本發(fā)明涉及用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的一種裝置和一種方法，以用于操縱臂在用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的坐標(biāo)系中的定位時(shí)的輔助。所述裝置具有儀器單元，所述儀器單元具有包括儀器軸的外科儀器。儀器軸的近中心的端部通過(guò)病人的體開(kāi)口可引導(dǎo)至目標(biāo)區(qū)域。儀器單元與所述裝置的操縱臂可連接。

背景技術(shù)：

在微創(chuàng)的外科手術(shù)中，越來(lái)越多地使用所謂的遠(yuǎn)程操縱器系統(tǒng)，其也稱為機(jī)器人輔助系統(tǒng)或一般稱為用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置。借助用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置，外科儀器基于操作輸入在其位置和取向方面被控制。外科儀器此外機(jī)械、電和/或光學(xué)地連接于遠(yuǎn)程操縱器系統(tǒng)，以便可以實(shí)現(xiàn)外科儀器的主動(dòng)的定位和定向以及外科儀器的希望的操縱。為此除了包括末端執(zhí)行器的儀器之外也具有內(nèi)窺鏡和要操作的醫(yī)學(xué)的儀器的外科儀器具有耦聯(lián)接口，所述耦聯(lián)接口可以作為耦聯(lián)單元構(gòu)成并且也稱為無(wú)菌單元。用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置此外具有至少一個(gè)操縱臂，耦聯(lián)單元設(shè)置在其近中心的端部上，無(wú)菌單元與所述耦聯(lián)單元可連接，以便能夠?qū)崿F(xiàn)操縱臂和外科儀器之間的機(jī)械的、電的和/或光學(xué)的耦聯(lián)。

已知如下的裝置，其中，操縱臂和操縱臂的耦聯(lián)單元不是無(wú)菌的并且外科儀器是無(wú)菌的。無(wú)菌的手術(shù)區(qū)由遠(yuǎn)程操縱器系統(tǒng)的不是無(wú)菌的元件借助無(wú)菌的遮蓋部保護(hù)。無(wú)菌的遮蓋部可以具有無(wú)菌閘門，所述無(wú)菌閘門設(shè)置在操縱臂的耦聯(lián)單元和外科儀器的無(wú)菌單元之間。這樣的無(wú)菌閘門能夠?qū)崿F(xiàn)在儀器單元的無(wú)菌單元與操縱臂分開(kāi)之后對(duì)操縱臂的耦聯(lián)單元的不是無(wú)菌的耦聯(lián)元件的無(wú)菌的遮蓋。包括無(wú)菌閘門 的這樣的布置結(jié)構(gòu)例如由未在先公開(kāi)的專利申請(qǐng)DE 10 2014 117 407.0和DE 10 2014 117 408.9已知。

此外由文件US 7,666,191 B1已知一種遠(yuǎn)程操作器系統(tǒng)，其中不是無(wú)菌的操縱臂借助無(wú)菌膜片遮蓋。操縱臂的耦聯(lián)單元具有四個(gè)旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器，所述旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器與在無(wú)菌膜片中集成的無(wú)菌適配器的第一側(cè)耦聯(lián)。該無(wú)菌適配器具有四個(gè)集成的可旋轉(zhuǎn)地支承的傳輸機(jī)構(gòu)，所述傳輸機(jī)構(gòu)在操縱臂的耦聯(lián)單元和外科儀器的無(wú)菌單元之間中間連接。

由文件DE 102 42 953 A1已知，將病人身體的數(shù)據(jù)記錄借助給出圖像的方法產(chǎn)生并且在坐標(biāo)系中示出。此外三個(gè)不處于一個(gè)平面中的基準(zhǔn)點(diǎn)與坐標(biāo)系置于關(guān)聯(lián)中。

在設(shè)立用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的已知的裝置時(shí)，外科儀器的進(jìn)入點(diǎn)在處于手術(shù)臺(tái)上的病人中確定并且由此出發(fā)與操縱臂耦聯(lián)的外科儀器以儀器尖端定向到確定的進(jìn)入位置上。所述儀器關(guān)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的定向通過(guò)操作人員從其經(jīng)驗(yàn)出發(fā)進(jìn)行。外科儀器的操縱臂關(guān)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的定向的技術(shù)的監(jiān)控或控制可能性在現(xiàn)有技術(shù)中未規(guī)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，給出用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的一種裝置和一種方法，其中，外科儀器包括內(nèi)窺鏡關(guān)于設(shè)置的目標(biāo)區(qū)域的簡(jiǎn)單的定向是可能的。

該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的裝置以及通過(guò)具有獨(dú)立的方法權(quán)利要求的特征的方法解決。本發(fā)明有利的進(jìn)一步構(gòu)成在從屬權(quán)利要求中給出。

用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的按照本發(fā)明的裝置具有儀器單元，所述儀器單元具有外科儀器，其近中心的端部通過(guò)病人的身體開(kāi)口可引導(dǎo)至通過(guò)所述裝置的坐標(biāo)系的坐標(biāo)確定的目標(biāo)區(qū)域。

所述裝置具有至少一個(gè)操縱臂，儀器單元與所述操縱臂可連接。所述裝置具有控制單元，所述控制單元在儀器單元與操縱臂連接時(shí)確 定縱軸線和通過(guò)坐標(biāo)確定的目標(biāo)區(qū)域之間的與儀器軸的縱軸線正交的距離向量并且當(dāng)確定的距離向量的量具有和/或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第一值時(shí)，產(chǎn)生和優(yōu)選輸出第一控制信息。

通過(guò)用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的這樣的裝置實(shí)現(xiàn)，操縱臂可以簡(jiǎn)單地這樣定位，使得與操縱臂連接的儀器單元關(guān)于在要手術(shù)的病人的身體中的設(shè)置的進(jìn)入位置而且關(guān)于通過(guò)裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z中的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z確定的目標(biāo)區(qū)域具有正確的位置。所述位置在此尤其是具有儀器單元的外科儀器的儀器軸的縱軸線的位置和定向。

由此在病人上的手術(shù)操作之前，用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的操縱臂的簡(jiǎn)單的定向是可能的。由此可能的是，操縱臂的定位和定向可以不是通過(guò)醫(yī)生而是通過(guò)對(duì)此合適的人員實(shí)施。醫(yī)生特別是僅需要檢查儀器單元的位置。外科儀器在本發(fā)明的意義中尤其是內(nèi)窺鏡、如棒內(nèi)窺鏡或具有末端執(zhí)行器的外科儀器。

有利的是，當(dāng)確定的距離向量的量具有或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第二值時(shí)，控制單元產(chǎn)生并且優(yōu)選輸出至少一個(gè)第二控制信息。通過(guò)所述第二控制信息可以因此關(guān)于目標(biāo)區(qū)域給出儀器單元的儀器軸的縱軸線的位置的正確的定向。

優(yōu)選地，預(yù)調(diào)節(jié)的第二值是零或接近值零的值，從而外科儀器的縱軸線延伸通過(guò)目標(biāo)區(qū)域。由此操縱臂關(guān)于其在空間中的位置的特別簡(jiǎn)單的定位并且其關(guān)于外科儀器的縱軸線的取向是可能的。

正交的距離向量的確定的量值優(yōu)選是縱軸線和目標(biāo)區(qū)域之間的最短的正交的距離向量的量值。

此外有利的是，所述裝置具有輸出單元，所述輸出單元基于第一控制信息輸出聲學(xué)的第一信號(hào)和/或光學(xué)的第一信號(hào)和/或基于第二控制信息只輸出聲學(xué)的第二信號(hào)或光學(xué)的第二信號(hào)。通過(guò)光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)，操作人員可以簡(jiǎn)單地通過(guò)與操縱臂連接的儀器單元的正確的或還要糾正的定向被告知，從而以簡(jiǎn)單的方式在外科的手術(shù)之前輔助操縱臂正確的定位。

此外有利的是，聲學(xué)的第一信號(hào)是增強(qiáng)和減弱的音調(diào)或具有第一 重復(fù)頻率的音調(diào)序列并且聲學(xué)的第二信號(hào)是連續(xù)音調(diào)。所述曲調(diào)序列在此優(yōu)選具有多個(gè)相同的音調(diào)。所述重復(fù)頻率可以隨著距離向量的確定的量值的減少增加，從而操作人員通過(guò)重復(fù)頻率被聲學(xué)地告知關(guān)于與目標(biāo)區(qū)域的接近或從目標(biāo)區(qū)域遠(yuǎn)離。

