KR101726592B1 - 로봇 수술 시스템의 전기수술 도구에 사용되는 적응형 통합 에너지 컨트롤 시스템 - Google Patents

로봇 수술 시스템의 전기수술 도구에 사용되는 적응형 통합 에너지 컨트롤 시스템 Download PDF

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토마스 알. 닉슨
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데이비드 큐. 라킨
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Abstract

제 1 로봇 암에 장착된 제 1 로봇 수술 도구의 저장 장치에서 제 1 도구 정보를 판독하여 적어도 제 1 도구 타입을 결정하는 단계; 하나 이상의 원격제어 장비에 대한 장비 정보를 장비 제어를 위해 판독하는 단계; 제 1 도구 정보와 장비 정보를 비교하여 하나 이상의 원격제어 장비 중 제 1 원격제어 장비와 제 1 로봇 수술 도구를 적절히 매치시키는 단계; 및 제 1 컨트롤 콘솔의 하나 이상의 사용자 인터페이스 입력 장치를 맵핑하여 제 1 원격제어 장비를 제어해서 제 1 로봇 수술 도구의 기능을 지원하는 단계를 포함하는, 최소 침습 수술 시스템을 위한 방법이 개시된다.

Description

로봇 수술 시스템의 전기수술 도구에 사용되는 적응형 통합 에너지 컨트롤 시스템{ADAPTABLE INTEGRATED ENERGY CONTROL SYSTEM FOR ELECTROSURGICAL TOOLS IN ROBOTIC SURGICAL SYSTEMS}
본 발명의 구체예는 일반적으로 로봇 수술 시스템에서 도구를 지원하는 장비와 도구 인터페이스에 이어진 장비의 통합 컨트롤에 관한 것이다.
로봇 수술 시스템은 여러 개의 로봇 암을 가질 수 있고, 거기에 복수의 로봇 수술 도구(로봇 수술 기구라고도 한다)가 연결될 수 있다. 이러한 로봇 수술 도구의 한 범주로서, 단극 전기수술 도구나 양극 전기수술 도구와 고조파, 레이저, 초음파 도구를 포함하는 전기수술 도구가 있다. 로봇 수술 도구의 다른 범주로서는, 분절식 단부 작동도구(예를 들어, 집게입, 가위, 집게, 바늘 홀더, 미세절개기, 스테이플 적용장치, 태커, 흡인/관주 도구, 클립 적용장치 등) 또는 비-분절식 단부 작동도구(예를 들어, 절단날, 관주장치, 카테테르, 흡인구 등)을 전기수술 요소 없이 구비할 수 있는 조직 조작 도구가 있다. 전기수술 도구는 로봇 암에 기계적으로 연결되어 동작을 제어하면서, 또한 전기수술 에너지 발전 유닛(ESU)에 연결됨으로써 단부 작동도구에서 또는 그 근처에서 조직에 에너지가 적용될 수 있다.
로봇 수술 시스템에서 전기수술 도구는 의사의 왼손 및/또는 오른손 중 하나에 의해서 또는 양손으로 기계적으로 제어될 수 있고, 의사의 발에 의해서 전기적으로 제어되어 조직에 에너지를 전달한다. 표시 장치의 카메라로 캡처한 전기수술 도구 및 조직의 이미지를 보면서, 조직에 에너지가 부주의하게 적용된 것의 영향을 보는 것이 어려울 수 있다. 조직에 에너지가 한번 잘못 적용되면 어떤 손상이 야기될 수 있고, 에너지의 잘못된 적용이 반복될수록 조직 손상이 커질 수 있다.
조직에 대한 에너지의 부주의한 적용은 페달 위에 발이 어긋나 잘못 위치됨으로써 일어날 수 있다. 발이 잘못 위치되는 것을 피하기 위해서 의사는 표시 장치에서 눈을 돌려 발치를 봐서 여러 개의 풋 페달 스위치 중 적합한 하나 위에 발이 적절히 위치되도록 해야할 수 있다. 또한, 조직에 대한 에너지의 부주의한 적용은 수술 부위에서 복수의 전기수술 도구 중 어느 것이 에너지를 적용하는가에 관한 의사의 혼동에 의해서도 일어날 수 있다. 게다가, 의사가 부적합한 수술 도구에 시야를 좁혀 집중하고 있다면, 의사는 잘못된 적용으로 인해 조직 손상이 일어난 것을 보지 못할 수 있다. 수술 부위에 적절한 전기수술 도구로 에너지를 적용하는 것은 수술 효율을 높일 수 있고 환자에의 과도한 조직 손상을 피할 수 있다.
더욱이, 추가의 타입의 로봇 수술 도구들이 제어가능한 장비와 함께 사용되고 있는바, 의사가 원하는 기구를 모두 동시에 제어하는 것은 더 어려워지고 있다.
본 발명의 구체예들은 이후 설명에 따라서 청구항에 요약된다.
도 1a는 로봇 전기수술 도구를 사용하여 최소 침습 로봇 수술 과정을 수행하기 위한 제 1 로봇 수술 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 1b는 로봇 전기수술 도구를 사용하여 최소 침습 로봇 수술 과정을 수행하기 위한 제 2 로봇 수술 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 2a는 복수의 로봇 수술 암을 가진 로봇 수술 조종장치의 투시도로서, 로봇 수술 암들 중 적어도 하나는 로봇 전기수술 도구를 포함한다.
도 2b는 로봇 수술 암의 어댑터에 로봇 전기수술 도구의 장착을 도시한다.
도 2c는 로봇 전기수술 도구가 장착될 수 있는 도 2c의 로봇 수술 암의 어댑터의 상면도를 도시한다.
도 2d는 예시적인 로봇 전기수술 기구 또는 도구에서 로봇 수술 암과 접촉된 후방을 도시한다.
도 3a는 로봇 수술 마스터 컨트롤 콘솔(의사용 콘솔)의 투시도이다.
도 3b는 로봇 전기수술 도구를 포함하는 로봇 수술 도구를 제어하기 위한 도 3a의 로봇 수술 마스터 컨트롤 콘솔의 마스터 그립 컨트롤 핸들(마스터 그립 컨트롤 인풋이라고도 한다)을 선회식으로 지지하는 예시적인 짐벌형 컨트롤 인풋 리스트(wrist)의 투시도이다.
도 3c는 도 3b의 컨트롤 인풋 리스트와 선회식으로 연결된 마스터 그립 컨트롤 핸들(마스터 그립 컨트롤 인풋이라고도 한다)을 도식적으로 도시한 단면도로서, 요소들이 촉각적/촉감적 사용자 피드백을 제공하기 위한 피드백 발생장치와 연결된다.
도 4는 수술 부위의 비디오 이미지 위에 오버레이된 그래픽 방식 사용자 인터페이스를 도시하는 도 3a의 마스터 컨트롤 콘솔의 스테레오 뷰어의 투시도이다.
도 5a-5c는 본 발명의 한 구체예에 따른 작업 부위의 비디오 이미지 위에 오버레이된 그래픽 방식 사용자 인터페이스를 포함하는 표시 장치에 의해 표시된 이미지를 도시한다.
도 6a-6b는 마스터 그립 맵 및 페달 맵을 포함하는 마스터 컨트롤 아이콘의 확대된 이미지를 도시한다.
도 7a-7f는 의사용 컨트롤 콘솔의 통합 페달 시스템의 여러 도면들이다.
도 8은 의사용 컨트롤 콘솔에 조립된 통합 페달 시스템의 투시도이다.
도 9는 좌측 마스터 컨트롤러와 우측 마스터 컨트롤러를 나타낸 의사용 콘솔에서 작업공간의 투시도이다.
도 10은 도 9에 도시된 우측 마스터 컨트롤러의 우측 마스터 그립과 우측 컨트롤 인풋 리스트의 확대된 투시도이다.
도 11a는 도 9에 도시된 의사용 콘솔에서 인체공학적 컨트롤 패널의 확대된 투시도이다.
도 11b는 도 9에 도시된 의사용 콘솔에서 액정 디스플레이(LCD) 터치패드 스크린의 상면도이다.
도 12는 사용자 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있는 신호들의 상이한 신호 프로파일의 파형 다이어그램을 도시한다; 사용자 피드백의 편향성(handedness) - 왼손 또는 오른손(또는 편측성(sidedness)- 좌측 또는 우측); 및 상이한 신호 패턴을 가진 차등적 사용자 피드백.
도 13a-13b는 전기수술 장치의 활성화 증진을 위한 방법을 도시하는 순서도이다.
도 14는 그래픽 방식 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하고 GUI를 비디오 이미지로 표시하여 사용자에게 시각적 피드백을 제공하는 방법을 도시하는 순서도이다.
도 15는 한쪽에 있는 한 수술 도구에서 반대 쪽에 있는 다른 수술 도구로 에너지 편향성을 바꾸는(swap) 방법의 순서도이다.
도 16은 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 17a-17b는 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템의 다른 구체예의 단순화된 블록 다이어그램을 도시한다.
도 18a-18b는 도 17a-17b에 도시된 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템의 다른 구체예에 상응하는 페달 컨트롤 로직 및 교호하는 인풋/아웃풋 신호 흐름의 블록 다이어그램을 도시한다.
도 19는 스마트 케이블의 투시도를 도시한다.
도 20a-20c는 상이한 원격제어 장비들에 대한 상이한 타입의 컨트롤 라인들에 맞춰 스위치가 적응될 수 있는 방식의 도식적 다이어그램을 도시한다.
도 21은 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러의 기능성을 포함하는 컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램을 도시한다.
이들 도면들은 예시의 목적으로만 이용되며, 예시된 대상의 실제 모양, 크기 또는 치수를 반영하지 않을 수도 있다.
본 발명의 구체예들에 관한 이후의 상세한 설명에서, 본 발명의 구체예들에 관한 충분한 이해를 제공하고자 여러 가지의 특정한 세부내용들이 제시된다. 그러나, 본 발명의 구체예들이 이러한 특정한 세부내용 없이도 실시될 수 있다는 점이 당업자에게는 자명할 것이다. 다른 예로서, 공지의 방법, 과정, 구성요소 및 회로들은 본 발명의 구체예들의 양태들을 불필요하게 제한하지 않고자 상세히 설명하지 않는다.
도입부
로봇 수술은 제한되는 것은 아니지만 개복술, 신경수술 과정(예를 들어, 정위법(stereotaxy)), 내시경 과정(예를 들어, 복강경, 관절경, 흉강경) 등을 포함하는 광범한 수술 과정을 수행하기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 로봇 수술 과정을 행하는 동안 의사는 다양한 파형의 고 저압, 저 전류의 전기 에너지를 사용하여 소작, 조직 절단 또는 혈관 봉합과 같은 일을 수행할 수 있다. 전기 에너지 공급 장치(전기수술 발전 유닛; ESU라고도 한다)가 수술 기구에 연결되고, 전형적으로는 풋 페달의 풋 페달 스위치에 의해서 활성화된다. 의사용 콘솔에 있는 하나 이상의 풋 페달과 그에 상응하는 스위치를 사용하여 이러한 전기 에너지 공급 장치를 활성화할 수 있다. 의사용 콘솔의 풋 페달 스위치는 표준 장비로서 ESU와 함께 패키지를 이루는 주문자상표부착(OEM) 풋 페달 스위치를 대체한다. OEM 페달은 특정 ESU에 직접 연결되며, 다른 장비를 제어하는 데는 사용될 수 없다.
본 발명의 한 구체예에서, 제 1 로봇 암에 장착된 제 1 로봇 수술 도구의 저장 장치로부터 제 1 도구 정보를 판독하여 적어도 제 1 도구 타입을 결정하는 단계; 제어를 위해 하나 이상의 원격제어 장비에 대한 장비 정보를 판독하는 단계; 제 1 도구 정보와 장비 정보를 비교하여 하나 이상의 원격제어 장비 중 제 1 원격제어 장비와 제 1 로봇 수술 도구를 적절히 매치시키는 단계; 및 제 1 컨트롤 콘솔의 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치를 맵핑하여 제 1 원격제어 장비를 제어해서 제 1 로봇 수술 도구의 기능을 지원하는 단계를 포함하는, 최소 침습 수술 시스템의 방법이 개시된다.
본 발명의 다른 구체예에서, 컨트롤 콘솔을 위한 적응형 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러가 개시된다. 적응형 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러는 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치에 연결해서 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치의 선택에 응하여 제어 신호를 수신하기 위한 맵핑 로직; 및 맵핑 로직에 연결된 적응형 인풋/아웃풋(I/O) 인터페이스를 포함한다. 적응형 I/O 인터페이스는 원격제어 장비의 하나 이상의 부분과 연결된다. 적응형 I/O 인터페이스는 원격제어 장비의 하나 이상의 부분의 장비 정보를 판독하여, 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치의 신호 레벨을 원격제어 장비의 하나 이상의 부분의 신호 레벨에 적응시킨다. 맵핑 로직은 하나 이상의 원격제어 장비에 관한 장비 정보, 컨트롤 콘솔에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 로봇 수술 도구의 도구 정보, 및 사용자에 의해 선택된 활성 도구 제어 신호에 응하여 원격제어 장비의 하나 이상의 부분에 따라서 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치를 선택적으로 맵핑한다. 활성 도구 제어 신호에 의해 하나 이상의 로봇 수술 도구 사이의 원격제어 장비에 따른 적어도 하나의 사용자 인터페이스 장치의 제어작용을 바꾸어 행한다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 컨트롤 콘솔을 위한 또 다른 적응형 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러가 개시된다. 이 경우에, 적응형 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러는 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치에 연결해서 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치의 선택에 응하여 제어 신호를 수신하기 위한 맵핑 로직; 및 하나 이상의 로봇 수술 도구에 연결된 도구 인터페이스를 포함한다. 도구 인터페이스는 컨트롤 콘솔에 의해 제어될 수 있는 하나 이상의 로봇 수술 도구로부터 도구 정보를 판독하고, 하나 이상의 지능형 로봇 수술 도구로부터 원격제어 장비의 하나 이상의 부분의 장비 정보를 판독한다. 맵핑 로직은 하나 이상의 지능형 로봇 수술 도구에 따라서 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치를 선택적으로 맵핑하여, 하나 이상의 지능형 로봇 수술 도구를 통해 하나 이상의 원격제어 장비를 원격 제어한다. 맵핑 로직에 의해서 수행되는 선택적 맵핑은 원격제어 장비의 하나 이상의 부분의 장비 정보, 하나 이상의 지능형 로봇 수술 도구의 도구 정보, 및 사용자에 의해 선택된 활성 도구 제어 신호에 응하여 일어난다. 활성 도구 제어 신호에 의해 하나 이상의 지능형 로봇 수술 도구 사이의 원격제어 장비에 따른 적어도 하나의 사용자 인터페이스 장치의 제어작용을 바꾸어 행한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 최소 침습 수술 시스템이 개시된다. 최소 침습 수술 시스템은 하나 이상의 로봇 수술 도구, 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러, 및 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러와 하나 이상의 로봇 수술 도구에 연결된 프로세서를 포함한다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러는 원격제어 장비의 하나 이상의 부분에 연결된 제 1 인터페이스 및 제 1 컨트롤 콘솔의 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치에 연결된 제 2 인터페이스를 가진다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러는 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치를 맵핑하여 제 1 원격제어 장비의 하나 이상의 부분 중 하나 이상을 제어하기 위한 맵핑 로직을 더 가진다. 프로세서에 연결된 저장 장치에 저장된 프로그램 명령에 응하여, 프로세서는 제 1 로봇 암에 장착된 제 1 로봇 수술 도구 내의 저장 장치로부터 제 1 도구 정보를 판독하여 적어도 제 1 도구 타입을 결정하고; 제어를 위해 원격제어 장비의 하나 이상의 부분에 대한 장비 정보를 판독하고; 제 1 도구 정보와 장비 정보를 비교하여 하나 이상의 원격제어 장비와 제 1 로봇 수술 도구를 적절히 매치시키고; 맵핑 로직을 제어하여 제 1 컨트롤 콘솔의 하나 이상의 사용자 인터페이스 인풋 장치를 맵핑해서 제 1 원격제어 장비를 제어함으로써 제 1 로봇 수술 도구의 기능을 지원하도록 구성된다.
로봇 수술 시스템
로봇 수술은 일반적으로 여러 개의 로봇 조종장치 암을 가진 로봇 조종장치의 사용을 수반한다. 로봇 조종장치 암 중 하나 이상은 주로 로봇 수술 도구 또는 기구를 지지하며, 도구는 전기수술 도구일 수도 있고, 전기수술 도구가 아닐 수도 있다. 로봇 조종장치 암 중 하나 이상은 주로 내시경(복강경, 관절경, 자궁경 등과 같은 다양한 구조 중 어느 것일 수 있다)과 같은 수술 이미지 캡처 장치, 또는 선택적으로는 어떤 다른 영상화 방식(예를 들어, 초음파, 형광투시법, 자기공명영상화 등)을 지지하는데 사용된다. 전형적으로, 로봇 조종장치 암은 의사의 양손에 해당하는 적어도 2개의 로봇 수술 도구와 하나의 이미지 캡처 장치를 지지할 것이다.
도 1a과 관련해서, 로봇 전기수술 도구(101A 및 101B)를 사용하여 최소 침습 로봇 수술 과정을 수행하기 위한 로봇 수술 시스템(100A)의 블록 다이어그램이 도시된다. 각 로봇 전기수술 도구(101A 및 101B)는 로봇 내시경 수술 기구로서, 종속된 로봇 조종장치로 조종되고, 마스터 컨트롤 콘솔로부터 수신된 제어 신호에 의해서 원격 제어된다. 반대로 수동 내시경 수술 기구는 손으로 직접 제어된다. 로봇 전기수술 도구(101A)는 양극 전기수술 도구이다. 로봇 전기수술 도구(101B)는 단극 전기수술 도구이다.
사용자 또는 오퍼레이터(O)(일반적으로 의사)는 마스터 컨트롤 콘솔(150)에서 인풋 장치들을 조종하여 환자(P)에 최소 침습 수술 과정을 수행한다. 본원에서 마스터 컨트롤 콘솔(150)은 컨트롤 콘솔, 의사용 콘솔, 또는 마스터 콘솔이라고도 할 수 있다. 콘솔(150)의 컴퓨터(151)가 로봇 제어되는 내시경 수술 기구(일반적으로는 101)의 동작을 지시해서, 로봇 수술 조종장치(152)를 사용하여 기구를 동작시킨다. 로봇 수술 조종장치(152)는 환자측 로봇 카트 시스템 또는 간단하게 카트라고도 할 수 있다. 로봇 수술 조종장치(152)는 하나 이상의 로봇 암(153)을 가진다. 전형적으로, 로봇 수술 조종장치(152)는 링크장치에 의해 지지되는 적어도 3개의 로봇 조종장치 암(153)을 포함하며, 중심 암은 내시경 카메라(101C)를 지지하고, 중심에서 좌우측에 있는 로봇 수술 암(153)은 조직 조작 도구와 로봇 수술 도구(101A)를 지지한다.
어시스턴트(A)는 어시스턴트용 디스플레이(154)를 통해 내부 수술 부위를 보면서 환자(P)에 대한 로봇 수술 조종장치(152)의 사전배치 및 다른 도구 구조에 맞게 도구 또는 기구(101)를 바꾸는 것 등을 보조할 수 있다. 어시스턴트용 디스플레이(154)에 의해 어시스턴트(A)와 의사용 콘솔(150)에 의해 오퍼레이터(O)에게 보여지는 내부 수술 부위 이미지는 로봇 수술 조종장치(152)에 의해 지지된 수술 기구(101) 중 하나에 의해서 제공된다.
일반적으로, 로봇 수술 조종장치(152)의 로봇 암(153)은 포지셔닝부와 구동부를 포함한다. 로봇 수술 조종장치(152)의 포지셔닝부는 조직을 조작하면서 수술하는 동안 고정된 상태로 유지된다. 로봇 수술 조종장치(152)의 구동부는 수술하는 동안 의사용 콘솔(150)에서 제어 신호를 생성하는 오퍼레이터(O)의 지시하에 능동적으로 분절식으로 동작된다. 본원에서 암(153)의 활성 구동부는 가동부(158)라고도 한다. 수술하는 동안 고정된 상태로 있는 로봇 암(153)의 포지셔닝부는 포지셔닝 링크장치 및/또는 "셋업 조인트"(156, 156')라고도 할 수 있다.
