WO2002000130A1 - Manipulator für interventionelle und operative eingriffe unter ct/mrt-kontrolle - Google Patents

Manipulator für interventionelle und operative eingriffe unter ct/mrt-kontrolle Download PDF

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WO2002000130A1
WO2002000130A1 PCT/EP2001/006994 EP0106994W WO0200130A1 WO 2002000130 A1 WO2002000130 A1 WO 2002000130A1 EP 0106994 W EP0106994 W EP 0106994W WO 0200130 A1 WO0200130 A1 WO 0200130A1
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arm
patient
extendable
drives
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Lothar Gumb
Heinz Junker
Dieter Stern
Klaus Müller
Andreas Melzer
Eckhard Hempel
Monika Riffel
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Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a manipulator for use in a magnetic resonance tomograph MRT or computer tomograph CT with a continuous channel for inserting a patient support for patients according to the preamble of the first claim.
  • manipulators are suitable for remote-controlled interventions on a patient in interventional radiology. You have to move a surgical instrument in the cramped conditions in the CT or MRI to the desired position on the patient, to align it at this position in the desired direction to the patient by swiveling for the remote-controlled intervention.
  • the doctor orientates and monitors his surgical interventions with the help of imaging methods, for example with the help of CT and MRI.
  • the patient usually lies on a patient couch while the attending doctor monitors the intervention on the screen.
  • CT and MRI methods are two-dimensional sectional images through the patient's body, which are recorded at a short distance from one another and can be combined to form a three-dimensional image, a so-called tomogram of the patient's body.
  • the created tomograms show the internal organs, tissue and bone structures in detail. Any sectional images can be generated.
  • individual sectional views can be generated with CT by tilting the gantry or program-controlled with MRI.
  • the attending physician defines his access planning to the organ to be operated on subsequently and determines the coordinates for the puncture of the patient. medical instrument. This data can also be transferred to the manipulator control as position data, for example.
  • the manipulator consists of a holder to which a pivotable, rotatable and extendable manipulator arm is attached, a manipulator head which is arranged at the distal end of the manipulator arm, and a medical instrument which is pivotally inserted in the manipulator head.
  • the drives take place essentially via computer-assisted servomotors outside the MRI and are transmitted to the manipulator in the MRI by means of shafts and cable pulls. H. are arranged in the MRI. Due to its constructive design, also due to the limited space available in the channel of an MRI, the manipulator can only be used to start the mom and therefore not for universal use.
  • the task of the present invention is to further develop a manipulator as described in the introduction and to improve its handling.
  • the manipulator in CT or MRT should be universal, in particular as a carrier system for remote-controlled image-based interventions over wide areas on the patient without changing the position of the patient in the channel of an MRI or CT.
  • the invention proposes the features that are stated in the characterizing part of claim 1. Further advantageous features which further develop the invention can be seen in the characterizing parts of the subclaims.
  • the manipulator according to the invention is described below with reference to
  • a device for the manipulator-controlled injection of medical preparations into the patient's body serves as an example of a surgical instrument on the instrument head in both embodiments. Show it
  • FIG. 2 shows a view of the manipulator of the first embodiment corresponding to FIG. 1b with patient couch, patient and swiveled gantry of a CT as a schematic diagram
  • Fig. 3 is a perspective view of the manipulator of the second embodiment with patient, patient couch and pivoted gantry of a CT.
  • the first embodiment of the manipulator consists, as can be seen in FIGS. 1 a to c and 2, of a trolley 1 which is guided on special track rails on the arch support 3 by means of rollers 2 which can be seen in FIGS. 1 a and b and is motorized this is moved, furthermore an extendable part arm 4, at the distal end of which the part arm 5 pivotable about this distal end is connected.
  • the distal end piece of the pivotable partial arm serves as the manipulator head 6 with a C-arm guide 7 for the pivotable mounting of a medical instrument, in the example of an injection needle feed device 8.
  • a dosing device 11 indicated in FIGS.
  • the extendable part arm 4 can be extended parallel to the main axis of the patient by means of a spindle drive. Furthermore, this extendable partial arm can be rotated about its own axis by means of a worm wheel drive, whereby the pivoting direction of the pivotable partial arm 5 to the patient changes.
  • the two drive units mentioned are accommodated in the trolley.
  • toothed rack drives, belt drives or hydraulic or pneumatic cylinders are also suitable.
  • the worm wheel drive shown in Fig. 1 b can be replaced by pneumatic, hydraulic or belt-based drive units.
