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Diese
Anmeldung beansprucht den Nutzen der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/752
472, eingereicht am 20. Dezember 2005, deren vollständige Offenbarung
hiermit durch den Hinweis für
alle Zwecke aufgenommen wird.
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Diese
Anmeldung ist eine Teilfortführung
der anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 11/314 040, eingereicht am 20. Dezember 2005,
die eine Teilfortführung
der anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 10/922 346, eingereicht am 19. August 2004,
ist, die eine Fortführung
der US-Patentanmeldung Nr. 10/004 399, eingereicht am 30. Oktober
2001, ist, die eine Fortführung
der US-Patentanmeldung
Nr. 09/406 360, eingereicht am 28. September 1999, nun US-Patent Nr. 6 346
072, ist, die eine Fortführung
der US-Patentanmeldung Nr. 08/975 617, eingereicht am 21. November
1997, nun US-Patent Nr. 6 132 368, ist, die die Priorität zur vorläufigen US-Anmeldung
Nr. 60/033 321, eingereicht am 12. Dezember 1996, beanspruchte,
deren vollständige
Offenbarungen hiermit durch den Hinweis für alle Zwecke aufgenommen werden.
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Diese
Anmeldung ist auch eine Teilfortführung der anhängigen US-Patentanmeldungen
Nrn. 11/240 087 und 11/240 113, beide eingereicht am 30. September
2005, deren vollständige
Offenbarungen hiermit durch den Hinweis für alle Zwecke aufgenommen werden.
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Diese
Anmeldung betrifft die vorläufige US-Anmeldung
Nr. 60/752 755, eingereicht am 20. Dezember 2005, deren vollständige Offenbarung (einschließlich aller
durch Hinweis darin aufgenommenen Verweise) durch den Hinweis für alle Zwecke hierin
aufgenommen wird.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen chirurgische Robotersysteme
und insbesondere einen wegwerfbaren sterilen Adapter einer sterilen
Abdeckung zum Abdecken von Teilen des chirurgischen Robotersystems.
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Bei
der robotergestützten
oder Teleroboterchirurgie bedient der Chirurg typischerweise eine Master-Steuereinheit,
um die Bewegung von chirurgischen Instrumenten am Operationsort
von einer Stelle, die vom Patienten entfernt sein kann (z.B. über den
Operationssaal, in einem vom Patienten anderen Raum oder vollständig anderen
Gebäude) fernzusteuern.
Die Master-Steuereinheit umfasst gewöhnlich eine oder mehrere Handeingabevorrichtungen
wie z.B. Steuerhebel, Exoskeletthandschuhe oder dergleichen, die
mit den chirurgischen Instrumenten mit Servomotoren für die Lenkung
der Instrumente am Operationsort gekoppelt sind. Die Servomotoren
sind typischerweise ein Teil einer elektromechanischen Vorrichtung
oder eines chirurgischen Manipulators ("der Slave"), der die chirurgischen Instrumente
trägt und
steuert, die direkt in einen offenen Operationsort oder durch Trokarhülsen in
eine Körperhöhle wie
z.B. den Bauch des Patienten eingeführt wurden. Während der
Operation sieht der chirurgische Manipulator eine mechanische Gelenkigkeit und
Steuerung einer Vielfalt von chirurgischen Instrumenten, wie z.B.
Gewebegreifern, Nadelantriebsvorrichtungen, elektrochirurgischen
Kauterisationssonden usw., vor, die jeweils verschiedene Funktionen für den Chirurgen
durchführen,
z.B. Halten oder Antreiben einer Nadel, Greifen eines Blutgefäßes oder Durchtrennen,
Kauterisieren oder Koagulieren von Gewebe.
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Dieses
neue Verfahren zum Durchführen
einer Teleroboterchirurgie durch entfernte Bedienung hat natürlich viele
neue Herausforderungen erzeugt. Eine solche Herausforderung ergibt
sich aus der Tatsache, dass ein Teil des elektromechanischen chirurgischen
Manipulators mit den chirurgischen Instrumenten in direktem Kontakt
steht und auch benachbart zum Operationsort angeordnet wird. Folglich kann
der chirurgische Manipulator während
der Operation verunreinigt werden und wird typischerweise weggeworfen
oder zwischen Operationen sterilisiert. Aus einer Kostenperspektive
wäre es
bevorzugt, die Vorrichtung zu sterilisieren. Die Servomotoren, Sensoren,
Codierer und elektrischen Verbindungen, die erforderlich sind, um
die Motoren durch Roboter zu steuern, können jedoch typischerweise
nicht unter Verwendung von herkömmlichen
Verfahren, z.B. Dampf, Wärme
und Druck, oder Chemikalien sterilisiert werden, da die Systemteile
im Sterilisationsprozess beschädigt
oder zerstört
werden würden.
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Eine
sterile Abdeckung wurde vorher verwendet, um den chirurgischen Manipulator
zu bedecken, und hat Löcher
enthalten, durch die ein Adapter (beispielsweise ein Handgelenkseinheitsadapter oder
ein Kanülenadapter)
in das sterile Feld eintreten würde.
Dies erfordert jedoch nachteiligerweise ein Lösen und eine Sterilisation
der Adapter nach jedem Eingriff und verursacht auch eine größere Wahrscheinlichkeit
für eine
Verunreinigung durch die Löcher
in der Abdeckung.
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Noch
eine weitere Herausforderung bei chirurgischen Telerobotersystemen
besteht darin, dass ein Chirurg typischerweise eine große Anzahl
von verschiedenen chirurgischen Instrumenten/Werkzeugen während eines
Eingriffs verwendet. Da die Anzahl von Manipulatorarmen aufgrund
von Raumeinschränkungen
und Kosten begrenzt ist, werden viele von diesen chirurgischen Instrumenten
am gleichen Manipulatorarm mehrere Male während einer Operation befestigt
und von diesem gelöst.
Bei Laparoskopeingriffen ist beispielsweise die Anzahl von Eintrittsöffnungen
in den Bauch des Patienten während
der Operation aufgrund von Platzeinschränkungen sowie eines Wunsches,
unnötige
Einschnitte im Patienten zu vermeiden, im Allgemeinen begrenzt.
Folglich wird typischerweise eine Anzahl von verschiedenen chirurgischen
Instrumenten durch dieselbe Trokarhülse während der Operation eingeführt. Ebenso
besteht bei der offenen Chirurgie typischerweise nicht genügend Raum
um den Operationsort, um mehr als ein oder zwei chirurgische Manipulatoren
anzuordnen, und somit wird der Assistent des Chirurgen gezwungen,
Instrumente häufig
vom Manipulatorarm zu entfernen und sie gegen andere chirurgische
Werkzeuge auszutauschen.
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Was
daher erforderlich ist, sind verbesserte Telerobotersysteme und
Verfahren zum Fernsteuern von chirurgischen Instrumenten an einem
Operationsort an einem Patienten. Insbesondere sollten diese Systeme
und Verfahren so konfiguriert sein, dass sie den Bedarf für die Sterilisation
minimieren, um die Kosteneffizienz zu verbessern, während auch
das System und der Operationspatient geschützt werden. Außerdem sollten
diese Systeme und Verfahren so ausgelegt sein, dass sie die Instrumentenaustauschzeit
und die Schwierigkeit während
des chirurgischen Eingriffs minimieren. Folglich ist ein steriler
Adapter und ein System für
die Roboterchirurgie mit verbesserter Effizienz und Kosteneffizienz
sehr erwünscht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt einen sterilen Adapter, eine sterile
Abdeckung mit dem integrierten sterilen Adapter und ein chirurgisches
Telerobotersystem mit der sterilen Abdeckung mit einer Abdeckungsschnittstelle
bereit. Die vorliegende Erfindung ermöglicht das Abdecken von Teilen
eines chirurgischen Telerobotersystems, um eine sterile Barriere
zwischen dem sterilen Operationsfeld und dem nicht-sterilen Robotersystem
aufrechtzuerhalten, während
auch eine Schnittstelle zum Übertragen von
mechanischer und elektrischer Energie und Signalen zwischen einem
Roboterarm und einem Operationsinstrument im sterilen Feld bereitgestellt
wird.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird ein steriler Instrumentenadapter
mit einer äußeren Oberfläche zum
wirksamen Koppeln mit einem sterilen Operationsinstrument in einem
sterilen Feld, einer inneren Oberfläche zum wirksamen Koppeln mit
einem nicht-sterilen Manipulatorarm eines chirurgischen Robotersystems
und einer Abdeckungsschnittfläche
zum Übertragen
eines Drehmoments durch diese vom Manipulatorarm zum Operationsinstrument
bereitgestellt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird eine sterile Abdeckung zum Abdecken
eines nicht-sterilen Teils eines chirurgischen Robotersystems bereitgestellt,
wobei die sterile Abdeckung eine äußere Oberfläche benachbart zu einem sterilen
Feld zum Durchführen
eines chirurgischen Eingriffs und eine innere Oberfläche zum
Aufnehmen eines nicht-sterilen
Teils des chirurgischen Robotersystems umfasst. Die sterile Abdeckung
umfasst ferner einen sterilen Adapter zum Koppeln zwischen einem
nicht-sterilen Manipulatorarm des chirurgischen Robotersystems und
einem Operationsinstrument im sterilen Feld, wobei der sterile Adapter eine
Abdeckungsschnittstelle zur Übertragung
eines Drehmoments durch diese vom Manipulatorarm zum Operationsinstrument
umfasst.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird ein chirurgisches Robotersystem zum
durchführen
eines Eingriffs innerhalb eines sterilen Feldes bereitgestellt,
wobei das System einen Manipulatorarm in einem nicht-sterilen Feld,
ein Operationsinstrument im sterilen Feld und eine sterile Abdeckung,
die den Manipulatorarm bedeckt, um den Manipulatorarm vor dem sterilen Feld
abzuschirmen, umfasst, wobei die sterile Abdeckung eine Abdeckungsschnittstelle
zur Übertragung eines
Drehmoments durch diese vom Manipulatorarm zum Operationsinstrument
umfasst.
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Vorteilhafterweise
stellt die vorliegende Erfindung eine verbesserte Installation und
Kopplung eines Operationsinstruments mit einem Manipulatorarm, eine
verbesserte Unempfindlichkeit des sterilen Feldes und eine erhöhte Visualisierung
des Patienten durch Verringern der Größe der Abdeckungen mit mehr
Formschlussmerkmalen bereit. Durch Bereitstellen eines wegwerfbaren
Adapters werden die Kosten unter Verwendung von weniger teuren Materialien
verringert, während
gleichzeitig die Unempfindlichkeit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung gesteigert
werden.
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Der
Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, die durch den
Hinweis in diesen Abschnitt integriert werden. Ein vollständigeres Verständnis von
Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird für Fachleute ebenso wie eine Erkenntnis
von zusätzlichen
Vorteilen davon durch eine Betrachtung der folgenden ausführlichen
Beschreibung von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen geschaffen.
Es wird auf die beigefügten Zeichnungsblätter Bezug
genommen, die zuerst kurz beschrieben werden.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Operationssaals, die ein chirurgisches
Telerobotersystem und ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht
des Operationssaals von 1, die ein Paar von Montagegelenken,
die mit einem Operationstisch gekoppelt sind, gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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3A ist
eine perspektivische Ansicht eines chirurgischen Robotermanipulators,
der teilweise mit einer sterilen Abdeckung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung bedeckt ist.
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3B ist
eine perspektivische Ansicht des chirurgischen Robotermanipulators
von 3A ohne die sterile Abdeckung, um einen Arm mit
mehreren Freiheitsgraden darzustellen, der eine Antriebsanordnung
mit einer Handgelenkeinheit und einem chirurgischen Werkzeug koppelt.
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4 stellt
den chirurgischen Robotermanipulator von 3A-3B dar,
der eine Kamera und ein Endoskop zum Betrachten des Operationsorts
beinhaltet.
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5 ist
eine teilweise Ansicht des Robotermanipulators von 3A-3B,
die mechanische und elektrische Kopplungen zwischen dem Arm und der
Handgelenkeinheit darstellt.
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6 ist
eine teilweise aufgeschnittene Schnittansicht eines Unterarms und
eines Wagens des Manipulators von 3A und 3B.
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7 ist
eine perspektivische Ansicht der Handgelenkeinheit gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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8 ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines Teils des Robotermanipulators,
die den Arm und die Antriebsanordnung darstellt.
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9A ist
eine perspektivische Ansicht einer sterilen Abdeckung mit einem
installierten Operationsinstrument an einem sterilen Instrumentenadapter
(ISA), die einen chirurgischen Robotermanipulator vollständig bedeckt,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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9B ist
eine Seitenansicht des chirurgischen Manipulators, des installierten
Operationsinstruments und des integrierten sterilen Instrumentenadapters
von 9A ohne Teil der sterilen Abdeckung.