로봇 전기수술 도구(101A-101B)의 기능성을 지원하기 위해서, 로봇 수술 시스템(100)은 하나 이상의 전기수술 발전기(102A-102B)를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 전기수술 발전기(102A-102B)는 마스터 콘솔을 운용하는 의사에 의해 컨트롤 케이블(109A-109B)을 따라 마스터 콘솔(150)에 의해서 원격 제어된다.
전기수술 발전기(102A)는 양극 발전기(bipolar generator)이다. 한 쌍의 와이어(106A-106B)가 양극 전기수술 발전기(102A)와 양극 로봇 전기수술 도구(101A)와 사이에 연결된다. 한 쌍의 와이어(106A-106B)가 양극 전기수술 발전기(102A)의 에너지를 양극 로봇 전기수술 도구(101A)의 단부 작동도구의 각 쌍에 전달해서 조직을 소작하거나 봉합할 수 있다.
전기수술 발전기(102B)는 단극 발전기(monopolar generator)이다. 단극 전기수술 발전기(102B)와 단극 로봇 전기수술 도구(101B) 사이에 와이어(107)가 연결된다. 단극 전기수술 발전기(102B)와 환자(P) 사이에는 접지 와이어(108)가 연결된다. 와이어(107)가 단극 전기수술 발전기(102B)의 에너지를 단극 로봇 전기수술 도구(101B)의 단부 작동도구에 전달해서 조직을 소작하거나 봉합할 수 있다. 단극 전기수술 발전기와 양극 전기수술 발전기는 하나의 전기수술 발전기(102A')에 함께 합쳐질 수 있으며, 이것은 컨트롤 콘솔(150)로부터의 2 세트의 제어에 의해서 원격 제어될 수 있다. 즉, 장비(102A')에 대한 제 1 세트의 제어를 이용해서 원격제어 장비의 한 가지 기능을 제어하여 제 1 로봇 수술 도구를 공급하고(예를 들어, 단극 전기수술 에너지), 이 장비에 대한 제 2 세트의 제어를 이용해서 원격제어 장비의 또 다른 기능을 제어하여 제 2 로봇 수술 도구를 공급할 수 있다(예를 들어, 양극 전기수술 에너지). 원격제어 장비는 원격 제어가능한 장비 또는 원격제어 공급 장비라고도 할 수 있다. 원격제어 장비에 연결되어 공급을 수용하는 로봇 수술 도구는 공급 제어가능한 도구라고도 할 수 있다.
본원의 설명은 대부분 원격 제어되는 전기수술 발전기와 로봇 전기수술 도구에 전기수술 에너지 공급의 제어에 관한 것이다. 그러나, 본원의 설명은 더 일반적으로는 다른 타입의 원격제어 공급 장비(예를 들어, 레이저 발생장치)와 공급 제어가능한 도구(예를 들어, 레이저 수술 도구)에도 똑같이 적용될 수 있다. 원격제어 공급 장비를 사용해서 진공, 가스, 액체, 에너지(예를 들어, 전기, 레이저, 초음파), 기계적 토크, 기계적 탁력/견인력, 데이터 신호, 제어 신호 등을 공급하여 다른 타입의 로봇 수술 도구(예를 들어, 초음파, 레이저, 스테이플러)의 기능을 지원할 수 있다. 예를 들어, 로봇 수술 도구는 원격제어 레이저 발생장치 및 원격제어 초음파 발생장치에 의해 지원되는 레이저 절단 기능과 초음파 기능이 함께 조합될 수 있고, 이들은 모두 의사용 콘솔로부터 원격 제어될 수 있다. 더 상세한 내용은 Matthew Willians 등에 의해서 2008년 3월 31일자 제출된 미국 특허출원 제12/060,112호, "레이저 표시 및 레이저 절단용 로봇 수술 도구"를 참조하며, 이것은 참고자료로 본원에 포함된다.
도 1b와 관련해서, 로봇 수술 시스템(100B)의 블록 다이어그램이 도시된다. 로봇 수술 시스템(100B)은 로봇 수술 시스템(100a)과 유사하며, 컨트롤 카트(150B)가 의사용 콘솔(150A)과 환자측 카트(152) 사이에 도입된다는 점만 다르다. 컨트롤 카트(150B)는 컴퓨터(151B)와 선택적으로 외부 모니터(154)를 포함한다. 로봇 수술 도구를 더 제어하거나 지원하기 위해, 컨트롤 카트(150B)는 원격 제어가능한 장비(102A'-102N')의 하나 이상의 부분을 포함한다.
컨트롤 카트에 장착된 원격 제어가능한 장비(102A')의 한 부분은 2개의 전기수술 도구(101A-101B)에 전기수술 에너지를 공급할 수 있는 단극 전기수술 발전기와 양극 전기수술 발전기가 함께 합쳐진 전기수술 발전기일 수 있다. 전기수술 발전기(102A')와 양극 로봇 전기수술 도구(101A) 사이에 한 쌍의 와이어(106A-106B)가 연결된다. 한 쌍의 와이어(106A-106B)가 양극 전기수술 발전기(102A')의 에너지를 양극 로봇 전기수술 도구(101A)의 단부 작동도구의 각 쌍에 전달해서 조직을 소작하거나 봉합할 수 있다. 와이어(107)가 전기수술 발전기(102A')와 단극 로봇 전기수술 도구(101B) 사이에 연결된다. 접지 와이어(108)(도 1a에는 도시되지 않음, 도 1b 참조)가 단극 전기수술 발전기(102B)와 환자(P) 사이에 연결된다.
컨트롤 케이블(110)이 컨트롤 카트(150B)의 컴퓨터(151B)와 의사용 콘솔 사이에 연결되어, 원격 제어가능한 장비 및 로봇 암과 로봇 수술 도구를 포함하는 수술 시스템을 제어할 수 있다. 컨트롤 케이블(111)은 컴퓨터(151B)와 의사용 콘솔의 환자측 카트(152) 사이에 연결되며, 컨트롤 카트를 통해서 로봇 암과 로봇 수술 도구를 제어할 수 있다.
스마트 케이블(112A- 112N)이 원격 제어가능한 장비(102A'-102N')의 하나 이상의 부분과 컨트롤 카트(150B)의 컴퓨터(151B) 사이에 각각 연결될 수 있다. 이러한 접속에 의해, 의사용 콘솔이 그것의 풋 페달과 마스터 컨트롤러로 원격 제어가능한 장비를 제거할 수 있다. 이 방식에서, 원격 제어가능한 장비(102A'-102N')의 제어는 의사용 콘솔에 통합될 수 있다. 풋 페달과 마스터 컨트롤러는 통합 제어 메커니즘이 되고, 의사는 이것을 사용해서 수술 시스템의 모든 양상을 제어하여 로봇 수술을 더욱 효과적으로 할 수 있다. 진보된 사용자 인터페이스를 사용하여 로봇 수술 도구를 구비한 원격 제어가능한 장비의 운용에 있어서 개선된 제어와 피드백을 제공할 수 있다.
환자측 카트(로봇 수술 조종장치)
도 2a와 관련해서, 로봇 수술 조종장치(152)의 투시도가 도시된다. 로봇 수술 조종장치(152)는 환자측 카트(PSC)라고도 할 수 있다.
로봇 수술 조종장치(152)는 하나 이상의 로봇 수술 암(153)을 가진다. 로봇 암(153C)에는 로봇 전기수술 도구(101A)가 연결된다. 로봇 수술 조종장치(152)는 로봇 수술 기구(101)가 지지될 수 있는 베이스(202)를 더 포함한다. 더 구체적으로, 로봇 수술 기구(101)는 각각 암(153)의 포지셔닝 링크장치(156)와 가동부(158)에 의해 지지된다. 이러한 링크장치 구조는 본원에서 로봇 암의 거의 대부분을 덮으면서 연장된 보호 커버(206, 208)와 함께 도시된다는 것이 주목되어야 한다. 보호 커버(206, 208)는 선택사항이며, 크기가 제한될 수 있거나, 또는 어떤 구체예에서는 서보메커니즘(servomechanism)에 의해 조종되는 관성을 최소화하고, 로봇 수술 조종장치(152)의 전체 중량을 제한하기 위해서 전체적으로 제거될 수 있다.
각 로봇 수술 도구(101A-101C)는 각 로봇 수술 암의 단부 근처에서 해제 가능하게 이동식 캐리지(237)에 연결된다. 로봇 수술 도구가 장착된 각 이동식 캐리지(237)는 화살표(257) 방향으로 로봇 수술 암(153)의 가동부(158) 내에서 선형 가이드 구조물(260)을 따라 이동하도록 구동될 수 있다.
로봇 수술 조종장치(152)는 일반적으로 수술실들로 운반하는데 적합한 치수를 가진다. 그것은 전형적으로 표준 수술실 문을 통과하고 표준 병원 엘리베이터에 실을 수 있는 크기로 제작될 수 있다. 로봇 수술 조종장치(152)는 수술실 안의 한 명이 카트를 수술 테이블 근처에 위치시킬 수 있는 중량과 바퀴(또는 다른 운반수단)를 가질 수 있다. 로봇 수술 조종장치(152)는 운반하는 동안 기울어지는 것을 피하고, 사용하는 동안 로봇 암의 단부에 있을 수 있는 전복 사고에 쉽게 대처할 수 있도록 충분히 안정적일 수 있다.
각 로봇 조종 암(153)은 바람직하게 거기에 장착된 수술 도구(101)의 동작을 구속하는 링크장치를 포함한다. 더 구체적으로, 링크장치는 로봇 수술 도구가 공간 내 한 지점을 중심으로 회전하도록 평행사변형 배열로 회전 조인트에 의해 함께 연결된 강성 링크를 포함한다. 공간 내 지점에서 로봇 암은 피치축(pitch axis)과 편주축(yaw axis)을 중심으로 로봇 수술 도구를 선회시킬 수 있다. 피치축과 편주축은 로봇 수술 도구의 샤프트를 따라 정렬된 지점에서 교차된다. 샤프트는 단부 작동도구(212)의 동작을 제어하기 위한 케이블 구동 시스템의 다수의 케이블을 가질 수 있는 회전가능한 중공관이다.
로봇 암은 또한 로봇 수술 도구에 동작 자유도를 제공한다. 로봇 수술 도구의 샤프트 중심축과 평행한 삽입축을 따라, 로봇 수술 도구는 화살표(257)에 의해 나타낸 대로 수술 부위 안팎으로 슬라이드 이동할 수 있다. 로봇 수술 도구는 또한 삽입축 주위를 회전할 수 있다. 로봇 수술 도구가 삽입축을 따라 슬라이드 이동하거나 삽입축을 중심으로 회전할 수 있기 때문에, 베이스인 환자측 카트(152)에 대해 중심점이 비교적 고정된다. 즉, 일반적으로 전체 로봇 암은 중심점을 유지하거나 다시 재배치하기 위해서 동작된다.
로봇 암의 링크장치는 프로세서 또는 컴퓨터의 명령에 응하여 그 안의 일련의 모터에 의해서 구동될 수 있다. 또한, 로봇 암의 모터를 사용하여 중심점에서 축을 중심으로 로봇 수술 도구를 회전 및/또는 선회시킬 수 있다. 로봇 수술 도구(101)가 분절식 또는 가동식 단부 작동도구를 더 구비할 경우, 로봇 암 내의 또 다른 모터를 사용하여 단부 작동도구를 제어할 수 있다. 추가로, 모터에 의해 제공되는 동작은, 예를 들어 도르래, 케이블, 기어, 링크, 캠, 캠 종동부 등이나, 또는 기체역학, 유압, 또는 전자공학과 같은 다른 공지된 전달 수단을 사용함으로써 상이한 위치로 기계적으로 전달될 수 있다.
로봇 수술 도구(101)는 일반적으로 멸균 구조이며, 대체로 멸균 가능하고 및/또는 사용을 위해 밀폐 밀봉된 패키지에 넣어 제공된다. 로봇 수술 도구(101)는 많은 과정 동안 반복하여 제거되고 교체되기 때문에, 인터페이스가 직접 도구 홀더와 맞물린다면 도구 홀더가 오염에 노출될 가능성이 있다. 도구 홀더의 오염과 환자들 간의 가능한 교차 오염을 피하기 위해, 로봇 수술 도구(101)와의 연결을 위한 어댑터가 로봇 수술 조종장치의 로봇 암에 제공된다.
도 2b-2d와 관련해서, 지금부터 로봇 수술 암의 어댑터(228)에 로봇 수술 도구(101A)를 장착하는 것이 간단히 설명된다.
로봇 수술 암(153)은 로봇 전기수술 도구(101A) 또는 다른 수술 도구(101)가 장착될 수 있는 어댑터(228)를 포함할 수 있다. 도 2d는 예시적인 어댑터(228)의 정면을 도시한다. 어댑터(128)의 정면은 일반적으로 도구측(230)이라고 하고, 반대편은 일반적으로 홀더측(도시되지 않음)이라고 한다.
도 2b는 로봇 수술 도구(101A)로서 예시적인 로봇 전기수술 도구(400)의 뒷면을 도시한다. 로봇 수술 도구(400)는 로봇 수술 조종장치의 로봇 암에 도구(400)를 장착하기 위한 어댑터(228)에 연결될 수 있는 인터페이스 베이스(412)를 포함하는 예시적인 장착가능한 하우징(401)을 포함한다. 인터페이스 베이스(412)와 어댑터(228)는 전기적으로 그리고 기계적으로 함께 연결되어 로봇 수술 도구(400)를 가동시킬 수 있다. 인터페이스 베이스(412)에 회전 가능하게 하나 이상의 회전가능한 수용 부재(418)가 연결되며, 이것을 인풋 디스크라고도 한다. 하나 이상의 회전가능한 수용 부재(418)는 각각 한 쌍의 핀(422A 및 422B)을 포함하며, 이들은 일반적으로 핀(422)이라고 한다. 핀(422A)은 각 회전가능한 수용 부재(418)의 중심에 핀(422B)보다 가까이 위치된다. 하나 이상의 회전가능한 수용 부재(418)는 각각 어댑터(228)의 하나 이상의 회전가능한 드라이버(234)에 기계적으로 연결될 수 있다. 로봇 수술 도구(101A)는 로봇 수술 도구를 어댑터(228)와 로봇 암으로부터 해제시키기 위한 릴리즈 레버(416)를 더 포함할 수 있다.
인터페이스 베이스(412)는 어댑터(228)의 전기 커넥터(242)의 단자와 전기적으로 연결하기 위한 하나 이상의 전기 접촉점 또는 핀(424)을 더 포함할 수 있다. 도구의 전기 접촉점 또는 핀(424)과 연결될 수 있는 전기 커넥터(242)의 하나 이상의 단자를 사용하여, 예를 들어 통합 컨트롤러와 도구 사이에 및/또는 도구와 전기수술 발전 유닛 사이에 전기소작 연접부를 만들 수 있다. 인터페이스 베이스(412)는 인쇄회로기판(425)과 인쇄회로기판 및 하나 이상의 핀(424)에 연결된 하나 이상의 통합 회로(426)를 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 통합 회로(426)는 로봇 암에 연결된 로봇 수술 도구의 타입을 확인하는데 사용될 수 있는 도구 정보를 저장하며, 이로써 도구가 마스터 컨트롤 콘솔(150)에 의해 적절히 제어될 수 있다.
다음에, 도 2b 및 2d와 관련해서, 로봇 전기수술 도구 또는 기구(400)가 도시된다. 로봇 전기수술 도구 또는 기구(400)는 장착가능한 하우징(401), 근단부와 원단부를 가진 기다란 샤프트(404), 및 샤프트(404)의 원단부 근처에서 연결된 단부 작동도구(도시되지 않음)를 포함한다. 장착가능한 하우징(401)은 샤프트(404)의 근단부에 연결된 인터페이스 또는 도구 베이스(412)를 포함한다. 장착가능한 하우징(401)은 하나 이상의 전기 커넥터(474A-474B), 커버, 및 하나 이상의 릴리즈 레버(416)를 더 포함할 수 있다. 샤프트(404)의 원단부에 있는 기계적 리스트(도시되지 않음)를 사용하여 단부 작동도구를 동작시킬 수 있다.
도구(400)의 인터페이스 또는 도구 베이스(412)가 어댑터(228)에 연결될 수 있으며, 이로써 도구는 로봇 수술 시스템에 착탈 가능하게 접속될 수 있다. 동일한 타입의 도구 베이스를 가진 다른 수술 도구들도 역시 어댑터와 로봇 암에 연결될 수 있다. 수술하는 동안 어댑터(228)는 이동식 캐리지(237)에 연결된다. 따라서, 전기수술 도구(400)는 어댑터(228)에 장착된 상태에서 도 2a에서 화살표(257)에 의해 나타낸 대로 로봇 수술 암(153)의 삽입축을 따라 캐리지(237)와 함께 이동할 수 있다. 도구 베이스(412)는 로봇 암 조립체(153)의 캐리지(237)에 장착된 회전가능한 드라이버 요소(234)에 어댑터를 통해서 해제 가능하게 연결되는 수용 요소 또는 인풋 디스크(418)를 포함한다. 일반적으로 캐리지(237)의 회전가능한 드라이버 요소(234)는 전기모터 등과 같은 가동장치(도시되지 않음)에 연결되어, 캐리지(237)의 각 요소의 각도를 선택적으로 변위시킨다.
로봇 수술 암(153)에 장착되었을 때, 단부 작동도구는 단부 작동도구의 가동 동작에 더하여, 암(153)에 대해서도 복수의 동작 자유도를 가질 수 있다. 로봇 수술 도구의 단부 작동도구는 절단, 전단, 쥐기(grasping), 잡기(gripping), 클램핑, 맞물기(engaging), 또는 수술 부위 인접 조직과의 접촉과 같은 수술 작업을 수행하는데 사용된다. 전기수술 도구의 경우, 컨덕터가 단부 작동도구 중 적어도 하나와 전기적으로 교신하여 전기 에너지를 집게의 집게입에 의해 클램핑된 조직에 송달할 수 있다.
도 2d에 도시된 대로, 도구 베이스(412)는 커버(472)로 감싸일 수 있고, 커버에 하나 이상의 전기 커넥터(474A-474B)가 커버에 장착될 수 있다. 하나 이상의 전기 커넥터(474A-474B)가 하나 이상의 케이블(106A-106B, 107)을 수용하여, 전기수술 발전기 유닛, 예를 들어 양극 발전기(102A), 단극 발전기(102B), 또는 도 1a에 도시된 조합된 단극/양극 발전기(102A')와 연결될 수 있다. 도구 내의 하나 이상의 와이어에 의해서 전기 커넥터(474A-474B)와 도구의 하나 이상의 단부 작동도구에 있는 전극들이 전기적으로 연결된다. 대안으로서, 도구의 전기 접촉점 또는 핀(424)과 연결될 수 있는 전기 커넥터(242)의 하나 이상의 단자를 사용하여 도구와 전기수술 발전 유닛 사이에 전기소작 연접부를 만들 수 있다.
어댑터(228)는 부양판(236)에 회전 가능하게 연결된 하나 이상의 회전가능한 드라이버(234)를 포함한다. 회전가능한 드라이버(234)는 회전가능한 드라이버 주위에 원주 톱니모양으로 연장된 탄성 방사상 부재에 의해 부양판(236)에 탄성적으로 장착된다. 회전가능한 드라이버(234)는 이러한 탄성 구조의 편향에 의해서 부양판에 대해 축 이동할 수 있다.
부양판(236)은 어댑터의 주 표면에 법선인 주변 어댑터 구조에 대해 제한된 범위의 움직임을 가진다. 부양판의 축 이동은 릴리즈 레버(416)가 가동될 때 로봇 수술 도구(101)로부터 회전가능한 드라이버(234)가 분리되는 것을 돕는다.
어댑터(228)의 하나 이상의 회전가능한 드라이버(234)는 기계적으로 수술 도구(101)의 일부분에 연결될 수 있다. 각 회전가능한 드라이버(234)는 하나 이상의 개구부(240)를 포함할 수 있으며, 여기에 로봇 수술 도구(101)의 회전가능한 수용 부재(418)의 돌출부 또는 핀(422)이 수용될 수 있다. 회전가능한 드라이버(234)의 개구부(240)는 수술 도구(101)의 회전가능한 수용 요소(418)와 정확히 정렬되도록 구성된다.
