专利名称：用于引导外科辅助仪器的手术辅助系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于根据对操作元件的至少 一个功能按键的手动操作引导外科辅助仪器、特别是引导具有内窥镜的照相机系统的手术 辅助系统。
背景技术：
例如DE 103 52 197公开了一种手术辅助系统，其用于在微创的介入(Eingriff) 或手术时引导外科辅助仪器、例如照相机系统等。DE 10 2004 052 753 Al涉及一种用于借助于手术辅助系统参照导向的外科仪器 来控制至少一个外科辅助仪器的引导跟进(Nachfiihrimg)的方法，其中，在微创地介入时 确定第一传感元件在三维测量空间中的实际的位置数据，其中，第一传感元件设置在导向 的外科仪器的从病人身体中伸出的部分上。根据所确定的导向的外科仪器的位置数据计算 待引导跟进的外科辅助仪器的位置数据并且通过手术辅助系统对该外科辅助仪器相应地 进行引导跟进。Nassir Navab 等人在 IEEE，2000 中发表的“Visual Servoing ForAutomatic and Uncalibrated Needle Placement For PercutaneousProcedures，，中已知一禾中在经皮手术 方法的范围内用于图像控制地引导针或外科仪器的方法，其中，通过成像方法向手术医生 显示待引导的针或待引导的外科仪器的实际位置。W003/041057A2记载了一种系统和一种对应的方法，用于通过机器人单元或 机器手进行图像引导的仪器控制，待引导的仪器设置在机器人单元或机器手上。从 US2003/0187351中也可以获知一种用于在外科手术中引导外科仪器的系统。但缺点在于，由现有技术已知的手术辅助系统在通过手术辅助系统机动地引导的 辅助仪器的运动空间上受到限制。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种用于引导外科辅助仪器、特别是具有内窥镜的照相 机系统的手术辅助系统，该手术辅助系统的特别之处在于，精确地引导仪器、被引导的外科 辅助仪器扩大的运动空间以及高度的易操作性。该目的从权利要求1的前序部分的特征出 发通过其特征部分的特征实现。根据本发明的手术辅助系统的一个重要方面在于，设置有控制及分析程序，该程 序用于确定外科辅助仪器相对于延伸通过穿刺点的笛卡尔病人坐标系的空间轴的倾斜角 并设计成用于将所确定的倾斜角与规定的设定倾斜角进行比较，其中，在所确定的倾斜角 超过设定倾斜角时，使外科辅助仪器的尖部在容纳尖部的部分球表面上引导，而在所确定 的倾斜角低于设定倾斜角时，沿延伸通过辅助仪器的尖部的切线将外科辅助仪器的尖部引 导到所述部分球表面上。在根据本发明的手术辅助系统的一个有利的变型中，在所确定的倾斜角超过设定倾斜角的情况下，在同心地围绕穿刺点的圆形轨道上引导辅助仪器的尖部。设定倾斜角有利地选择在10°至25°之间、优选在15°至20°之间。由此即使 在倾斜角特别小时以及辅助仪器的纵轴接近垂直于χ-y平面延伸时也能实现外科辅助仪 器的精确引导。在辅助仪器的尖部相对于笛卡尔病人坐标系的ζ轴达到足够的距离之后， 实施从切线控制到球形控制的自动切换。根据所选择的控制类型实现用于在病人身体内引 导外科辅助仪器的尖部的导向轨道的计算。根据本发明的手术辅助系统的改进、优点和使用可能性是从属权利要求的对象。