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10A ist eine perspektivische Ansicht der sterilen
Abdeckung von 9A ohne das Operationsinstrument
und chirurgische Zubehörteil
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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10B ist eine perspektivische Ansicht des chirurgischen
Manipulators und der Zubehörklemme von 10A ohne die sterile Abdeckung.
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11A-11L sind Ansichten einer Patientenseiten-Manipulator-(PSM)
Abdeckung mit einem integrierten sterilen Instrumentenadapter gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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12A, 12B und 12C stellen eine perspektivische Draufsicht von
oben, eine perspektivische Draufsicht von unten bzw. eine Schnittansicht des
ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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13 stellt
eine Nahschnittansicht eines elektrischen Kontakts des ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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14A und 14B stellen
perspektivische Nahdraufsichten von oben bzw. unten auf eine Scheibe
des ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung dar.
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15A und 15B stellen
perspektivische Draufsichten von oben und unten auf eine obere Rückzugsplatte
des ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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16 stellt
eine perspektivische Ansicht eines Adapteraufnahmeteils eines Manipulators
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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17A bis 17F zeigen
die Installation/den Eingriff des ISA am bzw. mit dem Adapteraufnahmeteil,
die Installation/den Eingriff des Operationsinstruments am bzw.
mit dem ISA und die Entfernung des Operationsinstruments vom ISA
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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18 stellt
einige Basismerkmale eines ISA gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
-
19 stellt
einen weiteren ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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20 stellt
die Schnittstelle einer sterilen Abdeckung zwischen einem Instrumenteneingang und
einem ISA-Eingang gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
-
21 stellt
einen Instrumenteneingang gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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22A-22C und 23A-23C stellen eine Eingriffssequenz eines Instruments
und des ISA dieses Ausführungsbeispiels
dar.
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24A und 24B stellen
einen weiteren ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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25A-25C stellen einen PSM-Eingang
und eine Abdeckungsschnittstelle des ISA gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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26A-26E stellen eine Eingriffssequenz
eines Instruments und des ISA dieses Ausführungsbeispiels dar.
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27A und 27B stellen
perspektivische Draufsichten von oben und unten auf einen weiteren
ISA gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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28A und 28B stellen
Ansichten eines ISA-Eingangs gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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29 stellt
eine Schnittansicht des ISA über
einem Adapteraufnahmeteil eines PSM gemäß diesem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
-
30 stellt
eine Schnittansicht eines Instruments, eines ISA und eines Adapteraufnahmeteils
eines PSM, die wirksam miteinander gekoppelt sind, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
-
31A-31E stellen eine Eingriffssequenz
eines Instruments und des ISA dieses Ausführungsbeispiels dar.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung und ihre Vorteile werden am besten durch Bezugnahme
auf die ausführliche
Beschreibung, die folgt, verstanden. Es sollte erkannt werden, dass
gleiche Bezugsziffern verwendet werden, um gleiche Elemente zu identifizieren,
die in einer oder mehreren der Figuren dargestellt sind. Es sollte
auch erkannt werden, dass die Figuren nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet
sein können.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Mehr-Komponenten-System und ein
Verfahren zum Durchführen
von robotergestützten
chirurgischen Eingriffen an einem Patienten, insbesondere einschließlich offener
chirurgischer Eingriffe, neurochirurgischer Eingriffe wie z.B. Stereotaxis
und endoskopischer Eingriffe wie z.B. Laparoskopie, Arthroskopie,
Thorakoskopie und dergleichen, bereit. Das System und Verfahren
der vorliegenden Erfindung sind als Teil eines chirurgischen Telerobotersystems
besonders nützlich,
das dem Chirurgen ermöglicht,
die Operationsinstrumente durch einen Servomechanismus von einem
vom Patienten entfernten Ort aus zu bedienen. Dazu wird die Manipulatorvorrichtung
oder der Slave der vorliegenden Erfindung gewöhnlich durch einen kinematisch äquivalenten
Master angetrieben, um ein Telepräsenzsystem mit Kraftreflexion zu
bilden. Eine Beschreibung eines geeigneten Slave-Master-Systems
ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/517 053, eingereicht am 21.
Aug. 1995, zu finden, deren vollständige Offenbarung durch den
Hinweis für
alle Zwecke hierin aufgenommen wird.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen im Einzelnen, in denen gleiche Ziffern
gleiche Elemente angeben, ist ein chirurgisches Telerobotersystem 2 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 1 gezeigt,
umfasst das Telerobotersystem 2 im Allgemeinen eine oder
mehrere chirurgische Manipulatoranordnungen 4, die an oder nahe
einem Operationstisch O montiert sind, und eine Steueranordnung 6,
um dem Chirurgen S zu ermöglichen,
den Operationsort zu betrachten und die Manipulatoranordnungen 4 zu
steuern. Das System 2 umfasst auch eine oder mehrere Betrachtungsendoskopanordnungen 19 und
eine Vielzahl von Operationsinstrumentanordnungen 20, die
dazu ausgelegt sind, abnehmbar mit den Manipulatoranordnungen 4 gekoppelt
zu werden (nachstehend im Einzelnen erörtert). Das Telerobotersystem 2 umfasst
gewöhnlich mindestens
zwei Manipulatoranordnungen 4 und vorzugsweise drei Manipulatoranordnungen 4.
Die exakte Anzahl von Manipulatoranordnungen 4 hängt unter
anderen Faktoren von dem chirurgischen Eingriff und den Platzeinschränkungen
innerhalb des Operationssaals ab. Wie nachstehend im Einzelnen erörtert, bedient
eine der Anordnungen 4 typischerweise eine Betrachtungsendoskopanordnung 19 (z.B.
in Endoskopeingriffen) zum Betrachten des Operationsorts, während die
anderen Manipulatoranordnungen 4 Operationsinstrumente 20 zum
Durchführen
verschiedener Eingriffe am Patienten P bedienen.
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Die
Steueranordnung 6 kann sich an einer Konsole C des Chirurgen
befinden, die sich gewöhnlich
im gleichen Raum wie der Operationstisch O befindet, so dass der
Chirurg mit seinem (seinen) Assistenten A sprechen und die Operationsprozedur
direkt überwachen
kann. Es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass sich der
Chirurg S in einem anderen Raum oder einem vom Patienten P vollständig anderen
Gebäude
befinden kann. Die Steueranordnung 6 umfasst im Allgemeinen
einen Träger 8,
einen Monitor 10 zum Anzeigen eines Bildes des Operationsorts für den Chirurgen
S und eine oder mehrere Steuereinheit(en) 12 zum Steuern
der Manipulatoranordnungen 4. Die Steuereinheit(en) 12 kann
(können) eine
Vielzahl von Eingabevorrichtungen wie z.B. Steuerhebel, Handschuhe,
Auslösepistolen,
handbetätigte
Steuereinheiten, Spracherkennungsvorrichtungen oder dergleichen
umfassen. Vorzugsweise ist (sind) die Steuereinheit(en) 12 mit
denselben Freiheitsgraden wie die zugehörigen Operationsinstrumentanordnungen 20 versehen,
um den Chirurgen mit Telepräsenz
oder mit der Wahrnehmung, dass die Steuereinheit(en) 12 mit
den Instrumenten 20 integral ist (sind), zu versehen, so
dass der Chirurg eine starke Wahrnehmung für die direkte Steuerung der Instrumente 20 hat.
Positions-, Kraft und taktile Rückkopplungssensoren
(nicht dargestellt) können
auch an den Instrumentanordnungen 20 verwendet werden,
um Positions-, Kraft- und taktile Empfindungen vom Operationsinstrument
zu den Händen
des Chirurgen zurück
zu übertragen,
während
er das Telerobotersystem bedient. Ein geeignetes System und Verfahren
zum Vorsehen von Telepräsenz
für den Operateur
ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/517 053, eingereicht am 21.
Aug. 1995, beschrieben, die vorher durch den Hinweis hierin aufgenommen
wurde.
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Der
Monitor 10 ist mit der Betrachtungsendoskopanordnung 19 geeigneterweise
derart gekoppelt, dass ein Bild des Operationsorts benachbart zu den
Händen
des Chirurgen auf der Chirurgenkonsole C bereitgestellt wird. Vorzugsweise
zeigt der Monitor 10 ein invertiertes Bild auf der Anzeige 18 an,
das so orientiert ist, dass der Chirurg spürt, dass er tatsächlich direkt
nach unten auf den Operationsort blickt. Dazu scheint ein Bild der
Operationsinstrumente 20 im Wesentlichen dort zu liegen,
wo sich die Hände des
Chirurgen befinden, selbst wenn die Beobachtungspunkte (d.h. das
Endoskop oder die Betrachtungskamera) nicht vom Blickpunkt des Bildes
sein können.
Außerdem
wird vorzugsweise das Echtzeitbild in ein perspektivisches Bild
transformiert, so dass der Operateur den Endeffektor und die Handsteuerung
bedienen kann, als ob er den Arbeitsplatz in im Wesentlichen wahrer
Anwesenheit betrachten würde.
Mit wahrer Anwesenheit ist gemeint, dass die Darstellung eines Bildes
ein echtes perspektivisches Bild ist, das den Blickpunkt eines Operateurs
simuliert, der physikalisch die Operationsinstrumente 20 bedient.
Folglich transformiert eine Steuereinheit (nicht dargestellt) die
Koordinaten der Operationsinstrumente 20 in eine wahrgenommene
Position, so dass das perspektivische Bild das Bild ist, das man sehen
würde,
wenn sich die Kamera oder das Endoskop direkt hinter den Operationsinstrumenten 20 befinden
würde.
Ein geeignetes Koordinatentransformationssystem zum Liefern dieses
virtuellen Bildes ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/239 086,
eingereicht am 5. Mai 1994, nun US-Patent Nr. 5 631 973, beschrieben,
deren vollständige
Offenbarung durch den Hinweis für
alle Zwecke hierin aufgenommen wird.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Servomechanismus 16 zum Übertragen
der mechanischen Bewegung der Steuereinheiten 12 auf die
Manipulatoranordnungen 4 vorgesehen. Der Servomechanismus 16 kann
von den Manipulatoranordnungen 4 separat oder mit diesen
einteilig sein. Der Servomechanismus 16 stellt gewöhnlich eine
Kraft- und Drehmomentrückkopplung
von den Operationsinstrumenten 20 zu den handbetätigten Steuereinheiten 12 bereit. Außerdem umfasst
der Servomechanismus 16 eine Sicherheitsüberwachungssteuereinheit
(nicht dargestellt), die jegliche Roboterbewegung in Reaktion auf erkannte
Bedingungen (z.B. Ausüben
von übermäßiger Kraft
auf den Patienten, "Ausreißen" der Manipulatoranordnungen 4 usw.)
einfrieren oder zumindest hemmen kann. Der Servomechanismus besitzt
vorzugsweise eine Servobandbreite mit einer Grenzfrequenz bei 3
dB von mindestens 10 Hz, so dass das System schnell und genau auf
die schnellen Handbewegungen, die vom Chirurgen verwendet werden,
reagieren kann. Um mit diesem System effektiv zu arbeiten, weisen
die Manipulatoranordnungen 4 eine relativ geringe Trägheit auf
und die Antriebsmotoren 170 (siehe 8) weisen
Zahnrad- oder Riemenscheibenkopplungen mit relativ niedrigem Verhältnis auf.
Irgendein geeigneter herkömmlicher
oder spezialisierter Servomechanismus kann bei der Ausführung der
vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei jene, die Kraft- und Drehmomentrückkopplung beinhalten,
für den
Telepräsenzbetrieb
des Systems besonders bevorzugt sind.
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Mit
Bezug auf 7 umfassen die Operationsinstrumentanordnungen 20 jeweils
eine Handgelenkeinheit 22 und ein Operationswerkzeug 24 (3A und 3B),
das abnehmbar an der Handgelenkeinheit 22 befestigt ist.