회전가능한 수용 요소(418)의 내부 핀(422A)과 외부 핀(422B)은 각 회전가능한 드라이버에 있는 개구부(240A)와 개구부(240B)와 각각 정렬된다. 회전축으로부터 핀(422A)과 개구부(240A)까지의 거리와 핀(422B)과 개구부(240B)까지의 거리는 상이하며, 이로써 회전가능한 드라이버(234)와 회전가능한 수용 요소(418)가 의도된 위치로부터 위상이 180도 어긋나서 정렬되는 것이 방지된다. 추가로, 회전가능한 드라이버에 있는 각 개구부(240)는 원주 배향된 핀들을 맞춤 수용하기 위해 약간 방사상으로 신장될 수 있다. 이것은 핀(422)이 개구부(240) 내에서 방사상으로 슬라이드 이동하여 도구와 어댑터(228) 사이의 어떤 축 어긋남을 수용하도록 하면서, 회전가능한 드라이버(234)와 회전가능한 수용 요소(418) 사이의 각도 어긋남과 백래시(backlash)를 최소화한다. 추가로, 핀(422)과 개구부(240)의 상호작용은 하우징(401)의 사이드를 따라 릴리즈 레버(416)가 인터페이스로부터 축 상에서 부양판(236)을 밀어서 도구(101)가 해제될 때까지 로봇 수술 도구(101)를 어댑터(228)와 맞물린 위치에 구속하는 것을 돕는다.
제 1 축 위치에 배치되었을 때(도구측(230)으로부터 멀어져서), 회전가능한 드라이버는 각도 제한 없이 자유롭게 회전하게 된다. 하나 이상의 회전가능한 드라이버(234)는 시계방향으로 또는 반시계방향으로 회전하여 로봇 수술 기구(101)의 시스템 및 도구를 가동시킬 수 있다. 그러나, 회전가능한 드라이버가 도구측(230)을 향해 축 상으로 이동할 때는 탭(회전가능한 드라이버로부터 방사상으로 연장된)이 부양판의 디텐트(detent)와 측면에서 맞물릴 수 있고, 이로써 회전가능한 드라이버의 축 주위 회전 각도가 제한될 수 있다. 회전가능한 드라이버의 개구부(240)와 핀(422)이 정렬될 때까지(개구부 안으로 슬라이드 이동될 때까지) 핀(422)이 제한된 회전 위치로 회전체를 밀 수 있기 때문에, 이런 제한된 회전을 이용하여 회전가능한 드라이버와 도구의 회전 부재가 맞물리는 것을 도울 수 있다.
회전가능한 드라이버(234)가 여기 설명되지만, 로봇 수술 기구(101)의 시스템 또는 도구를 가동시킬 수 있는 다른 타입의 드라이버나 가동장치도 어댑터(228)에 제공될 수 있다. 어댑터(228)는 수술 기구(101)의 전기 접촉점 또는 핀(424)과의 연결하여 전기 접속을 만들기 위한 전기 커넥터(242)의 단자를 더 포함한다.
어댑터(228)에 로봇 수술 도구(101A)의 장착은 도 2c에 도시된 대로 일반적으로 로봇 수술 도구의 샤프트 또는 중공관의 끝부분 또는 원단부를 캐뉼러(도시되지 않음)를 통해서 삽입하고, 인터페이스 베이스(412)를 어댑터(228)와 맞물리도록 슬라이드 이동시키는 것을 포함한다. 어댑터(228)의 도구측(230) 상의 립(232)은 로봇 수술 도구의 인터페이스 베이스(412)의 측 연장부를 슬라이드 방식으로 수용한다. 어댑터(228)의 걸림부(catch)(244)가 인터페이스 베이스(412)의 후단부 위에 걸려서 도구(101A)가 제자리에 고정될 수 있다. 로봇 수술 도구의 하나 이상의 회전가능한 부재(418)로부터 연장된 돌출부 또는 핀(422)이 어댑터(228)의 회전가능한 드라이버(234)에 있는 구멍(240A-240B)(일반적으로 구멍 또는 개구부(240)라고 한다) 안으로 연결된다.
로봇 수술 도구에서 회전가능한 수용 요소(418)의 동작 범위는 제한될 수 있다. 어댑터의 회전가능한 드라이버와 회전가능한 수용 요소(418)의 기계적 연결을 완료하기 위해, 오퍼레이터(O)는 수술 마스터 컨트롤 콘솔(150)에서 회전가능한 드라이버를 중심으로부터 한 방향으로 돌리고, 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전가능한 드라이버를 돌린 다음, 회전가능한 드라이버를 중심으로 되돌릴 수 있다. 또한, 핀(422)이 회전가능한 드라이버 어댑터(228)의 개구부(240)에 확실히 들어가도록 하기 위해, 어댑터(228)와 거기에 장착된 도구(101A)가 함께 이동될 수 있다. 어댑터(228)와 거기에 장착된 도구(101A)가 처음 위치로 이동되어, 샤프트 또는 중공관의 끝부분 또는 원단부가 캐뉼러(도시되지 않음) 안에 배치될 수 있다.
로봇 수술 도구(101A)의 장착을 해제하여 제거하기 위해, 릴리즈 레버(416)를 꼭 눌러 장착가능한 하우징(401)을 밀어서 구멍(240)과 핀(422)의 결합을 해제하고, 인터페이스 베이스의 후단부와 걸림부(244)의 결합을 해제할 수 있다. 다음에, 장착가능한 하우징(401)을 당겨서 어댑터(228)로부터 벗어나 위쪽으로 인터페이스 베이스(412)를 슬라이드 이동시킬 수 있다. 장착가능한 하우징(401)을 계속 당겨서 캐뉼러(219)로부터 샤프트 또는 중공관의 끝부분 또는 원단부를 제거할 수 있다. 로봇 수술 도구(101A)의 장착이 해제된 후, 새 로봇 전기수술 도구 또는 새로 소독된 로봇 전기수술 도구(400)를 포함하는 또 다른 로봇 수술 도구가 해당 장소에 장착될 수 있다.
앞에서 논의한 대로, 로봇 수술 도구(101A)는 마스터 컨트롤 콘솔(150)에 의해 수술 도구가 적절히 제어될 수 있도록 로봇 암에 연결된 로봇 수술 도구의 타입을 확인하기 위한 하나 이상의 통합회로(426)를 포함할 수 있다. 그러나, 로봇 수술 시스템이 로봇 수술 도구가 호환되는 것인지 아닌지를 사용하기 전에 결정할 수 있다.
시스템은 수술 도구가 로봇 수술 시스템(100)과 함께 사용될 수 있는 타입의 것인지 검증한다. 하나 이상의 통합회로(426)가 호환성 및 호환성을 결정하기 위한 도구 유형 그리고 제어 정보에 관한 데이터를 마스터 컨트롤 콘솔(150)의 컴퓨터(151)에 신호로서 보낼 수 있다. 통합회로(426) 중 하나는 시스템 호환성, 도구 유형 및 제어 정보에 관한 데이터를 저장하고 판독할 수 있는 비-휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 예시적인 구체예에서, 메모리로부터 판독되는 데이터는 로봇 수술 시스템(100)과 수술 도구의 호환성을 나타내는 문자열(character string)을 포함한다. 추가로, 도구 메모리의 데이터는 주로 그 도구가 제어될 수 있는 방식을 마스터 컨트롤 콘솔에 신호로서 보내기 위한 도구 유형을 포함할 것이다. 어떤 경우, 데이터는 또한 도구 캘리브레이션(calibration) 정보를 포함할 것이다. 데이터는 컴퓨터(151)로부터의 요청 신호에 응하여 제공될 수 있다.
도구-유형 데이터(tool-type data)는 일반적으로 도구교환 작업에서 어떤 종류의 도구가 부착되었는지를 나타낸다. 도구-유형 데이터는 리스트 축 기하구조, 도구 강도, 파지력(grip force), 각 조인트의 동작 범위, 조인트 동작 공간의 특유성, 회전가능한 수용 요소를 통해 적용되는 최대 힘, 로봇 수술 시스템에서 회전가능한 수용 요소와 시스템의 가동부 또는 분절부의 연결에 관한 정보를 포함하는 도구 트랜스미션 시스템 특성에 대한 정보를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도구-유형 데이터는 로봇 전기수술 기구(101A)가 로봇 암에 장착된 적이 있었는지 아닌지를 나타낼 수 있다. 전기수술 기구의 에너지 활성화와 관련해서, 주요 에너지 하위특징들(sub-feature) 및/또는 부차적인 에너지 하위특징들에 관한 추가적인 도구-유형 데이터가 또한 저장될 수 있다. 예를 들어, 에너지 하위특징들은 도구가 수용할 수 있는 전기수술 에너지의 타입(예를 들어, 양극 또는 단극 절단 및 단극 응고), 최대 피크 에너지, 최소 고조파 에너지 주파수, 최대 고조파 에너지 주파수, 및 레이저가 또한 절단을 위해 제공되는지의 여부를 포함할 수 있다. 새로운 에너지나 다른 타입의 방식들이 로봇 수술 도구에 도입되기 때문에, 도구-유형 데이터가 쉽게 저장되고 로봇 수술 시스템과 교신될 수 있으며, 이로써 시스템은 원격 제어가능한 장비와 로봇 수술 시스템의 로봇 암에 장착된 다수의 타입의 로봇 수술 도구에 적응하여 제어할 수 있다.
도구-유형 데이터를 전부 하나 이상의 통합회로(426)에 정렬하는 대신, 대부분의 도구-유형 데이터는 선택적으로 로봇 수술 시스템(100)의 컴퓨터(151)의 메모리나 하드 드라이브에 저장될 수 있다. 컴퓨터(151)에 신호를 보내 컴퓨터의 메모리나 하드 드라이브에 저장된 룩업 테이블의 데이터에서 관련된 부분을 판독하도록 하는 식별장치(identifier)가 하나 이상의 통합회로(426)에 저장될 수 있다. 룩업 테이블의 도구-유형 데이터는 로봇 수술 시스템(100)의 제조자에 의해서 컴퓨터의 메모리에 로딩될 수 있다. 룩업 테이블은 플래시 메모리, EEPROM 또는 다른 타입의 비-휘발성 메모리에 저장될 수 있다. 새로운 도구 유형이 제공될 때마다 제조자는 룩업 테이블을 개정하여 새로운 도구 특정 정보를 실을 수 있다. 로봇 수술 시스템과 호환되지 않는 도구, 예를 들어 정보 테이블에 적합한 도구-유형 데이터가 없는 도구를 사용하면 컴퓨터(151) 및 오퍼레이터(O)가 로봇 수술 도구를 부적합하게 로봇 제어하게 될 수 있음이 주지되어야 한다.
도구-유형 데이터에 더하여, 예를 들어 컴퓨터(151) 프로그래밍을 재구성하여 도구를 제어하기 위한, 도구 특정 정보가 통합회로(426)에 저장될 수 있다. 거기에는 로봇 수술 도구의 어긋남(misalignment)을 보정하기 위한 캘리브레이션 정보, 예를 들어 오프셋 정보가 있을 수 있다. 캘리브레이션 정보는 로봇 수술 도구의 전체적인 제어에서 고려될 수 있다. 이러한 저장된 캘리브레이션 정보를 사용하여 한 가지 타입의 도구들 간에 생기는 사소한 기계적 불일치를 극복할 수 있다. 예를 들어, 도구 특정 데이터를 포함하는 도구-유형 데이터를 사용해서 적합한 좌표 변환 및 서보 드라이브 신호를 생성하여 로봇 암을 조종해서 회전가능한 드라이버(234)를 회전시킬 수 있다. 이 경우에, 통합회로(426)는 최대 조인트 토크 설정에서 도구의 단부 작동도구를 구동시키도록 컨트롤 시스템을 설정하기 위한 정보를 포함하며, 이로써 로봇 그립 도구 또는 로봇 전기수술 도구의 집게입이 최대의 힘으로 조직을 클램핑할 수 있게 된다.
추가로, 어떤 로봇 수술 도구는 제한된 수명을 가진다. 또한, 도구 수명과 누적 도구 사용 정보가 도구 메모리에 저장되며, 컴퓨터가 이 정보를 사용하여 도구가 여전히 안전하게 사용될 수 있는지를 결정할 수 있다. 전체 도구 수명은 시간 기록에 의해, 과정에 의해, 도구가 홀더에 로딩된 횟수에 의해, 그리고 도구 타입에 특정한 다른 방식들에 의해서 측정될 수 있다. 바람직하게, 도구 수명 데이터는 비가역적 기록 과정을 이용하여 도구의 메모리에 저장된다.
마스터 컨트롤 콘솔(의사용 콘솔)
도 3a와 관련해서, 로봇 수술 마스터 컨트롤 콘솔(150, 150A)의 투시도가 도시된다. 마스터 컨트롤 콘솔(150, 150A)은 의사용 콘솔이라고도 한다. 마스터 컨트롤 콘솔(150)은 제어 신호를 생성하여 수술 부위에서 수술 도구(예를 들어, 로봇 전기수술 기구)를 제어하고, 수술 도구를 지원하는 의료 장비(예를 들어, 전기수술 발전기)를 제어한다.
로봇 수술 시스템(100)의 마스터 컨트롤 콘솔(150)은 쌍안용 뷰어 또는 입체 뷰어(312), 암-레스트(314), 마이크로폰(315), 단부 작동도구 입력 컨트롤, 작업공간(316) 안에서의 리스트 입력 컨트롤, 및 암 입력 컨트롤을 위한 한 쌍의 마스터 컨트롤러(925L, 925R)(일반적으로 325로 표시), 하나 이상의 스피커(315L, 315R), 및 풋 페달(318)(풋 페달(318A-318B)을 포함), 및 조망(viewing) 센서(320)를 포함한다.
본 발명의 한 구체예에서는, 마스터 컨트롤 콘솔(150)은 통합 컴퓨터(151)를 더 포함한다. 본 발명의 다른 구체예에서는, 도 1b에 도시된 대로, 컴퓨터는 중심 컨트롤 카트(150B)의 요소인 컴퓨터(151B)로서 마스터 컨트롤 콘솔과 구분될 수 있다. 어느 경우든, 컴퓨터(151, 151B)는 지시를 실행하기 위한 하나 이상의 마이크로프로세서(302)와 로봇 수술 시스템(100)을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는데 사용될 수 있는 실행가능한 지시를 담은 소프트웨어를 저장하기 위한 저장 장치(304)를 포함할 수 있다. 컴퓨터(151, 151B)는 마이크로프로세서(302)에 연결된 소리 발생장치(317)와 음향 사운드를 생성하기 위한 하나 이상의 스피커(좌측 스피커(315L), 우측 스피커(315R)); 마이크로프로세서(302)에 연결된 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)와 진동을 생성하기 위한 마스터 컨트롤, 암-레스트 및/또는 풋 페달에 있는 하나 이상의 진동 장치; 마이크로프로세서(302)에 연결된 그래픽 컨트롤러/발생장치(322)와 그래픽 방식 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하고, GUI 데이터를 수술 부위의 카메라 이미지 데이터 프레임과 함께 융합하여, 입체 뷰어(312)의 표시 장치에 표시하기 위한 입체 뷰어(312)를 더 포함할 수 있다.
뷰어(312)는 적어도 하나의 디스플레이를 구비하며, 여기에 수술 부위의 이미지가 보여져서 최소 침습 수술을 수행할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 뷰어(312)는 도 4에 도시된 대로 좌우측에 표시 장치(452L, 452R)가 있는 입체 뷰어이다. 도 4는 마스터 컨트롤 콘솔(150,150A)의 입체 뷰어(312)의 투시도를 도시한다. 3차원 투시도를 제공하기 위해, 뷰어(312)는 좌측 뷰파인더(451L)와 우측 뷰파인더(451R)에 각각 로봇 수술 도구를 포함해서 수술 부위의 좌측 이미지(450L)와 우측 이미지(450R)를 포함하는 각 눈을 위한 입체 이미지를 포함한다. 뷰파인더의 이미지(450L 및 450R)는 각각 좌측 표시 장치(452L) 및 우측 표시 장치(452R)에 의해서 제공된다. 표시 장치(452L, 452R)는 선택적으로 브라운관(CRT) 모니터, 액정 디스플레이(LCD), 또는 다른 타입의 이미지 표시 장치(예를 들어, 플라즈마, 디지털 광 투사장치 등)의 쌍일 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 이미지는 한 쌍의 컬러 표시 장치(452L, 452R), 예를 들어 컬러 CRT나 컬러 LCD에 의해서 컬러로 제공된다. 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 각 표시 장치(452L, 452R)의 가장자리 둘레에 또는 근처에 테두리(461L, 461R) 모양으로 표시될 수 있다.
도 3a-3c 및 도 9와 관련해서, 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)(마스터 그립(325)을 포함)를 작업공간(316) 내에서 사용해서 환자측 카트(152)로 제어 신호를 생성해서 로봇 암과 거기에 장착된 수술 도구를 제어할 수 있다. 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)는 암 지지대(314)를 지나 뷰어(312) 아래에 배치된 작업공간(316) 내에 위치된다.
마스터 컨트롤 콘솔(150, 150A)을 사용할 때, 오퍼레이터(O)(의사 또는 사용자)는 전형적으로 의자에 앉아서, 머리를 움직여 뷰어(312)와 나란히 되도록 한 다음, 각 손의 손가락을 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)의 마스터 그립(325)과 연결한 상태에서 나머지 전완부를 암-레스트(314)에 기댄다. 이로서 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)의 마스터 그립(325)을 제어 공간(316) 안에서 양쪽 위치에서 양 방향으로 쉽게 움직여 제어 신호를 생성할 수 있게 된다.
추가로, 오퍼레이터(O)는 발을 사용해서 풋 페달을 제어하여 수술 시스템의 배치를 변경할 수 있고, 추가의 제어 신호를 생성하여 로봇 수술 기구나 시스템에 연결된 다른 의료 장비를 제어할 수 있다.
로봇 수술 도구(101)의 제어시 오퍼레이터가 수술 부위를 확실히 볼 수 있도록 마스터 컨트롤 콘솔(150)은 쌍안 디스플레이(312) 옆에 배치된 조망 센서(320)를 포함할 수 있다. 시스템 오퍼레이터가 디스플레이(312)의 쌍안 눈 부분에 자신의 눈을 나란히 하여 수술 작업부위의 입체 이미지를 볼 때는 로봇 수술 도구(101)의 제어를 할 수 있도록 오퍼레이터의 머리가 조망 센서(320)에서 떨어진다. 오퍼레이터의 머리가 디스플레이(312)의 영역에서 사라지면, 조망 센서(320)는 마스터 그립의 동작에 응하여 기능하지 않거나 새로운 제어 신호의 생성을 중단하며, 이로써 로봇 수술 도구의 상태가 고정된다.
컴퓨터(151)의 마이크로프로세서(302)가 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)(및 오퍼레이터(O)나 다른 요원으로부터의 다른 입력)의 동작 및 가동을 해석해서 제어 신호를 생성하여 수술 작업부위 내에서 로봇 수술 기구(101)를 제어한다. 본 발명의 한 구체예에서, 컴퓨터(151)와 뷰어(312)는 컨트롤러 작업공간(316) 범위에서 수술 작업부위를 맵핑하는데, 이로써 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)가 수술 작업부위 위에서 작동하고 있음을 오퍼레이터가 알 수 있다.
컨트롤 인풋 그립을 가진 마스터 컨트롤러
도 9와 관련해서, 의사용 콘솔(150, 150A)에서의 컨트롤러 작업공간(316)의 투시도가 도시된다. 의사용 콘솔(150, 150A)은 좌측 마스터 컨트롤러(905L)와 우측 마스터 컨트롤러(905R)를 가진다. 좌측 마스터 컨트롤러(905L)는 좌측 컨트롤 인풋 암(935L), 좌측 컨트롤 인풋 리스트(952L) 및 좌측 컨트롤 인풋 그립(925L)을 포함한다. 우측 마스터 컨트롤러(905R)는 우측 컨트롤 인풋 암(935R), 우측 컨트롤 인풋 리스트(952R) 및 우측 컨트롤 인풋 그립(925R)을 포함한다.
