum des Gesichtsfelds 1380 (13c) sind.
  • Alternativ alarmiert das System den Nutzer über die besagte Nähe (die zu einer Kollision zwischen den beiden Werkzeugen führen könnte), sobald der Abstand 1330 zwischen den beiden Werkzeugen 1320 und 1310 kleiner ist als ein vorbestimmter Abstand. Alternativ bewegt das System eines der Werkzeuge von dem anderen weg.
  • Beispiel 13 – Anwendereingabefunktion/-regel
  • Mit Bezug zu 14, die in einer nicht beschränkenden Weise eine Ausführungsform einer Anwendereingabefunktion/-regel zeigt. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Eingabe von dem Anwender erhalten.
  • In dem folgenden Beispiel ist die von dem Anwender erhaltene Eingabe, welches Werkzeug nachzuverfolgen ist.
  • Die 14a illustriert schematisch ein Endoskop mit einem Gesichtsfeld 1480, das eine Leber 1420 und zwei Werkzeuge 1420 und 1430 zeigt. Ein drahtloser Transmitter 1460 ist betriebsbereit, um kodierte Anweisungen durch den Empfänger 1470 zu übertragen. Der Anwender 1450 wählt zunächst die Spitze des linken Werkzeuges als Region von Interesse aus, was das System veranlasst, die Spitze des linken Werkzeuges zu markieren (1440).
  • Wie in 14b illustriert, leitet und modifiziert das System dann die räumliche Position des Endoskops so, dass die gekennzeichnete Werkzeugspitze 1440 im Zentrum des Gesichtsfeldes 1480 ist.
  • Ein anderes Beispiel der Anwendereingabefunktion/-regel ist das folgende:
    Wenn ein Werkzeug nahe an ein Organ in der chirurgischen Umgebung gemäß der Näheregel oder der Kollisionsverhinderungsregel heranbewegt worden ist, wird das System gemäß einer Ausführungsform die Bewegung des chirurgischen Werkzeuges verhindern.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, sobald das chirurgische Werkzeug gestoppt worden ist, jedwede Bewegung des besagten Werkzeugs in die Richtung interpretiert als Eingabe des Anwenders, die Bewegung des besagten chirurgischen Werkzeuges in die besagte Richtung fortzusetzen.
  • Somit erhält, gemäß dieser Ausführungsform, die Anwendereingabefunktion/-regel eine Eingabe von dem Anwender (d. h. dem Arzt), die Bewegung des besagten chirurgischen Werkzeuges fortzusetzen (sogar obwohl sie “gegen” die Kollisionsverhinderungsregel ist). Die besagte Eingabe ist einfach in der Form der fortgeführten Bewegung des chirurgischen Werkzeuges (nach dem Alarm des Systems oder nach der Bewegungsverhinderung durch das System).
  • In der vorausgehenden Beschreibung sind Ausführungsformen der Erfindung einschließlich bevorzugter Ausführungsformen für die Zwecke der Illustration und Beschreibung vorgestellt word. Es ist nicht beabsichtigt, dass diese erschöpfend sind oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form beschränken. Offensichtliche Modifikationen oder Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die beste Illustration der Prinzipien der Erfindung und ihrer praktischen Anwendung bereitzustellen und um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, die für die spezielle erwogene Verwendung passend sind, zu benutzen. Alle diese Modifikationen und Variationen sind innerhalb des Bereiches der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche bestimmt wird, wenn sie in Übereinstimmung mit der Breite, zu der sie angemessenerweise, gesetzlicherweise und gerechterweise berechtigt sind, interpretiert werden.

