РОБОТИЗИРОВАННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ МАЛОИНВАЗИВНЫХ ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Область техники
Полезная модель относится к медицине, а более конкретно, к медецинской роботизированной технике, применяемой при провении различных хирургических операций, в частности малоинвазивных эндоскопических операций.
Уровень техники
В настоящее время в медицинской практике все чаще стали применяться различные роботизированные устройства или комплексы в помощь хирургам при проведении различных хирургических операций.
Известно множество источников информации, в частности европейская заявка ЕР 2482746 А1, 08.08.2012, А61В 19/00, заявка KR 20110129293 А, 01.12.2011, в которых описаны хирургические комплексы для проведения операций без непосредственного контакта хирурга с пациентом.
В часности, из патента RU 2295927 С1, 27.03.2007, А61В 17/56, известна роботизированная система для репозиции отломков при переломе костного скелета, содержащая пульт дистанционного управления и электрические приводы, отличающаяся тем, что она выполнена в виде двух одинаковых модулей, соединенных гидроцилиндрами с возможностью подвижности, каждый из которых содержит основание, неподвижную и подвижную тумбы, панель, узел репозиции и узлы движения.
Из патента RU 2182468 С1, 20.05.2002, А61В 17/00, известна хирургическая система, включающая в себя первое хирургическое устройство, второе хирургическое устройство, входное устройство, формирующее управляющий сигнал для первого хирургического устройства или второго хирургического устройства, и интерфейс, имеющий первый входной канал, соединенный со входным устройством, первый выходной канал, соединенный с первым хирургическим устройством, и второй выходной канал, соединенный со вторым хирургическим устройством, при этом указанный интерфейс имеет селекторный канал, выполненный с возможностью подключения первого входного канала к другому выходному каналу.
Из патента RU 2412799 С1, 27.02.2011, В25J 9/00, известна Медицинская роботизированная система для выполнения медицинских процедур, содержащая робот-манипулятор для роботизированного манипулирования медицинским инструментом, причем робот-манипулятор содержит основание, руку манипулятора, имеющую по существу вертикальную часть, поддерживаемую основанием, и по существу горизонтальную часть, поддерживаемую вертикальной частью, запястный шарнир манипулятора, поддерживаемый рукой манипулятора, и исполнительный блок, поддерживаемый запястным шарниром манипулятора и скомпонованный для удержания медицинского инструмента, при этом рука манипулятора имеет цилиндрическую кинематическую конфигурацию, имеющую призматическое первое сочленение для изменения высоты вертикальной части путем обеспечения поступательной степени свободы вдоль по существу вертикальной оси, вращательное второе сочленение для изменения угла поворота между вертикальной частью и горизонтальной частью путем обеспечения вращательной степени свободы вокруг по существу вертикальной оси, и призматическое третье сочленение для изменения досягаемости горизонтальной части путем обеспечения поступательной степени свободы вдоль по существу горизонтальной оси.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в снижении возможности послеоперационного рецидива и повышение степени ремиссии пациентов.
Поставленная задача решается за счет того, что роботизированное устройство для проведение малоинвазивных эндоскопических операций, согласно полезной модели, состоит из четырех взаимосвязанных между собой узлов-модулей: модуля хирурга, включающего в себя четыре блока: блок главных контроллеров, блок стереоскопического окуляра, блок левой и правой боковой панелей, обеспечивающих функцию пользовательского интерфейса для конфигурации системы, и блок панели ножного выключателя, позволяющей оператору-хирургу управлять камерой, инструментами и электрохирургическим блоком, не извлекая голову из стереоскопического окуляра; модуля-манипулятора, состоящий из, по меньшей мере, двух инструментальных манипуляторов, выполненных с возможностью перемещения в трех плоскостях и вращения, манипулятор видеокамеры и сенсорный дисплей; модуля тележки пациента, выполненной секционной, и предназначенный для поддержки инструментальных манипуляторов и манипулятора камеры работы с инструментами; и модуля технического зрения, состоящий из следующих компонентов: осветителя, эндоскопов, головки трехмерной стереоскопической камеры; блоков управления камерой; регулятора фокуса; системы селекторной связи; разделительного трансформатора и разветвителя питания.
Тележка пациента выполнена с возможностью регулировки положения всех ее секций с помощью пульта дистанционного управления.
Модуль-манипулятор содержит шесть инструментальных манипулятора.
Блок панели ножного выключателя состоит из пяти ножных выключателей.
Техническим результатом полезной модели является упрощение хода операции с минимизированием времени на ее проведение, при одновременном повышении точности выполняемых работ.
