用于机器人辅助的外科手术的装置和方法与流程

本发明涉及用于机器人辅助的外科手术的一种装置和一种方法，以用于操纵臂在用于机器人辅助的外科手术的装置的坐标系中的定位时的辅助。所述装置具有仪器单元，所述仪器单元具有包括仪器轴的外科仪器。仪器轴的近中心的端部通过病人的体开口可引导至目标区域。仪器单元与所述装置的操纵臂可连接。

背景技术：

在微创的外科手术中，越来越多地使用所谓的远程操纵器系统，其也称为机器人辅助系统或一般称为用于机器人辅助的外科手术的装置。借助用于机器人辅助的外科手术的装置，外科仪器基于操作输入在其位置和取向方面被控制。外科仪器此外机械、电和/或光学地连接于远程操纵器系统，以便可以实现外科仪器的主动的定位和定向以及外科仪器的希望的操纵。为此除了包括末端执行器的仪器之外也具有内窥镜和要操作的医学的仪器的外科仪器具有耦联接口，所述耦联接口可以作为耦联单元构成并且也称为无菌单元。用于机器人辅助的外科手术的装置此外具有至少一个操纵臂，耦联单元设置在其近中心的端部上，无菌单元与所述耦联单元可连接，以便能够实现操纵臂和外科仪器之间的机械的、电的和/或光学的耦联。

已知如下的装置，其中，操纵臂和操纵臂的耦联单元不是无菌的并且外科仪器是无菌的。无菌的手术区由远程操纵器系统的不是无菌的元件借助无菌的遮盖部保护。无菌的遮盖部可以具有无菌闸门，所述无菌闸门设置在操纵臂的耦联单元和外科仪器的无菌单元之间。这样的无菌闸门能够实现在仪器单元的无菌单元与操纵臂分开之后对操纵臂的耦联单元的不是无菌的耦联元件的无菌的遮盖。包括无菌闸门 的这样的布置结构例如由未在先公开的专利申请DE 10 2014 117 407.0和DE 10 2014 117 408.9已知。

此外由文件US 7,666,191 B1已知一种远程操作器系统，其中不是无菌的操纵臂借助无菌膜片遮盖。操纵臂的耦联单元具有四个旋转促动器，所述旋转促动器与在无菌膜片中集成的无菌适配器的第一侧耦联。该无菌适配器具有四个集成的可旋转地支承的传输机构，所述传输机构在操纵臂的耦联单元和外科仪器的无菌单元之间中间连接。

由文件DE 102 42 953 A1已知，将病人身体的数据记录借助给出图像的方法产生并且在坐标系中示出。此外三个不处于一个平面中的基准点与坐标系置于关联中。

在设立用于机器人辅助的外科手术的已知的装置时，外科仪器的进入点在处于手术台上的病人中确定并且由此出发与操纵臂耦联的外科仪器以仪器尖端定向到确定的进入位置上。所述仪器关于目标手术区域的定向通过操作人员从其经验出发进行。外科仪器的操纵臂关于目标手术区域的定向的技术的监控或控制可能性在现有技术中未规定。

技术实现要素：

本发明的任务是，给出用于机器人辅助的外科手术的一种装置和一种方法，其中，外科仪器包括内窥镜关于设置的目标区域的简单的定向是可能的。

该任务通过具有权利要求1的特征的装置以及通过具有独立的方法权利要求的特征的方法解决。本发明有利的进一步构成在从属权利要求中给出。

用于机器人辅助的外科手术的按照本发明的装置具有仪器单元，所述仪器单元具有外科仪器，其近中心的端部通过病人的身体开口可引导至通过所述装置的坐标系的坐标确定的目标区域。

所述装置具有至少一个操纵臂，仪器单元与所述操纵臂可连接。所述装置具有控制单元，所述控制单元在仪器单元与操纵臂连接时确 定纵轴线和通过坐标确定的目标区域之间的与仪器轴的纵轴线正交的距离向量并且当确定的距离向量的量具有和/或低于预调节的第一值时，产生和优选输出第一控制信息。

通过用于机器人辅助的外科手术的这样的装置实现，操纵臂可以简单地这样定位，使得与操纵臂连接的仪器单元关于在要手术的病人的身体中的设置的进入位置而且关于通过装置的坐标系X、Y、Z中的坐标x_z、y_z、z_z确定的目标区域具有正确的位置。所述位置在此尤其是具有仪器单元的外科仪器的仪器轴的纵轴线的位置和定向。

由此在病人上的手术操作之前，用于机器人辅助的外科手术的装置的操纵臂的简单的定向是可能的。由此可能的是，操纵臂的定位和定向可以不是通过医生而是通过对此合适的人员实施。医生特别是仅需要检查仪器单元的位置。外科仪器在本发明的意义中尤其是内窥镜、如棒内窥镜或具有末端执行器的外科仪器。

有利的是，当确定的距离向量的量具有或低于预调节的第二值时，控制单元产生并且优选输出至少一个第二控制信息。通过所述第二控制信息可以因此关于目标区域给出仪器单元的仪器轴的纵轴线的位置的正确的定向。

优选地，预调节的第二值是零或接近值零的值，从而外科仪器的纵轴线延伸通过目标区域。由此操纵臂关于其在空间中的位置的特别简单的定位并且其关于外科仪器的纵轴线的取向是可能的。

正交的距离向量的确定的量值优选是纵轴线和目标区域之间的最短的正交的距离向量的量值。

此外有利的是，所述装置具有输出单元，所述输出单元基于第一控制信息输出声学的第一信号和/或光学的第一信号和/或基于第二控制信息只输出声学的第二信号或光学的第二信号。通过光学的和/或声学的信号，操作人员可以简单地通过与操纵臂连接的仪器单元的正确的或还要纠正的定向被告知，从而以简单的方式在外科的手术之前辅助操纵臂正确的定位。

此外有利的是，声学的第一信号是增强和减弱的音调或具有第一 重复频率的音调序列并且声学的第二信号是连续音调。所述曲调序列在此优选具有多个相同的音调。所述重复频率可以随着距离向量的确定的量值的减少增加，从而操作人员通过重复频率被声学地告知关于与目标区域的接近或从目标区域远离。

