DE102024105566A1 - Control device, robotic assembly, surgical microscope and method for controlling the movement of a surgical instrument - Google Patents

Control device, robotic assembly, surgical microscope and method for controlling the movement of a surgical instrument

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Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung (1) zur Steuerung der Bewegung eines chirurgischen Instruments (2) beschrieben, wobei die Steuervorrichtung (1) eine Sensoreinrichtung (6), eine Auswertungseinrichtung (7) und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) umfasst und wobei die Sensoreinrichtung (6) zum optischen Erfassen von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes (4) ausgelegt ist, die Auswertungseinrichtung (7) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Bilddaten ausgelegt ist zum Ermitteln mindestens eines Merkmals des Gewebes (4) in dem erfassten Bereich, wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument (2) und dem Gewebe (4) kennzeichnet, und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal, zur Ausgabe von Feedback-Signalen ausgelegt ist.A control device (1) for controlling the movement of a surgical instrument (2) is described, wherein the control device (1) comprises a sensor device (6), an evaluation device (7) and a human-machine interface (8), and wherein the sensor device (6) is designed to optically capture image data of a region of a tissue (4), the evaluation device (7) is designed to determine at least one feature of the tissue (4) in the detected region based on image data captured by the sensor device (6), a change in the feature indicating contact between the surgical instrument (2) and the tissue (4), and the human-machine interface (8) is designed to output feedback signals based on the at least one determined feature.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, eine robotische Anordnung und ein Operationsmikroskop, beispielsweise für die Mikrochirurgie, insbesondere für die Ophthalmochirurgie und die Neurochirurgie. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines chirurgischen Instruments.The present invention relates to a control device, a robotic assembly, and a surgical microscope, for example for microsurgery, in particular for ophthalmic surgery and neurosurgery. The invention also relates to a method for controlling the movement of a surgical instrument.

Aktuell werden chirurgische Verfahren typischerweise manuell ausgeführt. In bestimmten Gebieten, wie beispielsweise der Laparoskopie, gewinnen telemanipulierbare Operationsroboter an Popularität. In Zukunft werden Systeme mit einer Automatisierung auf Aufgabenebene oder mit einem höheren Grad an Automatisierung eine steigende Bedeutung erlangen. Entsprechende robotische Systeme werden eine an die Anforderungen angepasste, weiterentwickelte Sensorik und an die jeweils auszuführende Maßnahme angepasste Funktionen erfordern.Currently, surgical procedures are typically performed manually. In certain areas, such as laparoscopy, telemanipulable surgical robots are gaining popularity. In the future, systems with task-level or higher levels of automation will become increasingly important. Such robotic systems will require advanced sensor technology tailored to the specific requirements and functions adapted to the specific procedure being performed.

Bei manuellen Eingriffen vertrauen die Operateure, z.B. Chirurg/innen auf ihr visuelles Feedback, um insbesondere die Tiefe und dadurch die Instrument-Gewebe-Interaktion abschätzen zu können. Diese Fähigkeit erlangen die Operateure durch jahrelange Arbeitserfahrung. Ein robotisches System benötigt also ein entsprechendes Feedback, um einen sicheren und zuverlässigen Kontakt zum Gewebe sicherzustellen.During manual procedures, operators, such as surgeons, rely on their visual feedback to estimate depth and thus instrument-tissue interaction. Surgeons acquire this skill through years of experience. A robotic system therefore requires appropriate feedback to ensure safe and reliable contact with the tissue.

In vielen Verfahren der Ophthalmochirurgie müssen chirurgische Instrumente mit empfindlichem Gewebe in Kontakt gebracht werden, beispielsweise um bei einer Kataraktoperation einen Kapselsack zu greifen oder bei einem Membranpeeling in der Netzhautchirurgie eine Membran auf der Retina abzutragen. Die dabei optimalerweise wirkenden Kräfte liegen im Bereich weniger Millinewton (mN). Diese optimalen Kräfte zwischen der Spitze des chirurgischen Instruments und dem zu behandelnden Gewebe liegen oft unterhalb des für einen Menschen wahrnehmbaren Bereichs. Wenn die Kräfte zu hoch sind, besteht die Gefahr, dass das chirurgische Instrument umliegendes Gewebe beschädigt, z.B. die Retina während einer Netzhautoperation oder die Zonulafasern während einer Kataraktoperation. Sind die Kräfte zu gering, kann eine Durchführung des operativen Schritts nicht möglich sein, z.B. weil kein verlässliches Greifen eines Gewebes möglich ist. Ein Erfassen oder Fühlen der Kraft ist zudem deshalb kompliziert, weil während vieler augenchirurgischer Schritte Kräfte und Drehmomente am Eintrittspunkt in das Auge absorbiert werden, z.B. durch einen Trokar für die Netzhautchirurgie oder einen Schnitt in der Hornhaut im Rahmen einer Kataraktoperation. Im Ergebnis kann sich der/die Chirurg/in (im Folgenden auch Operateur genannt) während vieler ophthalmologischer Operationsschritte nicht auf ein haptisches Feedback verlassen und ist auf Sensoren außerhalb der eigenen Körperwahrnehmung angewiesen.In many ophthalmic surgical procedures, surgical instruments must come into contact with delicate tissue, for example, to grasp a capsular bag during cataract surgery or to remove a membrane on the retina during membrane peeling in retinal surgery. The optimal forces that are applied are in the range of a few millinewtons (mN). These optimal forces between the tip of the surgical instrument and the tissue to be treated are often below the range perceptible to humans. If the forces are too high, there is a risk that the surgical instrument will damage surrounding tissue, e.g., the retina during retinal surgery or the zonular fibers during cataract surgery. If the forces are too low, the surgical step may not be possible, e.g., because reliable grasping of the tissue is not possible. Capturing or sensing force is also complicated because during many ophthalmic surgical steps, forces and torques are absorbed at the point of entry into the eye, e.g., through a trocar for retinal surgery or a corneal incision during cataract surgery. As a result, the surgeon (hereafter referred to as the operating surgeon) cannot rely on haptic feedback during many ophthalmic surgical steps and must rely on sensors outside of their own body perception.

Ophthalmologische Operationsmikroskope eignen sich zum Erfassen der relativen lateralen Position zwischen einem chirurgischen Instrument und dem Gewebe und für eine grobe Abschätzung der Tiefe, z.B. der Eindringtiefe des Instruments in das Gewebe. Um eine unzureichende Kraft- und Tiefenerfassung zu kompensieren, verlassen sich Operateure häufig auf zusätzliche Hinweise, wie beobachtete Schatten, Farbveränderungen oder eine Faltenbildung des Gewebes unter Belastung. In anderen Fällen müssen Operationsschritte bei verschiedenen Tiefen wiederholt werden bis z.B. das Instrument greift und der chirurgische Schritt erfolgreich ausgeführt werden kann. Dies ist oft nur an Gewebereaktionen, wie z.B. der Ausbreitung eines Reißpunktes, erkennbar. Viele visuelle Hinweise, die ein Operateur typischerweise erfasst, sind mit einem Kamerasystem oder Computeralgorithmen schwer detektierbar.Ophthalmic surgical microscopes are suitable for recording the relative lateral position between a surgical instrument and the tissue and for a rough estimation of depth, e.g., the depth of penetration of the instrument into the tissue. To compensate for inadequate force and depth detection, surgeons often rely on additional cues, such as observed shadows, color changes, or wrinkling of the tissue under stress. In other cases, surgical steps must be repeated at different depths until, for example, the instrument engages and the surgical step can be successfully performed. This is often only recognizable by tissue reactions, such as the propagation of a tear point. Many visual cues that a surgeon typically captures are difficult to detect with a camera system or computer algorithms.

Zur Unterstützung von Kataraktoperationen sind zum Beispiel Femtosekunden-Laser erhältlich. Diese Systeme weisen typischerweise einen integrierten optische Kohärenztomographen (OCT) für eine verbesserte Tiefensensorik auf. Hierdurch werden allerdings zusätzliche Kosten verursacht, auf dem Auge zu platzierende Kontaktgläser sind erforderlich und im allgemeinen kann bei OTC Systemen der Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe unter Umständen nur unzureichend erfassbar sein.Femtosecond lasers, for example, are available to assist in cataract surgery. These systems typically feature an integrated optical coherence tomography (OCT) scanner for enhanced depth sensing. However, this incurs additional costs, requires contact lenses to be placed on the eye, and, in general, OTC systems may not be able to adequately detect contact between the surgical instrument and the tissue.

In dem Dokument US 2011 / 0 106 102 A1 wird ein robotisches chirurgisches System für Augenoperationen beschrieben, wobei ein optischer Sensor im Bereich der Spitze eines chirurgischen Instruments genutzt wird. In dem Dokument US 2017 / 0 312 431 A1 wird ein augenchirurgisches System beschrieben, welches eine Druckmessung während einer Infusion ermöglicht. In dem Dokument US 2016 / 0 074 212 A1 wird eine Vorrichtung zum Einbringen eines Medikaments in ein Auge offenbart, welches ein Detektions- und Visualisierungssystem zur Detektion und Visualisierung einer Durchdringung der Aderhaut durch eine Injektionsnadel als Feedback für einen Operateur und/oder für eine automatisierte Steuerung umfasst.In the document US 2011 / 0 106 102 A1 A robotic surgical system for eye surgery is described, using an optical sensor in the area of the tip of a surgical instrument. In the document US 2017 / 0 312 431 A1 An ophthalmic surgical system is described that enables pressure measurement during an infusion. The document US 2016 / 0 074 212 A1 discloses a device for introducing a medicament into an eye, which comprises a detection and visualization system for detecting and visualizing penetration of the choroid by an injection needle as feedback for a surgeon and/or for automated control.

In dem Dokument US 2007 / 0 151 390 A1 wird ein robotisches chirurgisches Instrument mit einem Kraft- und Drehmomentsensor an der Spitze beschrieben. In den Dokumenten US 2012 / 0 265 102 A1 und WO 2017 / 118949 A1 werden Herzkatheter mit Kraftsensoren an der Spitze offenbart.In the document US 2007 / 0 151 390 A1 A robotic surgical instrument with a force and torque sensor at the tip is described. The documents US 2012 / 0 265 102 A1 and WO 2017 / 118949 A1 Cardiac catheters with force sensors at the tip are revealed.

Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine vorteilhafte Steuervorrichtung, beispielsweise für die Mikrochirurgie, zur Steuerung der Bewegung eines chirurgischen Instruments zur Verfügung zu stellen. Weitere Aufgaben bestehen darin, eine vorteilhafte robotische Anordnung, ein Operationsmikroskop und ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines chirurgischen Instruments, jeweils beispielsweise für die Mikrochirurgie, zur Verfügung zu stellen.Against the background described, the object of the present invention is to provide an advantageous control device, for example for microsurgery, for controlling the movement of a surgical instrument. Further objects include providing an advantageous robotic assembly, a surgical microscope, and a method for controlling the movement of a surgical instrument, each for example for microsurgery.

Die genannten Aufgaben werden durch eine Steuervorrichtung gemäß Patenanspruch 1, eine robotische Anordnung gemäß Patentanspruch 9, ein Operationsmikroskop gemäß Patentanspruch 17 und ein Verfahren zum Steuern der Bewegung eines chirurgischen Instruments gemäß Patentanspruch 18 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The above objects are achieved by a control device according to claim 1, a robotic arrangement according to claim 9, a surgical microscope according to claim 17, and a method for controlling the movement of a surgical instrument according to claim 18. The dependent claims contain further advantageous embodiments of the invention.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, vorzugsweise für die Mikrochirurgie, zur Steuerung der Bewegung eines chirurgischen Instruments, insbesondere chirurgischen Werkzeugs oder Tools, umfasst eine Sensoreinrichtung, eine Auswertungseinrichtung und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle. Unter einer Sensoreinrichtung kann mit anderen Worten ein Mittel zum Erfassen von physikalisch messbaren Größen, wie beispielsweise eine Kamera, ein Detektor oder eine Signalerfassungsvorrichtung oder eine Messeinrichtung usw., verstanden werden. Unter einer Auswertungseinrichtung kann mit anderen Worten ein Mittel zum Empfangen, Verarbeiten und Ausgeben von Daten und/oder Signalen, z.B. ein Computer oder eine Datenverarbeitungsanlage, verstanden werden. Unter einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI - human machine interface) kann mit anderen Worten eine Benutzerschnittstelle für Eingaben durch einen Nutzer und/oder Ausgaben an den Nutzer verstanden werden.The control device according to the invention, preferably for microsurgery, for controlling the movement of a surgical instrument, in particular a surgical tool, comprises a sensor device, an evaluation device, and a human-machine interface. In other words, a sensor device can be understood as a means for detecting physically measurable quantities, such as a camera, a detector, a signal detection device, or a measuring device, etc. In other words, an evaluation device can be understood as a means for receiving, processing, and outputting data and/or signals, e.g., a computer or a data processing system. In other words, a human-machine interface (HMI) can be understood as a user interface for inputs by a user and/or outputs to the user.

