DE102014222293A1

DE102014222293A1 - Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und Überwachungssystem

Info

Publication number: DE102014222293A1
Application number: DE102014222293.1A
Authority: DE
Inventors: Philip Mewes; Lutz Blohm; Michael Martens
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-19
Also published as: CN105559886A; US9936972B2; CN105559886B; US20160128781A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs, mit den folgenden Schritten: • Aufnahme von zumindest einem Messwert, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist, • automatische Auswertung des Messwertes bezüglich eines Referenzmesswertes, • Vergleich der Änderung des Messwertes oder der Änderung der Krafteinwirkung mit einem Schwellwert, und • Ausgabe eines Hinweises im Falle eines Überschreitens des Schwellwertes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments gemäß dem Patentanspruch 1 sowie ein Überwachungssystem zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 8.
In der Medizintechnik können endoskopische Robotersysteme mit Roboterarmen eingesetzt werden, um den Arzt oder Chirurgen während eines chirurgischen Eingriffs zu unterstützen. Das Robotersystem dient je nach Einsatz als Führungshilfe, Tragehilfe und Werkzeughalter. Die motorischen Antriebe des Robotersystems erlauben Bewegungen und Positionierungen mit einer hohen Wiederholgenauigkeit bei einer signifikanten Kräfteentlastung des Chirurgen. Bekannt sind auch Robotersysteme, bei denen Roboterarme durch eine Berührung durch den Bediener bewegbar sind, so dass eine interaktive Bedienung ohne klassische Bedienelemente und Steuerknüppel möglich ist.
Im Allgemeinen werden Robotersysteme jedoch bisher nur dort erfolgreich eingesetzt, wo alle Parameter der Umgebung starr, berechenbar oder sensorisch messbar sind. Flexible Parameter, wie die Körperoberfläche eines Patienten, die während einer laparoskopischen Operation z.B. durch den mit Gas – typisch CO₂ – aufgefüllten Bauchraum, lassen sich nicht durch Parameter berechnen. Die Kenntnis über die Position der Bauchdecke ist sehr wichtig, da sich daraus der Drehpunkt für ein eingeführtes Instrument ergibt. Ein optimal positionierter Drehpunkt ist wichtig, damit bei Drehbewegungen des robotisch gehaltenen und bewegten Instruments möglichst wenige translatorische Kräfte auf die Bauchdecke des Patienten wirken.
Der Eingang in eine Körperhöhle wie z.B. den Bauchraum eines Patienten wird im Allgemeinen durch einen sogenannten Trokar ermöglicht. Der Trokar wird durch einen Einschnitt in die Haut gestochen und schließt das in den Bauchraum eingefüllte Gas auch bei Entfernung der Instrumente ab. Der Trokar ist flexibel in seiner Eindringtiefe und wird je nach Situation unterschiedlich tief z.B. in den mit Gas gefüllten Bauchraum vorgetrieben. Ein Chirurg muss während eines manuell geführten Eingriffes mit einem Instrument die Verformung des Bauchraumes ständig beobachten, um evtl. auszutretendes oder abgelassenes Gas bei seiner Bewegung zu kompensieren. Über den verspürten Kraftaufwand kann eine falsche Kraftaufbringung, und damit mögliche Komplikationen vermieden werden. Ohne die Kenntnis des Drehpunktes muss der Chirurg das Instrument vollständig in allen Freiheitsgraden selbst manuell bewegen bzw. steuern. Er muss den Druckzustand im Bauchraum ständig optisch überwachen, bzw. auf Alarme des Insufflators reagieren. Wird das Instrument durch geeignete Robotersysteme gehalten oder geführt, fehlt ein solcher manueller Ausgleich durch den Chirurgen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches den Einsatz von endoskopischen Robotersystemen vereinfacht; des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, ein für die Durchführung des Verfahrens geeignetes System bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments gemäß dem Patentanspruch 1 und von einem Überwachungssystem gemäß dem Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs, umfasst die folgenden Schritte: Aufnahme von zumindest einem Messwert, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist, automatische Auswertung des Messwertes bezüglich eines Referenzmesswertes, Vergleich der Änderung des Messwertes oder der Änderung der Krafteinwirkung mit einem Schwellwert, und Ausgabe eines Hinweises im Falle eines Überschreitens des Schwellwertes. Der Referenzmesswert kann z.B. vor oder bei Beginn des chirurgischen Verfahrens oder zumindest zu einem anderen Zeitpunkt aufgenommen worden sein. Der Schwellwert kann zuvor bestimmt oder festgelegt werden. Der Hinweis kann in Form einer Meldung oder eines Alarmes optisch, akustisch oder haptisch ausgegeben werden. Eine zu überwachende Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche eines Patienten kann z.B. durch eine Luftdruckänderung im Patienten, eine Deformation von Organen (Resektion, Lageveränderung, etc.) oder durch äußere Einwirkungen hervorgerufen werden.
