用于微创外科手术的脱耦的多相机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种由至少一个内窥镜相机和至少一个套管相机构成的多相机系统，用于在微创手术中以及在相应的外科手术机器人中使用，尤其用于在微创外科手术中、例如在腹腔镜中使用。
【背景技术】
[0002]微创外科手术、例如腹腔镜的手术经由使用外科器械、例如夹钳、刀具和缝合工具进行，所述外科器械经由一个或多个套管引入到患者的体内。通常，使用两个至四个、在大多数情况下三个外科器械。除了所述外科器械之外需要的是，存在显示单元，所述显示单元能够为外科医生实现观察手术区域。这种显示单元通常是相机或内窥镜，所述相机/内窥镜同样经由套管引入到患者的体内。通常，显示经由内窥镜进行，所述内窥镜将手术区域的图形以2D或3D在外部的显示器上示出。在现有技术中，已知多个内窥镜，其中显示单元、如相机集成在其远端中。然而，内窥镜通常能够在其远端上和在其近端上具有相机。借助内窥镜实现的拍摄经由图像转发系统和图像处理单元在一个或多个外部的显示器上成像。在现有技术中描述了多个内窥镜。
[0003]因此，例如W02009/057117A2描述一种具有两个成像设备的内窥镜。成像设备经由套管引导到体内并且经由固定在套管上的折页侧向地翻转，更确切地说成角度地从套管的纵轴线朝向侧面翻转。两个成像设备能够以不同的角度向外枢转，使得能够实现两个不同的拍摄。
[0004]在现有技术中描述的相机系统或内窥镜的缺点是，内窥镜仅设为用于显示手术区域，由于外科器械的位置和内窥镜靠近手术过程的位置以及视场角度(FoV，“Field ofView)的改变，所述内窥镜然而不能够同时成像引入到腹腔中的外科器械的位置和方向，其中仅成像手术过程的附近的区域。如果将外科器械从手术视野中移除，那么其不再由内窥镜检测并且不再处于外科医生或其助手的可视控制下。
【发明内容】
[0005]因此，本发明基于下述目的，提供一种用于微创外科手术、例如腹腔镜手术的改进的显示系统，所述显示系统能够向手术医生提供关于经由例如腹腔引入到患者中的器械的位置和方向的附加信息。所述目的通过本发明根据权利要求1借助具有至少两个相应的内窥镜的外科手术机器人系统来实现。
[0006]本发明示出一种由内窥镜和至少一个其他的套管相机构成的脱耦的多相机系统，用于在微创外科手术、如腹腔镜检查中使用。
[0007]本发明的第一主题涉及一种用于微创外科手术、尤其用于在具有至少两个机器人臂的外科手术机器人系统之内使用的套管相机，在所述机器人臂上分别设置有至少一个用于微创外科手术的内窥镜，
[0008]其中第一机器人臂上的第一内窥镜包括主承载装置，所述主承载装置基本上在整个内窥镜长度上从外部延伸到体内，并且所述主承载装置在远端上具有至少一个照明单元和两个图像采集装置，其中图像采集装置分别基本上在与主承载装置相同的平面中可向外枢转地设置；和套管，所述套管实现第一内窥镜进入到体内，并且
[0009]其中第二机器人臂上的第二内窥镜具有:主承载装置，所述主承载装置基本上在整个内窥镜长度上从外部延伸到体内，
[0010]套管，所述套管实现第二内窥镜进入到体内，
[0011]附加承载装置，所述附加承载装置设置在套管和/或主承载装置上，其中附加承载装置在其远端上具有附加图像采集装置，所述附加图像采集装置从附加承载装置可向外枢转地设置，并且其中附加图像采集装置具有附加照明单元和至少一个附加图像传感器，所述附加图像传感器具有监控区域，所述监控区域包括第一内窥镜的图像采集装置的两个监控区域，
[0012]其中设有显示单元和与两个图像采集装置和附加图像采集装置(8、9、10、11)耦联的图像处理单元，所述显示单元示出图像采集装置的和/或附加图像采集装置的2D图像数据和/或3D图像数据。
