EP4637607A1 - System und computerimplementiertes verfahren zur steuerung mindestens einer funktionalität eines chirurgischen instruments - Google Patents

System und computerimplementiertes verfahren zur steuerung mindestens einer funktionalität eines chirurgischen instruments

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Publication number
EP4637607A1
EP4637607A1 EP23834055.8A EP23834055A EP4637607A1 EP 4637607 A1 EP4637607 A1 EP 4637607A1 EP 23834055 A EP23834055 A EP 23834055A EP 4637607 A1 EP4637607 A1 EP 4637607A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
instrument
functionality
surgical instrument
surgical
mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23834055.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lena Felber
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.)
Karl Storz SE and Co KG
Original Assignee
Karl Storz SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Karl Storz SE and Co KG filed Critical Karl Storz SE and Co KG
Publication of EP4637607A1 publication Critical patent/EP4637607A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B34/37—Leader-follower robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots

Definitions

  • the present invention relates to a system for controlling at least one functionality of a surgical instrument, in particular an articulated and/or steerable instrument, including a motor-driven or robotic instrument. Furthermore, the present invention relates to a computer-implemented method for controlling at least one functionality of a surgical instrument.
  • the articulation of the various joints is an important factor that determines the service life of the medical instrument.
  • the joints of the medical instrument are loaded with a mechanical force that is higher than the force actually required for the surgical activity in question. This can result in surgical instruments being subjected to unnecessarily high mechanical stresses. This cumulative effect contributes to an increase in the degree of wear of the surgical instrument and consequently leads to a reduction in the service life of the surgical instrument in question.
  • Conventional surgical instruments are not equipped with mechanisms that take into account how many functionalities of a surgical instrument are used during a surgical procedure and to what extent or with what intensity these functionalities are used.
  • the user of a surgical instrument cannot configure this instrument so that the functionalities are automatically adapted to planned surgical procedures.
  • a medical instrument should be used optimally in terms of its performance and its lifetime in order to save resources in hospitals or clinics. It is therefore necessary to optimize the operational lifetime and performance of an instrument based on the planned surgical activities.
  • An operating mode for a functionality of an instrument refers to a configuration of the instrument that defines the permitted values of the functionality of the instrument.
  • An operating mode can also represent a configuration that defines permitted values of several functionalities of the instrument simultaneously.
  • the mode setting unit and the control unit can each be implemented as a device comprising at least one central processing unit (CPU) and/or at least one graphics processing unit (GPU) and/or at least one field-programmable gate array (FPGA) and/or at least one application-specific integrated circuit (ASIC) and/or any combination of the aforementioned elements.
  • the two units comprise a programming interface (API) via which signals and information can be exchanged with each other via cable and/or wirelessly.
  • API programming interface
  • Each element of the system of the invention may further comprise a memory operatively connected to the at least one CPU and/or a non-volatile memory operatively connected to the at least one CPU and/or the memory.
  • Each element may be implemented partially and/or entirely in a local device and/or partially and/or entirely in a remote system, such as a cloud computing platform.
  • the mode setting unit and the control unit may execute software, an app or an algorithm with different data processing capabilities. Both units may be implemented in hardware and/or software, wired and/or wireless and any combination thereof. They may further comprise an interface to an intranet or the Internet, to a cloud computing service, to a remote server and/or the like.
  • the invention provides a computer-implemented method for controlling at least one articulated surgical instrument, comprising the steps:
  • a computer-implemented method is understood to mean any method that has been implemented using a computer, a processor or another computing device, for example by means of a CPU, a GPU, an FPGA, an ASIC, a microprocessor, a desktop PC, a mainframe, a server farm and/or the like.
  • the invention provides a computer program product comprising an executable program code which, when executed, is adapted to carry out the method according to the second aspect of the present invention.
  • the invention provides a non-transitory computer-readable data storage medium comprising executable program code adapted to perform the method according to the second aspect of the present invention when executed.
  • the non-volatile, computer-readable data storage medium may comprise or consist of any type of computer memory, in particular a semiconductor memory, such as a solid-state memory.
  • the data storage medium may also comprise or consist of a CD, a DVD, a Blu-ray disc, a USB memory stick or the like.
  • the invention provides a data stream which comprises or is adapted to generate an executable program code which, when executed, is adapted to carry out the method according to the second aspect of the present invention.
  • One idea underlying the invention is to introduce a control system with which a surgical instrument, in particular an articulated instrument, can be used in different operating modes.
  • the system is designed to offer a user different operating modes for operating the surgical instrument so that an operating life of the surgical instrument is increased by suitable selection of the operating modes.
  • a mode setting unit is designed to provide a user with different operating modes or configurations for the surgical instrument to choose from, including a first operating mode (or standard operating mode) and a second operating mode (or service life extension operating mode).
  • the selected operating mode is output to a control unit by means of an output signal, which enables the functionality of the surgical instrument without restriction in the standard operating mode and at least partially restricts the functionality of the surgical instrument in the service life extension operating mode to protect the surgical instrument.
  • an operating mode is set from a selection of at least two operating modes (e.g. a standard mode and a service life extension mode).
  • the articulated instrument is then controlled based on the selected operating mode.
  • the service life extension mode the affected functionalities of the instrument are restricted, and in the standard mode, the affected functionalities of the surgical instrument are released without restriction.
  • An advantage of the present invention is that by selecting different operating modes, the operating life of a surgical instrument can be fully exploited by a user. Based on the requirements of the respective surgical procedures, the various functionalities of the surgical instrument can be optimally adapted to each situation in terms of the required performance and taking into account the maximum service life of the surgical instrument. This helps to ensure that the surgical instrument can be used more efficiently.
  • a further advantage of the invention is that the number of operating modes is not limited.
  • the system of the invention can in principle be equipped with any number of operating modes. It is also conceivable that the control system offers several instrument-specific operating modes.
  • the functionality of the surgical instrument can be controlled by the control unit with respect to at least one of the following parameters:
  • Speed of movement and acceleration of the instrument angle of articulation of the instrument; mechanical forces and/or torques exerted by the surgical instrument; bending limit of the surgical instrument; current used by the instrument; pressures exerted on the instrument by fluids; and energy released by the instrument.
  • the control unit can adjust one or more parameters.
  • the adjustment can be done by mechanical action or by software.
  • the speed and acceleration of an endoscope can be set to be below a threshold using software.
  • the forces exerted by the endoscope can be limited.
  • the various surgical instruments are usually provided with sensors (eg pressure sensors) suitable for determining the parameters and able to output the information.
  • the control unit can operate the functionalities of the surgical instrument through various actuators that exert mechanical forces in order to adapt the values of the parameters to the requirements of the selected operating mode.
  • a third operating mode can also be set by the mode setting unit of the system, wherein the control unit of the system is configured to set at least one parameter of the functionality of the surgical instrument to a specific value in the third operating mode.
  • the system has at least a standard mode, in which the actuators driven by the control unit remain inactive, and a service life extension mode, in which the functionalities of the surgical instrument are optimized in order to extend the service life of the instrument or to minimize the degree of wear of the surgical instrument during its use.
  • a third operating mode can be advantageous in order to be able to carry out particularly challenging surgical tasks with the aid of the surgical instrument.
  • an endoscope may need to be repeatedly rotated strongly and quickly.
  • the control unit of the system sets the relevant functionalities of the surgical instrument to high values in order to ensure optimal performance.
  • a fourth operating mode can also be set by the mode setting unit, wherein the control unit is configured to at least to set a parameter of the functionality of the surgical instrument to certain task-specific values.
  • the functionalities are optimized for the specific procedure.
  • the optimization can be based on the existing data sets from past procedures.
  • the data sets can include patient-specific information as well as various procedural data (e.g. data from sensors, endoscopic images, information about the surgical instrument, etc.).
  • the mode setting unit comprises an evaluation unit which is configured to determine the parameters of the functionality of the surgical instrument using at least one deterministic algorithm.
  • the setting of the various parameters of one or more functionalities of the surgical instrument is facilitated by applying an algorithm.
  • the algorithm can calculate an optimal setting of the parameters in the service life extension mode, the high performance operating mode and the procedure-specific operating mode of the surgical instrument.
  • an objective function is defined which depends on a weighted combination of the various parameters of the surgical instrument to be set.
  • the objective function can be defined by a mathematical model of the service life of a surgical instrument.
  • objective functions can be defined for all operating modes. Using such an algorithm, the user of the surgical instrument only has to select one operating mode to operate the surgical instrument from a group of provided operating modes.
  • the parameters of the functionalities of the surgical instrument determined by the algorithm are set by the control unit and the actuators according to the set operating mode.
  • the limitation of the functionality of the surgical instrument in the second operating mode is designed to maximize the service life of the surgical instrument. This can be achieved by limiting the values of a functionality of the surgical instrument below a predetermined threshold value.
  • an objective function which is modeled using a model of the service life of the surgical instrument, can be maximized by an algorithm.
  • the mode setting unit is further configured to receive a signal about a surgical operation to be performed with the surgical instrument and, based thereon, to provide only predetermined operating modes for the functionality of the surgical instrument.
