DE102013111935A1 - A framework for holding a surgical robot, using such a frame in a surgical robotic system, and a robotic robot system having such a frame - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rahmen (30) zum Halten eines Chirurgieroboters (12) oder eines anderen chirurgischen Geräts. Um die Chirurgieroboter (12) möglichst einfach, leicht und kompakt bauen zu können, wird vorgeschlagen, dass der Rahmen (30) dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (30) wenigstens ein bogenförmiges Profil (9) aufweist, das so dimensioniert ist, dass es einen auf einem OP-Tisch (1) liegenden Patienten (8) teilweise in einer Querrichtung (x) umgeben kann, und ferner eine Befestigungseinrichtung (10) zum Befestigen des Rahmens (30) an einem OP-Tisch (1) oder einer anderen Einrichtung (20, 20a, 20b) umfasst.The invention relates to a frame (30) for holding a surgical robot (12) or other surgical device. In order to be able to construct the surgical robots (12) as simply, easily and compact as possible, it is proposed that the frame (30) is characterized in that the frame (30) has at least one arcuate profile (9) which is dimensioned such that it a patient (8) lying on an operating table (1) can partially surround in a transverse direction (x), and further fastening means (10) for attaching the frame (30) to an operating table (1) or other device (20, 20a, 20b).
Description
Die Erfindung betrifft einen Rahmen zum Halten eines Chirurgieroboters gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die Verwendung eines solchen Rahmens gemäß Patentanspruch 16 und ein Chirurgieroboter-System mit einem solchen Rahmen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17.The invention relates to a frame for holding a surgical robot according to the preamble of
Chirurgische Eingriffe am menschlichen Körper werden heute in zunehmendem Maße in minimal invasivem Verfahren mit Unterstützung von Chirurgierobotern durchgeführt. Je nach Art des Eingriffs können die Chirurgieroboter mit verschiedenen chirurgischen Instrumenten, wie z. B. Endoskopen, Trokaren, Schneid-, Greif- oder Nähinstrumenten bestückt sein. Bei der Operation werden die Instrumente mittels eines oder mehrerer Roboter über jeweils eine Schleuse in den Körper des Patienten eingeführt, wo dann der chirurgische Eingriff stattfindet. Das Robotersystem wird dabei von einem Chirurgen oder gegebenenfalls auch von einem Chirurgen-Team über eine Eingabevorrichtung gesteuert.Today, surgical procedures on the human body are increasingly being performed in minimally invasive procedures with the assistance of surgical robots. Depending on the type of surgery, the surgical robots with various surgical instruments, such. As endoscopes, trocars, cutting, gripping or sewing instruments be equipped. In the operation, the instruments are introduced by means of one or more robots via a respective lock in the body of the patient, where then the surgical procedure takes place. The robot system is controlled by a surgeon or possibly also by a surgeon team via an input device.
