用于机械手辅助外科手术的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机械手辅助外科手术的设备，该设备具有至少一个设置在非无菌区域中的操纵器臂，该操纵器臂具有耦联单元，该耦联单元具有至少一个第一传递器件。所述设备具有至少一个设置在无菌区域中的无菌单元，该无菌单元具有至少一个第二传递器件和用于将操纵器臂与无菌区域隔离的无菌遮蔽件。
【背景技术】
[0002]在微创外科手术中越来越多地使用所谓的远程操纵器系统，其也称为机械手辅助系统。无菌手术区借助于无菌遮蔽件被保护免受远程操纵器系统的非无菌元件污染。通过无菌遮蔽件防止通过手术患者或手术人员的体液和/或组织引起的无菌手术区的污染和远程操纵器系统的污染。由此将降低了交叉感染的风险。
[0003]借助于远程操纵器系统根据操作输入在其位置和定向中对外科手术仪器和/或内窥镜进行控制并且因而必然地与待进行手术的患者产生身体接触，使得外科手术仪器和/或内窥镜被手术患者的体液和/或组织弄脏。同时外科手术仪器必须机械地、电地和/或光学地耦联到远程操纵器系统上，以便能够实现外科手术仪器的有效的定位和定向以及外科手术仪器的期望的操纵。对此，外科手术仪器、内窥镜或者待操作的医疗器械具有耦联接口，该耦联接口可以构造为耦联单元并且也被称为无菌单元。
[0004]在外科手术期间使用的器材(包括所使用的外科手术设备和仪器以及远程操纵器系统的其它组成部分)可以分成三类:
[0005]第I类:该器材是无菌的并且在外科手术期间被污染。该器材在手术之后被处理掉。因此，实现了该器材的一次性使用。
[0006]第2类:该器材是无菌的，并且在外科手术期间被污染，并且在手术之后被清洗和消毒。因此，实现该器材的反复使用。这种反复使用的器材必须根据可操作的可灭菌性的要求进行设计和制造。
[0007]第3类:该器材是非无菌的。在外科手术期间通过无菌遮蔽件和外包装件来防止无菌手术区被污染。同时保护非无菌器材免于与体液和/或组织接触。
[0008]如果需要将第I类器具或第2类器具与第3类器具耦联，则无菌接口是必需的，该无菌接口防止第I类器具或第2类器具通过第3类非无菌器具污染，并且反过来防止第3类器具被弄脏，因为这些器材通常在技术上设计为不可高压蒸汽灭菌的部件。将器具设计为可灭菌和可高压蒸汽处理的部件需要器具的用于灭菌处理的特殊技术设计，从而对此需要较高的研发费用以及用于验证灭菌过程的效果的可观的确证费用。对于这样的验证尤为必要的是，器具先后多次被污染、灭菌、进行灭菌的效果检验以及在实现灭菌之后进行功能检验。在此证实，器具在每次灭菌处理之后可靠地被灭菌并且因而又可以被使用。
[0009]由文献US 7666191 BI已知一种远程操纵器系统，其中，非无菌操纵器臂借助于无菌薄膜被遮蔽。操纵器臂的耦联单元包括四个旋转致动器，这些旋转致动器与集成在无菌薄膜中的无菌适配器的第一侧相耦联。借助于无菌适配器将操纵器臂的耦联单元的四个旋转致动器的旋转运动接合地与集成到无菌适配器中的可转动地支承的传动器件耦联。在无菌适配器的无菌的外侧上这些在无菌适配器外侧上的无菌传动器件可以与无菌的外科手术仪器的被驱动的元件相接合。此外，经由该无菌适配器可以使电信号在无菌适配器的内侧和外侧之间传递。
[0010]因此，借助于无菌适配器防止，转动致动器和无菌外科手术仪器的电接头直接与非无菌的操纵器臂的耦联单元的旋转致动器和电接头相接触。通过无菌适配器防止了外科手术仪器由于与操纵器臂的非无菌部件的接触而被污染。但在该解决方案必要的是，无菌适配器必须具有可转动地支承的传递器件以及用于传递电信号的传递器件，由此适配器的制造是复杂的且容易出现故障。尤其复杂的是，当传递器件与体液相接触时，确保传递器件的可转动性。
[0011]在原则上，在用于耦联操纵器臂和仪器的功能链中的每个元件都是可能的故障源并且与附加的成本相关联。无菌适配器本身设置为一次性使用的无菌薄膜的一部分。
[0012]由文献US 8074657 B2已知另一种无菌适配器，该无菌适配器能够实现用于将机械能传递到与无菌适配器耦联的外科手术仪器上的致动器单元。
【发明内容】