Claims (68)

  1. Ein chirurgisches Trackingsystem zum Unterstützen eines Anwenders, um eine laparoskopische Chirurgie an einem menschlichen Körper durchzuführen, wobei besagtes chirurgisches Trackingsystem umfasst: b. zumindest ein Endoskop, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des besagten menschlichen Körpers zu erlangen; b. ein Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ein, die räumliche Position des besagten Endoskops während der besagten laparoskopischen Chirurgie zu steuern; und c. ein Trackinguntersystem in Verbindung dem besagten Manövrieruntersystem, das dazu angepasst ist, das Manövriersystem zu steuern, um so die räumliche Position des besagten Endoskops zu einer Region von Interesse zu führen und zu modifizieren; wobei das besagte Trackinguntersystem einen Datenprozessor umfasst, wobei besagter Datenprozessor dazu angepasst ist, eine Echtzeitbildverarbeitung der besagten chirurgischen Umgebung durchzuführen und das besagte Manövrieruntersystem anzuweisen, die räumliche Position des besagten Endoskops entsprechend einer Eingabe zu modifizieren, die von einer Manövrierfunktion f(t) erhalten wurde; wobei die besagte Manövrierfunktion f(t) dazu angepasst ist, (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t) zu erhalten, wobei i ist 1, ..., n und n ≥ 2; wobei t die Zeit ist; i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen an das besagte Manövrieruntersystem auszugeben auf der Grundlage der besagten Eingabe von den besagten zumindest zwei Anweisungsfunktionen gi(t), um so das besagte Endoskop hin zu der besagten Region von Interesse räumlich zu positionieren.
  2. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, wobei jede der besagten Anweisungsfunktionen gi(t) bereitgestellt ist mit αi(t), wobei i eine ganze Zahl größer als oder gleich 1 ist; wobei αi(t) Gewichtungsfunktionen von jeder gi(t) sind, und ein n ist die Gesamtzahl der Anweisungsfunktionen.
  3. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1 oder 2, wobei jede der besagten Anweisungsfunktionen gi(t) ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus: einer am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion, einer rechtes-Werkzeug-Funktion, einer linkes-Werkzeug-Funktion, einer Gesichtsfeldfunktion, einer bevorzugte-Volumenzone-Funktion, einer bevorzugtes-Werkzeug-Funktion, einer gesperrte-Zone-Funktion, einer Werkzeugdetektionsfunktion, einer Bewegungsdetektionsfunktion, einer Organdetektionsfunktion, einer Kollisionsdetektionsfunktion, einer Anwendereingabefunktion, einer Voraussagefunktion, einer zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion, einer Nähefunktion, einer markiertes-Werkzeug-Funktion und jeder Kombination davon.
  4. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 2, wobei die besagten Gewichtungsfunktionen αi(t) zeitlich veränderliche Funktionen sind, wobei deren Wert von den besagten Anwendern bestimmt wird.
  5. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Werkzeugdetektionsfunktion dazu angepasst sind, chirurgische Werkzeuge in der besagten chirurgischen Umgebung zu detektieren und Anweisung an das besagten Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop auf den besagten detektierten chirurgischen Werkzeugen zu führen.
  6. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Bewegungsdetektionsfunktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, die die Echtzeit-3D-räumlichen Positionen von jedem des chirurgischen Werkzeugs in der besagten chirurgischen Umgebung umfasst; und um eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn eine Veränderung in den besagten 3D-räumlichen Positionen empfangen wird, und Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop auf dem besagten bewegten chirurgischen Werkzeug zu führen.
  7. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Organdetektionsfunktion dazu angepasst ist, Organe in der besagten chirurgischen Umgebung zu detektieren und Anweisungen an das besagten Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop auf den besagten detektierten Organen zu führen.
  8. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte rechtes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst ist, ein chirurgisches Werkzeug zu detektieren, das rechts des besagten Endoskops positioniert ist, und Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop fortwährend auf dem besagten rechten Werkzeug zu führen und das besagte rechte Werkzeug nachzuverfolgen.
  9. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte linkes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst ist, ein chirurgisches Werkzeug zu detektieren, das links des besagten Endoskops positioniert ist, und Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop fortwährend auf dem besagten linken Werkzeug zu führen und das besagte linke Werkzeug nachzuverfolgen.
  10. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Anwendereingabefunktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, wobei die besagte kommunikabele Datenbank dazu angepasst ist, eine Eingabe von dem besagten Anwender des besagten Systems zu empfangen; besagte Eingabe umfasst n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; und um Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu der besagten zumindest einen empfangenen 3D-räumlichen Position zu führen.
  11. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Nähefunktion dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; und um Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu den besagten zwei chirurgischen Werkzeugen zu führen, wenn der Abstand zwischen den besagten beiden chirurgischen Werkzeugen geringer ist als der besagte vorbestimmte Abstand.
  12. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Nähefunktion dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; und um Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu den besagten drei chirurgischen Werkzeugen zu führen, wenn der Winkel zwischen den besagten beiden chirurgischen Werkzeugen geringer ist oder größer ist als der besagte vorbestimmte Winkel.