Wie nachstehend im Einzelnen erörtert,
umfasst jede Handgelenkeinheit 22 im Allgemeinen einen
länglichen
Schaft 56 mit einer proximalen Kappe 58 und einem
distalen Handgelenk 60, das mit dem Operationswerkzeug 24 schwenkbar
gekoppelt ist. Jede Handgelenkeinheit 22 ist im Wesentlichen
dieselbe und weist verschiedene oder dieselben Operationswerkzeuge 24,
die daran befestigt sind, in Abhängigkeit
von den Anforderungen des chirurgischen Eingriffs auf. Alternativ können die
Handgelenkeinheiten 22 spezialisierte Handgelenke 60 aufweisen,
die für
individuelle Operationswerkzeuge 24 ausgelegt sind, so
dass die Handgelenkeinheiten 22 mit herkömmlichen
Werkzeugen 24 verwendet werden können. Wie in 1 gezeigt,
werden die Instrumentanordnungen 20 gewöhnlich an einem Tisch T oder
einem anderen geeigneten Träger
benachbart zum Operationstisch O montiert. Gemäß einem Verfahren der vorliegenden Erfindung
(nachstehend beschrieben) können
die Handgelenkeinheiten 22 und ihre zugehörigen Operationswerkzeuge 24 während des
chirurgischen Eingriffs durch Koppeln und Abkoppeln von Handgelenkeinheitsschäften 56 mit
bzw. von den Manipulatoranordnungen 4 schnell ausgewechselt
werden.
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Mit
Bezug auf 2 ist jede Manipulatoranordnung 4 vorzugsweise
am Operationstisch O durch ein Montagegelenk 30 montiert.
Montagegelenke 30 stellen eine Anzahl von Freiheitsgraden
(vorzugsweise mindestens 5) für
die Anordnungen 4 bereit und sie umfassen eine Bremse (nicht
dargestellt), so dass die Anordnungen 4 in einer geeigneten
Position und Orientierung relativ zum Patienten fixiert werden können. Die
Gelenke 30 sind an einer Fassung 32 zum Montieren
der Gelenke 30 am Operationstisch O und zum Verbinden jeder
Manipulatoranordnung 4 mit dem Servomechanismus 16 montiert.
Außerdem kann
die Fassung 32 Gelenke 30 mit anderen Systemen
wie z.B. einer elektrischen HF-Leistungsquelle, einem Saug-Spül-System
usw. verbinden. Die Fassung 32 umfasst einen Montagearm 34,
der entlang einer äußeren Schiene 36 des
Operationstischs O verschiebbar angeordnet ist. Die Manipulatoranordnungen 4 können auch über dem
Operationstisch O mit anderen Mechanismen angeordnet werden. Das System
kann beispielsweise ein Trägersystem
(mit der Decke oder einer Wand des Operationssaals gekoppelt) beinhalten,
das eine oder mehrere Manipulatoranordnungen 4 über dem
Patienten bewegt und hält.
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Mit
Bezug nun auf 3-8 wird die
Manipulatoranordnung 4 genauer beschrieben. Die Manipulatoranordnung 4 ist
eine Drei-Komponenten-Vorrichtung, die eine nicht-sterile Antriebs-
und Steuerkomponente, einen sterilisierbaren Endeffektor oder ein
Operationswerkzeug (d.h. Operationswerkzeuganordnung 20)
und eine Zwischenverbindungskomponente umfasst. Das Zwischenverbindungselement
umfasst mechanische Elemente zum Koppeln des Operationswerkzeugs 24 mit
der Antriebs- und Steuerkomponente und zum Übertragen einer Bewegung von
der Antriebskomponente auf das Operationswerkzeug 24. Wie
in 3B gezeigt, umfasst die Antriebs- und Steuerkomponente
im Allgemeinen eine Antriebsanordnung 40 und einen Roboterarm 42 mit
mehreren Freiheitsgraden, der mit einer Montagestütze 44 gekoppelt
ist, die zur Montage an den Montagegelenken 30 (2)
ausgelegt ist. Vorzugsweise sind die Antriebsanordnung 40 und der
Roboterarm 42 schwenkbar mit der Stütze 44 um eine X-Achse
gekoppelt, die sich durch ein entferntes Zentrum einer sphärischen
Drehung 45 (siehe 8, nachstehend
genauer erörtert)
erstreckt. Die Manipulatoranordnung 4 umfasst ferner eine
Unterarmanordnung 46, die an einem distalen Ende 48 des
Arms 42 befestigt ist, und einen Handgelenkeinheitsadapter 52,
der mit der Unterarmanordnung 46 gekoppelt ist, um die
Handgelenkeinheit 22 und das Operationswerkzeug 24 an
der Manipulatoranordnung 4 zu montieren.
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Für Endoskopeingriffe
umfasst die Manipulatoranordnung 4 außerdem einen Kanülenadapter 64, der
an einem unteren Teil des Unterarms 46 befestigt ist, um
eine Kanüle 66 an
der Manipulatoranordnung 4 zu montieren. Alternativ kann
die Kanüle 66 eine einteilige
Kanüle
(nicht dargestellt) sein, die in die Unterarmanordnung 46 eingebaut
ist (d.h. nicht abnehmbar). Die Kanüle 66 kann ein Kraftabtastelement
(nicht dargestellt) wie z.B. einen Dehnungsmesser oder einen Kraftabtastwiderstand
umfassen, das an einem ringförmigen
Lager innerhalb der Kanüle 66 montiert
ist. Das Kraftabtastlager stützt
ein Operationswerkzeug 24 während einer Operation ab, was
ermöglicht,
dass sich das Werkzeug dreht und axial durch die zentrale Bohrung
des Lagers bewegt. Außerdem überträgt das Lager
seitliche Kräfte,
die vom Operationswerkzeug 24 ausgeübt werden, auf das Kraftabtastelement,
das mit dem Servomechanismus 16 zur Übertragung dieser Kräfte zu der
(den) Steuereinheit(en) 12 verbunden ist. In dieser Weise können Kräfte, die
auf die Operationswerkzeuge 24 wirken, ohne Störungen von
Kräften,
die auf die Kanüle 66 wirken,
wie z.B. das Gewebe, das den chirurgischen Einschnitt umgibt, oder
durch Schwerkraft und Trägheitskräfte, die
auf die Manipulatoranordnung 4 wirken, erfasst werden.
Dies erleichtert die Verwendung der Manipulatoranordnung 4 in
einem Robotersystem, da der Chirurg die gegen das Operationswerkzeug 24 wirkenden
Kräfte
direkt spürt.
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Wie
in 3A gezeigt, umfasst die Manipulatoranordnung 4 ferner
eine sterile Abdeckung 70, die so bemessen ist, dass sie
im Wesentlichen die ganze Manipulatoranordnung 4 bedeckt.
Die Abdeckung 70 weist ein Paar von Löchern 72, 74 auf,
die so bemessen und angeordnet sind, dass der Handgelenkeinheitsadapter 52 und
der Kanülenadapter 64 sich
durch die Löcher 72, 74 erstrecken
können,
um die Handgelenkeinheit 22 und die Kanüle 66 an der Manipulatoranordnung 4 zu
montieren. Die sterile Abdeckung 70 umfasst ein Material,
das dazu ausgelegt ist, die Manipulatoranordnung 4 vom
Operationsort wirksam abzuschirmen, so dass die meisten Komponenten
der Anordnung 4 (d.h. der Arm 42, die Antriebsanordnung 40 und
die Unterarmanordnung 46) vor oder nach dem chirurgischen
Eingriff nicht sterilisiert werden müssen.
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Wie
in 3A gezeigt, erstrecken sich der Handgelenkeinheitsadapter 52 und
der Kanülenadapter 64 durch
die Löcher 72, 74 der
Abdeckung 70, so dass die Unterarmanordnung 46 und
der Rest der Manipulatoranordnung 4 während des Eingriffs vom Patienten
abgeschirmt bleiben. In einem Ausführungsbeispiel werden der Handgelenkeinheitsadapter 52 und
der Kanülenadapter 64 als
wiederverwendbare Komponenten hergestellt, die sterilisiert werden,
da sich diese Komponenten in das sterile Feld des Operationsorts
erstrecken. Die Handgelenkeinheits- und Kanülenadapter 52, 64 können durch normale Verfahren,
d.h. Dampf, Wärme
und Druck, Chemikalien und dergleichen, sterilisiert werden. Mit erneutem
Bezug auf 3B umfasst der Handgelenkeinheitsadapter 52 eine Öffnung 80 zum
Aufnehmen des Schafts 56 der Handgelenkeinheit 22.
Wie nachstehend im Einzelnen erörtert,
kann der Schaft 56 seitlich durch die Öffnung 80 gedrückt und
in den Adapter 52 eingeschnappt werden, so dass der nicht freiliegende
Teil des Handgelenkeinheitsadapters 52 steril bleibt (d.h.
auf der sterilen Seite der Abdeckung 70 gegenüber dem
sterilen Feld bleibt). Der Handgelenkeinheitsadapter 52 kann
auch einen Riegel (nicht dargestellt) umfassen, um die Handgelenkeinheit 22 darin
zu befestigen. Ebenso umfasst der Kanülenadapter 64 eine Öffnung 82 zum
Einschnappen der Kanüle 66 in
diesen, so dass der nicht freiliegende Teil des Adapters 64 während des
chirurgischen Eingriffs steril bleibt.
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Wie
in 4 gezeigt, kann der Handgelenkeinheitsadapter 52 auch
dazu ausgelegt sein, ein Betrachtungsendoskop 100 zum Betrachten
des Operationsorts aufzunehmen. Für Endoskopeingriffe kann das
Betrachtungsendoskop 100 ein herkömmliches Endoskop sein, das
typischerweise eine starre, längliche
Röhre 102 umfasst,
die ein Linsensystem (nicht dargestellt) und eine Kamerahalterung 104 am proximalen
Ende der Röhre 102 umfasst.
Eine kleine Videokamera 106 ist vorzugsweise an der Kamerahalterung 104 befestigt
und mit dem Videomonitor 10 verbunden, um ein Videobild
des Eingriffs zu liefern. Vorzugsweise besitzt das Endoskop 100 ein
distales Ende (nicht dargestellt), das dazu ausgelegt ist, eine seitliche
oder abgewinkelte Betrachtung relativ zur Röhre 102 zu ermöglichen.
Das Betrachtungsendoskop kann auch eine führbare Spitze aufweisen, die durch
Bedienen eines Stellgliedes an einem proximalen Ende der Röhre 102 abgelenkt
oder gedreht werden kann. Diese Art von Endoskop ist von Baxter Healthcare
Corp in Deerfield, III., oder Origin Medsystems, Inc., in Menlo
Park, Kalif., kommerziell erhältlich.
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Wie
in 4 gezeigt, umfasst das Betrachtungsendoskop 100 ferner
einen Endoskopadapter 110 zum Koppeln des Betrachtungsendoskops 100 mit
dem Handgelenkeinheitsadapter 52. Der Endoskopadapter 110 ist
sterilisierbar, ETO und im Autoklaven sterilisierbar und er umfasst
eine Vielzahl von Bewegungsdurchführungen (nicht dargestellt)
zum Übertragen
der Bewegung von der Antriebsanordnung 40 auf das Endoskop 100.
In der bevorzugten Konfiguration umfasst die Bewegung eine Schwenk- und
Gierungsbewegung, eine Drehung um die Z-Achse und eine Bewegung
entlang der Z-Achse.
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Mit
Bezug nun auf 5 und 6 wird die Unterarmanordnung 46 genauer
beschrieben. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Unterarmanordnung 46 ein
Gehäuse 120,
das am Arm 42 befestigt ist, und einen beweglichen Wagen 122,
der mit dem Gehäuse 120 verschiebbar
gekoppelt ist. Der Wagen 122 montiert den Handgelenkeinheitsadapter 52 verschiebbar am
Gehäuse 120,
um den Handgelenkeinheitsadapter 52 und die Handgelenkeinheit 20 in
der Z-Richtung zu bewegen. Außerdem
definiert der Wagen 122 eine Anzahl von Öffnungen 123 zum Übertragen einer
Bewegung und von elektrischen Signalen von der Unterarmanordnung 46 auf
den Handgelenkeinheitsadapter 52. Wie in 6 gezeigt,
sind eine Vielzahl von drehbaren Wellen 124 innerhalb des
Gehäuses 120 montiert,
um die Bewegung vom Arm 42 durch die Öffnungen 123 auf den
Handgelenkeinheitsadapter 52 und die Handgelenkeinheit 22 zu übertragen.
Die Drehwellen 124 sehen vorzugsweise mindestens vier Freiheitsgrade
für die
Handgelenkeinheit 22 vor, einschließlich Gierungs- und Schwenkbewegung
des Operationswerkzeugs 24 um das Handgelenk 60 der
Handgelenkeinheit 22, eine Drehung der Handgelenkeinheit 22 um
die Z-Achse und die Betätigung
des Werkzeugs 24. Das System kann auch so ausgelegt sein,
dass es mehr oder weniger Freiheitsgrade bereitstellt, falls erwünscht. Die
Betätigung
des Werkzeugs 24 kann eine Vielzahl von Bewegungen umfassen,
wie z.B. Öffnen
und Schließen
von Klauen, Greifern oder Scheren, Anbringen von Klemmen oder Klammern und
dergleichen. Die Bewegung der Handgelenkeinheit 22 und
des Werkzeugs 24 in der Z-Richtung wird durch ein Paar
von Wagenseilantrieben 126 bereitgestellt, die sich zwischen
drehbaren Seilscheiben 128, 129 an beiden Enden
des Unterarmgehäuses 120 erstrecken.