下面根据一个实施例参考附图详细描述本发明。其中图1示出手术辅助系统的透视图；图2示出带有已连接的操作元件与监视器单元的计算机系统的示意性方框图；图3示出病人身体的横截面图，其中将照相机系统的内窥镜的尖部导入手术空间 中；图4示出笛卡尔病人坐标系的x-y平面的俯视图，其中，沿切线引导内窥镜的尖 部；图5示出用于控制手术辅助系统的处理评价及控制程序的流程图；图6示出配准程序的流程图；以及图7示出手术程序的流程图。
具体实施例方式在图1中用附图标记1表示的用于医学介入特别是在微创手术中的手术辅助系统 用于引导外科辅助仪器，例如用于引导具有内窥镜3的照相机系统2。外科辅助仪器，特别 是经过小型的手术开口(套管针)或穿刺点(TrOkarpimkt)T将照相机系统2的内窥镜3 导入病人身体20内部的手术空间19。手术辅助系统1具有外壳4，在外壳中安置有主要的功能及控制元件，该外壳可以 例如在侧面固定在手术台5上，并且在所示的实施方式中通过两个可手动操作的夹紧装置 6来固定，这两个夹紧装置相互错开地设置在外壳4的共同的侧面上，并且为了其操作分别 设有摆动杆7。为了控制手术辅助系统1以及为了处理通过照相机系统2产生的图像数据， 将手术辅助系统1连接到计算机系统CS上。支承柱8突出于手术辅助系统1的外壳4的上侧，所述支承柱可通过安装在外壳4 中的电机式的驱动装置(未在图中示出)绕竖直的轴线VA(竖轴)受控地转动或摆动。在 支承柱8的上端部区域中通过一铰链9将一内部的臂10的一个或下面的端部铰接在该支 承柱上。此时，主要由铰链销和所述的支承件组成的铰链9构成为，使得臂10以其下端部 插入支承柱8的敞开的上端部中，并在那里被支承柱8叉状地包围。制造成由轻但稳固的 材料、例如由纤维强化的塑料，例如由玻璃纤维强化或碳纤维强化的塑料制成的空心体的 臂10在臂纵向上弯曲地构成，确切地说在臂上侧10. 1是凸的，而在臂下侧10. 2是凹的。臂10的远离支承柱8的端部上，一外部的臂12通过铰链11铰接在臂10上。铰链11主要由支承元件及铰链销组成，铰链销在两端从臂10中引出。臂12的一个端部以适 当的方式通过未示出的连接系统抗旋转但可拆卸地与铰链销的一个从臂10中引出的端部 连接。同样制造成由轻但稳固的材料、例如由纤维强化的塑料，例如由玻璃纤维强化或碳纤 维强化的塑料制成的空心体的臂12在臂的纵向上弯曲，确切地说在臂上侧12. 1是凹的，在 臂下侧12. 2是凸的。通过另一个铰链13将一 L形工具支架14的短边14. 1可自由转动地支承在臂12 的远离臂10的端部上，具体地能绕平行于工具支架14的长边14. 2的纵向延伸方向的轴线 自由转动。在工具支架14上在长边14. 2的远离短边14. 1的端部上设置一构成为卡扣件 (Klipp)的工具保持件15，内窥镜3通过卡接可拆卸地固定在工具保持件上，其本身可借助 于铰链16绕垂直于铰链13的轴线的轴线转动和摆动。在所示的实施方式中，铰链9、11和13的摆动轴线是互相平行或基本上互相平行 定向的水平的或基本上水平的轴线。铰链13和16是自由铰链，就是说，这些铰链使工具支 架14能相对于臂12的自由摆动或使保持件15能相对于工具支架14的自由摆动。相反， 铰链9和11分别形成用于特别是在分别采用一液压驱动装置的情况下受控地液压操作的 摆动运动的受控的轴线，所述驱动装置通过安置在外壳4中的控制装置17控制。这里控制 装置17设置成用于产生用于控制手术辅助系统1在笛卡尔坐标系中的运动学过程的不同 的驱动装置的控制信号。下面将配设给手术辅助系统1的运动学过程的、带有空间轴x，y， ζ的笛卡尔坐标系称为参考坐标系BKS。