  • the pivotable partial arm 5 is attached to the distal end of the extendable arm 4 with a pivot connection 12 and can thus be pivoted in a pivot plane by means of a worm gear drive.
  • This swivel plane can be rotated about its own axis by rotating the extendable part arm 4.
  • the worm wheel drive shown in Figures 1 b and c can be replaced by pneumatic, hydraulic or belt-based drive units.
  • the arch support 3 is axially displaceable on and over the patient 10 on the patient couch 9 on a driven rail carriage guide (not shown).
  • Suitable drives for this are spindle drives which, for example in the case of an MRI application, are driven by an electric motor positioned outside the MRI and via longer shafts.
  • long-stroke hydraulic cylinders, drives with pneumatic or hydraulic turbo drives or rack and pinion drives are also suitable for an MRI application.
  • Bow support 3 is fastened to the slide guide with a quick coupling and the swivel connection 12 between the extendable and swiveling part arm is equipped with a slip coupling for manually swiveling the swiveling part arm away and thus for removing the medical instrument, in the example of the injection needle feed device 8, by the patient.
  • FIG. 2 schematically shows the manipulator of the first embodiment with an injection needle feed device 8 according to FIG. 1b, but in the operating state in a CT with patient couch 9 and a patient 10 lying on it on its stomach.
  • Patient couch 9 is displaceable along its longitudinal axis, the gantry 13 of the CT pivotable.
  • the gantry 13 of the CT is pivoted to the position of the patient 10 in such a way that a CT sectional view can be generated by the patient 10 on the sectional plane 14 shown as a line in FIG. 2.
  • the injection needle feed device 8 is aligned by the manipulator in such a way that the injection needle is located and moved directly on the cutting plane 14, an injection can advantageously be carried out solely on the set level under constant monitoring by means of an imaging CT sectional view.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the second embodiment of the manipulator, in which, in contrast to the first embodiment described above, the arch support 3 is not attached to the patient couch 9 but to the gantry 13 of the CT and can be pivoted with it. Furthermore, the extendable part arm 4 is adapted to the shape of the channel in the gantry 13, that is to say it is kinked, the proximal end 15 of the extendable part arm 4 in the trolley 1 being radial and not tangential to the patient 10 by means of a spindle, belt, hydraulic cylinder or Rack and pinion drive is movable.
  • the relative axial movement the manipulator head 6 with the injection needle feed device 8 to the patient 10 takes place only by moving the patient bed in the CT.
  • the extendable partial arm 4 cannot be rotated about its longitudinal axis for structural reasons.
  • the swiveling device 12 is placed on the extendable arm 4 so as to be rotatable about the longitudinal axis of the distal end of the extendable arm, an electromotive worm wheel drive for the adjustment, alternatively in the case of an MRI application with a pneumatic or hydraulic turbo motor, a piezo drive or piston-based pneumatic or hydraulic drive.
  • the pivoting device 12, the pivotable arm 5 and the manipulator head 6 with C-arm guide 7 and the drives required for this in the second embodiment correspond to those in the first embodiment, but the medical instrument is fastened to the manipulator head via a quick-release quick coupling.
  • the medical instrument used can be quickly removed from the manipulator head and moved out of the CT or MRI together with the patient 10.
  • the particular advantage of the second embodiment lies in the joint pivotability of gantry 13 and manipulator. If an injection needle feed device is positioned by the manipulator in such a way that on the one hand the longitudinal axis of the injection needle lies on the cutting plane 14 and can also be inserted into the patient thereon, and on the other hand the CT sectional illustration of the patient 10 also coincides with this cutting plane, the injection needle feed device 8 can can be moved together with the cutting plane 14 when the manipulator setting is fixed. Correction of the alignment of the injection needle feed device 8 with the injection needle would then only be necessary on the cutting plane 14, ie to a limited extent. This saves part of the manipulator control for this area of application. Are certain movements of the manipulator not required during the intervention, individual drive units for the manipulator can also be dispensed with, which reduces the technical outlay and thus the costs for a manipulator.
  • the manipulator is equipped with suitable contact sensors, spacers and limit switches, which prevent the manipulator from approaching the patient 10 in an uncontrolled manner, thus preventing undesired injuries to the patient 10, and triggering a pre-programmed response, for example, the manipulator moving away from the patient.
  • suitable contact sensors spacers and limit switches, which prevent the manipulator from approaching the patient 10 in an uncontrolled manner, thus preventing undesired injuries to the patient 10, and triggering a pre-programmed response, for example, the manipulator moving away from the patient.
  • non-contact infrared detectors or temperature sensors can also be used for this purpose.
