KR20120004479A - 수술 로봇의 통합적 표현 - Google Patents

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크리스토퍼 제이. 해세르
캐서린 제이. 모어
폴 더블유. 모어
데이비드 큐. 라킨
웬니 자오
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Abstract

로봇 시스템의 사용자 인터페이스 상에 디스플레이하기 위한 로봇 도구의 통합적 표현이 개시된다. 이러한 통합적 표현은 로봇에 대한 이미지 캡처 디바이스의 뷰 볼륨의 위치를 보여주기 위해 사용될 수 있다. 통합적 표현은 또한 시야를 벗어난 도구를 찾기 위해, 도구에 대한 동작 한계 범위를 디스플레이하기 위해, 로봇에 대한 정보를 원격으로 통신하기 위해, 그리고 충돌을 탐지하기 위해 사용될 수 있다.

Description

수술 로봇의 통합적 표현{SYNTHETIC REPRESENTATION OF A SURGICAL ROBOT}
로봇 수술 시스템에 의해 수행되는 미소절개수술은 주지되어 있고, 원격 또는 사람이 수술을 수행하지 않는 것이 유리한 다른 환경에서 일반적으로 사용된다. 이러한 원격 로봇 수술 시스템의 예는 공동소유의 미국특허번호 제7,155,315호에 서술된 미소절개 로봇 수술 시스템이다. 캘리포니아 써니베일의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 제조되는 다빈치®수술 시스템은 미소절개 로봇 수술 시스템의 구현의 실예이다(예컨대, 원격작동; 원격수술).
미소절개수술의 일반적인 형태는 내시경이다. 미소절개수술법에서 내시경 수술기기는 일반적으로 수술 부위를 보기 위한 내시경, 및 말단 작용기를 포함하는 수술도구를 포함한다. 전형적인 수술용 말단 작용기는, 예컨대, 클램프, 그래스퍼, 가위, 스태플러, 또는 바늘 홀더를 포함한다. 수술도구는 각각의 도구의 말단 작용기가, 예컨대, 대략 12인치 길이의 익스텐션 튜브의 끝부에서 지지된다는 것을 제외하면, 종래의 (개복) 수술에서 사용되는 것과 유사하다.
말단작용기를 조종하기 위해, 사람인 운전자, 전형적으로 수술의는 로컬 제공된 마스터 조종기를 조종하거나 명령을 내린다. 마스터 조종기로부터의 커맨드는 적절하게 변환되고, 원격-배치된 슬레이브 조종기로 전송된다. 슬레이브 조종기는 그 다음 그 운전자의 커맨드에 따라 말단작용기를 조종한다.
미소절개 로봇 수술 시스템에 힘 피드백이 포함될 수 있다. 이러한 피드백을 제공하기 위해, 원격 슬레이브 조종기는 전형적으로 마스터 조종기에 힘 정보를 제공하고, 이 힘 정보는 슬레이브 조종기에 작용하는 힘을 느끼는 지각(perception)을 수술의에게 제공하기 위해 수술의에게 힘 피드백을 제공하기 위해 사용된다. 몇몇 이러한 힘 피드백 구현에서, 햅틱 피드백은 수술도구 및 그 말단작용기 상에 조직 반작용 힘의 인공적인 느낌을 수술의에게 제공할 수 있다.
종종, 전형적으로 수술의 콘솔에 위치하는 마스터 컨트롤은 환자 위치에 있는 수술도구 중 하나를 놓기 위한 클러치 또는 다른 디바이스를 포함할 것이다. 이러한 특징은 예컨대, 2개 이상의 수술도구가 있는 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 시스템에서, 수술의는 하나의 마스터에 의해 하나의 수술도구의 컨트롤을 릴리즈하고, 그 마스터로 다른 수술도구에 대한 컨트롤을 형성한다.
수술의는 전형적으로 내시경 시야 내에 있는 수술도구의 말단 끝부 만의 이미지를 본다. 수술의는 시야를 벗어난 도구의 일부분 또는 도구 전체를 볼 수 없다. 따라서, 수술의는 둘 이상의 도구가 시야 밖에서 서로 간섭하는지 볼 수 없다. 또한, 내시경이 수술 부위에 대하여 그리고 수술의의 보디 프레임에 대하여, 다양한 위치 및 방향으로 조종될 수 있으므로, 수술의는 그 도구의 일반적인 위치에 대하여 혼동될 수 있다. 결과적으로, 수술의는 도구 간의 간섭을 피하거나, 수술도구에 대하여 하나 이상의 도구를 다시 방향조절하기 위해 마스터 조종기를 움직이는 최선의 방법을 이해할 수 없다.
아래의 설명은 본 발명의 기본적인 이해를 제공하기 위한 본 발명의 몇가지 형태 및 실시예의 간단한 설명을 제공한다. 본 설명은 본 발명의 광범위한 개요는 아니다. 본 설명은 본 발명의 주요 엘리먼트를 식별하거나, 본 발명의 범위를 결정하고자 하는 의도가 아니다. 본 설명의 목적은 아래의 더욱 상세한 설명에 대한 서문으로서 간단한 형태로 본 발명의 몇가지 형태와 실시예를 제공할 뿐이다.
하나의 실시예에서, 로봇 수술 시스템이 제공된다. 본 시스템은 환자 몸에 수술을 수행하기 위한 적어도 하나의 도구를 지지하는 연결부(linkage)를 포함하는 로봇, 디스플레이, 및 연결부에 관한 연결부 구조 데이터 및 조인트 상태 정보를 기초로 하여 연결부의 적어도 일부분의 도식적 표현을 포함하는, 로봇의 통합적 표현을 디스플레이하도록 키네매틱(kinematic) 컴포넌트와 디스플레이를 연결하는 제1 컴포넌트를 포함한다.
다른 실시예에서, 로봇 수술 시스템이 제공된다. 본 시스템은 시야를 가진 이미지 캡처 디바이스 및 환자 몸에 수술을 수행하기 위한 적어도 하나의 도구를 지지하는 연결부를 포함하는 로봇, 연결부에 관한 조인트 상태 정보를 얻기 위해 연결부에 연결된 키네매틱 컴포넌트, 제1 연결부와 상기 적어도 하나의 도구의 구조에 관한 데이터, 및 경고를 발생시키기 위해 상기 데이터 및 키네매틱 컴포넌트에 연결된 충돌 탐지 컴포넌트를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 로봇 시스템에서 도구의 위치를 제어하는 방법이 제공된다. 본 방법은 시야 내의 로봇의 연결부 또는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계, 도구 또는 연결부의 3차원 모델을 나타내는 제2 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계; 및 도구 또는 연결부의 이동을 제어하기 위해 디스플레이 상의 제1 및 제2 이미지를 참조하여 입력 디바이스를 이동시키는 단계를 포함하고, 여기서 3차원 모델의 제2 이미지는 도구 또는 연결부의 제1 이미지와 나란하다.
또 다른 실시예에서, 로봇 시스템의 도구의 일정한 범위의 동작을 제공하는 방법이 제공된다 본 방법은 도구의 위치를 나타내는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계 및 상기 도구의 동작 한계를 나타내는 제2 이미지를 제1 이미지 상에 슈퍼임포즈하는(superimpose) 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 로봇 시스템이 제공된다. 본 방법은 로봇 시스템의 도구의 위치에 대한 정보를 유지하는 단계, 및 상기 도구의 작동 한계로부터 임계 거리 내에 있는 도구의 결과로서 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 로봇 수술 시스템이 제공된다. 본 시스템은 환자 몸에 수술을 수행하기 위한 적어도 하나의 도구를 지지하는 연결부를 포함하는 로봇; 도구를 포함하는 시야를 가진 이미지 캡처 디바이스, 연결부로부터 조인트 상태 정보를 얻기 위해 로봇에 연결된 키네매틱 컴포넌트, 시야를 디스플레이하기 위해 이미지 캡처 디바이스에 연결된 디스플레이, 및 시야 내에 나타난 도구에 대한 정보를 디스플레이하기 위해 키네매틱 컴포넌트와 디스플레이를 연결하는 제1 컴포넌트를 포함하고, 상기 정보의 위치는 연결부에 관한 데이터 및 조인트 상태 정보를 기초로 한다.
또 다른 실시예에서, 로봇 시스템에서의 방법이 제공된다. 본 방법은 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계, 및 상기 도구를 포함하는 로봇의 통합적 3차원 표현을 디스플레이하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 로봇 시스템에서의 방법이 제공된다. 본 방법은 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계, 및 도구를 포함하는 로봇의 통합적 3차원 표현을 디스플레이하는 단계를 포함하고, 여기서, 제1 이미지는 로봇의 제1 부분으로 이루어지고, 통합 3차원 표현은 제1 부분보다 더 큰 로봇의 제2 부분을 포함한다.
또 다른 실시예에서, 로봇 시스템에서의 방법이 제공된다. 본 방법은 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계, 및 도구를 포함하는 로봇의 통합적 3차원 표현을 디스플레이하는 단계를 포함하고, 여기서 제1 이미지는 제1 방향으로부터 보여지는 로봇의 제1 부분으로 이루어지고, 통합적 3차원 표현은 제1 방향으로부터 보여진다.
도 1은 미소절개 원격수술 시스템을 포함하는 수술실의 탑뷰를 도시한다.
도 2는 도 1의 미소절개 원격수술 시스템을 위한 환자 카트의 전면도이다.
도 3은 도 1의 미소절개 원격수술 시스템의 컴포넌트들을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 4는 도 1의 미소절개 원격수술 시스템에서 사용하기 위한 컴퓨터에 대한 컴포넌트들을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는 마스터 컨트롤러의 측면 투시도이다.
도 6은 로봇의 통합 이미지의 화면이다.
도 7은 통합 이미지의 렌더링을 갱신하기 위한 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 8은 내시경에 대한 시야 및 내시경을 지지하는 로봇의 통합 이미지를 모두 제공하는 디스플레이에 의해 제공되는 화면이다.
