KR102017552B1

KR102017552B1 - 검출된 오작동 상태를 제어하는 수술 기구

Info

Publication number: KR102017552B1
Application number: KR1020137031913A
Authority: KR
Inventors: 케빈 두란트; 가브리엘 에프. 브리슨; 스코트 만조; 윌리엄 에이. 버뱅크
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2019-09-03
Also published as: US20170181804A1; JP6038901B2; JP2014523276A; US20120310221A1; US20160324588A1; EP2713927B1; WO2012166807A1; US11284954B2; EP2713927A1; CN107951563B; WO2012166815A1; CN107951563A; US9408668B2; KR20140037103A; US10835332B2; CN103596516A; US20120310254A1; US9615888B2; CN103596516B

Abstract

엔드 이펙터를 구비하고 있는 수술 기구를 제어하는 방법 및 시스템이 제공된다. 상기 방법은 수술 기구의 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에 위치되어 있는 것을 지시하는 제1 신호를 검출하는 단계, 및 제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되지 않은 이후에 엔드 이펙터 구성요소의 작동을 자동적으로 제어하는 단계를 포함하고 있다. 제2 신호는 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있는 것을 지시한다. 상기 시스템은 수술 기구 및 상기 방법을 실행하기 위한 컨트롤러를 포함하고 있다.

Description

검출된 오작동 상태를 제어하는 수술 기구{SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION}

본 발명은 최소 침습 및 제어 기법의 수술 기구에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 수술 기구를 제어하기 위해 수술 기구의 엔드 이펙터(end effector) 구성요소의 위치를 검출하는 것에 관한 것이다. 예컨대, 본 발명은 수술 기구의 검출된 위치에 기초하여 수술 기구의 오작동 상태를 검출하고, 오작동 상태를 수정하기 위한 제어 작동을 실행하는 것을 포함한다.

최소 침습 수술 기법은 일반적으로 건강한 조직에 대한 손상을 최소화하면서 수술 과정을 실행하는 것을 꾀한다. 몇몇의 최소 침습 수술 과정은 로롯 제어식 수술 기구의 사용을 통해 원격으로 실행된다. 로봇 제어식 수술 시스템에 있어서는, 외과의는 외과의쪽 콘솔(surgeon side console)에 위치한 입력 장치를 조작하고, 로봇 제어식 수술 기구와 인터페이스 연결된 환자쪽 콘솔(patient side console)이 외과의쪽 콘솔에서의 외과의의 입력에 기초하여 환자를 수술할 수 있다.

수동 구동되거나 로봇 구동되는 최소 침습 수술 기구는 여러 가지 수술에 사용될 수 있고, 다양한 구성을 가질 수 있다. 많은 그와 같은 수술 기구는 원격 수술 부위에 도달하기 위해 개구부(예컨대, 체벽 절개부, 자연 개구부)를 통해 삽입되도록(예컨대, 복강경식 또는 흉강경식) 구성된 긴 샤프트의 원위 단부에 장착된 수술용 엔드 이펙터를 구비한다. 몇몇의 기구에서는, 엔드 이펙터를 지지하고 길이방향 축선을 기준으로 배향(orientation)을 변경시키기 위해 기구의 샤프트 원위 단부에 관절운동 리스트 기구(articulating wrist mechanism)가 장착된다.

엔드 이펙터는 여러 가지 수술 과정들 중의 어느 하나를 실행할 수 있도록 다양한 기능을 실행하도록 구성될 수 있다. 그 예로는 소작(cauterizing), 어블레이팅(ablating), 봉합, 절단, 스테이플링(stapling) 등과 그 조합을 들 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 엔드 이펙터는 이러한 수술 과정을 실행하기 위한 여러 가지 구성요소 및/또는 구성요소들의 조합을 구비할 수 있다.

수술 과정을 실행하기 위한 엔드 이펙터의 구동은 일반적으로 수동식이거나 로봇식인 수술 기구의 근위 단부에서의 입력을 이용하여 성취되며, 다양한 기어, 레버, 풀리 등이 엔드 이펙터를 구동시키기 위한 입력을 전달하는 데 사용된다. 로봇 제어식 수술 기구의 경우에, 기구의 근위 단부에 위치하는 전달 기구는 환자쪽 콘솔(환자쪽 카트(patient side cart)라고도 함)의 로봇 암 상에 구비되는 서보 액추에이터와 인터페이스 연결된다. 서보 액추에이터는 마스터 컨트롤러를 통해 신호를 수취하고, 예컨대 전달 기구에 위치한 입력 구동장치(예컨대 회전 샤프트)에 입력을 제공하고, 이 입력을 다양한 기어, 레버, 랙 앤 피니언, 풀리 등이 최종적으로 엔드 이펙터를 구동시키도록 전달한다.

그와 같은 엔드 이펙터의 작동의 원격성을 고려하면, 경우에 따라 외과의가 수술 과정을 실행하기 위한 구동 시의 엔드 이펙터의 구성요소의 위치를 알기 어려울 수 있다. 예컨대, 경우에 따라, 엔드 이펙터 자체를 포함한 수술 기구의 일부분 및/또는 환자의 몸체의 일부분이 구동 과정 중에 임의의 구성요소를 숨길 수 있다. 또한, 엔드 이펙터 구성요소가 이미 구동된 동안에 수술 과정을 실행하고자 할 때, 엔드 이펙터 구성요소가 오작동 상태와 조우하면, 기구가 작동하는 제한된 공간 및 그로 인한 기구에 대한 제한된 접근성과 외과의로부터의 엔드 이펙터의 원격 위치로 인해 오작동 상태를 수정하기가 어려울 수 있다.

그러므로, 구동 중의 엔드 이펙터의 위치를 검출하는 기법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 엔드 이펙터가 구동된 동안 수술 과정을 성공적으로 실행하였는지 여부를 판정하기 위해 엔드 이펙터의 위치를 검출하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 수술 과정이 완료되지 않는 경우나, 수술 과정을 실행할 때 엔드 이펙터가 예상 위치에 도달하지 않는 경우에, 다양한 조치를 실행하기 위한 수술 기구의 자동 제어를 제공하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 교시는 상술한 과제들 중의 하나 이상의 해결 및/또는 상술한 바람직한 세부 특성들 중의 하나 이상의 실현을 제공할 수 있다. 다른 특성 및/또는 장점들은 이하의 설명으로부터 명백해 질 것이다.

본 발명이 교시하는 여러 예시의 실시형태들에 따라, 본 발명은 엔드 이펙터를 포함하고 있는 수술 기구를 제어하는 방법의 교시를 구상한다. 이 방법은 수술 기구의 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에 위치되어 있는 것을 지시하는 제1 신호를 검출하는 단계, 및 제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되지 않은 이후에 엔드 이펙터 구성요소의 작동을 자동적으로 제어하는 단계를 포함하고 있다. 제2 신호는 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있는 것을 지시한다.

적어도 하나의 예시의 실시형태에 따라, 본 발명은 수술 기구의 오작동 상태를 검출하기 위한 시스템을 교시하는 것을 구상한다. 이 시스템은 수술 기구 및 컨트롤러를 포함하고 있다. 수술 기구는 제1 위치와 제2 위치 사이를 이동하도록 구성된 엔드 이펙터 구성요소를 구비하고 있다. 컨트롤러는 수술 기구와 신호 통신하고 있고, 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에 위치되어 있는 것을 지시하는 제1 신호를 검출하고, 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있는 것을 지시하는 제2 신호를 검출하도록 구성되어 있다. 컨트롤러는 또한 당해 컨트롤러가 제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되지 않은 이후에 엔드 이펙터 구성요소를 제어하기 위한 제어 신호를 전달하도록 구성되어 있다.

또다른 목적 및 장점들은 이하의 설명에서 일부 설명될 것이고, 일부는 그 설명으로부터 자명할 것이며, 또는 본 명세서 및/또는 청구범위의 실시에 의해 습득될 수 있을 것이다. 이러한 목적 및 장점들 중의 적어도 몇몇은 첨부의 청구범위에서 구체적으로 지적된 요소들 및 그 조합들에 의해 실현 및 성취될 수 있을 것이다.

전술한 개략적인 설명과 이하의 상세한 설명은 모두 본 발명의 예시 및 설명만을 위한 것으로 청구되는 본 발명의 한정사항은 아니며, 청구범위가 그 균등론적 범위를 포함하여 본 발명의 전체 범위로 해석되어야 한다.

본 발명은 단독으로 설명되거나 첨부도면과 함께 설명되는 이하의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있을 것이다. 도면은 본 발명의 보다 명백한 이해를 위해 포함되었으며, 본 명세서에 편입되어 본 명세서의 일부를 구성하고 있다. 도면은 본 발명의 하나 이상의 예시의 실시형태를 도해하고 있으며, 이하의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리 및 작동을 설명하는 기능을 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 예시의 실시형태에 따른 최소 침습 수술 기구의 사시도이다.
도 2는 하나의 실시형태에 따른 도 1의 수술 기구의 일부분에 해당하는 엔드 이펙터의 사시도이다.
도 3a 및 3b는 도 2의 엔드 이펙터의 부분 사시도로서, 하나의 예시의 실시형태에 따라 각각 제1 위치와 제2 위치에 있는 절단 요소를 도시한 도면이다.
도 3c는 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 3a 및 3b의 엔드 이펙터의 절단 요소 및 절단 요소 구동 구성요소의 측면도이다.
도 4a 및 4b는 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 1의 수술 기구의 일부분에 해당하는 상부 및 바닥부 상세도이다.
도 5는 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 4의 전달 기구의 일부분의 입면도이다.
도 6은 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 4의 전달 기구의 일부분의 부분 후방 사시도이다.
도 7a 및 7b는 도 4의 전달 기구의 모터 및 섀시의 일부분과 공조하는 구동 시스템의 서로 다른 사시도이다.
도 8은 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 7a 및 7b의 구동 시스템의 기어 구성요소를 단독으로 도시한 사시도이다.
도 9a 및 9b는 도 7a 및 7b의 모터 및 구동 시스템의 입면도로서, 각각 수술 기구의 절단 요소의 구동 구성요소가 완전히 신장된 최원위(distal-most) 위치 및 완전히 후퇴된 최근위(proximal-most) 위치에 있는 상태를 도시하고 있는 도면이다.
도 10은 적어도 하나의 예시의 실시형태에 따른 로봇 제어식 수술 기구의 엔드 이펙터 구성요소의 오작동 상태를 검출하는 하나의 예시의 방법을 설명한 플로 다이어그램이다.
도 11은 적어도 하나의 예시의 실시형태에 따른 로봇 제어식 수술 기구의 엔드 이펙터 구성요소를 제어하는 예시의 방법을 설명한 플로 다이어그램이다.
도 12a는 하나의 예시의 실시형태에 따른 로봇 제어식 수술 기구를 작동시키도록 구성된 예시의 로봇 수술 시스템의 개략도이다.
도 12b는 도 12a의 로봇 수술 시스템의 모식도이다.
도 12c는 하나의 예시의 실시형태에 따른 도 12a 및 12b의 로봇 수술 시스템의 부분 개략적 상태 다이어그램이다.
도 13은 적어도 하나의 실시형태에 따른 도 4의 전달 기구의 섀시를 단독으로 도시한 사시도이다.