도 3b와 관련해서, 좌측 컨트롤 인풋 리스트(952L)와 우측 컨트롤 인풋 리스트(952R)로서 표시된 컨트롤 인풋 리스트(352)의 투시도가 도시된다. 의사용 콘솔의 마스터 컨트롤러(905L, 905R)는 컨트롤 인풋 그립 또는 마스터 그립(325)과 컨트롤 암(도 9의 컨트롤 인풋 암(935L, 935R) 참조)에 함께 연결된 컨트롤 인풋 리스트(352)를 포함한다. 컨트롤 인풋 리스트(352)는 마스터 컨트롤 콘솔(150)의 마스터 그립(325)을 선회식으로 지지하는 짐벌형 장치로서, 로봇 수술 조종장치(152)와 로봇 전기수술 도구(101A, 101B)를 포함하는 로봇 수술 도구(101)의 제어에 사용되는 제어 신호를 생성한다. 좌우측 마스터 컨트롤러의 한 쌍의 컨트롤 인풋 리스트(325)는 마스터 컨트롤 콘솔(150, 150A)의 작업공간(316) 안에서 한 쌍의 컨트롤 인풋 암(도 3b에는 도시되지 않음)에 의해 지지된다. 컨트롤 인풋 리스트(352)는 제 1, 제 2, 및 제 3 짐벌 부재(362, 364, 및 366)를 포함한다. 제 3 짐벌 부재(366)는 마스터 컨트롤 콘솔(150, 150A)의 컨트롤 인풋 암(도시되지 않음)에 회전 가능하게 연결된다.
또한, 마스터 그립(325)은 관형 지지 구조(351), 제 1 그립(350A), 및 제 2 그립(350B)을 포함한다. 제 1 그립과 제 2 그립은 구조(351)에 의해 한쪽 단부에서 지지된다. 마스터 그립(325)은 도 3b-3c에 도시된 축 G를 중심으로 회전될 수 있다. 그립(350A, 350B)은 관형 구조(351) 주위에서 함께 꼭 쥐거나 모아 쥐어질 수 있다. 그립에 있어서 자유도를 "모아쥐는 것" 또는 "붙잡는 것"은 도 3b에서는 화살표 Ha5Hb로, 도 3c에서는 화살표 H로 표시된다.
마스터 그립(325)은 회전 조인트(356g)를 사용해서 제 1 짐벌 부재(362)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 제 1 짐벌 부재(362)는 차례로 회전 조인트(356f)를 사용해서 제 2 짐벌 부재(364)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 유사하게, 제 2 짐벌 부재는 회전 조인트(356d)를 사용해서 제 3 짐벌 부재(366)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 이 방식에서, 컨트롤 리스트에 의해 마스터 그립(325)이 3의 자유도를 이용하여 작업공간(316) 내에서 이동되어 배향될 수 있다.
공간 내에서 마스터 그립을 재배향하기 위한 컨트롤 리스트(352) 짐벌의 동작은 로봇 수술 조종장치(152)와 로봇 수술 도구(101)를 제어하기 위한 제어 신호로 변환될 수 있다.
마스터 그립(325)의 그립(350A, 350B)의 동작도 로봇 수술 조종장치(152)와 로봇 수술 도구(101)를 제어하기 위한 제어 신호로 변환될 수 있다. 특히, 화살표 Ha5Hb 또는 H로 표시된 동작 자유도를 넘어선 마스터 그립(350A, 350B)을 꼭 쥐는 동작을 이용해서 로봇 수술 도구의 단부 작동도구를 제어할 수 있다.
마스터 그립(325)의 동작을 감지해서 제어 신호를 생성하기 위해, 핸들(325)뿐만 아니라 컨트롤 인풋 리스트(352)의 짐벌 부재(362)에 센서가 장착될 수 있다. 예시적인 센서는 홀 효과 변환기, 포텐시오미터, 인코더 등일 수 있다.
도 3c에는 마스터 그립(325)과 컨트롤 인풋 리스트(352)의 짐벌 부재(362)의 단면도가 도시된다. 도 3c는 마스터 그립(325)이 컨트롤 인풋 리스트(352)에 장착되고, 핸들의 쥐는 동작 및 회전을 감지하여 로봇 수술 도구(101)를 제어하는 방식에 관한 예를 제공한다.
도 3c에 도시된 대로, 예시적인 짐벌 부재(362)는 경사형 기어(368a, 368b)를 포함하는데, 이들은 마스터 그립(325)의 회전 동작과 롤 센서(370)를 연결할 수 있다. 롤 센서(370)는 롤 모터(370a)에 포함된 포텐시오미터 또는 인코더(370a)를 사용해서 회전을 감지할 수 있다. 대안으로서, 포텐시오미터와 같은 별도의 롤 센서가 샤프트(380)에 직접 연결되어 마스터 그립의 회전을 감지할 수 있다. 어느 경우든, 롤 센서는 마스터 그립(325)의 회전 동작을 감지하고, 거기에 응하여 제어 신호를 생성해서 로봇 수술 도구(101)를 제어한다.
마스터 그립(325)의 그립(350A, 350B)의 꼭 쥐는 동작을 감지하기 위해, 원격 감지 조립체(386)가 짐벌 부재(362)에 의해 포함될 수 있다. 제 1 및 제 2 그립(350A, 350B)은 오퍼레이터(O)의 손에 의해 함께 꼭 쥐어지도록 적응되고, 이로써 가변적인 그립 분리가 한정된다. 그립 분리는, 예를 들어 축을 따른 가변적 그립 각도의 함수로서, 또는 가변적 그립 분리 거리의 함수로서 결정될 수 있다. 또한, 텀휠이나 노브의 동작과 같은 대안적인 핸들 가동이 핸들에 제공되어 로봇 수술 기구(101)를 제어할 수 있다.
예시적인 구체예에서, 원격 센서 조립체(386)는 회로기판(394)를 포함하며, 그 위에 제 1 및 제 2 홀 효과 센서(HE1, HE2)가 장착된다. 회로기판(394)과 홀 효과 센서를 지나 먼 곳에 자석(396)이 배치된다. 푸시 로드(384)의 근위쪽으로 배향된 표면(390)에 자석 덩어리(398)가 축 상으로 연결된다. 따라서, 자석 덩어리(398)는 푸시 로드(384)를 따라 이동하여(화살표 J에 의해 표시됨), 그립(350A, 350B)의 가동에 따라 홀 효과 센서에서 자기장을 변화시킨다.
그립(350A, 350B)을 꼭 쥐는 행동을 변환시켜 센서(386)로 보내기 위해, 짐벌 부재(362)는 관형 핸들 구조(351)에 푸시 로드(384)를 포함한다. 그립(350A, 350B)은 각각 관형 핸들 구조(351)에서 각 선회축(334a, 334b) 주위를 선회한다. 어징(urging) 링크(335a, 335b)가 그립(350A, 350B)과 푸시 로드(384)의 제 1 단부 사이에 각각 연결된다. 그립(350A, 350B)을 꼭 쥐는 행동은 도 3c에서 화살표 A로 나타낸 대로 어징 링크(335a, 335b)에 의해 푸시 로드(384) 상에서 선형 동작으로 변환된다. 푸시 로드(384)의 제 2 단부는 센서(386)에 연결된다. 앞에서 논의한 대로, 자석 덩어리(398)가 푸시 로드(384)의 표면(390)에 축 상으로 연결되어, 푸시 로드의 선형 동작과 그립(350A, 350B)을 꼭 쥐는 행동을 감지할 수 있다.
스프링(392)과 같은 바이어싱 메커니즘이 그립을 꼭 쥐는 행동에 반하는 힘을 적용하여 이들을 되돌림으로써 그립이 해제되었을 때는 완전히 열리게 된다. 바이어싱 스프링(392)은 그립(350A, 350B)을 누르는 것에 반대로 바이어싱하는 선형 또는 비선형 탄성 장치로서, 예를 들어 스프링이나 다른 탄성 부재를 포함하는 단일 또는 복수 요소 조립체일 수 있다. 예를 들어, 스프링(392)은 동심 이중 스프링 조립체를 포함할 수 있고, 이 경우 1개의 스프링은 그립(350A, 350B)이 처음 눌려짐에 따라 "더 유연한" 바이어스 반응을 제공하고, 다른 스프링은 그립(350A, 350B)이 완전히 눌려진 상태로 접근됨에 따라 중첩되는 "확고한" 바이어스 반응을 제공한다. 이러한 비선형 바이어스는 오퍼레이터에게 거짓된 힘-피드백을 제공할 수 있다.
마스터 그립은 진동 장치나 메커니즘을 통해 사용자의 손에 촉각적/촉감적 피드백을 제공할 수 있는 이상적인 장소일 수 있다. 마스터 그립의 자석(396)은 촉각적/촉감적 사용자 피드백을 위해 마스터 그립에 진동을 생성할 수 있는 진동 장치로서 촉각적/촉감적 피드백 발생장치의 제어를 받는 전자석일 수 있다. 대안으로서, 다른 타입의 진동 장치가 마스터 그립의 한 요소로서 촉각적/촉감적 피드백 발생장치에 의해 제어될 수 있다. 컨트롤 인풋 리스트(325)가 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)에 연결된 이러한 진동 장치 또는 메커니즘(399)을 가질 수 있으며, 이로써 컨트롤 인풋 리스트에 사용자가 느낄 수 있는 진동이 생성될 수 있다. 피드백 발생장치(321)에 연결된 진동 장치(355)는 마스터 그립의 일부로서, 사용자의 손이 접촉되는 곳 옆에 있을 수 있다. 대안으로서, 마스터 컨트롤러의 각 컨트롤 인풋 리스트에 있는 기존 전기 모터를 사용해서 진동을 생성할 수 있다. 피드백 신호가 작은 호 위에서 모터를 앞뒤로 회전시켜서 진동을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 롤 모터(370a)가 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)에 연결되어 인코더(370a)의 한 부분 또는 한 쌍의 부분 위에서 앞뒤로 회전될 수 있다. 또한, 미국특허 제6,522,906호(2003/2/18, Salisbury, Jr. 등) 및 제6,493,608호(2002/12/10, Niemeyer)에 마스터 컨트롤러에서 촉각적 피드백을 사용하는 것이 설명된다.
다시 도 9와 관련해서, 의사용 콘솔(150, 150A)에서 암-서포트 또는 암-레스트(314)는 의사(사용자 또는 오퍼레이터(O))가 자신의 좌우 전완부를 기댈 수 있는 곳 아래에서 암-레스트에 위치된 좌측 진동 피드백 메커니즘(936L)과 우측 진동 피드백 메커니즘(736R)을 포함할 수 있다. 좌측 진동 피드백 메커니즘(936L)과 우측 진동 피드백 메커니즘(736R)이 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)과 연결되어 좌측 피드백 신호와 우측 피드백 신호를 수신할 수 있다. 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)로부터의 피드백 신호에 응하여, 좌측 진동 피드백 메커니즘(936L)과 우측 진동 피드백 메커니즘(736R) 중 어느 것이 암-레스트(314)에서 진동을 발생시킬 수 있고, 이것을 암-레스트에 기대어 있는 사용자의 전완부가 느낄 수 있다.
의사용 콘솔(150, 150A)에서 제어를 행하고 있을 때 오퍼레이터(O)(사용자, 의사)가 느낄 수 있는 진동을 생성하기 위해서 광범한 진동 장치 또는 메커니즘이 사용될 수 있다는 것이 주지되어야 한다.
통합 컨트롤의 페달 시스템
도 7a와 관련해서, 수술 콘솔 페달 시스템(700)의 상면도가 도시된다. 페달 시스템(700)은 이동식 페달 트레이(702), 하부 좌측 페달 조립체(704L), 하부 우측 페달 조립체(704R), 좌측 수직 스위치 페달 조립체(706L), 우측 수직 스위치 페달 조립체(706R), 상부 수평 페달 조립체(708L) 및 상부 우측 수평 페달 조립체(708R)를 포함한다. 페달 시스템(700)은 이동식 페달 트레이(702)를 바닥 위에서 움직이기 위한 구동 조립체를 포함할 수 있다. 페달 시스템(700)은 의사용 콘솔을 운반할 때는 바닥 위로 이동식 페달 트레이를 들어올리고, 사용자가 페달을 사용하고자 할 때는 페달 트레이를 아래로 내리기 위한 리프트 조립체를 더 포함할 수 있다.
각 페달 조립체는 하나 이상의 수술 도구와 연결될 수 있는 의료 장비를 제어하도록 로봇 수술 시스템에 의해 할당될 수 있다. 각 페달에 의해 제어되는 기능성은 환경에 따라 변할 수 있고, 제어되는 수술 도구의 타입에 따라서 전환될 수 있다. 한 구체예에서, 페달 시스템은 로봇 암 중 하나 이상에 각각 장착되는 하나 이상의 전기수술 도구에 응하여 전기수술 도구를 제어하도록 할당된다. 로봇 수술 시스템은 하나 이상의 전기수술 도구가 로봇 암 중 하나 이상에 장착된 것을 감지할 수 있다.
이동식 페달 트레이(702)는 베이스부(711)와 베이스부(711)에 연결되어 베이스부(711) 위로 상승되는 상부 층단(tier)부 또는 테라스부(712)를 가진다. 페달 트레이(702)는 베이스부(711)의 앞 가장자리에 중심 의자 절단부 또는 개구부(710)를 가지며, 이로써 그 안에서 의자 바퀴를 바닥 위를 굴려서, 의사용 콘솔에서 사용자의 위치를 적절히 조정될 수 있다.
하부 좌측 페달 조립체(704L)와 하부 우측 페달 조립체(704R)는 페달 트레이의 베이스부(711) 내에 위치된다. 상부 좌측 페달 조립체(708L)와 상부 우측 페달 조립체(708R)는 하부 좌측 페달 조립체(704L)와 하부 우측 페달 조립체(704R)보다 약간 높게 상부 층단부 또는 테라스부(712) 내에 위치된다. 상부 층단부 또는 테라스부(712)는 U-자형 모양이어서, 왼편에는 좌측 수직 스위치 페달 조립체(706L)를 수용하고, 오른편에는 우측 수직 스위치 페달 조립체(706R)를 수용할 수 있다.
좌측 수직 스위치 페달 조립체(706L)는 하부 좌측 페달 조립체(704L)와 나란히 놓이고, 이로써 사용자의 왼발이 수평으로 움직여 스위치를 토글(toggle)할 수 있다. 또한, 우측 수직 스위치 페달 조립체(706R)는 하부 우측 페달 조립체(704R)와 나란히 놓이고, 이로써 사용자의 오른발이 수평으로 움직여 스위치를 토글할 수 있다. 페달(704L-704R 및 708L-708R)은 수평 스위치 페달로서, 사용자의 발이 아래쪽으로 수직으로 움직일 때 활성화될 수 있다.
도 8과 관련해서, 의사용 콘솔 페달 시스템(700)은 의사용 콘솔(150, 150A)에 가동 가능하게 연결된 것으로 도시된다. 의사용 콘솔 페달 시스템(700)은 화살표(802)에 의해 나타낸 대로 의사용 콘솔(150, 150A)의 베이스(801)의 개구부(804) 안에서 움직일 수 있다. 페달 트레이(702)는 의사용 콘솔의 베이스(801)의 좌우측 평저부(pontoon)(805L, 805R) 사이에서 의사용 콘솔의 개구부(804) 안에서 바닥 위에서 안쪽 및 바깥쪽으로 이동한다. 이로써 의사용 콘솔 옆의 의자에 의사가 앉았을 때 페달 위치가 의사의 치수에 맞춤 맞게 조정될 수 있다. 콘솔(150, 150A)에 대한 페달 트레이(702)의 위치를 표시하는 디지털 숫자들이 저장 장치에 저장되어, 나중에 의사에 의해 호출될 수 있다. 좌우측 평저부(805L, 805R)는 좌우측 브레이크 페달(850L, 850R)을 포함하는데, 이들은 각각 걸쇠형(latchable) 페달로서, 이것을 사용하여 의사용 콘솔의 다리바퀴(도시되지 않음)를 잠가서 제자리에 정지시킬 수 있다.
도 7b 및 7f와 관련해서, 페달 시스템(700)의 상면도 및 측면도가 각각 도시된다. 페달 시스템(700)은 이동식 페달 트레이의 왼편에 회전 가능하게 연결된 한 쌍의 좌측 롤러(715L)와 페달 트레이의 오른편에 회전 가능하게 연결된 한 쌍의 우측 롤러(715R)를 포함한다. 본 발명의 한 구체예에서, 한 쌍의 좌측 롤러(715L)와 한 쌍의 우측 롤러(715R)는 각각 좌측 리프트/가이드 레일(716L)과 우측 리프트/가이드 레일(716R)을 따라 굴러서, 의사용 콘솔의 운반이나 이동을 위해 페달 트레이가 바닥 위로 상승되었을 때 베이스(801)의 개구부(804) 안에서 페달 트레이를 가이드한다. 본 발명의 다른 구체예에서, 한 쌍의 좌측 롤러(715L)와 한 쌍의 우측 롤러(715R)는 각각 좌측 가이드 레일(716L)과 우측 가이드 레일(716R)을 따라 굴러서, 페달 트레이가 바닥 근처에 있거나 바닥을 따라 구르도록 배열되어 있을 때 베이스(801)의 개구부(804) 안에서 페달 트레이를 가이드한다. 또는 달리, 페달 트레이가 롤러(예를 들어, 도 7f의 롤러(735R) 참조)를 굴리는 바닥으로 하강되었을 때는 좌측 가이드 레일(716L)과 우측 가이드 레일(716R)이 충분히 낮아서 롤러들, 즉 한 쌍의 좌측 롤러(715L)와 한 쌍의 우측 롤러(715R)가 좌측 가이드 레일(716L)과 우측 가이드 레일(716R)을 따라 구를 필요가 없다. 페달 트레이는 하단에 페달 트레이의 오른편에 선회식으로 연결된 한 쌍의 롤러(735R) 및 페달 트레이의 왼편에 선회식으로 연결된 유사한 한 쌍의 롤러를 포함하며, 이로써 의사용 콘솔의 캐스터 브레이크(castor brake)가 설정된 상태에서 페달 트레이가 하강되었을 때 페달 트레이가 바닥을 따라 굴러서 이동할 수 있다.
앞에서 언급한 대로, 페달 트레이(702)는 화살표 촉(739)에 의해 나타낸 대로 바닥 위로 수직 상승되고 바닥으로 하강될 수 있다. 페달 시스템(700)의 리프트 메커니즘 또는 조립체는 각 사이드에 링크장치를 포함하며, 이들은 리프트/가이드 레일(716L, 716R)과 페달 시스템의 구동 조립체의 프레임(750) 사이에 서로 선회식으로 연결된다. 페달 시스템의 리프트 조립체는 한 쌍의 스프링(734)을 더 포함하며, 각 스프링은 단부가 각 사이드에 있는 링크장치에 연결되어 페달 트레이에 힘이 적용됨으로써 페달 트레이를 바닥 위로 들어올릴 수 있다. 각 스프링(734)의 반대편 단부는 의사용 콘솔에 연결되며, 이것은 도 7f에 지면 링크로서 도식적으로 표시된다. 한 구체예에서, 각 스프링(734)은 페달 트레이를 밀어서 바닥 위로 페달 트레이가 들어 올려지도록 의사용 콘솔의 베이스(801)에 연결될 수 있다. 다른 구체예에서, 각 스프링은 페달 트레이를 당겨서 바닥 위로 페달 트레이가 들어 올려지도록 베이스(801)에 연결될 수 있다. 본 발명의 한 구체예에서, 스프링(734)은 가스 스프링이다.
스프링(737)이 링크장치에 예비부하를 적용하여 페달 트레이를 개구부 안에서 바닥 위로 상승시킨다. 페달 트레이(702)를 하강시키기 위해, 사용자는 도 8에 도시된 브레이크 페달(850L, 850R)을 눌러서 링크장치를 누름으로써 스프링(734)에 의해서 적용된 힘을 극복해야 한다. 어느 쪽 브레이크 페달이든 제자리에 걸려서 스프링(734)의 힘에 대항하여 페달 트레이가 아래쪽에 유지될 수 있다. 각 사이드의 링크장치 사이에 연결된 토션 바(738)는 어느 한 브레이크 페달(850L, 850R)이 눌려졌을 때 한 사이드로부터 다른 사이드로 토크를 전달하여 트레이의 각 사이드를 함께 하강시킨다. 페달 트레이(702)를 상승시키기 위해서는 양쪽 브레이크 페달(850L, 850R)의 걸림이 풀려야 하며, 리프트 레일에 연결된 스프링(734)의 힘에 의해서 페달 트레이(702)가 바닥 위로 들어 올려질 수 있다.