为了设置手术辅助系统1或内窥镜3相对于手术开口或穿刺点T(应穿过手术开 口或穿刺点T将内窥镜3导入手术空间19中)的零位置或起始位置，在臂12的自由端 上设有棒形的配准键18，其在远离臂12的端部上具有球形头部。刚性地设置在臂12上 的配准键18的球形头部这里相对于手术辅助系统1的受控的轴的基准位置或起始位置 或者说相对于参考坐标系BKS具有确定的位置。手术前，手术辅助系统1这样进行配准 (Registrierimg)，使得将键18引导到已经在手术台上定位的病人的这样的区域，在该区 域中设置有用于导入内窥镜3的手术开口或穿刺点Τ。由此确定病人坐标系PKS，其具有相 对于参考坐标系BKS预先规定的偏移矢量VO。偏移矢量VO在参考坐标系BKS中的笛卡尔 坐标Χ0，Υ0，ZO优选储存在控制装置17中。为了控制辅助仪器的运动，特别是手术辅助系统1的内窥镜3的运动设有至少一 个操作元件ΒΕ，其例如可以设计成脚踏开关、操纵杆或手动操作件。在图2中举例示出了这 种的操作元件ΒΕ，该操作元件包括例如六个功能按键Τ1-Τ6。操作元件BE连接到计算机系 统CS上，该计算机系统具有至少一个控制单元⑶和一个存储单元MlL为了分析和继续处理通过照相机系统2产生的图像数据，以及为了控制辅助仪器 特别是内窥镜3的运动，计算机系统CS通过操作单元BE与手术辅助系统1的控制装置17 以及照相机2连接，具体地优选通过图中未示出的接口单元或总线系统，例如CAN总线系统 连接。为了显示通过照相机系统2产生的并为了继续处理传送给计算机系统CS的图像 B，在计算机系统CS上连接一监视器单元ME。在监视器单元ME上显示经由内窥镜3通过照 相机系统2获取的图像B，该图像向手术辅助系统1的操作者显示手术空间19的位于内窥 镜3的尖部S之前的区域。
这里在手术辅助系统1投入运行和配准时，在监视器单元ME上显示的图像B的图 像水平线通过照相机系统2绕其纵轴线L的旋转来调整，使得图像水平线与操作者的自然 观察方式相适应。因此由在控制单元⑶中运行的控制及分析程序SAR获取手动调节的偏 移角wo并将其存储在存储单元MU中。通过测得的偏移角wo确保，在手术空间19内对内 窥镜3进行引导的范围中，在监视器单元ME上显示的图像B的图像水平线接近保持不变。控制及分析程序SAR在这里设计成，将由操作元件BE通过操作功能按键T1-T6产 生的控制指令sbl-sbe转化成用于控制手术辅助系统1的内窥镜3的运动的相应的控制信 号SS1-SS6，这些控制信号被输送给控制装置17，用于绕相应配设的轴或铰链9、11、13、16 驱动其臂系统10、12、14。这里事先计算各个臂10、12、14将移动到的、在具有三个空间轴 X、Y、Z的参考坐标系BKS中的设定位置。操作元件BE具有例如用于使在监视器单元ME上显示的图像B朝图像左边缘摆动 的第一功能按键Tl，用于图像B朝图像右边缘摆动的第二功能按键T2，以及用于图像B朝 图像上边缘和图像下边缘摆动的第三和第四功能按键T3、T4。另外还设置用于“缩放”所 显示图像B的第五和第六功能按键T5、T6，具体地在操作第五功能按键T5的时候，内窥镜3 继续向手术空间19中移动，而在操作第六功能按键Τ6时，将其从所述手术空间中导出。因 此手术辅助系统1的操作者通过相应地操作操作单元BE的第一至第六功能按键Τ1-Τ6能 够使内窥镜3在手术空间19内部进行最大360°的转动，此时内窥镜3以相对于垂直地通 过穿刺点延伸的笛卡尔病人坐标系PKS的空间轴Z倾斜最大100°的角度，以及向手术空间 19中进入至约300mm的深度。