  13. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte bevorzugte-Volumenzone-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; besagte n 3D-räumliche Positionen stellen die besagte bevorzugte-Volumenzone bereit; die besagte bevorzugte-Volumenzone-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu der besagten bevorzugte-Volumenzone zu führen.
  14. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte bevorzugtes-Werkzeug-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, wobei die besagte Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug speichert; besagte bevorzugtes-Werkzeug-Funktion ist angepasst, Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop fortwährend zu dem besagten bevorzugten Werkzeug zu führen, sodass das besagte Endoskop fortwährend das besagte bevorzugte Werkzeug nachverfolgt.
  15. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Kollisionsverhinderungsfunktion dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu definieren; und um Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu dem besagten chirurgischen Werkzeug und dem besagten anatomischen Element innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu führen, wenn der Abstand zwischen dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element geringer ist als der besagte vorbestimmte Abstand.
  16. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 15, wobei das besagte anatomische Element ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Gewebe, Organ, einem anderen chirurgischen Werkzeug und jeder Kombination davon.
  17. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Gesichtsfeldfunktion eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die Kombination von allen der besagten n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; die besagte Gesichtsfeldfunktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen innerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen zu führen, um so ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten.
  18. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte gesperrte-Zone-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die besagten n 3D-räumlichen Positionen definieren ein vorbestimmtes Volumen innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung; die besagte gesperrte-Zone-Funktion ist dazu angepasst, Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu zumindest einer 3D-räumlichen Position im Wesentlichen verschieden von allen den besagten n 3D-räumlichen Positionen zu führen.
  19. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, die das Maß der Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug, das sich innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung befindet, zählt, wobei die besagte am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Funktion dazu angepasst ist, Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu führen, um fortwährend das besagte Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des am Meisten bewegten chirurgischen Werkzeugs nachzuverfolgen.
  20. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte Vorhersagefunktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; die besagte Vorhersagefunktion ist dazu angepasst, um (a) die zukünftigen 3D-räumlichen Positionen von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge vorherzusagen und um (b) Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu der besagten zukünftigen 3D-räumlichen Position führen.
  21. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte zurückliegendestatistische-Analyse-Funktion eine kommunikabele Datenbank umfasst, die jede 3D-räumliche Position von jedem chirurgischen Werkzeug innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; wobei die besagte zurückliegende-statistische-Analyse-Funktion dazu angepasst ist, um (a) die besagten 3D-räumlichen Positionen von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge statistisch zu analysieren und um (b) die zukünftige 3D-räumliche Position von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge vorherzusagen; und um (c) Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop zu der besagten zukünftigen 3D-räumlichen Position führen.
  22. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 3, wobei die besagte markiertes-Werkzeug-Funktion Mittel umfasst, die dazu angepasst sind, zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu markieren und um Anweisungen an das besagte Trackinguntersystem auszugeben, um das besagte Manövriersystem anzuweisen, das besagte Endoskop fortwährend zu dem besagten markierten chirurgischen Werkzeug zu führen.
  23. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 22, wobei die besagten Mittel dazu angepasst sind, das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug fortwährend innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu markieren.
  24. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 23, wobei die besagten Mittel dazu angepasst sind, das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug erneut zu markieren, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt ist.
  25. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, zusätzlich umfassend Mittel, die dazu angepasst sind, die besagten chirurgischen Werkzeuge umzuschalten.
  26. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 25, wobei ein Umschalten manuell oder automatisch durchgeführt wird.
  27. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, wobei die besagte Bildverarbeitung erhalten wird durch zumindest einen Algorithmus ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Bildstabilisierungsalgorithmus, Bildverbesserungsalgorithmus, Bildkompilierungsalgorithmus, Bildaufwertungsalgorithmus, Bilddetektionsalgorithmus, Bildklassifizierungsalgorithmus, Bildkorrelation mit dem Herzzyklus oder dem Atmungszyklus des besagten menschlichen Körpers, Rauch- oder Dunst-, Dampfreduktion von dem besagten Endoskop und jeder Kombination davon.