Die Seilantrieben 126 fungieren zum Bewegen des Wagens 122 und
der Handgelenkeinheit 22 in der Z-Richtung relativ zum
Unterarmgehäuse 120.
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Wie
in 6 gezeigt, umfasst das distale Ende 48 des
Arms 42 eine Kopplungsanordnung 130 mit einer
Vielzahl von Bewegungsdurchführungen 132 zum Übertragen
einer Bewegung vom Arm 42 auf die Unterarmanordnung 46.
Außerdem
umfasst die Kopplungsanordnung 130 eine Anzahl von elektrischen
Verbindungselementen (nicht dargestellt) zum Übertragen von elektrischen
Signalen vom Arm 42 zur Handgelenkeinheit 22.
Ebenso umfasst der Handgelenkeinheitsadapter 52 eine Vielzahl
von Bewegungsdurchführungen
(nicht dargestellt) und elektrischen Verbindungen (nicht dargestellt)
zum Übertragen
einer Bewegung und zum Senden und Empfangen von elektrischen Signalen
zur und von der Handgelenkeinheit 22 (z.B. zum Senden und
Empfangen von Kraft- und Drehmoment-Rückkopplungssignalen vom Operationsort
zu den Steuereinheiten 12). Die Komponenten auf beiden
Seiten der Kopplungsanordnung 130 und des Handgelenkeinheitsadapters 52 besitzen
einen endlichen Bewegungsbereich. Gewöhnlich ist dieser Bewegungsbereich
mindestens 1 Umdrehung und vorzugsweise größer als 1 Umdrehung. Diese
Bewegungsbereiche sind aufeinander ausgerichtet, wenn die Unterarmanordnung 46 mit
der Kopplungsanordnung 130 mechanisch gekoppelt ist und
wenn der Handgelenkeinheitsadapter 52 mit dem Unterarm 46 mechanisch
gekoppelt ist.
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Mit
Bezug auf 7 wird die Handgelenkeinheit 22 nun
genauer beschrieben. Wie gezeigt, umfasst die Handgelenkeinheit 22 einen
hohlen Schaft 56 mit einer Kappe 58, die an seinem
proximalen Ende befestigt ist, und ein Handgelenk 60, das
an seinem distalen Ende befestigt ist. Das Handgelenk 60 umfasst
eine Kopplung (nicht dargestellt) zum entfernbaren Koppeln einer
Vielzahl von Operationswerkzeugen 24 mit dem Schaft 56.
Der Schaft 56 ist mit der Kappe 58 drehbar gekoppelt,
um eine Drehung des Schafts 56 und des Werkzeugs 24 um
die Längsachse
des Schafts 56 (d.h. die Z-Achse) vorzusehen. Die Kappe 58 nimmt
einen Mechanismus (nicht dargestellt) zum Übertragen einer Bewegung vom
Handgelenkeinheitsadapter 52 auf Antriebsseile (nicht dargestellt)
innerhalb des Schafts 56 auf. Die Antriebsseile sind geeignet
mit Antriebsseilscheiben innerhalb des Schafts 56 gekoppelt,
um das Werkzeug 24 um das Handgelenk 60 zu schwenken
und um Endeffektoren 140 am Werkzeug 24 zu betätigen. Das Handgelenk 60 kann
auch durch andere Mechanismen wie z.B. Differentialgetriebe, Schubstangen oder
dergleichen betätigt
werden.
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Das
Werkzeug 24 ist mit dem Handgelenk 60 der Handgelenkeinheit 22 abnehmbar
gekoppelt. Das Werkzeug 24 umfasst vorzugsweise einen Endeffektor 65 (3A und 3B)
mit einer Anordnung von taktilen Sensoren (nicht dargestellt) zum Liefern
einer taktilen Rückkopplung
an den Chirurgen. Das Werkzeug 24 kann eine Vielzahl von
gelenkigen Werkzeugen, wie z.B. Klauen, Scheren, Greifer, Nadelhalter,
Mikrodissektoren, Klammeranbringvorrichtungen, Hefter, Saug-Spül-Werkzeuge,
Klemmenanbringvorrichtungen, die Endeffektoren aufweisen, die durch
Drahtverbindungen, Exzenternocken, Schubstangen oder andere Mechanismen
angetrieben werden, umfassen. Außerdem kann das Werkzeug 24 ein
nicht-gelenkiges Instrument wie z.B. Schneidklingen, Sonden, Spülvorrichtungen,
Katheter oder Saugöffnungen
umfassen. Alternativ kann das Werkzeug 24 eine elektrochirurgische
Sonde zum Abtragen, Entfernen, Schneiden oder Koagulieren von Gewebe
umfassen. Im letzteren Ausführungsbeispiel
umfasst die Handgelenkeinheit 22 ein leitendes Element
wie z.B. einen proximalen Bananenstecker, der mit einem Zuleitungsdraht
oder einer Stange gekoppelt ist, der/die sich durch den Schaft 56 zum
Werkzeug 24 erstreckt.
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Mit
Bezug auf 4 und 8 wird eine spezielle
Konfiguration der Antriebs- und Steuerkomponente der vorliegenden
Erfindung (d.h. des Roboterarms 42 und der Antriebsanordnung 40)
genauer beschrieben. Wie vorstehend erörtert, sind der Arm 42 und
die Antriebsanordnung 40 um ein Paar von Stiften 150,
die sich von der Montagestütze 44 erstrecken,
drehbar gekoppelt. Der Arm 42 umfasst vorzugsweise einen
länglichen,
im Wesentlichen starren Körper 152 mit
einem distalen Ende 48, das mit der Unterarmanordnung 48 gekoppelt
ist, und einem proximalen Ende 154, das mit der Antriebsanordnung 40 und
der Stütze 44 für eine Drehung
um Schwenken und Gieren oder die X- und Y-Achsen schwenkbar gekoppelt
ist (man beachte, dass die Y-Achse zur Seite senkrecht ist und sich
durch den Punkt 45 erstreckt, siehe 8). Der
Arm 40 kann andere Konfigurationen aufweisen, wie z.B.
einen Ellbogenarm (ähnlich
dem menschlichen Arm), einen prismatischen Arm (gerade ausfahrbar)
oder dergleichen. Ein stationärer
Giermotor 156 ist an der Montagestütze 44 zum Drehen
des Arms 42 und der Antriebsanordnung 40 um die
X-Achse montiert. Die Antriebsanordnung 40 umfasst auch
einen Schwenkmotor 158, der mit dem Arm 42 zum
Drehen des Arms um die Y-Achse gekoppelt ist. Ein Paar von im Wesentlichen
starren Gestängeelementen 160, 124 erstrecken
sich von der Stütze 44 zum
Roboterarm 42, um den Arm 42 um die Y-Achse schwenkbar
mit der Stütze 44 zu koppeln.
Eines der Gestängeelemente 160 ist
mit dem Arm 42 schwenkbar gekoppelt und das andere Gestängeelement 124 ist
mit einem dritten Gestängeelement 164 schwenkbar
gekoppelt, das sich parallel zum Arm 42 erstreckt. Vorzugsweise
ist der Roboterarm 42 ein kanalförmiges starres Element, das zumindest
teilweise das dritte Gestängeelement 164 aufnimmt.
Die Gestängeelemente 160, 124 und 164 und
der Arm 42 bilden ein Parallelogrammgestänge, in
dem die Elemente für
eine relative Bewegung nur in der durch die Elemente gebildeten
Ebene in einem Parallelogramm miteinander verbunden sind.
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Die
Z-Achse der Handgelenkeinheit 22, die am distalen Ende 48 des
Arms 42 gehalten wird, schneidet die x-Achse des vorstehend
beschriebenen Parallelogrammgestänges.
Die Handgelenkeinheit 22 besitzt ein entferntes Zentrum
einer sphärischen
Drehung um die durch die Ziffer 45 in 8 angegebene
Position. Folglich kann das distale Ende der Handgelenkeinheit 22 um
seine eigene Achse oder die X- und Y-Achsen gedreht werden, während das
entfernte Drehzentrum 45 an derselben Stelle bleibt. Eine
vollständigere
Beschreibung einer Positionierungsvorrichtung für ein entferntes Zentrum ist
in der US-Patentanmeldung Nr. 08/504 301, eingereicht am 20. Juli
1995, nun US-Patent
Nr. 5 931 832, zu finden, deren vollständige Offenbarung durch den
Hinweis für
alle Zwecke hierin aufgenommen wird. Es sollte beachtet werden,
dass der Arm 42 und die Antriebsanordnung 40 mit
einem breiten Bereich von anderen Positionierungsvorrichtungen als
der vorstehend beschriebenen und in 8 gezeigten
verwendet werden können,
wie z.B. einer stereotaktischen Positionierungseinrichtung, einem
festen Kardanring oder dergleichen.
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Mit
erneutem Bezug auf 8 umfasst die Antriebsanordnung 40 ferner
eine Vielzahl von Antriebsmotoren 170, die mit dem Arm 42 zur
Drehung mit diesem gekoppelt sind. Die Schwenk- und Giermotoren 156, 158 steuern
die Bewegung des Arms 42 (und der Antriebsmotoren 170)
um die X- und Y-Achsen und die Antriebsmotoren 170 steuern
die Bewegung der Handgelenkeinheit 22 und des Operationswerkzeugs 24.
Vorzugsweise sind mindestens fünf
Antriebsmotoren 170 mit dem Arm 42 gekoppelt, um
mindestens fünf
Freiheitsgrade für
die Handgelenkeinheit 22 bereitzustellen. Die Antriebsmotoren 170 umfassen
vorzugsweise Codierer (nicht dargestellt) zum Reagieren auf den
Servomechanismus 16 und Kraftsensoren (nicht dargestellt)
zum Übertragen einer
Kraft- und Drehmomentrückkopplung
zum Chirurgen S. Wie vorstehend erörtert, umfassen die fünf Freiheitsgrade
vorzugsweise eine Bewegung des Wagens 122 und der Handgelenkeinheit 22 in
der Z-Richtung, eine Drehung der Handgelenkeinheit 22 um
die Z-Achse, eine Schwenk- und Gierdrehung des Operationswerkzeugs 24 um
das Handgelenk 60 und eine Betätigung des Werkzeugs 24.
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Wie
gezeigt, erstrecken sich Seile 172 von jedem Motor 170 um
eine Motorantriebsseilscheibe 174, eine Spannseilscheibe 176 innerhalb
des Arms 42 und entlang einer relativ großen Topfhaspel 178, um
die Wirkung des Reibungsdrehmoments auf die Seile 172 zu
minimieren. Die Seile 172 erstrecken sich jeweils um eine
weitere Spannseilscheibe 180 am distalen Ende 48 des
Arms 42, um eine Kopplungsantriebsseilscheibe 182 und
zurück
zum Motor 170. Die Seile 172 werden vorzugsweise
an der Motorantriebsseilscheibe 174 gespannt und dort verankert
ebenso wie an der Kopplungsantriebsseilscheibe 182. Wie
in 8 gezeigt, ist die Kopplungsantriebsseilscheibe 182 mit
einer Vielzahl von kleineren Seilscheiben 184 innerhalb
der Kopplungsanordnung 130 über eine Vielzahl von Seilen 186 zum Übertragen
der Bewegung von den Motoren 170 auf den Handgelenkeinheitsadapter 52 verbunden.
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Ein
Verfahren zum Durchführen
eines chirurgischen Eingriffs an einem Patienten gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun mit Bezug auf 1-8 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt, sind Montagegelenke 30 an
der Fassung 32 befestigt, die am Operationstisch O durch
Verschieben des Montagearms 34 entlang einer Schiene 36 befestigt
wird. Jede Manipulatoranordnung 4 wird dann an ihrem jeweiligen
Montagegelenk 30 befestigt und wird relativ zum Patienten
P in die korrekte Position und Orientierung gelenkt. Die Fassungen 32 werden
dann mit dem Servomechanismus 16 und anderen Systemen gekoppelt,
die während
des chirurgischen Eingriffs erforderlich sein können, wie z.B. einer HF-Stromquelle,
einem Saug/Spül-System
usw. Sterile Abdeckungen 70 werden über den Manipulatoranordnungen 4 angeordnet,
bevor, während
oder nachdem der Patient anästhetisiert
wurde (3A). Zur Vorbereitung auf den
chirurgischen Eingriff können
die Manipulatoranordnungen 4 chemisch gereinigt werden oder
nicht, bevor sie mit den Abdeckungen 70 bedeckt werden.
