DE202020005003U1

DE202020005003U1 - Apparatur zur roboterassistierten Fernsteuerung eines Ultraschallgerätes

Info

Publication number: DE202020005003U1
Application number: DE202020005003.2U
Authority: DE
Original assignee: Robe Ug Haftungsbeschraenkt; Rob'e Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Robe Ug Haftungsbeschraenkt; Rob'e Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-04-29
Anticipated expiration: 2030-12-02
Also published as: AU2021392908A1; WO2022117623A1; CN116887758A; US20240016473A1; EP4255275A1; CA3200795A1

Abstract

Konstruktion zur Roboterassistierten Fernsteuerung eines diagnostischen oder therapeutischen Griffes oder Katheters: umfasst:
• eine Vorrichtung, die aus mindestens zwei oder mehr Einheiten/Teilen für die Steuerung des Griffs oder Katheters einer diagnostischen oder therapeutischen Maschine besteht (a);
• jeder mögliche Freiheitsgrad kann durch mindestens ein motorisiertes Getriebe (b) manövriert/betätigt werden;
• die Roboterassistierte Steuerung kann für verschiedene Griffe/Sonden/Katheter von diagnostischen oder therapeutischen Maschinen (c) verwendet werden.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein diagnostische und therapeutische Maschinen, insbesondere eine roboterbasierte Fernbedienung zur Steuerung von transösophagealen Echokardiographiesonden (TEE).
Nach dem Einführen derTEE-Sonde in die Speiseröhre des Patienten wird die Steuerung der TEE-Sonde durch die vorliegende Erfindung ausgeübt. Dies führt zu exakten, schnellen und reproduzierbaren Bewegungen der TEE-Sonde, ohne dass eine ständige Unterstützung durch einen Arzt oder Bildgebungsspezialisten vor Ort erforderlich ist. Die Betätigung der TEE-Sonde kann durch Fernsteuerung über Tablet, Joystick, Sprachsteuerung oder eine Technologie für künstliche Intelligenz erfolgen.
Die Verwendung der vorliegenden Erfindung würde die Qualität der Bildgebung verbessern, den Arbeitsablauf diagnostischer und interventioneller kardiovaskulärer Eingriffe optimieren, die Prozedurzeit verkürzen und die Röntgenexposition sowohl für Patienten als auch für medizinisches Personal reduzieren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die transösophageale Echokardiographie (TEE) wird häufig in der Diagnostik verwendet, um intrakardiale Strukturen wie z.B. Herzklappen, linkes oder rechtes Vorhofohr oder interatriales und interventrikuläres Septum zu visualisieren. Darüber hinaus ist die TEE für die Durchführung interventioneller Verfahren zur Behandlung struktureller Herzerkrankungen (z.B. Edge-to-Edge Reparatur der Mitral- oder Trikuspidalklappen mittels MitraClip (Abbott Medical GmbH) oder PASCAL (Edwards Lifesciences Corporation), Transkatheter Aortenklappenersatz (TAVR), Mitralklappenersatz (TMVR), Trikuspidalklappenersatz (TTVR), perkutane Annuloplastie mittels Cardioband (Edwards Lifesciences Corporation), Verschluss des linken Vorhofohres, usw.) unerlässlich. Bei dieser Art von interventionellen Verfahren steht der interventionelle Kardiologe (Operateur) im Bereich der Leiste des Patienten und arbeitet über einen arteriellen Zugang mit verschiedenen Kathetern und Geräten. Die Navigation der Katheter, Führungsdrähte und Geräte erfolgt fluroskopisch, also mit Hilfe von Röntgenstrahlen, und echokardiographisch. Eine adäquate Visualisierung der jeweiligen intrakardialen Strukturen liegt in der Verantwortung des Bildgebungsspezialisten/Echokardiographeurs, der die TEE durchführt. Aus diesem Grund muss der Bildgebungsspezialist am Kopf des Patienten bleiben, um die TEE-Sonde in der Speiseröhre des Patienten zu navigieren und gleichzeitig die Echomaschine zu bedienen, um dem Operateur optimale Bildqualität zu liefern. Dies beinhaltet die Sicherstellung, dass die relevanten anatomischen Strukturen des Herzens im Sichtfeld dargestellt werden. Um dies zu erreichen, muss der Transducer an der Spitze der TEE-Sonde in stabiler Position bleiben und ausreichenden Kontakt mit der Wand der Speiseröhre haben. Dies kann eine zeitaufwändige Herausforderung sein, was