도 9는 로봇의 통합 이미지의 일부분을 보여주기 위한 대안의 각도를 디스플레이하는 타일 윈도우를 도시한다.
도 10은 2개의 도구가 충돌한 시야를 도시한다.
도 11은 충돌 정보를 제공하기 위한 프로세스를 보여주는 흐름도이다.
도 12는 잃어버린 도구 복구를 위한 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 로봇의 통합 이미지를 포함하는 윈도우 타일 위에 투영된 시야를 도시한다.
도 14는 모델링 컴포넌트를 사용하여 정보를 디스플레이하는 프로세스를 나타내는 흐름도이다.
아래의 설명에서, 본 발명의 다양한 형태 및 실시예가 서술될 것이다. 설명의 목적으로, 특정한 구성 및 세부사항이 실시예의 전체적인 이해를 제공하기 위해 나열되어 있다. 그러나, 당업자들은 본 발명이 특정한 세부사항없이 실시될 수도 있음을 이해될 것이다. 또한, 주지된 피처는 서술된 실시예를 불명료하게 하지 않기 위해 본 설명에서 생략되거나 간략화될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 유사한 참조번호는 수개의 도면에 걸쳐 유사한 부분을 나타내고, 도 1은 하나의 실시예에 따라 운전자 스테이션 또는 수술의 콘솔(30)을 가진 미소절개 원격수술 시스템(20)을 도시한다. 수술의 콘솔(30)은 수술 부위의 이미지가 수술의(S)에게 디스플레이되는 뷰어(32)를 포함한다. 주지된 바와 같이, 수술의(S)가 각 손에 하나씩 2개의 마스터 컨트롤(700)(도 5)을 잡은 동안 팔을 놓을 수 있도록 (도시되지 않은) 지지대가 제공된다. 더 많은 말단작용기가 사용가능하다면, 더 많은 컨트롤이 제공될 수 있다. 그러나, 전형적으로 수술의는 한번에 2개의 컨트롤만 조종하고, 복수의 도구가 사용된다면, 수술의는 마스터 컨트롤(700)에서 하나의 도구를 해체하고, 동일한 마스터 컨트롤로 다른 도구를 잡는다. 수술의 콘솔(30)을 사용할 때, 수술의(S)는 전형적으로 수술의 콘솔 앞의 의자에 앉고, 그의 눈은 뷰어(32) 앞에 위치하고, 마스터 컨트롤(700)을 각 손에 하나씩 잡고, 그의 팔은 지지대 위에 놓을 것이다.
원격수술 시스템(20)의 환자측 카트(40)는 환자(P) 부근에 위치한다. 그 사용에 있어서, 환자측 카트(40)는 수술의를 필요로 하는 환자(P)와 근접하게 위치한다. 환자측 카트(40)는 수술과정 동안 고정식인 것이 전형적이고, 카트를 이동시키기 위한 휠 또는 바퀴를 포함한다. 수술의 콘솔(30)은 전형적으로 환자측 카트(40)로부터 멀리 떨어져 위치하고, 환자측 카트로부터 매우 먼 거리(심지어 수 마일) 만큼 떨어질 수 있지만, 전형적으로 환자측 카트와 동일한 수술실 내에서 사용될 것이다.
도 2에 더욱 상세하게 도시된 환자측 카트(40)는 전형적으로 2개 이상의 로봇 팔 어셈블리를 포함한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 환자측 카트(40)는 4개의 로봇 팔 어셈블리(42, 44, 46, 48)를 포함하지만, 더 많거나 적은 로봇 팔 어셈블리가 제공될 수도 있다. 각각의 로봇 팔 어셈블리(42, 44, 46, 48)는 수술의 콘솔(30)의 마스터 컨트롤 중 하나와 정상적으로 동작적으로 연결된다. 그러므로, 로봇 팔 어셈블리(44, 46, 48)의 조종기 부분의 움직임은 마스터 컨트롤의 조종에 의해 제어된다.
하나의 로봇 팔 어셈블리(42)는 이미지 캡처 디바이스(50), 예컨대, 내시경 등을 홀드하도록 배열된다. 내시경 또는 이미지 캡처 디바이스(50)는 길쭉한 샤프트(54)의 먼쪽 끝부에 뷰잉 끝부(56)를 포함한다. 길쭉한 샤프트(54)는 뷰잉 끝부(56)가 환자(P)의 수술 삽입 포트를 통해 삽입될 수 있게 한다. 이미지 캡처 디바이스(50)는 그 뷰잉 끝부(56)에서 캡처된 이미지를 디스플레이하기 위해 수술의 콘솔(30)의 뷰어(32)에 동장적으로 연결된다.
각각의 로봇 팔 어셈블리(44, 46, 48)는 각각 제거가능한 수술기기 또는 도구(60, 62, 64)를 지지하고 포함하는 연결장치이다. 로봇 팔 어셈블리(44, 46, 48)의 도구(60, 62, 64)는 각각 말단작용기(66, 68, 70)를 포함한다. 말단작용기(66, 68, 70)는 주지된 바와 같이, 도구의 길쭉한 샤프트의 말단 끝부에 설치된 손목부재 상에 설치된다. 도구(60, 62, 64)는 말단작용기(66, 68, 70)가 환자(P)의 수술 삽입 포트를 통해 삽입될 수 있게 하기 위해 길쭉한 샤프트를 포함한다. 도구(60, 62, 64)의 샤프트의 끝부에 대한 말단작용기(66, 68, 70)의 움직임은 수술의 콘솔(30)의 마스터 컨트롤에 의해 제어된다.
도시된 원격수술 시스템(20)은 이미지 캡처 디바이스에 연결된 장치를 구비한 비전 카트(80)를 포함한다. 다른 실시예에서, 비전 카트(80)는 원격수술 시스템(20)을 구동하기 위한 대부분의 컴퓨터 장치 또는 다른 컨트롤("코어" 데이터 처리 장치")을 포함하는 다른 장치와 결합될 수 있다. 하나의 예로서, 수술의 콘솔(30)의 마스터 컨트롤러에 의해 전송되는 신호는 비전 카트(80)로 전송될 수 있고, 그 다음 이 신호는 해석되고, 말단작용기(66, 68, 70) 및/또는 로봇 팔 어셈블리(44, 46, 48)에 대한 커맨드를 생성한다. 또한, 이미지 캡처 디바이스(50)로부터 뷰어(34)로 전송되는 비디오는 비전 카트(80)에 의해 프로세싱되거나 단순히 전달될 수 있다.
도 3은 원격수술 시스템(20)의 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 시스템은 수술의 콘솔(30), 환자측 카트(40), 및 비전 카트(80)를 포함한다. 또한, 하나의 실시예에 따라, 추가적인 컴퓨터(82) 및 디스플레이(84)가 제공된다. 이러한 컴포넌트들은 수술의 콘솔(30), 환자측 카트(40), 및/또는 비전 카트(80) 중 하나 이상에 통합될 수도 있다. 예를 들어, 컴퓨터(82)의 특징부는 비전 카트(80)에 통합될 수 있다. 또한, 디스플레이(84)의 특징부는 수술의 콘솔(30)에 통합될 수 있는데, 예컨대, 뷰어(32)에서 수술의 콘솔 또는 다른 위치에서 완전히 분리된 디스플레이에 의해 제공될 수 있다. 또한, 하나의 실시예에 따라, 컴퓨터(82)는 디스플레이(84)와 같은 디스플레이 없이 사용될 수 있는 정보를 생성할 수도 있다.
"컴퓨터"로 서술되어 있으나, 컴퓨터(82)는 본 명세서에 서술된 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 시스템 또는 임의의 다른 소프트웨어 또는 하드웨어의 컴포넌트일 수 있다. 또한, 앞서 서술된 바와 같이, 컴퓨터(82)의 기능 및 특징은 수개의 디바이스 또는 소프트웨어 컴포넌트로 나누어질 수도 있다. 그러므로, 도면에 도시된 컴퓨터(82)는 설명의 편의를 위한 것이며, 컴퓨터는 컨트롤러로 대체될 수도 있고, 그 기능은 하나 이상의 다른 컴포넌트에 의해 제공될 수도 있다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 컴퓨터(82)의 컴포넌트를 도시한다. 포지션 컴포넌트는 컴퓨터(82)에 연결되거나 포함된다. 포지션 컴포넌트는 하나의 말단작용기(66, 68, 70)와 같은, 말단작용기의 위치에 대한 정보를 제공한다. 도면에 도시된 실시예에서, 도구 추적 컴포넌트(90)는 포지션 컴포넌트를 위해 사용되고, 말단작용기(66, 68, 70)와 같은 말단작용기의 위치에 대한 정보를 제공한다. 여기서 사용된 바와 같이, "포지션"은 말단작용기의 위치 및/또는 방향 중 적어도 하나를 의미한다. 다양한 상이한 기술이 말단작용기의 위치에 대한 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있고, 이러한 기술은 도구 추적 디바이스로 간주될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 간단한 실시예에서, 포지션 컴포넌트는 말단작용기의 포지션에 대한 정보를 제공하기 위해 이미지 캡처 디바이스(50)로부터의 비디오 피드를 사용하지만, 이러한 시각적 정보를 대신하여 또는 그와 더불어, 센서 정보, 키네매틱 정보, 임의의 이들의 조합, 또는 말단작용기(66, 68, 70)의 위치 및/또는 방향을 제공할 수 있는 부가정보를 포함하는 다른 정보가 사용될 수도 있다. 도구 추적 컴포넌트(90)를 위해 사용될 수 있는 시스템의 예는 (1994년 4월 28일에 출원된) 미국특허번호 제5,950,629호, (1999년 11월 9일에 출원된) 미국특허번호 제6,468,265호, (2005년 5월 16일에 출원된) 미국특허출원 공개번호 US 2006/0258938 A1, (2006년 6월 29일에 출원된) 미국특허출원 공개번호 US 2008/0004603 A1에 개시되어 있다. 하나의 실시예에 따라, 도구 추적 컴포넌트(90)는 (2008년 12월 31일에 출원된) 공동소유의 미국특허 출원번호 제61/204,084호에 서술된 시스템 및 방법을 사용한다. 일반적으로, 포지션 컴포넌트는 말단작용기의 실제 위치 및 방향에 대한 정보를 유지한다. 이러한 정보는 그 정보가 사용가능한 시점에 따라 갱신되고, 예컨대, 비동기식 정보일 수 있다.