예시의 실시형태를 설명하는 이 항목의 설명 및 첨도 도면은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 받아들여져서는 안되며, 청구범위에 의해 본 발명의 범위가 한정된다. 다양한 기계적, 성분적, 구조적, 전기적 및 작동적 변경이 이 항목의 설명 및 균등론적 범위를 포함한 청구범위의 발명의 범위를 벗어나는 일없이 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는, 잘 알려진 구성 및 기법들은 본 발명의 설명을 불명료하게 하지 않기 위해 도시하지 않거나 자세히 설명하지 않는다. 2개 이상의 도면에서 동일한 도면부호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 또한, 하나의 실시형태와 관련하여 상세히 설명되는 요소 및 그 관련 세부 형상부는 실시가능하다면 언제든 특정적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시형태에 포함될 수도 있다. 예컨대, 하나의 요소가 하나의 실시형태와 관련하여 상세히 설명되어 있지만 제2 실시형태와 관련하여서는 설명되어 있지 않은 경우, 그 요소는 그럼에도 불구하고 제2 실시형태에 포함되어 있는 것으로 청구될 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위를 위해, 달리 지적되어 있지 않다면, 양, 퍼센티지 또는 비를 표현하는 모든 숫자 및 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 수치값은 지나치게 변경되지 않는 정도에서 모든 경우에 있어 "대략"이라는 용어에 의해 변경되는 것으로서 이해되어야 한다. 따라서, 달리 지적되어 있지 않다면, 이하의 명세서 및 첨부된 청구범위에 기술되는 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻어질 것으로 기대되는 소정의 특성값에 따라 변경될 수 있는 근사값이다. 적어도 청구항의 범위에 대한 균등론의 적용을 제한하는 것을 꾀하지 않는 것으로서, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 자릿수의 수치를 고려하여 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다.

발명의 넓은 범위를 기술하는 수치 범위 및 파라미터가 근사값일지라도, 특정 실시예에서 기술되는 수치값은 가능한 한 정확한 값으로 보고된다. 하지만, 어떤 수치값은 근본적으로 각각의 테스트 측정값들에서 발견되는 표준편차로부터 필연적으로 생기는 임의의 오차를 포함한다. 또한, 여기에 개시되는 모든 범위는 그 내에 포함되는 임의의 및 모든 부분 범위를 아우르는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용되는 것으로서, "하나의" 및 "그 하나의"와 같은 단일 형태의 표현 및 임의의 단일 사용을 나타내는 표현은 특별하고 명백히 하나의 대상으로 한정하고 있지 않은 한 복수의 대상을 포함하는 것으로 해석된다. 여기에 사용되는 것으로서, "포함하다", "구비하다" 및 이에 준하는 표현의 용어는 그것으로만 제한하는 것을 의도하지 않는 것으로, 목록 내의 항목들의 열거는 열거된 항목들에 대체될 수 있거나 추가될 수 있는 다른 유사한 항목들의 배제를 의도하지 않는다.

이제 도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 예시의 실시형태에 따른 최소 침습 수술 기구(100)가 도시되어 있다. 도 1은 최소 침습 수술 기구(100)의 사시도이며, 도 2 및 4는 수술 기구(100)가 구비할 수 있는 도 1에 도시된 대응하는 부분들의 실시형태들(이에 한정되지 않는다)의 상세도들이다. "근위(proximal)" 및 "원위(distal)"의 방향들은 여기에서 도 1에 표시된 방향들을 정의하도록 사용되고 있고, 원위는 일반적으로 동적 암을 따라 더 먼쪽 방향 즉 예컨대 수술 과정을 실행하기 위해 사용하는 수술 기구(100)를 의도한 수술에 사용함에 있어 수술 부위에 가장 가까운 방향이 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 수술 기구(100)는 일반적으로 근위 단부에 위치하는 힘/토크 구동 전달 기구(10), 전달 기구(10)에 장착되는 기구 샤프트(12), 및 샤프트(12)의 원위 단부에 배치되는 엔드 이펙터(14)를 구비하고 있다. 도 1에 도시된 예시의 실시형태에 있어서, 수술 기구(100)는 또한 엔드 이펙터(14)를 지지하고 샤프트(12)의 길이방향 축선을 기준으로 엔드 이펙터(14)의 배향을 변경시키기 위해 샤프트(12)의 원위 단부에 장착되는 선택적인 관절운동 리스트 기구(13)를 구비하고 있다.

하나의 예시의 실시형태에 있어서, 수술 기구(100)는 최소 침습 수술 로봇 시스템에 장착되어 함께 사용되도록 구성되고, 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 최소 침습 수술 로봇 시스템은 도 12a의 개략도 및 도 12b의 모식도에 도시된 바와 같이 환자쪽 콘솔(1000), 외과의쪽 콘솔(2000), 및 전자/제어 콘솔(3000)을 구비한다(도 12a 및 12b의 시스템 구성요소들은 위치를 특정한 것으로 도시된 것은 아니고, 원하는 대로 배열될 수 있으며, 환자쪽 콘솔은 환자에 대한 수술을 시행하도록 환자에 대해 배치된다는 것을 이해해야 한다). 수술 기구(100)가 사용될 수 있는 예시의 실시형태의 수술 로봇 시스템은 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 상업화된 da Vinci® Si (model no. IS3000)이며, 이에 한정되는 것은 아니다.

로봇 수술 시스템은 당업자에게 일반적으로 친숙한 여러 가지 수술 기구와 인터페이스 연결되어 그들을 제어하는 것에 의해 최소 침습 로봇 수술을 실행하는 데 사용된다. 환자쪽 콘솔(1000)은 다양한 툴을 유지하여 조작하기 위한 다양한 암을 구비하고 있다. 도 12a 및 12b에 도시된 바와 같이, 하나의 암은 엔드 이펙터(14)를 구비한 로봇 제어식 수술 기구(100)와 인터페이스 연결되어 그것을 제어하도록 구성된다. 일반적으로, 외과의쪽 콘솔(2000)은 그리핑 기구 및 푸트 페달(52)(이에 한정되지 않는다) 등을 구비한 다양한 입력 장치에 의해 외과의로부터 입력을 수취하고, 마스터 컨트롤러로서 기능하며, 이러한 마스터 컨트롤러로서의 기능에 의해, 환자쪽 콘솔(1000)이 인터페이스 연결된 수술 기구(예컨대, 기구(100))의 소정의 모션을 실행하도록 슬레이브로서 작동하여, 결과적으로 소정의 수술 과정을 실행한다. 외과의쪽 콘솔(2000)은 또한 외과의가 수술 부위의 3차원 영상을 볼 수 있게 해주는 뷰어 또는 디스플레이(2006)를 구비할 수 있다. 환자쪽 콘솔(1000)은 예컨대 엔드 이펙터를 구비한 수술 기구(예컨대, 수술 기구(100)) 및 내시경(도시 안됨)(이에 한정되는 것은 아님)을 포함하여 다양한 툴을 유지하도록 구성된 복수의 조인트 암(1002)을 구비할 수 있다. 외과의쪽 콘솔(2000)에서의 명령 입력에 기초하여, 환자쪽 콘솔(1000)은 수술 기구의 전달 기구와 인터페이스 연결되어 소정의 수술 과정을 실행하도록 수술 기구를 위치결정하고 구동시킨다. 전자/제어 콘솔(3000)은 환자쪽 콘솔(1000) 및 외과의쪽 콘솔(2000)에 대해 다양한 제어 신호를 수취하고 전달하며, 빛을 전달하고, 예컨대 외과의쪽 콘솔(2000)에 위치한 디스플레이(2006) 및/또는 전자/제어 콘솔(3000)에 결합된 디스플레이(3006)와 같은 디스플레이용 영상(예컨대, 환자쪽 콘솔(1000)에서의 내시경에 의한 영상을 처리할 수 있다. 당업자는 일반적으로 그와 같은 로봇 제어식 수술 시스템에 친숙할 것이다.

하나의 예시의 실시형태에 있어서, 전자/제어 콘솔(3000)은 모든 제어 기능들을 당해 전자/제어 콘솔(3000) 내의 하나 이상의 컨트롤러 내에 집적시킬 수 있으며, 또는 편의상 추가적인 컨트롤러가 별개의 유닛으로서 구비되어 전자/제어 콘솔(3000) 상에 지지될 수 있다(예컨대, 셸브(shelve) 내에). 후자는 예컨대 추가적인 기능을 요하는 수술 기구를 제어하기 위해 기존의 전자/제어 콘솔을 개조할 때 유용할 수 있다. 마찬가지로, 다양한 예시의 실시형태들에 있어서, 하나 이상의 입력 기구가 외과의쪽 콘솔(2000) 내에 집적될 수도 있겠지만, 다양한 다른 입력 기구들이 시스템의 사용 중에 외과의가 접근가능하지만 외과의쪽 콘솔(2000) 내에 반드시 집적되지는 않도록 별개로 추가되어 구비될 수도 있다.

따라서, 여기에 사용되는 것으로서, 용어 "전자/제어 콘솔" 및 그 변형 용어는 하나 이상의 컨트롤러(예컨대, 프로세서(50)와 같은 프로세서)가 환자쪽 콘솔(1000) 및 외과의쪽 콘솔(2000)에 대해 신호를 수취, 처리 및 전달하는 유닛 내에 집적되어 있는 콘솔을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 다양한 실시형태들에 따라, 여기에 사용되는 것으로서, 전자/제어 콘솔은 또한 예컨대 수술 기구와 직접적으로 신호 통신하여 예컨대 환자쪽 콘솔과의 신호 통신을 우회하도록 제공될 수 있는 프로세서(80)와 같은 하나 이상의 별개의 컨트롤러를 구비할 수도 있다. 이와 같이, "콘솔"은 반드시 모든 컨트롤러가 단일 유닛 내에 집적될 것을 요하지 않으며, 하나 이상의 별개의 제어 유닛을 구비할 수 있다. 그와 같은 별개의 컨트롤러는 반드시 환자쪽 콘솔과 연결된 서보 액추에이터에 의존해야만 하는 일없이 수술 기구의 작동 양태에 기능을 추가할 때 유용할 수 있다. 그와 같은 별개의 컨트롤러는 또한 제어 기능 및 전자/제어 콘솔로의 신호 처리를 증가시키는 방법으로서 기존의 로봇 수술 시스템을 개조할 때 유용할 수 있다.