zu längeren Prozeduren und schlechter Bildqualität führen kann. Die Lage des Echokardiographen direkt am Kopf des Patienten - rechts, links oder über dem Kopf- ist, aufgrund der Nähe zum C-Arm, der sich direkt über der Brust des Patienten befindet, der Hotspot der radioaktiven Strahlung (Streustrahlung). Jeder Mitarbeiter, der sich im Operationssaal befindet, trägt zum Schutz vor der besagten Strahlung eine Bleischürze und -weste. Dennoch sind die Echokardiographen diejenigen, die während des gesamten Eingriffes direkt an der Röntgenquelle bleiben muss. Mit der Komplexität der neu entwickelten Prothesen (z.B. Cardioband) werden die Eingriffe für den Echokardiographen zunehmend komplexer und immer anspruchsvoller. Dies kann zu längeren Prozeduren mit dramatisch erhöhter radioaktiver Durchleuchtung aufgrund von zeitaufwändigen Bildaufnahmen aus mehreren verschiedenen Positionen der TEE-Sondeführen. Dabei ist die Reproduzierbarkeit der gleichen TEE-Sondenposition eine große Herausforderung; die Vorplanung der Bildgebung für komplexe Verfahren ist kompliziert oder unmöglich; die Kommunikation zwischen Echokardiograph und Operateur ist aufgrund der Entfernung herausfordernd.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist eine Roboter-basierte Fernsteuerung für jede Art von sonographischen oder echokardiographischen Sonden, Geräten, Kathetersystemen oder Instrumenten für medizinische oder nichtmedizinische Zwecke. Es wird entweder manuell oder über Sprachsteuerung gesteuert. Integrierte künstliche Intelligenz sowie die Implementierung von „Mixed-/Virtual Reality“ optimieren den Workflow und unterstützen den Anwender bei der Durchführung der Untersuchung, sodass die Prozesszeit verkürzt wird.
Zur Demonstration der Funktionalität und des zugrunde liegenden Prinzips wird ein Entwurf für die Steuerung einer echokardiographischen, transösophagealen (TEE) Sonde beschrieben.
Eine TEE-Sonde weist fünf Freiheitsgrade auf, die in dargestellt sind. In ist eine TEE-Sonde dargestellt. Eine TEE-Sonde besteht in der Regel aus einem Griff (1) mit zwei drehbaren Steuerrädern, einem flexiblen Endoskop (2) und einem Transducer (3), der sich am distalen Ende der Sonde befindet und durch die beiden sich am Sondengriff befindenden Steuerrädern gesteuert werden kann. zeigt den TEE-Sondengriff im Detail: die Steuerung des kleinen Rades (1) führt dazu, dass die Sondenspitze nach rechts oder links gebeugt wird; die Betätigung des großen Rades (2) führt zu einer Ante- oder Retroflexion der distalen Sondenendes. Um die Drehung des Transducers in der Spitze der Sonde zu steuern, müssen die zwei Tasten (3) bedient werden, die sich direkt neben dem großen Rad befinden.
Das beschriebene Roboter-assistierte System ermöglicht die Steuerung aller fünf Freiheitsgrade der TEE-Sonde. Es besteht aus vier Einheiten: die erste Einheit ist in den dargestellt. Es wird unmittelbar am Kopf des Patienten in der Nähe des Mundes platziert. Diese Einheit besteht aus einer Basis (1) zur Befestigung der Konstruktion am OP-Tisch, und einer Abdeckung (2). Dieses Gerät verfügt über zwei Räder (4), die mit einem Motor (5) verbunden sind. Der flexible Endoskopabschnitt der Sonde (3) muss zwischen den beiden Rädern (4) eingesetzt werden, die die Sonde vor oder zurück schieben, wodurch die TEE-Sonde tiefer in die Speiseröhre des Patienten eingeführt oder aus dieser herausgezogen wird. Das Gerät verfügt über einen Befestigungsvorrichtung (6), mit der die gesamte Basis an einer Halterung am OP-Tisch befestigt und stabilisiert wird. Das Innere der Basis (4 und 5) ist auf einer Drehscheibe montiert, die eine passive Rotation erlaubt und so der Rotation des flexiblen Endoskops (3; und ) folgt, die aus einer aktiven Rotation des Sondenhandgriffs um die eigene Achse resultiert. Aufgrund der unmittelbaren Nähe der Basis zum Mund des Patienten sowie direktem Kontakt mit dem distalen Endoskopabschnitt der TEE-Sonde ist die gesamte Einheit aus Hygienegründen entweder sterilisierbar oder als Einmalartikel konstruiert.