키네매틱 컴포넌트(92)는 일반적으로 원격수술 시스템(20)을 통해 사용가능한 정보를 사용하여 말단작용기의 포지션, 여기서 "키네매틱 포지션"을 추정하는 임의의 디바이스이다. 하나의 실시예에서, 키네매틱 컴포넌트(92)는 말단작용기까지의 링커지의 조인트 상태로부터 키네매틱 포지션 정보를 사용한다. 예컨대, 키네매틱 컴포넌트(92)는 도구(60, 62, 64) 각각에 대한 링커지에서 조인트에에 대한 인코더 신호를 기초로 말단작용기(66, 68, 70)의 데카르트 포지션을 계산하기 위해 원격수술 시스템(20)을 위한 마스터/슬레이브 아키텍처를 사용할 수 있다. 그 예로서, 키네매틱 컴포넌트는 도구의 포지션을 추정하기 위해 슬레이브 인코더(102) 및/또는 마스터 조종기 인코더를 사용할 수 있다. 하나의 실시예의 키네매틱 컴포넌트를 사용하는 시스템의 예는, 다른 것들이 사용될 수도 있지만, 미국특허번호 제7,155,315호에 서술되어 있다. 말단작용기 또는 링커지 및/또는 도구의 임의의 부분에 대한 키네매틱 포지션 정보는 광섬유 형상 감지의 사용, 링커지, 도구, 또는 말단 작용기를 따라 다양한 위치에 내장된 컴포넌트(예컨대, 전자기적 컴포넌트)의 위치 감지, 다양한 비디오 도구 추적 방법 등과 같은, 다른 방식으로 제공될 수도 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 에러 보정 컴포넌트(94)가 제공된다. 일반적으로, 에러 보정 컴포넌트는 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 도구의 위치 및/또는 방향과 비교되는 도구 추적 컴포넌트(90)에 의해 제공되는 도구의 위치 및/또는 방향 간의 차이를 계산한다. 다수의 조인트 및 이동 부로 인해, 현재의 키네매틱 측정은 정형적으로 공간 내에서 수술용 말단작용기의 위치에 대한 정확한 정보를 제공하지 못한다. 충분한 단단함 및 센싱을 가진 시스템은 이론적으로는 거의 정확한 키네매틱 정보를 제공할 수 있다. 그러나, 현재의 미소절개 로봇수술 시스템에서, 이러한 키네매틱 정보는 공간에서 획득된 때 임의의 방향으로 최대 1인치 정도까지 부정확할 수 있다. 그러므로, 하나의 실시예에서, 에러 보정 컴포넌트(94)에 의해 오프셋이 생성될 수 있다. 이러한 오프셋은 키네매틱 컴포넌트에 의해 제공된 키네매틱 정보와 도구 추적 컴포넌트에 의해 제공된 실제 위치 정보 간의 차이에 관한 정보를 제공한다. 이러한 오프셋을 사용하여, 키네매틱 정보 및 실제 위치 정보는 동일한 위치 및/또는 방향으로 레지스터링(register)될 수 있다.
하나의 실시예에 따라, 모델링 컴포넌트(108)는 환자측 카트(40)와 같은 환자측 카트의 또는 다른 부분의 통합 이미지(120)(도 6)를 생성하기 위해 제공된다. 도면에 도시된 실시예에서, 통합 이미지(120)는 환자측 카트(40)와 상이한 환자측 카트 구성이지만(3개의 팔을 가진 다빈치®시스템 모델 IS2000 환자측 카트의 설명을 위한 모델이 도시되어 있다), 환자측 카트(40)가 추가적인 로봇 팔 어셈블리 및 도구를 가진다는 점을 제외하면, 두 환자측 카트의 기본적인 컴포넌트는 동일하다.하나의 실시예에 따라, 통합 이미지(120)는 디스플레이(84) 또는 뷰어(32)에 디스플레이될 수 있다. 이 때문에, 비전 카트(80) 및/또는 컴퓨터(82)와 연관된 모델링 데이터(104)(도 3)가 제공될 수 있다. 모델링 데이터(104)는 예컨대, 환자측 카트(40) 또는 임의의 다른 부분의 이미지와 같은, 2차원(2-D) 또는 3차원(3-D) 표현일 수 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 표현은 환자측 카트(40) 또는 그 임의의 부분의 3-D 모델이고, 그러므로 환자측 카트(40) 또는 그 임의의 부분의 실제 솔리드 모델을 나타낼 수 있다. 모델링 데이터(104)는 예컨대, 환자측 카트(40)의 컴포넌트를 나타내는 CAD 데이터 또는 다른 3-D 솔리드 모델 데이터일 수 있다. 하나의 실시예에서, 3-D 모델은 환자측 카트의 움직임이 환자측 카트(40)의 통합 이미지(120)에 의해 모방될 수 있도록, 환자측 카트(40)의 각각의 조인트에서 조종가능하다. 모델링 데이터는 환자측 카트 전체를 나타낼 수도 있고, 또는 환자측 카트용 도구와 같은 카트의 임의의 부분을 나타낼 수도 있다.
조인트 위치 및 방향은, 예컨대, 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공된 키네매틱 데이터로부터 알 수 있는 것이 일반적이다. 이러한 정보를 사용하여, 환자측 카트의 각각의 컴포넌트는 수술의에게 3-D로 나타나는 환자측 카트의 이미지를 생성하기 위해 위치에서 렌더링될 수 있다. 그러므로, 하나의 실시예에서, 모델링 데이터(104)는 환자측 카트 로봇의 각각의 컴포넌트 또는 링크에 대한 각각의 정보를 포함한다.
하나의 실시예에 따라, 모델링 컴포넌트(108)는 도구 추적 컴포넌트(90) 및/또는 키네매틱 컴포넌트(92)의 컴포넌트의 위치 및/또는 방향을 지속적으로 갱신한다. 예를 들어, 키네매틱 컴포넌트(92)의 최초 상태는 환자측 카트에 대한 하나 이상의 말단작용기의 포지션을 포함하여 판정될 수 있다. 이러한 포지션은 도구 추적 컴포넌트(90)에 의해 제공되는 포지션 정보와 비교될 수 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 도구 추적 컴포넌트(90)에 의해 판정된 실제 포지션과 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 말단작용기의 추정된 포지션 간의 차이는 에러 보정 컴포넌트(94)에 의해 사용되거나 저장될 수 있는 오프셋을 야기할 수 있다. 이러한 오프셋은 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 추정된 포지션 및 방향으로 도구 추적 컴포넌트(90)에 의해 판정된 말단작용기의 포지션 및 방향을 레지스터링하기 위해 사용될 수 있다.
데이터가 도구 추적 컴포넌트(90)로부터 사용가능할 때, 말단작용기의 실제 포지션은 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 정보로 추적되고 레지스터링될 수 있다. 도구 추적 정보가 도구 추적 컴포넌트(90)로부터 사용가능하지 않을 때, 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 키네매틱 정보의 임의의 변화는 말단작용기에 의한 실제 이동의 지시라는 가정이 만들어질 수 있다. 즉, 도구 추적이 가능하지 않을 때, 말단작용기의 포지션은 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 계산된 현재 포지션과 마지막 알고 있는 포지션 사이의 좌표 포지션의 변화에 의해 정확하게 판정될 수 있다. 여기서 가정은 포지션의 변화가 도구 추적 정보 없이, 키네매틱 정보만 사용하여 정확하게 계산될 수 있다는 것이다. 이러한 가정은 키네매틱 정보가 종종 공간에서 말단작용기의 포지션을 계산하는데 정확하지 않는다 하더라도, 포지션을 알고 있고, 특히 매우 짧은 기간 동안 또는 소량의 이동에 대한 포지션의 변화를 계산하는데에는 전형적으로 정밀하기 때문에 합리적이다. 그러므로, 비동기 데이터는 도구 추적 컴포넌트(90)에 의해 제공될 수 있고, 동기 데이터는 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공될 수 있다. 이러한 정보의 조합은 환자측 카트(40)의 컴포넌트의 포지션 및 방향에 관한 데이터를 제공한다.
로봇 팔 어셈블리의 컴포넌트의 포지션은 키네매틱 컴포넌트에 의해 제공되는 조인트 상태를 사용함으로써 판정될 수 있다. 이러한 조인트 상태는 앞서 서술한 바와 같이 그 포지션을 알고 있는 말단작용기로부터 뒤쪽으로 계산된다. 또한, 환자측 카트를 위한 로봇 팔 어셈블리(122)의 조인트에 있는 슬레이브 인코더(102)가 각각의 조인트에 대한 상태 정보의 변화를 제공하므로, 로봇 팔 어셈블리의 각각의 섹션의 상대적 위치는 정확하게 추정되고 추적될 수 있다. 그러므로, 모델링 컴포넌트(108)가 로봇 팔 어셈블리의 끝부에 있는 도구(124) 또는 하나의 로봇 팔 어셈블리의 끝부에 있는 내시경(126)을 포함하는 로봇 팔 어셈블리(122)의 각각의 세그먼트의 위치와 함께, 모델링 데이터(104)를 사용하여 통합 이미지(120)를 생성하기에 충분한 정보가 모델링 컴포넌트(108)에 제공될 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 하나의 실시예에서, 환자측 카트용 통합 이미지(120)에 더불어, 내시경용 뷰 볼륨(130)이 제공된다. 뷰 볼륨(130)은 내시경(126)의 시야의 프로젝션을 나타낸다. 이러한 시야는 내시경에 의해 볼 수 있는 화면이고, 그 뷰 볼륨은 시야의 경계의 프로젝션이다. 즉, 뷰 볼륨(130)은 내시경(126)에 의해 볼 수 있는 3-D 공간을 나타낸다. 바람직하다면, 도 4에 도시된 바와 같이, 카메라 정보(132)가 모델링 컴포넌트(108)에 제공될 수 있다. 이러한 카메라 정보는 카메라에 대한 내재적 및 외재적 파라미터의 교정된 세트를 포함한다. 내재적 파라미터는, 예컨대, 광학부재의 펄스펙티브 맵핑을 모델링하는 초점 길이 및 주점(principle point)을 포함한다. 또한, 내재적 파라미터는 렌즈 왜곡을 고려할 수 있다. 외재적 파라미터는, 예컨대, 스테레오 내시경 화면 간의 상대적 위치 및 방향을 고려할 수 있다. 이해하는 바와 같이, 내시경의 줌과 같은 파라미터의 변화는 뷰 볼륨을 더 좁게 하거나 더 넓게 하는 것과 같은, 그 내시경에 대한 뷰 볼륨을 변화시킬 것이다. 또한, 내시경(126)이 이동할 때, 뷰 볼륨(130)은 그에 따라 이동할 것이다. 이러한 카메라 정보는 아래에 서술된 바와 같이, 이미지 캡처 디바이스로부터 말단작용기의 스테레오 화면 상에 슈퍼임포즈될 수 있는 3-D 스테레오 렌더링의 생성을 허용한다.