聲學(xué)的信號(hào)的輸出可以在控制單元或操作控制臺(tái)上進(jìn)行。

備選或附加地，光學(xué)的第一信號(hào)可以是具有第一閃光頻率的閃光的光信號(hào)并且光學(xué)的第二信號(hào)是持久光信號(hào)。在此第一光信號(hào)的光和第二光信號(hào)的光可以具有相同的波長(zhǎng)或相同的波長(zhǎng)譜。閃光的信號(hào)可以尤其是通過(guò)脈沖的光束產(chǎn)生。持久光信號(hào)可以尤其是借助連續(xù)的光束產(chǎn)生。閃光頻率可以隨著至目標(biāo)區(qū)域的距離向量的量值的減少而增加并且在至目標(biāo)區(qū)域的距離向量的量值增大時(shí)減小。光學(xué)的信號(hào)的輸出可以在控制單元或操作控制臺(tái)上進(jìn)行。

備選或附加地有利的是，為了產(chǎn)生光學(xué)的第一信號(hào)，發(fā)射具有第一波長(zhǎng)的光，并且為了產(chǎn)生光學(xué)的第二信號(hào)，發(fā)射具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)的光。為了產(chǎn)生光學(xué)的信號(hào)，使用具有在可見(jiàn)的區(qū)域中的波長(zhǎng)的光。優(yōu)選第一波長(zhǎng)的光是紅色的光并且第二波長(zhǎng)的光是綠色的光。由此實(shí)現(xiàn)操作人員關(guān)于操縱臂的位置和定向的信息，所述信息借助光信號(hào)可以簡(jiǎn)單直觀地檢測(cè)。光學(xué)的信號(hào)的輸出可以在控制單元或操作控制臺(tái)、尤其是在屏幕上進(jìn)行。

此外有利的是，儀器單元通過(guò)與操縱臂的耦聯(lián)單元連接的無(wú)菌閘門與操縱臂可連接。通過(guò)該無(wú)菌閘門，可以進(jìn)行不是無(wú)菌的耦聯(lián)單元與無(wú)菌的區(qū)域的無(wú)菌的分開(kāi)。在儀器單元的無(wú)菌單元與無(wú)菌閘門耦聯(lián)時(shí)，優(yōu)選打開(kāi)無(wú)菌閘門的無(wú)菌閥瓣，從而可以建立無(wú)菌單元的元件和耦聯(lián)單元之間的直接的連接。優(yōu)選無(wú)菌單元具有無(wú)菌閥瓣，所述無(wú)菌閥瓣在無(wú)菌單元與無(wú)菌閘門連接時(shí)打開(kāi)，從而在尤其是機(jī)械的驅(qū)動(dòng)元件的傳輸元件之間的直接的連接在耦聯(lián)單元與無(wú)菌單元之間是可能的。在無(wú)菌單元與無(wú)菌閘門分開(kāi)之后，不僅閘門瓣而且無(wú)菌閥瓣再次關(guān)閉，從而不僅無(wú)菌單元的傳輸元件而且耦聯(lián)單元的傳輸元件被無(wú)菌地遮蓋。

第二方面涉及一種用于操縱臂在用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的坐標(biāo)系中的定位的方法，其中確定病人的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z。為了用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的操縱臂的定位，尤其是用于預(yù)備在病人上的手術(shù)，儀器單元與操縱臂的耦聯(lián)單元連接。儀器單元具有外科儀器。外科儀器的縱軸線尤其是外科儀器的儀器軸的縱軸線。在儀器單元與操縱臂連接時(shí)，借助控制單元確定在縱軸線和通過(guò)坐標(biāo)x_z、y_z、z_z確定的目標(biāo)區(qū)域之間的與縱軸線正交的距離向量的量值。當(dāng)確定的量值具有和/或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第一值時(shí)，輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第一信號(hào)。由此保證，外科儀器的縱軸線不僅延伸通過(guò)病人的計(jì)劃的、尤其是已經(jīng)標(biāo)出的或存在的手術(shù)的身體開(kāi)口而且延伸通過(guò)目標(biāo)區(qū)域。由此尤其是為了預(yù)備用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置以用于外科的手術(shù)，操縱臂的簡(jiǎn)單的直觀的正確的定位是簡(jiǎn)單并且可能的。為此不需要特別受過(guò)訓(xùn)練的醫(yī)學(xué)的專業(yè)人員、尤其是不需要醫(yī)生。

此外有利的是，當(dāng)距離向量的確定的量值具有或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第二值時(shí)，輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)。預(yù)調(diào)節(jié)的第二值優(yōu)選為零。

操縱臂優(yōu)選手動(dòng)地這樣定向，使得儀器軸的縱軸線延伸通過(guò)病人的計(jì)劃的、尤其是標(biāo)出的或存在的手術(shù)的身體開(kāi)口。為此儀器可以這樣定向，使得儀器尖端、尤其是末端執(zhí)行器指向體開(kāi)口或?qū)氲綄?dǎo)入身體開(kāi)口的套管針中。

此外操縱臂這樣定向，使得輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第一和/或第二信號(hào)。

有利的是，操縱臂在第一步驟中這樣定向，使得儀器軸的近中心的端部指向病人的計(jì)劃的或存在的手術(shù)的身體開(kāi)口并且因此儀器軸的縱軸線通過(guò)計(jì)劃的或存在的身體開(kāi)口。操縱臂然后在第二步驟中這樣運(yùn)動(dòng)，使得借助控制單元在延伸通過(guò)病人的計(jì)劃的或存在的手術(shù)的身體開(kāi)口的縱軸線和通過(guò)坐標(biāo)確定的目標(biāo)區(qū)域之間的確定的距離具有或低于第二預(yù)調(diào)節(jié)的距離，從而輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)。操縱臂為此自動(dòng)通過(guò)裝置本身或手動(dòng)地運(yùn)動(dòng)。定向運(yùn)動(dòng)的一部分也可以通過(guò)裝置本身自動(dòng)進(jìn)行并且定向運(yùn)動(dòng)的一部分手動(dòng)通過(guò)操作人員進(jìn)行。

備選地，操縱臂可以在第一步驟中這樣定向，使得借助控制單元在縱軸線和目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z之間的距離向量的確定的量值具有或低于預(yù)設(shè)的第二距離。操縱臂然后在第二步驟中這樣定向，使得縱軸線延伸通過(guò)病人的存在的或計(jì)劃的、尤其是標(biāo)出的、要手術(shù)的身體開(kāi)口并且在此縱軸線保持定向到目標(biāo)區(qū)域上。在此操縱臂可以自動(dòng)通過(guò)裝置本身和/或手動(dòng)通過(guò)操作人員在第一和/或第二步驟中運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)本發(fā)明的任務(wù)的通過(guò)獨(dú)立的和從屬的權(quán)利要求示出的解決方案，通過(guò)用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的操縱臂的手動(dòng)的和或自動(dòng)的預(yù)定位實(shí)現(xiàn)儀器單元的優(yōu)化的預(yù)定位。

操縱臂可以具有用于使耦聯(lián)單元沿伸縮布置結(jié)構(gòu)的伸縮軸線的方向運(yùn)動(dòng)的伸縮布置結(jié)構(gòu)。伸縮軸線平行于儀器軸的縱軸線延伸，從而儀器軸沿其延長(zhǎng)的縱軸線在伸縮布置結(jié)構(gòu)伸出和縮入時(shí)運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)給出的解決方案，操作者識(shí)別，是否定位(儀器尖端指向希望的進(jìn)入位置到部位中)并且儀器軸的縱軸線的取向(光學(xué)的信號(hào)的對(duì)應(yīng)的顏色、例如綠色，和/或聲學(xué)的信號(hào)的對(duì)應(yīng)的音調(diào))同時(shí)成功地被調(diào)節(jié)。在該位置中，引入部位中的套管針可以優(yōu)化地與操縱臂的為此可選地設(shè)置的耦聯(lián)接口連接。在每個(gè)情況中，在該位置中，操縱臂在用于計(jì)劃的手術(shù)的操作的優(yōu)化的起始位置中。