Die Sensoreinrichtung ist zum optischen Erfassen, insbesondere zum visuellen Erfassen, von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes, also des zu manipulierenden Gewebebereichs, ausgelegt. Die Auswertungseinrichtung ist basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Bilddaten zum Ermitteln mindestens eines Merkmals, also eines optisch erfassten Merkmals, des Gewebes in dem erfassten Bereich, wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt oder eine Wechselwirkung zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe kennzeichnet, ausgelegt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle ist basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal zur Ausgabe von Feedback-Signalen, z.B. an einen Operateur und/oder einen robotischen Manipulator, ausgelegt.The sensor device is designed for optically capturing, in particular visually capturing, image data of a region of tissue, i.e., the tissue region to be manipulated. The evaluation device is designed to determine at least one feature, i.e., an optically detected feature, of the tissue in the detected region based on image data captured by the sensor device, wherein a change in the feature indicates contact or interaction between the surgical instrument and the tissue. The human-machine interface is designed to output feedback signals, e.g., to a surgeon and/or a robotic manipulator, based on the at least one detected feature.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist also mit anderen Worten zum Erfassen und Auswerten von Gewebeveränderungen, welche durch einen Kontakt mit dem chirurgischen Instrument bewirkt werden, ausgelegt. Das Ermitteln des mindestens einen Merkmals des Gewebes kann ein Erfassen und/oder Detektieren und/oder Qualifizieren und/oder Quantifizieren des Merkmals umfassen. Beispielsweise können Veränderungen des Gewebes im Hinblick auf seine Farbe und/oder geometrische Form erfasst und ausgewertet werden.In other words, the control device according to the invention is designed to detect and evaluate tissue changes caused by contact with the surgical instrument. Determining the at least one feature of the tissue can comprise detecting and/or detecting and/or qualifying and/or quantifying the feature. For example, changes in the tissue with regard to its color and/or geometric shape can be detected and evaluated.

Unter einem chirurgischen Instrument wird vorliegend ein physisches Tool oder Werkzeug oder Gerät, mit welchem im Rahmen einer chirurgischen Maßnahme physisch auf Gewebe eingewirkt werden kann, verstanden.A surgical instrument is understood here to be a physical tool or device with which tissue can be physically influenced as part of a surgical procedure.

Bei dem mindestens einen Merkmal, welches basierend auf Bilddaten ermittelt wird, kann es sich um einen Parameter oder eine Größe handeln, z.B. eine Farbe oder Farbveränderung oder einen Abstand oder eine Abmessung oder eine Form eines Schattens oder eine Art einer Gewebereaktion oder einen anderen Parameter, welcher eine durch eine Wechselwirkung oder einen Kontakt mit einem chirurgischen Instrument bewirkte oder verursachte Gewebereaktion kennzeichnet.The at least one feature determined based on image data may be a parameter or quantity, e.g., a color or color change, or a distance, or a dimension, or a shape of a shadow, or a type of tissue reaction, or another parameter that characterizes a tissue reaction caused or induced by an interaction or contact with a surgical instrument.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, insbesondere für die Mikrochirurgie, ist vorzugsweise zur Steuerung der Bewegung eines chirurgischen Instruments während eines chirurgischen Verfahrens oder Eingriffs ausgelegt. Es kann sich um eine Steuervorrichtung für die Ophthalmochirurgie oder die Neurochirurgie handeln. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für einzelne Schritte, z.B. Kapsulorhexis oder Kapselsackpolieren, im Rahmen von Kataraktoperationen ausgelegt sein. Weitere Anwendungsbeispiele sind das Membran-Peeling in der Netzhautchirurgie, z.B. der Schritt des Bürstens zum Ablösen der abgerissenen Membran, die Hornhautchirurgie oder allgemein eine Vermeidung von zu hoher Krafteinwirkung im Rahmen von Phakoemulsifikation oder Linseninjektionen. Zudem kann die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum assistierten oder automatisierten Nähen in der Mikrochirurgie, z.B. in der Ophthalmochirurgie oder Neurochirurgie, ausgelegt sein.The control device according to the invention, in particular for microsurgery, is preferably designed to control the movement of a surgical instrument during a surgical procedure or intervention. It can be a control device for ophthalmic surgery or neurosurgery. In particular, the control device according to the invention can be designed for individual steps, e.g., capsulorhexis or capsular bag polishing, during cataract surgery. Further application examples include membrane peeling in retinal surgery, e.g., the brushing step for detaching the torn membrane, corneal surgery, or generally avoiding excessive force during phacoemulsification or lens injections. Furthermore, the control device according to the invention can be designed for assisted or automated suturing in microsurgery, e.g., in ophthalmic surgery or neurosurgery.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung hat den Vorteil, dass sie für mikrochirurgische Anwendungen ein verbessertes Feedback im Rahmen der Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments zu einer optimalen Durchführung des geplanten Eingriffs oder Verfahrens bietet. Die Steuerung ist damit sehr zuverlässig. Sie ist gleichzeitig kostengünstig, da keine kostenintensive Sensorik erforderlich ist.The control device according to the invention has the advantage that it provides improved feedback for microsurgical applications when controlling the movement of the surgical instrument, ensuring optimal execution of the planned intervention or procedure. The control system is thus highly reliable. It is also cost-effective, as no expensive sensor technology is required.

In einer vorteilhaften Variante ist die Auswertungseinrichtung basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Bilddaten und/oder basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal und/oder basierend auf dem ausgegebenen Feedback-Signal zum Festlegen einer Trajektorie des chirurgischen Instruments ausgelegt. Dabei kann ein Festlegen der Trajektorie auch ein Ermitteln und/oder Anpassen der Trajektorie umfassen. Insbesondere kann die Trajektorie kontinuierlich in Abhängigkeit von dem Verhalten des ermittelten Merkmals, insbesondere einer Veränderung des ermittelten Merkmals, angepasst werden. Dies ist für eine Assistenzfunktion für eine manuelle Führung des chirurgischen Instruments durch einen Operateur oder für eine zumindest teilweise automatisierte robotische Anwendung von Vorteil. Mittels einer entsprechenden Trajektorie kann die Einwirkung des chirurgischen Instruments auf das Gewebe optimiert werden.In an advantageous variant, the evaluation device is designed to define a trajectory of the surgical instrument based on image data acquired by the sensor device and/or based on the at least one determined feature and/or based on the output feedback signal. Defining the trajectory can also include determining and/or adapting the trajectory. In particular, the trajectory can be continuously adapted depending on the behavior of the determined feature, in particular a change in the determined feature. This is advantageous for an assistance function for manual guidance of the surgical instrument by a surgeon or for an at least partially automated robotic application. The effect of the surgical instrument on the tissue can be optimized by means of a corresponding trajectory.

In einer vorteilhaften Variante kann die Steuervorrichtung basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Bilddaten und/oder basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal und/oder basierend auf dem ausgegebenen Feedback-Signal zum Ausgeben einer Trajektorie für eine Bewegung, z.B. eine zumindest teilweise automatisierte Bewegung, des chirurgischen Instruments ausgelegt sein. Dabei kann die Trajektorie mindestens ein sich wiederholendes Bewegungsmuster umfassen. In einer bevorzugten Variante ist die Steuervorrichtung zur Steuerung einer zumindest teilweise automatisierten Bewegung des chirurgischen Instruments, insbesondere der Bewegung einer Spitze des chirurgischen Instruments, entlang einer festgelegten Trajektorie, welche ein sich wiederholendes Bewegungsmuster umfasst, ausgelegt.In an advantageous variant, the control device can be designed to output a trajectory for a movement, e.g., an at least partially automated movement, of the surgical instrument based on image data acquired by the sensor device and/or based on the at least one determined feature and/or based on the output feedback signal. The trajectory can comprise at least one repeating movement pattern. In a preferred variant, the control device is designed to control an at least partially automated movement of the surgical instrument, in particular the movement of a tip of the surgical instrument, along a defined trajectory comprising a repeating movement pattern.

Die Trajektorie kann z.B. einen stetigen Pfad entlang einer gedachten Fläche umfassen, wobei die Fläche konisch oder zylindrisch geformt sein kann und/oder der Pfad kreisförmige und/oder elliptische und/oder helikale und/oder parabolische und/oder hyperbolische und/oder lineare Teilbereiche aufweisen kann. Die Bewegung kann zumindest teilweise als Greifbewegung ausgestaltet sein.The trajectory can, for example, comprise a continuous path along an imaginary surface, where the surface can be conical or cylindrical in shape and/or the path can have circular and/or elliptical and/or helical and/or parabolic and/or hyperbolic and/or linear sections. The movement can be configured at least partially as a grasping movement.

In einer weiteren Variante kann die Trajektorie zumindest teilweise in einer Ebene liegen. Dabei kann sich die Ebene senkrecht zu einer lateralen Ebene und/oder senkrecht zu einer Objektebene der Sensoreinrichtung erstrecken. Unter der Objektebene wird eine Ebene verstanden, in der z.B. das Gewebe optisch erfasst wird. Mittels der genannten Varianten lassen sich z.B. Greifbewegungen oder Schnittbewegungen des chirurgischen Instruments optimieren.In a further variant, the trajectory can lie at least partially in a single plane. This plane can extend perpendicular to a lateral plane and/or perpendicular to an object plane of the sensor device. The object plane is understood to be a plane in which, for example, the tissue is optically detected. Using these variants, gripping movements or cutting movements of the surgical instrument can be optimized, for example.

Die Sensoreinrichtung kann mindestens eine Kamera zum gleichzeitigen Erfassen einer Vielzahl an lateral angeordneten Bildpunkten und/oder eine Scanvorrichtung zum zeitsequenziellen Erfassen lateral angeordneter Bildpunkte umfassen. Die Sensoreinrichtung kann eine Stereokamera und/oder einen optischen Kohärenztomographen (OCT) und/oder ein Operationsmikroskop und/oder ein konfokales System umfassen. Hierbei können axiale Informationen mit niedriger Auflösung mit präziseren Informationen, z.B. aus einer Gewebereaktion abgeleiteten Informationen, fusioniert oder verbunden oder ergänzt werden. Auf diese Weise lassen sich auf einfache und kostengünstige Art verlässliche Daten, insbesondere axiale Daten, zur Steuerung des chirurgischen Instruments gewinnen.The sensor device can comprise at least one camera for simultaneously capturing a plurality of laterally arranged pixels and/or a scanning device for time-sequentially capturing laterally arranged pixels. The sensor device can comprise a stereo camera and/or an optical coherence tomograph (OCT) and/or a surgical microscope and/or a confocal system. Low-resolution axial information can be fused, combined, or supplemented with more precise information, e.g., information derived from a tissue reaction. In this way, reliable data, particularly axial data, for controlling the surgical instrument can be obtained in a simple and cost-effective manner.

Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann weiterhin zur Eingabe eines lateralen Pfades der Bewegung des chirurgischen Instruments ausgelegt sein. Beispielsweise kann eine Telemanipulation der lateralen Position des chirurgischen Instruments vorgesehen sein, während mittels einer robotischen Steuerung eine bestimmte, z.B. vorgegebene, axiale Position des chirurgischen Instruments in Bezug auf das Gewebe aufrechterhalten wird. Die Steuervorrichtung kann zur Planung und/oder zum Festlegen einer Trajektorie des chirurgischen Instruments zur teil- oder vollautomatisierten Steuerung des chirurgischen Instruments mittels einer robotischen Anordnung ausgelegt sein.The human-machine interface can further be designed to input a lateral path of movement of the surgical instrument. For example, telemanipulation of the lateral position of the surgical instrument can be provided, while a specific, e.g., predetermined, axial position of the surgical instrument relative to the tissue is maintained by means of a robotic control. The control device can be designed to plan and/or define a trajectory of the surgical instrument for partially or fully automated control of the surgical instrument by means of a robotic arrangement.