페달 시스템의 각 사이드에 있는 링크장치에 의해서 바닥과 실질적으로 평행하게 페달 트레이가 상승 및 하강될 수 있다. 페달 시스템의 각 사이드에 있는 링크장치는 리프트/가이드 레일(716R716L) 및 나머지 링크를 제공하는 베이스에 연결된 구동 조립체의 프레임과 함께 4개의 바로 된 또는 평행사변형의 링크장치를 형성하는 상부 링크(740)와 하부 링크(742)를 포함한다. 상부 링크(740)는 한쪽 단부 근처에서 토션 바(738)와 함께 선회한다. 상부 링크(740)의 반대편 단부는 선회 샤프트(746) 주위를 선회한다. 하부 링크(742)는 한쪽 단부 근처에서 선회 샤프트(746) 주위를 선회한다. 하부 링크(742)는 반대편 단부에서 선회 샤프트(747) 주위를 선회한다. 각 사이드의 선회 샤프트(745-746)는 페달 시스템(700)의 각 사이드의 리프트/가이드 레일(716R, 716L)에 연결된다. 선회 샤프트(747)는 후방 구동 조립체의 프레임(750)에 연결될 수 있다.
페달 트레이를 들어올리기 위해, 의사용 콘솔의 상부 링크(740)와 베이스(또는 지면) 사이에 장착된 스프링(734)에 의해서 링크장치의 각 사이드에 예비부하가 적용되어 링크장치가 상승된다. 픽업 브래킷(748)이 가스 스프링(734)의 단부에서 상부 링크(740)의 중간점 근처까지 연결되어 스프링(734)과 링크장치가 연결된다. 링크장치에 적용된 스프링의 예비부하는 레일(716R, 715L)(및 따라서 풋 페달 트레이(702))을 상승 위치에 유지하려 한다. 사용자가 브레이크 페달(850L, 850R) 중 하나를 눌러서 상부 링크(740)를 역시 아래로 구동시키면, 링크장치와 풋 페달 트레이(702)가 모두 하강된다. 사용자가 충분히 멀리까지 밀었을 경우, 브레이크 페달(850L, 850R) 중 하나가 아래쪽 위치에 걸려서 링크장치와 풋 페달 트레이가 하강 위치에 유지되어 바닥 위를 구를 수 있게 된다. 아래쪽 또는 하강 위치에서 롤러(735R)와 풋 페달 트레이는 바퀴를 리프트/가이드 레일(716L, 716R) 위에 정지시키지 않고도 바닥 위에 정지될 수 있다.
구동 조립체 옆의 상부 링크(740)에 대한 선회점은 토션 바(738)이다. 토션 바는 다른 쪽의 대칭형 링크장치 조립체까지 가로질러 연장된다. 도 7b와 7c는 각 사이드에 있는 상부 링크(740)들 사이에 연결된 토션 바(738)를 도시한다. 이 때문에, 한쪽 브레이크 페달(850L 또는 850R)만 눌렀을 때에도 각 사이드에 있는 2개의 링크장치와 레일이 함께 위아래로 움직이게 된다. 브레이크 페달(850L, 850R)의 걸쇠가 해제되면, 브레이크 페달이 그것의 상승 위치까지 위로 이동할 수 있다. 스프링(734)이 각 사이드에 있는 링크장치를 리프트/가이드 레일과 함께 바닥 위로 들어올린다. 좌우측 리프트/가이드 레일(716L, 716R)은 좌우측 롤러(715L, 716R)와 맞물려 풋 페달 트레이(702)를 그것의 상승 위치까지 들어올려 이동시킨다.
하강되었을 때는 바닥을 따라 개구부(804) 안에서 또는 가이드 레일 안에서 수평으로 페달 트레이(702)를 이동시키기 위해, 페달 시스템(700)은 구동 메커니즘 또는 구동 조립체를 더 포함한다. 페달 시스템(700)의 구동 조립체는 프레임(750)에 연결된 트레이 모터(708)와 트레이 모터(708)와 페달 트레이(702) 사이에 연결된 가위 암 조립체(720)를 포함한다. 프레임(750)은 의사용 콘솔의 베이스(801)에 연결된다. 트레이 모터(708)는 이동식 페달 트레이(702)에 힘을 적용하기 위한 스레드형(threaded) 구동 로드(719)의 단부에 연결된 회전가능한 샤프트를 포함한다. 스레드형 구동 로드(719)는 베이스에 회전 가능하게 연결되므로 제자리에서 회전할 수 있다. 가위 암 조립체(720)의 한 쌍의 크로스 암의 한쪽 단부는 스레드형 구동 로드(719)에 스레드 방식으로 선회식으로 연결된다. 가위 암 조립체(720)의 한 쌍의 크로스 암의 반대편 단부는 페달 트레이(702)의 뒤쪽에 선회식으로 연결된다. 트레이 모터(718)의 샤프트가 한 방향으로 회전할 때는 스레드형 구동 로드(719)도 그 방향으로 회전하여, 가위 암 조립체(720)가 열려 페달 트레이(702)를 밀어낸다. 트레이 모터(718)의 샤프트가 반대 방향으로 회전할 때는 스레드형 구동 로드(719)도 반대 방향으로 회전하여, 가위 암 조립체(720)가 닫혀 페달 트레이(702)를 당긴다.
도 1c에서, 페달 시스템(700)의 측면 투시도가 도시된다. 좌측 수직 스위치 페달 조립체(706L)와 우측 수직 스위치 페달 조립체(706R)가 페달 트레이의 왼편과 오른편에 선회식으로 연결된다. 좌측 수직 스위치 페달 조립체(706L)와 우측 수직 스위치 페달 조립체(706R)는 각각 수직 스위치 조립체(722)를 포함한다. 각 페달 조립체는 스프링을 포함할 수 있으며, 스프링 부하를 받아서, 사용자의 발이 페달 조립체를 눌렀을 때는 페달 조립체가 잠시 닫혔다가, 사용자의 발이 없어지면 스프링이 다시 튀어올라 스위치가 열리게 된다.
도 7e와 관련해서, 수직 스위치 조립체(722)의 컷어웨이 도면이 각 수직 스위치 페달(706L-706R)에 대해 도시된다. 수직 스위치 조립체(722)는 페달 트레이의 베이스에 연결된 로드(730)를 포함하며, 로드 주위를 페달이 선회하여 전기스위치(732)가 열리고 닫힐 수 있다. 수직 스위치 조립체는 페달을 다시 밀기 위한 스프링을 더 포함할 수 있다. 정상 열림 스위치를 가정하면, 페달에 대한 발의 수평 움직임에 의해 페달이 로드(730) 주위를 선회하게 되고, 이로써 스프링이 압축되어 전기스위치(732)가 닫히게 된다. 페달에 대한 발의 압력이 해제되면 스프링이 다시 밀리고, 이로써 페달이 다시 정상 위치로 선회되어 전기스위치가 열린다.
도 7d와 관련해서, 각 수평 페달 조립체(704L-704R 및 708L-708R)는 스프링부하를 받고, 수평 스위치 조립체(724)를 포함한다. 각 수평 스위치 조립체(724)는 전기스위치(725)를 포함한다. 수평 스위치 조립체는 페달을 다시 밀기 위한 스프링을 더 포함할 수 있다. 정상 열림 스위치를 가정하면, 페달을 누르는 발의 수직 움직임이 스프링을 압축해서 전기스위치(732)가 닫히게 된다. 페달에 대한 발의 압력을 해제하면 페달이 다시 튀어올라 전기스위치(732)가 열린다.
각 수평 스위치 조립체는 촉각적/촉감적 사용자 피드백을 제공할 수 있는 진동 장치(726)를 더 포함할 수 있다. 각 수평 스위치 조립체는 발이 페달 위에 있어서, 페달을 눌러서 스위치를 닫고, 제어 신호를 생성하여 로봇 수술 시스템을 제어할 준비가 되었는지를 감지하기 위한 감지 장치(727)를 더 포함할 수 있다.
페달 조립체에 의해서 활성화되는 각 스위치(725, 732)는 상이한 스위치 타입을 가질 수 있으며, 예를 들어 토글 스위치(열린 스위치 상태와 닫힌 스위치 상태를 토글), 정상적으로 열리고 잠시 닫히는 스위치, 또는 정상적으로 닫히고 잠시 열리는 스위치일 수 있다. 또한, 스위치에 의해 생성된 신호 타입이 적절한 전압으로 변형되거나, 암호화되거나 또는 개조되어 다양한 타입의 의료 장비를 제어할 수 있다.
인체공학적 제어
도 9와 관련해서, 의사용 콘솔(150, 150A)의 작업공간(316) 안의 사람의 투시도가 도시된다. 앞에서 언급한 대로, 의사용 콘솔에서 페달 시스템의 페달 트레이(702)는 의사가 페달 위치에 편안히 닿을 수 있도록 이동한다. 의사마다 바람직한 저장된 페달 위치를 호출할 수 있고, 의사의 치수에 맞춤 맞도록 페달 트레이가 자동으로 조정될 수 있다.
페달 시스템(700)의 페달 트레이(702)의 움직임뿐만 아니라 다른 인체공학적 위치의 초기 제어(및 자동 조정 초기화)를 위해, 의사용 콘솔(150, 150A)은 암-레스트(arm-rest)(314) 옆에 인체공학적 컨트롤 패널(911)을 포함한다. 인체공학적 컨트롤 패널(911)은 도 11a에 잘 도시된다.
도 11a와 관련해서, 인체공학적 컨트롤 패널(911)의 확대된 투시도가 도시된다. 인체공학적 컨트롤 패널(911)은 페달 트레이 조정 토글 스위치(1110), 암-레스트 높이 조정 토글 스위치(1112), 디스플레이 높이 조정 토글 스위치(1114), 및 디스플레이 앵글 조정 토글 스위치(1116)을 포함한다. 토글 스위치들은 각각 위아래로 이동하며 모터를 작동시켜 위치 설정을 변경할 수 있다. 예를 들어, 페달 트레이 조정 토글 스위치(1110)를 위로 밀면 전기모터가 켜지고 페달 트레이가 안쪽으로 조정될 수 있다. 페달 트레이 조정 토글 스위치(1110)를 아래로 밀면 전기모터가 켜지고 페달 트레이가 바깥쪽으로 조정될 수 있다.
컨트롤 패널(911)의 스위치(1110, 1112, 1114 및 1116)는 패널(911)의 콘솔 맵(1101)에 위치되며, 바탕에 콘솔의 아이콘들이 있어서 각각이 어떤 기능을 하는지 분명히 알 수 있다. 페달 트레이(702)를 이동시키는 페달 트레이 조정 토글 스위치(1110)는 콘솔 맵의 발 아이콘 옆에 위치되어 페달 위치를 조정한다는 것이 암시된다. 암-레스트 높이 조정 토글 스위치(1112)는 암-레스트 아이콘 위에 위치되어 암-레스트 높이를 조정한다는 것이 암시된다. 디스플레이 높이 조정 토글 스위치(1114)는 모니터 아이콘 위에 위치되어 스테레오 디스플레이 높이를 조정한다는 것이 암시된다. 디스플레이 앵글 조정 토글 스위치(1116)는 모니터 아이콘 옆 축 아이콘 위에 위치되어 모니터 앵클을 조정한다는 것이 암시된다.
각 토글 스위치에 의해서 설정된 의사용 콘솔의 인체공학적 설정은 사용자별 사용자 계정에 저장될 수 있다. 계정 관련 정보는 컴퓨터(151)의 저장 장치에 저장될 수 있다. 인체공학적 조정분이 저장되어 있는 각 사용자 계정은 로그인 확인 ID와 선택적으로 패스워드로 보안될 수 있다.
다시 도 9와 관련해서, 의사용 콘솔(150, 105A)은 암-레스트(314)에 장착된 액정 디스플레이(LCD) 터치패드 스크린(912)을 더 포함하며, 이것을 통해서 사용자 계정에 액세스할 수 있다. LCD 터치패드 스크린(912)은 의사의 팔이 정지될 수 있는 위치들 사이에서 암-레스트(314)의 중심 옆에 위치되며, 이로써 수술하는 동안 스크린을 볼 수 있고, 팔이 터치 스크린을 터치함으로 인한 관련 없는 판독을 피할 수 있다.
도 11b와 관련해서, 액정 디스플레이(LCD) 터치패드 스크린(912)의 상면도가 도시된다. 터치패드 스크린(912)을 사용해서 로봇 수술 시스템에 로그인함으로써 사용자별 저장된 인체공학적 설정이 호출될 수 있다. 의사(사용자 또는 오퍼레이터(O))는 터치패드 스크린(912)의 터치-감응식 키패드(1122)에 의해 자신의 로그인 ID를 기입하거나 선택할 수 있고, 선택적으로 패스워드를 기입할 수 있다. 사용자 계정에 성공적으로 로그인한 후, 시스템은 페달 트레이 조정 설정, 암-레스트 높이 조정 설정, 디스플레이 높이 설정, 및 디스플레이 앵글 설정을 포함하는 인체공학적 설정을 호출한다. 다음에, 시스템은 페달 트레이, 암-레스트 및 스테레오 디스플레이의 위치를 저장된 설정에 맞춰 자동으로 재조정한다. 예를 들어, 콘솔(150, 150A)에 대한 페달 트레이(702)의 위치 설정이 저장 장치로부터 호출되고, 사용자 계정과 관련된 이 설정으로 자동으로 조정된다. 설정 중 어느 것이 사용자에게 바람직하지 않다면, 사용자는 현시점에 맞게 조정분을 재설정한 다음, 로그아웃시에 새로운 설정을 저장하고, 나중에 그것을 호출할 수 있다.
다시 도 9와 관련해서, 마스터 컨트롤러(905L 및 905R)의 위치가 로봇 암과 로봇 수술 도구를 이동/제어하지 않고도 사용자에 의해 바람직한 위치로 조정될 수 있다. 이것은 종속제어 암 및 도구와 마스터 컨트롤러의 맞물림을 선택적으로 해제하는 것에 의하며, 이것을 클러치 조작이라고 한다. 즉, 마스터 컨트롤러(905L 및 905R)는 로봇 암과 수술 도구로부터 클러치 조작되어 위치가 조정될 수 있다.
앞에서, 이것은 페달 또는 페달의 조합을 눌러서 마스터 컨트롤러를 클러치 조작함으로써 수행되었다. 이 경우, 마스터 컨트롤러가 모두 클러치 조작되었다. 그러나, 단지 하나의 마스터 컨트롤러만 클러치 조작되어야 할 때가 있다. 이러한 경우로서, 예를 들어 단지 하나만 재배치되어야 할 경우가 있을 수 있다. 대안으로서, 마스터 컨트롤 암 중 하나를 사용해서 마우스 포인터(마우스 방식 마스터 모드라고도 한다)를 제어하여, 그래픽 방식 사용자 인터페이스에서 스크린 상의 메뉴 시스템으로부터 항목을 선택함으로써, 로봇 수술 시스템 및/또는 그것의 수술 도구를 추가로 제어할 수 있다.
상이한 모드들을 추가로 제어하고, 좌측 마스터 컨트롤러와 우측 마스터 컨트롤러의 배치를 독립적으로 조정하기 위해, 좌측 마스터 그립(925L)과 우측 마스터 그립(925R)은 각각 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다.
도 10과 관련해서, 우측 마스터 컨트롤러의 우측 마스터 그립(925R)과 우측 컨트롤 인풋 리스트(952R)의 확대된 투시도가 도시된다. 우측 마스터 그립(925R)과 우측 컨트롤 인풋 리스트(952R)는 또한 좌측 마스터 컨트롤러의 좌측 마스터 그립과 좌측 마스터 리스트부와도 같다.
좌측 마스터 그립(925L)과 우측 마스터 그립(925R)은 각각 사용자(의사, 오퍼레이터(O))의 손가락에 의해서 제어될 수 있는 정면 스위치(1010F)와 뒷면 스위치(1010B)를 포함한다. 각 마스터 컨트롤러의 정면 스위치와 뒷면 스위치는 동일할 수 있지만, 시스템은 이들을 독립적으로 판독한다. 그러나, 정면 스위치나 뒷면 스위치 중 어느 것의 활성화에 응하여 동일한 작용을 수행하도록 소프트웨어가 프로그램될 수 있다. 이것은 사용자가 마스터들을 상이한 방식으로 쥐어도 여전히 각 마스터 그립의 정면 스위치(1010F)와 뒷면 스위치(1010B) 중 어느 것으로 제어가능한 특징을 제어할 수 있도록 한다. 종합하면 양쪽 마스터 컨트롤러의 정면 스위치(1010F)와 뒷면 스위치(1010B)는 본원에서 스위치(1010)라고 언급될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서, 스위치(1010)는 닫힌 위치에서 열린 위치로 이동할 수 있고 다시 제자리로 이동할 수 있는 슬라이드식 스위치이다. 스위치는 마스터 컨트롤 인풋 그립(925R, 925L)의 관형 지지 구조(351)를 따라 슬라이드 이동한다. 본 발명의 한 구체예에서, 스위치(1010)에는 스프링 부하를 받지 않으며, 이로써 사용자가 선택한 어떤 위치에도 스위치가 그대로 있게 된다. 본 발명의 다른 구체예에서, 스위치(1010)는 스프링 부하를 받는데, 스위치를 위치(열림 또는 닫힘) 중 하나에 두려면 사용자는 스위치에 압력을 유지하여야 하고, 아니면 스위치에 대한 슬라이드식 압력이 해제될 때 스위치는 정상 위치(닫힘 또는 열림)로 되돌아가게 된다.
각 마스터 그립의 스위치(1010)는 환자측 카트(152)의 각 종속제어 요소(좌측 로봇 암/도구 및 우측 로봇 암/도구)로부터 좌측 마스터 컨트롤러와 우측 마스터 컨트롤러를 각각 독립적으로 클러치 조작하도록 프로그램될 수 있다. 좌측 또는 우측 마스터 컨트롤러를 클러치 조작한 후, 클러치 조작된 마스터 컨트롤러는, 환자측 카트(152)의 각 종속제어 요소를 제어하기 위해서 마스터 컨트롤러가 다시 맞물릴 때(클러치 조작이 풀릴 때), 로봇 수술 도구를 제어하기 위한 더 좋은 위치에 있도록 작업공간 내에 재배치될 수 있다. 마스터 컨트롤러는 스위치를 정상 제어 모드로 다시 전환시킴으로써 재시동될 수 있다.
스위치(1010)에 의해 클러치 조작이 행해졌을 때, 클러치 조작된 마스터 컨트롤러는 또한 스테레오 뷰어에 의해 표시된 다차원 공간 위에서 다차원으로 움직이는 다-차원 컴퓨터 마우스로서 사용될 수 있다. 어떤 경우, 클러치 조작된 마스터 컨트롤러는 스테레오 뷰어에 의해 표시된 3-차원 공간 위에서 3-차원으로 움직이는 3-차원 컴퓨터 마우스로서 사용된다. 이 경우에, 사용자 인터페이스는, 예를 들어 Simon DiMaio에 의해 제출된 미국 특허출원 제12/189,615호, "로봇 최소 침습 수술 시스템을 위한 상호작용적 사용자 인터페이스"에 설명된 것과 같은 특정한 3-차원 모양을 가질 수 있으며, 이것은 본원에 참고자료로 포함된다.
각 마스터 컨트롤러에 있는 스위치(1010)는 각 마스터 컨트롤러를 독립적으로 클러치 조작할 수 있지만, 클러치 페달 또는 클러치 페달 순서가 여전히 제공/사용될 수 있어서, 예를 들어 수술 과정이 완료된 때 등에 양쪽 마스터 컨트롤러들을 함께 공동으로 클러치 조작할 수 있다. 또한, 스위치(1010) 중 하나를 사용하여 마우스 방식 마스터 모드로 들어갈 수 있지만, 대안으로서 예를 들어 풋 페달을 밟거나 터치패드 인터페이스 위의 버튼을 눌러서 마우스 방식 마스터 모드로 들어갈 수도 있다. 또한, 스위치(1010)의 기능성은 확장될 수 있다. 예를 들어, 스위치(1010)는 사용자의 손으로 에너지 장치를 활성화하거나, 제어작용을 한 종속 암에서 다른 종속 암으로 바꿔서 행하거나, 또는 새로운 특징을 활성화하기 위해 선택적으로 사용될 수 있다. 더욱이, 정면 및 뒷면 스위치(1010F-1010B)는 환경이나 사용자 인터페이스 모드의 변화에 응하여 상이한 작용을 수행하도록 프로그램될 수 있다.