Осуществление полезной модели
Роботизированное устройство (РХК) состоит из четырех взаимосвязанных между собой узлов-модулей.
Модуль хирурга
Это центр управления системой. Оператор модуля хирурга должен находиться вне стерильной зоны хирургического блока, управлять манипулятором с инструментами и трехмерным эндоскопом руками, используя контроллеры, и ногами, используя педали.
На модуле хирурга должны иметься функциональные кнопки для эргономичной настройки рабочего места оператора.
В стереоскопическом окуляре, концы инструментов должны выравниваться руками хирурга, лежащими на главных контроллерах. Такая конструкция будет предназначаться для симулирования естественного выравнивания глаз, рук, а также инструмента при проведении различных хирургических операций. Естественное выравнивание, в свою очередь, поможет оптимизировать координацию в системе глаз-рука. Это будет означать, что данная система позволит хирургу быть столь же ловким, как и в открытой хирургии, оперируя в минимально инвазивной среде. Дальнейшее управление должно обеспечиваться масштабированием движений и уменьшением тремора, что минимизирует влияние естественного дрожания рук или нежелательных движений. Оператор модуля хирурга также может изменять вид с полноэкранного режима на режим нескольких изображений, который должен показывать трехмерное изображение операционного поля наряду с двумя дополнительными изображениями от вспомогательных входов.
Модуль хирурга должен состоять из следующих блоков:
- Главные контроллеры;
- Стереоскопический окуляр;
- Левая и правая боковые панели;
- Панель ножного выключателя.
Главные контроллеры будут давать хирургу возможность управлять инструментами и эндоскопом внутри пациента. Главные контроллеры должны обеспечивать естественную амплитуду движений и эргономический комфорт, даже в течение длительных операций.
Чтобы использовать главные контроллеры, оператор модуля хирурга должен захватывать каждый контроллер своими указательным и большим пальцами. Оператор активизирует и управляет манипулятором и инструментами, сводя и разводя большой и указательный пальцы; он перемещает инструменты и эндоскоп в теле пациента, перемещая кисти и/или предплечья своих рук. Эти перемещения точно и плавно копируются тележкой пациента, таким образом, виртуально перемещая руки оператора в операционное поле.
Стереоскопический окуляр должен создавать графический интерфейс для оператора модуля хирурга и эргономично сконструированный порт стереоскопического окуляра обеспечивать поддержку головы и шеи для комфортного расположения во время выполнения операции. Настройка высоты стереоскопического окуляра должны осуществляться путем нажатия кнопок со стрелками «Вверх» и «Вниз», расположенных сбоку левой боковой панели.
Когда эндоскоп будет активизирован, интегрированные левые и правые телевизионные каналы стереоскопического окуляра обеспечат оператору непрерывное трехмерное видео, виртуально перемещая глаза оператора в хирургическое поле. Порт обзора также должен отображать сообщения и символы, передающие состояние РХК оператору модуля хирурга.
Левая и правая боковые панели должны быть расположены с обеих сторон подлокотника модуля хирурга. Панели обеспечивают функции пользовательского интерфейса для конфигурации системы.
Панель ножного выключателя должна позволять оператору-хирургу управлять камерой, инструментами и электрохирургическим блоком, не извлекая голову из стереоскопического окуляра.
Панель должна состоять из пяти ножных выключателей, маркированных следующим образом:
- захват;
- камера;
- управление фокусировкой;
- электрокоагуляция;
- вспомогательный.
Ножные выключатели ЗАХВАТ и КАМЕРА управляются в двух режимах: «нажать и удерживать», «кратко наступить».
Нажатие и удерживание ножного выключателя ЗАХВАТ отключает главные контроллеры от управления инструментами и делает главные контроллеры свободно перемещаемыми в пространстве. Это позволит оператору-хирургу перемещать главные контроллеры для эргономического комфорта, и исправлять ситуацию, когда главные контроллеры покидают рабочую область. Когда педаль освобождается, главные контроллеры возобновляют управление инструментами.
В то время как оператор модуля хирурга будет перемещать главные контроллеры, инструменты остаются в неподвижном состоянии «замороженными» до тех пор, пока хирург не возобновит управление, отпустив педаль ЗАХВАТ.
Быстрое краткое нажатие ножного выключателя ЗАХВАТ переключит управление инструментальными манипуляторами, которые связаны с одним и тем же главным контроллером.
Нажатие и удерживание ножного выключателя КАМЕРА отключает главные контроллеры от управления инструментами и дает управление эндоскопом. В этом режиме, оператор модуля хирурга использует оба главных контроллера одновременно, чтобы уменьшить поле зрения или увеличить поле зрения, вести эндоскоп из стороны в сторону или повернуть его.