为了能够借助功能按键T1-T6高精度地引导内窥镜3，需要准确地识别臂系统10、 12,14的运动轴关于初始点、具体地关于穿刺点T的设定位置。为此通过配设给不同的运动 轴线的各个传感器存储臂系统10、12、14的铰链9、11、13、16关于参考坐标系BKS在作为用 于进一步的控制的起始点的穿刺点T处的坐标。同时穿刺点T形成具有空间轴x，y，z的笛 卡尔病人坐标系PKS的原点，就是说，给穿刺点T分配笛卡尔病人坐标系PKS的三个空间轴 X，1, ζ 的笛卡尔坐标 xT = 0, yT = 0，zT = 0。此外，测定的穿刺点T的笛卡尔坐标XT，yT，zT同时还形成了用于在手术期间引导 辅助仪器或内窥镜3的，即在手术工作模式中设置的球坐标系的中点M。这里通过球坐标系 的球坐标r、Φ、θ展成的球表面的球中点M与穿刺点T重合。这里内窥镜3的与照相机系 统2相对立的尖部S位于通过球坐标rs，Φ s，θ s展开的球表面或部分球表面TG上。通过球坐标rs给出了尖部S到穿刺点T的距离rs，即内窥镜3进入手术空间19 中的进入深度。球坐标Os给出了绕笛卡尔坐标系的ζ轴的旋转角，即相对于笛卡尔坐标 系χ轴沿逆时针方向的旋转角。在这里内窥镜3的尖部S的球坐标θ s对应于内窥镜3的 纵轴L相对于笛卡尔病人坐标系PKS的ζ轴的倾斜角w和一 +/-180°的角度的和。图3举例示出在病人身体20的手术空间19中通过穿刺点T导入的内窥镜3的示 意性侧视图，其中笛卡尔病人坐标系PKS的原点对应于穿刺点Τ。由此图3中笛卡尔病人 坐标系PKS的ζ轴位于图平面中，而笛卡尔病人坐标系PKS的x-y平面垂直于图平面延伸。 病人身体20位于具有与x-y平面平行的平卧面的手术桌5上，其中，x-y平面通过笛卡尔 病人坐标系PKS的空间轴χ、y展成。辅助仪器或内窥镜3的纵轴L延伸通过穿刺点T并因此通过笛卡尔病人坐标系PKS的零点，并与Z轴成一倾斜角W，具体地该倾斜角W在手术工作模式中为0°至100°。 在图4中举例示出了在图3中描绘的笛卡尔病人坐标系PKS的x-y平面的俯视图。在图3 和4中不仅示出内窥镜3的尖部S在病人坐标系PKS中的笛卡尔坐标xs，ys，Zs，而且示出 内窥镜3的尖部S在球坐标系中对应的球坐标rs，Os, θ s。接下来举例说明通过在控制单元⑶中运行的控制及分析程序SAR对借助于手术 辅助系统1对外科辅助仪器3的引导进行的控制。图5中用流程图举例示出控制及分析程 序SAR的各运行步骤。控制及分析程序SAR启动后，检查操作元件BE的正确的工作方式，接下来执行用 于配准手术辅助系统1的配准程序RR。手术辅助系统1或臂系统10、12、14的配准通过具 有六个运动方向+/-X，+/-Y，+/-Z的三个空间轴X，Y，Z规定的笛卡尔参考坐标系BKS在每 个穿刺点T上的映射来实现。据此定义了病人坐标系统PKS。通过操作第一至第六功能按 键Τ1-Τ6产生的控制指令sbl-sbe由配准程序RR映射成臂系统10、12、14沿六个运动方向 +/-X, +/-Y, +/-Z 的运动。运行配准程序RR之后或将笛卡尔参考坐标系BKS的原点映射到穿刺点T上之后， 手术辅助系统ι的臂系统10、12、14例如移动到等待位置。在等待位置中或在将内窥镜3导入手术空间19之后，调节在监视器单元ME上显 示的图像的图像水平线，具体地通过照相机系统2绕纵轴L的旋转进行调节。该调节可以通 过手动或电子式地例如通过配设的驱动单元实现。相对于臂系统10、12、14的轴的当前所 在的设定位置所调节的旋转角作为偏移角wo存储在存储单元MU中。