優(yōu)選病人的人體結(jié)構(gòu)的相關(guān)的區(qū)域、尤其是目標(biāo)區(qū)域，通過(guò)病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘中的坐標(biāo)x’_z、y’_z、z‘_z確定。病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)原點(diǎn)可以例如在正中面與處于背部的前平面以及橫向平面的交叉點(diǎn)中確定。病人坐標(biāo)系的坐標(biāo)與用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z處于固定的已知的關(guān)系中，從而所述裝置的元件坐標(biāo)x、y、z能夠簡(jiǎn)單換算成病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)x‘、y‘、z‘并且病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)x’、y’、z‘、例如目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)x’_z、y’_z、z’_z能夠簡(jiǎn)單換算成所述裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z。

例如在病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘中的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)x’_z、y’_z、z’_z 可以由此確定，即，例如借助測(cè)量尺實(shí)施對(duì)病人手動(dòng)的測(cè)量。在此在病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)中的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z的厘米精確的確定以及其到所述裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z的轉(zhuǎn)換提供多重的足夠的精確性，以便可以將外科儀器足夠良好地定位并且定向。備選地，目標(biāo)區(qū)域的測(cè)量也可以直接在所述裝置的坐標(biāo)系的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z中進(jìn)行。

此外成像的現(xiàn)代的方法、例如計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)或磁共振斷層成像提供數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)在病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘中并且由此出發(fā)在所述裝置的坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的較準(zhǔn)確的確定。

儀器單元的軸優(yōu)選具有如下長(zhǎng)度，所述長(zhǎng)度在操縱臂的伸縮布置結(jié)構(gòu)的伸出的狀態(tài)中正好這樣長(zhǎng)，使得儀器軸的近中心的端部大約1cm至5cm深地導(dǎo)入到引入部位中的套管針中。在該狀態(tài)中，可選地在操縱臂上存在的套管針保持部也可以與套管針連接。在伸縮布置結(jié)構(gòu)的縮入的狀態(tài)中，儀器軸的近中心的端部運(yùn)動(dòng)穿過(guò)目標(biāo)區(qū)域。在操縱臂的這樣的定向中，套管針保持部類似自動(dòng)正確地用于與套管針連接而定位，如果儀器軸的近中心的端部導(dǎo)入套管針中的話。

結(jié)合目標(biāo)區(qū)域的手術(shù)前確定的數(shù)據(jù)，尤其是借助計(jì)算機(jī)斷層成像術(shù)或磁共振斷層成像，可以在安裝和對(duì)接過(guò)程期間借助儀器單元按照之前所述操作方式將儀器軸的縱軸線的延長(zhǎng)部的相對(duì)于目標(biāo)區(qū)域的位置在附加的在操作者的視野中安裝的監(jiān)視器上示出。優(yōu)選為此與儀器軸的縱軸線正交的截面通過(guò)病人的CT和/或MRT數(shù)據(jù)記錄示出。通過(guò)CT和/或MRT數(shù)據(jù)記錄的截面穿過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域。借此聲學(xué)的和光學(xué)的信息的操作者通過(guò)外科儀器的縱軸線相對(duì)于目標(biāo)區(qū)域的距離獲得另一個(gè)決策輔助，以便可以進(jìn)行用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的操縱臂的優(yōu)化的設(shè)置，以用于計(jì)劃的外科的手術(shù)。用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置優(yōu)選具有多個(gè)、尤其是四個(gè)或五個(gè)操縱臂，其中優(yōu)選一個(gè)與內(nèi)窺鏡連接并且其他的操縱臂與具有包括用于實(shí)施外科的手術(shù)的末端執(zhí)行器的外科儀器的儀器單元連接。尤其是為用于具有包括末端執(zhí)行器的所述外科儀器的儀器單元設(shè)置的操縱臂優(yōu)選依次借助按 照本發(fā)明的操作方式定位并且定向，以便接著進(jìn)行用于外科的手術(shù)需要的操作。目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)可以在此優(yōu)選給出空間的區(qū)域，從而對(duì)于設(shè)置操縱臂相關(guān)的目標(biāo)區(qū)域具有一定空間的尺寸或通過(guò)一個(gè)點(diǎn)定義。也可以對(duì)于每個(gè)外科儀器設(shè)置單獨(dú)的目標(biāo)區(qū)域，其中，目標(biāo)區(qū)域可以至少部分地重疊。

用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的控制單元尤其是用于

-用于輸入并且存儲(chǔ)在病人坐標(biāo)系和/或在所述裝置的坐標(biāo)系中的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)，

-用于從操縱臂的部段的位置計(jì)算要使用的儀器的取向，

-用于輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)，例如通過(guò)輸出狀態(tài)：無(wú)光、僅綠色的光、僅紅色的光；或通過(guò)狀態(tài)：打開(kāi)白光、只打開(kāi)綠色的光、只打開(kāi)紅色的光；和/或通過(guò)狀態(tài)：關(guān)閉音調(diào)、第一曲調(diào)、第二曲調(diào)。

特別有利的是，在操縱臂上存在的套管針保持部與導(dǎo)入病人身體中的套管針在第一步驟中連接。在第二步驟中，儀器單元與操縱臂的耦聯(lián)單元連接，其中儀器單元的外科儀器的儀器軸的近中心的端部或尖端導(dǎo)入套管針的開(kāi)口中。在儀器單元與耦聯(lián)單元連接之后，優(yōu)選借助控制單元，與外科儀器的儀器軸的縱軸線正交的距離向量在該縱軸線和通過(guò)所述坐標(biāo)確定的目標(biāo)區(qū)域之間確定并且產(chǎn)生第一控制信息，如果所確定的距離向量的量值具有和/或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第一值的話。依賴于第一控制信息優(yōu)選借助輸出單元輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)。

在一種備選的操作方式中，儀器單元可以在第一步驟中與操縱臂的耦聯(lián)單元連接并且在第二步驟中，操縱臂的套管針保持部與導(dǎo)入病人身體中的套管針連接，其中，在套管針保持部與套管針連接時(shí)，儀器單元的外科儀器的儀器軸的尖端導(dǎo)入套管針的開(kāi)口中。隨后在第三步驟中，距離向量如之前說(shuō)明的在儀器軸的縱軸線和通過(guò)坐標(biāo)確定的目標(biāo)區(qū)域之間確定并且當(dāng)確定的距離向量的量值具有和/或低于預(yù)調(diào)節(jié)的第一值時(shí)，產(chǎn)生第一控制信息。

在所有之前所述的操作方式中，手術(shù)區(qū)域中的人員、尤其是輔助人員在用于相應(yīng)的外科的手術(shù)的外科儀器的優(yōu)化的定向時(shí)被輔助，而 不會(huì)在這里儀器已經(jīng)超過(guò)套管針導(dǎo)入病人身體中。

當(dāng)確定的距離向量的量值大于預(yù)調(diào)節(jié)的第一值時(shí)，可以輸出附加的控制信息。依賴于該附加的控制信息，可以輸出對(duì)應(yīng)的附加的或備選的信號(hào)，從而操作人員被通知，縱軸線相對(duì)遠(yuǎn)地從目標(biāo)區(qū)域遠(yuǎn)離。

與耦聯(lián)單元連接的儀器單元的定向和/或位置的改變可以通過(guò)操縱臂的手動(dòng)的運(yùn)動(dòng)這樣進(jìn)行，使得在儀器軸線和目標(biāo)區(qū)域之間的距離改變。特別有利的是，輸出的聲學(xué)的和/或光學(xué)的信號(hào)的頻率在此給出，是否距離向量變得更大或更小。在達(dá)到或低于用于距離向量的量值的預(yù)調(diào)節(jié)的第二值時(shí)，輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)，所述第二信號(hào)用信號(hào)表示儀器軸線相對(duì)于目標(biāo)區(qū)域的優(yōu)化的定向。