Durch das Verfahren kann auf einfache Weise eine automatische Überwachung eines chirurgischen Eingriffs durchgeführt werden, welche bisher nur manuell durch einen Arzt oder anderes überwachendes Personal durchgeführt wird und damit sehr fehleranfällig ist. Bei Abweichungen des Eindringverhaltens kann durch das erfinderische Verfahren nun schnell und effektiv eine Gegenmaßnahme ergriffen werden, um Schaden von dem Patienten abzuwenden und um den Eingriff durch Berichtigung des Eindringverhaltens wieder in die gewünschte Bahn zu lenken. Ein unerwünscht geändertes Eindringverhalten kann dazu führen, dass der Eingriff entweder den Patienten schädigt oder nicht zu dem gewünschten Resultat führt. Wird eine unerwünschte Änderung schnell detektiert und die den Eingriff durchführende Person darauf hingewiesen, so kann auch der Ablauf des chirurgischen Eingriffs beschleunigt werden und die für den Patienten und das Personal belastende Situation verkürzt werden. Die Erfindung umfasst außerdem ein Überwachungssystem zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines an einem Roboterarm gehalterten Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches zumindest ein Messsystem zur Aufnahme eines Messwertes, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist, eine Auswertevorrichtung zur Auswertung des Messwertes und eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe eines Hinweises aufweist.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Messwert bezüglich der Änderung der Krafteinwirkung ausgewertet. Neben der Bewertung des Messwertes als indirekte Richtgröße für die Änderung der Krafteinwirkung kann also auch die direkte Krafteinwirkung selbst bestimmt und bewertet werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Messwert von einem eine Eindringtiefe des Trokars und/oder des Instruments in die Körperhöhle repräsentierenden Messwert gebildet. Durch die Eindringtiefe ist ein indirekter oder direkter Nachweis einer Änderung der Krafteinwirkung möglich. Eine zu hohe Eindringtiefe stellt eine Gefahr für den Patienten dar. Aus der Eindringtiefe kann außerdem im Zusammenhang mit dem Roboterarm, an welchem der Trokar und/oder das Instrument befestigt ist, eine Berechnung des Drehpunktes für den eingeführten Trokar oder das Instrument bestimmt werden. In vorteilhafter Weise wird die Eindringtiefe bestimmt, indem mittels eines optischen Messsystems, insbesondere eines Kamerasystems, zumindest ein optischer Marker, welcher an dem Trokar und/oder dem Instrument angebracht ist, detektiert und aufgenommen wird und eine Auswertung der Aufnahme des optischen Markers hinsichtlich der Eindringtiefe durchgeführt wird. Das Überwachungssystem weist zweckmäßigerweise einen Trokar und/oder ein Instrument mit zumindest einem optischen Marker zur Anzeige der Eindringtiefe des Trokars oder Instruments in die Körperhöhle auf, wobei das Messsystem mit zumindest einer optischen Detektionseinheit zur Detektion und Aufnahme des optischen Markers ausgebildet ist, wobei die Auswertevorrichtung zur Bestimmung der Eindringtiefe aus den Aufnahmen des Messsystems ausgebildet ist. In vorteilhafter Weise werden die optischen Marker von einer optischen Längenskala gebildet, welche auf dem Trokar und/oder dem Instrument angeordnet ist, und weist das optische Messsystem zumindest eine Kamera auf. Ein derartiges optisches Messsystem in Zusammenhang mit