  • no magnetizable materials may be used for the drives and sensors, whereby existing electric motors may have to be replaced by pneumatic or hydraulic turbo motors, by piezo drives or piston-supported pneumatic or hydraulic drives.
  • drives for the manipulator for use in MRT as an alternative to the drives described, independent of the embodiment, electric drives lying outside the MRT are also suitable, the drive power being transmitted to the manipulator via cardan Bowden cable or cable pull drives.

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Abstract

Manipulator zur Positionierung von medizinischen Instrumenten am Patienten in einem Magnetresonanztomographen MRT oder Computertomographen CT, bestehend aus einem schwenk- dreh-, neig- und ausfahrbaren Manipulatorarm, einer Halterung für den Manipulatorarm, einen Manipulatorkopf, welcher am distalen Ende des Manipulatorarmes angeordnet ist, sowie mindestens einem medizinischen Instrument, welches in dem Manipulatorkopf schwenkbar eingesetzt ist. Aufgabe der Erfindung ist es, den beschriebenen Manipulator so weiterzuentwickeln und in seiner Handhabung zu verbessern, dass er im CT oder MRT universell, insbesondere als Trägersystem für ferngesteuerte bildgestützte Eingriffe am Patienten ohne Lageveränderung des Patienten auf der Patientenliege einsetzbar ist. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Halterung für den Manipulatorarm eine Laufkatze ist, die motorisch auf einem Bogenträger verfahrbar ist und der Manipulatorarm oder der Manipulatorkopf eine Sicherheitsvorrichtung für ein schnelles manuelles Entfernen des medizinischen Instrumentes vom Patienten enthält.

Description

Manipulator für interventioneile und operative Eingriffe unter CT/MRT-Kontrolle
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Manipulator für den Einsatz in einem Magnetresonanztomographen MRT oder Computertomographen CT mit einem durchgehenden Kanal zum Einschieben einer Patientenauflage für Patienten gemäß des Oberbegriffs des ersten Anspruchs.
Derartige Manipulatoren eignen sich für ferngesteuerte Eingriffe an einem Patienten in der interventioneilen Radiologie. Sie müssen dabei ein chirurgisches Instrument in den beengten Verhältnissen im CT oder MRT zu der gewünschten Position am Patienten heranführen, an dieser Position in die gewünschte Richtung zum Patienten durch Schwenken für den ferngesteuerten Eingriff auszurichten.
Bei der interventionellen Radiologie orientiert und überwacht der Arzt seine operativen Eingriffe mit Hilfe von bildgebenden Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der CT und MRT. Üblicherweise liegt der Patient dabei auf einer Patientenliege, während der behandelnde Arzt den Eingriff am Bildschirm überwacht. Bei tomographischen Verfahren, wie z.B. die CT- und MRT-Verfahren sind dies zweidimensionale Schnittbilder durch den Patientenkörper, welche im geringen Abstand zueinander aufgenommen werden und zu einem dreidimensionalen Abbild, einem sogenannten Tomogramm des Patientenkörper zusammensetzbar sind. Die erstellten Tomogramme zeigen die inneren Organe, Gewebe- und Knochenstrukturen im Detail. Dabei können beliebige Schnittbilder generiert werden. Zudem lassen sich beim CT durch Kippen der Gantry oder programmgesteuert beim MRT individuelle Schnittdarstellungen generieren.
Anhand der tomographischen Daten legt der behandelnde Arzt seine Zugangplanung zum anschließend zu operierenden Organs fest und ermittelt die Koordinaten für den Einstich des me- dizinischen Instrumentes. Diese Daten lassen sich beispielsweise auch als Positionsdaten an die Manipulatorsteuerung überführen.
In DE 198 18 785 AI wird ein Manipulator für die Diagnostik und therapeutische Behandlung der Mammas bäuchlings auf der Patientenliege liegender weiblicher Patienten im MRT beschrieben, wobei der behandelnde Arzt den operativen Eingriff mit Hilfe des MRT bildgestützt überwacht. Dabei besteht der Manipulator aus einer Halterung, an die ein schwenk-, dreh- und ausfahrbarer Manipulatorarm befestigt ist, einem Manipulatorkopf, welcher am distalen Ende des Manipulatorarmes angeordnet ist, sowie ein medizinisches Instrument, welches in dem Manipulatorkopf schwenkbar eingesetzt ist. Die Antriebe erfolgen im wesentlichen über rechnergestützte Stellmotoren außerhalb des MRT und werden über Wellen und Seilzüge zum Manipulator im MRT übertragen, wobei die erforderlichen Getriebe zum Teil im Manipulator, d. h. im MRT angeordnet sind. Aufgrund seiner konstruktiven Gestaltung, bedingt auch durch die begrenzten Platzverhältnisse im Kanal eines MRT, ist der Manipulator nur für das Anfahren der Mammas und daher nicht universell einsetzbar.