Handgelenkeinheitsadapter 52, Kanülenadapter 64 und
Endoskopadapter 110 werden auf die Unterarmanordnungen 46 der
Manipulatoranordnungen 4 eingeschnappt (siehe 3B und 5). Die
Anzahl und relativen Positionen der Endoskopadapter 110 und
Handgelenkeinheitsadapter 52 hängen natürlich von dem individuellen
chirurgischen Eingriff ab (z.B. können die Kanülenadapter 64 für offene
chirurgische Eingriffe nicht erforderlich sein).
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Während des
chirurgischen Eingriffs werden Operationsinstrumentanordnungen 20 mit
ihren jeweiligen Manipulatoranordnungen 4 durch seitliches Drücken jedes
jeweiligen Handgelenkeinheitsschafts 56 durch die Öffnung 80 des
Handgelenkeinheitsadapters 52 gekoppelt. Jede Handgelenkeinheit 22 weist
eine geeignete Identifikationseinrichtung (nicht dargestellt) auf,
um schnell und leicht anzugeben, welche Art von Werkzeug 24 mit
der Handgelenkeinheit 22 verbunden ist. Wenn der Chirurg
die Operationswerkzeuge 24 wechseln will, betätigt er
die Steuereinheit(en) 12, so dass sich der Wagen 122 in
eine obere oder proximale Bewegungsposition entlang der Unterarmanordnung 46 bewegt
(siehe 3B). In dieser Position befindet
sich das Operationswerkzeug 24 innerhalb der Kanüle 66 oder
während
offener Eingriffe vom Operationsort entfernt. Der (die) Assistent(en)
A zieht (ziehen) dann an der Handgelenkkappe 58 nach oben,
um den Riegel (nicht dargestellt) zu lösen, wodurch ermöglicht wird,
dass die Handgelenkeinheit 22 weiter nach oben und aus
der Kanüle 66 gleitet.
Der (die) Assistent(en) A kann (können) dann die Handgelenkeinheit 22 seitlich
ziehen, um sie vom Handgelenkeinheitsadapter 52 abzukoppeln.
Wenn die Handgelenkeinheit 22 nicht mehr mit dem Adapter 52 gekoppelt
ist, versteht der Steuermechanismus, dass sich das System in der "Werkzeugwechselbetriebsart" befindet, und treibt den
Wagen 122 in die proximale Position an, wenn er nicht bereits
vom Chirurgen dorthin bewegt wurde.
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Um
eine weitere Operationsinstrumentanordnung 20 mit der Manipulatoranordnung 4 zu
koppeln, ergreift (ergreifen) der (die) Assistent(en) A eine weitere
Anordnung 20 vom Tisch T, drückt (drücken) den Handgelenkeinheitsschaft 56 seitlich
in die Öffnung 80 des
Handgelenkeinheitsadapters 52 und bewegt (bewegen) dann
die Handgelenkeinheit 22 nach unten, so dass sich das Operationswerkzeug 24 innerhalb
der Kanüle 66 befindet
(siehe 1 und 3B). Diese Abwärtsbewegung
der Handgelenkeinheit 22 bringt automatisch die elektrischen
Kopplungen und Bewegungsdurchführungen
(nicht dargestellt) innerhalb der Handgelenkkappe 58 und
des Handgelenkeinheitsadapters 52 in Eingriff. Das System
kann einen Steuermechanismus umfassen, der dazu ausgelegt ist, die
Bewegung des Wagens 122 in der oberen oder proximalen Position
zu verriegeln, z.B. durch Betätigen
einer Bremse (nicht dargestellt), bis die Kopplungen in Eingriff
stehen und die Handgelenkeinheit 22 nicht mehr nach unten
bewegt wird. And diesem Punkt kann der Chirurg S den chirurgischen
Eingriff fortsetzen.
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Das
System und Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst vorzugsweise
einen Mechanismus zum Zählen
der Anzahl von Malen, die die Handgelenkeinheit 22 von
dem Handgelenkeinheitsadapter 52 abgekoppelt und mit diesem
gekoppelt wird. In dieser Weise kann der Hersteller die Anzahl von
Malen, die die Handgelenkeinheit 22 verwendet werden kann,
begrenzen. In einer speziellen Konfiguration ist ein integrierter
Schaltungschip (nicht dargestellt) innerhalb der Handgelenkkappe 58 untergebracht.
Der Schaltungschip zählt
die Anzahl von Malen, die die Handgelenkeinheit 22 mit
dem Handgelenkeinheitsadapter 52 gekoppelt wird, z.B. 20
mal, und eine Warnung zeigt sich auf der Konsole C des Chirurgen.
Das Steuersystem setzt dann die Leistung des Systems durch Verringern
der Last, die es liefern kann, oder Erhöhen des scheinbaren Spiels
herab.
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Mit
Bezug nun auf 9A-9B und 10A-10B wird ein chirurgisches Robotersystem 200 mit
einem chirurgischen Robotermanipulator 204, der vollständig mit
einer sterilen Abdeckung 270 bedeckt ist, gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die vorliegende Erfindung stellt
einen sterilen Adapter bereit, der mit einer sterilen Abdeckung
zum Abdecken von Teilen eines chirurgischen Telerobotersystems integriert
ist, um eine sterile Barriere zwischen dem sterilen Operationsfeld
und dem nicht-sterilen Robotersystem aufrechtzuerhalten, während auch
eine Schnittstelle zum Übertragen
von mechanischer und elektrischer Energie und Signalen zwischen
einem Operationsinstrument und dem Robotersystem bereitgestellt
ist. Vorteilhafterweise ermöglicht
die vorliegende Erfindung einem Benutzer, Operationsinstrumente
am System wiederholt und leicht zu installieren und zu entfernen,
während
eine sterile Barriere zwischen dem sterilen Operationsinstrument
und dem nicht-sterilen Robotersystem aufrechterhalten wird.
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9A zeigt
ein Operationsinstrument 250, das an einem sterilen Instrumentenadapter
(ISA) 300 installiert ist, der mit einer sterilen Abdeckung 270 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung integriert ist. Der ISA 300 ist
wiederum betriebsbereit mit einem Adapteraufnahmeteil 500 des Manipulators 204 gekoppelt
(z.B. am Unterarm 246. 9B ist
eine Seitenansicht des chirurgischen Robotermanipulators von 9A ohne
einen sterilen Abdeckungsteil (ausgenommen der ISA 300 ist
gezeigt), um einen Arm mit mehreren Freiheitsgraden darzustellen,
der eine Antriebsanordnung mit dem ISA 300, einem betriebsfähig gekoppelten
Operationswerkzeug oder -instrument 250, einer chirurgischen
Zubehörklemme 264 und
einem betriebsfähig gekoppelten
chirurgischen Zubehörteil 266 koppelt. 10A und 10B stellen
den ISA 300 (mit integrierter steriler Abdeckung 270)
und eine Zubehörklemme 264 ohne
chirurgisches Instrument 250 und ohne chirurgisches Zubehörteil 266 dar,
wobei 10B ohne Abdeckung 270 gezeigt
ist. In einem Ausführungsbeispiel
kann der ISA 300 dauerhaft an der sterilen Abdeckung mittels
eines Filmklebstoffmaterials befestigt sein, das unter Verwendung
eines Klebefilms an der sterilen Abdeckung durch einen Impuls wärmeversiegelt
und/oder befestigt wird.
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Das
System 200 ist ähnlich
zum vorstehend mit Bezug auf 1-8 gezeigten
und beschriebenen System, aber Adapter (z.B. ein Handgelenkeinheitsadapter
oder ein Kanülenadapter)
erstrecken sich nicht durch Löcher
in der Abdeckung 270, um mit einem Operationsinstrument
im sterilen Feld zu koppeln. Statt dessen ist der ISA 300 mit
der sterilen Abdeckung 270 integriert und ein Teil der
Abdeckung 270 schirmt effektiv die Zubehörklemme 264 vom
sterilen Feld der Operation ab, so dass der Manipulator 204 im
Wesentlichen vollständig
mit der Abdeckung 270 während
des Eingriffs bedeckt ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung
vollständig
wegwerfbar. Vorteilhafterweise müssen
der ISA 300 und die Zubehörklemme 264 vor oder
nach einem chirurgischen Eingriff nicht sterilisiert oder ausgetauscht
werden, was folglich Kosteneinsparungen ermöglicht, und da im Wesentlichen
eine vollständige Abdeckung
durch die sterile Abdeckung besteht, ist das System 200 vor
dem sterilen Feld besser abgeschirmt, was eine größere Isolation
der Systemausrüstung
und einen Schutz für
den Patienten ermöglicht.
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Dieselbe
oder eine ähnliche
Manipulatoranordnung 4 mit einer Antriebsanordnung 40,
einem Arm 42, einer Unterarmanordnung 46, Handgelenkeinheitsadaptern 52,
Handgelenkeinheiten 22 und Werkzeugen 24 (mit
derselben oder einer ähnlichen Funktionalität), die
vorstehend beschrieben sind, kann innerhalb des Systems 200 und
mit dem ISA 300 und der Zubehörklemme 264 verwendet
werden und auf eine wiederholte Beschreibung derselben oder ähnlichen
Teil(e) wird verzichtet. Eine andere Antriebsanordnung 240,
ein anderer Arm 242, eine andere Unterarmanordnung 246 und
eine andere Schnittstelle 252 zum Betätigen des Werkzeugs 224 mit
dem Schaft 256 und den Endeffektoren 265 ist jedoch
in 9A-9B und 10A-10B dargestellt. Die Ausführungsbeispiele der Antriebsanordnung 240,
des Arms 242, der Unterarmanordnung 246 und anderer
anwendbarer Teile sind beispielsweise im US-Patent Nrn. 6 331 181,
6 491 701 und 6 770 081 beschrieben, deren vollständige Offenbarungen
(einschließlich
durch einen Hinweis darin aufgenommener Offenbarungen) durch den
Hinweis für alle
Zwecke hierin aufgenommen werden.
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Ausführungsbeispiele
von anwendbaren Operationsinstrumenten 250, Schnittstellen 252,
Adaptern, Werkzeugen oder Zubehörteilen
sind beispielsweise auch im US-Patent Nrn. 6 331 181, 6 491 701
und 6 770 081 beschrieben, deren vollständige Offenbarungen (einschließlich Offenbarungen,
die durch einen Hinweis darin aufgenommen sind) für alle Zwecke
durch den Hinweis hierin aufgenommen werden. Es wird angemerkt,
dass verschiedene Operationsinstrumente gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können,
einschließlich,
jedoch nicht begrenzt auf gelenkige Werkzeuge mit Endeffektoren,
wie z.B. Klauen, Scheren, Greifern, Nadelhaltern, Mikrodissektoren,
Klammeranbringvorrichtungen, Heftern, Saug-Spül-Werkzeugen und Klemmenanbringvorrichtungen,
und nicht-gelenkige Werkzeuge, wie z.B. Schneidklingen, Kauterisationssonden,
Spüleinrichtungen,
Katheter und Saugöffnungen.
Solche Operationsinstrumente sind von Intuitive Surgical, Inc.,
in Sunnyvale, Kalifornien, kommerziell erhältlich.
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Mit
Bezug nun auf 11A-11M ist
eine Patientenseiten-Manipulator- (PSM) Abdeckungsverpackung 400 mit
einer PSM-Abdeckung 404, die ein Teil der sterilen Abdeckung 70 (vorstehend
mit Bezug auf 3A beschrieben) ist, gezeigt.
Die PSM-Abdeckung 404 kann ein verbundener oder getrennter
Abschnitt der sterilen Abdeckung 70 sein. 11A zeigt die PSM-Abdeckungsverpackung 400 mit
einem PSM-Abdeckungsbeutel 402, in dem die PSM-Abdeckung 404 gefaltet
ist. Die PSM-Abdeckung ist dazu ausgelegt, eine sterile Barriere
zwischen den nicht-sterilen PSM-Armen und dem sterilen Feld des chirurgischen
Eingriffs herzustellen. Die PSM-Abdeckung 404 umfasst einen
integrierten sterilen Instrumentenadapter (ISA) 406, der
dauerhaft an der Abdeckung montiert ist, wobei die vollständige Baugruppe
den ISA umfasst, der verwendet wird, um mit einem Operationswerkzeug
in Eingriff zu gelangen. Vorteilhafterweise unterstützen verschiedene
Merkmale der PSM-Abdeckung den Abdeckungs- und Installationsprozess.