声学的信号的输出可以在控制单元或操作控制台上进行。

备选或附加地，光学的第一信号可以是具有第一闪光频率的闪光的光信号并且光学的第二信号是持久光信号。在此第一光信号的光和第二光信号的光可以具有相同的波长或相同的波长谱。闪光的信号可以尤其是通过脉冲的光束产生。持久光信号可以尤其是借助连续的光束产生。闪光频率可以随着至目标区域的距离向量的量值的减少而增加并且在至目标区域的距离向量的量值增大时减小。光学的信号的输出可以在控制单元或操作控制台上进行。

备选或附加地有利的是，为了产生光学的第一信号，发射具有第一波长的光，并且为了产生光学的第二信号，发射具有不同于第一波长的第二波长的光。为了产生光学的信号，使用具有在可见的区域中的波长的光。优选第一波长的光是红色的光并且第二波长的光是绿色的光。由此实现操作人员关于操纵臂的位置和定向的信息，所述信息借助光信号可以简单直观地检测。光学的信号的输出可以在控制单元或操作控制台、尤其是在屏幕上进行。

此外有利的是，仪器单元通过与操纵臂的耦联单元连接的无菌闸门与操纵臂可连接。通过该无菌闸门，可以进行不是无菌的耦联单元与无菌的区域的无菌的分开。在仪器单元的无菌单元与无菌闸门耦联时，优选打开无菌闸门的无菌阀瓣，从而可以建立无菌单元的元件和耦联单元之间的直接的连接。优选无菌单元具有无菌阀瓣，所述无菌阀瓣在无菌单元与无菌闸门连接时打开，从而在尤其是机械的驱动元件的传输元件之间的直接的连接在耦联单元与无菌单元之间是可能的。在无菌单元与无菌闸门分开之后，不仅闸门瓣而且无菌阀瓣再次关闭，从而不仅无菌单元的传输元件而且耦联单元的传输元件被无菌地遮盖。

第二方面涉及一种用于操纵臂在用于机器人辅助的外科手术的装置的坐标系中的定位的方法，其中确定病人的目标区域的坐标x_z、y_z、z_z。为了用于机器人辅助的外科手术的装置的操纵臂的定位，尤其是用于预备在病人上的手术，仪器单元与操纵臂的耦联单元连接。仪器单元具有外科仪器。外科仪器的纵轴线尤其是外科仪器的仪器轴的纵轴线。在仪器单元与操纵臂连接时，借助控制单元确定在纵轴线和通过坐标x_z、y_z、z_z确定的目标区域之间的与纵轴线正交的距离向量的量值。当确定的量值具有和/或低于预调节的第一值时，输出光学的和/或声学的第一信号。由此保证，外科仪器的纵轴线不仅延伸通过病人的计划的、尤其是已经标出的或存在的手术的身体开口而且延伸通过目标区域。由此尤其是为了预备用于机器人辅助的外科手术的装置以用于外科的手术，操纵臂的简单的直观的正确的定位是简单并且可能的。为此不需要特别受过训练的医学的专业人员、尤其是不需要医生。

此外有利的是，当距离向量的确定的量值具有或低于预调节的第二值时，输出光学的和/或声学的第二信号。预调节的第二值优选为零。

操纵臂优选手动地这样定向，使得仪器轴的纵轴线延伸通过病人的计划的、尤其是标出的或存在的手术的身体开口。为此仪器可以这样定向，使得仪器尖端、尤其是末端执行器指向体开口或导入到导入身体开口的套管针中。

此外操纵臂这样定向，使得输出光学的和/或声学的第一和/或第二信号。

有利的是，操纵臂在第一步骤中这样定向，使得仪器轴的近中心的端部指向病人的计划的或存在的手术的身体开口并且因此仪器轴的纵轴线通过计划的或存在的身体开口。操纵臂然后在第二步骤中这样运动，使得借助控制单元在延伸通过病人的计划的或存在的手术的身体开口的纵轴线和通过坐标确定的目标区域之间的确定的距离具有或低于第二预调节的距离，从而输出光学的和/或声学的第二信号。操纵臂为此自动通过装置本身或手动地运动。定向运动的一部分也可以通过装置本身自动进行并且定向运动的一部分手动通过操作人员进行。

备选地，操纵臂可以在第一步骤中这样定向，使得借助控制单元在纵轴线和目标区域的坐标x_z、y_z、z_z之间的距离向量的确定的量值具有或低于预设的第二距离。操纵臂然后在第二步骤中这样定向，使得纵轴线延伸通过病人的存在的或计划的、尤其是标出的、要手术的身体开口并且在此纵轴线保持定向到目标区域上。在此操纵臂可以自动通过装置本身和/或手动通过操作人员在第一和/或第二步骤中运动。

通过本发明的任务的通过独立的和从属的权利要求示出的解决方案，通过用于机器人辅助的外科手术的装置的操纵臂的手动的和或自动的预定位实现仪器单元的优化的预定位。

操纵臂可以具有用于使耦联单元沿伸缩布置结构的伸缩轴线的方向运动的伸缩布置结构。伸缩轴线平行于仪器轴的纵轴线延伸，从而仪器轴沿其延长的纵轴线在伸缩布置结构伸出和缩入时运动。

通过给出的解决方案，操作者识别，是否定位(仪器尖端指向希望的进入位置到部位中)并且仪器轴的纵轴线的取向(光学的信号的对应的颜色、例如绿色，和/或声学的信号的对应的音调)同时成功地被调节。在该位置中，引入部位中的套管针可以优化地与操纵臂的为此可选地设置的耦联接口连接。在每个情况中，在该位置中，操纵臂在用于计划的手术的操作的优化的起始位置中。

