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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6804877
(24)【登録日】2020年12月7日
(45)【発行日】2020年12月23日
(54)【発明の名称】ロボット支援手術のための装置
(51)【国際特許分類】
A61B 34/30 20160101AFI20201214BHJP
A61B 90/50 20160101ALI20201214BHJP
B25J 15/04 20060101ALI20201214BHJP
【ＦＩ】
A61B34/30
A61B90/50
B25J15/04 A
【請求項の数】7
【外国語出願】
【全頁数】23
(21)【出願番号】特願2016-116442(P2016-116442)
(22)【出願日】2016年6月10日
(65)【公開番号】特開2017-772(P2017-772A)
(43)【公開日】2017年1月5日
【審査請求日】2019年5月15日
(31)【優先権主張番号】10 2015 109 371.5
(32)【優先日】2015年6月12日
(33)【優先権主張国】DE
(73)【特許権者】
【識別番号】515168857
【氏名又は名称】アヴァテラメディカル ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100068021
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
(72)【発明者】
【氏名】マルセル・ジーベル
【審査官】
小河 了一
(56)【参考文献】
【文献】
特開平０８−２１５２１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−００７０４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−２２４５２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００４−２２３１２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−０２９２３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００７−１６７６４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５３３０６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２００２−５１０９９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
国際公開第２００９／１５４０８１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】
米国特許出願公開第２０１０／００７６３０５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開２０１０−２００８９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｂ ３４／３０
Ａ６１Ｂ ３４／２０
Ａ６１Ｂ ９０／１３
Ａ６１Ｂ ９０／５０
Ｂ２５Ｊ １５／０４
Ｂ２５Ｊ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロボット支援手術のための装置であって、
器具軸（５１２）を備える手術器具（５００）を有する器具ユニット（３００）であって、前記器具軸（５１２）の近位端が患者（１８）の身体オリフィス（８０２）を通じて前記装置の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標（ｘZ，ｙZ，ｚZ）によって定義された目標領域（３０，３１，９１６）に通過可能である器具ユニット（３００）と、
マニプレータアーム（１６）の少なくとも１つの連結ユニット（１００）であって、前記連結ユニット（１００）に前記器具ユニット（３００）を任意に接続可能である連結ユニット（１００）と、
前記器具ユニット（３００）が前記連結ユニット（１００）に接続された時に、前記手術器具（５００）の前記器具軸（５１２）の長手軸（５１０）に垂直であり、前記長手軸（５１０）と前記座標（ｘZ，ｙZ，ｚZ）によって定義された前記目標領域（３０，３１，９１６）との間の距離ベクトル（Ｖ）を測定し、測定された前記距離ベクトル（Ｖ）の量が、第１の設定値を有するか、及び／又は前記第１の設定値未満に下がる時に、第１の制御情報を生成する制御ユニット（４０，４６）であって、前記第１の制御情報に依存して信号を出力する出力ユニット（４１，４７）を含む制御ユニット（４０，４６）と、
を含むことを特徴とする装置。
器具軸（５１２）を備える手術器具（５００）を有する器具ユニット（３００）であって、前記器具軸（５１２）の近位端が患者（１８）の身体オリフィス（８０２）を通じて前記装置の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標（ｘZ，ｙZ，ｚZ）によって定義された目標領域（３０，３１，９１６）に通過可能である器具ユニット（３００）と、
マニプレータアーム（１６）の少なくとも１つの連結ユニット（１００）であって、前記連結ユニット（１００）に前記器具ユニット（３００）を任意に接続可能である連結ユニット（１００）と、
前記器具ユニット（３００）が前記連結ユニット（１００）に接続された時に、前記手術器具（５００）の前記器具軸（５１２）の長手軸（５１０）に垂直であり、前記長手軸（５１０）と前記座標（ｘZ，ｙZ，ｚZ）によって定義された前記目標領域（３０，３１，９１６）との間の距離ベクトル（Ｖ）を測定し、測定された前記距離ベクトル（Ｖ）の量が、第１の設定値を有するか、及び／又は前記第１の設定値未満に下がる時に、第１の制御情報を生成する制御ユニット（４０，４６）であって、前記第１の制御情報に依存して信号を出力する出力ユニット（４１，４７）を含む制御ユニット（４０，４６）と、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項2】
前記制御ユニット（４０，４６）は、測定された前記距離ベクトル（Ｖ）の量が、第２の設定値を有するか、及び／又は前記第２の設定値未満に下がる時に、少なくとも第２の制御情報を生成し、
前記出力ユニット（４１，４７）は、信号を出力する
請求項１に記載の装置。
前記出力ユニット（４１，４７）は、信号を出力する
請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記出力ユニット（４１，４７）は、前記第１の制御情報に基づいて第１の音響信号及び／又は第１の光信号を出力するか、及び／又は前記第２の制御情報に基づいて第２の音響信号及び／又は第２の光信号を出力する
請求項２に記載の装置。
請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記第１の音響信号は、上昇トーン及び下降トーン又は第１の反復率を備えるトーンシーケンスであり、
前記第２の音響信号は、連続トーンである
請求項３に記載の装置。
前記第２の音響信号は、連続トーンである
請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記第１の光信号は、第１の点滅率を備える点滅光信号であり、
前記第２の光信号は、第２の点滅率（例えば、ゼロ）を備える光信号である
請求項３又は４に記載の装置。
前記第２の光信号は、第２の点滅率（例えば、ゼロ）を備える光信号である
請求項３又は４に記載の装置。
【請求項6】
前記目標領域は、目標手術領域（３０）、目標手術領域（３０）の中央（３１）、又は別の手術器具（９００）の位置によって定義される
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【請求項7】
前記目標領域は、前記患者（１８）の身体に少なくとも部分的に挿入された内視鏡（９００）又は少なくとも目標手術領域（３０）の詳細な画像を取り込むための別の画像処理システムの画像化光学系の光軸及び／又は焦点（９１６）によって定義される
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