도 7은 하나의 실시예에 따른 통합 이미지(120)의 랜더링을 갱신하는 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계(401)에서 시작하여, 환자측 카트 및 그 임의의 일부분의 포지션 및 방향이 감지된다. 이러한 감지는, 예컨대, 앞서 서술한 바와 같이, 도구 추적 컴포넌트(90) 및/또는 키네매틱 컴포넌트(92)를 통해 수행될 수 있다.
단계(402)에서는, 단계(401)에서 얻은 포지션 및 방향은 모델(예컨대, 통합 이미지(120))를 생성하기 위해 사용된다. 앞서 서술한 바와 같이, 모델링 컴포넌트(108)는 모델을 생성하기 위해 모델링 데이터(104)를 사용한다. 단계(401)에서 제공된 포지션 및 방향은 통합적 모델의 포지션 및 방향을 환자측 카트의 포지션 및 방향과 매치하도록 정확하게 정렬하기 위해 사용된다.
단계(404)에서, 환자측 카트 이동의 결과로서, 정보가 수신된다. 이러한 이동은, 예컨대, 로봇 팔 어셈블리 중 하나의 이동, 내시경의 이동, 내시경의 초점 변경, 또는 말단작용기 중 하나에 의한 이동일 수 있다. 말단작용기의 이동은 예컨대, 핀처(pincher)의 닫기 또는 말단작용기의 다른 동작적 이동을 포함하는 위치 또는 방향의 변화일 수 있다.
단계(406)에서, 도구 추적 정보가 사용가능한지 여부의 판정이 내려진다. 도 4에 도시된 실시예에서, 이러한 판정은 내시경(126)의 시야(예컨대, 뷰 볼륨(130) 내에 있는 말단작용기 또는 도구의 임의의 부분의 실제 위치가 도구 추적 컴포넌트(90)를 사용하여 찾을 수 있도록 이미지가 사용가능한지 여부이다. 하나의 형태에서, 도구 추적이 사용가능하면, 단계(406)는 도구 추적 정보가 도구 및/또는 말단작용기의 포지션 및/또는 방향에 대한 정보를 갱신하기 위해 사용되는 단계(408)로 분기한다.
단계(410)에서, 키네매틱 정보는 환자측 카트용 로봇의 각각의 링커지의 조인트의 위치 및 방향에 대한 정보를 갱신하기 위해 사용된다. 단계(412)에서, 바람직하다면, 오프셋이 갱신된다. 단계(414)에서, 통합 이미지(120)의 디스플레이가 갱신되고, 프로세스는 단계(404)로 다시 분기한다.
단계(406)에서, 도구 추정 정보가 사용가능하지 않다면, 프로세스는 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 키네매틱 정보가 말단작용기의 포지션을 판정하기 위해 사용되는 단계(416)으로 분기한다. 본 프로세스는 그 다음 단계(410)로 진행하고, 그 다음 프로세스를 통해 도구 추정 정보가 이 루프에서 사용가능하지 않기 때문에 오프셋은 갱신되지 않을 것이고, 단계(412)로 스킵한다.
도 7에 도시된 방법을 사용하여, 통합 이미지(120)의 3-D 렌더링이 생성되고, 이 통합 이미지는 수술과정에 걸쳐 임의의 시점에 환자측 카트의 물리적 구성을 정확하게 나타낸다. 이러한 정보는 환자측 카트의 상태를 평가하기 위해 수술의(S) 또는 다른 사람에게 보여지고 사용될 수 있다. 아래에 서술된 바와 같이, 뷰어(34) 또는 디스플레이(82)는 내시경으로부터의 시점(point of view)과 같은 시점으로부터 또는 다른 각도 또는 거리로부터, 통합 이미지(120)를 보여줄 수 있다. 통합 이미지(120)는 뷰어(32)를 통해 환자 뷰 카트의 모든 부분의 관찰이 가능하고, 그러므로, 수술의(S)가 공간에 대하여 내시경의 시야에서 우수한 펄스펙티브를 가질 수 있게 한다. 뷰 볼륨(130)은 뷰어(32)를 볼 때 수술의(S)에 의해 보여지는 3차원 표현을 제공한다.
바람직하다면, 내시경의 시야 및 통합 이미지(120)를 모두 보여주기 위해 하나의 디스플레이가 제공된다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 뷰어(32) 또는 디스플레이(84)에 의해 제공되는 화면(200)은 내시경(126)을 위한 실제 시야 이미지(202) 및 통합 이미지(120)를 모두 제공한다. 통합 이미지(120)는 분리된 타일 윈도우(204)에 도시되어 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 타일(204)은 시야(202)와 대략적으로 동일한 크기이지만, 바람직하다면, 타일 윈도우는 시야(202) 보다 더 크거나 작을 수도 있다. 또한, 바람직하다면, 토글 또는 다른 피처가 수술의가 통합 이미지(120) 또는 시야(202)의 더 큰 프리젠테이션 사이에서 앞뒤로 스위칭할 수 있도록 제공될 수 있다. 또한, 통합 이미지(120) 및/또는 타일 윈도우(204)는, 연속적 베이시스에 따라 또는 요청에 따라 시야의 일부분 위에 부분적으로 슈퍼임포즈될 수도 있다.
통합 이미지(120) 또는 시야(202)의 더 큰 프리젠테이션 사이에서 앞뒤로 토글링하는 하나의 예로서, 마스터 조종기에 연결되는 카메라 컨트롤이 제공될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 내시경 화면을 보기 시작하고, 카메라 컨트롤 모드에서 손을 자신을 향해 당김으로써 내시경을 뒤로 당길 수 있다. 몇몇 포인트에서, 내시경은 더 이상 뒤로 당겨지지 않고, 시야는 최대 영역은 포함한다. (햅틱 디텐트(detent) 또는 다른 지시와 함께, 또는 없이) 마스터 컨트롤을 뒤로 계속 당기고 있는 것은 실제 이미지(예컨대, 시야(202)에서 캡처된 이미지)의 경계를 따라 통합 이미지(120)의 화면에 보이는 섹션을 노출시킬 수 있다. (햅틱 디텐트 또는 다른 지시와 함께, 또는 없이) 마스터 컨트롤을 더 멀리 뒤로 당기는 것은 시야(202)에서 캡쳐된 이미지가 스크린의 중심 섹션만 있는 화면을 제공할 수 있다. (햅틱 디텐트 또는 다른 지시와 함께, 또는 없이) 마스터 컨트롤을 더 멀리 뒤로 당기는 것은 전체 통합 이미지(120)를 제공할 수 있다. 마스터 컨트롤 방향을 바꾸는 것(reverse)은 이러한 리얼-투-통합 줌아웃 기능을 바꾸고 그리고 통합-투-리얼 줌인 기능을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 마스터 조종기 이동을 사용하여 카메라를 제어하는 것의 대안으로서, 줌 기능을 제어하기 위한 다른 컨트롤 입력(풋 페달, 조종기 상의 핑거 버튼, 조종기 그립의 회전 등)을 사용하기 위한 시스템이 구성될 수 있다.
도 9는 통합 이미지(120)의 일부분을 보여주기 위한 대안의 각도를 디스플레이하는 타일 위도우(208)를 도시한다. 도시된 실시예에서, 뷰 볼륨(130)은 내시경의 실제 시야로부터 약간 기울어져 있지만, 뷰 볼륨(130)의 특정 시야 각은 뷰 볼륨에 대한 도구(124)의 구성에 관련 정보를 보여준다.
통합 이미지(120)의 피처는 미소절개 원격수술 시스템(20)의 사용자에게 다른 다양한 이점을 제공한다. 이러한 이점 중 몇가지가 아래에 나열된다.
충돌 탐지
전형적으로, 미소절개 원격수술 시스템에서, 도구(124)와 같은 수술도구의 최말단부만이 임의의 시간에 내시경(126)의 시야 내에서 수술의에게 보여질 수 있다. 환자측 카트의 구성에 따라, 수술의의 시야에 보이지 않는 로봇 어셈블리의 이동부 간의 충돌이 발생할 가능성이 존재한다. 몇몇 이러한 충돌(내시경(126)의 시야 밖에 있으므로 "외부 충돌")은 도구를 리딩하는 로봇 팔 어셈블리의 연결부 사이에서 발생할 수 있고, 두 도구 사이에서 발생할 수도 있고, 또는 도구와 연결부 사이에서 발생할 수도 있다. 이러한 외부 충돌은 시야 밖에서 몸속에서 발생할 수도 있고, 또는 몸 밖에서 발생할 수도 있다. 또한, 외부 충돌은 시야 내에 있는 하나의 도구와 시야를 약간 벗어난 다른 도구 사이에서 발생할 수도 있다. 환자 몸속에서 그리고 내시경이 시야 내에서의 충돌은 "내부 충돌"이다.