  28. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, wobei das besagte Endoskop eine Bilderlangungsvorrichtung aufweist ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: einer Kamera, einer Videokamera, einem elektromagnetischen Sensor, einer Computertomographiebildgebungsvorrichtung; eine fluoroskopischen Bildgebungsvorrichtung, einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung und jeder Kombination davon.
  29. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, weiter umfassend eine Anzeige, die dazu angepasst ist, eine Eingabe oder Ausgabe an den besagten Anwender hinsichtlich des Betriebs des besagten Systems bereitzustellen.
  30. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 29, wobei die besagte Anzeige verwendet wird zur Visualisierung der besagten Region von Interesse durch den besagten Anwender.
  31. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 29, wobei die besagte Anzeige dazu angepasst ist, die besagten erlangten Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung mit erweiterten Realitätselementen auszugeben.
  32. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, wobei der besagte Bildverarbeitungsalgorithmus dazu angepasst ist, eine 2D- oder 3D-Darstellung zu analysieren, die von den besagten Echtzeitbildern der chirurgischen Umgebung gerendert wurde.
  33. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, wobei der besagte Datenprozessor weiter angepasst ist, einen Mustererkennungsalgorithmus ablaufen zu lassen, um den Betrieb der besagten Anweisungsfunktionen gi(t) zu unterstützen.
  34. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 1, zusätzlich umfassend zumindest ein Ortsabschätzmittel zum Lokalisieren der Position von zumindest einem chirurgischen Werkzeug in der besagten chirurgischen Umgebung.
  35. Das chirurgische Trackingsystem von Anspruch 34, wobei die besagten zumindest ein Ortsabschätzmittel ein Schnittstellenuntersystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug ist, wobei das Schnittstellenuntersystem umfasst: a. zumindest ein Feld umfassend N regelmäßige oder musterartige Lichtquellen, wobei N eine positive ganze Zahl ist; b. zumindest ein Feld umfassend M Kameras, jede der M Kameras, wobei M eine positive ganze Zahl ist; c. optional optische Markierungen und Mittel zum Befestigen der optischen Markierungen an zumindest einem chirurgischen Werkzeug; und d. einen computergestützten Algorithmus, der über den Controller betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus dazu angepasst ist, Bilder aufzuzeichnen, die von jeder Kamera von jeder der M Kameras empfangen wurden, und daraus die Position von jedem der Werkzeuge zu berechnen, und weiter angepasst, um automatisch die Ergebnisse der Berechnung dem menschlichen Anwender der Schnittstelle bereitzustellen.
  36. Ein chirurgisches Steuerungssystem umfassend: a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das dazu angepasst ist, in eine chirurgische Umgebung eines menschlichen Körpers eingeführt zu werden, um ein chirurgisches Verfahren zu unterstützen; b. zumindest ein Ortsabschätzmittel, das dazu angepasst ist, in Echtzeit die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu jeder gegebenen Zeit t zu lokalisieren; c. zumindest ein Bewegungsdetektionsmittel, dazu mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem besagten Ortsabschätzmittel kommunikabel ist; die besagte Bewegungsdatenbank ist dazu angepasst, die besagte 3D-räumlichen Position von dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug zur Zeit tf und zur Zeit t0 zu speichern, wobei tf > t0; das besagte Bewegungsdetektionsmittel ist dazu angepasst, eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn die 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit tf verschieden ist von der besagten 3D-räumlichen Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zur Zeit t0; und d. einen Controller, der ein Verarbeitungsmittel hat, das mit einer Controllerdatenbank kommunikabel ist, wobei der besagte Controller dazu angepasst ist, die räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu steuern; die besagte Controllerdatenbank ist in Verbindung mit dem besagten Bewegungsdetektionsmittel; wobei die besagte Controllerdatenbank dazu angepasst ist, eine vorbestimmte Gruppe von Regeln zu speichern, entsprechend denen ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass jede detektierte Bewegung durch das besagte Bewegungsdetektionsmittel des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt wird als entweder eine ERLAUBTE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung entsprechend der besagten vorbestimmten Gruppe von Regeln.
