KR20210062043A - 동시 의료 절차를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20210062043A
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죠슈아 에프. 데폰조
알렉산더 타렉 하싼
프레드릭 에이치. 몰
데이비드 스테펜 민츠
데이비드 엠. 슈머스
펙톤 에이치. 마에더-요크
앤드류 에프. 오로우크
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

동시 의료 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 일 태양에서, 방법은 환자의 제1 개구를 통해 제1 의료 기구를 삽입하도록 제1 로봇 아암을 제어하는 단계 및 환자의 제2 개구를 통해 제2 의료 기구를 삽입하도록 제2 로봇 아암을 제어하는 단계를 포함한다. 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 제1 플랫폼의 일부이고, 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역에 위치된다.

Description

동시 의료 절차를 위한 시스템 및 방법
관련 출원(들)의 상호 참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 9월 17일자로 출원된 미국 가출원 제62/732,478호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 의료 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 동시 절차(concomitant procedure)에 관한 것이다.
다양한 의료 절차가 하나 이상의 의료 기구의 삽입 및/또는 조작을 제어하기 위해 로봇 의료 시스템(robotic medical system)을 사용하여 수행될 수 있다. 소정의 의학적 질환에 대해, 2가지 이상의 의료 절차가 의학적 질환을 완전히 치료하기 위해 수행될 수 있다. 로봇 의료 시스템은 하나 이상의 로봇 아암(robotic arm) 또는 임의의 다른 기구 위치설정 장치(instrument positioning device)(들)를 포함할 수 있다. 로봇 의료 시스템은 또한 로봇 아암(들) 및/또는 기구 위치설정 장치(들)의 조작을 통해 절차들 각각 동안에 기구(들)의 위치설정을 제어하는 데 사용되는 제어기를 포함할 수 있다.
본 개시의 시스템, 방법 및 장치는 각각 여러 혁신적인 태양을 가지며, 그 중 어떠한 단일 태양도 단독으로 본 명세서에 개시된 바람직한 속성의 원인이 되는 것은 아니다.
일 태양에서, 환자의 제1 개구를 통해 제1 의료 기구를 삽입하도록 제1 로봇 아암을 제어하는 단계; 및 환자의 제2 개구를 통해 제2 의료 기구를 삽입하도록 제2 로봇 아암을 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 제1 플랫폼(platform)의 일부이고, 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치된다.
다른 태양에서, 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 삽입되는 제1 기구를 작동시키도록 사용자 인터페이스(user interface)를 사용하는 단계; 및 제2 로봇 아암을 통해 환자의 제2 개구를 통하여 삽입되는 제2 기구를 작동시키도록 사용자 인터페이스를 사용하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치된다.
또 다른 태양에서, 제1 이미지를 획득하기 위해 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 제1 스코프(scope)를 전달하는 단계; 제2 이미지를 획득하기 위해 제2 로봇 아암을 통해 환자의 제2 개구를 통하여 제2 스코프를 전달하는 단계; 및 디스플레이 상에서 제1 이미지와 제2 이미지 사이에서 토글링하는(toggling) 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
또 다른 태양에서, 환자의 제1 개구를 통해 제1 의료 기구를 삽입하도록 하나 이상의 로봇 아암들의 제1 세트를 제어하는 단계; 및 환자의 제2 개구를 통해 제2 의료 기구를 삽입하도록 하나 이상의 로봇 아암들의 제2 세트를 제어하는 단계를 포함하는 방법이 제공되며, 로봇 아암들의 제1 세트는 제1 아암 지지부(arm support)에 결합되고 로봇 아암들의 제2 세트는 제2 아암 지지부에 결합되고, 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치된다.
개시된 태양은, 개시된 태양을 제한하지 않고 예시하기 위해 제공되는 첨부 도면과 함께 본 명세서에 후술될 것이며, 여기에서 유사한 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차(들)를 위해 배열된 카트(cart)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 추가의 태양을 도시한 도면.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 4는 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한 도면.
도 7은 로봇 아암(들)을 적재하도록(stow) 구성된 예시적인 시스템을 예시한 도면.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 10은 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블-기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한 도면.
도 12는 테이블-기반 로봇 시스템의 대안적인 실시예를 예시한 도면.
도 13은 도 12의 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 14는 로봇 아암이 그에 부착된 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 15는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한 도면.
도 16은 페어링된(paired) 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한 도면.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한 도면.
도 18은 기구-기반 삽입 아키텍처(insertion architecture)를 갖는 기구를 예시한 도면.
도 19는 예시적인 제어기를 예시한 도면.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 도 16 내지 도 18의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한 도면.
도 21은 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드(bed)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 22는 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드-기반 로봇 시스템의 다른 실시예를 예시한 도면.
도 23은 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 로봇 시스템의 또 다른 실시예를 예시한 도면.
도 24 및 도 25는 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드-기반 로봇 시스템의 다른 실시예의 2개의 구성을 예시한 도면.
도 26은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 27a 및 도 27b는 본 개시의 태양에 따른, 동시 내시경술 및 흉강경술 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 다른 예시적인 방법을 예시한 흐름도를 제공한 도면.
도 28은 본 개시의 태양에 따른, 절차의 단계적 확대(procedure escalation)를 포함하는 동시 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 29는 본 개시의 태양에 따른, 로봇 아암을 제어하기 위한 하나 이상의 유형의 인터페이스를 포함하는 예시적인 콘솔(console)을 예시한 도면.
도 30은 본 개시의 태양에 따른, 도 29에 예시된 제어기의 확대도를 예시한 도면.
도 31은 본 개시의 태양에 따른, 도 29 및 도 30에 예시된 손잡이들 중 하나의 확대도를 예시한 도면.
도 32는 본 개시의 태양에 따른, 도 29에 예시된 펜던트(pendant)의 확대도를 예시한 도면.
도 33은 본 개시의 태양에 따른, 단일 사용자 인터페이스를 통해 동시 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 34 및 도 35는 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차 동안 뷰어(viewer)에 의해 디스플레이될 수 있는 예시적인 뷰(view).
도 36은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차 동안 뷰어에 의해 디스플레이될 수 있는 다른 예시적인 뷰.
도 37은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차를 수행하면서 디스플레이된 이미지들 사이에서 토글링하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
1. 개요.
본 개시의 태양은 복강경술과 같은 최소 침습 절차 및 내시경술과 같은 비-침습 절차 둘 모두를 비롯하여 다양한 의료 절차를 수행할 수 있는 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템 내에 통합될 수 있다. 내시경술 절차 중에서, 시스템은 기관지경술, 요관경술, 위내시경술(gastroscopy) 등을 수행하는 것이 가능할 수 있다.
광범위한 절차를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 보조하기 위한 향상된 이미징 및 안내와 같은 추가의 이점을 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 다루기 어려운 아암 운동 및 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다. 더욱이, 시스템은, 시스템의 기구들 중 하나 이상이 단일 사용자에 의해 제어될 수 있도록, 개선된 사용 용이성을 갖고서 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다.
다양한 실시예가 예시의 목적으로 도면과 함께 후술될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예로 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 데 도움을 주기 위해 표제가 본 명세서에 포함된다. 이들 표제는 그와 관련하여 기술되는 개념의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 그러한 개념은 전체 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.
A. 로봇 시스템 - 카트.
로봇식 의료 시스템은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차를 위해 배열된 카트-기반 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 기관지경술 동안, 시스템(10)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(13)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(natural orifice access point)(즉, 본 예에서 테이블 상에 위치된 환자의 입)으로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 아암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 1의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시예를 더 상세히 도시한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(13)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 도시된 바와 같이, 조향가능 내시경(13)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 드라이버들(28)의 세트로부터의 별개의 기구 드라이버(기구 구동 메커니즘(instrument drive mechanism, IDM)으로 또한 지칭됨)에 결합되고, 각각의 기구 드라이버는 개별 로봇 아암의 원위 단부에 결합된다. 리더 부분을 시스 부분과 동축으로 정렬시키는 것을 용이하게 하는, 기구 드라이버(28)의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일(virtual rail)"(29)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일은 파선을 사용하여 도면에 도시되어 있으며, 따라서 파선은 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지 않는다. 가상 레일(29)을 따른 기구 드라이버(28)의 병진은 외부 시스 부분에 대해 내부 리더 부분을 삽통식으로 이동시키거나, 환자로부터 내시경(13)을 전진 또는 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조절, 병진, 및 피봇될(pivoted) 수 있다. 예를 들어, 기관지경술에서, 도시된 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는 내시경(13)을 환자의 입 안으로 구부림으로써 발생하는 마찰을 최소화하면서 내시경(13)에 대한 의사 접근을 제공하는 것 사이의 절충을 나타낸다.
내시경(13)은 표적 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 환자의 폐 네트워크(lung network)를 통한 내비게이션(navigation)을 향상시키고/시키거나 원하는 표적에 도달하기 위해, 내시경(13)은 향상된 관절운동 및 더 큰 굽힘 반경을 얻기 위해 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 별개의 기구 드라이버(28)의 사용은 또한 리더 부분과 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되도록 허용한다.
예를 들어, 내시경(13)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 바늘을 전달하도록 지향될 수 있다. 바늘은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경의 길이를 따라 연장되는 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가의 도구가 추가의 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 결절을 악성으로 확인한 후에, 내시경(13)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(13)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
시스템(10)은 또한 이동가능 타워(tower)(30)를 포함할 수 있으며, 이는 카트(11)에 지원 케이블을 통해 연결되어 카트(11)에 제어부, 전자장치, 유체장치, 광학계, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 제공할 수 있다. 그러한 기능을 타워(30) 내에 두는 것은 수술 의사 및 그/그녀의 스태프에 의해 더 용이하게 조절 및/또는 재위치될 수 있는 더 작은 형태 인자(form factor)의 카트(11)를 허용한다. 추가적으로, 카트/테이블과 지원 타워(30) 사이의 기능의 분할은 수술실의 어수선함을 감소시키고, 임상 작업흐름의 개선을 용이하게 한다. 카트(11)는 환자 가까이에 위치될 수 있지만, 타워(30)는 절차 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 적재될 수 있다.
전술된 로봇 시스템을 지원하기 위해, 타워(30)는, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터-기반 제어 시스템의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 그들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 이루어지든 또는 카트(11)에서 이루어지든 간에, 전체 시스템 또는 그의 서브-시스템(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 구성요소로 하여금 관련 캐리지(carriage) 및 아암 마운트(arm mount)를 작동시키고, 로봇 아암을 작동시키고, 의료 기구를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 로봇 아암의 조인트(joint) 내의 모터는 아암을 소정 자세로 위치시킬 수 있다.
타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 전개될 수 있는 시스템에 제어된 관주 및 흡인 능력을 제공하기 위해 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근부(fluid access)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 관주 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)으로 직접 전달될 수 있다.
타워(30)는 카트(11)에 필터링되고 보호된 전력을 제공하도록 설계되는 전압 및 서지(surge) 보호기를 포함하여, 그에 의해 카트(11) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 구성요소를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 이동가능한 카트(11)를 생성할 수 있다.
타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 전개된 센서에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타워(30)는 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 광학 센서 또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및 처리하기 위한 광-전자 장비를 포함할 수 있다. 제어 시스템과 조합하여, 그러한 광-전자 장비는 타워(30) 내를 비롯하여, 시스템 전체에 걸쳐 전개된 임의의 수의 콘솔에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 전개된 전자기(electromagnetic, EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 타워(30)는 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기(field generator)를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.
타워(30)는 또한 시스템의 나머지 부분에서 이용가능한 다른 콘솔, 예컨대 카트의 상부에 장착된 콘솔에 더하여 콘솔(31)을 포함할 수 있다. 콘솔(31)은 의사 조작자를 위한 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 콘솔은 일반적으로 로봇 제어뿐만 아니라 절차의 수술전 및 실시간 정보, 예컨대 내시경(13)의 내비게이션 및 위치결정 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용가능한 유일한 콘솔이 아닐 때, 그것은 간호사와 같은 제2 조작자에 의해, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템의 작동을 모니터링할 뿐만 아니라, 내비게이션 및 위치결정 정보와 같은 절차-특정적 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 콘솔(30)은 타워(30)와 별개인 본체 내에 수용된다.
타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 타워(30)로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 카트(11)에 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력은 단일 전력 케이블을 통해 카트에 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카트-기반 로봇식 시스템으로부터의 카트의 일 실시예의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 세장형 지지 구조물(14)(흔히 "칼럼"으로 지칭됨), 카트 기부(15), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 2에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(17)(대안적으로 "아암 지지부")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 양호한 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 또한 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.
캐리지 인터페이스(19)는 캐리지(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(20)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 캐리지를 카트 기부(15)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진은 카트(11)가 로봇 아암(12)의 도달범위를 조절하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다.
일부 실시예에서, 슬롯(20)은 캐리지(17)가 수직으로 병진함에 따라 수직 병진 인터페이스 및 칼럼(14)의 내부 챔버 내로 먼지 및 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고 그에 평행한 슬롯 커버로 보완될 수 있다. 슬롯 커버는 슬롯(20)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀(spring spool)들의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버는 캐리지(17)가 상하로 수직으로 병진함에 따라 그들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀 내에 코일링된다. 스풀의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킨다. 커버는 캐리지(17)가 병진함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(19) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수 있다.
칼럼(14)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(17)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.
로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(end effector)(22)를 포함할 수 있으며, 각각의 조인트는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트는 로봇 아암이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 아암들(12) 각각은 7개의 조인트를 가지며, 따라서 7 자유도를 제공한다. 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용한다. 여분의 자유도는 로봇 아암(12)이 상이한 링크장치 위치 및 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(22)를 위치시키도록 허용한다. 이는 시스템이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고 지향시키도록 허용함과 동시에, 의사가 아암 충돌을 회피하면서 더 우수한 접근을 생성하기 위해 아암 조인트를 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용한다.
카트 기부(15)는 바닥 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 카트 기부(15)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 구성요소뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 카트를 움직이지 못하게 하는 구성요소를 수용한다. 예를 들어, 카트 기부(15)는 절차 전에 카트가 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)-형상의 캐스터(caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(25)는 절차 동안 카트(11)를 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.
칼럼(14)의 수직 단부에 위치되어, 콘솔(16)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린(26)과 같은 이중-목적 장치)를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터(mapping data), 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(16)은 의사가 캐리지(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔에 접근하게 허용하도록 위치되고 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 카트(11) 뒤로부터 콘솔(16)을 작동시키면서 콘솔(16), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)를 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함한다.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 요관경술 절차에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 가로지르도록 설계된 절차-특정적 내시경인 요관경(32)을 환자의 하복부 영역으로 전달하도록 위치될 수 있다. 요관경술에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접 정렬되어 그러한 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰과 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 접근을 위해 요관경(32)을 위치시키게 허용하도록 테이블의 풋(foot)에 정렬될 수 있다. 테이블의 풋으로부터, 로봇 아암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부 내로 직접 삽입할 수 있다.
요도 내로의 삽입 후에, 기관지경술에서와 유사한 제어 기법을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 응용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 내로 내비게이션될 수 있다. 예를 들어, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널을 따라 전개된 레이저 또는 초음파 쇄석술 장치를 사용하여 신장 결석 축적물을 부수기 위해 요관 및 신장 내로 지향될 수 있다. 쇄석술이 완료된 후에, 생성된 결석 파편은 요관경(32)을 따라 전개된 바스켓(basket)을 사용하여 제거될 수 있다.