하나의 실시예에 따라, 통합 이미지(120) 및/또는 모델링 컴포넌트(128)에 의해 생성된 정보는 충돌 방지를 위해 사용될 수 있다. 하나의 예로서, 뷰어(32)를 보는 수술의 또는 디스플레이(84)를 보는 다른 사람들은 실제적 충돌이나 출동에 임박하였다는 지시를 보기 위해 통합 이미지(120)를 볼 수 있다.
충돌 탐지는 충돌의 시각적 이미지보다는 많은 것을 포함할 수 있다. 로봇 연결부 및 도구의 상대적 위치에 대한 정보가 모델링 컴포넌트(128)에 의해 유지되고, 이러한 정보는 두 컴포넌트가 서로 너무 가까워졌음을 감지하면 신호를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 도구는 특정한 반지름 또는 도구 표면 밖에 완충영역을 가진 캡슐 또는 실린더와 같이 다루어질 수 있다. 도구 추적 컴포넌트로부터의 실제 위치 정보 및/또는 키네매틱 컴포넌트(92)로부터의 키네매틱 정보를 사용하여, 모델링 컴포넌트(108)는 충돌을 예측하거나 경고할 수 있다. 예를 들어, 두 도구(124)가 각각 0.5인치의 반지름을 가진다고 가정하면, 도구 중 하나에 대한 중심선이 제2 도구에 대한 중심선과 1인치 내로 근접한다면, 모델링 컴포넌트(108)는 충돌이 발생한 것으로 가정할 수 있다. 두 도구가 서로 접촉하지는 않았지만 근접한 것으로 계산된다면, 별도의 신호가 생성될 수 있다. 상기 예에 대하여, 이러한 거리는, 예컨대, 1.2인치의 도구 사이의 중심선 거리일 수 있다.
도 10은 하단에 실제 시야 이미지(250)가 두 도구(252, 254)의 충돌을 보여주는 디스플레이 타일 윈도우를 도시한다. 도 10에서의 충돌이 앞서 서술한 바와 같이 시야(250) 내에 있으나, 이러한 충돌은 시야 밖에서 또는 심지어 환자의 몸 밖에서 발생할 수도 있다. 시야 내에 있다 하더라도, 예컨대, 소작(cauterization) 연기, 혈액, 또는 조직에 의해 가려질 수 있기 때문에, 도구(252, 254)를 반드시 볼 수 있는 것은 아니다. 도 10에서, 내부 충돌은 시야(250) 내에서 보여지지만, 모델링 컴포넌트(108)에 의해 탐지된다.
도 10의 상단은 통합 이미지(120)를 나타내는 디스플레이 타일 윈도우(260)이다. 도 10에 도시된 실시예에서, 타일 윈도우(260)는 시야(250)와 동일한 시점으로부터 얻어지지만, 앞서 서술된 바와 같이 상이한 시점이 제공될 수도 있다. 또한, 앞서 서술된 바와 같이, 외부 충돌은 물론 내부 충돌도 탐지될 수 있다.
도 11은 하나의 실시예에 따른 충돌 정보를 제공하는 예시적인 프로세스를 보여주는 흐름도이다. 본 프로세스는 단계(1100)에서 시작한다. 단계(1102)에서, 통합 이미지(120)와 같은 모델이 생성된다. 이러한 생성 프로세스는 도 7을 참조하여 서술되어 있다. 단계(1104)에서, 환자측 카트용 로봇이 이동된다. 단계(1105)에서, 로봇 팔 어셈블리(122)의 연결부 및/또는 도구의 근접도가 계산된다. 단계(1106)에서, 그 근접도가 최대 임계값 내에 있는지 여부의 판정이 내려진다. 최대 임계값은 충돌 경고가 주어지는 도구 또는 연결부 사이의 간격을 나타낸다. 예를 들어, 앞서 서술한 바와 같이, 두 도구가 0.5인치의 반지름을 가진다고 가정하면, 최대 임계값은 1.2인치의 중심선 간격일 수 있다. 환자측 카트의 컴포넌트가 최대 임계값 내에 있지 않다면, 단계(1106)는 단계(1104)로 분기하고, 로봇은 계속 이동한다.
환자측 카트의 두 컴포넌트가 최대 임계값 내에 있다면, 단계(1106)는 경고가 발생되는 단계(1108)로 분기한다. 이러한 경고는 청각적 경고, (예컨대, 뷰어(32) 또는 디스플레이(84) 상에 제공되는) 시각적 경고, 또는 충돌 근접의 다른 적합한 지시일 수 있다. 시각적이라면, 그 경고는 예컨대, 시야(250) 내에 나타날 수 있다(도 10). 도 10에 도시된 실시예에서, 단어 "내부 충돌 에러"가 도시되고, 실제 충돌을 나타낸다. 대안으로서, 경고 메시지에 대하여, 도구가 너무 근접했음을 나타내는 메시지가 제공될 수 있다. 또한, 통합 이미지(120)의 화면에 대하여, 도구(124)의 색상이 금속 색상에서 경고를 위해 황색으로 변하는 것과 같이, 경고를 제공하기 위해 변할 수 있다.
수술의는 단계(1108)에서 경고가 발생된 후 로봇을 재정렬하도록 선출할수도 있고, 하지 않을 수도 있다. 어떠한 경우이든, 본 프로세스는 로봇을 다시 이동시키는 단계(1110)으로 진행한다. 단계(1112)에서, 로봇이 최소 임계값 내에 있는지 여부의 판정이 내려진다. 하나의 실시예에서, 최소 임계값은 충돌이 가정된 중심선 거리와 같은 거리를 나타낸다. 최소 임계값이 충족되지 않는다면, 본 프로세스는 단계(1104)로 다시 분기하고, 계속 루핑하여, 환자측 카트의 컴포넌트가 단계(1106)에서 최대 임계값 밖으로 이동되지 않는다면 경고 메시지를 계속 발생시킨다.
컴포넌트가 최소 임계값 내에 있다면, 단계(1112)에서 충돌 경고 또는 메시지와 같은, 충돌 정보가 발생되는 단계(1114)로 분기한다. 하나의 예로서, 도 10에서, 충돌 에러 경고가 시야(250) 내에 제공되어 있다. (실제 충돌 경고 및 충돌 임박 경고는 모두 동일한 지시를 사용할 수도 있고, 다른 지시를 사용할 수도 있다.) 유사한 충돌 에러 경고가 타일 윈도우(260)에 제공될 수 있고, 도구(124)는 충돌 에러를 나타내기 위해, 적색과 같이, 색상을 변경할 수 있다. 본 프로세스는 그 다음 단계(1104)로 다시 루프한다.
앞서 언급한 바와 같이, 충돌 탐지를 위해, 컴포넌트들은 뷰어(32)의 시야 내에 있을 필요는 없다. 그러므로, 환자측 카트의 컴포넌트가 부적절하게 정렬되어 있고, 충돌이 임박했거나 실제로 충돌했을 때, 시각적 형태 또는 경고 또는 에러 메시지 형태의 정보가 제공될 수 있다. 이러한 경고는 사용자가 로봇 수술에 친숙하지 않고, 도구 또는 로봇 팔 어셈블리를 서툰 방향으로 놓을 수 있는 경우에 특히 유용할 수 있다. 뷰어(32)를 보는 사람은 두 로봇 조종기 사이의 충돌 임박 또는 실제 충돌을 판정하기 위해 상이한 통합 화면 각도 및 로봇의 거리를 선택할 수 있다. 운전자가 충돌 지점을 본 후, 운전자는 실제 충돌 또는 충돌 임박 상태를 수정하고 추가적인 충돌을 피하도록 (수동적으로 "설정되는" 부분이든 또는 능동적으로 제어되는 조종기 부분이든) 하나 이상의 로봇의 키네매틱 팔을 조절할 수 있다. 하나의 형태에서, 운전자가 내시경의 시야에 대응하는 통합 화면을 보고 있다면, 통합 화면은 충돌 경고 또는 실제 충돌이 발생한 충돌 지점을 보여주기 위해 자동적으로 변경될 수 있다.
하나의 실시예에서, (예컨대, 펄스펙티브 이미징으로부터, 또는 조직 구조 위치를 레지스터링하는 다른 적합한 방법에 의한) 환자 및/또는 환자의 조직 구조의 일부분의 위치는 시스템에 제공될 수 있고, 레지스터링된 환자 위치 데이터는 로봇과 환자 또는 환자 몸속의 지정된 조직 구조 사이의 실제적 충돌 또는 잠재적 충돌을 탐지하고, 경고하고, 디스플레이하기 위한 것일 수 있다. 충돌은 앞서 서술한 바와 같이 탐지될 수 있다.
또한, 하나의 실시예에서, 충돌 상태를 줄이거나 보정하는데 도움을 주기 위해 시각적, 청각적, 또는 다른 지시자가 제공될 수 있다. 예를 들어, 앞서 서술된 경고 상황에 대하여, 수술의가 충돌을 피하는 것을 돕기 위해 수술의에게 정보가 제공될 수 있다. 예를 들어, 시각적 지시자는 충돌이 발생하는 이동 방향에 대한 정보를 제공하거나, 또는 충돌을 피하고 수정하기 위해 수술의가 취해야 하는 이동 방향을 나타낼 수 있다.
잃어버린 도구 찾기
미소절개수술에서, 기기들이 내시경 카메라의 뷰 볼륨 밖에 위치할 가능성이 존재한다. 이러한 가능성은 기기를 화면 안으로 다시 가져오도록 내시경을 어떻게 이동시키는지 또는 내시경의 시야 내로 기기를 어떻게 이동시키는지 수술의가 반드시 알 수 없기 때문에, 도구를 사실상 잃어버리는 경우를 야기할 수 있다. 또한, 이러한 상황은 수술의가 보이지 않는 기기를 이동시킬 수 있으므로, 환자 안전을 위협할 수 있다.
