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EP2841003A1 - Roboteranordnung zum einsatz in medizinischen bereichen - Google Patents

Roboteranordnung zum einsatz in medizinischen bereichen

Info

Publication number
EP2841003A1
EP2841003A1 EP13718567.4A EP13718567A EP2841003A1 EP 2841003 A1 EP2841003 A1 EP 2841003A1 EP 13718567 A EP13718567 A EP 13718567A EP 2841003 A1 EP2841003 A1 EP 2841003A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
instrument
adapter element
supply lines
adapter
robot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13718567.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
LANTERMANN (GEB. THIELMANN), Sophie
Ulrich Hagn
Ulrich Seibold
Georg Passig
Florian FRÖHLICH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Publication of EP2841003A1 publication Critical patent/EP2841003A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B46/00—Surgical drapes
    • A61B46/10—Surgical drapes specially adapted for instruments, e.g. microscopes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B2017/0046—Surgical instruments, devices or methods with a releasable handle; with handle and operating part separable
    • A61B2017/00464—Surgical instruments, devices or methods with a releasable handle; with handle and operating part separable for use with different instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods
    • A61B2017/00477—Coupling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20311—Robotic arm including power cable or connector

Definitions

  • the invention relates to a robot assembly for use in medical fields.
  • the robot assembly is suitable for use in sterile areas such as operating theaters.
  • medical robots are usually sterile packed suburb.
  • sterile packaging for the devices such as medical robots
  • films which are also referred to as Drape.
  • a drape is a sterilized foil tube which is pulled over the technical device and fixed. It is particularly important that the drape is not damaged during application and that the sterile surface of the drape facing the sterile side of the surgical field is not contaminated.
  • the supply lines such as electrical cables, data transmission lines and hoses for medium supply and removal must be connected to the instrument.
  • media such as liquid and gas can be supplied or removed via the supply lines.
  • the supply lines may also have optical fibers, laser conductors, RF, plasma, etc.
  • the corresponding supply lines are guided either outside the robot arm or inside the robot arm.
  • the guiding of the lines within the robot has the disadvantage that the existing space is limited. Within the robot arm, therefore, only a limited number of supply lines can be integrated. In guiding the supply lines outside the robot, the supply lines can be permanently connected to the instrument or be separable from this.
  • the separation can be useful because it allows the connection lines can be reused, remain permanently connected to the medical instruments and less in the operating room Cables are available.
  • the connection between the supply lines and the instrument must be separable and then the new instrument in turn can be connected to the supply lines. Sterilizing problems may occur when disconnecting and reconnecting the supply lines to the instruments.
  • the object of the invention is to provide a robot assembly for use in medical fields, in which a change of instruments is possible in a simple manner while maintaining the required sterility requirements and, if appropriate, reuse of the supply lines.
  • the robot arrangement for use in medical areas, in particular sterile areas such as operating theaters, has a, for example, multiple joints, robotic arm.
  • An instrument holder for receiving a medical instrument is arranged on the robot arm.
  • the supply lines connectable to the instrument according to the invention are not directly connected to the instrument, but via an adapter element with the instrument.
  • a part of the supply line is directly and a part of the supply lines indirectly connected via the adapter element to the instrument.
  • all supply lines are connected via the adapter element with the instrument.
  • the power transmission to the instrument such as the transmission of forces and moments for moving the instrument by means of the robot arm can be done directly from the robot arm on the instrument holder or from the robot arm via the adapter element to the instrument holder.
  • the forces and moments are transmitted directly from the robot arm to the instrument.
  • the adapter element is thus in a preferred embodiment, at least substantially free of the influence of forces.
  • connection of the adapter element with the robot arm can take place via a common holding element together with the instrument to the instrument holder.
  • a connection such as holding the instrument and the adapter element by means of magnets is possible, wherein these are arranged such that act on the adapter element no or at most only small forces.
  • the adapter element and the instrument it is particularly preferred for the adapter element and the instrument to be connected separately to the instrument holder via, in particular, mechanical holding elements.
  • connection of the supply lines to the instrument can take place in that at the same time connecting the instrument to the instrument holder connecting the instrument with the adapter element and in this case connecting the supply lines to the instrument. It is thus at Connecting the instrument to the instrument holder at the same time connecting to the supply lines, for example by a connector.