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11B zeigt die PSM-Abdeckung 404 aus dem
Beutel 402 entnommen. 11C zeigt
ein Beispiel des ISA 406, der dauerhaft an der PSM-Abdeckung 404 nahe
einem geschlossenen Ende der PSM-Abdeckung 404 montiert
ist. 11D zeigt Reißstreifen 408,
die das Hauptloch in der gefalteten PSM-Abdeckung definieren, und
gefaltete Klappen 410. 11E zeigt
die Klappen 410 entfaltet und 11F zeigt
die PSM-Abdeckung 404 vollständig entfaltet. Die PSM-Abdeckung 404 wird
so verpackt, dass die gefaltete Abdeckung zuerst über dem PSM-Arm
angeordnet werden kann und dann der dauerhaft montierte ISA 406 am
PSM-Arm befestigt wird, indem zuerst ein vorderes Zungenmerkmal
in einer Stütze
am PSM-Arm angeordnet wird, gefolgt vom Schwenken des anderen Endes
des sterilen Adapters, bis er mit einem Riegel am PSM-Arm in Eingriff
kommt. Die PSM-Abdeckung 404 wird in dieser anfänglichen
Position unter Verwendung von Reißstreifen 408 gehalten,
die das gesteuerte Entfalten der Abdeckung durch Reißen ermöglichen,
wenn an diesen mit der erforderlichen Kraft gezogen wird. Der Benutzer
zieht die Abdeckung entlang der Länge des PSM-Arms durch Legen
seiner Hände
in einteilige Manschetten 412 (11G)
und Ziehen der Abdeckung entlang des PSM-Arms.
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11G1 und 11G2 zeigen
die einteilige Manschette 412 am offenen Ende der PSM-Abdeckung 404,
wobei die Kante der Manschette 412 ein blaues Band 411 umfasst.
Die sterile Operationsschwester kann ihre Hände in die Manschette legen, wenn
sie die PSM-Abdeckung entlang des PSM-Arms zieht, und unter Verwendung
der Manschette wird dem Benutzer versichert, dass seine Hände nichts
berühren,
das nicht steril ist, während sie
in ihrer Weise entlang des PSM-Arms
arbeiten. Das blaue Band 411 wirkt als physikalische Markierung
an der Abdeckung, um die sterilen und nicht-sterilen Enden zu bezeichnen.
Indem diese Markierung vorhanden ist, kann eine nicht-sterile Person
wissen, auf der nicht-sterilen
Seite zu ziehen, wenn sie der sterilen Operationsschwester assistiert.
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11H zeigt Bänder 414 der
Abdeckung, um bei der Steuerung der Abdeckung zu helfen und die
visuelle Größe der Abdeckung
zu verringern (d.h. das Volumen oder den Raum, der von der entfalteten Abdeckung
eingenommen wird, zu verringern). Ein Band liegt nahe dem Kanülenmontagebereich,
ein weiteres Band liegt nahe einer "Verbindung 3" des PSM-Arms und ein weiteres Band
liegt entlang eines "Einrichtungsarms" (z.B. Arm 42 von 4 und 5),
an dem der PSM-Arm montiert ist.
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11I zeigt Bänder 416 entlang
der Einführungsachse
und einen Kanülenmontagebeutel 418. Ein
Kanülenmontagebeutel,
der verwendet werden kann, ist in der gleichzeitig anhängigen US-Patentanmeldung
Nr. 11/240 087, eingereicht am 30. September 2005, offenbart, deren
Inhalt durch den Hinweis vorher hierin aufgenommen wurde. Die Streifen 416 sind
kaltverformbare Streifen an der Abdeckung in einem Einführungsachsenbereich.
Die Streifen 416 sind an der Abdeckung zwischen dem sterilen
Adapter und dem Kanülenmontagebereich
befestigt. Sobald die Abdeckung am PSM-Arm installiert ist, kann der
Benutzer die kaltverformbaren Streifen 416 verformen, um
zu helfen, überschüssiges Abdeckungsmaterial
umzufalten. Indem überschüssiges Abdeckungsmaterial
umgefaltet und befestigt werden kann, kann veranlasst werden, dass
die Abdeckung eng an die Form des PSM-Arms passt. Vorteilhafterweise
verringert dies die visuelle Größe des Systems und
ermöglicht
dadurch mehr Sichtbarkeit des Patienten und seiner Umgebungen für den Chirurgen oder
andere(n) Benutzer. Die Streifen 416 sind auch ausreichend
kaltverformbar, um sich öffnen
zu können,
um zu ermöglichen,
dass das System den maximalen Bewegungsbereich ohne Zerreißen der
Abdeckung erreicht.
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11J zeigt die PSM-Abdeckung 404 über einem
Teil des PSM-Arms 417 und einen sterilen Adapter 406 an
der Stelle, bevor die Streifen 416 vom Benutzer zurückgebogen
werden. 11K zeigt die Streifen 416,
nachdem sie vom Benutzer zurückgebogen
wurden, so dass die PSM-Abdeckung 404 enger an die Form
des PSM-Arms passt, wodurch die Größe des Systems verringert wird. 11L zeigt eine weitere Ansicht der Streifen 416,
die biegsam genug sind, um für
einen maximalen Bewegungsbereich geöffnet zu werden, und die vom
Benutzer nach Wunsch während
des Eingriffs umgeformt werden können.
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Die
vorstehend beschriebene Abdeckung 400 besteht vorzugsweise
aus einem Material mit ausreichender Steifigkeit und Festigkeit,
um eine zweckmäßige Anordnung über einem
PSM-Arm zu ermöglichen
und einem Reißen
selbst unter der Aufbringung von zyklischen Lasten in verschiedenen Richtungen
standzuhalten, besteht jedoch vorzugsweise aus einem Material mit
ausreichender Flexibilität,
um die Bewegung mit den aktiven Abschnitten der Manipulatorarme
zu ermöglichen.
Die Abdeckung 400 kann aus verschiedenen haltbaren Materialien
bestehen und besteht in einem Beispiel aus Polyethylen, Polyurethan,
Polycarbonat oder Gemischen davon. In einem Ausführungsbeispiel kann die Abdeckung 400 als
Teil einer einzigen Abdeckung oder als separate Abdeckungen, die
an der sterilen Hauptabdeckung 70 über Klebstoff, Wärme, HF-Schweißen oder
andere Mittel befestigt werden können,
im Vakuum ausgebildet werden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann die Abdeckung 400 als getrennte Abdeckungen (jedoch
möglicherweise
zueinander benachbart oder mit Überlappung) verwendet
werden, um verschiedene Teile des chirurgischen Robotersystems abzudecken.
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Der
ISA 300, der Adapteraufnahmeteil 500 und die Installation/der
Eingriff zwischen dem ISA 300 und dem Adapteraufnahmeteil 500 und
zwischen dem Operationsinstrument 250 und dem ISA 300 werden
nun genauer beschrieben.
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Mit
Bezug auf 12A, 12B und 12C sind eine perspektivische Draufsicht von oben,
eine perspektivische Draufsicht von unten bzw. eine Schnittansicht
des ISA 300 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der ISA 300 umfasst
ein Gehäuse 302,
eine Scheibe 304, eine obere Rückzugsplatte 306,
ein Instrumentanschlagmerkmal 308 des Gehäuses 302, ein
Schienenmerkmal 301 des Gehäuses 302, einen Kontakt 310 und
eine untere Rückzugsplatte 312.
Die obere Rückzugsplatte 306 und
die untere Rückzugsplatte 312 bilden
eine Rückzugsplattenanordnung 313,
die sich relativ zum Gehäuse 302 bewegt.
Die Scheiben 304 sind innerhalb der Rückzugsplattenanordnung 313 festgehalten
und bewegen sich relativ zur Anordnung.
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13 stellt
eine Nahschnittansicht eines Kontakts 310 dar, der in einem
Ausführungsbeispiel in
das Gehäuse
einsatzgeformt ist.
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14A und 14B stellen
perspektivische Nahdraufsichten von oben bzw. unten auf die Scheibe 304,
die einen Zahn 314 an der Basis der Scheibe 304,
ein Loch 316 im Körper
der Scheibe 304 zum Aufnehmen von Stiften 253 eines
Operationsinstruments 250 (siehe 17D und 17E), ein Loch 317 in der Unterseite
der Scheibe 304 zum Aufnehmen von Stiften 505 von
federbelasteten Eingängen 504 (siehe 16)
und einen Ansatz 315 zum Bewegen der Scheibe 304 aus
einer Totzone umfasst, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst der
ISA 300 vier Scheiben 304, wobei jede Scheibe 304 vier
Zähne 314 und
zwei Löcher 316 umfasst.
Die vier Zähne 314 sind
in einem Ausführungsbeispiel
um 90 Grad auseinander angeordnet. Es wird angemerkt, dass in anderen
Ausführungsbeispielen
mehr oder weniger Scheiben, Zähne und
Schlitze möglich
sind, jedoch mit einem Adapteraufnahmeteil am Manipulator und einem
Operationsinstrument wirksam koppeln müssen.
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15A und 15B stellen
perspektivische Draufsichten von oben und unten auf die obere Rückzugsplatte 306 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Die obere Rückzugsplatte 306 umfasst
eine Stange 318 für
den Eingriff der Rückzugsplatte
und der Rückzugsplattenanordnung
und einen Zahn 319 zum Eingriff mit einem Zahn 314 der
Scheibe 304 in Abhängigkeit
von der relativen Position. Wie gezeigt, umfasst die obere Rückzugsplatte 306 vier Öffnungen 307 für die vier Scheiben 304.
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16 stellt
eine perspektivische Ansicht eines Adapteraufnahmeteils 500 eines
Manipulators 204 (z.B. eines PSM) gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Der Adapteraufnahmeteil 500 umfasst
eine Umhüllung 502,
um elektrische Kontakte 510 zu isolieren, einen federbelasteten
Eingang 504 mit einem Stift 505, einen Federtauchkolben 506 und
eine Stütze 508,
um den ISA 300 an der Stelle zu halten. In diesem Ausführungsbeispiel
umfasst der Adapteraufnahmeteil 500 vier federbelastete
Eingänge 504,
wobei jeder zwei Stifte 505 aufweist, und vier Federtauchkolben 506.
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Mit
Bezug nun auf 17A bis 17F sind die
Installation/der Eingriff des ISA 300 am bzw. mit dem Adapteraufnahmeteil 500,
die Installation/der Eingriff des Operationsinstruments 250 am
bzw. mit dem ISA 300 und die Entfernung des Operationsinstruments 250 vom
ISA 300 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt.
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17A zeigt den ISA 300 am Adapteraufnahmeteil 500 des
Manipulators 204 installiert und mit diesem in Eingriff.
ISA-Kontakte 310 sind mit Manipulatorkontakten 510 gekoppelt,
Scheiben 304 stehen mit federbelasteten Eingängen 504 in
Eingriff, die untere Rückzugsplatte 312 steht
mit den Federtauchkolben 506 in Eingriff und das Instrumentanschlagmerkmal 308 steht
mit der Stütze 508 in
Eingriff. Das Instrumentanschlagmerkmal 308 ermöglicht das
Stoppen des Instruments (für
die Patientensicherheit), wenn der Benutzer die Schienen 301 verfehlt,
wenn er das Instrument am ISA installiert. Das Instrument wird durch
die Stange 318 an der oberen Rückzugsplatte 306 vollständig gestoppt,
wenn es installiert wird. Vor der Installation befinden sich die
federbelasteten Eingänge 504 und
die Federtauchkolben 506 in ihrer am weitesten ausgestreckten
Position und die Scheiben 304 des ISA können sich frei zu irgendeinem
willkürlichen
Ort innerhalb der Rückzugsplattenanordnung
drehen. In einem Ausführungsbeispiel
ordnet der Benutzer zum Installieren des ISA 300 am Adapteraufnahmeteil 500 den
vorderen Abschnitt des ISA-Gehäuses
in einer Stütze
an und schwenkt das hintere Ende nach unten, wodurch ein Riegel 511 in
Eingriff gebracht wird.
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In
dieser installierten, aber Voreingriffsposition werden die Scheiben 304 gegen
die obere Rückzugsplatte 306 durch
federbelastete Eingänge 504 nach
oben gedrückt
und die Rückzugsplattenanordnung 313 wird
durch federbelastete Eingänge 504 und
die Federtauchkolben 506 nach oben gedrückt. An jeder Plattenstelle
(Öffnung 307 der
Rückzugsplatte 306)
ist ein Zahn 319 an der Rückzugsplatte 306 vorhanden,
der mit Zähnen 314 der
Scheibe 304 in Eingriff steht. Die Zahnkonfiguration besitzt
mehrere Funktionen, von denen eine darin besteht, die Scheiben 304 aus
einer "Totzone" zu schieben, die eine
Winkelorientierung ist, in der die Löcher 317 in der Unterseite
der Scheibe 304 in einer Position liegen, in der sie nicht
mit Stiften 505 der federbelasteten Eingänge 504 in
Eingriff stehen, da sie sich nicht um volle 360 Grad drehen. Eine
weitere Funktion der Zahnkonfiguration besteht darin zu verhindern,
dass sich die Scheibe 304 mehr als um 90 Grad während der
Eingriffssequenz des sterilen Adapters dreht.