Когда педаль отпущена, главные контроллеры снова будут управлять инструментами.
Быстрое краткое нажатие ножного выключателя КАМЕРА переключает режимы стереоскопического окуляра с полноэкранного на режим нескольких изображений (многооконный дисплей) и наоборот.
Ножной выключатель управления фокусировкой управляет фокусированием и расфокусированием.
Ножной выключатель ЭЛЕКТРОКОАГУЛЯЦИЯ инициирует монополярные электрохирургические инструменты, генераторы которых совместимы с системой.
РХК должен обеспечивать одновременное расположение и работу (управление) шестью манипуляторами и универсальную систему крепления стандартных (уже используемых в существующих роботохирургических комплексах) инструментов, а также манипуляции с инструментом, позволяющие перемещать последние вдоль осей X, Y, Z.
протяженность перемещения:
ось X - до 200 мм;
ось Y - до 200 мм;
ось Z - до 150 мм;
точность позиционирования:
ось Х - 0,1 мм;
ось Y - 0,1 мм;
ось Z - 0,1 мм;
погрешность при повторяемости (10 циклов):
ось Х - 0,1 мм;
ось Y - 0,1 мм;
ось Z - 0,1 мм;
вращение вокруг осей X, Y, Z
угол вращения:
ось Х - до 270°;
ось Y - до 270°;
ось Z - до 360°;
точность позиционирования:
ось Х - 0,5°;
ось Y - 0,5°;
ось Z - 0,5°;
погрешность при повторяемости (10 циклов):
ось X - 0,8°;
ось Y - 0,8°;
ось Z - 0,8°;
Манипулятор должен обладать системой крепления, позволяющей регулировать его положение (в комплекте с приспособлением) в следующем диапазоне: протяженность перемещения:
ось X - до 400 мм;
ось Y - до 1000 мм;
ось Z - до 250 мм;
точность позиционирования:
ось X - 5 мм;
ось Y - 5 мм;
ось Z - 5 мм;
вращение вокруг осей X, Y, Z
угол вращения:
ось Х - до 90°;
ось Y - до 90°;
ось Z - до 180°;
точность позиционирования:
ось Х - 3°;
ось Y - 3°;
ось Z - 3°;
При этом расчет расположения точек закрепления робота должен выполняться автоматически.
Конструкция РХК должна предусматривать возможность пересечения отдельных манипуляторов на сектор до 35°.
Тележка пациента
Тележка пациента - операционный модуль системы и ее основная функция должна состоять в поддержке инструментальных манипуляторов и манипулятора камеры.
РХК должен использовать технологию периферийного центра. Периферийный центр - фиксированная точка в пространстве, вокруг которой двигаются манипуляторы тележки пациента. Технология периферийного центра позволит системе маневрировать инструментами и эндоскопами в хирургическом поле, оказывая минимальное давление на стенку тела пациента.
Оператор модуля-тележки пациента должен находиться в стерильной хирургической зоне, помогая оператору модуля хирурга, заменяя инструменты и эндоскопы и выполняя другие действия около пациента. Оператор тележки пациента должен видеть операционное поле, используя интегрированный монитор с сенсорным экраном. Чтобы гарантировать безопасность пациента, действия оператора тележки пациента должны иметь приоритет над действиям оператора модуля хирурга.
Тележка пациента должен соответствовать следующим основным требованиям:
- электрогидравлическая регулировка положения всех секций с помощью пульта дистанционного управления;
- гидравлическая регулировка в 2-х плоскостях вверх\вниз, тренделенбург\антитренделенбург;
- рентгенпроницаемая рабочая поверхность панелей; мягкое, электропроводящее, легко чистящееся покрытие устойчивое к дез. растворам;
- съемная обивка панелей для наилучшей дезинфекции;
- сиденье с вырезом для гинекологичеких вмешательств;
- минимальные зазоры между покрытиями, никакой опасности для вмятин;
- станина, рамовая конструкция из хромникелевой стали двойной обработки;
- боковые шины 10×25 мм по обеим сторонам стола для крепления принадлежностей;
- основание, закрытое сверху и снизу пластиковыми чехлами, на колесах;
- четыре двойных колеса, диаметром 125 мм, с защитой от попадания жидкости, электропроводные;
- педаль для центральной фиксации стола;
- педаль для регулировок поверхности стола;
- двойной рычаг для предварительного выбора направления регулировки поверхности стола;
- рычаг для пневматического изменения положения спинной секции;
- приспособления для крепления робота.