請求項１乃至５の何れか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロボット支援手術のための装置の座標系におけるマニプレータアームの位置調整を支援する、ロボット支援手術のための装置及び方法に関する。装置は、器具軸を備える手術器具を含む器具ユニットを有する。器具軸の近位端は、患者の身体オリフィスを通じて目標領域に通過可能である。器具ユニットは、装置のマニプレータアームに接続可能である。
【背景技術】
【0002】
低侵襲手術においては、所謂、テレマニプレータシステムは、ロボット支援システム又は一般にロボット支援手術のための装置と指称され、漸増的に使用される。ロボット支援手術のための装置によって、手術器具は、ユーザ入力に基づいてそれらの位置と方向とが制御される。手術器具は、更に、手術器具の所望の動作と共に手術器具の稼働中の位置調整と方向調整とを実行することができるように、機械的、電気的、及び／又は光学的にテレマニプレータシステムに連結される。このために、手術器具は、エンドエフェクタを備える器具の他に操作されるべき内視鏡と医療装置とを含み、連結ユニットとして設計されると共に殺菌ユニットとも指称される連結インタフェースを有する。ロボット支援手術のための装置は、更に、少なくとも１つのマニプレータアームを有し、連結ユニットが提供される近位端においては、マニプレータアームと手術器具との間の機械的連結、電気的連結、及び／又は光学的連結を可能にするために、殺菌ユニットが接続可能である。
【0003】
マニプレータアームとマニプレータアームの連結ユニットとが殺菌されず、手術器具が殺菌された装置が知られている。殺菌された手術現場は、殺菌カバーによってテレマニプレータシステムの無殺菌エレメントに対して保護される。この殺菌カバーは、マニプレータアームの連結ユニットと手術器具の殺菌ユニットとの間に提供される殺菌ロックを含む。そのような殺菌ロックは、マニプレータアームから器具ユニットの殺菌ユニットを分離した後に、マニプレータアームの連結ユニットの無殺菌連結エレメントの殺菌カバーを可能にする。殺菌ロックを備えるそのような配置は、例えば、独国特許出願第１０２０１４１１７４０７．０号明細書と独国特許出願第１０２０１４１１７４０８．９号明細書とによって知られている。
【0004】
更に、米国特許第７６６６１９１号明細書によって無殺菌マニプレータアームが殺菌ドレープによって覆われたテレマニプレータシステムが知られている。マニプレータアームの連結ユニットは、殺菌ドレープに統合された殺菌アダプタの第１の側に連結された４つの回転アクチュエータを含む。マニプレータアームの連結ユニットと手術器具の殺菌ユニットとの間に相互に接続されたこの殺菌アダプタは、４つの統合回転自在マウント伝達手段を含む。
【0005】
独国特許出願公開第１０２４２９５３号明細書によって、画像化法によって患者の身体のデータセットを作成すると共にそれを座標系において表現することが知られている。更に、１つの面に存在しない３つの基準点が座標系に関連付けられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ロボット支援手術のための既知の装置を設定する時に、手術台に横たわる患者に関して手術器具の入口点が測定され、それに基づいて、マニプレータアームに連結された、器具先端を備える手術器具が測定された入口点に対して方向調整される。目標手術領域に対する器具の方向調整は、ユーザによって彼又は彼女の豊富な経験に基づいて行われる。技術の監視又は目標手術領域に対する手術器具のマニプレータアームの方向調整の可能性のある管理は、技術的現状において提供されない。
【0007】
本発明は、内視鏡を含む手術器具を意図された目標領域に対して容易に方向調整することが可能であるロボット支援手術のための装置及び方法を規定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置と独立した方法請求項の特徴を有する方法とによって解決される。本発明の他の実施の形態は、従属項において規定される。
【0009】
ロボット支援手術のための創造性のある装置は、手術器具を含む器具ユニットを有し、その近位端は、装置の座標系の座標によって定義された目標領域に患者の身体オリフィスを通じて通過可能である。
【0010】
装置は、器具ユニットが接続可能である少なくとも１つのマニプレータアームを含む。装置は、器具ユニットがマニプレータアームに接続された時に、器具軸の長手軸に垂直であり、座標によって定義された長手軸と目標領域との間の距離ベクトルを測定すると共に、測定された距離ベクトルの量が第１の設定値を有するか、及び／又は第１の設定値未満に下がる時に第１の制御情報を生成し、好ましくは、出力する制御ユニットを含む。
【0011】
マニプレータアームに接続された器具ユニットが装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの座標ｘZ，ｙZ，ｚZによって定義された目標領域と共に手術されるべき患者の身体の意図された入口点に対しても正しい位置に存在するように、ロボット支援手術のためのそのような装置によってマニプレータアームを簡単に位置調整することができる。位置は、特に、器具ユニットの手術器具の器具軸の長手軸の位置と方向と含む。
【0012】
その結果として、患者の手術に先立ってロボット支援手術のための装置のマニプレータアームを容易に方向調整することが可能である。これは、医師がマニプレータアームの位置調整と方向調整とを行う必要は無く、適切なスタッフによって行うことができることを可能にする。医師は、単に器具ユニットの位置を点検する責任を負う。本発明の感覚における手術器具は、特に、ロッド内視鏡、又はエンドエフェクタを備える手術器具等の内視鏡である。
【0013】
測定された距離ベクトルの量が第２の設定値を有するか、又は第２の設定値未満に下がる時は常に、制御ユニットが少なくとも第２の制御情報を生成し、好ましくは、出力する場合に有利である。従って、第２の制御情報によって目標領域に対する器具ユニットの器具軸の長手軸の位置の正しい方向を示すことができる。
【0014】
好ましくは、第２の設定値は、手術器具の長手軸が目標領域を貫通するように、ゼロであるか、又はゼロに近い値である。その結果として、マニプレータアームを手術器具の長手軸に対する空間における位置と方向とに対して特に容易に位置調整することが可能である。
【0015】
垂直距離ベクトルの測定量は、好ましくは、長手軸と目標領域との間の最短の垂直距離ベクトルの量である。
【0016】
更に、装置が、第１の制御情報に基づいて第１の音響信号及び／又は第１の光信号を出力し、及び／又は第２の制御情報に基づいて第２の音響信号又は第２の光信号のみを出力する出力ユニットを有する場合に有利である。光信号及び／又は音響信号によって、手術に先立ってマニプレータアームの正しい位置調整が容易に支援されるように、正しい方向又はマニプレータアームに接続された器具ユニットの未修正の方向に関してユーザに容易に通知することができる。
【0017】
更に、第１の音響信号が上昇及び下降トーン又は第１の反復率のトーンシーケンスであると共に第２の音響信号が連続トーンである場合に有利である。トーンシーケンスは、好ましくは、幾つかの同一トーンを含む。目標領域に対する接近又は目標領域からの距離に関して反復率によって音響的にユーザに通知されるように、距離ベクトルの測定量の減少と共に反復率を増加させることができる。
【0018】
音響信号は、制御ユニット又は制御パネルにおいて出力することができる。
【0019】
代わりに又は更に、第１の光信号は、第１の点滅率の点滅光信号であることができ、第２の光信号は、連続光信号であることができる。ここで、第１の光信号の光と第２の光信号の光は、同一波長又は同一波長スペクトルを有することができる。点滅信号は、特に、パルス光線によって生成することができる。連続光信号は、特に、連続光線によって生成することができる。点滅率は、目標領域に対する距離ベクトルの量の減少と共に増加し、目標領域に対する距離ベクトルの量の増加と共に低下することができる。光信号は、制御ユニット又は制御パネルにおいて出力することができる。
【0020】
代わりに又は更に、第１の光信号を生成するために、第１の波長を有する光が放射され、第２の光信号を生成するために、第１の波長と異なる第２の波長を有する光が放射される場合に有利である。光信号を生成するために、可視領域の波長を有する光が使用される。好ましくは、第１の波長の光は、赤色光であり、第２の波長の光は、緑色光である。このように、ユーザは、光信号によって容易に直観的に知覚することができるマニプレータアームの位置と方向とに関する情報を得る。光信号は、制御ユニット又は制御パネル、特に、スクリーンにおいて出力することができる。