optischen Markern bildet eine einfache, aufwandsarme und dennoch genaue und flexible Möglichkeit, die Eindringtiefe des Trokars oder des Instruments zu messen, ohne z.B. zusätzlich belastende Strahlung zu verwenden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Messwert von einem den Druck in der Körperhöhle des Patienten repräsentierenden Messwert gebildet. Dies kann z.B. durch Verwendung eines Druckmesssensors oder eines Insufflators durchgeführt werden. Die Form der Körperoberfläche des Patienten im Bereich oberhalb der Körperhöhle, z.B. der Bauchdecke, wird maßgeblich durch eingebrachtes Gas bestimmt. Der Druck kann sich signifikant verändern, wenn z.B. ein Trokar verrutscht oder andere Bewegungen, die einen Gasaustritt ermöglichen, ausgeführt werden. Eine Überwachung des Drucks ist eine wichtige Sicherheitsmaßnahme, um unvorhergesehene Verschiebungen der Körperoberfläche oder der Lage des Zielbereiches zu erfassen. Auch der Druck kann dazu verwendet werden, den Drehpunkt des Trokars oder Instruments zu bestimmen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Messwert von zumindest einem Drehmomentwert von zumindest einer der Achsen des Roboterarms gebildet. Ein derartiger Roboterarm weist im Allgemeinen mindestens zwei Achsen auf, welche wiederum häufig zur Bewegungssteuerung Drehmomentsensoren aufweisen. Durch einen bzw. mehrere solcher Sensoren in den Achsen des Roboterarms können die auf den Drehpunkt des Trokars und/oder Instruments einwirkenden Kräfte bestimmt werden. Die Voraussetzung hierfür sind, dass das Instrument fest am Roboterarm montiert ist und durch einen Trokar in den Bauchraum des Patienten eingeführt. Kräfte, die auf das Instrument wirken, wirken in gleicher Weise auf die Stelle des Roboterarms, an der das Instrument angebracht ist. Zudem ist es sinnvoll, einen initialen Drehpunkt (sogenannten Patient entry point) durch eine geeignete Methode zu definieren. Die Drehmomentsensoren messen Drehmomentwerte, welche durch den Vergleich mit Referenzwerten (initialer Drehpunkt) dann Abweichungen der auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte registrieren. Diese Kräfte wirken dadurch, dass das am Roboterarm montierte Instrument z.B. durch eine veränderte Trokarposition in einer andere als die ursprüngliche definierte Drehpunktposition gedrückt oder gezogen wird. Durch mehrere verbaute Drehmomentsensoren können dadurch Abweichungen in allen Freiheitsgraden festgestellt werden.
In vorteilhafter Weise werden mehrere Drehmomentwerte bestimmt und verwendet werden, um die Änderung der Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche und eine Kompensationsbewegung des Roboterarms zur Minimierung der Krafteinwirkung zu bestimmen. Durch eine Auswertung der auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte z.B. bzgl. ihrer räumlichen Orientierung können neue Drehpunktpositionen berechnet werden. Es können auch bzgl. der auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte optimale und inverse Bewegungsrichtung des Roboterarms, um die auf den Trokar und damit den Einschnitt in der Körperoberfläche wirkenden Kräfte zu minimieren. Auf diese Weise kann durch eine Kompensationsbewegung der Drehpunkt wieder insofern optimiert werden, dass bei rotatorischen Bewegungen des Instrumentes um den Drehpunkt herum möglichst minimale translatorische Kräfte auf die Bauchdecke des Patienten wirken.