  • it can also be a spatial / temporal separation of the connection process, so that the instrument can be independently connected to the instrument holder and with the adapter element.
  • a further power decoupling can optionally be ensured. Even if in this embodiment when changing the instruments, an additional connection such as plugging the supply lines is required, this is still easier compared to the prior art, as a spatial proximity is ensured.
  • supply lines or connections of the instrument can be connected simultaneously with the adapter element and thus simultaneously with a plurality of supply lines. Furthermore, a hooking of the supply lines is avoided, which could result from the use of multiple instruments and change this. In addition, the supply lines do not have to be re-inserted into the devices or the number of connections to the devices is reduced.
  • the adapter element can be modular.
  • the adapter element has a plurality of adapter modules respectively connected to at least one supply line.
  • the adapter element may comprise a standard adapter element, which is connectable with one or more additional adapter elements.
  • the standard adapter element may be designed such that it is at least partially surrounded by the additional adapter element.
  • the additional adapter element may in this case be annular or partially annular, wherein the additional adapter element is preferably rotatable about the standard adapter element.
  • connection of the connecting lines can be realized by ring channels or the like.
  • an energy transfer via grinding, plug contacts, spring contacts can be made inductively or optically with the aid of coils.
  • the corresponding energy transfer can in this case be effected in particular between the adapter element or individual modules of the adapter element and the instrument.
  • the adapter element in such a modular manner that individual adapter modules in the axial direction, i. are arranged disc-shaped one behind the other.
  • the robot arm and the supply lines connected to the adapter element may be surrounded by separate sterile drapes, ie sterilized tubular elements.
  • the supply lines and the robot arm may also have a common drape, whereby the provision of separate or double-lumen drapes is preferred, since, for example, leakage of fluids from supply lines prevents the liquids from entering joints of the robot arm.
  • the individual supply lines can be packed separately with Drapen sterile. However, it can also be several groups of supply lines, especially several with a Adapter module connected groups of supply lines with a common Drape be packaged sterile.
  • the surgical instrument is driven and therefore connected to corresponding lines, in particular for communication.
  • the medical instrument is driven.
  • the instrument is thus connected for driving with power supply lines and / or communication lines for data transmission.
  • a connection of the instrument with very different supply lines can be made via the adapter element.
  • the adapter element is removable from the drive unit, so that different embodiments can be coupled.
  • the adapter element can be designed such that different supply line modules can be installed and thus the adapter element can be adapted to the requirements of an operation.
  • Figure 1 is a schematic representation of a preferred embodiment
  • a robot arrangement has a robot arm 10 with a foot element 12 which is stationary in the illustrated embodiment and a plurality of arm members 16 connected to joints 14. At the free end of the robot arm 10, an instrument holder 18 is arranged.
  • the robot arm 10 is connected to a control device 20 via an electric cable 22.
  • the cable 22 extends in the interior of the robot arm 10 and supplies in particular the individual servo motors and the electronics with power.
  • the entire robot arm 10 is provided with a drape 22, i. E. surrounded by a sterile shell.
  • the supply lines 24 may be power cables, optical conductors, data transmission cables and hoses for feeding and discharging medium. In the illustrated embodiment, all supply lines 24 are jointly surrounded by a drape 25.
  • the supply lines 24 and the robot arm 10 may be individually surrounded by a drape.
  • Control of the instrument 28 can take place via the illustrated control device 20 or a separate control device (not shown).
  • Both the adapter element 26 and an instrument 28 are connected to the instrument holder.
  • the connection between the instrument holder 18, the adapter element 26 and the instrument 28 can be made together, as shown in Figure 2.
  • a magnet 30 may be provided for simultaneous attachment, by which both the instrument 28 and the adapter element 26 is fixed to the instrument holder 18. In this case, immediately upon fixing the instrument 28, a connection with the corresponding connections of the adapter element can take place, so that there is a direct connection between the supply lines 24 and the instrument 28.
  • the adapter element 26 in a ring shape (FIG. 3), in which case a separate, in particular mechanical connection takes place between the instrument holder 18 and the adapter element 26 and between the instrument holder 18 and the instrument 28.
  • An adapter element 26 is preferably connected to a plurality of supply lines 24 which are enveloped by a drape 25.
  • the adapter element may be annular (FIG. 4), so that a projection 32 (FIG. 3) of the instrument holder 18 projects through a cylindrical, central opening 34. A part of the projection 32 thus serves for connection to the instrument 28.