【0021】
更に、器具ユニットがマニプレータアームの連結ユニットに接続された殺菌ロックを通じてマニプレータアームに接続可能である場合に有利である。この殺菌ロックを通じて、殺菌領域からの無殺菌連結ユニットの殺菌分離を行うことができる。殺菌ロックに器具ユニットの殺菌ユニットを連結する時に、殺菌ユニットのエレメントと連結ユニットのエレメントとの間の直接接続を確立することができるように、殺菌ロックの殺菌フラップは、好ましくは、開放される。好ましくは、殺菌ユニットは、殺菌ロックに殺菌ユニットを接続する時に、連結ユニットと殺菌ユニットとの間の伝達エレメント、特に、機械的駆動エレメントの間の直接接続が可能であるように開放される殺菌フラップを有する。殺菌ロックから殺菌ユニットを分離した後に、殺菌ユニットの伝達エレメントと連結ユニットの伝達エレメントの両方が殺菌方式によって覆われるように、ロックフラップと殺菌フラップの両方が再び閉鎖される。
【0022】
第２の態様は、患者の目標領域の座標ｘZ，ｙZ，ｚZが決定される、ロボット支援手術のための装置の座標系において、マニプレータアームを位置調整する方法に関する。特に、患者の手術の準備中に、ロボット支援手術のための装置のマニプレータアームを位置調整するために、マニプレータアームの連結ユニットに器具ユニットが接続される。器具ユニットは、手術器具を含む。手術器具の長手軸は、特に、手術器具の器具軸の長手軸である。マニプレータアームに器具ユニットを接続する時に、長手軸に垂直であり、長手軸と座標ｘZ，ｙZ，ｚZによって定義された目標領域との間の距離ベクトルの量が制御ユニットによって測定される。測定量が第１の設定値を有するか、及び／又は第１の設定値未満に下がる時に、第１の光信号及び／又は第１の音響信号が出力される。従って、意図された、特に、既に印付けされるか、又は既存の手術中の患者の身体オリフィスと目標領域の両方を手術器具の長手軸が貫通することが保証される。その結果として、マニプレータアームを容易に直観的に正しく位置調整すること、特に、手術中にロボット支援手術のための装置を準備することが可能である。このために、特別に訓練された医療スタッフは不要であり、特に、医師は不要である。
【0023】
更に、距離ベクトルの測定量が第２の設定値を有するか、又は第２の設定値未満に下がる時は常に、第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力される場合に有利である。好ましくは、この第２の設定値は、ゼロである。
【0024】
意図された、特に、印付けされるか、又は既存の手術中の患者の身体オリフィスを器具軸の長手軸が貫通するように、マニプレータアームは、好ましくは、手動で方向調整される。このために、器具は、器具先端、特に、エンドエフェクタが身体オリフィスを指し示すか、又は身体オリフィスに挿入されたトロカールに挿入されるように方向調整することができる。更に、マニプレータアームは、第１の光信号及び／又は第１の音響信号及び／又は第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力されるように方向調整される。
【0025】
器具軸点の近位端が意図されるか、又は既存の手術中の患者の身体オリフィスを指し示し、これにより、器具軸の長手軸が意図されるか、又は既存の身体オリフィスを貫通するように、マニプレータアームが第１のステップにおいて方向調整される場合に有利である。マニプレータアームは、第２のステップにおいて、第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力されるように、制御ユニットによって測定され、意図されるか、又は既存の手術中の患者の身体オリフィスを貫通する長手軸と座標によって定義された目標領域との間の距離が、第２の設定距離を有するか、又は第２の設定距離未満に下がるように移動される。このために、マニプレータアームは、装置自体によって自動又は手動で移動される。同様に、方向調整移動の一部を装置自体によって自動で行うことができ、方向調整移動の一部をユーザによって手動で行うことができる。
【0026】
代わりに、マニプレータアームは、第１のステップにおいて、制御ユニットによって測定され、長手軸と目標領域の座標ｘZ，ｙZ，ｚZとの間の距離ベクトルの量が、第２の設定距離を有するか、又は第２の設定距離未満に下がるように方向調整することができる。マニプレータアームは、第２のステップにおいて、長手軸が意図されるか、又は既存の、特に、印付けされた手術中の患者の身体オリフィスを貫通するように方向調整されると共に、長手軸が目標領域に方向調整され続ける。ここで、マニプレータアームは、第１のステップ及び／又は第２のステップにおいて、装置自体によって自動で、及び／又はユーザによって手動で移動させることができる。
【0027】
独立項と従属項とによる本発明の目的のために示された解決策によって、ロボット支援手術のための装置のマニプレータアームの手動及び／又は自動事前位置調整によって、器具ユニットの最適事前位置調整を達成することが可能である。
【0028】
マニプレータアームは、連結ユニットを伸縮自在配置の伸縮自在軸の方向に移動させるための伸縮自在配置を有することができる。伸縮自在軸は、器具軸が伸縮自在配置の伸張中と収縮中とにその伸張された長手軸に沿って移動するように、器具軸の長手軸に平行に延びる。
【0029】
示された解決策によって、ユーザは、器具軸の長手軸の位置調整（部位の所望の入口点に器具先端を指し示す）と方向調整とが同時に成功裡に設定されたか否か（光信号の対応色、例えば、緑、及び／又は音響信号の対応トーン）を認識する。この位置においては、部位に挿入されたトロカールは、このために任意に提供されたマニプレータアームの連結インタフェースに最善の方法で接続することができる。如何なる場合においても、この位置のマニプレータアームは、意図された手術のための最善の初期位置に存在する。
【0030】
好ましくは、患者の解剖に関係のある領域、特に、目標領域は、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zによって定義される。患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標原点は、例えば、横断面と共に背部に位置する前面を備える中央面の交差点において定義することができる。患者の座標系の座標は、装置のエレメントの座標ｘ，ｙ，ｚを患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標ｘ’，ｙ’，ｚ’に容易に変換することができると共に、目標領域の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Z等の患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標ｘ’，ｙ’，ｚ’を装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの座標ｘZ，ｙZ，ｚZに容易に変換することができるように、ロボット支援手術のための装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚに宛がわれた既知の関係にある。
【0031】
例えば、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の目標領域の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zは、患者を手動で、例えば、巻尺によって計測することによって測定することができる。ここで、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の目標領域の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zをセンチメートル単位で正確に決定することとそれらを装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの座標ｘZ，ｙZ，ｚZに変換することは、手術器具を十分に適切に位置調整すると共に方向調整することができるように倍の十分精度を提供する。代わりに、目標領域の計測は、装置の座標系の座標ｘZ，ｙZ，ｚZにおいて直接に行うことができる。
【0032】