유사하게, 여기에 사용되는 것으로서, "외과의쪽 콘솔"은 외과의가 환자쪽 콘솔과 인터페이스 연결된 수술 기구를 구동시키기 위해 일반적으로 전자/제어 콘솔을 통해 신호를 전달하도록 조작할 수 있는 하나 이상의 입력 장치, 및 외과의에게 피드백을 제공할 수 있는 하나 이상의 출력 장치를 구비하고 있는 콘솔을 포함한다. 하지만, 여기에 사용되는 것으로서, 반드시 다양한 다른 입력 장치들과 하나의 유닛 내에 집적될 필요는 없겠지만, 외과의쪽 콘솔은 예컨대 디스플레이(예컨대, 도 12a 및 12b의 요소(2006)로 도시된)를 구비하여 다양한 입력 및 출력 장치를 집적한 유닛을 구비할 수 있으며, 또한 전자/제어 콘솔과 신호 통신하고 있고 외과의에 의한 접근이 가능한 별개의 입력 및/또는 출력 장치(예컨대, 도 12a의 90)를 구비할 수도 있다. 하나의 예로, 입력 유닛이 곧바로 전자/제어 콘솔에 제공될 수 있고, 전자/제어 콘솔에 위치한 프로세서로 입력 신호를 제공할 수 있다. 이와 같이, "콘솔"은 반드시 모든 입력 및 출력 장치가 단일 유닛 내에 집적되는 것을 필요로 하지 않으며, 하나 이상의 별개의 입력 및/또는 출력 장치를 구비할 수 있다.

도 12c는 본 발명의 하나의 예시의 실시형태에 따른 수술 기구(100)을 제어하는 데 사용되는 원격작동식 로봇 수술 시스템의 예시의 구성요소들을 보여주고 있는 로봇 제어 시스템의 개략적 상태 다이어그램이다. 전자/제어 콘솔(3000)은 수술 기구(100) 및 엔드 이펙터(14)의 작동을 제어하는 적어도 하나의 프로세서(50)를 구비하고 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 프로세서(50)는 수술 기구 엔드 이펙터의 하나의 예시의 실시형태의 절단 블레이드의 작동을 제어할 수 있으며, 또는 선택적으로 또다른 프로세서(80)가 절단 블레이드와 직접적으로 통신하여, 환자쪽 콘솔(1000)과의 신호 통신을 우회할 수도 있다.

외과의쪽 콘솔(2000)은 하나 이상의 입력 유닛(52)(간단하게 하나만 도심) 및 예컨대 디스플레이 및 스피커와 같은 하나 이상의 출력 유닛(54, 56)을 구비할 수 있다. 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 적합한 출력 유닛으로는 디스플레이, 스피커(또는 음향을 전달할 수 있는 다른 구성요소) 및/또는 의과의가 접촉하고 있어 진동 등을 통해 촉각 피드백을 제공할 수 있는 구성요소가 포함될 수 있으며, 이들에 한정되는 것은 아니다. 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 하나 이상의 출력 유닛은 외과의쪽 콘솔(2000)의 일부가 될 수 있으며, 신호는 전자/제어 콘솔(3000)로부터 그 출력 유닛으로 전달될 수 있다.

당업자에 친숙한 바와 같이, 로봇 제어식 수술 기구(100)의 경우에, 전달 기구(10)는 환자쪽 콘솔(1000)의 암과 인터페이스 연결되도록 구성되어 있어, 서보 액추에이터에 의해 제공되는 다양한 입력을 수취하여, 그러한 입력을 다양한 기어, 풀리 및/또는 레버 등으로 이루어진 시스템을 통해 엔드 이펙터의 모션을 제어하도록 엔드 이펙터를 작동 및 구동시키기 위해 최종적으로 전달될 힘/토크로 변환시킨다. 또한, 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 수술 기구(100)는 예컨대 전달 기구(10) 내에 배치된 내장형 모터 등에 의해 다양한 구동 샤프트의 직접적인 구동을 제공하도록 전자/제어 콘솔(3000)과 직접 신호 통신할 수 있다. 물론, 전술한 바와 같이, 본 발명의 범위 내의 최소 침습 수술 기구는 수동으로 구동될 수도 있으며, 근위 단부 전달 기구가 수동으로 구동된 입력을 대신 가질 수 있다.

하지만, 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전달 기구는 본 발명의 다양한 예시의 실시형태에 따라 수동 및/또는 서보 구동 입력을 구비하는 것에 더하여 내장형 모터를 구비할 수 있다. 전달 기구 내에 내장형 모터를 사용하는 것은 예컨대 엔드 이펙터의 구성요소들의 추가적인 운동을 하게 함으로써 수술 기구의 작동에 있어서의 추가적인 기능 및 추가적인 자유도를 제공하는 비교적 저렴한 방법이 될 수 있다. 내장형 모터를 제공하는 것은 또한 기구를 작동시키기 위해 로봇 수술 시스템 내의 서보 액추에이터에 의해 요구되는 작업을 줄이는 데 유익할 수 있다.

이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 4a 및 4b는 하나의 예시의 실시형태에 따른 수술 기구의 다양한 구성요소를 구동시키기 위한 내장형 모터를 구비하고 있는, 대략 도 1에 도시된 도 4로 표시된 이점 쇄선부에 해당하는, 전달 기구(10)의 하나의 예시의 실시형태의 각각 상부 및 바닥부 사시 상세도이다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 내장형 모터를 사용하는 것은 엔드 이펙터의 구성요소를 구동시키기 위한 상대적으로 강력한 방법이다. 또한, 리밋 스위치의 사용은 구성요소가 구동될 때 구성요소의 위치를 검출하기 위한 상대적으로 강력한 방법을 제공한다. 구성요소의 위치 검출성은 예컨대 수술 과정을 실행하는 외과의에게 제공될 수 있는 유용한 정보 및/또는 수술 기구의 작동을 제어하기 위한 제어 알고리즘에 사용될 수 있는 입력으로서의 유용한 정보가 될 수 있다.

특정 용도를 찾을 수 있는 수술 기구(100)의 하나의 예시의 실시형태는 사이에 조직을 파지할 수 있고 조직을 융합(fusing)시키기 위한 전기수술 에너지를 공급하는 전극이 제공되는 가동 조(jaw) 및 융합된 조직을 절단하도록 구성된 절단 요소를 포함하고 있는 엔드 이펙터(14)를 구비한 융합 및 절단 수술 기구이다. 그와 같은 수술 기구는 샤프트 및 엔드 이펙터의 롤(롤roll)(롤 자유도); 예컨대 리스트 기구의 임의적으로 선택되는 "피치(pitch)" 및 "요(yaw)"와 같은 바람직하게는 2개의 직교 방향을 중심으로 한 관절운동(articulation)(관절운동 자유도); 조의 개방 및 폐쇄(파지(grip) 자유도); 및 엔드 이펙터에 대해 상대적인 절단 요소의 병진운동(병진운동 자유도);를 포함하는 다수의 작동 자유도(DOF)에 의존한다. 융합 및 절단 작업을 실행하도록 구성된 수술 기구의 하나의 예시의 실시형태에 대한 추가적인 설명은 2011년 2월 18일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/444,400호 및 2011년 5월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/491,719호를 우선권 주장하여 2012년 2월 17일자로 "융합 및 절단 수술 기구 및 그 방법(FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제13/399,391호가 참고될 수 있으며, 그 전체 개시내용이 여기에 참조된다.

도 2는 조직 융합 및 절단을 위해 구성된 수술 기구에 해당하는 하나의 예시의 실시형태의 엔드 이펙터(14)의 사시도이다. 도 3a 및 3b는 절단 요소를 더 잘 보여주도록 여러 가지 부품들이 제거된 상태에서의 엔드 이펙터(14)의 추가 사시도들이며, 도 3c는 엔드 이펙터의 절단 요소 및 절단 요소 구동 구성요소만을 도시한 측면도이다.

간략하게는, 엔드 이펙터(14)는 대향하는 상부 및 하부 조(16a, 16b)를 구비하고 있다. 조(16a, 16b)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이를 이동하도록 구성되어 있고, 조직을 서로 융합시키기에 충분한 전기수술 에너지(예컨대, 이극성(bipolar) 에너지)를 제공하는 전극(62)을 구비할 수 있다. 또한, 그루브(17a, 17b)(도 2에서 그루브(17a)는 숨겨져 있다)가 상부 및 하부 조(16a, 16b)의 각각의 길이를 따라 배치되어 있다. 엔드 이펙터(14)는 또한 대략 조(16a, 16b)의 그루브(17a, 17b) 내에서 근위 방향과 원위 방향으로 이동하도록 배치된 짧은 절단 블레이드(18)(도 3a-3c 참조) 형태의 절단 요소를 구비하고 있고, 이에 의해 그루브(17a, 17b)는 잘단 블레이드(18)가 조(16a, 16b)의 길이를 따라 이동할 때 절단 블레이드(18)를 위한 트랙을 형성한다.

이하에 더 상세히 진술되는 바와 같이, 절단 블레이드(18)는 엔드 이펙터(14)에 대해 원위 방향으로 그리고 근위 방향으로 병진운동한다. 절단 블레이드(18)는 당해 절단 블레이드(18)가 근위 방향으로 조(16a, 16b) 후방에 오목하게 형성된 "격납 위치(garaged position)"에 들어가 있게 되는 최근위(proximal-most) 초기 위치(도 3a 참조)와, 당해 절단 블레이드(18)가 그루브(17a, 17b)의 원위 단부에 위치되게 되는 최원위(distal-most) 완전 신장 위치(도 3b 참조) 사이를 이동한다. 초기 위치(격납 위치)에서, 절단 블레이드(18)는 대향하는 격납용 세부 형상부(19a, 19b)에 의해 보호된다(도 3a 및 3b에는 19b만 도시되어 있다). 절단 블레이드(18)는 그루브(17a, 17b)에 의해 한정된 트랙을 따라 당해 절단 블레이드(18)를 신장 및 후퇴시키도록 구동되기 위해 예컨대 도 4의 전달 기구(10)와 같은 적합한 전달 기구에 근위 단부가 부착되는 구동 구성요소(60)(하나의 예시의 실시형태에 있어 케이블이 될 수 있다)의 원위 단부에 부착된다.