  • the mode setting unit In highly developed versions of the instrument according to the invention, which provide several operating modes, it is in many cases advantageous for the mode setting unit to make a pre-selection of suitable operating modes. It may happen that for a specific surgical procedure that is carried out using the surgical instrument, only the standard operating mode and the high-performance mode of the surgical instrument are offered for selection. This may be useful, for example, for a particularly demanding surgical procedure for which the use of the surgical instrument in the life-extension mode is not suitable. During the procedure, the user can, depending on the situation, switch from the standard operating mode to the high-performance mode of the surgical instrument and vice versa. It is also conceivable that the system according to the invention offers different operating modes of the surgical instrument for the different phases of a surgical procedure.
  • an endoscope can be used as an instrument at the beginning and at the end of an endoscopic procedure in the life-extension mode or in the standard mode.
  • standard mode whereas the high-performance mode of the surgical instrument is automatically set, e.g. as soon as a strenuous activity is required during the endoscopic procedure.
  • the mode setting unit and/or the control unit are integrated into the surgical instrument.
  • the mode setting unit can have an interface on the instrument, e.g. a user can select the operating mode of the surgical instrument using buttons or a touchscreen.
  • the control unit can also be located in the surgical instrument and is connected, for example, to actuators of the instrument via cables.
  • the mode setting unit is built into a computing device of an automation unit.
  • a centralized mode setting unit can also be provided according to the invention. This can be particularly advantageous in surgical environments in which a robot collects data from various data sources (e.g. from instruments, from the patient, from the operating room).
  • the mode setting unit is implemented by a server and/or a cloud computing platform.
  • This can be advantageous if different instruments are to be programmed with operating modes at once or simultaneously in order to carry out different tasks one after the other. This can be particularly advantageous for instruments that are controlled by a robot. The planned surgical interventions can thus be carried out remotely by the different robots. It is also advantageous for patients who are treated in different hospitals that the mode setting unit is implemented in a cloud computing platform. The mode setting unit can thus be used to treat patients in different hospitals.
  • the system is designed to control multiple functionalities of a surgical instrument. In complex surgical operations, it is often the case that different functionalities have to be taken into account.
  • the system is not limited to handling a specific functionality, but can advantageously handle combinations of functionalities. The system can therefore offer operating modes that are more efficient and flexible.
  • the system is designed to control at least one functionality of a plurality of surgical instruments.
  • the system contains instrument-specific information and can be used for different instruments.
  • the system further comprises an availability determination device which is designed to provide at least one piece of information indicating an availability of the functionality of the surgical instrument.
  • the availability of a functionality of a surgical instrument preferably relates to the service life or the degree of wear of the instrument.
  • the availability determination device is connected to an availability device so that they can exchange information with each other.
  • the availability device is designed to calculate the expected service life of the instrument. This information can be retrieved from the availability determination device. After each surgical activity, the availability determination device can output information to the availability device in order to have the expected service life of the instrument updated.
  • Information about the remaining lifetime (or “current remaining lifetime”) of a functionality and/or the instrument can be stored in different places, whereby several storage locations are also possible: firstly in the Instrument itself, secondly centralized in a combined device, and/or thirdly in a server such as in a cloud storage facility.
  • the lifetimes of the functionalities of the instrument can be stored and output/readable separately, or a lifetime of the instrument as a whole can be stored and output/readable, for example formed from the lifetime of the functionality of the instrument with the shortest lifetime.
  • Storing information about the remaining service life (e.g. via an RFID circuit in the instrument) has the advantage that when the instrument is used on different robots, for example, the service life of the individual instrument currently in use is always known.
  • Storing centrally in a combined device may, for example, mean storing in the CPU of a robot that guides the instrument (i.e. the combined device is an instrument-robot system).
  • the CPU may be configured to acquire data from the instrument-robot system as well as the environment, for example from the robot itself, from an (in particular endoscopic) imaging device, from an integrated operations management system, from an integrated hospital information system and/or other similar sources.
  • Storing in a server has the advantage that when the same instruments are used with different robots, the lifetime (of the functionalities) of the instrument can always be precisely tracked.
  • the information indicating an availability of the functionality of the surgical instrument is service life information.
  • the service life information may indicate a remaining service life of the functionality and/or the instrument, and may be stored in a data memory of the System (for example a data storage of the availability determination device) and be readable from there.
  • the service life information can preferably be stored in a data storage device of the instrument and can be read from there.
  • the service life information is always present on the instrument itself and can be transported or brought to different locations or places of use together with the instrument without the service life information having to be reassigned.
  • the service life information can be stored on the instrument, for example, in an RFID circuit, so that the service life information can be conveniently read from the instrument using RFID communication.
  • devices Although some functions are described here and below as being performed by devices, this does not necessarily mean that these devices are provided as separate entities. In cases where one or more devices or even a part thereof are provided as software, the devices may be implemented by program code sections or snippets that may be separate from each other, but may also be interwoven or integrated with each other.
  • the functions of one or more devices may be provided by one and the same hardware component, or the functions of several devices may be distributed across several hardware components that do not necessarily correspond to the devices. It is therefore to be assumed that any application, system, method, etc. that has all the features and functions attributed to a particular device comprises or implements that device. In particular, it is possible that all the devices are implemented by program code executed by, for example, a server or a cloud computing platform. All mentioned embodiments and implementations can be combined with each other as desired, as long as this makes sense.
  • Fig. 1 shows a system for controlling at least one functionality of a surgical instrument according to an embodiment of the invention
  • Fig. 2 shows a system for controlling at least one functionality of a surgical instrument according to another embodiment of the invention
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of the sequence of a computer-implemented method for controlling at least one functionality of a surgical instrument according to an embodiment of the invention
  • Fig. 4 is a schematic block diagram illustrating a computer program product according to an embodiment of the third aspect of the present invention.
  • Fig. 5 is a schematic block diagram showing a non-transitory computer-readable data storage medium according to an embodiment of the fourth aspect of the present invention.
  • Fig. 1 shows a system 1000 for controlling at least one functionality of a surgical instrument X according to a possible embodiment of the invention.
  • the various components and functions are schematically shown as blocks.
  • the spatial arrangement of the blocks in Fig. 1 serves only to illustrate the illustrated embodiment.
  • the instrument X is shown in Fig. 1 as an endoscope that can possibly be controlled by means of a robot.
  • an endoscope is used in part below as a concrete example of an instrument X.
  • the principles of the invention apply to any surgical instruments, such as scissors or scalpels, and also to any instruments whose handling can be supported by robotics, as well as to robots as instruments themselves.
  • the system 1000 includes a mode setting unit 20, a control unit 30, and an availability determination device 65.
  • the mode setting unit 20 is designed to set at least two operating modes for one or more functionalities of the endoscope X.
  • the functionalities of the endoscope X can include, for example, the freedom of movement (in particular permissible angles of movement of the joints) or articulabilities of the various joints of the endoscope X.
  • four operating modes are shown in Fig. 1: a standard mode M1, a service life extension mode M2, a high performance mode M3 and a procedure-specific mode M4.
  • the mode setting unit 20 is also designed to output an output signal that signals the selected operating mode.
  • the operating mode of the surgical instrument can be selected by a user based on the surgical activity to be carried out with it and taking into account optimal use of the endoscope X with regard to its performance and service life. An optimization of the operating life of the instrument can thus be achieved.
  • the control unit 30 is arranged to receive the output signal of the mode setting unit 20 and to control the functionality of the instrument X. This can be done using different actuators. If the selected operating mode is the standard mode Ml, the actuators remain inactive. The end- endoscope X then operates under normal conditions. If the selected operating mode is the life extension mode M2, various parameters of the surgical instrument are automatically adjusted, including the speed of movement and acceleration of the endoscope X; the angles of the various articulations of the endoscope X; the applied forces and torques exerted by the endoscope X; an electrical current intensity consumed by the endoscope X when performing the surgical activity; the external pressures exerted on the endoscope X, e.g. by the patient's bodily fluids; or the energy released by the endoscope X.
  • the setting of the parameters can be done by software.
  • the articulation of the endoscope X can be set to be below a threshold value using software.
  • the forces exerted by the endoscope X can be limited.
  • the control unit can operate the functionalities of the surgical instrument through various actuators that exert mechanical forces to adapt the values of the functionalities to the requirements of the selected life extension mode M2.
  • the endoscope X in Fig. 1 can be used, for example, to perform an endoscopic foreign body removal.
  • the foreign body e.g. a button
  • the surgical procedure essentially consists of inserting the endoscope X into the patient's esophagus up to his stomach, removing the button and Removing the endoscope X.
  • a user can set the life extension mode M2 during the insertion of the endoscope X.
  • the speed of the endoscope X is limited.
  • the standard mode Ml or even the high-performance mode M3 can be selected, which, for example, sets the acceleration of the endoscope X and the force exerted by a forceps of the endoscope X to a high value in order to pick up and extract the button from the stomach.
  • the user can select, for example, the standard mode M l or the life extension mode M2.
  • the system 1000 can select a procedure-specific mode M4 for the endoscope X that is particularly suitable for foreign body removal.
  • This mode has a sequence of parameter settings that optimize the life and performance of the endoscope X during foreign body removal.
  • the mode setting unit 20 of Fig. 1 comprises an evaluation unit 55 which is set up to determine the parameters of the required functionalities of the endoscope X using a deterministic algorithm.