Die erfindungsgemäße robotische Anordnung, insbesondere für die Mikrochirurgie, umfasst mindestens ein robotisch führbares chirurgisches Instrument, mit anderen Worten ein durch einen Roboter bezüglich seiner Bewegung steuerbares, also mittels eines Roboters bewegbares oder bedienbares chirurgisches Instrument, und mindestens einen robotischen Manipulator, mit anderen Worten ein robotisch bewegbares Gerät zur physikalischen Interaktion mit der Umgebung, mit einer Befestigungseinrichtung, mit anderen Worten mit einem Mittel zum Herstellen einer reversiblen physikalischen Verbindung, zur Befestigung des chirurgischen Instruments an dem robotischen Manipulator. Die robotische Anordnung umfasst eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung, welche zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments mittels des robotischen Manipulators ausgelegt ist. Die robotische Anordnung kann zu einem teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb ausgelegt sein. Die erfindungsgemäße robotische Anordnung hat dieselben Merkmale und Vorteile wie die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung.The robotic assembly according to the invention, in particular for microsurgery, comprises at least one robotically guided surgical instrument, in other words a surgical instrument whose movement can be controlled by a robot, i.e., one that can be moved or operated by a robot, and at least one robotic manipulator, in other words a robotically movable device for physical interaction with the environment, having a fastening device, in other words, a means for establishing a reversible physical connection, for fastening the surgical instrument to the robotic manipulator. The robotic assembly comprises a previously described control device according to the invention, which is designed to control the movement of the surgical instrument by means of the robotic manipulator. The robotic assembly can be designed for partially or fully automated operation. The robotic assembly according to the invention has the same features and advantages as the previously described control device according to the invention.

Der robotische Manipulator weist vorzugsweise mindestens 3, z.B. 6, Bewegungsfreiheitsgrade zur Manipulation auf und die Steuervorrichtung ist vorzugsweise zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments mittels der mindestens 3 Bewegungsfreiheitsgrade, z.B. der 6 Bewegungsfreiheitsgrade, des robotischen Manipulators ausgelegt. Bei den Freiheitsgraden kann es sich um Translationsfreiheitsgrade und/oder Rotationsfreiheitsgrade handeln. Beispielsweise können 3 Translationsfreiheitsgrade bezogen auf ein kartesisches Koordinatensystem und/oder 3 Rotationsfreiheitsgrade, z.B. um die jeweiligen Achsen des kartesischen Koordinatensystems, vorgesehen sein. Je nach den Anforderungen der Anwendung und dem dabei verwendeten Bezugssystem, z.B. einem kartesischen Koordinatensystem oder Zylinderkoordinatensystem oder Kugelkoordinatensystem etc., können eine bestimmte Anzahl an Translationsfreiheitsgraden und/oder Rotationsfreiheitsgraden vorgesehen sein. Ein Manipulator mit 6 Freiheitsgraden umfassend 3 Translationsfreiheitsgrade und 3 Rotationsfreiheitsgrade hat den Vorteil, dass die Manipulation der Bewegung uneingeschränkt in alle Richtungen möglich ist. Für bestimmte Anwendung kann eine geringere Anzahl an Freiheitsgraden ausreichend sein. Ein Manipulator mit z.B. nur 3 oder 4 Bewegungsfreiheitsgraden hat den Vorteil, dass er im Vergleich zu einem Manipulator mit einer höheren Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden kostengünstiger und gegebenenfalls weniger fehleranfällig ist.The robotic manipulator preferably has at least 3, e.g. 6, degrees of freedom of movement for manipulation and the control device The device is preferably designed to control the movement of the surgical instrument by means of the at least 3 degrees of freedom, e.g. 6 degrees of freedom, of the robotic manipulator. The degrees of freedom can be translational degrees of freedom and/or rotational degrees of freedom. For example, 3 translational degrees of freedom relative to a Cartesian coordinate system and/or 3 rotational degrees of freedom, e.g. around the respective axes of the Cartesian coordinate system, can be provided. Depending on the requirements of the application and the reference system used, e.g. a Cartesian coordinate system or cylindrical coordinate system or spherical coordinate system, etc., a certain number of translational degrees of freedom and/or rotational degrees of freedom can be provided. A manipulator with 6 degrees of freedom comprising 3 translational degrees of freedom and 3 rotational degrees of freedom has the advantage that the movement can be manipulated without restriction in all directions. For certain applications, a smaller number of degrees of freedom may be sufficient. A manipulator with, for example, only 3 or 4 degrees of freedom of movement has the advantage that it is more cost-effective and potentially less prone to errors than a manipulator with a higher number of degrees of freedom of movement.

Vorteilhafterweise ist die robotische Anordnung so ausgelegt, dass als ein Bezugspunkt, z.B. im Form eines Koordinatenursprungs, für eine Bewegung des chirurgischen Instruments ein Eintrittspunkt in ein bestimmtes Gewebe, z.B. ein definiertes Gewebe eines bestimmten Organs, festgelegt oder festlegbar ist, wobei die laterale Position des chirurgischen Instruments mit einer Winkelausrichtung des chirurgischen Instruments oder des Manipulators in Bezug auf den Bezugspunkt, also mindestens einem Rotationswinkel des chirurgischen Instruments oder des Manipulators in Bezug auf den Bezugspunkt, und die axiale Position des chirurgischen Instruments mit einer Eintrittstiefe des chirurgischen Instruments oder des Manipulators durch den Eintrittspunkt korrespondiert. Der Eintrittspunkt kann durch einen Trokar oder einen Einstich in ein Gewebe, z.B. die Hornhaut, definiert sein. Die Festlegung des Eintrittspunkts als Bezugspunkt ermöglicht eine intuitive, dem Bewegungsmuster bei einem manuellen Eingriff nachempfundene und zudem rechentechnisch effiziente Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments.Advantageously, the robotic arrangement is designed such that an entry point into a specific tissue, e.g., a defined tissue of a specific organ, is defined or can be defined as a reference point, e.g., in the form of a coordinate origin, for a movement of the surgical instrument. The lateral position of the surgical instrument corresponds to an angular orientation of the surgical instrument or the manipulator with respect to the reference point, i.e., at least one rotation angle of the surgical instrument or the manipulator with respect to the reference point, and the axial position of the surgical instrument corresponds to a depth of entry of the surgical instrument or the manipulator through the entry point. The entry point can be defined by a trocar or a puncture into a tissue, e.g., the cornea. Defining the entry point as a reference point enables intuitive control of the movement of the surgical instrument, modeled on the movement pattern during a manual procedure and also computationally efficient.

Die robotische Anordnung kann zum Unterbrechen einer Bewegung, insbesondere des sich wiederholenden Bewegungsmusters, des chirurgischen Instruments ausgelegt sein, falls ein Kontakt zwischen dem Gewebe und dem chirurgischen Instrument ermittelt wird, z.B. mittels der Auswertungseinrichtung. Dies hat den Vorteil, dass eine möglicherweise unerwünschte Einwirkung auf das Gewebe vermieden werden kann. Dabei kann die robotischen Anordnung zum Umschalten in einen Modus mit einem vorgegebenen, z.B. nutzerdefinierten, lateralen Bewegungspfad ausgelegt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die robotische Anordnung zum Aufrechterhalten einer Bewegung, z.B. einer festgelegten axialen Bewegung und/oder des sich wiederholenden Bewegungsmusters, des chirurgischen Instruments bei einer gleichzeitigen Bewegung des chirurgischen Instruments entlang eines lateralen Pfades, z.B. eines durch einen Operateur oder Nutzer festlegbaren oder festgelegten oder nutzerdefinierten lateralen Pfades.The robotic arrangement can be designed to interrupt a movement, in particular the repetitive movement pattern, of the surgical instrument if contact between the tissue and the surgical instrument is detected, e.g., by means of the evaluation device. This has the advantage that a potentially undesired effect on the tissue can be avoided. The robotic arrangement can be designed to switch to a mode with a predetermined, e.g., user-defined, lateral movement path. Additionally or alternatively, the robotic arrangement can be designed to maintain a movement, e.g., a fixed axial movement and/or the repetitive movement pattern, of the surgical instrument while simultaneously moving the surgical instrument along a lateral path, e.g., a lateral path that can be determined by a surgeon or user, or a fixed or user-defined lateral path.

Die robotische Anordnung kann zu einem teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb ausgelegt sein, wobei die lateralen Anteile einer Trajektorie des chirurgischen Instruments basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Daten steuerbar sind, wobei ein Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe während einer Durchführung einer Bewegung, z.B. einer axialen Bewegung, des chirurgischen Instrument mit einem sich wiederholenden Bewegungsmuster aufrechterhalten wird. Ein teilautomatisierter Betrieb hat den Vorteil, dass bestimmte Bewegungen des chirurgischen Instruments manuell steuerbar sind, ein Operateur also diesbezüglich selbständig agieren kann, während gleichzeitig für andere Bewegungen die hohe Genauigkeit und Präzision des automatisierten Betriebs genutzt wird. Ein vollautomatisierter Betrieb hat den Vorteil, dass eine hohe Genauigkeit und eine hohe Präzision des chirurgischen Eingriffs gewährleistet werden.The robotic arrangement can be designed for partially or fully automated operation, wherein the lateral portions of a trajectory of the surgical instrument are controllable based on data acquired by the sensor device, wherein contact between the surgical instrument and the tissue is maintained during the execution of a movement, e.g., an axial movement, of the surgical instrument with a repetitive movement pattern. Partially automated operation has the advantage that certain movements of the surgical instrument are manually controllable, thus allowing a surgeon to act independently in this regard, while simultaneously utilizing the high accuracy and precision of automated operation for other movements. Fully automated operation has the advantage of ensuring a high accuracy and precision of the surgical procedure.

Der Begriff Steuern umfasst auch Regeln im Sinne der Steuerungs- und Regelungstechnik. Insbesondere kann ein Kontakt zwischen dem Gewebe und dem chirurgischen Instrument teilautomatisiert oder vollautomatisiert steuerbar sein. Hierbei kann die robotische Anordnung zu einer Regelung mittels eines Closed-Loop-Reglers zur Aufrechterhaltung eines Kontakts zwischen dem Gewebe und dem chirurgischen Instrument, z.B. für eine festlegbare Zeitdauer, ausgelegt sein.The term "control" also encompasses regulation in the sense of control and regulation technology. In particular, contact between the tissue and the surgical instrument can be controlled semi-automatically or fully automatically. In this case, the robotic arrangement can be designed to be controlled using a closed-loop controller to maintain contact between the tissue and the surgical instrument, e.g., for a specified period of time.

In einer weiteren Variante kann die robotische Anordnung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle umfassen, mittels welcher das chirurgische Instrument bezüglich seiner lateralen Bewegung, also in Bezug auf die lateralen Bewegungsanteile, in Bezug auf das Gewebe oder die Gewebeoberfläche durch einen Nutzer steuerbar ist, während eine axiale oder mediale Bewegung, also der axiale oder mediale Bewegungsanteil, des chirurgischen Instruments in Bezug auf das Gewebe oder die Gewebeoberfläche automatisiert steuerbar ist. Dabei kann die Steuerung voll- oder teilautomatisiert und/oder in Form einer Regelung erfolgen. Es kann beispielsweise eine Eingabevorrichtung, z.B. ein Joystick oder ähnliches, vorgesehen sein, mittels welcher ein Operateur oder Nutzer das chirurgische Instrument lateral steuern kann, während der Kontakt oder die axiale Beziehung zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Daten aufrechterhalten wird. Die beschriebene Variante hat den Vorteil, dass eine zu große oder zu geringe Krafteinwirkung des chirurgischen Instruments auf das Gewebe vermieden wird, während gleichzeitig eine manuelle laterale Steuerung des chirurgischen Instruments ermöglicht wird.In a further variant, the robotic arrangement can comprise a human-machine interface, by means of which the surgical instrument can be controlled by a user with regard to its lateral movement, i.e., with regard to the lateral movement components, in relation to the tissue or the tissue surface, while an axial or medial movement, i.e., the axial or medial movement component, of the surgical instrument in relation to the tissue or the tissue surface can be controlled automatically. The control can be fully or partially automated and/or in the form of a closed-loop control. For example, an input device, e.g., a joystick or similar, can be provided, by means of which a surgeon or user can control the surgical instrument laterally while maintaining contact or the axial relationship between the surgical instrument and the tissue based on data acquired by the sensor device. The described variant has the advantage of avoiding excessive or insufficient force exerted by the surgical instrument on the tissue, while simultaneously enabling manual lateral control of the surgical instrument.