优选病人的人体结构的相关的区域、尤其是目标区域，通过病人坐标系X‘、Y‘、Z‘中的坐标x’_z、y’_z、z‘_z确定。病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标原点可以例如在正中面与处于背部的前平面以及横向平面的交叉点中确定。病人坐标系的坐标与用于机器人辅助的外科手术的装置的坐标系X、Y、Z处于固定的已知的关系中，从而所述装置的元件坐标x、y、z能够简单换算成病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标x‘、y‘、z‘并且病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标x’、y’、z‘、例如目标区域的坐标x’_z、y’_z、z’_z能够简单换算成所述装置的坐标系X、Y、Z的坐标x_z、y_z、z_z。

例如在病人坐标系X‘、Y‘、Z‘中的目标区域的坐标x’_z、y’_z、z’_z 可以由此确定，即，例如借助测量尺实施对病人手动的测量。在此在病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标中的目标区域的坐标x_z、y_z、z_z的厘米精确的确定以及其到所述装置的坐标系X、Y、Z的坐标x_z、y_z、z_z的转换提供多重的足够的精确性，以便可以将外科仪器足够良好地定位并且定向。备选地，目标区域的测量也可以直接在所述装置的坐标系的坐标x_z、y_z、z_z中进行。

此外成像的现代的方法、例如计算机断层成像术或磁共振断层成像提供数据，所述数据能够实现在病人坐标系X‘、Y‘、Z‘中并且由此出发在所述装置的坐标系中的坐标的较准确的确定。

仪器单元的轴优选具有如下长度，所述长度在操纵臂的伸缩布置结构的伸出的状态中正好这样长，使得仪器轴的近中心的端部大约1cm至5cm深地导入到引入部位中的套管针中。在该状态中，可选地在操纵臂上存在的套管针保持部也可以与套管针连接。在伸缩布置结构的缩入的状态中，仪器轴的近中心的端部运动穿过目标区域。在操纵臂的这样的定向中，套管针保持部类似自动正确地用于与套管针连接而定位，如果仪器轴的近中心的端部导入套管针中的话。

结合目标区域的手术前确定的数据，尤其是借助计算机断层成像术或磁共振断层成像，可以在安装和对接过程期间借助仪器单元按照之前所述操作方式将仪器轴的纵轴线的延长部的相对于目标区域的位置在附加的在操作者的视野中安装的监视器上示出。优选为此与仪器轴的纵轴线正交的截面通过病人的CT和/或MRT数据记录示出。通过CT和/或MRT数据记录的截面穿过目标手术区域。借此声学的和光学的信息的操作者通过外科仪器的纵轴线相对于目标区域的距离获得另一个决策辅助，以便可以进行用于机器人辅助的外科手术的装置的操纵臂的优化的设置，以用于计划的外科的手术。用于机器人辅助的外科手术的装置优选具有多个、尤其是四个或五个操纵臂，其中优选一个与内窥镜连接并且其他的操纵臂与具有包括用于实施外科的手术的末端执行器的外科仪器的仪器单元连接。尤其是为用于具有包括末端执行器的所述外科仪器的仪器单元设置的操纵臂优选依次借助按 照本发明的操作方式定位并且定向，以便接着进行用于外科的手术需要的操作。目标区域的坐标可以在此优选给出空间的区域，从而对于设置操纵臂相关的目标区域具有一定空间的尺寸或通过一个点定义。也可以对于每个外科仪器设置单独的目标区域，其中，目标区域可以至少部分地重叠。

用于机器人辅助的外科手术的装置的控制单元尤其是用于

-用于输入并且存储在病人坐标系和/或在所述装置的坐标系中的目标区域的坐标，

-用于从操纵臂的部段的位置计算要使用的仪器的取向，

-用于输出光学的和/或声学的信号，例如通过输出状态：无光、仅绿色的光、仅红色的光；或通过状态：打开白光、只打开绿色的光、只打开红色的光；和/或通过状态：关闭音调、第一曲调、第二曲调。

特别有利的是，在操纵臂上存在的套管针保持部与导入病人身体中的套管针在第一步骤中连接。在第二步骤中，仪器单元与操纵臂的耦联单元连接，其中仪器单元的外科仪器的仪器轴的近中心的端部或尖端导入套管针的开口中。在仪器单元与耦联单元连接之后，优选借助控制单元，与外科仪器的仪器轴的纵轴线正交的距离向量在该纵轴线和通过所述坐标确定的目标区域之间确定并且产生第一控制信息，如果所确定的距离向量的量值具有和/或低于预调节的第一值的话。依赖于第一控制信息优选借助输出单元输出光学的和/或声学的信号。

在一种备选的操作方式中，仪器单元可以在第一步骤中与操纵臂的耦联单元连接并且在第二步骤中，操纵臂的套管针保持部与导入病人身体中的套管针连接，其中，在套管针保持部与套管针连接时，仪器单元的外科仪器的仪器轴的尖端导入套管针的开口中。随后在第三步骤中，距离向量如之前说明的在仪器轴的纵轴线和通过坐标确定的目标区域之间确定并且当确定的距离向量的量值具有和/或低于预调节的第一值时，产生第一控制信息。

在所有之前所述的操作方式中，手术区域中的人员、尤其是辅助人员在用于相应的外科的手术的外科仪器的优化的定向时被辅助，而 不会在这里仪器已经超过套管针导入病人身体中。

当确定的距离向量的量值大于预调节的第一值时，可以输出附加的控制信息。依赖于该附加的控制信息，可以输出对应的附加的或备选的信号，从而操作人员被通知，纵轴线相对远地从目标区域远离。

与耦联单元连接的仪器单元的定向和/或位置的改变可以通过操纵臂的手动的运动这样进行，使得在仪器轴线和目标区域之间的距离改变。特别有利的是，输出的声学的和/或光学的信号的频率在此给出，是否距离向量变得更大或更小。在达到或低于用于距离向量的量值的预调节的第二值时，输出光学的和/或声学的第二信号，所述第二信号用信号表示仪器轴线相对于目标区域的优化的定向。

