EP4558081A1 - Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische chirurgie - Google Patents

Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische chirurgie

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EP4558081A1
EP4558081A1 EP23750554.0A EP23750554A EP4558081A1 EP 4558081 A1 EP4558081 A1 EP 4558081A1 EP 23750554 A EP23750554 A EP 23750554A EP 4558081 A1 EP4558081 A1 EP 4558081A1
Authority
EP
European Patent Office
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endoscope
patient
holding arm
surgical system
unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP23750554.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christopher Schlenk
Julian Klodmann
Alexander Kolb
Florian Steidle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP4558081A1 publication Critical patent/EP4558081A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61B90/57—Accessory clamps
    • A61B2090/571—Accessory clamps for clamping a support arm to a bed or other supports

Definitions

  • the invention relates to a surgical system for minimally invasive robotic surgery.
  • endoscopes are used to carry out diagnostic tasks (e.g. optical examination of the organs) or manipulations (e.g. taking biopsies, removing foreign bodies such as kidney stones) within hollow organs. to carry out.
  • diagnostic tasks e.g. optical examination of the organs
  • manipulations e.g. taking biopsies, removing foreign bodies such as kidney stones
  • These can either be rigid (“rigid endoscopes”) or can be angled in at least one degree of freedom (“flexible endoscopes”).
  • the endoscopes are typically guided manually by the surgeon, which is technically demanding, especially with flexible endoscopes:
  • the surgeon holds the handle of the flexible endoscope in one hand and uses a lever on the handle to actuate the angle of the endoscope tip and by turning the handle Rotation of the endoscope around its longitudinal axis; with the other hand he controls the advance of the flexible endoscope shaft into the patient.
  • the Avicenna Roboflex is currently a commercially available surgical system for flexible ureteroscopy:
  • the flexible endoscope is docked to a holding arm on a cart, which also offers actuation options for angling the endoscope tip and moving the laser fiber.
  • Intuitive Ion is a surgical system for minimally invasive peripheral lung biopsies that allows a flexible bronchoscope to telemanipulate through the bronchi of the lungs.
  • Auris Monarch is another surgical system for peripheral bronchoscopy.
  • the Magellan was for peripheral, vascular robotic interventions, the Sensei for interventional electrophysiological interventions.
  • Corindus CorPath GRX is a robotic system for the telemanipulated positioning of catheters in vascular surgery.
  • US 2012/0065470 Al describes a robotic system for guiding a commercial flexible endoscope, particularly in laryngology.
  • the flexible endoscope is placed in a suitable holder and the actuating element for bending the endoscope tip is inserted into a clamp, which can actuate the actuating element.
  • the entire holder can be rotated around the longitudinal axis of the endoscope using appropriate drives and moved along the longitudinal axis of the endoscope.
  • the drives for the three degrees of freedom are located either in direct proximity to the respective mechanisms or together in a motor housing, with the movement of rotation and bending taking place via Bowden cables.
  • the robotic system is controlled via a compact control unit with two joysticks (one with one degree of freedom, one with two degrees of freedom), which is either positioned on a suitable surface or attached to the side rails of the operating table.
  • the robotic system is connected to the operating table side rail via a passive stand and roughly positioned.
  • WO 2013/029 045 A1 describes an endoscope adapter consisting of a holder for the flexible endoscope and a manipulation mechanism, which either moves the flexible endoscope shaft and/or a tool to be inserted into the working channel of the endoscope in the axial direction.
  • the manipulation mechanism uses rollers, with at least one roller being pressed against the endoscope shaft/tool by a spring. It is optionally possible to drive at least one of the two rollers in order to be able to actively control the movement.
  • an attachment of the manipulation mechanism to the patient is proposed.
  • WO 2019 139 941 Al describes an adapter with which a rigid endoscope can be attached to the instrument interface of a medical robot in minimally invasive surgery.
  • This adapter makes it possible to convert the rotation of an output of the instrument drive unit (for faster rotation) or alternatively the rotation of the entire instrument drive unit into a rotation of the endoscope around its longitudinal axis using a drive in the instrument holder (for slower rotation). It is possible to use various commercially available standalone endoscopes with the adapter (the endoscope mounting shells may need to be replaced).
  • the endoscope is permanently installed in the adapter (Fig. 3-6) or can be removed from it after opening a lock (Fig. 8-11; Fig. 21A-24).
  • US10,219,867 B2 describes the Avicenna Roboflex surgical system:
  • Various commercially available flexible endoscopes can be attached to a holder on the end effector of a trolley-mounted robot.
  • This holder can be moved translationally back and forth in the direction of the endoscope axis and rotated around the endoscope axis.
  • the holder contains a mechanism for actuating the degree of freedom of angulation of the flexible endoscope.
  • mechanisms for actuating auxiliary tools laser fiber, pliers, recovery baskets, etc.
  • a pump unit for controlling the working channel flushing are available.
  • the system is operated by the surgeon from a console using two force feedback joysticks (one allows movements back and forth as well as rotations around the joystick axis, the second has a lever for coarse control of the endoscope angle), an adjusting wheel for fine control of the endoscope angle, and foot pedals (e.g. for laser fiber and fluoroscopy) and a touch screen.
  • Some safety functions are integrated (laser cannot be fired in the working channel of the endoscope, endoscope is straightened when the laser fiber is inserted), as well as autonomy functions (compensation of the patient's breathing movement by translational movement of the endoscope)
  • US 9 763 741 B2 describes a robotic system for telemanipulation of a flexible endoscope.
  • the endoscope is a robotic one specifically for this purpose System designed instrument which is attached to a drive unit that can be positioned by a holding arm. While the robot carries out the translation and rotation of the endoscope around its longitudinal axis, the drive unit actuates the angulation of the endoscope tip.
  • the flexible endoscope shaft is guided with the help of a rigid sheath guided by a second holding arm, into which the endoscope shaft is inserted.
  • US 2017/0119412 Al describes the guidance of a recovery basket by holding arms, which can be remotely controlled from a surgeon's console or moved in hands-on mode. If the recovery basket is pulled together to catch an object, the robots automatically adjust the position of the recovery basket so that the object remains in the center of the recovery basket. Once the object has been caught, it can be shredded (by laser, fluid or mechanically) and sucked out through a central working channel while still in the basket.
  • US 2018/0092517 Al describes a calibration method for flexible endoscopes, in which the robotic system moves the endoscope to different target positions and receives feedback on the actual endoscope position via suitable sensors (e.g. electromagnetic sensor systems, cameras, fiber optic sensors). Based on this, correction factors for the endoscope actuation are determined and saved. These can depend on various factors (e.g. actuated cables, length of the endoscope tip outside the sheath, rotation of the endoscope in relation to the sheath) and can be stored in a calibration matrix. By integrating strain gauges into the instrument drive unit, the cable forces occurring on the endoscope can also be monitored.
  • suitable sensors e.g. electromagnetic sensor systems, cameras, fiber optic sensors.
  • US 2019/0191967 Al describes a robotic telemanipulation system with optional haptic feedback, in which the robotic instruments (consisting of a holding arm and end effector) and the flexible endoscope for imaging are guided through the working channels of a flexible transport endoscope.
  • the transport endoscope can be attached to a docking station during the surgical procedure.
  • the degrees of freedom of the robotic instruments are actuated by a common motor box while an endoscope support system remotely controls insufflation, suction and irrigation of the transport endoscope.
  • the endoscope for imaging and the robotic instruments as a whole can be moved along their longitudinal axis and rotated around its longitudinal axis. To enable precise motion transmission from the motor unit to the robotic instruments, the pretension of the transmitting wire ropes can be adjusted automatically when the system starts or intraoperatively.
  • German patent application 10 2019 134 352.6 describes a surgical robot for endoscopic applications in very general terms.
  • a flexible endoscope with its handle unit is detachably attached to an instrument base plate, while the shaft is moved and advanced by a robotic arm.
  • the endoscope's degree of angulation freedom is controlled by another actuator.
  • Various possible assistance functions gravitity compensation, automatic advancement and retraction of the endoscope, automatic change of instruments such as laser fibers and recovery baskets, movement compensation for patient movement, automatic orientation of the image, mapping, display of additional functions via augmented reality.
  • the entire system is mobile and mounted on a rolling platform.
  • Second surgeon necessary o Cramped working conditions as the available space (typically between the patient's spread legs during ureteroscopic procedures) is limited.
  • o Complex coordination When using a tool such as a
  • US 2012/0065470 Al The actuated degrees of freedom only allow small movements (especially in translation); for larger movements, the locks on the passive stand must be opened, the system components repositioned and the locks closed again. Moving the endoscope intraoperatively by hand is not easily possible because removing the endoscope from the holder is complex (opening the holder and opening the clamp for the actuation lever) and there are no corresponding sensors to enable hands-on control of the system to enable.
  • the roller mechanism shown can actuate the translation of the flexible endoscope shaft or the tool in the working channel of the flexible endoscope shaft.
  • the rotation of the endoscope around its longitudinal axis cannot be actuated with the mechanism described.
  • this is particularly indispensable for smaller endoscopes that can only be angled in one plane (e.g. ureteroscopes) in order to carry out all desired manipulation tasks To be able to carry out inside the patient.
  • a quick release of the frictional connection between the endoscope shaft and the rollers is apparently not possible because the rollers are spring-loaded. This means that the surgeon cannot advance the endoscope manually using his fingertips.