도 4는 혈관 절차를 위해 유사하게 배열된 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 혈관 절차에서, 시스템(10)은 카트(11)가 조향가능 카테터(steerable catheter)와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리 내의 대퇴 동맥 내의 접근 지점으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장으로의 상대적으로 덜 우회하고 사행형인 경로 둘 모두를 나타내며, 이는 내비게이션을 단순화한다. 요관경술 절차에서와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 대퇴부/둔부 영역 내의 대퇴 동맥 접근 지점에 대한 직접적인 선형 접근을 갖는 가상 레일(35)을 제공하게 허용하도록 환자의 다리 및 하복부를 향해 위치될 수 있다. 동맥 내로의 삽입 후에, 의료 기구(34)는 기구 드라이버(28)를 병진시킴으로써 지향되고 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들어 어깨 및 손목 부근의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 혈관 접근 지점에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 위치될 수 있다.
B. 로봇 시스템 - 테이블.
로봇식 의료 시스템의 실시예는 또한 환자의 테이블을 통합할 수 있다. 테이블의 통합은 카트를 제거함으로써 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키며, 이는 환자에 대한 더 우수한 접근을 허용한다. 도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 그러한 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 시스템(36)은 바닥 위에서 플랫폼(38)("테이블" 또는 "베드"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조물 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트-기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(36)의 로봇 아암(39)의 엔드 이펙터는 기구 드라이버(42)를 포함하며, 이는 도 5의 기관지경(40)과 같은 세장형 의료 기구를 기구 드라이버(42)의 선형 정렬로부터 형성된 가상 레일(41)을 통해 또는 그를 따라 조작하도록 설계된다. 실제로, 형광투시 이미징(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C-아암이 방출기(emitter) 및 검출기(detector)를 테이블(38) 주위에 배치함으로써 환자의 상복부 영역 위에 위치될 수 있다.
도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 도면을 제공한다. 도시된 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36) 내에 링(ring)-형상으로 도시된 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 로봇 아암(39)이 그로부터 기초할 수 있다. 캐리지(43)는 로봇 아암(39)이 그로부터 환자에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 아암(39)이 예를 들어 환자의 양쪽 측부와 같은 테이블(38)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해, 칼럼(37) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(37)을 중심으로 회전할 수 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시예에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 위치될 수 있고, 다른 캐리지와 독립적으로 병진 및/또는 회전할 수 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러싸거나 심지어 원형일 필요는 없지만, 도시된 바와 같은 링-형상은 구조적 균형을 유지시키면서 칼럼(37)을 중심으로 하는 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진은 시스템이 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용한다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 시스템(36)은 그 옆으로 연장되는 바아(bar) 또는 레일 형태의 조절가능 아암 지지부를 갖는 환자 테이블 또는 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암(39)은 (예컨대, 엘보우 조인트(elbow joint)를 갖는 쇼울더(shoulder)를 통해) 조절가능 아암 지지부에 부착될 수 있고, 이는 수직으로 조절될 수 있다. 수직 조절을 제공함으로써, 로봇 아암(39)은 유리하게는 환자 테이블 또는 베드 아래에 콤팩트하게 적재되고, 후속하여 절차 동안 상승될 수 있다.
아암(39)은 로봇 아암(39)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함하는 아암 마운트들(45)의 세트를 통해 캐리지 상에 장착될 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 아암 마운트(45)가 (도 6에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 측부 상에, (도 9에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에, 또는 테이블(38)의 인접한 측부들 상에(도시되지 않음) 위치될 수 있도록 캐리지(43) 상에 위치될 수 있다.
칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지, 및 캐리지의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지의 수직 병진을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 상기 캐리지의 병진을 기계화하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 칼럼(37)은 또한 캐리지(43) 및 그 상에 장착된 로봇 아암(39)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.
테이블 기부(46)는 도 2에 도시된 카트(11) 내의 카트 기부(15)와 유사한 기능을 하여, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 아암(39)의 균형을 잡기 위해 더 무거운 구성요소를 수용한다. 테이블 기부(46)는 또한 절차 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수 있다. 테이블 기부(46)의 저부로부터 전개되어, 캐스터는 기부(46)의 양쪽 측부 상에서 반대 방향들로 연장될 수 있고, 시스템(36)이 이동될 필요가 있을 때 후퇴될 수 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 시스템(36)은 또한 타워(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 테이블의 형태 인자 및 부피(bulk)를 감소시키기 위해 시스템(36)의 기능을 테이블과 타워 사이에서 분할한다. 이전에 개시된 실시예에서와 같이, 타워는 처리, 컴퓨팅, 및 제어 능력, 전력, 유체장치, 및/또는 광학 및 센서 처리와 같은 다양한 지원 기능을 테이블에 제공할 수 있다. 타워는 또한, 의사 접근을 개선하고 수술실을 정리하기 위해 환자로부터 멀리 위치되도록 이동가능할 수 있다. 추가적으로, 타워 내에 구성요소를 배치하는 것은 로봇 아암의 잠재적인 적재를 위한, 테이블 기부 내의 더 많은 보관 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트와 같은, 사용자 입력을 위한 사용자 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 이미징, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술전 및 수술중 정보를 위한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 마스터 제어기 또는 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 타워는 또한 흡입법(insufflation)을 위해 사용될 가스 탱크를 위한 홀더를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 테이블 기부는 사용하지 않을 때 로봇 아암을 적재 및 보관할 수 있다. 도 7은 테이블-기반 시스템의 일 실시예에서 로봇 아암을 적재하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 아암(50), 아암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 기부(49) 내에 적재하기 위해 기부(49) 내로 수직으로 병진될 수 있다. 기부 커버(52)는 병진 및 후퇴되어 개방되어 캐리지(48), 아암 마운트(51), 및 아암(50)을 칼럼(53) 주위로 전개시킬 수 있고, 사용하지 않을 때 그들을 적재하여 보호하기 위해 폐쇄될 수 있다. 기부 커버(52)는 그의 개구의 에지를 따라 멤브레인(membrane)(54)으로 밀봉되어, 폐쇄될 때 먼지 및 유체 유입을 방지할 수 있다.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 요관경술에서, 테이블(38)은 환자를 칼럼(37) 및 테이블 기부(46)로부터 벗어난 각도로 위치시키기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수 있다. 스위블 부분(55)은 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀리 위치시키기 위해 피봇 지점(예컨대, 환자의 머리 아래에 위치됨)을 중심으로 회전 또는 피봇할 수 있다. 예를 들어, 스위블 부분(55)의 피봇팅(pivoting)은 C-아암(도시되지 않음)이 테이블(38) 아래의 칼럼(도시되지 않음)과 공간을 경합함이 없이 환자의 하복부 위에 위치되도록 허용한다. 캐리지(35)(도시되지 않음)를 칼럼(37)을 중심으로 회전시킴으로써, 로봇 아암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 직접 삽입하여 요도에 도달하게 할 수 있다. 요관경술에서, 스터럽(stirrup)(58)이 또한 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정되어, 절차 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 서혜부 영역에 대한 명확한 접근을 허용할 수 있다.
복강경술 절차에서, 환자의 복벽 내의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구가 환자의 해부학적 구조 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 최소 침습 기구는 환자 내의 해부학적 구조에 접근하는 데 사용되는, 샤프트와 같은 세장형 강성 부재를 포함한다. 환자의 복강의 팽창 후에, 기구는 파지, 절단, 절제, 봉합 등과 같은 수술 또는 의료 작업을 수행하도록 지향될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구는 복강경과 같은 스코프를 포함할 수 있다. 도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 아암들(39)의 쌍을 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치시키도록 회전되고 수직으로 조절될 수 있어서, 기구(59)가 환자의 양쪽 측부 상의 최소 절개부로 통과되어 그/그녀의 복강에 도달하도록 아암 마운트(45)를 사용하여 위치될 수 있게 한다.
복강경술 절차를 수용하기 위해, 로봇식 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 원하는 각도로 틸팅되게 할 수 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조절을 갖는 로봇식 의료 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(36)은 테이블(38)의 틸트를 수용하여, 테이블의 하나의 부분을 다른 부분보다 바닥으로부터 더 큰 거리를 두고 위치시킬 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는 틸트와 일치하도록 회전할 수 있어서, 아암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지시키게 한다. 더 급격한 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 칼럼(37)의 수직 연장이 테이블(38)이 바닥에 닿거나 기부(46)와 충돌하지 않게 하도록 허용하는 삽통 부분(60)을 포함할 수 있다.
도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서의 직교 축(1, 2)의 위치설정에 의해 가능해질 수 있으며, 각각의 축은 전기 피치 각도 명령에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서의 틸트 조절을 가능하게 할 것인 한편, 다른 하나의 스크류(6)를 따른 회전은 다른 하나의 축(2)을 따른 틸트 조절을 가능하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 볼 조인트(ball joint)가 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 사용될 수 있다.
예를 들어, 피치 조절은, 하복부 수술을 위해, 테이블을 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 위치시키려고 할 때, 즉 환자의 하복부를 환자의 하복부보다 바닥으로부터 더 높은 위치에 위치시키려고 할 때 특히 유용하다. 트렌델렌부르크 자세는 환자의 내부 장기가 중력을 통해 그/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습 도구가 들어가서 복강경 전립선절제술과 같은 하복부 수술 또는 의료 절차를 수행할 복강을 비운다.
도 12 및 도 13은 테이블-기반 수술 로봇 시스템(100)의 대안적인 실시예의 등각도 및 단부도를 예시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 테이블(101)에 대해 하나 이상의 로봇 아암(예를 들어, 도 14 참조)을 지지하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 단일 조절가능 아암 지지부(105)가 도시되어 있지만, 추가 아암 지지부가 테이블(101)의 반대편 측부 상에 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 그것이 테이블(101)에 대한 조절가능 아암 지지부(105) 및/또는 그에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(101)에 대해 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 1 이상의 자유도로 테이블(101)에 대해 조절될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는, 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105) 및 그에 부착된 임의의 로봇 아암을 테이블(101) 아래에 용이하게 적재하는 능력을 포함하는, 시스템(100)에 대한 높은 다용도성을 제공한다. 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 아래의 위치로 상승될 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 위의 위치로 상승될 수 있다.
조절가능 아암 지지부(105)는 리프트(lift)(예컨대, 수직 병진), 측방향 병진, 틸트 등을 포함하는 여러 자유도를 제공할 수 있다. 도 12 및 도 13의 예시된 실시예에서, 아암 지지부(105)는 도 12에 화살표로 예시된 4 자유도로 구성된다. 제1 자유도는 z-방향으로의 조절가능 아암 지지부(105)의 조절("Z-리프트")을 허용한다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 테이블(101)을 지지하는 칼럼(102)을 따라 또는 그에 대해 위 또는 아래로 이동하도록 구성되는 캐리지(109)를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 틸팅하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)가 트렌델렌부르크 자세에서 베드와 정렬되도록 허용할 수 있는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제3 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 "상향 피봇(pivot up)"하도록 허용할 수 있으며, 이는 테이블(101)의 측부와 조절가능 아암 지지부(105) 사이의 거리를 조절하는 데 사용될 수 있다. 제4 자유도는 테이블의 길이방향 길이를 따른 조절가능 아암 지지부(105)의 병진을 허용할 수 있다.
도 12 및 도 13의 수술 로봇 시스템(100)은 기부(103)에 장착된 칼럼(102)에 의해 지지되는 테이블을 포함할 수 있다. 기부(103) 및 칼럼(102)은 지지 표면에 대해 테이블(101)을 지지한다. 바닥 축(131) 및 지지 축(133)이 도 13에 도시되어 있다.
조절가능 아암 지지부(105)는 칼럼(102)에 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 아암 지지부(105)는 테이블(101) 또는 기부(103)에 장착될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 캐리지(109), 바아 또는 레일 커넥터(111), 및 바아 또는 레일(107)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 레일(107)에 장착된 하나 이상의 로봇 아암은 서로에 대해 병진 및 이동할 수 있다.
캐리지(109)는 제1 조인트(113)에 의해 칼럼(102)에 부착될 수 있으며, 이는 캐리지(109)가 (예컨대, 제1 또는 수직 축(123)의 상하로와 같이) 칼럼(102)에 대해 이동하도록 허용한다. 제1 조인트(113)는 조절가능 아암 지지부(105)에 제1 자유도("Z-리프트")를 제공할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제2 자유도(틸트)를 제공하는 제2 조인트(115)를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제3 자유도("상향 피봇")를 제공할 수 있는 제3 조인트(117)를 포함할 수 있다. 레일 커넥터(111)가 제3 축(127)을 중심으로 회전됨에 따라 레일(107)의 배향을 유지시키기 위해 제3 조인트(117)를 기계적으로 구속하는 (도 13에 도시된) 추가 조인트(119)가 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 제4 축(129)을 따라 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제4 자유도(병진)를 제공할 수 있는 제4 조인트(121)를 포함할 수 있다.
도 14는 테이블(101)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지부(105A, 105B)를 갖는 수술 로봇 시스템(140A)의 단부도를 예시한다. 제1 로봇 아암(142A)이 제1 조절가능 아암 지지부(105B)의 바아 또는 레일(107A)에 부착된다. 제1 로봇 아암(142A)은 레일(107A)에 부착되는 기부(144A)를 포함한다. 제1 로봇 아암(142A)의 원위 단부는 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착될 수 있는 기구 구동 메커니즘(146A)을 포함한다. 유사하게, 제2 로봇 아암(142B)은 레일(107B)에 부착되는 기부(144B)를 포함한다. 제2 로봇 아암(142B)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(146B)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(146B)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은 7 이상의 자유도를 갖는 아암을 포함한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은, 삽입 축(삽입을 포함하는 1-자유도), 리스트(wrist)(리스트 피치, 요(yaw) 및 롤(roll)을 포함하는 3-자유도), 엘보우(엘보우 피치를 포함하는 1-자유도), 쇼울더(쇼울더 피치 및 요를 포함하는 2-자유도), 및 기부(144A, 144B)(병진을 포함하는 1-자유도)를 포함하는, 8 자유도를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(142A, 142B)에 의해 제공될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는, 기구 자체가 기구-기반 삽입 아키텍처를 통한 삽입을 제공한다.
C. 기구 드라이버 및 인터페이스.
시스템의 로봇 아암의 엔드 이펙터는 (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합하는 기구 드라이버(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 장치 조작기"로 지칭됨), 및 (ii) 모터와 같은 임의의 전기-기계 구성요소가 없을 수 있는 제거가능 또는 탈착가능 의료 기구를 포함한다. 이러한 이분법은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성, 및 그들의 복잡한 기계 조립체 및 민감한 전자장치로 인해 고가의 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없음에 의해 주도될 수 있다. 따라서, 의료 기구는 의사 또는 의사의 스태프에 의한 개별적인 멸균 또는 폐기를 위해 기구 드라이버(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 기구 드라이버는 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 드레이핑될(draped) 수 있다.
도 15는 예시적인 기구 드라이버를 예시한다. 로봇 아암의 원위 단부에 위치되어, 기구 드라이버(62)는 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축으로 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)으로 구성된다. 각각의 구동 유닛(63)은 기구와 상호작용하기 위한 개별 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 원하는 토크로 변환시키기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 제어 회로부에 피드백을 제공하기 위한 인코더(encoder)(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)이 독립적으로 제어되고 동력화되기 때문에, 기구 드라이버(62)는 의료 기구에 다수의(예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이 4개의) 독립적인 구동 출력부를 제공할 수 있다. 작동 시에, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신할 것이고, 모터(66)에 모터 신호를 전송할 것이며, 인코더(67)에 의해 측정된 바와 같은 생성된 모터 속도를 원하는 속도와 비교할 것이고, 모터 신호를 변조하여 원하는 토크를 생성할 것이다.