  37. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 36, wobei die besagte vorbestimmte Gruppe von Regeln zumindest eine Regel umfasst ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel, der rechtes-Werkzeug-Regel, der linkes-Werkzeug-Regel, der Gesichtsfeldregel, der gesperrte-Zone-Regel, einer Streckenregel, der Umgebungsregel, der Anwendereingaberegel, der Näheregel, der Kollisionsverhinderungsregel, der vergangenheitsbasierten Regel, der werkzeugabhängigerlaubte und BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel, der bevorzugte-Volumenzone-Regel, der bevorzugtes-Werkzeug-Regel, der Bewegungsdetektionsregel, der markiertes-Werkzeug-Regel und jeder Kombination davon.
  38. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Streckenregel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die eine vorbestimmte Strecke speichert, auf der das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug angepasst ist, sich innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu bewegen; wobei die besagte vorbestimmte Strecke n 3D-räumliche Positionen des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die besagten ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, bei denen das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen der besagten vordefinierten Strecke lokalisiert ist, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen sind Bewegungen, bei denen der Ort des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen der besagten vordefinierten Strecke.
  39. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Umgebungsregel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die besagte kommunikabele Datenbank ist dazu angepasst, zumindest ein Echtzeitbild der besagten chirurgischen Umgebung zu empfangen und ist dazu angepasst, eine Echtzeitbildverarbeitung des selbigen durchzuführen und die 3D-räumlichen Positionen von Gefahren oder Hindernissen in der besagten chirurgischen Umgebung zu bestimmen; die besagte Umgebungsregel ist dazu angepasst, die besagten ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen entsprechend den besagten Gefahren oder Hindernissen in der besagten chirurgischen Umgebung zu bestimmen, sodass die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den besagten 3D-räumlichen Positionen.
  40. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 39, wobei die besagten Gefahren oder Hindernisse in der besagten chirurgischen Umgebung ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und jeder Kombination davon.
  41. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Anwendereingaberegel eine kommunikabele Datenbank umfasst; die besagte kommunikabele Datenbank ist dazu angepasst, eine Eingabe von dem Anwender des besagten Systems hinsichtlich der besagten ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erhalten.
  42. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 41, wobei die besagte Eingabe n 3D-räumliche Position umfasst, n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; wobei zumindest eine davon als ERLAUBTER Ort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTE Ort definiert ist, sodass die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen.
  43. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 41, wobei die besagte Eingabe zumindest eine Regel umfasst, entsprechend der ERLAUBTE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, sodass die räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch den besagten Controller entsprechend den besagten ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
  44. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 43, wobei die besagte vorbestimmte Gruppe von Regeln zumindest eine Regel umfasst ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: der am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel, der rechtes-Werkzeug-Regel, der linkes-Werkzeug-Regel, der Gesichtsfeldregel, der gesperrte-Zone-Regel, einer Streckenregel, der Umgebungsregel, der Anwendereingaberegel, der Näheregel, der Kollisionsverhinderungsregel, der bevorzugtes-Volumen-Regel, der bevorzugtes-Werkzeug-Regel, der Bewegungsdetektionsregel, der vergangenheitsbasierten Regel, der werkzeugabhängig-erlaubte und BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel und jeder Kombination davon.
  45. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Ansprüchen 41–44, wobei die besagte Anwendereingaberegel eine ERLAUBTE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung konvertiert und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ERLAUBTE Bewegung.
  46. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Näheregel dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; die besagten ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb des Bereiches oder außerhalb des Bereiches des besagten vorbestimmten Abstandes sind, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen, welche außerhalb des Bereiches oder innerhalb des Bereiches des besagten vorbestimmten Abstandes sind.
  47. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Näheregel dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen zu definieren; die besagten ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb des Bereiches oder außerhalb des Bereiches des besagten vorbestimmten Winkels sind, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen welche außerhalb des Bereiches oder innerhalb des Bereiches des besagten vorbestimmten Winkels.
  48. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte Kollisionsverhinderungsregel dazu angepasst ist, einen vorbestimmten Abstand zwischen dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu definieren; die besagten ERLAUBTEN Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb eines Bereiches sind, der größer ist als der besagte vorbestimmte Abstand, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen sind Bewegungen, die innerhalb eines Bereiches sind, der kleiner als der besagte vorbestimmte Abstand ist.
  49. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 48, wobei das besagte anatomische Element ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Gewebe, Organ, einem anderen chirurgischen Werkzeug und jeder Kombination davon.