Bei den bekannten Robotersystemen werden die Chirurgieroboter üblicherweise am OP-Tisch befestigt oder an einem an der Decke des Operationsraums aufgehängten Gerüst montiert. Eine seitliche Befestigung des Chirurgieroboters am OP-Tisch hat den Nachteil, dass der Roboter den Patienten bei einer Operation umgreifen muss, damit das Instrument in den Körper des Patienten eingeführt werden kann. Dadurch reduzieren sich zum Einen die Bewegungsmöglichkeiten des Roboterarms; zum Anderen müssen die Roboterarme relativ lang ausgeführt werden, um an die Eintrittsstelle zu gelangen, wodurch sie wiederum verhältnismäßig stabil und somit schwer ausgelegt werden müssen. Die Befestigung eines Chirurgieroboters an einem an der Decke aufgehängten Gerüst hat den Nachteil, dass die Strecke zwischen dem Befestigungspunkt und dem zu behandelnden Patienten in der Regel relativ groß ist und der Chirurgieroboter somit für relativ große Reichweiten ausgelegt sein muss. Ferner besteht der Nachteil bei einer Deckenmontage, wenn der OP-Tisch bewegt werden muss (z. B. zur Umlagerung des Patienten), dass sich eine Relativbewegung zwischen Roboterbefestigung und OP-Tisch einstellt. Infolge dessen müsste der Roboter in Bezug zum OP-Tisch bzw. zum Patienten neu ausgerichtet oder positioniert werden, um den Versatz auszugleichen. In the known robot systems, the surgical robots are usually attached to the operating table or mounted on a suspended from the ceiling of the operating room scaffold. A lateral attachment of the surgical robot to the operating table has the disadvantage that the robot has to embrace the patient in an operation so that the instrument can be inserted into the body of the patient. This reduces the possibilities of movement of the robot arm on the one hand; on the other hand, the robot arms must be made relatively long in order to get to the entry point, which in turn they must be relatively stable and therefore difficult to design. The attachment of a surgical robot to a ceiling suspended scaffold has the disadvantage that the distance between the attachment point and the patient to be treated is usually relatively large and the surgical robot must therefore be designed for relatively long ranges. Furthermore, the disadvantage of ceiling mounting, when the operating table has to be moved (for example, for rearrangement of the patient), is that a relative movement between robot attachment and operating table is established. As a result, the robot would have to be reoriented or positioned relative to the operating table or patient to compensate for the misalignment.
Ein solcher Rahmen ist beispielsweise aus der
Gemäß der Erfindung wird ein Rahmen zum Halten wenigstens eines Chirurgieroboters oder eines anderen chirurgischen Geräts vorgeschlagen, der wenigstens ein bogenförmiges Profil aufweist, das so dimensioniert ist, dass es einen auf einem OP-Tisch liegenden Patienten wenigstens teilweise umgreift. Der Rahmen umfasst ferner eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen des Rahmens an einem OP-Tisch oder einer anderen Einrichtung, wie z. B. einen Trolley. Wenn der Rahmen so ausgelegt ist, dass er einen auf einem OP-Tisch liegenden Patienten in einem Abstand von wenigen Zentimetern, wie z. B. 30 cm oder 50 cm, umgibt, können ein oder mehrere Chirurgieroboter in unmittelbarer Nähe zum Eintrittsort, an dem ein chirurgisches Instrument in den Körper des Patienten eingeführt wird, positioniert werden. Der bzw. die Chirurgieroboter können somit sehr klein, leicht und kompakt ausgeführt werden. In accordance with the invention, there is provided a frame for holding at least one surgical robot or other surgical device having at least one arcuate profile dimensioned to at least partially engage a patient lying on an operating table. The frame further includes attachment means for securing the frame to an operating table or other device, such as an operating table. B. a trolley. If the frame is designed to accommodate a patient lying on an operating table at a distance of a few centimeters, such 30 cm or 50 cm, one or more surgical robots may be positioned in close proximity to the point of entry where a surgical instrument is inserted into the body of the patient. The surgical robot (s) can thus be made very small, lightweight and compact.
Das bogenförmige Profil kann verschiedene Radien oder Winkel aufweisen. Beispielsweise kann das bogenförmige Profil als Winkelprofil ausgebildet sein, das ein oder mehrere abgewinkelte Abschnitte bzw. Winkelbogen umfasst.The arcuate profile may have different radii or angles. For example, the arcuate profile may be formed as an angle profile, which comprises one or more angled sections or angle arc.
Der erfindungsgemäße Rahmen ist vorzugsweise so dimensioniert, dass der maximale Abstand des Rahmens zum Körper eines Patienten vorzugsweise kleiner ist als 1 Meter.The frame according to the invention is preferably dimensioned so that the maximum distance of the frame to the body of a patient is preferably less than 1 meter.