멸균 환경을 필요로 하는 절차의 경우, 로봇 시스템은 기구 드라이버와 의료 기구 사이에 있는, 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결된 멸균 어댑터(sterile adapter)와 같은 구동 인터페이스를 통합할 수 있다. 멸균 어댑터의 주된 목적은 기구 드라이버의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각도 운동을, 구동 샤프트와 구동 입력부 사이의 물리적 분리, 및 그에 따라 멸균을 유지시키면서, 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는 기구 드라이버의 구동 샤프트 및 기구 상의 구동 입력부와 정합되도록 의도되는 일련의 회전 입력부 및 출력부로 구성될 수 있다. 멸균 어댑터에 연결되어, 투명 또는 반투명 플라스틱과 같은 얇은 가요성 재료로 구성된 멸균 드레이프는 기구 드라이버, 로봇 아암, (카트-기반 시스템 내의) 카트 또는 (테이블-기반 시스템 내의) 테이블과 같은 자본 장비를 덮도록 설계된다. 드레이프의 사용은 자본 장비가 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비-멸균 영역) 내에 여전히 위치되면서 환자에게 근접하게 위치되도록 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 하나의 측부 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 영역)에서 환자와 인터페이스할 수 있다.
D. 의료 기구.
도 16은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계된 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 세장형 샤프트(71)(또는 세장형 본체) 및 기구 기부(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동 상호작용을 위한 그의 의도된 설계로 인해 "기구 손잡이"로 또한 지칭되는 기구 기부(72)는 일반적으로, 로봇 아암(76)의 원위 단부에서 기구 드라이버(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 정합되도록 설계되는 회전가능 구동 입력부(73), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리 또는 스풀을 포함할 수 있다. 물리적으로 연결, 래칭(latched), 및/또는 결합될 때, 기구 기부(72)의 정합된 구동 입력부(73)는 기구 드라이버(75) 내의 구동 출력부(74)와 회전 축을 공유하여, 구동 출력부(74)로부터 구동 입력부(73)로의 토크의 전달을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 정합하도록 설계되는 스플라인(spline)을 포함할 수 있다.
세장형 샤프트(71)는, 예컨대 내시경술에서와 같이, 해부학적 개구 또는 내강, 또는 예컨대 복강경술에서와 같이, 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 세장형 샤프트(71)는 가요성(예컨대, 내시경과 유사한 특성을 가짐) 또는 강성(예컨대, 복강경과 유사한 특성을 가짐)이거나 가요성 부분 및 강성 부분 둘 모두의 맞춤형 조합을 포함할 수 있다. 복강경술을 위해 설계될 때, 강성의 세장형 샤프트의 원위 단부는, 적어도 1의 자유도를 갖는 클레비스(clevis)로부터 형성되는 조인트식 리스트(jointed wrist)로부터 연장되는 엔드 이펙터, 및 구동 입력부가 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 응답하여 회전함에 따라 텐돈(tendon)으로부터의 힘에 기초하여 작동될 수 있는, 예를 들어 파지기 또는 가위와 같은 수술 도구 또는 의료 기구에 연결될 수 있다. 내시경술을 위해 설계될 때, 가요성의 세장형 샤프트의 원위 단부는 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 기초하여 관절운동되고 구부러질 수 있는 조향가능 또는 제어가능 굽힘 섹션을 포함할 수 있다.
기구 드라이버(75)로부터의 토크는 샤프트(71)를 따른 텐돈을 사용하여 세장형 샤프트(71)를 따라 전달된다. 풀 와이어(pull wire)와 같은 이들 개별 텐돈은 기구 손잡이(72) 내의 개별 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수 있다. 손잡이(72)로부터, 텐돈은 세장형 샤프트(71)를 따른 하나 이상의 풀 루멘(pull lumen)을 따라 지향되고, 세장형 샤프트(71)의 원위 부분에, 또는 세장형 샤프트의 원위 부분에 있는 리스트 내에 고정된다. 복강경술, 내시경술 또는 하이브리드 절차와 같은 수술 절차 동안, 이들 텐돈은 리스트, 파지기, 또는 가위와 같은 원위에 장착된 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈에 장력을 전달하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 일정 방식으로 작동하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 수술 절차 동안, 텐돈은 조인트가 축을 중심으로 회전하게 하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하게 할 수 있다. 대안적으로, 텐돈은 세장형 샤프트(71)의 원위 단부에서 파지기의 하나 이상의 조오(jaw)에 연결될 수 있으며, 여기에서 텐돈으로부터의 장력은 파지기가 폐쇄되게 한다.
내시경술에서, 텐돈은 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정을 통해 (예컨대, 원위 단부에서) 세장형 샤프트(71)를 따라 위치된 굽힘 또는 관절운동 섹션에 결합될 수 있다. 굽힘 섹션의 원위 단부에 고정식으로 부착될 때, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈을 따라 전달되어, 더 연질인 굽힘 섹션(때때로 관절운동가능 섹션 또는 영역으로 지칭됨)이 구부러지거나 관절운동하게 할 것이다. 비-굽힘 섹션을 따라, 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 그 내측에서) 개별 텐돈을 지향시키는 개별 풀 루멘을 나선형화 또는 나선화하여, 풀 와이어의 장력으로부터 발생하는 반경방향 힘의 균형을 잡는 것이 유리할 수 있다. 나선(spiraling)의 각도 및/또는 그들 사이의 간격은 특정 목적을 위해 변경 또는 조작될 수 있으며, 여기에서 더 조밀한 나선은 하중 힘 하에서의 더 작은 샤프트 압축을 나타내는 한편, 더 적은 양의 나선은 하중 힘 하에서의 더 큰 샤프트 압축을 가져오지만, 또한 한계 굽힘을 나타낸다. 스펙트럼의 다른 단부 상에서, 풀 루멘은 원하는 굽힘 또는 관절운동가능 섹션에서의 제어된 관절운동을 허용하기 위해 세장형 샤프트(71)의 길이방향 축에 평행하게 지향될 수 있다.
내시경술에서, 세장형 샤프트(71)는 로봇 절차를 보조하기 위한 다수의 구성요소를 수용한다. 샤프트는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구(또는 의료 기구), 관주, 및/또는 흡인을 전개시키기 위한 작업 채널로 구성될 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 광학 카메라를 포함할 수 있는, 원위 팁(distal tip)에 있는 광학 조립체로/그로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근위에 위치된 광원으로부터 샤프트의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용할 수 있다.
기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한, 진단 및/또는 치료, 관주, 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수 있다. 원위 팁은 또한, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하기 위한, 섬유경 또는 디지털 카메라와 같은 카메라를 위한 포트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원위 팁은 또한, 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다.
도 16의 예에서, 구동 샤프트 축, 및 그에 따라 구동 입력부 축은 세장형 샤프트의 축에 직교한다. 그러나, 이러한 배열은 세장형 샤프트(71)에 대한 롤 능력을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정적으로 유지시키면서 세장형 샤프트(71)를 그의 축을 따라 롤링시키는 것은 텐돈이 구동 입력부(73)로부터 연장되고 세장형 샤프트(71) 내의 풀 루멘에 들어감에 따라 텐돈의 바람직하지 않은 엉킴을 야기한다. 그러한 텐돈의 결과적인 엉킴은 내시경술 절차 동안 가요성의 세장형 샤프트의 이동을 예측하도록 의도된 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수 있다.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시된 바와 같이, 원형 기구 드라이버(80)는 그들의 구동 출력부(81)가 로봇 아암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 4개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)는 기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83) 내에 수용되며, 이는 조립체(83) 내의 구동 유닛들 중 하나에 의해 구동된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 조립체(83)는 회전 조립체(83)를 기구 드라이버의 비-회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호가 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)으로부터, 브러시형 슬립 링 연결부(brushed slip ring connection)(도시되지 않음)에 의해 회전을 통해 유지될 수 있는 전기 접촉부를 통해 회전 조립체(83)로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 조립체(83)는, 비-회전가능 부분(84) 내에 통합되어, 그에 따라 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수 있다. 회전 메커니즘(83)은 기구 드라이버(80)가 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 단일 유닛으로서 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전시키도록 허용한다.
이전에 개시된 실시예와 마찬가지로, 기구(86)는 세장형 샤프트 부분(88), 및 기구 드라이버(80) 내의 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 (리셉터클, 풀리, 및 스풀과 같은) 복수의 구동 입력부(89)를 포함하는 기구 기부(87)(논의 목적을 위해 투명 외부 스킨으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 이전에 개시된 실시예와 달리, 기구 샤프트(88)는 축이 도 16의 설계에서와 같이 직교하기보다는 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 상태로 기구 기부(87)의 중심으로부터 연장된다.
기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83)에 결합될 때, 기구 기부(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 회전 조립체(83)와 조합하여 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 기부(87)의 중심에 위치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착될 때 기구 드라이버 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 조립체(83)의 회전은 기구 샤프트(88)가 그 자체의 길이방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 더욱이, 기구 기부(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 기부(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결된 임의의 텐돈은 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은 임의의 제어 텐돈을 엉키게 하지 않고서 샤프트 회전을 허용한다.
도 18은 일부 실시예에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구를 예시한다. 기구(150)는 위에서 논의된 기구 드라이버들 중 임의의 것에 결합될 수 있다. 기구(150)는 세장형 샤프트(152), 샤프트(152)에 연결되는 엔드 이펙터(162), 및 샤프트(152)에 결합되는 손잡이(170)를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 근위 부분(154) 및 원위 부분(156)을 갖는 튜브형 부재를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 그의 외부 표면을 따라 하나 이상의 채널 또는 홈(158)을 포함한다. 홈(158)은 그를 통해 하나 이상의 와이어 또는 케이블(180)을 수용하도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 케이블(180)이 세장형 샤프트(152)의 외부 표면을 따라 이어진다. 다른 실시예에서, 케이블(180)은 또한 세장형 샤프트(152)를 통해 이어질 수 있다. (예컨대, 기구 드라이버를 통한) 하나 이상의 케이블(180)의 조작이 엔드 이펙터(162)의 작동을 유발한다.
기구 기부로 또한 지칭될 수 있는 기구 손잡이(170)는 일반적으로, 기구 드라이버의 부착 표면 상의 하나 이상의 토크 커플러(torque coupler)와 상호 정합되도록 설계되는 하나 이상의 기계적 입력부(174), 예컨대 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 갖는 부착 인터페이스(172)를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기구(150)는 세장형 샤프트(152)가 손잡이(170)에 대해 병진하는 것을 가능하게 하는 일련의 풀리 또는 케이블을 포함한다. 다시 말하면, 기구(150) 자체가 기구의 삽입을 수용하는 기구-기반 삽입 아키텍처를 포함하여, 그에 의해 기구(150)의 삽입을 제공하기 위한 로봇 아암에 대한 의존성을 최소화한다. 다른 실시예에서, 로봇 아암이 기구 삽입을 주로 담당할 수 있다.
E. 제어기.
본 명세서에 기술된 로봇 시스템들 중 임의의 것은 로봇 아암에 부착된 기구를 조작하기 위한 입력 장치 또는 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 제어기의 조작이 예컨대 마스터 슬레이브 제어(master slave control)를 통해 기구의 대응하는 조작을 유발하도록 기구와 (예컨대, 통신가능하게, 전자적으로, 전기적으로, 무선으로, 그리고/또는 기계적으로) 결합될 수 있다.
도 19는 제어기(182)의 일 실시예의 사시도이다. 본 실시예에서, 제어기(182)는 임피던스 및 어드미턴스 제어(impedance and admittance control) 둘 모두를 가질 수 있는 하이브리드 제어기를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 임피던스 또는 수동 제어(passive control)를 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 어드미턴스 제어를 이용할 수 있다. 하이브리드 제어기임으로 인해, 제어기(182)는 유리하게는 사용 중인 동안 더 낮은 인지 관성(perceived inertia)을 가질 수 있다.
예시된 실시예에서, 제어기(182)는 2개의 의료 기구의 조작을 허용하도록 구성되고, 2개의 손잡이(184)를 포함한다. 손잡이들(184) 각각은 짐벌(gimbal)(186)에 연결된다. 각각의 짐벌(186)은 위치설정 플랫폼(188)에 연결된다.
도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 위치설정 플랫폼(188)은 직선형 조인트(prismatic joint)(196)에 의해 칼럼(194)에 결합되는 SCARA 아암(선택적 순응형 조립 로봇 아암(selective compliance assembly robot arm))(198)을 포함한다. 직선형 조인트(196)는 손잡이들(184) 각각이 z-방향으로 병진되는 것을 허용하여 제1 자유도를 제공하기 위해 칼럼(194)을 따라(예컨대, 레일(197)을 따라) 병진하도록 구성된다. SCARA 아암(198)은 x-y 평면 내에서의 손잡이(184)의 운동을 허용하여, 2의 추가 자유도를 제공하도록 구성된다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 로드 셀(load cell)이 제어기 내에 위치된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 로드 셀(도시되지 않음)이 짐벌들(186) 각각의 본체에 위치된다. 로드 셀을 제공함으로써, 제어기(182)의 부분들은 어드미턴스 제어 하에서 작동할 수 있어서, 그에 의해 유리하게는 사용 중인 동안 제어기의 인지 관성을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 위치설정 플랫폼(188)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 짐벌(186)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 다른 실시예에서, 짐벌(186)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 위치설정 플랫폼(188)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 따라서, 일부 실시예의 경우, 위치설정 플랫폼(188)의 병진 또는 위치 자유도는 어드미턴스 제어에 의존할 수 있는 한편, 짐벌(186)의 회전 자유도는 임피던스 제어에 의존할 수 있다.
F. 내비게이션 및 제어.
전통적인 내시경술은 (예컨대, C-아암을 통해 전달될 수 있는 바와 같은) 형광투시법 및 다른 형태의 방사선-기반 이미징 기법의 사용을 수반하여, 조작자 의사에게 관내 안내를 제공할 수 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은 비-방사선-기반 내비게이션 및 위치결정 수단을 제공하여, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 장비의 양을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치결정"은 기준 좌표계에서 물체의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수 있다. 수술전 매핑, 컴퓨터 비전(computer vision), 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터와 같은 기법은 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 방사선-기반 이미징 기법이 여전히 사용되는 다른 경우에, 수술전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터는 방사선-기반 이미징 기법만을 통해 획득된 정보를 개선하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(90)을 예시한 블록도이다. 위치결정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 장치들의 세트일 수 있다. 컴퓨터 장치는 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소 내의 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터-판독가능 메모리에 의해 구현될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 장치는 도 1에 도시된 타워(30), 도 1 내지 도 4에 도시된 카트, 도 5 내지 도 14에 도시된 베드 등 내에 있을 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하도록 입력 데이터(91 내지 94)를 처리하는 위치결정 모듈(95)을 포함할 수 있다. 위치 데이터(96)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 배향을 나타내는 데이터 또는 논리일 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조 또는 알려진 물체, 예컨대 EM 필드 발생기(EM 필드 발생기에 대해서는 아래의 논의 참조)에 대한 기준 프레임일 수 있다.
이제, 다양한 입력 데이터(91 내지 94)가 더 상세히 기술된다. 수술전 매핑은 저 선량 CT 스캔의 집합의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수술전 CT 스캔은 3차원 이미지로 재구성되며, 이는, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 절결도의 "슬라이스(slice)"로서 시각화된다. 전체적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의 해부학적 공동, 공간 및 구조에 대한 이미지-기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)과 같은 기법이 CT 이미지로부터 결정되고 근사화되어, 모델 데이터(91)로 지칭되는(수술전 CT 스캔만을 사용하여 생성될 때 "수술전 모델 데이터"로 또한 지칭됨), 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 사용은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있으며, 기관지경술에 특히 적절하다.