目標(biāo)區(qū)域尤其是目標(biāo)手術(shù)區(qū)域。備選或附加地，所述目標(biāo)區(qū)域可以通過(guò)目標(biāo)點(diǎn)、例如通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的中點(diǎn)或通過(guò)依賴于另一個(gè)外科儀器的位置的點(diǎn)確定。當(dāng)所述另一個(gè)外科儀器是已經(jīng)至少部分導(dǎo)入病人身體中的內(nèi)窺鏡、例如棒內(nèi)窺鏡或用于獲取目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的至少一部分的圖像的另一個(gè)給出圖像的系統(tǒng)時(shí)，有利的是，目標(biāo)區(qū)域與內(nèi)窺鏡或所述另一個(gè)給出圖像的系統(tǒng)的位置相關(guān)。例如目標(biāo)區(qū)域可以通過(guò)在內(nèi)窺鏡的光學(xué)的元件的光軸上或在另一個(gè)形成圖像的系統(tǒng)的光學(xué)的元件的光軸上的點(diǎn)確定。所述目標(biāo)點(diǎn)尤其是在焦深范圍中的點(diǎn)、例如焦點(diǎn)，或是在焦點(diǎn)和內(nèi)窺鏡的近中心的端部之間的點(diǎn)。

所述另一個(gè)形成圖像的系統(tǒng)可以尤其是基于不可見(jiàn)的光的光學(xué)系統(tǒng)、尤其是X射線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)或磁共振斷層成像系統(tǒng)或另一個(gè)合適的形成圖像的系統(tǒng)。

任意的元件朝向病人的端部一般視為近中心。任意的元件與病人背離的端部一般視為遠(yuǎn)中心。

附圖說(shuō)明

其他的特征和優(yōu)點(diǎn)由接著的說(shuō)明得出，其借助實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)一步解釋本發(fā)明。

示出：

圖1示出用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的系統(tǒng)的示意側(cè)視圖，包括操縱器，所述操縱器具有四個(gè)操縱臂，分別有一個(gè)儀器單元與所述操縱臂可連接；

圖2示出按照?qǐng)D1的系統(tǒng)的示意前視圖；

圖3示出用于將在無(wú)菌的區(qū)域中設(shè)置的儀器單元與操縱臂的不是無(wú)菌的耦聯(lián)單元連接的布置結(jié)構(gòu)；

圖4示出按照第一實(shí)施形式的操縱臂的區(qū)段，包括耦聯(lián)單元和與耦聯(lián)單元連接的儀器單元，所述儀器單元帶有操縱臂的伸出的伸縮布置結(jié)構(gòu)；

圖5示出按照?qǐng)D4的布置結(jié)構(gòu)，其中，伸縮布置結(jié)構(gòu)縮入，從而外科儀器引導(dǎo)直至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域或超過(guò)該目標(biāo)手術(shù)區(qū)域；

圖6示出在所述裝置的坐標(biāo)系中的儀器單元和目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的示意圖；

圖7示出按照第一操作方式用于將與操縱臂連接的儀器單元相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域定向的示意圖；

圖8示出按照第二操作方式用于將與操縱臂連接的儀器單元相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域定向的示意圖；

圖9示出病人身體的一部分，包括四個(gè)標(biāo)出的位置，用于病人的計(jì)劃的身體開(kāi)口，在所述身體開(kāi)口上分別導(dǎo)入套管針；

圖10示出按照第二實(shí)施形式的包括套管針保持部的布置結(jié)構(gòu)，所述布置結(jié)構(gòu)包括具有耦聯(lián)單元的操縱臂的區(qū)段和與耦聯(lián)單元連接的儀器單元，其包括操縱臂的縮入的伸縮布置結(jié)構(gòu)，；

圖11示出具有伸出的伸縮布置結(jié)構(gòu)的按照?qǐng)D10的布置結(jié)構(gòu)，其中，操縱臂的套管針保持部與在病人中導(dǎo)入的套管針連接；

圖12示出按照?qǐng)D11的布置結(jié)構(gòu)，其包括縮入的伸縮布置結(jié)構(gòu)；

圖13示出按照第三實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)，包括具有耦聯(lián)單元的操縱臂的區(qū)段和與耦聯(lián)單元連接的儀器單元，其包括操縱臂的伸出的伸縮布置結(jié)構(gòu)；所述第三實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)包括套管針保持部，所述 套管針保持部用于將操縱臂與導(dǎo)入病人身體中的套管針連接；并且所述第三實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)包括通過(guò)另一個(gè)套管針至少部分地導(dǎo)入病人身體中的內(nèi)窺鏡；

圖14示出按照?qǐng)D13的布置結(jié)構(gòu)，其中，伸出的伸縮布置結(jié)構(gòu)的位置借助耦聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)改變，從而儀器單元的外科儀器的縱軸線延伸至病人身體中的確定的目標(biāo)區(qū)域；以及

圖15示出按照?qǐng)D13的布置結(jié)構(gòu)，其包括縮入的伸縮布置結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

圖1示出用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的系統(tǒng)10的示意的側(cè)視圖，其包括操縱器12、支架14和四個(gè)操縱臂16a至16d。操縱器12一般也稱為用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置。系統(tǒng)10用于對(duì)在手術(shù)臺(tái)34上定位的病人18實(shí)施外科的手術(shù)。從病人18的人體結(jié)構(gòu)以及要實(shí)施的操作出發(fā)，目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的坐標(biāo)x’_z、y’_z、z‘_z在病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘中確定并且該坐標(biāo)x’_z、y’_z、z’_z預(yù)設(shè)地被存儲(chǔ)。操縱器12具有裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z，其坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)置在操縱器12的支架14的支架腳24中。支架14具有L形的支架臂28，在其與支架腳24遠(yuǎn)離的端部上，操縱臂16a至16d通過(guò)支架頭20連接。

手術(shù)臺(tái)34具有手術(shù)臺(tái)支柱32，在所述手術(shù)臺(tái)支柱中設(shè)置手術(shù)臺(tái)34的控制單元36并且在所述手術(shù)臺(tái)支柱上設(shè)置具有多個(gè)部段的病人支撐面38?？刂茊卧?6用于控制手術(shù)臺(tái)34的元件的運(yùn)動(dòng)，尤其是用于手術(shù)臺(tái)支柱32的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)并且因此用于病人支撐面38的高度的調(diào)節(jié)并且用于各個(gè)部段以及病人支撐面38的傾斜和斜放(Kantung)的調(diào)節(jié)。然而優(yōu)選手術(shù)臺(tái)34的各部段的調(diào)節(jié)在手術(shù)的操作期間借助操縱器12鎖定。系統(tǒng)10此外具有操縱器12的控制單元46以及中央的控制單元40，所述中央的控制單元通過(guò)數(shù)據(jù)線與操縱器12的控制單元46、手術(shù)臺(tái)34的控制單元36以及包括顯示單元44的操作控制臺(tái)42連接。控制單元40具有輸出單元41并且控制單元46具有輸出單元47，通過(guò)所述輸出單元分別可以輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)。

病人支撐面38的表面形成前平面，病人18背部處于前平面上地定位。此外，橫向平面延伸通過(guò)病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸X‘和Z‘處于所述橫向平面中。此外，一個(gè)正中面延伸通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，坐標(biāo)軸Z‘和Y‘處于所述正中面中。

目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30在病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘中的坐標(biāo)x’_z、y’_z、z’_z已知并且通過(guò)病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的相對(duì)于裝置12的坐標(biāo)系X、Y、Z的已知的位置可以在操控操縱臂16a至16d以及與操縱臂16a至16d連接的儀器單元時(shí)為了實(shí)施借助操縱器12的外科手術(shù)時(shí)簡(jiǎn)單地考慮，尤其是換算成裝置12的坐標(biāo)系X、Y、Z的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z。

目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中心的坐標(biāo)y’_z、z’_z在圖1中關(guān)于坐標(biāo)軸Y‘和Z‘的位置借助延伸通過(guò)目標(biāo)坐標(biāo)區(qū)域30的虛線表示。

圖2示出按照?qǐng)D1的系統(tǒng)10的示意前視圖。在操縱臂16a至16d的近中心的端部上分別設(shè)置耦聯(lián)單元100a至100d，分別一個(gè)儀器單元300a至300d與所述耦聯(lián)單元為實(shí)施外科的手術(shù)而連接。儀器單元300a至300d的相應(yīng)的外科儀器的儀器軸通過(guò)虛線表示，其在圖2中從耦聯(lián)單元100a、100b、100c、100d和儀器單元300a、300b、300c、300d的與耦聯(lián)單元100a、100b、100c、100d連接的在圖3中示出的無(wú)菌單元400a、400b、400c、400d延伸直至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30中。虛線在此給出儀器軸的縱軸線或延長(zhǎng)的縱軸線。借助延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的并且平行于坐標(biāo)軸X‘和Z‘延伸的虛線，關(guān)于坐標(biāo)軸X‘和Z‘表示目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31的坐標(biāo)y’_z、z’_z。

