用于微創(chuàng)外科手術的脫耦的多相機系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種由至少一個內窺鏡相機和至少一個套管相機構成的多相機系統(tǒng)，用于在微創(chuàng)手術中以及在相應的外科手術機器人中使用，尤其用于在微創(chuàng)外科手術中、例如在腹腔鏡中使用。
【背景技術】
[0002]微創(chuàng)外科手術、例如腹腔鏡的手術經由使用外科器械、例如夾鉗、刀具和縫合工具進行，所述外科器械經由一個或多個套管引入到患者的體內。通常，使用兩個至四個、在大多數(shù)情況下三個外科器械。除了所述外科器械之外需要的是，存在顯示單元，所述顯示單元能夠為外科醫(yī)生實現(xiàn)觀察手術區(qū)域。這種顯示單元通常是相機或內窺鏡，所述相機/內窺鏡同樣經由套管引入到患者的體內。通常，顯示經由內窺鏡進行，所述內窺鏡將手術區(qū)域的圖形以2D或3D在外部的顯示器上示出。在現(xiàn)有技術中，已知多個內窺鏡，其中顯示單元、如相機集成在其遠端中。然而，內窺鏡通常能夠在其遠端上和在其近端上具有相機。借助內窺鏡實現(xiàn)的拍攝經由圖像轉發(fā)系統(tǒng)和圖像處理單元在一個或多個外部的顯示器上成像。在現(xiàn)有技術中描述了多個內窺鏡。
[0003]因此，例如W02009/057117A2描述一種具有兩個成像設備的內窺鏡。成像設備經由套管引導到體內并且經由固定在套管上的折頁側向地翻轉，更確切地說成角度地從套管的縱軸線朝向側面翻轉。兩個成像設備能夠以不同的角度向外樞轉，使得能夠實現(xiàn)兩個不同的拍攝。
[0004]在現(xiàn)有技術中描述的相機系統(tǒng)或內窺鏡的缺點是，內窺鏡僅設為用于顯示手術區(qū)域，由于外科器械的位置和內窺鏡靠近手術過程的位置以及視場角度(FoV，“Field ofView)的改變，所述內窺鏡然而不能夠同時成像引入到腹腔中的外科器械的位置和方向，其中僅成像手術過程的附近的區(qū)域。如果將外科器械從手術視野中移除，那么其不再由內窺鏡檢測并且不再處于外科醫(yī)生或其助手的可視控制下。

【發(fā)明內容】

[0005]因此，本發(fā)明基于下述目的，提供一種用于微創(chuàng)外科手術、例如腹腔鏡手術的改進的顯示系統(tǒng)，所述顯示系統(tǒng)能夠向手術醫(yī)生提供關于經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。所述目的通過本發(fā)明根據權利要求1借助具有至少兩個相應的內窺鏡的外科手術機器人系統(tǒng)來實現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明示出一種由內窺鏡和至少一個其他的套管相機構成的脫耦的多相機系統(tǒng)，用于在微創(chuàng)外科手術、如腹腔鏡檢查中使用。
[0007]本發(fā)明的第一主題涉及一種用于微創(chuàng)外科手術、尤其用于在具有至少兩個機器人臂的外科手術機器人系統(tǒng)之內使用的套管相機，在所述機器人臂上分別設置有至少一個用于微創(chuàng)外科手術的內窺鏡，
[0008]其中第一機器人臂上的第一內窺鏡包括主承載裝置，所述主承載裝置基本上在整個內窺鏡長度上從外部延伸到體內，并且所述主承載裝置在遠端上具有至少一個照明單元和兩個圖像采集裝置，其中圖像采集裝置分別基本上在與主承載裝置相同的平面中可向外樞轉地設置；和套管，所述套管實現(xiàn)第一內窺鏡進入到體內，并且
[0009]其中第二機器人臂上的第二內窺鏡具有:主承載裝置，所述主承載裝置基本上在整個內窺鏡長度上從外部延伸到體內，
[0010]套管，所述套管實現(xiàn)第二內窺鏡進入到體內，
[0011]附加承載裝置，所述附加承載裝置設置在套管和/或主承載裝置上，其中附加承載裝置在其遠端上具有附加圖像采集裝置，所述附加圖像采集裝置從附加承載裝置可向外樞轉地設置，并且其中附加圖像采集裝置具有附加照明單元和至少一個附加圖像傳感器，所述附加圖像傳感器具有監(jiān)控區(qū)域，所述監(jiān)控區(qū)域包括第一內窺鏡的圖像采集裝置的兩個監(jiān)控區(qū)域，
[0012]其中設有顯示單元和與兩個圖像采集裝置和附加圖像采集裝置(8、9、10、11)耦聯(lián)的圖像處理單元，所述顯示單元示出圖像采集裝置的和/或附加圖像采集裝置的2D圖像數(shù)據和/或3D圖像數(shù)據。