Weiterhin kann die robotische Anordnung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit einer Planungsfunktion, also eine entsprechende Komponente, umfassen, mittels welcher basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten lateralen Positionsdaten ein zu behandelnder Gewebebereich festlegbar ist, z.B. durch einen Nutzer, und die robotische Anordnung dazu ausgelegt ist, einen festgelegten chirurgischen Schritt zumindest teilautomatisiert, also teil- oder oder vollautomatisiert, basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Daten bezüglich eines Kontakts zwischen dem chirurgischen Instrument und der Gewebeoberfläche auszuführen, z.B. basierend auf der Bewegung mit einem sich wiederholenden Bewegungsmuster. Zum Beispiel kann mittels der Planungsfunktionen ein Operateur bzw. Nutzer einen zu behandelnden räumlichen Bereich basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten lateralen Positionsdaten definieren und die robotische Anordnung kann dazu ausgelegt sein, einen chirurgischen Schritt, beispielsweise das Greifen einer Kapselsack-Membran, an der benutzerdefinierten lateralen Position auszuführen, während das chirurgische Instrument für den Vorgang in eine bestimmte, z.B. festgelegte, axiale Position gebracht wird. Dies erfolgt vorzugsweise basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal und/oder den ermittelten Feedback-Signalen. Dabei kann eine Closed-Loop-Regelfunktionen vorgesehen oder vorhanden sein, welche dazu ausgelegt ist, das chirurgische Instrument automatisch in die richtige laterale Position und den richtigen Abstand zu dem Gewebe zu bringen.Furthermore, the robotic arrangement can comprise a human-machine interface with a planning function, i.e., a corresponding component, by means of which a tissue area to be treated can be defined, e.g., by a user, based on lateral position data acquired by the sensor device. The robotic arrangement can be configured to perform a specified surgical step at least partially, i.e., partially or fully, automatically based on data acquired by the sensor device regarding contact between the surgical instrument and the tissue surface, e.g., based on movement with a repetitive movement pattern. For example, by means of the planning functions, a surgeon or user can define a spatial area to be treated based on lateral position data acquired by the sensor device, and the robotic arrangement can be configured to perform a surgical step, e.g., gripping a capsular bag membrane, at the user-defined lateral position, while the surgical instrument is moved into a specific, e.g., fixed, axial position for the procedure. This is preferably done based on the at least one determined feature and/or the determined feedback signals. A closed-loop control function can be provided or present, which is designed to automatically move the surgical instrument to the correct lateral position and the correct distance from the tissue.

Vorteilhafterweise umfasst die robotische Anordnung eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, welche zur Ausgabe von Informationen zur Assistenz ausgelegt ist, insbesondere zur Ausgabe von Warnungen, Empfehlungen, z.B. zur Trajektorie des chirurgischen Instruments. Hierdurch kann die Qualität des Eingriffs verbessert werden und es kann möglichen Sicherheitsvorgaben Rechnung getragen werden. Auch in diesem Zusammenhang kann eine Closed-Loop-Regelung vorgesehen sein.Advantageously, the robotic arrangement comprises a human-machine interface designed to output information for assistance, in particular warnings and recommendations, e.g., regarding the trajectory of the surgical instrument. This can improve the quality of the procedure and take possible safety requirements into account. Closed-loop control can also be provided in this context.

In einer weiteren Variante kann die robotische Anordnung während der Ausführung einer chirurgischen Maßnahme oder Aufgabe zwischen zwei Betriebsmodi umschaltbar sein, wobei in einem ersten Betriebsmodus das chirurgische Instrument und das Gewebe im Kontakt sind und in einem zweiten Betriebsmodus das chirurgische Instrument und das Gewebe nicht im Kontakt sind. Der zweite Betriebsmodus kann zur Repositionierung des chirurgischen Instruments ausgelegt sein oder hierzu genutzt werden. Die Auswahl des Betriebsmodus kann basierend auf von der Sensoreinrichtung erfassten Daten erfolgen. Die Betriebsmodi können manuell und/oder automatisiert umschaltbar sein. Im Rahmen der Betriebsmodi können Closed-Loop-Regelungen vorgesehen sein. Zum Beispiel kann in dem ersten Betriebsmodus eine Membran zum Abreißen dieser durch das chirurgische Instrument gegriffen werden und in dem zweiten Betriebsmodus kann die Membran losgelassen werden, um das chirurgische Instrument zu repositionieren. In beiden Betriebsmodi liefert die Sensoreinrichtung oder mehrere Sensoreinrichtungen die erforderlichen Informationen um einen festgelegten oder festlegbaren Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe aufrechtzuerhalten. Das Umschalten kann beispielsweise basierend auf lateralen Positions-Informationen manuell erfolgen oder basierend auf dem Fortschritt eines chirurgischen Schrittes und Informationen von der Sensoreinrichtung automatisiert erfolgen.In a further variant, the robotic assembly can be switchable between two operating modes during the execution of a surgical procedure or task, wherein in a first operating mode the surgical instrument and the tissue are in contact, and in a second operating mode the surgical instrument and the tissue are not in contact. The second operating mode can be designed or used for repositioning the surgical instrument. The selection of the operating mode can be based on data acquired by the sensor device. The operating modes can be switched manually and/or automatically. Closed-loop controls can be provided within the operating modes. For example, in the first operating mode, a membrane can be grasped by the surgical instrument to tear it off, and in the second operating mode, the membrane can be released to reposition the surgical instrument. In both operating modes, the sensor device or multiple sensor devices provide the information required to maintain a fixed or definable contact between the surgical instrument and the tissue. The switching can be performed manually, for example, based on lateral position information, or automated based on the progress of a surgical step and information from the sensor device.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung und/oder die erfindungsgemäße robotische Anordnung können zur Differenzierung zwischen verschiedenen, z.B. klassifizierten, Arten eines Kontakts zwischen dem Gewebe und dem chirurgischen Instrument basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal, z.B. einer beobachteten bestimmten Gewebereaktion, ausgelegt sein. Die Ausgabe von Feedback-Signalen und/oder die Steuerung des chirurgischen Instruments kann basierend auf einer mittels der Differenzierung ermittelten Art des Kontakts vorgesehen sein. In einem Beispiel kann zwischen einem guten Kontakt, einem moderaten Kontakt und keinem Kontakt zwischen dem Gewebe und dem chirurgischen Instrument unterschieden bzw. differenziert werden. Ein guter Kontakt kann im Falle einer Kaspulorhexis-Operation an einer Ausbreitung des Reißpunktes erkannt werden. Ein moderater Kontakt kann daran erkannt werden, dass eine relativ große Bewegung des chirurgischen Instruments zu einer relativ geringen Ausbreitung des Reißpunktes führt. Das Vorliegen keines Kontaktes kann an einer fehlenden Ausbreitung des Reißpunktes erkannt werden.The control device according to the invention and/or the robotic arrangement according to the invention can be designed to differentiate between different, e.g., classified, types of contact between the tissue and the surgical instrument based on the at least one determined feature, e.g., a specific observed tissue reaction. The output of feedback signals and/or the control of the surgical instrument can be provided based on a type of contact determined by means of the differentiation. In one example, a distinction can be made or differentiated between good contact, moderate contact, and no contact between the tissue and the surgical instrument. Good contact can be recognized in the case of a caspulorhexis operation by an expansion of the tear point. Moderate contact can be recognized by the fact that a relatively large movement of the surgical instrument leads to a relatively small expansion of the tear point. The presence of no contact can be recognized by the lack of expansion of the tear point.

Die robotische Anordnung kann dazu ausgebildet sein, eine Bewegung des Gewebes zu erfassen und im Falle einer erfassten Bewegung des Gewebes, zum Beispiel infolge von Herzschlag oder Atmung, mindestens das chirurgische Instrument, gegebenenfalls auch weitere Komponenten, der erfassten Bewegung nachzuführen. Hierdurch können durch die Bewegung des Gewebes verursachte, ungeplante Einwirkungen des chirurgischen Instruments auf das Gewebe reduziert oder vermieden werden. Das Nachführen kann automatisiert, z.B. teilautomatisiert oder vollautomatisiert, ausgelegt sein bzw. erfolgen. Das Nachführen kann durch festlegbare oder festgelegte Grenzen beschränkt sein. Das Erfassen einer Bewegung des Gewebes kann mittels der Sensoreinrichtung oder weiterer Sensoreinrichtungen, z.B. einem Head-Tracker oder einem Eye-Tracker, erfolgen. Die robotische Anordnung kann zum Erfassen einer Bewegung des Gewebes in lateraler und/oder axialer Richtung ausgelegt sein. Zudem kann die robotische Anordnung zum Nachführen des chirurgischen Instruments und gegebenenfalls weiterer Komponenten in lateraler und/oder axialer Richtung ausgelegt sein. Hierbei können spezifische Einschränkungen der Bewegung vorgesehen sein.The robotic arrangement can be designed to detect a movement of the tissue and, in the event of a detected movement of the Tissue, for example as a result of heartbeat or breathing, at least the surgical instrument, and possibly also other components, can be tracked to the detected movement. This can reduce or avoid unplanned effects of the surgical instrument on the tissue caused by the movement of the tissue. The tracking can be designed or carried out in an automated manner, e.g. partially or fully automated. The tracking can be restricted by definable or fixed limits. A movement of the tissue can be detected by means of the sensor device or other sensor devices, e.g. a head tracker or an eye tracker. The robotic arrangement can be designed to detect a movement of the tissue in a lateral and/or axial direction. Furthermore, the robotic arrangement can be designed to track the surgical instrument and possibly other components in a lateral and/or axial direction. Specific restrictions on the movement can be provided in this case.

Es kann beispielsweise ein Sensorsystem zum Erfassen lateraler Positionsdaten vorgesehen sein, welches axiale Positionsdaten mit geringer Auflösung bietet, z.B. ein Stereokamera-System oder OCT-System. Die mit diesem Sensorsystem erfassten Daten können zur Überlagerung oder Ergänzung oder Fusionierung mit aus dem mindestens einen ermittelten Merkmal abgeleiteten axialen Daten vorgesehen sein. Die axialen Daten oder Informationen können insbesondere zur Repositionierung des chirurgischen Instruments an einen Punkt, an welchem ein sich wiederholendes Bewegungsmuster ausgeführt werden soll, verwendet werden.For example, a sensor system for acquiring lateral position data can be provided, which provides axial position data with low resolution, e.g., a stereo camera system or OCT system. The data acquired with this sensor system can be superimposed, supplemented, or fused with axial data derived from the at least one determined feature. The axial data or information can be used, in particular, to reposition the surgical instrument to a point at which a repetitive movement pattern is to be executed.

Ein vorgesehener Algorithmus zur Evaluierung der Gewebereaktion kann im Falle einer Kapsulorhexis berücksichtigen, dass die Länge der Bewegung des chirurgischen Instruments doppelt so lang ist wie die Ausbreitung des Reißpunktes.A proposed algorithm for evaluating tissue response in the case of capsulorhexis may take into account that the length of movement of the surgical instrument is twice the extension of the tear point.

Die robotische Anordnung kann zur axialen Steuerung des chirurgischen Instruments, z.B. im Fall von teleoperativen Anwendungen, zur Ausgabe eines haptischen Feedbacks an einen Operateur ausgelegt sein. Dies kann über die Mensch-Maschine-Schnittstelle, z.B. einen Joystick, in Form von Vibrationen oder durch einen aktiven Widerstand in einer bestimmten Bewegungsrichtung realisiert sein. Weiterhin kann in einer beispielhaften Ausgestaltung für die Ophthalochirurgie eine axiale Bewegung unterhalb eines Kapselsacks beschränkt sein, falls ein ausreichender Griff des Gewebes durch das chirurgische Instrument erreicht ist.The robotic arrangement can be designed to provide haptic feedback to a surgeon for axial control of the surgical instrument, e.g., in the case of teleoperative applications. This can be implemented via the human-machine interface, e.g., a joystick, in the form of vibrations, or through active resistance in a specific direction of movement. Furthermore, in an exemplary embodiment for ophthalmic surgery, axial movement below a capsular bag can be restricted if sufficient grip of the tissue is achieved by the surgical instrument.

Allgemein kann eine Gewebereaktion auf einen Kontakt mit einem chirurgischen Instrument aus einem optischen Fluss oder zeitlich nacheinander erfassten Bildern des Gewebes bestimmt werden. Unter einem optischen Fluss einer Bildsequenz ist das Vektorfeld der in die Bildebene projizierten Geschwindigkeit von sichtbaren Punkten des Objektraumes im Bezugssystem der Abbildungsoptik zu verstehen. Weiterhin kann ein Gebiet oder Bereich, in welchem sich das chirurgische Instrument befindet, bei der Erfassung von Unterschieden zwischen zeitlich nacheinander erfassten Bildern ausgeschlossen werden. In einer speziellen Ausführungsvariante kann ein Algorithmus zur Erfassung von Unterschieden zwischen nacheinander erfassten Bildern dazu ausgelegt sein, zwischen Fällen, in denen sich das gesamte Bild bewegt (z.B. infolge einer Schwingung des Mikroskops), und Fällen, in denen sich verschiedene Teilbereiche des Bildes (z.B. erfasste Reißkanten des Gewebes) mit unterschiedlicher Geschwindigkeit bewegen, unterscheiden.In general, a tissue reaction to contact with a surgical instrument can be determined from an optical flow or sequentially acquired images of the tissue. The optical flow of an image sequence is the vector field of the velocity of visible points of the object space projected into the image plane in the reference system of the imaging optics. Furthermore, an area or region in which the surgical instrument is located can be excluded when detecting differences between sequentially acquired images. In a special embodiment, an algorithm for detecting differences between sequentially acquired images can be designed to distinguish between cases in which the entire image is moving (e.g., due to a vibration of the microscope) and cases in which different sub-areas of the image (e.g., captured tear edges of the tissue) move at different speeds.

Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop, z.B. für die Mikrochirurgie, umfasst eine oben beschriebene erfindungsgemäße Steuervorrichtung oder eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße robotische Anordnung. Das erfindungsgemäße Operationsmikroskop hat die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und der erfindungsgemäßen robotische Anordnung beschriebenen Merkmale und Vorteile.The surgical microscope according to the invention, e.g., for microsurgery, comprises a control device according to the invention as described above or a robotic arrangement according to the invention as described above. The surgical microscope according to the invention has the features and advantages already described in connection with the control device according to the invention and the robotic arrangement according to the invention.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern der Bewegung eines chirurgischen Instruments umfasst folgende Schritte: optisches Erfassen von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes mittels einer Sensoreinrichtung; basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Bilddaten Ermitteln mindestens eines Merkmals des Gewebes in dem erfassten Bereich, wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument und dem Gewebe kennzeichnet, unter Verwendung einer Auswertungseinrichtung; und Ausgeben von Feedback-Signalen basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle. Vorzugsweise wird basierend auf den Feedback-Signalen die Bewegung des chirurgischen Instruments gesteuert. Dabei kann die Steuerung zumindest teilautomatisiert erfolgen. Die Bewegung kann ein sich wiederholendes Bewegungsmuster, wie oben bereits ausführlich beschrieben, umfassen. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und der erfindungsgemäßen robotische Anordnung beschriebenen Merkmale und Vorteile. Es kann in den im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und der erfindungsgemäßen robotische Anordnung beschriebenen Varianten ausgeführt werden. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, die erfindungsgemäßen robotische Anordnung und das erfindungsgemäße Operationsmikroskop können zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt sein.The inventive method for controlling the movement of a surgical instrument comprises the following steps: optically acquiring image data of a region of tissue using a sensor device; determining at least one feature of the tissue in the acquired region based on the image data acquired by the sensor device, wherein a change in the feature indicates contact between the surgical instrument and the tissue, using an evaluation device; and outputting feedback signals based on the at least one determined feature using a human-machine interface. The movement of the surgical instrument is preferably controlled based on the feedback signals. The control can be at least partially automated. The movement can comprise a repetitive movement pattern, as already described in detail above. The inventive method has the features and advantages described in connection with the inventive control device and the inventive robotic arrangement. It can be implemented in the variants described in connection with the inventive control device and the inventive robotic arrangement. The inventive control device, the inventive robotic arrangement, and the inventive surgical microscope can be designed to carry out the method according to the invention.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wird, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können von einer Fachperson hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments with reference to the accompanying figures. Although the invention is illustrated and described in more detail by the preferred embodiments, the invention is not limited to the disclosed examples, and other variations may be derived therefrom by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Die Figuren sind nicht notwendigerweise detailgetreu und maßstabsgetreu und können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um einen besseren Überblick zu bieten. Daher sind hier offenbarte funktionale Einzelheiten nicht einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als anschauliche Grundlage, die einer Fachperson auf diesem Gebiet der Technik Anleitung bietet, um die vorliegende Erfindung auf vielfältige Weise einzusetzen.The figures are not necessarily detailed or to scale and may be enlarged or reduced to provide a better overview. Therefore, the functional details disclosed herein are not to be considered limiting, but merely as an illustrative basis for providing guidance to one skilled in the art for variously employing the present invention.

Der hier verwendete Ausdruck „und/oder“, wenn er in einer Reihe von zwei oder mehreren Elementen benutzt wird, bedeutet, dass jedes der aufgeführten Elemente alleine verwendet werden kann, oder es kann jede Kombination von zwei oder mehr der aufgeführten Elemente verwendet werden. Wird beispielsweise eine Zusammensetzung beschrieben, die die Komponenten A, B und/oder C, enthält, kann die Zusammensetzung A alleine; B alleine; C alleine; A und B in Kombination; A und C in Kombination; B und C in Kombination; oder A, B, und C in Kombination enthalten.

  • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung in Form eines Blockdiagramms.
  • 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße robotische Anordnung in Form eines Blockdiagramms.
  • 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop in Form eines Blockdiagramms.
  • 4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren in Form eines Flussdiagramms.
  • 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Oberfläche eines Kapselsackgewebes.
  • 6 zeigt schematisch die Bewegung einer Spitze eines chirurgischen Instruments während einer Kapselsacköffnung (Kaspulorhexis).
  • 7 und 8 zeigen schematisch Beispiele für die Bewegung eines zum Bürsten ausgelegten chirurgischen Instruments.
  • 9 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Annäherung eines chirurgischen Instruments an ein zu manipulierendes Gewebe.
  • 10 und 11 zeigen jeweils schematisch ein in der Hand haltbares mechatronisch steuerbares chirurgisches Instrument zum Bürsten von Gewebe.
As used herein, the term "and/or," when used in a series of two or more elements, means that any of the listed elements may be used alone, or any combination of two or more of the listed elements may be used. For example, if a composition is described containing components A, B, and/or C, the composition may contain A alone; B alone; C alone; A and B in combination; A and C in combination; B and C in combination; or A, B, and C in combination.
  • 1 shows schematically a control device according to the invention in the form of a block diagram.
  • 2 shows schematically a robotic arrangement according to the invention in the form of a block diagram.
  • 3 shows schematically an inventive surgical microscope in the form of a block diagram.
  • 4 shows schematically a control method according to the invention in the form of a flow chart.
  • 5 shows schematically a perspective view of a surface of a capsular bag tissue.
  • 6 shows schematically the movement of a tip of a surgical instrument during capsular bag opening (capsulorhexis).
  • 7 and 8 show schematic examples of the movement of a surgical instrument designed for brushing.
  • 9 shows a schematic example of an approach of a surgical instrument to a tissue to be manipulated.
  • 10 and 11 each schematically shows a hand-held, mechatronically controllable surgical instrument for brushing tissue.

Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung in Form eines Blockdiagramms. Die Steuervorrichtung 1 ist zur Steuerung 3 der Bewegung eines chirurgischen Instruments 2, vorzugsweise für die Mikrochirurgie, ausgelegt. Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine Sensoreinrichtung 6, eine Auswertungseinrichtung 7 und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) 8. Die Sensoreinrichtung 6 ist zum optischen Erfassen von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes 4, insbesondere eines Bereichs einer Oberfläche 5 des Gewebes 4, ausgelegt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Gewebe 4 um ein biologisches Gewebe, beispielsweise um ein Gewebe eines Organs, z.B. um Augengewebe, auf welches mittels des chirurgischen Instruments 2 eingewirkt werden soll. Bei der Sensoreinrichtung 6 kann es sich um eine Kamera, zum Beispiel eine Kamera eines Operationsmikroskops, oder eine Scanvorrichtung zum zeitsequenziellen Erfassen laterale angeordneter Bildpunkte oder ein OCT handeln.The 1 shows a schematic diagram of a control device according to the invention in the form of a block diagram. The control device 1 is designed to control 3 the movement of a surgical instrument 2, preferably for microsurgery. The control device 1 comprises a sensor device 6, an evaluation device 7, and a human-machine interface (HMI) 8. The sensor device 6 is designed to optically capture image data of a region of a tissue 4, in particular a region of a surface 5 of the tissue 4. The tissue 4 is preferably a biological tissue, for example a tissue of an organ, e.g., eye tissue, which is to be acted upon by means of the surgical instrument 2. The sensor device 6 can be a camera, for example a camera of a surgical microscope, or a scanning device for the time-sequential capture of laterally arranged pixels, or an OCT.

Die Auswertungseinrichtung 7 ist basierend auf mittels der Sensoreinrichtung 6 erfassten Bilddaten zum Ermitteln mindestens eines Merkmals des Gewebes 4 in dem erfassten Bereich ausgelegt. Dabei handelt es sich bei dem Merkmal um ein Merkmal, dessen Veränderung einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument 2 und dem Gewebe 4 kennzeichnet. Das Merkmal bildet also mit anderen Worten eine Gewebeveränderung infolge einer Einwirkung durch das chirurgische Instrument 2 ab. Vorteilhafterweise kann die Auswertungseinrichtung 7 basierend auf mittels der Sensoreinrichtung 6 erfassten Bilddaten zum Festlegen einer Trajektorie des chirurgischen Instruments 2 ausgelegt sein. Die Trajektorie kann ein sich wiederholendes Bewegungsmuster umfassen. Das sich wiederholende Bewegungsmuster kann kreisförmige und/oder elliptische und/oder helikale und/oder parabolische und/oder hyperbolische und/oder lineare Teilbereiche umfassen. In einer bevorzugten Variante ist die Steuervorrichtung 1 zur Steuerung einer zumindest teilweise automatisierten Bewegung des chirurgischen Instruments 2 entlang einer festgelegten Trajektorie ausgelegt, beispielsweise entlang einer Trajektorie, welche ein sich wiederholendes Bewegungsmuster umfasst.The evaluation device 7 is designed to determine at least one feature of the tissue 4 in the detected region based on image data acquired by the sensor device 6. This feature is a feature whose change characterizes contact between the surgical instrument 2 and the tissue 4. In other words, the feature depicts a tissue change resulting from an action by the surgical instrument 2. Advantageously, the evaluation device 7 can be designed to define a trajectory of the surgical instrument 2 based on image data acquired by the sensor device 6. The trajectory can comprise a repeating movement pattern. The repeating movement pattern can comprise circular and/or elliptical and/or helical and/or parabolic and/or hyperbolic and/or linear subregions. In a preferred variant, the control device 1 is designed to control an at least partially automated movement of the surgical instrument 2 along a defined trajectory, for example along a trajectory which comprises a repeating movement pattern.

Die HMI 8 ist basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal zur Ausgabe von Feedback-Signalen ausgelegt. Die Ausgabe von Feedback-Signalen kann an einen Operateur erfolgen, beispielsweise akustisch und/oder visuell und/oder audiovisuell und/oder haptisch. Die HMI 8 kann weiterhin zur Eingabe eines lateralen Bewegungspfades des chirurgischen Instruments 2 ausgelegt sein. Es kann also mit anderen Worten vorgesehen sein, dass ein Operateur die laterale Bewegung des chirurgischen Instruments 2 mittels der HMI 8 manuell steuert. Die Feedback-Signale können aber auch zur zumindest teilautomatisierten Steuerung des chirurgischen Instruments 2 an eine entsprechende robotische Vorrichtung ausgegeben werden.The HMI 8 is designed to output feedback signals based on at least one determined characteristic. The output of feed Feedback signals can be sent to a surgeon, for example acoustically and/or visually and/or audiovisually and/or haptically. The HMI 8 can also be designed to input a lateral movement path of the surgical instrument 2. In other words, it can be provided that a surgeon manually controls the lateral movement of the surgical instrument 2 using the HMI 8. However, the feedback signals can also be output to a corresponding robotic device for at least partially automated control of the surgical instrument 2.

Die Signalübertragung zwischen der Sensoreinrichtung 6, der Auswertungseinrichtung 7 und der HMI 8 ist jeweils durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet.The signal transmission between the sensor device 6, the evaluation device 7 and the HMI 8 is each marked by an arrow with the reference number 9.

Die 2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße robotische Anordnung in Form eines Blockdiagramms. Die robotische Anordnung 10, welche vorzugsweise für die Mikrochirurgie ausgebildet ist, umfasst mindestens ein robotisch führbares chirurgisches Instrument 2 und mindestens einen robotischen Manipulator 12 mit einer Befestigungseinrichtung 11 zur Befestigung des chirurgischen Instruments 2 an dem robotischen Manipulator 12. Die robotische Anordnung 10 umfasst zudem eine Steuervorrichtung 1, welche zur Steuerung des chirurgischen Instruments 2 mittels des robotischen Manipulators 12 ausgelegt ist. Bei der Steuervorrichtung 1 kann es sich um eine im Zusammenhang mit der 1 bereits beschriebene Steuervorrichtung 1 handeln.The 2 shows schematically a robotic arrangement according to the invention in the form of a block diagram. The robotic arrangement 10, which is preferably designed for microsurgery, comprises at least one robotically guided surgical instrument 2 and at least one robotic manipulator 12 with a fastening device 11 for fastening the surgical instrument 2 to the robotic manipulator 12. The robotic arrangement 10 also comprises a control device 1, which is designed to control the surgical instrument 2 by means of the robotic manipulator 12. The control device 1 can be a 1 the control device 1 already described.