  • the adapter element 26 surrounds the projection 32 in an annular manner.
  • the adapter element has different connection points 36, 38, 40. These are, for example, connectors. These are connected depending on the type of instrument used 28 with the instrument, in particular directly when attaching the instrument.
  • FIG. 5 Another embodiment of the adapter element ( Figure 5) is also annular and has a corresponding opening 34.
  • the adapter element shown in Figure 5 is modular. Single a z. B. annular segment-shaped cross-section adapter modules 42 can be easily replaced, so that different to the corresponding requirements easily customizable adapter elements 26 can be assembled. The individual adapter modules 42 have then again different connectors 36, 38, 40. Here, the supply lines to the adapter modules can be packed in one or more drapes.
  • a modular construction of the adapter element 26 is also possible in such a way that a standard module 44 (FIG. 6) is provided, which is shown in the form of an annular ring in the illustrated embodiment. This is connected to the corresponding supply lines 24 and provided with connectors 36.
  • a standard module 44 (FIG. 6) is provided, which is shown in the form of an annular ring in the illustrated embodiment. This is connected to the corresponding supply lines 24 and provided with connectors 36.
  • An additional in the illustrated embodiment ring segment-shaped adapter module 46 is also provided with supply lines 24 and has in the illustrated embodiment, the connectors 36, 38. It is likewise possible for a plurality of annular-segment-shaped adapter modules 46 to be arranged around an inner annular adapter module 44.
  • FIG. 7 a further embodiment of the adapter element 26, this has an inner annular adapter module 48, which comprises all plug connections 36, 38, 40.
  • the inner annular adapter module 48 is surrounded by a further circular ring which is connected to the supply lines 24.
  • the outer annulus 50 is rotatable relative to the inner annular adapter module 34.
  • the outer circular ring 50 is freely rotatable.
  • the connection between the supply lines and the connectors 36, 38, 40 can be realized by slip rings, ring lines or the like. Due to the free rotatability of the outer ring member 50, it is possible to rotate the instrument 28 in the ring 50 together with the adapter module 48 so that there is no need to move the supply lines 24 when rotating.
  • Adapter modules 52 are inserted into the adapter element 26.
  • the adapter element 26 has correspondingly formed recesses 54.
  • a supply line 24 connected to the adapter module 52 may be packaged separately in a drape.
  • An optionally non-sterilizable surface 56 does not come into contact with the tool or instrument touching the patient. Only the outside 58 of the sterilizable adapter element 26 comes into contact with the instrument or the patient.

Landscapes

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Abstract

Eine Roboteranordnung zum Einsatz in medizinischen Bereichen weist einen, insbesondere mehrere Gelenke (14) aufweisenden Roboterarm (10), einen an dem Roboterarm (10) vorgesehenen Instrumentenhalter (18) zur Aufnahme eines medizinischen Instruments (28) und mit dem Instrument (28) verbindbaren Versorgungsleitungen (24) auf. Ein Adapterelement (26) dient zur Verbindung der Versorgungsleitungen (24) mit dem Instrument (28).

Description

Roboteranordnunq zum Einsatz in medizinischen Bereichen
Die Erfindung betrifft eine Roboteranordnung zum Einsatz in medizinischen Bereichen. Insbesondere ist die Roboteranordnung zum Einsatz in sterilen Bereichen, wie Operationssälen geeignet.
In der Chirurgie müssen Instrumente, die mit Patienten oder dem Patienteninneren in Kontakt treten, steril, also frei von lebenden Mikroorganismen, sein. Zur Sterilisierung von Geräten gibt es verschiedene Verfahren. Derartige Verfahren sind beispielsweise Dampfsterilisationen, Heißluftsterilisationen, fraktionierte Sterilisation, chemische Sterilisation, Strahlensterilisation oder Plasmasterilisation. Die Sterilisation findet zumeist außerhalb des Operationsbereichs statt, so dass die Geräte steril in diesen verbracht werden. Einige Geräte können jedoch aufgrund ihres Aufbaus oder ihrer Größe nicht sterilisiert werden. Beispielsweise weisen die heutzutage häufig in der Chirurgie verwendeten Medizinroboter Elektronikkomponenten auf, die bei den herkömmlichen Sterilisationsverfahren beschädigt werden können.