更に、コンピュータ断層撮影法又は磁気共鳴断層撮影法等の近代の画像化法は、装置の座標系の座標に基づいて、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標をより正確に決定するデータを提供することが可能である。
【0033】
器具ユニットの軸は、好ましくは、マニプレータアームの伸縮自在配置の伸張状態において、部位に挿入されたトロカールに器具軸の近位端が凡そ１ｃｍから５ｃｍまでの限られた長さだけ挿入される長さを有する。この状態においては、マニプレータアームに任意に存在しているトロカールホルダをトロカールに接続することができる。伸縮自在配置の収縮状態においては、器具軸の近位端が目標領域を通って移動される。マニプレータアームのそのような方向調整によって、トロカールホルダは、器具軸の近位端がトロカールに挿入される時に、トロカールに接続するために言わば自動で正しく位置調整される。
【0034】
特に、コンピュータ断層撮影法又は磁気共鳴断層撮影法によって、手術前に測定された目標領域のデータと組み合わせて、目標領域に対する器具軸の長手軸の伸張の位置は、ユーザの視界内にマウントされた追加モニタ上に、先に記載されたアプローチに従って器具ユニットによる設定中とドッキング操作中とに示すことができる。このために、好ましくは、器具軸の長手軸に垂直である面は、患者のＣＴデータセット及び／又はＭＲＴデータセットによって示される。ＣＴデータセット及び／又はＭＲＴデータセットによる面は、目標手術領域を貫通する。従って、ユーザは、意図された手術のためにロボット支援手術のための装置のマニプレータアームを最善の方法で設定することができるように、手術器具の長手軸と目標領域との間の距離に関する音響情報と光情報の他にも、更なる判断ツールを与えられる。ロボット支援手術のための装置は、好ましくは、幾つかの、特に、４つ又は５つのマニプレータアームを有し、好ましくは、その１つが内視鏡に接続され、他のマニプレータアームが手術を行うためのエンドエフェクタを備える手術器具を有する器具ユニットに接続される。特に、エンドエフェクタを備えるこれらの手術器具を有する器具ユニットのために提供されたマニプレータアームは、好ましくは、手術のために必要とされる操作を続けて実行するために、創造性のあるアプローチによって連続的に位置調整されると共に方向調整される。目標領域の座標は、好ましくは、マニプレータアームを設定するために関連する目標領域が空間ディメンションを有するか、又は点によって定義されることができるように、空間領域を示すことができる。同様に、各手術器具のために個別の目標領域を提供することができ、目標領域は、少なくとも部分的に相互に重複するかもしれない。
【0035】
ロボット支援手術のための装置の制御ユニットは、特に、患者の座標系及び／又は装置の座標系における目標領域の座標を入力すると共に記憶し、マニプレータアームのセグメントの位置から挿入されるべき器具の方向調整を計算し、状態（消灯、緑色光のみを点灯、赤色光のみを点灯）、又は状態（白色光を点灯、緑色光のみを点灯、赤色光のみを点灯）、及び／又は状態（消音、第１のトーンシーケンス、第２のトーンシーケンス）等を出力することによって光信号及び／又は音響信号を出力する役割を果たす。
【0036】
第１のステップにおいてマニプレータアームに提供されたトロカールホルダが患者の身体に挿入されたトロカールに接続される場合に特に有利である。第２のステップにおいては、器具ユニットがマニプレータアームの連結ユニットに接続され、器具ユニットの手術器具の器具軸の近位端又は先端がトロカールの開口に挿入される。連結ユニットに器具ユニットを接続した後に、手術器具の器具軸の長手軸に垂直であり、この長手軸と座標によって定義された目標領域との間の距離ベクトルが、好ましくは、制御ユニットによって測定され、測定された距離ベクトルの量が第１の設定値を有するか、及び／又は第１の設定値未満に下がる時に、第１の制御情報が生成される。第１の制御情報に依存して、好ましくは、光信号及び／又は音響信号が出力ユニットによって出力される。
【0037】
代わりのアプローチにおいては、第１のステップにおいて、器具ユニットをマニプレータアームの連結ユニットに接続することができ、第２のステップにおいて、マニプレータアームのトロカールホルダを患者の身体に挿入されたトロカールに接続することができ、トロカールホルダをトロカールに接続する時に、器具ユニットの手術器具の器具軸の先端がトロカールの開口に挿入される。その後は、第３のステップにおいて、器具軸の長手軸と座標によって定義された目標領域との間の先に記載された距離ベクトルが測定され、測定された距離ベクトルの量が及び／又は第１の設定値を有するか、第１の設定値未満に下がる時に、第１の制御情報が生成される。
【0038】
全ての先に記載されたアプローチにおいては、手術領域のスタッフ、特に、補助スタッフは、既にトロカールを越えて患者の身体に挿入されている器具を伴わずに、各手術のための手術器具の最適方向調整において支援される。
【0039】
測定された距離ベクトルの量が第１の設定値よりも高い時に、追加制御情報を出力することができる。この追加制御情報に依存して、長手軸が目標領域から相対的に離れていることがユーザに通知されるように、対応する追加信号又は代替信号を出力することができる。
【0040】
連結ユニットに接続された器具ユニットの方向及び／又は位置の変化は、器具軸と目標領域との間の距離が変更されるように、マニプレータアームの手動移動によって行うことができる。出力される音響信号及び／又は光信号の周波数が距離ベクトルの大小を示す場合に特に有利である。距離ベクトルの量が第２の設定値に到達するか、又は第２の設定値未満に下がる時に、目標領域に対する器具軸の最適方向を示す第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力される。
【0041】
目標領域は、特に、目標手術領域である。代わりに又は更に、目標領域は、目標手術領域の中央点又は別の手術器具の位置に依存する点等の目標点によって定義することができる。他の手術器具が、既に患者の身体に少なくとも一部が挿入されたロッド内視鏡等の内視鏡、又は少なくとも目標手術領域の詳細な画像を取り込むための別の画像処理システムである時に、目標領域が内視鏡又は他の画像処理システムの位置に依存する場合に有利である。例えば、目標領域は、内視鏡の光学エレメントの光軸又は他の画像処理システムの光学エレメントの光軸上の点によって定義することができる。目標点は、特に、被写界深度の点、例えば、焦点、又は焦点と内視鏡の近位端との間の点である。
【0042】
他の画像処理システムは、特に、不可視光に基づいた光学システム、特に、Ｘ線システム、コンピュータ断層撮影システム、磁気共鳴断層撮影システム、又は別の適切な画像処理システムであることができる。
【0043】
一般に、患者に面する任意のエレメントの端が近位端として考慮される。一般に、患者から見て外方に面する任意のエレメントの端が遠位端として考慮される。
【0044】
他の特徴と利点は、添付された図面に関連する実施の形態に基づいて本発明について詳細に説明する以下の明細書からもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図10】図１０は、連結ユニットを備えるマニプレータアームの一部と、トロカールホルダを備える第２の実施の形態に従ったマニプレータアームの収縮された伸縮自在配置を備える連結ユニットに接続された器具ユニットと、を備えた配置を示す。
【発明を実施するための形態】
【0046】
図１は、マウント１４と４つのマニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄを有するマニプレータ１２を備えるロボット支援手術のためのシステム１０の概略側面図を示す。マニプレータ１２は、一般に、ロボット支援手術のための装置とも指称される。システム１０は、手術台３４に配置された患者１８に手術を実行する役割を果たす。患者１８の解剖と実行されるべき手術とに基づいて、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の目標手術領域３０の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zが決定され、これらの座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zが事前設定によって記憶される。マニプレータ１２は、装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚを有し、その座標原点は、マニプレータ１２のマウント１４のマウントベース２４に配置される。マウント１４は、Ｌ字形状のマウントアーム２８を有し、そのマウントベース２４から遠い端には、マウントヘッド２０を通じてマニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄが接続される。