Die zweite Einheit der hier beschriebenen Erfindung ist in den und dargestellt. In diese Einheit wird der Handgriff der TEE-Sonde eingespannt, verschlossen und gesteuert ( ). Ein Motor ist mit dem großen Zahnrad verbunden (2; und ), der die gesamte Sonde im oder gegen den Uhrzeigersinn um die eigene Achse dreht. Ein zweiter Motor, ist mit einem Zahnrad (5; ) verbunden, der mit dem kleinen Rad der Sonde (2; ) verzahnt ist und so das distale Ende nach rechts und links beugen kann. Ein dritter Motor, der mit einem weiteren Zahnrad (4; und ) verbunden ist, bewegt das große Rad der TEE-Sonde (2; ), was zu einer Anteflexion (Bewegung nach vorne) oder Retroflexion (Bewegung nach Hinten) des distalen Endes der TEE-Sonde führt. Darüber hinaus bedient ein zusätzlicher Motor einen Mechanismus, der die beiden Tasten betätigt und so die Drehung des Ultraschalltransducers innerhalb der Spitze der Sonde ändert.
Alle Motoren dieser beiden Einheiten sind mit der dritten Einheit verbunden, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Netzteil, usw. enthält - diese Einheit ist nicht obligatorisch, da ihre Komponenten in die ersten beiden Einheiten integriert werden könnten. Die vierte Einheit ist die Fernbedienung, die mit Einheit 3 oder direkt mit den Einheiten 1 und 2 per Kabel oder kabellos per Bluetooth, WiFi, oder andere „wireless“ Technologien verbunden ist. Dabei kann diese Fernbedienung unterschiedlich konfiguriert sein (z.B. Maus und numerische Tastatur, Joystick, Trackpad, Tablet, Notebook, Smartphone, Sprachsteuerung, etc.). Mit dieser Fernbedienung kann jeder Motor einzeln und unabhängig von den anderen kontrolliert werden und so jeder der fünf Freiheitsgrade separat gesteuert werden. Da für die Motoren Motor-Feedback-Systemen eingesetzt werden, kann jeder dieser Motoren die aktuelle Position bestimmen und erlaubt es verschiedene Positionen der TEE-Sonde zu speichern. Dies ermöglicht schnell und präzise zwischen verschiedenen gespeicherten Positionen der TEE-Sonden und somit zwischen unterschiedlichen Echo-Ansichten („Schnittebenen“) zu wechseln. Wenn nötig, ist es möglich die TEE-Sonde schnell aus der Basis zu entnehmen und, wie bisher üblich, manuell zu bedienen. Die hier beschriebene Konstruktion kann mit TEE-Sonden unterschiedlicher Anbieter verwendet werden.
Das Besondere der vorliegenden Erfindung ist, dass sie aus zwei Einheiten besteht. Die erste Einheit für das flexible Endoskop und die zweite für den TEE-Sondengriff. Dies verbessert die Übertragung der am Griff der TEE-Sonde ausgeführten Rotation und stabilisiert die Position der TEE-Sonde im Ösophagus des Patienten. Die zugrundliegende Software generiert mit Hilfe der Motor-Feedback-Systemen ein Koordinatensystem zur exakten Steuerung der TEE-Sonde. Durch die so aufeinander abgestimmte Interaktion beider Einheiten wird die Sondenführung optimiert und die Reproduzierbarkeit verschiedener Position ermöglicht. Dadurch wird erstmals die präzise Vorplanung komplexer struktureller Herzinterventionen mit exakten Koordinaten für die TEE-Sonde ermöglicht, die Kommunikation zwischen Echokardiograph und Operateur verbessert, die Reproduzierbarkeit der Sondenposition ermöglicht, und die Strahlenbelastung sowohl für den Patienten als auch für das medizinische Personal signifikant reduziert.
Figurenliste

. Freiheitsgrade einer transoesophagealen Echokardiographie (TEE) Sonde. (1) Vor- und zurückschieben der Sonde jeweils in Pfeilrichtung; (2) Rotation der Sonde um die eigene Achse jeweils in Pfeilrichtung; (3) Ante- und Retroflexion der Sonde jeweils in Pfeilrichtung; (4) Biegen der Sonde nach rechts oder links jeweils in Pfeilrichtung; (5) Rotation des Transducers, der sich in der Spitze der Sonde befindet im oder gegen den Uhrzeigersinn jeweils in Pfeilrichtung.