통합 이미지(120)는 각각의 도구(124)의 위치의 정확한 서술과 함께, 내시경의 뷰 볼륨(130)의 넓은 화면을 수술의에게 보여줌으로써 이러한 문제에 대한 해결책을 제공한다. 이러한 넓은 화면 및 도구 서술은 다양한 시점으로부터 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 이러한 넓은 화면 및 도구 서술은 내시경 시야와 동일한 시점 또는 방향으로부터 제공된다. 이러한 방향으로 넓은 화면을 제공함으로써, 수술의는 도구가 뷰 볼륨(130) 내로 들어오도록 도구를 적절한 포지션으로 이동시킴과 동시에, 실제 내시경 이미지를 볼 때 통상적으로 경험하는 직관적인 도구 제어 이동을 유지할 수 있을 것이다. 대안으로서, 뷰 볼륨(130)은 수술의가 내시경(126)이 보고 있는 것과 상이한 펄스펙티브를 가지기 위해 다른 각도로부터 보여질 수 있다. 예컨대, 도 8 및 9는 통합 이미지(120)에 대하여 보여질 수 있는 화면의, 상이한 각도 및 면에서 얻어진, 3개의 상이한 화면을 도시한다. 도 8의 아래 부분은 실제 이미지를 도시하지만, 통합 이미지(120)는 동일한 방향에서 제공될 수 있고, 통합 도구가 실제 도구의 비디오 피드를 대신하여 도시된 것을 제외하면 유사하다. 시야에 의해 형성된 화면은 도 8의 아래부분에 도시되어 있고, (더 많은 환자측 카트를 보여주기 위해 밖으로 줌된) 통합 이미지의 전면에서 취해진 화면은 도 8의 윗부분에 도시되어 있다. 내시경의 시야의 방향에서 약간 뒷쪽으로 그리고 위쪽에서 취해지고, 뷰 볼륨(130)을 보여주기 위해 밖으로 줌된 화면은 도 9에 도시되어 있다. 이러한 약간씩 다른 화면은 도구(124)가 뷰 볼륨(130)에 대하여 존재하는 위치의 우수한 펄스펙티브를 제공한다. 수술의는 도 9에 도시된 바와 같이, 시야와 일치하는 화면과 시야에서 막 벗어난 화면 사이에서 토글할 수 있다. 이 때문에, 통합 이미지(120)의 상이한 화면 사이에서 수술의가 토글할 수 있도록 컨트롤러 또는 다른 디바이스가 제공될 수 있다. 대안으로서, 개별적인 컨트롤러 또는 마스터 컨트롤러는 통합 이미지(120)의 무한한 포지셔닝(예컨대, 다양한 면, 틸트, 회전, 돌리(dolly), 교환, 크레인, 줌 이미지 이동)을 허용하기 위해 사용될 수 있다.
도 12는 하나의 실시예에 따른 잃어버린 도구를 찾는 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 본 프로세스는 단계(1200)에서 시작한다. 단계(1202)에서, 통합 이미지(120)는 앞서 서술한 바와 같이 생성된다. 단계(1204)에서, 환자측 카트 또는 로봇이 이동된다.
단계(1206)에서, 하나 이상의 도구가 시야를 벗어났는지 여부의 판정이 내려진다. 벗어나지 않았다면, 본 프로세스는 단계(1204)로 다시 루프한다. 하나 이상의 도구가 시야를 벗어났다면, 본 프로세스는 통합 이미지가 보여지는 단계(1208)로 진행할 수 있다. 이러한 통합 이미지는 자동적으로 보여질 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있고, 통합 이미지 디스플레이는 수술의에 의해 선택될 수 있다. 이 때문에, 단계(1208)는 수술의 또는 다른 운전자에 의한 요청의 결과로서 수행될 수 있고, 시야를 벗어나는 도구에 의해 트리거될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 그러나, 바람직하다면, 통합 이미지는 도구의 이미지의 손실의 결과로서 자동적으로 보여질 수 있다. 이러한 하나의 실시예에서, 그러나, 수술의로부터 멀어지도록 시야를 취하는 것을 대신하여, 시야와 더불어 타일 윈도우 내의 통합 이미지를 보여주는 것이 바람직할 수 있다.
잃어버린 도구 디스플레이 옵션이 사용가능하다면, 통합 이미지(120)는 단계(1208)에서 요청되거나 제공될 수 있다. 단계(1208)에서 제공된 통합 이미지는 앞서 서술한 바와 같이 임의의 개수의 모델링된 시스템의 펄스펙티브 또는 내시경(126)의 시야와 실질적으로 동일할 수 있다. 원하는 각이 도시되지 않았다면, 수술의는 단계(1210)에서 다른 화면을 보이도록 선출할 수 있다. 수술의가 다른 화면을 볼 것을 선택하면, 단계(1210)에서 통합 이미지(120)가 예컨대 다른 화면을 보이기 위해 회전되는 단계(1212)로 분기한다. 바람직하다면, 이러한 이동의 일부로서, 통합 이미지는 수술의가 그 화면이 있는 포지션에 대하여 시작된 화면으로부터 포지션의 아이디어를 얻을 수 있도록, 공간에서 회전할 수 있다. 또한, 하나의 실시예에 따라, 수술의가 자신이 시야의 방향과 상이한 방향으로부터 뷰 볼륨(130)을 보고 있음을 이해할 수 있도록, 경고 메시지 또는 다른 지시자가 수술의에게 제공될 수 있다.
수술의가 단계(1210)에서 다른 화면을 요청하지 않는다면, 본 프로세스는 단계(1204)로 다시 루프한다.
앞서 서술한 바와 같이, 통합 이미지(120)는 뷰 볼륨(130)보다 더 크고, 뷰 볼륨을 벗어난 환자측 카트의 이미지를 제공한다. 그러므로, 내시경(126)의 시야와 동일한 시점을 따라 얻어졌다 하더라도, 수술의는 뷰 볼륨(130) 바로 밖의 도구가 보여질 수 있도록 줌아웃할 수 있다. 수술의는 그 다음 도구가 시야 내에 들어오도록 원하는 방향으로 도구 또는 내시경을 이동시킬 수 있다.
믹싱된 비디오 및 렌더링된 화면
앞서 서술한 바와 같이, 시스템이 로봇의 통합 이미지(120)를 수술의에게 보여주는 다양한 방법이 존재한다. 도 8에 대하여 서술된 제1 옵션은 시야 이미지(202) 위에 통합 화면을 보여주는 타일 윈도우(204)를 포함하고, 이 두 화면은 동시에 보여진다. 도 9에 도시된 다른 옵션은 통합 이미지(120)만 보여준다.
하나의 실시예에 따라, 비디오 이미지가 전체 환자측 카트의 통합 이미지(120)의 컨택스트 내에서 렌더링되도록, 매칭된 위치와 함께, 통합 이미지(120) 위에 내시경으로부터의 비디오 디스플레이가 슈퍼임포즈되는 제3 옵션이 제공된다. 이러한 화면은 수술의에게 환자측 카트의 컴포넌트의 상대적 위치를 제공하고, 수술의가 공간에 대하여 어디에 있는지 이해할 수 있게 한다. 이러한 화면은 또한 순수한 비디오 디스플레이와 순수한 통합 이미지(120) 사이에서 트랜지션할 때 적합하다. 이러한 트랜지션 중, 수술의는 로봇의 각각의 위치와 내시경으로부터의 비디오 이미지를 연관시킬 수 있다.
통합 이미지(120)를 포함하는 위도우 타일(306) 위에 시야(300) 내의 이미지가 투영되어 있는, 간단한 버전의 도면이 도 13에 도시되어 있다. 시야 이미지(300)는 하나의 동작을 수행하는 2개의 도구(302, 304)를 포함한다. 윈도우 타일(306)은 시야(300)에 의해 제공되는 화면을 확장하고, 도구(302, 304)의 부가적인 부분(308, 310)이 제공된다. 수술의는 환자측 카트의 다른 부분에 관한 도구의 위치에 대한 추가적인 정보를 제공하기 위해 줌인 및 줌아웃할 수 있다. 또한, 도 13에 도시된 실시예에 관하여 서술된 피처는, 예컨대, 시야(300) 내에는 없지만 윈도우 타일(306)에 있는 시야 바로 밖에 있는 잃어버린 도구를 찾기 위해 사용될 수 있다.
시각적 문제해결 지시자
하나의 실시예에 따라, 통합 이미지(120)를 대신하여 또는 부가적으로, 모델링 데이터(104)는 환자측 카트의 일부분의 시각적 표현 이외의 이미지를 투영하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도구 추적 컴포넌트(90) 및/또는 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 포지션 정보를 사용하여, 모델링 컴포넌트(108)는 통합 이미지(120)의 일부분을 다른 색상으로 디스플레이하거나, 통합 이미지의 일부분 위에 또는 통합 이미지 대신에 텍스트를 디스플레이할 수 있다. 이러한 실시예에서, 텍스트는 그 도구에 대한 주의를 집중시키기 위해 또는 다른 정보를 제공하기 위해 시야 내의 실제 도구 위에 슈퍼임포즈될 수 있다. 하나의 예로서, 도 13의 도구(304)에 대하여, 모델링 컴포넌트(108)는 도구에 대한 클램프가 닫혀 있음을 나타내기 위해 도구(304)의 비디오 이미지 위의 동일한 위치에 텍스트 메시지 "closed"(320)를 디스플레이하기 위해 사용될 수 있다. 앞서 서술한 카메라 정보는 이미지 캡처 디바이스로부터 도구(304)의 스테레오 화면 상에 슈퍼임포즈될 수 있는 3차원 스테레오 렌더링의 생성을 가능하게 한다.