【0047】
手術台３４は、手術台３４の制御ユニット３６が配置されると共に幾つかのセグメントを含む患者支持面３８が配置される手術台支柱３２を有する。制御ユニット３６は、手術台３４のエレメントの移動を制御する、特に、手術台支柱３２の長さを調整し、これにより、患者支持面３８の高さを調整し、患者支持面３８のチルト及びスイングと共に各セグメントを調整する役割を果たす。好ましくは、しかしながら、手術台３４のセグメントの調整は、マニプレータ１２によって手術中に阻止される。システム１０は、更に、中央制御ユニット４０と共にマニプレータ１２の制御ユニット４６を含み、中央制御ユニット４０は、データラインを介してマニプレータ１２の制御ユニット４６と手術台３４の制御ユニット３６とディスプレイユニット４４を備える制御パネル４２とに接続される。中央制御ユニット４０は、出力ユニット４１を有し、制御ユニット４６は、出力ユニット４７を有し、それらによって光信号及び／又は音響信号を夫々出力することができる。
【0048】
患者支持面３８の表面は、患者１８が仰向けで配置される前面を形成する。更に、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標原点を通じて横断面が座標軸Ｘ’，Ｚ’に位置する。更に、座標原点を通じて中央面が座標軸Ｚ’，Ｙ’に位置する。
【0049】
装置１２の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚに対する患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の位置が既知であるため、患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における目標手術領域３０の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zが既知であり、それらは、マニプレータ１２によって手術を実行するために、マニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄとマニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄに接続された器具ユニットの制御において容易に考慮することができ、特に、装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの座標ｘZ，ｙZ，ｚZに変換することができる。
【0050】
目標手術領域３０の中央の座標ｙ’Z，ｚ’Zの位置は、目標座標領域３０を貫通する破線によって座標軸Ｙ’，Ｚ’に関連して図１に示される。
【0051】
図２は、図１に従ったシステム１０の概略正面図を示す。マニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄの近位端には、１つの連結ユニット１００ａ乃至１００ｄが配置され、その夫々に手術を実行するための１つの器具ユニット３００ａ乃至３００ｄが接続される。器具ユニット３００ａ乃至３００ｄの各手術器具の器具軸は、連結ユニット１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄと連結ユニット１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄに接続されると共に図３に図示された器具ユニット３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄの殺菌ユニット４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄとから目標手術領域３０まで延びる図２の破線によって示される。破線は、長手軸又は器具軸の伸張された長手軸を示す。目標手術領域３０を貫通すると共に座標軸Ｘ’，Ｚ’に平行に延びる破線によって、座標軸Ｘ’，Ｚ’に関連する、目標手術領域３０の中央３１の座標ｙ’Z，ｚ’Zが示される。
【0052】
以下においては、殺菌ロック２００ａを介したマニプレータアーム１６ａの連結ユニット１００ａに対する器具ユニット３００ａの連結は、マニプレータアーム１６ａに関連して記載される。記述は、同様に、他のマニプレータアーム１６ｂ乃至１６ｄと殺菌ロック２００ｂ乃至２００ｄを介してこれらのマニプレータアーム１６ｂ乃至１６ｄに接続された器具ユニット３００ｂ乃至３００ｄとに適用する。単純化のために、引用符号数字は、各マニプレータアームを識別するために使用された小文字を使用せずに以下において使用される。
【0053】
図３は、マニプレータアーム１６の連結ユニット１００と、殺菌ロック２００と、殺菌ユニット４００とエンドエフェクタ５１４を有する手術器具５００とを備える器具ユニット３００と、を示す。連結ユニット１００と殺菌ロック２００と器具ユニット３００は、連結ユニット１００に対する殺菌ロック２００の接続と後の殺菌ロック２００に対する殺菌ユニット４００の接続に先立って示される。殺菌フォイル２０１として設計されたフレキシブル殺菌シートは、殺菌フォイル２０１が殺菌ロック２００と共に、殺菌手術領域に突き出るマニプレータアーム１６の領域の周囲に閉鎖された殺菌カバーを形成するように、クランプ、接着剤、面ファスナー、及び／又は溶接等の適切な接続を介して殺菌ロック２００の円周接続リム２０２に沿って殺菌ロック２００に接続される。
【0054】
より良い図示のために、殺菌ロック２００の周囲の殺菌フォイル２０１の詳細のみが図３において図示される。以下の図においては、殺菌フォイル２０１は、部分的に図示されない。
【0055】
連結ユニット１００に殺菌ユニット４００を連結するために、殺菌ロック２００は、殺菌ユニット４００と連結ユニット１００との間に配置されると共に、連結ユニット１００に対する殺菌ユニット４００の連結状態において連結ユニット１００の第１の伝達手段１０２と殺菌ユニット４００の図示しない第２の伝達手段との直結を可能にする。
【0056】
本実施の形態においては、機械エネルギと電気エネルギの両方は、第１の伝達手段１０２によって連結ユニット１００と殺菌ユニット４００との間で伝達される。このために、連結ユニット１００の第１の伝達手段１０２は、例えば、少なくとも４つの機械的駆動エレメント１１０乃至１１６を有し、殺菌ユニット４００の第２の伝達手段４０６は、駆動エレメント１１０乃至１１６に対して相補的な４つの従動エレメントを有する。更に、第１の伝達手段１０２は、２つの電気接点１０６，１０８を備える電気的伝達エレメント１０４を有し、第２の伝達手段は、第１の伝達手段１０２の電気的伝達エレメント１０４に対して相補的な電気的伝達エレメントを有する。
【0057】
第１の伝達手段１０２は、更に、光及び／又は光信号を伝達するための光学的伝達手段１０９を含む。第１の伝達手段１０２の駆動エレメントは、直進移動を伝達するための第１の直進駆動エレメント１１０及び第２の直進駆動エレメント１１２と、回転移動を伝達するための第１の回転駆動エレメント１１４及び第２の回転駆動エレメント１１６と、を含む。第１の直進駆動エレメント１１０と第２の直進駆動エレメント１１２の夫々は、リニアリフトフォークとして設計され、第１の回転駆動エレメント１１４と第２の回転駆動エレメント１１６は、端側歯を備える駆動ピニオンとして設計される。更に、連結ユニット１００は、凹部に配置されると共に、殺菌ロック２００が連結ユニット１００に正しく連結され、殺菌ユニット４００が殺菌ロック２００に正しく連結された時に、殺菌ユニット４００から突き出る第１の検出ピンによって形成された第１の検出エレメントを検出する連結センサを有する。
【0058】
他の実施の形態においては、第１の伝達手段と第２の伝達手段は、より多い又はより少ない駆動エレメントと従動エレメントと直結によって機械エネルギ及び／又は電気エネルギを伝達する電気的伝達エレメントとを有することができる。ここで、伝達手段の連結は、直結として考慮され、機械エネルギ及び／又は電気エネルギ及び／又は光線を伝達するために、第１の伝達手段と第２の伝達手段との間に他の伝達エレメントが提供されず、特に、電気的伝達エレメント、機械的伝達エレメント、又は光学的伝達エレメントは、連結ユニット１００と殺菌ユニット４００との間に配置された殺菌ロック２００等の殺菌バリアに提供されない。連結ユニット１００は、更に、ＲＦＩＤ読書ユニット１２１を有し、それによって殺菌ユニット４００のＲＦＩＤトランスポンダ４９４が読み取り可能及び／又は書き込み可能である。