Um zu vermeiden, dass nicht sterile Oberflächen der Medizinroboter die sterilisierten Geräte oder Instrumente kontaminieren, werden Medizinroboter üblicherweise Vorort steril verpackt. Als sterile Verpackung für die Geräte, wie beispielsweise Medizinroboter, dienen meist sterile Verpackungsmaterialien wie Folien, die auch als Drape bezeichnet werden. Im Allgemeinen handelt es sich bei einer Drape um einen sterilisierten Folienschlauch, welcher über das technische Gerät gezogen und fixiert wird . Dabei ist es besonders wichtig, dass während des Anlegens der Drape diese nicht beschädigt und die der sterilen Seite des Operationsfeldes zugewandte sterile Oberfläche der Drape nicht kontaminiert wird.
Ferner ist aus DE 696 35 050 ein chirurgischer Manipulator für Robotersysteme bekannt. Hierbei ist zwischen dem Instrument und dem Roboterarm ein Instrumentenhalter zum lösbaren Halten der Instrumente vorgesehen. Die Kraftübertragung erfolgt somit von dem Roboterarm bzw. den einzelnen Elementen des Roboterarms auf den Instrumentenhalter und von diesem auf das Instrument.
Generell besteht die Problematik, dass die Versorgungsleitungen wie elektrische Kabel, Datenübertragungsleitungen und Schläuche zur Mediumzu- und -abfuhr mit dem Instrument verbunden werden müssen. Über die Versorgungsleitungen können beispielsweise Medien wie Flüssigkeit und Gas zu- oder abgeführt werden. Auch können die Versorgungsleitungen Lichtleiter, Laserleiter, HF, Plasma, etc. aufweisen. Hierbei sind die entsprechenden Versorgungsleitungen entweder außerhalb des Roboterarms oder innerhalb des Roboterarms geführt. Das Führen der Leitungen innerhalb des Roboters hat den Nachteil, dass der vorhandene Raum begrenzt ist. Innerhalb des Roboterarms können daher nur eine begrenzte Anzahl an Versorgungsleitungen integriert werden. Bei der Führung der Versorgungsleitungen außerhalb des Roboters können die Versorgungsleitungen dauerhaft mit dem Instrument verbunden oder aber von diesem trennbar sein. Die Trennung kann sinnvoll sein, weil dadurch die Verbindungsleitungen wiederverwendet werden können, dauerhaft mit dem medizinischen Instrumentarium verbunden bleiben und im OP-Bereich weniger Kabel vorhanden sind. Dazu muss die Verbindung zwischen den Versorgungsleitungen und dem Instrument trennbar sein und sodann das neue Instrument wiederum mit den Versorgungsleitungen verbunden werden können. Bei dem Lösen und erneuten Verbinden der Versorgungsleitungen mit den Instrumenten können Sterilitätsprobleme auftreten.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Roboteranordnung zum Einsatz in medizinischen Bereichen zu schaffen, bei dem bei Einhaltung der geforderten Sterilitätsanforderungen und gegebenenfalls Wiederverwendung der Versorgungsleitungen auf einfache Weise ein Wechseln der Instrumente möglich ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die Roboteranordnung zum Einsatz in medizinischen Bereichen, insbesondere sterilen Bereichen wie Operationssälen, weist einen, beispielsweise mehrere Gelenke aufweisenden, Roboterarm auf. An dem Roboterarm ist ein Instrumentenhalter zur Aufnahme eines medizinischen Instruments angeordnet. Die mit dem Instrument verbindbaren Versorgungsleitungen sind erfindungsgemäß nicht unmittelbar mit dem Instrument, sondern über ein Adapterelement mit dem Instrument verbunden. Gegebenenfalls ist erfindungsgemäß ein Teil der Versorgungsleitung unmittelbar und ein Teil der Versorgungsleitungen mittelbar über das Adapterelement mit dem Instrument verbunden. Vorzugsweise sind alle Versorgungsleitungen über das Adapterelement mit dem Instrument verbunden. Dies hat den erfindungsgemäßen Vorteil, dass zum Auswechseln des Instruments dieses im Wesentlichen lediglich von dem Adapterelement gelöst und das neue Instrument wieder an das Adapterelement angesetzt bzw. mit diesem verbunden werden muss. Eine gesonderte Verbindung insbesondere mehrerer Versorgungsleitungen, Steckverbindungen oder dergleichen mit dem Instrument und die hiermit verbundene Sterilitäts- und Handhabungsnachteile sind durch das erfindungsgemäße Vorsehen des Adapterelements gelöst.