目标区域尤其是目标手术区域。备选或附加地，所述目标区域可以通过目标点、例如通过目标手术区域的中点或通过依赖于另一个外科仪器的位置的点确定。当所述另一个外科仪器是已经至少部分导入病人身体中的内窥镜、例如棒内窥镜或用于获取目标手术区域的至少一部分的图像的另一个给出图像的系统时，有利的是，目标区域与内窥镜或所述另一个给出图像的系统的位置相关。例如目标区域可以通过在内窥镜的光学的元件的光轴上或在另一个形成图像的系统的光学的元件的光轴上的点确定。所述目标点尤其是在焦深范围中的点、例如焦点，或是在焦点和内窥镜的近中心的端部之间的点。

所述另一个形成图像的系统可以尤其是基于不可见的光的光学系统、尤其是X射线系统、计算机断层成像系统或磁共振断层成像系统或另一个合适的形成图像的系统。

任意的元件朝向病人的端部一般视为近中心。任意的元件与病人背离的端部一般视为远中心。

附图说明

其他的特征和优点由接着的说明得出，其借助实施例结合附图进一步解释本发明。

示出：

图1示出用于机器人辅助的外科手术的系统的示意侧视图，包括操纵器，所述操纵器具有四个操纵臂，分别有一个仪器单元与所述操纵臂可连接；

图2示出按照图1的系统的示意前视图；

图3示出用于将在无菌的区域中设置的仪器单元与操纵臂的不是无菌的耦联单元连接的布置结构；

图4示出按照第一实施形式的操纵臂的区段，包括耦联单元和与耦联单元连接的仪器单元，所述仪器单元带有操纵臂的伸出的伸缩布置结构；

图5示出按照图4的布置结构，其中，伸缩布置结构缩入，从而外科仪器引导直至目标手术区域或超过该目标手术区域；

图6示出在所述装置的坐标系中的仪器单元和目标手术区域的示意图；

图7示出按照第一操作方式用于将与操纵臂连接的仪器单元相对于目标手术区域定向的示意图；

图8示出按照第二操作方式用于将与操纵臂连接的仪器单元相对于目标手术区域定向的示意图；

图9示出病人身体的一部分，包括四个标出的位置，用于病人的计划的身体开口，在所述身体开口上分别导入套管针；

图10示出按照第二实施形式的包括套管针保持部的布置结构，所述布置结构包括具有耦联单元的操纵臂的区段和与耦联单元连接的仪器单元，其包括操纵臂的缩入的伸缩布置结构，；

图11示出具有伸出的伸缩布置结构的按照图10的布置结构，其中，操纵臂的套管针保持部与在病人中导入的套管针连接；

图12示出按照图11的布置结构，其包括缩入的伸缩布置结构；

图13示出按照第三实施形式的布置结构，包括具有耦联单元的操纵臂的区段和与耦联单元连接的仪器单元，其包括操纵臂的伸出的伸缩布置结构；所述第三实施形式的布置结构包括套管针保持部，所述 套管针保持部用于将操纵臂与导入病人身体中的套管针连接；并且所述第三实施形式的布置结构包括通过另一个套管针至少部分地导入病人身体中的内窥镜；

图14示出按照图13的布置结构，其中，伸出的伸缩布置结构的位置借助耦联传动机构改变，从而仪器单元的外科仪器的纵轴线延伸至病人身体中的确定的目标区域；以及

图15示出按照图13的布置结构，其包括缩入的伸缩布置结构。

具体实施方式

图1示出用于机器人辅助的外科手术的系统10的示意的侧视图，其包括操纵器12、支架14和四个操纵臂16a至16d。操纵器12一般也称为用于机器人辅助的外科手术的装置。系统10用于对在手术台34上定位的病人18实施外科的手术。从病人18的人体结构以及要实施的操作出发，目标手术区域30的坐标x’_z、y’_z、z‘_z在病人坐标系X‘、Y‘、Z‘中确定并且该坐标x’_z、y’_z、z’_z预设地被存储。操纵器12具有装置的坐标系X、Y、Z，其坐标原点设置在操纵器12的支架14的支架脚24中。支架14具有L形的支架臂28，在其与支架脚24远离的端部上，操纵臂16a至16d通过支架头20连接。

手术台34具有手术台支柱32，在所述手术台支柱中设置手术台34的控制单元36并且在所述手术台支柱上设置具有多个部段的病人支撑面38。控制单元36用于控制手术台34的元件的运动，尤其是用于手术台支柱32的长度调节并且因此用于病人支撑面38的高度的调节并且用于各个部段以及病人支撑面38的倾斜和斜放(Kantung)的调节。然而优选手术台34的各部段的调节在手术的操作期间借助操纵器12锁定。系统10此外具有操纵器12的控制单元46以及中央的控制单元40，所述中央的控制单元通过数据线与操纵器12的控制单元46、手术台34的控制单元36以及包括显示单元44的操作控制台42连接。控制单元40具有输出单元41并且控制单元46具有输出单元47，通过所述输出单元分别可以输出光学的和/或声学的信号。

病人支撑面38的表面形成前平面，病人18背部处于前平面上地定位。此外，横向平面延伸通过病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标原点，坐标轴X‘和Z‘处于所述横向平面中。此外，一个正中面延伸通过坐标原点，坐标轴Z‘和Y‘处于所述正中面中。

目标手术区域30在病人坐标系X‘、Y‘、Z‘中的坐标x’_z、y’_z、z’_z已知并且通过病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的相对于装置12的坐标系X、Y、Z的已知的位置可以在操控操纵臂16a至16d以及与操纵臂16a至16d连接的仪器单元时为了实施借助操纵器12的外科手术时简单地考虑，尤其是换算成装置12的坐标系X、Y、Z的坐标x_z、y_z、z_z。