In vorteilhafter Weise wird Ausgabevorrichtung von einem Monitor oder einem Touchpad oder einem Lautsprecher gebildet. Es können auch weitere optische, akustische oder haptische Ausgabemedien verwendet werden.
Die Erfindung umfasst ein Endoskopisches Robotersystem mit zumindest einem einen Trokar und/oder ein durch den Trokar geführtes Instrument halternden Roboterarm, aufweisend ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems, eines Trokars und eines Instruments für einen chirurgischen Eingriff;
2 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Überwachung eines chirurgischen Eingriffs; und
3 ein endoskopisches Robotersystem mit einem Roboterarm und einem erfindungsgemäßen Überwachungssystem.
In der 1 ist ausschnittsweise ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem gezeigt, welches ein optisches Messsystem zur Bestimmung der Eindringtiefe eines Instruments 11 in eine Bauchhöhle 16 eines Patienten aufweist. Ein Trokar 10 ist durch einen Einschnitt in der Bauchdecke 12 eines Patienten eingeführt und das Instrument 11 ist durch den Trokar 10 in die Bauchhöhle 16 des Patienten eingeschoben. Unter einem Instrument kann z.B. ein Laparoskop oder ein anderes, in der Länge fixes, in den Patienten eingebrachtes Werkzeug verstanden werden. Das Instrument 11 ist an seinem anderen Ende von einem Roboterarm 18 (nur ansatzweise gezeigt) gehalten. Da die Spitze des Instruments 11, welche sich im Inneren der Bauchhöhle befindet, von außen nicht sichtbar ist, ist es für einen Arzt im Allgemeinen schwierig, die Eindringtiefe 19 des Instruments 11 zu bestimmen. Als die Eindringtiefe 19 wird im Allgemeinen der Abstand des distalen Endes des Trokars 10 oder Instruments 11 von der Körperoberfläche (Bauchdecke 12) des Patienten definiert. Um dies zu automatisieren, ist eine Längenskala 15 auf dem Instrument 11 und eine Längenskala 14 auf dem Trokar 10 angeordnet, welche sich beide zumindest teilweise außerhalb der Bauchhöhle 17 und im Überwachungsbereich 17 einer Kamera 13 befinden. Mittels der Kamera 13 kann durch Aufnahme der Längenskala 15 des Instruments 11 dessen Eindringtiefe 19 in die Körperhöhle bestimmt und mittels eines Auswertesystems 20 ausgewertet werden. Zusätzlich kann auf dem Trokar 10 eine Längenskala 14 des Trokars 10 angeordnet sein, welche ebenfalls von der Kamera 13 einsehbar ist. Auch diese Aufnahme kann von dem Auswertesystem 20 ausgewertet werden.
Mittels des in der 1 gezeigten Überwachungssystems kann ein erfindungsgemäßes Verfahren realisiert werden. Es können jedoch auch andere Messsysteme verwendet werden. Eine typische Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs ist in der 2 gezeigt. Der Überwachungsverfahren kann kontinuierlich oder in regelmäßigen Abständen nach Beginn des chirurgischen Eingriffs durchgeführt werden. Es ist sinnvoll, zu Beginn des chirurgischen Verfahrens einen oder mehrere entsprechende Referenzwerte 25 aufzunehmen, um Veränderungen zuverlässig ableiten zu können. In einem ersten Schritt 21 wird zumindest ein Messwert, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche bzw. den Einschnitt in die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist, aufgenommen. Es können auch mehrere Messwerte aufgenommen werden. Beispiele für solche Messwerte sind zum Beispiel die Eindringtiefe des Instruments oder Trokars, der Druck in der Körperhöhle des Patienten oder der an zumindest einer Achse des Roboterarms bestimmbare Drehmomentwert. Alle diese Messwerte können direkt oder indirekt auch für eine Bestimmung des Drehpunkts des Instruments/Trokars verwendet werden.