【0059】
連結ユニット１００を殺菌ロック２００に接続するために、連結ユニット１００は、相対するガイド溝１２２，１２４を有し、それに殺菌ロック２００のガイドピン２０４，２０６が各ガイド溝１２２，１２４の前方端１２３，１２５に到達するまで挿入される。殺菌ロック２００の第１の端においては、ガイドピン２０４，２０６が反対側の外方に突き出る。その後は、殺菌ロック２００がガイドピン２０４，２０６を貫通する回転軸に対して回転するように、スナップインエレメント１２８のスナップインノーズ１２６が殺菌ロック２００の相補的なスナップイン領域に係合するまで、殺菌ロック２００の相対する第２の端が下方に押される。
【0060】
アンロックボタン１３４は、回転軸に対して回転自在にマウントされ、ばねによって図３に示されたスナップイン位置に保持される。スナップイン接続を切断するために、スナップインノーズ１２６が殺菌ロック２００の相補的なスナップインエレメントを離合させるように、ばねが伸ばされてスナップインノーズ１２６と共にスナップインエレメント１２８が回転するように、スナップインエレメント１２８のアンロックボタン１３４が指によって押される。その結果として、スナップインノーズ１２６に前以て係合された殺菌ロック２００の第２の端は、再び連結ユニット１００を離れて回転することができる。殺菌ロック２００のこの第２の端が連結ユニット１００を離れて回転された後に、殺菌ロック２００は、ガイドエレメント２０４，２０６がもはやガイド溝１２２，１２４に係合されなくなるまで、ガイド溝１２２，１２４に係合されたガイドピン２０４，２０６と共にガイド溝１２２，１２４に沿ってガイド溝１２２，１２４を離れて殺菌ロック２００が引き抜かれることによって、連結ユニット１００から再び完全に分離させることができる。ガイド溝１２２，１２４とスナップインエレメント１２８との間に、連結ユニット１００のハウジングに対応する凹部によって形成された受け入れ領域が提供され、本実施の形態は、３つの側面と下側面の少なくとも一部とにおいて殺菌ロック２００を取り囲む。
【0061】
殺菌ロック２００は、ヒンジを介して回転自在にマウントされたロックフラップ２０８，２１０を有する。これらのヒンジによってロックフラップ２０８，２１０を図３に示された閉状態から開状態に回転させることができる。ロックフラップ２０８，２１０の開状態においては、殺菌ユニット４００の第２の伝達手段に対する連結ユニット１００の第１の伝達手段１０２の直結を行うことができる。
【0062】
殺菌ロック２００の側壁と端壁の外側には、殺菌カバーの殺菌フォイル２０１が適切に接続される円周端２０２が形成される。
【0063】
殺菌ユニット４００は、更に、相対して配置されたスナップイン及び作動エレメント４３８，４４０を有し、それによって殺菌ユニット４００を殺菌ロック２００に接続する時に、再解放可能スナップイン接続が確立される。
【0064】
図４は、マニプレータアーム１６の一部を示し、その近位端に伸縮自在配置６０を介して連結ユニット１００が接続される。伸縮自在配置６０は、相互に対して移動可能であると共に伸長状態によって図４に図示された部分６２，６４，６６を有する。伸縮自在配置６０の部分６２，６４，６６は、手術器具５００のエンドエフェクタ５１４が器具軸５１２の長手軸５１０に沿って移動することができるように、駆動ユニット６８によって収縮すると共に伸張することができる。マニプレータアーム１６は、相互に対して移動可能であり、その相対位置を変更することができる幾つかのセグメントを有する。手術器具５００の器具軸５１２の長手軸５１０の位置と方向とを、その位置、即ち、その方向とその位置の両方において、制御パネル４２のユーザ入力によって変更することができるように、伸縮自在配置６０は、更に、カップリングギア５９を介してマニプレータアーム１６の他のセグメントに回転可能に連結される。手術に先立って各マニプレータアーム１６を設定するために、連結ユニット１００は、連結ユニット１００に接続された手術器具５００の器具軸５１２の長手軸５１０が、手術されるべき患者１８の意図されるか、又は既存の身体オリフィス８０２と定義された目標手術領域３０とを貫通するように方向調整される。図４においては、トロカール８００が身体オリフィス８０２において患者１８の身体に挿入され、トロカール８００を通じて手術器具５００の軸５１２の前部が手術を実行するための目標手術領域３０までエンドエフェクタ５１４と共に通される。
【0065】
手術に先立って、マニプレータアーム１６は、器具軸５１２の長手軸５１０がトロカール８００の開口を貫通するように、マニプレータアーム１６の連結ユニット１００と共に自動で又はユーザによって方向調整される。ここで、手術器具５００のエンドエフェクタ５１４は、所望の又は既存の身体オリフィス８０２に対して長手軸５１０の中心方向調整が行われるように、トロカール８００の開口に挿入することができる。更に、マニプレータの制御ユニット４６及び／又は中央制御ユニット４０は、目標手術領域３０に対する器具軸５１４の長手軸５１０の間の距離ベクトルの量、特に、長手軸５１０から目標手術領域３０までの垂直距離ベクトルの量を測定する。ここで、目標手術領域３０の縁に対する距離ベクトルの量、代わりに又は更に、目標手術領域３０の中央３１に対する距離ベクトルの量の両方を測定することが可能である。
【0066】
本実施の形態においては、長手軸５１０は、長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通するので、長手軸５１０と目標手術領域３０との間の本実施の形態の距離ベクトルの量がゼロになるように、目標手術領域３０の中央３１を貫通する。目標手術領域３０の中央３１に対する距離は、長手軸５１０が目標手術領域３０の中央３１を貫通するので同様にゼロになる。垂直距離ベクトルの量が第１の値未満に下がる時に、第１の光信号及び／又は第１の音響信号をユーザに出力することができる。距離ベクトルの量が第２の値に到達するか、第２の値未満に下がると直ちに、第２の光信号及び／又は第２の音響信号を出力することができる。第２の値は、長手軸５１０が目標手術領域３０又はその中央３１を貫通する時は常に、第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力されるように、特に、ゼロであることができる。更に、距離ベクトルの測定量に依存して、長手軸５１０が目標手術領域３０から離間するか、又は目標手術領域３０に接近するか否かが音響的及び／又は光学的にユーザに通知されるように、出力される光信号及び／又は音響信号が距離の変化によって連続的に又は幾つかのステップで変更される。マニプレータアーム１６の方向調整中又はロボット支援手術のためのデバイスの設定操作中に器具軸５１２自体では無く器具軸５１２の長手軸５１０のみが目標手術領域３０を貫通するか、又は横方向距離において目標手術領域３０を過ぎてガイドされることを考慮する必要がある。
【0067】
図５は、図４に従った配置を示し、伸縮自在配置６０の部分６２乃至６６は、図４と対照的に収縮状態によって図示される。マニプレータアーム１６は、好ましくは、設定中に、伸縮自在配置６０が収縮された時に、手術器具５００の器具軸５１２のエンドエフェクタ５１４が患者１８の身体に挿入されたトロカール８００に突き出るように位置調整される。ここで、マニプレータアーム１６は、エンドエフェクタ５１４が、好ましくは、１ｃｍと５ｃｍとの間の範囲の長さ、好ましくは、１．５ｃｍと３ｃｍとの間の範囲の長さ、特に、２ｃｍの長さによってトロカール８００に突き出るように位置調整される。
【0068】
図４に示された位置から、伸縮自在配置６０は、手術器具５００のエンドエフェクタ５１４がトロカール８００を通じて目標手術領域３０に通されるように収縮させることができる。図５に示されたように、エンドエフェクタ５１４は、器具軸５１２の長手軸５１０の方向において目標手術領域３０を通ると共に目標手術領域３０を越えて移動させることができる。
【0069】
