DE202014010578U1

DE202014010578U1 - Chirurgisches Steuersystem

Info

Publication number: DE202014010578U1
Application number: DE202014010578.2U
Authority: DE
Original assignee: MST Medical Surgery Technologies Ltd
Current assignee: MST Medical Surgery Technologies Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2024-01-10
Also published as: EP2754383A2; EP2754383B1; CN203970548U; EP2754383A3

Abstract

Chirurgisches Steuersystem, das umfasst: a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen; b. zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit lokalisiert; c. zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt tf und einem Zeitpunkt t0 speichert; wobei tf > t0; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt tf von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t0 unterscheidet; und d. eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert; wobei die Datenbank der Steuereinheit mit dem Bewegungserkennungsmittel in Kommunikation steht; wobei die Datenbank der Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Regelsatz speichert, gemäß welchem ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass jede erkannte Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch das Bewegungserkennungsmittel gemäß dem vordefinierten Regelsatz als eine ZULÄSSIGE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Mittel und Verfahren zum Verbessern der Schnittstelle zwischen dem Chirurgen und dem operierenden medizinischen Assistenten oder zwischen dem Chirurgen und einem Endoskopsystem für einen laparoskopischen chirurgischen Eingriff. Außerdem offenbart die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die nützlich ist, um ein Endoskop während eines chirurgischen Eingriffs räumlich in eine spezifische Region im humanen Körper umzupositionieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem laparoskopischen chirurgischen Eingriff führt der Chirurg die Operation durch kleine Löcher unter Verwendung von langen Instrumenten und unter Beobachtung der inneren Anatomie mit einer Endoskopkamera durch. Das Endoskop wird für gewöhnlich von einem humanen Kameraassistenten (d. h. dem operierenden medizinischen Assistenten) gehalten, da der Chirurg die Operation beidhändig durchführen muss. Die Leistung des Chirurgen hängt stark von der Kameraposition in Bezug auf die Instrumente und von einem auf dem Monitor gezeigten stabilen Bild ab. Das Hauptproblem liegt darin, dass es für den operierenden medizinischen Assistent schwierig ist, das Endoskop gleichbleibend und dabei die Szene hochkant zu halten.
Die laparoskopische Chirurgie findet bei Patienten zunehmend Anklang, da die Narben kleiner sind und die Erholungsdauer kürzer ist. Für die laparoskopische Chirurgie ist eine spezielle Ausbildung des Chirurgen oder Gynäkologen und des OP-Personals erforderlich. Die Gerätschaft ist häufig kostspielig und nicht in allen Krankenhäusern vorhanden.
Während eines laparoskopischen chirurgischen Eingriffs ist es häufig erforderlich, die räumliche Platzierung des Endoskops zu verschieben, damit der Chirurg optimale Sicht hat. Bei der herkömmlichen laparoskopischen Chirurgie werden entweder humane Assistenten verwendet, die die Instrumente manuell verschieben, oder alternativ automatisierte Assistenten. Automatisierte Assistenten nutzen Schnittstellen, die es dem Chirurg ermöglichen, die mechanische Bewegung des Assistenten zu lenken, wodurch eine Verschiebung der Kameraansicht erzielt wird.
Das US-Patent 6,714,841 offenbart ein automatisiertes Kameraendoskop, bei dem der Chirurg mit einer am Kopf angebrachten Lichtquelle ausgestattet ist, die die Kopfbewegungen an einen Sensor überträgt, wodurch eine Schnittstelle gebildet wird, die die Bewegungen zu Anweisungen für die mechanische Bewegung des automatisierten Assistenten umwandelt. Alternative automatisierte Assistenten enthalten eine sprachbetriebene Schnittstelle, eine Richtungstastenschnittstelle oder andere Navigationsschnittstellen. Die obigen Schnittstellen haben allesamt die folgenden Nachteile:

a. Eine einzelne Richtungsschnittstelle, die dem Chirurgen beschränktes Feedback liefert.
b. Ein umständlicher serieller Betrieb zum Beginnen und Stoppen von Bewegungsanweisungen, der die konstante Aufmerksamkeit des Chirurgen erfordert, wodurch verhindert wird, dass der Chirurg dem Ablauf des chirurgischen Eingriffs folgt.

Die Forschung hat nahegelegt, dass diese Systeme den Fokus des Chirurgen von der primären vorliegenden Aufgabe ablenken. Aus diesem Grund wurden Technologien entwickelt, die von Magneten und Bildverarbeitung unterstützt werden, um die Schnittstellensteuerung zu vereinfachen. Diese verbesserten Technologien berücksichtigen jedoch immer noch nicht einen weiteren verkomplizierenden Schnittstellenaspekt der laparoskopischen Chirurgie, und zwar ermöglichen sie dem Chirurgen nicht, automatisierten Assistenten oder humanen Assistenten oder Chirurgiekollegen zu signalisieren, auf welches Instrument er sich gerade fokussiert.
Somit besteht in der laparoskopischen Chirurgie seit Langem immer noch ein Bedarf an einer Verbesserung der Schnittstelle zwischen dem Chirurgen und einem Endoskopsystem, Chirurgiekollegen oder humanen Assistenten.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Steuersystem bereitzustellen, das umfasst:

a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen;
b. zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit lokalisiert;
c. zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet; und
d. eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert; wobei die Datenbank der Steuereinheit mit dem Bewegungserkennungsmittel in Kommunikation steht;

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, Regel zum markierten Werkzeug, Regel zur Geschwindigkeitsänderung und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Routenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Umgebungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei zumindest eine davon als ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Eingabe zumindest eine Regel umfasst, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: am häufigsten verwendetem Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug oder einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) wobei das System des Weiteren ein Endoskop umfasst; das Endoskop so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; (b) zumindest eines der chirurgischen Werkzeugen ist ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das rechts vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das links vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die eine Regel zum markierten Werkzeug ein Mittel umfasst, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung markiert und die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des markierten chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Sichtfeldregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; die Regel zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; die Regel zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Sperrzonenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie die BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie die ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass es das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des am häufigsten bewegten chirurgischen Werkzeugs zu verfolgen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das System des Weiteren ein Manövrierteilsystem umfasst, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert; des Weiteren wobei das System so ausgelegt ist, dass es den Arzt über eine BESCHRÄNKTE Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs alarmiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der Alarm aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Tonsignal, einem Sprachsignal, einem Lichtsignal, einem Blinksignal und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die ZULÄSSIGE Bewegung von der Steuereinheit gestattet wird und eine BESCHRÄNKTE Bewegung von der Steuereinheit verweigert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die verlaufsbasierte Regel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines des chirurgischen Werkzeugs speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop gelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, des Weiteren umfassend ein Manövrierteilsystem, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert, so dass das Manövrierteilsystem die Bewegung verhindert, wenn die Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel zumindest ein Endoskop umfasst, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung innerhalb des Menschen umfasst; und zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen so ausgelegt ist, dass sie Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung empfängt und die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs schätzt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel (a) zumindest ein Element, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem optischen Bildgebungsmittel, Funkfrequenzsende- und Funkfrequenzempfangsmittel, zumindest einer Kennzeichnung auf dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon; und (b) zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen, die so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs mithilfe des Elements schätzt, ist umfasst.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel ein Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeugs ist, wobei das Schnittstellenteilsystem umfasst:

a. zumindest eine Anordnung, die N Normal- oder Strukturlichtquellen umfasst, wobei N eine positive ganze Zahl ist;
b. zumindest eine Anordnung, die M Kameras umfasst, jede der M Kameras, wobei M eine positive ganze Zahl ist;
c. optional optische Kennzeichnungen und ein Mittel zum Anbringen der optischen Kennzeichnung an dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug; und
d. einen computergestützten Algorithmus, der über die Steuereinheit betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus so ausgelegt ist, dass er Bilder aufzeichnet, die von jeder Kamera jeder der M Kameras empfangen werden, und dass er anhand dieser die Position jedes der Werkzeuge berechnet, und des Weiteren so ausgelegt ist, dass er die Ergebnisse der Berechnung automatisch an den humanen Benutzer der Schnittstelle bereitstellt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Unterstützen eines Benutzers bei der Durchführung eines chirurgischen Eingriffs bereitzustellen, das die Schritte umfasst:

a. Bereitstellen eines chirurgischen Steuersystems, das umfasst: (i) zumindest ein chirurgisches Werkzeug; (ii) zumindest ein Standortschätzungsmittel; (iii) zumindest ein Bewegungserkennungsmittel; und (iv) eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist;
b. Einführen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers;
c. Echtzeitschätzen des Standorts des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung zu einem bestimmten Zeitpunkt t; und
d. Erkennen, ob eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs vorliegt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet;
e. Steuern der räumlichen Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung mithilfe der Steuereinheit;

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Auswählens des vordefinierten Regelsatzes aus der Gruppe, bestehend aus: am häufigsten verwendetem Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen, Regel zum markierten Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Routenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Umgebungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei zumindest eine davon als ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Eingabe zumindest eine vordefinierte Regel umfasst, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: am häufigsten verwendetes Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Regel zum bevorzugten Volumen, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) wobei das System des Weiteren ein Endoskop umfasst; das Endoskop so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; (b) zumindest eines der chirurgischen Werkzeugen ist ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das rechts vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das links vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die eine Regel zum markierten Werkzeug ein Mittel umfasst, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung markiert und die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des markierten chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sichtfeldregel n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; die Regel zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; die Regel zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sperrzonenregel n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie die BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie die ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass es das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des am häufigsten bewegten chirurgischen Werkzeugs zu verfolgen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Warnens des Arztes über eine BESCHRÄNKTE Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der Schritt des Alarmierens durch zumindest eines durchgeführt wird, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Tonsignal, einem Sprachsignal, einem Lichtsignal, einem Blinksignal und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die ZULÄSSIGE Bewegung von der Steuereinheit gestattet wird und eine BESCHRÄNKTE Bewegung von der Steuereinheit verweigert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die verlaufsbasierte Regel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines des chirurgischen Werkzeugs speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop gelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Bereitstellens eines Manövrierteilsystems, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel zumindest ein Endoskop umfasst, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst; und zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen so ausgelegt ist, dass sie Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung empfängt und die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs schätzt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel (a) zumindest ein Element, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem optischen Bildgebungsmittel, Funkfrequenzsende- und Funkfrequenzempfangsmittel, zumindest einer Kennzeichnung auf dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon; und (b) zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen, die so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs mithilfe des Elements schätzt, ist umfasst.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel ein Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeugs ist, wobei das Schnittstellenteilsystem umfasst:

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Verfolgungssystem bereitzustellen, um einen Benutzer bei der Durchführung eines laparoskopischen chirurgischen Eingriffs an einem humanen Körper zu unterstützen, wobei das chirurgische Verfolgungssystem umfasst:

a. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst;
b. ein Manövrierteilsystem, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche Position des Endoskops während des laparoskopischen chirurgischen Eingriffs steuert; und
c. ein Verfolgungsteilsystem, das mit dem Manövrierteilsystem in Kommunikation steht, das so ausgelegt ist, dass es das Manövriersystem steuert, um die räumliche Position des Endoskops auf eine Region von Interesse zu lenken und zu modifizieren;

_i

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei jede der Anweisungsfunktionen g_i(t) mit α_i(t) bereitgestellt wird, wobei i eine ganze Zahl größer gleich 1 ist; wobei α_i(t) Gewichtungsfunktionen von jeder g_i(t) sind und ein n die Gesamtanzahl von Anweisungsfunktionen ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei jede der Anweisungsfunktionen g_i(t) aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Funktion zum rechten Werkzeug, Funktion zum linken Werkzeug, Sichtfeldfunktion, Funktion zur bevorzugten Volumenzone, Funktion zum bevorzugten Werkzeug, Sperrzonenfunktion, Werkzeugerkennungsfunktion, Bewegungserkennungsfunktion, Organerkennungsfunktion, Kollisionserkennungsfunktion, Benutzereingabefunktion, Prognosefunktion, Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse, Proximitätsfunktion, Funktion zum markierten Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Gewichtungsfunktionen α_i(t) zeitlich variierende Funktionen sind, deren Wert durch die Benutzer bestimmt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Werkzeugerkennungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie chirurgische Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung erkennt und eine Anweisung an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf die erkannten chirurgischen Werkzeuge anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, und um Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem auszugeben, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf das bewegte chirurgische Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Organerkennungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie Organe in der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf die erkannten Organe anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie ein rechts vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das rechte Werkzeug und zum Überwachen des rechten Werkzeugs anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie ein rechts vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das linke Werkzeug und zum Überwachen des linken Werkzeugs anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Benutzereingabefunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems empfängt; wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem z um Lenken des Endoskops an die zumindest eine empfangene räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu den zwei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Abstand zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen geringer als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den drei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Winkel zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen kleiner oder größer als der vordefinierte Winkel ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zur bevorzugten Volumenzone anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, wobei in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; wobei die Funktion zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zum bevorzugten Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zum chirurgischen Werkzeug und zum anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung anzuweisen, wenn der Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element geringer als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Sichtfeldfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aus allen der n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position im Wesentlichen innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen anzuweisen, so dass ein konstantes Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Sperrzonenfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu zumindest einer räumlichen 3D-Position anzuweisen, die sich im Wesentlichen von allen n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes chirurgischen Werkzeugs zählt, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet; wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops anweist, um das Endoskop konstant zu positionieren, so dass die Bewegung des am häufigsten bewegten Werkzeugs verfolgt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Prognosefunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Prognosefunktion so ausgelegt ist, dass sie (a) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (b) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse so ausgelegt ist, dass sie (a) die räumlichen 3D-Positionen jedes der chirurgischen Werkzeuge statistisch analysiert; und (b) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (c) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die eine Funktion zum markierten Werkzeug ein Mittel umfasst, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung markiert und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu dem markierten chirurgischen Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das Mittel so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung konstant markiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das Mittel so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine der chirurgischen Werkzeuge erneut markiert, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt wurde.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, des Weiteren umfassend ein Mittel, das so ausgelegt ist, dass es zwischen den chirurgischen Werkzeugen wechselt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das Wechseln manuell oder automatisch durchgeführt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Bildverarbeitung durch zumindest einen Algorithmus erhalten wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Bildstabilisierungsalgorithmus, Bildoptimierungsalgorithmus, Bildkompilierungsalgorithmus, Bildverbesserungsalgorithmus, Bilderkennungsalgorithmus, Bildklassifizierungsalgorithmus, Bildkorrelation mit dem Herzkreislauf oder dem Atmungskreislauf des humanen Körpers, Rauch- oder Dunst-, Dampfverringerung aus dem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das Endoskop eine Bilderfassungsvorrichtung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: einer Kamera, einer Videokamera, einem elektromagnetischen Sensor, einer Computertomographiebildgebungsvorrichtung, einer fluoroskopischen Bildgebungsvorrichtung, einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, des Weiteren umfassend eine Anzeige, die so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe oder Ausgabe in Bezug auf den Betriebs des Systems an den Benutzer bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Anzeige durch den Benutzer zum Visualisieren der Region von Interesse verwendet wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Anzeige so ausgelegt ist, dass sie die erfassten Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung mit verbesserten Realitätselementen ausgibt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei der Bildverarbeitungsalgorithmus so ausgelegt ist, dass er eine 2D- oder 3D-Darstellung analysiert, die von den Echtzeitbildern der chirurgischen Umgebung erhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei der Datenprozessor des Weiteren so ausgelegt ist, dass er einen Mustererkennungsalgorithmus ausführt, um den Betrieb der Anweisungsfunktionen g_i(t) zu unterstützen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, außerdem umfassend zumindest ein Standortschätzungsmittel zum Lokalisieren der Position zumindest eines chirurgischen Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel ein Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeugs ist, wobei das Schnittstellenteilsystem umfasst:

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, um einen Benutzer bei der Durchführung eines laparoskopischen chirurgischen Eingriffs an einem humanen Körper zu unterstützen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

a. Bereitstellen eines chirurgischen Verfolgungssystems, das umfasst: (i) zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst; (ii) ein Manövrierteilsystem, das mit dem Endoskop in Kommunikation steht; und (iii) ein Verfolgungsteilsystem, das mit dem Manövrierteilsystem in Kommunikation steht, wobei das Verfolgungsteilsystem einen Datenprozessor umfasst;
b. Durchführen einer Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung;
c. Steuern des Manövriersystems über das Verfolgungsteilsystem, wodurch die räumliche Position des Endoskops gemäß einer von einer Manövrierfunktion f(t) empfangenen Eingabe auf eine Region von Interesse gelenkt und modifiziert wird;