Nach der Bestimmung des Messwertes wird dieser in einem zweiten Schritt 22 bezüglich des zuvor aufgenommenen Referenzwertes automatisch ausgewertet, insbesondere von dem Auswertesystem oder einer Systemsteuerung. Dabei kann z.B. einfach eine Messwert-Änderung bestimmt werden, es kann aber auch eine Veränderung der Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche bzw. den Einschnitt in die Körperoberfläche bestimmt werden. Anschließend wird in einem dritten Schritt 23 die Messwert-Änderung oder die Veränderung der Krafteinwirkung mit einem Schwellwert verglichen. Der Schwellwert kann zuvor von einem User festgelegt oder von dem System empirisch ausgewählt werden. Anschließend wird in einem vierten Schritt 24 automatisch ein Hinweis ausgegeben, falls eine Überschreitung des Schwellwertes detektiert worden ist. Ein solcher Hinweis kann von einer Ausgabe auf einem Monitor oder einer anderen Anzeigeeinheit (z.B. Touchpad ...) gebildet werden, es kann auch ein Alarmton oder ein optisches Alarmsignal (z.B. Blinken, Farbanzeige) oder ein haptisches Signal (z.B. Vibrieren eines Hebels) ausgegeben werden.
Im Folgenden wird auf die speziellen Ausbildungen des Verfahrens in Bezug auf die aufgenommenen Messwerte Bezug genommen und weitere Beispiele ausführlich beschrieben. Es können auch mehrere Möglichkeiten gleichzeitig verwendet werden.

1) Verwendung der Eindringtiefe als Messwert: Durch eine Ermittlung der Eindringtiefe des Instrumentes und die des Trokars in die Bauchhöhle kann hier der Roboterarm ermitteln, wo sich der Drehpunkt des Systems für den Trokar oder das Instrument in der Bauchdecke befindet. Die Eindringtiefe kann durch das auf optischen Markern (z.B. Längenskalen wie in 1 gezeigt) basierte Messsystem vermessen werden, wobei die Kamera in der Sichtnähe des Instruments die Ablesung der Messwerte fortlaufend oder intervallartig vornimmt. Das Messsystem kann automatisch die Länge des Instruments und die Eindringtiefe aufgrund der Markierungen ermitteln. Das Messsystem ist hinreichend genau, um eine Berechnung des Drehpunktes durchzuführen. Sollte das Messsystem, weil z.B. die Markierungen auf dem Instrument verdeckt sind, keine Werte mehr ermitteln können, können ebenfalls optische, akustische oder mechanische Warnungen an den Bediener ausgegeben werden, ohne die Arbeit mit dem System abzubrechen. Die Markierung des Instrumentes ist so ausgeführt, dass nicht das vollständige Instrument sichtbar sein muss. Durch die automatische Ermittlung, laufende Aktualisierung und ständige Überwachung der Eindringtiefe des Instrumentes kann das Instrument durch den Roboterarm in allen verbleibenden Freiheitsgraden für den Patienten gefahrlos bewegt werden. Die vom Chirurgen auf das Instrument robotisch aufgebrachten Kräfte werden korrekt umgesetzt und können nicht zu einer Fehlbewegung – also zu einer Verletzung des Patienten führen. Die automatische Erkennung des Instrumentes erlaubt einen Instrumentenwechsel, ohne dass Kalibrierschritte oder Werteeingaben vorgenommen werden müssen. Dies erhöht die Flexibilität des Systems bei einer gleichzeitigen Vereinfachung der Bedienung.
2) Verwendung des Druckes in der Körperhöhle als Messwert: Die Überwachung des Druckes in der Bauchhöhle stellt eine erhebliche Sicherheitsmaßnahme dar, um auf unvorhergesehene Verformungen des Bauches, und damit auf Veränderungen des Drehpunktes reagieren zu können. Die Form der Bauchdecke wird maßgeblich durch das eingebrachte Gas bestimmt. Der Druck kann sich signifikant verändern, wenn z.B. ein Trokar verrutscht oder andere Bewegungen, die einen Gasaustritt ermöglichen, ausgeführt werden.