본 발명의 다양한 예시의 실시형태는 절단 과정을 실행하기 위한 절단 블레이드의 병진 운동(즉, 신장 및 후퇴) 중의 절단 블레이드의 위치를 검출하는 것을 구상한다. 이하에 추가로 설명되는 바와 같이, 다양한 예시의 실시형태는 절단 블레이드의 위치를 검출하기 위한 강력한 시스템으로서 내장형 모터 및 리밋 스위치를 이용한다. 특히, 다양한 예시의 실시형태는 예컨대 절단 과정 중에 절단 블레이드가 조직 및/또는 다른 물질에 고착(sticking)되어 있는지를 판정하는 등의 절단 블레이드의 오작동 상태를 판정하기 위해 절단 브레이드의 검출된 위치를 사용할 수 있다. 판정된 오작동 상태에 기초하여, 절단 블레이드의 작동은 예컨대 절단 블레이드가 고착된 조직 및/또는 다른 물질로부터 블레이드를 해방시키려는 하나의 시도로 절단 블레이드의 구동을 변경시키는 등에 의해 오작동 상태의 수정을 용이하게 하도록 변경될 수 있다.

모터 및 리밋 스위치를 구비한 수술 기구 전달 기구

상술한 바와 같이, 하나의 예시의 실시형태에 따라, 본 발명은 기구 샤프트(12), 엔드 이펙터(14), 리스트(13) 및/또는 다른 관련 구성요소의 운동을 일으키는 복수의 구성요소를 구비하는 수술 기구 전달 기구를 구상한다. 전달 기구(10)는 당해 전달 기구(10)에 주어진 입력을 수술 기구(100)의 엔드 이펙터(14), 샤프트(12) 및/또는 리스트(13)의 모션을 일으키고 작동시키는 데 사용되는 다양한 힘/토크로 전달하는 예컨대 기어, 레버, 짐벌, 랙 앤 피티언, 풀리 등의 구동 구성요소들로 이루어진 시스템을 구비할 수 있다. 당업자는 수술 기구를 작동시키기 위해 환자쪽 콘솔의 로봇 암 상의 서보 액추에이터를 통해 제공되는 대응하는 구동 입력과 인터페이스 연결되도록 구성된 로봇 제어식 수술 기구의 근위 단부에 제공되는 다양한 형태의 전달 기구에 친숙할 것이다. 당업자는 또한 수동으로 구동되고 제어되는 최소 침습 수술 기구에 사용되는, 예컨대 노브, 버튼, 레버 트리거 등(이에 한정되지 않음)의 여러 가지 전달 기구에 친숙할 것이다.

전달 기구(10)는 수취된 구동 입력을 다 자유도 수술 기구를 만들어내는 다양한 모션들을 성취하기 위한 기구 샤프트(12), 엔드 이펙터(14), 리스트(13) 및/또는 관련 구성요소들의 운동을 일으키는 최종적인 토크 및 힘으로 전달한다. 또한, 본 발명의 하나의 양태에 따른 도시된 예시의 실시형태에 있어서, 전달 기구(10)는 예컨대 기어 및 랙 앤 피니언 기구 등을 구비하는 구동 시스템(30)을 통해 절단 블레이드 구동 구성요소(60)를 구동시키기 위해, 예컨대 로봇 수술 제어 시스템(예컨대, 도 12a 및 12b의 전자 제어 콘솔(3000))으로부터 입력 전압을 수취하는 내장형 전기 모터(22)를 구비하고 있다. 전달 기구(10)는 또한 내장형 모터(22)에 작동가능하게 결합되는 리밋 스위치(20)를 구비하고 있다. 모터(22) 및 리밋 스위치(20)는 이하에 상세히 설명되는 구동 시스템과 더불어 전달 기구(10)로부터 제거될 수도 있다.

모터(22)는 외과의쪽 콘솔(2000)에서의 입력으로 제공될 수 있는 사용자로부터의 수취된 구동 입력에 기초하여, 예컨대 도 12a 및 12b의 원격작동식 로봇 수술 시스템의 전자/제어 콘솔(3000)과의 직접적인 신호 통신을 통해, 즉 프로세서(50) 또는 프로세서(80)를 통해 제공될 수 있는 입력 전압에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 모터(22)는 절단 블레이드(18)가 도 3a 및 3b를 참조하여 전술한 바와 같이 근위 방향 및 원위 방향으로 병진운동하게 만들도록 엔드 이펙터(14)의 절단 블레이드(18)와 결합된 구동 시스템(30)에 구동력을 제공하도록 구성되어 있다. 전달 기구(10)에 모터를 부가함으로써, 수술 기구의 엔드 이펙터(14), 리스트(13) 및/또는 샤프트(12)의 다양한 다른 모션들 외에 수술 기구(100)의 추가적인 운동 자유도, 예컨대 블레이드(18)의 근위 방향 및 원위 방향의 병진운동을 허용한다. 구체적으로, 도 4a의 예시의 실시형태에 있어서, 예컨대 도 12a-12b의 로봇 수술 시스템의 환자쪽 콘솔(1000)과 연결된 서보 액추에이터에 의해 구동될 수 있는 롤 자유도, 관절운동 자유도, 및 파지 자유도에 더하여, 모터(22)의 편입은 서보 액추에이터의 추가적인 작업을 발생시키는 일없이 절단 블레이드(18)의 추가적인 운동을 가능하게 해준다. 당업자는 내장형 모터가 수동식으로 구동되거나 수동 입력 및 서보 액추에이터에 의한 입력의 모두를 구비한 전달 기구를 가지는 수술 기구와 함께 사용될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

다양한 예시의 실시형태에 있어서, 모터(22)가 예컨대 절단 블레이드(18)의 병진운동과 같이 구동되는 데 상당히 큰 크기의 동력을 요하지 않는 엔드 이펙터의 다양한 구성요소를 구동하는 데 사용될 수 있다는 것을 구상하고 있다. 결론적으로, 모터(22)는 예컨대 표준형 DC 모터와 같은 비교적 저렴한 모터일 수 있다. 비교적 저렴한 모터를 제공하는 것은 단일 사용을 위해 구성된 일회용인 수술 기구에 유익할 수 있다. 따라서, 다양한 예시의 실시형태에 따라, 내장형 모터(22)를 가진 전달 기구(10)를 구비한 전체 수술 기구(100)가 일회용일 수도 있다.

다양한 예시의 실시형태에 있어서, 모터(22)는 절단 블레이드(18)를 구동시키기 위해, 대략 1 볼트 내지 대략 10 볼트, 바람직하게는 대략 6.5 볼트 내지 대략 8 볼트 범위의 전압 입력으로 작동될 때 충분한 힘을 공급하도록 구성된 DC 모터일 수 있다. 모터(22)에 주어지는 입력 전압은 예컨대 절단 과정의 상태에 따라 절단 블레이드(18)의 작동 중에 변경될 수 있다. 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 전압은 절단 블레이드(18)를 초기 위치로부터 최원위 위치로 구동시키고 다시 복귀 구동시킬 때 더 높을 수 있으며, 절단 블레이드(18)를 절단 과정 중에 최원위 위치에 유지(hold)하는 중에는 감소될 수 있다. 이와 같은 절단 블레이드의 유지는 기계적 바운싱(bouncing)을 방지하고 절단 과정을 완료하기에 충분한 시간을 허용하는 것을 도와줄 수 있다. 이와 같은 "유지 상태(hold state)"에서, 입력 전압은 대략 1.5 V 내지 대략 4 V의 범위 내에 있을 수 있다.

도 12a-12b의 로봇 수술 시스템을 이용하는 수술에 있어서, 예컨대 사용자(예컨대, 외과의) 입력에 응답하여 절단 작업을 실행하는 등을 위해, 사용자가 외과의쪽 콘솔(2000)을 통해 입력을 제공하면, 전자/제어 콘솔(3000)은 모터(22)의 작동을 일으키기 위해 전달 기구(10)에 위치한 모터(22)에 전압을 출력한다. 외과의쪽 콘솔(2000)에서의 입력에 응답하여 전자/제어 콘솔(3000)로부터 모터(22)에 전압이 제공되면, 모터(22)는 절단 블레이드(18)가 원위 방향으로 신장하거나 근위 방향으로 후퇴하게 만들기 위해 절단 블레이드(18)에 부착된 절단 요소 구동 구성요소(60)를 작동시키도록 전달 기구 내의 구성요소들에 구동력을 제공하도록 구성되어 있다.

도 4-8의 여러 도면에 도시된 바와 같은 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 구동 시스템(30)은 모터(22)의 구동 샤프트에 직접 결합되어 함께 회전되는 웜 샤프트(32)를 구비할 수 있다. 웜 샤프트(32)는 다음으로 감속 기어 구성요소(33)(도 8에 단독으로 도시됨)의 웜 기어(34)와 맞물림되어 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 감속 기어 구성요소(33)는 한쪽 단부에 웜 기어(34)가 부착되어 있고 반대쪽 단부에 피니언 기어(36)(웜 기어(34)보다 작은 직경을 가짐)가 부착되어 있는 샤프트(35)를 구비하고 있다. 그에 따라, 웜 기어(34) 및 피니언 기어(36)는 샤프트(35)의 길이방향 축선을 중심으로 함께 회전한다. 웜 기어(34)는 전달 기구(19)의 섀시(70)의 원통형 기어 리셉터클(72)(도 13에만 도시됨) 내에 수용된다. 이제 도 7a-7b 및 도 9a-9b를 참조하면, 피니언 기어(36)는 절단 블레이드(18)용 구동 구성요소(60)가 함께 운동하도록 고정되어 있는 랙(40)과 맞물림되어 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 구동 구성요소(60)는 수술 기구(100)의 샤프트(12)의 일부를 따른 수술 기구(100)의 근위 단부에서 끝나는 케이블 또는 예컨대 하이포튜브(hypotube)와 같은 튜브형으로 신축되는 케이블일 수 있다. 피니언 기어(36)의 회전은 엔드 이펙터(14)에 대한 랙의 근위 방향 및 원위 방향 운동을 일으키고, 이는 곧 구동 구성요소(60)에 작용하는 밀기/당기기 힘을 발생시킨다. 구동 구성요소(60)는 랙(40)에 대해 회전하고, 수술 기구(100)의 샤프트와 함께 회전할 수 있다. 절단 요소 구동 구성요소(60)는 전달 기구(10)로부터 샤프트(12)의 길이를 따라, 수술 기구(100)의 리스트(13)를 통과하여(존재하는 경우), 당해 절단 요소 구동 구성요소(60)가 절단 블레이드(18)에 부착되는 곳인 엔드 이펙터(14)에서 끝나도록 경로설정되어 있다. 절단 요소 구동 구성요소(60)의 운동은 전술한 바와 같은 조(16a, 16b)의 그루브(17a, 17b)를 따른 원위 방향 및 근위 방향으로의 부착된 절단 블레이드(18)의 병진운동을 일으킨다. 도 9a는 엔드 이펙터(14)의 조(16a, 16b)에 대한 절단 블레이드(18)의 완전히 신장된 최원위 위치에 대응하는 구동 시스템(30) 및 절단 요소 구동 구성요소(60)를 도시하고 있는 한편, 도 9b는 조(16a, 16b)에 대한 절단 블레이드(18)의 완전히 후퇴된 최근위 위치에 대응하는 구동 시스템(30) 및 절단 요소 구동 구성요소(60)를 도시하고 있다.