Ausgehend davon hat nun die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, einen wie eingangs beschriebenen Manipulator weiter- zuentwickeln und in seiner Handhabung zu verbessern. Dabei soll der Manipulator im CT oder MRT universell, insbesondere als Trägersystem für ferngesteuerte bildgestützte Eingriffe über weite Bereiche am Patienten ohne Lageveränderung des Patienten im Kanal eines MRT oder CT, einsetzbar sein .
Zur Lösung der Aufgabe schlägt die Erfindung die Merkmale vor, die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angeführt sind. Weitere, vorteilhafte und die Erfindung weiterbildende Merkmale sind in den kennzeichnenden Teilen der Unteransprüche zu sehen. Der erfindungsgemäße Manipulator wird im folgenden anhand von
Zeichnungen zweier Ausführungsformen erläutert. Als chirurgisches Instrument am Instrumentenkopf dient bei beiden Ausführungsformen beispielhaft eine Vorrichtung für die manipulatorgesteuerte Injektion von medizinischen Präparaten in den Patientenkörper. Es zeigen
Fig.l a und b Ansichten des Manipulators der ersten Ausführungsform, in axial bzw. radial zum Patienten verlaufender Richtung,
Fig. 1 c die Aufsicht des Manipulators der ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Ansicht des Manipulators der ersten Ausführungsform entsprechend Fig. lb mit Patientenliege, Patient und geschwenktem Gantry eines CT als Prinzipskizze, sowie
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Manipulators der zweiten Ausführungsform mit Patient, Patientenliege und geschwenktem Gantry eines CT.
Die erste Ausführungsform des Manipulators besteht, wie den Figuren 1 a bis c und 2 zu entnehmen ist, aus einer Laufkatze 1, welche mit über in Fig. 1 a und b erkennbare Laufrollen 2 auf speziellen Laufschienen auf dem Bogenträger 3 geführt ist und motorisch auf diesem verfahren wird, ferner einem ausfahrbaren Teilarm 4, an dessem distalen Ende der um dieses distale Ende schwenkbare Teilarm 5 anschließt. Als Manipulatorkopf 6 mit einer C-Bogenführung 7 für die schwenkbare Aufnahme eines medizinischen Instrumentes, im Beispiel einer Injektionsnadelvorschub- vorrichtung 8, dient das distale Endstück des schwenkbaren Teilarmes. Für die Versorgung der Injektionsnadelvorschubvorrichtung 8 mit zu injizierenden medizinischen Präparaten ist eine Dosiervorrichtung 11, in Fig. 1 b und c angedeutet, erforderlich, welche am proxi alen Ende des ausfahrbaren Teilarmes so befestigt ist, dass sie mit in den MRT oder CT mit einfahrbar ist. Der ausfahrbare Teilarm 4 ist, wie in den Fig. 1 a bis c dargestellt, parallel zur Hauptachse des Patienten mittels Spindelantrieb ausfahrbar. Ferner kann lässt sich dieser ausfahrbare Teilarm mittels Schneckenradantrieb um seine eigene Achse drehen, womit sich die Schwenkrichtung des schwenkbaren Teilarmes 5 zum Patienten ändert. Die beiden genannten Antriebseinheiten sind in der ersten Ausführungsform in der Laufkatze untergebracht. Alternativ zum genannten Spindelantrieb eignen sich auch Zahnstangen-, Riemenantriebe oder hydraulische oder pneumatische Zylinder. Ebenso kann der in Fig. 1 b dargestellte Schneckenradantrieb durch pneumatische, hydraulische oder riemengestützte Antriebseinheiten ersetzt werden.
Der schwenkbare Teilarm 5 ist mit einer Schwenkverbindung 12 an das distale Ende des ausfahrbaren Armes 4 angebracht und damit mittels eines Schneckenradantriebs in einer Schwenkebene schwenkbar. Diese Schwenkebene lässt sich durch Drehen des ausfahrbaren Teilarmes 4 um seine eigene Achse verdrehen. Der in den Figuren 1 b und c dargestellte Schneckenradantrieb ist durch pneumatische, hydraulische oder riemengestützte Antriebseinheiten ersetzbar.