[0013]本发明具有下述优点:通过提供和同时使用至少两个成像系统，即一个内窥镜上的至少一个至少2D的概观相机和另一个内窥镜上的3D细节相机，其中为了输送2D概观相机，将组合套管连同外科器械一起使用并且引入到患者的体内，可能的是，不仅以高的视场角(典型为>90°的广角)生成至少一个2D概观图像、而且以小于70°的常见的视场角生成3D细节图。这能够实现，在微创外科手术、例如内窥镜手术的整个持续时间期间，成像直接的手术区域以及其更宽的周围。以所述方式，能够同时成像全部外科器械，即使当所述外科器械由于其改变的位置和由于内窥镜的位置以及由于视场角(FoV，“Field of View”)的位置处于内窥镜的手术视野之外时也如此，因为附加图像采集装置也能够检测位于内窥镜的手术视野之外的器械。这例如能够是下述情况:外科器械暂时不需要“停放”。所述“停放”在大多数情况下在直接的手术过程之外并且在操作视野之外进行，借此其在手术中不妨碍。根据本发明，这种“停放的”外科手术元件由根据本发明的2D概观相机检测进而持续地处于外科医生的或其助手的可视控制下。
[0014]此外，通过附加承载装置上的尤其用于3D图形的附加照明单元，实现改进的照亮，使得3D细节相机的图像能够在质量方面改进地示出。
[0015]根据本发明的一个优选的实施方式，附加图像传感器具有广角光学元件，所述广角光学元件在向外枢转的状态下靠近套管的远端设置。
[0016]本发明的第三主题涉及一种外科手术机器人系统，所述机器人系统具有至少两个机器人臂，在所述机器人臂上能够设置用于微创外科手术的外科器械和内窥镜，其中在用于外科器械的套管上附加地设置有附加承载装置以及附加图像采集装置，
[0017]套管，所述套管实现内窥镜进入到体内，并且
[0018]其中附加承载装置在其远端上具有附加图像采集装置，所述附加图像采集装置从附加承载装置可向外枢转地设置，并且其中附加图像采集装置具有附加照明单元和至少一个附加图像传感器，所述附加图像传感器具有监控区域，所述监控区域包括全部例如经由腹腔引入的外科器械和/或内窥镜的位置和方向，
[0019]其中设有显示单元和图像处理单元，所述图像处理单元不仅与内窥镜、而且也与附加图像采集装置耦联，所述显示单元示出内窥镜的和/或附加图像采集装置的2D图像数据和/或3D图像数据，
[0020]其中对于控制单元已知机器人臂的和固定在其上的器械或内窥镜的当前的位置和方向并且将所述信息传递给图像处理单元，所述图像处理单元不仅与内窥镜、而且与附加图像采集装置耦联，并且设有显示单元，所述显示单元示出内窥镜的和/或附加图像采集装置的2D图像数据和/或3D图像数据，并且附加地从机器人臂的和固定在其上的器械或内窥镜的位置计算其运动轨迹并且作为覆盖图连同2D图像数据和/或3D图像数据一起示出。
[0021]根据本发明的外科手术机器人系统尤其具有下述优点，图像数据能够为外科医生根据需要作为2D图像数据和/或3D图像数据示出，即概观相机的图像数据与3D细节相机的图像数据能够借助于图像处理单元耦联，以便因此能够为外科医生通过唯一的图像次序在显示单元上实现大程度改进的概观。
[0022]因此，尤其有利的是，附加图像传感器具有广角光学元件，所述广角光学元件在向外枢转的状态下靠近套管的远端设置。
[0023]尤其有利的是，两个图像采集装置分别在主承载装置的远端上围绕转动轴线可枢转地设置，其中枢转轴线彼此平行地位于一个平面中，由此使构造耗费最小化。
[0024]另一个构造上的简化方案在于，附加承载装置贴靠在套管和主承载装置之间、尤其直接贴靠在主承载装置上，其中尤其不仅主承载装置、而且附加承载装置圆筒形地构成。
[0025]此外，有利的是，图像采集装置借助于活节分别不仅围绕枢转轴线、而且围绕正交于承载装置的纵向延伸部的另一个转动轴线可翻转地设置，其中围绕枢转轴线和转动轴线的转动运动彼此无关地脱耦。
[0026]本发明的另一个优选的实施方式的特征在于，在第三机器人臂上设有至少一个第三内窥