目标手术区域30的中心的坐标y’_z、z’_z在图1中关于坐标轴Y‘和Z‘的位置借助延伸通过目标坐标区域30的虚线表示。

图2示出按照图1的系统10的示意前视图。在操纵臂16a至16d的近中心的端部上分别设置耦联单元100a至100d，分别一个仪器单元300a至300d与所述耦联单元为实施外科的手术而连接。仪器单元300a至300d的相应的外科仪器的仪器轴通过虚线表示，其在图2中从耦联单元100a、100b、100c、100d和仪器单元300a、300b、300c、300d的与耦联单元100a、100b、100c、100d连接的在图3中示出的无菌单元400a、400b、400c、400d延伸直至目标手术区域30中。虚线在此给出仪器轴的纵轴线或延长的纵轴线。借助延伸通过目标手术区域30的并且平行于坐标轴X‘和Z‘延伸的虚线，关于坐标轴X‘和Z‘表示目标手术区域30的中点31的坐标y’_z、z’_z。

接着参考操纵臂16a说明仪器单元300a通过无菌闸门200a与操纵臂16a的耦联单元100a的耦联。该实施方式以相同的方式适用于其他的操纵臂16b至16d并且适用于与这些操纵臂16b至16d通过无菌闸门200b至200d连接的仪器单元300b至300d。为了简化，接着在不使用用于在各个操纵臂之间区分的小写字母的情况下利用附图标记编号。

图3示出操纵臂16的耦联单元100、无菌闸门200以及包括无菌单元400和外科仪器500的仪器单元300，所述外科仪器具有末端执 行器514。耦联单元100、无菌闸门200以及仪器单元300在无菌闸门200与耦联单元100组合之前并且在无菌单元400与无菌闸门200后续的组合之前示出。实施为无菌膜片201的柔性的无菌的外套在无菌闸门200的环绕的连接边缘202上与其通过合适的连接、如夹紧连接、胶粘连接、搭扣连接和/或焊接固定地连接，从而无菌膜片201与无菌闸门200一起形成围绕操纵臂16的伸到无菌的手术区域中的区域的封闭的无菌的遮盖部。

为了更好的示出，在图3中只示出围绕无菌闸门200的无菌膜片201的一部分。在后续附图中，无菌膜片201部分未示出。

为了无菌单元400与耦联单元100的耦联，无菌闸门200设置在无菌单元400和耦联单元100之间并且在无菌单元400与耦联单元100耦联的状态中能够实现耦联单元100的第一传输机构102和无菌单元400的未示出的第二传输机构的直接耦联。

借助第一传输机构102在本实施例中在耦联单元100和无菌单元400之间不仅传输机械能而且传输电能。为此耦联单元100的第一传输机构102具有例如至少四个机械的驱动元件110至116并且无菌单元400的第二传输机构具有四个与所述驱动元件110至116互补的被驱动的元件。此外，第一传输机构102具有包括两个电的触点106、108的电的传输元件104并且第二传输机构具有与第一传输机构102的电的传输元件104互补的电的传输元件。

第一传输元件102此外具有光学的传输机构109，以用于传输光和/或光学的信号。第一传输机构102的驱动元件具有平移的第一驱动元件110和平移的第二驱动元件112，以分别用于传输平移的运动，以及具有旋转的第一驱动元件114和旋转的第二驱动元件116，以用于传输旋转运动。平移的第一和第二驱动元件110、112分别作为线性升降叉并且旋转的第一和第二驱动元件114、116作为包括端侧的齿的驱动小齿轮构成。此外，耦联单元100具有在凹部中设置的耦联传感器，当无菌闸门200正确地与耦联单元100并且无菌单元400正确地与无菌闸门200耦联时，所述耦联传感器探测通过从无菌单元400伸 出的第一探测销形成的第一探测元件。

在其他实施例中，第一和第二传输机构也可以具有更多或更少的驱动元件、被驱动的元件和电的传输元件，它们通过直接的耦联传输机械能和/或电能。在此，传输机构的如下耦联视为直接的耦联，即，其中，在第一传输机构和第二传输机构之间没有设置其他的传输元件用于传输机械能和/或电能和/或光学的射线，其中尤其是没有电的、机械的或光学的传输元件设置在耦联单元100和无菌单元400之间设置的无菌屏障、如无菌闸门200中。耦联单元100此外具有RFID读取和写入单元121，借助其可读取和/或可写入无菌单元400的RFID应答器494。

为了将耦联单元100与无菌闸门200连接，耦联单元100具有彼此对置的导向槽122、124，无菌闸门200的导向销204、206导入所述导向槽中，直至导向销已到达相应的导向槽122、124的前面的端部123、125。导向销204、206在无菌闸门200的第一端部上在对置的侧上向外突出。随后无菌闸门200的对置的第二端部被向下挤压，从而无菌闸门200围绕延伸通过导向销204、206的旋转轴线旋转，直至卡锁元件128的卡锁凸起部126嵌接到无菌闸门200的互补的卡锁区域中。

解锁按键134围绕旋转轴线可偏转地设置并且通过弹簧保持在其在图3中示出的卡锁位置中。为了脱开所述卡锁连接，利用手指按压到卡锁元件128的解锁按键134上，从而弹簧张紧并且卡锁元件128与卡锁凸起部126一起偏转，从而卡锁凸起部126与无菌闸门200的互补的卡锁元件脱离嵌接。由此无菌闸门200的之前与卡锁凸起部126处于嵌接中的第二端部可以从耦联单元100中再次偏转出。在无菌闸门200的该第二端部从耦联单元100中偏转出之后，无菌闸门200可以再次完全与耦联单元100分开，其方式为：无菌闸门200连同与导向槽122、124处于嵌接中的导向销204、206沿导向槽122、124从其中被拉出，直至导向元件204、206不再与导向槽122、124处于嵌接中。在导向槽122、124和卡锁元件128之间存在通过耦联单元100 的壳体中的对应的凹部形成的接纳区域，所述接纳区域在本实施例中将无菌闸门200在三侧和底侧至少部分地包围。

无菌闸门200具有闸门瓣208、210，所述闸门瓣通过铰链可偏转。借助这些铰链，闸门瓣208、210从在图3中示出的关闭的状态可偏转到打开的状态中。在闸门瓣208、210的打开的状态中，可以进行耦联单元100的第一传输机构102与无菌单元400的第二传输机构直接的耦联。