Der Rahmen einschließlich der Befestigungseinrichtung kann prinzipiell einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.The frame including the fastening device can in principle be formed in one piece or in several parts.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Rahmen oder zumindest ein Teil davon schwenkbar ausgebildet. Die Schwenkrichtung verläuft vorzugsweise quer zum Patienten. According to a preferred embodiment of the invention, the frame or at least a part thereof is pivotable. The pivoting direction is preferably transverse to the patient.
Das genannte bogenförmige Profil kann ebenfalls einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Said arcuate profile may also be formed in one or more parts.
Bei einer schwenkbaren Ausführung des Rahmens umfasst dieser vorzugsweise ein Gelenk, mittels dessen der Rahmen oder zumindest ein Teil davon zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung geschwenkt werden kann. An der dem Gelenk gegenüber liegenden Seite des Rahmens bzw. Profilelements ist vorzugsweise ein Verschluss vorgesehen, mittels dessen der Rahmen bzw. das Profilelement in der geschlossenen Stellung fixiert werden kann. In a pivotable embodiment of the frame, this preferably comprises a joint by means of which the frame or at least a part thereof can be pivoted between an open and a closed position. At the side opposite the joint of the frame or profile element, a closure is preferably provided, by means of which the frame or the profile element can be fixed in the closed position.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Rahmens sind mehrere Profilelemente schwenkbar ausgelegt. Jedes der schwenkbaren Profilelemente umfasst dabei ein Gelenk, mittels dessen das jeweilige Profilelement zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung geschwenkt werden kann. An der dem Gelenk gegenüberliegenden Seite des Profilelements ist vorzugsweise wiederum ein Verschluss vorgesehen, mittels dessen das Profilelement in der geschlossenen Stellung fixiert werden kann.According to a specific embodiment of the frame a plurality of profile elements are designed to be pivotable. Each of the pivotable profile elements comprises a hinge, by means of which the respective profile element can be pivoted between an open and a closed position. At the opposite of the joint Side of the profile element is preferably in turn provided a closure by means of which the profile element can be fixed in the closed position.
Der erfindungsgemäße Rahmen kann wahlweise auch mehrere bogenförmige Profile umfassen, die über eine oder mehrere Streben miteinander verbunden sind. Die bogenförmigen Profile sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Im montierten Zustand des Rahmens verlaufen die Profile vorzugsweise in Querrichtung und die Streben z. B. in Längsrichtung des Patienten. The frame according to the invention may optionally also comprise a plurality of arcuate profiles, which are connected to one another via one or more struts. The arcuate profiles are preferably arranged parallel to each other. In the assembled state of the frame, the profiles preferably extend in the transverse direction and the struts z. B. in the longitudinal direction of the patient.
Die vorstehend genannte Ausführungsform des Rahmens mit mehreren bogenförmigen Profilen kann wiederum einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. The aforementioned embodiment of the frame with a plurality of arcuate profiles can in turn be formed in one piece or in several parts.
Die bogenförmigen Profile können z. B. gelenkig miteinander verbunden sein. Hierzu können z. B. in oder am Ende einer Strebe ein oder mehrere Gelenke vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, Winkeldifferenzen oder Höhenunterschiede der Stützen, an denen der Rahmen befestigt wird, auszugleichen. Beispielsweise existieren OP-Tische mit verstellbarem Kopfteil. Ist an solch einen OP-Tisch ein Rahmen montiert, der das Kopfteil und einen daran angrenzenden Teil des OP-Tisches umgibt, so kann das Kopfteil abgewinkelt werden, wobei der Teil des Rahmens, der das Kopfteil umgibt, mittels des Gelenks entsprechend mitbewegt wird.The arcuate profiles can z. B. be articulated together. For this purpose, z. B. be provided in or at the end of a strut one or more joints. This makes it possible to compensate for angular differences or differences in height of the supports to which the frame is attached. For example, there are operating tables with adjustable headboard. If a frame is mounted on such an operating table, which surrounds the head part and an adjoining part of the operating table, the head part can be angled, with the part of the frame surrounding the head part being correspondingly moved by means of the joint.