  • the adapter described in WO 2019 139 941 Al is designed for rigid endoscopes. Therefore, on the one hand, it does not allow the endoscope angle to be actuated. On the other hand, a robot with such an adapter can position and align the handle of a flexible endoscope in space, but not the endoscope tip, since there is no guidance for the flexible endoscope shaft and thus a clear transfer of the movement of the handle to the movement of the endoscope tip.
  • the object of the invention is to provide a surgical system for minimally invasive robotic surgery that enables simplified handling of an endoscope.
  • the surgical system according to the invention for minimally invasive robotic surgery has a holding arm which has a holder for the handle unit of a conventional endoscope. This means that conventional endoscopes can be attached to this holder without any further changes so that they can be guided by the holding arm.
  • the surgical system also has a patient-side unit that can be attached near the patient. This involves a defined positioning of the patient access.
  • the surgical system according to the invention offers the advantage that a surgeon can release the handle unit of the endoscope and use his hand, which was originally needed to hold the handle unit, for other tasks, for example to guide the endoscope more precisely. To date, it has been common practice to use a second surgeon. This is no longer necessary thanks to the surgical system according to the invention.
  • the surgical system preferably has an output unit for the system status.
  • the surgeon needs a lot of information, one or more of which can be displayed on the output unit: Endoscope image (as little of it as possible should be covered) Status of additional devices (irrigation, laser, X-ray; on the control unit, on the device or on the screen) status of the holding arm
  • a ring of several individually addressable RGB LEDs on the holding arm can be used as an output unit. This has the following advantages:
  • the holding arm can be positioned manually by an operator and locked at a desired position.
  • At least one sensor can be provided to detect whether the handle unit is being held by an operator. If this is the case, the control of the holding arm is transferred to movement mode so that the holding arm can be moved manually by the operator and brought into a desired position. Its position can then be locked again so that the handle unit of the endoscope is again held in the position desired by the surgeon.
  • a plastic cover around the handle unit with integrated capacitive sensors can be used for detection.
  • control of the holding arm is designed such that the position of the patient-side unit can be determined by touching it with the end effector of the holding arm. This is done by determining the position of the end effector via the position of the joint angle of the holding arm, which is known at the time of contact.
  • the handle unit can be separated from the holding arm without tools, for example by opening the holder. This makes it possible for the surgeon to guide the handle unit with one hand as usual in particularly critical situations during an operation. Furthermore, it is preferred that the control of the holding arm is designed to generate a virtual barrier beyond which the handle unit cannot be moved. This can prevent injury to the patient and/or excessive kinking of the endoscope, whereby the known position of the patient-side unit must also be taken into account.
  • the robot arm can be either a passive arm with brakes and position sensors in the joints or a holding arm with actively driven degrees of freedom. In the case of a robot, it either has integrated torque sensors for detecting external forces or a suitable force-torque sensor on the tool interface. In order to keep the actuation forces low, it is preferred that the holding arm is fully or partially gravity compensated.
  • the endoscope can be inserted into the holder without tools. This can be done, for example, by snap fasteners, magnetic fasteners, latches attached to the holder or (captive) knurled screws.
  • a prismatic guide can be provided, for example.
  • a contact surface can be provided opposite the patient-side unit. As already described, this allows the patient-side unit to be touched or felt with the end effector to determine its position.
  • the stop for touching is preferably detachably connected to the attachment of the endoscope handle unit, for example via a magnet.
  • a fastening option for the end effectors in the working channel of the flexible endoscope eg laser fiber or recovery basket.
  • the fastening option for the end effectors preferably also has a possibility for fixing mechanical operating elements of the end effectors in different positions (for example levers for opening and closing the recovery basket).
  • Additional, sterile-operated controls are preferably located in the immediate vicinity of the endoscope handle unit in order to activate the rinsing of the endoscope and/or the laser and/or to take an X-ray image of the operating area.
  • These controls can supplement or replace the previously commonly used foot pedals. Activating them requires the surgeon to shift his weight onto one leg, which, in conjunction with maintaining the position of the endoscope handle, can lead to unergonomic and physically strenuous postures.
  • the operating elements can be designed in various ways, for example as a toggle switch, pressure switch, button, touchscreen, etc. The following points should be noted:
  • Sterility The controls must be easy to operate even with surgical gloves. In addition, they must either be sterilizable or be sterilely covered (“draped”) during the procedure. In the second case, operation must be possible without any problems through the sterile drape.
  • the controls should preferably be compatible with devices from different manufacturers.
  • the operating characteristics of the control element must match the device being operated: o
  • the flushing often runs for a long time, so a control element should be used that maintains the status, e.g. a rocker arm or button.
  • a control element should be used that maintains the status, e.g. a rocker arm or button.
  • the laser should only be triggered as long as the surgeon operates the control element. This can be achieved, for example, using a button.
  • the recording of an X-ray image should be triggered once when the surgeon presses the corresponding control element. This can be achieved, for example, using a button.
  • the patient-side unit fulfills several tasks:
  • the second variant is easier to implement and is therefore preferred.
  • the mechanical fixing can take place via a force and/or positive connection, whereby the corresponding mechanism should be operable without tools.
  • the patient-side unit preferably has a clamping mechanism for fixing the flexible endoscope shaft. This allows the surgeon to fix the position of the endoscope shaft if necessary and release the endoscope, for example in order to move the end effector in the working channel and operate it at the same time (e.g. opening and closing the retrieval basket or activating the laser) or to change the end effector (e.g. from laser fiber to recovery baskets). If the patient-side unit has a clamping mechanism, this can preferably be fixed and released without tools (eg using snap fasteners, magnetic fasteners or latches). If the patient-side unit has a clamping mechanism, it is further preferred that a sensor system is present for detecting the closing of the clamping mechanism.
  • This can be, for example, a limit switch that is pressed when the clamping mechanism is closed.
  • Other sensors such as light barriers, pressure sensors in the clamping surface or time-of-flight sensors, can also be used for this. If a closing of the clamping mechanism is detected, the movement space of the holding arm is restricted so that the distance of the endoscope handle from the clamping mechanism cannot be increased any further. This prevents pulling on the endoscope shaft and resulting possible damage to the endoscope.
  • a stop can be used on the attachment of the endoscope handle unit, which is brought into contact with corresponding geometric features of the sheath and the patient-side unit in order to determine the position of the sheath access and the orientation of the sheath.
  • the desired position e.g. by pressing a button or pressing a foot pedal
  • the position and orientation of the sheath in relation to the holding arm is calculated and saved based on the forward kinematics of the holding arm and the known geometry of the stop and patient-side unit.
  • Sensors for detecting collisions If the relative position and alignment of the attachment of the endoscope handle unit and the patient-side unit are not permanently monitored by an external tracking system, but are determined by touch as described above, movements of the patient-side unit can only be detected with the help of additional sensors. For example, an accelerometer/IMU can be fixed to the patient-side unit, which detects their movements. If a movement occurs after the lock position and orientation have been saved (e.g. as a result of a collision between the user and the patient-side unit), the system can react immediately and, for example, request the user to touch the patient-side unit again.
  • an accelerometer/IMU can be fixed to the patient-side unit, which detects their movements. If a movement occurs after the lock position and orientation have been saved (e.g. as a result of a collision between the user and the patient-side unit), the system can react immediately and, for example, request the user to touch the patient-side unit again.
  • drop-off point for stone fragments and biopsy material It is advisable to provide a place to place material from inside the patient (in particular stone fragments and biopsy material in ureteroscopy) in the immediate vicinity of the sheath. This is particularly advantageous for larger kidney stones, which have to be broken up using a laser and then removed piece by piece from the patient's urinary tract using the recovery basket. To ensure that the stone fragments or the biopsy material do not get stuck on the forceps or the recovery basket, an additional blower (compressed air or fan) can be provided in the area of the drop point, which blows the objects towards the storage area.
  • compressed air or fan compressed air or fan
  • Figure 1 Manual operation of a flexible ureteroscope
  • Figure 2 Detailed view of the endoscope tip in the uncurved and curved state
  • Figure 3 Typical end effectors that are inserted into the working channel of flexible ureteroscopes
  • Figure 4 Overall setup for the manipulation of flexible endoscopes by individual users in urology with and without displaying the patient
  • FIG. 5 Attachment for the endoscope handle unit on the holding arm
  • Figure 11 Virtual fixtures to limit the range of motion of the endoscope handle unit
  • Figure 12 Use of an LED ring on the holding arm to guide the user into the area of the virtual fixtures
  • Figure 1 shows the manual operation of a flexible ureteroscope (endoscope for urological procedures):
  • the doctor holds the handle (16) in one hand (left figure), the other hand guides the flexible shaft (18), usually near the access to the patients.
  • the actuating element (24) (along the left arrow), the endoscope tip (26) can be curved in one plane (right arrow).
  • the plane in which the endoscope tip curves can be varied by rotating the entire endoscope around its longitudinal axis.
  • the endoscope tip is advanced by translating the entire endoscope.
  • Various tools such as an optical fiber for a laser or a recovery basket for removing kidney stones can be inserted through the working channel (28).
  • the arrangement and design of the operating elements differs; the type and number of endoscope degrees of freedom is typically identical for the different endoscopes for an application (such as urology).
  • the tip of flexible endoscopes for urology can only be curved in one plane and in a certain area:
  • the flexible area of the endoscope tip is through Actuation of the adjusting wheel on the handle is curved using ropes/rods running in the endoscope shaft.
  • the endoscope tip and the rest of the shaft remain rigid.
  • Figure 3 shows two typical end effectors that are inserted into the working channel of flexible ureteroscopes: laser fiber for shattering kidney stones (left), recovery basket for holding the stone rubble (right).