在侧壁的外侧和无菌闸门200的端壁上构成环绕的边缘202，无菌的遮盖的无菌膜片201与所述边缘以合适的方式连接。

无菌单元400此外具有对置设置的卡锁和操纵元件438、440，通过所述卡锁和操纵元件，在无菌单元400与无菌闸门200连接时自动进行再次可脱开的卡锁连接。

图4示出操纵臂16的一个区段，在其近中心的端部上，耦联单元100通过伸缩布置结构60连接。伸缩布置结构60具有相对彼此可移动的区段62、64、66并且在图4中在伸出的状态中示出。伸缩布置结构60的区段62、64、66可以借助驱动单元68缩入和伸出，从而外科仪器500的末端执行器514可以沿仪器轴512的纵轴线510运动。操纵臂16具有多个相对彼此可运动的部段，其相对于彼此的位置可以改变。伸缩布置结构60此外通过耦联传动机构59与操纵臂16的其他的部段可偏转地连接，从而外科仪器500的仪器轴512的纵轴线510位置和定向在其定位方面、即不仅在其定向而且在其部位方面通过在操作控制台42上的操作输入可以改变。为了在手术前设置每个操纵臂16，耦联单元100这样定向，即，与耦联单元100连接的外科仪器500的仪器轴512的纵轴线510延伸穿过要手术的病人18的计划的或存在的身体开口802并且穿过确定的目标手术区域30。在图4中，套管针800在身体进入位置802上导入病人18的身体中，然后通过所述套管针，为了实施外科的手术，将外科仪器500的轴512的前面的部分与末端执行器514一起引导直到目标手术区域30。

在手术之前，操纵臂16与操纵臂16的耦联单元100一起自动或 通过操作人员这样定向，使得其仪器轴512的纵轴线510延伸通过套管针800的开口。在此，外科仪器500的末端执行器514可以导入套管针800的开口中，从而进行纵轴线510到希望的或存在的身体进入位置802上的中心的定向。此外操纵器的控制单元46和/或中央的控制单元40确定在仪器轴514的纵轴线510至目标手术区域30之间的距离向量的量值，尤其是从纵轴线510至目标手术区域30的正交的距离向量的量值。在此可能的是，不仅相对于目标手术区域30的边缘的距离向量的量值而且备选或附加地相对于目标手术目标区域30的中点31的距离向量的量值被确定。

在本实施例中，纵轴线510延伸通过目标手术区域30的中点31，从而距离向量的量值在本实施例中在纵轴线510和目标手术区域30之间为零，因为纵轴线510通过延伸目标手术区域30。至目标手术区域30的中点31的距离也为零，因为纵轴线510延伸通过目标手术区域30的中点31。当正交的距离向量的量值低于第一值时，操作人员可以发出光学的和/或声学的第一信号。一旦距离向量的量值达到或低于第二值，则可以发出光学的和/或声学的第二信号。第二值可以尤其是零，从而当纵轴线510延伸通过目标手术区域30或其中点31时，输出光学的和/或声学的第二信号。输出的光学的和/或声学的信号也可以依赖于距离向量的确定的量值连续随着距离的改变或以多个步骤改变，从而操作人员被声学和/或光学地通知，纵轴线510与目标手术区域30是远离还是接近。要注意的是，操纵臂16定向期间或在用于机器人辅助的外科手术的装置的设置过程中，仅仪器轴512的纵轴线510而不是仪器轴512本身引导通过目标手术区域30或具有侧向的距离地在目标手术区域30旁边引导经过。

图5示出按照图4的布置结构，其中，伸缩布置结构60的区段62至66区别于图4在缩入的状态中示出。操纵臂16在设置时优选这样定位，使得当伸缩布置结构60缩入时，外科仪器500的仪器轴512的末端执行器514伸到导入病人18的身体中的套管针800中。在此，操纵臂16这样定位，使得末端执行器514优选以在1cm至5cm的范 围中、优选在1.5cm和3cm之间的范围中、尤其是2cm的长度伸到套管针800中。

从在图4中示出的位置出来，伸缩布置结构60可以缩入，从而外科仪器500的末端执行器514引导通过套管针800直至目标手术区域30。如在图5中示出的，末端执行器514也可以沿仪器轴512的纵轴线510的方向运动穿过目标手术区域30和运动超出目标手术区域30。

图6在所述装置或操纵器12的坐标系X、Y、Z中示出仪器单元300的无菌单元400连同外科仪器500和目标手术区域30的仪器轴512的示意图。目标手术区域30的空间的延伸借助适合的形成图像的方法为具体的病人18确定并且可以在此作为简单的几何体、如通过球或通过用于特别的外科的手术的具体的空间的延伸在病人18上确定的和/或限定的目标手术区域30通过许多坐标确定。目标手术区域30可以对于病人18尤其是借助形成图像的方法确定或在评估确定的图像时自动或由操作人员确定。作为形成图像的方法可以使用X射线方法、计算机断层成像方法、磁共振方法或另一个合适的方法。目标手术区域30的外部尺寸在图11中示出的二维的坐标系26中通过沿X方向的坐标x_Z1和x_Z3以及通过在X轴上的坐标y_Z1和y_Z3确定。确定的目标手术区域30的中点31通过在X轴上的坐标x_Z2和在Y轴上的y_Z2确定。以相同的方式，目标手术区域30的空间的延伸在正交于图平面延伸的Z轴上已知或确定。矢量V与仪器轴512的纵轴线510的交点的坐标在图6中以x_m、y_m、z_m表示。

如已经解释的那样，操纵臂16与耦联单元100一起在外科的手术之前在病人18上这样定位，使得仪器轴512的纵轴线510穿过希望的身体开口802并且纵轴线614延伸通过目标手术区域30。为了尤其是在操纵臂16和耦联单元100的正确的定向时辅助操作人员，控制单元46确定纵轴线510和目标手术区域30的中点31之间与纵轴线510最短的三维的正交的距离向量V的量值。如果距离向量V的量值达到或低于第一值，则输出光学的和/或声学的第一信号，如果其达到或低于第二值，则输出光学的和/或声学的第二信号，从而向手术人员给出关 于耦联单元100的正确的定向的光学的和/或声学的信息。由此实现简单的和舒适的可能性，即在真正的外科的手术之前在设置操纵器12和在定位操纵臂16a至16d时辅助操作人员。