전기수술 기구
로봇 전기수술 도구는 로봇 수술 시스템에서 환자측 카트의 로봇 암 중 하나 이상에 장착될 수 있다. 로봇 전기수술 도구에 관한 내용은 미국특허 제6,840,938호(2001/12/21, Morley 등); 제6,994,708호(2002/4/18, Scott Manzo); 미국 특허출원 제10/726,795호(2003/12/2, Cooper 등); 제10/611,411호(2003/6/30, Manzo 등); 제11/238,698호(2005/9/28, Manzo 등; 제11/238,794호(2005/9/28, Scott Manzo); 및 제11/535,426호(2006/9/26, Manzo 등)에 상세히 설명되며, 이들은 모두 본원에 참고자료로 포함된다.
일반적으로, 로봇 전기수술 기구 및 시스템은 최소 침습 로봇 수술 과정 동안 조직의 전기수술에 의한 치료를 위해서 사용될 수 있다. 전기수술 기구는 치료 조직을 절단하거나, 전단하거나, 잡고 있거나, 맞물고 있거나, 또는 접촉하면서 전기 에너지에 의해 생기는 열로 조직을 치료할 수 있다. 예를 들어, 전기소작 기구를 사용하여 수술 부위의 조직에 전류를 적용하여 파손된 혈관을 태우거나 봉합할 수 있다.
전기수술 기구는 고주파 교호(alternating) 전류를 주변 조직에 적용함으로써 조직 온도를 조직이 절단되거나 응고되는 지점까지 상승시킬 수 있다. 대안으로서, 전기수술 기구는 기구 내에서 전기적으로 발생된 열에 의해 조직에 열을 적용할 수 있다. 무관하게, 전기수술 치료는 더 나아가 조직을 소작하고 혈액을 응고시킴으로써 조직의 출혈을 감소시키거나, 또는 조직을 함께 봉합하는 것과 같이 치료 조직에 대해 여러 다른 원하는 효과를 달성할 수 있다. 전기수술 치료는 다양한 안전 장치들과 통합되어 안전하고 효과적인 방식으로 수행됨으로써, 비-표적 조직으로의 전류 누출을 방지하여, 원치않는 화상 등, 부수적인 조직 손상을 감소시킬 수 있다.
전기수술 기구에 있어서, 절단, 응고 등을 위한 일군의 공급 설정이 이용될 수 있다. 예시적인 전원은 표적 조직의 소작을 위해 약 120 와트(W)까지 전기 출력을 낼 수 있다. 양극 로봇 소작기 도구에 사용되는 전압은 일반적으로 최대 범위로서 0 볼트(V)에서 1000 V 사이이며, 바람직하게는 100 V에서 500 V 사이이다. 집게입과 전극이 모두 소작 및/또는 절단될 조직과 양호하게 접촉한다면, 전극에서부터 기구의 다른 전도성 구성요소(예를 들어, 리스트, 샤프트, 또는 도르래)까지 전호가 형성될 기회가 훨씬 적게 된다. 그러나, 전기수술 전기 발전장치의 전압 설정은 전극의 특정 치수, 치료될 조직 등에 따라서 변한다는 것이 주지되어야 한다.
도 2a와 관련해서, 로봇 전기수술 기구(101A, 101B)와 내시경 카메라(101C)가 로봇 수술 암(153)에 장착된다. 각 로봇 전기수술 기구는 전형적으로 기다란 샤프트를 포함하고, 샤프트의 근단부는 하우징에 연결되고, 원단부는 1개, 2개, 또는 그 이상의 단부 작동도구(212)를 구비한다. 단부 작동도구(212)는 일반적으로 샤프트의 원단부에 선회식으로 연결된 리스트-형 메커니즘에 장착되며, 기구는 하나 이상의 수술 작업을 수행할 수 있게 된다. 일반적으로, 수술 기구의 기다란 샤프트에 의해 단부 작동도구(212)가 환자의 신체의 진입구를 통해서 삽입되고, 이로써 안쪽의 수술 부위에 접근할 수 있다. 단부 작동도구(212) 및 전기수술 기구의 동작은 일반적으로 마스터 콘솔(150, 150A)에서 마스터 컨트롤을 통해 제어된다.
전기수술 기구는 단극 기구 또는 양극 기구로 분류될 수 있다. 전기수술 도구의 타입에 따라서 단부 작동도구(212)의 한쪽 전극 또는 양쪽 전극의 작동이 의사용 콘솔(150, 150A)을 운영하는 의사에 의해서 제어될 수 있다.
단극 전기수술 도구의 경우, 환자가 접지되고, 단부 작동도구에 연결된 전극을 통해서 조직에 전압이 공급된다. 단극 도구에서는 전기 전도성 케이블이 도구 내에서 하우징(401)의 1개 플러그(474A)에서부터 단부 작동도구의 전극까지 연장된다. 제 1 단부와 제 2 단부를 가진 외부 케이블이 제 1 단부에서는 플러그(474A)에 해제 가능하게 접속되고, 제 2 단부는 적합한 전기 발생원 유닛(ESU)에 접속된다. 도구의 플러그(474A)는 전형적으로 바나나-형 커넥터를 수용할 수 있는 종래의 바나나-형 플러그일 수 있다.
양극 전기수술 도구의 경우, 2개의 전극을 통해 조직에 전압이 적용되며, 제 1 전극은 제 1 단부 작동도구에 연결되고, 제 2 전극은 제 2 단부 작동도구에 연결된다. 양극 도구의 단부 작동도구 상의 2개 전극은 작동되었을 때 두 상이한 전기 전위로 설정되며, 에너지가 적용되었을 때 서로 접촉되지 않는 것이 바람직하다.
양극 도구에서는 한 쌍의 전기 전도성 케이블이 도구 내에서 하우징(401)의 2개의 플러그(474A, 474B)에서부터 2개의 각 단부 작동도구의 2개의 전극까지 연장된다. 제 1 단부와 제 2 단부를 가진 한 쌍의 외부 케이블이 제 1 단부에서는 플러그(474A, 474B)에 해제 가능하게 접속되고, 제 2 단부는 적합한 전기 발생원 유닛(ESU)의 한 쌍의 플러그에 접속된다. 도구의 플러그(474A, 474B)는 전형적으로 바나나-형 커넥터를 수용할 수 있는 종래의 바나나-형 플러그일 수 있다.
도구의 다수의 요소들이 비전도성 재료나 절연 재료, 예를 들어 ULTEM, 전기용 등급의 섬유유리/비닐에스테르 복합 재료, 또는 액정 폴리에스테르 VECTRAN 또는 비전도성 재료나 절연 재료로 코팅된 재료, 예를 들어 나일론-11 또는 파릴렌 C과 같은 나일론 또는 파릴렌으로 형성된다는 것이 인정될 것이다. 예를 들어, 하우징(401)은 전형적으로 비전도성 플라스틱 재료로 이루어진다. 또 다른 예로서, 샤프트(404)는 전형적으로 전체가 비전도성 재료로 제조되거나, 또는 적어도 이러한 재료의 덮개가 씌워져서 샤프트를 환자로부터, 특히 회전 중심과 일치하는 진입구 영역에서 절연할 수 있다. 샤프트를 위한 한 가지 비전도성 재료는 전기용 등급의 섬유유리/비닐에스테르 복합 재료를 포함한다. 대안으로서, 스테인리스 스틸 또는 탄소섬유 샤프트가, 예를 들어 나일론이나 파릴렌, 예를 들어 나일론-11 또는 파릴렌 C로 코팅될 수 있다. 전극으로부터 기구(400)의 다른 요소로의 전류 누출을 저해하기 위해서 단부 작동도구의 전극은 기구(400)의 나머지 부분으로부터 절연되어야 한다는 것이 밝혀졌다.
전기수술 도구 및 시스템이 본 발명의 구체예와 관련하여 여기 설명되지만, 본 발명의 원리, 방법, 기술, 시스템 및 장치는 다른 타입의 도구와 시스템에도 적용될 수 있다.
전기수술 시스템의 사용자 인터페이스
전기수술 도구가 수술 시스템의 로봇 암 중 하나 이상에 장착되어 의사용 콘솔에서 의사에 의해 조종될 수 있다. 어떤 경우, 2개의 전기수술 도구가 좌측 로봇 암과 우측 로봇 암에 장착된다. 이미 전기적으로 활성화되는 한쪽 도구의 궤적이 메모리에 남아 있어서, 특히 동일한 타입의 전기수술 도구가 각 암에 장착되었을 때 그 궤적을 쫓게 된다. 상이한 타입의 전기수술 도구에 맞는 상이한 풋 페달이 전기수술 도구의 편측성에 대한 어떤 가이드를 제공할 수 있다.
여기 개시된 전기수술 시스템의 개선된 사용자 인터페이스는 로봇 수술 도구들, 예를 들어 복수의 로봇 전기수술 도구들 사이에서 제어 대상을 바꿀 수 있고, 어느 쪽의 도구가 전기수술 에너지를 제공할 준비가 되어 있는지와 어느 쪽이 실제로 활성화(점화)되어 조직에 전기수술 에너지를 송달하고 있는지에 관해 의사에게 지시할 수 있다.
새로운 통합 에너지 관리 시스템의 그래픽 방식 인터페이스를 처음 시험하는 동안, 밝은 청색 테두리가 의사용 디스플레이의 왼쪽 또는 오른쪽 가장자리 둘레에 위치되어 좌측 또는 우측 도구가 에너지를 수용하고 있는지를 나타내 주었다. 의사는 가끔 디스플레이 가장자리의 밝은 청색 테두리를 인식하지 못하는 것으로 드러났는데, 이것은 아마도 의사가 디스플레이 중심에 표시되는 대상 조직에 집중하고 있기 때문일 것이다. 결과적으로, 의사는 가끔 전기수술 도구가 작동될(활성화될) 준비가 되어 있는지, 또는 자신이 의도하지 않았을 때 전기수술 도구가 작동되고(활성화되고) 있는지 깨닫지 못한다. 또는, 의사는 자신이 전기수술 도구를 원하는 쪽의 반대편에서, 즉 잘못된 쪽에서 작동시키고 있는지 깨닫지 못할 수 있다.
여기 개시된 전기수술 시스템의 개선된 사용자 인터페이스는 또한 어느 쪽의 도구가 전기수술 에너지를 제공할 준비가 되어 있고, 어느 쪽이 실제 활성화(점화)되어 전기수술 에너지를 제공하고 있는지 알 수 있도록 의사에게 정보를 제공할 수 있다. 인간의 감각을 대상으로 하는 전기수술 시스템의 개선된 사용자 인터페이스 제공하기 위한 방식으로서 개선된 시각적 표시, 개선된 청각적 출력, 및/또는 촉각적 출력 또는 피드백의 3가지 가능한 방식이 있는데, 이들은 단독으로 사용될 수도 있고 둘 이상을 조합하여 사용될 수도 있다.
전기수술 시스템의 개선된 그래픽 방식 사용자 인터페이스
의사에게 전기수술 도구의 정보를 더 알려주기 위한 한 가능한 방법은 의사용 콘솔에서 의사에게 표시되는 그래픽 방식 사용자 인터페이스(GUI)를 통해 개선된 시각적 표시를 제공하는 것이다. 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 스크린 주변에서 쉽게 인지되는 지속적인 시각적 표시를 제공할 수 있다. 대안으로서, GUI는 사용자의 주변 시야에 움직임을 제공할 수 있는데, 이것은 사용자의 주의를 끄는데 매우 효과적이다. 예를 들어, 스크린의 사이드에서 오르락내리락하며 움직이는 이발소 기둥간판이나, 또는 "예열측"에 상응하는 쪽의 상이한 색이나 빛이 이러한 표시의 예가 된다. GUI는 활성화될 역량을 가진 전기수술 기구에 대해 지속적인, 및/또는 순간적인 표시를 제공할 수 있다. 이런 표시는 기구 자체의 이미지와 연계되거나 그 위에 오버레이될 수 있다. 또한, GUI는 에너지가 활성화되는 때마다 순간적인 시각적 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 에너지가 활성화될 때 좌측 또는 우측 둘레의 테두리가 플래시되거나 색이 변화되어 에너지가 활성화되었을 때 사용자에게 시각적 변화를 제공할 수 있다.
도 4에서, 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 테두리 같은 디스플레이 가장자리 둘레나 그 근처에 표시될 수 있다. 입체 디스플레이(312)에서 좌측 사용자 인터페이스 테두리(461L)과 우측 사용자 인터페이스 테두리(461R)가 표시 장치(452L, 452R)에 표시된 수술 부위의 비디오 이미지 위에 오버레이(융합)될 수 있다.
도 5a-5c와 관련해서, 수술 시스템의 전기수술 그래픽 방식 사용자 인터페이스(GUI)(502)가 디스플레이(500)에 표시된 수술 부위의 비디오 이미지(501) 위에 오버레이(와 함께 융합)된 것으로 도시된다. 도 5a-5c에서 좌측 로봇 수술 도구 이미지(101L)와 우측 로봇 수술 도구 이미지(101R)는 예시적인 이미지이고, 반드시 GUI(502)에 의해서 표시되는 전기수술 도구나 특정 타입의 로봇 수술 도구일 필요는 없다는 점이 주지된다. GUI(502)는 그래픽 발생장치(322)에 의해 비디오 이미지(501)와 함께 융합되어 그 위에 오버레이될 수 있다. 도 5a-5c에 도시된 디스플레이(500)는 좌측 디스플레이(452L), 우측 디스플레이(452R), 또는 입체 디스플레이(312)를 볼때 의사가 보는 것을 나타낼 수 있다.
GUI(502)는 비디오 이미지(501) 상에 좌측 색 테두리(502L)와 우측 색 테두리(502R)를 포함하는 사용자 인터페이스 테두리로서 오버레이될 수 있다. GUI(502)는 또한 좌측 도구 번호 아이콘(504L), 우측 도구 번호 아이콘(504R), 스왑 도구 번호 아이콘(504S), 좌측 도구 타입 문자 아이콘(505L), 우측 도구 타입 문자 아이콘(505R), 스왑 아이콘(506), 및 스왑 도구 타입 문자 아이콘(509)를 더 포함한다. 사용자 인터페이스(502)는 또 마스터 컨트롤 아이콘(510)과 에너지 볼 아이콘(508)을 더 포함한다. 사용자 인터페이스(502)는 또한 카메라 방향 아이콘(507)을 더 포함할 수 있다. 카메라 방향 아이콘(507)을 사용하여 내시경 카메라에 의해 캡처된 비디오 또는 카메라 이미지(501)의 방향을 나타낼 수 있다.
도 5a에서, 좌측 색 반 프레임 또는 좌측 색 테두리(502L)과 우측 색 반 프레임 또는 우측 색 테두리(502R)은 상이한 색을 사용하여 왼손과 오른손에 의해 각각 제어되는 비활성 에너지 도구 타입이나 활성 에너지 도구 타입 중 어느 하나를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 좌측 색 테두리(502L)는 에너지를 조직에 연결할 수 없는 왼손, 왼발 및/또는 수술용 콘솔의 왼편에서 제어되는 비활성 에너지 도구 타입을 나타내는 색(예를 들어, 갈색)을 가질 수 있다. 우측 색 테두리(502R)는 에너지를 조직에 연결해서 조직을 절단하거나 소작할 수 있고, 오른손, 오른발 및/또는 수술용 콘솔의 오른편에서 제어되는 활성 에너지 도구 타입을 나타내는 색(예를 들어, 청색)을 가질 수 있다. 에너지 제어가 반대편과 멀티플렉싱된 경우, 우측 색 테두리(502R)는 도 5c에 도시된 것과 같이 색이 변할 수 있고(예를 들어, 갈색으로), 이로써 도구가 그럴 역량이 있음에도 조직에 에너지를 연결하기 위해 오른손 도구가 활성화되지 않을 것임을 나타낼 수 있다.
도 5a에서, GUI(502)는 오른손 기구가 에너지 기구(예를 들어, 영구적 스파튤라 소작 도구)이고, 조직에 에너지를 적용하거나 발열시킬 준비가 된 것을 나타낸다. 오른손측에서 우측 반-프레임(502R)의 색은 사용자에게 에너지 페달 중 하나를 밟으면, 사용자의 오른손에 의해 현재 제어되는 기구가 작동되어 조직에 에너지를 적용하게 될 것임을 알려준다.
환자측 카트의 로봇 암에 장착된 로봇 수술 도구는 모두 전기수술 도구일 수 있다. 이 경우, 왼손과 오른손에 의해 제어되는 도구들 사이에서 의사용 콘솔의 에너지 제어 대상을 바꾸는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 동일한 발과 풋 페달을 사용해서 전기수술 도구를 제어하는 경우에도 의사용 콘솔의 에너지 제어의 편측성(또는 편향성) 전환이라고 언급될 수 있다.
에너지 볼 아이콘(508)은 의사용 콘솔의 에너지 제어의 편측성을 나타낸다. 에너지 제어의 편측성이 바뀔 경우, 에너지 볼 아이콘(508)도 디스플레이의 오른편(중앙 근처)과 왼편(중앙 근처) 사이에서 상응하여 바뀌어, 어느 도구가 의사용 콘솔에서 컨트롤(예를 들어, 풋 페달)에 의해 에너지 제어될 수 있는지 나타낸다.
바탕색과 에너지 볼 위에 오버레이된 심볼을 사용하여 각 편측에 의해 제어되는 비활성 에너지 도구 타입 또는 활성 에너지 도구 타입을 나타낼 수 있다. 이것은 에너지 제어의 편측성이 조직에 에너지를 송달할 수 없는 도구로 바뀔 수 있기 때문이다. 도 5a에서, 에너지 볼 아이콘(508)은 청색 바탕과 황색 전광 볼트로 표시되며, 예를 들어 우측 도구와 연계된 활성 에너지 편측성을 나타낼 수 있다. 도 5c에서, 비활성 에너지 볼 아이콘(508")은 회색 바탕과 회색 스트라이크-스루 전광 볼트로 표시되며, 예를 들어 활성 에너지 볼 아이콘(508)과 반대로 좌측 도구와 연계된 비활성 에너지 편측성을 나타낼 수 있다.
좌측 도구 아이콘 번호(504L)와 우측 도구 아이콘 번호(504R)는 의사용 콘솔에 의해 제어될 수 있는 환자측 카트의 로봇 암에 장착된 도구의 번호를 표시할 수 있다. 좌측 도구 아이콘 번호(504L)와 우측 도구 아이콘 번호(504R)는 좌측 색 테두리(502L) 및 우측 색 테두리(502R)와 유사한 색으로 표시되어, 왼손과 오른손에 의해서 각각 제어되는 비활성 에너지 도구 타입 또는 활성 에너지 도구 타입을 또한 나타낼 수 있다. 스왑 도구 아이콘 번호(504S)는 의사용 콘솔에 의해 제어 대상이 바뀔 수 있는 도구 번호를 나타낸다. 스왑 도구 아이콘 번호(504S)는 그것과 연계된 도구가 현재 의사용 콘솔에 의해서 제어되지 않고 있음을 나타낼 수 있는 색으로 표시될 수 있다. 스왑 아이콘(506)은 대체 도구가 의사용 콘솔의 마스터 그립에 의해 제어될 수 있는지의 여부와 스왑이 이루어질 수 있는지를 나타낸다. 사용자 인터페이스의 오른편 또는 왼편 테두리 옆에 위치된 스왑 아이콘은 전환된 도구의 편측성을 나타낸다. GUI의 오른편에 있는 스왑 도구 문자 아이콘(509)은 대체 도구가 의사용 콘솔의 우측 마스터 그립으로 제어될 수 있음을 나타낸다.
도구 스왑이 의사에 의해 개시될 경우, 스왑 도구 아이콘 번호(504S)와 우측 도구 아이콘(504R)이 스왑 아이콘(506) 주변에서 위치와 색을 바꾸어, 의사용 콘솔의 우측 마스터 그립에 의해서 현재 제어되고 있는 연계된 로봇 도구와 현재 제어되지 않고 있는(공전되는 이라고도 한다) 도구를 나타낼 수 있다. 또한, 우측 도구 타입 문자 아이콘(505R)과 스왑 도구 문자 아이콘(509)가 위치와 색을 바꾸어, 공전되는 로봇 수술 도구와 반대로 의사용 콘솔의 우측 마스터 그립에서 의사의 오른손에 의해 현재 제어되는 활성 로봇 수술 도구를 또한 나타낼 수 있다. 일반적으로, 우측 마스터 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 로봇 수술 도구는 사용자 인터페이스의 우측 반에서 표시되고, 좌측 마스터 컨트롤러에 의해 제어될 수 있는 로봇 수술 도구는 사용자 인터페이스의 좌측 반에서 표시된다.