Die Kraftübertragung auf das Instrument wie die Übertragung von Kräften und Momenten zur Bewegung des Instruments mit Hilfe des Roboterarms kann unmittelbar vom Roboterarm auf dem Instrumentenhalter oder vom Roboterarm über das Adapterelement auf den Instrumentenhalter erfolgen. In besonders bevorzugter Ausführungsform werden die Kräfte und Momente unmittelbar von dem Roboterarm auf das Instrument übertragen. Das Adapterelement ist somit in bevorzugter Ausführungsform zumindest im Wesentlichen frei von Krafteinflüssen.
Um ein möglichst einfaches Auswechseln von Instrumenten zu ermöglichen, ist es besonders bevorzugt, dass sämtliche Instrumenten-Versorgungsleitungen mit dem Adapterelement verbunden sind.
Die Verbindung des Adapterelements mit dem Roboterarm kann über ein gemeinsames Halteelement zusammen mit dem Instrument an den Instrumentenhalter erfolgen. Hierbei ist eine Verbindung, wie beispielsweise ein Halten des Instruments und des Adapterelements mit Hilfe von Magneten möglich, wobei diese derart angeordnet sind, dass auf das Adapterelement keine oder allenfalls nur geringe Kräfte einwirken. Um eine ungewollte Kraftübertragung auf das Adapterelement weiter zu verringern und insbesondere vollständig auszuschließen, ist es besonders bevorzugt, dass das Adapterelement und das Instrument gesondert über insbesondere mechanische Halteelemente mit dem Instrumentenhalter verbunden sind .
Das Verbinden der Versorgungsleitungen mit dem Instrument, das über das Adapterelement erfolgt, kann hierbei dadurch erfolgen, dass beim Verbinden des Instruments mit dem Instrumentenhalter gleichzeitig ein Verbinden des Instruments mit dem Adapterelement und hierbei ein Verbinden der Versorgungsleitungen mit dem Instrument erfolgt. Es erfolgt somit beim Ankoppeln des Instruments an den Instrumentenhalter gleichzeitig ein Verbinden mit den Versorgungsleitungen, beispielsweise durch eine Steckverbindung . Es kann jedoch auch eine räumliche/ zeitliche Trennung des Verbindungsvorgangs erfolgen, so dass das Instrument unabhängig mit dem Instrumentenhalter und mit dem Adapterelement verbunden werden kann. Hierdurch kann gegebenenfalls eine weitere Kraftentkoppelung sichergestellt werden. Selbst wenn bei dieser Ausführungsform beim Wechseln der Instrumente ein zusätzliches Verbinden wie Stecken der Versorgungsleitungen erforderlich ist, ist dies gegenüber dem Stand der Technik dennoch einfacher, da eine räumliche Nähe gewährleistet ist. Insbesondere können mehrere Versorgungsleitungen bzw. Anschlüsse des Instruments gleichzeitig mit dem Adapterelement und somit gleichzeitig mit mehreren Versorgungsleitungen verbunden werden. Des Weiteren wird ein Verhaken der Versorgungsleitungen vermieden, welches durch Verwendung von mehreren Instrumenten und Wechsel dieser entstehen könnte. Außerdem müssen die Versorgungsleitungen nicht neu in die Geräte gesteckt werden bzw. die Anzahl der Anschlüsse an den Geräten wird reduziert.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann das Adapterelement modular aufgebaut sein. Hierbei weist das Adapterelement mehrere, jeweils mit mindestens einer Versorgungsleitung verbundene Adaptermodule auf. Durch entsprechendes Zusammensetzen der Adaptermodule kann ein auf ein individuelles Instrument, eine Instrumentengruppe oder eine bestimmte Operation abgestimmtes Adapterelement auf einfache Weise zusammengestellt werden. Dies kann beispielsweise im Vorfeld einer Operation erfolgen, da aufgrund des Operationsplans die eingesetzten Instrumente bekannt sind .