. TEE-Sonde bestehend aus einem Sondengriff (1), flexiblem Endoskop (2) und dem Transducer in der distalen Spitze des Endoskops (3).
. Griff der TEE-Sonde mit einem kleinen Rad zum Biegen des distalen Endes der Sonde nach rechts oder links (1), ein großes Rad zur Retroflexion oder Anteflexion des distalen Endes der Sonde (2) und zwei Tasten (3) zur Steuerung der Drehung des Transducers in der distalen Spitze der Sonde.
. Seitenansicht der ersten Einheit mit Abdeckung. (1) Basis; (2) Abdeckung; (3) flexibler Endoskopteil einer TEE-Sonde, der in die erste Einheit eingeführt wird; (6) Vorrichtung für verschiedene Mechanismen zur Fixierung dieser Einheit über dem Kopf der Patienten.
. Seitenansicht der ersten Einheit ohne Abdeckung. (1) Basis; (3) flexibler Endoskopteil einer TEE-Sonde, die in die erste Einheit zwischen zwei Rädern (4) eingespannt ist und das Verschieben der Sonde nach oben und unten ermöglicht; (6) Vorrichtung für verschiedene Mechanismen zur Fixierung dieser Einheit über dem Kopf der Patienten.
. Sicht auf die erste Einheit von oben ohne Abdeckung. (1) Basis; (3) flexibler Endoskopteil einer TEE-Sonde, der in die erste Einheit zwischen zwei Rädern (4) eingespannt ist, die das Verschieben der Sonde nach oben und unten ermöglichen; (5) Motor zur Betätigung beider Räder (4); (6) Vorrichtung für verschiedene Mechanismen zur Fixierung dieser Einheit über dem Kopf der Patienten.
. Zweite Einheit der Erfindung. (1) Basis, die am OP-Tisch befestigt werden kann; (2) Zahnrad zur Drehung der gesamten TEE-Sonde um die eigene Achse; (3) Abdeckung des TEE-Sondengriffs; (4) Motor zur Betätigung des kleinen Rades am TEE-Sondengriff; (5) Motor zur Betätigung des großen Rades am TEE-Sondengriff.
. Aufbau der gesamten beschriebenen Erfindung befestigt an einem Tisch: (1) Erste Einheit; (2) zweite Einheit; (3) zwei Motoren der zweiten Einheit; (4) Befestigungsvorrichtung der ersten Einheit; (5) Handgriff der Schluckechosonde eingespannt in die zweite Einheit; (6) weicher Endoskopteil der Echosonde eingespannt in die erste Einheit; (7) Ende der Echosonde in den Mund des Patienten mündend.
. Zweite Einheit der beschriebenen Erfindung ohne Abdeckung mit eingespannter TEE-Sonde. (1) Weicher Endoskopteil der TEE-Sonde; (2) Handgriff der TEE-Sonde eingespannt in die erste Einheit; (3) ein Steuerrad des Handgriffs der TEE-Sonde; (4) Verbindungskabel der TEE-Sonde zum Echogerät; (5) Basis der zweiten Einheit mit großem Zahnrad (6) zur Betätigung der Rotationsbewegung der TEE-Sonde um die eigene Achse; (7) ein Motor mit Zahnrad zur Manipulation eines der zwei Steuerräder des Handgriffs der TEE-Sonde.

Claims

Konstruktion zur Roboterassistierten Fernsteuerung eines diagnostischen oder therapeutischen Griffes oder Katheters: umfasst: • eine Vorrichtung, die aus mindestens zwei oder mehr Einheiten/Teilen für die Steuerung des Griffs oder Katheters einer diagnostischen oder therapeutischen Maschine besteht (a); • jeder mögliche Freiheitsgrad kann durch mindestens ein motorisiertes Getriebe (b) manövriert/betätigt werden; • die Roboterassistierte Steuerung kann für verschiedene Griffe/Sonden/Katheter von diagnostischen oder therapeutischen Maschinen (c) verwendet werden.