Der robotische Manipulator 12 kann mindestens 3 Bewegungsfreiheitsgrade zur Manipulation aufweisen und die Steuervorrichtung 1 kann zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments 2 mittels der mindestens 3 Bewegungsfreiheitsgrade des robotischen Manipulators 12 ausgelegt sein. Der robotische Manipulator 12 kann weiterhin in Abhängigkeit von dem ermittelten Merkmal des Gewebes, mittels welchem ein Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument 2 und dem Gewebe 4 bestimmbar ist, zum Unterbrechen einer Bewegung des chirurgischen Instruments und/oder zum Aufrechterhalten einer Bewegung des chirurgischen Instruments ausgelegt sein. Varianten hierfür sind oben bereits ausführlich beschrieben worden. Die robotische Anordnung 10 kann zum teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb ausgelegt sein.The robotic manipulator 12 can have at least three degrees of freedom of movement for manipulation, and the control device 1 can be designed to control the movement of the surgical instrument 2 using the at least three degrees of freedom of movement of the robotic manipulator 12. The robotic manipulator 12 can further be designed to interrupt a movement of the surgical instrument and/or to maintain a movement of the surgical instrument depending on the determined feature of the tissue by means of which contact between the surgical instrument 2 and the tissue 4 can be determined. Variants of this have already been described in detail above. The robotic arrangement 10 can be designed for partially or fully automated operation.

Die 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Operationsmikroskop in Form eines Blockdiagramms. Das Operationsmikroskop 13 umfasst eine erfindungsgemäße robotische Anordnung 10, beispielsweise eine im Zusammenhang mit der 3 beschriebene robotische Anordnung 10.The 3 shows schematically a surgical microscope according to the invention in the form of a block diagram. The surgical microscope 13 comprises a robotic arrangement 10 according to the invention, for example one used in connection with the 3 described robotic arrangement 10.

Die 4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Steuerverfahren in Form eines Flussdiagramms. Das gezeigte Verfahren zum Steuern eines chirurgischen Instruments 2 umfasst folgende Schritte: In Schritt 21 werden Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes 4 mittels einer Sensoreinrichtung 6 optisch erfasst, z.B. mittels einer Kamera oder einer Scan-Einrichtung. In Schritt 22 wird basierend auf mittels der Sensoreinrichtung 6 erfassten Bilddaten mindestens eines Merkmals des Gewebes in dem erfassten Bereich ermittelt, wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument 2 und dem Gewebe 4 kennzeichnet. Dies erfolgt unter Verwendung einer Auswertungseinrichtung, z.B. der Auswertungseinrichtung 7. In Schritt 23 werden basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal mittels einer HMI 8 Feedback-Signale ausgegeben. In einem optionalen Schritt 24 kann basierend auf mittels der Sensoreinrichtung 6 erfassten Bilddaten und/oder basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal und/oder basierend auf dem ausgegebenen Feedback-Signal eine Trajektorie für eine Bewegung oder die Steuerung einer Bewegung des chirurgischen Instruments 2 ermittelt und ausgegeben werden, wobei die Trajektorie mindestens ein sich wiederholendes Bewegungsmuster aufweisen kann. Ebenfalls optional kann die Bewegung des chirurgischen Instruments 2 entlang der Trajektorie gesteuert werden.The 4 shows a schematic view of a control method according to the invention in the form of a flow chart. The method shown for controlling a surgical instrument 2 comprises the following steps: In step 21, image data of a region of tissue 4 are optically acquired by means of a sensor device 6, e.g., by means of a camera or a scanning device. In step 22, based on the image data acquired by means of the sensor device 6, at least one feature of the tissue in the acquired region is determined, a change in the feature indicating contact between the surgical instrument 2 and the tissue 4. This is done using an evaluation device, e.g., the evaluation device 7. In step 23, based on the at least one determined feature, feedback signals are output by means of an HMI 8. In an optional step 24, a trajectory for a movement or the control of a movement of the surgical instrument 2 can be determined and output based on image data acquired by the sensor device 6 and/or based on the at least one determined feature and/or based on the output feedback signal. The trajectory can have at least one repeating movement pattern. Also optionally, the movement of the surgical instrument 2 can be controlled along the trajectory.

Im Folgenden werden Ausführungsvarianten der Erfindung anhand ophthalmochirurgischer Anwendungen erläutert. Zunächst werden einzelne Aspekte der Erfindung am Beispiel einer Kapselsacköffnung (Kapsulorhexis) beschrieben. Die 5 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht auf eine Oberfläche 5 eines Kapselsackgewebes 4. Bei einer Kapselsacköffnung wird ein Teilbereich des Kapselsacks 31 aufgeklappt und durch die entstandene Öffnung 30 die darunterliegende Linse freigelegt. Die Bewegung eines hierfür verwendeten chirurgischen Instruments ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 32 gekennzeichnet, welcher eine Trajektorie der Spitze des chirurgischen Instruments abbildet. Während des Öffnungsvorganges bewegt sich ein Reißpunkt des Gewebes 4 von einer mit der Bezugsziffer 33 gekennzeichneten ersten Position ausgehend fort. Dies ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 34 gekennzeichnet. Eine beispielhafte zweite Position des Reißpunktes ist durch die Bezugsziffer 35 gekennzeichnet.In the following, embodiments of the invention are explained using ophthalmic surgical applications. First, individual aspects of the invention are described using the example of a capsular bag opening (capsulorhexis). 5 shows a schematic perspective view of a surface 5 of a capsular bag tissue 4. During a capsular bag opening, a portion of the capsular bag 31 is opened, and the underlying lens is exposed through the resulting opening 30. The movement of a surgical instrument used for this purpose is indicated by an arrow with the reference number 32, which depicts a trajectory of the tip of the surgical instrument. During the opening process, a tear point of the tissue 4 moves away from a first position indicated by the reference number 33. This is indicated by an arrow with the reference number 34. An exemplary second position of the tear point is indicated by the reference number 35.

Die 6 illustriert den beschriebenen Prozess in zwei Schritten. Dabei ist in der 6 oben die Bewegung der Spitze des verwendeten chirurgischen Instruments 2 in zwei xy-z-Diagrammen dargestellt. Die x-y-Ebene kennzeichnet dabei eine laterale Ebene, vorliegend die Ebene, in welcher sich die Oberfläche 5 des Kapselsackgewebes 4 erstreckt. Die z-Richtung kennzeichnet die axiale Richtung, welche senkrecht zu der x-y-Ebene verläuft. In der 6 unten sind dem jeweils darüber angeordneten Diagramm entsprechende perspektivische Ansichten auf das Kapselsackgewebe 4, analog zu der in der 5 gezeigten Ansicht, gezeigt.The 6 illustrates the described process in two steps. 6 Above, the movement of the tip of the surgical instrument 2 used is shown in two xy-z diagrams. The xy plane indicates a lateral plane, in this case the plane in which the surface 5 of the capsular bag tissue 4 extends. The z-direction denotes the axial direction, which is perpendicular to the xy-plane. 6 Below are perspective views of the capsular bag tissue 4 corresponding to the diagram above, analogous to the 5 shown view.

In dem in der 6 oben gezeigten Schritt wird das chirurgische Instrument bzw. die Spitze des chirurgischen Instruments entlang dem mit der Bezugsziffer 36 gekennzeichneten Teil der Trajektorie bis zur Oberfläche 5 des zu verschiebenden Gewebebereichs 31 des Kapselsacks 4 bewegt. Im Anschluss daran, also sobald ein Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument 2 und dem Kapselsack 4 hergestellt ist, erfolgt eine laterale Bewegung des chirurgischen Instruments 2 in der x-y-Ebene. Dies ist durch den in der 6 unten mit der Bezugsziffer 37 gekennzeichneten Bereich der Trajektorie gekennzeichnet. Die Bewegung des durch die Einwirkung des chirurgischen Instruments 2 bewirkte Verschiebung des Kapselsackgewebes 31 ist durch einen Pfeil mit der Bezugsziffer 38 gekennzeichnet.In the 6 In the step shown above, the surgical instrument or the tip of the surgical instrument is moved along the part of the trajectory marked with the reference number 36 to the surface 5 of the tissue area 31 of the capsular bag 4 to be moved. Subsequently, as soon as contact is established between the surgical instrument 2 and the capsular bag 4, a lateral movement of the surgical instrument 2 takes place in the xy plane. This is achieved by the 6 The region of the trajectory is indicated below by reference number 37. The movement of the capsular bag tissue 31 caused by the action of the surgical instrument 2 is indicated by an arrow with reference number 38.

Der Kontakt zwischen der Spitze des chirurgischen Instruments und dem Kapselsack 4 wird indirekt durch die an der Geometrie des aufgeklappt Gewebebereichs 31 oder der Geometrie der Öffnung 30 oder dem Reißpunkt optisch zu beobachtenden Veränderungen (dynamischen Effekte) detektiert. The contact between the tip of the surgical instrument and the capsular bag 4 is detected indirectly by the changes (dynamic effects) that can be visually observed in the geometry of the unfolded tissue area 31 or the geometry of the opening 30 or the tear point.

Basierend auf erfassten Bilddaten kann die Spitze des chirurgischen Instruments so gesteuert werden, dass sich der Riss in einer berechneten Richtung in der x-y-Ebene ausbreitet oder fortsetzt. Sobald eine Bewegung oder Veränderung der Geometrie des aufgeklappten Gewebebereichs 31 detektiert bzw. erfasst wird, beispielsweise mittels einer Kamera und/oder eines Mikroskops, wird das chirurgische Instrument bei der aktuellen Position in z-Richtung, also der aktuellen Höhe in Bezug auf den Gewebebereich 31, gehalten und die Bewegung des chirurgischen Instruments in der x-y-Ebene bis zum Erreichen eines festgelegten Zielpunktes fortgesetzt. Anschließend wird das chirurgische Instrument 2 von dem Gewebebereich 31 abgehoben. Falls keine Veränderung der Geometrie des Gewebebereichs 31 beobachtet oder erfasst wird, wird die gleiche Bewegung mit einem geringeren z-Wert, also einem geringeren Abstand zu dem Kapselsack 4 oder dem Gewebebereich 31, wiederholt. Dies wird solange wiederholt, bis eine Veränderung der Geometrie des Gewebebereichs 31 beobachtet bzw. erfasst wird.Based on acquired image data, the tip of the surgical instrument can be controlled so that the tear propagates or continues in a calculated direction in the x-y plane. As soon as a movement or change in the geometry of the unfolded tissue region 31 is detected or recorded, for example, by means of a camera and/or a microscope, the surgical instrument is held at the current position in the z-direction, i.e., the current height relative to the tissue region 31, and the movement of the surgical instrument in the x-y plane is continued until a specified target point is reached. Subsequently, the surgical instrument 2 is lifted from the tissue region 31. If no change in the geometry of the tissue region 31 is observed or recorded, the same movement is repeated with a smaller z-value, i.e., a smaller distance from the capsular bag 4 or the tissue region 31. This is repeated until a change in the geometry of the tissue region 31 is observed or recorded.

Zum Ermitteln oder Feststellen einer Veränderung infolge einer Einwirkung des chirurgischen Instruments 2 auf das Gewebe 4 kann die Geometrie der entstehenden Öffnung 30 und/oder die Geometrie des aufgeklappten Gewebebereichs 31 und/oder die Geometrie und/oder der Verlauf des Reißpunktes 33 erfasst und ausgewertet werden. Zum Ermitteln einer Veränderung, zum Beispiel der Geometrie des Risses, können bekannte Bildverarbeitungsverfahren verwendet werden, ebenso wie maschinenlernende Bildbearbeitungsverfahren oder Verfahren zur Bildbearbeitung bzw. Bildaufwertung. Eine Bildbearbeitung bzw. Bildaufwertung kann beispielsweise durch Erhöhen des Phasenkontrast oder durch Verwendung von Dunkelfeldmikroskopie erreicht werden.To detect or identify a change resulting from the action of the surgical instrument 2 on the tissue 4, the geometry of the resulting opening 30 and/or the geometry of the unfolded tissue region 31 and/or the geometry and/or the course of the tear point 33 can be recorded and evaluated. To detect a change, for example, the geometry of the tear, known image processing methods can be used, as can machine-learning image processing methods or methods for image processing or image enhancement. Image processing or image enhancement can be achieved, for example, by increasing the phase contrast or by using dark-field microscopy.