  • laser fiber for shattering kidney stones left
  • recovery basket for holding the stone rubble
  • black handle element (28) By translating the black handle element (28) in the direction of the arrow, the recovery basket (30) at the tip of the end effector is opened and closed.
  • Fig. 4 shows a possible overall setup for the manipulation of flexible endoscopes by individual users in urology with (left) and without representation of the patient (right):
  • the (robotic) holding arm (12) is attached to a mobile trolley (32), where its base is height-adjustable and preferably additionally tiltable in at least one axis.
  • An attachment for the endoscope handle unit (16) is attached to the tool flange of the holding arm (34).
  • the patient-side unit (20) is located in the immediate vicinity of the exit from the patient's urethra. Not shown are the additional computers required to control the robotic holding arm (which can be flexibly positioned in the operating room or accommodated in the base of the mobile cart) as well as the screen for outputting the endoscope image (which is viewed from the surgeon's position between the patient's legs must be visible).
  • a robot is preferably used as a holding arm.
  • the robot arm then acts as an intelligent tripod for the endoscope handle unit.
  • the surgeon can move and position the handle unit freely in space as usual for manual procedures, with the robot arm following the movements with gravity compensation. If the surgeon releases the handle unit or locks a position via appropriate user input (pressing a button, pressing a foot pedal, voice control, ...), the robot is switched to a position-controlled or rigid impedance-controlled mode so that the pose (position and orientation) of the Endoscope handle unit is retained even after it has been released by the surgeon.
  • the patient-side unit can also be attached to the mobile trolley using an additional holding arm. If the degrees of freedom of this additional holding arm have suitable position sensors, the position of the patient-side unit can then be measured by its holding arm instead of touching it via the stop shown in Fig. 6.
  • FIG. 5 shows the attachment for the endoscope handle unit on the holding arm:
  • the attachment for the endoscope handle unit (16) is connected to the holding arm via a docking interface (56), which can preferably be operated without tools. It comprises a mechanical structure (40) to which positive, endoscope-specific holders (42, 44 and 46) are attached.
  • the endoscope is clicked into the upper holder (42), while the lower holder consists of two form-fitting half-shells (44 and 46), which are screwed together.
  • the attachment for the endoscope handle unit has a stop for touching the patient-side unit (48).
  • there is a fastening option for the end effectors (50) in the working channel of the flexible endoscope e.g.
  • the arrangement of the fastening options can be adapted to the ergonomic requirements of the system user in several degrees of freedom, for example by rotation around the axis Al or translation along the axis A2.
  • sterile-operated controls (54) in the immediate vicinity of the endoscope handle unit in order to activate the rinsing of the endoscope and/or the laser and/or to take an X-ray image of the operating area.
  • Figure 6 shows the stop for touching the patient-side unit:
  • the attachment for the endoscope handle unit has a magnet and a cone-shaped extension to fix the stop.
  • the conical extension snaps into the conical depression (6.1) of the stop.
  • the magnet for locking the translation is attracted by a screw, which is screwed into a nut pressed into the recess (6.2) so that its end lies in the hole (6.3).
  • the inner surfaces of the two extensions (6.4) prevent the stop from twisting.
  • the stop has a prismatic guide for the lock (6.5) and a contact surface opposite the patient-side unit (6.6).
  • FIG. 7 shows the attachment of the end effectors:
  • the end effectors such as the handle unit for a recovery basket (7.1) are fixed in end effector-specific clamps (7.2), which are connected to the attachment for the endoscope handle unit (7.3).
  • these clamps can have active elements for interacting with the controls of the end effectors (not shown), in the case of the recovery basket, for example to determine the position of the lever for opening and closing the recovery basket (7.4).
  • This connection preferably has several lockable degrees of freedom in order to be able to adapt the position of the end effectors to the hand ergonomics of the system user before the start of the operation.
  • the structural part (7.5) can be rotated by Al relative to the attachment for the endoscope handle unit (7.3) and the structural part (7.6) can be displaced along A2 relative to the structural part (7.5).
  • FIG. 8 shows the sterile manipulable controls on the endoscope handle unit: By attaching the necessary controls near the endoscope handle unit to activate the rinsing of the endoscope and/or the laser and/or to take an X-ray image of the operating area, the previously commonly used foot pedals can be used be supplemented or replaced.
  • a control element e.g. a button (8.1) or a switch (8.2)
  • Reading out the controls and controlling the status display can be done, for example, via a microcontroller.
  • the patient-side unit also has an accelerometer/IMU (9.12), which detects movements of the patient-side unit (e.g. as a result of collisions). In such a case, the user can then be informed that touching the device again patient-side unit is required.
  • the patient-side unit also has a discharge point for stone fragments and biopsy material (9.13).
  • the patient-side unit is touched in two steps: In the first step (left), the stop (10.1) with its triangular recess (10.2) is placed on the tube of the lock (10.3) so that the tube rests on both surfaces of the recess along the entire length of the stop. In a second step (right), the stop is then pushed along the lock tube to the lock fastening until the contact surface of the stop (10.4) rests on the upper part of the lock fastening (10.5).
  • Figure 11 shows the concept of Virtual Fixtures for limiting the range of motion of the endoscope handle unit: If the holding arm is a robotic arm or a passive arm with position sensors and brakes in all axes, the range of motion of the endoscope handle unit (11.1) can be limited to avoid collisions with the endoscope with the environment or to avoid damage caused by an excessive bending of the flexible shaft. For example - as shown - the permissible range of movement of the origin of the coordinate system at the endoscope tip can be limited to a truncated cone in front of the patient-side unit (dotted line 11.2).
  • Figure 12 shows an exemplary concept for the use of an LED ring on the holding arm to guide the user into the area of the virtual fixtures:
  • the holding arm preferably has an LED ring with individually controllable LEDs (12.1) near the tool interface (12.2 ) on (see left figure). These can be used to guide the user into the boundaries of the virtual fixtures (dotted line, 12.3), where safe activation of the fixtures is possible: If the coordinate system on the endoscope tip is outside the virtual fixtures (see middle figure), the shortest connection between its origin and the longitudinal axis of the lock (dash-dotted line, 12.4) is calculated. It is then calculated how the tool interface of the holding arm must be moved in order to move the endoscope tip along this shortest connection to the longitudinal axis of the sheath.
  • the calculated trajectory is in the plane of LED ring is projected (dashed line, 12.5) and the LED(s) closest to this line (12.6) are activated. If the user moves the tool interface of the holding arm in the direction of the illuminated LEDs, the coordinate system at the endoscope tip is at some point within the virtual fixtures (see right figure). Then the light signal of the LED ring is changed (e.g. by activating all LEDs) to indicate the possibility of activating the virtual fixtures.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische Chirurgie, mit: einem Haltearm (12), der eine Halterung (14) für die Griffeinheit (16) eines konventionellen Endoskops (18) aufweist, einer patientenseitigen Einheit (20), die in der Nähe des Patienten (22) befestigbar ist und eine definierte Positionierung des Patientenzugangs ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische Chirurgie.
In der Endoskopie, insbesondere der Ureteroskopie (endoskopische Eingriffe in Harnröhre, Blase, Harnleiter und Niere) werden Endoskope eingesetzt, um innerhalb von Hohlorganen diagnostische Aufgaben (z.B. optische Untersuchung der Organe) oder Manipulationen (z.B. Entnahme von Biopsien, Entfernen von Fremdkörpern wie Nierensteinen) durchzuführen. Diese können entweder starr sein („starre Endoskope"), oder in mindestens einem Freiheitsgrad abwinkelbar („flexible Endoskope"). Während der Eingriffe werden die Endoskope typischerweise durch den Operateur manuell geführt, was insbesondere bei flexiblen Endoskopen technisch anspruchsvoll ist: Der Operateur hält in einer Hand das Griffstück des flexiblen Endoskops und aktuiert über einen Hebel am Griffstück die Abwinkelung der Endoskopspitze sowie durch Drehen des Griffstückes die Rotation des Endoskopes um seine Längsachse, mit der anderen Hand kontrolliert er den Vorschub des biegeweichen Endoskopschaftes in den Patienten.
Derzeit existiert mit dem Avicenna Roboflex ein kommerziell erhältliches Chirurgiesystem für flexible Ureteroskopie: Das flexible Endoskop wird an einer auf einem Cart befindlichen Haltearm angedockt, welches auch Aktuierungsmöglichkeiten für das Abwinkeln der Endoskopspitze und das Bewegen der Laserfaser bietet.
Intuitive Ion ist ein Chirurgiesystem für minimal invasive periphere Lungenbiopsien, welches ein flexibles Bronchoskop telemanipuliert durch die Bronchien der Lunge navigieren kann.
Auris Monarch ist ein weiteres Chirurgiesystem für die periphere Bronchoskopie.
Hansen Medical entwickelte zwei Systeme zur Kathetermanipulation, das Magellan Chirurgiesystem und das Sensei Chirurgiesystem. Das Magellan war für periphere, vaskulare robotische Eingriffe ausgelegt, das Sensei für interventionelle elektrophysio- logische Interventionen.
Corindus CorPath GRX ist ein robotisches System für das telemanipulierte Positionieren von Kathetern in der Gefäßchirurgie.
Ein Paper von Desai (Desai, Mihir M., et al. "Flexible robotic retrograde renoscopy: description of novel robotic device and preliminary laboratory experience." Urology 72.1 (2008): 42-46.) beschreibt den Einsatz eines spezialisierten robotischen Kathetersystems für die Ureteroskopie im Tierversuch an 10 Schweinen. Hierbei konnten alle Nierenkelche erreicht sowie Nierensteine erfolgreich mit Hilfe einer Laserfaser zerkleinert werden.