  • the algorithm depends on which operating mode M1 -M4 is selected.
  • the objective function which the algorithm maximizes is the operating lifetime of the endoscope X.
  • the objective function which the algorithm maximizes is the performance of the endoscope X.
  • the various objective functions consist of weighted combinations of the parameters.
  • Fig. 1 further shows an availability determination device 65, which is designed to provide at least one piece of information which determines the expected remaining service life and/or the current degree of wear of the endoscope X.
  • the availability determination device 65 comprises at least one central processing unit (CPU), a data memory and an application programming interface (API).
  • the availability determination device 65 is connected to an external availability device 100 such that they can exchange information with each other.
  • the availability device 100 is designed to calculate the remaining service life of the endoscope X. This calculation can be based on the number of uses of the endoscope X. Alternatively, the calculation of the remaining service life can be carried out using sophisticated methods based on sensor data.
  • the service life of the endoscope X calculated by the availability device 100 is retrieved by the availability determination device 65.
  • the availability determination device 65 can output information to the availability device 100 so that the availability device 100 can update the remaining service life of the endoscope X. If the availability device 100 is a conventional device that counts cycles (the number of uses) of the endoscope X, then, for example, the availability determination device 65 can increase the number by one unit (in the case of normal use), increase it by two units (in the case of intensive use) or not increase the number (in the case of below-average intensive use).
  • the updated remaining service life can, for example (if necessary additionally), be stored in a data memory of the availability determination device 65, in particular in the endoscope X itself, for example in such a way that it can be retrieved or read using RFID technology.
  • Fig. 2 shows a system 1000 for controlling at least one functionality of a surgical instrument X in another embodiment of the invention.
  • Fig. 2 In contrast to Fig. 1 , in which the system 1000 and the endoscope X are shown as separate, in Fig. 2 the system 1000 is implemented in the endoscope X and integrated.
  • the operating mode can then be selected by the user via a user interface, e.g. using a keyboard or a touchscreen.
  • the entire system 1000 is integrated into the endoscope X for the sake of simplicity. However, it is conceivable that only some elements thereof are located in the endoscope X, while other elements are located elsewhere, i.e. separate from the endoscope X. Thus, the system 1000 can comprise the endoscope X or vice versa.
  • the evaluation unit 55 can be provided outside the endoscope X, for example in a cloud computing platform.
  • the availability determination device 65 can be implemented either in a server or in a cloud computing platform.
  • Fig. 3 shows a schematic block diagram of the sequence of a computer-implemented method for controlling at least one functionality of a surgical instrument X according to an embodiment of the invention.
  • the method can advantageously be carried out with the system 1000 shown in Fig. 1.
  • an operating mode of at least two available operating modes is set for the instrument X.
  • the operating mode can, for example, be selected by a user with regard to the performance required of the instrument, taking into account an optimization of the (operating) life of the instrument X, in order to carry out a certain surgical activity.
  • a step S2 the instrument X is controlled in the selected operating mode in which one or more functionalities of the instrument X can be limited, by software or by a mechanical effect.
  • the step S2 comprises the steps S20, S21 and S22.
  • the step S20 it is determined whether the selected operating mode of the first operating mode (standard mode) Ml or not. If the set operating mode is the standard mode Ml (marked with a -) then in a step S21 the functionality of the instrument is released without restriction.
  • the set operating mode is another operating mode (marked with a +), for example the service life extension mode M2, the high performance mode M3 or the process-specific mode M4, which are shown in Figures 1 and 2, then in a step S22 the functionality of the instrument X is restricted accordingly.
  • a + for example the service life extension mode M2
  • the high performance mode M3 or the process-specific mode M4 which are shown in Figures 1 and 2
  • the functionality of the instrument X is restricted accordingly.
  • Fig. 4 shows a schematic block diagram illustrating a computer program product 300 according to an embodiment of the third aspect of the present invention.
  • the computer program product 300 comprises an executable program code 350 which, when executed, is configured to carry out the method according to any embodiment of the second aspect of the present invention, in particular as described in the preceding figures.

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Abstract

System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments, umfassend: eine Modus-Einstellungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen von mindestens zwei Betriebsmodi für die Funktionalität des chirurgischen Instru­ ments einzustellen und ein Ausgabesignal auszugeben, welches den eingestellten Betriebsmodus signalisiert; und eine Steuerungseinheit, die dazu eingerichtet ist, das Ausgabesignal zu empfangen und die Funktionalität des Instruments zu steuern, wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus die Funktionalität uneingeschränkt freizugeben und in dem zweiten Betriebsmodus die Funktionalität zu beschränken.

Description

System und computerimplementiertes Verfahren zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments, insbesondere eines gelenkigen und/oder lenkbaren Instruments, einschließlich eines motorbetriebenen oder robotisierten Instruments. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein computerimplementiertes Verfahren zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments.
Hintergrund der Erfindung
Medizinische Instrumente und insbesondere chirurgische Instrumente haben eine begrenzte Betriebslebensdauer, die definiert, wie lange das medizinische Instrument leistungsfähig bzw. einsatzfähig ist. Am Ende der Lebensdauer eines Instruments kann eine Reparatur oder Wartung des Instruments zur Wiederherstellung der Funktionsfähigkeit erfolgen, oder das Instrument wird durch ein anderes neues Instrument ersetzt.
Es gibt zahlreiche Faktoren, welche die Lebensdauer oder den Abnutzungsgrad eines medizinischen Instruments beeinflussen. Darunter sind die Benutzungszeit des Instruments, der Spannungsgrad und Stressgrad jeder Benutzung sowie Umgebungsfaktoren, wie z.B. der pH-Wert einer Körperflüssigkeit eines Patienten, der mit dem medizinischen Instrument behandelt wird.
Insbesondere bei gelenkigen Instrumenten ist die Artikulierbarkeit der verschiedenen Gelenke ein wichtiger Faktor, welcher die Lebensdauer des medizinischen Instruments beeinflusst. Es ist jedoch für einen Bediener eines chirurgischen Instruments schwierig, das medizinische Instrument ständig mit einer geeigneten bzw. passsenden Belastungskraft zu benutzen. Manchmal kommt es vor, dass die Gelenke des medizinischen Instruments mit einer mechanischen Kraft belastet werden, die höher ist als die für die jeweilige chirurgische Tätigkeit tatsächlich benötigte Kraft. Dies kann dazu führen, dass chirurgische Instrumente unnötig hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt sind. Dieser kumulative Effekt trägt zu einer Steigerung des Abnutzungsgrads des chirurgischen Instruments bei und führt dementsprechend zu einer Reduzierung der Lebensdauer des betreffenden chirurgischen Instruments.
Herkömmliche chirurgischen Instrumente sind nicht mit Mechanismen ausgestattet, die berücksichtigen, wie viele Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments während einer chirurgischen Tätigkeit in Anspruch genommen werden, und zu welchem Grad bzw. mit welcher Intensität diese Funktionalitäten benutzt werden. Insbesondere kann der Nutzer eines chirurgischen Instruments dieses Instrument nicht dahingehend konfigurieren, dass die Funktionalitäten geplante chirurgische Tätigkeiten automatisch abgepasst werden.
Idealerweise sollte ein medizinisches Instrument optimal hinsichtlich seiner Leistung und unter Berücksichtigung seiner Lebensdauer benutzt werden, um Ressourcen in den Krankenhäusern oder Kliniken zu einzusparen. Es ist daher erforderlich die Betriebs- Lebensdauer und die Leistung eines Instruments auf Basis der geplanten chirurgischen Tätigkeiten zu optimieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, welche eine Optimierung der Lebensdauer und der Leistung eines chirurgischen Instruments zur Verfügung stellt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs I und durch ein computerimplementiertes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Merkmalen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung umfasst gemäß einem ersten Aspekt ein System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments, mit: einer Modus-Einstellungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, einen von mindestens zwei Betriebsmodi für die Funktionalität des gelenkigen chirurgischen Instruments einzustellen und ein Ausgabesignal auszugeben, welches den eingestellten Betriebsmodus signalisiert; und mit einer Steuerungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, das Ausgabesignal von der Modus-Einstellungseinheit zu empfangen und die Funktionalität des gelenkigen chirurgischen Instruments entsprechend dem signalisierten Betriebsmodus zu steuern, wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, in einem ersten Betriebsmodus die Funktionalität des gelenkigen chirurgischen Instruments uneingeschränkt freizugeben und in einem zweiten Betriebsmodus die Funktionalität des gelenkigen chirurgischen Instruments zu beschränken.
Der Begriff chirurgische Instrumente umfasst medizinische Instrumente, die für chirurgische Eingriffe und chirurgische Tätigkeiten geeignet sind. Insbesondere relevant für die Erfindung sind lenkbare, gelenkige medizinischen Instrumente, die manuell (möglicherweise auch motorbetrieben) betätigt werden, wie z.B. Scheren oder Endoskope, oder durch Automatisierungssysteme, wie z.B. Roboter zur Unterstützung bei chirurgischen Eingriffen gesteuert werden können.