接著參考操縱臂16a說(shuō)明儀器單元300a通過(guò)無(wú)菌閘門200a與操縱臂16a的耦聯(lián)單元100a的耦聯(lián)。該實(shí)施方式以相同的方式適用于其他的操縱臂16b至16d并且適用于與這些操縱臂16b至16d通過(guò)無(wú)菌閘門200b至200d連接的儀器單元300b至300d。為了簡(jiǎn)化，接著在不使用用于在各個(gè)操縱臂之間區(qū)分的小寫(xiě)字母的情況下利用附圖標(biāo)記編號(hào)。

圖3示出操縱臂16的耦聯(lián)單元100、無(wú)菌閘門200以及包括無(wú)菌單元400和外科儀器500的儀器單元300，所述外科儀器具有末端執(zhí) 行器514。耦聯(lián)單元100、無(wú)菌閘門200以及儀器單元300在無(wú)菌閘門200與耦聯(lián)單元100組合之前并且在無(wú)菌單元400與無(wú)菌閘門200后續(xù)的組合之前示出。實(shí)施為無(wú)菌膜片201的柔性的無(wú)菌的外套在無(wú)菌閘門200的環(huán)繞的連接邊緣202上與其通過(guò)合適的連接、如夾緊連接、膠粘連接、搭扣連接和/或焊接固定地連接，從而無(wú)菌膜片201與無(wú)菌閘門200一起形成圍繞操縱臂16的伸到無(wú)菌的手術(shù)區(qū)域中的區(qū)域的封閉的無(wú)菌的遮蓋部。

為了更好的示出，在圖3中只示出圍繞無(wú)菌閘門200的無(wú)菌膜片201的一部分。在后續(xù)附圖中，無(wú)菌膜片201部分未示出。

為了無(wú)菌單元400與耦聯(lián)單元100的耦聯(lián)，無(wú)菌閘門200設(shè)置在無(wú)菌單元400和耦聯(lián)單元100之間并且在無(wú)菌單元400與耦聯(lián)單元100耦聯(lián)的狀態(tài)中能夠?qū)崿F(xiàn)耦聯(lián)單元100的第一傳輸機(jī)構(gòu)102和無(wú)菌單元400的未示出的第二傳輸機(jī)構(gòu)的直接耦聯(lián)。

借助第一傳輸機(jī)構(gòu)102在本實(shí)施例中在耦聯(lián)單元100和無(wú)菌單元400之間不僅傳輸機(jī)械能而且傳輸電能。為此耦聯(lián)單元100的第一傳輸機(jī)構(gòu)102具有例如至少四個(gè)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)元件110至116并且無(wú)菌單元400的第二傳輸機(jī)構(gòu)具有四個(gè)與所述驅(qū)動(dòng)元件110至116互補(bǔ)的被驅(qū)動(dòng)的元件。此外，第一傳輸機(jī)構(gòu)102具有包括兩個(gè)電的觸點(diǎn)106、108的電的傳輸元件104并且第二傳輸機(jī)構(gòu)具有與第一傳輸機(jī)構(gòu)102的電的傳輸元件104互補(bǔ)的電的傳輸元件。

第一傳輸元件102此外具有光學(xué)的傳輸機(jī)構(gòu)109，以用于傳輸光和/或光學(xué)的信號(hào)。第一傳輸機(jī)構(gòu)102的驅(qū)動(dòng)元件具有平移的第一驅(qū)動(dòng)元件110和平移的第二驅(qū)動(dòng)元件112，以分別用于傳輸平移的運(yùn)動(dòng)，以及具有旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)元件114和旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)元件116，以用于傳輸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。平移的第一和第二驅(qū)動(dòng)元件110、112分別作為線性升降叉并且旋轉(zhuǎn)的第一和第二驅(qū)動(dòng)元件114、116作為包括端側(cè)的齒的驅(qū)動(dòng)小齒輪構(gòu)成。此外，耦聯(lián)單元100具有在凹部中設(shè)置的耦聯(lián)傳感器，當(dāng)無(wú)菌閘門200正確地與耦聯(lián)單元100并且無(wú)菌單元400正確地與無(wú)菌閘門200耦聯(lián)時(shí)，所述耦聯(lián)傳感器探測(cè)通過(guò)從無(wú)菌單元400伸 出的第一探測(cè)銷形成的第一探測(cè)元件。

在其他實(shí)施例中，第一和第二傳輸機(jī)構(gòu)也可以具有更多或更少的驅(qū)動(dòng)元件、被驅(qū)動(dòng)的元件和電的傳輸元件，它們通過(guò)直接的耦聯(lián)傳輸機(jī)械能和/或電能。在此，傳輸機(jī)構(gòu)的如下耦聯(lián)視為直接的耦聯(lián)，即，其中，在第一傳輸機(jī)構(gòu)和第二傳輸機(jī)構(gòu)之間沒(méi)有設(shè)置其他的傳輸元件用于傳輸機(jī)械能和/或電能和/或光學(xué)的射線，其中尤其是沒(méi)有電的、機(jī)械的或光學(xué)的傳輸元件設(shè)置在耦聯(lián)單元100和無(wú)菌單元400之間設(shè)置的無(wú)菌屏障、如無(wú)菌閘門200中。耦聯(lián)單元100此外具有RFID讀取和寫(xiě)入單元121，借助其可讀取和/或可寫(xiě)入無(wú)菌單元400的RFID應(yīng)答器494。

為了將耦聯(lián)單元100與無(wú)菌閘門200連接，耦聯(lián)單元100具有彼此對(duì)置的導(dǎo)向槽122、124，無(wú)菌閘門200的導(dǎo)向銷204、206導(dǎo)入所述導(dǎo)向槽中，直至導(dǎo)向銷已到達(dá)相應(yīng)的導(dǎo)向槽122、124的前面的端部123、125。導(dǎo)向銷204、206在無(wú)菌閘門200的第一端部上在對(duì)置的側(cè)上向外突出。隨后無(wú)菌閘門200的對(duì)置的第二端部被向下擠壓，從而無(wú)菌閘門200圍繞延伸通過(guò)導(dǎo)向銷204、206的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，直至卡鎖元件128的卡鎖凸起部126嵌接到無(wú)菌閘門200的互補(bǔ)的卡鎖區(qū)域中。

解鎖按鍵134圍繞旋轉(zhuǎn)軸線可偏轉(zhuǎn)地設(shè)置并且通過(guò)彈簧保持在其在圖3中示出的卡鎖位置中。為了脫開(kāi)所述卡鎖連接，利用手指按壓到卡鎖元件128的解鎖按鍵134上，從而彈簧張緊并且卡鎖元件128與卡鎖凸起部126一起偏轉(zhuǎn)，從而卡鎖凸起部126與無(wú)菌閘門200的互補(bǔ)的卡鎖元件脫離嵌接。由此無(wú)菌閘門200的之前與卡鎖凸起部126處于嵌接中的第二端部可以從耦聯(lián)單元100中再次偏轉(zhuǎn)出。在無(wú)菌閘門200的該第二端部從耦聯(lián)單元100中偏轉(zhuǎn)出之后，無(wú)菌閘門200可以再次完全與耦聯(lián)單元100分開(kāi)，其方式為：無(wú)菌閘門200連同與導(dǎo)向槽122、124處于嵌接中的導(dǎo)向銷204、206沿導(dǎo)向槽122、124從其中被拉出，直至導(dǎo)向元件204、206不再與導(dǎo)向槽122、124處于嵌接中。在導(dǎo)向槽122、124和卡鎖元件128之間存在通過(guò)耦聯(lián)單元100 的殼體中的對(duì)應(yīng)的凹部形成的接納區(qū)域，所述接納區(qū)域在本實(shí)施例中將無(wú)菌閘門200在三側(cè)和底側(cè)至少部分地包圍。