[0013]本发明的任务在于，给出用于机械手辅助外科手术的一种设备和一种布置系统，其中，设置在非无菌区域内的操纵器臂与设置在无菌区域内的无菌单元的无菌耦联可以简单地实现，其中，通过所述耦联能够实现在操纵器臂和仪器单元之间的可靠的机械力和力矩传递和/或光学传递和/或电信号和/或能量传递，所述仪器单元尤其是包括无菌单元和与该无菌单元连接的外科手术仪器。
[0014]该任务通过具有权利要求1的特征的用于机械手辅助外科手术的设备和通过具有权利要求15的特征的布置系统解决。本发明的有利的扩展方案在从属权利要求中说明。
[0015]通过在耦联单元中设置用于产生平移驱动运动的平移驱动元件和用于产生旋转驱动运动的旋转驱动元件并且通过设置能与平移驱动元件耦联的平移被驱动元件和能与旋转驱动元件耦联的旋转被驱动元件可以实现仪器单元的简单的驱动，该仪器单元尤其是包括无菌单元和与该无菌单元连接的外科手术仪器。通过在无菌遮蔽件中设置的无菌阀使得优选当无菌单元不与无菌阀连接时，驱动元件的与耦联单元无关的可靠的无菌的隔离是优选可能的。在无菌单元与无菌阀分离之后，无菌阀也将驱动元件隔离。由此可以简单地实现操纵器臂的非无菌元件相对于无菌区域的可靠的无菌的遮蔽。
[0016]借助于旋转驱动单元和平移驱动单元可以简单地执行例如仪器的转动和仪器顶端的弯曲或者仪器的转动和夹持运动。替代地，仪器杆可以转动且可执行仪器的夹持运动。
[0017]特别有利的是，能够借助于与平移被驱动的元件耦联的平移驱动元件将平移驱动运动传递至平移被驱动的元件。借助于与旋转被驱动元件耦联的旋转驱动元件来可将旋转驱动运动传递至旋转地被驱动的元件。
[0018]旋转驱动元件一般来说是这样的驱动元件，该驱动元件可以执行旋转驱动运动或者说旋转运动并且对此尤其是被驱动马达直接或间接驱动。
[0019]旋转被驱动元件一般来说是能与旋转驱动元件耦联的被驱动元件，当与旋转被驱动元件親联的旋转驱动元件执行旋转的驱动运动或者说旋转运动时，该被驱动元件执行旋转的运动或者说旋转运动。
[0020]平移驱动元件一般来说是这样的驱动元件，该驱动元件可以执行平移的驱动运动或者说平移运动并且对此尤其是被驱动马达直接或间接驱动。
[0021]平移被驱动元件一般来说是能与平移驱动元件耦联的被驱动元件，当与平移被驱动元件耦联的平移驱动元件执行平移的驱动运动或者说平移运动时，该被驱动元件执行平移的运动或者说平移运动。在驱动元件与被驱动元件耦联时优选实现相应的驱动元件与互补的被驱动元件的直接接触以便传递驱动运动。这尤其是可以通过在相应的被驱动元件和驱动元件之间的形锁合连接和/或力锁合连接和/或磁耦合实现。
[0022]有利的是，与親联单元和与无菌单元连接的无菌阀如此释放通向驱动元件的通路，使得平移驱动元件能与平移被驱动元件耦联并且旋转驱动元件能与旋转被驱动元件耦联。在驱动元件和被驱动元件之间的耦联尤其是通过直接接合、例如形锁合连接或者力锁合连接实现。
[0023]另外有利的是，所述无菌单元包括无菌遮蔽件，在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，该无菌遮蔽件将被驱动元件无菌地隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向被驱动元件的通路释放。由此可以实现对外科手术元件和操纵器臂的简单操作，因为无菌单元连同外科手术仪器可简单地与操纵器臂的耦联单元连接和可再分离，在此确保:当无菌单元不与无菌阀连接或者说不与耦联单元耦联时，被驱动元件被无菌隔离。由此仪器单元在无菌区域中的可靠操作是可能的，从而即使在被驱动元件与非无菌驱动元件接触之后仪器单元也可以被放置在无菌区域中，而不会由此污染无菌区域。
[0024]另外有利的是，所述无菌阀包括无菌遮蔽件，在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，该无菌遮蔽件将驱动元件无菌地隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向驱动元件的通路释放。由此确保，当仪器单元的无菌单元不与无菌阀连接时，尤其是在仪器单元的无菌单元又与无菌阀分离之后，耦联单元的通常非无菌的驱动元件借助于无菌阀始终可靠地与无菌区域隔离。当无菌阀与耦联单元和无菌单元连接时，所述无菌阀将通向驱动元件的通路释放。由此实现非无菌親联单元、尤其是非无菌驱动元件相对于无菌区域的可靠的隔离。在无菌单元与无菌阀耦联时优选无菌阀的无菌遮蔽的通路开口被释放，由此驱动元件可以与被驱动元件彼此处于直接接触，尤其是彼此处于直接接合。