일부 실시예에서, 기구는 비전 데이터(92)를 제공하기 위한 카메라를 구비할 수 있다. 위치결정 모듈(95)은 하나 이상의 비전-기반 위치 추적을 가능하게 하도록 비전 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터는 비전 데이터(92)와 함께 사용되어 의료 기구의 컴퓨터 비전-기반 추적을 가능하게 할 수 있다(예컨대, 내시경 전진 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진). 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 예상 이동 경로에 기초하여 모델로부터 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있으며, 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술중에, 이러한 라이브러리는, 카메라(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지를 이미지 라이브러리 내의 이미지와 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 로봇 시스템에 의해 참조될 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 추적 기법은 특징부 추적(feature tracking)을 사용하여 카메라, 및 그에 따라 내시경의 운동을 결정한다. 위치결정 모듈(95)의 일부 특징부는 해부학적 내강에 대응하는 수술전 모델 데이터(91) 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 내강이 선택되었는지뿐만 아니라 카메라의 상대 회전 및/또는 병진 운동을 결정할 수 있다. 위상 맵(topological map)의 사용은 비전-기반 알고리즘 또는 기법을 추가로 향상시킬 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 기법인 광학 흐름(optical flow)은 비전 데이터(92) 내의 비디오 시퀀스에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진을 분석하여 카메라 이동을 추론할 수 있다. 광학 흐름 기법의 예는 모션 검출(motion detection), 객체 분할 계산(object segmentation calculation), 휘도(luminance), 모션 보상 인코딩(motion compensated encoding), 스테레오 디스패리티 측정(stereo disparity measurement) 등을 포함할 수 있다. 다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라(및 그에 따라 내시경)의 이동 및 위치가 결정될 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 수술전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 전역 좌표계에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예컨대, 내시경 도구) 내에 하나 이상의 위치 및 배향으로 내장된 하나 이상의 센서 코일로 구성되는 EM 센서(또는 추적기)가 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성되는 EM 필드의 변화를 측정한다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 내장된 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에 소전류(small current)를 유도하며, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및 배향은 좌표계 내의 단일 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델 내의 위치와 정렬시키는 기하학적 변환을 결정하기 위해 수술중에 환자 해부학적 구조(예컨대, 수술전 모델)에 "정합될" 수 있다. 일단 정합되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예컨대, 내시경의 원위 팁)에 있는 내장된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시를 제공할 수 있다.
로봇 명령 및 운동학(kinematics) 데이터(94)가 또한 위치결정 모듈(95)에 의해 사용되어, 로봇 시스템에 대한 위치결정 데이터(96)를 제공할 수 있다. 관절운동 명령으로부터 발생하는 장치 피치 및 요는 수술전 보정 동안 결정될 수 있다. 수술중에, 이들 보정 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 기구의 위치를 추정할 수 있다. 대안적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 네트워크 내의 의료 기구의 위치를 추정할 수 있다.
도 20이 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시되어 있지 않지만, 형상-감지 섬유를 이용하는 기구가, 위치결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하는 데 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 입력 데이터(91 내지 94)를 조합(들)으로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 조합은 위치결정 모듈(95)이 입력 데이터(91 내지 94) 각각으로부터 결정된 위치에 신뢰 가중치(confidence weight)를 할당하는 확률적 접근법(probabilistic approach)을 사용할 수 있다. 따라서, (EM 간섭이 있는 경우 그러할 수 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰가능하지 않을 수 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정된 위치의 신뢰도가 감소될 수 있고, 위치결정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 명령 및 운동학 데이터(94)에 더 많이 의존할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 로봇 시스템은 위의 기법들 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수 있다. 타워, 베드 및/또는 카트에 기반한 로봇 시스템의 컴퓨터-기반 제어 시스템은 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수 있으며, 이는, 실행 시에, 시스템으로 하여금 센서 데이터 및 사용자 명령을 수신 및 분석하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하고, 전역 좌표계, 해부학적 맵 등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치결정 데이터를 디스플레이하게 한다.
2. 로봇 보조식 동시 절차에 대한 도입.
소정의 의학적 질환의 치료는 의학적 질환을 완전히 치료하기 위해 2가지 이상의 의료 절차를 수행하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 폐 병변의 진단 및 관리는 가요성 내시경술 및 흉강경술을 포함하는 의료 절차를 수행하기 위해 다중 치료 에피소드(multiple treatment episode)를 수반할 수 있다. CT 스캔의 분석을 통한 것과 같은 방사선촬영 검사로부터의 병변의 발견 후에, 의사가 다중 치료 에피소드의 과정에 걸쳐 내시경 진단 및 후속 치료를 수행할 수 있다. 일례에서, 의사가 그의 또는 그녀의 환자가 암의 초기 병기에 있는 것으로 추측하는 경우, 의사는 환자가 먼저 암의 진단을 위한 내시경술 절차를 받도록 지시할 수 있다. 내시경술 절차 동안, 결절이 생검될 수 있고, 의사가 결절의 제거가 필요하다고 결정하는 경우, 의사는 환자가 결절의 수술 절제를 위해 제2 치료 에피소드를 받도록 지시할 수 있다.
다중 치료 에피소드를 수행하는 데에는 단점이 존재한다. 간병인 및 환자 둘 모두로부터의 임상 비용 및 시간 요구는 환자의 질환을 진단 및 치료하기 위한 그러한 다중-에피소드 접근법에 대해 증가된다. 추가적으로, 수술 절제 절차 동안, 종양의 위치를 정확하게 결정하고 수술 절제를 위한 수술 표적을 제공하는 데 도움을 주기 위해 절차(예컨대, 내시경술)가 반복하여 수행될 필요가 있을 수 있다. 또한, 다중 치료 에피소드에 걸쳐 의료 절차를 스테이징(staging)할 때, 환자는 다중 마취 에피소드를 받아야 할 수 있으며, 이는 환자에게 증가된 위험 및 불편함이 수반되게 할 수 있다. 또한 다중 치료 에피소드는 증가된 수술전후 자원(예컨대, 수술전 정밀검사(workup), 수술후 회복, 및 아마도 야간 입원(overnight hospital stays))을 이용하여, 그에 의해 환자 및 의사 둘 모두에 대한 증가된 시간 및 비용으로 이어질 수 있다.
다중 치료 에피소드에 걸쳐 의료 절차를 스테이징하기보다는, 의사는 단일 치료 에피소드 동안 다수의 절차를 순차 방식(serial fashion)으로 수행하는 옵션을 갖는다. 그러한 단일 치료 에피소드는 단일 치료 에피소드의 일부로서 절차를 병행하여(in parallel) 수행하는 것을 보조하기 위해 추가 임상 제공자를 호출함으로써 수행될 수 있다.
그러나, 다중 치료 에피소드에 관해 말하면, 그들이 현재 수행되는 바와 같은 단일 치료 에피소드와 연관되는 단점이 존재한다. 위에 언급된 바와 같이, 다수의 임상 제공자가 단일 치료 에피소드를 수행하는 것을 보조할 필요가 있어서, 그에 의해 수술실 내의 과밀화된 공간 및 증가된 비용으로 이어질 수 있다. 또한, 단일 치료 에피소드에 걸쳐 다수의 절차를 순차적으로 수행하기 위해, 의사는 다양한 접근법을 번갈아 수행할 수 있으며, 이는 멸균 기법과 비-멸균 기법 사이의 전환을 수반할 수 있다. 멸균 기법과 비-멸균 기법 사이의 전환은 하나의 수술 부위로부터 다른 수술 부위로의 주의 변경, 가운교체(regowning), 및 임상 작업흐름의 상당히 중단을 추가로 수반할 수 있다.
단일 치료 에피소드 동안 절차를 병행하여 수행하기 위한 다수의 의료서비스 제공자 및/또는 의사의 협업은 비용이 많이 들며, 소정 절차에 대해서는 엄청나게 고가일 수 있다. 단일 치료 에피소드의 일부로서 병행 절차를 수행하는 데 다수의 임상 제공자를 사용하는 일례는 결장 용종 절제를 수행하는 수동 방법인, 내시경 및 복강경 협진 수술(Combined Endoscopic and Laparoscopic Surgery, CELS)이다. 용종은 그들의 크기, 유형, 및 위치에 기초하여 그들이 내시경으로 제거될 수 있는지에 관해 평가될 수 있다. 용종이 내시경으로 제거될 수 없을 때, 그들은 비교적 높은 합병증 발생률 및 증가된 회복 시간을 수반하는 부분 결장절제술(segmental colectomy)을 통해 제거될 수 있다. CELS는 용종이 (내시경 기구로) 관내에서 더 용이하게 절제되게 하도록 (복강경 기구로의) 결장의 관외 가동화(extraluminal mobilization)를 가능하게 하는 방법으로서 제안되었다. CELS는 전형적으로 (각각 복강경 기구 및 내시경 기구를 제어하기 위한) 적어도 두 명의 의사 및 (각각 복강경 및 결장경을 유지시키기 위한) 두 명의 보조자를 필요로 한다. 한 명의 의사가 기구를 이동시키고 있는 동안, 나머지 제공자는 그들의 기구를 여전히 유지시킬 수 있으며, 이는 장기간에 걸친 육체적으로 힘든 것일 수 있다. 기구 교환을 보조하고, 봉합사 또는 거즈를 전달하고, 제거 후의 시료를 취급하고, 복강경 기구를 제어하는 등을 위해 수술실 내에 추가 스태프 인원이 있을 수 있다.
본 개시의 실시예는 단일 치료 에피소드의 일부로서 (예컨대, 단일 사용자 또는 팀에 의해) 2가지 이상의 유형/모드의 절차를 동시에 수행하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 전술된 단일 및 다중 치료 에피소드를 개선한다. 일부 실시예에서, 병행 절차는 신규한 로봇 의료 시스템의 도움으로 단일 치료 에피소드의 일부로서 수행되어, 그에 의해, 예컨대 기존 CELS 절차와 같은, 비-로봇 보조식 병행 의료 절차에서만큼 많은 의료서비스 제공자 및/또는 의사가 있을 필요성을 감소시킬 수 있다.
암 종양의 내시경 진단 및 수술 절제의 위의 예에 더하여, 동시 흉강경 절제에 의한 폐 암의 기관지경 위치결정, 복강경 절제에 의한 위장 암의 내시경 위치결정, 복강경 보조에 의한 위장 암의 내시경 위치결정 및 절제, 위장 재건 절차를 위한 내시경 이미징 또는 시각화, 예컨대 위절제술, 루와이 위우회술(roux-en-y-gastric bypass) 등, 요관경 결석/종양 위치결정 및 경피 제거/절제를 포함하는 다른 예시적인 의료 절차가 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법으로부터 이익을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 절차는 단일 치료 에피소드로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 절차는 최소 수의 임상의, 일부 경우에, 단일 의사에 의해 수행될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 동시 절차는 동시 절차를 제어하기 위해 단일 유형의 콘솔을 사용하여 수행될 수 있다.
본 개시의 태양에 따르면, 동시/병행 의료 절차 동안 수행되는 제1 유형의 절차가 하나 이상의 가요성 장치를 환자 내로 전달하는 것을 수반할 수 있는 한편, 제2 유형의 절차가 하나 이상의 강성 장치를 환자 내로 전달하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 2가지 동시 절차는 (예컨대, 강성 스코프를 사용하는) 복강경술 절차와 조합되는 (예컨대, 가요성 스코프를 사용하는) 내시경술 절차를 수반할 수 있다. 기관지 내의 종양과 관련되는 의학적 치료에서, 제1 내시경 도구(예컨대, 가요성 기관지경)가 기관지를 통해 삽입될 수 있는 한편, 제2 복강경 도구(예컨대, 강성 카메라 또는 커터)가 종양에 대한 접근을 제공하는 절개부를 통해 삽입될 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 유형의 절차는 자연 구멍을 통해 수행될 수 있는 한편, 제2 유형의 절차는 절개부를 통해 수행될 수 있다. 예를 들어, 신장 결석의 제거와 관련되는 의료 절차에서, 제1 도구(예컨대, 레이저)가 신우 내의 결석을 부수기 위해 요도의 자연 구멍을 통해 삽입될 수 있는 한편, 제2 도구(예컨대, 진공)가 부서진 신장 결석을 흡인 및 제거하기 위해 절개부를 통해 경피적으로 삽입될 수 있다.
A. 동시 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법.
일부 실시예에서, 단일 로봇 의료 시스템이 단일 치료 에피소드의 일부로서 2가지 이상의 유형의 의료 절차를 동시에 수행할 수 있다. 도 21은 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 로봇 의료 시스템(200)은 하나 이상의 로봇 아암들(205)의 제1 세트 및 하나 이상의 로봇 아암들(210)의 제2 세트를 포함한다. 시스템(200)은 환자가 그 상에 위치될 수 있는 베드를 포함할 수 있는 플랫폼(215)을 추가로 포함하며, 이때 로봇 아암들(205, 210)의 제1 및 제2 세트가 플랫폼(215)에 대해 양쪽 아암 지지부 또는 레일 상에 위치된다. 로봇 아암들(205)의 제1 세트는 제1 조절가능 아암 지지부(220)에 결합될 수 있는 한편, 로봇 아암들(210)의 제2 세트는 제1 조절가능 아암 지지부(220)에 대해 플랫폼(215)의 반대편 측부 상에 위치된 제2 조절가능 아암 지지부(225)에 결합될 수 있다. 플랫폼(215)의 베드는 헤드 부분(head portion) 및 풋 부분(foot portion)을 포함할 수 있다. 제1 아암 지지부(220) 및 제2 아암 지지부(225)는 헤드 부분과 풋 부분 사이에 위치될 수 있다. 제1 아암 지지부(220) 및 제2 아암 지지부(225)는 또한 제1 아암 지지부(220) 및/또는 제2 아암 지지부(225)의 적어도 일부분이 헤드 부분 또는 풋 부분을 지나 연장되도록 플랫폼(215)에 대해 이동하도록 구성될 수 있다.
소정 실시예에서, 아암들(205)의 제1 세트는 내시경술 절차의 일부로서, 예컨대 결장경, 기관지경 또는 요관경(예컨대, 내부 및 외부 카테터를 가짐)과 같은 하나 이상의 가요성 기구(230)를 제어하도록 구성될 수 있다. 아암들(210)의 제2 세트는 복강경술 절차의 일부로서, 강성 카메라, 혈관 밀봉기, 조직 커터, 스테이플러(stapler), 바늘 드라이버 등과 같은 하나 이상의 강성 기구(235)를 제어하도록 구성될 수 있다. 본 실시예에서, 아암들(205)의 제1 세트는 일부 실시예에 따라 가요성 요관경을 전달하도록 가상 레일 내에 정렬된다. 아암들(210)의 제2 세트는 복강경 포트를 통해 하나 이상의 복강경 기구를 전달한다. 일부 실시예에서, 복강경 기구들 중 적어도 하나는 강성일 수 있지만, 일부 실시예에서, 아암들(210)의 제2 세트는 강성 커터 및 가요성 관절운동 복강경과 같은, 강성 및 가요성 기구의 조합을 전달하도록 구성될 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 아암들(205)의 제1 세트는 아암들(210)의 제2 세트와 상이한 방향으로부터 환자에게 접근하도록 구성된다. 예를 들어, 아암들(205)의 제1 세트는 플랫폼(215)의 기부로부터 환자에게 접근할 수 있는 한편, 아암들(210)의 제2 세트는 플랫폼(215)의 측부로부터 환자에게 접근할 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경 또는 복강경 기구들 중 하나 이상이 EM 또는 형광투시 내비게이션을 통해 부분적으로 또는 전체적으로 내비게이션될 수 있다. 일부 실시예에서, 아암들(205)의 제1 세트는 로킹될 수 있는 한편, 아암들(210)의 제2 세트는 이동가능하다. 다른 실시예에서, 아암들(205)의 제1 세트는 이동가능한 한편, 아암들(210)의 제2 세트는 로킹된다.