Vorzugsweise kann das Adapterelement ein Standard-Adapterelement aufweisen, das mit einem oder mehreren Zusatz-Adapterelementen verbindbar ist. Durch einen derartigen modularen Aufbau können die üblicherweise stets erforderlichen Anschlüsse, wie die Verbindung mit einer Datenübertragungsleitung, etc. über das Standard-Adapterelement realisiert werden. Die unterschiedlich ausgestalten Zusatz-Adapterelemente können sodann je nach aktueller Anforderung hinzugefügt werden. Hierbei kann das Standard-Adapterelement derart ausgebildet sein, dass es von dem Zusatz- Adapterelement zumindest teilweise umgeben ist. Das Zusatz-Adapterelement kann hierbei ringförmig oder teilringförmig ausgebildet sein, wobei das Zusatz- Adapterelement vorzugsweise um das Standard-Adapterelement drehbar ist. Durch diese insbesondere freie Drehbarkeit des Zusatz-Adapterelements um das Standard-Adapterelement ist vorzugsweise beim Drehen des Instruments kein Bewegen der Versorgungsleitungen erforderlich. Die Verbindung der Verbindungsleitungen kann hierbei durch Ringkanäle oder dergleichen realisiert werden. Generell kann eine Energieübertragung über Schleif-, Steckkontakte, Federkontakte induktiv oder optisch mit Hilfe von Spulen erfolgen. Die entsprechende Energieübertragung kann hierbei insbesondere zwischen dem Adapterelement bzw. einzelnen Modulen des Adapterelements und dem Instrument erfolgen.
Ferner ist es möglich, das Adapterelement derart modular auszubilden, dass einzelne Adaptermodule in axialer Richtung, d.h. scheibenförmig hintereinander angeordnet sind .
Aufgrund des erfindungsgemäßen Vorsehens eines Adapterelements ist eine gute Sterilisierbarkeit der Instrumente möglich. Ferner kann der Roboterarm sowie die mit dem Adapterelement verbundenen Versorgungsleitungen von gesonderten sterilen Drapen, d.h. sterilisierten Schlauchelementen umgeben sein. Auch können die Versorgungsleitungen und der Roboterarm eine gemeinsame Drape aufweisen, wobei das Vorsehen gesonderter oder doppel- lumiger Drapen bevorzugt ist, da hierbei beispielsweise beim Austreten von Flüssigkeiten aus Versorgungsleitungen ein Eintreten der Flüssigkeiten in Gelenke des Roboterarms vermieden ist. Die einzelnen Versorgungsleitungen können gesondert mit Drapen steril verpackt sein. Es können jedoch auch mehrere Gruppen von Versorgungsleitungen, insbesondere mehrere mit einem Adaptermodul verbundene Gruppen von Versorgungsleitungen mit einer gemeinsamen Drape steril verpackt sein.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass das chirurgische Instrument angetrieben ist und daher mit entsprechenden Leitungen, insbesondere zur Kommunikation verbunden ist.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Roboteranordnung ist das medizinische Instrument angetrieben. Das Instrument ist somit zum Antreiben mit Energieversorgungsleitungen und/ oder Kommunikationsleitungen zur Datenübertragung verbunden. In dieser besonders bevorzugten Ausführungsform kann über das Adapterelement eine Verbindung des Instruments mit sehr unterschiedlichen Versorgungsleitungen erfolgen.
Besonders vorteilhaft ist, dass es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Roboteranordnung möglich ist, eine variable Ankopplung von Versorgungsleitungen an das chirurgische Instrument zu realisieren. Insbesondere ist das Adapterelement von der Antriebseinheit abnehmbar, so dass verschiedene Ausführungsformen angekoppelt werden können. Des Weiteren kann das Adapterelement so ausgestaltet sein, dass unterschiedliche Zuleitungsmodule eingebaut werden können und somit das Adapterelement an die Anforderungen einer Operation anpassbar ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten
Ausführungsform einer Roboteranordnung, Figuren 2 und 3 unterschiedliche Befestigungsmöglichkeiten des
Instruments sowie des Adapterelements an dem Instrumentenhalter und
Figuren 4 bis 8 unterschiedliche bevorzugte Ausführungsformen des
Adapterelements.