US 2012/0065470 Al beschreibt ein robotisches System zum Führen eines kommerziellen flexiblen Endoskops, insbesondere in der Laryngologie. Das flexible Endoskop wird hierbei in eine passende Halterung gelegt und das Betätigungselement zum Abwinkeln der Endoskopspitze wird in eine Klammer eingelegt, welche das Betätigungselement aktuieren kann. Die gesamte Halterung kann mittels entsprechender Antriebe um die Endoskoplängsachse rotiert und entlang der Endoskoplängsachse verfahren werden. Die Antriebe für die drei Freiheitsgrade befinden sich entweder in direkter Nähe zu den jeweiligen Mechanismen oder gemeinsam in einem Motorgehäuse, wobei die Bewegungsübertragung der Rotation und der Abwinkelung über Bowdenzüge erfolgt. Die Steuerung des robotischen Systems erfolgt über eine kompakte Steuereinheit mit zwei Joysticks (einer mit einem Freiheitsgrad, einer mit zwei Freiheitsgraden), welche wahlweise auf einer geeigneten Fläche positioniert oder an den Seitenschienen des OP-Tisches befestigt wird. Das robotische System wird über ein passives Stativ mit der OP-Tisch- Seitenschiene verbunden und grob positioniert.
WO 2013/029 045 Al beschreibt einen Endoskopadapter bestehend aus einer Halterung für das flexible Endoskop und einem Manipulationsmechanismus, welcher wahlweise den flexiblen Endoskopschaft und/oder ein in den Arbeitskanal des Endoskops einzuführendes Werkzeug in axialer Richtung bewegt. Hierzu verwendet der Manipulationsmechanismus Rollen, wobei mindestens eine Rolle durch eine Feder gegen den Endo- skopschaft/das Werkzeug gedrückt wird. Es ist wahlweise möglich, mindestens eine der beiden Rollen anzutreiben, um die Bewegung aktiv steuern zu können. In einer Ausführungsform (Fig.12) wird eine Befestigung des Manipulationsmechanismus am Patienten vorgeschlagen.
WO 2019 139 941 Al beschreibt einen Adapter, mit welchem in der minimalinvasiven Chirurgie ein starres Endoskop am Instrumenteninterface eines Medizinroboters befestigt werden kann. Dieser Adapter ermöglicht es, die Rotation eines Abtriebs der Instrumentenantriebseinheit (für schnellere Rotation) oder alternativ die Rotation der gesamten Instrumentenantriebseinheit durch einen Antrieb in der Instrumentenhalterung (für langsamere Rotation) in eine Rotation des Endoskopes um seine Längsachse umzusetzen. Es ist möglich, verschiedene kommerziell erhältliche Standalone-Endoskope mit dem Adapter zu verwenden (gegebenenfalls müssen hierzu die Befestigungsschalen für das Endoskop ausgetauscht werden). Je nach Ausführung wird das Endoskop fest in den Adapter eingebaut (Fig. 3-6) oder kann aus diesem nach Öffnen einer Verriegelung entnommen werden (Fig. 8-11; Fig.21A-24).
US10,219,867 B2 beschreibt das Avicenna Roboflex Chirurgiesystem : Verschiedene kommerziell erhältliche flexible Endoskope können in eine Halterung am Endeffektor eines auf einem Wagen befindlichen Roboters befestigt werden. Diese Halterung kann translatorisch in Richtung der Endoskopachse vor- und zurückbewegt werden sowie um die Endoskopachse rotiert werden. Weiterhin enthält die Halterung einen Mechanismus zur Aktuierung des Abwinkelungsfreiheitsgrades des flexiblen Endoskops. Zusätzlich stehen Mechanismen zur Aktuierung von Hilfswerkzeugen (Laserfaser, Zangen, Bergekörbchen etc.) sowie eine Pumpeinheit zur Kontrolle der Arbeitskanalspülung zur Verfügung. Das System wird vom Operateur von einer Konsole aus mittels zweier Force- Feedback-Joysticks (einer erlaubt Bewegungen vor und zurück sowie Rotationen um die Joystickachse, der zweite besitzt einen Hebel zur Grobsteuerung der Endoskopabwinke- lung), eines Stellrades zur Feinsteuerung der Endoskopabwinkelung, Fußpedalen (z.B. für Laserfaser und Fluoroskopie) und eines Touchbildschirms telemanipuliert. Einige Sicherheitsfunktionen sind integriert (Laser kann nicht im Arbeitskanal des Endoskops abgefeuert werden, Endoskop wird bei Einführen der Laserfaser gerade gestellt), ebenso Autonomiefunktionen (Ausgleich der Atembewegung des Patienten durch translatorische Bewegung des Endoskops)
US 9 763 741 B2 beschreibt ein robotisches System zur Telemanipulation eines flexiblen Endoskops. Bei dem Endoskop handelt es sich um ein speziell für dieses robotische System entworfenes Instrument, welches an einer durch einen Haltearm positionierbaren Antriebseinheit befestigt wird. Während der Roboter die Translation und die Rotation des Endoskops um seine Längsachse vornimmt, aktuiert die Antriebseinheit die Abwink- lung der Endoskopspitze. Die Führung des flexiblen Endoskopschaftes erfolgt mit Hilfe einer von einem zweiten Haltearm geführten starren Hülle, in welche der Endoskopschaft eingeführt wird.
US 2017/0119412 Al beschreibt die Führung eines Bergekorbs durch Haltearme, welche von einer Chirurgenkonsole aus ferngesteuert oder im Hands-On-Modus bewegt werden können. Wird der Bergekorb zusammengezogen, um ein Objekt zu fangen, führen die Roboter selbsttätig die Position des Bergekorbes so nach, dass das Objekt in der Mitte des Bergekorbes bleibt. Sobald das Objekt gefangen wurde, kann es noch im Korb durch einen zentralen Arbeitskanal hindurch zerkleinert (durch Laser, Fluid oder mechanisch) und abgesaugt werden.
US 2018/0092517 Al beschreibt eine Kalibriermethode für flexible Endoskope, bei welcher das robotische System das Endoskop zu verschiedenen Zielpositionen bewegt und über geeignete Sensoren (z.B. elektromagnetische Sensorsysteme, Kameras, faseroptische Sensoren) Rückmeldung zur tatsächlichen Endoskopposition erhält. Basierend darauf werden Korrekturfaktoren für die Endoskopaktuierung ermittelt und gespeichert. Diese können von verschiedenen Faktoren (z.B. aktuierte Seile, Länge der Endoskopspitze außerhalb der Hülle, Rotation des Endoskops bezogen auf die Hülle) abhängen und in einer Kalibriermatrix abgelegt werden. Durch die Integration von Dehnmessstreifen in die Instrumentenantriebseinheit können zusätzlich die am Endoskop auftretenden Seilkräfte überwacht werden.
US 2019/0191967 Al beschreibt ein robotisches Telemanipulationssystem mit optionalem haptischem Feedback, bei welchem die robotischen Instrumente (bestehend aus Haltearm und Endeffektor) und das flexible Endoskop für die Bildgebung durch die Arbeitskanäle eines flexiblen Transportendoskops geführt werden. Das Transportendoskop kann während des chirurgischen Eingriffes an einer Dockingstation befestigt werden. Die Freiheitsgrade der robotischen Instrumente werden durch eine gemeinsame Motorbox aktuiert während ein Endoskopunterstützungssystem Insufflation, Absaugung und Spülung des Transportendoskops fernsteuert. Das Endoskop für die Bildgebung sowie die robotischen Instrumente können als Ganzes entlang ihrer Längsachse verschoben und um ihre Längsachse rotiert werden. Um eine präzise Bewegungsübertragung von der Motoreinheit an die robotischen Instrumente zu ermöglichen, kann die Vorspannung der übertragenden Drahtseile automatisch beim Systemstart oder intraoperativ eingestellt werden.
Die deutsche Patentanmeldung 10 2019 134 352.6 beschreibt sehr allgemein einen Chirurgieroboter für endoskopische Anwendungen. Dabei wird ein flexibles Endoskop mit seiner Griffeinheit lösbar an einer Instrumentenbasisplatte angebracht, während die Bewegung und der Vorschub des Schaftes durch einen robotischen Arm erfolgt. Der Ab- winkelungsfreiheitsgrad des Endoskops wird durch einen weiteren Aktor gesteuert. Es werden verschiedene mögliche Assistenzfunktionen (Schwerkraftkompensation, automatisches Vorschieben und Zurückziehen des Endoskops, automatischer Wechsel von Instrumenten wie Laserfaser und Bergekörbchen, Bewegungskompensation für Patientenbewegung, automatische Orientierung des Bildes, Kartierung, Einblenden von Zusatzfunktionen via Augmented Reality) beschrieben. Das Gesamtsystem ist mobil auf einer rollbaren Plattform befestigt.
Die manuelle Handhabung des Endoskopes bringt verschiedene Nachteile mit sich:
• Physische Anstrengung durch Gewicht des Griffstückes
• Unergonomische Handhaltung durch Verdrehen des Griffstückes und/oder Aktuierung der Bedienelemente. Teilweise werden auch Bewegungsmöglichkeiten des Endoskopes im Körperinneren durch die Bewegungsmöglichkeiten der menschlichen Hand beschränkt.