Die 7 und 8 zeigen schematisch Beispiele für die Bewegung eines zum Bürsten ausgelegten chirurgischen Instruments. Dabei ist jeweils mit der Bezugsziffer 39 eine zu entfernende Membran oder ein zu entfernendes Gewebe 4 gekennzeichnet. Mit den Bezugsziffern 40 und 41 sind jeweils die Trajektorien der Spitze des chirurgischen Instruments in einer axialen Ebene, also einer senkrecht zur lateralen Ebene verlaufenden Ebene, gekennzeichnet. Die gezeigten Trajektorien 40 und 41 weisen dabei jeweils einen mit den Bezugsziffern 42 und 43 gekennzeichneten Bereich mit einem sich wiederholenden Bewegungsmuster auf. In der in der 7 gezeigten Variante ist das sich wiederholende Bewegungsmuster 42 aus parabolisch geformten Teilbereichen zusammengesetzt. In der in der 8 gezeigten Variante ist das sich wiederholende Bewegungsmuster 43 schleifenförmig oder sich elliptisch fortsetzend ausgebildet. Die Dimensionen der sich wiederholenden Bewegungsmuster liegen vorzugsweise im Mikrometerbereich. Die gezeigten Bewegungen des chirurgischen Instruments entlang der beispielhaft in den 7 und 8 gezeigten Trajektorien kann, beispielsweise auch im Rahmen der in den 5 und 6 gezeigten Anwendung, so lange fortgesetzt werden, bis eine Bewegung des Reißpunktes erfasst wird.The 7 and 8 show schematic examples of the movement of a surgical instrument designed for brushing. Reference numeral 39 denotes a membrane or tissue 4 to be removed. Reference numerals 40 and 41 denote the trajectories of the tip of the surgical instrument in an axial plane, i.e., a plane running perpendicular to the lateral plane. The trajectories 40 and 41 shown each have a region, denoted by reference numerals 42 and 43, with a repeating movement pattern. 7 In the variant shown, the repeating movement pattern 42 is composed of parabolically shaped sections. 8 In the variant shown, the repeating movement pattern 43 is loop-shaped or elliptically continuous. The dimensions of the repeating movement patterns are preferably in the micrometer range. The movements of the surgical instrument shown along the exemplary 7 and 8 The trajectories shown can, for example, also be used within the framework of the 5 and 6 shown application, until a movement of the tear point is detected.

Die 9 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Annäherung eines chirurgischen Instruments an ein zu manipulierendes Gewebe. Hierbei kann es sich zum Beispiel um den in der 6 oben gezeigten Schritt handeln. In der gezeigten Variante wird das chirurgische Instrument 2 wiederholt entlang einer mit der Bezugsziffer 44 gekennzeichneten elliptischen oder parabolischen Trajektorie bewegt, wobei jeweils geprüft wird, ob die Bewegung des chirurgischen Instruments 2 eine Auswirkung auf die Geometrie des aufgeklappt Bereichs 31 des Kapselsacks 4 hat. Falls keine Veränderung des Gewebebereichs 31 beobachtet wird, wird in z-Richtung ein Offset der Bewegung in Richtung der Oberfläche 5 des Kapselsacks 4 hinzugefügt, also der Abstand zu dem Gewebebereich 31 bzw. der Oberfläche 5 verringert und die Bewegung bei diesem Abstand wiederholt. Die verschiedenen nacheinander ausgeführten Bewegungen sind durch die Trajektorien 44 gekennzeichnet.The 9 shows a schematic example of an approach of a surgical instrument to a tissue to be manipulated. This could be, for example, the 6 This could be the step shown above. In the variant shown, the surgical instrument 2 is repeatedly moved along an elliptical or parabolic trajectory designated by the reference number 44, wherein it is checked in each case whether the movement of the surgical instrument 2 has an effect on the geometry of the unfolded region 31 of the capsular bag 4. If no change in the tissue region 31 is observed, an offset of the movement in the direction of the surface 5 of the capsular bag 4 is added in the z-direction, i.e. the distance to the tissue region 31 or the surface 5 is reduced and the movement is repeated at this distance. The various successively executed movements are designated by the trajectories 44.

Wenn eine Veränderung der Geometrie des Gewebebereichs 31 detektiert oder ermittelt wird, was vorliegend bei der Trajektorie 45 der Fall ist, wird die z-Position auf die entsprechende Höhe oder einen festgelegten geringeren Wert begrenzt und die Bewegung bei dieser Höhe bis zum Erreichen der geplanten Ausdehnung des Risses in lateraler Richtung fortgesetzt. Anschließend wird das chirurgische Instrument 2 von dem Gewebe 4 abgehoben. Wenn eine bestimmte, festgelegte oder angestrebte Verschiebung des Gewebebereichs 31 erreicht ist, kann ein nachfolgender Schritt geplant oder durchgeführt werden.If a change in the geometry of tissue region 31 is detected or determined, which is the case here with trajectory 45, the z-position is limited to the corresponding height or a specified lower value, and the movement continues at this height until the planned lateral extension of the tear is reached. Subsequently, the surgical instrument 2 is lifted from the tissue 4. Once a specific, specified, or desired displacement of tissue region 31 is achieved, a subsequent step can be planned or performed.

In der 9 ist mit der Bezugsziffer 46 ein angestrebter Angriffspunkt des chirurgischen Instruments 2 an dem Gewebe 4 gekennzeichnet. Mit der Bezugsziffer 45 ist die Trajektorie gekennzeichnet, bei welcher eine Bewegung des Gewebebereichs 31 ermittelt wurde. Beim Erreichen der Trajektorie 45 wird gleichzeitig die Bewegung in z-Richtung gestoppt und das Verfahren lediglich mit einer Bewegung in x-y-Richtung, also in lateraler Richtung, fortgesetzt.In the 9 Reference numeral 46 indicates a desired point of application of the surgical instrument 2 on the tissue 4. Reference numeral 45 indicates the trajectory in which a movement of the tissue region 31 was determined. Upon reaching trajectory 45, the movement in the z-direction is simultaneously stopped, and the process continues with only a movement in the xy-direction, i.e., in the lateral direction.

Im Folgenden wird anhand der 10 und 11 eine Variante beschrieben, in welcher das chirurgische Instrument 2 teilweise manuell und teilweise automatisiert gesteuert wird. Die 10 und 11 zeigen jeweils schematisch ein in der Hand haltbares mechatronisch steuerbares chirurgisches Instrument 2, welches zum Beispiel ein Cystotome 51 zum Bürsten von Membranen mit einer Spitze 47 umfasst. Hierbei ist das chirurgische Instrument 2 in lateraler Richtung manuell steuerbar. Mittels einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 oder einem erfindungsgemäßen robotischen Manipulator 12 wird die axiale Position, wie durch den Pfeil 48 in der 10 gekennzeichnet, automatisch eingestellt, beispielsweise auf einer Mikrometerskala. Die gezeigte Anordnung ist dazu ausgelegt, eine Bürstbewegung, wie in der 11 gezeigt, automatisch auszuführen. Hierzu können drei robotische Einrichtungen mit Abmessungen im Mikrometerbereich zur Steuerung der Bewegung der Spitze 47 des chirurgischen Instruments 2 in einem dreidimensionalen Raum unter Verwendung von drei Bewegungsfreiheitsgraden vorgesehen sein. Dabei kann eine Drehbewegung des Cystotome um den Punkt 50 vorgesehen sein.In the following, the 10 and 11 A variant is described in which the surgical instrument 2 is controlled partly manually and partly automatically. 10 and 11 each schematically show a hand-held, mechatronically controllable surgical instrument 2, which comprises, for example, a cystotome 51 for brushing membranes with a tip 47. Here, the surgical instrument 2 is manually controllable in the lateral direction. By means of a control device 1 according to the invention or a robotic manipulator 12 according to the invention, the axial position, as indicated by the arrow 48 in the 10 marked, automatically adjusted, for example on a micrometer scale. The arrangement shown is designed to achieve a brushing movement, as in the 11 shown, to be carried out automatically. For this purpose, three robotic devices with dimensions in the micrometer range can be provided for controlling the movement of the tip 47 of the surgical instrument 2 in a three-dimensional space using three degrees of freedom of movement. A rotational movement of the cystotome around the point 50 can be provided.

Ein mittels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung 1 ausgegebenes Feedbacks-Signal im Hinblick auf eine axiale Position einer Spitze eines chirurgischen Instruments kann einem Operateur auch als AR-Feedback (AR - Augmented Reality) zur Verfügung gestellt werden. Sobald sich der Reißpunkt des Gewebes bewegt, kann beispielsweise ein Bereich um die Spitze des chirurgischen Instruments 2 herum mit einer festgelegten Farbe, beispielsweise grün, eingefärbt angezeigt werden. Alternativ dazu kann auch der Reißpunkt selbst farbig angezeigt werden. Als zusätzliches Merkmal kann die angezeigte Farbe sich kontinuierlich verändern in Abhängigkeit von dem ermittelten Merkmal, welches einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument 2 und dem Gewebe 4 kennzeichnet. Beispielsweise kann eine erste Farbe, zum Beispiel rot, angezeigt werden, wenn kein Kontakt besteht und eine zweite Farbe, zum Beispiel grün, wenn ein guter Griff oder Kontakt erreicht ist. Ob ein Kontakt oder Griff gut ist oder nicht kann durch einen Vergleich zwischen der Bewegung der Spitze des chirurgischen Instruments 2 und der Bewegung des Reißpunktes ermittelt werden. Es ist zu berücksichtigen, dass die Distanz der Bewegung des chirurgischen Instruments 2 größer ist als die Distanz der Bewegung des Reißpunktes infolge der doppelten Lage des Kapselgewebes, also dem aufgeklappten Gewebebereich 31 und dem intakten Kapselgewebe 5.A feedback signal output by the control device 1 according to the invention with regard to an axial position of a tip of a surgical instrument can also be made available to a surgeon as AR feedback (AR - Augmented Reality). As soon as the tearing point of the tissue moves, for example, an area around the tip of the surgical instrument 2 can be displayed in a specified color, for example, green. Alternatively, the tearing point itself can also be displayed in color. As an additional feature, the displayed color can change continuously depending on the determined feature that indicates contact between the surgical instrument 2 and the tissue 4. For example, a first color, for example, red, can be displayed when there is no contact, and a second color, for example, green, can be displayed when a good grip or contact is achieved. Whether contact or grip is good or not can be determined by comparing the movement of the tip of the surgical instrument 2 and the movement of the tearing point. It should be taken into account that the distance of movement of the surgical instrument 2 is greater than the distance of movement of the tear point due to the double layer of the capsular tissue, i.e. the unfolded tissue area 31 and the intact capsular tissue 5.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
SteuervorrichtungControl device
22
chirurgisches Instrumentsurgical instrument
33
Steuerungsteering
44
Gewebetissue
55
GewebeoberflächeTissue surface
66
SensoreinrichtungSensor device
77
AuswertungseinrichtungEvaluation device
88
HMIHMI
99
SignalübertragungSignal transmission
1010
robotische Anordnungrobotic arrangement
1111
BefestigungseinrichtungFastening device
1212
robotischer Manipulatorrobotic manipulator
1313
OperationsmikroskopSurgical microscope
2121
optisches Erfassen von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebesoptical acquisition of image data of an area of tissue
2222
basierend auf mittels der Sensoreinrichtung erfassten Bilddaten Ermitteln mindestens eines Merkmals des Gewebes in dem erfassten Bereichbased on image data acquired by the sensor device, determining at least one feature of the tissue in the acquired area
2323
Ausgabe von Feedback-Signalen basierend auf dem mindestens einen ermittelten MerkmalOutput of feedback signals based on at least one determined feature
2424
Ermitteln und Ausgeben einer Trajektorie zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen InstrumentsDetermining and outputting a trajectory to control the movement of the surgical instrument
3030
Öffnung / HornhautOpening / Cornea
3131
aufgeklappter Gewebebereichunfolded tissue area
3232
Bewegung des chirurgischen InstrumentsMovement of the surgical instrument
3333
ReißpunktTear point
3434
Fortsetzung des ReißpunktesContinuation of the tear point
3535
ReißpunktTear point
3636
erster Bereich der Trajektoriefirst area of the trajectory
3737
zweiter Bereich der Trajektoriesecond area of the trajectory
3838
Bewegungsrichtung des aufgeklappten GewebebereichsDirection of movement of the unfolded tissue area
3939
Membran / GewebeMembrane / tissue
4040
TrajektorieTrajectory
4141
TrajektorieTrajectory
4242
Bereich mit sich wiederholendem BewegungsmusterArea with repetitive movement pattern
4343
Bereich mit sich wiederholendem BewegungsmusterArea with repetitive movement pattern
4444
TrajektorieTrajectory
4545
TrajektorieTrajectory
4646
AngriffspunktPoint of attack
4747
SpitzeGreat
4848
steuerbare Bewegungsrichtungcontrollable direction of movement
4949
robotische Einrichtungrobotic device
5050
DrehpunktPivot point
5151
CystotomeCystotomes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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  • WO 2017 / 118949 A1 [0008]WO 2017 / 118949 A1 [0008]

Claims (18)

