用于機械手輔助外科手術的設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于機械手輔助外科手術的設備，該設備具有至少一個設置在非無菌區域中的操縱器臂，該操縱器臂具有耦聯單元，該耦聯單元具有至少一個第一傳遞器件。所述設備具有至少一個設置在無菌區域中的無菌單元，該無菌單元具有至少一個第二傳遞器件和用于將操縱器臂與無菌區域隔離的無菌遮蔽件。
【背景技術】
[0002]在微創外科手術中越來越多地使用所謂的遠程操縱器系統，其也稱為機械手輔助系統。無菌手術區借助于無菌遮蔽件被保護免受遠程操縱器系統的非無菌元件污染。通過無菌遮蔽件防止通過手術患者或手術人員的體液和/或組織引起的無菌手術區的污染和遠程操縱器系統的污染。由此將降低了交叉感染的風險。
[0003]借助于遠程操縱器系統根據操作輸入在其位置和定向中對外科手術儀器和/或內窺鏡進行控制并且因而必然地與待進行手術的患者產生身體接觸，使得外科手術儀器和/或內窺鏡被手術患者的體液和/或組織弄臟。同時外科手術儀器必須機械地、電地和/或光學地耦聯到遠程操縱器系統上，以便能夠實現外科手術儀器的有效的定位和定向以及外科手術儀器的期望的操縱。對此，外科手術儀器、內窺鏡或者待操作的醫療器械具有耦聯接口，該耦聯接口可以構造為耦聯單元并且也被稱為無菌單元。
[0004]在外科手術期間使用的器材(包括所使用的外科手術設備和儀器以及遠程操縱器系統的其它組成部分)可以分成三類:
[0005]第I類:該器材是無菌的并且在外科手術期間被污染。該器材在手術之后被處理掉。因此，實現了該器材的一次性使用。
[0006]第2類:該器材是無菌的，并且在外科手術期間被污染，并且在手術之后被清洗和消毒。因此，實現該器材的反復使用。這種反復使用的器材必須根據可操作的可滅菌性的要求進行設計和制造。
[0007]第3類:該器材是非無菌的。在外科手術期間通過無菌遮蔽件和外包裝件來防止無菌手術區被污染。同時保護非無菌器材免于與體液和/或組織接觸。
[0008]如果需要將第I類器具或第2類器具與第3類器具耦聯，則無菌接口是必需的，該無菌接口防止第I類器具或第2類器具通過第3類非無菌器具污染，并且反過來防止第3類器具被弄臟，因為這些器材通常在技術上設計為不可高壓蒸汽滅菌的部件。將器具設計為可滅菌和可高壓蒸汽處理的部件需要器具的用于滅菌處理的特殊技術設計，從而對此需要較高的研發費用以及用于驗證滅菌過程的效果的可觀的確證費用。對于這樣的驗證尤為必要的是，器具先后多次被污染、滅菌、進行滅菌的效果檢驗以及在實現滅菌之后進行功能檢驗。在此證實，器具在每次滅菌處理之后可靠地被滅菌并且因而又可以被使用。
[0009]由文獻US 7666191 BI已知一種遠程操縱器系統，其中，非無菌操縱器臂借助于無菌薄膜被遮蔽。操縱器臂的耦聯單元包括四個旋轉致動器，這些旋轉致動器與集成在無菌薄膜中的無菌適配器的第一側相耦聯。借助于無菌適配器將操縱器臂的耦聯單元的四個旋轉致動器的旋轉運動接合地與集成到無菌適配器中的可轉動地支承的傳動器件耦聯。在無菌適配器的無菌的外側上這些在無菌適配器外側上的無菌傳動器件可以與無菌的外科手術儀器的被驅動的元件相接合。此外，經由該無菌適配器可以使電信號在無菌適配器的內側和外側之間傳遞。
[0010]因此，借助于無菌適配器防止，轉動致動器和無菌外科手術儀器的電接頭直接與非無菌的操縱器臂的耦聯單元的旋轉致動器和電接頭相接觸。通過無菌適配器防止了外科手術儀器由于與操縱器臂的非無菌部件的接觸而被污染。但在該解決方案必要的是，無菌適配器必須具有可轉動地支承的傳遞器件以及用于傳遞電信號的傳遞器件，由此適配器的制造是復雜的且容易出現故障。尤其復雜的是，當傳遞器件與體液相接觸時，確保傳遞器件的可轉動性。
[0011]在原則上，在用于耦聯操縱器臂和儀器的功能鏈中的每個元件都是可能的故障源并且與附加的成本相關聯。無菌適配器本身設置為一次性使用的無菌薄膜的一部分。
[0012]由文獻US 8074657 B2已知另一種無菌適配器，該無菌適配器能夠實現用于將機械能傳遞到與無菌適配器耦聯的外科手術儀器上的致動器單元。