3) Verwendung von Drehmomenten des Roboterarms als Messwerte: In der 3 ist ein Überwachungssystem gezeigt, bei welchem der Roboterarm 18 mehrere Achsen und mehrere in den Achsen angeordnete Drehmomentsensoren 26 aufweist. Das Auswertesystem 20 ist mit dem Roboterarm 18 verbunden, außerdem ist ein Monitor 27 zur Anzeige von Hinweisen vorgesehen.

Eine hierdurch mögliche Überwachung der aufgebrachten und einwirkenden Kräfte bei allen orthogonal zum Drehpunkt verlaufenden Bewegungen ist eine vorteilhafte Sicherheitsmaßnahme, um für den Patienten gefährliche Bewegungen der Instrumente zu vermeiden. Bei bekannten Roboterarmen sind häufig Drehmomentsensoren vorhanden, die dann hierfür verwendet werden können. Ist das Instrument ist fest am Roboterarm montiert und durch den Trokar in den Bauchraum des Patienten eingeführt, wirken Kräfte, die auf das Instrument wirken, in gleicher Weise auf die Stelle des Roboterarm, an der das Instrument angebracht ist. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn ein initialer Drehpunkt (Patient entry point) zu Beginn des Verfahrens definiert ist/wird. Mögliche Ereignisse, die den Drehpunkt translatorisch verändern können, sind z.B. Luftdruckänderungen im Patienten, Deformationen innerer Organe oder Deformationen durch äußere Einwirkungen. Durch den oder die Drehmomentsensoren, die an allen oder einigen Achsen der kinematischen Kette des Roboterarms angeordnet sein können, registrieren Abweichungen der auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte. Diese Kräfte wirken dadurch, dass das am Roboter montierte Instrument (z.B. Endoskop/Laparoskop) durch eine veränderte TroKarposition in eine andere als die ursprüngliche definierte Drehpunktposition gedrückt oder gezogen wird. Durch mehrere verbaute Drehmomentsensoren können Abweichungen in allen Freiheitsgraden festgestellt werden. Werden durch das automatische Verfahren derartige Veränderungen festgestellt, so können zum Vorteil des Patienten Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte werden bzgl. ihrer räumlichen Orientierung ausgewertet. Daraus resultierend kann eine neue Drehpunktposition berechnet bzw. einen bzgl. der auf die Drehmomentsensoren ausgeübten Kräfte optimale und inverse Bewegungsrichtung des Roboterarms, um die Kräfte zu minimieren bzw. kompensieren. Somit kann der Drehpunkt wieder insofern optimiert werden, dass sich bei rotatorischen Bewegungen des Instrumentes um den Drehpunkt herum möglichst minimale translatorische Kräfte auf die Bauchdecke des Patienten wirken.
Es ist vorteilhaft, die Kräfte, die bei der Bewegung des Roboterarms aufgebracht werden, – speziell im Drehpunkt des Instrumentes in der Bauchdecke – zu überwachen, da es sonst zu Verletzungen des Patienten kommen kann. Diese Kräfte können entweder durch den Roboterarm erbracht werden, oder werden durch den Chirurgen auf den Roboterarm als Bewegungssteuerung ausgeübt. Stellt der Roboterarm eine solche Situation fest, kann eine entsprechende Signalisierung stattfinden, außerdem ist es von besonderem Vorteil, auch eine Begrenzung der Kraft durchzuführen.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm gehaltenen Trokars und/oder eines durch den Trokar geführten Instruments in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs, mit den folgenden Schritten:

• Aufnahme von zumindest einem Messwert, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist,
• automatische Auswertung des Messwertes bezüglich eines Referenzmesswertes,
• Vergleich der Änderung des Messwertes oder der Änderung der Krafteinwirkung mit einem Schwellwert, und
• Ausgabe eines Hinweises im Falle eines Überschreitens des Schwellwertes.