Eine Roboteranordnung weist einen Roboterarm 10 mit einem im dargestellten Ausführungsbeispiel stationären Fußelement 12 und mehreren mit Gelenken 14 verbundenen Armgliedern 16 auf. An dem freien Ende des Roboterarms 10 ist ein Instrumentenhalter 18 angeordnet. Der Roboterarm 10 ist mit einer Steuereinrichtung 20 über ein elektrisches Kabel 22 verbunden. Das Kabel 22 verläuft im Inneren des Roboterarms 10 und versorgt insbesondere die einzelnen Stellmotoren sowie die Elektronik mit Strom. Der gesamte Roboterarm 10 ist mit einer Drape 22, d .h. einer sterilen Hülle umgeben.
Unterschiedliche Versorgungsleitungen 24 sind zu einem Adapterelement 26 geführt. Bei den Versorgungsleitungen 24 kann es sich um Stromkabel, optische Leiter, Datenübertragungskabel sowie Schläuche zum Zu- und Abführen von Medium handeln. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Versorgungsleitungen 24 gemeinsam von einer Drape 25 umgeben.
Es ist ebenso möglich, dass eine gemeinsame Drape für die Versorgungsleitungen 24 und den Roboterarm 10 vorgesehen ist oder dass es sich um eine doppel-lumige Drape handelt. Ebenso können die Leitungen 24 einzeln jeweils von einer Drape umgebe sein.
Über die dargestellte Steuereinrichtung 20 oder eine gesonderte nicht dargestellte Steuereinrichtung kann ein Steuern des Instruments 28 erfolgen.
Mit dem Instrumentenhalter ist sowohl das Adapterelement 26 als auch ein Instrument 28 verbunden. Die Verbindung zwischen dem Instrumentenhalter 18, dem Adapterelement 26 und dem Instrument 28 kann gemeinsam erfolgen, wie in Figur 2 dargestellt. Hierzu kann zur gleichzeitigen Befestigung ein Magnet 30 vorgesehen sein, durch den sowohl das Instrument 28 als auch das Adapterelement 26 an dem Instrumentenhalter 18 fixiert ist. Hierbei kann unmittelbar beim Fixieren des Instruments 28 eine Verbindung mit den entsprechenden Anschlüssen des Adapterelements erfolgen, so dass unmittelbar eine Verbindung zwischen den Versorgungsleitungen 24 und dem Instrument 28 besteht.
Ferner ist es möglich, das Adapterelement 26 ringförmig auszubilden (Figur 3), wobei sodann eine gesonderte, insbesondere mechanische Verbindung zwischen dem Instrumentenhalter 18 und dem Adapterelement 26 sowie zwischen dem Instrumentenhalter 18 und dem Instrument 28 erfolgt.
Ein Adapterelement 26 ist vorzugsweise mit mehreren Versorgungsleitungen 24 verbunden, die von einer Drape 25 umhüllt sind . Das Adapterelement kann ringförmig (Figur 4) ausgebildet sein, so dass durch eine zylindrische, mittige Öffnung 34 ein Ansatz 32 (Figur 3) des Instrumentenhalters 18 ragt. Ein Teil des Ansatzes 32 dient somit zum Verbinden mit dem Instrument 28. Das Adapterelement 26 umgibt den Ansatz 32 ringförmig . Das Adapterelement weist unterschiedliche Verbindungsstellen 36, 38, 40 auf. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Steckverbindungen. Diese werden je nach Art des verwendeten Instruments 28 mit dem Instrument, insbesondere unmittelbar beim Befestigen des Instruments verbunden .
Eine weitere Ausführungsform des Adapterelements (Figur 5) ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und weist eine entsprechende Öffnung 34 auf. Das in Figur 5 dargestellte Adapterelement ist jedoch modular ausgebildet. Einzelne einen z. B. ringsegmentförmigen Querschnitt aufweisende Adaptermodule 42 können auf einfache Weise ausgetauscht werden, so dass unterschiedliche an die entsprechenden Anforderungen einfach anpassbare Adapterelemente 26 zusammengesetzt werden können. Die einzelnen Adaptermodule 42 weisen sodann wieder unterschiedliche Steckverbindungen 36, 38, 40 auf. Hierbei können die Zuleitungen zu den Adaptermodulen in eine oder mehreren Drapen verpackt werden.