Unter einer Funktionalität eines medizinischen Instruments ist insbesondere eine Eigenschaft des Instruments zu verstehen, die eine bestimmte Verwendung des Instruments ermöglicht. Eine Funktionalität einer Schere als einfaches Instrument kann z.B. „Schneiden“ umfassen. Diese Funktionalität der Schere kann uneingeschränkt oder eingeschränkt ausgeübt werden. Die Schere besitzt zwei an einem Gelenk angebrachte Schneiden. Die Schneiden der Schere haben eine gewisse Schneidefähigkeit bzw. Schärfe. Die Kraft, die auf die gegenüberliegenden Schneiden der Schere zum Durchtrennen eines dazwischenliegenden Fadens beispielsweise durch eine Roboterarm eines Roboters aufgebracht wird, kann variabel eingestellt werden. Beispielsweise kann bei einem dünnen zu durchtrennenden Faden zur Schonung der Schere und der damit verbundenen Verlängerung der verbleibenden Betriebs-Lebensdauer der Schere die beim Schneiden des Fadens ausgeübte Kraft zur Einschränkung der Funktionalität gezielt verringert werden. Die von dem Roboterarm ausgeübte Kraft stellt einen Parameter der Funktionalität „Schneiden“ des Instrument Schere dar. Ein weiterer möglicher Parameter der Funktionalität „Schneiden“ ist beispielsweise der End- Winkel zwischen den Schneiden der Schere, insbesondere wenn das zu schneidende Objekt oder Körpergewebe des Patienten nicht vollständig durchtrennt werden soll.
Andere Beispiele für mögliche Funktionalitäten eines chirurgischen Instrumentes sind unter anderem „Greifen“, „Ziehen“, “Drücken“, „Nähen“, „Ausleuchten“, „Spülen“, „Bestrahlen“ von Objekten oder von Körpergewebe eines Patienten.
Ein chirurgisches Instrument kann einen Roboterarm umfassen. Eine Funktionalität des Instruments kann beispielsweise eine Funktionalität eines Gelenks des Roboters sein, z.B. eine Drehfähigkeit oder eine Geschwindigkeit des Roboterarms des Instruments. In der Regel besitzen chirurgischen Instrumente mehr als eine Funktionalität.
Ein Betriebsmodus für eine Funktionalität eines Instruments betrifft eine Konfiguration des Instruments, welche die erlaubten Werte der Funktionalität des Instruments definiert. Ein Betriebsmodus kann auch eine Konfiguration darstellen, welche erlaubte Werte mehrerer Funktionalitäten des Instruments gleichzeitig definiert.
Die Modus-Einstellungseinheit und die Steuerungseinheit können jeweils als eine Vorrichtung realisiert werden, die mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) und/oder mindestens eine Grafikverarbeitungseinheit (GPU) und/oder mindestens ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) und/oder mindestens eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder eine beliebige Kombination der vorgenannten Elemente aufweist oder daraus besteht. Weiterhin umfassen die beiden Einheiten eine Programmierschnittstelle (API), über diese kabelgebunden und/oder drahtlos miteinander Signale und Informationen austauschen können.
Jedes Element des Systems der Erfindung kann ferner einen Arbeitsspeicher umfassen, der operativ mit der mindestens eine CPU verbunden ist, und/oder einen nicht-flüchtigen Speicher, der operativ mit der mindestens eine CPU und/oder dem Arbeitsspeicher verbunden ist. Jedes Element kann teilweise und/oder vollständig in einem lokalen Gerät und/oder teilweise und/oder vollständig in einem entfernten System, wie etwa einer Cloud-Computing-Plattform, implementiert sein.
Die Modus-Einstellungseinheit und die Steuerungseinheit können eine Software, eine App oder einen Algorithmus mit unterschiedlichen Fähigkeiten zur Datenverarbeitung ausführen. Beide Einheiten können in Hardware und/oder Software, kabelgebunden und/oder drahtlos und in jeder Kombination davon realisiert sein. Sie können ferner eine Schnittstelle zu einem Intranet oder dem Internet, zu einem Cloud-Computing- Dienst, zu einem entfernten Server und/oder dergleichen umfassen.
Die Erfindung schafft gemäß einem zweiten Aspekt ist ein computerimplementiertes Verfahren zur Steuerung mindestens eines gelenkigen chirurgischen Instruments, mit den Schritten:
(a) Einstellen eines Betriebsmodus von mindestens zwei Betriebsmodi für das chirurgische Instrument; und
(b) Steuern des gelenkigen chirurgischen Instruments, umfassend:
(bl) uneingeschränktes Freigeben einer Funktionalität des chirurgischen Instruments, wenn der erste Betriebsmodus eingestellt ist; und
(b2) Beschränken der Funktionalität des chirurgischen Instruments, wenn der zweite Betriebsmodus eingestellt ist. Insbesondere kann das computerimplementierte Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mit dem System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durchgeführt werden. Die hierin im Zusammenhang mit dem System beschriebenen Merkmale und Vorteile sind daher auch für das Verfahren anwendbar und umgekehrt.
Unter einem computerimplementierten Verfahren soll ein jegliches Verfahren verstanden werden, das unter Verwendung eines Computers, eines Prozessors oder einer anderen Recheneinrichtung implementiert wurde, beispielsweise mittels einer CPU, einer GPU, eines FPGA, einer ASIC, eines Mikroprozessors, eines Desktop PCs, eines Großrechners, einer Serverfarm und/oder dergleichen mehr.
Gemäß einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt zur Verfügung, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der dazu eingerichtet ist, bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Gemäß einem vierten Aspekt stellt die Erfindung ein nicht-flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium bereit, das einen ausführbaren Programmcode umfasst, der dazu eingerichtet ist, bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
Das nicht-flüchtige, computerlesbare Datenspeichermedium kann jede Art von Computerspeicher, insbesondere einen Halbleiterspeicher, wie z. B. einen Festkörperspeicher umfassen oder daraus bestehen. Das Datenspeichermedium kann auch eine CD, eine DVD, eine Blu-Ray-Disc, einen USB-Speicherstick oder dergleichen umfassen oder daraus bestehen.
Gemäß einem fünften Aspekt stellt die Erfindung einen Datenstrom zur Verfügung, der einen ausführbaren Programmcode umfasst oder dazu eingerichtet ist, einen solchen zu erzeugen, der dazu eingerichtet ist, bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung durchzuführen. Eine der Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, ein Steuerungssystem einzuführen, mit welchem ein chirurgisches Instrument, insbesondere ein gelenkiges Instrument, in verschiedenen Betriebsmodi verwendet werden kann. Das System ist dazu eingerichtet, einem Nutzer verschiedene Betriebsmodi zum Betreiben des chirurgischen Instruments anzubieten, damit durch geeignete Auswahl der Betriebsmodi eine Betriebs-Lebensdauer des chirurgischen Instruments erhöht wird. Eine Modus-Ein- stellungseinheit ist dazu ausgelegt, einem Nutzer verschiedene Betriebsmodi oder Konfigurationen für das chirurgische Instrument zur Auswahl zur Verfügung zu stellen, darunter einen ersten Betriebsmodus (oder Standard-Betriebsmodus) und einen zweiten Betriebsmodus (oder Lebensdauerverlängerung-Betriebsmodus). Der ausgewählte Betriebsmodus wird durch ein Ausgabesignal an eine Steuerungseinheit ausgegeben, welche die Funktionalität des chirurgischen Instruments in dem Standard-Betriebsmodus uneingeschränkt freigibt und die Funktionalität des chirurgischen Instruments in dem Lebensdauerverlängerung-Betriebsmoduszumindest teilweise zur Schonung des chirurgischen Instrumentes beschränkt.
Das vorstehend beschriebene Steuerungssystem für gelenkige chirurgische Instrumente ermöglicht vorteilhafterweise eine Implementierung eines computerimplementierten Verfahrens zur Steuerung der Funktionalitäten eines gelenkigen chirurgischen Instruments. Hierbei wird zunächst ein Betriebsmodus aus einer Auswahl von mindestens zwei Betriebsmodi (z.B. einem Standardmodus und einem Lebensdauerverlängerungsmodus) eingestellt. Daraufhin wird das gelenkige Instrument auf Basis des ausgewählten Betriebsmodus gesteuert. In dem Lebensdauerverlängerungsmodus erfolgt eine Beschränkung der betroffenen Funktionalitäten des Instruments, und in dem Standardmodus erfolgt eine unbeschränkte Freigabe der betroffenen Funktionalitäten des chirurgischen Instruments.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch die Auswahl verschiedener Betriebsmodi, die Betriebslebensdauer eines chirurgischen Instruments von einem Nutzer ausgeschöpft werden kann. Auf Basis der Anforderungen der jeweiligen chirurgischen Prozeduren kann man die verschiedenen Funktionalitäten des chirurgischen Instruments hinsichtlich der benötigten Leistung und unter Berücksichtigung einer maximalen Lebensdauer des chirurgischen Instruments, an jede Situation optimal anpassen. Das trägt dazu bei, dass das chirurgische Instrument effizienter verwendet werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Anzahl der Betriebsmodi nicht begrenzt ist. Das System der Erfindung kann prinzipiell mit beliebige vielen Betriebsmodi ausgestattet werden. So ist es auch denkbar, dass das Steuerungssystem mehrere instrumentenspezifische Betriebsmodi anbietet.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen, die in den beigefügten Figuren dargestellt sind.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionalität des chirurgischen Instruments durch die Steuerungseinheit hinsichtlich mindestens eines der folgenden Parameter steuerbar ist:
Geschwindigkeit der Bewegung und Beschleunigung des Instruments; Winkel einer Artikulation des Instruments; von dem chirurgischen Instrument ausgeübte mechanische Kräfte und/oder Drehmomente; Biegegrenzwert des chirurgischen Instruments;) von dem Instrument verwendete Stromstärke; auf das Instrument von Flüssigkeiten ausgeübte Drücke; und von dem Instrument freigesetzte Energie.