[0013]本發(fā)明具有下述優(yōu)點:通過提供和同時使用至少兩個成像系統(tǒng)，即一個內窺鏡上的至少一個至少2D的概觀相機和另一個內窺鏡上的3D細節(jié)相機，其中為了輸送2D概觀相機，將組合套管連同外科器械一起使用并且引入到患者的體內，可能的是，不僅以高的視場角(典型為>90°的廣角)生成至少一個2D概觀圖像、而且以小于70°的常見的視場角生成3D細節(jié)圖。這能夠實現(xiàn)，在微創(chuàng)外科手術、例如內窺鏡手術的整個持續(xù)時間期間，成像直接的手術區(qū)域以及其更寬的周圍。以所述方式，能夠同時成像全部外科器械，即使當所述外科器械由于其改變的位置和由于內窺鏡的位置以及由于視場角(FoV，“Field of View”)的位置處于內窺鏡的手術視野之外時也如此，因為附加圖像采集裝置也能夠檢測位于內窺鏡的手術視野之外的器械。這例如能夠是下述情況:外科器械暫時不需要“停放”。所述“停放”在大多數(shù)情況下在直接的手術過程之外并且在操作視野之外進行，借此其在手術中不妨礙。根據本發(fā)明，這種“停放的”外科手術元件由根據本發(fā)明的2D概觀相機檢測進而持續(xù)地處于外科醫(yī)生的或其助手的可視控制下。
[0014]此外，通過附加承載裝置上的尤其用于3D圖形的附加照明單元，實現(xiàn)改進的照亮，使得3D細節(jié)相機的圖像能夠在質量方面改進地示出。
[0015]根據本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式，附加圖像傳感器具有廣角光學元件，所述廣角光學元件在向外樞轉的狀態(tài)下靠近套管的遠端設置。
[0016]本發(fā)明的第三主題涉及一種外科手術機器人系統(tǒng)，所述機器人系統(tǒng)具有至少兩個機器人臂，在所述機器人臂上能夠設置用于微創(chuàng)外科手術的外科器械和內窺鏡，其中在用于外科器械的套管上附加地設置有附加承載裝置以及附加圖像采集裝置，
[0017]套管，所述套管實現(xiàn)內窺鏡進入到體內，并且
[0018]其中附加承載裝置在其遠端上具有附加圖像采集裝置，所述附加圖像采集裝置從附加承載裝置可向外樞轉地設置，并且其中附加圖像采集裝置具有附加照明單元和至少一個附加圖像傳感器，所述附加圖像傳感器具有監(jiān)控區(qū)域，所述監(jiān)控區(qū)域包括全部例如經由腹腔引入的外科器械和/或內窺鏡的位置和方向，
[0019]其中設有顯示單元和圖像處理單元，所述圖像處理單元不僅與內窺鏡、而且也與附加圖像采集裝置耦聯(lián)，所述顯示單元示出內窺鏡的和/或附加圖像采集裝置的2D圖像數(shù)據和/或3D圖像數(shù)據，
[0020]其中對于控制單元已知機器人臂的和固定在其上的器械或內窺鏡的當前的位置和方向并且將所述信息傳遞給圖像處理單元，所述圖像處理單元不僅與內窺鏡、而且與附加圖像采集裝置耦聯(lián)，并且設有顯示單元，所述顯示單元示出內窺鏡的和/或附加圖像采集裝置的2D圖像數(shù)據和/或3D圖像數(shù)據，并且附加地從機器人臂的和固定在其上的器械或內窺鏡的位置計算其運動軌跡并且作為覆蓋圖連同2D圖像數(shù)據和/或3D圖像數(shù)據一起示出。
[0021]根據本發(fā)明的外科手術機器人系統(tǒng)尤其具有下述優(yōu)點，圖像數(shù)據能夠為外科醫(yī)生根據需要作為2D圖像數(shù)據和/或3D圖像數(shù)據示出，即概觀相機的圖像數(shù)據與3D細節(jié)相機的圖像數(shù)據能夠借助于圖像處理單元耦聯(lián)，以便因此能夠為外科醫(yī)生通過唯一的圖像次序在顯示單元上實現(xiàn)大程度改進的概觀。
[0022]因此，尤其有利的是，附加圖像傳感器具有廣角光學元件，所述廣角光學元件在向外樞轉的狀態(tài)下靠近套管的遠端設置。
[0023]尤其有利的是，兩個圖像采集裝置分別在主承載裝置的遠端上圍繞轉動軸線可樞轉地設置，其中樞轉軸線彼此平行地位于一個平面中，由此使構造耗費最小化。
[0024]另一個構造上的簡化方案在于，附加承載裝置貼靠在套管和主承載裝置之間、尤其直接貼靠在主承載裝置上，其中尤其不僅主承載裝置、而且附加承載裝置圓筒形地構成。
[0025]此外，有利的是，圖像采集裝置借助于活節(jié)分別不僅圍繞樞轉軸線、而且圍繞正交于承載裝置的縱向延伸部的另一個轉動軸線可翻轉地設置，其中圍繞樞轉軸線和轉動軸線的轉動運動彼此無關地脫耦。
[0026]本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式的特征在于，在第三機器人臂上設有至少一個第三內窺