Die eingangs genannte Befestigungseinrichtung des Rahmens ist vorzugsweise so ausgelegt, dass der Rahmen an einer Schiene eines OP-Tisches befestigt werden kann. Die Befestigungseinrichtung ist vorzugsweise einstückig mit dem übrigen Rahmen gebildet und hat vorzugsweise eine Ausnehmung, die an den Querschnitt einer Schiene angepasst ist, um diese formschlüssig umgreifen zu können. In diesem Fall wird der Rahmen von einem Ende einer Schiene auf die Schiene aufgeschoben. The above-mentioned fastening device of the frame is preferably designed so that the frame can be attached to a rail of an operating table. The fastening device is preferably formed integrally with the remaining frame and preferably has a recess which is adapted to the cross section of a rail in order to be able to embrace it in a form-fitting manner. In this case, the frame is pushed from one end of a rail onto the rail.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Befestigungseinrichtung aber auch mehrteilig gebildet sein und beispielsweise eine Schnellspanneinrichtung aufweisen. Die genannte Schnellspanneinrichtung kann beispielsweise einen Spannhebel mit einem Exzenternocken umfassen, der nach dem Prinzip eines Sattel-Schnellspanners eines Fahrrads funktioniert. Beliebige andere Spann-, Klemm- oder Rasteinrichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, können ebenfalls eingesetzt werden, um den Rahmen an einem OP-Tisch oder einer anderen Stütze zu montieren. According to another embodiment of the invention, however, the fastening device can also be formed in several parts and, for example, have a quick-release device. Said quick-clamping device may, for example, comprise a tensioning lever with an eccentric cam which functions on the principle of a saddle quick-release of a bicycle. Any other clamping, clamping or latching devices known in the art may also be used to mount the frame to an operating table or other support.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Rahmen wenigstens ein Schlitten gleitend angeordnet, der dazu dient, einen Chirurgieroboter oder ein anderes medizinisches bzw. chirurgisches Gerät zu tragen. Zur Befestigung des Roboters oder eines medizinischen Geräts kann wiederum jede beliebige Befestigungseinrichtung, wie z. B. eine Schraubverbindung oder ein bekannter Schnellverbindungsmechanismus vorgesehen sein. Der bzw. die Schlitten sind vorzugsweise am Rahmen fixierbar. According to a preferred embodiment of the invention, at least one slide slidably disposed on the frame serves to support a surgical robot or other medical or surgical device. For attachment of the robot or a medical device, in turn, any fastening device, such. Example, a screw or a known quick-connect mechanism may be provided. The carriage or carriages are preferably fixable on the frame.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Rastmechanismus oder ein Feststellhebel eingesetzt werden. For this purpose, for example, a locking mechanism or a locking lever can be used.
Zur Bewegung eines Schlittens ist vorzugsweise ein Antrieb vorgesehen, mittels dessen der Schlitten entlang des bogenförmigen Profils bewegbar ist. Der Antrieb kann dabei im Schlitten integriert, aber auch an anderer Stelle vorgesehen sein. Der Antrieb ist vorzugsweise als Linearantrieb ausgelegt und kann beispielsweise ein Zahnradantrieb sein. Alternative Antriebe könnten einen Riementrieb vorsehen.To move a carriage, a drive is preferably provided, by means of which the carriage is movable along the arcuate profile. The drive can be integrated in the carriage, but also be provided elsewhere. The drive is preferably designed as a linear drive and may for example be a gear drive. Alternative drives could provide a belt drive.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst der Rahmen einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung des bzw. der Schlitten. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schlitten ein oder mehrere Sensoren umfassen. Wahlweise oder zusätzlich können auch im Profil ein oder mehrere Sensoren angeordnet sein. Daneben ist auch eine optische Erkennung der Schlittenpositionen denkbar. According to a special embodiment of the invention, the frame comprises one or more sensors for detecting the carriage (s). According to one embodiment, a carriage may comprise one or more sensors. Optionally or additionally, one or more sensors can also be arranged in the profile. In addition, an optical recognition of the carriage positions is conceivable.