Die Steuerungseinheit kann eine oder mehrere Parameter einstellen. Die Einstellung kann durch mechanische Wirkung oder durch eine Software erfolgen. Zum Beispiel, kann die Geschwindigkeit und die Beschleunigung eines Endoskops mithilfe einer Software als unter einem Schwellenwert liegend festgelegt werden. In ähnlicher Weise können die von dem Endoskop ausgeübten Kräfte begrenzt werden. Auf den verschiedenen chirurgischen Instrumenten sind in der Regel Sensoren (z.B. Drucksensoren) vorgesehen, die für die Ermittlung der Parameter geeignet sind und die Information ausgeben können. Die Steuerungseinheit kann die Funktionalitäten des chirurgischen Instruments durch verschiedene Stellantriebe betätigen, die mechanische Kräfte ausüben, um die Werte der Parameter an die Anforderungen des ausgewählten Betriebsmodus anzupassen.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Modus-Einstellungseinheit des Systems außerdem ein dritter Betriebsmodus einstellbar ist, wobei die Steuerungseinheit des Systems dazu eingerichtet ist, in dem dritten Betriebsmodus mindestens einen Parameter der Funktionalität des chirurgischen Instruments auf einen bestimmten Wert festzulegen.
Im Wesentlichen besitzt das System mindestens einen Standardmodus, in welchem die durch die Steuerungseinheit angetriebenen Stellantriebe untätig bleiben, und einen Lebensdauerverlängerungsmodus, in welchem die Funktionalitäten des chirurgischen Instruments optimiert werden, um die Lebensdauer des Instruments zu verlängern bzw. den Abnutzungsgrad des chirurgischen Instruments während seines Einsatzes zu minimieren. Das Vorsehen eines dritten Betriebsmodus kann vorteilhaft sein, um besonders herausfordernde chirurgische Tätigkeiten mit Hilfe des chirurgischen Instruments durchführen zu können. In einige Anwendungen kann es vorkommen, dass ein Endoskop wiederholend stark und schnell gedreht werden sollte. In diesen Anwendungsfällen ist es von Vorteil einen Hochleitungsmodus zur Verfügung zu stellen. Bei der Einstellung eines Hochleistungsmodus setzt die Steuerungseinheit des Systems die betroffenen Funktionalitäten des chirurgischen Instruments auf hohen Werten, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die Modus-Einstellungseinheit außerdem ein vierter Betriebsmodus einstellbar ist, wobei die Steuerungseinheit dazu eingerichtet ist, in dem vierten Betriebsmodus mindestens einen Parameter der Funktionalität des chirurgischen Instruments auf bestimmte aufgabenspezifische Werte festzulegen.
In dem vierten Betriebsmodus sind die Funktionalitäten verfahrensspezifisch optimiert. Die Optimierung kann auf den existierenden Datensätzen aus vergangenen Verfahren basieren. Die Datensätze können patientenspezifische Informationen sowie verschiedene verfahrenstechnische Daten (z.B. Daten aus Sensoren, endoskopische Bilder, Information über das chirurgische Instrument, usw.) umfassen.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modus- Einstellungseinheit eine Auswertungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Parameter der Funktionalität des chirurgischen Instruments unter Verwendung mindestens eines deterministischen Algorithmus zu bestimmen.
Die Einstellung der verschiedenen Parameter einer oder mehrerer Funktionalitäten des chirurgischen Instruments wird durch Anwendung eines Algorithmus erleichtert. Der Algorithmus kann eine optimale Einstellung der Parameter in dem Lebensdauerverlängerungsmodus, dem Hochleistungsbetriebsmodus und dem verfahrensspezifischen Betriebsmodus des chirurgischen Instruments berechnen. Dazu wird eine Zielfunktion definiert, die von einer gewichteten Kombination der verschiedenen einzustellenden Parameter des chirurgischen Instruments abhängt. Bei dem Lebensdauerverlängerungsmodus kann durch ein mathematisches Modell der Lebensdauer eines chirurgischen Instruments die Zielfunktion definiert werden. In ähnlicher Weise kann man Zielfunktionen für alle Betriebsmodi definieren. Unter Verwendung eines derartigen Algorithmus muss der Nutzer des chirurgischen Instruments nur einen Betriebsmodus zum Betrieb des chirurgischen Instruments aus einer Gruppe von bereitgestellten Betriebsmodi auswählen. Die von dem Algorithmus bestimmten Parameter der Funktionalitäten des chirurgischen Instruments werden durch die Steuerungseinheit und die Stellantriebe entsprechend dem eingestellten Betriebsmodus eingestellt. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Beschränkung der Funktionalität des chirurgischen Instruments in dem zweiten Betriebsmodus dazu eingerichtet ist, die Lebensdauer des chirurgischen Instruments zu maximieren. Das kann erreicht werden, indem die Werte einer Funktionalität des chirurgischen Instruments unter einem vorgegebenen Schwellenwert begrenzt werden. Alternativ kann eine Zielfunktion, welche mithilfe eines Modells die Lebensdauer des chirurgischen Instruments modelliert wird, durch einen Algorithmus maximiert werden.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modus- Einstellungseinheit ferner dazu eingerichtet ist, ein Signal über eine mit dem chirurgischen Instrument durchzuführenden chirurgischen Tätigkeit zu empfangen, und darauf basierend nur vorbestimmte Betriebsmodi für die Funktionalität des chirurgischen Instruments zur Verfügung zu stellen.
In hochentwickelten Versionen des erfindungsgemäßen Instruments Erfindung, die mehrere Betriebsmodi zur Verfügung stellen, ist es in vielen Fällen vorteilhaft, dass die Modus-Einstellungseinheit eine Vorauswahl von geeigneten Betriebsmodi trifft 1t . Es kann vorkommen, dass für ein konkretes chirurgisches Verfahren, das unter Verwendung des chirurgischen Instruments ausgeführt wird, nur der Standardbetriebsmodus und der Hochleistungsmodus des chirurgischen Instruments zur Auswahl angeboten werden. Das kann z.B. für ein besonders anspruchsvolles chirurgisches Verfahren zweckdienlich sein, für welches der Einsatz des chirurgischen Instruments im Lebensdauerverlängerungsmodus nicht geeignet ist. Während des Verfahrens kann der Nutzer, abhängig von der Situation, von den Standardbetriebsmodus zu dem Hochleistungsmodus des chirurgischen Instruments wechseln und umgekehrt. Es ist auch denkbar, dass das System gemäß der Erfindung verschiedene Betriebsmodi des chirurgischen Instruments für die verschiedenen Phasen einer chirurgischen Tätigkeit anbietet. Beispielsweise kann man ein Endoskop als Instrument am Anfang und am Ende eines endoskopischen Eingriffs in dem Lebensdauerverlängerungsmodus oder in dem Stan- dardmodus betreiben, wohingegen der Hochleistungsmodus des chirurgischen Instruments automatisch eingestellt, z.B. so bald eine kraftaufwendige Tätigkeit während des endoskopischen Eingriffs erforderlich wird.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modus- Einstellungseinheit und/oder die Steuerungseinheit in das chirurgische Instrument integriert sind. Beispielsweise kann die Modus-Einstellungseinheit eine Schnittstelle an dem Instrument aufweisen, z.B. kann mit Tasten oder mit einem Touchscreen ein Nutzer den Betriebsmodus des chirurgischen Instruments auswählen. Die Steuerungseinheit kann sich auch in dem chirurgischen Instrument befinden und ist beispielsweise mit Stellantrieben des Instruments über Kabel verbunden.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modus- Einstellungseinheit in eine Recheneinrichtung einer Automatisierungseinheit eingebaut ist. Eine zentralisierte Modus-Einstellungseinheit kann gemäß der Erfindung ebenfalls vorgesehen sein. Das kann insbesondere in chirurgischen Umgebungen vorteilhaft sein, in welchen ein Roboter Daten von verschiedenen Daten-Quellen (z.B. von Instrumenten, von dem Patienten, von dem Operationssaal) erfasst.
Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Modus- Einstellungseinheit durch einen Server und/oder eine Cloud-Rechenplattform implementiert ist. Dies kann vorteilhaft sein, wenn verschiedene Instrumente auf einmal bzw. gleichzeitig mit Betriebsmodi programmiert werden sollen, um verschiedenen Aufgabe nacheinander zu erledigen. Dies kann insbesondere vorteilhaft für Instrumente sein, die mithilfe eines Roboters gesteuert werden. Somit kann man die geplanten chirurgischen Eingriffe von den verschiedenen Robotern ferngesteuert bewältigen. Auch bei Patienten, die in verschiedenen Krankenhäusern behandelt werden, ist es vorteilhaft, dass die Modus-Einstellungseinheit in einer Cloud-Rechenplattform implementiert wird. Somit kann die Modus-Einstellungseinheit zur Behandlung von Patienten in verschiedenen Krankenhäusern verwendet werden. Gemäß manchen Ausführungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System zur Steuerung von mehreren Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments eingerichtet ist. Bei komplexen chirurgischen Tätigkeiten kommt häufig vor, dass verschiedene Funktionalitäten zu beachten sind. Das System ist nicht darauf beschränkt, eine bestimmte Funktionalität zu bewältigen, sondern es kann vorteilhafterweise Kombinationen von Funktionalitäten handhaben. Somit kann das System Betriebsmodi anbieten, die effizienter und flexibler sind.