_i

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei jede der Anweisungsfunktionen g_i(t) mit α_i(t) bereitgestellt wird, wobei i eine ganze Zahl größer gleich 1 ist; wobei α_i(t) Gewichtungsfunktionen von jeder g_i(t) sind und ein n die Gesamtanzahl von Anweisungsfunktionen ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei jede der Anweisungsfunktionen g_i(t) aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Funktion zum rechten Werkzeug, Funktion zum linken Werkzeug, Sichtfeldfunktion, Funktion zur bevorzugten Volumenzone, Funktion zum bevorzugten Werkzeug, Sperrzonenfunktion, Werkzeugerkennungsfunktion, Bewegungserkennungsfunktion, Organerkennungsfunktion, Kollisionserkennungsfunktion, Benutzereingabefunktion, Prognosefunktion, Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse, Proximitätsfunktion, Funktion zum markierten Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Gewichtungsfunktionen α_i(t) zeitlich variierende Funktionen sind, deren Wert durch die Benutzer bestimmt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Werkzeugerkennungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie chirurgische Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf die erkannten chirurgischen Werkzeuge anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, und um Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem auszugeben, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf das bewegte chirurgische Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Organerkennungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie Organe in der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops auf die erkannten Organe anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie ein rechts vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das rechte Werkzeug und zum Überwachen des rechten Werkzeugs anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie ein rechts vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das linke Werkzeug und zum Überwachen des linken Werkzeugs anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Benutzereingabefunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems empfängt; wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem z um Lenken des Endoskops an die zumindest eine empfangene räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu den zwei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Abstand zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen geringer als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den drei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Winkel zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen kleiner oder größer als der vordefinierte Winkel ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zur bevorzugten Volumenzone anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, wobei in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; wobei die Funktion zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zum bevorzugten Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsfunktion so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zum chirurgischen Werkzeug und zum anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung anzuweisen, wenn der Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element geringer als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sichtfeldfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aus allen der n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position im Wesentlichen innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen anzuweisen, so dass ein konstantes Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sperrzonenfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu zumindest einer räumlichen 3D-Position anzuweisen, die sich im Wesentlichen von allen n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes chirurgischen Werkzeugs zählt, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet; wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops anweist, um das Endoskop konstant zu positionieren, so dass die Bewegung des am häufigsten bewegten Werkzeugs verfolgt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Prognosefunktion eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Prognosefunktion so ausgelegt ist, dass sie (a) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (b) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse so ausgelegt ist, dass sie (a) die räumlichen 3D-Positionen jedes der chirurgischen Werkzeuge statistisch analysiert; und (b) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (c) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die eine Funktion zum markierten Werkzeug ein Mittel umfasst, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung markiert und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zu dem markierten chirurgischen Werkzeug anzuweisen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das Mittel so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung konstant markiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das Mittel so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine der chirurgischen Werkzeuge erneut markiert, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt wurde.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Bereitstellens eines Mittels, das so ausgelegt ist, dass es zwischen den chirurgischen Werkzeugen wechselt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das Wechseln manuell oder automatisch durchgeführt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Bildverarbeitung durch zumindest einen Algorithmus erhalten wird, der aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Bildstabilisierungsalgorithmus, Bildoptimierungsalgorithmus, Bildkompilierungsalgorithmus, Bildverbesserungsalgorithmus, Bilderkennungsalgorithmus, Bildklassifizierungsalgorithmus, Bildkorrelation mit dem Herzkreislauf oder dem Atmungskreislauf des humanen Körpers, Rauch- oder Dunst-, Dampfverringerung aus dem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das Endoskop eine Bilderfassungsvorrichtung umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: einer Kamera, einer Videokamera, einem elektromagnetischen Sensor, einer Computertomographiebildgebungsvorrichtung, einer fluoroskopischen Bildgebungsvorrichtung, einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Bereitstellens einer Anzeige, die so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe oder Ausgabe in Bezug auf den Betriebs des Systems an den Benutzer bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Anzeige durch den Benutzer zum Visualisieren der Region von Interesse verwendet wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Anzeige so ausgelegt ist, dass sie die erfassten Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung mit verbesserten Realitätselementen ausgibt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der Bildverarbeitungsalgorithmus so ausgelegt ist, dass er eine 2D- oder 3D-Darstellung analysiert, die von den Echtzeitbildern der chirurgischen Umgebung erhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der Datenprozessor des Weiteren so ausgelegt ist, dass er einen Mustererkennungsalgorithmus ausführt, um den Betrieb der Anweisungsfunktionen g_i(t) zu unterstützen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Vormarkierens zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des konstanten Markierens zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend einen Schritt des erneuten Markierens des zumindest einen der chirurgischen Werkzeuge, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt wurde.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend einen Schritt des Wechselns zwischen den chirurgischen Werkzeugen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das Wechseln manuell oder automatisch durchgeführt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend einen Schritt des Lokalisierens der 3D-Position zumindest eines chirurgischen Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der Schritt des Lokalisierens der 3D-Position zumindest eines chirurgischen Werkzeugs von zumindest einem Standortschätzungsmittel bereitgestellt wird; wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel ein Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeugs ist, wobei das Schnittstellenteilsystem umfasst:

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Steuersystem bereitzustellen, das umfasst:

a. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers bereitstellt;
b. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es n Element innerhalb des Echtzeitbildes der chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers definiert; jedes der Elemente ist durch vordefinierte Charakteristika charakterisiert;
c. Bildverarbeitungsmittel, das mit dem Endoskop in Kommunikation steht, das so ausgelegt ist, dass es das Echtzeitbild bildverarbeitet und Echtzeitaktualisierungen der vordefinierten Charakteristika bereitstellt;
d. eine kommunikationsfähige Datenbank, die mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel in Kommunikation steht, die so ausgelegt ist, dass sie die vordefinierten Charakteristika und die aktualisierten Charakteristika speichert;

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Farbe des Elements, räumlichem 3D-Standort des Elements, Konturen des Elements und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, außerdem umfassend zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, außerdem umfassend (a) zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es den Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t schätzt; und (b) zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, außerdem umfassend eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Regelsatz speichert, gemäß welchem ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass jede erkannte Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch das Bewegungserkennungsmittel gemäß dem vordefinierten Regelsatz als eine ZULÄSSIGE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Routenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Umgebungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei zumindest eine davon als ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Eingabe zumindest eine Regel umfasst, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: am häufigsten verwendetem Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) wobei das System des Weiteren ein Endoskop umfasst; das Endoskop so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; (b) zumindest eines der chirurgischen Werkzeugen ist ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das rechts vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das links vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Sichtfeldregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; die Regel zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; die Regel zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Sperrzonenregel einen kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie die BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie die ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass es das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des am häufigsten bewegten chirurgischen Werkzeugs zu verfolgen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das System des Weiteren ein Manövrierteilsystem umfasst, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert; des Weiteren wobei das System so ausgelegt ist, dass es den Arzt auf die BESCHRÄNKTE Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs alarmiert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei der Alarm aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Tonsignal, einem Sprachsignal, einem Lichtsignal, einem Blinksignal und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die ZULÄSSIGE Bewegung von der Steuereinheit gestattet wird und eine BESCHRÄNKTE Bewegung von der Steuereinheit verweigert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die verlaufsbasierte Regel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines des chirurgischen Werkzeugs speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop gelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, des Weiteren umfassend ein Manövrierteilsystem, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert, so dass das Manövrierteilsystem die Bewegung verhindert, wenn die Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, des Weiteren umfassend zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst, um die räumliche 3D-Position zumindest eines chirurgischen Werkzeugs zu schätzen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei das zumindest eine Standortschätzungsmittel zumindest eines ist umfasst, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem optischen Bildgebungsmittel, Funkfrequenzsende- und Funkfrequenzempfangsmittel, zumindest einer Kennzeichnung auf dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern eines chirurgischen Eingriffs bereitzustellen, das den Schritt umfasst:

a. Erhalten eines Systems, das umfasst: i. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers bereitstellt; ii. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es n Element innerhalb des Echtzeitbildes der chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers definiert; jedes der Elemente ist durch vordefinierte Charakteristika charakterisiert; iii. Bildverarbeitungsmittel, das mit dem Endoskop in Kommunikation steht, das so ausgelegt ist, dass es das Echtzeitbild bildverarbeitet und Echtzeitaktualisierungen der vordefinierten Charakteristika bereitstellt; iv. eine kommunikationsfähige Datenbank, die mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel in Kommunikation steht, die so ausgelegt ist, dass sie die vordefinierten Charakteristika und die aktualisierten Charakteristika speichert;
b. Bereitstellen eines Echtzeitbildes einer chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers;
c. Definieren des n Elements;
d. Charakterisieren jedes des Elements mit vordefinierten Charakteristika;
e. Bereitstellen einer Echtzeitaktualisierung der vordefinierten Charakteristika;
f. Benachrichtigen des Benutzers, wenn sich die aktualisierten Charakteristika wesentlich von den vordefinierten Charakteristika unterscheiden.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einer Farbe des Elements, räumlichem 3D-Standort des Elements, Konturen des Elements und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend (a) zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es den Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t schätzt; und (b) zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, außerdem umfassend eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Regelsatz speichert, gemäß welchem ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass jede erkannte Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch das Bewegungserkennungsmittel gemäß dem vordefinierten Regelsatz als eine ZULÄSSIGE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: am häufigsten verwendetem Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Routenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Umgebungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei zumindest eine davon als ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Eingabe zumindest eine vordefinierte Regel umfasst, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die vordefinierte Regel aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: am häufigsten verwendeten Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) wobei das System des Weiteren ein Endoskop umfasst; das Endoskop so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; (b) zumindest eines der chirurgischen Werkzeugen ist ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum rechten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das rechts vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das links vom Endoskop positioniert ist.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sichtfeldregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; die Regel zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; die Regel zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Sperrzonenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie die BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie die ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die Bewegungsmenge jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass es das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des am häufigsten bewegten chirurgischen Werkzeugs zu verfolgen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Warnens des Arztes über eine BESCHRÄNKTE Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei der Alarm aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Tonsignal, einem Sprachsignal, einem Lichtsignal, einem Blinksignal und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die ZULÄSSIGE Bewegung von der Steuereinheit gestattet wird und eine BESCHRÄNKTE Bewegung von der Steuereinheit verweigert wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die verlaufsbasierte Regel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines des chirurgischen Werkzeugs speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Bewegungserkennungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop gelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, des Weiteren umfassend einen Schritt des Prüfens eines Manövrierteilsystems, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Steuersystem bereitzustellen, das umfasst:

(a) zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen;
(b) zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt;
(c) zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit lokalisiert;
(d) zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet; und
(e) eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert; wobei die Datenbank der Steuereinheit mit dem Bewegungserkennungsmittel in Kommunikation steht;

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Verfolgungssystem bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte chirurgische Steuersystem bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, das wie oben definierte Verfahren bereitzustellen, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Um die Erfindung zu verstehen und deren mögliche Umsetzung in der Praxis darzulegen, und lediglich anhand eines nicht-einschränkenden Beispiels unter Bezug auf die beliegende Zeichnung, in der:
die 1 bis 2 eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
2A ein Beispiel für eine Verwendung des Lokalisierungssystems bei einem chirurgischen laparoskopischen Eingriff am Bauch zeigt;
2B ein Beispiel für eine Verwendung des Lokalisierungssystems bei einem chirurgischen endoskopischen Eingriff am Knie zeigt; und
2C ein Beispiel für eine Verwendung des Lokalisierungssystems bei einem chirurgischen endoskopischen Eingriff an der Schulter zeigt.
3 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einem Kollisionsvermeidungssystem veranschaulicht.
4 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einer Sperrzonenregel/-funktion veranschaulicht.
5 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einer Regel/Funktion zur bevorzugten Volumenzone veranschaulicht.
6 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Organerkennungsfunktion/-regel veranschaulicht.
7 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Werkzeugerkennungsfunktion/-regel veranschaulicht.
8 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Bewegungserkennungsfunktion/-regel veranschaulicht.
9 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Prognosefunktion/-regel veranschaulicht.
10 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Funktion/Regel zum rechten Werkzeug veranschaulicht.
11 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Sichtfeldfunktion/-regel veranschaulicht.
12 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Funktion/Regel zum markierten Werkzeug veranschaulicht.
13 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Proximitätsfunktion/-regel veranschaulicht.
14 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform der Benutzereingabefunktion/-regel veranschaulicht.
die 15A bis D schematisch eine Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einer Regel/Funktion zum konstanten Sichtfeld veranschaulichen.
16 schematisch einen Betrieb einer Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einer Regel/Funktion zur Geschwindigkeitsänderung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor zumindest eine Ausführungsform der Erfindung ausführlich erläutert wird, sei verstanden, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details zu Konstruktion und Anordnung der Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung angeführt oder in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Die Erfindung ist auf andere Ausführungsformen anwendbar oder auf diverse Arten ausübbar und durchführbar. Es sei darüber hinaus verstanden, dass die hier verwendete Ausdrucksweise und Terminologie dem Zwecke der Beschreibung dient und nicht als einschränkend angesehen werden sollte.
Der Ausdruck Wechseln bezieht sich im Folgenden auf das Schalten von einem markierten chirurgischen Werkzeug auf ein anderes.
Der Ausdruck chirurgische Umgebung bezieht sich im Folgenden auf einen beliebigen anatomischen Teil innerhalb des humanen Körpers, der ein chirurgisches Instrument umgeben kann. Die Umgebung kann umfassen: Organe, Körperteile, Organwände, Arterien, Venen, Nerven, eine Region von Interesse oder einen beliebigen anderen anatomischen Teil des humanen Körpers.
Der Ausdruck Endoskop bezieht sich im Folgenden auf ein beliebiges Mittel, um aus medizinischen Gründen ins Innere des Körpers zu sehen. Dies kann ein beliebiges Instrument sein, das verwendet wird, um das Innere eines Hohlorgans oder eines Hohlraums des Körpers zu untersuchen. Das Endoskop kann sich auch auf eine beliebige Art eines Laparoskops beziehen. Es sei darauf hingewiesen, dass sich die folgende Beschreibung auf ein Endoskop als chirurgisches Werkzeug beziehen kann.
Der Ausdruck Region von Interesse bezieht sich im Folgenden auf eine beliebige Region innerhalb des humanen Körpers, die für den Benutzer des Systems der vorliegenden Erfindung von Interesse sein kann. Die Region von Interesse kann z. B. ein Organ, das es zu operieren gilt, ein BESCHRÄNKTER Bereich, dessen Zugang für ein chirurgisches Instrument BESCHRÄNKT ist, ein chirurgisches Instrument oder eine beliebige andere Region innerhalb des humanen Körpers sein.
Der Ausdruck räumliche Position bezieht sich im Folgenden auf einen vordefinierten räumlichen Standort und/oder eine vordefinierte räumliche Ausrichtung eines Objekts (z. B. den räumlichen Standort des Endoskops, die Winkelausrichtung des Endoskops und eine beliebige Kombination davon).
Der Ausdruck verbotener Bereich bezieht sich im Folgenden auf einen vordefinierten Bereich, in dem kein chirurgisches Werkzeug (z. B. ein Endoskop) räumlich positioniert werden darf.
Der Ausdruck bevorzugter Bereich bezieht sich im Folgenden auf einen vordefinierten Bereich, in dem ein chirurgisches Werkzeug (z. B. ein Endoskop) räumlich positioniert werden darf oder bevorzugt räumlich zu positionieren ist.
Der Ausdruck automatisierter Assistent bezieht sich im Folgenden auf eine beliebige mechanische Vorrichtung (einschließlich einer Robotervorrichtung, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein), die die Position eines chirurgischen oder endoskopischen Instruments manövrieren und steuern kann und die außerdem so ausgelegt sein kann, dass sie Befehle von einer Remote-Quelle empfängt.
Der Ausdruck Werkzeug oder chirurgisches Instrument bezieht sich im Folgenden auf ein beliebiges Instrument oder eine beliebige Vorrichtung, das bzw. die in den humanen Körper einführbar ist. Der Ausdruck kann sich auf einen beliebigen Standort am Werkzeug beziehen. Beispielsweise kann er sich auf dessen Spitze, dessen Körper und eine beliebige Kombination davon beziehen. Es sei des Weiteren darauf hingewiesen, dass sich die folgende Beschreibung auf ein chirurgisches Werkzeug/Instrument als Endoskop beziehen kann.
Der Ausdruck Bereitstellen bezieht sich im Folgenden auf einen beliebigen Prozess (visuell, taktil oder auditiv), mit dem ein Instrument, ein Computer, eine Steuereinheit oder eine beliebige andere mechanische oder elektronische Vorrichtung die Ergebnisse einer Berechnung oder eines anderen Vorgangs an einen humanen Benutzer berichten kann.
Der Ausdruck automatische/r/s oder automatisch bezieht sich auf einen beliebigen Prozess, der fortschreitet, ohne dass ein Mensch direkt eingreifen oder agieren muss. Der Ausdruck ZULÄSSIGE Bewegung bezieht sich im Folgenden auf eine beliebige Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs, die gemäß einem vordefinierten Regelsatz erlaubt ist.
Der Ausdruck BESCHRÄNKTE Bewegung bezieht sich im Folgenden auf eine beliebige Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs, die gemäß einem vordefinierten Regelsatz verboten ist. Beispielsweise stellt eine Regel gemäß der vorliegenden Erfindung eine Regel zur bevorzugten Volumenzone bereit, die eine favorisierte Zone innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert. Somit ist eine zulässige Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs oder des Endoskops gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bewegung, die das chirurgische Werkzeug innerhalb einer favorisierten Zone hält; und ist eine BESCHRÄNKTE Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs eine Bewegung, die das chirurgische Werkzeug außerhalb der favorisierten Zone extrahiert (oder bewegt).
Der Ausdruck Zeitschritt bezieht sich im Folgenden auf die Arbeitszeit des Systems. Bei jedem Zeitschritt empfängt das System Daten von Sensoren und Befehle von Benutzern und verarbeitet die Daten und Befehle und führt Aktionen durch. Die Zeitschrittgröße ist die verstrichene Zeit zwischen Zeitschritten.
Die laparoskopische Chirurgie, auch minimal invasive Chirurgie (MIS) genannt, ist eine moderne Chirurgietechnik, bei der Operationen am Bauch durch kleine Einschnitte (für gewöhnlich 0,5 bis 1,5 cm) durchgeführt werden, wenn mit größeren Einschnitten verglichen, die bei herkömmlichen chirurgischen Eingriffen erforderlich sind. Das Schlüsselelement in der laparoskopischen Chirurgie ist die Verwendung eines Laparoskops, bei dem es sich um eine Vorrichtung handelt, die so ausgelegt ist, dass sie die Szene innerhalb des Körpers zeigt, und zwar am distalen Ende des Laparoskops. Entweder wird eine Bildgebungsvorrichtung am Ende des Laparoskops platziert oder ein Stablinsensystem oder Glasfaserbündel wird verwendet, um diese Bild zum proximalen Ende des Laparoskops zu lenken. Außerdem ist eine Lichtquelle zur Beleuchtung des Operationsfeldes angebracht, die durch eine 5-mm- oder 10-mm-Kanüle oder einen 5-mm- oder 10-mm-Trokar eingeführt wird, um das Operationsfeld zu zeigen.
In den Bauch wird für gewöhnlich Kohlendioxidgas injiziert, um einen Arbeits- und Sichtraum zu schaffen. Der Bauch wird im Wesentlichen wie ein Ballon aufgeblasen (insuffliert), wodurch die Bauchwand wie eine Kuppel über die inneren Organe gehoben wird. Innerhalb dieses Raums können diverse medizinische Eingriffe durchgeführt werden.
In vielen Fällen kann das Laparoskop nicht den gesamten Arbeitsraum innerhalb des Körpers zeigen und somit wird das Laparoskop umpositioniert, damit der Chirurg Regionen von Interesse innerhalb des Raums sehen kann.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein chirurgisches Steuersystem, das so ausgelegt ist, dass es die Position zumindest eines chirurgischen Werkzeugs während eines chirurgischen Eingriffs am humanen Körper steuert. Das System kann die Steuerung durch Identifizieren des Standorts des chirurgischen Werkzeugs durchführen und eine Anweisung darüber, in welche Richtung das chirurgische Werkzeug gelenkt werden kann oder sollte und welche Bewegungsrichtung des chirurgischen Werkzeugs BESCHRÄNKT ist, an den Benutzer bereitstellen.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das chirurgische Steuersystem die folgenden Komponenten:

a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen;
b. zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es den Standort (d. h. die räumliche 3D-Position) des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit schätzt/lokalisiert;
c. zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet; und
d. eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert;