도면에 도시된 바와 같이, 아암들(205)의 제1 세트는 제1 조절가능 아암 지지부(220)에 결합되는 한편, 아암들(210)의 제2 세트는 제2 조절가능 아암 지지부(225)에 결합된다. 제1 조절가능 아암 지지부(220)는 제2 조절가능 아암 지지부(225)로부터 독립적으로 조절가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(220)는 제2 조절가능 아암 지지부(225)와 상이한 높이에 있는 한편, 다른 실시예에서, 제1 조절가능 아암 지지부(220)는 제2 조절가능 아암 지지부(225)와 동일한 높이에 있다. 일부 실시예에서, 아암 지지부(220, 225) 및/또는 아암(205, 210)은 플랫폼(215) 아래에 적재될 수 있다. 일부 실시예에서, 아암 지지부들(220, 225) 및/또는 아암들(205, 210) 중 하나 이상은 플랫폼의 기부 위로 상승되어, 그에 의해 "몹 슬롭(mop slop)" 및 부주의하게 먼지가 이들 구성요소 상에 쌓이는 것을 회피할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 아암 지지부(220, 225) 및/또는 아암(205, 210)은 적재된 위치로부터, 베드 또는 플랫폼(215)의 상부 표면보다 높은 높이로 상승될 수 있다.
본 실시예에서, 한 쌍의 아암들(205)이 제1 조절가능 아암 지지부(220)에 결합되는 한편, 3개의 아암들(210)이 제2 조절가능 아암 지지부(225)에 결합된다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부들 각각 상의 아암의 수는 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, 아암의 수는 도 21에 도시된 아암의 수보다 많거나 적을 수 있다.
도 22는 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드-기반 로봇 시스템의 다른 실시예를 예시한다. 도 21의 실시예와 유사하게, 도 22에 예시된 실시예는 하나 이상의 로봇 아암들(205)의 제1 세트, 하나 이상의 로봇 아암들(210)의 제2 세트, 플랫폼(215)을 포함하며, 이때 복수의 로봇 아암(205, 210)이 플랫폼(215)에 대해 양쪽 아암 지지부 상에 위치된다. 이들 양쪽 아암 지지부는 제1 조절가능 아암 지지부(220) 및 제2 조절가능 아암 지지부(225)를 포함한다.
도 21에 예시된 실시예와 대조적으로, 도 22의 실시예에서, 로봇 아암들(205)의 제1 세트는 환자를 통해 경피적으로 강성 복강경 기구(235)를 제어하도록 구성되는 단일 로봇 아암을 포함하는 한편, 로봇 아암들(210)의 제2 세트는 가요성 내시경 기구(230)를 제어하도록 구성되는 한 쌍의 로봇 아암들을 포함한다. 다른 실시예에서, 로봇 아암(205, 210)은 베드의 동일한 측부(또는 베드의 인접한 측부들) 상에 위치될 수 있고, 각각 가요성 내시경 기구(230) 및 강성 복강경 기구(235)를 제어하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 플랫폼(215)의 각각의 측부 상에 위치된 적어도 하나의 아암을 포함하는 로봇 아암들(205, 210)의 세트가 제1 의료 기구(예컨대, 가요성 내시경 기구(230))를 제어하도록 구성될 수 있고, 플랫폼(215)의 각각의 측부 상에 위치된 적어도 하나의 아암을 포함하는 로봇 아암들(205, 210)의 다른 세트가 제2 의료 기구(예컨대, 강성 복강경 기구(235))를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 21 및 도 22에 예시된 실시예들 각각에서, 로봇 아암이 부착된 단일 베드-기반 시스템이 하나 이상의 가요성 기구(230)를 수반하는 내시경술 절차뿐만 아니라, 하나 이상의 강성 기구(235)를 수반하는 복강경술 절차 둘 모두를 수행하도록 구성될 수 있다. 내시경술 절차는 자연 구멍(예컨대, 인후)을 통해 수행될 수 있는 한편, 복강경술 절차는 절개부(예컨대, 흉부)를 통해 수행될 수 있다. 절차는 유리하게는 단일 사용자에 의해 (추가 상세사항이 아래에 제공되는) 단일 콘솔을 통해 (부분적으로 또는 전체적으로) 동반하여/동시에 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 의료 시스템(200)은 요구되는 경우에 또한 2가지 유형의 의료 절차를 연속적으로 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 절차가 환자에 대해 수행될 수 있다. 그러한 절차가 그 자체만으로 효과적이지 못한 경우, "절차의 단계적 확대"의 일부로서 제1 유형의 절차를 만회하거나 보완하기 위해 제2 유형의 절차가 수행될 수 있다.
도 21 및 도 22 각각에서, 로봇 아암(205, 210)은 적재되고 후속하여 플랫폼(215) 아래로부터 전개될 수 있다. 로봇 아암(205, 210)은 사용자로부터 수신된 명령에 기초하여, 예컨대 환자(240)의 발 부근 및/또는 환자(240) 우측 부근의 다수의 위치에 위치되도록 구성된다. 로봇 아암(205, 210)은 조절가능 아암 지지부(220, 225)를 따라 병진가능하도록 구성된다. 로봇 아암(205, 210)은 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 그보다 많은 것을 포함하는 다중 자유도가 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 아암(205, 210)은 하나 이상의 여분의 자유도를 포함한다. 로봇 아암(205, 210)은 로봇 아암(205, 210)의 수직, 측방향, 및 길이방향 조절을 제공하도록 구성되는 조절가능 아암 지지부(220, 225)에 결합된다. 로봇 아암(205, 210)의 이동과 독립적으로, 일부 실시예에서, 조절가능 아암 지지부는 3 자유도로 조절되도록 구성된다. 소정 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(220, 225)는 로봇 아암의 기부가 그것을 따라 병진할 수 있는 바아 또는 레일의 형태일 수 있다. 기부는 로봇 아암(205, 210)을 조절가능 아암 지지부(220, 225)에 결합시킬 수 있다.
도 21에 예시된 로봇 시스템의 특정 구성을 참조하면, 제1 조절가능 아암 지지부(220)는, 그것이 플랫폼(215)의 기부 아래로 그리고 그것을 지나 연장되어, 그에 의해 제1 로봇 아암(205)이 내시경술 절차의 일부로서 환자(240)의 발 부근에 위치되게 허용하도록 수평으로 조절되었다. 제2 조절가능 아암 지지부(225)는, 그것에 부착된 제2 로봇 아암(210)이 복강경술 절차의 일부로서 환자(240) 위에 위치될 수 있도록 플랫폼(215)과 실질적으로 정렬되어 유지되었지만, 수직으로 조절되었다. 제1 및 제2 조절가능 아암 지지부(220, 225)는 로봇 아암(205, 210)이 상이한 높이 및 측방향 위치를 포함하는 상이한 방향으로부터 접근하도록 허용한다.
로봇 아암(205, 210)이 로봇 아암들(205)의 제1 세트 및 로봇 아암들(210)의 제2 세트로 분할되는 것으로 기술되었지만, 로봇 아암(205, 210)은 동시 의료 절차의 일부로서 별개의 절차를 수행하도록 각각 구성되는 (하나 이상의 아암들의 세트를 포함하는) 다른 그룹으로 분할될 수 있다. 일부 실시예에서, (예컨대, 진단을 위한) 동시 절차가 2개만큼 적은 아암 - 하나가 가요성 카메라를 유지시키고, 다른 하나가 기구를 유지시킴 - 으로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, (예컨대, 치료를 위한) 동시 절차가 2개의 아암 또는 3개의 아암으로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 4개 이상의 로봇 아암(205, 210)이 제공될 수 있다.
동시에 수행되는 의료 절차의 조합에 따라, 로봇 아암(205, 210)은 다양한 의료 기구를 제어하도록 구성되고/되거나 작동될 수 있다. 로봇 아암들(205, 210) 중 하나 이상이 로봇 의료 시스템(200)을 사용하여 구현될 수 있는 사용의 예는 (i) 예컨대, 코, 입, 질, 요도, 직장, 또는 귀와 같은 자연 신체 구멍에 대한 접근을 제공하는 삽입기(introducer) 또는 시스를 제어하도록 구성된 로봇 아암; (ii) 위에서 언급된 삽입기 또는 시스를 갖거나 갖지 않고서, 내시경 및/또는 내시경 기구 장치(예컨대, 가요성 기구)를 자연 구멍을 통해 신체 내로 제어하도록 구성된 로봇 아암; (iii) 관련 해부학적 공간(예컨대, 흉부, 복부, 복막외, 및/또는 복막후 공간) 내에서 관외 시각화를 제공하는 흉강경 또는 복강경 카메라(예컨대, 가요성 또는 강성 장치)를 유지시키고 그에 명령하도록 구성된 로봇 아암; 및/또는 (iv) 흉강경 또는 복강경 기구 장치(예컨대, 강성 장치)를 유지시키고 그에 명령하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암을 포함한다. 이들은 단지 예시적인 사용이고, 당업자는 본 명세서에 기술된 시스템이 이들 실시에 제한되지 않는 것을 인식할 것이다.
가요성 및 강성 도구로 동시 내시경술 및 복강경술 절차를 수행하기 위해 도 21 및 도 22 중 하나의 로봇 의료 시스템과 같은 단일 시스템을 사용함에 있어서 다수의 이점이 존재한다. 첫째, 단일 시스템의 사용은 수술실 내에서 장비/자본을 더 적게 함으로써 시스템의 구성요소에 의해 점유되는 공간의 양을 보존한다. 둘째, 단일 시스템의 사용은 단일 임상의/의사가 수술실 내에서 다른 임상의/의사의 도움 없이 두 유형의 절차를 수행하는 것을 더 용이하게 한다. 또한 셋째, 단일 시스템의 사용에 의해, 시스템의 로봇식으로 제어가능한 구성요소들 각각이 동일한 전역 기준 프레임에 관련될 수 있다 - 예컨대, 내시경 기구(들)의 위치(들) 및/또는 배향(들)이 복강경 기구(들)의 위치(들) 및/또는 배향(들)에 대해 용이하게 참조될 수 있음. 다시 말하면, 단일 시스템이 단일 좌표 프레임에 대해 모든 기구 및 조작기에 대한 위치 및/또는 배향-관련 데이터의 지식을 제공하여, 그에 의해 충돌 방지 및/또는 회피, 및/또는 서로에 대한 기구의 컴퓨터-생성 디스플레이와 같은 특징을 가능하게 한다.
도 23은 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 로봇 시스템의 또 다른 실시예를 예시한다. 로봇 의료 시스템(300)은 플랫폼-기반 로봇 시스템(301) 및 카트-기반 로봇 시스템(303) 둘 모두를 포함한다. 플랫폼-기반 로봇 시스템(301)은 하나 이상의 로봇 아암들(305)의 제1 세트, 하나 이상의 로봇 아암들(310)의 제2 세트, 및 베드 또는 플랫폼(315)을 포함하며, 여기에서 복수의 로봇 아암(305, 310)은 플랫폼(315)에 대해 양쪽에 위치된다. 시스템(300)은 하나 이상의 로봇 아암들(305)의 제1 세트에 결합된 제1 조절가능 아암 지지부(320), 및 하나 이상의 로봇 아암들(310)의 제2 세트에 결합된 제2 조절가능 아암 지지부(325)를 추가로 포함한다. 카트-기반 로봇 시스템(303)은 제3 조절가능 아암 지지부(335)에 결합된 하나 이상의 로봇 아암들(330)의 제3 세트를 포함한다. 본 실시예에서, 플랫폼-기반 로봇 시스템(301) 및 카트-기반 로봇 시스템(303)은 유리하게는 단일 치료 에피소드의 일부로서 동시 절차를 수행하도록 통합된다.
로봇 아암들(305, 310)의 제1 및 제2 세트는 환자(350)에게 수행되는 복강경술 절차의 일부로서, 예컨대 카메라, 혈관 밀봉기, 조직 커터, 스테이플러, 바늘 드라이버 등과 같은 하나 이상의 강성 기구(340)를 제어하도록 구성된다. 로봇 아암들(330)의 제3 세트는 내시경술 절차의 일부로서, 예컨대 결장경, 기관지경 또는 요관경(예컨대, 내부 및 외부 카테터를 가짐)과 같은 하나 이상의 가요성 기구(345)를 제어하도록 구성된다. 그러나, 다른 구성에서, 제1, 제2, 및 제3 로봇 아암들(305, 310, 330)의 임의의 조합 또는 서브세트가 강성 기구(340) 및/또는 가요성 기구(345)를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(300)은 하나 이상의 의료 기구를 제어하도록 각각 구성될 수 있는 2개 이상의 카트-기반 시스템(303)을 포함할 수 있다.
도 24 및 도 25는 본 개시의 태양에 따른, 동시 절차를 수행하도록 구성된 베드-기반 로봇 시스템의 다른 실시예의 2개의 구성을 예시한다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 로봇 의료 시스템(400)은 하나 이상의 로봇 아암들(405)의 제1 세트, 하나 이상의 로봇 아암들(410)의 제2 세트, 플랫폼(415), 조절가능 아암 지지부(420), 하나 이상의 가요성 의료 기구(425), 및 하나 이상의 강성 의료 기구(430)를 포함한다. 본 실시예에서, 하나 이상의 로봇 아암들(405)의 제1 세트 및 하나 이상의 로봇 아암들(410)의 제2 세트는 동일한 조절가능 아암 지지부(420)를 공유한다. 이미징 장치(예컨대, CT, 형광투시 등)가 아암 지지부(420) 반대편에 있는 플랫폼(415)의 측부 상에 위치된다. 시스템(400)은 EM 센서를 통해 하나 이상의 기구의 내비게이션을 보조하기 위한 전자기장 발생기(418)를 추가로 포함한다.
도 24에 도시된 로봇 의료 시스템의 제1 구성에서, 로봇 아암들(405)의 제1 세트는 환자(440)의 기관지를 통해 삽입될 가요성 의료 기구(405)를 제어하도록 구성될 수 있다. 로봇 아암들(410)의 제2 세트는 의료 기구를 제어함이 없이 플랫폼(415) 아래에 적재될 수 있다. 도 25에 도시된 제2 구성에서, 로봇 아암들(410)의 제1 세트는 가요성 기구(425)를 제어하도록 구성될 수 있는 한편, 로봇 아암들(410)의 제2 세트는 환자(440) 내에 형성된 절개부를 통해 삽입될 수 있는 하나 이상의 강성 기구(430)를 제어하기 위해 적재된 위치로부터 상승되었다. 로봇 아암은 조절가능 아암 지지부(420)를 통해 상승될 수 있다. 도 25에 도시된 바와 같이, 아암 레스트(arm rest)(422)가 환자의 팔이 절차 동안 받쳐지도록 허용하기 위해 플랫폼 및/또는 조절가능 아암 지지부들(420) 중 하나 이상에 결합될 수 있다. 도 24 및 도 25에서 볼 수 있는 바와 같이, 로봇 아암들(405, 410)의 상이한 서브세트가 로봇 의료 시스템(400)이 구성되거나 이용되는 방법에 따라 의료 기구(425, 430)를 제어하도록 선택될 수 있다. 특히, 2개의 로봇 아암(405)이 도 24의 구성에서 가요성 기구를 제어하도록 로봇 아암들(405)의 제1 세트의 일부로서 포함될 수 있는 한편, 단일 로봇 아암(405)이 도 25의 구성에서 가요성 기구를 제어하도록 로봇 아암들(405)의 제1 세트의 일부로서 포함될 수 있다. 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 주어진 조절가능 아암 지지부(420) 상에서 로봇 아암(405, 410)의 조합이 상이하다.