Gemäß manchen Ausfuhrungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität einer Mehrzahl von chirurgischen Instrumenten eingerichtet ist. Das System beinhaltet instrumentenspezifische Informationen und kann für verschiedene Instrumente verwendet werden.
Gemäß manchen Ausfuhrungsformen der Erfindung ist vorgesehen, dass das System ferner eine Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung umfasst, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des chirurgischen Instruments angibt. Die Verfügbarkeit einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments bezieht sich vorzugsweise auf die Lebensdauer oder den Abnutzungsgrad des Instruments. Hierfür ist vorgesehen, dass die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung mit einer Verfügbarkeitsvorrichtung verbunden ist, damit sie gegenseitig Information austauschen können. Die Verfügbarkeitsvorrichtung ist dazu ausgelegt, die voraussichtliche Lebensdauer des Instruments zu berechnen. Diese Information kann von der Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung abgerufen werden. Nach jeder chirurgischen Tätigkeit kann die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung eine Information an die Verfügbarkeitsvorrichtung ausgeben, um damit die voraussichtliche Lebensdauer des Instruments aktualisieren zu lassen.
Eine Information über die verbleibende Lebensdauer (oder: „aktuelle Restlebensdauer“) einer Funktionalität und/oder des Instruments kann an verschiedenen Stellen gespeichert werden, wobei auch mehrere Speicherstellen möglich sind: erstens in dem Instrument selbst, zweitens zentralisiert in einem kombinierten Gerät, und/oder drittens in einem Server wie etwa in einer Cloud-Speichereinrichtung. Die Lebensdauern der Funktionalitäten des Instruments können separat gespeichert und ausgebbar/aus- lesbar sein, oder es kann eine Lebensdauer des Instruments insgesamt gespeichert und ausgebbar/auslesbar sein, beispielsweise gebildet aus der Lebensdauer der Funktionalität des Instruments mit der kürzesten Lebensdauer.
Das Speichern der Information über die verbleibende Lebensdauer (z.B. über einen RFID-Schaltkreis in dem Instrument) hat den Vorteil, dass bei Verwendung des Instruments etwa an verschiedenen Robotern stets die Lebensdauer des individuellen, aktuell verwendeten Instruments bekannt ist.
Das Speichern zentralisiert in einem kombinierten Gerät kann beispielsweise ein Speichern in der CPU eines Roboters, welcher das Instrument führt (d.h. das kombinierte Gerät ist ein Instrument-Roboter-System), bedeuten. Die CPU kann dazu eingerichtet sein, Daten von dem Instrument-Roboter-System sowie der Umgebung zu erfassen, beispielsweise von dem Roboter selbst, von einer (insbesondere endoskopischen) Bildgebungsvorrichtung, von einem integrierten Operations-Management-System, von einem integrierten Krankenhaus-Informationssystem und/oder dergleichen anderen Quellen.
Das Speichern in einem Server, wie etwa in einer Cloud-Speichereinrichtung, hat den Vorteil, dass etwa bei der Verwendung von denselben Instrumenten mit verschiedenen Robotern die Lebensdauer (der Funktionalitäten) des Instruments stets präzise nachverfolgt werden kann.
Gemäß manchen Ausführungsformen ist also die Information, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des chirurgischen Instruments angibt, eine Lebensdauer-Information. Die Lebensdauer-Information kann eine verbleibende Lebensdauer der Funktionalität und/oder des Instruments angeben, und kann in einem Datenspeicher des Systems (beispielsweise einem Datenspeicher der Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung) gespeichert werden bzw. sein und von dort auslesbar sein.
Insbesondere wenn das Instrument Teil des Systems ist, kann die Lebensdauer-Information bevorzugt in einem Datenspeicher des Instruments gespeichert werden bzw. sein und von dort auslesbar sein. Auf diese Weise ist die Lebensdauer-Information stets an dem Instrument selbst vorhanden und kann mit dem Instrument zusammen an verschiedene Stellen oder Einsatzorte gelangen oder gebracht werden, ohne dass die Lebensdauer-Information dazu neu zugeordnet werden müsste. Die Lebensdauer-Information kann an dem Instrument beispielsweise in einem RFID-Schaltkreis gespeichert sein oder werden, sodass die Lebensdauer-Information bequem mittels RFID- Kommunikation an dem Instrument auslesbar ist.
Obwohl hier und auch im Folgenden einige Funktionen als von Einrichtungen ausgeführt beschrieben werden, bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass diese Einrichtungen als voneinander getrennte Einheiten bereitgestellt werden. In Fällen, in denen eine oder mehrere Einrichtungen oder auch ein Teil davon als Software bereitgestellt werden, können die Einrichtungen durch Programmcodeabschnitte oder Programmcodeschnipsel implementiert werden, die voneinander getrennt sein können, aber auch miteinander verwoben oder integriert sein können.
Ebenso können in Fällen, in denen eine oder mehrere Einrichtungen als Hardware bereitgestellt werden, die Funktionen einer oder mehrerer Einrichtungen durch ein und dieselbe Hardwarekomponente bereitgestellt werden oder die Funktionen mehrerer Einrichtungen können auf mehrere Hardwarekomponenten verteilt sein, die nicht notwendigerweise den Einrichtungen entsprechen müssen. Es ist daher davon auszugehen, dass jede Anwendung, jedes System, jedes Verfahren usw., das alle einer bestimmten Einrichtung zugeschriebenen Merkmale und Funktionen aufweist, diese Einrichtung umfasst oder implementiert. Insbesondere ist es möglich, dass alle Einrichtungen durch Programmcode implementiert werden, der von z.B. einem Server oder einer Cloud-Computing-Plattform, ausgeführt wird. Alle genannten Ausführungsformen und Implementierungen können beliebig miteinander kombiniert werden, soweit dies sinnvoll ist.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit des vorliegenden Verfahrens und des Systems wird aus den folgenden Figuren, der detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich. Es versteht sich jedoch, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung angeben, jedoch in erster Linie zur Veranschaulichung dienen und verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des grundlegenden Gedankens und des Umfangs der Erfindung für Fachleute erkennbar sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf ihre vorteilhaften Ausführungsformen anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen werden identische oder funktionell ähnliche Elemente in den einzelnen Ansichten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Zeichnungen dienen dazu, Ausführungsformen von Konzepten, die die beanspruchte Erfindung beinhalten, weiter zu veranschaulichen und verschiedene Prinzipien und Vorteile dieser Ausführungsformen zu erläutern. Elementen, die in den Zeichnungen geschildert sind, sind nicht unbedingt maßgetreu dargestellt. Dies dient dazu, die Grundlagen und Prinzipien der Erfindung klar und deutlich zu offenbaren.
In den Zeichnungen:
Fig. 1 zeigt ein System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein System zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 3 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Darstellung des Ablaufs eines computerimplementierten Verfahrens zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein Computerprogrammprodukt gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung darstellt; und
Fig. 5 ist ein schematisches Blockdiagramm, das ein nicht flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium gemäß einer Ausführungsform des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
In einigen Fällen werden bekannte Strukturen und Geräte in Form von Blockdiagrammen dargestellt, um die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. Auch die Nummerierung der Schritte in den Verfahren soll deren Beschreibung erleichtern. Sie implizieren nicht unbedingt eine bestimmte Reihenfolge der Schritte. Insbesondere können mehrere Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die ausführliche Beschreibung der anliegenden Zeichnungen enthält spezifische Details, um ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung auch ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann.
Fig. 1 zeigt ein System 1000 zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments X gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung. Die verschiedenen Bestandteile und Funktionen sind schemenhaft als Blöcke dargestellt. Die räumliche Anordnung der Blöcke in Fig. 1 dient nur der Illustration der dargestellten Ausführungsform. Das Instrument X ist in Fig. 1 als ein Endoskop dargestellt, das möglicherweise mithilfe eines Roboters gesteuert werden kann. Zur Illustration wird im Folgenden teilweise ein solches Endoskop als konkretes Beispiel eines Instruments X verwendet. Die Prinzipien der Erfindung gelten aber für beliebige chirurgische Instrumente, wie z.B. Schere oder Skalpelle, und auch für beliebige Instrumente, deren Handhabung mit Robotik unterstützt werden kann, wie auch für Roboter als Instrumente selbst.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst das System 1000 eine Modus-Einstellungseinheit 20, eine Steuerungseinheit 30 und eine Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65.