Es fällt in den Umfang der vorliegenden Erfindung, dass die Datenbank so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Regelsatz speichert, gemäß welchem ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird. Anders ausgedrückt wird jede erkannte Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch das Bewegungserkennungsmittel gemäß dem vordefinierten Regelsatz entweder als ZULÄSSIGE Bewegung oder als BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt.
Somit speichert die vorliegende Erfindung die räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge zu einem aktuellen Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀; wobei t_f > t₀. Wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_O unterscheidet, wird eine Bewegung des Werkzeugs erkannt. Danach analysiert das System die Bewegung gemäß dem Regelsatz und verarbeitet, ob die Bewegung eine ZULÄSSIGE Bewegung oder eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert das System die Bewegung, wenn die Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist. Die Bewegungsverhinderung wird durch Steuern eines Manövriersystems erzielt, das die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs verhindert.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verhindert das System die Bewegung nicht (wenn die Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist), sondern signalisiert dem Benutzer (d. h. dem Arzt) lediglich die BESCHRÄNKTE Bewegung/warnt den Benutzer darüber.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das chirurgische Werkzeug ein Endoskop.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinheit dem Benutzer einen Vorschlag unterbreiten, in welche Richtung sich das chirurgische Werkzeug bewegen muss oder bewegt werden kann.
Somit stellt die vorliegende Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen vordefinierten Regelsatz bereit, der definiert, was eine "zulässige Bewegung" eines beliebigen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung ist und was eine "BESCHRÄNKTE Bewegung" eines beliebigen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das System der vorliegenden Erfindung ein Manövrierteilsystem, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Steuereinheit Anweisungen an ein Manövrierteilsystem zum räumlichen Umpositionieren des Standorts des chirurgischen Werkzeugs bereitstellen. Gemäß diesen Anweisungen werden nur ZULÄSSIGE Bewegungen des chirurgischen Werkzeugs durchgeführt. Das Verhindern von BESCHRÄNKTEN Bewegungen wird durchgeführt durch: Erkennen des Standorts des chirurgischen Werkzeugs; Verarbeiten aller aktueller Regeln; Analysieren der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs und Verhindern der Bewegung, wenn die Bewegung des Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen warnt das System den Arzt lediglich über eine BESCHRÄNKTE Bewegung zumindest eines chirurgischen Werkzeugs (anstatt die BESCHRÄNKTE Bewegung zu verhindern).
Das Alarmieren des Arztes über BESCHRÄNKTE Bewegungen (oder alternativ das Verhindern einer BESCHRÄNKTEN Bewegung) wird durchgeführt durch: Erkennen des Standorts des chirurgischen Werkzeugs; Verarbeiten aller aktueller Regeln; Analysieren der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs und Informieren des Chirurgen (des Benutzers des Systems), ob die Bewegung des Werkzeugs eine zulässige Bewegung oder eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird somit der gleiche Prozess (des Erkennens des Standorts des chirurgischen Werkzeugs; Verarbeiten aller aktueller Regeln und Analysieren der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs) mit Ausnahme der letzten Bewegung befolgt, wobei die Bewegung verhindert wird, wenn die Bewegung des Werkzeugs eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist. Der Chirurg kann auch darüber informiert werden, dass sie Bewegung verhindert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Vorstehende (Alarmieren des Arztes und/oder Verhindern der Bewegung) durch Erkennen des Standorts des chirurgischen Werkzeugs und Analysieren der chirurgischen Umgebung des chirurgischen Werkzeugs durchgeführt. Nach Analyse der chirurgischen Umgebung und Erkennen des Standorts des chirurgischen Werkzeugs kann das System alle Risiken bewerten, die mit einer Bewegung des chirurgischen Werkzeugs in die vordefinierte Richtung ggf. verbunden sind. Daher muss jeder Standort in der chirurgischen Umgebung analysiert werden, so dass jede mögliche Bewegung des chirurgischen Werkzeugs als ZULÄSSIGE Bewegung oder BESCHRÄNKTE Bewegung klassifiziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Standort jedes Werkzeugs unter Verwendung eines Bildverarbeitungsmittels und unter Echtzeitbestimmung des räumlichen 3D-Standorts jedes Werkzeugs bestimmt. Es sei verstanden, dass sich das oben erwähnte "Werkzeug" auf einen beliebigen Standort am Werkzeug beziehen kann. Beispielsweise kann es sich auf dessen Spitze, dessen Körper und eine beliebige Kombination davon beziehen.
Der vordefinierte Regelsatz, der das Wesen der vorliegenden Erfindung bildet, ist so ausgelegt, dass er alle möglichen Faktoren berücksichtigt, die während des chirurgischen Eingriffs wichtig sein könnten. Der vordefinierte Regelsatz kann die folgenden Regeln oder eine beliebige Kombination davon umfassen:

a. eine Routenregel;
b. eine Umgebungsregel;
c. eine Benutzereingaberegel;
d. eine Proximitätsregel;
e. eine Kollisionsverhinderungsregel;
f. eine verlaufsbasierte Regel;
g. eine Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen;
h. eine Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug
i. eine Regel zum rechten Werkzeug;
j. eine Regel zum linken Werkzeug;
k. eine Sichtfeldregel;
l. eine Sperrzonenregel;
m. eine Benutzereingaberegel;
n. eine Regel zur bevorzugten Volumenzone;
o. eine Regel zum bevorzugten Werkzeug;
p. eine Bewegungserkennungsregel.

Somit definiert z. B. die Kollisionsverhinderungsregel einen Mindestabstand, der nicht unterschritten werden sollte, wenn zwei oder mehr Werkzeuge einander angenähert werden (d. h. ein Mindestabstand zwischen zwei oder mehr Werkzeugen, der aufrechterhalten werden sollte). Wenn die Bewegung eines Werkzeugs bewirkt, dass es gefährlich nahe an ein anderes Werkzeug herankommt (d. h. der Abstand zwischen diesen ist nach der Bewegung geringer als der von der Kollisionsverhinderungsregel definierte Mindestabstand), alarmiert die Steuereinheit entweder den Benutzer, dass die Bewegung eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist, oder lässt die Bewegung nicht zu.
Es sei hervorgehoben, dass das gesamte Vorstehende (und die folgende Offenbarung) durch konstantes Überwachen der chirurgischen Umgebung und Identifizieren sowie Lokalisieren des räumlichen 3D-Standorts jedes Elements/Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
Die Identifizierung wird durch herkömmliche Mittel bereitgestellt, die dem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optisches Mittel usw.).
Im Folgenden werden jede der oben erwähnten Regeln und deren Funktionen erläutert:
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Routenregel eine vordefinierte Route, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; sind die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug innerhalb der Grenzen der vordefinierten Route befindet, und sind die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug außerhalb der Grenzen der vordefinierten Route befindet. Somit umfasst die Routenregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, in der zumindest eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs auf der Route umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei ZULÄSSIGE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Anders ausgedrückt wird gemäß der Routenregel jeder der Verläufe des chirurgischen Werkzeugs (und der Weg bei einem beliebigen chirurgischen Eingriff) in einer kommunikationsfähigen Datenbank gespeichert. ZULÄSSIGE Bewegungen sind als Bewegungen definiert, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen auf zumindest einer der gespeicherten Routen befindet; und BESCHRÄNKTE Bewegungen sind Bewegungen, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug an einem im Wesentlichen unterschiedlichen Standort als ein beliebiger Standort auf einer beliebigen gespeicherten Route befindet.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Umgebungsregel so ausgelegt, dass sie ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß Gefahren und Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, wie von Endoskop oder einem anderen Abtastmittel empfangen. Somit umfasst die Umgebungsregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich zumindest ein chirurgisches Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei ZULÄSSIGE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort zumindest eines chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Anders ausgedrückt wird jedes Element in der chirurgischen Umgebung gemäß der Umgebungsregel identifiziert, um festzustellen, welches eine Gefahr oder ein Hindernis (und ein Weg bei einem beliebigen chirurgischen Eingriff) ist, und jede Gefahr und jedes Hindernis (und jeder Weg) werden in einer kommunikationsfähigen Datenbank gespeichert. BESCHRÄNKTE Bewegungen sind als Bewegungen definiert, bei denen sich zumindest ein chirurgisches Werkzeug im Wesentlichen am gleichen Standort wie die Gefahren oder Hindernisse befindet; und die ZULÄSSIGEN Bewegungen sind Bewegungen, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von jenem der Gefahren oder Hindernisse im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß anderen Ausführungsformen sind Gefahren und Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus Geweben, chirurgischen Werkzeugen, Organen, Endoskopen und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Benutzereingaberegel so ausgelegt, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Somit umfasst die Benutzereingaberegel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank; ist die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt.
Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die Eingabe n räumliche 3D-Positionen; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei zumindest eine davon als ein ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als ein BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen ZULÄSSIGEN 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen ZULÄSSIGEN 3D-Positionen unterscheidet.
Gemäß anderen Ausführungsformen umfasst die Eingabe zumindest eine Regel, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird.
Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandeln.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Proximitätsregel so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und zumindest einem weiteren chirurgischen Werkzeug definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß unterschiedlichen Bereichen definiert werden. Somit ist die Proximitätsregel gemäß dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen, die innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, die BESCHRÄNKTEN Bewegungen hingegen sind Bewegungen, die außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen, die außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, die BESCHRÄNKTEN Bewegungen hingegen sind Bewegungen, die innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Es sei darauf hingewiesen, dass der oben genannte Abstand aus dem Folgenden ausgewählt sein kann:

(f) einem Abstand zwischen der Spitze des ersten Werkzeugs und der Spitze des zweiten Werkzeugs;
(g) einem Abstand zwischen dem Körper des ersten Werkzeugs und der Spitze des zweiten Werkzeugs;
(h) einem Abstand zwischen dem Körper des ersten Werkzeugs und dem Körper des zweiten Werkzeugs;
(i) einem Abstand zwischen der Spitze des ersten Werkzeugs und dem Körper des zweiten Werkzeugs; und einer beliebigen Kombination davon.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Proximitätsregel so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei ZULÄSSIGE Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung (z. B. Gewebe, Organ, weiteres chirurgisches Werkzeug oder eine beliebige Kombination davon) definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einen Bereich fallen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einen Bereich fallen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus Gewebe, Organ, weiterem chirurgischem Werkzeug oder einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist das chirurgische Werkzeug ein Endoskop. Das Endoskop ist so ausgelegt, dass es Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Regel zum rechten Werkzeug so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise rechts von diesem positioniert, bestimmt. Gemäß dieser Regel wird das Werkzeug, das als rechtes Werkzeug definiert ist, vom Endoskop konstant verfolgt. Gemäß manchen Ausführungsformen ist das rechte Werkzeug als das Werkzeug definiert, das sich rechts vom Endoskop befindet; gemäß anderen Ausführungsformen kann ein beliebiges Werkzeug als das rechte Werkzeug definiert werden. Eine zulässige Bewegung ist gemäß der Regel zum rechten Werkzeug eine Bewegung, bei der das Endoskopsichtfeld an einen Standort bewegt wird, der im Wesentlichen dem Standort des rechten Werkzeugs entspricht, wodurch das rechte Werkzeug verfolgt wird. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist gemäß der Regel zum rechten Werkzeug eine Bewegung, bei der das Endoskopsichtfeld an einen Standort bewegt wird, der sich vom Standort des rechten Werkzeugs im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung eines chirurgischen Werkzeugs in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise links von diesem positioniert, bestimmt. Gemäß dieser Regel wird das Werkzeug, das als linkes Werkzeug definiert ist, vom Endoskop konstant verfolgt. Gemäß manchen Ausführungsformen ist das linke Werkzeug als das Werkzeug definiert, das sich links vom Endoskop befindet; gemäß anderen Ausführungsformen kann ein beliebiges Werkzeug als das linke Werkzeug definiert werden. Eine zulässige Bewegung ist gemäß der Regel zum linken Werkzeug eine Bewegung, bei der das Endoskopsichtfeld an einen Standort bewegt wird, der dem Standort des linken Werkzeugs im Wesentlichen entspricht. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist gemäß der Regel zum linken Werkzeug eine Bewegung, bei der das Endoskopsichtfeld an einen Standort bewegt wird, der sich vom Standort des linken Werkzeugs im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Sichtfeldregel so ausgelegt, dass sie ein Sichtfeld definiert und dieses Sichtfeld aufrechterhält. Die Sichtfeldregel ist so definiert, dass die Regel, wenn das Endoskop so ausgelegt ist, dass es einen vordefinierten Werkzeugsatz in einem gewünschten Sichtfeld verfolgt, wenn sich eines dieser Werkzeuge nicht länger im Sichtfeld befindet, das Endoskop zum Herauszoomen anweist, um das Werkzeug wieder in das Sichtfeld einzubringen. Somit umfasst die Sichtfeldregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Somit umfasst die Sichtfeldregel gemäß einer weiteren Ausführungsform der Sichtfeldregel eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt. Die Sichtfeldregel umfasst des Weiteren eine kommunikationsfähige Datenbank von m Werkzeugen und die räumlichen 3D-Standorte dieser, wobei m eine ganze Zahl größer gleich 1 ist und wobei ein Werkzeug ein chirurgisches Werkzeug, ein anatomisches Element und eine beliebige Kombination davon sein kann. Die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen stellt ein vordefiniertes Sichtfeld bereit. Die Sichtfeldregel ist so ausgelegt, dass sie eine ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops bestimmt, so dass die m räumlichen 3D-Positionen der Werkzeuge zumindest eine der n räumlichen 3D-Positionen des Sichtfelds umfassen, und wobei BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich die räumliche 3D-Position zumindest eines Werkzeugs von den n räumlichen 3D-Positionen des Sichtfelds im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Regel zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; die Regel zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet. Anders ausgedrückt definiert die Regel zur bevorzugten Volumenzone ein Volumen von Interesse (ein gewünschtes Volumen von Interesse), so dass eine ZULÄSSIGE Bewegung gemäß der Regel zur bevorzugten Volumenzone eine Bewegung ist, bei der das Endoskop (oder ein beliebiges chirurgisches Werkzeug) an einen Standort innerhalb des definierten bevorzugten Volumens bewegt wird. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist gemäß der Regel zur bevorzugten Volumenzone eine Bewegung, bei der das Endoskop (oder ein beliebiges chirurgisches Werkzeug) an einen Standort außerhalb des definierten bevorzugten Volumens bewegt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Regel zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank, in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist; die Regel zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des bevorzugten Werkzeugs bestimmt. Anders ausgedrückt definiert die Regel zum bevorzugten Werkzeug ein bevorzugtes Werkzeug (d. h. ein Werkzeug von Interesse), das der Benutzer zu verfolgen wünscht. Eine zulässige Bewegung ist gemäß der Regel zum bevorzugten Werkzeug eine Bewegung, bei der das Endoskop an einen Standort bewegt wird, der dem Standort des bevorzugten Werkzeugs im Wesentlichen entspricht. Eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist eine Bewegung, bei der das Endoskop an einen Standort bewegt wird, der sich vom Standort des bevorzugten Werkzeugs im Wesentlichen unterscheidet. Somit verfolgt das Endoskop gemäß der Regel zum bevorzugten Werkzeug das bevorzugte Werkzeug konstant, so dass das Sichtfeld vom Endoskop aus gesehen konstant das bevorzugte Werkzeug ist. Es sei angemerkt, dass der Benutzer in der Regel zum bevorzugten Werkzeug definieren kann, dass konstant an der Spitze des bevorzugten Werkzeugs geklebt wird, oder alternativ kann der Benutzer in der Regel zum bevorzugten Werkzeug definieren, dass der Körper oder ein beliebiger Standort auf dem bevorzugten Werkzeug konstant verfolgt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Sperrzonenregel so ausgelegt, dass sie eine BESCHRÄNKTE Zone definiert, in die kein Werkzeug (oder alternativ kein vordefiniertes Werkzeug) eintreten darf. Somit umfasst die Sperrzonenregel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie eine BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie eine ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass BESCHRÄNKTE Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt, dass sie definiert (in Echtzeit, während des Eingriffs oder vor dem Eingriff), welches Werkzeug das am häufigsten verwendete Werkzeug ist (d. h. das Werkzeug, das während des Eingriffs am häufigsten bewegt wird), und dass sie das Manövrierteilsystem zum konstanten Positionieren des Endoskop anweist, um die Bewegung dieses Werkzeugs zu verfolgen. Somit umfasst die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, die die Anzahl von Bewegungen jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs mit der größten Anzahl von Bewegungen verfolgt. Bei einer weiteren Ausführungsform der Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug misst die kommunikationsfähige Datenbank die Bewegungsmenge jedes der chirurgischen Werkzeuge; wobei die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs mit der größten Bewegungsmenge verfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das System so ausgelegt, dass es den Arzt über eine BESCHRÄNKTE Bewegung zumindest eines chirurgischen Werkzeugs alarmiert. Der Alarm kann ein Audiosignal, ein Sprachsignal, ein Lichtsignal, ein Blinksignal und eine beliebige Kombination davon sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine ZULÄSSIGE Bewegung eine Bewegung, die von der Steuereinheit erlaubt wird, und ist eine BESCHRÄNKTE Bewegung eine Bewegung, die von der Steuereinheit verweigert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Benutzereingaberegelfunktion so ausgelegt, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt. Anders ausgedrückt empfängt die Benutzereingaberegelfunktion Anweisungen vom Arzt dahingehend, was als ZULÄSSIGE Bewegungen angesehen werden kann und welche Bewegungen BESCHRÄNKTE Bewegungen sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Benutzereingaberegel so ausgelegt, dass sie eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisheriger Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bei zumindest einem bisherigen chirurgischen Eingriff bestimmt. Somit umfasst die verlaufsbasierte Regel gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, in der jede räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest ein chirurgisches Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt, dass sie ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon. Somit umfasst die Regel zu werkzeugabhängigen ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß dieser Ausführungsform kann der Benutzer z. B. die Struktur des chirurgischen Werkzeugs definieren, die er vom Endoskop verfolgen lassen möchte. Somit verfolgt das Endoskop gemäß der Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen das chirurgische Werkzeug mit den vordefinierten Charakteristika, wie vom Benutzer definiert, konstant.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Bewegungserkennungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank, die räumliche Echtzeit-3D-Daten jedes chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei die Bewegungsregel so ausgelegt ist, dass sie eine Bewegung zumindest eines chirurgischen Werkzeugs erkennt. Wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Position dieses chirurgischen Werkzeugs empfangen wird, sind ZULÄSSIGE Bewegungen Bewegungen, bei denen das Endoskop umgelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das System des Weiteren ein Manövrierteilsystem, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist. Das Manövrierteilsystem ist so ausgelegt, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz umpositioniert.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist das zumindest eine Standortschätzungsmittel zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst, um den Standort zumindest eines chirurgischen Werkzeugs zu schätzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Standortschätzungsmittel zumindest eines, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem optischen Bildgebungsmittel, einem Funkfrequenzsende- und Funkfrequenzempfangsmittel, zumindest einer Kennzeichnung auf zumindest einem chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das zumindest eine Standortschätzungsmittel eine Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und zumindest einem chirurgischen Werkzeug, wobei das Schnittstellenteilsystem (a) zumindest eine Anordnung, die N Normallichtquellen oder N Strukturlichtquellen umfasst, wobei N eine positive ganze Zahl ist; (b) zumindest eine Anordnung, die M Kameras umfasst, wobei M eine positive ganze Zahl ist; (c) optional optische Marker und ein Mittel zum Anbringen der optischen Marker an zumindest einem chirurgischen Werkzeug; und (d) einen computergestützten Algorithmus umfasst, der über die Steuereinheit betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus so ausgelegt ist, dass er von jeder Kamera jeder der M Kameras empfangene Bilder aufzeichnet und anhand dieser die Position jedes der Werkzeuge berechnet, und des Weiteren so ausgelegt ist, dass er die Ergebnisse der Berechnung automatisch an den humanen Benutzer der Schnittstelle bereitstellt.
Es ist hinlänglich bekannt, dass die Chirurgie eine höchstdynamische Verfahrensweise mit einer sich konstant verändernden Umgebung ist, die von vielen Variablen abhängt. Eine nicht-einschränkende Liste dieser Variablen beinhaltet z. B. den Chirurgietyp, den Arbeitsraum (z. B. mit Fremdobjekten, dynamischen nicht-korrelierten Bewegungen usw.), den Typ von Werkzeugen, die während des chirurgischen Eingriffs verwendet werden, einen sich verändernden Hintergrund, relative Bewegungen, dynamische Verfahrensweisen, dynamische Eingabe vom Benutzer und die Anamnese des Patienten. Aus diesem Grund besteht ein Bedarf an einem System, das in der Lage ist, alle Variablen durch Gewichten deren Wichtigkeit und Entscheiden, an welche räumliche Position das Endoskop umpositioniert werden sollte, zu berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung kann außerdem verwendet werden, um die Schnittstelle zwischen den Benutzern (z. B. dem Chirurgen, dem operierenden medizinischen Assistenten, den Kollegen des Chirurgen usw.) zu verbessern. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch verwendet werden, um ein automatisiertes Manövrierteilsystem zu steuern und/oder anzuweisen, so dass dieses das Endoskop auf ein vom Chirurgen ausgewähltes Instrument oder eine beliebige andere Region von Interesse fokussiert. Dies kann durchgeführt werden, um den Standort zumindest eines chirurgischen Werkzeugs während eines chirurgischen Eingriffs zu schätzen. Die vorliegende Erfindung offenbart außerdem ein chirurgisches Verfolgungsteilsystem, das so ausgelegt ist, dass es ein Endoskop automatisch und/oder halbautomatisch in eine vordefinierte Region von Interesse führt und umpositioniert. Dieser Vorgang wird von einem oder mehreren Bildverarbeitungsalgorithmen unterstützt, die so ausgelegt sind, dass sie die empfangenen Daten des Endoskops in Echtzeit analysieren und die chirurgische Umgebung des Endoskops bewerten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System ein "intelligentes" Verfolgungsteilsystem, das von einer Manövrierfunktion f(t) (t ist die Zeit) Anweisungen in Bezug darauf empfängt, wohin das Endoskop zu lenken ist, und das das Manövrierteilsystem zum Umpositionieren des Endoskops in den erforderlichen Bereich anweist.
Die Manövrierfunktion f(t) empfängt als Eingabe eine Ausgabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen g_i(t), analysiert deren Ausgabe und stellt eine Anweisung an das "intelligente" Verfolgungssystem bereit (das das Endoskop schließlich umlenkt).
Gemäß manchen Ausführungsformen ist jeder Anweisungsfunktion g_i(t) auch eine Gewichtungsfunktion α_i(t) zugewiesen.
Die Anweisungsfunktionen g_i(t) der vorliegenden Erfindung sind Funktionen, die so konfiguriert sind, dass sie die Umgebung des Endoskops und des chirurgischen Eingriffs bewerten und Daten ausgeben, die das Verfolgungsteilsystem führen, um die räumliche Position des Manövrierteilsystems und des Endoskops zu steuern. Die Anweisungsfunktionen g_i(t) können aus einer Gruppe ausgewählt sein, bestehend aus:

a. einer Werkzeugerkennungsfunktion g₁(t);
b. einer Bewegungserkennungsfunktion g₂(t);
c. einer Organerkennungsfunktion g₃(t);
d. einer Kollisionserkennungsfunktion g₄(t);
e. einer Benutzereingabefunktion g₅(t);
f. einer Prognosefunktion g₆(t);
g. einer Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₇(t);
h. einer Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug g₈(t);
i. einer Funktion zum rechten Werkzeug g₉(t);
j. einer Funktion zum linken Werkzeug g₁₀(t);
k. einer Sichtfeldfunktion g₁₁(t);
l. einer Funktion zur bevorzugten Volumenzone g₁₂(t);
m. einer Sperrzonenfunktion g₁₃(t);
n. einer Proximitätsfunktion g₁₄(t);
o. einer Funktion zum markierten Werkzeug g₁₅(t);
p. einer Funktion zum bevorzugten Werkzeug g₁₆(t);

Beispielsweise empfängt somit die Manövrierfunktion f(t) eine Eingabe von zwei Anweisungsfunktionen: der Kollisionserkennungsfunktion g₄(t) (der Funktion, die Informationen darüber bereitstellt, ob der Abstand zwischen zwei Elementen kleiner als ein vordefinierter Abstand ist) und von der Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug g₈(t) (die Funktion zählt die Male, die jedes Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs bewegt wird, und stellt Informationen darüber bereit, ob sich das am häufigsten bewegte oder am häufigsten verwendete Werkzeug gerade bewegt). Die Ausgabe, die von der Kollisionserkennungsfunktion g₄(t) bereitgestellt wird, ist, dass sich ein chirurgisches Werkzeug gefährlich nahe an einem Organ in der chirurgischen Umgebung befindet. Die Ausgabe, die von der Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug g₈(t) bereitgestellt wird, ist, dass sich das Werkzeug, das statistisch als das am häufigsten bewegte Werkzeug identifiziert wurde, gerade bewegt.
Die Manövrierfunktion f(t) weist danach jeder der Anweisungsfunktionen Gewichtungsfunktionen α_i(t) zu. Beispielsweise wird der Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug g₈(t) eine größere Gewichtung als der Kollisionserkennungsfunktion g₄(t) zugewiesen.
Nachdem die Manövrierfunktion f(t) die von den Anweisungsfunktionen g_i(t) und deren jeweiligen Gewichtungsfunktionen α_i(t) empfangenen Informationen analysiert hat, gibt sie Anweisungen an das Manövrierteilsystem zum Umlenken des Endoskops aus (entweder zum Fokussieren auf das sich bewegende Werkzeug oder auf das Werkzeug, das sich dem Organ gefährlich nahe annähert).
Es sei hervorgehoben, dass das gesamte Vorstehende (und die folgende Offenbarung) durch konstantes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren des räumlichen 3D-Standorts jedes Elements/Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
Die Identifizierung wird durch herkömmliche Mittel bereitgestellt, die dem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optisches Mittel usw.).
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das chirurgische Verfolgungsteilsystem:

a. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst;
b. ein Manövrierteilsystem, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche Position des Endoskops während des laparoskopischen chirurgischen Eingriffs steuert; und
c. ein Verfolgungsteilsystem, das mit dem Manövrierteilsystem in Kommunikation steht, das so ausgelegt ist, dass es das Manövrierteilsystem steuert, um die räumliche Position des Endoskops auf eine Region von Interesse zu lenken und zu modifizieren.

Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Verfolgungsteilsystem einen Datenprozessor. Der Datenprozessor ist so ausgelegt, dass er eine Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung durchführt und das Manövrierteilsystem anweist, die räumliche Position des Endoskops gemäß einer Eingabe zu modifizieren, die von einer Manövrierfunktion f(t) empfangen wurde; wobei die Manövrierfunktion f(t) so ausgelegt ist, dass sie (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen g_i(t) empfängt, wobei i 1 ... n ist und n ≥ 2 und wobei t Zeit ist; wobei i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen auf Basis der Eingabe von den zumindest zwei Anweisungsfunktionen g_i(t) an das Manövrierteilsystem ausgibt, um das Endoskop räumlich in der Region von Interesse zu positionieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Werkzeugerkennungsfunktion g₁(t) so ausgelegt, dass sie Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung erkennt. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Werkzeugerkennungsfunktion so ausgelegt, dass sie chirurgische Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den erkannten chirurgischen Werkzeugen anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen können die Funktionen g_i(t) die unterschiedlichen erkannten Bereiche in der chirurgischen Umgebung gemäß einer Reihungsskala reihen (z. B. 1 bis 10), wobei verbotene Bereiche (d. h. Bereiche, die als Bereich definiert sind, in den die chirurgischen Werkzeuge nicht eintreten dürfen) den niedrigsten Wert (z. B. 1) erhalten, und bevorzugte Bereich (d. h. Bereiche, die als Bereich definiert sind, in dem die chirurgischen Werkzeuge gehalten werden sollten) den höchsten Wert (z. B. 10) erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Funktion g₁(t) so ausgelegt, dass sie Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung erkennt und die Manövrierfunktion f(t) informiert, wenn sie sich in bevorzugten Bereichen oder in verbotenen Bereichen befinden.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Bewegungserkennungsfunktion g₂(t) eine kommunikationsfähige Datenbank, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes der chirurgischen Werkzeuge in der chirurgischen Umgebung umfasst; und um eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu erkennen, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, und ein Mittel zum Ausgeben von Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zum bewegten chirurgischen Werkzeug anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Organerkennungsfunktion g₃(t) so ausgelegt, dass sie physiologische Organe in der chirurgischen Umgebung erkennt und die erkannten Organe als verbotene Bereiche oder bevorzugte Bereiche klassifiziert. Beispielsweise wenn der Benutzer das System anweist, dass es sich bei dem spezifischen chirurgischen Eingriff um eine Nierenoperation handelt, klassifiziert die Organerkennungsfunktion g₃(t) die Nieren (oder eine Niere, wenn sich der chirurgische Eingriff auf eine einzelne Niere bezieht) als bevorzugten Bereich und andere Organe als verbotene Bereiche. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Werkzeugerkennungsfunktion so ausgelegt, dass sie Organe in der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den erkannten Organen anzuweisen. Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Funktion zum rechten Werkzeug so ausgelegt, dass sie ein rechts vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das rechte Werkzeug und zum Überwachen des rechten Werkzeugs anzuweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum linken Werkzeug so ausgelegt, dass sie ein links vom Endoskop positioniertes chirurgisches Werkzeug erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops auf das linke Werkzeug und zum Überwachen des linken Werkzeugs anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Kollisionserkennungsfunktion g₄(t) so ausgelegt, dass sie verbotene Bereiche innerhalb der chirurgischen Umgebung erkennt, um Kollisionen zwischen dem Endoskop und den verbotenen Bereichen zu verhindern. Beispielsweise wenn sich das Endoskop in einem engen Bereich befindet, in dem eine präzise Bewegung dieses bevorzugt wird, erkennt und klassifiziert die Kollisionserkennungsfunktion g₄(t) unterschiedliche Bereiche (z. B. Nerven, Venen, Organwände) als verbotene Bereiche. Somit ist die Kollisionsverhinderungsfunktion gemäß dieser Ausführungsform so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zum chirurgischen Werkzeug und zum anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung anzuweisen, wenn der Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element geringer als der vordefinierte Abstand ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus Gewebe, Organ, weiterem chirurgischem Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Benutzereingabefunktion g₅(t) so ausgelegt, dass sie eine Eingabe vom Benutzer empfängt. Die Eingabe kann z. B. eine Eingabe in Bezug auf verbotene Bereiche in der chirurgischen Umgebung, eine Eingabe in Bezug auf zulässige Bereiche in der chirurgischen Umgebung oder eine Eingabe in Bezug auf die Region von Interesse und eine beliebige Kombination davon sein. Die Benutzereingabefunktion g₅(t) kann Anweisungen vom Benutzer vor oder während des chirurgischen Eingriffs empfangen und entsprechend reagieren. Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Benutzereingabefunktion des Weiteren einen Auswahlalgorithmus zum Auswählen von Bereichen umfassen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: verbotenen Bereichen, zulässigen Bereichen, Regionen von Interesse und einer beliebigen Kombination davon. Die Auswahl kann über eine Eingabevorrichtung (z. B. einen berührungsempfindlichen Bildschirm) durchgeführt werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Benutzereingabefunktion g₅(t) eine kommunikationsfähige Datenbank; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems empfängt; wobei die Eingabe n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; und dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem z um Lenken des Endoskops an die zumindest eine empfangene räumliche 3D-Position anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Prognosefunktion g₆(t) zu ausgelegt, dass sie Daten in Bezug auf eine chirurgische Umgebung zu einer Zeit t_f > t₀ bereitstellt, wobei t₀ die aktuelle Zeit ist und t_f eine künftige Zeit ist. Die Prognosefunktion g₆(t) kann mit einer Datenbank kommunizieren, die Daten in Bezug auf die Umgebung des chirurgischen Eingriffs (z. B. die Organe in der Umgebung) speichert. Diese Daten können von der Prognosefunktion g₆(t) zum Prognostizieren von erwarteten oder unerwarteten Ereignissen oder erwarteten oder unerwarteten Objekten während der Operation verwendet werden. Somit umfasst die Prognosefunktion g₆(t) gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Prognosefunktion so ausgelegt ist, dass sie (a) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge (oder jedes Objekts) prognostiziert; und (b) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₇(t) so ausgelegt, dass sie Daten in Bezug auf die chirurgische Umgebung oder den laparoskopischen Eingriff auf Basis der statistischen Vergangenheitsdaten bereitstellt, die in einer Datenbank gespeichert sind. Die Daten in Bezug auf die chirurgische Umgebung können z. B. sein: Daten in Bezug auf verbotene Bereiche, Daten in Bezug auf zulässige Bereiche, Daten in Bezug auf die Region von Interesse und eine beliebige Kombination davon. Somit umfasst die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₆(t) gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₆(t) so ausgelegt ist, dass sie (a) eine statistische Analyse der räumlichen 3D-Positionen jedes der chirurgischen Werkzeuge in der Vergangenheit durchführt; und (b) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (c) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen. Somit werden die bisherigen Bewegungen jedes Werkzeugs gemäß der Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₇(t) analysiert und eine Prognose der nächsten Bewegung des Werkzeugs wird gemäß dieser Analyse bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug g₈(t) eine kommunikationsfähige Datenbank, die die Bewegungsmenge jedes chirurgischen Werkzeugs zählt, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet; wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops anweist, um das Endoskop konstant zu positionieren, so dass die Bewegung des am häufigsten bewegten Werkzeugs verfolgt wird. Die Bewegungsmenge eines Werkzeugs kann als Gesamtanzahl von Bewegungen dieses Werkzeugs oder als Gesamtdistanz, den das Werkzeug bewegt hat, definiert sein.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Funktion zum rechten Werkzeug g₉(t) so ausgelegt, dass sie zumindest ein chirurgisches Werkzeug in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise ein rechts vom Endoskop positioniertes, erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum konstanten Lenken des Endoskops zum rechten Werkzeug und zum Überwachen dieses anzuweisen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das rechte Werkzeug als das Werkzeug definiert, das sich rechts vom Endoskop befindet; gemäß anderen Ausführungsformen kann ein beliebiges Werkzeug als das rechte Werkzeug definiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum linken Werkzeug g₁₀(t) so ausgelegt, dass sie zumindest ein chirurgisches Werkzeug in einer spezifizierten Position in Bezug auf das Endoskop, vorzugsweise ein links vom Endoskop positioniertes, erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum konstanten Lenken des Endoskops zum linken Werkzeug und zum Überwachen dieses anzuweisen. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen ist das linke Werkzeug als das Werkzeug definiert, das sich links vom Endoskop befindet; gemäß anderen Ausführungsformen kann ein beliebiges Werkzeug als das linke Werkzeug definiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sichtfeldfunktion g₁₁(t) eine kommunikationsfähige Datenbank, die _n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aus allen der n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position im Wesentlichen innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen anzuweisen, so dass ein konstantes Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktion zur bevorzugten Volumenzone g₁₂(t) eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone g₁₂(t) so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position im Wesentlichen innerhalb der bevorzugten Volumenzone anzuweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sperrzonenfunktion g₁₃(t) eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung bereitstellen; wobei die Sperrzonenfunktion g₁₃(t) so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position anzuweisen, die sich von allen n räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Proximitätsfunktion g₁₄(t) so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den zwei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Abstand zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen kleiner oder größer als der vordefinierte Abstand ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Proximitätsfunktion g₁₄(t) so ausgelegt, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; und dass sie das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zu den drei chirurgischen Werkzeugen anweist, wenn der Winkel zwischen den zwei chirurgischen Werkzeugen kleiner oder größer als der vordefinierte Winkel ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktion zur bevorzugten Volumenzone eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen die bevorzugte Volumenzone bereitstellen; wobei die Funktion zur bevorzugten Volumenzone so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops zur bevorzugten Volumenzone anzuweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sichtfeldfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aus allen der n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position im Wesentlichen innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen anzuweisen, so dass ein konstantes Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sperrzonenfunktion eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung bereitstellen; wobei die Sperrzonenfunktion so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an zumindest eine räumliche 3D-Position anzuweisen, die sich von allen n räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank, die die Bewegungsmenge jedes chirurgischen Werkzeugs zählt, das sich innerhalb der chirurgischen Umgebung befindet; wobei die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops anweist, um das Endoskop konstant zu positionieren, so dass die Bewegung des am häufigsten bewegten Werkzeugs verfolgt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Prognosefunktion g₆(t) zu ausgelegt, dass sie Daten in Bezug auf eine chirurgische Umgebung zu einer Zeit t_f > t bereitstellt, wobei t die aktuelle Zeit ist und t_f die künftige Zeit ist. Die Prognosefunktion g₆(t) kann mit einer Datenbank kommunizieren, die Daten in Bezug auf die Umgebung des chirurgischen Eingriffs (z. B. die Organe in der Umgebung) speichert. Diese Daten können von der Prognosefunktion g₆(t) zum Prognostizieren von erwarteten oder unerwarteten Ereignissen oder Objekten während der Operation verwendet werden. Somit umfasst die Prognosefunktion gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Prognosefunktion so ausgelegt ist, dass sie (a) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (b) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₇(t) so ausgelegt, dass sie Daten in Bezug auf die chirurgische Umgebung oder den laparoskopischen Eingriff auf Basis der statistischen Vergangenheitsdaten bereitstellt, die in einer Datenbank gespeichert sind. Die Daten in Bezug auf die chirurgische Umgebung können z. B. sein: Daten in Bezug auf verbotene Bereiche, Daten in Bezug auf zulässige Bereiche, Daten in Bezug auf die Region von Interesse. Somit umfasst die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse gemäß dieser Ausführungsform eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung gespeichert wird, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse so ausgelegt ist, dass sie (a) die räumlichen 3D-Positionen jedes der chirurgischen Werkzeuge in der Vergangenheit statistisch analysiert; und (b) die künftige räumliche 3D-Position jedes der chirurgischen Werkzeuge prognostiziert; und (c) Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum Lenken des Endoskops an die künftige räumliche 3D-Position anzuweisen. Somit werden die bisherigen Bewegungen jedes Werkzeugs gemäß der Funktion zur statistischen Vergangenheitsanalyse g₇(t) analysiert und eine Zukunftsprognose der nächsten Bewegung des Werkzeugs wird gemäß dieser Analyse bereitgestellt.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Funktion zum bevorzugten Werkzeug eine kommunikationsfähige Datenbank, wobei in der Datenbank ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert ist, wobei die Funktion zum bevorzugten Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövriersystem zum konstanten Lenken des Endoskops zum bevorzugten Werkzeug anzuweisen, so dass das Endoskop das bevorzugte Werkzeug konstant verfolgt.
Somit verfolgt das Endoskop gemäß der Funktion zum bevorzugten Werkzeug das bevorzugte Werkzeug konstant, so dass das Sichtfeld vom Endoskop aus gesehen konstant am bevorzugten Werkzeug gehalten wird. Es sei angemerkt, dass der Benutzer in der Funktion zum bevorzugten Werkzeug definieren kann, dass konstant an der Spitze des bevorzugten Werkzeugs geklebt wird, oder alternativ kann der Benutzer in der Funktion zum bevorzugten Werkzeug definieren, dass der Körper oder ein beliebiger Standort auf dem bevorzugten Werkzeug konstant verfolgt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Funktion zum markierten Werkzeug g₁₅(t) ein Mittel, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung erkennt und Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum konstanten Lenken des Endoskops zum markierten chirurgischen Werkzeug anzuweisen. Somit verfolgt das Endoskop gemäß der Funktion zum markierten Werkzeug das bevorzugte (d. h. markierte) Werkzeug konstant, so dass das Sichtfeld vom Endoskop aus gesehen konstant am bevorzugten (markierten) Werkzeug gehalten wird. Es sei angemerkt, dass der Benutzer in der Funktion zum markierten Werkzeug definieren kann, dass konstant an der Spitze des bevorzugten (markierten) Werkzeugs geklebt wird, oder alternativ kann der Benutzer in der Funktion zum markierten Werkzeug definieren, dass der Körper oder ein beliebiger Standort auf dem bevorzugten (markierten) Werkzeug konstant verfolgt wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist das Mittel so ausgelegt, dass es das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung konstant markiert.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst die Funktion zum bevorzugten Werkzeug g₁₆(t) eine kommunikationsfähige Datenbank. In der Datenbank ist ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert; und die Funktion zum bevorzugten Werkzeug ist so ausgelegt, dass sie Anweisungen an das Verfolgungsteilsystem ausgibt, um das Manövrierteilsystem zum Lenken des Endoskops zum bevorzugten Werkzeug anzuweisen.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das System des Weiteren ein Mittel, das zum erneuten Markieren des zumindest einen der chirurgischen Werkzeuge ausgelegt ist, bis ein gewünschtes Werkzeug ausgewählt ist.
Gemäß manchen Ausführungsformen umfasst das System des Weiteren ein Mittel, das ausgelegt ist, um zwischen den chirurgischen Werkzeugen zu wechseln. Gemäß manchen Ausführungsformen wird das Wechseln manuell oder automatisch durchgeführt.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die Gewichtungsfunktionen α_i(t) zeitlich variierende Funktionen (oder Konstanten), wobei deren Wert vom Benutzer oder der Ausgabe der Anweisungsfunktionen g_i(t) bestimmt wird. Beispielsweise wenn eine spezifische Funktion g_i(t) ein wichtiges Ereignis oder Objekt entdeckt hat, können Gewichtungsfunktionen α_i(t) davon angepasst werden, um die Chancen zu erhöhen, dass die Manövrierfunktion f(t) das Manövrierteilsystem zum Bewegen des Endoskops hin zu diesem wichtigen Ereignis oder Objekt anweist.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Verfolgungsteilsystem diverse Bildverarbeitungsalgorithmen umsetzen, die auch auf dem Gebiet hinlängliche bekannte Algorithmen sein können. Die Bildverabeitungsalgorithmen können z. B. sein: Bildstabilisierungsalgorithmen, Bildoptimierungsalgorithmen, Bildkompilierungsalgorithmen, Bildverbesserungsalgorithmen, Bilderkennungsalgorithmen, Bildklassifizierungsalgorithmen, Bildkorrelationen mit dem Herzkreislauf oder dem Atmungskreislauf des humanen Körpers, Rauchverringerungsalgorithmen, Dunstverringerungsalgorithmen, Dampfverringerungsalgorithmen und eine beliebige Kombination davon. Rauch-, Dunst- und Dampfverringerungsalgorithmen können erforderlich sein, da bekannt ist, dass Rauch, Dunst oder Dampf unter gewissen Umständen vom oder aus dem Endoskop ausgestoßen werden kann. Der Bildverarbeitungsalgorithmus kann auch umgesetzt und verwendet werden, um 2D- oder 3D-Darstellungen zu analysieren, die aus Echtzeitbildern der chirurgischen Umgebung erhalten werden.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann das Endoskop eine Bilderfassungsvorrichtung umfassen, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: einer Kamera, einer Videokamera, einem elektromagnetischen Sensor, einer Computertomographiebildgebungsvorrichtung, einer fluoroskopischen Bildgebungsvorrichtung, einer Ultraschallbildgebungsvorrichtung und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann das System auch eine Anzeige umfassen, die so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe oder Ausgabe in Bezug auf den Betrieb des Systems an den Benutzer bereitstellt. Die Anzeige kann verwendet werden, um die erfassten Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung mit verbesserten Realitätselementen auszugeben. Die Anzeige kann auch zum Definieren der Region von Interesse durch den Benutzer verwendet werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Endoskop von einer Endoskopsteuereinheit gesteuert werden, um Vorgänge wie z. B. Erfassen der Echtzeitbilder und Hineinzoomen in einen vordefinierten Bereich durchzuführen. Beispielsweise kann die Endoskopsteuereinheit das Endoskop veranlassen, die Echtzeitbilder in Korrelation mit dem Herzkreislauf oder dem Atmungskreislauf eines humanen Körpers zu erfassen.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann der Datenprozessor der vorliegenden Erfindung einen Mustererkennungsalgorithmus ausführen, um den Betrieb der Anweisungsfunktionen g_i(t) zu unterstützen. Der Mustererkennungsalgorithmus kann als Teil des Bildverarbeitungsalgorithmus verwendet werden.
Es sei hervorgehoben, dass das gesamte Vorstehende (und die folgende Offenbarung) durch konstantes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren des räumlichen 3D-Standorts jedes Elements/Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
Die Identifizierung wird durch herkömmliche Mittel bereitgestellt, die dem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optisches Mittel usw.).
Die vorliegende Erfindung offenbart des Weiteren ein Verfahren zum Unterstützen eines Benutzers bei der Durchführung eines chirurgischen Eingriffs, das die Schritte umfasst:

a. Bereitstellen eines chirurgischen Steuersystems, das umfasst: (i) zumindest ein chirurgisches Werkzeug; (ii) zumindest ein Standortschätzungsmittel; und (iii) eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank kommunikationsfähig ist;
b. Einführen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers;
c. Schätzen des Standorts des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung; und
d. Steuern der räumlichen Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs innerhalb der chirurgischen Umgebung mithilfe der Steuereinheit; wobei der Schritt des Steuerns durch Speichern eines vordefinierten Regelsatzes in der Datenbank durchgeführt wird, wobei der vordefinierte Regelsatz ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen von der Steuereinheit gesteuert wird.

Die vorliegende Erfindung offenbart außerdem ein Verfahren zum Unterstützen eines Benutzers bei der Durchführung eines laparoskopischen Eingriffs an einem humanen Körper. Das Verfahren umfasst die Schritte:

a. Bereitstellen eines chirurgischen Verfolgungssystems, das umfasst: (i) zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder einer chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst; (ii) ein Manövrierteilsystem, das mit dem Endoskop in Kommunikation steht; und (iii) ein Verfolgungsteilsystem, das mit dem Manövrierteilsystem in Kommunikation steht, wobei das Verfolgungsteilsystem einen Datenprozessor umfasst;
b. Durchführen einer Echtzeitbildverarbeitung der chirurgischen Umgebung;
c. Steuern des Manövrierteilsystems über das Verfolgungsteilsystem, wodurch die räumliche Position des Endoskops gemäß einer Eingabe, die von einer Manövrierfunktion f(t) empfangen wurde, zu einer Region von Interesse gelenkt und modifiziert wird; wobei die Manövrierfunktion f(t) so ausgelegt ist, dass sie (a) eine Eingabe von zumindest zwei Anweisungsfunktionen g_i(t) empfängt, wobei i 1 ... n ist und n ≥ 2; wobei t Zeit ist; wobei i und n ganze Zahlen sind; und (b) Anweisungen auf Basis der Eingabe von den zumindest zwei Anweisungsfunktionen g_i(t) an das Manövrierteilsystem ausgibt, um das Endoskop räumlich in der Region von Interesse zu positionieren.

Es sei hervorgehoben, dass das gesamte Vorstehende (und die folgende Offenbarung) durch konstantes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren des räumlichen 3D-Standorts jedes Elements/Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
Die Identifizierung wird durch herkömmliche Mittel bereitgestellt, die dem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optisches Mittel usw.).
Die vorliegende Erfindung offenbart des Weiteren ein chirurgisches Steuersystem, das umfasst:

Das System ist so ausgelegt, dass es eine Benachrichtigung an den Benutzer ausgibt, wenn sich die aktualisierten Charakteristika wesentlich von den vordefinierten Charakteristika unterscheiden.
Somit wird gemäß dieser Ausführungsform jedes Element in der chirurgischen Umgebung charakterisiert. Die Charakteristika werden konstant überwacht. Wenn sich die Charakteristika wesentlich ändern, benachrichtigt das System den Benutzer.
Beispielsweise könnte das überwachte Element ein Organ sein und ist das überwachte Charakteristikum dessen Konturen. Wenn sich die Konturen signifikant verändert haben (was z. B. implizieren könnte, dass das Organ eingeritzt wurde), alarmiert das System den Benutzer.
Es sei hervorgehoben, dass das gesamte Vorstehende durch konstantes Überwachen und Lokalisieren/Identifizieren des räumlichen 3D-Standorts jedes Elements/Werkzeugs in der chirurgischen Umgebung ermöglicht wird.
Die Identifizierung wird durch herkömmliche Mittel bereitgestellt, die dem Fachmann bekannt sind (z. B. Bildverarbeitung, optisches Mittel usw.).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die vordefinierten Charakteristika aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus einer Farbe des Elements, räumlichem 3D-Standort des Elements, Konturen des Elements und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System außerdem zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System außerdem zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es den Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs schätzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System außerdem eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert.
Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein System zum Steuern eines chirurgischen Eingriffs bereit, das die Schritte umfasst:

a. Erhalten eines Systems, das umfasst: i. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild einer chirurgischen Umgebung in einem humanen Körper bereitstellt; ii. zumindest ein Verarbeitungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es n Elemente innerhalb des Echtzeitbildes der chirurgischen Umgebung eines humanen Körpers in Echtzeit definiert, wobei n eine ganze Zahl größer als 0 ist; wobei jedes der Elemente durch vordefinierte Charakteristika charakterisiert ist; iii. Bildverarbeitungsmittel, das mit dem Endoskop in Kommunikation steht, das so ausgelegt ist, dass es das Echtzeitbild verarbeitet und Echtzeitaktualisierungen der vordefinierten Charakteristika bereitstellt; iv. eine kommunikationsfähige Datenbank, die mit dem Verarbeitungsmittel und dem Bildverarbeitungsmittel in Kommunikation steht, die so ausgelegt ist, dass sie die vordefinierten Charakteristika und die aktualisierten Charakteristika speichert;
b. Bereitstellen eines Echtzeitbildes einer chirurgischen Umgebung in einem humanen Körper;
c. Definieren der n Elemente;
d. Charakterisieren jedes der Elemente mit den vordefinierten Charakteristika;
e. Bereitstellen einer Echtzeitaktualisierung der vordefinierten Charakteristika;
f. Benachrichtigen des Benutzers, wenn sich die aktualisierten Charakteristika wesentlich von den vordefinierten Charakteristika unterscheiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die vordefinierten Charakteristika aus einer Gruppe ausgewählt, bestehend aus einer Farbe des Elements, räumlichem 3D-Standort des Elements, Konturen des Elements und einer beliebigen Kombination davon.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines chirurgischen Werkzeugs, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt des Bereitstellens zumindest eines Standortschätzungsmittels, das so ausgelegt ist, dass es den Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs schätzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren außerdem einen Schritt des Bereitstellens einer Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das System der vorliegenden Erfindung außerdem eine Bildverarbeitungseinheit. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bildverarbeitungseinheit so ausgelegt, dass sie "Rauschen" vom empfangenen Bild durch Verringern der Sichtbarkeit von z. B. durch Koagulation verursachten Rauch im Bild reduziert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Bildverarbeitungseinheit so ausgelegt, dass sie "Rauschen" vom empfangenen Bild durch Verringern der Sichtbarkeit von am Endoskop angesammelten Dunst oder Dampf im Bild reduziert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum rechten Werkzeug so ausgelegt, dass sie das Manövrierteilsystem zum konstanten Positionieren des Endoskop anweist, um die Bewegung des rechten Werkzeugs (d. h. des rechts vom Endoskop positionierten Werkzeugs) zu verfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum linken Werkzeug so ausgelegt, dass sie das Manövrierteilsystem zum konstanten Positionieren des Endoskop anweist, um die Bewegung des linken Werkzeugs (d. h. des links vom Endoskop positionierten Werkzeugs) zu verfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sichtfeldfunktion so ausgelegt, dass sie das Manövrierteilsystem zum konstanten Positionieren des Endoskops anweist, so dass ein konstantes Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Sperrzonenfunktion so ausgelegt, dass sie eine Sperrzone (entweder in Echtzeit, während des Eingriffs oder vor dem Eingriff) definiert und das Manövrierteilsystem zum Beschränken des Zutritts des Endoskops zur Sperrzone anweist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Funktion zum am häufigsten verwendeten Werkzeug so ausgelegt, dass sie definiert (in Echtzeit, während des Eingriffs oder vor dem Eingriff), welches Werkzeug das am häufigsten verwendete Werkzeug ist (d. h. das Werkzeug, das während des Eingriffs am häufigsten bewegt wird), und dass sie das Manövrierteilsystem zum konstanten Positionieren des Endoskop anweist, um die Bewegung des am häufigsten verwendeten Werkzeugs zu verfolgen.
Es folgen Beispiele für mehrere der oben genannten Regeln und Funktionen.
Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die eine allgemeine schematische Ansicht einer spezifischen Ausführungsform eines chirurgischen Verfolgungssystems 100 ist. In dieser Figur sind chirurgische Elemente 17b und 17c und ein Endoskop 21 veranschaulicht, das mithilfe eines Manövrierteilsystems 19 gemäß den Anweisungen manövriert werden kann, die von einem Verfolgungsteilsystem empfangen werden, das von einem Computer 15 betreibbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie oben definiert, kann der Benutzer die Sichtfeldfunktion so definieren, dass sie zumindest eines der chirurgischen Instrumente 17b und 17c konstant überwacht.
Gemäß dieser Ausführungsform kann das chirurgische Verfolgungssystem 100 auch einen oder mehrere knopfbetriebene Drahtlossender 12a umfassen, die bei Aktivierung eine einzelne Codewelle 14 über eine Antenne 13 an einen verbundenen Empfänger 11 zu senden, der ein vom Computer 15 verarbeitetes Signal erzeugt, wodurch die räumliche Position des Endoskops 21 zur Region von Interesse gelenkt und modifiziert wird, wie von der Sichtfeldfunktion definiert.
Wenn der Abstand zwischen den chirurgischen Instrumenten 17b und 17c kleiner als ein vordefinierter Abstand ist (wie durch die Kollisionsverhinderungsregel definiert), alarmiert das System gemäß der Proximitätsregel alternativ den Benutzer darüber, dass jede Bewegung jedes der chirurgischen Instrumente 17b und 17c, die den Abstand verringert, eine BESCHRÄNKTE Bewegung ist.
Es wird nur auf 2 Bezug genommen, die schematisch den Betrieb der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Gemäß dieser Figur umfasst das System der vorliegenden Erfindung eine Anzeige 30, auf der der gesamte Eingriff für den Benutzer dargestellt wird. In dieser Figur wird ein Endoskop automatisch räumlich hin zu einer Region von Interesse 38 umpositioniert.
Die Region von Interesse, in die das Endoskop umpositioniert wird, umfasst Werkzeuge 37b und 37c, die vom Verfolgungsteilsystem (nicht gezeigt) eines Computers 15 automatisch umpositioniert werden. Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Umpositionierung des Endoskops automatisch oder halbautomatisch erfolgen. Gemäß 2 beispielsweise bewirkt ein sanftes Drücken des Knopfs an einem Drahtlossender 12a, der generische Codes aussendet, dass ein Code gesendet wird, der von einer Empfängerantenne 13 empfangen wird, wobei die Kommunikation über einen verbundenen Empfänger 11 an den Computer 15 erfolgt. Dieser Betrieb bewirkt, dass das Endoskop der vorliegenden Erfindung räumlich in die vordefinierte Region von Interesse (z. B. an den Standort, an dem sich die Arbeiten befinden) umpositioniert wird. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Benutzer die Region von Interesse als die Region definieren, in der sich eine Spitze 35b des Werkzeugs 37b befindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Benutzer eines der chirurgischen Instrumente 17b und 17c als bevorzugtes Werkzeug definieren. Somit überwacht und verfolgt das Endoskop gemäß der Regel zum bevorzugten Werkzeug den Körper des ausgewählten Werkzeugs konstant. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Benutzer die Regel zum bevorzugten Werkzeug so definieren, dass sie das Endoskop konstant auf der Spitze dieses umpositioniert (siehe Spitze 35b in 2).
Gemäß der in 2 veranschaulichten Ausführungsform wird die Aktivierung des Systems durch einen Knopf bereitgestellt, der dem System signalisiert, dass es zu aktivieren ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Knopf mit dem gewünschten zu überwachenden Werkzeug verbunden sein, so dass das Endoskop das Werkzeug überwacht, mit dem der Knopf verbunden ist (und von dem das Signal 12a ausgesendet wird).
Es wird nun erneut auf 2 Bezug genommen, wobei das Verfolgungsteilsystem, nachdem eine Region von Interesse definiert wurde, so ausgelegt ist, dass es nach der Spitze 35b innerhalb der Region von Interesse sucht, indem eine Bildverarbeitung durchgeführt wird. Wenn die Spitze 35b vom Verfolgungsteilsystem nicht erkannt wird, kann das System das Endoskop vorwärts entlang eines vordefinierten Wegs bewegen. Wenn die Spitze 35b vom Verfolgungsteilsystem erkannt wird, fokussiert sich das Endoskop automatisch auf die Region von Interesse.
Während des chirurgischen Eingriffs verändert der Chirurg häufig die Position seiner Werkzeuge und sogar deren Einführungspunkt. Um ein Positions- und Bereichssystem umzusetzen, können viele hinlänglich bekannte Technologien verwendet werden. Beispielsweise können die Werkzeuge mit Schaltern ausgestattet werden. Wenn die Schalter Drahtlossignale aussenden, kann eine Anordnung von Antennen verwendet werden, um die Leistung des an jeder Antenne empfangenen Signals zu vergleichen, so dass der Winkel des Schalters und dessen ungefährer Bereich in Bezug auf den Kamerahaltemechanismus bestimmt werden. Wenn der Schalter Ultraschall aussendet, können sodann ultraschallempfindliche Mikrophone verwendet werden, um die Position des Schalters zu triangulieren. Dies gilt auch für einen lichtaussendenden Schalter. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein einzelner Drahtlosaussendungscode verwendet und eine Auswahl erfolgt anhand einer graphischen Darstellung auf einem herkömmlichen Anzeigebildschirm.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jedes Instrument mit einem Drahtlossender mit eindeutigem Code ausgestattet und die Auswahl erfolgt durch Drücken dessen Knopfs.
Gemäß unterschiedlichen Ausführungsformen kann das Verfolgungsteilsystem der vorliegenden Erfindung bei einem beliebige herkömmlichen kameraunterstützten laparoskopischen Chirurgiesystem verwendet werden, das ein Endoskop umfasst. Nach Drücken zumindest eines Knopfs auf einem Sender zum Aktivieren des Verfolgungsteilsystems wird entweder ein generischer oder ein eindeutiger Code an eine Empfängervorrichtung gesendet, die mit einem Computer verbunden ist, der das Manövrierteilsystem zum Umpositionieren des Endoskops in eine Region von Interesse anweist.
Beispielsweise kann das System der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einem Benutzer (z. B. einem Chirurgen) zu ermöglichen, das chirurgische Instrument Chirurgiekollegen und Personal vorzulegen. Durch Identifizieren des chirurgischen Instruments über das Verfolgungsteilsystem lenkt das Endoskop die Sicht auf die vordefinierte Region von Interesse.
Gemäß manchen Ausführungsformen kann das Verfolgungsteilsystem ein chirurgisches Werkzeug nach dessen Charakterisierung vor dem chirurgischen Eingriff identifizieren. Die Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs können in einer Datenbank zur weiteren Verwendung im Bildverarbeitungsalgorithmus gespeichert werden. Bei Drücken zumindest eines Knopfs kann das Verfolgungsteilsystem das Manövrierteilsystem zum Bewegen des Endoskops anweisen, so dass der gewünschte Fokus auf eine spezifische Region von Interesse erzielt wird.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung weist viele technologische Vorteile auf, z. B.:

• Vereinfachung der Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Chirurgen und mechanischen Assistenten.
• Nahtlose Interaktion mit herkömmlichen computergestützten automatisierten Endoskopsystemen.
• Einfache Konstruktion und Zuverlässigkeit.
• Benutzerfreundlichkeit

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus den folgenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung hervor.
Um die Steuerung des Endoskops zu verbessern, umfasst das System der vorliegenden Erfindung ein Manövrierteilsystem. Viele Manövriersysteme sind auf dem Gebiet bekannt und viele davon haben mehrere Freiheitsgrade:

(a) ein Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System das Endoskop oder Laparoskop vor- und rückwärts bewegt;
(b) ein weiterer Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System das Endoskop oder Laparoskop in einer Zoombewegung bewegt, d. h. Hineinzoomen in den Körper des Patienten und Herauszoomen aus diesem durch den Penetrationspunkt;
(c) ein weiterer Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System das Endoskop oder Laparoskop nach rechts und links bewegt;
(d) ein weiterer Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System die Bewegungen des Endoskops oder Laparoskops nach rechts und links feineinstellt;
(e) ein weiterer Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System die Vor- und Rückwärtsbewegungen des Endoskops oder Laparoskops feineinstellt;
(f) ein weiterer Freiheitsgrad ermöglicht, dass das System die Kamera in Bezug auf die Längsachse des Endoskops dreht. Dieser Freiheitsgrad ist erforderlich, damit sich der Horizont des Bildes bei Verwendung eines Endoskops mit einer "schrägen Kante" nicht verändert.

Solche Manövriersysteme werden von der vorliegenden Erfindung verwendet, um das Endoskop auf den gewünschten Standort umzupositionieren.
Die vorliegende Erfindung wird verwendet, um die Schnittstelle zwischen dem Chirurgen und automatisierten Assistenten zu verbessern, indem das aktuelle Instrument der Wahl des Chirurgen kommuniziert wird und Standortdaten an die bildverarbeitende Datenverarbeitungssoftware geliefert werden, wodurch der Fokus des Endoskops auf diese Wahl gelenkt wird. Die Technologie basiert auf der Kombination eines herkömmlichen laparoskopischen Systems mit Daten, die z. B. von kleinen HF-Senders erhalten werden, die an einem chirurgischen Werkzeug angebracht sind, oder alternativ mit Daten, die von Lichtsendern (z. B. LED-Birnen) erhalten werden, die an einem chirurgischen Werkzeug angebracht sind.
Für den Fachmann ist offensichtlich, dass es mehrere Ausführungsformen der Erfindung gibt, die sich in ihren Konstruktionsdetails unterscheiden, ohne dass dadurch deren essentielles Wesen beeinflusst wird, und daher ist die Erfindung nicht durch das in den Figuren Veranschaulichte und in der Schrift Beschriebene eingeschränkt, sondern nur wie in den beiliegenden Ansprüchen angeführt, wobei der korrekte Umfang nur durch die breitmöglichste Interpretation der Ansprüche bestimmt wird.
2a zeigt ein Beispiel für eine Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei einem chirurgischen laparoskopischen Eingriff am Bauch.
2b zeigt ein Beispiel für eine Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei einem chirurgischen endoskopischen Eingriff am Knie.
Schließlich zeigt 2c ein Beispiel für eine Verwendung des Systems der vorliegenden Erfindung bei einem chirurgischen endoskopischen Eingriff an der Schulter.
BEISPIELE
Es werden Beispiele angeführt, um die bei der vorliegenden Erfindung beanspruchten Ausführungsformen zu belegen. Das Beispiel, bei dem es sich um einen klinischen Test handelt, beschreibt die Art und den Prozess der vorliegenden Erfindung und bietet die von den Erfindern als beste Weise zum Ausführen der Erfindung angesehene Weise, ohne dabei jedoch als die Erfindung einschränkend ausgelegt zu werden.
In den nachstehenden Beispielen beziehen sich ähnliche Zahlen auf ähnliche Teile in allen Figuren.
Beispiel 1 – Verfolgungssystem mit Kollisionsvermeidungssystem
Eine Ausführungsform eines solchen regelbasierten Systems umfasst den Folgenden Befehlssatz:
Erkennung (durch Gd ausgewiesen):

Gd1 Werkzeugstandorterkennungsfunktion
Gd2 Organerkennungsfunktion (z. B. Leber)
Gd3 Funktion zur Bewegungsberechnung (Vektor) und -schätzung
Gd4 Kollisionswahrscheinlichkeitserkennungsfunktion

Werkzeuganweisungen (durch Gt ausgewiesen):

Gt1 Gemäß manuellem Befehl bewegen
Gt2 Bewegung stoppen

Das Szenario – manueller Bewegungsbefehl durch den Chirurgen:
Die Standorte Gd1(t) und Gd2(t) werden in jedem Schritt in Echtzeit berechnet (anhand eines Bildes oder Standortmarkers).
Der Werkzeugbewegungsvektor Gd3(t) wird anhand von Gd1(t) als Unterschied zwischen dem aktuellen Standort und zumindest einem vorherigen Standort berechnet (wobei wahrscheinlich auch bisherige Bewegungsvektoren berücksichtigt werden).
Die Kollisionswahrscheinlichkeit – Gd4(t) – wird z. B. anhand des Unterschieds zwischen dem Standort Gd1 und dem Standort Gd2 (je kleiner der Abstand desto näher die Proximität und desto höher die Kollisionswahrscheinlichkeit) anhand des Bewegungsvektors Gd3(t) berechnet, der eine Kollision anzeigt, usw.
Die Werkzeuganweisungen-Gt1-Gewichtungsfunktion α₁(t) = 1, wenn Gt1(t) < ein vordefinierten Schwellenwert und 0, andernfalls Werkzeuganweisungen-Gt2-Gewichtungsfunktion α₂(t) = 1, wenn Gt2(t) > ein vordefinierter Schwellenwert und 0, andernfalls Werkzeuganweisungen = α₁(t)·Gt1 + α₂(t)·Gt2(t)
Unter Bezugnahme auf 3 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform eines Verfolgungssystems und Kollisionsvermeidungssystems gezeigt. Das System verfolgt ein Werkzeug 310 und die Leber 320, um zu bestimmen, ob eine Kollision zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 im Rahmen des nächsten Zeitschritts möglich ist. Die 3a und 3b zeigen, wie das Verhalten des Systems vom Abstand 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 abhängt, die 3c und 3d hingegen zeigen, wie eine Bewegung des Werkzeugs 310 das Verhalten beeinflusst. In 3a ist der Abstand 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 groß genug, dass in diesem Zeitschritt keine Kollision möglich ist. Da keine Kollision möglich ist, wird keine Bewegung des Werkzeugs befohlen. In 3b ist der Abstand 330 zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 klein genug, dass eine Kollision wahrscheinlich ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Leber 320 wegzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt jedoch keine Bewegung 340; bei diesen Ausführungsformen bleibt das Werkzeug 310 nahe an der Leber 320. Bei noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, beschränkt die Bewegung 350 jedoch nicht oder befiehlt jedoch keine Bewegung 340 weg von der Leber. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Die 3c und 3d veranschaulichen schematisch die Auswirkung der Bewegung eines Werkzeugs 310 auf das Kollisionsvermeidungssystem. In den 3c und 3d ist das Werkzeug 310 nahe genug an der Leber 320, so dass eine Kollision zwischen den beiden möglich ist. Wenn das System nur die Positionen des Werkzeugs 310 und der Leber 320 verfolgen würde, würde sodann eine Bewegung des Werkzeugs 310 weg von der Leber 320 befohlen werden. 3c veranschaulicht die Auswirkung einer Bewegung 350, die den Abstand zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 erhöhen würde. Da die Bewegung 350 von der Leber 320 weg ist, ist in diesem Zeitschritt keine Kollision möglich und es wird keine Bewegung des Werkzeugs 310 befohlen.
In 3d befindet sich das Werkzeug 310 im gleichen Abstand zur Leber 320 wie in 3c. In 3d ist die Bewegung 350 des Werkzeugs 310 jedoch hin zur Leber 320, wodurch eine Kollision zwischen dem Werkzeug 310 und der Leber 320 möglich ist. Bei manchen Ausführungsformen wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Leber 320 wegzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt jedoch keine Bewegung 340; bei dieser Ausführungsform bleibt das Werkzeug 310 nahe an der Leber 320. Bei nach anderen Ausführungsformen warnt das System dem Benutzer, dass eine Bewegung BESCHRÄNKT ist, beschränkt die Bewegung 350 jedoch nicht oder befiehlt jedoch keine Bewegung 340 weg von der Leber. Eine solche Warnung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Als nicht-einschränkendes Beispiel kann die Kollisionserkennungsfunktion bei einer Operation an der Leber den Benutzer warnen, dass eine Kollision zwischen einem Werkzeug und der Leber wahrscheinlich ist, ohne die Kollision jedoch zu verhindern. Bei einer Operation an der Gallenblase kann die Kollisionserkennungsfunktion eine Kollision zwischen dem Werkzeug und der Leber verhindern, entweder indem sie die Bewegung verhindert oder eine Bewegung befiehlt, die das Werkzeug von der Leber weglenkt.
Beispiel 2 – Verfolgungssystem mit weicher Steuerung (Soft Control) – schnelle Bewegung, wenn nichts in der Nähe ist, langsame Bewegung, wenn etwas in der Nähe ist
Eine Ausführungsform eines solchen regelbasierten Systems umfasst den Folgenden Befehlssatz:
Erkennung (durch Gd ausgewiesen):

Hauptwerkzeugstandorterkennungsfunktion (durch GdM):
Gd-tool1-K-Werkzeugstandorterkennungsfunktion;
Gd-organ2-L-Organerkennungsfunktion (z. B. Leber);
Gd3 Funktion zur Hauptwerkzeugbewegungsberechnung (Vektor) und -schätzung;
Gd4 Proximitätserkennungsfunktion;

Werkzeuganweisungen (durch Gt ausgewiesen):

Gt1 Bewegungsvektor (Richtung und Geschwindigkeit) gemäß manuellem Befehl.