• Operateur steht bei intraoperativem Röntgen im Bereich des Röntgengerätes. Dies macht einerseits das Tragen einer Bleiweste erforderlich und erhöht andererseits die Röntgenbelastung des Operateurs
• Zweiter Operateur notwendig o Beengte Arbeitsbedingungen, da der verfügbare Platz (bei uretero- skopischen Eingriffe typischerweise zwischen den gespreizten Beinen des Patienten) begrenzt ist. o Komplexe Koordination: Bei Verwendung eines Werkzeuges wie einer
Laserfaser oder einem Bergekörbchen müssen die Bewegungen von Endoskop und Werkzeug aufeinander abgestimmt sein, was eine gute Abstimmung zwischen den beiden Operateuren erfordert Auch die kommerziell verfügbaren robotischen Lösungen weisen Nachteile auf:
• Reine Telemanipulationssysteme: o Konversion zu manueller Chirurgie nur schwer möglich o Verlust des chirurgischen Fingerspitzengefühls beim Bewegen von En- doskop/Kathetern o Wiederholtes Ein- und Ausführen des Endoskopes bei der Steinbergung in der Urologie erfordert Unterstützung durch steriles Personal am OP-Tisch
• Hochspezialisierte Systeme: o Chirurgiesysteme maßgeschneidert für eine spezielle Anwendung => v.a. für große Kliniken mit hohen Behandlungszahlen interessant o Abgesehen von Roboflex Avicenna: Verwendung spezieller roboti- scher Instrumente, welche zusätzlich zu den Handinstrumenten angeschafft werden müssen
Die genannten Veröffentlichungen weisen hinsichtlich der Führung flexibler Endoskope folgende Nachteile auf:
US 2012/0065470 Al: Die aktuierten Freiheitsgrade erlauben nur kleine Bewegungen (insbesondere bei der Translation), für größere Bewegungen müssen die Verriegelungen am passiven Stativ geöffnet, die Systemkomponenten neu positioniert und die Verriegelungen wieder geschlossen werden. Ein intraoperatives Bewegen des Endoskops per Hand ist nicht ohne weiteres möglich, da ein Entnehmen des Endoskops aus der Halterung komplex ist (Öffnen der Halterung und Öffnen der Klammer für den Aktuierungs- hebel) und entsprechende Sensoren fehlen, um eine Hands-On Steuerung des Systems zu ermöglichen.
W02013/029 045 Al: Der gezeigte Rollenmechanismus kann die Translation des flexiblen Endoskopschaftes oder des Werkzeuges im Arbeitskanal des flexiblen Endoskopschaftes aktuieren. Allerdings kann die Rotation des Endoskopes um seine Längsachse mit dem beschriebenen Mechanismus nicht aktuiert werden. Diese ist jedoch insbesondere bei kleineren, nur in einer Ebene abwinkelbaren Endoskopen (z.B. Uretero- skopen) unverzichtbar, um alle gewünschten Manipulationsaufgaben im Patienteninneren durchführen zu können. Weiterhin ist ein rasches Lösen des Kraftschlusses zwischen Endoskopschaft und Rollen allem Anschein nach nicht möglich, da die Rollen federvorgespannt sind. Somit kann der Operateur das Endoskop nicht manuell unter Nutzung seines Fingerspitzengefühls vorschieben.
Der in WO 2019 139 941 Al beschriebene Adapter ist für starre Endoskope ausgelegt. Daher erlaubt er zum einen keine Aktuierung der Endoskopabwinklung. Zum anderen kann ein Roboter mit einem solchen Adapter zwar das Griffstück eines flexiblen Endoskopes im Raum positionieren und ausrichten, aber nicht die Endoskopspitze, da eine Führung des flexiblen Endoskopschaftes und somit eine eindeutige Übertragung der Bewegung des Griffstückes auf die Bewegung der Endoskopspitze fehlt.
Das in US10,219,867 B2 beschriebene Avicenna Roboflex System weißt die oben genannten Nachteile robotischer Systeme auf.
Das in US 9 763 741 B2, US 2017/0119412 Al und in US 2018/0092517 Al beschriebene robotische System für Eingriffe mit flexiblen Endoskopen weißt ebenfalls die oben genannten Nachteile robotischer Systeme auf. Weiterhin dürften der Einsatz spezialisierter Instrumente sowie die hohe technische Komplexität des gezeigten Systems (drei Haltearme zur Durchführung eines endoskopischen Eingriffes in der Niere notwendig) einen wirtschaftlichen Systemeinsatz insbesondere in kleineren Kliniken mit geringen Fallzahlen deutlich erschweren.
Das Patent US 2019/0191967 Al legt den Schwerpunkt auf die Aktuierung des bildgebenden Endoskops und der robotischen Instrumente, welche beide nur für den Einsatz mit diesem System ausgelegt sind. Die Steuerung des Transportendoskops erfolgt nach wie vor manuell, zudem ist der flexible Schaft nur an der Position von Griffstück und Patientenzugang festgelegt.
Gegenüber der deutschen Patentanmeldung 10 2019 134 352.6 entwickelt die vorliegende Lösung die mechanische Ausgestaltung des Systems weiter. Insbesondere ist hier die Ausgestaltung der Befestigung des Endoskopgriffstückes am Haltearm, die Ausgestaltung der Schleusenbefestigung am Zugang zum Patienten sowie die mögliche Integration von Virtual Fixtures zur Unterstützung des Chirurgen zu nennen. Aufgabe der Erfindung ist es ein Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische Chirurgie bereitzustellen, dass eine vereinfachte Handhabung eines Endoskops ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische Chirurgie weist einen Haltearm auf, der eine Halterung für die Griffeinheit eines konventionellen Endoskops aufweist. Somit können konventionelle Endoskope ohne weitere Änderungen in dieser Halterung befestigt werden, sodass sie vom Haltearm geführt werden können. Das Chirurgiesystem weist ferner eine patientenseitige Einheit auf, die in der Nähe des Patienten befestigbar ist. Hierbei erfolgt eine definierte Positionierung des Patientenzugangs.
Das erfindungsgemäße Chirurgiesystem bietet den Vorteil, dass ein Chirurg die Griffeinheit des Endoskops loslassen kann und seine Hand, die ursprünglich für das Halten der Griffeinheit benötigt wurde, für andere Aufgaben, beispielsweise für das präzisere Führen des Endoskops, verwenden kann. Hierfür ist es bisher üblich, einen zweiten Chirurgen zu verwenden. Dies ist durch das erfindungsgemäße Chirurgiesystem nun nicht mehr notwendig.
Bevorzugt weist das Chirurgiesystem eine Ausgabeeinheit für den Systemstatus auf.
Für die roboterunterstützte Solo Surgery-OP benötigt der Chirurg zahlreiche Informationen, von denen eine oder mehrere auf der Ausgabeeinheit angezeigt werden können: Endoskopbild (möglichst wenig hiervon sollte verdeckt sein) Status Zusatzgeräte (Spülung, Laser, Röntgen; an der Bedieneinheit, am Gerät oder auf dem Bildschirm) Status Haltearm
Weitere evtl, interessante Informationen sind:
Karte OP-Gebiet (auf zweitem Bildschirm)
Weltmodell Robotersystem (auf zweitem Bildschirm) Richtungsanweisungen für Bewegungen des Haltearms
Beispielsweise kann ein Ring aus mehreren einzeln adressierbaren RGB-LEDs am Haltearm als Ausgabeeinheit verwendet werden. Dies hat folgende Vorteile:
Kompakt und preiswert Gut sichtbar bei der Manipulation des Haltearmes (gerade dann sind die angezeigten Informationen wichtig)
Gleichzeitiges Anzeigen von Systemzustand ( = Regelungsmodus des Roboters; über LED-Farbe) und Richtungsanweisungen (über LED-Aktivierung) Verdeckt nicht Teile des Endoskopbildes
Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Haltearm durch einen Bediener manuell positionierbar und an einer gewünschten Position arretierbar ist.
Bevorzugt hält er seine Position automatisch, sobald der Bediener keine Kräfte mehr auf den Haltearme ausübt.
Beispielsweise kann mindestens ein Sensor vorgesehen sein zum Detektieren, ob die Griffeinheit von einem Bediener gehalten wird. Sofern dies der Fall ist, wird die Regelung des Haltearms in den Bewegungsmodus überführt, sodass der Haltearm manuell durch den Bediener bewegt werden kann und in eine gewünschte Position gebracht werden kann. Hiernach kann seine Position wieder arretiert werden, sodass die Griffeinheit des Endoskops wieder in der von dem Chirurgen gewünschten Position festgehalten wird. Zum Detektieren kann eine Plastikhülle um die Griffeinheit mit integrierten kapazitiven Sensoren verwendet werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Steuerung des Haltearms derart ausgestaltet ist, dass die Position der patientenseitigen Einheit durch ein Berühren mit dem Endeffektor des Haltearms ermittelbar ist. Dies erfolgt dadurch, dass über die Stellung der Gelenkwinkel des Haltearms, die zum Zeitpunkt der Berührung bekannt ist, die Position des Endeffektors ermittelt wird. Z.B. kann eine Tastspitze nur temporär (z.B. per Kraftschluss eines Magneten) an der roboterseitigen Einheit (= am Roboterarm angebrachter Endeffektor, in den das Endoskop eingelegt wird) angebracht wird. Dadurch kann das Endoskop während des Antastens mit dem Haltearm verbunden bleiben.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Griffeinheit werkzeuglos vom Haltearm trennbar ist indem beispielsweise die Halterung geöffnet wird. Hierdurch ist es dem Chirurgen möglich, die Griffeinheit bei besonders kritischen Situationen während einer Operation wie gewohnt mit einer Hand zu führen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Steuerung des Haltearms ausgebildet ist zum Generieren einer virtuellen Barriere, über die hinaus die Griffeinheit nicht bewegbar ist. Hierdurch kann eine Verletzung des Patienten und/oder ein zu starkes Abknicken des Endoskops verhindert werden, wobei hierbei auch die bekannte Position der patientenseitigen Einheit zu berücksichtigen ist.