Die Modus-Einstellungseinheit 20 ist dazu eingerichtet, mindestens zwei Betriebsmodi für eine oder mehrere Funktionalitäten des Endoskops X einzustellen. Die Funktionalitäten des Endoskops X können z.B. die Bewegungsfreiheiten (insbesondere zulässige Bewegungswinkel der Gelenke) bzw. Artikulierbarkeiten der verschiedenen Gelenke des Endoskops X umfassen. In Fig. 1 sind beispielsweise vier Betriebsmodi dargestellt: ein Standardmodus M l, ein Lebensdauerverlängerungsmodus M2, ein Hochleistungsmodus M3 und ein verfahrensspezifischer Modus M4. Die Modus-Einstellungseinheit 20 ist ferner dazu eingerichtet, ein Ausgabesignal auszugeben, das den ausgewählten Betriebsmodus signalisiert. Der Betriebsmodus des chirurgischen Instruments kann von einem Nutzer, basierend auf der damit durchzuführenden chirurgischen Tätigkeit und unter Berücksichtigung einer optimalen Benutzung des Endoskops X hinsichtlich seiner Leistung und seiner Lebensdauer, ausgewählt werden. Es kann somit eine Optimierung der Betriebs-Lebensdauer des Instruments erreicht werden.
Die Steuerungseinheit 30 ist dazu eingerichtet, das Ausgabesignal der Modus-Einstellungseinheit 20 zu empfangen und die Funktionalität des Instruments X zu steuern. Dies kann mit dem Einsatz verschiedener Stellantriebe erfolgen. Falls der ausgewählte Betriebsmodus der Standardmodus Ml ist, bleiben die Stellantriebe untätig. Das En- doskop X arbeitet dann unter normalen Bedingungen. Falls der ausgewählte Betriebsmodus der Lebensdauerverlängerungsmodus M2 ist, werden verschiedene Parameter des chirurgischen Instruments automatisch eingestellt, darunter die Geschwindigkeit der Bewegung und die Beschleunigung des Endoskops X; die Winkel der verschiedenen Artikulationen des Endoskops X; die aufgebrachten Kräfte und Drehmomente, die das Endoskop X ausübt; eine elektrische Stromstärke, die das Endoskop X bei der Durchführung der chirurgischen Tätigkeit verbraucht; die externen, z.B. von körperlichen Flüssigkeiten des Patienten ausgeübten Drücke, die auf das Endoskop X wirken; oder die freigesetzte Energie des Endoskops X.
Die Einstellung der Parameter kann durch Software erfolgen. Beispielsweisekann die Artikulierbarkeit des Endoskops X mithilfe einer Software als unterhalb eines Schwellenwertes liegend festgelegt werden. In ähnlicher Weise können die von dem Endoskop X ausgeübten Kräfte begrenzt werden. Die Steuerungseinheit kann die Funktionalitäten des chirurgischen Instruments durch verschiedene Stellantriebe betätigen, die mechanischen Kräfte ausüben, um die Werte der Funktionalitäten an die Anforderungen des ausgewählten Lebensdauerverlängerungsmodus M2 anzupassen.
In dem Hochleistungsmodus M3 werden einige der oben genannten Parameter angepasst, um die Leistung des Endoskops X zu maximieren, während in dem verfahrensspezifischen Modus M4 die Einstellung der Parameter der Funktionalitäten des chirurgischen Instruments an eine konkrete durchzuführende chirurgische Tätigkeit automatisch angepasst wird. Es ist daher denkbar, dass der verfahrensspezifische Modus M4 eine Kombination anderer Betriebsmodi in einer bestimmten Reihenfolge, die auf den Eigenschaften der chirurgischen Tätigkeit basiert, umfasst.
Zur Illustration kann das Endoskop X in Fig. 1 beispielsweise verwendet werden, um eine endoskopische Fremdkörperentnahme durchzuführen. Der Fremdkörper, z.B. ein Knopf, befindet sich beispielsweise in dem Magen eines Patienten. Der chirurgische Eingriff besteht im Wesentlichen aus einer Einführung des Endoskops X in die Speiseröhre des Patienten bis zu dessen Magen, einer Entnahme des Knopfes und einem Herausnehmen des Endoskops X. In diesem Fall kann ein Nutzer den Lebensdauerverlängerungsmodus M2 während der Einführung des Endoskops X einstellen. Somit wird die Geschwindigkeit des Endoskops X begrenzt. Bei der Entnahme des Knopfes kann den Standardmodus Ml oder sogar den Hochleistungsmodus M3 ausgewählt werden, durch welche z.B. die Beschleunigung des Endoskops X und die von einer Zange des Endoskops X ausgeübte Kraft auf einen hohen Wert festgelegt werden, um den Knopf aus dem Magen zu holen und zu extrahieren. Bei dem Herausnehmen des Endoskops X kann der Nutzer beispielsweise den Standardmodus M l oder den Lebensdauerverlängerungsmodus M2 auswählen.
Alternativ kann mit dem System 1000 gemäß der Erfindung einen verfahrensspezifischen Modus M4 für das Endoskop X ausgewählt werden, der insbesondere für Fremdkörperentnahme geeignet ist. Dieser Modus hat eine Reihenfolge von Einstellungen der Parameter, welche die Lebensdauer und die Leistung des Endoskops X während der Fremdkörperentnahme optimieren.
Die Modus-Einstellungseinheit 20 der Fig. 1 umfasst eine Auswertungseinheit 55, die dazu eingerichtet ist, die Parameter der benötigten Funktionalitäten des Endoskops X unter Verwendung eines deterministischen Algorithmus zu bestimmen. Der Algorithmus hängt davon ab, welcher Betriebsmodus M1 -M4 ausgewählt wird. Bei dem Lebensdauerverlängerungsmodus M2 ist die Zielfunktion, die der Algorithmus maximiert, die Betriebs-Lebensdauer des Endoskops X. Bei dem Hochleistungsmodus M3 ist die Zielfunktion, die der Algorithmus maximiert, hingegen die Leistung des Endoskops X. Die verschiedenen Zielfunktionen bestehen auf gewichteten Kombinationen der Parameter.
Fig. 1 zeigt ferner eine Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche die voraussichtlich verbleibende Lebensdauer und/oder den momentanen Abnutzungsgrad des Endoskops X bestimmt. Die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 umfasst mindestens eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Datenspeicher und eine Programmierschnittstelle (API). Die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 ist mit einer externen Verfügbarkeitsvorrichtung 100 derart verbunden, dass sie gegenseitig Informationen austauschen können. Die Verfügbarkeitsvorrichtung 100 ist dazu ausgelegt, die verbleibende Lebensdauer des Endoskops X zu berechnen. Diese Berechnung kann auf der Anzahl der Benutzungen des Endoskops X beruhen. Alternativ kann die Berechnung der verbleibenden Lebensdauer mit hochentwickelten Methoden erfolgen, die auf Sensordaten beruhen.
Die von der Verfügbarkeitsvorrichtung 100 berechnete Lebensdauer des Endoskops X wird von der Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 abgerufen. Nach der Fremdkörperentnahme kann die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 eine Information an die Verfügbarkeitsvorrichtung 100 ausgeben, damit die Verfügbarkeitsvorrichtung 100 die verbleibende Lebensdauer des Endoskops X aktualisieren kann. Wenn die Verfügbarkeitsvorrichtung 100 eine herkömmliche Vorrichtung ist, die Zyklen (die Anzahl der Verwendungen) des Endoskops X zählt, dann kann beispielsweise die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 die Anzahl um eine Einheit erhöhen lassen (bei einer normalen Benutzung), um zwei Einheiten erhöhen lassen (bei einer intensiven Benutzung) oder die Anzahl nicht erhöhen (bei einer unterdurchschnittlich intensiven Benutzung). Die aktualisierte verbleibende Lebensdauer kann beispielsweise (ggfs. zusätzlich) in einem Datenspeicher der Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65, insbesondere in dem Endoskop X selbst abgespeichert sein, etwa derart, dass sie mittels RFID-Technologie abrufbar bzw. auslesbar ist.
Fig. 2 zeigt ein System 1000 zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments X bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Im Gegensatz zu Fig. 1 , in welcher das System 1000 und das Endoskop X als separat dargestellt sind, ist in Fig. 2 das System 1000 in dem Endoskop X implementiert und integriert. Der Betriebsmodus kann dann beispielsweise durch eine Benutzerschnittstelle von dem Nutzer ausgewählt werden, z.B. mittels einer Tastatur oder eines Touchscreens.
In Fig. 2 ist einfachheitshalber das ganze System 1000 in das Endoskop X integriert. Es ist aber denkbar, dass nur einige Elemente davon sich in dem Endoskop X befinden, während sich andere Elemente anderswo befinden, d.h. von dem Endoskop X getrennt. Somit kann das System 1000 das Endoskop X umfassen oder umgekehrt. Bei manchen Ausführungsformen kann die Auswertungseinheit 55 außerhalb des Endoskops X vorgesehen sein, zum Beispiel in einer Cloud-Rechenplattform. In ähnlicher Weise kann die Verfügbarkeits-Bestimmungsvorrichtung 65 entweder in einem Server oder in einer Cloud-Rechenplattform implementiert werden.
Fig. 3 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine Darstellung des Ablaufs eines computerimplementierten Verfahrens zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments X gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren kann vorteilhaft mit dem System 1000, das in Fig. 1 dargestellt wird, ausgeführt werden.