【發明內容】
[0013]本發明的任務在于，給出用于機械手輔助外科手術的一種設備和一種布置系統，其中，設置在非無菌區域內的操縱器臂與設置在無菌區域內的無菌單元的無菌耦聯可以簡單地實現，其中，通過所述耦聯能夠實現在操縱器臂和儀器單元之間的可靠的機械力和力矩傳遞和/或光學傳遞和/或電信號和/或能量傳遞，所述儀器單元尤其是包括無菌單元和與該無菌單元連接的外科手術儀器。
[0014]該任務通過具有權利要求1的特征的用于機械手輔助外科手術的設備和通過具有權利要求15的特征的布置系統解決。本發明的有利的擴展方案在從屬權利要求中說明。
[0015]通過在耦聯單元中設置用于產生平移驅動運動的平移驅動元件和用于產生旋轉驅動運動的旋轉驅動元件并且通過設置能與平移驅動元件耦聯的平移被驅動元件和能與旋轉驅動元件耦聯的旋轉被驅動元件可以實現儀器單元的簡單的驅動，該儀器單元尤其是包括無菌單元和與該無菌單元連接的外科手術儀器。通過在無菌遮蔽件中設置的無菌閥使得優選當無菌單元不與無菌閥連接時，驅動元件的與耦聯單元無關的可靠的無菌的隔離是優選可能的。在無菌單元與無菌閥分離之后，無菌閥也將驅動元件隔離。由此可以簡單地實現操縱器臂的非無菌元件相對于無菌區域的可靠的無菌的遮蔽。
[0016]借助于旋轉驅動單元和平移驅動單元可以簡單地執行例如儀器的轉動和儀器頂端的彎曲或者儀器的轉動和夾持運動。替代地，儀器桿可以轉動且可執行儀器的夾持運動。
[0017]特別有利的是，能夠借助于與平移被驅動的元件耦聯的平移驅動元件將平移驅動運動傳遞至平移被驅動的元件。借助于與旋轉被驅動元件耦聯的旋轉驅動元件來可將旋轉驅動運動傳遞至旋轉地被驅動的元件。
[0018]旋轉驅動元件一般來說是這樣的驅動元件，該驅動元件可以執行旋轉驅動運動或者說旋轉運動并且對此尤其是被驅動馬達直接或間接驅動。
[0019]旋轉被驅動元件一般來說是能與旋轉驅動元件耦聯的被驅動元件，當與旋轉被驅動元件親聯的旋轉驅動元件執行旋轉的驅動運動或者說旋轉運動時，該被驅動元件執行旋轉的運動或者說旋轉運動。
[0020]平移驅動元件一般來說是這樣的驅動元件，該驅動元件可以執行平移的驅動運動或者說平移運動并且對此尤其是被驅動馬達直接或間接驅動。
[0021]平移被驅動元件一般來說是能與平移驅動元件耦聯的被驅動元件，當與平移被驅動元件耦聯的平移驅動元件執行平移的驅動運動或者說平移運動時，該被驅動元件執行平移的運動或者說平移運動。在驅動元件與被驅動元件耦聯時優選實現相應的驅動元件與互補的被驅動元件的直接接觸以便傳遞驅動運動。這尤其是可以通過在相應的被驅動元件和驅動元件之間的形鎖合連接和/或力鎖合連接和/或磁耦合實現。
[0022]有利的是，與親聯單元和與無菌單元連接的無菌閥如此釋放通向驅動元件的通路，使得平移驅動元件能與平移被驅動元件耦聯并且旋轉驅動元件能與旋轉被驅動元件耦聯。在驅動元件和被驅動元件之間的耦聯尤其是通過直接接合、例如形鎖合連接或者力鎖合連接實現。
[0023]另外有利的是，所述無菌單元包括無菌遮蔽件，在無菌單元與無菌閥連接之前和優選在無菌單元與無菌閥分離之后，該無菌遮蔽件將被驅動元件無菌地隔離。當無菌閥與耦聯單元和無菌單元連接時，所述無菌閥將通向被驅動元件的通路釋放。由此可以實現對外科手術元件和操縱器臂的簡單操作，因為無菌單元連同外科手術儀器可簡單地與操縱器臂的耦聯單元連接和可再分離，在此確保:當無菌單元不與無菌閥連接或者說不與耦聯單元耦聯時，被驅動元件被無菌隔離。由此儀器單元在無菌區域中的可靠操作是可能的，從而即使在被驅動元件與非無菌驅動元件接觸之后儀器單元也可以被放置在無菌區域中，而不會由此污染無菌區域。