図６は、器具ユニット３００の殺菌ユニット４００と手術器具５００の器具軸５１２と装置又はマニプレータ１２の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの目標手術領域３０の概略図を示す。目標手術領域３０の空間範囲は、特定の患者１８のための適切な画像化法によって決定されると共に球等の単純幾何学物体として定義することができるか、又は複数の座標によって患者１８の特定の手術のために決定及び／又は定義された目標手術領域３０の詳細空間範囲によって決定することができる。目標手術領域３０は、特に、画像化法によって患者１８のために測定することができるか、又は測定された画像を評価する時に自動で又はユーザによって定義することができる。画像化法としては、Ｘ線法、コンピュータ断層撮影法、磁気共鳴法、又は別の適切な方法を使用することができる。目標手術領域３０の外法は、Ｘ方向の座標ｘZ1，ｘZ3とＸ軸の座標ｙZ1，ｙZ3とによって図１１に示された２次元の座標系２６において定義される。測定された目標手術領域３０の中央３１は、Ｘ軸の座標ｘZ2とＹ軸の座標ｙZ2とによって定義される。同様に、画像平面に対して垂直に延びる上下軸上の目標手術領域３０の空間範囲は、既知であるか、又は定義される。ベクトルＶと器具軸５１２の長手軸５１０の交点の座標は、図６においてｘm，ｙm，ｚmによって識別される。
【0070】
既に説明されたように、マニプレータアーム１６と連結ユニット１００は、器具軸５１２の長手軸５１０が所望の身体オリフィス８０２を貫通すると共に長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通するように、患者１８の手術に先立って位置調整される。特に、マニプレータアーム１６と連結ユニット１００の正しい方向調整においてユーザを支援するために、制御ユニット４６は、長手軸５１０と目標手術領域３０の中央３１との間の最短距離に沿って長手軸５１０に垂直に延びる３次元の距離ベクトルＶの量を測定する。連結ユニット１００の正しい方向調整に関する光情報及び／又は音響情報がユーザに出力されるように、距離ベクトルＶの量が第１の値に到達するか、又は第１の値未満に下がる場合に、第１の光信号及び／又は第１の音響信号が出力され、距離ベクトルＶの量が第２の値未満に到達するか、又は第２の値未満に下がる場合に、第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力される。その結果として、容易且つ快適な可能性は、マニプレータ１２の設定と実際の手術に先立つマニプレータアーム１６ａ乃至１６ｄの位置調整においてユーザを支援するために与えられる。
【0071】
図７は、連結ユニット１００に接続された殺菌ユニット４００を第１のアプローチに従って目標手術領域３０に対して方向調整するための概略図を示す。このアプローチにおいては、器具軸５１２の長手軸５１０がトロカール８００の器具挿入開口を貫通するように、マニプレータアーム１６と連結ユニット１００は第１のステップにおいて方向調整される。この方向調整によって、距離ベクトルＶの量は、長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通しないことを示す制御情報を制御ユニット４６が生成するように設定値よりも高い。距離ベクトルＶの量は、しかしながら、光信号も音響信号も出力されないように、第１の設定値を超えるほど高い。連結ユニット１００が殺菌ユニット４００又は全ての器具ユニット３００と共に矢印Ａ１の方向に位置Ｐ１から位置Ｐ２に回転された場合に、目標手術領域３０の中央３１と器具軸５１２’の長手軸５１０’との間の距離ベクトルＶ’の量は、第１の音響信号が出力されるように、及び／又はユーザが色の変化に基づいて目標手術領域３０に対する長手軸５１０’の接近を容易に認識することができるように、前に放射された光の別のスペクトル及び／又は一部のスペクトルの光が放射されるように、第１の設定値よりも低い。次に、連結ユニット１００と殺菌ユニット４００’は、器具軸５１２”が位置Ｐ３に到達するまで位置Ｐ２から矢印Ａ２の方向に更に回転され、距離ベクトルＶ’の量は、距離ベクトルＶ’の量が第２の設定値に到達するか、又は第２の設定値以下に下がるように、特に、ゼロに到達するまで更に減少される。この場合に、第２の光信号及び／又は第２の音響信号が出力され、それによって目標手術領域３０に対する長手軸５１０”の正しい方向調整に関してユーザに通知される。色の変化によってマニプレータアーム１６の正しい方向調整に関してユーザに通知されるように、第２の光信号が第１の光信号に対して異なる波長スペクトル又は異なる波長を有することができる。代わりに又は更に、第２の光信号は、第１の光信号に対して異なる点滅率を有することができる。
【0072】
２つの制限値を提供する場合は、それによって距離ベクトルＶの量が常に比較されるため、目標手術領域３０に対する接近の場合に、ユーザに対応する光信号及び／又は音響信号を出力することができると共に、目標手術領域３０に対する殺菌ユニット４００の正しい方向調整の場合に、他の光信号及び／又は音響信号を出力することができるように、３つの状態が検出可能である。１つの制限値のみを提供する場合は、２つの状態、特に、目標手術領域３０と長手軸５１０との間に距離が存在する状態、即ち、長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通しない状態と、長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通する状態と、を識別することができる。
【0073】
図８は、マニプレータアーム１６に接続された殺菌ユニット４００を第２のアプローチに従って目標手術領域３０に対して方向調整するための概略図を示し、第１のアプローチと対照的に、器具軸５１２の長手軸５１０が第１のステップにおいて目標手術領域３０を貫通するように方向調整され、対応する光信号及び／又は音響信号がユーザに出力される。ここで、目標手術領域３０に対する長手軸５１０の方向調整は、図７に関連する第１のアプローチのステップ２において説明されたように行われることができる。従って、ここでも、目標手術領域３０に対する長手軸５１０の距離及び／又は接近に関して光学的及び／又は音響的にユーザに通知することができる。長手軸５１０が目標手術領域３０を貫通する時に、図８の器具軸５１２のために示されたように、器具軸５１２’の長手軸５１０’がトロカール８００の器具開口を指し示すまで器具軸５１２が矢印Ａ３の方向に回転される。
【0074】
図７，８に関して記載された場合と異なり、出力ユニット４１，４７及び／又はディスプレイユニット４４は、光信号及び／又は音響信号を出力することのみができ、又は、例えば、音響信号及び／又は光信号のパルスシーケンス、特に、パルス幅及び／又はパルス長を通じて、目標手術領域３０及び／又は目標手術領域３０の中央３１に対する垂直距離ベクトルＶの量がどれだけ高いかに関してユーザに情報を提供する。
【0075】
図９は、トロカール８００ａ乃至８００ｄが夫々挿入される４つの身体オリフィスＴ1乃至Ｔ4を備える患者１８の身体の詳細を示す。入口点Ｔ1に挿入されたトロカール８００ｂを通じて、マニプレータアーム１６ｂの連結ユニット１００ｂに接続された器具ユニット３００ｂのロッド内視鏡が患者１８の身体に挿入される。位置Ｔ2において患者１８の身体に挿入されたトロカール８００ａを通じて、マニプレータアーム１６ａの連結ユニット１００ａに接続された器具ユニット３００ａの手術器具５００ａが患者１８の身体に挿入される。位置Ｔ3に挿入されたトロカール８００ｃを通じて、マニプレータアーム１６ｃの連結ユニット１００ｃに接続された器具ユニット３００ｃの手術器具５００ｃが患者１８の身体に挿入される。位置Ｔ4において患者１８の身体に挿入されたトロカール８００ｄを通じて、マニプレータアーム１６ｄの連結ユニット１００ｄに接続された器具ユニット３００ｄの手術器具５００ｄが患者１８の身体に挿入される。
【0076】
図１０は、連結ユニット１００を備えるマニプレータアーム１６の近位端と第２の実施の形態に従ったマニプレータアーム１６の収縮された伸縮自在配置６０を備える連結ユニット１００に接続された器具ユニット３００の配置を示す。図１０乃至１２に従った第２の実施の形態の配置は、図４，５において示されると共に説明された第１の実施の形態と異なり、単にマニプレータアーム１６にトロカールホルダ１７が堅く接続される。トロカールホルダ１７は、トロカール８００にトロカールホルダ１７を接続するための接続エレメント１９を有する。器具ユニット３００によるマニプレータアーム１６の位置調整と方向調整は、第１の実施の形態に関して記載されたものと同様に行われる。同一機能又は同一構成を有するエレメントは、同一引用符号を有する。図１１においては、図１０に従った配置が示され、マニプレータアーム１６のトロカールホルダ１７が患者１８に挿入されたトロカール８００に接続され、伸縮自在配置６０が伸長状態にある。エンドエフェクタ５１４を備える器具軸５１２は、約２ｃｍだけトロカール８００の器具開口に挿入される。