Der Roboterarm kann sowohl ein passiver Arm mit Bremsen und Positionssensoren in den Gelenken als auch ein Haltearm mit aktiv angetriebenen Freiheitsgraden sein. Im Falle eines Roboters besitzt dieser entweder integrierte Drehmomentsensoren zur Detektion externer Kräfte oder einen geeigneten Kraft-Momenten-Sensor am Werkzeug- Interface. Um die Aktuierungskräfte gering zu halten, ist es bevorzugt, dass der Haltearm ganz oder teilweise schwerkraftkompensiert ist.
Es ist bevorzugt, dass das Einlegen des Endoskops in die Halterung werkzeuglos möglich ist. Dies kann beispielsweise durch Schnappverschlüsse, Magnetverschlüsse, an der Halterung angebrachte Riegel oder (unverlierbare) Rändelschrauben erfolgen.
Zur Bestimmung der Ausrichtung einer Schleuse, die an der patientenseitigen Einheit angebracht ist, kann beispielsweise eine prismatische Führung vorgesehen sein. Zum Bestimmen der Position des Schleusenzugangs kann eine Anlagefläche gegenüber der patientenseitigen Einheit vorgesehen sein. Hierdurch kann wie bereits beschrieben ein Berühren oder Antasten der patientenseitigen Einheit mit dem Endeffektor zum Bestimmen ihrer Position erfolgen. Der Anschlag zum Antasten ist bevorzugt lösbar beispielsweise über einen Magneten mit der Befestigung der Endoskopgriffeinheit verbunden.
In unmittelbarer Nähe der Endoskopgriffeinheit befindet sich bevorzugt eine Befestigungsmöglichkeit für die Endeffektoren im Arbeitskanal des flexiblen Endoskops (z.B. Laserfaser oder Bergekörbchen). Diese sollte werkzeuglos bedienbar sein (z.B. Klickverschlüsse zur Befestigung der Endeffektoren). Zudem sollte sie es ermöglichen, die Werkzeuge bevorzugt in mehreren Achsen in Relation zum Endoskopgriffstück zu positionieren, um beispielweise den unterschiedlichen Handgroßen verschiedener Bediener Rechnung zu tragen. Bevorzugt weist die Befestigungsmöglichkeit für die Endeffektoren weiterhin eine Möglichkeit zum Fixieren von mechanischen Bedienelementen der Endeffektoren in verschiedenen Positionen auf (beispielsweise Hebel zum Öffnen und Schließen des Bergekörbchens). Bevorzugt befinden sich zusätzliche, steril bedienbare Bedienelemente in unmittelbarer Nähe der Endoskopgriffeinheit, um die Spülung des Endoskopes und/oder den Laser zu aktivieren und/oder ein Röntgenbild des Operationsgebietes aufzunehmen. Diese Bedienelemente können die bisher üblicherweise verwendeten Fußpedale ergänzen oder ersetzen. Deren Aktivierung erfordert eine Gewichtsverlagerung des Chirurgen auf ein Bein, was in Verbindung mit dem stabilen Halten der Position des Endoskopgriffstückes zu unergonomischen und physisch anstrengenden Körperhaltungen führen kann. Die Bedienelemente können in verschiedener Art und Weise ausgebildet sein, z.B. als Kippschalter, Druckschalter, Taster, Touchscreen etc. Hierbei sind folgende Punkte beachten:
• Sterilität: Die Bedienelemente müssen auch mit OP-Handschuhen gut bedienbar sein. Zudem müssen sie entweder sterilisierbar sein oder während des Eingriffes steril abgedeckt („gedraped") werden. Im zweiten Fall muss eine Bedienung durch das sterile Drape hindurch problemlos möglich sein.
• Kompatibilität mit existierender Hardware: Bevorzugt sollten die Bedienelemente mit den Geräten verschiedener Hersteller kompatibel sein.
• Bediencharakteristik des Bedienelements muss zu bedientem Gerät passen: o Die Spülung läuft oftmals längere Zeit, folglich sollte ein Bedienelement genutzt werden, welches den Zustand hält, z.B. ein Kipphebel oder Knopf. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Betriebszustand optisch unmittelbar erkennen zu können, z.B. durch die Stellung eines Kipphebels, einen beleuchteten Knopf oder eine Status-LED. o Der Laser sollte nur ausgelöst werden, solange Chirurg das Bedienelement betätigt. Dies kann beispielsweise durch einen Taster erreicht werden. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Betriebszustand optisch unmittelbar erkennen zu können, z.B. durch einen beleuchteten Taster oder eine Status-LED. o Die Aufnahme eines Röntgenbildes sollte einmalig ausgelöst werden, wenn der Chirurg das entsprechende Bedienelement betätigt. Dies kann beispielsweise durch einen Taster erreicht werden. Die patientenseitige Einheit erfüllt mehrere Aufgaben:
• Definierte Positionierung des Patientenzugangs: In der flexiblen Ureteroskopie erfolgt der Zugang zum Operationsgebiet in Harnröhre, Blase, Harnleiter oder Niere durch die Harnröhre des Patienten. Oftmals wird zu Beginn des Eingriffes eine Schleuse (= technisch gesehen ein Rohr mit Trichter am Eingang) vom Ende der Harnröhre bis zum Operationsgebiet gelegt, um Verletzungen des Harntraktes durch wiederholtes Vorschieben und Zurückziehen des Ureteroskopes zu vermeiden. Diese Schleuse muss gegen Herausrutschen aus Harnröhre und Harnleiter gesichert werden. Weiterhin muss die Position dieser Schleuse bekannt sein, um Virtual Fixtures zur Unterstützung der Endoskopeinführung in den Patienten definieren zu können. Dies kann entweder über geeignete Trackingsysteme oder über ein mechanisches Festlegen der Schleuse gegenüber der patientenseitigen Einheit erreicht werden. Werden die erste Variante ein entsprechendes Trackingsystem (z.B. eine externe Stereokamera oder eine Stereokamera an der patientenseitigen Einheit) erfordert, ist die zweite Variante einfacher umsetzbar und daher bevorzugt. Das mechanische Festlegen kann über einen Kraft- und/oder Formschluss erfolgen, wobei der entsprechende Mechanismus werkzeuglos bedienbar sein sollte.
• Klemmmechanismus Schaft: Bevorzugt weist die patientenseitige Einheit einen Klemmmechanismus zur Fixierung des flexiblen Endoskopschaftes auf. Hierdurch kann der Chirurg bei Bedarf die Position des Endoskopschaftes fixieren und das Endoskop loslassen, um beispielsweise den Endeffektor im Arbeitskanal zu bewegen und zugleich zu bedienen (z.B. Öffnen und Schließen des Bergekörbchens oder Aktivieren des Lasers) oder um den Endeffektor zu wechseln (z.B. von Laserfaser zu Bergekörbchens). Sofern die patientenseitige Einheit einen Klemmmechanismus aufweist, ist dieser bevorzugt werkzeuglos fixierbar und lösbar (z.B. durch Schnappverschlüsse, Magnetverschlüsse oder Riegel). Sofern die patientenseitige Einheit einen Klemmmechanismus aufweist, ist es weiterhin bevorzugt, dass eine Sensorik zum Detektieren des Schließens des Klemmmechanismus vorhanden ist. Diese kann beispielsweise ein Endschalter sein, welcher beim Schließen des Klemmmechanismus gedrückt wird. Alternativ können auch andere Sensoren, wie beispielsweise Lichtschranken, Drucksensoren in der Klemmfläche oder Time-of-Flight-Sensoren hierfür eingesetzt werden. Wird ein Schließen des Klemmmechanismus detektiert, wird der Bewegungsraum des Haltearmes so eingeschränkt, dass die Entfernung des Endoskopgriffes zum Klemmmechanismus nicht weiter vergrößert werden kann. Hierdurch wird ein Ziehen am Endoskopschaft und eine daraus resultierende mögliche Beschädigung des Endoskops verhindert.
Definierte Anlagefläche zum Antasten der patientenseitigen Einheit: Sofern nicht die Befestigung der Endoskopgriffeinheit und die patientenseitige Einheit mit Markern versehen werden sollen, welche durch ein externes Trackingsystem erfasst werden, muss ihre Position und Ausrichtung zueinander anderweitig bestimmt werden. Hierzu kann ein Anschlag an der Befestigung der Endoskopgriffeinheit verwendet werden, welcher mit entsprechenden geometrischen Features von Schleuse und patientenseitiger Einheit in Kontakt gebracht wird, um so die Position des Schleusenzuganges und die Ausrichtung der Schleuse zu bestimmen. Wenn der Benutzer das Erreichen der gewünschten Position bestätigt (z.B. über einen Tastendruck oder eine Fußpedalbetätigung), wird an Hand der Vorwärtskinematik des Haltearms und der bekannten Geometrie von Anschlag und patientenseitiger Einheit die Position und Ausrichtung der Schleuse bezogen auf den Haltearm errechnet und gespeichert.