도 26은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차를 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 26에 예시된 방법(500)의 단계는 의료 로봇 시스템(예컨대, 로봇식 시스템(10), 또는 위에서 논의된 로봇 의료 시스템들(200, 300, 또는 400) 중 하나) 또는 연관 시스템(들)의 프로세서(들) 및/또는 다른 구성요소(들)에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(500)은 방법(500)의 설명과 관련된 "시스템"에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(500)은 블록(501)에서 시작된다. 블록(505)에서, 시스템은 환자의 제1 개구를 통해 제1 의료 기구를 삽입하도록 제1 로봇 아암을 제어할 수 있다. 블록(510)에서, 시스템은 환자의 제2 개구를 통해 제2 의료 기구를 삽입하도록 제2 로봇 아암을 제어할 수 있다. 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암은 제1 플랫폼의 일부일 수 있고, 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역에 위치될 수 있다. 방법(500)은 블록(515)에서 종료된다.
방법(500)의 예시적인 구현예로서 그리고 도 21의 실시예를 참조하여, 블록(505)에서, 로봇 의료 시스템(200)은 환자(240)의 제1 개구를 통해 가요성 의료 기구(230)를 삽입하도록 로봇 아암들(205)의 제1 세트를 제어할 수 있다. 유사하게, 블록(510)에서, 로봇 의료 시스템(200)은 환자(240)의 제2 개구를 통해 강성 의료 기구(230)를 삽입하도록 로봇 아암들(210)의 제2 세트를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 개구는 환자의 자연 구멍일 수 있고, 제2 개구는 환자 내에 형성된 절개부일 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 의료 기구는 제1 이미지 캡처 장치(예컨대, 내시경)를 포함할 수 있고, 제2 의료 기구는 제2 이미지 캡처 장치(예컨대, 복강경)를 포함할 수 있다. 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역에 위치된 상이한 개구를 통해 (각각 카메라 또는 다른 이미징 구성요소를 갖는) 제1 및 제2 의료 기구를 삽입함으로써, 환자의 하나 이상의 해부학적 영역의 상이한 뷰를 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 가요성 기구가 환자의 결장을 통해 삽입되고 강성 기구가 환자의 복강 내로 삽입될 때, 가요성 기구는 결장 내로부터 결장 용종의 뷰를 제공하는 것이 가능할 수 있는 한편, 강성 기구는 복강으로부터(예컨대, 결장의 외부로부터) 동일한 결장 용종의 뷰를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 본 명세서에 기술된 시스템은 유리하게는 사용자가 디스플레이를 관찰할 때 상이한 카메라 뷰들 사이에서 전환하도록 허용한다. 일부 실시예에서, 제1 이미지 캡처 장치로부터의 뷰가 디스플레이 상에서 제2 이미지 캡처 장치로부터의 뷰 상에 오버레이될(overlaid) 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 이미지 캡처 장치로부터의 뷰가 디스플레이 상에서 타일식 뷰(tiled view)로 제2 이미지 캡처 장치와 병렬로 배치될 수 있다. 카메라 뷰 조작에 관한 추가 상세사항은 후술된다.
도 26의 방법(500)을 포함하는 본 개시의 태양은 독립형 내시경술 절차, 경피 절차, 복강경술 절차, 및 이들의 동시 조합을 가능하게 할 수 있다. 단일 절차 동안 모든 3가지 기법을 이용할 때, 하나 이상의 로봇 아암들의 서브세트가 신체 내의 내강의 직접 시각화 및 그에 대한 접근을 제공하기 위해 가요성 내시경 및 기구 장치를 구동 및 제어하도록 할당될 수 있고, 하나 이상의 로봇 아암들의 다른 서브세트가 다양한 체강 내측의 직접 시각화를 제공하기 위해 복강경/흉강경 카메라를 구동 및 제어하도록 할당될 수 있는 한편, 하나 이상의 로봇 아암들의 다른 서브세트가 체강의 내측에서 강성, 반-강성, 또는 가요성 기구 장치를 구동 및 제어하도록 할당될 수 있다. 로봇 아암은 임의의 경우에 필요한 대로 구성 및 전개될 수 있다.
도 27a 및 도 27b는 본 개시의 태양에 따른, 동시 내시경술 및 흉강경술 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 다른 예시적인 방법을 예시한 흐름도를 제공한다. 예를 들어, 도 27a 및 도 27b에 예시된 방법(600)의 단계는 의료 로봇 시스템(예컨대, 로봇식 시스템(10), 또는 로봇 의료 시스템들(200, 300, 또는 400) 중 하나) 또는 연관 시스템(들)의 프로세서(들) 및/또는 다른 구성요소(들)에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(600)은 방법(600)의 설명과 관련된 "시스템"에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(600)은 블록(601)에서 시작된다. 블록(605)에서, 베드-기반 플랫폼이 수술실 스태프에 의해 베드 상으로 옮겨지는 환자를 수용하도록 구성될 수 있다. 블록(610)에서, 시스템은 내시경 기구를 위한 준비로 베드 또는 통합형 카트-기반 시스템으로부터 제1 아암을 전개시킬 수 있다. 블록(615)에서, 제1 로봇 아암은 수술실 스태프에 의해 제1 로봇 아암 상으로 로딩될 수 있는 가요성 기구를 수용한다. 블록(620)에서, 의사의 제어 하에서, 시스템은 가요성 기구를 자연 신체 구멍을 통해 환자 내로 구동시킬 수 있다.
블록(625)에서, 시스템은 가요성 기구를 사용하여 표적 병리 부위의 위치를 결정할 수 있다. 폐 병변의 경우에, 블록(620, 625)은 가요성 기구를 기도 내로 도입하고 가요성 기구를, 의사의 제어 하에서, 표적(예컨대, 관심 대상의 병변)으로 구동시키는 것을 수반할 수 있다.
블록(630)에서, 시스템은 복강경 절제를 수행하도록 제2 로봇 아암을 전개시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 블록(630)은 병리 부위가 암이라는 결정에 응답하여 수행될 수 있다. 블록(645)에서, 제2 로봇 아암은 수술실 스태프에 의해 제1 로봇 아암 상으로 로딩될 수 있는 흉강경 기구를 수용할 수 있다. 수술실 스태프는 또한 흉강경 기구가 그것을 통해 환자 내로 삽입되도록 구성되는 흉강경 포트를 생성할 수 있다. 흉강경 기구는 강성 카메라, 이러한 경우에 흉강경, 및 흉강경 기구를 포함할 수 있다. 흉강경 포트는 환자의 흉강에 대한 접근을 제공하는 캐뉼러를 포함할 수 있다.
블록(640)에서, 시스템은 의사의 제어 하에서 흉강경 기구를 사용하여 표적의 복강경 절제를 수행할 수 있다. 가요성 기구 및 흉강경은 각각 기도의 내측 및 외측으로부터 표적의 별개의 뷰를 제공하여, 의사가 절제를 수행하는 데 도움을 줄 수 있다. 일단 절제가 완료되면, 의사 및/또는 수술실 스태프는 흉강경 기구를 제거하고 흉강경 포트를 폐쇄하고 환자로부터 가요성 장치를 제거할 수 있다. 방법(600)은 블록(645)에서 종료된다.
B. 절차의 단계적 확대.
단일 플랫폼(또는 하이브리드 베드-기반 플랫폼 및 카트-기반 시스템)으로부터 내시경 및 복강경 기구 둘 모두를 제어하는 능력의 한 가지 이점은 필요에 따라 수술 절차의 침습성(invasiveness)의 수준을 단계적으로 확대시키는 능력이다. 상이한 절차는 상이한 정도의 침습성을 갖는다. 예를 들어, 제1 유형의 절차가 전적인 내시경 절제일 수 있다. 제2 유형의 절차가 복강경 보조에 의한 내시경 절제일 수 있다. 또한 제3 유형의 절차가 복강경 절제일 수 있다. 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 유리하게는 의사가, 제1 유형의 절차로부터 제2 유형의 절차로, 제2 유형의 절차로부터 제3 유형의 절차로, 또는 제1 유형의 절차로부터 제3 유형의 절차로와 같이, 하나의 유형의 절차로부터 다른 유형의 절차로 용이하게 절차를 단계적으로 확대시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 의사가 제1 유형의 절차(예컨대, 전적인 내시경 절제)를 수행하고 제2 유형의 절차(예컨대, 복강경 보조에 의한 내시경 절제)를 포함시키기 위해 치료를 단계적으로 확대시키도록 의도할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 유형의 절차는 제2 유형의 절차보다 덜 침습적일 수 있다. 예를 들어, 제1 유형의 절차에서, 의사가 환자 내에 절개부를 형성해야 함이 없이 내시경으로 절제를 수행하려고 시도할 수 있다. 제2 유형의 절차에서, 복강경 보조를 제공하기 위해 포트 및 구멍이 환자의 복부에 도입됨에 따라 침습성의 정도가 증가한다. 포트 및 구멍은 예컨대 조직 관찰 및 위치설정을 위해 복강경 및/또는 다른 복강경 기구를 도입하도록 제공될 수 있지만; 절제는 여전히 내시경에 의해 이루어지고, 이는 합병증 발생률 및 회복 시간을 비교적 최소한으로 유지시킨다. 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 유리하게는 의사가 제1 유형의 절차로부터 제2 유형의 절차로 용이하게 절차를 단계적으로 확대시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
일부 실시예에서, 의사가 제2 유형의 절차(예컨대, 복강경 보조에 의한 내시경 절제)를 수행하고 제3 유형의 절차(예컨대, 복강경 절제)를 포함시키기 위해 치료를 단계적으로 확대시키도록 의도할 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 유형의 절차는 제3 유형의 절차보다 덜 침습적일 수 있다. 예를 들어, 제2 유형의 절차에서, 의사가 복강경 보조에 의한 내시경 절제를 수행하려고 시도할 수 있다. 제3 유형의 절차에서, 절제가 복강경으로 수행됨에 따라 침습성의 정도가 증가한다. 부분 결장절제술과 같은 그러한 절제는 제1 및 제2 유형의 절차에 비해 더 높은 위험 및 회복 시간을 수반할 수 있다. 본 명세서에 기술된 시스템 및 방법은 유리하게는 의사가 제2 유형의 절차로부터 제3 유형의 절차로 용이하게 절차를 단계적으로 확대시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
절차의 단계적 확대가 수행될 수 있는 하나의 예시적인 치료는 결장 용종 절제이다. 의사가 결장 용종의 전적인 내시경 절제를 시도함으로써 치료를 시작할 수 있다. 전적인 내시경 절제가 실패할 경우, 의사는 복강경 기구의 보조로 결장 용종의 내시경 절제를 수행하도록 신속하게 단계적으로 확대시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 단계적 확대는 추가 인원 또는 자본 장비를 수술실로 합류시키지 않고서 수행될 수 있다. 복강경 기구의 도움에도 불구하고 내시경 절제가 여전히 절제에 대해 부적절한 경우, 의사는 완전한 복강경술 절차로 절차를 단계적으로 확대시키고 복강경 절제를 속행할 수 있다. 이러한 예에서, 복강경 기구의 보조에 의한 내시경 절제를 수행하는 것은 전적인 내시경 절제를 수행하는 것보다 높은 수준의 침습성을 가질 수 있는 한편, 복강경 절제를 수행하는 것은 복강경 기구의 보조에 의한 내시경 절제를 수행하는 것보다 높은 수준의 침습성을 가질 수 있다. 주어진 절차의 침습성의 수준은 환자의 원하는 또는 예상된 회복 시간, 기구 장치를 전달하기 위한 절개부의 부재 또는 존재, 환자의 신체 내로 의료 기구를 전달하는 데 필요한 절개부의 크기, 절차 후의 예상된 이환율, 예상된 합병증 위험 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다수의 인자에 기초하여 결정될 수 있다.
절차의 단계적 확대를 사용하여 치료를 수행함으로써, 의사가 더욱 침습적인 절차를 수행하려고 시도하기 전에, 먼저 최소 침습 절차를 수행하려고 시도할 수 있다. 예를 들어, 절차의 단계적 확대를 사용하여 결장 용종을 치료함으로써, 의사는 유리하게는 아마도 더욱 침습적인 절차로 이동하기 전에, 완전 내시경 절제를 사용하여 결장 용종의 일부 또는 전부를 절제하는 것이 가능하여, 그에 의해 다중 에피소드에 걸쳐 치료를 연장시킴이 없이 환자에 대한 연관 회복 시간을 잠재적으로 감소시킬 수 있다. 절차의 단계적 확대가 결장 용종 예와 관련하여 전술되지만, 절차의 단계적 확대는 예를 들어 암 결절의 진단 및 절제를 포함하는 다른 의료 절차에 적용될 수 있다.
도 28은 본 개시의 태양에 따른, 절차의 단계적 확대를 포함하는 동시 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 28에 예시된 방법(700)의 단계는 의료 로봇 시스템(예컨대, 로봇식 시스템(10), 또는 로봇 의료 시스템들(200, 300, 또는 400) 중 하나) 또는 연관 시스템(들)의 하나 이상의 프로세서(들) 및/또는 다른 구성요소(들)에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(700)은 방법(700)의 설명과 관련된 "시스템"에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(700)은 블록(701)에서 시작된다. 방법(700)은 도 26에 예시된 동시 의료 절차를 수행하기 위한 방법(500) 동안, 예를 들어 블록들(505, 510) 사이에서 수행될 수 있다. 그러나, 방법(700)을 수행하는 시기는 제한되지 않으며, 블록(505) 전에, 블록(510) 후에, 또는 블록들(505, 510) 중 하나 이상과 동반하여 수행될 수 있다. 블록(705)에서, 시스템은 제1 의료 절차를 수행하도록 제1 로봇 아암을 제어할 수 있다. 제1 의료 절차는 표적 부위의 위치를 결정하는 것을 수반할 수 있다. 시스템은 표적 부위의 위치결정에 기초하여 절개부를 위한 부위를 추가로 선택할 수 있다. 절개부는 블록(710)의 제2 의료 절차에 사용되는 제2 의료 기구를 전달하기 위해 사용될 수 있다.
블록(710)에서, 제1 의료 절차가 환자의 의학적 질환을 완전히 치료하는 데 실패했다는 결정에 응답하여, 시스템은 환자의 의학적 질환을 완전히 치료하기 위해 제2 의료 절차를 수행하도록 제2 의료 절차를 제어할 수 있다. 제2 의료 절차는 제1 의료 절차보다 높은 수준의 침습성을 가질 수 있다. 제1 의료 절차와 제2 의료 절차는 단일 의료 에피소드 동안 동시에 수행된다. 일부 실시예에서, 제1 의료 절차 및 상대적으로 더욱 침습적인 제2 의료 절차는 다수의 아암을 가진 카트-기반 플랫폼 또는 베드-기반 플랫폼과 같은 단일 플랫폼을 사용하여 수행된다. 다른 실시예에서, 제1 의료 절차 및 상대적으로 더욱 침습적인 제2 의료 절차는 카트-기반 플랫폼과 조합되는 베드-기반 플랫폼 또는 다른 카트-기반 플랫폼과 조합되는 카트-기반 플랫폼과 같은 다수의 통합형 플랫폼을 사용하여 수행된다. 일부 실시예에서, 시스템은 환자의 해부학적 구조 내의 표적 부위가 제2 의료 절차를 통한 치료를 위한 조건을 충족시킨다는 결정에 응답하여 제2 의료 절차를 수행하도록 제2 로봇 아암을 추가로 제어할 수 있다. 방법(700)은 블록(715)에서 종료된다.