[0025]无菌阀的用于无菌地遮蔽驱动元件的无菌遮蔽件和/或无菌单元的用于无菌地隔离被驱动元件的无菌遮蔽件可以是百叶窗、卷帘、设有开口的可转动的圆盘和/或翻板。由此可以简单地实现通向驱动元件或者说被驱动元件的至少一个通路开口的简单的可靠的关闭和打开。
[0026]特别有利的是，平移驱动元件是第一平移驱动元件，并且旋转驱动元件是第一旋转驱动元件，并且平移被驱动元件是第一平移被驱动元件，并且旋转被驱动元件是第一旋转被驱动元件。所述耦联单元包括用于产生平移驱动运动的第二平移驱动元件和用于产生旋转驱动运动的第二旋转驱动元件。所述无菌单元具有能够与第二平移驱动元件耦联的第二平移被驱动元件和能够与第二旋转驱动元件耦联的第二旋转被驱动元件。在无菌单元与无菌阀连接之前和优选在无菌单元与无菌阀分离之后，与耦联单元连接的无菌阀将第一和第二平移驱动元件以及第一和第二旋转驱动元件无菌地隔离。
[0027]—般性而言，所有驱动元件的驱动运动是彼此不相关的、尤其是不机械耦联的。驱动元件的全部的驱动运动借助于控制单元被控制并且优选被电子地监控。
[0028]此外有利的是，所述第一和/或第二平移被驱动元件能够借助于弹性可变形元件的复位力运动到初始位置中，并且在无菌单元与无菌阀分离之后该复位力使相应的平移被驱动元件运动到其初始位置中。由此，在无菌单元与无菌阀连接或者说又连接时和在由此实现驱动元件与被驱动元件的耦联时，平移被驱动元件的确定位置可以简单实现。在此复位力至少是如此大的，使得当没有其它作用到仪器上的力阻止或防止复位时，该复位力将外科手术仪器的通过平移驱动元件引起的位移复位到初始位置中。
[0029]此外有利的是，所述耦联单元具有至少一个位置传感器，用于探测第一和/或第二旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置。优选所述设备包括用于探测第一旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置的第一位置传感器和用于探测第二旋转被驱动元件的至少一个旋转角度位置的第二位置传感器。在初始化时，第一旋转被驱动元件借助于第一旋转驱动元件如此远地转动，直至第一位置传感器探测了旋转被驱动元件的一个确定的角位置。尤其是旋转被驱动元件在一个角位置上包括能借助于第一位置传感器探测到的凸起或者凹部，当凸起或者凹部与位置传感器对置设置时，所述凸起或者凹部可借助于位置传感器被探测。由此可以探测旋转被驱动元件的角位置并且以此为出发点借助于控制单元如此监控旋转被驱动元件的进一步驱动，使得所述旋转被驱动元件的角位置随时被获知并且在进一步控制时被考虑。
[0030]可以通过相同的方式借助于第二位置传感器来探测第二旋转被驱动元件的确定的旋转角度位置，从而借助于控制单元如此监控第二旋转被驱动元件的驱动，使得该第二旋转被驱动元件的旋转角度位置随时被获知并且在进一步控制时被考虑。
[0031]此外有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使平移驱动元件运动到初始位置中。由此，在无菌单元与跟耦联单元相连的无菌阀连接时，设置在其初始位置中的平移驱动元件与设置在其初始位置中的平移被驱动元件自动地直接接合。
[0032]平移驱动元件例如可以由叉构成，该叉的齿接合在平移被驱动元件的环绕的槽中。该槽优选是环绕的槽，使得平移被驱动元件连同仪器单元的用于旋转力传递的元件、例如仪器杆可以在叉中转动。
[0033]特别有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使第一平移驱动元件运动到初始位置中。在无菌单元与跟耦联单元相连的无菌阀连接时，设置在其初始位置中的第一平移驱动元件与设置在其初始位置中的第一平移被驱动元件可自动地直接接合。
[0034]另外有利的是，在无菌单元与无菌阀分离之后，所述耦联单元使第二平移驱动元件运动到其初始位置中。在