In einem Schritt S1 wird ein Betriebsmodus von mindestens verfügbaren zwei Betriebsmodi für das Instrument X eingestellt. Der Betriebsmodus kann beispielsweise von einem Nutzer, hinsichtlich der von dem Instrument geforderten Leistung unter Berücksichtigung einer Optimierung der (Betriebs-)Lebensdauer des Instruments X ausgewählt werden, um eine gewisse chirurgische Tätigkeit durchzuführen.
In einem Schritt S2 wird das Instrument X in dem ausgewählten Betriebsmodus gesteuert, indem eine oder mehrere Funktionalitäten des Instruments X beschränkt, durch Software oder durch eine mechanische Wirkung, werden können. In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt S2 die Schritte S20, S21 und S22. In dem Schritt S20 wird festgestellt, ob der ausgewählte Betriebsmodus der erste Betriebsmodus (Standardmodus) Ml ist oder nicht. Wenn der eingestellte Betriebsmodus der Standardmodus M l ist (mit einem - gekennzeichnet) dann wird in einem Schritt S21 die Funktionalität des Instruments uneingeschränkt freigegeben. Falls der eingestellte Betriebsmodus ein anderer Betriebsmodus ist (mit einem + gekennzeichnet), beispielsweise der Lebensdauerverlängerungsmodus M2, der Hochleistungsmodus M3 oder der verfahrensspezifische Modus M4, die in Figuren 1 und 2 dargestellt sind, dann wird in einem Schritt S22 die Funktionalität des Instruments X entsprechend beschränkt.
In einem weiteren Schritt S3 wird die Berechnung der Lebensdauer des Instruments gemäß der durchgeführten chirurgischen Tätigkeit aktualisiert. Informationen über die durch das chirurgische Instrument durchgeführte chirurgische Tätigkeit wird an eine Verfügbarkeitsvorrichtung ausgegeben, welche dazu eingerichtet ist, die verbleibende Lebensdauer bzw. den Abnutzungsgrad des Instruments X zu berechnen. Abhängig davon wie intensiv die durchgeführte chirurgische Tätigkeit durchgeführt wird, erfolgt die Berechnung der verbleibenden Lebensdauer des chirurgischen Instruments und ein entsprechender Lebensdauer-Wert wird aktualisiert.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das ein Computerprogrammprodukt 300 gemäß einer Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Computerprogrammprodukt 300 umfasst einen ausführbaren Programmcode 350, der so konfiguriert ist, dass er bei seiner Ausführung das Verfahren gemäß einer beliebigen Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchführt, insbesondere wie in den vorangegangenen Figuren beschrieben.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Blockdiagramm, das ein nicht flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium 400 gemäß einer Ausführungsform des vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung illustriert. Das Datenspeichermedium 400 umfasst einen ausführbaren Programmcode 450, der so konfiguriert ist, dass er, wenn er ausgeführt wird, das Verfahren gemäß einer beliebigen Ausführungsform des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung durchfuhrt, insbesondere so, wie es in Bezug auf die vorangegangenen Figuren beschrieben wurde.
Das nicht-flüchtige, computerlesbare Datenspeichermedium kann jede Art von Com- puterspeicher, insbesondere einen Halbleiterspeicher wie einen Festkörperspeicher, umfassen oder daraus bestehen. Das Datenspeichermedium kann auch eine CD, eine DVD, eine Blu-Ray-Disc, einen USB-Speicherstick oder ähnliches umfassen oder aus solchen bestehen.

Claims

Patentansprüche:
1. System (1000) zur Steuerung mindestens einer Funktionalität eines chirurgischen Instruments (X), umfassend: eine Modus-Einstellungseinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, einen von mindestens zwei Betriebsmodi für die Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) einzustellen und ein Ausgabesignal auszugeben, welches den eingestellten Betriebsmodus des chirurgischen Instruments (X) signalisiert; und eine Steuerungseinheit (30), die dazu eingerichtet ist, das Ausgabesignal (S) zu empfangen und die Funktionalität des Instruments (X) entsprechend dem signalisierten Betriebsmodus zu steuern, wobei die Steuerungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, in dem ersten Betriebsmodus (M l) die Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) uneingeschränkt freizugeben und in dem zweiten Betriebsmodus (M2) die Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) zu beschränken.
2. System (1000) nach Anspruch 1, wobei die Funktionalität des Instruments (X) durch die Steuerungseinheit (20) hinsichtlich mindestens eines der folgenden Parameter steuerbar ist:
- Geschwindigkeit der Bewegung und/oder Beschleunigung des Instruments (X);
- Winkel einer Artikulation eines Gelenkes des Instruments (X);
- von dem Instrument (X) oder auf das Instrument (X) ausgeübte Kräfte und/oder Drehmomente;
- Biegegrenzwert des Instruments (X);
- eine von dem Instrument (X) bei der Durchführung der chirurgischen Tätigkeit verbrauchte Energie, insbesondere eine verbrauchte elektrische Stromstärke;
- auf das Instrument (X) von Flüssigkeiten ausgeübte drücke; und
- eine von dem Instrument (X) bei der Durchführung der chirurgischen Tätigkeit freigesetzte Energie.
3. System (1000) nach Anspruch 2, wobei durch die Modus-Einstellungseinheit (20) ferner ein driter Betriebsmodus (M3) einstellbar ist, wobei die Steuerungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, in dem dritten Betriebsmodus (M3) mindestens einen Parameter der Funktionalität des Instruments (X) auf einen bestimmten Wert festzulegen.
4. System (1000) nach Ansprüche 2 oder 3, wobei durch die Modus-Einstellungseinheit (20) ferner ein vierter Betriebsmodus (M4) einstellbar ist, wobei die Steuerungseinheit (30) dazu eingerichtet ist, in dem vierten Betriebsmodus (M4) mindestens einen Parameter der Funktionalität des Instruments (X) auf bestimmte aufgabenspezifische Werte der durchzuführenden chirurgischen Tätigkeitfestzulegen.
5. System (1000) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Modus-Einstellungseinheit (20) eine Auswertungseinheit (55) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Parameter der Funktionalität des Instruments (X) unter Verwendung mindestens eines deterministischen Algorithmus zu bestimmen.
6. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschränkung der Funktionalität in dem zweiten Betriebsmodus (M2) dazu eingerichtet ist, die voraussichtliche verbleibende Betriebs-Lebensdauer des chirurgischen Instruments (X) zu maximieren.
7. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Modus-Einstellungseinheit (20) ferner dazu eingerichtet ist, ein Signal über eine mit dem Instrument durchzuführende chirurgischen Tätigkeit zu empfangen, und darauf basierend nur entsprechende zugehörige Betriebsmodi für die Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) zur Verfügung zu stellen.
8. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Modus-Einstellungseinheit (20) und/oder die Steuerungseinheit (30) in das chirurgische Instrument (X) integriert sind. - TI -
9. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Modus-Einstel- lungseinheit (20) in eine Recheneinrichtung einer Automatisierungseinheit eingebaut ist.
10. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Modus-Einstel- lungseinheit (20) durch einen Server und/oder eine Cloud-Rechenplattform implementiert ist.
1 1. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das System (1000) zur Steuerung von mehreren Funktionalitäten eines chirurgischen Instruments (X) eingerichtet ist.
12. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, wobei das System (1000) zur Steuerung mindestens einer Funktionalität einer Mehrzahl von chirurgischen Instrumenten (X) eingerichtet ist.
13. System (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das System (1000) ferner eine Verfugbarkeits-Bestimmungsvorrichtung (65) umfasst, welche dazu eingerichtet ist, mindestens eine Information bereitzustellen, welche eine Verfügbarkeit der Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) angibt.
14. System (1000) nach Anspruch 13, wobei die Information, welche die Verfügbarkeit der Funktionalität des chirurgischen Instruments (X) angibt, eine Lebensdauer- Information ist, welche eine verbleibende Lebensdauer der Funktionalität und/oder des Instruments (X) angibt, und wobei die Lebensdauer-Information in einem Datenspeicher des Systems (1000), insbesondere in einem Datenspeicher des Instruments (X), abgespeichert ist.
15. Computerimplementiertes Verfahren zur Steuerung mindestens eines chirurgischen Instruments (X), mit den Schritten: (a) Einstellen (S I) eines Betriebsmodus von mindestens zwei verfügbaren Betriebsmodi für das Instrument (X); und
(b) Steuern (S2) des chirurgischen Instruments (X), umfassend:
(bl) uneingeschränktes Freigeben (S21) der Funktionalität des chirur- gischen Instruments (X), wenn der erste Betriebsmodus eingestellt ist; und
(b2) Beschränken (S22) der Funktionalität des chirurgischen Instruments (X), wenn der zweite Betriebsmodus eingestellt ist.
16. Computerprogrammprodukt (300), umfassend ausführbaren Programmcode (350), der dazu ausgelegt ist, wenn er ausgeführt wird, das computerimplementierte
Verfahren gemäß Patentanspruch 15 durchzuführen.
17. Nicht-flüchtiges computerlesbares Datenspeichermedium (400), umfassend ausführbaren Programmcode (450), der dazu ausgelegt ist, wenn er ausgeführt wird, das computerimplementierte Verfahren gemäß Patentanspruch 15 durchzuführen.
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