GUI(502)의 위쪽 중심 옆의 카메라 방향 아이콘(507)은 기준인 환자측 카트에 대한 내시경 카메라의 방향을 나타낸다. 이것은 의사가 로봇 수술 시스템의 환자측 카트에 대한 비디오 이미지의 방향을 알 수 있도록 한다. 이것은 환자의 몸의 방향을 정하는데 도움이 될 뿐만 아니라, 의사가 환자의 장기와 조직의 방향을 더 잘 이해할 수 있도록 한다.
마스터 컨트롤 아이콘(510)은 의사용 콘솔에서 물리적 제어의 맵핑을 나타낸다. 마스터 컨트롤 아이콘(510)은 페달 맵과 마스터 그립 맵을 포함한다. 마스터 컨트롤 아이콘(510)은 도 6a-6b에 도시된 것이 최상의 것이며, 지금부터 더 상세히 설명된다.
도 6a-6b와 관련해서, 페달 아이콘(600)과 마스터 컨트롤 그립 아이콘(620)을 포함하는 마스터 컨트롤 아이콘(510)의 확대도가 도시된다. 페달 아이콘(600)은 하부 좌측 페달 아이콘(604L), 하부 우측 페달 아이콘(604R), 좌측 스위치 페달 아이콘(606L), 우측 스위치 페달 아이콘(606R), 상부 좌측 페달 아이콘(608L), 및 상부 우측 페달 아이콘(608R)을 포함한다. 페달 아이콘(600)은 또한 상부 페달 기능 아이콘(611U)와 하부 페달 기능 아이콘(6llL)을 더 포함할 수 있다. 마스터 컨트롤 그립 아이콘(620)은 좌측 그립 컨트롤 아이콘(625L)과 우측 그립 컨트롤 아이콘(625R)을 포함한다.
마스터 컨트롤 아이콘(150)의 페달 아이콘(600)이 페달 맵에 표시되고(위치 및 방향), 이것은 각 제어가능한 풋 페달(예를 들어, 도 7a 참조)의 위치 및 방향과 일치한다. 페달 맵은 의사에게 어느 발(좌측 또는 우측)과 발의 위치(위, 아래 또는 옆)가 제어가능한 풋 페달을 제어하는지를 상기시킨다. 이 방식에서, 효율을 높이기 위해서, 의사는 머리를 입체 디스플레이로부터 멀리 이동시켜 페달을 제어하기 위해 제어가능한 풋 페달 위에 있는 자신의 발을 볼 필요가 없을 수 있다.
마스터 컨트롤 그립 아이콘(620)은 마스터 그립 맵에 표시되는데, 좌측 마스터 컨트롤 그립 아이콘(625L)은 좌측 마스터 그립의 상태를 나타내고, 우측 마스터 컨트롤 그립 아이콘(625R)은 의사용 콘솔의 우측 마스터 그립의 상태를 나타낸다. 마스터 컨트롤 그립 아이콘(620)의 마스터 그립 맵은 또한 의사에게 어디에 손을 위치시켜야 마스터 그립을 쥘 수 있는지를 상기시킬 수 있다. 마스터 컨트롤 그립 아이콘에 의해 제공되는 상태 표시는 어느 마스터 컨트롤 그립이 클러치 조작되어 공간에 손을 재배치하고, 의사용 콘솔에서 어떤 다른 제어가능한 특징을 제어할 수 있는지를 나타낼 수 있다.
전기수술 과정 동안, 제어가능한 풋 페달(예를 들어, 도 7a 참조)은 기능성이 배정될 수 있다. 페달 아이콘은 제어가능한 풋 페달의 배정된 기능성을 나타낼 수 있다. 도 6a에 도시된 대로, 상부 우측 페달 아이콘(606R) 옆의 상부 페달 기능 아이콘(161U)는 상부 우측 페달과 연계된 Mono Cut(단극 절단)을 나타내고, 하부 우측 페달 아이콘(604R) 옆의 하부 페달 기능 아이콘(161L)는 하부 우측 페달과 연계된 Mono Coag(단극 응고)을 나타낸다. 페달 아이콘의 페달 맵은 또한 페달 아이콘 중 하나 둘레의 페달 아웃라인 또는 할로(612)를 더 포함할 수 있으며, 이것은 사용자에게 페달의 활성화를 나타내 주고, 조직에 에너지가 적용됨을 나타낼 수 있다.
페달 아이콘의 페달 맵은 좌측 수평 스위치 페달의 기능성과 연계된 좌측 스위치 페달 아이콘(606L) 옆의 좌측 기능 아이콘(610L)과 우측 수평 스위치 페달의 기능성과 연계된 좌측 스위치 페달 아이콘(606L) 옆의 우측 기능 아이콘(610R)을 더 포함할 수 있다. 도 6a에서, 화살표 촉과 함께 있는 문자 "S" 모양의 스왑 도구 아이콘(610L)은 좌측 스위치 페달 아이콘(606L) 옆에 표시된다. 근처에서 화살표 촉과 함께 있는 전광 볼트 모양의 에너지 스왑 아이콘(610R)은 우측 스위치 페달 아이콘(606R) 옆에 표시되어 우측 수평 스위치 페달의 에너지 스왑 기능성을 나타낸다.
좌측 그립 컨트롤 아이콘(625L) 및/또는 우측 그립 컨트롤 아이콘(625R)은 사용자에게 의사용 콘솔에서 각 좌측 및/또는 우측 도구의 활성 제어를 알려줄 수 있다. 좌측 마스터 스위치 또는 우측 마스터 스위치에 응하여, 좌측 및/또는 우측 도구는 로봇 암과 그들이 제어하는 수술 도구의 제어로부터 클러치될 수 있다. 어느 한 아이콘이나 양쪽 아이콘이 비활성 도구 제어, 즉 도구 제어로부터 의사용 콘솔의 마스터 그립의 클러치를 나타낼 수 있고, 이로써 좌측 마스터 그립 및/또는 우측 마스터 그립을 사용하여 수술 도구의 이동 없이 로봇 수술 시스템의 다른 특징을 제어할 수 있다.
앞에서 논의한 대로, 에너지 볼 아이콘(508)은 의사용 콘솔의 에너지 제어의 편측성을 표시한다. 도 6a에서 우측 에너지 볼(508)은 마스터 컨트롤 아이콘(510)의 오른쪽에 표시된다. 이 경우, 오른손의 전기수술 도구가 의사용 콘솔의 하나 이상의 페달에 의해 작동되어야 한다. 페달 맵의 확대도는 페달 아이콘을 채운 색(예를 들어, 청색)과 다른 색의 할로 또는 아웃라인(612)(예를 들어, 오렌지색)으로 Mono Coag 페달 아이콘(604R)에 아웃라인이나 할로를 표시함으로써 어느 페달이 현재 활성화되어 있는지를 나타낸다. 색으로 표시된 할로 또는 아웃라인(612) 활성화 표시자는 어느 페달이 활성화되어 있는지 사용자에게 제공되는 정보를 강조한다.
색으로 표시된 할로 또는 아웃라인(612) 표시자를 포함하는 페달 아이콘의 페달 맵은 사용자가 3D 입체 디스플레이로부터 머리를 돌려 페달 위에 있는 자신의 발의 위치를 실제로 볼 필요 없이 사용자에게 풋 페달 레이아웃을 알려주는데 도움이 된다. 색으로 표시된 사이드 바 또는 활성화된 에너지 스트립 바 또는 테두리(522)와 달리, 페달 아이콘의 페달 맵과 색으로 표시된 할로 또는 아웃라인(612) 활성화 표시자는 더 의사의 시야 중심을 향해 위치되므로 주변 시야에만 의존하지 않아도 된다. 만일 의사가 Mono Coag 에너지 페달을 밟으면, Mono Coag 페달 아이콘(604R)이 색으로 표시된 할로 또는 아웃라인(612) 활성화 표시자에 의해 아웃라인 또는 할로로 표시되는데, 이것은 도 6a에 가장 잘 나타난다. 의사가 Mono Cut 에너지 페달을 대신 밟는다면, Mono Coag 페달 아이콘(604R) 대신에 Mono Cut 페달 아이콘(608R)이 색으로 표시된 할로 또는 아웃라인(612) 활성화 표시자에 의해 아웃라인 또는 할로로 표시된다. 어느 경우든, 색으로 표시된 사이드 바 또는 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)는 사용자에 의해 어느 한 에너지 페달이 선택되고 기구로 에너지가 송달된 준비가 되었을 때 도 5b에 도시된 것과 같은 활성 측에 표시된다. 상부 또는 하부 풋 페달의 층단은 의사가 상부 풋 페달과 하부 풋 페달을 동시에 누르지 않도록 한다.
한쪽 손의 도구에서 반대편 손의 도구로 에너지 활성화를 전환하기 위해, 에너지 스왑 페달(예를 들어, 페달(706R) - 수평 스위치 페달)이 의사의 발에 의해 선택되어 제어를 토글한다. 에너지 볼(508)이 페달 아이콘(600)의 페달 맵 옆에서 GUI에서 오른편에서 왼편으로 이동한다. 도 6b는 마스터 컨트롤 아이콘의 왼쪽에서 GUI에 위치된 에너지 볼 아이콘(508")을 도시한다.
도 6b에서, 좌측 도구는 하부 페달 기능(611')에 의해 표시된 대로 하부 우측 풋 페달(예를 들어, 페달(704R))이 활성화하는 양극 전기수술 도구이다. 양극 전기수술 도구의 경우, 단지 하나의 풋 페달만 사용해서 에너지를 제어할 수 있다. 따라서, 상부 페달 기능 아이콘(611U')은 비활성 풋 페달인 상부 우측 풋 페달과 연계된 기능성을 표시하지 않는다. 상부 페달 아이콘(608R')은 또한 비활성 색(예를 들어, 회색)으로 채우고 및/또는 스트라이크-스루와 함께 표시함으로써 그것의 비활성 상태를 나타낼 수 있다.
페달 아이콘은 자체가 상이한 색을 가질 수 있거나, 그림에 오버레이되어 의사에게 그것의 기능성을 나타내 줄 수 있다. 상부 페달 아이콘(608L)은 교차된 이중 촉을 가진 화살표(좌우 화살표와 십자 교차하는 위아래 화살표) 그림을 포함할 수 있으며, 이로써 수술 기구와의 결합이 일시적으로 해제되고 마스터 조종장치의 자유로운 동작이 가능함을 나타낼 수 있다. 하부 좌측 페달 아이콘(604L)은 카메라 아이콘 그림을 가지며, 이것은 사용자에게 사용자가 내시경 카메라의 동작을 제어할 수 있음을 더 알려준다. 하부 우측 페달 아이콘(604R)은 상부 우측 페달 아이콘(608R)(예를 들어, 황색)과 다른 색(예를 들어, 청색)으로 채워질 수 있으며, 이로써 단극 전기수술 도구에 상이한 레벨의 에너지를 적용할 수 있는 상이한 컨트롤을 나타낼 수 있다. 하부 우측 페달 아이콘(604R)은 상이한 색으로 채워져 양극 전기수술 도구의 단일 활성화 컨트롤을 나타낼 수 있는 한편, 상부 우측 페달 아이콘(608R)은 존재하지 않거나 비활성화 표시를 제공할 수 있다.
도 5b와 관련해서, 오른손 쪽의 전기수술 도구의 작동을 시작하기 위해 의사가 에너지 페달(704R)을 활성화시켰다고 가정한다. 페달 할로(612)가 하부 우측 페달 아이콘(604R)을 둘러싸서 페달(704R)에 의한 활성화를 나타낸다. 우측 테두리(502R)와 상이한 색인 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)가 전기수술 도구 활성화 동안 오른쪽 위에 오버레이될 수 있다. 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)는 또한 우측 도구의 에너지 활성화와 좌측 도구의 비활성화를 나타낸다. 풋 페달을 눌러서 전기수술 발전 유닛(ESU)을 활성화시켜 에너지를 조직에 연결시켰을 때는 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)가 오른편 테두리(502R)로 변경되기 때문에 의사는 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)를 쉽게 볼 수 있다. 대신에 왼손 쪽이 활성화된다면, 왼편 테두리(502L)와 상이한 색의 활성화된 에너지 스트립 테두리(522)가 전기수술 도구 활성화 동안 왼쪽 위에 오버레이될 수 있다.
도 5b에서, 하부 우측 페달 아이콘(604R)을 둘러싼 페달 할로 또는 아웃라인(612)이 단극 응고 에너지의 활성화를 나타낸다. 디스플레이의 오른편에서 색으로 표시된 바(활성화된 에너지 스트립 테두리(522))가 사용자 주변 시야에 어떤 변화로서 보이게 된다. 사용자의 주변 시야에 들어온 이런 변화는 사용자가 표시자(색으로 표시된 바 또는 활성화된 에너지 스트립 테두리(522))를 능동적으로 볼 필요 없이 사용자에게 어느 쪽 에너지가 적용되고 있는지를 보강하여 알려준다. 앞에서 언급한 대로, 상이한 색의 활성화된 에너지 스트립 테두리 대신, 움직임을 나타내는 그래픽 이발소 간판기둥을 GUI에 사용하여 사용자에게 알려줄 수 있다. 대안으로서, 그래픽 회전 바퀴가 GUI의 한쪽에 또는 코너에 표시될 수 있다. 또 다른 구체예에서, 밝게 빛나는 펄싱 라이트가 GUI 테두리의 한쪽 부분을 따라 위아래로 슬라이드 이동하거나 튀어 다닐 수 있다. 대안으로서, 일련의 그래픽 방식 라이트 바가 전기수술 에너지가 도구에 공급될 경우에 빛을 발할 수 있다. 종합하면 이러한 그래픽 방식 표시 장치는 활성화된 에너지 표시자라고 언급될 수 있다. 활성화된 에너지 표시자의 그래픽 이미지가 GUI 테두리 주변에 놓이거나 테두리의 일부분 위에 오버레이되는 것으로 설명되었지만, 이들은 어느 곳에도 위치될 수 있다. 예를 들어, 활성화된 에너지 표시자는 로봇 수술 도구 또는 기구 이미지의 위에 오버레이되거나 및/또는 그 옆에 자동적으로 위치될 수 있다. 이 경우, 활성화된 에너지 표시자는 도구 또는 기구가 수술 부위 주변에서 이동함에 따라 이들의 궤적을 쫓을 수 있다.
의사는 전기수술 가능 도구가 어느 손에 있든지 그와는 독립적으로 원할 때는 언제나 "에너지 스왑" 페달을 사용해서 왼손/오른손 측 제어를 토글할 수 있다. 그러나, 활성 에너지 색 테두리(예를 들어, 청색)는 에너지 활성화를 가능하게 하는 필요한 조건이 모두 충족되었을 때만 우측 및/또는 좌측 사용자 인터페이스 테두리(502L-502R)에 표시된다. 에너지 스왑 페달을 누를 때는 언제나 에너지를 송달할 수 있는 쪽(좌측 또는 우측)이 변경된다. 이것은 디스플레이의 어느 쪽이든 하부 테두리(반-프레임) 부분 옆에 작은 에너지 볼(508,508")로서 GUI에 표시된다. 에너지 볼은 에너지 스왑 페달을 누를 때마다 왼편 오른편이 전환된다.
로봇 암에 전기수술 가능 도구가 장착되고, 그 도구 타입에 맞는 적절한 전기수술 발전기가 또한 감지된 쪽으로 에너지 볼이 스왑되었을 때, GUI는 에너지 볼과 같은 쪽에 활성 테두리(예를 들어, 밝은색 또는 청색), 활성 바탕 또는 색(예를 들어, 밝은색 또는 청색)이 채워진 활성 에너지 볼(508), 및 황색 전광 볼트와 같은 활성 심볼, 및 에너지 볼의 반대편에 비활성 테두리(예를 들어, 검은색 또는 갈색)를 표시한다.
도 5a에서, 에너지 스왑 페달을 사용해서 의사는 오른손 측에 에너지를 배정했으며, 이것은 영구적 스파튤라 소작기라는 예시적인 문자와 함께 우측 도구 문자 아이콘(505R)과 나란히 있는 마스터 컨트롤 아이콘(510)의 풋 페달 맵의 오른쪽에 나타난 활성 에너지 볼(508)에 의해 표시된다.
양쪽 손에 에너지 가능 도구가 있을 때 사용자가 에너지를 스왑하면, 활성 색 반-프레임이 활성 에너지 볼과 함께 좌측에서 우측으로 점프하고, 이로써 변화가 일어났다는 것이 즉시 시각적으로 사용자에게 통지되고, 에너지 페달(들)을 눌렀을 때 어느 쪽(좌측 또는 우측)이 활성화될 것인지를 일정하게 표시해 줄 수 있다. 밝은 청색 프레임이 사용자의 주의를 끄는데 실패해서 "틀린" 쪽이 선택되었을 때 에너지 페달 중 하나를 밟게되면, 활성화된 에너지 스트립 바(522)(예를 들어, 밝은 오랜지색 바)의 모습이 어느 쪽이 활성화되는지에 관해서 주변 시야에 매우 강한 시각적 리마인더를 제공한다. 의사/사용자에 대한 이런 시각적 피드백은 실수를 줄이고, 어느 쪽 에너지로 스왑되었는지를 사용자의 마음에 새기는데 도움이 될 수 있다.
에너지 볼(508)이 전기수술 가능 도구를 갖지 않는 쪽으로 바뀌었을 때, 또는 시스템이 그 쪽에서 현재 제어되고 있는 전기수술 도구를 위한 필요한 전기수술 발전기(ESU)를 감지하지 못한 경우에는, GUI에 에너지 볼의 반대편에 비활성 테투리 색(예를 들어, 검은색 또는 갈색), 에너지 볼과 같은 편에 비활성 테두리 색(예를 들어, 검은색 또는 갈색), 및 비활성 바탕색을 가지거나 색이 채워진 에너지 볼(508"), 및 관통하는 대각선 슬래시(예를 들어, 대각선 스트라이크-스루)를 가진 전광 볼트의 희미한 아웃라인과 같은 비활성 심볼이 표시된다.
도 5c와 관련해서, 에너지 스왑 페달(706R)이 선택되어 왼손측 도구로 에너지 제어를 바꿀 수 있다. 에너지 볼 아이콘(508")이 마스터 컨트롤 아이콘(510)의 좌측에 위치되어 에너지 풋 페달이 사용되어 왼손측 도구가 제어되고 있음을 나타낸다. 그러나, 왼손측에 의해 제어되는 로봇 수술 도구는 전기수술 도구가 아니어서 조직에 에너지를 제공할 수 없다. 에너지 볼 아이콘(508")이 사용자 인터페이스의 왼손측에 위치되지만, 그것은 비활성을 나타내는 색(예를 들어, 회색)과 스트라이크-스루 전광 볼트로 표시되어, 사용자에게 에너지 페달이 선택되었음에도 조직에 에너지가 제공되지 않는다는 것을 알려준다. 또한, 좌측 테두리(502L)와 우측 테두리(502R')의 색(예를 들어, 갈색)은 왼손과 오른손 양쪽 모두에 에너지 용량이 없음을 나타낸다. 즉, 이 경우에는 좌측 또는 우측 로봇 수술 도구 어느 것을 통해서도 조직에 에너지가 제공되지 않을 것이다.
도 5c에서, 의사는 왼손으로 에너지를 송달할 수 있다. 그러나, 왼손에 의해 제어되는 로봇 암에 장착된 도구는 에너지 가능 도구가 아닌 Cadiere 집게이다. 에너지 볼(508')이 왼손측으로 이동되었지만, 현재 조직에 에너지를 송달할 역량은 없다. 따라서, GUI의 좌측 및 우측 반 프레임이 모두 비활성을 나타내는 색으로 표시된다(예를 들어, 검은색 또는 갈색). 왼손에 에너지 가능 도구가 있고, 부적절한 전기수술 에너지 발생 장치가 시스템에 연계된 경우에도 GUI에 동일하게 표시될 것이다. 에너지가 활용될 수 없다는 것을 의사에게 표시해 주는 것은 스크린의 좌측 또는 우측에서 활성 반 프레임(예를 들어, 청색 또는 밝은색)이 사라짐으로써 가장 빠르게 입증되고, 표시되는 에너지 볼의 타입을 봄으로써 알 수 있다.