베어링(61)이 섀시(70) 내의 랙(40)의 원위측에 제공될 수 있다(예컨대, 도 7b에 도시된 바와 같이). 예컨대, 스크루, 리스트(13)에서 굽혀지는 가요성 코일 및 원위 단부로부터 근위 단부까지 형성된 튜브를 구비하고 있고, 조(16a, 16b)를 개폐시키는 데 사용되는 리드 스크루 어셈블리(도시 안됨)가 베어링(61)에 지지되어 섀시(70)에 근접하여 위치된다. 조(16a, 16b)가 개방될 때, 베어링(61)은 리드 스크루 어셈블리가 섀시(70)의 방향으로 이동할 때의 리드 스크루 어셈블리의 축선방향 추력 하중을 지지한다. 조(16a, 16b)가 폐쇄될 때는, 스크루는 전방으로 이동하고, 베어링(61) 상에는 하중이 작용하지 않는다. 엔드 이펙터의 조의 개방 및 폐쇄를 위한 리드 스크루 어셈블리의 사용에 관한 보다 상세한 내용에 관해서는, 2011년 2월 18일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/444,400호 및 2011년 5월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/491,719호를 우선권 주장하여 2012년 2월 17일자로 "융합 및 절단 수술 기구 및 그 방법(FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT)"라는 명칭으로 출원된 미국 특허출원 제13/399,391호가 참고될 수 있으며, 그 전체 개시내용이 여기에 참조된다.

당업자는 여기에 개시된 구동 시스템(30)은 한정을 위한 것이 아닌 예시일 뿐이며, 여러 가지 다른 시스템들 중의 어느 하나가, 모터의 회전 샤프트 모션이 구동 구성요소(60)의 선형 밀기/당기기 운동으로 변환되도록 만들어, 절단 블레이드(18)의 근위 방향 및 원위 방향의 병진운동을 발생시키도록 모터(22)를 절단 요소 구동 구성요소(60)와 작동가능하게 결합시키는 데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

구동 시스템(30)은 또한 당해 구동 시스템(30)의 다양한 구성요소들을 보호하고 서로 결합시키는 섀시(70)(도 13에 단독으로 도시됨)를 구비하고 있다. 섀시(70)는 예컨대 섀시(70)와 스크루 슬롯(76)에서 섀시(70)와 결합되는 전달 기구 하우징 사이에 하나 이상의 스크루를 사용함으로써, 모터(22) 및 리밋 스위치(20)와 더불어 전체 구동 시스템(30)이 전달 기구(10)의 다양한 하우징 부품에 대해 상대적으로 손쉽게 고정 및 제거되는 것을 허용한다. 하나의 어셈블리로서의 구동 시스템(30)의 별개의 부착은 대략 ±3/32 인치까지의 수술 기구(100)의 개별 부품들의 총 공차를 수용하는 것을 허용한다.

상술한 바와 같이, 경우에 따라, 엔드 이펙터의 병진운동 구성요소의 작동 중에 그 엔드 이펙터의 병진운동 구성요소의 위치에 관한 정보를 획득하는 것이 바람직할 수 있다. 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 그와 같은 병진운동 구성요소의 위치에 관한 위치 정보를 제공하기 위해, 리밋 스위치가 엔드 이펙터의 병진운동 구성요소와 함께 사용될 수 있다. 예컨대, 특히 도 5, 6, 7b, 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 절단 블레이드(18)가 엔드 이펙터(14)의 조(16a, 16b)에 대해 병진운동할 때 절단 블레이드(18)의 위치 정보를 제공하도록, 리밋 스위치(20)가 모터(22) 및 구동 시스템(30)과 함께 사용될 수 있다.

도시된 바와 같이, 리밋 스위치(20)는 눌러질 수 있고 눌러진 상태로부터 해방될 수 있는 버튼(25)과 같은 구성요소를 구비하고 있다. 리밋 스위치(20)는 당해 리밋 스위치(20)의 예컨대 버튼(25)과 같은 구성요소가 모터(22)의 구동에 의한 입력에 기초하여 눌러지거나 해방되는 것을 허용하는 전달 기구(10)의 여러 가지 위치들 중의 어느 한 곳에 제공될 수 있다. 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 예컨대, 리밋 스위치(20)는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 구동 시스템(30)의 웜 기어(34)와 맞물림하도록 제공된다. 그와 같은 리밋 스위치의 위치와 작동은 한정을 위한 것이 아닌 예시일 뿐이며, 당업자에 명백한 것으로서 다른 구성이 절단 요소가 병진운동할 때 리밋 스위치의 구동을 일으키도록 수용될 수도 있다. 예컨대, 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 절단 요소가 병진운동할 때 랙의 선형 운동에 기초하여 랙이 직접 리밋 스위치(20)를 작동시킬 수도 있다. 랙의 선형 운동에 기초하여 리밋 스위치(20)를 작동시키는 랙에 부착된 캠이 예컨대 리밋 스위치(20)와 접촉할 수도 있다.

도 8, 9a 및 9b를 참조하면, 웜 기어(34)는 당해 웜 기어(34)의 내부 표면으로부터 약간 샤프트(35)를 따른 방향으로 형성된 플랜지(38)를 구비하고 있다. 플랜지(38)는 웜 기어(34)의 내부 표면 원주의 일부를 따라 형성되어, 2개의 단부(39)에서 끝나 있다. 노치(37)가 플랜지(38)의 2개의 단부(39) 사이에, 즉 플랜지(38)가 형성되어 있지 않은 웜 기어(34)의 내부 표면의 일부분을 따라 형성되어 있다. 구동 구성요소(60)에 부착된 절단 블레이드(18)의 초기 위치인 "격납 위치"에 대응하는 웜 기어(34)의 초기 위치에서, 리밋 스위치(20)의 버튼(25)은 플랜지(38)와 접촉함이 없이 노치(37) 내에 해방 상태로 유지되어 있다. 웜 기어(34)가 구동 구성요소(60)를 이동시키기 위해(결과적으로 절단 블레이드(18)를 조(16a, 16b)에 대해 병진운동시키기 위해) 회전하면, 버튼(25)은 플랜지(38)와 맞물림되고, 이에 의해 구동 구성요소(60)가 이동됨과 동시에 눌러진다. 플랜지(38)의 각도 범위는 절단 블레이드(18)를 그것의 초기(격납) 위치로부터 그것의 최원위 완전 신장 위치로 이동시키는 이동 거리에 대응한다. 따라서, 구동 구성요소(60)가 절단 블레이드(18)가 완전히 신장된 최원위 위치에 있는 상태에 대응하는 위치로 이동되었고, 웜 기어(34)가 거의 360도 회전했을 때, 버튼(25)은 플랜지(38)로부터 해방되어 다시 노치(37) 내로 진입하고(초기 격납 위치에서 출발한 곳과 반대편에서) 플랜지(38)와 접촉하지 않는 상태가 된다. 정지부(31)가 플랜지(38)로부터 샤프트(35)를 향해 안쪽으로 형성되어 있어, 초기 위치 및 완전 신장 위치에서 기어 리셉터클(72)의 정지부 맞물림부(74)와 당접하여, 웜 기어(34)의 회전을 정지시키고, 그에 따라 웜 기어(34)의 운동 및 그에 상응하는 구동 구성요소(60)의 운동을 제한한다. 정지부(31)가 도 8에서 노치(37)에 근접하여 도시되었지만, 당업자는 정지부(31)가 기어 리셉터클(72)의 정지부 맞물림부(74)에 대한 맞물림을 허용하는 플랜지(38) 상의 임의의 위치에 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

따라서, 버튼(25)은 해방된 눌러지지 않은 상태로부터 눌러진 상태로 그런 다음 해방된 눌러지지 않는 상태로 이동한다. 완전히 신장된 최원위 상태에 도달한 후, 모터(22)는 반대 방향으로 구동되어 절단 블레이드(18)를 후퇴시켜 그것의 격납 위치로 복귀시킬 수 있다. 그렇게 함에 있어, 블레이드(18) 및 구동 구성요소(60)가 최원위 위치로부터 최근위 격납 위치로 병진운동될 때, 웜 기어(34)의 역회전이 다시 플랜지(38)가 리밋 스위치(20) 상의 버튼(25)과 맞물리고 버튼(25)을 누르게 만든다. 다시 절단 블레이드(18)의 격납 위치에 도달했을 때, 버튼(25)은 다시 플랜지(38)와 접촉함이 없이 눌러진 상태로부터 해방된 상태로 출발하였던 곳인 노치(37) 내에 위치된다. 따라서, 플랜지(38)는 웜 기어(34)가 구동 구성요소(60)를 병진운동시키기 위해 회전함에 따라 리밋 스위치(20) 상에 제공된 버튼(25)을 누르고 해방시키는 캠과 같이 작동한다.

도 3a 및 3b를 참조하면, 절단 요소 구동 구성요소(60)는 절단 블레이드(18)를 당해 절단 블레이드(18)가 엔드 이펙터(14)로부터 후퇴되어 있는 초기(격납) 위치(도 3a)와 당해 절단 블레이드(18)가 그루브(17a, 17b)에 의해 형성된 트랙 내에서 완전히 신장되어 있는 완전 신장 위치(도 3b) 사이에서 이동시킨다. 따라서, 웜 기어(34)가 운동하여, 그루브(17a, 17b)에 의해 형성된 트랙을 따른 절단 블레이드(18)의 이동을 일으킬 때, 리밋 스위치의 버튼(25)은 눌러져 있다. 웜 기어(34)가 리밋 스위치(20)의 버튼(25)이 노치(37) 내에 수용되어 있는 초기 위치에 있거나 버튼(25)이 노치(37) 내에 수용되어 있는 완전 회전 상태(케이블(60) 및 절단 블레이드(18)의 완전 신장 위치에 대응됨)에 있을 때, 버튼(25)은 해방 상태에 있다.