Der Bogenträger 3 ist im ersten Ausführungsform auf der Patientenliege 9 auf einer nicht weiter dargestellten angetriebenen Schienenschlittenführung axial zum und über den Patienten 10 verschiebbar. Als Antriebe hierfür eignen sich Spindelantriebe, welche beispielsweise im Falle einer MRT -Anwendung von außerhalb des MRT positionierten Elektromotors und über längere Wellen angetrieben werden. Alternativ eignen sich für einen MRT-Einsatz prinzipiell auch hydraulische Langhubzylinder, Antriebe mit pneumatischen oder hydraulischen Turboantrieben oder Zahnstangenantriebe.
Im Falle von Komplikationen beim Patienten während des Eingriffes ist ein schnelles Herausfahren der Patientenliege aus dem CT oder MRT und ein schnelles Entfernen des chirurgischen Instru- mentes vom Patienten 10 erforderlich. Aus diesem Grund ist der
Bogenträger 3 mit einer Schnellkupplung auf der Schlittenführung befestigt und die Schwenkverbindung 12 zwischen ausfahrbaren und schwenkbarem Teilarm mit einer Rutschkupplung zum manuellen Wegschwenken des schwenkbaren Teilarmes und damit zum Entfernen des medizinischen Instrumentes, im Beispiel der Injektionsnadelvor- schubvorrichtung 8, vom Patienten ausgestattet.
Fig. 2 zeigt schematisch den Manipulator der ersten Ausführungsform mit einer Injektionsnadelvorschubvorrichtung 8 entsprechend Fig. lb, jedoch im Betriebszustand in einem CT mit Patientenliege 9 und einen hierauf bäuchlings liegenden Patienten 10. Die Patientenliege 9 ist entlang ihrer Längsachse verschiebbar, das Gantry 13 des CT schwenkbar. Dadurch können Schnittbilder vom im Messbereich des CT liegenden Teilbereich des Patienten 10 mit innerhalb des Schwenkbereichs des Gantrys 13 beliebigen Winkeln zur Körperlängsachse aufgenommen werden. In Fig. 2 ist das Gantry 13 des CT zur Lage des Patienten 10 so geschwenkt, dass eine CT-Schnittdarstellung durch den Patienten 10 auf der in Fig. 2 als Linie dargestellten Schnittebene 14 generierbar ist. Wird die Injektionsnadelvorschubvorrichtung 8 durch den Manipulator so ausgerichtet, dass sich die Injektionsnadel direkt auf der Schnittebene 14 befindet und bewegt wird, ist eine Injektion unter ständiger Überwachung mittels bildgebender CT-Schnittdarstellung auf vorteilhafter Weise allein auf der eingestellten Ebene durchführbar.
Figur 3 zeigt in perspektivischer Darstellung die zweite Ausführungsform des Manipulators, bei der im Gegensatz zu der ersten, zuvor beschriebenen Ausführungsform der Bogenträger 3 nicht auf der Patientenliege 9, sondern an den Gantry 13 des CT befestigt und mit diesem schwenkbar ist. Ferner ist der ausfahrbare Teilarm 4 an die Form des Kanals in der Gantry 13 angepasst, d. h. geknickt gestaltet, wobei das proximale Ende 15 des ausfahrbaren Teilarmes 4 in der Laufkatze 1 radial und nicht tangential zum Patienten 10 mittels Spindel-, Riemen-, hydraulischer Zylinderoder Zahnstangenantrieb bewegbar ist. Die axiale Relativbewegung von Manipulatorkopfes 6 mit der Injektionsnadelvorschubvorrich- tung 8 zum Patienten 10 erfolgt dagegen allein über ein Verschieben der Patientenliege im CT. Ferner ist der ausfahrbare Teilarm 4 konstruktiv bedingt nicht um seine Längsachse drehbar. Dagegen ist die Schwenkvorrichtung 12 auf dem ausfahrbaren Arm 4 um die Längsachse des distalen Endes des ausfahrbaren Armes drehbar aufgesetzt, wobei für die Verstellung ein elektromotorischer Schneckenradantrieb, alternativ im Falle eines MRT-Einsat- zes mit einem pneumatischen oder hydraulischen Turbomotor, einem Piezoantrieb oder einem kolbengestützten pneumatischen oder hydraulischen Antrieb, zum Einsatz kommt.
Die Schwenkvorrichtung 12, der schwenkbare Arm 5 und der Manipulatorkopf 6 mit C-Bogenführung 7 und die hierfür erforderlichen Antriebe der zweiten Ausführungsform entsprechen denen der ersten Ausführungsform, wobei jedoch das medizinische Instrument über eine schnell lösbare Schnellkupplung am Manipulatorkopf befestigt ist. Im Falle von Komplikationen während eines Eingriffes ist so das eingesetzte medizinische Instrument schnell vom Manipulatorkopf entfernbar und gemeinsam mit dem Patienten 10 aus dem CT oder MRT herausfahrbar.