도 14는 하나의 실시예에 따른 모델링 컴포넌트(108)를 사용하는 정보를 디스플레이하는 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 단계(1400)에서 시작하여, 환자측 카트의 컴포넌트의 위치, 예컨대, 도구(124)의 위치)가 판정된다. 단계(1404)에서, 원하는 정보들은 도구 위에 디스플레이된다. 예를 들어, 앞서 서술한 바와 같이, 도구 위에 단어들이 디스플레이될 수 있다. 또한, 바람직하다면, 도구 또는 다른 피처와 인접하게 또는 그 둘레에 정보가 디스플레이될 수 있다.
이해하는 바와 같이, 시야 내의 실제 도구 위에 메시지를 슈퍼임포즈하기 위해, 모델링 데이터(104)는 도구의 외부 둘레에 대한 정보를 포함하는 것만을 필요로 한다. 환자측 카트의 다른 컴포넌트는 본 실시예에서는 필요하지 않다.
커뮤니케이션 지원
통합 이미지(120)는 환자측 카트의 수술의 원격 이미지를 제공하는데 유용할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 상황에서, 환자측 카트로부터 멀리 떨어진 사람은 환자측 카트의 수술을 보고자할 수 있다. 이러한 상황에서 통합 이미지(120)는 뷰어(32) 및 원격 디스플레이(84) 모두에서 렌더링될 수 있다. 이러한 상황에서, 하나의 실시예에 따라, 모델링 데이터는 하나의 위치에서 모두 유지될 수 있고, 통합 이미지(120)는 원격 위치에 있는 디스플레이를 위한 원격 위치로 전송된다.
대안의 실시예에서, 도구 추적 컴포넌트(90) 및/또는 키네매틱 컴포넌트(92)에 의해 제공되는 포지션 및 방향 정보는 원격 컴퓨터로 전송될 수 있다. 원격 컴퓨터는 차례로 모델링 컴포넌트(108) 및 모델링 데이터(104)를 포함한다. 본 실시예에서, 통합 이미지(120)는 뷰어(32)를 위한 통합 이미지(120)를 산출하는 것과 다른 개별적인 오퍼레이션으로 원격 위치에서 생성된다.
원격 위치에 통합 이미지(120)를 제공할 수 있다는 것은 수술의의 콘솔을 보는 수술중인 수술의가 보조 모니터를 보는 수술 보조들과 통신하는 것을 가능하게 한다. 또한, 하나의 수술의 콘솔에 있는 학생 수술의는 다른 수술의 콘솔에 있는 원격 감독관과 통신할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 원격 사용자 또는 감독관은 통합 이미지(120)와 같은, 통합 이미지의 이동을 제어할 수 있다. 통합 이미지의 이동은 수술의 콘솔에 있는 수술의 또는 학생들이 볼 수 있고, 사용자가 수술 과정 및 동작을 배울 수 있게 하고, 수술의 또는 학생의 컨트롤(및 그러므로 도구)과 이러한 동작을 모방할 수 있다.
동작 한계의 범위
환자측 카트의 로봇 팔 어셈블리에 대한 연결부는 제한된 범위의 이동성을 가지고, 이는 각각의 팔 또는 연결부에 의해 지지되는 도구의 이동성을 제한한다. 환자용 로봇이 동작 한계의 범위를 만날 때, 로봇이 계속 이동할 수 없기 때문에 수술의(새로운 또는 경험 있는)에게 항상 관찰되는 것은 아니다. 원격 수술 시스템에서, 전형적으로 두개의 동작 한계의 범위: 마스터 조종기의 조인트 한계 및 슬레이브 조종기의 조인트 한계가 존재한다.
하나의 실시예에 따라, 모델링 컴포넌트(108)는 도구에 대한 이동 범위의 한계에 도달했음을 나타내는 신호를 발생시킨다. 이러한 신호는, 예컨대, 한계에 도달한 부분의 색상 코딩과 같은, 수술의에게 시각적 신호를 생성하도록 사용될 수 있다. 대안으로서, 이러한 한계는 통합 이미지(120)와 함께 도시될 수 있는, 또는 대안으로서 시야 위에 슈퍼임포즈될 수 있는 시각적 벽(340)(도 6)과 같은 통합적 지오메트리로 표현될 수 있다. 시각적 벽(340)은 최우측 도구(124)에 대한 것이고, 이 벽은 오목하거나 평평하게 도시될 수 있고, 또는 그렇지않다면 동작의 범위의 굴곡에 매칭하는 형상일 수 있다. 시각적 벽(340)은 기기 팁의 방해된 동작 방향에 수직인 위치 및 방향으로 디스플레이된다.
다른 변형들도 본 발명의 정신에 속한다. 그러므로, 본 발명은 다양한 수정 및 대안의 구성이 가능하고, 본 발명의 특정한 도시된 실시예가 도면에 도시되고 앞서 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명이 개시된 특정한 형태로 한정하고자 한 것이 아니며, 첨부된 청구항에서 정의된 본 발명의 정신 및 범위에 속하는 모든 수정, 대안의 구성, 및 동등물을 모두 커버하는 것임을 이해해야 한다.
본 발명을 설명하는 문구(특히, 아래의 청구항의 문구)에서 용어 "하나"의 사용은 그 문구에 명시적으로 기재되어 있지 않다면, 단수 및 복수를 모두 커버하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "구비한", "갖춘", "수반하는"은 명시적으로 기재되어 있지 않다면, 개방식 용어(즉, "포함하지만 그것으로 제한하지 않는"다는 의미)로 해석되어야 한다. 용어 "연결된"은 어떤 것의 중개가 있다 하더라도, 부분적으로 또는 전체적으로 어떤 것 내에 포함되거나, 어디에 부착되거나, 또는 함께 결합되는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 값의 범위의 설명은 본 명세서 다르게 지시되지 않았다면, 그 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 속기법으로서 역할하도록 의도된 것이며, 각각의 개별 값은 그것이 각각 본 명세서에 개별적으로 인용된 것처럼 본 명세서에 통합된다. 본 명세서에 서술된 모든 방법은 본 명세서에 특별하게 또는 명시적으로 기재되어 있지 않다면 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 임의의 예 및 모든 예, 또는 예시적 언어(예컨대, "~와 같은")의 사용은 오직 본 발명의 실시예를 더 잘 설명하기 위한 의도이며, 다르게 청구되지 않았다면 본 발명의 범위에 대한 한정을 부과하지 않는다. 본 명세서의 언어는 임의의 청구되지 않은 엘리먼트를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로서 나타내도록 해석되지 않아야 한다.
본 발명을 실시하기 위해 발명자가 알고 있는 최선의 모드를 포함하는 본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 서술되어 있다. 이러한 바람직한 실시예의 변형은 앞선 설명을 읽은 당업자들에게 명백해질 수 있다. 발명자는 당업자들이 이러한 변형을 적절하게 적용할 수 있고, 본 명세서에 특정하게 서술된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 예상한다. 따라서, 본 발명은 법에서 허용하는 바와 같이 첨부된 청구항에 기재된 것의 모든 수정 및 동등물을 포함한다. 또한, 본 발명의 모든 가능한 변형에서 앞서 서술된 엘리먼트의 임의의 조합은 명시적으로 포함되지 않는 것으로 기재되어 있지 않다면 본 발명에 포함된다.