Sensorik zum Detektieren von Kollisionen: Wird die relative Position und Ausrichtung von Befestigung der Endoskopgriffeinheit und patientenseitiger Einheit nicht permanent durch ein externes Trackingsystem überwacht, sondern wie oben beschrieben durch Antasten ermittelt, können Bewegungen der patientenseitigen Einheit nur mit Hilfe zusätzlicher Sensoren erkannt werden. So kann beispielsweise ein Beschleunigungsmesser/eine IMU an der patientenseitigen Einheit fixiert werden, welche deren Bewegungen detektiert. Erfolgt nach dem Speichern der Schleusenposition und -ausrichtung eine Bewegung (z.B. in Folge einer Kollision des Benutzers mit der patientenseitigen Einheit) kann das System unverzüglich reagieren und z.B. den Benutzer zum erneuten Antasten der patientenseitigen Einheit auffordern. • Definierte Abwurfstelle für Steinfragmente und Biopsiematerial: Es bietet sich an, in unmittelbarer Nähe zur Schleuse eine Ablagemöglichkeit für Material aus dem Patienteninneren (bei der Ureteroskopie insbesondere Steinfragmente und Biopsiematerial) vorzusehen. Dies ist insbesondere bei größeren Nierensteinen vorteilhaft, die per Laser zerkleinert und dann Stück für Stück mit dem Bergekörbchen aus dem Patienten Harntrakt entfernt werden müssen. Um sicher zu stellen, dass die Steinfragmente oder das Biopsiematerial nicht an der Zange bzw. dem Bergekörbchen hängen bleiben, kann im Bereich der Abwurfstelle zusätzlich ein Gebläse (Druckluft oder Ventilator) vorgesehen werden, welches die Objekte in Richtung der Ablagemöglichkeit bläst.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 : Die manuelle Bedienung eines flexiblen Ureteroskops
Figur 2: Detailansicht der Endoskopspitze im ungekrümmten und im gekrümmten Zustand
Figur 3: Typische Endeffektoren, welche in den Arbeitskanal flexibler Ureteroskope eingeführt werden
Figur 4: Gesamtsetup für die Manipulation flexibler Endoskope durch einzelne Benutzer in der Urologie mit und ohne Darstellung des Patienten
Figur 5: Befestigung für die Endoskopgriffeinheit am Haltearm
Figur 6: Anschlag zum Antasten der patientenseitigen Einheit
Figur 7: Befestigung für die Endeffektoren Fugur 8: Steril manipulierbare Bedienelemente an der Endoskopgriffeinheit
Figur 9: Gesamtansicht der patientenseitigen Einheit
Figur 10: Antasten der patientenseitigen Einheit
Figur 11 : Virtual Fixtures zur Begrenzung des Bewegungsbereiches der Endoskopgriffeinheit
Figur 12: Nutzung eines LED-Ringes am Haltearm, um den Benutzer in den Bereich der Virtual Fixtures zu führen
Figur 1 zeigt die manuelle Bedienung eines flexiblen Ureteroskops (Endoskop für urologische Eingriffe): Der Arzt hält das Griffstück (16) in einer Hand (linke Figur), die andere Hand führt den flexiblen Schaft (18), meist in der Nähe des Zugangs zum Patienten. Durch Bewegen des Aktuierungselements (24) (entlang des linken Pfeils) kann die Endoskopspitze (26) in einer Ebene gekrümmt werden (rechter Pfeil). Die Ebene, in welcher sich die Endoskopspitze krümmt, kann durch Rotation des gesamten Endoskopes um seine Längsachse variiert werden. Der Vorschub der Endoskopspitze erfolgt durch Translation des gesamten Endoskops. Durch den Arbeitskanal (28) können verschiedene Werkzeuge wie z.B. ein Lichtwellenleiter für einen Laser oder ein Bergekörbchen zum Entfernen von Nierensteinen eingeführt werden. Je nach Modell des Endoskops unterscheidet sich die Anordnung und die Ausgestaltung der Bedienelemente, die Art und Anzahl der Endoskopfreiheitsgrade ist typischerweise bei den verschiedenen Endoskopen für eine Anwendung (wie z.B. Urologie) identisch.
Wie in Figur 2 gezeigt, kann die Spitze von flexiblen Endoskopen für die Urologie auf Grund des geringen Durchmessers (das Endoskop muss durch die Harnröhre des Patienten passen) nur in einer Ebene und in einem bestimmten Bereich gekrümmt werden: Der flexible Bereich der Endoskopspitze wird durch Aktuierung des Stellrades am Griffstück mittels im Endoskopschaft laufender Seile/Stangen gekrümmt. Die Endoskopspitze und der übrige Schaft bleiben währenddessen starr.
Figur 3 stellt zwei typische Endeffektoren dar, welche in den Arbeitskanal flexibler Ureteroskope eingeführt werden: Laserfaser zum Zertrümmern von Nierensteinen (links), Bergekörbchen zum Fassen der Steintrümmer (rechts). Durch die Translation des schwarzen Griffelementes (28) in Pfeilrichtung wird das Bergekörbchen (30) an der Spitze des Endeffektors geöffnet und geschlossen.
Bei manuell durchgeführten urologischen Eingriffen mit flexiblen Endoskopen (z.B. einer endoskopischen Nierensteinentfernung) befinden sich während des Eingriffs Chirurg und Assistent zwischen den gespreizt gelagerten Beinen des Patienten, um das flexible Endoskop und die durch dessen Arbeitskanal geführten Werkzeuge zu manipulieren. Der Einsatz eines Roboters für die Manipulation des flexiblen Endoskopes soll derartige Eingriffe künftig auch ohne Einsatz eines Assistenten ermöglichen. Die Abb 4 zeigt ein mögliches Gesamtsetup für die Manipulation flexibler Endoskope durch einzelne Benutzer in der Urologie mit (links) und ohne Darstellung des Patienten (rechts): Der (robotische) Haltearm (12) ist auf einem fahrbaren Wagen (32) angebracht, wobei seine Basis höhenverstellbar und bevorzugt zusätzlich in mindestens einer Achse neigbar ist. Am Werkzeugflansch des Haltearms (34) ist eine Befestigung für die Endoskopgriffeinheit (16) angebracht. In unmittelbarer Nähe zum Ausgang der Harnröhre des Patienten befindet sich die patientenseitige Einheit (20). Nicht dargestellt sind zusätzlich notwendige Rechner zur Steuerung des robotischen Haltearms (welche flexibel im OP-Saal positioniert oder in der Basis des fahrbaren Wagens untergebracht werden können) sowie der Bildschirm zur Ausgabe des Endoskopbildes (welcher von der Position des Chirurgen zwischen den Beinen des Patienten aus einsehbar sein muss).
Im gezeigten Gesamtsetup wird bevorzugt ein Roboter als Haltearm eingesetzt. Dann fungiert der Roboterarm als intelligentes Stativ für die Endoskopgriffeinheit. Der Chirurg kann die Griffeinheit wie von manuell durchgeführten Eingriffen gewohnt frei im Raum bewegen und positionieren, wobei der Roboterarm den Bewegungen schwerkraftkompensiert folgt. Lässt der Chirurg die Griffeinheit los oder arretiert er eine Position über eine entsprechende Benutzereingabe (Knopfdruck, Betätigen eines Fußpedals, Sprachsteuerung, ...) wird der Roboter in einen positionsgeregelten oder steifen impedanzgeregelten Modus geschalten, so dass die Pose (Position und Orientierung) der Endoskopgriffeinheit auch beibehalten wird, nachdem diese vom Chirurgen losgelassen wurde.
Alternativ zur abgebildeten Befestigung am OP-Tisch, kann die patientenseitige Einheit auch mittels eines zusätzlichen Haltearms am fahrbaren Wagen befestigt werden. Sofern die Freiheitsgrade dieses zusätzlichen Haltearms geeignete Positionssensoren aufweisen, kann die Position der patientenseitigen Einheit dann durch ihren Haltearm gemessen werden, statt sie über den in Abb. 6 dargestellten Anschlag anzutasten.
Figur 5 zeigt die Befestigung für die Endoskopgriffeinheit am Haltearm: Die Befestigung für die Endoskopgriffeinheit (16) wird mit dem Haltearm über ein bevorzugt werkzeuglos bedienbares Dockinginterface (56) verbunden. Sie umfasst eine mechanische Struktur (40), an welcher formschlüssige, endoskopspezifische Halterungen (42, 44 und 46) angebracht sind. Im dargestellten Beispiel wird das Endoskop in die obere Halterung (42) eingeklickt, während die untere Halterung aus zwei formschlüssigen Halbschalen (44 und 46) besteht, welche miteinander verschraubt werden. Weiterhin weist die Befestigung für die Endoskopgriffeinheit einen Anschlag zum Antasten der patientenseitigen Einheit auf (48). Zudem befindet sich in unmittelbarer Nähe der Endoskopgriffeinheit eine Befestigungsmöglichkeit für die Endeffektoren (50) im Arbeitskanal des flexiblen Endoskops (z.B. Laserfaser oder Bergekörbchen). Im Beispiel ist die Griffeinheit für ein Bergekörbchen (52) dargestellt. Bevorzugt kann die Anordnung der Befestigungsmöglichkeiten an die ergonomischen Anforderungen des Systemnutzers in mehreren Freiheitsgraden angepasst werden, beispielsweise durch Rotation um die Achse Al oder Translation entlang Achse A2. Weiterhin befindet sich in unmittelbarer Nähe der Endoskopgriffeinheit zusätzliche, steril bedienbare Bedienelemente (54), um die Spülung des Endoskopes und/oder den Laser zu aktivieren und/oder ein Röntgenbild des Operationsgebietes aufzunehmen.