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Während der
Eingriffssequenz stehen die Scheibenzähne 314 mit den Rückzugsplattenzähnen 319 in
Eingriff, wenn die federbelasteten Eingänge 504 aktiviert
werden, um eine Bewegung der Scheibe 304 durch Reibung
zwischen den Stiften 505 und der unteren Oberfläche der
Scheibe 304 und durch Kontakt mit dem Ansatz 315 zu
verleihen. Die Anwesenheit der vier Zähne 314 stoppt diese
Drehbewegung der Scheibe 304 und die Stifte 505 werden
sich auf die Löcher 317 der
Scheibe 304 ausrichten lassen, wenn sich die federbelasteten
Eingänge 504 relativ zur
Scheibe 304 drehen. Wenn sich die Löcher 317 auf der Unterseite
der Scheibe 304 und die Stifte 505 der federbelasteten
Eingänge 504 ausrichten,
fallen die Scheiben 304 auf die federbelasteten Eingänge 504.
An diesem Punkt geben die Zähne 319 der
oberen Rückzugsplatte 306 die
Zähne 314 der
Scheibe 304 frei, wenn die Scheibe 304 nach unten
fallen gelassen wird, wodurch ermöglicht wird, dass sich die Scheibe 304 frei
um 360 Grad relativ zur Rückzugsplatte 306 bewegt.
Wenn die Scheiben 304 mit den federbelasteten Eingängen 504 in
Eingriff gebracht werden, wird der ISA 300 mit dem Adapteraufnahmeteil 500 in
Eingriff gebracht.
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In
einem Ausführungsbeispiel
geschieht die Eingriffssequenz in Millisekunden nach der Installation
des ISA 300 am Adapteraufnahmeteil 500. Wenn der
ISA 300 in die Position nach unten geschwenkt wird, kommen
die elektrischen Kontakte 310 mit elektrischen Kontakten 510 (z.B.
Stifte) in Eingriff, so dass zwei anfänglich offene Stromkreise am
Manipulator 204 geschlossen werden, was die ISA-Eingriffssequenz
aktiviert. Es wird angemerkt, dass der einsatzgeformte Kontakt 310 im
Gehäuse 302 mehrere elektrische
Wege (Kontaktlöcher)
aufweisen kann, die mit Kontakten am Adapteraufnahmeteil 500 in Eingriff
kommen und die auch verwendet werden, um eine Kommunikation mit
einem Operationsinstrument 250 über elektrische Kontakte 255 des
Instruments herzustellen (17C).
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17B zeigt das Operationsinstrument 250 teilweise
installiert und 17C zeigt das Operationsinstrument 250 vollständig installiert
und mit dem ISA 300 in Eingriff. Anfänglich, wenn der Benutzer das
Operationsinstrument 250 am ISA 300 installiert,
wird die Rückzugsplattenanordnung 313 in Richtung
des Adapteraufnahmeteils 500 nach unten geschoben, wenn
die obere Rückzugsplatte 306 durch
das Instrument 250, das mit der mittleren Stange 318 in
Eingriff kommt, nach unten gedrückt
wird. Vor dem elektrischen Eingriff zwischen dem Instrument 250 und
dem ISA 300 kommt eine Abschrägung an der Stange 318 mit
einer Abschrägung
an der Unterseite des Instruments 250 in Eingriff und,
wenn diese zwei Abschrägungen
ausgerichtet werden, wird das Instrument aufgrund der Federkraft
der federbelasteten Eingänge
und Federtauchkolben in seine Ruheposition gezogen. Wenn das Instrument in
seine Ruheposition gezogen wird, beginnt die Rückzugsplattenanordnung 313,
in das chirurgische Instrument anzusteigen, und in im Wesentlichen
derselben Bewegung kommen die elektrischen Kontakte 255 des
Instruments 250 mit elektrischen Kontakten 310 des
ISA 300 in Kontakt. Wenn das Instrument 250 am
ISA 300 installiert wird, drückt die obere Rückzugsplatte 306 auf
die Unterseite des Instruments und die Stange 318 befindet
sich innerhalb eines Zwischenraumschlitzes im Instrumentgehäuse. Vor
dem Instrumenteingriff werden die Scheiben 304 und die
federbelasteten Eingänge 504 vom
Instrument weggedrückt,
da die Eingänge
am Instrument nicht mit den Löchern 316 an
der Oberseite der Scheibe 304 in Eingriff gebracht werden.
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17D und 17E stellen
eine Eingriffssequenz der Scheibe 304 mit dem Instrument 250 dar.
In 17D wird die Scheibe 304 nicht mit dem Instrument 250 in
Eingriff gebracht, bis sich die Scheibe 304 dreht, um sich
auf die Instrumentenscheibe 251 auszurichten, die sich
anfänglich
in einer zufälligen
Position befindet. Wie vorher in Bezug auf die Eingriffssequenz
zwischen dem ISA 300 und dem Adapteraufnahmeteil 500 erwähnt, wird,
wenn die elektrischen Kontakte des Instruments mit den Kontakten 310 des
ISA 300 in Eingriff gelangen, ein normalerweise offener
Stromkreis am ISA geschlossen, was die Instrumenteingriffssequenz
aktiviert. Die federbelasteten Eingänge 504 und Scheiben 304 drehen
sich zusammen als Baugruppe, bis die Löcher 316 der Scheibe 304 mit
den Stiften 253 der Instrumentscheiben 251 in
Eingriff kommen. Wenn die Löcher
auf die Stifte ausgerichtet werden, wird ermöglicht, dass sich die Scheibe 304 und
die federbelasteten Eingänge 504 nach
oben bewegen. 17E zeigt eine Instrumentenscheibe 251 mit
einem Stift 253, der mit dem Loch 316 der ISA-Scheibe 304 in Eingriff
steht. An diesem Punkt wird das Instrument 250 als mit
dem ISA 300 in Eingriff betrachtet. Es wird angemerkt,
dass andere Kontakte am ISA 300 elektrische Signale zwischen
dem chirurgischen System und der Instrument-RTI-Platine übertragen
können.
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Wenn
das Instrument vollständig
installiert ist, wird es an drei Punkten entlang seines Gehäuses in
der Position gehalten. Zwei Punkte liegen an den Schienenmerkmalen 301 entlang
der Seiten des Instruments und ein dritter Punkt liegt im zentralen
Niederhalteansatz 309 entlang der vorderen Mitte des Instruments.
Durch Niederhalten des Instruments an drei Stellen wird das Instrument
vorteilhafterweise nicht überbeansprucht
und die Installation und Entfernung sind leichter gemacht.
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17F stellt die Entfernung des Instruments 250 (nicht
dargestellt) vom ISA 300 dar. Wenn der Benutzer das Instrument
entfernen will, werden Hebel auf beiden Seiten gepresst und das
Instrument wird wieder aus dem ISA gezogen. Die Hebel am Instrument
wirken auf die mittlere Stange 318 der oberen Rückzugsplatte,
die wiederum die Rückzugsplatte
vom Instrument weg nach unten zieht. Wenn sich die Rückzugsplatte
weiter weg bewegt, werden die Scheiben 304 von den Stiften
des Instruments gelöst, was
die Entfernung des Instruments ermöglicht.
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Mit
Bezug nun auf 18 sind Basismerkmale eines
ISA 600 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der ISA 600 ist
in eine sterile Abdeckung (nicht dargestellt) integriert und wird
insbesondere verwendet, um im Wesentlichen die Gesamtheit eines
Patientenseiten-Manipulator-
(PSM) Arms 204 abzudecken. Eine Abdeckungsschnittstelle
befindet sich zwischen einem Instrument 250 und dem PSM-Arm 204,
wobei das Instrument und der PSM-Arm nahe dem Bereich 602 koppeln,
wodurch ein im Wesentlichen abgedichtetes steriles Feld vom nicht-sterilen
Roboterarm bereitgestellt wird. Das Instrument 250 wird
in den ISA 600 mit einer Bewegung im Allgemeinen entlang
der Einführungsachse "A" (durch den Pfeil gezeigt) eingesetzt.
Merkmale an der Vorderseite, Rückseite
und an den Seiten des ISA 600 können das Instrument am Arm 204 befestigen
oder festhalten, und die Verbindung zwischen dem Instrument und
dem ISA kann axialen und radialen Belastungen relativ zur Abdeckungsschnittstelle
des ISA standhalten. Eine "Keil"-Konstruktion des ISA-Gehäuses kann
verwendet werden, um das Instrument auf den ISA zu führen, um
eine stärkere
anfängliche
Fehlausrichtung des Instruments zu ermöglichen, während dennoch eine zwangsläufige Verbindung
erreicht wird. Ein chirurgisches Zubehörteil 266 zum wirksamen
Koppeln mit einer Zubehörklemme 264 ist
auch gezeigt.
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Der
sterile Adapter der vorliegenden Erfindung stellt ein Befestigungsverfahren
und eine Befestigungsvorrichtung zwischen einem sterilisierten Instrument
und einem nicht-sterilen Roboterarm bereit. Diese Befestigung muss
dennoch die Übertragung
der Instrumenthandgelenkachsen (inneres Schwenken, inneres Gieren,
Rollen und Instrumentengreifen) und die Übertragung von elektrischen Sensoren/Signalen
ohne Unterbrechen der Sterilität ermöglichen.
Ein weiteres Schlüsselkonzept
bei diesem Adapter besteht darin, die Eingriffssequenz des Adapters
am Roboterarm und des Instruments am Adapter klar zu definieren
(mechanisch). Diese klare Definition macht den Eingriff vorhersagbar
und ermöglicht
daher eine zuverlässige
Erfassung des Eingriffs. Alle der verschiedenen Konstruktionskonzepte besitzen
speziell definierte Eingriffssequenzen, um das Instrument zweckmäßig mit
dem sterilen Adapter/Roboterarm zu verbinden, die ähnlich sind,
die Übertragung
der Achsen variiert jedoch erheblich. Bei diesen Konstruktionen
besteht auch der Wunsch, sie effizient genug zu machen, um sie direkt
in die volle Armabdeckung zu integrieren, und sie daher wegwerfbar
zu machen. Um diese Anforderung zu unterstützen, wurde viel Komplexität aus der
sterilen Schnittstelle und entweder in das Instrument oder den Roboterarm
verlagert. Einige Beispiele sind die Entfernung des PCA am sterilen
Adapter und die Verwendung von Kontaktlöchern, die Entfernung der Federn
für den
sterilen Adapter und die Verwendung von federbelasteten Eingängen am
Roboterarm und der neue Entwurf der Teile im sterilen Adapter, so dass
sie geformt werden können.
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Mehrere
verschiedene Verfahren und Vorrichtungen wurden erforscht und als
Prototypen hergestellt, um den mechanischen Eingriff und die sterile Barriere
zu verbessern. Diese vorstehenden Ausführungsbeispiele werden nachstehend
beschrieben.
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Mit
Bezug nun auf 19 ist ein weiterer ISA, der
als "Schrägscheiben"-Ausführungsbeispiel bekannt
ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein ISA 700 umfasst
eine Abdeckungsschnittstelle 704 mit einem Abdeckungsteil
im Bereich 702. Ein Instrument 250 mit Instrumenteneingängen 280,
vorderen Ansätzen 291 und
einem hinteren Ansatz 292 kann mit dem ISA 700 wirksam
gekoppelt werden.
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20 stellt
die Schnittstelle eines sterilen Abdeckungsteils 701 zwischen
einem Instrumenteneingang 280 und der Abdeckungsschnittstelle 704 dar
und 21 stellt den Instrumenteneingang 280 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Die Abdeckungsschnittstelle 704 umfasst
eine Basis 705 und ein inneres Lager, das eine Drehscheibe 708 mit
einer Einkerbung 706 in einem Ausführungsbeispiel erzeugt. Der
Instrumenteneingang 280 umfasst eine Hauptwelle 282,
ein inneres Lager 284, eine Drehscheibe 288 und
eine Noppe 286 an der Drehscheibe 288. Obwohl
der Abdeckungsteil 701 zwischen dem Eingang 280 und
der Schnittstelle 704 liegt, um ein steriles Feld wirksam aufrechtzuerhalten,
können
sich die Drehscheiben 288 und 708 des Eingangs 208 bzw.
der Schnittstelle 704 um 360 Grad drehen und ein Drehmoment übertragen,
wobei sich der Abdeckungsteil 701 in einer Auf- und Abrichtung
ohne Zerreißen
biegt. Der Instrumenteneingang 280 fällt an die Stelle hinab und
wird auf die Noppe 286 ausgerichtet, die in einem Beispiel kugelförmig oder
ein Teil eines Kegels sein kann, und diese kommt mit der Einkerbung 706 an
der Drehscheibe 708 der Abdeckungsschnittstelle 704 in
Eingriff. Die Noppe 286 hilft, den Eingang des Instruments
und den Eingang des Roboterarms (PSM) ausgerichtet zu halten, selbst
während
ein Drehmoment übertragen
wird. In diesem Ausführungsbeispiel
koppelt jede der Vielzahl von Abdeckungsschnittstellen 704 wirksam
mit einem jeweiligen Instrumenteneingang 280.