C. 다수의 의료 기구의 제어를 위한 사용자 인터페이스.
본 개시의 다른 태양은 단일 사용자가 동시 절차 동안 로봇 아암들 모두를 제어하는 것을 가능하게 할 수 있는 사용자 인터페이스에 관한 것이다. 다시 말하면, 본 개시의 태양은 하나 이상의 가요성 장치를 사용하는 내시경 중재술뿐만 아니라, 하나 이상의 강성 장치를 사용하는 복강경 중재술을 수행하는 데 사용될 수 있는 신규한 단일 인터페이스의 사용에 관한 것이다.
도 29는 본 개시의 태양에 따른, 로봇 아암을 제어하기 위한 하나 이상의 유형의 인터페이스를 포함하는 예시적인 콘솔을 예시한다. 도 29에 도시된 바와 같이, 콘솔(800)은 뷰어(805), 사용자의 왼손 및 오른손으로부터의 입력을 수신하도록 구성된, 2개의 손잡이(위치설정 플랫폼으로 또한 지칭됨)(815)를 포함하는 제어기(810), 펜던트(820), 아암레스트(825), 및 하나 이상의 풋 페달(830)을 포함한다.
도 30은 본 개시의 태양에 따른, 도 29에 예시된 제어기의 확대도를 예시한다. 도 30의 제어기(810)는 도 19에 예시된 제어기(182)와 유사할 수 있다. 도 31은 본 개시의 태양에 따른, 도 29 및 도 30에 예시된 손잡이들 중 하나의 확대도를 예시한다. 일부 실시예에서, 손잡이(815)는 버튼(835) 및 핑거-그립(finger-grip)(840)을 포함한다. 버튼(835)은 사용자가 대응하는 의료 기구의 엔드 이펙터를 작동시키도록 허용하는 사용자 인터페이스를 제공한다. 핑거-그립(840)은 사용자가 손잡이(815)를 파지하고 6 자유도로 손잡이(815)의 위치를 조작하도록 허용하는 인터페이스를 제공할 수 있다. 손잡이(815)는 또한 사용자가 3 배향 자유도(예컨대, 피치, 요, 및 롤)로 손잡이를 조작하도록 허용하는 짐벌로서 기능할 수 있다.
도 32는 본 개시의 태양에 따른, 도 29에 예시된 펜던트의 확대도를 예시한다. 펜던트(820)는 삽입/후퇴 조이스틱(845), 메뉴 버튼(850), 빠른 동작 버튼(855), 일시 정지 버튼(860), 관절운동 및 이완 조이스틱(865), 스냅샷, 조명, 및 1-프로그램가능 버튼(870), 및 5 버튼 클러스터 버튼(875)을 포함한다. 펜던트(820)는 도 21의 가요성 기구(230)와 같은 가요성 기구를 구동시키도록 구성될 수 있다.
비록 도 29 내지 도 32는 2개 이상의 유형의 사용자 인터페이스(예컨대, 짐벌-기반 인터페이스 및 펜던트-기반 인터페이스)를 포함하지만, 일부 실시예에서, 콘솔(800)은 본 명세서에 개시된 동시 절차를 수행하기 위해 손잡이(815)와 같은 단일 유형의 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 좌측 손잡이(815)는 내시경 기구를 제어하도록 구성될 수 있는 한편, 우측 손잡이(815)는 복강경 기구를 제어하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 좌측 및 우측 손잡이(815)는 2가지 상이한 모드에 사용될 수 있다 - 하나 이상의 가요성 내시경 기구를 제어하도록 구성된 제1 모드 및 하나 이상의 강성 복강경 기구를 제어하도록 구성된 제2 모드. 풋 페달(830) 또는 콘솔(800) 상의 다른 버튼은 2가지 모드들 사이에서 전환하기 위해 사용자로부터의 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 2개의 상이한 기구(예컨대, 가요성 내시경 및 강성 복강경)를 제어하는 단일 유형의 인터페이스의 사용은 매우 신규한데, 그 이유는 의사가 흔히 그러한 다양한 기구 장치를 제어하기 위해 2개의 상이한 유형의 인터페이스를 사용할 것이기 때문이다.
좌측 및 우측 손잡이(815)를 갖는 도 30의 제어기(810)와 같은 제어기(810)가 복강경 기구를 제어하는 데 사용될 수 있지만, 하나 이상의 가요성 장치를 수반하는 동시 내시경술 절차에 이러한 유형의 제어기(810)를 사용하는 것은 전형적이지 않을 수 있다. 그러나, 동일한 인터페이스를 통해 2개 이상의 의료 기구(내시경 기구 및 복강경 기구를 포함함)를 제어하기 위해 사용자에게 단일 사용자 인터페이스를 제공하는 것이 바람직할 수 있고, 따라서 사용자는 2개의 의료 기구들의 제어 사이에서 전환할 때 상이한 사용자 입력 장치 사이에서 계속하여 전환할 필요가 없다. 따라서, 의사가 그것을 통해 둘 모두를 제어할 수 있는 단일 인터페이스를 제공하기 위해, 제어기(810)는 복강경 기구에 더하여 내시경 기구를 제어하도록 구성될 수 있다.
도 33은 본 개시의 태양에 따른, 단일 사용자 인터페이스를 통해 동시 의료 절차를 수행하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 33에 예시된 방법(900)의 단계는 의료 로봇 시스템(예컨대, 로봇식 시스템(10), 또는 로봇 의료 시스템들(200, 300, 또는 400) 중 하나) 또는 연관 시스템(들)의 프로세서(들) 및/또는 다른 구성요소(들)에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(900)은 방법(900)의 설명과 관련된 "시스템"에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(900)은 블록(901)에서 시작된다. 블록(905)에서, 시스템은 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 삽입된 제1 기구를 작동시키기 위해 사용자 인터페이스를 사용할 수 있다. 블록(910)에서, 시스템은 제2 로봇 아암을 통해 환자의 제2 개구를 통하여 삽입된 제2 기구를 작동시키기 위해 사용자 인터페이스를 사용할 수 있다. 제1 개구 및 제2 개구는 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역에 위치된다. 일부 실시예에서, 제1 개구는 환자의 자연 구멍일 수 있고, 제2 개구는 환자 내에 형성된 절개부일 수 있다. 제1 기구는 가요성일 수 있는 한편, 제2 기구는 강성일 수 있다. 방법(900)은 블록(915)에서 종료된다.
일 실시예에서, 시스템이 내시경 기구의 제어를 위해 사용자로부터의 선택을 수신한 것에 응답하여, 손잡이들(815) 중 하나가 내시경 기구의 삽입 및 후퇴의 제어에 매핑되는 한편, 다른 손잡이(815)는 내시경 기구의 관절운동 및 롤의 제어에 매핑된다. 삽입 및 후퇴를 제어하는 손잡이(815)는 일렬로 이동하도록 햅틱으로 구속될(haptically constrained) 수 있고, 제어기(810)는 사용자가 내시경 기구를 환자의 신체 내외로 병진시키는 데 이용가능한 스트로크 길이를 조절하는 것을 허용하도록 구성된 클러치를 포함할 수 있다. 관절운동 및 롤을 제어하는 손잡이(815)는 손잡이(815)가 평면 방식으로 이동하지 않도록 햅틱으로 구속될 수 있다. 다른 관절운동/롤 손잡이(815)의 위치는 좌표 평면 내에 고정되지만 회전, 피치, 및 요가 허용될 수 있다. 관절운동/롤 손잡이(815) 상의 액세서리 버튼(835)은 사용자가 내강을 관주 또는 흡인할 뿐만 아니라 내시경 기구에 에너지를 전달하게 허용하도록 구성될 수 있다.
제2 실시예에서, 손잡이들(815) 중 하나가 내시경 기구의 삽입 및 후퇴의 제어에 매핑될 수 있는 한편, 다른 손잡이(815)는 제1 실시예에서와 같이 내시경 기구의 관절운동 및 롤의 제어에 매핑되지만, 사용자에 대한 구동 경험은 약간 변경될 수 있다. 하나의 손잡이(815)는 일렬로 이동하도록 햅틱으로 구속될 수 있지만, 사용자가 클러칭할 것을 요구하기보다는, 사용자 제어기(810)는 사용자가 단순히 그의 또는 그녀의 손을 절차의 표적으로부터 멀어지게 또는 그것을 향해 이동시켜 내시경 기구를 관심 대상의 지점으로부터 멀어지게 또는 그것을 향해 병진시키도록 구성될 수 있다. 사용자가 그의 또는 그녀의 손을 이동시키는 크기는 내시경 기구가 환자의 신체 내외로 병진하는 속도에 매핑될 수 있다. 나머지 손잡이(815)는 제1 실시예에 기술된 것과 유사한 방식으로 제어되도록 구성될 수 있다.
제3 실시예가 도 29 내지 도 31에 예시된 기본 손잡이(815)에 더하여 (예시되지 않은) 인터페이스들의 보조 세트를 갖는 제어기(810)를 포함할 수 있다. 기본 좌측 및 우측 손잡이(815)는 복강경 또는 흉강경 제어 인터페이스와 유사하게 구성될 수 있다. 좌측 및 우측 인터페이스들의 보조 세트는 내시경 기구를 구동시키도록 구성될 수 있다. 보조 인터페이스들 중 하나가 2개의 휠 상에 장착된 내시경-유사 삽입 튜브의 루프를 포함할 수 있다. 삽입 튜브의 루프는 축을 따라 병진되고 좌측 및 우측으로 롤링되도록 구성될 수 있다. 삽입 튜브는 위치 또는 속도 기반 제어를 제공할 수 있다. 사용자가 환자의 신체 내에서 병진 또는 롤링될 필요가 있는 동심 기구를 통해 순환시키도록 허용하는 제어기(810) 상의 토글 버튼이 있을 수 있다. 다른 보조 인터페이스가 일련의 버튼으로 향상된 모크 내시경 팁(mock endoscope tip)을 포함할 수 있다. 모크 내시경 팁은 로봇 제어식 내시경 기구의 원위 단부의 원하는 형상을 명령하기 위해 사용자에 의해 조작되도록 구성될 수 있다. 모크 내시경 팁 상의 버튼이 내강 내에서 관주 또는 흡인할 뿐만 아니라 내시경 기구에 에너지를 전달하는 데 이용될 수 있다. 모크 내시경 팁은 제어되고 있는 내시경 기구의 현재 위치를 취하고 사용자에 의해 달리 명령될 때까지 그러한 위치를 유지하거나, 전통적인 내시경 기구와 더욱 유사하게 거동하고 사용자에 의해 능동적으로 명령될 때에만 위치를 유지할 수 있다. 다른 보조 인터페이스는 손잡이들(815) 중 하나 이상 상의 "조이-스틱" 유형 버튼을 포함할 수 있으며, 이는 펜던트(820) 상의 입력부와 유사한 방식으로 하나 이상의 가요성 기구를 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 손잡이(815)는 보조 인터페이스 조이스틱 버튼의 인체공학적 제어를 용이하게 하도록 그 자체를 (예컨대, 상향으로 향하는 것과 같은) 대안적인 구성으로 재위치시킨다.
제4 실시예에서, 제어기(810)는 제3 실시예에 기술된 바와 같이 내시경 기구를 병진 및 롤링시키는 보조 인터페이스를 포함할 수 있지만, 2개의 기본 좌측 또는 우측 인터페이스들 중 하나가 내시경 기구 관절운동 및 다른 기능을 제어하도록 구성될 수 있다.
제5 실시예에서, 제어기(810)는 도 32에 도시된 바와 같은 펜던트(820)를 포함하는 보조 인터페이스를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 사용자는 좌측 및 우측 손잡이(815) 수술 제어들 사이에서 전후로 물리적으로 전환하여야 하고, 펜던트(820)를 복강경 및 내시경 기구들의 제어 사이에서 이동시켜야 한다. 뷰어(805)에 의해 디스플레이되는 현재 뷰는 제어기(810)에 의해 제어될 수 있다.
일부 실시예에서, 콘솔(800)은 다른 로봇 아암의 운동을 구속하면서 동시에 제어가능한 로봇 아암의 수를 제한하도록 구성된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 인터페이스는 다른 로봇 아암(예컨대, 2개, 3개, 4개 또는 그보다 많음)의 운동을 구속하면서, 선택된 로봇 아암을 구동시키는 데 사용될 수 있다.
D. 이미지 디스플레이의 관찰 및 전환.
도 29 내지 도 32를 참조하면, 일부 실시예에서, 뷰어(805)는 내시경 및 복강경 이미징 센서뿐만 아니라, 시스템 상에 로딩된 임의의 수술전 계획이나 스캔 또는 초음파 프로브와 같은 라이브 비디오의 다른 소스로부터의 이미지를 디스플레이하도록 구성될 수 있다. 사용자는, 좌측 또는 우측 인터페이스 상에 위치된 액세서리 버튼(835)을 사용하는 것; 액세서리 풋 페달(830) 또는 사용자의 발, 무릎, 발가락, 또는 팔꿈치에 의해 활성화되는 스위치를 사용하는 것; 좌측 및 우측 인터페이스를 통해 손-기반 제스처를 사용하여 다수의 뷰들 사이에서 토글링 또는 순환시키기 위해 기구 클러칭과 조합하여 햅틱 가능 명령(haptic enabled command)을 사용하는 것; 콘솔에 부착된 제어 펜던트(825)를 사용하는 것; 또는 임의의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 방식으로 상이한 뷰들 사이에서 토글링할 수 있다. 보조 뷰(secondary view)는 픽처-인-픽처(picture-in-picture), 병렬, 분할 프레임, 또는 순환 관찰 모드를 통해 디스플레이될 수 있다.
도 34 및 도 35는 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차 동안 뷰어에 의해 디스플레이될 수 있는 예시적인 뷰이다. 특히, 도 34는 흉강경 뷰(1000)를 예시하는 한편, 도 35는 내시경 뷰(1050)를 예시한다.
일부 실시예에서, 현재 선택된 의료 기구의 제어는 뷰어(805)에 의해 디스플레이되는 기본 뷰(primary view)의 좌표 프레임과 동기화된다. 시스템은 디스플레이되는 기본 뷰의 접근법에 기인한 기구를 기본 기구로서 고려할 수 있지만, 시스템은 사용자가 기본 뷰에 대해 시스템 상의 임의의 기구를 제어하도록 허용할 수 있다. 다시 말하면, 사용자가 흉강경 관찰 모드(1000)에 있는 시나리오에서, 흉강경 기구는 기본 기구이다. 도 34의 흉강경 관찰 모드(1000)에 도시된 바와 같이, 제1 흉강경 기구(1005) 및 제2 흉강경 기구(1010)를 볼 수 있다.
사용자는 폐 내에 위치되는 내시경을 조절하기를 원할 수 있다. 그렇게 하기 위해, 사용자는 적절한 보조 뷰(이러한 경우에 내시경 뷰(1050))를 디스플레이하고, 기본 좌측 또는 우측 기구로부터 보조 좌측 또는 우측 기구로 토글링하도록 "섹션 C."에서 전술된 인터페이스들 중 하나를 이용하고, 필요한 대로 내시경 기구를 조절할 수 있다. 도 35에 도시된 바와 같이, 내시경 뷰(1050)는 내시경 상의 이미징 장치(예컨대, 카메라)의 제1 뷰(1055) 및 수술전 모델에 대한 내시경의 팁의 위치를 보여주는 제2 뷰(1060)를 포함할 수 있다. 흉강경 뷰(1000)와 내시경 뷰(1050) 사이의 토글링에 더하여, 시스템은 (예컨대, 사용자 인터페이스들 중 하나를 통한 사용자 입력에 응답하여) 흉강경 뷰(1000), 내시경 뷰(1050), 및 환자의 수술전 스캔을 통해 획득된 제3 뷰 사이에서 토글링하는 것이 추가로 가능할 수 있다.