[0024]另外有利的是，所述無菌閥包括無菌遮蔽件，在無菌單元與無菌閥連接之前和優選在無菌單元與無菌閥分離之后，該無菌遮蔽件將驅動元件無菌地隔離。當無菌閥與耦聯單元和無菌單元連接時，所述無菌閥將通向驅動元件的通路釋放。由此確保，當儀器單元的無菌單元不與無菌閥連接時，尤其是在儀器單元的無菌單元又與無菌閥分離之后，耦聯單元的通常非無菌的驅動元件借助于無菌閥始終可靠地與無菌區域隔離。當無菌閥與耦聯單元和無菌單元連接時，所述無菌閥將通向驅動元件的通路釋放。由此實現非無菌親聯單元、尤其是非無菌驅動元件相對于無菌區域的可靠的隔離。在無菌單元與無菌閥耦聯時優選無菌閥的無菌遮蔽的通路開口被釋放，由此驅動元件可以與被驅動元件彼此處于直接接觸，尤其是彼此處于直接接合。
[0025]無菌閥的用于無菌地遮蔽驅動元件的無菌遮蔽件和/或無菌單元的用于無菌地隔離被驅動元件的無菌遮蔽件可以是百葉窗、卷簾、設有開口的可轉動的圓盤和/或翻板。由此可以簡單地實現通向驅動元件或者說被驅動元件的至少一個通路開口的簡單的可靠的關閉和打開。
[0026]特別有利的是，平移驅動元件是第一平移驅動元件，并且旋轉驅動元件是第一旋轉驅動元件，并且平移被驅動元件是第一平移被驅動元件，并且旋轉被驅動元件是第一旋轉被驅動元件。所述耦聯單元包括用于產生平移驅動運動的第二平移驅動元件和用于產生旋轉驅動運動的第二旋轉驅動元件。所述無菌單元具有能夠與第二平移驅動元件耦聯的第二平移被驅動元件和能夠與第二旋轉驅動元件耦聯的第二旋轉被驅動元件。在無菌單元與無菌閥連接之前和優選在無菌單元與無菌閥分離之后，與耦聯單元連接的無菌閥將第一和第二平移驅動元件以及第一和第二旋轉驅動元件無菌地隔離。
[0027]—般性而言，所有驅動元件的驅動運動是彼此不相關的、尤其是不機械耦聯的。驅動元件的全部的驅動運動借助于控制單元被控制并且優選被電子地監控。
[0028]此外有利的是，所述第一和/或第二平移被驅動元件能夠借助于彈性可變形元件的復位力運動到初始位置中，并且在無菌單元與無菌閥分離之后該復位力使相應的平移被驅動元件運動到其初始位置中。由此，在無菌單元與無菌閥連接或者說又連接時和在由此實現驅動元件與被驅動元件的耦聯時，平移被驅動元件的確定位置可以簡單實現。在此復位力至少是如此大的，使得當沒有其它作用到儀器上的力阻止或防止復位時，該復位力將外科手術儀器的通過平移驅動元件引起的位移復位到初始位置中。
[0029]此外有利的是，所述耦聯單元具有至少一個位置傳感器，用于探測第一和/或第二旋轉被驅動元件的至少一個旋轉角度位置。優選所述設備包括用于探測第一旋轉被驅動元件的至少一個旋轉角度位置的第一位置傳感器和用于探測第二旋轉被驅動元件的至少一個旋轉角度位置的第二位置傳感器。在初始化時，第一旋轉被驅動元件借助于第一旋轉驅動元件如此遠地轉動，直至第一位置傳感器探測了旋轉被驅動元件的一個確定的角位置。尤其是旋轉被驅動元件在一個角位置上包括能借助于第一位置傳感器探測到的凸起或者凹部，當凸起或者凹部與位置傳感器對置設置時，所述凸起或者凹部可借助于位置傳感器被探測。由此可以探測旋轉被驅動元件的角位置并且以此為出發點借助于控制單元如此監控旋轉被驅動元件的進一步驅動，使得所述旋轉被驅動元件的角位置隨時被獲知并且在進一步控制時被考慮。
[0030]可以通過相同的方式借助于第二位置傳感器來探測第二旋轉被驅動元件的確定的旋轉角度位置，從而借助于控制單元如此監控第二旋轉被驅動元件的驅動，使得該第二旋轉被驅動元件的旋轉角度位置隨時被獲知并且在進一步控制時被考慮。
[0031]此外有利的是，在無菌單元與無菌閥分離之后，所述耦聯單元使平移驅動元件運動到初始位置中。由此，在無菌單元與跟耦聯單元相連的無菌閥連接時，設置在其初始位置中的平移驅動元件與設置在其初始位置中的平移被驅動元件自動地直接接合。
[0032]平移驅動元件例如可以由叉構成，該叉的齒接合在平移被驅動元件的環繞的槽中。該槽優選是環繞的槽，使得平移被驅動元件連同儀器單元的用于旋轉力傳遞的元件、例如儀器桿可以在叉中轉動。
[0033]特別有利的是，在無菌單元與無菌閥分離之后，所述耦聯單元使第一平移驅動元件運動到初始位置中。在無菌單元與跟耦聯單元相連的無菌閥連接時，設置在其初始位置中的第一平移驅動元件與設置在其初始位置中的第一平移被驅動元件可自動地直接接合。
[0034]另外有利的是，在無菌單元與無菌閥分離之后，所述耦聯單元使第二平移驅動元件運動到其初始位置中。在