Das Szenario – manueller Bewegungsbefehl durch den Chirurgen:
Die Standorte GdM(t), Gd-tool1-K(t) und Gd-organ2-L(t) werden in jedem Schritt in Echtzeit berechnet (anhand eines Bildes oder Standortmarkers).
Der Hauptwerkzeugbewegungsvektor Gd3(t) wird anhand von GdM(t) als Unterschied zwischen dem aktuellen Standort und zumindest einem vorherigen Standort berechnet (wobei wahrscheinlich auch bisherige Bewegungsvektoren berücksichtigt werden).
Die Proximität des Hauptwerkzeugs zu anderen Werkzeugen – Gd4(t) – wird z. B. als kleinster der Unterschiede zwischen dem Hauptwerkzeugstandort und den Standorten der anderen Werkzeuge berechnet.
Werkzeuganweisungen-Gt1-Gewichtungsfunktion α₁(t) ist proportional zur Werkzeugproximitätsfunktion Gd4(t), je näher das Werkzeug desto langsamer die Bewegung, so dass z. B. α₂(t) = Gd4/max.(Gd4) oder α₂(t) = log(Gd4/max.(Gd4)) wobei max(Gd4) der maximale Abstand ist, der anhand der Abstände, der Geschwindigkeit des Werkzeugs und des Bewegungsvektors wahrscheinlich zu einer Kollision führt. Werkzeuginstrument = α₁(t)·Gt1
Beispiel 3 – Verfolgungssystem mit Sperrregel/-funktion
Unter Bezugnahme auf 4 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit Sperrregel gezeigt. Das System verfolgt ein Werkzeug 310 in Bezug auf eine Sperrzone (460), um zu bestimmen, ob das Werkzeug im Rahmen des nächsten Zeitschritts in die Sperrzone (460) eintreten wird. Bei diesem Beispiel umgibt die Sperrzone 460 die Leber.
Die 4a und 4b zeigen, wie das Verhalten des Systems vom Standort der Werkzeugspitze in Bezug auf die Sperrzone abhängt, die 4c und 4d hingegen zeigen, wie eine Bewegung des Werkzeugs das Verhalten beeinflusst.
In 4a befindet sich das Werkzeug 310 außerhalb der Sperrzonenregel/-funktion 460 und es wird keine Bewegung des Werkzeugs befohlen. In 4b befindet sich das Werkzeug 310 innerhalb der Sperrzone 460.
Die Sperrzonenregel/-funktion arbeitet wie folgt:
Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Bewegung 350 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Sperrzone 460 wegzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung weiter in die Sperrzone hinein (als Bewegung 340 ausgewiesen, siehe 4c), befiehlt jedoch keine Bewegung 340; bei diesen Ausführungsformen bleibt das Werkzeug 310 nahe an der Sperrzone 460.
Bei noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, beschränkt die Bewegung weiter in die Sperrzone hinein jedoch nicht oder befiehlt jedoch keine Bewegung 340 weg von der Sperrzone 460. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Die 4c und 4d veranschaulichen schematisch die Auswirkung der Bewegung des Werkzeugs auf den Betrieb der Sperrzonenregel/-funktion. In den 4c und 4d ist das Werkzeug 310 nahe genug an der Sperrzone 460 (der Abstand 330 ist klein genug), so dass ein Eintritt des Werkzeugs während des nächsten Zeitschritts in die Sperrzone möglich ist. 4c veranschaulicht die Auswirkung einer Bewegung 340, die den Abstand zwischen dem Werkzeug 310 und der Sperrzone 460 erhöhen würde. Da die Bewegung 340 von der Sperrzone 460 weg ist, ist in diesem Zeitschritt keine Kollision möglich und es wird keine Bewegung des Werkzeugs 310 befohlen.
In 4d befindet sich das Werkzeug 310 im gleichen Abstand zur Sperrzone 460 wie in 4c. In 4d ist die Bewegung 340 des Werkzeugs jedoch hin zur Sperrzone 460, wodurch ein Eintritt des Werkzeugs 310 in die Sperrzone 460 möglich ist. Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Bewegung 350 befohlen, um das Werkzeug 310 von der Sperrzone 460 wegzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 340, befiehlt jedoch keine Bewegung 350; bei diesen Ausführungsformen bleibt das Werkzeug 310 nahe an der Sperrzone 460. Bei noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, beschränkt die Bewegung 340 jedoch nicht oder befiehlt jedoch keine Bewegung 350 weg von der Sperrzonenregel/funktion 460. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Beispiel 4 – Verfolgungssystem mit Regel/Funktion zur bevorzugten Volumenzone
Unter Bezugnahme auf 5 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit Funktion/Regel zur bevorzugten Volumenzone gezeigt.
Das System verfolgt ein Werkzeug 310 in Bezug auf eine bevorzugte Volumenzone (570), um zu bestimmen, ob das Werkzeug im Rahmen des nächsten Zeitschritts die bevorzugte Volumenzone (570) verlassen wird.
Bei diesem Beispiel erstreckt sich die bevorzugte Volumenzone 570 über den rechten Leberlappen. Die 5a und 5b zeigen, wie das Verhalten des Systems vom Standort der Werkzeugspitze in Bezug auf die bevorzugte Volumenzone 570 abhängt, die 5c und 5d hingegen zeigen, wie eine Bewegung des Werkzeugs das Verhalten beeinflusst (d. h. die Regel/Funktion zur bevorzugten Volumenzone).
In 5a befindet sich das Werkzeug 310 innerhalb der bevorzugten Volumenzone 570 und es wird keine Bewegung des Werkzeugs befohlen. In 5b befindet sich das Werkzeug 310 außerhalb der bevorzugten Volumenzone 570.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 von der bevorzugten Volumenzone 570 wegzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 340; bei diesen Ausführungsformen bleibt das Werkzeug 310 nahe an der bevorzugten Volumenzone 570. Bei noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass die Bewegung 340 BESCHRÄNKT ist. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Die 5c und 5d veranschaulichen schematisch die Auswirkung der Bewegung des Werkzeugs auf den Betrieb der Regel/Funktion zum bevorzugten Volumen. In den 5c und 5c ist das Werkzeug 310 nahe genug am Rand der bevorzugten Volumenzone 570, so dass es möglich ist, dass das Werkzeug die bevorzugte Volumenzone während des nächsten Zeitschritts verlässt.
5c veranschaulicht die Auswirkung einer Bewegung 350, die das Werkzeug 310 tiefer in die bevorzugte Volumenzone 570 führen würde. Da die Bewegung 350 in das bevorzugte Volumen 570 ist, ist die Bewegung eine zulässige Bewegung.
In 5d ist die Bewegung 350 des Werkzeugs jedoch aus dem bevorzugten Volumen 570 heraus, wodurch möglich wird, dass das Werkzeug 310 das bevorzugte Volumen 570 verlässt.
Gemäß einer veranschaulichten Ausführungsform wird eine Bewegung 340 befohlen, um das Werkzeug 310 in die bevorzugte Volumenzone 570 hineinzubewegen. Bei anderen Ausführungsformen verhindert das System eine Bewegung 350, befiehlt jedoch keine Bewegung 340; bei diesen Ausführungsformen bleibt das Werkzeug 310 nahe an der bevorzugten Volumenzone 570. Bei noch anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass die Bewegung BESCHRÄNKT ist, beschränkt die Bewegung 350 jedoch nicht oder befiehlt jedoch keine Bewegung 340 weg von der bevorzugten Volumenzone 570. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Beispiel 5 – Organ-/Werkzeugerkennungsfunktion
Unter Bezugnahme auf 6 wird nicht-einschränkend eine Ausführungsform eines Organerkennungssystems gezeigt (es sei jedoch angemerkt, dass dieses auch zum Erkennen von Werkzeugen anstatt von Organen bereitgestellt wird).
Die räumlichen 3D-Positionen sind für jedes Organ in einer Datenbank gespeichert. In 6 ist ein Umfang jedes Organs markiert, um den Rand des Volumens von räumlichen 3D-Standorten anzuzeigen, die in der Datenbank gespeichert sind.
In 6 ist die Leber 610 mit einer strichlierten Linie gekennzeichnet. Der Magen 620 ist mit einer langstrichlierten Linie gekennzeichnet, der Darm 630 mit einer durchgehenden Linie und die Gallenblase 640 mit einer gepunkteten Linie.
Bei manchen Ausführungsformen ist auch eine Kennzeichnung oder Markierung, die für den Benutzer sichtbar ist, dargestellt. Es kann ein beliebiges Verfahren zum Identifizieren von Markern verwendet werden, das auf dem Gebiet bekannt ist. Bei einem nicht-einschränkenden Beispiel können bei einer erweiterten Anzeige farbige oder strukturierte Marker die Standorte der Organe anzeigen, wobei der Marker entweder den Umfang des Organs oder den Anzeigebereich anzeigt, in dem vorhanden ist.
Beispiel 6 – Werkzeugerkennungsfunktion
Unter Bezugnahme auf 7 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Werkzeugerkennungsfunktion gezeigt. Die räumlichen 3D-Positionen sind für jedes Werkzeug in einer Datenbank gespeichert. In 7 ist ein Umfang jedes Werkzeugs markiert, um den Rand des Volumens von räumlichen 3D-Standorten anzuzeigen, die in der Datenbank gespeichert sind. In 7 ist das linke Werkzeug mit einer strichlierten Linie gekennzeichnet, das rechte Werkzeug hingegen mit einer gepunkteten Linie.
Bei manchen Ausführungsformen ist auch eine Kennzeichnung oder Markierung, die für den Benutzer sichtbar ist, dargestellt. Es kann ein beliebiges Verfahren zum Identifizieren von Markern verwendet werden, das auf dem Gebiet bekannt ist. Bei einem nicht-einschränkenden Beispiel können bei einer erweiterten Anzeige farbige oder strukturierte Marker die Standorte der Werkzeuge anzeigen, wobei der Marker entweder den Umfang des Werkzeugs oder den Anzeigebereich anzeigt, in dem vorhanden ist.
Beispiel 7 – Bewegungserkennungsfunktion/-regel
Unter Bezugnahme auf 8 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Bewegungserkennungsfunktion/-regel gezeigt. 8a veranschaulicht schematisch eine Leber 810, ein linkes Werkzeug 820 und ein rechtes Werkzeug 830 zu einer Zeit t. 8b veranschaulicht schematisch die Leber 810, das linke Werkzeug 820 und das rechte Werkzeug 830 zu einer späteren Zeit t + Δt, wobei Δt ein kleines Zeitintervall ist. Bei diesem Beispiel hat sich das linke Werkzeug 820 im Zeitintervall Δt nach unten bewegt (in Richtung der Leber 810).
Das System hat eine Bewegung des linken Werkzeugs 820 erkannt und kennzeichnet diese. Dies ist in 8b durch eine strichlierte Linie um das linke Werkzeug 820 herum schematisch veranschaulicht.
Beispiel 8 – Prognosefunktion
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform der oben erörterten Prognosefunktion gezeigt.
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 + Δt, wobei Δt ein kleines Zeitintervall ist. Das linke Werkzeug 920 bewegt sich nach rechts und nach unten, das rechte Werkzeug 930 hingegen nach links und nach oben. Wenn die Bewegung fortgesetzt wird (durch die strichlierte Linie in 9c gezeigt), kollidieren die Werkzeuge bis zum Ende des nächsten Zeitintervalls, anders ausgedrückt an einem Zeitpunkt zwischen Zeit t + Δt und Zeit t + 2Δt, wie durch die Werkzeugspitzen innerhalb des gepunkteten Kreises 950 in 9c gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform verhindert das System prognostizierte Kollisionen automatisch und bei diesem Beispiel verwendet das System eine Bewegung 940, um das linke Werkzeug 920 umzulenken, so dass die Kollision verhindert wird.
Bei einer anderen Ausführungsformen warnt/signalisiert das System den/dem Benutzer, dass eine Kollision wahrscheinlich ist, verändert jedoch die Bewegung keines Werkzeugs. Eine solche Warnung/Signalisierung kann visuell oder auditiv unter Verwendung eines beliebigen der auf dem Gebiet bekannten Verfahren erfolgen.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Prognosefunktion so ausgerichtet sein, dass sie als nicht-einschränkendes Beispiel das Sichtfeld verändert, um der prognostizierten Bewegung eines Werkzeugs oder eines Organs zu folgen, um über eine prognostizierte Bewegung in eine Sperrzone zu warnen (oder diese zu verhindern) und um über eine prognostizierte Bewegung aus einer bevorzugten Zone heraus zu warnen (oder diese zu verhindern).
Beispiel 9 – Funktion/Regel zum rechten Werkzeug
Unter Bezugnahme auf 10 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Funktion zu rechten Werkzeug gezeigt. 10 veranschaulicht schematisch eine Leber 1010, ein linkes Werkzeug 1020 und ein rechtes Werkzeug 1030. Das rechte Werkzeug, das durch die strichlierte Linie 1040 schematisch veranschaulicht ist, ist gekennzeichnet und seine räumlichen 3D-Standorte werden konstant und in Echtzeit in einer Datenbank gespeichert. Nun verfolgt das Endoskop das rechte Werkzeug gemäß der Funktion/Regel zum rechten Werkzeug konstant.
Es sei darauf hingewiesen, dass die gleiche Regel/Funktion für das linke Werkzeug gilt (Funktion/Regel zum linken Werkzeug).
Beispiel 10 – Sichtfeldfunktion/-regel
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Sichtfeldfunktion/-regel gezeigt.
11a veranschaulicht schematisch ein Sichtfeld des Bauchs zu einer Zeit t. Im Sichtfeld befinden sich die Leber 1110, der Magen 1120, die Gedärme 1130 und die Gallenblase 1140.
Die Gallenblase ist links des Sichtfelds beinahe vollständig sichtbar. Es befinden sich auch zwei Werkzeuge im Sichtfeld, wobei ihre Spitzen in Proximität zur Leber angeordnet sind. Es handelt sich hierbei um ein linkes Werkzeug 1150 und ein rechtes Werkzeug 1160. Bei diesem Beispiel verfolgt die Sichtfeldfunktion/-regel das linke Werkzeug 1150. Bei diesem Beispiel bewegt sich das linke Werkzeug 1150 nach rechts, wie vom Pfeil 1170 angezeigt.
11b zeigt das Sichtfeld zu einer Zeit t + Δt. Das Sichtfeld hat sich nach rechts bewegt, so dass sich die Spitze des linken Werkzeugs 1150 immer noch beinahe in der Mitte des Sichtfelds befindet. Es ist deutlich, dass ein viel geringerer Teil der Gallenblase 1140 sichtbar ist, während ein größerer Teil des rechten Werkzeugs 1160 in das Sichtfeld eingetreten ist.
Die Sichtfeldfunktion/-regel kann auf ein ausgewähltes Werkzeug festgelegt werden, wie in diesem Beispiel, oder so, dass ein ausgewähltes Organ in der Mitte des Sichtfelds gehalten wird. Sie kann auch so festgelegt werden, dass ein bestimmter Werkzeugsatz im Sichtfeld gehalten wird, wobei nach Bedarf hinein- oder herausgezoomt wird, um zu verhindern, dass sich beliebige der ausgewählten Werkzeuge außerhalb des Sichtfelds befinden.
Alternativ definiert die Sichtfeldfunktion/-regel n räumliche 3D-Positionen; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt.
Jede Bewegung des Endoskops oder des chirurgischen Werkzeugs innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen ist eine zulässige Bewegung und jede Bewegung des Endoskops oder des chirurgischen Werkzeugs außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen ist eine beschränkte Bewegung.
Alternativ definiert die Sichtfeldfunktion/-regel n räumliche 3D-Positionen; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt.
Gemäß der Sichtfeldfunktion/-regel wird das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Beispiel 11 – Funktion/Regel zum markierten Werkzeug (oder alternativ Regel zum bevorzugten Werkzeug)
Unter Bezugnahme auf 12 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Funktion/Regel zu markierten Werkzeug gezeigt.
12 zeigt drei Werkzeuge (1220, 1230 und 1240) in Proximität zum Organ von Interesse, bei diesem Beispiel der Leber 1210.
Das Werkzeug, das für den Chirurg zu diesem Zeitpunkt während der Operation am interessantesten ist, ist das Werkzeug 1240. Das Werkzeug 1240 wurde markiert (gepunktete Linie 1250); die räumliche 3D-Position des Werkzeugs 1240 wird konstant in einer Datenbank gespeichert und dieser räumliche Standard wurde als einer von Interesse gekennzeichnet.
Das System kann diese Markierung für viele Zwecke nutzen, z. B. um das Werkzeug 1240 in der Mitte des Sichtfelds zu halten, dessen künftige Bewegung zu prognostizieren, dessen Kollision mit anderen Werkzeugen zu verhindern oder eine Kollision anderer Werkzeuge mit diesem zu verhindern, das Endoskop zum konstanten Überwachen und Verfolgen des markierten Werkzeugs 1250 anzuweisen und so weiter, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Es sei angemerkt, dass das System bei der Regel zum bevorzugten Werkzeug eines der Werkzeuge markiert und wie bei der Regel/Funktion zum markierten Werkzeug verfahrt.
Beispiel 12 – Proximitätsfunktion/-regel
Unter Bezugnahme auf 13 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Proximitätsfunktion/-regel gezeigt.
13a veranschaulicht schematisch zwei Werkzeuge (1310 und 1320), die um einen Abstand 1330 getrennt sind, der größer als ein vordefinierter Proximitätsabstand ist. Da sich das Werkzeug 1310 nicht in Proximität zum Werkzeug 1320 befindet, bewegt sich das Sichtfeld (1380) nicht.
13b veranschaulicht schematisch zwei Werkzeuge (1310 und 1320), die um einen Abstand 1330 getrennt sind, der kleiner als ein vordefinierter Proximitätsabstand ist.
Da sich das Werkzeug 1310 in Proximität zum Werkzeug 1320 befindet, bewegt sich das Sichtfeld 1380 nach oben, wie durch den Pfeil 1340 schematisch veranschaulicht, bis die Spitzen des Werkzeugs 1310 und des Werkzeugs 1320 in der Mitte des Sichtfelds 1380 sind (13c).
Wenn der Abstand 1330 zwischen den zwei Werkzeugen 1320 und 1310 kleiner als ein vordefinierter Abstand ist, alarmiert das System alternativ den Benutzer über die Proximität (die zu einer Kollision zwischen den zwei Werkzeugen führen könnte). Alternativ bewegt das System eines der Werkzeuge vom anderen weg.
Beispiel 13 – Benutzereingabefunktion/-regel
Unter Bezugnahme auf 14 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform einer Benutzereingabefunktion/-regel gezeigt. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Eingabe vom Benutzer empfangen.
Beim folgenden Beispiel ist die vom Benutzer empfangene Eingabe, welches Werkzeug zu verfolgen ist.
14a veranschaulicht schematisch ein Endoskop mit einem Sichtfeld 1480, das eine Leber 1410 und zwei Werkzeuge 1420 und 1430 zeigt. Ein Drahtlossender 1460 ist so ausgerichtet, dass er codierte Anweisungen über einen Empfänger 1470 sendet. Der Benutzer 1450 wählt zunächst die Spitze des linken Werkzeugs als Region von Interesse aus, wodurch bewirkt wird, dass das System die Spitze des linken Werkzeugs markiert (1440).
Wie in 14b veranschaulicht, lenkt und modifiziert das System sodann die räumliche Position des Endoskops, so dass die markierte Werkzeugspitze 1440 in der Mitte des Sichtfelds 1480 ist.
Ein weiteres Beispiel für die Benutzereingabefunktion/-regel ist wie folgt:
Wenn sich ein Werkzeug nahe an ein Organ in der chirurgischen Umgebung bewegt hat, verhindert das System gemäß der Proximitätsregel oder der Kollisionsverhinderungsregel gemäß einer Ausführungsform die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, nachdem das chirurgische Werkzeug gestoppt wurde, jede Bewegung des Werkzeugs in die Richtung als Eingabe vom Benutzer, die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs in die Richtung fortzusetzen, interpretiert.
Somit empfängt die Benutzereingabefunktion/-regel gemäß dieser Ausführungsform eine Eingabe vom Benutzer (d. h. vom Arzt), die Bewegung des chirurgischen Werkzeugs fortzusetzen (auch wenn es gegen die Kollisionsverhinderungsregel "verstößt"). Die Eingabe ist einfach in Form der fortgesetzten Bewegung des chirurgischen Werkzeugs (nach einer Alarmierung durch das System oder nach einer Bewegungsverhinderung durch das System).
Beispiel 14 – Regel/Funktion zum konstanten Sichtfeld
Unter Bezugnahme auf die 15A bis D wird nicht-einschränkend eine Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit einer Regel/Funktion zum konstanten Sichtfeld gezeigt.
Bei vielen endoskopischen Systemen ist die Spitzenlinse in der Kameraoptik in Bezug auf die Seiten des Endoskops nicht in einem rechten Winkel. Für gewöhnlich wird der Spitzenlinsenwinkel in Bezug auf den rechten Winkel beschrieben, so dass eine Spitzenlinse in rechten Winkeln zu den Seiten des Endoskops als einen Winkel von 0 aufweisend beschrieben wird. Für gewöhnlich haben angewinkelte Endoskopspitzenlinsen einen Winkel von 30° oder 45°. Dieser Spitzenlinsenwinkel beeinflusst das Bild, das während des Zoomens angezeigt wird. 15 veranschaulicht nicht maßstabsgetreu die Wirkung des Zoomens im Sichtfeld in einem Endoskop mit einer Spitzenlinse, die am Ende gerade festgelegt ist (15A und 15B) vs. der Wirkung des Zoomens im Sichtfelds in einem Endoskop mit einer angewinkelten Spitzenlinse (15C und 15D) bei einem herkömmlichen System.
Die 15A und 15C veranschaulichen das Endoskop (100), das Objekt, das es betrachtet (200), und das Bild, das die Endoskopkamera (130) vor dem Zoomen sieht. Die durchgehenden Pfeile (160) zeigen die Grenzwerte des FOV und der strichlierte Pfeil (170) zeigt die Mittel des Sichtfelds (FOV); da sich das Objekt in der Mittel des FOV befindet, ist ein Bild des Objekts (210) in der Mitte des Kamerabilds (130). Die 3B und 3C veranschaulichen das Endoskop (100), das Objekt, das es betrachtet (200), und das Bild, das die Endoskopkamera (130) nach dem Zoomen sieht. Die durchgehenden Pfeile (160) zeigen die Grenzwerte des FOV und der strichlierte Pfeil (170) zeigt die Mitte des Sichtfelds.
Wenn die Spitzenlinse am Ende des Endoskops gerade festgelegt ist (15A und 15B), ist ein Objekt (200) sowohl vor (15A) als auch nach (15B) dem Zoomen in der Mitte des Sichtfelds in der Mitte des Sichtfelds (FOV) (und des Kamerabilds) (130). Wenn die Spitze jedoch in einem Winkel am Ende des Endoskops festgelegt ist (15C und 15D), ist ein Objekt, das sich vor dem Zoomen (15C) in der Mitte des FOV (und des Kamerabilds) befindet, nach dem Zoomen (15D) nicht in der Mitte des FOV (oder des Kamerabilds), da die Bewegungsrichtung des Endoskops nicht in die Richtung ist, in die die Mitte des Sichtfelds (170) zeigt.
Bei einer Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung hält das Steuermittel die Mitte des Sichtfelds (FOV) während des Zoomens unabhängig vom Spitzenlinsenwinkel im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen aufrecht. Ein Vorteil des Steuerns des Zoomens des Endoskops über ein Datenverarbeitungssystem liegt darin, dass der Spitzenlinsenwinkel nicht in das Datenverarbeitungssystem eingegeben werden muss, wodurch eine potentielle Fehlerquelle ausgeschaltet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Bewegung des Endoskops eingestellt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten.
Beispiel 15 – Fehlausrichtungsregel/-funktion
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das System den Benutzer über eine beliebige Fehlausrichtung dieses Systems informieren.
Eine Fehlausrichtung des Systems kann eine störende Bewegung der Endoskopspitze bewirken, wobei sich die Endoskopspitze nicht exakt in die erwartete Richtung bewegt. Gemäß einer Ausführungsform des Systems umfasst das System Sensoren (z. B. Gyroskopen, Beschleunigungsmesser und eine beliebige Kombination davon), die die Position des Drehpunkts in Echtzeit berechnen/schätzen, um (a) den Benutzer über eine Fehlausrichtung zu informieren; oder (b) die Fehlausrichtung zu berechnen, so dass das System die Bewegung davon einstellen kann, um eine störende Bewegung zu verhindern.
Beispiel 16 – Regel/Funktion zur Geschwindigkeitsänderung
Unter Bezugnahme auf 16 ist eine nicht-einschränkende Ausführungsform eines Verfolgungssystems mit Regel/Funktion zur Geschwindigkeitsänderung gezeigt.
Bei herkömmlichen endoskopischen Steuersystemen erfolgt die Bewegung des Endoskops in einer einzelnen Geschwindigkeit. Diese Geschwindigkeit ist relativ schnell, so dass das Endoskop schnell zwischen Standorten, die hinlänglich getrennt sind, bewegt werden kann. Dies bedeutet jedoch, dass Feineinstellungen sehr schwierig werden, wodurch Feineinstellungen für gewöhnlich nicht durchgeführt werden. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Geschwindigkeit der Spitze des Endoskops automatisch variiert, so dass sich die Endoskopspitze umso langsamer bewegt, je näher sie an einem Objekt ist, sei es ein Werkzeug, ein Hindernis oder das Objekt von Interesse. Wie in 7 gezeigt, werden bei dieser Ausführungsform Messungen des Abstands X (150) von der Spitze (195) des Endoskops (100) zum Drehpunkt des Endoskops (190) vorgenommen, wobei sich der Drehpunkt auf oder nahe der Oberfläche der Haut (1100) eines Patienten (1000) befindet. Außerdem werden Messungen des Abstands Y (250) von der Spitze des Endoskops (195) zum Objekt in der Mitte der Sichtszene (200) vorgenommen. Anhand einer vordefinierten Geschwindigkeit V_p wird die tatsächliche Geschwindigkeit der Spitze des Endoskops zu einer bestimmten Zeit, V_act, berechnet durch: V_act ∝ Y / XV_p
Aus diesem Grund bewegt sich das Endoskop umso langsamer, je näher am Objekt in der Mitte der Sichtszene, wodurch die Verwendung einer automatischen Steuerung sogar von Feineinstellungen möglich wird und die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts zwischen dem Endoskop und Gewebe oder Instrumenten verringert wird.
Bei Ausführungsformen des Systems bewegt sich die Endoskopspitze umso schneller, je stärker die Steuereinheit gedrückt wird. Bei diesen Ausführungsformen stellt das System eine Warnung bereit, wenn die Geschwindigkeit über einem vordefinierten Maximum liegt. Beispiele für das Warnverfahren umfassen z. B. einen Ton für ein konstantes Volumen, einen Ton für eine konstante Steigung, einen Ton für ein variierendes Volumen, einen Ton für eine variierende Steigung, ein Stimmsignal, ein visuelles Signal für eine konstante Farbe, ein visuelles Signal für eine konstante Helligkeit, ein visuelles Signal für variierende Farbe, ein visuelles Signal für variierende Helligkeit, ein Signal, das zumindest auf einem Teil des Endoskopbilds sichtbar ist, ein Signal, das zumindest auf einem Abschnitt des Patienten sichtbar ist, ein Signal, das zumindest in einem Abschnitt der Umgebungen des Patienten sichtbar ist, eine Vibration in der Steuereinheit, eine Temperaturveränderung in der Steuereinheit und eine beliebige Kombination des Vorstehenden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Geschwindigkeit der Bewegung des Endoskops abhängig vom Abstand der Spitze des Endoskops zum Organ/Gewebe eingestellt.
In der vorstehenden Beschreibung wurden Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich bevorzugter Ausführungsformen, zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung dargeboten. Sie sollen nicht erschöpfend sein oder die Erfindung auf die offenbarte präzise Form einschränken. Offensichtliche Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehren möglich. Die Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um die Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung bestmöglich zu erläutern, und um dem Durchschnittsfachmann die Verwendung der Erfindung in diversen Ausführungsformen und mit diversen Modifikationen zu ermöglichen, wie für die bestimmte in Betracht gezogene Verwendung geeignet. All diese Modifikationen und Variationen fallen in den Umfang der Erfindung, wie durch die beiliegenden Ansprüche bestimmt, wenn sie in der Breite interpretiert werden, die ihnen ordentlich, gesetzlich und gerecht einzuräumen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6714841 [0005]