도 36은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차 동안 뷰어에 의해 디스플레이될 수 있는 다른 예시적인 뷰이다. 일부 실시예에서, 시스템은 도 36에 도시된 바와 같이, 하나의 이미지가 다른 이미지에 겹쳐진 컴퓨터-생성 오버레이를 갖도록 구성될 수 있다. 실제로, 도 36에 예시된 실시예에서, 2개의 별개의 뷰-온-뷰(view-on-view) 실시예가 예시되어 있다. 첫째로, 가요성 스코프로부터의 내시경 뷰(상부 우측 코너)가 강성 스코프로부터의 복강경 뷰(1090)(기본 이미지) 상에 오버레이된다. 둘째로, (윤곽으로) 가요성 스코프의 그래픽 또는 가상 표현(1095)이 또한 강성 스코프로부터의 복강경 뷰(1090) 상에 오버레이된다. 그러한 뷰-인-뷰(view-in-view) 능력을 제공함으로써, 이는 의사가 다수의 절차를 동시에 수행하는 데 도움을 주고, 개별 절차를 수행하기 위한 불필요한 인원에 대한 필요성을 최소화한다.
도 37은 본 개시의 태양에 따른, 동시 의료 절차를 수행하면서 디스플레이된 이미지들 사이에서 토글링하기 위해 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 37에 예시된 방법(1100)의 단계는 의료 로봇 시스템(예컨대, 로봇식 시스템(10), 또는 로봇 의료 시스템들(200, 300, 또는 400) 중 하나) 또는 연관 시스템(들)의 프로세서(들) 및/또는 다른 구성요소(들)에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(1100)은 방법(1100)의 설명과 관련된 "시스템"에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(1100)은 블록(1101)에서 시작된다. 블록(1105)에서, 시스템은 제1 이미지를 획득하기 위해 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 제1 스코프를 전달할 수 있다. 블록(1110)에서, 시스템은 제2 이미지를 획득하기 위해 제2 로봇 아암을 통해 환자의 제2 개구를 통하여 제2 스코프를 전달할 수 있다. 블록(1115)에서, 시스템은 디스플레이 상에서 제1 이미지와 제2 이미지 사이에서 토글링할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 제1 이미지가 디스플레이 상에서 제2 이미지 상에 오버레이되는 뷰로 토글링하도록 추가로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 제1 이미지, 제2 이미지, 및 환자의 수술전 스캔으로부터 획득된 제3 이미지(예컨대, 컴퓨터 단층촬영(CT) 스캔 또는 형광투시 스캔) 사이의 토글링 사이에서 토글링하도록 구성될 수 있다. 시스템은 도 36에 도시된 바와 같이, 디스플레이 상에서 제1 이미지 또는 제2 이미지 중 어느 하나(또는 그 중 적어도 하나) 위에 가상 이미지를 오버레이하도록 추가로 구성될 수 있다. 방법(1100)은 블록(1120)에서 종료된다.
3. 구현 시스템 및 용어.
본 명세서에 개시된 구현예는 동시 의료 절차를 수행하기 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합하다", "결합하는", "결합된" 또는 단어 결합하다의 다른 변형은 간접적인 연결 또는 직접적인 연결을 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 "결합된" 경우, 제1 구성요소는 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에 기술된 동시 의료 절차를 수행하기 위한 시스템 및 방법과 연관된 기능은 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 유형적이고 비-일시적일 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "코드"는 컴퓨팅 장치 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 기술된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 서로 교환될 수 있다. 다시 말하면, 기술되는 방법의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 수정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 2개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 "결정하는"은 매우 다양한 동작을 포함하며, 따라서 "결정하는"은 계산, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, 검색(예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 검색), 확인 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신(예컨대, 정보를 수신함), 액세스(예컨대, 메모리의 데이터에 액세스함) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해석, 선택, 선정, 설정 등을 포함할 수 있다.
어구 "~에 기초한"은, 달리 명백히 명시되지 않는 한, "단지 ~에 기초한"을 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초한"은 "단지 ~에 기초한" 및 "적어도 ~에 기초한" 둘 모두를 기술한다.
개시된 구현예의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 제조하거나 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 구현예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 다수의 대응하는 대안적인 그리고 동등한 구조적 상세사항, 예컨대 도구 구성요소를 체결, 장착, 결합, 또는 맞물리게 하는 동등한 방식, 특정 작동 운동을 생성하기 위한 동등한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동등한 메커니즘을 채용할 수 있을 것임이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 구현예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주에 따른다.

Claims (47)

  1. 의료 로봇 시스템(medical robotic system)으로서,
    플랫폼(platform);
    상기 플랫폼에 결합되고 제1 의료 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 제1 로봇 아암(robotic arm);
    상기 플랫폼에 결합되고 제2 의료 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 제2 로봇 아암;
    프로세서; 및
    상기 프로세서로 하여금,
    환자의 제1 개구를 통해 상기 제1 의료 기구를 삽입하도록 상기 제1 로봇 아암을 제어하고,
    상기 환자의 제2 개구를 통해 상기 제2 의료 기구를 삽입하도록 상기 제2 로봇 아암을 제어하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 메모리를 포함하고,
    상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 개구는 상기 환자의 자연 구멍(natural orifice)을 포함하고, 상기 제2 개구는 상기 환자 내에 형성되는 절개부를 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 기구는 가요성 기구를 포함하고, 상기 제2 기구는 강성 기구를 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 기구의 제1 이미징 장치(imaging device)로부터 제1 뷰(view)를 그리고 상기 제2 기구의 제2 이미징 장치로부터 제2 뷰를 획득하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 뷰와 상기 제2 뷰 사이에서 토글링하게(toggle) 하는, 의료 로봇 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 뷰, 상기 제2 뷰, 및 상기 환자의 수술전 스캔을 통해 획득된 제3 뷰 사이에서 토글링하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 뷰와 상기 제2 뷰를 오버레이하게(overlay) 하는, 의료 로봇 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 의료 로봇 시스템은,
    제1 사용자 인터페이스(user interface)를 추가로 포함하고,
    상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금, 상기 제1 사용자 인터페이스를 통해 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암의 이동을 제어하기 위한 명령어들을 수신하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 사용자 인터페이스는 위치설정 플랫폼에 부착되는 짐벌(gimbal)을 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기구는 가요성 기구를 포함하고, 상기 제2 기구는 강성 기구를 포함하고,
    상기 제1 사용자 인터페이스는 사용자가 상기 가요성 기구 및 상기 강성 기구 둘 모두를 구동시키도록 허용하는, 의료 로봇 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    (i) 상기 제1 로봇 아암을 제어하도록 상기 제1 사용자 인터페이스로부터 수신된 상기 명령어들을 매핑하는(mapping) 것과 (ii) 상기 제2 로봇 아암을 제어하도록 상기 제1 사용자 인터페이스로부터 수신된 상기 명령어들을 매핑하는 것 사이에서 토글링하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 의료 로봇 시스템은,
    제1 사용자 인터페이스; 및
    제2 사용자 인터페이스를 추가로 포함하고,
    상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    제1 사용자 인터페이스를 통해 상기 제1 로봇 아암의 이동을 제어하기 위한 명령어들을 수신하고,
    제2 사용자 인터페이스를 통해 상기 제2 로봇 아암의 이동을 제어하기 위한 명령어들을 수신하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 기구는 가요성 기구를 포함하고, 상기 제2 기구는 강성 기구를 포함하고,
    상기 제1 사용자 인터페이스는 펜던트(pendant)를 포함하고,
    상기 제2 사용자 인터페이스는 위치설정 플랫폼에 부착되는 짐벌을 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 플랫폼은 베드(bed)를 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 베드는 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암 중 적어도 하나를 지지하도록 구성되는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(adjustable arm support)들을 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 베드는 제1 아암 지지부 및 제2 아암 지지부를 포함하고,
    상기 제1 로봇 아암은 상기 제1 아암 지지부에 결합되고,
    상기 제2 로봇 아암은 상기 제2 아암 지지부에 결합되는, 의료 로봇 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 아암 지지부 및 상기 제2 아암 지지부는 각각 수직으로 그리고 측방향으로 재위치되도록 구성되는, 의료 로봇 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 아암 지지부를 상기 베드의 기부를 지나 연장시키게 하는, 의료 로봇 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제2 아암 지지부를 상기 제1 아암 지지부와 상이한 높이에 위치시키게 하는, 의료 로봇 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제1 아암 지지부 및 상기 제2 아암 지지부는 상기 베드의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 베드는 헤드 부분(head portion) 및 풋 부분(foot portion)을 포함하고,
    상기 제1 아암 지지부 및 상기 제2 아암 지지부는 상기 헤드 부분과 상기 풋 부분 사이에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  22. 제16항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암 중 선택된 로봇 아암의 이동을 제어하기 위한 명령어들을 수신하고;
    상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암 중 상기 선택된 로봇 아암의 이동 동안 상기 제1 로봇 아암 및 상기 제2 로봇 아암 중 선택되지 않은 로봇 아암의 이동을 구속하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  23. 제14항에 있어서, 상기 의료 로봇 시스템은,
    상기 베드에 부착되는 제3 로봇 아암; 및
    상기 베드에 부착되는 제4 로봇 아암을 추가로 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  24. 제23항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 내지 제4 로봇 아암들 중 선택된 로봇 아암의 이동을 제어하기 위한 명령어들을 수신하고;
    상기 제1 내지 제4 로봇 아암들 중 상기 선택된 로봇 아암의 이동 동안 상기 제1 내지 제4 로봇 아암들 중 선택되지 않은 로봇 아암들의 이동을 구속하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  25. 제1항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    제1 의료 절차를 수행하도록 상기 제1 로봇 아암을 제어하고;
    상기 제1 의료 절차와 상이한 제2 의료 절차를 수행하도록 상기 제2 로봇 아암을 제어하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제2 의료 절차는 상기 제1 의료 절차보다 높은 수준의 침습성(invasiveness)을 갖는, 의료 로봇 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 의료 절차가 상기 환자의 의학적 질환을 완전히 치료하는 데 실패했다는 결정에 응답하여, 상기 환자의 상기 의학적 질환을 완전히 치료하도록 상기 제2 의료 절차를 수행하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 환자의 해부학적 구조 내의 표적 부위가 상기 제2 의료 절차를 통한 치료를 위한 조건을 충족시킨다는 결정에 응답하여, 상기 제2 개구를 통해 상기 제2 의료 기구를 삽입하도록 상기 제2 로봇 아암을 제어하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  29. 제28항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 의료 절차를 통해 상기 표적 부위의 위치를 결정하고(localize);
    상기 표적 부위의 상기 위치결정에 기초하여 절개부를 위한 부위를 선택하게 하는, 의료 로봇 시스템.
  30. 제25항에 있어서, 상기 제1 의료 절차와 상기 제2 의료 절차는 단일 의료 에피소드(single medical episode) 동안 동시에 수행되는, 의료 로봇 시스템.
  31. 의료 로봇 시스템으로서,
    명령어들을 수신하도록 구성되는 사용자 인터페이스;
    제1 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 제1 로봇 아암;
    제2 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 제2 로봇 아암;
    프로세서; 및
    상기 프로세서로 하여금,
    상기 사용자 인터페이스로부터 수신되는 상기 명령어들에 기초하여 상기 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 삽입되는 상기 제1 기구를 작동시키고,
    상기 사용자 인터페이스로부터 수신되는 상기 명령어들에 기초하여 상기 제2 로봇 아암을 통해 상기 환자의 제2 개구를 통하여 삽입되는 상기 제2 기구를 작동시키게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 메모리를 포함하고,
    상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 개구는 상기 환자의 자연 구멍을 포함하고,
    상기 제2 개구는 상기 환자 내에 형성되는 절개부를 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  33. 제31항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 제1 위치설정 플랫폼에 부착되는 제1 짐벌을 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  34. 제33항에 있어서, 상기 사용자 인터페이스는 제2 위치설정 플랫폼에 부착되는 제2 짐벌을 추가로 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  35. 제31항에 있어서, 상기 제1 기구는 제1 스코프(scope)를 포함하고, 상기 제2 기구는 제2 스코프를 포함하는, 의료 로봇 시스템.
  36. 의료 시스템으로서,
    제1 스코프의 이동을 제어하도록 구성되는 제1 로봇 아암;
    제2 스코프의 이동을 제어하도록 구성되는 제2 로봇 아암;
    디스플레이;
    프로세서; 및
    상기 프로세서로 하여금,
    제1 이미지를 획득하기 위해 상기 제1 로봇 아암을 통해 환자의 제1 개구를 통하여 상기 제1 스코프를 전달하고;
    제2 이미지를 획득하기 위해 상기 제2 로봇 아암을 통해 상기 환자의 제2 개구를 통하여 상기 제2 스코프를 전달하고;
    상기 디스플레이 상에서 상기 제1 이미지와 상기 제2 이미지 사이에서 토글링하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 메모리를 포함하는, 의료 시스템.
  37. 제36항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 디스플레이 상에서 상기 제2 이미지 위에 상기 제1 이미지를 오버레이하게 하는, 의료 시스템.
  38. 제36항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 제1 이미지, 상기 제2 이미지, 및 상기 환자의 수술전 스캔으로부터 획득된 제3 이미지 사이에서 토글링하게 하는, 의료 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 상기 수술전 스캔은 컴퓨터 단층촬영(computed tomography, CT) 스캔 또는 형광투시 스캔을 포함하는, 의료 시스템.
  40. 제36항에 있어서, 상기 컴퓨터-실행가능 명령어들은 추가로 상기 프로세서로 하여금,
    상기 디스플레이 상에서 상기 제1 이미지 또는 상기 제2 이미지 중 어느 하나 위에 가상 이미지를 오버레이하게 하는, 의료 시스템.
  41. 의료 로봇 시스템으로서,
    제1 아암 지지부;
    제2 아암 지지부;
    상기 제1 아암 지지부에 결합되고 제1 의료 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 로봇 아암(들)의 제1 세트;
    상기 제2 아암 지지부에 결합되고 제2 의료 기구의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 로봇 아암(들)의 제2 세트;
    프로세서; 및
    상기 프로세서로 하여금,
    환자의 제1 개구를 통해 상기 제1 의료 기구를 삽입하도록 상기 하나 이상의 로봇 아암(들)의 제1 세트를 제어하고;
    상기 환자의 제2 개구를 통해 상기 제2 의료 기구를 삽입하도록 상기 하나 이상의 로봇 아암(들)의 제2 세트를 제어하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 메모리를 포함하고,
    상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 환자의 2개의 상이한 해부학적 영역들에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 제1 아암 지지부는 카트(cart)에 결합되고,
    상기 제2 아암 지지부는 상기 환자를 지지하도록 구성되는 플랫폼에 결합되는, 의료 로봇 시스템.
  43. 제41항에 있어서,
    상기 제1 아암 지지부는 제1 카트에 결합되고,
    상기 제2 아암 지지부는 제2 카트에 결합되는, 의료 로봇 시스템.
  44. 제41항에 있어서, 상기 제1 아암 지지부 및 상기 제2 아암 지지부는 상기 환자를 지지하도록 구성되는 플랫폼에 결합되는, 의료 로봇 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 상기 제1 아암 지지부 및 상기 제2 아암 지지부는 상기 플랫폼의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 의료 로봇 시스템.
  46. 제41항에 있어서, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 자연 구멍들인, 의료 로봇 시스템.
  47. 제41항에 있어서, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구는 상기 환자 내에 형성되는 절개부들인, 의료 로봇 시스템.
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