图7示出用于按照第一操作方式相对于目标手术区域30定向与耦联单元100连接的无菌单元400的示意图。在该操作方式中，操纵臂16与耦联单元100一起在第一步骤中这样定向，使得仪器轴512的纵轴线510延伸通过套管针800的仪器导入开口。在该定向中，距离向量V的量值大于预设的值，从而控制单元46产生控制信息，所述控制信息给出，纵轴线510不延伸通过目标手术区域30。然而距离向量V的量值这样大，使得其超过预设的第一值，从而既不输出光学的信号也不输出声学的信号。如果耦联单元100与无菌单元400一起或与整个仪器单元300一起从位置P1沿箭头A1的方向朝位置P2偏转，则在目标手术区域30的中点31和仪器轴512‘的纵轴线510‘之间的距离向量V‘的量值小于预设的第一值，从而输出声学的第一信号和/或发射另一个频谱和/或之前发射的光的子频谱的光，从而操作人员由颜色变化可以简单地检测到纵轴线510‘与目标手术区域30的接近。然后耦联单元100与无菌单元400‘一起从位置P2进一步沿箭头A2的方向偏转，直至仪器轴512“达到位置P3，距离向量V‘的量值进一步减少，直至其尤其是达到零值，从而达到或低于距离向量V‘的量值的预设的第二值。如果是这种情况，则输出光学的和/或声学的第二信号，通过所述信号，通知操作人员纵轴线510“相对于目标手术区域30正确的定向。光学的第二信号可以相对于光学的第一信号具有不同的波长谱或不同的波长，从而操作人员通过颜色变化被通知操纵臂16的正确的定向。备选或附加地，光学的第二信号可以具有相对于光学的第一信号不同的闪光频率。

因此在设置两个界限值时，距离向量V的量值分别与这两个界限值比较，可检测三个状态，从而已经在接近目标手术区域30时可以将对应的光学的和/或声学的信号输出给操作人员并且在无菌单元400到目标手术区域30上的正确的定向时可以输出另一个光学的和/或声学 的信号给操作人员。在设置仅一个界限值时可以简单地区分两个状态，尤其是在目标手术区域30和纵轴线510之间存在距离，即纵轴线510不延伸通过目标手术区域30，以及纵轴线510延伸通过目标手术区域30的状态。

图8示出用于按照第二操作方式相对于目标手术区域30定向与操纵臂16连接的无菌单元400的示意图，其中，区别于第一操作方式，仪器轴512的纵轴线510在第一步骤中这样定向，使得其延伸通过目标手术区域30并且为操作人员输出对应的光学的和/或声学的信号。纵轴线510相对于目标手术区域30的定向可以在此如在第一操作方式的步骤2中结合图7解释的那样进行。因此操作人员也可以在这里光学和/或声学地被通知纵轴线510相对于目标手术区域30的距离和/或接近。如果纵轴线510延伸通过目标手术区域30，如其对于仪器轴512在图8中示出的那样，则其沿箭头A3的方向偏转，直至仪器轴512‘的纵轴线510‘到达套管针800的仪器开口上。

不同于结合图7和8说明的，输出单元41、47和/或显示单元44也可以只输出一个光学的和/或声学的信号或例如通过声学的信号和/或光学的信号的脉冲序列通过脉冲宽度和/或脉冲持续时间向操作人员给出信息，即，相对于目标手术区域30和/或相对于目标手术区域30的中点31的正交的距离向量V的量值有多大。

图9示出包括四个身体开口T1至T4的病人18的身体的一部分，分别一个套管针800a至800d导入所述身体开口中。通过在进入位置T1上导入的套管针800b，仪器单元300b的与操纵臂16b的耦联单元100b连接的棒内窥镜导入病人18的身体中。通过在位置T2上导入病人18身体中的套管针800a，与操纵臂16a的耦联单元100a连接的仪器单元300a的外科仪器500a导入病人18的身体中。通过在位置T3上导入的套管针800c，与操纵臂16c的耦联单元100c连接的仪器单元300c的外科仪器500c导入病人18的身体中。通过在位置T4上导入病人18身体中的套管针800d，与操纵臂16d的耦联单元100d连接的仪器单元300d的外科仪器500d导入病人18的身体中。

图10示出按照第二实施形式的布置结构，包括带有耦联单元100的操纵臂16的近中心的端部和与耦联单元100连接的仪器单元300，所述仪器单元包括操纵臂16的缩入的伸缩布置结构60。按照图10至12的第二实施形式的布置结构与在图4和5中示出的并且解释的第一实施形式的区别仅在于，套管针保持部17固定地与操纵臂16连接。套管针保持部17具有连接元件19，用于连接套管针保持部17和套管针800。操纵臂16借助仪器单元300的定位和定向以如结合第一实施形式说明的相同的方式进行。具有相同的功能或相同的构造的元件具有相同的附图标记。在图11中示出按照图10的布置结构，其中，操纵臂16的套管针保持部17与导入病人18中的套管针800连接并且伸缩布置结构60具有伸出的状态。仪器轴512以末端执行器514大约2cm深地导入套管针800的仪器开口中。

图12示出按照图11的布置结构，其示出在缩入的状态中的伸缩布置结构60。伸缩布置结构60从在图11中示出的伸出的位置运动到其在图12中示出的缩入的位置中，而操纵臂16和套管针保持部17的定向没有改变。在伸缩布置结构60进入和伸出时，通过耦联单元100相对于伸缩布置结构60的偏转和伸缩布置结构60相对于操纵臂16通过耦联传动机构59的偏转进行补偿运动，从而外科仪器500在伸缩布置结构60的缩入和伸出时可以精确地沿仪器轴512的纵轴线510运动。伸缩布置结构60可以这样远地缩入，直至外科仪器500的末端执行器514到达目标手术区域30或沿外科仪器500的纵轴线510的方向伸出超过目标手术区域30。