例如可以借助图像处 理软件对图像B的要在监视器单元ME上示出的边缘进行处理，使得在手术空间19中对内 窥镜3进行引导的范围内，在监视器单元ME上显示的图像B的图像水平线接近保持不变。调节图像水平线之后在手术工作模式中控制手术辅助系统1。为此通过控制及分 析程序SAR执行手术程序OR。手术完成之后，手术辅助系统1的臂系统10、12、14移入规定 的停靠位置且必要时例如在不同的穿刺点T处重新执行控制及分析程序SAR。图6举例示出了配准程序RR的流程图。如果通过配准程序RR识别到六个功能按 键T1-T6中的一个被按压，则在下一个步骤中检查，是否同时存在对相反的功能按键T1-T6 的操作。如果例如同时操作第一和第二功能按键T1、T2，则不会进行对臂系统10、12、14的 致动。由此确保了，故障按键或者操作相反的按键及时由控制及分析程序SAR识别，并可以 通过所述程序导入适当的安全措施，例如自动断开驱动装置。为了设置穿刺点T并因此对手术辅助系统1进行配准，控制配准键18的球形头部 到达位于手术台5上的病人身体20的穿刺点T处，具体地通过对功能按键Τ1-Τ6的相应操 作来控制。接着由校正的零位置或起始位置出发在控制及分析程序SAR中计算得出臂系统 10、12、14的轴在笛卡尔参考坐标系BKS中的设定位置，具体地通过采用偏移矢量VO来计 算。手术辅助系统1现在相对于穿刺点T配准。在手术工作模式中，在控制单元CU中运行手术程序OR。对外科辅助仪器、特别是 具有内窥镜3的照相机系统2的引导这里优选周期地进行，即，以通过优选数字的控制单元 CU规定的时钟周期(Taktzeit)进行。在第一步骤中检查是否按压了功能按键T1-T6中的至少一个。如果是这样，则通 过手术程序OR从最后存储的轨道位置出发沿所确定的引导轨道实施对内窥镜3的尖部S
8的引导。但如果操作者没有按压功能按键T1-T6，则实际也会确定用于接下来的轨道计算的 起始点的坐标，具体地确定辅助仪器或内窥镜3的尖部S在笛卡尔病人坐标系PKS中的坐 标XS、yS、ZS。实际确定的或已经存储的内窥镜3的尖部S的坐标XS、yS、ZS接下来被换算 成对应的球形坐标系的对应的球坐标rs、Os, s。所需的换算公式长期以来就是由现有 技术已知的。根据所确定的尖部S的球坐标rs、Φ s、θ s确定内窥镜3相对于笛卡尔病人坐标 系PKS的Z轴的倾斜角W，该倾斜角可约在0°至100°之间。将所确定的倾斜角W与所选 择的、存储在存储单元MU中的设定倾斜角ws进行比较，该设定倾斜角在10°至25°之间， 优选在15°至20°之间。如果倾斜角w超过设定倾斜角ws，则在一在通过球坐标rs、Φ S、θ s展成的部分 球表面TK上延伸的轨道上、优选在一圆形轨道KB上引导内窥镜3的尖部S。根据对第一到 第四功能按键Τ1-Τ4的操作实现沿相应选择的运动方向在部分球表面TK或在相应的圆形 轨道KB上对尖部S进行跟进引导。在球(坐标)控制的范围中，内窥镜3的尖部S在具有 类似的经度和纬度的圆形轨道上运动，所述圆形轨道在手术空间19中展成的部分球形表 面TK上，所述圆形轨道的平面垂直于或平行于χ-y平面设置。对第一或第二功能按键Tl、 T2的操作对应于在绕ζ轴同心延伸的圆形轨道KB(见图4)上向左或向右的运动，并因此近 似地对应于在监视器单元ME上显示的图像B的向左或向右的运动。与此类似地，对第三或 第四功能按键T3、T4的操作对应于在垂直于χ-y平面延伸的圆形轨道KB上向上或向下的 运动。