Steuervorrichtung (1) zur Steuerung der Bewegung eines chirurgischen Instruments (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) eine Sensoreinrichtung (6), eine Auswertungseinrichtung (7) und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) umfasst, wobei die Sensoreinrichtung (6) zum optischen Erfassen von Bilddaten eines Bereichs eines Gewebes (4) ausgelegt ist, die Auswertungseinrichtung (7) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Bilddaten ausgelegt ist zum Ermitteln mindestens eines Merkmals des Gewebes (4) in dem erfassten Bereich, wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument (2) und dem Gewebe (4) kennzeichnet, und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal, zur Ausgabe von Feedback-Signalen ausgelegt ist.Control device (1) for controlling the movement of a surgical instrument (2), characterized in that the control device (1) comprises a sensor device (6), an evaluation device (7) and a human-machine interface (8), wherein the sensor device (6) is designed to optically capture image data of a region of a tissue (4), the evaluation device (7) is designed to determine at least one feature of the tissue (4) in the detected region based on image data captured by means of the sensor device (6), wherein a change in the feature indicates contact between the surgical instrument (2) and the tissue (4), and the human-machine interface (8) is designed to output feedback signals based on the at least one determined feature. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (7) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Bilddaten und/oder basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal des Gewebes (4) und/oder basierend auf dem ausgegebenen Feedback-Signal zum Festlegen einer Trajektorie (32, 40, 41, 44) des chirurgischen Instruments (2) ausgelegt ist.Control device (1) according to Claim 1 , characterized in that the evaluation device (7) is designed to define a trajectory (32, 40, 41, 44) of the surgical instrument (2) based on image data acquired by means of the sensor device (6) and/or based on the at least one determined feature of the tissue (4) and/or based on the output feedback signal. Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Bilddaten und/oder basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal des Gewebes (4) und/oder basierend auf dem ausgegebenen Feedback-Signal zum Ausgeben einer Trajektorie (32, 40, 41, 44) für eine Bewegung des chirurgischen Instruments (2) ausgelegt ist, wobei die Trajektorie (32, 40, 41, 44) mindestens ein sich wiederholendes Bewegungsmuster (42, 43) umfasst, und/oder die Steuervorrichtung (1) zur Steuerung einer zumindest teilweise automatisierten Bewegung des chirurgischen Instruments (2) entlang einer festgelegten Trajektorie (32, 40, 41, 44) ausgelegt ist.Control device (1) according to Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the control device (1) is designed to output a trajectory (32, 40, 41, 44) for a movement of the surgical instrument (2) based on image data acquired by means of the sensor device (6) and/or based on the at least one determined feature of the tissue (4) and/or based on the output feedback signal, wherein the trajectory (32, 40, 41, 44) comprises at least one repeating movement pattern (42, 43), and/or the control device (1) is designed to control an at least partially automated movement of the surgical instrument (2) along a defined trajectory (32, 40, 41, 44). Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie (32, 40, 41, 44) einen stetigen Pfad entlang einer gedachten Fläche umfasst, wobei die Fläche konisch oder zylindrisch geformt ist und/oder der Pfad kreisförmige und/oder elliptische und/oder helikale und/oder parabolische und/oder hyperbolische und/oder lineare Teilbereiche aufweist.Control device (1) according to one of the Claims 2 until 3 , characterized in that the trajectory (32, 40, 41, 44) comprises a continuous path along an imaginary surface, wherein the surface is conical or cylindrical in shape and/or the path has circular and/or elliptical and/or helical and/or parabolic and/or hyperbolic and/or linear sub-regions. Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie (32, 40, 41, 44) zumindest teilweise in einer Ebene liegt, wobei sich die Ebene senkrecht zu einer lateralen Ebene und/oder senkrecht zu einer Objektebene der Sensoreinrichtung (6) erstreckt.Control device (1) according to one of the Claims 2 until 4 , characterized in that the trajectory (32, 40, 41, 44) lies at least partially in a plane, wherein the plane extends perpendicular to a lateral plane and/or perpendicular to an object plane of the sensor device (6). Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, die Sensoreinrichtung (6) mindestens eine Kamera zum gleichzeitigen Erfassen einer Vielzahl an lateral angeordneten Bildpunkten und/oder eine Scanvorrichtung zum zeitsequenziellen Erfassen lateral angeordneter Bildpunkte umfasst.Control device (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the sensor device (6) comprises at least one camera for simultaneously detecting a plurality of laterally arranged pixels and/or a scanning device for time-sequentially detecting laterally arranged pixels. Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) zur Eingabe eines lateralen Pfades der Bewegung des chirurgischen Instruments (2) ausgelegt ist.Control device (1) according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the human-machine interface (8) is designed to input a lateral path of movement of the surgical instrument (2). Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (1) zur Differenzierung zwischen verschiedenen Arten eines Kontakts zwischen dem Gewebe (4) und dem chirurgischen Instrument (2) basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal ausgelegt ist.Control device (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the control device (1) is designed to differentiate between different types of contact between the tissue (4) and the surgical instrument (2) based on the at least one determined feature. Robotische Anordnung (10), welche mindestens ein robotisch führbares chirurgisches Instrument (2) und mindestens einen robotischen Manipulator (12) mit einer Befestigungseinrichtung (11) zur Befestigung des chirurgischen Instruments (2) an dem robotischen Manipulator (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) eine Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst, welche zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments (2) mittels des robotischen Manipulators (12) ausgelegt ist.Robotic arrangement (10) comprising at least one robotically guided surgical instrument (2) and at least one robotic manipulator (12) with a fastening device (11) for fastening the surgical instrument (2) to the robotic manipulator (12), characterized in that the robotic arrangement (10) comprises a control device (1) according to one of the Claims 1 until 8 which is designed to control the movement of the surgical instrument (2) by means of the robotic manipulator (12). Robotische Anordnung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der robotische Manipulator (12) mindestens 3 Bewegungsfreiheitsgrade zur Manipulation aufweist und die Steuervorrichtung (1) zur Steuerung der Bewegung des chirurgischen Instruments (2) mittels der mindestens 3 Bewegungsfreiheitsgrade des robotischen Manipulators (12) ausgelegt ist.Robotic arrangement (10) according to Claim 9 , characterized in that the robotic manipulator (12) has at least 3 degrees of freedom of movement for manipulation and the control device (1) is designed to control the movement of the surgical instrument (2) by means of the at least 3 degrees of freedom of movement of the robotic manipulator (12). Robotische Anordnung (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) so ausgelegt ist, dass als ein Bezugspunkt für eine Bewegung des chirurgischen Instruments (2) ein Eintrittspunkt in ein bestimmtes Gewebe festgelegt oder festlegbar ist, wobei die laterale Position des chirurgischen Instruments (2) mit einer Winkelausrichtung des chirurgischen Instruments (2) oder des robotischen Manipulators (12) und die axiale Position des chirurgischen Instruments (2) mit einer Eintrittstiefe des chirurgischen Instruments (2) oder des robotischen Manipulators (12) durch den Eintrittspunkt korrespondiert.Robotic arrangement (10) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the robotic arrangement (10) is designed such that an entry point into a specific tissue is defined or can be defined as a reference point for a movement of the surgical instrument (2), wherein the lateral position of the surgical instrument (2) is correlated with an angular orientation of the surgical Instrument (2) or the robotic manipulator (12) and the axial position of the surgical instrument (2) corresponds to an entry depth of the surgical instrument (2) or the robotic manipulator (12) through the entry point. Robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) zum Unterbrechen einer Bewegung des chirurgischen Instruments (2) ausgelegt ist, falls ein Kontakt zwischen dem Gewebe (4) und dem chirurgischen Instrument (2) ermittelt wird, und/oder die robotische Anordnung (10) zum Aufrechterhalten einer axialen Bewegung des chirurgischen Instruments (2) bei einer gleichzeitigen lateralen Bewegung des chirurgischen Instruments (2) entlang eines durch einen Operateur festlegbaren lateralen Pfades ausgelegt ist.Robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 11 , characterized in that the robotic arrangement (10) is designed to interrupt a movement of the surgical instrument (2) if contact between the tissue (4) and the surgical instrument (2) is detected, and/or the robotic arrangement (10) is designed to maintain an axial movement of the surgical instrument (2) with a simultaneous lateral movement of the surgical instrument (2) along a lateral path that can be defined by a surgeon. Robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) zu einem teilautomatisierten oder vollautomatisierten Betrieb ausgelegt ist, wobei die lateralen Anteile einer Trajektorie (32, 40, 41, 44) des chirurgischen Instruments (2) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Daten steuerbar sind, wobei ein Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument (2) und dem Gewebe (4) während einer Durchführung einer Bewegung des chirurgischen Instruments (2) mit einem sich wiederholenden Bewegungsmuster (42, 43) aufrechterhalten wird.Robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 12 , characterized in that the robotic arrangement (10) is designed for partially automated or fully automated operation, wherein the lateral parts of a trajectory (32, 40, 41, 44) of the surgical instrument (2) are controllable based on data acquired by means of the sensor device (6), wherein contact between the surgical instrument (2) and the tissue (4) is maintained during execution of a movement of the surgical instrument (2) with a repeating movement pattern (42, 43). Robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das chirurgische Instrument (2) mittels der Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) bezüglich seiner lateralen Bewegung in Bezug auf das Gewebe (4) oder die Gewebeoberfläche (5) durch einen Nutzer steuerbar ist, während eine axiale oder mediale Bewegung des chirurgischen Instruments (2) in Bezug auf das Gewebe (4) oder die Gewebeoberfläche (5) automatisiert steuerbar ist, und/oder die Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) eine Planungsfunktion umfasst, mittels welcher basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten lateralen Positionsdaten ein zu behandelnder Gewebebereich festlegbar ist, und die robotische Anordnung (10) dazu ausgelegt ist, einen festgelegten chirurgischen Schritt zumindest teilautomatisiert basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Daten bezüglich eines Kontakts zwischen dem chirurgischen Instrument (2) und dem Gewebe (4) auszuführen, und/oder die Mensch-Maschine-Schnittstelle (8) zur Ausgabe von Informationen zur Assistenz ausgelegt ist.Robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 13 , characterized in that the surgical instrument (2) can be controlled by a user by means of the human-machine interface (8) with regard to its lateral movement in relation to the tissue (4) or the tissue surface (5), while an axial or medial movement of the surgical instrument (2) in relation to the tissue (4) or the tissue surface (5) can be controlled automatically, and/or the human-machine interface (8) comprises a planning function by means of which a tissue region to be treated can be defined based on lateral position data acquired by means of the sensor device (6), and the robotic arrangement (10) is designed to carry out a defined surgical step at least partially automatically based on data relating to contact between the surgical instrument (2) and the tissue (4) acquired by means of the sensor device (6), and/or the human-machine interface (8) is designed to output information for assistance. Robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) während der Ausführung einer chirurgischen Maßnahme zwischen zwei Betriebsmodi umschaltbar ist, wobei in einem ersten Betriebsmodus das chirurgische Instrument (2) und das Gewebe (4) im Kontakt sind und in einem zweiten Betriebsmodus das chirurgische Instrument (2) und das Gewebe (4) nicht im Kontakt sind.Robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 14 , characterized in that the robotic arrangement (10) can be switched between two operating modes during the execution of a surgical procedure, wherein in a first operating mode the surgical instrument (2) and the tissue (4) are in contact and in a second operating mode the surgical instrument (2) and the tissue (4) are not in contact. Robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die robotische Anordnung (10) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Gewebes (4) zu erfassen und im Falle einer erfassten Bewegung des Gewebes (4) mindestens das chirurgische Instrument (2) der erfassten Bewegung nachzuführen.Robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 15 , characterized in that the robotic arrangement (10) is designed to detect a movement of the tissue (4) and, in the event of a detected movement of the tissue (4), to guide at least the surgical instrument (2) according to the detected movement. Operationsmikroskop (13), welches eine Steuervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eine robotische Anordnung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 umfasst.Surgical microscope (13) comprising a control device (1) according to one of the Claims 1 until 8 or a robotic arrangement (10) according to one of the Claims 9 until 16 includes. Verfahren zum Steuern der Bewegung eines chirurgischen Instruments (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: - optisches Erfassen von Bilddaten (21) eines Bereichs eines Gewebes (4) mittels einer Sensoreinrichtung (6), - Ermitteln mindestens eines Merkmals (22) des Gewebes (4) in dem erfassten Bereich unter Verwendung einer Auswertungseinrichtung (7), wobei das mindestens eine Merkmal des Gewebes (4) basierend auf mittels der Sensoreinrichtung (6) erfassten Bilddaten ermittelt wird und wobei eine Veränderung des Merkmals einen Kontakt zwischen dem chirurgischen Instrument (2) und dem Gewebe (4) kennzeichnet, - Ausgeben von Feedback-Signalen (23) basierend auf dem mindestens einen ermittelten Merkmal mittels einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (8).Method for controlling the movement of a surgical instrument (2), characterized in that the method comprises the following steps: - optically capturing image data (21) of a region of a tissue (4) by means of a sensor device (6), - determining at least one feature (22) of the tissue (4) in the captured region using an evaluation device (7), wherein the at least one feature of the tissue (4) is determined based on image data captured by means of the sensor device (6) and wherein a change in the feature indicates contact between the surgical instrument (2) and the tissue (4), - outputting feedback signals (23) based on the at least one determined feature by means of a human-machine interface (8).
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