Тележка пациента должна размещаться в стерильной зоне. Тележка пациента должна иметь место в операционном блоке, где тележку пациента можно будет укрыть перед перемещением на место у операционного стола. Это должна быть область операционной, где тележка не будет соприкасаться с нестерильными объектами или препятствовать движению в операционной. После укрытия тележки пациента, расположения пациента на столе, обработки и отграничения операционного поля, введения портов, используйте моторный привод тележки пациента, чтобы переместить ее в стерильную зону.
Тормоза тележки должны быть устроены так, чтобы автоматически включаться, когда моторный привод не используется. Замки колес должны быть расположены на задних колесах тележки технического зрения. Они должны быть заперты после того, как тележка установлена для выполнения операции.
Тележка технического зрения должна размещаться рядом с тележкой пациента, непосредственно у стерильной зоны, чтобы позволить оператору тележки пациента видеть составные части дисплея. Тележка технического зрения должна находиться достаточно близко к тележке пациента, чтобы позволять неограниченные перемещения кабеля камеры в течение всей операции.
Модуль тележки технического зрения
Данный модуль должен содержать следующие блоки:
- Осветитель;
- Эндоскопы;
- Головка стерео камеры;
- Блоки управления камерой;
- Регулятор фокуса;
- Система селекторной связи;
- Разделительный трансформатор и разветвитель питания.
Свет от осветителя должен доставляться к эндоскопу через волоконную оптику, раздвоенный световод и проецироваться в операционное поле.
С РХК должны поставляться эндоскопы различных размеров (в зависимости от требований и области применения): трехмерный эндоскоп (прямой или угловой) и двухмерный эндоскоп.
Свет от осветителя должен идти по стволу эндоскопа через волоконно-оптические кабели, а затем проецироватьсятся в операционное поле. Тепло от волоконно-оптических кабелей должно минимизировать образование тумана на линзе эндоскопа. Телевизионное изображение хирургической области, захваченное эндоскопом, будет посылаться назад по левому и правому каналам к головке камеры. Головка камеры должна соединяться с левым и правым блоком управления камерой, а также с регулятором фокуса.
С хирургической системой используются две головки камеры: стандартная 60-градусная широкоугольная головка камеры и 45-градусная головка камеры большого увеличения. Изображения от эндоскопа преобразуются головкой камеры в электрические сигналы, которые посылаются к обрабатывающим видео компонентам тележки технического зрения и модуля хирурга. Головка стерео камеры должна давать среднее увеличение 6-10х.
Головка камеры, наряду с манипулятором камеры, должна укрываться полимерной стерильной пленкой, чтобы сохранялась стерильность операционного поля.
Например, при сложной операции восстановления митрального клапана хирургическое поле должно быть увеличено в 6-10х по сравнению с тем, что видно при открытой хирургической операции без лупы.
Блоки управления камерой должны преобразовывать сигнал от головки камеры в аналоговые видеосигналы. После преобразования, видеосигналы посылаются в модуль хирурга для дальнейшей обработки. С помощью блоков управления камерой пользователи (операторы) могут установить баланс белого и баланс черного цвета, уровень усиления, а также выполнить дополнительные установки монитора по стандартным цветным полосам.
Регулятор фокуса должен быть предназначен для регулировки фокуса линзы эндоскопа, чтобы сделать хирургическое изображение более четким. Оператор модуля хирурга может также отрегулировать фокус при помощи панели ножного выключателя.
Инструменты должны быть устроены так, чтобы предоставить хирургам естественную ловкость при большей амплитуде движений, чем даже у человеческой руки. Это даст большую точность при оперировании в минимально инвазивной среде. Комплект инструментов должен обеспечивать самое быстрое и самое точное пришивание, диссекцию и манипуляцию тканями среди всех хирургических платформ.
Система РХК управления эндоскопическими инструментами предназначена, для их точного управления.
В РХК используются следующие виды инструментов жесткие эндоскопы, тупые и острые эндоскопические диссекторы, ножницы, скальпели, ультразвуковые ножницы, щипцы/захваты, иглодержатели, эндоскопические ретракторы, стабилизаторы, электрокаутеры и принадлежности для эндоскопических манипуляций тканями, включая захватывание, пересечение, тупую и острую диссекцию, сопоставление, лигирование, электрокаутеризацию, сшивание, размещение микроволновых зондов для абляции и принадлежностей в ходе урологических хирургических процедур, общих лапароскопических хирургических процедур, гинекологических лапароскопических хирургических процедур, общих не сердечно-сосудистых торакоскопических хирургических процедур и торакоскопически-ассистированных кардиотомических процедур.