無(wú)菌閘門200具有閘門瓣208、210，所述閘門瓣通過(guò)鉸鏈可偏轉(zhuǎn)。借助這些鉸鏈，閘門瓣208、210從在圖3中示出的關(guān)閉的狀態(tài)可偏轉(zhuǎn)到打開(kāi)的狀態(tài)中。在閘門瓣208、210的打開(kāi)的狀態(tài)中，可以進(jìn)行耦聯(lián)單元100的第一傳輸機(jī)構(gòu)102與無(wú)菌單元400的第二傳輸機(jī)構(gòu)直接的耦聯(lián)。

在側(cè)壁的外側(cè)和無(wú)菌閘門200的端壁上構(gòu)成環(huán)繞的邊緣202，無(wú)菌的遮蓋的無(wú)菌膜片201與所述邊緣以合適的方式連接。

無(wú)菌單元400此外具有對(duì)置設(shè)置的卡鎖和操縱元件438、440，通過(guò)所述卡鎖和操縱元件，在無(wú)菌單元400與無(wú)菌閘門200連接時(shí)自動(dòng)進(jìn)行再次可脫開(kāi)的卡鎖連接。

圖4示出操縱臂16的一個(gè)區(qū)段，在其近中心的端部上，耦聯(lián)單元100通過(guò)伸縮布置結(jié)構(gòu)60連接。伸縮布置結(jié)構(gòu)60具有相對(duì)彼此可移動(dòng)的區(qū)段62、64、66并且在圖4中在伸出的狀態(tài)中示出。伸縮布置結(jié)構(gòu)60的區(qū)段62、64、66可以借助驅(qū)動(dòng)單元68縮入和伸出，從而外科儀器500的末端執(zhí)行器514可以沿儀器軸512的縱軸線510運(yùn)動(dòng)。操縱臂16具有多個(gè)相對(duì)彼此可運(yùn)動(dòng)的部段，其相對(duì)于彼此的位置可以改變。伸縮布置結(jié)構(gòu)60此外通過(guò)耦聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)59與操縱臂16的其他的部段可偏轉(zhuǎn)地連接，從而外科儀器500的儀器軸512的縱軸線510位置和定向在其定位方面、即不僅在其定向而且在其部位方面通過(guò)在操作控制臺(tái)42上的操作輸入可以改變。為了在手術(shù)前設(shè)置每個(gè)操縱臂16，耦聯(lián)單元100這樣定向，即，與耦聯(lián)單元100連接的外科儀器500的儀器軸512的縱軸線510延伸穿過(guò)要手術(shù)的病人18的計(jì)劃的或存在的身體開(kāi)口802并且穿過(guò)確定的目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。在圖4中，套管針800在身體進(jìn)入位置802上導(dǎo)入病人18的身體中，然后通過(guò)所述套管針，為了實(shí)施外科的手術(shù)，將外科儀器500的軸512的前面的部分與末端執(zhí)行器514一起引導(dǎo)直到目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。

在手術(shù)之前，操縱臂16與操縱臂16的耦聯(lián)單元100一起自動(dòng)或 通過(guò)操作人員這樣定向，使得其儀器軸512的縱軸線510延伸通過(guò)套管針800的開(kāi)口。在此，外科儀器500的末端執(zhí)行器514可以導(dǎo)入套管針800的開(kāi)口中，從而進(jìn)行縱軸線510到希望的或存在的身體進(jìn)入位置802上的中心的定向。此外操縱器的控制單元46和/或中央的控制單元40確定在儀器軸514的縱軸線510至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30之間的距離向量的量值，尤其是從縱軸線510至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的正交的距離向量的量值。在此可能的是，不僅相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的邊緣的距離向量的量值而且備選或附加地相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)目標(biāo)區(qū)域30的中點(diǎn)31的距離向量的量值被確定。

在本實(shí)施例中，縱軸線510延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31，從而距離向量的量值在本實(shí)施例中在縱軸線510和目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30之間為零，因?yàn)榭v軸線510通過(guò)延伸目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31的距離也為零，因?yàn)榭v軸線510延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31。當(dāng)正交的距離向量的量值低于第一值時(shí)，操作人員可以發(fā)出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第一信號(hào)。一旦距離向量的量值達(dá)到或低于第二值，則可以發(fā)出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)。第二值可以尤其是零，從而當(dāng)縱軸線510延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30或其中點(diǎn)31時(shí)，輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)。輸出的光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)也可以依賴于距離向量的確定的量值連續(xù)隨著距離的改變或以多個(gè)步驟改變，從而操作人員被聲學(xué)和/或光學(xué)地通知，縱軸線510與目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30是遠(yuǎn)離還是接近。要注意的是，操縱臂16定向期間或在用于機(jī)器人輔助的外科手術(shù)的裝置的設(shè)置過(guò)程中，僅儀器軸512的縱軸線510而不是儀器軸512本身引導(dǎo)通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30或具有側(cè)向的距離地在目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30旁邊引導(dǎo)經(jīng)過(guò)。

圖5示出按照?qǐng)D4的布置結(jié)構(gòu)，其中，伸縮布置結(jié)構(gòu)60的區(qū)段62至66區(qū)別于圖4在縮入的狀態(tài)中示出。操縱臂16在設(shè)置時(shí)優(yōu)選這樣定位，使得當(dāng)伸縮布置結(jié)構(gòu)60縮入時(shí)，外科儀器500的儀器軸512的末端執(zhí)行器514伸到導(dǎo)入病人18的身體中的套管針800中。在此，操縱臂16這樣定位，使得末端執(zhí)行器514優(yōu)選以在1cm至5cm的范 圍中、優(yōu)選在1.5cm和3cm之間的范圍中、尤其是2cm的長(zhǎng)度伸到套管針800中。

從在圖4中示出的位置出來(lái)，伸縮布置結(jié)構(gòu)60可以縮入，從而外科儀器500的末端執(zhí)行器514引導(dǎo)通過(guò)套管針800直至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。如在圖5中示出的，末端執(zhí)行器514也可以沿儀器軸512的縱軸線510的方向運(yùn)動(dòng)穿過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30和運(yùn)動(dòng)超出目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。

圖6在所述裝置或操縱器12的坐標(biāo)系X、Y、Z中示出儀器單元300的無(wú)菌單元400連同外科儀器500和目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的儀器軸512的示意圖。目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的空間的延伸借助適合的形成圖像的方法為具體的病人18確定并且可以在此作為簡(jiǎn)單的幾何體、如通過(guò)球或通過(guò)用于特別的外科的手術(shù)的具體的空間的延伸在病人18上確定的和/或限定的目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30通過(guò)許多坐標(biāo)確定。目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30可以對(duì)于病人18尤其是借助形成圖像的方法確定或在評(píng)估確定的圖像時(shí)自動(dòng)或由操作人員確定。作為形成圖像的方法可以使用X射線方法、計(jì)算機(jī)斷層成像方法、磁共振方法或另一個(gè)合適的方法。目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的外部尺寸在圖11中示出的二維的坐標(biāo)系26中通過(guò)沿X方向的坐標(biāo)x_Z1和x_Z3以及通過(guò)在X軸上的坐標(biāo)y_Z1和y_Z3確定。確定的目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31通過(guò)在X軸上的坐標(biāo)x_Z2和在Y軸上的y_Z2確定。以相同的方式，目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的空間的延伸在正交于圖平面延伸的Z軸上已知或確定。矢量V與儀器軸512的縱軸線510的交點(diǎn)的坐標(biāo)在圖6中以x_m、y_m、z_m表示。

如已經(jīng)解釋的那樣，操縱臂16與耦聯(lián)單元100一起在外科的手術(shù)之前在病人18上這樣定位，使得儀器軸512的縱軸線510穿過(guò)希望的身體開(kāi)口802并且縱軸線614延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。為了尤其是在操縱臂16和耦聯(lián)單元100的正確的定向時(shí)輔助操作人員，控制單元46確定縱軸線510和目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31之間與縱軸線510最短的三維的正交的距離向量V的量值。如果距離向量V的量值達(dá)到或低于第一值，則輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第一信號(hào)，如果其達(dá)到或低于第二值，則輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)，從而向手術(shù)人員給出關(guān) 于耦聯(lián)單元100的正確的定向的光學(xué)的和/或聲學(xué)的信息。由此實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的和舒適的可能性，即在真正的外科的手術(shù)之前在設(shè)置操縱器12和在定位操縱臂16a至16d時(shí)輔助操作人員。