Claims (38)

  1. 로봇 수술 시스템으로서,
    적어도 하나의 수술 도구를 지지하는 연결부를 포함하는 로봇;
    상기 연결부와 연관된 키네매틱 포지션 정보를 얻기 위해 상기 로봇에 연결되어 있는 키네매틱 컴포넌트;
    디스플레이; 및
    상기 연결부에 관한 연결부 구조 데이터, 및
    상기 키네매틱 포지션 정보를 기초로 하여, 상기 연결부의 적어도 일부분의 그래픽 3차원 모델을 포함하는 상기 로봇의 통합적 표현을 디스플레이하기 위해 상기 키네매틱 컴포넌트에 상기 디스플레이를 연결하는 제1 컴포넌트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도구를 포함하는 시야를 가진 이미지 캡처 디바이스; 및
    상기 도구를 이동시키기 위한 커멘드를 수신하기 위해 배치된 입력 및 디스플레이를 포함하는 수술의 콘솔;을 더 포함하고,
    상기 디스플레이는 상기 이미지 캡처 디바이스의 상기 시야 내의 이미지를 수신하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제2 디스플레이;를 더 포함하고,
    상기 제2 디스플레이는 상기 수술의 콘솔에서 멀리 떨어져 있고, 그리고
    상기 제2 디스플레이는 상기 로봇의 상기 통합적 표현을 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 연결부에 관한 상기 연결부 구조 데이터, 및 상기 키네매틱 포지션 정보를 기초로 하여, 상기 연결부의 적어도 일부분의 그래픽 표현을 포함하는 상기 로봇의 통합적 표현을 상기 제2 디스플레이 상에 디스플레이하기 위해 상기 키네매틱 컴포넌트와 상기 제2 디스플레이를 연결하는 제2 컴포넌트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 통합적 표현은 상기 도구의 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 모델은 상기 도구의 3차원 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내에서 상기 도구의 이미지를 캡처하는 이미지 캡처 디바이스; 및
    상기 디스플레이 상에 상기 이미지 캡처 디바이스로부터의 상기 이미지를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이에 상기 이미지 캡처 디바이스를 연결하는 제2 컴포넌트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 통합적 표현은 상기 이미지 캡처 디바이스로부터의 상기 디스플레이된 이미지 외부의 상기 디스플레이상에 나타내도록 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  9. 수술 로봇 시스템으로서,
    수술을 수행하기 위한 도구를 포함하는 로봇;
    상기 도구를 포함하는 시야를 캡처하는 이미지 캡처 디바이스;
    상기 로봇의 적어도 일부분의 통합적 표현을 제공하기 위한 데이터;
    디스플레이; 및
    상기 이미지 캡처 디바이스의 상기 시야의 3차원 표현을 포함하는 상기 로봇의 상기 통합적 표현을 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이에 상기 데이터를 연결하는 제1 컴포넌트;를 포함하고,
    상기 로봇의 적어도 일부분은 상기 이미지 캡처 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 디스플레이는 상기 로봇 수술 시스템의 수술의 콘솔의 뷰어를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 통합적 표현은 상기 도구의 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 모델은 상기 도구의 3차원 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  13. 로봇 수술 시스템으로서,
    제1 수술 도구를 지지하는 제1 연결부, 및 제2 수술 도구 또는 이미지 캡처 디바이스를 지지하는 제2 연결부를 포함하는 로봇;
    상기 연결부들에 관한 조인트 상태 정보를 획득하기 위해 상기 제1 연결부와 상기 제2 연결부에 연결되어 있는 키네매틱 컴포넌트;
    상기 제1 연결부, 상기 제2 연결부, 상기 제1 수술 도구, 및 상기 제2 수술 도구 또는 상기 이미지 캡처 디바이스에 관한 데이터; 및
    (i) 상기 제1 연결부 또는 상기 제1 수술 도구와, (ii) 상기 제2 수술 도구 또는 상기 이미지 캡처 디바이스의 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 경고 신호를 발생시키기 위해, 상기 데이터 및 상기 키네매틱 컴포넌트에 연결되어 있는 충돌 탐지 컴포넌트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 충돌 탐지 컴포넌트는 상기 데이터 및 상기 키네매틱 컴포넌트에 의해 판정되는, 상기 제1 연결부 또는 상기 제1 수술 도구와, 상기 제2 연결부 또는 상기 제2 수술 도구 또는 상기 이미지 캡처 디바이스의 근접의 결과로서 경고 신호를 발생시키도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 디스플레이;를 더 포함하고, 상기 충돌 탐지 컴포넌트는 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이로 상기 신호를 전송하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보는 (i) 상기 제1 연결부 또는 상기 제1 수술 도구와, (ii) 상기 제1 연결부 또는 상기 제2 수술 도구 또는 상기 이미지 캡처 디바이스 사이의 상기 잠재적 또는 실제적 충돌의 통합적 표현을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보는 충돌을 피하거나 보정하는 것에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보는 상기 잠재적 또는 실제적 충돌의 위치를 하일라이팅하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보는 상기 위치 부근의 텍스트 메시지를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  20. 로봇 시스템에서 도구의 포지션을 제어하는 방법으로서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 도구 또는 로봇의 연결부의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계;
    상기 도구 또는 연결부의 3차원 모델을 표현하는 제2 이미지를 상기 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 도구 또는 연결부의 이동을 제어하기 위해 상기 디스플레이 상에 상기 제1 및 제2 이미지에 대하여 이동되는 입력 디바이스로부터 커맨드를 수신하는 단계;를 포함하고, 상기 제2 이미지에 표현된 상기 도구 또는 연결부는 상기 제1 이미지 내의 상기 도구 또는 연결부와 나란한 것을 특징으로 하는 로봇 시스템에서 도구의 포지션을 제어하는 방법.
  21. 로봇 시스템의 도구에 대한 동작 범위 지시를 제공하는 방법으로서,
    상기 도구의 포지션을 나타내는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계; 및
    상기 도구의 동작 한계를 나타내는 제2 이미지를 상기 제1 이미지 상에 슈퍼임포즈하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템의 도구에 대한 동작 범위 지시를 제공하는 방법.
  22. 로봇 시스템에서,
    로봇 시스템의 도구의 포지션에 대한 정보를 유지하는 단계; 및
    상기 도구의 동작 한계로부터 임계 거리 내에 있는 상기 도구의 결과로서 신호를 발생시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 로봇 수술 시스템으로서,
    적어도 하나의 수술 도구를 지지하는 연결부를 포함하는 로봇;
    상기 도구를 포함하는 시야를 가진 이미지 캡처 디바이스;
    상기 연결부와 연관된 키네매틱 포지션 정보를 얻기 위해 상기 로봇에 연결된 키네매틱 컴포넌트;
    상기 이미지 캡처 디바이스의 상기 시야 내의 이미지를 수신하고 디스플레이하도록 연결되어 있는 디스플레이; 및
    상기 디스플레이된 이미지 내에 표현된 상기 도구와 나란히 배열된 정보를 디스플레이하기 위해 상기 키네매틱 컴포넌트와 상기 디스플레이를 연결하는 제1 컴포넌트;를 포함하고,
    상기 정보의 포지션은
    상기 연결부에 관한 연결부 구조 데이터, 및
    상기 키네매틱 포지션 정보를 기초로 하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 도구의 3차원 화면을 생성하기 위해 상기 이미지 캡처 디바이스와 상기 디스플레이에 연결되는 스테레오스코픽 이미지 시스템; 및
    상기 도구의 상기 3차원 화면을 매칭하는 상기 디스플레이 정보의 3차원 출현을 제공하기 위해 상기 제1 컴포넌트와 상기 디스플레이에 연결된 교정된 카메라 모델;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 도구와 나란히 배열된 정보는 텍스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  26. 로봇 시스템에서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 제1 디스플레이에 디스플레이하는 단계; 및
    상기 도구를 포함하는 상기 로봇의 적어도 일부분의 통합적 3차원 표현을 상기 제1 디스플레이에 디스플레이하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 3차원 표현은 상기 이미지 캡처 디바이스의 디스플레이된 시야 밖에 나타나도록 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 로봇 시스템에서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계; 및
    상기 도구를 포함하는 상기 로봇의 적어도 일부분의 통합적 3차원 표현을 디스플레이하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 이미지는 상기 로봇의 제1 부분을 포함하고,
    상기 통합적 3차원 표현은 상기 제1 부분 보다 더 큰 상기 로봇의 제2 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 로봇 시스템에서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 로봇에 의해 지지되는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이하는 단계; 및
    상기 도구를 포함하는 상기 로봇의 적어도 일부분의 통합적 3차원 표현을 디스플레이하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 이미지는 제1 방향으로 보여지는 상기 로봇의 제1 부분을 포함하고,
    상기 디스플레이되는 통합적 3차원 표현은 상기 제1 방향과 상이한 제1 방향으로부터 보여지는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 방향과 상이한 제3 방향으로부터 보여져 나타나도록 상기 3차원 표현의 디스플레이를 변경하는 단계;를 더 포함하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 제1 방향으로부터 보여져 나타나도록 상기 3차원 표현의 디스플레이를 변경하는 단계;를 더 포함하는 방법.
  32. 로봇 수술 시스템으로서,
    적어도 하나의 도구 또는 이미지 캡처 디바이스를 지지하는 연결부를 포함하는 로봇;
    상기 연결부와 연관된 키네메틱 포지션 정보를 얻기 위해 상기 연결부에 연결된 키네매틱 컴포넌트;
    상기 적어도 하나의 도구 또는 이미지 캡처 디바이스 및 상기 연결부의 구조에 관한 제1 데이터;
    환자의 포지션에 관한 환자 데이터; 및
    상기 제1 데이터를 수신하도록 연결되어 있고, 상기 환자 데이터를 수신하도록 연결되어 있고, 그리고 상기 환자와 상기 연결부의, 또는 상기 적어도 하나의 도구 또는 이미지 캡처 디바이스와 환자의 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 경고 신호를 발생시키기 위해 상기 키네매틱 컴포넌트에 연결되어 있는 충돌 탐지 컴포넌트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  33. 제 32 항에 있어서, 디스플레이를 더 포함하고, 상기 충돌 탐지 컴포넌트는 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이에 상기 신호를 전달하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 정보는 상기 연결부 또는 상기 적어도 하나의 도구와 상기 환자 사이의 상기 잠재적 또는 실제적 충돌의 통합적 표현을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 잠재적 또는 실제적 충돌에 대한 상기 정보는 충돌을 피하거나 보정하는 것에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  36. 로봇 시스템에서 도구에 대한 도구 이동을 가르쳐주는 방법으로서,
    이미지 캡처 디바이스의 시야 내의 도구 로봇의 연결부 또는 도구의 비디오 피드를 포함하는 제1 이미지를 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계;
    상기 도구 또는 연결부의 모델을 나타내는 제2 이미지를 상기 디스플레이 상에 디스플레이하는 단계;
    제1 컨트롤러로부터의 입력에 응답하여 상기 제2 이미지를 이동시키는 단계; 및
    제2 컨트롤러로부터의 입력에 응답하여 상기 도구를 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템에서 도구에 대한 도구 이동을 가르쳐주는 방법.
  37. 수술 로봇 시스템으로서,
    실시간 비디오 이미지가 캡처되는 시야를 가진 이미지 캡처 디바이스;
    수술도구를 지지하는 연결부;
    디스플레이; 및
    모델링 컴포넌트;를 포함하고,
    상기 모델링 컴포넌트는
    상기 시야의 3차원 렌더링을 생성하고, 상기 시야를 벗어난 상기 수술도구의 적어도 일부분의 3차원 렌더링을 생성하고,
    상기 디스플레이는 상기 시야의 상기 렌더링, 상기 시야를 벗어난 상기 수술도구의 적어도 일부분의 렌더링, 및 상기 실시간 비디오 이미지를 디스플레이하고,
    상기 수술도구의 적어도 일부분의 렌더링은 상기 이미지 캡처 디바이스의 상기 시야에 관련하여 상기 수술도구가 가지는 위치와 실질적으로 동일한 위치에 상기 시야의 렌더링에 대하여 위치되어 나타나도록 디스플레이되고,
    상기 실시간 비디오 이미지는 상기 실시간 비디오 이미지가 상기 이미지 캡처 디바이스의 시야 내에서 캡처된 위치와 실질적으로 동일한 위치에 상기 시야의 렌더링에 관련하여 위치되어 나타나도록 디스플레이되는 것을 특징으로 하는 수술 로봇 시스템.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 시야의 렌더링에 관련하여 상기 실시간 비디오 이미지의 디스플레이되는 위치는 상기 시야의 렌더링의 디스플레이되는 화면 각이 상기 디스플레이 내에서 변경될 때 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수술 로봇 시스템.
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