Gegenüber der ersten Ausführungsform liegt in der gemeinsamen Schwenkbarkeit von Gantry 13 und Manipulator der besondere Vorteil der zweiten Ausführungsform. Wird durch den Manipulator eine Injektionsnadelvorschubvorrichtung so positioniert, dass einerseits die Längsachse der Injektionsnadel auf der Schnittebene 14 liegt und auf dieser auch in den Patienten einstechbar ist, andererseits die CT-Schnittdarstellung des Patienten 10 ebenfalls mit dieser Schnittebene zusammenfällt, kann die Injek- tionsnadelvorschubvorrichtung 8 gemeinsam mit der Schnittebene 14 bei fest eingestellter Manipulatoreinstellung verschoben werden. Eine Korrektur der Ausrichtung der Injektionsnadelvorschub- vorrichtung 8 mit der Injektionsnadel wäre dann nur auf der Schnittebene 14, d. h. im eingeschränkten Maße, erforderlich. Dies erspart für diesen Einsatzbereich ein Teil der Manipulatorsteuerung. Sind bestimmte Bewegungsvorgänge des Manipulators während des Eingriffes nicht erforderlich, kann ferner auf einzelne Antriebseinheiten für den Manipulator verzichtet werden, womit sich der technische Aufwand und damit die Kosten für einen Manipulator reduzieren.
In jedem Fall ist der Manipulator mit geeigneten Kontaktsensoren Abstandshalter und Endschaltern ausgestattet, welche ein unkontrolliertes Anfahren des Manipulators auf den Patienten 10, damit ungewollte Verletzungen des Patienten 10 vermeiden und beim Ansprechen eine vorprogrammierte Reaktion, beispielsweise ein Wegfahren des Manipulators vom Patienten, veranlassen. Alternativ zu den Kontaktsensoren sind auch berührungslose Infrarotdetektoren oder Temperaturfühler für diesen Zweck einsetzbar.
Wird der Manipulator im MRT eingesetzt dürfen keine magne- tisierbaren Materialen für die Antriebe und Sensoren verwendet werden, wobei ggf. vorhandene Elektromotoren durch pneumatische oder hydraulische Turbomotoren, durch Piezoan- triebe oder kolbengestützte pneumatische oder hydraulische Antriebe ersetzt werden müssen.
Als Antriebe für den Manipulator für einen Einsatz im MRT eignen sich alternativ zu den beschriebenen Antrieben unabhängig von der Ausführungsform auch außerhalb des MRT liegenden Elektroan- triebe, wobei die Antriebsleistung über Kardan- Bowdenzug- oder Seilzugtriebe auf den Manipulator übertragen werden.
Auf jeden Fall ist vor dem Eingriff Patient und Manipulator mit Sterilbezügen abzudecken. Bezugszeichenliste
1 Laufkatze
2 Laufrollen
3 Bogenträger
4 ausfahrbarer Teilarm
5 schwenkbarer Teilarm
6 Manipulatorkopf
7 C-Bogenführung
8 Injektionsnadelvorschubvorrichtung
9 Patientenliege
10 Patient
11 Dosiervorrichtung
12 Schwenkverbindung
13 Gantry
14 Schnittebene
15 Proximales Ende des ausfahrbaren Teilarmes

Claims

Patentansprüche :
1. Manipulator zur Positionierung von medizinischen Instrumenten am Patienten (10) in einem Magnetresonanztomographen MRT oder Computertomographen CT mit einem durchgehenden Kanal zum Einschieben einer Patientenliege (9) für Patienten (10), bestehend aus a) einem schwenk- dreh-, neig- und ausfahrbaren Manipulatorarm, b) einer Halterung für den Manipulatorarm, c) einen Manipulatorkopf (6), welcher am distalen Ende des Manipulatorarmes angeordnet ist, sowie d) mindestens einem medizinischen Instrument, welches in dem Manipulatorkopf (6) schwenkbar eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass e) die Halterung für den Manipulatorarm eine Laufkatze (1) ist, die motorisch auf einem Bogenträger (3) verfahrbar ist, f) der Manipulatorarm oder der Manipulatorkopf (6) eine Schnellkupplung oder eine Rutschkupplung als Sicherheitsvorrichtung für eine schnelles manuelles Entfernen des medizinischen Instrumentes vom Patienten (10) enthält, und g) im Falle eines Einsatzes im MRT alle Komponenten, insbesondere aller Antriebe und aller Sensoren des Manipulators aus nicht magnetisierbaren Materialien bestehen und keine magnetische Magnetfeldlinien erzeugen .