如果所确定的倾斜角低于设定倾斜角ws，则沿一延伸通过内窥镜3的尖部S的且 在贴靠在部分球表面TK上的切线TG引导内窥镜3的尖部S。在切线控制的范围中，内窥 镜3的尖部S根据尖部S的也确定图像转动和图像水平线的实际的位置相对于在手术空间 19中展成的部分球表面TK切向地运动，具体地沿被转动的图像B的两个主轴的方向运动。 在连续地控制尖部S向左或向右运动时，即连续操作第一或第二功能按键T1、T2时，尖部S 的运动不是描述圆形轨道，而是螺旋运动轨道。类似于球形控制在垂直于x_y平面延伸的 圆形轨道上实现向上或向下的控制。由此得到的至少两个不同的控制类型，用于确定新的设定位置，即，确定内窥镜3 的尖部S在通过控制类型规定的运动轨道上借助驱动系统要移动到的更新的球坐标r' S、 Φ' S, Θ' s，就是说根据所确定的倾斜角w以不同的方式计算由于操作第一至第四功能 按键T1至Τ4所确定的运动轨道。必要时将新的设定位置或要移动到的被更新的球坐标 r' s, Φ' s、 ' s存储在存储单元MU中。操作第五和第六功能按键T5、T6在两种情况下导致例如部分球的半径rs变大或 变小。此外，尖部S在规定的运动轨迹上的更新的球坐标r' S、Φ ‘ S、θ ‘ s的确定取决 于第一至第四功能按键Tl至Τ4的操作类型和持续时间。接下来针对尖部S'的更新的球坐标r' s,0' s, Θ' s确定尖部S'在笛卡尔 病人坐标系PKS中的更新的坐标χ' s、y' s、z' S，并将其换算成尖部S'在笛卡尔参考 坐标系BKS中的更新的坐标X' s, Y' s, Z' S。由此出发确定用于控制臂系统10、12、14 的驱动装置的相应轴速度设定值(Sollwert)Vtj必要时根据所存储的偏转角wo应用照相机 系统2绕纵轴L的旋转角来补偿图像水平线。
前面针对一个实施例对本发明进行了说明。可以理解，可以实现大量的改变方案 以及变型方案，而不会由此偏离构成本发明的基础的发明构思。例如存在设置多个穿刺点T以及在这些穿刺点之间交替的可能性。此外为了保证 手术辅助系统1的安全性，除了排除相反地操作功能按键T1-T6以外，还可以借助中央的能 源开关来中央地通断驱动驱动装置所需的能量供给。控制及分析程序SAR也可以设置图像处理程序，用于视觉上识别内窥镜3的尖部 S与存在于手术空间19中的组织的有威胁的碰撞，该图像处理程序例如说可以分析在所生 成的图像中存在的明暗对比度和其在时间上的变化。附图标记列表
1手术辅助系统
2照相机系统
3内窥镜
4外壳
5手术台
6夹紧装置
7摆动杆
8支承柱
9铰链
10臂
10. 1臂上侧
10. 2臂下侧
11铰链
12臂
12. 1臂上侧
12. 2臂下侧
13铰链
14工具支架
14. 1短边
14. 2长边
15保持件
16铰链
17控制装置
18配准键
19手术空间
20病人身体
B图像
BE操作元件
BKS笛卡尔参考
CS计算机系统
10
CU控制单元L 纵轴ME监视器单元MU存储单元OR手术程序PKS笛卡尔病人坐标系R' s, Φ' S, Θ ‘ s移动尖部更新的球坐标RR配准程序rs，Φ s，θ s尖部的球坐标S, S'尖部SAR控制及分析程序sbl_sb6 控制指令ssl-ss6 控制信号T穿刺点T1-T6第一至第六功能按键TG 切线TK部分球表面V轴速度设定值VO偏移矢量VA垂直轴w倾斜角wo偏移角ws理论倾斜角X，Y，Z笛卡尔参考坐标系中的轴的坐标X，y，ζ笛卡尔病人坐标系的坐标V，Y' ,V笛卡尔参考坐标系的更新的坐标χ' s,y' s, ζ' s移动尖部的更新的笛卡尔坐标X0，Y0，ZO偏移矢量的坐标xs，ys，zs尖部的笛卡尔坐标xT，yT，zT穿刺点的笛卡尔坐标