그러므로, 웜 기어(34)의 회전이 절단 요소 구동 구성요소(60)의 신장 및 이에 의한 절단 블레이드(18)의 위치와 관련되어 있고, 또한 예컨대 버튼(25)과 같은 리밋 스위치 구성요소의 눌러짐과도 관련되어 있기 때문에, 절단 블레이드(18)의 위치는 예컨대 버튼(25)과 같은 리밋 스위치 구성요소의 눌러짐과 결부된다. 구체적으로, 절단 블레이드(18)가 초기 격납 위치(도 3a)로 완전히 후퇴되어 있거나 완전 작동 위치(도 3b)로 완전히 신장되어 있을 때에는, 예컨대 버튼(25)과 같은 리밋 스위치 구성요소는 노치(37) 내에 해방되어 있다. 절단 블레이드(18)가 초기 위치 또는 완전 작동 위치로부터 이동하고 있을 때, 즉 초기 위치로부터 완전 작동 위치를 행해 또는 완전 작동 위치로부터 초기 위치로 이동하고 있을 때에는, 예컨대 버튼(25)과 같은 리밋 스위치 구성요소가 눌러지게 된다. 당업자가 친숙한 바와 같이, 리밋 스위치 버튼(25)이나 리밋 스위치(20)와 관련한 변경된 다른 구성요소의 눌러짐 또는 해방은 리밋 스위치(20)의 전기 회로를 폐쇄시키거나 개방시킨다. 전기 회로를 폐쇄시키거나 개방시키면, 구동 구성요소(60) 및 절단 블레이드(18)가 초기 위치와 완전 신장 위치 사이에서 병진운동하고 있는지 또는 초기 위치나 완전 신장 위치 중의 하나에 있는지의 여부를 지시하는 전기 신호를 제공(또는 단절)한다.

수술 기구(100)가 도 12a-12b에 도시된 바와 같은 원격작동식 로봇 수술 시스템과 함께 사용되는 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 리밋 스위치(20)는 위치 정보를 전자/제어 콘솔(3000)에 제공하기 위해 전자/제어 콘솔(3000)과의 전기 신호 통신하고 있는 상태로 제공될 수 있으며, 이 경우 전자/제어 콘솔(3000)은 그 위치 정보를 수술 기구에 걸쳐 다양한 제어 작동을 실행하는 데 및/또는 외과의쪽 콘솔(2000)을 통해 외과의에게 위치 피드백 정보를 제공하는 데 사용할 수 있다.

상기에서는 리밋 스위치(20)의 버튼(25)이 절단 블레이드(18)가 초기 위치와 완전 작동 위치 사이에서 운동(병진운동)하고 있을 때 눌러지고, 절단 블레이드(18)가 초기 위치 및 완전 작동 위치에 있을 때 해방되는 것으로 기술하였지만, 당업자는 그 대신에 리밋 스위치(20)의 구성요소(예컨대, 버튼(25)과 같은)가 절단 블레이드(18)가 이동하는 동안에 해방된 눌러지지 않은 상태에 있고, 절단 블레이드(18)가 초기 위치 또는 완전 신장 위치에 있을 때 눌러진 상태에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 하지만, 모터(22)는 당해 모터(22)가 리밋 스위치(20)의 구동을 일으킬 때 비로소 속도가 상승하고, 그리하여 스위치 플런저(도시 안됨) 상의 동적(충격) 하중이 감소될 것이고, 이는 리밋 스위치(20)의 적은 마모 및 파열을 의미하기 때문에, 버튼(25)은 블레이드(18)가 초기 위치와 완전 신장 위치 사이를 병진운동하고 있을 때에 버튼(25)이 플랜지(38)를 따라 이동하고 있을 때 눌러져 있고, 그에 따라 리밋 스위치(20)가 구동 상태에 있는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 상기와 같이, 리밋 스위치의 전기 회로를 개방시키거나 폐쇄시키기 위해 리밋 스위치(20)를 트리거하는 기구는 반드시 눌림가능한 버튼일 필요는 없으며, 리밋 스위치(20)를 개방 및 폐쇄시키기 위해 제1 형태로부터 제2 형태로 이동될 수 있는 여러 가지 기구가 될 수 있을 것이다. 적합한 기구로는 예컨대 토글 기구, 슬라이딩 기구, 회전 기구(예컨대, 노브) 등이 포함될 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

상기의 설명에서는 수술 기구 엔드 이펙터의 절단 요소의 작동을 제어하고 위치를 검출하기 위해 모터 및 리밋 스위치의 사용을 기술하였지만, 당업자는 다른 수술 기구 엔드 이펙터 구성요소가 마찬가지로 제어되고 위치 검출될 수 있을 것이란 것을 이해할 것이다. 예컨대, 상기한 실시형태의 모터, 구동 시스템 및/또는 리밋 스위치는 예컨대 절단 기구 등을 가진 수술용 스테이플링 기구(이에 한정되지 않는다)를 구비한 엔드 이펙터를 제어하기 위한 여러 가지 수술 기구에 제공될 수도 있을 것이다.

검출된 오작동 상태에 대한 제어 기능을 가진 수술 기구

상술한 바와 같이, 본 발명의 양태는 또한 수술 기구 엔드 이펙터의 작동 중에 검출된 오작동 상태를 수정하는 것을 자동적으로 시도하는 제어를 수술 기구 엔드 이펙터에 대해 제공하는 것을 구상한다. 본 발명에 따른 다양한 예시의 실시형태에 있어서, 수술 기구(100)의 절단 블레이드(18)에 대한 제어는 예컨대 절단 과정 중에 블레이드(18)가 고착되는 경우에(예컨대 조직 또는 다른 물질에) 절단 블레이드(18)를 해방시키기 위한 것으로 구성된다. 이하에 더 상세히 설명되는 적어도 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 예컨대 리밋 스위치(20)에 의해 획득된 위치 정보가 절단 블레이드(18)의 오작동 상태를 검출하고 검출된 오작동 상태에 기초하여 절단 블레이드(18)의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

도 10은 본 발명의 적어도 하나의 예시의 실시형태에 따른 수술 기구의 엔드 이펙터를 제어하는 예시의 방법을 도해하고 있는 플로 다이어그램이다. 상술한 바와 같이, 적어도 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 도 10의 예시의 방법은 예컨대 2011년 2월 18일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/444,400호 및 2011년 5월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/491,719호를 우선권 주장하여 2012년 2월 17일자로 "융합 및 절단 수술 기구 및 그 방법(FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT)"라는 명칭으로 출원된, 그 전체 내용이 여기에 참조되는, 미국 특허출원 제13/399,391호에 개시되어 있는 것과 같은 융합 및 절단 수술 기구에 채용될 수 있다.

하나의 예시의 실시형태에 있어서, 이 제어 방법은 도 12a-12b에 도시된 바와 같은 원격작동식 로봇 수술 시스템에서 실행될 수 있으며, 도 10의 방법은 또한 도 4-9의 예시의 실시형태를 참조하여 상술한 바와 같은 위치 검출을 위한 모터/리밋 스위치의 사용과 더불어 설명될 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 공정 200에서, 엔드 이펙터(14)의 절단 블레이드(18)가 초기 위치와 완전 작동 위치 중의 하나로부터 병진운동하고 있다는 것을 지시하는 제1 신호가 예컨대 전자/제어 콘솔(3000)에 의해 수취된다. 상술한 바와 같이, 신호는 그것의 상태가 절단 블레이드(18)의 위치에 대응되는 리밋 스위치의 사용을 통해 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 사용자(예컨대, 외과의)가 외과의쪽 콘솔(2000)에 위치한 하나 이상의 입력 장치(52)를 통해 절단 작업을 실행하도록 수술 기구를 구동시키기 위한 입력을 제공하면, 입력 신호가 전자/제어 콘솔(3000)로 전달된다. 상술한 모터/리밋 스위치 실시형태와 관련하여, 전자/제어 콘솔(3000)은 다음으로 전달 기구(10)에 위치한 모터(22)에 전압을 제공할 수 있다. 모터(22)는 구동 시스템(30)에 구동력을 제공하고, 이는 리밋 스위치(20)의 버튼(25)이 눌러지게 만든다. 버튼(25)이 눌러져, 절단 블레이드(18)가 초기 위치 또는 예컨대 그루브(17a, 17b)에 의해 행성된 트랙 내의 절단 블레이드(18)의 완전히 신장된 최원위 위치일 수 있는 완전 작동 위치로부터 이동하고 있다는 것을 지시하면, 리밋 스위치(20)는 검출된 제1 신호를 전자/제어 콘솔(3000)에 출력한다. 리밋 스위치(20)에 의해 출력되는 신호는 리밋 스위치(20)의 회로를 폐쇄시킴으로써 생기는 전기 신호이거나 회로를 개방시킴으로써 생기는 전기 신호의 단절일 수 있다.

다양한 실시형태가 단일의 리밋 스위치(20)를 사용하지만, 2개의 리밋 스위치가 절단 블레이드(18)의 근위 위치 및 원위 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다는 것도 구상된다.

외과의쪽 콘솔(2000)의 입력 장치(52)는 푸트 페달, 그리프, 버튼, 키보드, 마우스 구성요소, 음성인식 소프트웨어와 함께 작동하도록 구성된 스피커, 조이스틱 등을 포함하는 여러 가지 입력 장치들 중의 하나 이상이 될 수 있다(이에 한정되지 않음).

당업자는 완전 작동 위치는 도 2 및 3에 도시된 그루브(17a, 17b)의 원위 단부 위치에서의 절단 블레이드(18)의 완전 신장 위치에 한정되는 것은 아니며, 웜 기어(34)의 플랜지(38)의 한쪽 단부에서의 노치(37)의 위치에 대응하는 그루브(17a, 17b)에 의해 형성된 트랙을 따른 절단 블레이드(18)의 임의의 위치일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 2개 이상의 노치(37)가 플랜지(38)의 길이를 따라, 병진운동하는 엔드 이펙터 구성요소를 사용하는 수술 시에 미리 알고 있는 것이 바람직한, 예컨대 절단 블레이드(18)와 같은 엔드 이펙터 구성요소의 소정의 위치에 대응하여 제공될 수도 있다.

공정 202에서, 전자/제어 콘솔(3000)은 절단 블레이드(18)가 초기 위치나 완전 작동 위치 중의 하나에 있다는 것을 지시하는 제2 신호가 리밋 스위치(20)로부터 수취되었는지의 여부를 판정한다. 상술한 바와 같이, 웜 기어(34)가 소정 위치까지 회전하면, 예컨대 버튼(25)과 같은 리밋 스위치 구성요소가 웜 기어(34)의 노치(37( 내에 수용되고, 이는 버튼(25)을 눌러진 상태로부터 그리고 플랜지(38)와의 접촉 상태로부터 해방시킨다. 절단 블레이드(18)의 위치를 제어하는 구동 구성요소(60)는 웜 기어(34)의 회전과 협력하여 제어되기 때문에, 버튼(25)이 노치(37) 내에 수용되어 있다면, 버튼(25)의 해방된(눌러지지 않은) 상태는 절단 블레이드(18)가 초기 위치나 제2 위치(예컨대, 완전 신장 위치)에 있다는 것을 지시한다. 버튼(25)이 해방되면, 리밋 스위치(20)는 전자/제어 콘솔(3000)에 수취되는 제2 신호를 출력한다.