Ferner ist ein modularer Aufbau des Adapterelements 26 auch derart möglich, dass ein Standardmodul 44 (Figur 6) vorgesehen ist, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel kreisringförmig ausgestellt ist. Dieses ist mit den entsprechenden Versorgungsleitungen 24 verbunden und mit Steckverbindungen 36 versehen. Ein zusätzliches im dargestellten Ausführungsbeispiel ringsegmentförmiges Adaptermodul 46 ist ebenfalls mit Versorgungsleitungen 24 versehen und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel die Steckverbindungen 36, 38 auf. Ebenso ist es möglich, dass mehrere kreisringsegmentförmige Adaptermodule 46 um ein inneres kreisringförmiges Adaptermodul 44 angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform (Figur 7) des Adapterelements 26 weist dieses ein inneres kreisringförmiges Adaptermodul 48 auf, das sämtliche Steckverbindungen 36, 38, 40 umfasst. Das innere kreisringförmige Adaptermodul 48 ist von einem weiteren Kreisring umgeben, der mit den Versorgungsleitungen 24 verbunden ist. Vorzugsweise ist der äußere Kreisring 50 gegenüber dem inneren kreisringförmigen Adaptermodul 34 drehbar. Insbesondere ist der äußere Kreisring 50 frei drehbar. Die Verbindung zwischen den Versorgungsleitungen und den Steckverbindungen 36, 38, 40 kann durch Schleifringe, Ringleitungen oder dergleichen realisiert werden. Aufgrund der freien Drehbarkeit des äußeren Ringelements 50 ist es möglich, das Instrument 28 in dem Ring 50 zusammen mit dem Adaptermodul 48 zu drehen, so dass bei dem Drehen kein Bewegen der Versorgungsleitungen 24 erfolgen muss.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (Figur 8) sind wiederum identische oder ähnliche Bauteile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Besonderheit dieser Ausführungsform besteht darin, dass Adaptermodule 52 in das Adapterelement 26 eingelegt sind. Hierzu weist das Adapterelement 26 entsprechend ausgebildete Ausnehmungen 54 auf. Hierbei kann eine mit dem Adaptermodul 52 verbundene Zuleitung 24 gesondert in einer Drape verpackt sein. Eine gegebenenfalls nicht sterilisierbare Oberfläche 56 kommt nicht mit dem den Patienten berührenden Werkzeug bzw. Instrument in Kontakt. Mit dem Instrument bzw. dem Patienten kommt nur die Außenseite 58 des sterilisierbaren Adapterelements 26 in Kontakt.

Claims

Patentansprüche
Roboteranordnung zum Einsatz in medizinischen Bereichen, mit einem, insbesondere mehrere Gelenke (14) aufweisenden Roboterarm (10), einem an dem Roboterarm (10) vorgesehenen Instrumentenhalter (18) zur Aufnahme eines medizinischen Instruments (28) und mit dem Instrument (28) verbindbaren Versorgungsleitungen (24), g e k e n n z e i c h n e t durch ein Adapterelement (26) zur Verbindung der Versorgungsleitungen (24) mit dem Instrument (28).
Roboteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Instrumenten-Versorgungsleitungen (24) mit dem Adapterelement (26) verbunden sind .
Roboteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Instrument (28) zur Kraftübertragung im Wesentlichen, insbesondere ausschließlich mit dem Instrumentenhalter (18) verbunden ist.
Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (26) und das Instrument (28) über ein gemeinsames Halteelement (32) mit dem Instrumentenhalter (18) verbunden sind.
5. Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (26) und das Instrument (28) gesondert über insbesondere mechanische Halteelemente mit dem Instrumentenhalter (18) verbunden sind.
6. Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (26) mehrere jeweils mit mindestens einer Versorgungsleitung (24) verbundene Adaptermodule (41, 42, 44, 46, 48, 50, 56, 58) aufweist.
7. Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (26) ein Standard- Adapterelement (41, 44, 48, 58) aufweist, das mit Zusatz- Adapterelementen (42, 46, 50, 56) verbindbar ist.
8. Roboteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz-Adapterelemente (46, 50) das Standard-Adapterelement (44, 48), insbesondere ringförmig umgibt und vorzugsweise um das Standard- Adapterelement drehbar ist.
9. Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboterarm (10) und/ oder zu dem Adapterelement (26) führende Versorgungsleitungen (24) mit einer gegebenenfalls mehrlumigen sterilen Drape (25) oder gesonderten Drapen umgeben sind.
10. Roboteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das medizinische Instrument (28) zu dessen Antrieb mit Energieversorgungsleitungen und/ oder Kommunikationsleitungen über das Adapterelement (26) verbunden ist.
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