权利要求
用于引导外科辅助仪器、特别是具有内窥镜(3)的照相机系统(2)的手术辅助系统，所述手术辅助系统包括具有仪器保持件(15)的臂系统(10、12、14)和为了控制臂系统所设置的控制装置(17)，所述控制装置连接到与操作元件(BE)相连的计算机系统(CS)上，所述计算机系统构造成用于根据对操作元件(BE)的至少一个功能按键(T1 T6)的手动操作来引导外科辅助仪器(3)，其中，至少外科辅助仪器(3)的尖部(3)能够借助于臂系统(10、12、14)在笛卡尔病人坐标系(PKS)中受控地运动，并且笛卡尔病人坐标系(PKS)的三个空间轴(x、y、z)中的至少一个延伸通过容纳外科辅助仪器(3)的手术开口或穿刺点(T)，其特征在于，设置有控制及分析程序(SAR)，所述控制及分析程序设计成用于确定外科辅助仪器(3)相对于笛卡尔病人坐标系(PKS)的延伸通过穿刺点(T)的空间轴(z)的倾斜角(w)，以及用于将所确定的倾斜角(w)与规定的设定倾斜角(ws)进行比较，其中，在所确定的倾斜角(w)超过设定倾斜角(ws)时，在一容纳尖部(S)的部分球表面(TK)上引导外科辅助仪器(3)的尖部(S)，在所确定的倾斜角(w)低于设定倾斜角(ws)时，沿一延伸通过辅助仪器(3)的尖部(S)的切线(TG)将外科辅助仪器(3)的尖部(S)引导到所述部分球表面(TK)上。
2.根据权利要求1所述的手术辅助系统，其特征在于，在所确定的倾斜角(w)超过设定 倾斜角(ws)时，在同心地围绕穿刺点⑴的圆形轨道(KB)上引导外科辅助仪器(3)的尖 部⑶。
3.根据权利要求1或2所述的手术辅助系统，其特征在于，笛卡尔病人坐标系(PKS)的 零点或原点的坐标(xT、yT、zT)分配给穿刺点(T)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，为了配准手术辅助 系统(1)，将刚性地设置在臂系统(10,12,14)上的配准键(18)导引到穿刺点(T)上，并确 定臂系统(10、12、14)的轴在笛卡尔参考坐标系(BKS)中的坐标(X，Y，Z)。
5.根据权利要求3或4所述的手术辅助系统，其特征在于，为了计算引导的起始点，确 定臂系统(10、12、14)的各轴在笛卡尔参考坐标系(BKS)中的坐标(X，Y，Ζ)，并据此确定外 科辅助仪器(3)的尖部(S)的实际的笛卡尔坐标(xs，ys, zs)。
6.根据权利要求5所述的手术辅助系统，其特征在于，根据的外科辅助仪器(3)的尖 部(S)在笛卡尔病人坐标系(PKS)中的笛卡尔坐标(XS，ys, zs)确定外科辅助仪器(3)的 尖部⑶的对应的球坐标(rs，Φs， s)。
7.根据权利要求6所述的手术辅助系统，其特征在于，通过分析外科辅助仪器(3)的尖 部(S)的至少一个球坐标(rs，Φs， s)确定倾斜角(W)。
8.根据权利要求6或7所述的手术辅助系统，其特征在于，确定辅助仪器(3)的尖部 (S’ )借助于手术辅助系统(1)的臂系统(10、12、14)要移动到达的设定位置，所述设定位 置根据所确定的倾斜角(w)位于所述部分球表面(TK)或切线(TG)上。
9.根据权利要求8所述的手术辅助系统，其特征在于，以被更新的球坐标(Γ’8、Φ’8、 Θ’ s)的形式确定辅助仪器(3)的尖部(S’ )要移动到达的设定位置。