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe pneumatische oder hydraulische Turbooder kolbengestützte Antriebe oder Piezoantriebe oder Schneckenrad-, Spindel- oder Zahnstangenantriebe sind.
3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebe außerhalb des MRT liegenden Elektroan- triebe sind und die Antriebsleistung über Kardan- Bowdenzug- oder Seilzugtriebe auf den Manipulator übertragen werden.
Manipulator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulatorarm aus je einem ausfahrbaren (4) und einem schwenkbaren Teilarm (5) besteht, diese Teilarme hintereinandergeschaltet sind, der ausfahrbare Teilarm (4) axial zur Hauptachse des Patienten mittels eines Antriebes ausfahrbar sowie um seine eigene Längsachse angetrieben drehbar ist und der schwenkbare Teilarm (5) radial zum Patienten (10) angetrieben kombiniert mit einer Rutschkupplung als Sicherheitsvorrichtung um die Schwenkverbindung (12) schwenkbar ist.
Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogenträger (3) auf der Patientenliege (9) axial zum Patienten (10) verschiebbar und über eine Schnellkupplung lösbar ist, der ausfahrbare Teilarm (4) auf der auf dem Bogenträger (3) angetrieben verfahrbaren Laufkatze (1) befestigt ist und am anderen Ende des ausfahrbaren Teilarmes (4) der angetrieben schwenkbare Teilarm (5) angebracht ist, an dessen distalen Ende sich wiederum der Manipulatorköpf (6) mit einer C-Bogenführung (7) für die angetrieben schwenkbare Aufnahme des medizinischen Instrumentes befindet.
Manipulator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogenträger (3) fest an dem CT oder MRT befestigt und mit diesem bewegbar ist, somit die Patientenliege (9) im CT oder MRT relativ zu dem Bogenträger (3) verschiebbar ist, der Manipulator einen ausfahrbaren Teilarm (4) und einen schwenkbaren Teilarm (5) enthält, der ausfahrbare Teilarm auf der Laufkatze (1) befestigt, an dieser angetrieben radial zum Patienten (10) positionierbar ist und als Träger für den schwenkbaren Teilarm (5) dient, welcher wiederum angetrieben radial zum Patienten (10) einschwenkbar und gemeinsam mit der Schwenkvorrichtung (12) um die axiale Achse des distalen Endes des ausfahrbaren Armes (4) angetrieben drehbar ist und an dessen distalen Ende sich der Manipulatorkopf (6) mit einer C-Bogenführung (7) für die schwenkbare Aufnahme des medizinischen Instrumentes mit einer Schnellkupplung als Sicherheitsvorrichtung befindet.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007095534A1 (en) * 2006-02-14 2007-08-23 Acist Medical Systems, Inc. Medical imaging system having an integrated injection device
WO2009016411A2 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Prosurgics Limited An arrangement for manipulating a medical device
EP2070487A3 (de) * 2002-08-13 2010-05-12 Microbotics Corporation Mikrochirurgisches Robotersystem
US8611985B2 (en) 2009-01-29 2013-12-17 Imactis Method and device for navigation of a surgical tool
EP2814403A4 (de) * 2012-02-15 2015-10-21 Intuitive Surgical Operations Kompakter nadelmanipulator für gezielte interventionen
US9931167B2 (en) 2012-02-15 2018-04-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical instrument to provide needle-based therapy

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10235963A1 (de) * 2002-04-01 2003-10-16 Ilan Elias Vorrichtung zum Erzeugen einer Passivbewegung eines Patienten in einem Magnet-Resonanz-Tomographen
US7907988B2 (en) 2002-04-01 2011-03-15 Ilan Elias Method and device for generating a passive movement in a diagnostic device
JP4113387B2 (ja) 2002-07-24 2008-07-09 シャープ株式会社 携帯端末装置並びに情報読取プログラム及びそのプログラムを記録した記録媒体
DE102004020783A1 (de) * 2004-04-27 2005-11-24 Ilan Elias Diagnosegerät
EP1675520A1 (de) * 2003-09-29 2006-07-05 Sepitec Foundation Vorrichtung zur platzierung von instrumenten oder implantaten in körperorgane
ITSV20050040A1 (it) 2005-12-09 2007-06-10 Stefano Durante Dispositivo per la guida di aghi, in particolare aghi di biopsia o simili
CA2915245C (en) * 2013-06-13 2021-05-04 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Robotic surgical station
US9974619B2 (en) * 2015-02-11 2018-05-22 Engineering Services Inc. Surgical robot