圖7示出用于按照第一操作方式相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30定向與耦聯(lián)單元100連接的無(wú)菌單元400的示意圖。在該操作方式中，操縱臂16與耦聯(lián)單元100一起在第一步驟中這樣定向，使得儀器軸512的縱軸線510延伸通過(guò)套管針800的儀器導(dǎo)入開(kāi)口。在該定向中，距離向量V的量值大于預(yù)設(shè)的值，從而控制單元46產(chǎn)生控制信息，所述控制信息給出，縱軸線510不延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。然而距離向量V的量值這樣大，使得其超過(guò)預(yù)設(shè)的第一值，從而既不輸出光學(xué)的信號(hào)也不輸出聲學(xué)的信號(hào)。如果耦聯(lián)單元100與無(wú)菌單元400一起或與整個(gè)儀器單元300一起從位置P1沿箭頭A1的方向朝位置P2偏轉(zhuǎn)，則在目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31和儀器軸512‘的縱軸線510‘之間的距離向量V‘的量值小于預(yù)設(shè)的第一值，從而輸出聲學(xué)的第一信號(hào)和/或發(fā)射另一個(gè)頻譜和/或之前發(fā)射的光的子頻譜的光，從而操作人員由顏色變化可以簡(jiǎn)單地檢測(cè)到縱軸線510‘與目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的接近。然后耦聯(lián)單元100與無(wú)菌單元400‘一起從位置P2進(jìn)一步沿箭頭A2的方向偏轉(zhuǎn)，直至儀器軸512“達(dá)到位置P3，距離向量V‘的量值進(jìn)一步減少，直至其尤其是達(dá)到零值，從而達(dá)到或低于距離向量V‘的量值的預(yù)設(shè)的第二值。如果是這種情況，則輸出光學(xué)的和/或聲學(xué)的第二信號(hào)，通過(guò)所述信號(hào)，通知操作人員縱軸線510“相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30正確的定向。光學(xué)的第二信號(hào)可以相對(duì)于光學(xué)的第一信號(hào)具有不同的波長(zhǎng)譜或不同的波長(zhǎng)，從而操作人員通過(guò)顏色變化被通知操縱臂16的正確的定向。備選或附加地，光學(xué)的第二信號(hào)可以具有相對(duì)于光學(xué)的第一信號(hào)不同的閃光頻率。

因此在設(shè)置兩個(gè)界限值時(shí)，距離向量V的量值分別與這兩個(gè)界限值比較，可檢測(cè)三個(gè)狀態(tài)，從而已經(jīng)在接近目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30時(shí)可以將對(duì)應(yīng)的光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)輸出給操作人員并且在無(wú)菌單元400到目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30上的正確的定向時(shí)可以輸出另一個(gè)光學(xué)的和/或聲學(xué) 的信號(hào)給操作人員。在設(shè)置僅一個(gè)界限值時(shí)可以簡(jiǎn)單地區(qū)分兩個(gè)狀態(tài)，尤其是在目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30和縱軸線510之間存在距離，即縱軸線510不延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30，以及縱軸線510延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的狀態(tài)。

圖8示出用于按照第二操作方式相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30定向與操縱臂16連接的無(wú)菌單元400的示意圖，其中，區(qū)別于第一操作方式，儀器軸512的縱軸線510在第一步驟中這樣定向，使得其延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30并且為操作人員輸出對(duì)應(yīng)的光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)?？v軸線510相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的定向可以在此如在第一操作方式的步驟2中結(jié)合圖7解釋的那樣進(jìn)行。因此操作人員也可以在這里光學(xué)和/或聲學(xué)地被通知縱軸線510相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的距離和/或接近。如果縱軸線510延伸通過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30，如其對(duì)于儀器軸512在圖8中示出的那樣，則其沿箭頭A3的方向偏轉(zhuǎn)，直至儀器軸512‘的縱軸線510‘到達(dá)套管針800的儀器開(kāi)口上。

不同于結(jié)合圖7和8說(shuō)明的，輸出單元41、47和/或顯示單元44也可以只輸出一個(gè)光學(xué)的和/或聲學(xué)的信號(hào)或例如通過(guò)聲學(xué)的信號(hào)和/或光學(xué)的信號(hào)的脈沖序列通過(guò)脈沖寬度和/或脈沖持續(xù)時(shí)間向操作人員給出信息，即，相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30和/或相對(duì)于目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31的正交的距離向量V的量值有多大。

圖9示出包括四個(gè)身體開(kāi)口T1至T4的病人18的身體的一部分，分別一個(gè)套管針800a至800d導(dǎo)入所述身體開(kāi)口中。通過(guò)在進(jìn)入位置T1上導(dǎo)入的套管針800b，儀器單元300b的與操縱臂16b的耦聯(lián)單元100b連接的棒內(nèi)窺鏡導(dǎo)入病人18的身體中。通過(guò)在位置T2上導(dǎo)入病人18身體中的套管針800a，與操縱臂16a的耦聯(lián)單元100a連接的儀器單元300a的外科儀器500a導(dǎo)入病人18的身體中。通過(guò)在位置T3上導(dǎo)入的套管針800c，與操縱臂16c的耦聯(lián)單元100c連接的儀器單元300c的外科儀器500c導(dǎo)入病人18的身體中。通過(guò)在位置T4上導(dǎo)入病人18身體中的套管針800d，與操縱臂16d的耦聯(lián)單元100d連接的儀器單元300d的外科儀器500d導(dǎo)入病人18的身體中。

圖10示出按照第二實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)，包括帶有耦聯(lián)單元100的操縱臂16的近中心的端部和與耦聯(lián)單元100連接的儀器單元300，所述儀器單元包括操縱臂16的縮入的伸縮布置結(jié)構(gòu)60。按照?qǐng)D10至12的第二實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)與在圖4和5中示出的并且解釋的第一實(shí)施形式的區(qū)別僅在于，套管針保持部17固定地與操縱臂16連接。套管針保持部17具有連接元件19，用于連接套管針保持部17和套管針800。操縱臂16借助儀器單元300的定位和定向以如結(jié)合第一實(shí)施形式說(shuō)明的相同的方式進(jìn)行。具有相同的功能或相同的構(gòu)造的元件具有相同的附圖標(biāo)記。在圖11中示出按照?qǐng)D10的布置結(jié)構(gòu)，其中，操縱臂16的套管針保持部17與導(dǎo)入病人18中的套管針800連接并且伸縮布置結(jié)構(gòu)60具有伸出的狀態(tài)。儀器軸512以末端執(zhí)行器514大約2cm深地導(dǎo)入套管針800的儀器開(kāi)口中。

圖12示出按照?qǐng)D11的布置結(jié)構(gòu)，其示出在縮入的狀態(tài)中的伸縮布置結(jié)構(gòu)60。伸縮布置結(jié)構(gòu)60從在圖11中示出的伸出的位置運(yùn)動(dòng)到其在圖12中示出的縮入的位置中，而操縱臂16和套管針保持部17的定向沒(méi)有改變。在伸縮布置結(jié)構(gòu)60進(jìn)入和伸出時(shí)，通過(guò)耦聯(lián)單元100相對(duì)于伸縮布置結(jié)構(gòu)60的偏轉(zhuǎn)和伸縮布置結(jié)構(gòu)60相對(duì)于操縱臂16通過(guò)耦聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)59的偏轉(zhuǎn)進(jìn)行補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，從而外科儀器500在伸縮布置結(jié)構(gòu)60的縮入和伸出時(shí)可以精確地沿儀器軸512的縱軸線510運(yùn)動(dòng)。伸縮布置結(jié)構(gòu)60可以這樣遠(yuǎn)地縮入，直至外科儀器500的末端執(zhí)行器514到達(dá)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30或沿外科儀器500的縱軸線510的方向伸出超過(guò)目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30。