Claims

Chirurgisches Steuersystem, das umfasst: a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen; b. zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit lokalisiert; c. zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t₀ unterscheidet; und d. eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert; wobei die Datenbank der Steuereinheit mit dem Bewegungserkennungsmittel in Kommunikation steht; wobei die Datenbank der Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Regelsatz speichert, gemäß welchem ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass jede erkannte Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs durch das Bewegungserkennungsmittel gemäß dem vordefinierten Regelsatz als eine ZULÄSSIGE Bewegung oder als eine BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt wird.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 1, wobei der vordefinierte Regelsatz zumindest eine Regel umfasst, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, Regel zum markierten Werkzeug, Regel zur Geschwindigkeitsänderung und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Routenregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der eine vordefinierte Route gespeichert ist, wobei das zumindest eine chirurgische Werkzeug so ausgelegt ist, dass es sich entlang dieser innerhalb der chirurgischen Umgebung bewegt; wobei die vordefinierte Route n räumliche 3D-Positionen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route befindet, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen der vordefinierten Route unterscheidet.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Umgebungsregel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie zumindest ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung empfängt, und so ausgelegt ist, dass sie eine Echtzeitbildverarbeitung von diesem durchführt und die räumliche 3D-Position von Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt; wobei die Umgebungsregel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den Gefahren oder Hindernissen in der chirurgischen Umgebung bestimmt, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in zumindest einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von den räumlichen 3D-Positionen im Wesentlichen unterscheidet; des Weiteren wobei die Gefahren oder Hindernisse in der chirurgischen Umgebung aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Gewebe, einem chirurgischen Werkzeug, einem Organ, einem Endoskop und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Benutzereingaberegel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst; wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie eine Eingabe vom Benutzer des Systems in Bezug auf die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs empfängt; so dass die Benutzereingaberegel eine ZULÄSSIGE Bewegung in eine BESCHRÄNKTE Bewegung und eine BESCHRÄNKTE Bewegung in eine ZULÄSSIGE Bewegung umwandelt; des Weiteren wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) die Eingabe umfasst n räumliche 3D-Positionen; n ist eine ganze Zahl größer gleich 2; wobei zumindest eine davon als ZULÄSSIGER Standort und zumindest eine davon als BESCHRÄNKTER Standort definiert ist, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet; (b) die Eingabe umfasst zumindest eine Regel, gemäß welcher ZULÄSSIGE und BESCHRÄNKTE Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt werden, so dass die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs von der Steuereinheit gemäß den ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gesteuert wird; der vordefinierte Regelsatz umfasst zumindest eine Regel, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus: Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug, Regel zum rechten Werkzeug, Regel zum linken Werkzeug, Sichtfeldregel, Sperrzonenregel, Routenregel, Umgebungsregel, Benutzereingaberegel, Proximitätsregel; Kollisionsverhinderungsregel, Regel zur bevorzugten Volumenzone, Regel zum bevorzugten Werkzeug, Bewegungserkennungsregel, verlaufsbasierter Regel, Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen zumindest zwei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Abstands liegen.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Proximitätsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Winkel zwischen zumindest drei chirurgischen Werkzeugen definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die innerhalb des Bereichs oder außerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen, die außerhalb des Bereichs oder innerhalb des Bereichs des vordefinierten Winkels liegen.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Kollisionsverhinderungsregel so ausgelegt ist, dass sie einen vordefinierten Abstand zwischen dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einem anatomischen Element innerhalb der chirurgischen Umgebung definiert; wobei die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der größer als der vordefinierte Abstand ist, und wobei die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, die in einem Bereich liegen, der kleiner als der vordefinierte Abstand ist; wobei das anatomische Element aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Gewebe, einem Organ, einem weiteren chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) wobei das System des Weiteren ein Endoskop umfasst; das Endoskop so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; (b) zumindest eines der chirurgischen Werkzeugen ist ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 9, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) die Regel zum rechten Werkzeug ist so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das rechts vom Endoskop positioniert ist; des Weiteren wobei die Regel zum linken Werkzeug so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops gemäß der Bewegung des chirurgischen Werkzeugs bestimmt, das links vom Endoskop positioniert ist; (b) die Regel zum markierten Werkzeug umfasst ein Mittel, das so ausgelegt ist, dass es zumindest ein chirurgisches Werkzeug innerhalb der chirurgischen Umgebung markiert und die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops bestimmt, um die Bewegung des markierten chirurgischen Werkzeugs konstant zu verfolgen; (c) die Sichtfeldregel umfasst eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n ist eine ganze Zahl größer gleich 2; die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen stellt ein vordefiniertes Sichtfeld bereit; die Sichtfeldregel ist so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, um ein konstantes Sichtfeld aufrechtzuerhalten, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet; (d) die Regel zur bevorzugten Volumenzone umfasst eine kommunikationsfähige Datenbank, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; n ist eine ganze Zahl größer gleich 2; die n räumlichen 3D-Positionen stellen die bevorzugte Volumenzone bereit; die Regel zur bevorzugten Volumenzone ist so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops innerhalb der n räumlichen 3D-Positionen und die BESCHRÄNKTE Bewegung des Endoskops außerhalb der n räumlichen 3D-Positionen bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das Endoskop im Wesentlichen in zumindest einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des Endoskops im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet; (e) die Regel zum bevorzugten Werkzeug umfasst eine kommunikationsfähige Datenbank, in der Datenbank ist ein bevorzugtes Werkzeug gespeichert; die Regel zum bevorzugten Werkzeug ist so ausgelegt, dass sie die ZULÄSSIGE Bewegung des Endoskops bestimmt, um die Bewegung des bevorzugten Werkzeugs konstant zu verfolgen; und eine beliebige Kombination davon; (f) die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug umfasst eine kommunikationsfähige Datenbank, die die Anzahl der Bewegung jedes der chirurgischen Werkzeuge zählt; die Regel zum am häufigsten verwendeten Werkzeug ist so ausgelegt, dass es das Endoskop konstant positioniert, um die Bewegung des am häufigsten bewegten chirurgischen Werkzeugs zu verfolgen; (g) die Bewegungserkennungsregel umfasst eine kommunikationsfähige Datenbank, die die räumlichen Echtzeit-3D-Positionen jedes des chirurgischen Werkzeugs umfasst; die Bewegungserkennungsregel ist so ausgelegt, dass sie eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn eine Änderung der räumlichen 3D-Positionen empfangen wird, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen das Endoskop umgelenkt wird, um sich auf das sich bewegende chirurgische Werkzeug zu fokussieren; (h) bei der Geschwindigkeitsänderungsregel überwacht das System den Abstand zwischen der Spitze des Endoskops und zumindest einem Objekt innerhalb der chirurgischen Umgebung konstant, so dass die Geschwindigkeit des Endoskops abhängig vom Abstand variiert; und eine beliebige Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Sperrzonenregel einen kommunikationsfähige Datenbank umfasst, die n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Volumen innerhalb der chirurgischen Umgebung definieren; wobei die Sperrzonenregel so ausgelegt ist, dass sie die BESCHRÄNKTE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung innerhalb der Sperrzone liegt, und sie die ZULÄSSIGE Bewegung bestimmt, wenn die Bewegung außerhalb der Sperrzone befindet, so dass die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine des chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen in einer der n räumlichen 3D-Positionen befindet, und die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Chirurgisches Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das System des Weiteren ein Manövrierteilsystem umfasst, das mit der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei das Manövrierteilsystem so ausgelegt ist, dass es das zumindest eine chirurgische Werkzeug während eines chirurgischen Eingriffs gemäß dem vordefinierten Regelsatz räumlich umpositioniert; des Weiteren wobei das System so ausgelegt ist, dass es den Arzt auf die BESCHRÄNKTE Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs alarmiert; wobei der Alarm aus einer Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem Tonsignal, einem Sprachsignal, einem Lichtsignal, einem Blinksignal und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die verlaufsbasierte Regel eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, in der jede räumliche 3D-Position jedes des chirurgischen Werkzeugs gespeichert ist, so dass jede Bewegung jedes chirurgischen Werkzeugs gespeichert wird; wobei die verlaufsbasierte Regel so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß bisherigen Bewegungen des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs bestimmt, so dass die ZULÄSSIGEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich das zumindest eine chirurgische Werkzeug im Wesentlichen in einer der räumlichen 3D-Positionen befindet, und die BESCHRÄNKTEN Bewegungen Bewegungen sind, bei denen sich der Standort des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs im Wesentlichen von den n räumlichen 3D-Positionen unterscheidet.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 2, wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen eine kommunikationsfähige Datenbank umfasst, wobei die kommunikationsfähige Datenbank so ausgelegt ist, dass sie vordefinierte Charakteristika zumindest eines des chirurgischen Werkzeugs speichert; wobei die Regel zu werkzeugabhängigen zulässigen und BESCHRÄNKTEN Bewegungen so ausgelegt ist, dass sie die ZULÄSSIGEN und BESCHRÄNKTEN Bewegungen gemäß den vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs bestimmt; so dass zulässige Bewegungen als Bewegungen des Endoskops, das das chirurgische Werkzeug mit den vordefinierten Charakteristika verfolgt; wobei die vordefinierten Charakteristika des chirurgischen Werkzeugs aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus: physischen Abmessungen, Struktur, Gewicht, Schärfe und einer beliebigen Kombination davon.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 1, wobei zumindest eines des Folgenden gilt: (a) das zumindest eine Standortschätzungsmittel umfasst zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung innerhalb des humanen Körpers erfasst; und zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen ist so ausgelegt, dass sie Echtzeitbilder der chirurgischen Umgebung empfängt und die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs schätzt; (b) das zumindest eine Standortschätzungsmittel ist umfasst: (i) zumindest ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einem optischen Bildgebungsmittel, einem Funkfrequenzsende- und Funkfrequenzempfangsmittel, zumindest einer Kennzeichnung auf dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug und einer beliebigen Kombination davon; und (ii) zumindest eine Software zum räumlichen Standort von chirurgischen Werkzeugen, die so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs mithilfe des Elements schätzt; (c) das zumindest eine Standortschätzungsmittel ist ein Schnittstellenteilsystem zwischen einem Chirurgen und dem zumindest einen chirurgischen Werkzeugs, wobei das Schnittstellenteilsystem umfasst: (i) zumindest eine Anordnung, die N Normal- oder Strukturlichtquellen umfasst, wobei N eine positive ganze Zahl ist; (i) zumindest eine Anordnung, die M Kameras umfasst, jede der M Kameras, wobei M eine positive ganze Zahl ist; (iii) optional optische Kennzeichnungen und ein Mittel zum Anbringen der optischen Kennzeichnung an dem zumindest einen chirurgischen Werkzeug; und (iv) einen computergestützten Algorithmus, der über die Steuereinheit betreibbar ist, wobei der computergestützte Algorithmus so ausgelegt ist, dass er Bilder aufzeichnet, die von jeder Kamera jeder der M Kameras empfangen werden, und dass er anhand dieser die Position jedes der Werkzeuge berechnet, und des Weiteren so ausgelegt ist, dass er die Ergebnisse der Berechnung automatisch an den humanen Benutzer der Schnittstelle bereitstellt.
Chirurgisches Steuersystem, das umfasst: a. zumindest ein chirurgisches Werkzeug, das so ausgelegt ist, dass es in eine chirurgische Umgebung eines humanen Körpers eingeführt wird, um einen chirurgischen Eingriff zu unterstützen; b. zumindest ein Endoskop, das so ausgelegt ist, dass es ein Echtzeitbild der chirurgischen Umgebung bereitstellt; c. zumindest ein Standortschätzungsmittel, das so ausgelegt ist, dass es die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem beliebigen bestimmten Zeitpunkt t in Echtzeit lokalisiert; d. zumindest ein Bewegungserkennungsmittel, das mit einer Bewegungsdatenbank und mit dem Standortschätzungsmittel kommunikationsfähig ist; wobei die Bewegungsdatenbank so ausgelegt ist, dass sie die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f und einem Zeitpunkt t₀ speichert; wobei t_f > t₀; wobei das Bewegungserkennungsmittel so ausgelegt ist, dass es eine Bewegung des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs erkennt, wenn sich die räumliche 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t_f von der räumlichen 3D-Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs zu einem Zeitpunkt t₀ unterscheidet; und e. eine Steuereinheit mit einem Verarbeitungsmittel, das mit einer Datenbank der Steuereinheit kommunikationsfähig ist, wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumliche Position des zumindest einen chirurgischen Werkzeugs steuert; wobei die Datenbank der Steuereinheit mit dem Bewegungserkennungsmittel in Kommunikation steht; wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Steuereinheit so ausgelegt ist, dass sie die räumlichen 3D-Positionen des Endoskops umpositioniert, wenn eine Bewegung vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Chirurgisches Steuersystem nach Anspruch 16, wobei die Datenbank der Steuereinheit n räumliche 3D-Positionen umfasst; wobei n eine ganze Zahl größer gleich 2 ist; wobei die Kombination aller n räumlichen 3D-Positionen ein vordefiniertes Sichtfeld bereitstellt; wobei die Sichtfeldregel so ausgelegt ist, dass sie das Endoskop umpositioniert, wenn eine Bewegung zumindest eines der chirurgischen Werkzeuge vom Erkennungsmittel erkannt wurde, so dass das Sichtfeld aufrechterhalten wird.
Chirurgisches Verfolgungssystem nach Anspruch 2, wobei das System bei der Geschwindigkeitsänderungsregel den Abstand zwischen der Spitze des chirurgischen Werkzeugs und zumindest einem Objekt innerhalb der chirurgischen Umgebung konstant überwacht, so dass die Geschwindigkeit des chirurgischen Werkzeugs abhängig vom Abstand variiert.