US10772577B2 (en) 2016-02-01 2020-09-15 Epica International, Inc. Radiological imaging device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4771785A (en) * 1986-07-25 1988-09-20 Resonex, Inc. Magnetic resonance imaging apparatus and three-axis patient positioning assembly for use therewith
US4979519A (en) * 1988-05-05 1990-12-25 Board Of Regents, University Of Texas System Head positioning system for accurate cranial alignment and dimension in magnetic resonance
US5280427A (en) * 1989-11-27 1994-01-18 Bard International, Inc. Puncture guide for computer tomography
WO1996008199A1 (en) * 1994-09-16 1996-03-21 Fischer Imaging Corporation Magnetic resonance imaging device for tool guiding
DE19818785A1 (de) 1998-04-27 1999-11-04 Karlsruhe Forschzent Magnetresonanztomograph
WO2000028882A2 (en) * 1998-11-18 2000-05-25 Microdexterity Systems, Inc. Medical manipulator for use with an imaging device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19627314C1 (de) * 1996-06-25 1998-04-02 Stephan Albert Dr Schmitz Positioniervorrichtung
DE19732784C1 (de) * 1997-07-30 1999-03-04 Bruker Medizintech Positioniersystem und Verfahren zur exakten Positionsbestimmung eines manuell geführten Manipulators in einem MR-Tomographen
DE19905239B4 (de) * 1999-02-02 2006-08-24 Wendt, Oliver, Dipl.-Ing. Positioniereinrichtung zur Positionierung von medizinischen Werkzeugen zur MR-gestützten Untersuchung und Behandlung von Körperteilen

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4771785A (en) * 1986-07-25 1988-09-20 Resonex, Inc. Magnetic resonance imaging apparatus and three-axis patient positioning assembly for use therewith
US4979519A (en) * 1988-05-05 1990-12-25 Board Of Regents, University Of Texas System Head positioning system for accurate cranial alignment and dimension in magnetic resonance
US5280427A (en) * 1989-11-27 1994-01-18 Bard International, Inc. Puncture guide for computer tomography
WO1996008199A1 (en) * 1994-09-16 1996-03-21 Fischer Imaging Corporation Magnetic resonance imaging device for tool guiding
DE19818785A1 (de) 1998-04-27 1999-11-04 Karlsruhe Forschzent Magnetresonanztomograph
WO2000028882A2 (en) * 1998-11-18 2000-05-25 Microdexterity Systems, Inc. Medical manipulator for use with an imaging device

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2070487A3 (de) * 2002-08-13 2010-05-12 Microbotics Corporation Mikrochirurgisches Robotersystem
WO2007095534A1 (en) * 2006-02-14 2007-08-23 Acist Medical Systems, Inc. Medical imaging system having an integrated injection device
AU2008281591B2 (en) * 2007-07-31 2014-05-29 Freehand 2010 Limited An arrangement for manipulating a medical device
WO2009016411A2 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Prosurgics Limited An arrangement for manipulating a medical device
EP2022434A2 (de) 2007-07-31 2009-02-11 Prosurgics Limited Anordnung zur Handhabung einer medizinischen Vorrichtung
EP2022434A3 (de) * 2007-07-31 2009-04-08 Prosurgics Limited Anordnung zur Handhabung einer medizinischen Vorrichtung
WO2009016411A3 (en) * 2007-07-31 2009-04-23 Prosurgics Ltd An arrangement for manipulating a medical device
US8611985B2 (en) 2009-01-29 2013-12-17 Imactis Method and device for navigation of a surgical tool
US9795319B2 (en) 2009-01-29 2017-10-24 Imactis Method and device for navigation of a surgical tool
EP2814403A4 (de) * 2012-02-15 2015-10-21 Intuitive Surgical Operations Kompakter nadelmanipulator für gezielte interventionen
US9931167B2 (en) 2012-02-15 2018-04-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical instrument to provide needle-based therapy
US10188470B2 (en) 2012-02-15 2019-01-29 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical instrument to provide needle-based therapy
US10772691B2 (en) 2012-02-15 2020-09-15 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical instrument to provide needle-based therapy
US11950864B2 (en) 2012-02-15 2024-04-09 Intuitive Surgical Operations, Inc. Minimally invasive surgical instrument to provide needle-based therapy

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Publication number Publication date
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DE10030507C2 (de) 2003-04-24

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