Mindestens eine Einheit/Bestandteil der Erfindung nach Anspruch 1 steuert den flexiblen Endoskopteil einer Sonde (a) und weist folgende Eigenschaften auf: • die Einheit besteht aus einer Basis zur Befestigung der Hardware/Konstruktion und einer Abdeckung; • es wird vor dem Gesicht des Patienten in der Nähe des Mundes platziert, könnte aber auch in Kombination/Verbindung mit einem Mundstück direkt im Mund des Patienten platziert werden; • der flexible Endoskopteil einer Sonde oder Katheters befindet sich im Inneren des Geräts; • der flexible Endoskopteil einer Sonde oder Katheters kann durch ein motorisiertes Getriebe oder durch magnetische Kräfte, passive Bewegungen, etc. in verschiedene Richtungen manövriert werden; • diese Einheit verfügt über mindestens ein Rad, das mit einem motorisierten Getriebe verbunden ist, oder eine andere Technik, um Energie in Bewegung umzuwandeln; • diese Einheit ist in der Lage, durch Vor- und Zurückschieben des Endoskopteils der Sonde oder Katheters, die Position des distalen Endes der Sonde oder Katheters (z.B. im Ösophagus des Patienten) zu ändern; • innerhalb der Einheit befindet sich ein Schienenmechanismus zur passiven oder aktiven Drehung des flexiblen Endoskopteils der Sonde oder Katheters um die vertikale Achse; dieses Manöver kann von einer der Einheiten durchgeführt werden; • dieses Gerät verfügt über einen Befestigungsmechanismus für eine Halterung, die am Patienten, oder am Operationstisch, dem Boden, der Wand oder dem Dach des OP-Saals, der Ultraschallmaschine, der Röntgenalage, dem C-Bogen, dem Sauerstoff-/ Beatmungsgerät, Infusions-/Transfusionsständer, etc. befestigt ist; • Bewegungen und Wechselwirkungen der Sonde oder des Katheters mit dieser Einheit hängen von den anderen Einheiten ab und umgekehrt.
Mindestens eine Einheit/Bestandteil der Erfindung nach Anspruch 1 steuert den Griff der Sonde/Katheters einer diagnostischen oder therapeutischen Maschine (a) und weist folgende Eigenschaften auf: • diese Einheit besteht aus einer Basis zur Befestigung der Hardware/Konstruktion und einer Abdeckung; • bei Anwendung mit einer transösophagealen Echokardiographie (TEE) Sonde ist mindestens ein motorisiertes Getriebe mit dem Griff verbunden, der die gesamte Sonde im oder gegen den Uhrzeigersinn um die eigene vertikale Achse der Sonde dreht; dies kann entweder durch ein Rad- oder Schienensystem oder durch eine andere Technik erfolgen; • bei Anwendung mit einer TEE-Sonde ist mindestens ein weiteres motorisiertes Getriebe mit dem jeweils das kleinere und/oder größere Rad am Griff der TEE-Sonde verbunden, welches das distale Ende mit dem Ultraschalltransducer in verschiedene Richtungen bewegen kann (Anteflexion, Retroflexion oder Biegung nach rechts oder links); • bei Anwendung mit einer TEE-Sonde ist mindestens ein motorisiertes Getriebe vorhanden, welches die zwei Tasten am Sondengriff betätigt, um die Ausrichtung des Transducers innerhalb des distalen Endes des flexiblen Teils der Sonde (0° - 180°) zu ändern; • alle Bewegungen können entweder mit mindestens einem oder mehr Motoren durchgeführt werden; • Die Steuerung/Bewegungen der Sonde/des Katheters durch diese Einheit interagieret mit den anderen Einheiten und umgekehrt. Durch die Aufteilung in mindestens zwei Einheiten wird die Übertragung der Bewegungen des Griffs der Sonde / des Katheters zum distalen Ende der Sonde / des Katheters verbessert; • die motorisierten Getriebe aller Ansprüche 1.-3. beschriebenen Einheiten sind mit einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) verbunden; • diese Verarbeitungseinheit könnte in die anderen zuvor beschriebenen Einheiten integriert werden; • Die Fernsteuerung der Erfindung ist entweder über einen Controller jeglicher Art (z.B. Maus und numerische Tastatur, Joystick, Trackpad, Tablet, Notebook, etc.) möglich, der mit der CPU oder direkt mit jeder Einheit per Kabel oder mithilfe einer drahtlosen Technologie (z.B. Bluetooth, WiFi, etc.) verbunden ist, oder durch Sprachsteuerung, oder einer Technologie auf der Grundlage künstlicher Intelligenz; • Das in den Ansprüchen 1.-3. beschriebene Erfindung kann unabhängig vom Hersteller (c) an jede Art diagnostischer oder therapeutischer Maschinen angewendet werden.