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22A-22C und 23A-23C stellen eine Eingriffssequenz eines Instruments 250 mit
dem ISA 700 dieser Ausführungsform
dar. In 22A wird die Spitze des Instruments 200 zuerst im
chirurgischen Zubehörteil 266 (z.B.
eine Kanüle) angeordnet.
Dann werden die vorderen Ansätze 291 in
den ISA 700 eingesetzt, wie in 22B gezeigt. Schließlich wird
der hintere Ansatz 292 am ISA 700 an die Stelle
geschoben, wie in 22C gezeigt. 23A zeigt die vorderen Ansätze 291 in den ISA 700 eingesetzt,
während
der hintere Ansatz 292 anfänglich ausgestreckt ist und
durch einen Höcker oben
gehalten wird. 23B zeigt den hinteren Ansatz 292,
der weiterhin vorwärts
gleitet, wenn das Instrument 250 vorwärts gleitet (durch Pfeil A
gezeigt), und das Instrument 250, das am ISA 700 an
die Stelle fällt. 23C zeigt eine Noppe im Instrumentengehäuseansatz 292,
die in eine Nut 710 im ISA 700 für einen
endgültigen
Kontakteingriff einschnappt.
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Mit
Bezug nun auf 24A und 24B ist ein
weiterer ISA, der als "Kolbeneingangs"-Ausführungsbeispiel
bekannt ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein ISA 800 umfasst
separate Abdeckungsschnittstellen 802 für jeden PSM-Eingang 520 (25A). 24A zeigt
eine Ansicht von einer der vier Abdeckungsschnittstellen 802 in
auseinandergezogener Anordnung und 24B zeigt
eine Nahschnittansicht eines Abdeckungsschnittstellenbereichs, insbesondere
eines Bereichs B, in dem die Abdeckungsschnittstelle montiert ist
(z.B. durch Schweißen).
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25A-25C stellen einen PSM-Eingang 520 und
eine Abdeckungsschnittstelle 802 genauer gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Der PSM-Eingang 520 umfasst
Ausrichtungsmerkmale 522 und 524 zum Koppeln mit
Instrumenteneingängen
(nicht dargestellt) in einer speziellen Orientierung, jedoch mit
minimalen scharfen Kanten, um das Abdeckungsreißen zu minimieren oder zu verringern,
während
eine Eingangsfehlausrichtung ermöglicht
wird. Der PSM-Eingang 520 (25B)
umfasst ferner eine Feder 528 und eine Platte 526 zum
Vorsehen eines federbelasteten Eingangs. Eine Abdeckungsschnittstelle 802 (25C) umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen oberen
Teil 802a und einen unteren Teil 802b. Der obere
Teil 802a umfasst einen Ring 804 und einen Abdeckungsteil 801,
die zusammengefügt
sind, und der untere Teil 802b umfasst einen Ring 806 und eine
Auskleidung 803, die zusammengefügt sind. Während der Befestigung des Abdeckungsteils 801 am
Ring 804 kann die Abdeckung an einer Form angeordnet werden,
um ein ausgedehntes Fach zu erzeugen. Der obere Teil 802a und
der untere Teil 802b werden auf beiden Seiten des ISA-Gehäuses angeordnet
und entlang des Bereichs B zusammengefügt, was durch verschiedene
Mittel und Verfahren durchgeführt
werden kann, einschließlich,
jedoch nicht begrenzt auf Schweißen und Kleben (25A).
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Wie
ferner durch den Pfeil "C" in 25A gezeigt, wird der PSM-Eingang 520 während der
Installation des ISA 800 am PSM in die Abdeckungsschnittstelle 802 gedrückt und
der Abdeckungsteil 801 verformt sich zu einer Form, die
die obere Oberfläche
des PSM-Eingangs 520 bedeckt. Vorteilhafterweise wird der
ISA 800 leicht mit dem PSM in Eingriff gebracht, da die
Membran sich nicht auf spezielle Merkmale an den PSM-Eingängen ausrichten
muss. Die PSM-Eingänge
müssen
einfach innerhalb der Ringe der Abdeckungsschnittstelle 802 angeordnet werden.
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26A-26E stellen eine Eingriffssequenz
eines Instruments 250 und des ISA 800 dieses Ausführungsbeispiels
dar. Die Instrumentenspitze 250 wird zuerst in ein chirurgisches
Zubehörteil
wie z.B. eine Kanüle
eingesetzt. Dann werden die vorderen Ansätze 291 in den ISA 800 eingesetzt
und in Richtung der Vorderseite des ISA 800 bewegt (durch den
Pfeil A gezeigt), damit sie schließlich durch einen vorderen
Keilteil 810 des ISA-Gehäuses ergriffen werden (26A). Die vorderen Ansätze 291 schieben gegen
Gleitplatten 812, um die Rückzugsplatte 808 nach
unten, vom ISA 800 und Instrument 250 weg zu betätigen, um
sicherzustellen, dass die PSM-Eingänge nicht an den Instrumenteneingängen hängen bleiben,
und die hinteren Ansätze 292 werden
durch einen hinteren Keilteil 820 des ISA-Gehäuses festgehalten
(26B). Die Betätigung
der Rückzugsplatte 808 bewegt
alle vier PSM-Eingänge 520 nach
unten, vom Instrument 250 weg (26C). Sobald
der vordere Ansatz 291 an der Stelle liegt, bewegt sich
der Gleithebel in die Stelle (26D). Schließlich bewegen
sich sowohl die vorderen als auch hinteren Ansätze 291 und 292 in
Aussparungen im ISA-Gehäuse,
die ermöglichen,
dass sich die Rückzugsplatte 808 wieder
nach oben in Richtung des Instruments 250 bewegt, und die
elektrischen Kontakte zwischen dem Instrument und dem ISA werden
verbunden. Es wird angemerkt, dass jede der Vielzahl von Abdeckungsschnittstellen
wirksam mit einem jeweiligen PSM-Eingang und einem Instrumenteneingang
koppelt, obwohl nicht alle der Abdeckungsschnittstellen vorstehend
dargestellt worden sein können.
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Mit
Bezug nun auf 27A und 27B werden
obere und untere perspektivische Schnittansichten eines weiteren
ISA, der als "X-Feder"-Ausführungsbeispiel
bekannt ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein ISA 900 umfasst
Halteelemente 902 und 904 (zwei weitere Halteelemente,
nicht gezeigt, liegen gegenüber 902 und 904)
und elektrische Kontakte 906 zum Eingriff mit elektrischen
Kontakten am PSM und/oder am Operationsinstrument. Der ISA 900 umfasst
ferner eine obere Rückzugsplatte 908,
eine untere Rückzugsplatte 909,
Abdeckungsschnittstellen 910 mit ISA-Eingängen 913,
ISA-Eingangsöffnungen 911 und
einen Halter 912 zum Halten eines Abdeckungsteils 901 an
der Stelle.
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Die
Halteelemente 902 und 904 werden verwendet, um
ein Instrument am ISA festzuhalten und in einem Beispiel werden
vier Hauptecken verwendet, um ein Operationsinstrument festzuhalten.
In einem weiteren Beispiel liegen die hinteren Halteelemente weiter
auseinander als die vorderen Halteelemente, um einen Keileffekt
zu erzeugen, so dass das Operationsinstrument in eine gehaltene
Position geführt
wird, wobei es sich von der Rückseite
zur Vorderseite des ISA hin bewegt.
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Die
Abdeckung 901 ist sandwichartig zwischen Schichten des
ISA eingefügt,
insbesondere zwischen das ISA-Gehäuse 914 und den Halter 912 und
zwischen die obere Rückzugsplatte 908 und
die untere Rückzugsplatte 909.
Die Abdeckung 901 umfasst ein Abdeckungsloch 903,
das auf die ISA-Eingangsöffnung 911 ausgerichtet
und zu dieser konzentrisch ist.
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28A und 28B stellen
Ansichten eines ISA-Eingangs der Abdeckungsschnittstelle 910 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar. Jeder der Eingänge 913 passt in eine
Eingangsöffnung 911 und
umfasst Eingriffsnuten 916. Jeder der Eingänge 913 besitzt
einen breiteren Abschnitt, der zwischen den oberen und unteren Abschnitten
der Rückzugsplatte 908 bzw. 909 festgehalten
wird, damit er innerhalb der Eingangsöffnung 911 festgehalten
wird. Die Nut 916 (28A)
passt bündig
in die Öffnung 911 und
erzeugt einen gekrümmten
Weg, um zu verhindern, dass Fluid durch den ISA strömt und den
Roboterarm erreicht. Die Kanten des Abdeckungslochs 903 in
der Abdeckung 901 sind auf die Nut 916 des Eingangs
ausgerichtet. In einem Beispiel hält die untere Rückzugsplatte 909 die
Abdeckungsschnittstellen 910 fest, hält die Abdeckung 901 an
der Stelle, hält
die obere Rückzugsplatte 908 von
einer Bewegung über
die obere Oberfläche
des Gehäuses 914 ab
und erhöht
die Steifigkeit der oberen Rückzugsplatte 908.
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29 stellt
eine Schnittansicht des ISA 900 über einem Adapteraufnahmeteil 500 eines
PSM (einschließlich
Eingängen 520)
gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar und 30 stellt
eine Schnittansicht eines Instruments 250 (einschließlich Eingängen 280),
das mit der Anordnung von 29 wirksam
gekoppelt ist, gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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31A-31E stellen eine Eingriffssequenz
eines Instruments 250 und des ISA 900 dieses Ausführungsbeispiels
dar. Die Instrumentenspitze 250 wird zuerst in ein chirurgisches
Zubehörteil
wie z.B. eine Kanüle
(nicht dargestellt) eingesetzt und das Instrument wird von der Rückseite
des ISA 900 in Richtung der Vorderseite des ISA 900 bewegt,
was durch den Pfeil A gezeigt ist (31A und 31B). Wenn das Instrument über dem ISA 900 angeordnet ist,
beginnt das Instrument, an einer Stange 918 der oberen
Rückzugsplatte 908 nach
unten zu schieben, um die Rückzugsplatte
und die ISA-Eingänge
vom Instrument wegzubewegen und um sicherzustellen, dass die Instrumenteneingänge nicht
an den ISA-Eingängen
hängen
bleiben (31C und 31D).
Wenn die vorderen und hinteren Ansätze des Instruments korrekt
eingesetzt sind, bewegt sich die mittlere Stange 918 der
oberen Rückzugsplatte nach
oben in eine Aussparung im Instrument und die Instrumenteingänge liegen über den
ISA-Eingängen, bereit
zum Eingriff zwischen den Eingängen (31E). Es wird angemerkt, dass jede der Vielzahl von
Abdeckungsschnittstellen mit einem jeweiligen PSM-Eingang und einem
Instrumenteneingang wirksam koppelt, obwohl nicht alle der Abdeckungsschnittstellen
vorstehend dargestellt worden sein können.
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Vorteilhafterweise
stellen die Adapter, Abdeckungen und chirurgischen Systeme der vorliegenden
Erfindung eine verbesserte Installation und Kopplung eines Operationsinstruments
mit einem Manipulatorarm, eine verbesserte Unempfindlichkeit des
sterilen Feldes und eine erhöhte
Visualisierung des Patienten durch Verringern der Größe der Abdeckungen
mit mehr Formschlussmerkmalen bereit.
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
erläutern,
aber begrenzen die Erfindung nicht. Es sollte auch selbstverständlich sein,
dass zahlreiche Modifikationen und Veränderungen gemäß Prinzipien
der vorliegenden Erfindung möglich sind.
Die Anzahl von Stiften, Schlitzen, Scheiben und Zähnen kann
beispielsweise variieren, muss jedoch eine bedienbare Kopplung zwischen
dem ISA, dem Manipulatorarm und dem Operationsinstrument ermöglichen.
Folglich ist der Schutzbereich der Erfindung nur durch die folgenden
Ansprüche
definiert.