  50. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) das besagte System umfasst zusätzlich ein Endoskop; das besagte Endoskop ist dazu angepasst, ein Echtzeitbild der besagten chirurgischen Umgebung bereitzustellen; (b) zumindest eines der besagten chirurgischen Werkzeuge ist ein Endoskop, das dazu angepasst ist, ein Echtzeitbild der besagten chirurgischen Umgebung bereitzustellen.
  51. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte rechtes-Werkzeug-Regel dazu angepasst ist, die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops entsprechend der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs, das rechts von dem besagten Endoskop positioniert ist, zu bestimmen; weiter wobei die besagte linkes-Werkzeug-Regel dazu angepasst ist, die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops entsprechend der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs, das links von dem besagten Endoskop positioniert ist, zu bestimmen.
  52. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte markiertes-Werkzeug-Regel Mittel umfasst, die dazu angepasst sind, zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung zu markieren und die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops zu bestimmen, um fortwährend die Bewegung des besagten markierten chirurgischen Werkzeugs nachzuverfolgen.
  53. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte Gesichtsfeldregel eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die Kombination von allen der besagten n 3D-räumlichen Positionen stellt ein vorbestimmtes Gesichtsfeld bereit; die besagte Gesichtsfeldregel ist dazu angepasst, die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops innerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen zu bestimmen, um so ein konstantes Gesichtsfeld aufrechtzuerhalten, sodass die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegung sind, bei denen der Ort des besagten Endoskops erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen.
  54. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte bevorzugte-Volumenzone-Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die besagten n 3D-räumlichen Positionen stellen die besagte bevorzugte Volumenzone bereit; die besagte bevorzugte-Volumenzone-Regel ist dazu angepasst die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops innerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des besagten Endoskops außerhalb der besagten n 3D-räumlichen Positionen zu bestimmen, sodass die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des besagten Endoskops erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen.
  55. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte bevorzugtes-Werkzeug-Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die besagte Datenbank speichert ein bevorzugtes Werkzeug, die besagte bevorzugtes-Werkzeug-Regel ist dazu angepasst, die besagte ERLAUBTE Bewegung des besagten Endoskops zu bestimmen, um fortwährend die Bewegung des besagten bevorzugten Werkzeugs nachzuverfolgen.
  56. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte gesperrte-Zone-Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst umfassend n 3D-räumliche Positionen; n ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 2; die besagten n 3D-räumlichen Positionen definieren ein vorbestimmtes Volumen innerhalb der besagten chirurgischen Umgebung; die besagte gesperrte-Zone-Regel ist dazu angepasst, die besagte BESCHRÄNKTE Bewegung zu bestimmen, wenn die besagte Bewegung innerhalb der besagten gesperrten Zone ist, und die ERLAUBTE Bewegung, wenn die besagte Bewegung außerhalb der besagten gesperrten Zone ist, sodass die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten n 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen.
  57. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die das Maß der Bewegung von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge zählt, wobei die besagte am-Meisten-verwendetes-Werkzeug-Regel dazu angepasst ist, fortwährend das besagte Endoskop zu positionieren, um die Bewegung des am Meisten bewegten chirurgischen Werkzeugs nachzuverfolgen.
  58. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 36–57, wobei das besagte System weiter ein Manövrieruntersystem aufweist, das mit dem besagten Controller kommunikabel ist, wobei das besagte Manövrieruntersystem dazu angepasst ist, das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug während einer Operation entsprechend der besagten vorbestimmten Gruppe von Regeln räumlich umzupositionieren; wobei weiter das besagte System dazu angepasst ist, den Arzt auf die besagte BESCHRÄNKTE Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs aufmerksam zu machen.
  59. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 58, wobei die besagte Warnung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus einer Audiosignalisierung, einer Stimmensignalisierung, einer Lichtsignalisierung, einer blinkenden Signalisierung und jeder Kombination davon.
  60. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß irgendeinem der Ansprüche 36–59, wobei die besagte ERLAUBTE Bewegung durch den besagten Controller erlaubt wird und die besagte BESCHRÄNKTE Bewegung durch den besagten Controller verweigert wird.