10.根据权利要求9所述的手术辅助系统，其特征在于，首先将辅助仪器(3)的尖部 (S’ )的被更新的球坐标(r' S、Φ' s、 ' s)换算成病人坐标系(PKS)的被更新的笛卡 尔坐标(χ' s,y' s, ζ' s)，由病人坐标系的被更新的笛卡尔坐标导出控制手术辅助系统 (1)的臂系统(10、12、14)所需的、臂系统(10、12、14)的轴在参考坐标系(BKS)中的被更新的笛卡尔坐标(X'，Y'，Z')。
11.根据前述权利要求中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，所述手术辅助系统(1)借助于配准程序(RR)在至少一个穿刺点(T)处配准。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，根据臂系统(10、12、14)的轴的被更新 的笛卡尔坐标(X’，Y’，Z’)确定对应的轴速度设定值(V)。
13.根据前述权利要求中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，将辅助仪器(3)经 由手术开口这样导入病人身体(20)中，使得辅助仪器(3)的纵轴(L)延伸通过笛卡尔病人 坐标系(PKS)的零点，并与ζ轴形成倾斜角(W)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，借助于照相机系统(2)产生图像(B)，在一监视器单元(ME)上显示所述图像。
15.根据权利要求11所述的手术辅助系统，其特征在于，在微创手术之前调节在监视 器单元(ME)上显示的图像(B)的图像水平线，具体地通过照相机系统(2)绕其纵轴(L)的 转动来调节。
16.根据权利要求12所述的手术辅助系统，其特征在于，在监视器单元(ME)上显示的 图像(B)的图像水平线在微创手术中保持接近恒定。
17.根据权利要求2至13中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，通过操作第一 或第二功能按键(Tl、T2)在绕ζ轴(ζ)同心延伸的圆形轨道(KB)上向左或向右引导尖部 (S)，并由此引起在监视器单元(ME)上显示的图像(B)的向左或向右运动。
18.根据前述权利要求中任一项所述的手术辅助系统，其特征在于，设定倾斜角(ws) 选择为在10°至25°之间、优选在15°至20°之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于根据操作元件(BE)的至少一个功能按键(T1-T6)的手动操作引导外科辅助仪器、特别是具有内窥镜(3)的照相机系统(2)的手术辅助系统。特别有利的是，确定外科辅助仪器(3)相对于笛卡尔病人坐标系(PKS)的延伸通过穿刺点(T)的空间轴(z)的倾斜角(w)并将所确定的倾斜角(w)与规定的设定倾斜角(ws)进行比较。在所确定的倾斜角(w)超过设定倾斜角(ws)时，在一同心地围绕穿刺点(T)并容纳外科辅助仪器(3)的尖部(S)的部分球表面(TK)上引导外科辅助仪器(3)的尖部(S)，而在所确定的倾斜角(w)低于设定倾斜角(ws)时，沿一延伸通过辅助仪器(3)的尖部(S)并贴合在所述部分球表面(TK)上的切线(TG)引导外科辅助仪器(3)的尖部(S)。
文档编号B25J9/16GK101980838SQ200980111388
公开日2011年2月23日 申请日期2009年3月20日 优先权日2008年3月28日
发明者J·舍尔, R·盖格尔 申请人:阿克特梅德有限公司