Figur 6 stellt den Anschlag zum Antasten der patientenseitigen Einheit dar: Die Befestigung für die Endoskopgriffeinheit weist einen Magneten sowie einen kegelförmigen Fortsatz auf, um den Anschlag zu fixieren. Hierbei rastet der kegelförmige Fortsatz in die kegelförmige Senkung (6.1) des Anschlags ein. Der Magnet zum Sperren der Translation wird durch eine Schraube angezogen, welche so in eine in die Aussparung (6.2) eingepresste Mutter geschraubt wird, dass ihr Ende in der Bohrung (6.3) liegt. Die Innenflächen der beiden Fortsätze (6.4) verhindern ein Verdrehen des Anschlages. Der Anschlag weißt an einem Ende eine prismatische Führung für die Schleuse (6.5) sowie eine Anlagefläche gegenüber der patientenseitigen Einheit (6.6) auf. Ggf kann der Anschlag noch zusätzliche Ab- sätze/Passstifte aufweisen, um ein Verdrehen der prismatischen Führung um die Schleuse zu verhindern Figur 7 zeigt die Befestigung der Endeffektoren: Die Endeffektoren wie z.B. die Griffeinheit für ein Bergekörbchen (7.1) werden in endeffektorspezifisch angepassten Klemmen (7.2) fixiert, welche mit der Befestigung für die Endoskopgriffeinheit (7.3) verbunden sind. Optional können diese Klemmen aktive Elemente zur Interaktion mit den Bedienelemente der Endeffektoren aufweisen (nicht dargestellt), im Falle des Bergekörbchens um beispielsweise die Position des Hebels zum Öffnen und Schließen des Bergekörbchens (7.4) festzulegen. Bevorzugt weißt diese Verbindung mehrere arretierbare Freiheitsgrade auf, um vor OP-Beginn die Position der Endeffektoren an die Handergonomie des Systemnutzers anpassen zu können. Im Beispiel ist das Strukturteil (7.5) gegenüber der Befestigung für die Endoskopgriffeinheit (7.3) um Al drehbar und das Strukturteil (7.6) gegenüber dem Strukturteil (7.5) entlang A2 verschiebbar.
In Figur 8 sind die steril manipulierbaren Bedienelemente an der Endoskopgriffeinheit dargestellt: Indem nahe der Endoskopgriffeinheit die notwendigen Bedienelemente angebracht werden, um die Spülung des Endoskopes und/oder den Laser zu aktivieren und/oder ein Röntgenbild des Operationsgebietes aufzunehmen, können die bisher üblicherweise verwendeten Fußpedale ergänzt oder ersetzt werden. Für jede Funktion ist ein Bedienelement (z.B. ein Knopf (8.1) oder ein Schalter (8.2)) vorzusehen. Bevorzugt ist zudem für jede Funktion eine Statusanzeige vorhanden, z.B. eine LED
(8.3). Das Auslesen der Bedienelemente und das Ansteuern der Statusanzeige kann beispielsweise über einen Mikrocontroller erfolgen.
In Figur 9 ist die gesamte patientenseitige Einheit gezeigt, links im geöffneten und rechts im geschlossenen Zustand: Die Schleuse (9.1) wird in das Unterteil der Schleusenbefestigung (9.2) eingelegt, dann wird das Oberteil der Schleusenbefestigung
(9.3) mittels eines Rastelements (9.4) und eines Stifts (9.5) geschlossen und die Schleuse so fixiert. Vor dem Trichter der Schleuse (9.6) befindet sich die Klemme für den Endoskopschaft mit der Klemmenbasis (9.7) und dem Klemmenhebel (9.8), welche über die Basisplatte (9.9) fest mit dem Unterteil der Schleusenbefestigung verbunden ist. Das Schließen der Klemme detektiert, indem eine Schraube (9.10) den Hebel des Endschalters (9.11) drückt. Optional weißt die patientenseitige Einheit zudem noch einen Beschleunigungsmesser/eine IMU (9.12) auf, welche Bewegungen der patientenseitigen Einheit (z.B. in Folge von Kollisionen) detektiert. In einem solchen Fall kann der Benutzer dann darauf hingewiesen werden, dass ein erneutes Antasten der patientenseitigen Einheit erforderlich ist. Optional weist die patientenseitige Einheit zudem eine Abwurfstelle für Steinfragmente und Biopsiematerial (9.13) auf.
Wie in Figur 10 zu sehen, erfolgt das Antasten der patientenseitigen Einheit in zwei Schritten: Im ersten Schritt (links) wird der Anschlag (10.1) mit seiner dreieckigen Aussparung (10.2) so auf das Rohr der Schleuse (10.3) gesetzt, dass das Rohr auf der ganzen Länge des Anschlages an beiden Flächen der Aussparung anliegt. In einem zweiten Schritt (rechts) wird der Anschlag anschließend entlang des Schleusenrohres zur Schleusenbefestigung geschoben, bis die Anlagefläche des Anschlags (10.4) am Oberteil der Schleusenbefestigung (10.5) anliegt.
Figur 11 stellt das Konzept von Virtual Fixtures zur Begrenzung des Bewegungsbereiches der Endoskopgriffeinheit dar: Sofern der Haltearm ein robotischer Arm oder ein passiver Arm mit Positionssensoren und Bremsen in allen Achsen ist, kann der Bewegungsbereich der Endoskopgriffeinheit (11.1) begrenzt werden, um Kollisionen des Endoskopes mit der Umgebung oder Beschädigungen durch ein zu starkes Abwinkel des flexiblen Schaftes zu vermeiden. Beispielsweise kann - wie dargestellt - der zulässige Bewegungsbereich des Ursprungs des Koordinatensystems an der Endoskopspitze auf einen Kegelstumpf vor der patientenseitigen Einheit begrenzt werden (gepunktete Linie 11.2). Weiterhin ist es möglich, die Ausrichtung der Endoskoplängsachse (= z-Achse des eingezeichneten Koordinatensystems) an die Ausrichtung der Schleusenlängsachse (11.3) anzugleichen (beispielsweise über ein virtuelles Feder-Dämpfersystem zwischen dem Koordinatensystem und dem nächstgelegenen Punkt auf der Schleusenlängsachse).
Figur 12 zeigt ein beispielhaftes Konzept für die Nutzung eines LED-Ringes am Haltearm, um den Benutzer in den Bereich der Virtual Fixtures zu führen : Bevorzugt weist der Haltearm einen LED-Ring mit einzeln ansteuerbaren LEDs (12.1) in der Nähe des Werkzeuginterfaces (12.2) auf (vgl. linke Figur). Diese können dazu verwendet werden, den Benutzer in die Grenzen der Virtual Fixtures (gepunktete Linie, 12.3) zu führen, wo ein sicheres Aktivieren der Fixtures möglich ist: Befindet sich das Koordinatensystem an der Endoskopspitze außerhalb der Virtual Fixtures (vgl. mittlere Figur), so wird die kürzeste Verbindung zwischen seinem Ursprung und der Schleusenlängsachse (Strichpunktlinie, 12.4) berechnet. Anschließend wird errechnet, wie das Werkzeuginterface des Haltearmes bewegt werden muss, um die Endoskopspitze entlang dieser kürzesten Verbindung zur Schleusenlängsachse zu bewegen. Die errechnete Trajektorie wird in die Ebene des LED-Ringes projiziert (gestrichelte Linie, 12.5) und die dieser Linie am nächsten lie- gende(n) LED(s) (12.6) aktiviert. Bewegt der Benutzer das Werkzeuginterface des Haltearmes in Richtung der leuchtenden LEDs, befindet sich das Koordinatensystem an der Endoskopspitze irgendwann innerhalb der Virtual Fixtures (vgl. rechte Figur). Dann wird das Lichtsignal des LED-Ringes geändert (z.B. indem alle LEDs aktiviert werden), um die Möglichkeit zum Aktivieren der Virtual Fixtures anzuzeigen.

Claims

Patentansprüche
1. Chirurgiesystem für die minimalinvasive robotische Chirurgie, mit: einem Haltearm (12), der eine Halterung (14) für die Griffeinheit (16) eines konventionellen Endoskops (18) aufweist, einer patientenseitigen Einheit (20), die in der Nähe des Patienten (22) befestigbar ist und eine definierte Positionierung des Patientenzugangs ermöglicht.
2. Chirurgiesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit für den Systemstatus.
3. Chirurgiesystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm durch den Chirurgen manuell positionierbar und in einer gewünschten Position arretierbar ist.
4. Chirurgiesystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Haltearm (12) seine Position automatisch hält, sobald keine externen Kräfte mehr auf ihn ausgeübt werden.
5. Chirurgiesystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen Sensor zum Detektieren, ob die Griffeinheit (16) von einem Bediener (24) gehalten wird, wobei, sofern dies der Fall ist, die Regelung des Haltearms (12) in den Bewegungsmodus geändert wird.
6. Chirurgiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Haltearms (12) derart ausgestaltet ist, dass die Position der patientenseitigen Einheit (20) durch ein Berühren mit dem Endeffektor des Haltearms (12) ermittelbar ist, dadurch dass über die Stellung der Gelenkwinkel der Haltearms zum Zeitpunkt der Berührung die Position des Endeffektors bekannt ist.
7. Chirurgiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Griffeinheit (16) werkzeuglos vom Haltearm (12) trennbar ist. Chirurgiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Haltearms (12) ausgebildet ist zum Generieren einer virtuellen Barriere, über die hinaus die Griffeinheit (16) nicht bewegbar ist, sodass eine Verletzung des Patienten und/oder ein zu starkes Abknicken des Endoskops (18) verhindert wird.
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