【0077】
図１２は、図１１に従った配置を示し、収縮状態の伸縮自在配置６０を図示する。伸縮自在配置６０は、マニプレータアーム１６とトロカールホルダ１７の方向調整が変更されること無く、図１１に示された伸張位置から図１２に示された収縮位置に移動される。伸縮自在配置６０が伸張されると共に収縮される時に、器具軸５１２の長手軸５１０に沿って手術器具５００を正確に移動させることができるように、伸縮自在配置６０を収縮させると共に伸張させる時に、伸縮自在配置６０に対して連結ユニット１００を回転させると共にカップリングギア５９を介してマニプレータアーム１６に対して伸縮自在配置６０を回転させるための補正移動が実現される。手術器具５００のエンドエフェクタ５１４が目標手術領域３０に到達するか、又は手術器具５００の長手軸５１０の方向に目標手術領域３０を越えて延びるまで、伸縮自在配置６０を収縮させることができる。
【0078】
図１３は、第３の実施の形態に従った、連結ユニット１００と内視鏡９００とを備えるマニプレータアーム１６の一部を備える配置を示す。マニプレータアーム１６の伸縮自在配置６０は、伸長状態に示される。手術器具５００を備える器具ユニット３００は、連結ユニット１００に連結される。第３の実施の形態においても、マニプレータアーム１６を備える患者１８の身体に挿入されたトロカール８００を接続するトロカールホルダ１７が提供される。他の実施の形態においては、しかしながら、トロカールホルダ１７を省くことができる。内視鏡９００は、ロッド内視鏡である。少なくともロッド内視鏡９００の画像化光学系の一部は、ロッド９１２の内部に配置され、その近位端は、第２の身体オリフィス８１２を介してトロカール８１０を通じて患者１８の身体に挿入される。ロッド内視鏡９００によって、少なくとも目標手術領域３０の一部の画像がキャプチャされる。ロッド内視鏡９００は、頭部９１０を有し、それを通じてロッド内視鏡９００がロボット支援手術のためのシステム１０の制御パネル４２及び／又はディスプレイユニット４４に接続される。その結果として、内視鏡９００によってキャプチャされた画像を制御パネル４２又はディスプレイユニット４４上でユーザ、特に、外科医に表示することができる。
【0079】
頭部９１０を通じて、ロッド内視鏡９００は、他の連結ユニット１００、特に、他のマニプレータアーム１６に連結することもできる。画像化光学系のレイパス９１４は、破線によって図示される。内視鏡９００の画像化光学系の光軸、即ち、ロッド内視鏡９００の光軸は、レイパス９１４の中央に位置する。ロッド内視鏡９００の画像化光学系の焦点は、９１６によって識別される。
【0080】
本実施の形態においては、手術器具５００の器具軸５１２の長手軸５１０とロッド内視鏡９００の画像化光学系の焦点９１６との間の垂直距離ベクトルＶが測定される。従って、焦点９１６は、目標点としての役割を果たす。測定された垂直距離ベクトルＶは、器具軸５１２の長手軸５１０と焦点９１６との間の現在の距離を示す。手術器具５００を備えるマニプレータアーム１６の位置調整と方向調整の評価は、図４乃至１２に関連する２つの第１の実施の形態に関して既に説明されたものと同様に行われる。
【0081】
図１３においては、エンドエフェクタ５１４を備える器具軸５１２の近位端は、トロカール８００の器具開口に挿入される。好ましくは、エンドエフェクタは、トロカール８００の器具開口に約２ｃｍだけ突き出る。他の実施の形態においては、エンドエフェクタ５１４の先端は、トロカール８００の近位端まで器具開口に挿入されるか、又はトロカール８００の器具開口に２ｃｍより短く挿入される。伸縮自在配置６０は、伸長状態にある。その後は、器具軸５１２の長手軸５１０が第１の設定距離値及び／又は第２の設定距離値まで目標点としての役割を果たす焦点９１６に接近されるか、又は図１４に示されるように、器具軸５１２の長手軸５１０が焦点９１６を貫通するように、連結ユニット１００に連結された器具ユニット３００の位置が少なくともマニプレータアーム１６のセグメントの一部と共に変更される。このために、図１４においては、マニプレータアームの伸縮自在配置６０は、カップリングギア５９によって図１３に示された位置に対して回転される。
【0082】
図１５においては、収縮された伸縮自在配置６０を備える図１３乃至１４に従った配置が示される。伸縮自在配置の収縮によって、エンドエフェクタ５１４は、ロッド内視鏡９００の視界と目標手術領域３０とに移動され、ビジュアル制御によって動かすと共に位置調整することができる。手術器具５００が目標手術領域３０に通されると共にロッド内視鏡９００の視界に確実にもたらされるように、記載されたアプローチによって、既に使用された手術器具５００の位置、即ち、方向と位置を事前設定することが可能である。目標点又は目標領域は、装置の座標系Ｘ，Ｙ，Ｚの座標ｘZ，ｙZ，ｚZ又は患者の座標系Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’の座標ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Zによって定義することができ、必要であれば、他の座標系の座標に夫々変換される。
【0083】
図４乃至１２に従った第１の実施の形態と第２の実施の形態においては、定義された目標手術領域３０の中央３１等の目標点又は他の手術器具９００の位置に依存する目標点を目標手術領域３０の代わりに定義することができる。更に、内視鏡９００の代わりに、第３の実施の形態においては、少なくとも目標手術領域３０の詳細な画像を取り込むための別の画像処理システムを使用することができる。目標領域は、他の画像処理システムの場所に依存する。目標点は、特に、画像化光学系の焦点又は焦点と内視鏡９００の近位端との間の点等の内視鏡又は画像処理システムの画像化光学系の被写界深度の点である。目標領域は、代わりに又は更に、点の周囲の距離によって定義することができる。
【符号の説明】
【0084】
１０ システム１２ マニプレータ
１４ マウント
１６，１６ａ乃至１６ｄ マニプレータアーム
１７ トロカールホルダ
１８ 患者
１９ 接続エレメント
２０ マウントヘッド
２４ マウントベース
２８ マウントアーム
３０ 目標手術領域
３１ 目標手術領域の中央
３２ 手術台支柱
３４ 手術台
３６ 手術台の制御ユニット
３８ 患者支持面
４０ 装置の中央制御ユニット
４１ 出力ユニット
４２ 制御パネル
４４ ディスプレイユニット
４６ マニプレータの制御ユニット
４７ 出力ユニット
５９ カップリングギア
６０ 伸縮自在配置
６２，６４，６６ 伸縮自在配置の部分
６８ 駆動ユニット
１００，１００ａ乃至１００ｄ 連結ユニット
１０２ 第１の伝達手段
１０４ 電気的伝達手段
１０６，１０８ 電気接点
１０９ 光学的伝達手段
１１０ 第１の直進駆動エレメント
１１２ 第２の直進駆動エレメント
１１４ 第１の回転駆動エレメント
１１６ 第２の回転駆動エレメント
１２０ 連結センサ
１２１ ＲＦＩＤ読書ユニット
１２２，１２４ ガイド溝
１２３，１２５ ガイド溝の前方端
１２６ スナップインノーズ
１２８ スナップインエレメント
１３４ アンロックボタン
２００ 殺菌ロック
２０１ 殺菌フォイル
２０２ 接続リム
２０４，２０６ ガイドピン
２０８，２１０ ロックフラップ
３００，３００ａ乃至３００ｄ 器具ユニット
４００，４００ａ乃至４００ｄ，４００’，４００” 殺菌ユニット
４３８，４４０ スナップイン及び作動エレメント
４９４ ＲＦＩＤトランスポンダ
５００，５００ａ乃至５００ｄ 手術器具
５１０，５１０’，５１０” 長手軸
５１２ 器具軸
５１４ エンドエフェクタ
８００ トロカール
８０２ 身体オリフィス
８１０ トロカール
８１２ 身体オリフィス
９００ ロッド内視鏡
９１０ 頭部
９１２ ロッド
９１４ レイパス
９１６ 焦点
Ａ１乃至Ａ３ 移動の方向
Ｐ１乃至Ｐ３ 位置
Ｔ1乃至Ｔ4 意図された身体オリフィス
Ｖ，Ｖ’ 距離ベクトル
ｘZ，ｙZ，ｚZ 装置の座標系における目標領域の座標
Ｘ，Ｙ，Ｚ 装置の座標系
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’ 患者の座標系
ｘ’Z，ｙ’Z，ｚ’Z 患者の座標系における目標領域の座標