图13示出按照第三实施形式的布置结构，其包括具有耦联单元100的操纵臂16的区段和内窥镜900。操纵臂16的伸缩布置结构60在伸出的状态中示出。具有外科仪器500的仪器单元300与耦联单元100耦联。也在第三实施形式中设置套管针保持部17，其将导入病人18身体中的套管针800与操纵臂16连接。然而在其他实施形式中也可以放弃套管针保持部17。内窥镜900是棒内窥镜。棒内窥镜900的成像光学装置的至少一部分处于棒912中，所述棒的近中心的端部通 过套管针810通过第二身体开口812导入病人18的身体中。借助棒内窥镜900获取目标手术区域30的至少一部分的图像。棒内窥镜900具有头部件910，通过所述头部件，棒内窥镜900与系统10的操作控制台42和/或显示单元44为了机器人辅助的外科手术而连接。由此可以为操作人员、尤其是外科医生在操作控制台42或显示单元44上显示借助内窥镜900获取的图像。

通过头部件910，棒内窥镜900也可以与尤其是另一个的操纵臂16的另一个耦联单元100耦联。通过虚线示意性地示出成像光学装置的光路914。内窥镜900的成像光学装置的光轴、即棒内窥镜900的光轴处于光路914的中心。棒内窥镜900的成像光学装置的焦点以916表示。

在本实施例中，确定在外科仪器500的仪器轴512的纵轴线510相对于棒内窥镜900的成像光学装置的焦点916之间的正交的距离向量V。焦点916因此作为目标点起作用。确定的正交的距离向量V给出仪器轴512的纵轴线510相对于焦点916之间当前的距离。带有外科仪器500的操纵臂16的位置和定向的评估在此以如结合两个第一实施形式结合图4至12已经解释的相同的方式进行。

在图13中，仪器轴512的近中心的端部以末端执行器514导入套管针800的仪器开口中。优选地，末端执行器大约2cm深地伸到套管针800的仪器开口中。在其他实施形式中，末端执行器514的尖端也可以直到套管针800的近中心的端部导入其仪器开口中或少于2cm地导入套管针800的仪器开口中。伸缩布置结构60在此处于伸出的状态中。随后与耦联单元100耦联的仪器单元300连同操纵臂16的部段的至少一部分的位置这样改变，使得仪器轴512的纵轴线510直至预设的第一和/或第二距离值地接近作为目标点起作用的焦点916，或如在图14中示出的，仪器轴512的纵轴线510延伸通过焦点916。为此在图14中，操纵臂的伸缩布置结构60相对于在图13中示出的位置借助耦联传动机构59偏转。

在图15中以缩入的伸缩布置结构60示出按照图13和14的布置 结构。通过伸缩布置结构的缩入，末端执行器514运动直至到棒内窥镜900的可见区域中和目标手术区域30中，并且可以在那里在目视检查下被操纵和定位。通过所述操作方式因此可能的是，将要使用的外科仪器500的定位、即定向和位置已经这样预设，使得其被引导至目标手术区域30并且在那里可靠置于棒内窥镜900的观察区域中。目标点或目标区域可以通过所述装置的坐标系X、Y、Z的坐标x_z、y_z、z_z或通过病人坐标系X‘、Y‘、Z‘的坐标x‘_Z、y‘_Z、z’_Z确定并且需要时换算成分别其他坐标系的坐标。

在按照图4至12的第一和第二实施形式中也可以代替目标手术区域30确定目标点、例如确定的目标手术区域30的中点31或与另一个外科仪器900的位置相关的目标点。也可以代替内窥镜900在第三实施形式中使用用于获取目标手术区域30的至少一部分的图像的另一个形成图像的系统。目标区域然后与所述另一个形成图像的系统的位置相关。目标点尤其是在内窥镜或形成图像的系统的成像光学装置的焦深范围中的点，例如成像光学装置的焦点或在内窥镜900的焦点和近中心的端部之间的点。目标区域可以备选或附加地通过围绕点的距离确定。

附图标记列表

10 系统

12 操纵器

14 支架

16、16a至16d 操纵臂

17 套管针保持部

18 病人

19 连接元件

20 支架头

24 支架脚

28 支架臂

30 目标手术区域

31 目标手术区域的中点

32 手术台支柱

34 手术台

36 手术台的控制单元

38 病人支撑面

40 装置的中央的控制单元

41 输出单元

42 操作控制台

44 显示单元

46 操纵器的控制单元

47 输出单元

59 耦联传动机构

60 伸缩布置结构

62、64、66 伸缩布置结构的区段

68 驱动单元

100、100a至100d 耦联单元

102 第一传输机构

104 电的传输元件

106、108 电的触点

109 光学的传输元件

110 平移的第一驱动元件

112 平移的第二驱动元件

114 旋转的第一驱动元件

116 旋转的第二驱动元件

120 耦联传感器

121 RFID读取和写入单元

122、124 导向槽

123、125 导向槽的前面的端部

126 卡锁凸起部

128 卡锁元件

134 解锁按键

200 无菌闸门

201 无菌膜片

202 连接边缘

204、206 导向销

208、210 闸门瓣

300、300a至300d 仪器单元

400、400a至400d，

400‘、400“ 无菌单元

438、440 卡锁和操纵元件

494 RFID应答器

500、500a至500d 外科仪器

510、510‘、510“ 纵轴线

512 仪器轴

514 末端执行器

800 套管针

802 身体开口

810 套管针

812 身体开口

900 棒内窥镜

910 头部件

912 棒

914 光路

916 焦点

A1至A3 运动方向

P1至P3 位置

T1至T4 计划的身体开口

V、V‘ 距离向量

x_Z、y_Z、z_Z 在装置的坐标系中的目标区域的坐标

X、Y、Z 装置的坐标系

X‘、Y‘、Z‘ 病人坐标系

x’_z、y’_z、z’_z 在病人坐标系中的目标区域的坐标