Claims

Verfahren zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines von einem Roboterarm (18) gehaltenen Trokars (10) und/oder eines durch den Trokar (10) geführten Instruments (11) in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs, mit den folgenden Schritten: • Aufnahme von zumindest einem Messwert, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist (21), • automatische Auswertung des Messwertes bezüglich eines Referenzmesswertes (25) (22), • Vergleich der Änderung des Messwertes oder der Änderung der Krafteinwirkung mit einem Schwellwert (23), und • Ausgabe eines Hinweises im Falle eines Überschreitens des Schwellwertes (24).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Messwert bezüglich der Änderung der Krafteinwirkung ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Messwert von einem eine Eindringtiefe des Trokars (10) und/oder des Instruments (11) in die Körperhöhle repräsentierenden Messwert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Messwert von einem den Druck in der Körperhöhle des Patienten repräsentierenden Messwert gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Messwert von zumindest einem Drehmomentwert von zumindest einer der Achsen des Roboterarms (18) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Eindringtiefe bestimmt wird, indem mittels eines optischen Messsystems, insbesondere eines Kamerasystems, zumindest ein optischer Marker, welcher an dem Trokar (10) und/oder dem Instrument (11) angebracht ist, detektiert und aufgenommen wird und eine Auswertung der Aufnahme des optischen Markers hinsichtlich der Eindringtiefe durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei mehrere Drehmomentwerte bestimmt und verwendet werden, um die Änderung der Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche und eine Kompensationsbewegung des Roboterarms (18) zur Minimierung der Krafteinwirkung zu bestimmen.
Überwachungssystem zur automatischen Überwachung des Eindringverhaltens eines an einem Roboterarm (18) gehalterten Trokars (10) und/oder eines durch den Trokar (10) geführten Instruments (11) in eine Körperhöhle durch einen Einschnitt in der Körperoberfläche eines Patienten während eines chirurgischen Eingriffs nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend zumindest ein Messsystem zur Aufnahme eines Messwertes, durch welchen eine Veränderung einer Krafteinwirkung auf die Körperoberfläche des Patienten bestimmbar ist, aufweisend eine Auswertevorrichtung (20) zur Auswertung des Messwertes und aufweisend eine Ausgabevorrichtung (27) zur Ausgabe eines Hinweises.
Überwachungssystem nach Anspruch 8, aufweisend einen Trokar (10) und/oder ein Instrument (11) mit zumindest einem optischen Marker zur Anzeige einer Eindringtiefe des Trokars (10) oder Instruments (11) in die Körperhöhle, wobei das Messsystem mit zumindest einer optischen Detektionseinheit zur Detektion und Aufnahme des optischen Markers ausgebildet ist, wobei die Auswertevorrichtung (20) zur Bestimmung der Eindringtiefe aus den Aufnahmen des Messsystems ausgebildet ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 9, wobei die optischen Marker von einer optischen Längenskala (14; 15) gebildet werden, welche auf dem Trokar (10) und/oder dem Instrument (11) angeordnet ist, und das optische Messsystem zumindest eine Kamera (13) aufweist.
Überwachungssystem nach Anspruch 8, wobei das Messystem zur Bestimmung eines einen Druck in der Körperhöhle repräsentierenden Messwerts ausgebildet ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 8, wobei das Messsystem zumindest einen an dem Roboterarm (18) angeordneten Drehmomentensensor (26) aufweist.
Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Ausgabevorrichtung von einem Monitor oder einem Touchpad oder einem Lautsprecher gebildet wird.
Endoskopisches Robotersystem mit zumindest einem einen Trokar (10) und/oder ein durch den Trokar (10) geführtes Instrument (11) halternden Roboterarm (11), aufweisend ein Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 13.