공정 202에서, 전자/제어 콘솔(3000)은 제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되었는지의 여부를 판정한다. 제1 신호가 검출된 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되면, 공정 204에서, 전자/제어 콘솔(3000)은 절단 블레이드(18)의 오작동 상태를 검출하지 않는다. 전자/제어 콘솔(3000)에서 제2 신호를 수취하는 일없이, 제1 신호가 검출된 후의 소정의 기간이 경과하는 경우에는, 공정 206에서, 절단 블레이드(18)의 오작동 상태가 검출된다. 예컨대, 절단 블레이드(18)의 오작동 상태는 예컨대 블레이드(18)가 고착되어(예컨대, 조직 또는 다른 물질에) 초기 위치로 복귀할 수 없다는 것을 지시한다.

다양한 예시의 실시형태에 있어서, 상기 소정의 기간은 대략 500 ms 내지 대략 1000 ms의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 상기 소정의 기간은 절단 블레이드(18)를 초기 위치로부터 예컨대 당해 절단 블레이드(18)가 절단 과정을 실행하기 위해 완전히 신장된 위치인 완전 작동 위치까지 전진하고, 다시 초기 위치로 완전히 후퇴하기에 충분한 총 기간이 될 수 있다. 상기 소정의 기간은 예컨대 절단 블레이드(18)가 초기 위치로부터 완전 작동 위치로 이동하기 시작하여 절단이 발생하는 완전 작동 위치에 도달하기까지의 예컨대 500 ms와 완전 작동 위치로부터 초기 위치로 복귀 이동하기까지의 500 ms의 총 1000 ms가 될 수 있다. 이 경우, 수취되는 제2 신호는 절단 블레이드(18)가 초기 위치로 후퇴하였고, 따라서 리밋 스위치가 눌러진 상태(초기 위치로부터의 절단 블레이드의 병진운동 중의)로부터, 눌러지지 않은 상태(절단 블레이드의 완전 신장 위치에서의)로, 다시 눌러진 상태(완전 신장 위치로부터의 절단 블레이드의 후퇴 중의)로, 그리고 다시 눌러지지 않은 상태(절단 블레이드의 초기 위치에서의)로 이동하였다는 것을 지시하는 신호이다. 하나의 변경된 실시형태에 있어서는, 상기 소정의 기간은 절단 블레이드(18)가 초기 위치로부터 이동하기 시작하여 절단 블레이드(18)가 완전 작동 위치(예컨대, 완전 신장 위치)에 도달하기까지의 예컨대 500 ms의 기간이다. 이 경우, 수취된 제2 신호는 절단 블레이드(18)가 완전 작동 위치에 도달하였다는 것을 지시하는 신호이다. 또다른 변경예에 있어서는, 상기 소정의 기간은 절단 블레이드(18)가 완전 작동 위치로부터 이동하기 시작하여 절단 블레이드(18)가 초기 위치에 도달하기까지의 예컨대 500 ms의 기간이다. 이 경우, 수취된 제2 신호는 절단 블레이드(18)가 초기 위치로 후퇴하였다는 것을 지시하는 신호이다.

공정 208에서, 절단 블레이드(18)와 같은 엔드 이펙터 구성요소의 오작동 상태가 검출되면, 전자/제어 콘솔(3000)은 오작동 상태를 수정하려는 시도로 엔드 이펙터(14)를 자동적으로 구동시키기 위한 제어 신호를 송출하며 그리고/또는 엔드 이펙터 구성요소의 오작동 상태의 지시를 사용자에게 출력하기 위한 통지 신호가 예컨대 외과의쪽 콘솔(2000) 또는 다른 곳으로 전달된다. 통지 신호의 전달만이 이루어질 수도 있으며, 또는 통지 신호가 전달되면서 엔드 이펙터가 오작동 상태를 제거하도록 작동될 수도 있다. 절단 블레이드(18)에서 예컨대 외과의쪽 콘솔(2000)에 위치한 디스플레이(54) 및/또는 스피커(56)와 같은 하나 이상의 출력 유닛(54, 56)에 이르기까지의 오작동 상태를 검출하는 전자/제어 콘솔(3000)로부터 하나 이상의 통지 신호가 전달될 수 있다. 통지 신호는 예컨대 영상, 텍스트 및/또는 디스플레이 상의 아이콘 등과 같은 시각 피드백; 청각 피드백(예컨대, 경적, 호출음, 차임, 클릭음 등 또는 컴퓨터 생성 음성 응답 등); 촉각 피드백(예컨대, 진동); 또는 그 조합을 포함하는 여러 가지 인지가능한 피드백을 사용자(예컨대, 외과의)에게 제공할 수 있다.

공정 208에서, 통지 신호의 전달과 별개로 또는 통지 신호의 전달과 동시에, 엔드 이펙터(14)는 오작동 상태를 제거하기 위해 전자/제어 콘솔(3000)로부터의 신호에 기초하여 자동적으로 작동될 수 있다. 예컨대, 엔드 이펙터(14)의 자동적 작동 중에, 전자/제어 콘솔(3000)은 예컨대 엔드 이펙터(14)의 절단 작동을 제어하도록 구성된 페달 입력 장치와 같은 외과의쪽 콘솔(2000)으로부터의 입력에 반응하지 않을 수 있다. 하지만, 오버라이드 제어가 여전히 외과의쪽 콘솔(2000)에서 제공될 수 있다는 것을 구상하고 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 공정 208은 절단 블레이드(18)가 고착된 물질로부터 절단 블레이드(18)를 해방시키기 위해 조(16a, 16b)를 소정의 거리만큼 개방되도록 운동시키기 위해 전자/제어 콘솔(3000)로부터 환자쪽 콘솔(1000)로 신호를 송출하는 것을 포함할 수 있다. 조(16a, 16b)는 완전 개방될 수도 있으며, 또는 절단 블레이드(18)가 부착된 조직으로부터 절단 블레이드(18)를 해방시키는 데 도움을 주기 위한 한정된 각도로 개방될 수도 있다.

또다른 변경예에 있어서는, 그 대신에, 조의 개방과 동시에 또는 조의 개방에 후속하여, 절단 블레이드(18)가 고착된 물질로부터 절단 브레이드(18)를 해방시키기 위한 시도로 절단 블레이드(18)가 자동적으로 작동되어 절단 블레이드(18)에 모션이 부여될 수 있다. 이제 도 11을 참조하면, 절단 블레이드(18)가 고착된 물질로부터 절단 브레이드(18)를 해방시키기 위한 시도로 절단 블레이드(18)가 자동적으로 작동시키기 위한 하나의 예시의 방법이 도시되어 있다. 도 11의 예시의 방법에 있어서, 절단 블레이드(18)는 전후(예컨대 진동) 운동을 받을 수 있다. 도 11의 공정 300에서, 절단 블레이드(18)의 구동 구성요소(60)가 블레이드(18)의 완전 작동 위치를 향해 전진하도록 구동된다. 공정 302에서, 구동 구성요소(60)는 절단 블레이드(18)를 초기 위치를 향해 후퇴시키는 구동력을 받는다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 공정 302에서 사용되는 구동력은 공정 300에서의 힘보다 더 클 수 있다. 공정 302에서의 더 큰 구동력은 절단 요소 구동 구성요소(60)에 작용하는 구동력이 구동 구성요소(60)를 후퇴 방향으로 이동시키는 힘인 동안에 절단 블레이드(18)가 고착된 조직으로부터 절단 블레이드(18)가 해방되도록 만드는 데 바람직할 수 있다. 원위(신장) 방향의 구동력보다 더 큰 근위(후퇴) 방향의 구동력을 제공함으로써, 절단 블레이드(18)가 더 신장된 위치에 고착되는 것을 방지하는 것을 도울 수 있고, 또한, 절단 블레이드(18)가 결과적으로 매 진동시마다 초기 위치에 더 가깝게 이동할 수 있도록 근위(후퇴) 방향으로 힘을 가하는 것을 도울 수 있다.

공정 304에서 제2 신호가 수취되면, 절단 블레이드(18)는 초기 위치나 완전 작동 위치 중의 하나에 수취된 것으로, 절단 블레이드(18)가 조직으로부터 해방되었다는 것을 지시한다. 따라서, 제2 신호가 수취되면, 공정 306에서 절단 블레이드 진동이 종료된다. 공정 304에서 제2 신호가 수취되지 않으면, 공정 308에서 최대 진동 사이클 횟수가 충족될 때까지, 공정 300 및 302의 진동이 소정의 사이클 횟수 동안 실행된다. 최대 진동 사이클 횟수가 충족되었고, 절단 블레이드(18)가 여전히 고착되어 있다는 것을 지시하면, 공정 310에서 블레이드 진동 작동이 종료된다. 이 시점에서, 사용자(예컨대, 외과의)는 환자로부터 전체 수술 기구(100)를 제거하려 시도하는 것 및/또는 절단 블레이드를 고착 상태로부터 제거하려 시도하기 위한 다른 과정을 실행하는 것(예컨대, 외과의쪽 콘솔(2000)의 입력을 이용하여)이 허용된다.

절단 블레이드(18)의 진동 작동은 도 4-9를 참조하여 상술한 내장형 모터(22) 및 구동 시스템(30)을 사용하여 실행될 수 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 모터(22)는 절단 블레이드(18)를 원위 방향으로 적어도 대략 30 ms, 예컨대 대략 125 ms 동안 구동시키고, 절단 블레이드(18)를 원위 위치에 대략 100 ms 동안 유지시키고, 그런 다음 절단 블레이드(18)를 근위 방향으로 적어도 대략 30 ms, 예컨대 대략 125 ms 동안 구동시키도록 작동될 수 있다. 예컨대, 총 사이클 기간은 예컨대 대략 350 ms일 수 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 절단 블레이드(18)를 원위 방향으로 전진시키도록 구동 구성요소(60)를 구동시키기 위해 모터(22)에 인가되는 전압은 대략 2.5V 내지 대략 8V, 바람직하게는 대략 6.5V 내지 대략 8 V 범위 내에 있을 수 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 절단 블레이드(18)를 근위 방향으로 후퇴시키도록 구동 구성요소(60)를 구동시키기 위해 모터(22)에 인가되는 전압은 대략 2.5V 내지 대략 8V, 바람직하게는 대략 6.5V 내지 대략 8 V 범위 내에 있을 수 있다.