Der vorstehend genannte Antrieb umfasst vorzugsweise einen Elektromotor.The aforementioned drive preferably comprises an electric motor.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines Rahmens, gemäß einer vorstehend beschriebenen Ausführungsform zum Halten eines Chirurgieroboters für den Einsatz bei einer Operation am menschlichen Körper. The invention also relates to the use of a frame according to an embodiment described above for holding a surgical robot for use in a human body operation.
Die Erfindung betrifft ferner ein Chirurgierobotersystem mit einer Steuereinheit, die von einem Benutzer vorgegebene Steuervorgaben in entsprechende Steuersignale für einen Chirurgieroboter umsetzt. Das Robotersystem umfasst ferner einen Rahmen zum Befestigen des Chirurgieroboters, der wenigstens einen Schlitten und einen Antrieb zum Bewegen des Schlittens entlang eines Rahmenprofils. Die Steuereinheit ist so ausgelegt, dass sie neben den Steuersignalen für den Chirurgieroboter auch Steuersignale für den Antrieb des Schlittens erzeugt, um den Chirurgieroboter entlang des bogenförmigen Profils zu verstellen. Das erfindungsgemäße Chirurgierobotersystem nutzt somit den Antrieb des Schlittens als zusätzlichen Freiheitsgrad für die Robotersteuerung bei einem chirurgischen Eingriff.The invention further relates to a surgical robot system having a control unit that converts control inputs specified by a user into corresponding control signals for a surgical robot. The robotic system further includes a frame for securing the surgical robot, the at least one carriage, and a drive for moving the carriage along a frame profile. The control unit is designed to generate control signals for the drive of the carriage in addition to the control signals for the surgical robot in order to move the surgical robot along the curved profile. The surgical robot system according to the invention thus utilizes the drive of the carriage as an additional degree of freedom for the robot control during a surgical procedure.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist das Chirurgierobotersystem so ausgelegt, dass es wenigstens eine Eintrittsstelle, durch die ein chirurgisches Instrument in den Körper eingeführt wird, erfassen kann. Die Eintrittsstelle kann z. B. von einem Benutzer am Bildschirm markiert und somit dem Robotersystem angezeigt werden. Wenn die Eintrittsstelle bereits zuvor von einem Chirurgieroboter angefahren wurde, um beispielsweise einen Trokar zu setzen, ist die Position der Eintrittsstelle dem System bereits bekannt. Die Positionsdaten können dann im Folgenden zur Positionierung eines oder mehrerer Schlitten genutzt werden. Nach dem Erfassen wenigstens einer Eintrittsstelle können dann ein oder mehrere Schlitten automatisch in eine bestimmte, für den chirurgischen Eingriff kinematisch günstige Position gefahren werden. Diese „günstige“ Position kann z. B. von der Steuereinheit mit Hilfe eines Algorithmus berechnet werden. According to a particular embodiment of the invention, the surgery robot system is so designed to detect at least one entry point through which a surgical instrument is inserted into the body. The entry point can z. B. marked by a user on the screen and thus displayed to the robot system. If the entry site has previously been approached by a surgical robot, for example, to set a trocar, the position of the entry point is already known to the system. The position data can then be used in the following to position one or more carriages. After detecting at least one entry point, one or more carriages can then be automatically moved to a specific, kinematically favorable position for the surgical procedure. This "cheap" position can z. B. be calculated by the control unit by means of an algorithm.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der Rahmen
Zur Befestigung des Rahmens
Wie in
Die einzelnen Roboter
An den Schlitten
Der Antrieb
Die Schlitten
Gemäß der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass der bzw. die Schlitten
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Eintrittsstelle, durch die ein chirurgisches Instrument
Die
Die
Die
Die Trolleys
Je nach Ausführungsform der Rahmens
Jede Befestigungseinrichtung
Die
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