  61. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte vergangenheitsbasierte Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die jede 3D-räumliche Position von jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge speichert, sodass jede Bewegung von jedem chirurgischen Werkzeug gespeichert ist; die besagte vergangenheitsbasierte Regel ist dazu angepasst, die besagten ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen entsprechend Bewegungen des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs in der Vergangenheit zu bestimmen, sodass die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der besagten 3D-räumlichen Positionen lokalisiert ist, und die besagten BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen der Ort des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erheblich verschieden ist von den besagten n 3D-räumlichen Positionen.
  62. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 37, wobei die besagte werkzeugabhängig-erlaubte und BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel eine kommunikabele Datenbank umfasst, wobei die besagte kommunikabele Datenbank dazu angepasst ist, vorbestimmte Eigenschaften von zumindest einem der besagten chirurgischen Werkzeuge zu speichern; wobei die besagte werkzeugabhängig-erlaubte und BESCHRÄNKTE-Bewegungen-Regel dazu angepasst ist die die besagten ERLAUBTEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen entsprechend den besagten vorbestimmten Eigenschaften des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu bestimmen; sodass erlaubte Bewegungen Bewegungen des besagten Endoskops sind, das das besagte chirurgische Werkzeug, das die besagten vorbestimmten Eigenschaften hat, nachverfolgt.
  63. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 62, wobei die besagten vorbestimmten Eigenschaften des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus: physikalischen Dimensionen, Struktur, Gewicht, Schärfe und jeder Kombination davon.
  64. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 50, wobei die besagte Bewegungsdetektionsregel eine kommunikabele Datenbank umfasst, die die Echtzeit-3D-räumlichen Positionen vom jedem der besagten chirurgischen Werkzeuge umfasst; wobei die besagte Bewegungsdetektionsregel dazu angepasst ist, eine Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu detektieren, wenn eine Veränderung in den besagten 3D-räumlichen Positionen empfangen wird, sodass die besagten ERLAUBTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das besagte Endoskop umgelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
  65. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 36, weiter aufweisend ein Manövrieruntersystem aufweist, das mit dem besagten Controller kommunikabel ist, wobei das besagte Manövrieruntersystem dazu angepasst ist, das besagte zumindest eine chirurgische Werkzeug während einer Operation entsprechend der besagten vorbestimmten Gruppe von Regeln räumlich umzupositionieren, sodass, wenn die besagte Bewegung des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist, das besagte Manövrieruntersystem die besagte Bewegung verhindert.
  66. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 36, wobei das besagte zumindest eine Ortsabschätzmittel zumindest ein Endoskop umfasst, das dazu angepasst ist, Echtzeitbilder der besagten chirurgischen Umgebung innerhalb des besagten menschlichen Körpers zu erlangen; und zumindest eine Chirurgieinstrumentraumverortungssoftware, die dazu angepasst ist, die besagten Echtzeitbilder der besagten chirurgischen Umgebung zu empfangen und die besagte 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeugs abzuschätzen.
  67. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 36, wobei das besagte zumindest eine Ortsabschätzmittel sind umfasst (a) zumindest ein Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus optischen Bildgebungsmitteln, Hochfrequenzübertragungs- und -empfangsmitteln, zumindest eine Markierung auf dem besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeug und jede Kombination davon; und (b) zumindest eine Chirurgieinstrumentraumverortungssoftware, die dazu angepasst ist, die besagte 3D-räumliche Position des besagten zumindest einen chirurgischen Werkzeuges mittels des besagten Elements abzuschätzen.
  68. Das chirurgische Steuerungssystem gemäß Anspruch 36, wobei das besagte zumindest eine Ortsabschätzmittel ein Schnittstellenuntersystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug sind, wobei das Schnittstellenuntersystem umfasst: a. zumindest ein Feld umfassend N regelmäßige oder musterartige Lichtquellen, wobei N eine positive ganze Zahl ist; b. zumindest ein Feld umfassend M Kameras, jede der M Kameras, wobei M eine positive ganze Zahl ist; c. optional optische Markierungen und Mittel zum Befestigen der optischen Markierungen an zumindest einem chirurgischen Werkzeug; und d. einen computergestützten Algorithmus, der über den Controller betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus dazu angepasst ist, Bilder aufzuzeichnen, die von jeder Kamera von jeder der M Kameras empfangen wurden, und daraus die Position von jedem der Werkzeuge zu berechnen, und weiter angepasst, um automatisch die Ergebnisse der Berechnung dem menschlichen Anwender der Schnittstelle bereitzustellen.
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