당업자는 도 10 및 11을 참조하여 상술한 공정들은 고착된 구성요소(예컨대, 절단 블레이드(18))를 해방시키기 위해 엔드 이펙터를 작동시키는 원동력을 제공하는 기구로서 전달 기구 내의 내장형 모터를 사용하는 것에 한정되지 않으며, 도 10 및 11을 참조하여 상술한 공정들이 엔드 이펙터 작동을 제어하기 위해 전달 기구에 인터페이스 연결된 서보 액추에이터와 함께 이용될 수도 있을 것임을 이해할 것이다. 또한, 도 10 및 11의 공정은 수술용 스테이플러와 같은 다른 병진운동 절단 기구를 채용한 수술 기구 및/또는 수술 과정을 실행할 때 하나의 위치로부터 또다른 위치로 운동 중에 고착되어 버릴 수 있는 다른 병진운동 기구나 다른 기구를 채용한 수술 기구를 포함하여, 여기에 상세히 설명한 특정 실시형태와 다른 구성을 가진 여러 가지 수술 기구에 대해 실행될 수도 있을 것이다. 또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 절단 요소의 오작동 상태를 검출하는 것에 한정되지 않으며, 자동적 작동을 실행하는 시간을 모니터하고, 시스템 내의 오작동을 검출하는 모니터 시간 내에서의 작동의 개시 및 작동의 종료를 검출함으로써, 여러 가지 수술 과정에 대해 실행될 수도 있을 것이다.

당업자는 상술한 엔드 이펙터 구성요소의 위치의 검출은 위치를 검출하기 위한 리밋 스위치의 사용에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 광 센서, 인코더, 홀 센서 등과 같은 여러 가지 구성요소가 오작동 상태 판정을 실행하기 위해 엔드 이펙터 구성요소의 위치를 검출하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

여기에 설명된 다양한 작동 방법을 포함한 예시의 실시형태들은 데이터의 저장, 검색, 처리 및/또는 출력 및/또는 다른 컴퓨터와의 통신을 행할 수 있는 임의의 컴퓨터(예시로 이에 한정되는 것은 아님)와 같은 연산 하드웨어(연산 장치) 및/또는 소포트웨어로 구현될 수 있다. 생성된 결과는 연산 하드웨어의 디스플레이 상에 표시될 수 있다. 본 발명의 다양한 예시의 실시형태에 따른 다양한 응답 및 신호 처리를 실시하는 알고리즘을 포함한 하나 이상의 프로그램/소프트웨어가 전자/제어 콘솔(3000)의 프로세서(50) 또는 전자/제어 콘솔(3000)과 연결된 프로세서(50)에 의해 구현될 수 있으며, 컴퓨터 판독가능 기록 및/또는 저장 매체를 포함한 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체의 예로는 자기 기록 장치, 광 디스크, 광자기 디스크 및/또는 반도체 메모리(예컨대, RAM, ROM 등)이 포함된다. 자기 기록 장치의 예로는 하드 디스크 장치(HDD), 플렉시블 디스크(FD) 및 자기 테이프(MT)가 포함된다. 광 디스크의 예로는 DVD(디지털 다기능 디스크), DVD-RAM, CD-ROM(컴팩트 디스크-리드 온리 메모리), 및 CD-R(기록가능)/RW가 포함된다.

상술한 바와 같이, 다양한 예시의 실시형태에 따른 방법 및 시스템은 수술 기구의 근위 단부에 위치한 전달 기구를 통해 구동되는 구성요소를 통한 다수의 수술 과정을 실행하도록 구성된 엔드 이펙터를 가진 수술 기구와 함께 사용될 수 있다. 하나의 예시의 실시형태에 있어서, 상술한 바와 같이, 엔드 이펙터는 예컨대 2011년 2월 18일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/444,400호 및 2011년 5월 31일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/491,719호를 우선권 주장하여 2012년 2월 17일자로 "융합 및 절단 수술 기구 및 그 방법(FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT)"라는 명칭으로 출원된, 그 전체 내용이 여기에 참조되는, 미국 특허출원 제13/399,391호에 개시되어 있는 바와 같은 융합, 파지 및 절단의 결합형 엔드 이펙터일 수 있다.

또다른 수정 및 변경된 실시형태들이 여기에 설명된 것에 비추어 자명한 것일 수 있을 것이다. 예컨대, 시스템 및 방법은 작동의 명료함을 위해 다이어그램과 설명에서 생략된 추가적인 구성요소 침 단계를 포함할 수 있을 것이다. 따라서, 여기서의 설명은 예시일 뿐으로 본 발명을 실시하는 일반적인 방식을 당업자에게 교시하는 것을 목적으로 하는 것으로 해석되어야 한다. 여기에 도시되고 설명된 다양한 실시형태는 예시로서 취급되어야 한다는 것을 이해해야 한다. 여기에 설명한 이점을 가지면서 당업자에 자명하다면, 여러 가지 요소와 재료 및 그러한 여러 가지 요소와 재료의 구성이 여기에 도시되고 설명된 것들과 대체될 수 있고, 부품들 및 공정들의 순서가 뒤집어질 수 있으며, 교시된 실시형태들의 임의의 세부 특징이 독립적으로 사용될 수도 있을 것이다. 본 명세서 및 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나는 일없이, 여기에 설명된 요소들에 있어서의 변경이 이루어질 수 있을 것이다.

여기에 기술된 특정 예시 및 실시형태는 제한을 위한 것이 아니며, 구조, 치수, 재료 및 방법에 대한 변경이 본 명세서의 범위를 벗어나는 일없이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, 다양한 양태들이 로봇 수술 시스템에 사용되는 기구와 관련하여 설명되었다. 하지만, 이러한 양태들은 핸드-헬드 기구에도 편입될 수 있을 것이다.

여기에 설명된 발명의 상세한 설명 및 실시예를 고려하면 본 발명에 따르는 다른 실시형태들도 당업자에 자명할 수 있을 것이다. 상세한 설명 및 실시예들은 예시로만 간주되고, 발명의 진정한 사상 및 범위는 후속의 청구범위에 의해 지정되는 것으로 한다.

Claims

엔드 이펙터를 구비하고 있는 수술 기구를 제어하는 방법에 있어서,
상기 수술 기구의 길이방향으로 형성된 경로로서 엔드 이펙터 구성요소의 병진 운동의 경로를 따라서 상기 수술 기구의 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에 위치되어 있는 것을 지시하는 제1 신호를 검출하는 단계; 및
제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있는 것을 지시하는 제2 신호가 수취되지 않은 이후에, 엔드 이펙터 구성요소의 작동을 자동적으로 제어하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터 구성요소의 작동을 자동적으로 제어하는 단계는 엔드 이펙터 구성요소에 진동 구동력을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터 구성요소에 진동 구동력을 전달하는 단계는 제2 방향의 진동에서보다 제1 방향의 진동에서 더 큰 방향성 구동력을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 진동의 제1 방향은 수술 기구의 근위 방향을 향한 방향이고, 상기 진동의 제2 방향은 수술 기구의 원위 방향을 향한 방향인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터 구성요소에 진동 구동력을 전달하는 단계는 소정의 진동 사이클 횟수 동안 진동 구동력을 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터 구성요소의 작동을 자동적으로 제어하는 단계는 상기 소정의 진동 사이클 횟수 동안 진동 구동력을 전달하는 단계 이후에 엔드 이펙터 구성요소를 수술 기구의 근위 방향으로 이동시키기 위한 방향성 구동력을 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 수술 기구는 대향하는 조 구성요소들을 가진 엔드 이펙터를 구비하고 있고, 상기 방법은 상기 소정의 기간 내에 상기 제2 신호가 수취되지 않은 이후에 상기 대향하는 조 구성요소들을 소정의 크기만큼 자동적으로 개방시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정의 기간 내에 상기 제2 신호가 수취되지 않은 이후에 엔드 이펙터 구성요소의 오작동 상태를 지시하는 피드백을 사용자에게 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 8 항에 있어서, 상기 피드백을 사용자에게 출력하는 단계는 시각 피드백과 청각 피드백 중의 적어도 하나를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치로부터 제2 위치로 그리고 다시 제1 위치로 이동하기 위한 총 기간인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는 데 필요한 총 기간인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제2 위치로부터 제1 위치로 이동하는 데 필요한 총 기간인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호는 엔드 이펙터 구성요소의 위치에 기초한 2개의 상태 사이에서 작동하는 리밋 스위치에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 13 항에 있어서, 리밋 스위치는 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동하고 있을 때 제1 상태에 있고, 리밋 스위치는 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있을 때 제2 상태에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
수술 기구의 오작동 상태를 검출하기 위한 시스템에 있어서,
제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 수술 기구의 길이방향을 따라서 병진운동 가능한 엔드 이펙터 구성요소를 구비한 수술 기구; 및
수술 기구와 신호 통신하고 있고, 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 사이에 위치하고 있는 것을 지시하는 제1 신호를 검출하고, 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치와 제2 위치 중의 하나에 위치하고 있는 것을 지시하는 제2 신호를 검출하도록 구성되어 있는 컨트롤러;를 포함하고 있고,
상기 컨트롤러는 또한 상기 컨트롤러가 제1 신호를 검출한 후의 소정의 기간 내에 제2 신호가 수취되지 않은 이후에, 엔드 이펙터 구성요소를 제어하기 위한 제어 신호를 전달하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 제어 신호는 엔드 이펙터 구성요소가 진동 구동력의 작용을 받게 만들도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 진동 구동력은 제2 방향의 진동에서보다 제1 방향의 진동에서 더 큰 것을 특징으로 하는 시스템.
제 17 항에 있어서, 상기 진동의 제1 방향은 수술 기구의 근위 방향이고, 상기 진동의 제2 방향은 수술 기구의 원위 방향인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 16 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 엔드 이펙터 구성요소가 소정의 사이클 횟수 동안 진동 구동력의 작용을 받게 만들도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 엔드 이펙터 구성요소가 소정의 사이클 횟수 동안 진동 구동력을 받게 만든 이후에, 엔드 이펙터 구성요소가 당해 엔드 이펙터 구성요소를 수술 기구의 근위 방향으로 이동시키기 위한 방향성 구동력을 받게 만드는 제2 제어 신호를 전달하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 컨트롤러가 오작동 상태를 검출한 이후에 엔드 이펙터 구성요소의 오작동 상태를 지시하는 피드백을 출력하도록 구성되어 있는 출력 유닛을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치로부터 제2 위치로 그리고 다시 제1 위치로 이동하기 위한 총 기간인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제1 위치로부터 제2 위치로 이동하는 데 필요한 총 기간인 것을 특징으로 하는 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 소정의 기간은 적어도 엔드 이펙터 구성요소가 제2 위치로부터 제1 위치로 이동하는 데 필요한 총 기간인 것을 특징으로 하는 시스템.