圖13示出按照第三實(shí)施形式的布置結(jié)構(gòu)，其包括具有耦聯(lián)單元100的操縱臂16的區(qū)段和內(nèi)窺鏡900。操縱臂16的伸縮布置結(jié)構(gòu)60在伸出的狀態(tài)中示出。具有外科儀器500的儀器單元300與耦聯(lián)單元100耦聯(lián)。也在第三實(shí)施形式中設(shè)置套管針保持部17，其將導(dǎo)入病人18身體中的套管針800與操縱臂16連接。然而在其他實(shí)施形式中也可以放棄套管針保持部17。內(nèi)窺鏡900是棒內(nèi)窺鏡。棒內(nèi)窺鏡900的成像光學(xué)裝置的至少一部分處于棒912中，所述棒的近中心的端部通 過(guò)套管針810通過(guò)第二身體開(kāi)口812導(dǎo)入病人18的身體中。借助棒內(nèi)窺鏡900獲取目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的至少一部分的圖像。棒內(nèi)窺鏡900具有頭部件910，通過(guò)所述頭部件，棒內(nèi)窺鏡900與系統(tǒng)10的操作控制臺(tái)42和/或顯示單元44為了機(jī)器人輔助的外科手術(shù)而連接。由此可以為操作人員、尤其是外科醫(yī)生在操作控制臺(tái)42或顯示單元44上顯示借助內(nèi)窺鏡900獲取的圖像。

通過(guò)頭部件910，棒內(nèi)窺鏡900也可以與尤其是另一個(gè)的操縱臂16的另一個(gè)耦聯(lián)單元100耦聯(lián)。通過(guò)虛線示意性地示出成像光學(xué)裝置的光路914。內(nèi)窺鏡900的成像光學(xué)裝置的光軸、即棒內(nèi)窺鏡900的光軸處于光路914的中心。棒內(nèi)窺鏡900的成像光學(xué)裝置的焦點(diǎn)以916表示。

在本實(shí)施例中，確定在外科儀器500的儀器軸512的縱軸線510相對(duì)于棒內(nèi)窺鏡900的成像光學(xué)裝置的焦點(diǎn)916之間的正交的距離向量V。焦點(diǎn)916因此作為目標(biāo)點(diǎn)起作用。確定的正交的距離向量V給出儀器軸512的縱軸線510相對(duì)于焦點(diǎn)916之間當(dāng)前的距離。帶有外科儀器500的操縱臂16的位置和定向的評(píng)估在此以如結(jié)合兩個(gè)第一實(shí)施形式結(jié)合圖4至12已經(jīng)解釋的相同的方式進(jìn)行。

在圖13中，儀器軸512的近中心的端部以末端執(zhí)行器514導(dǎo)入套管針800的儀器開(kāi)口中。優(yōu)選地，末端執(zhí)行器大約2cm深地伸到套管針800的儀器開(kāi)口中。在其他實(shí)施形式中，末端執(zhí)行器514的尖端也可以直到套管針800的近中心的端部導(dǎo)入其儀器開(kāi)口中或少于2cm地導(dǎo)入套管針800的儀器開(kāi)口中。伸縮布置結(jié)構(gòu)60在此處于伸出的狀態(tài)中。隨后與耦聯(lián)單元100耦聯(lián)的儀器單元300連同操縱臂16的部段的至少一部分的位置這樣改變，使得儀器軸512的縱軸線510直至預(yù)設(shè)的第一和/或第二距離值地接近作為目標(biāo)點(diǎn)起作用的焦點(diǎn)916，或如在圖14中示出的，儀器軸512的縱軸線510延伸通過(guò)焦點(diǎn)916。為此在圖14中，操縱臂的伸縮布置結(jié)構(gòu)60相對(duì)于在圖13中示出的位置借助耦聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)59偏轉(zhuǎn)。

在圖15中以縮入的伸縮布置結(jié)構(gòu)60示出按照?qǐng)D13和14的布置 結(jié)構(gòu)。通過(guò)伸縮布置結(jié)構(gòu)的縮入，末端執(zhí)行器514運(yùn)動(dòng)直至到棒內(nèi)窺鏡900的可見(jiàn)區(qū)域中和目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30中，并且可以在那里在目視檢查下被操縱和定位。通過(guò)所述操作方式因此可能的是，將要使用的外科儀器500的定位、即定向和位置已經(jīng)這樣預(yù)設(shè)，使得其被引導(dǎo)至目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30并且在那里可靠置于棒內(nèi)窺鏡900的觀察區(qū)域中。目標(biāo)點(diǎn)或目標(biāo)區(qū)域可以通過(guò)所述裝置的坐標(biāo)系X、Y、Z的坐標(biāo)x_z、y_z、z_z或通過(guò)病人坐標(biāo)系X‘、Y‘、Z‘的坐標(biāo)x‘_Z、y‘_Z、z’_Z確定并且需要時(shí)換算成分別其他坐標(biāo)系的坐標(biāo)。

在按照?qǐng)D4至12的第一和第二實(shí)施形式中也可以代替目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30確定目標(biāo)點(diǎn)、例如確定的目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的中點(diǎn)31或與另一個(gè)外科儀器900的位置相關(guān)的目標(biāo)點(diǎn)。也可以代替內(nèi)窺鏡900在第三實(shí)施形式中使用用于獲取目標(biāo)手術(shù)區(qū)域30的至少一部分的圖像的另一個(gè)形成圖像的系統(tǒng)。目標(biāo)區(qū)域然后與所述另一個(gè)形成圖像的系統(tǒng)的位置相關(guān)。目標(biāo)點(diǎn)尤其是在內(nèi)窺鏡或形成圖像的系統(tǒng)的成像光學(xué)裝置的焦深范圍中的點(diǎn)，例如成像光學(xué)裝置的焦點(diǎn)或在內(nèi)窺鏡900的焦點(diǎn)和近中心的端部之間的點(diǎn)。目標(biāo)區(qū)域可以備選或附加地通過(guò)圍繞點(diǎn)的距離確定。

附圖標(biāo)記列表

10 系統(tǒng)

12 操縱器

14 支架

16、16a至16d 操縱臂

17 套管針保持部

18 病人

19 連接元件

20 支架頭

24 支架腳

28 支架臂

30 目標(biāo)手術(shù)區(qū)域

31 目標(biāo)手術(shù)區(qū)域的中點(diǎn)

32 手術(shù)臺(tái)支柱

34 手術(shù)臺(tái)

36 手術(shù)臺(tái)的控制單元

38 病人支撐面

40 裝置的中央的控制單元

41 輸出單元

42 操作控制臺(tái)

44 顯示單元

46 操縱器的控制單元

47 輸出單元

59 耦聯(lián)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

60 伸縮布置結(jié)構(gòu)

62、64、66 伸縮布置結(jié)構(gòu)的區(qū)段

68 驅(qū)動(dòng)單元

100、100a至100d 耦聯(lián)單元

102 第一傳輸機(jī)構(gòu)

104 電的傳輸元件

106、108 電的觸點(diǎn)

109 光學(xué)的傳輸元件

110 平移的第一驅(qū)動(dòng)元件

112 平移的第二驅(qū)動(dòng)元件

114 旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)元件

116 旋轉(zhuǎn)的第二驅(qū)動(dòng)元件

120 耦聯(lián)傳感器

121 RFID讀取和寫(xiě)入單元

122、124 導(dǎo)向槽

123、125 導(dǎo)向槽的前面的端部

126 卡鎖凸起部

128 卡鎖元件

134 解鎖按鍵

200 無(wú)菌閘門

201 無(wú)菌膜片

202 連接邊緣

204、206 導(dǎo)向銷

208、210 閘門瓣

300、300a至300d 儀器單元

400、400a至400d，

400‘、400“ 無(wú)菌單元

438、440 卡鎖和操縱元件

494 RFID應(yīng)答器

500、500a至500d 外科儀器

510、510‘、510“ 縱軸線

512 儀器軸

514 末端執(zhí)行器

800 套管針

802 身體開(kāi)口

810 套管針

812 身體開(kāi)口

900 棒內(nèi)窺鏡

910 頭部件

912 棒

914 光路

916 焦點(diǎn)

A1至A3 運(yùn)動(dòng)方向

P1至P3 位置

T1至T4 計(jì)劃的身體開(kāi)口

V、V‘ 距離向量

x_Z、y_Z、z_Z 在裝置的坐標(biāo)系中的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)

X、Y、Z 裝置的坐標(biāo)系

X‘、Y‘、Z‘ 病人坐標(biāo)系

x’_z、y’_z、z’_z 在病人坐標(biāo)系中的目標(biāo)區(qū)域的坐標(biāo)