사용자는 도구 스왑 페달(예를 들어, 도 7a에 도시된 페달(706L)을 선택함으로써 좌측 또는 우측 마스터 그립 및 연계된 왼손 및 오른손에 의해 기계적으로 제어되는 도구를 바꿀 것인지 결정할 수 있다.
GUI에 의해 제공되는 시각적 피드백은 감지에 있어서 다소 마스터 중심 방식으로 에너지 페달 중 하나를 눌렀을 때 왼손 또는 오른손에 의해 제어되는 기구가 발열(작동되는지 또는 활성화되는지)되는지의 여부를 사용자에게 알려준다. 기구가 3개 이상일 경우에도 이 패러다임은 변화될 필요가 없다. 언제든 단지 1개의 기구가 좌측 마스터 그립/왼손에 의해 제어되도록 실제로 배정되고, 단지 1개의 기구가 우측 마스터 그립/오른손에 의해 제어되도록 실제로 배정된다. 실제로 제어되는 기구는 볼드체 문자로 크게 된 그래픽 방식 사용자 인터페이스에 표시된 활성 도구 문자 아이콘(505R, 505L)을 가진다. 반대로, 사용자로부터 스왑 제어 신호에 의해 제어되길 대기 중인 공전되는 기구는 스왑 도구 문자 아이콘(509)을 가진다.
GUI의 코너에서 사이드 쪽으로 벗어난 스왑 탭 또는 스왑 도구 문자 아이콘(509)는 크기가 더 작고 색이 칠해져서 비활성 제어를 나타낸다(예를 들어, 검은색 또는 회색 또는 갈색 탭). 스왑 도구 문자 아이콘(509)은 우측 암 중 다른 하나에 장착된 기구의 타입(예를 들어, 이중 구멍 그래스퍼)을 나타내는 문자를 포함한다. 우측의 스왑 도구 문자 아이콘 또는 스왑 탭은 제 3 기구가 우측 마스터에 연계된 것을 나타낸다. 그러나, 제 3 기구는 도면에 도시된 대로 우측에서 현재 활성 기구가 아니다. 우측 도구 타입 문자 탭 또는 아이콘(505R)에 의해 표시된 제 1 기구가 활성이다. 사용자가 도구 스왑 또는 암 스왑 페달(706L)을 활성화시킨다면, 우측 마스터가 영구적 스파튤라 소작 기구의 제어를 중단하고, 이중 구멍 그래스퍼 기구의 제어를 시작할 것이다. 이런 변화는 2개의 기구 이름 탭 또는 아이콘(505R과 509 또는 505L과 509)의 위치가 바뀜으로써 GUI에 반영될 수 있다. 도구 스왑 페달(706L)이 도구 스왑 신호를 생성해서 한 쌍의 로봇 수술 도구들 사이에서 우측 마스터 그립에 의한 운동학 제어를 바꿀 수 있다. 환경이 변하는 경우, 이것을 사용하여 콘솔 스왑 신호를 발생시켜 한 쌍의 의사용 컨트롤 콘솔 사이에서 원격제어 장비 및 로봇 수술 도구에 대한 어떤 제어를 바꿀 수 있다.
전기수술 시스템의 개선된 촉각에 의한 사용자 인터페이스
GUI에 의해 제공되는 시각적 피드백에 더하여 또는 이와는 달리, 촉각에 의한 피드백을 사용하여 사용자에게 전기수술 도구의 에너지 상태를 나타내 줄 수 잇다. 사용자와 의사용 콘솔(150, 150A)이 접촉하는 지점에서 한 종류 이상의 진동에 의해서 어떤 전기수술 기구가 작동될 준비가 되어 있는지에 관해 사용자에게 알릴 수 있다(때로는 가열되어 있는지 또는 점화될 준비가 되어 있는지 라고 한다). 예를 들어, 촉각적 피드백 출력은 의사의 손, 발, 및/또는 팔과 연결될 수 있다.
촉각적 또는 촉각적 피드백인 진동은 전용(예를 들어, 진동촉감) 장치를 사용하거나, 또는 마스터 컨트롤러의 인풋 컨트롤 리스트의 동력을 받는 축과 같은, 의사용 콘솔에 있는 하나 이상의 기존 장치를 추가로 사용하여 활성화될 수 있다. 어느 경우든, 도 3a에 도시된 것과 같은, 의사용 콘솔(150, 150A)의 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)를 사용하여 촉각적 피드백을 생성하고 제어할 수 있다. 촉각적/촉감적 피드백 발생장치(321)는 왼편 진동 메커니즘/장치에 연결되어 좌측 피드백 제어 신호를 생성할 수 있고, 오른편 진동 메커니즘/장치에 연결되어 우측 피드백 제어 신호를 생성할 수 있다.
촉각에 의한 피드백은 의사의 손에 제공될 수 있다. 도 3c에서, 각 마스터 그립 컨트롤 인풋(325)(왼편 및 오른편)은 촉각적 피드백을 제공하기 위한 진동 피드백 메커니즘(399)을 포함할 수 있다. 대안으로서, 인풋 컨트롤 리스트의 롤 모터(370a) 또는 마스터 그립 컨트롤 인풋의 전기자석(396)이 의사용 콘솔의 촉각적 피드백 발생장치(321)에 의해 제어되어 좌측 또는 우측 마스터 그립 컨트롤러(325)에서 진동을 생성할 수 있다.
촉각에 의한 피드백은 의사의 발에 제공될 수 있다. 도 7d에서, 각 수평 페달 조립체(704L-704R)가 진동 피드백 메커니즘(726)을 더 포함할 수 있다. 도 7e에서는, 가 수직 페달 조립체(706L-706R)가 진동 피드백 메커니즘(736)을 더 포함할 수 있다.
촉각에 의한 피드백은 의사의 팔에 제공될 수 있다. 도 9에서, 의사용 콘솔의 암-레스트(314)가 좌측 진동 피드백 메커니즘(936L)과 우측 진동 피드백 메커니즘(736R)을 포함할 수 있다.
이러한 진동 피드백 메커니즘들은 단독으로 또는 조합으로 사용되어 사용자에게 조직에 가해지는 에너지가 왼편에서 활성화되는지 또는 오른편에서 활성화되는지에 관한 피드백을 제공할 수 있다. 암-레스트 또는 마스터 컨트롤러에서, 왼편 진동 피드백 메커니즘이 활성화되어 좌측 도구에 공급되는 에너지의 왼편 활성화(또는 왼편이 점화될 준비가 된 것)를 나타낼 수 있고, 오른편 진동 피드백 메커니즘이 활성화되어 우측 도구에 공급되는 에너지의 오른편 활성화(또는 우측이 점화될 준비가 된 것)을 나타낼 수 있다. 대안으로서, 의사의 발에 제공되는 촉각적 피드백과 같이, 상이한 진동 패턴을 이용해서 에너지의 왼편 활성화와 오른편 활성화를 구별할 수 있다. 의사는 자신의 발로 진동 패턴 차이를 감지할 수 있다. 본원에서 더 논의된 대로, 신호들의 몇 가지 상이한 신호 프로파일이 진동 피드백 메커니즘과 연결되어 진동 패턴별 진동을 생성할 수 있다.
전기수술 시스템의 개선된 청각적 사용자 인터페이스
GUI에 의해 제공되는 시각적 피드백 및/또는 진동 장치에 의해 제공되는 촉각적/촉감적 피드백에 더하여, 청각에 의한 피드백을 사용하여 사용자에게 전기수술 도구의 에너지 상태를 나타내 줄 수 있다. 청각적 피드백은 단독으로 사용되거나, 또는 시각적 피드백 및 촉각적 피드백과 함께 사용되어 사용자에게 조직에 가해지는 에너지가 왼편에서 활성화되는지 또는 오른편에서 활성화되는지에 관한 피드백을 제공할 수 있다.
의사용 콘솔(150,150A)은 하나 이상의 음향 변환기 또는 스피커를 포함할 수 있다. 도 3a에서, 의사용 콘솔(150, 150A)은 소리 발생기(317)에 연결된 좌측 스피커(315L)와 우측 스피커(315R)를 포함한다. 사용자/의사가 적절히 자리를 잡으면 왼쪽 귀 옆에 좌측 스피커가, 오른쪽 귀 옆에 우측 스피커가 있게 된다.
소리 발생기는 좌측 스피커(315L)와 우측 스피커(315R)에 소리를 독립적으로 연결할 수 있는 스테레오 사운드 발생기일 수 있다. 이 경우, 좌측 스피커에서 나는 소리는 왼편에서 에너지가 활성화되어 조직에 가해지는 것을 나타내는데 사용될 수 있고, 우측 스피커에서 나는 소리는 오른편에서 에너지가 활성화되어 조직에 가해지는 것을 나타내는데 사용될 수 있다. 또는, 소리 발생기는 좌측 스피커(315L)와 우측 스피커(315R)에 동일한 소리를 연결하는 모노 사운드 발생기일 수 있다. 이 경우, 의사의 발에 제공되는 촉각적 피드백에 대한 것과 같이, 상이한 음향 패턴을 이용해서 조직에 가해지는 에너지가 오른편에서 활성화되는지 왼편에서 활성화되는지 구별할 수 있다. 의사는 음향 패턴 차이를 감지할 수 있다.
개선된 피드백 신호화
의사용 콘솔(150, 150A)에서 사용자에게 제공되는 피드백의 타입은 하나 이상의 상이한 형태, 즉 시각적 피드백, 촉각적/촉감적 피드백, 및/또는 청각적 피드백을 가질 수 있다. 피드백은 사용자의 눈에 보일 수 있고; 사용자의 발, 손 및/또는 팔에 의해 느껴질 수 있고; 또는 사용자의 귀에 들릴 수 있다. 피드백 자체가 구별가능한 패턴을 가질 수 있으며, 상이한 신호 패턴/프로파일이 사용된 경우에는 추가의 정보를 제공할 수 있다.
도 12와 관련해서, 신호들의 상이한 신호 프로파일이 사용자 피드백을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 한 경우, 피드백 패턴은 사용자가 감지할 수 있는 일정한 진동, 일정한 버저 소리, 또는 GUI에 표시되는 일정한 시각적 플래시 표시일 수 있다. 다른 경우, 피드백은 사용자에 의해 감지되는 주기적 진동, 좌측 및/또는 우측 스피커에 의해 발생되는 주기적 소음, 또는 사용자가 볼 수 있는 디스플레이 상에 발생되는 주기적 시각적 플래시와 같은 주기적 형태 또는 메트로놈 형태일 수 있다.
진동, 버저 또는 플래시에 의한 일정한 피드백 생성은 사인파 곡선(1201A), 방형파 곡선(1201B) 또는 삼각파형(1201C)에 의해서 발생될 수 있다. 이들은 각각 50%의 듀티 사이클(duty cycle)로 일정한 피드백을 생성할 수 있다. 주기적 진동, 주기적 소음, 또는 주기적 시각적 플래시와 같은 주기적 피드백을 생성하기 위해, 피드백 변환기에 연결되는 파형은 도 12에 도시된 삼각파형(1202A) 또는 주기적 펄스 파형(1202B)과 같은 주기적 펄스를 가질 수 있다. 이 경우, 각 파형은 50% 미만 또는 50% 초과의 듀티 사이클을 가진다. 피드백 신호는 각 사용자의 개인별 선호경향에 맞도록 조율되거나 조정될 수 있다. 즉, 예를 들어 좌측 활성화와 우측 활성화를 구별하는데 있어서 사용자의 선호경향에 맞도록 속도/빈도, 진폭, 듀티 사이클 등이 조율되거나 조정될 수 있다.
일정한 피드백 또는 주기적 피드백은 구별될 수 있고, 사용자에게 상이한 피드백 정보를 나타내기 위해 사용될 수 있다. 모노 음향 시스템의 하나 이상의 스피커(315L, 315R)에 똑같이 연결되었을 때, 또는 페달 트레이의 오른편에 있는 하나 이상의 에너지 페달(704R, 708R)에 똑같이 연결되었을 때, 주기적 피드백과 일정한 피드백을 사용해서 전기수술 기구의 우측 활성화와 좌측 활성화를 구별할 수 있다.
좌측 및 우측을 더 구별하기 위해서, 일정한 피드백(예를 들어, 파형(1201A, 1201B, 1201C))이 좌측 마스터 컨트롤러(905L), 좌측 페달(704L, 708L) 및/또는 좌측 스피커(315L)에 연결될 수 있고, 이로써 왼손측 도구의 왼손측 에너지 활성화를 나타낼 수 있다. 한편, 주기적 피드백(예를 들어, 파형(1202A, 1202B))은 우측 스피커(315R), 우측 페달(704R, 708R) 및/또는 우측 마스터 컨트롤러(905R)에 연결될 수 있고, 이로써 오른손측 도구의 오른손측 에너지 활성화를 나타낼 수 있다. 대안으로서, 주기적 피드백이 왼편 변환기에 연결되어 왼손측 도구의 왼손측 에너지 활성화를 나타내는 한편, 일정한 피드백은 오른편 피드백 변환기에 연결되어 오른손측 도구에 오른손측 활성화를 나타낼 수 있다. 이 방식으로, 사용자는 피드백의 편측성에 의해서도 활성화되는 곳을 알 수 있다.
예를 들어, 지속적인 음향 지시(예를 들어, 1 Hz "메트로놈" 소리)가 각 스피커에 의해 사용자의 왼쪽 또는 오른쪽 귀에 연결되어, 왼손측 또는 오른손측 도구가 에너지를 수용할 것인지를 나타내 줄 수 있다. 대안으로서, 순간적 음향 지시(예를 들어, 째깍거리는 소리, 버저 소리)가 좌측 또는 우측 도구에서 에너지가 활성화되었을 때 각 스피커에 의해 사용자의 왼쪽 또는 오른쪽 귀에 연결될 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 모노 시스템, 메트로놈 형태의 톤이 의사용 콘솔의 스피커에 연결되어 왼속측 도구 활성화 에너지를 나타낼 수 있고, 순간적 음향 지시가 의사용 콘솔에 연결되어 오른손측 도구 활성화 에너지를 나타낼 수 있다.
지속적인 촉각적 지시(예를 들어, 촉각적 "메트로놈" 펄스)가 각 진동 장치에 의해 왼손 또는 오른손 그립에 연결되어, 왼손측 또는 오른손측 도구가 에너지를 수용할 것인지를 나타내 줄 수 있다. 대안으로서, 지속적인 촉각적 지시가 풋 페달에 연결되어 왼손측와 오른속측의 에너지 활성화를 구별할 수 있다. 대안으로서, 지속적인 촉각적 지시가 각 진동 장치에 의해 왼쪽 팔 또는 오른쪽 팔 부분에 연결되어 왼손측의 에너지 활성화와 오른속측의 에너지 활성화를 구별할 수 있다. 다른 구체예에서, 순간적인 촉각적 지시(예를 들어, 째깍거리는 진동, 버저 진동)가 에너지를 수용하는 기구에 상응하는 각 진동 장치에 의해 마스터 컨트롤(좌측 또는 우측)에 연결될 수 있다.
지속적인 시각적 지시(예를 들어, 이발소 간판기둥)가 그래픽 발생장치에 의해 사용자 인터페이스의 좌측 또는 우측 활성 스트립 위에 오버레이되어 왼손측 또는 오른손측 도구가 에너지를 수용할 것인지를 나타낼 수 있다. 다른 구체예에서, 순간적인 지시(예를 들어, 그래픽 발생장치에 의한 사용자 인터페이스의 좌측 또는 우측 활성 스트립의 주기적 플래시)를 사용하여 왼손측 또는 오른손측 도구가 에너지를 수용할 것인지를 나타낼 수 있다.
피드백 신호가 어느 쪽에서 발생하든 전체 시간 기간은 어느 정도 피드백이 전달되는 것이 바람직한가에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 전기수술 도구를 작동시키도록 뜨거운 손 쪽에서 피드백 신호가 수술하는 동안 일정하게 생성될 수 있다. 대안으로서, 전기수술 도구를 작동시키기 위해 사용자가 에너지 페달을 누르는 동안에만 피드백이 제공되도록 피드백 신호가 생성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 피드백 신호는 사용자가 페달을 터치한 후에만 전체적인 정해진 시간 기간 동안 생성될 수 있다. 이 경우, 풋 페달(예를 들어, 에너지 페달)은 사용자의 발이 해당 스위치와 통합될 수 있는 특정 페달 위에 있을 때를 감지하기 위한 도 7d에 도시된 피터-터치 감지 장치 또는 선택적 감지 장치(727)를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 구체예에서, 피드백은 페달이 활성화되거나 눌려질 준비가 되었을 때만, 예를 들어 조직에 에너지를 연결하기 위해 점화시킬 준비가 되었을 때만 제공될 수 있다. 만일 전기수술 도구가 선택된 쪽에 존재하지 않는다면, 페달은 활성화될 준비가 되지 않고, 따라서 피드백은 그것이 준비되었다는 지시를 제공하지 않을 것이다. 전기수술 도구가 선택된 쪽에 존재하지만, 전기수술 도구에 발전기가 연결되지 않거나, 잘못된 에너지가 전기수술 도구에 연결되거나, 풋 페달에 의해 제어된다면, 페달은 활성화될 준비가 되지 않아서 피드백이 그것이 준비되었다는 지시를 제공하지 않을 것이다.
개선된 에너지 활성화 제어
이제 부정확한 에너지 활성화의 효과를 방지하거나 완화하는 방법이 설명된다.
사용자(의사, 오퍼레이터(O))가 좌측 또는 우측 에너지 상태를 점검하는 것을 잊거나 실패했을 경우에는, 사용자가 단순히 에너지 활성화 페달 중 하나를 밟음으로써 부정확한 에너지 장치를 점화시킬 가능성이 있다. 즉, 에너지 페달에 의한 에너지 적용에서 틀린 쪽이 선택된다면 전기수술 에너지가 틀린 쪽의 도구에 적용될 수 있다. 이것을 피하기 위해, 전기수술 에너지가 도구에 적용되기 전에 사용자 피드백이 제공될 수 있으며, 이로써 사용자는 부정확한 에너지 장치의 점화를 취소할 수 있다.
에너지 페달을 누르자마자 사용자에게 편측(sided) 피드백(또는 편측성 피드백이라고 한다)이 제공될 수 있으며, 이것은 전기수술 도구, 즉 좌측 도구 또는 우측 도구(각각 좌측 또는 우측 마스터 그립에 의해 제어된다)가 점화될 예정이라는 것을 나타낸다. 이런 편측 피드백은, 앞에서 설명한 대로, 시각적 피드백, 촉각적 피드백, 청각적 피드백 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 버저 소리와 디스플레이의 왼손 또는 오른손 쪽에 표시된 플래시 아이콘이 한쪽 에너지 도구, 즉 왼손 또는 오른손에 의해 제어되는 에너지 기구가 점화될 예정이라는 것을 도구가 점화되기 전에 또는 실제로 점화됨에 따라 나타낸다.
만일 에너지가 조직에 실제로 적용되는 동안 동시에 편측 피드백이 제시된다면, 환자의 조직에 어떤 손상이 일어나고 있는 것일 수 있다. 만일 편측 피드백이 사용자에게 빠르게 제시된다면, 사용자는 에너지 적용을 즉시 중단하여 가능한 손상을 완화할 수 있다. 또한, 편측 피드백이 제시된 후 에너지의 실제 적용을 약간 지연시킴으로써 사용자가 피드백을 감지하여 조직에 에너지가 잘못 적용되는 일이 일어나기 전에 그것을 중단할 수 있도록 한다. 잘못된 쪽에서 전기수술 도구에 의해 조직에 적용되는 에너지는 에너지의 오인-적용의 예이다.
도 13a와 관련해서, 본 발명의 한 구체예에 따른 전기수술 장치의 개선된 활성화를 위한 순서도가 도시된다. 이 방법은 블럭(1300)에서 시작해서 블럭(1302)로 진행된다.
블럭(1302)에서 전기수술 에너지를 도구에 적용할 수 있도록 인풋 장치가 활성화되는지가 결정된다. 인풋 장치가 활성화되지 않았다면 과정은 블럭(1302)으로 되돌아가 반복된다. 인풋 장치가 활성화된다면 과정은 블럭(1304)으로 진행된다. 이 경우, 인풋 장치는 에너지 페달일 수 있으며, 이것을 사용자의 발로 누르면 스위치가 닫혀서 전기수술 에너지가 선택된 쪽의 도구에 적용되게 된다. 인풋 장치가 전기수술 에너지의 적용을 요청할 경우 전기수술 에너지가 적용된다.
블럭(1304)에서, 전기수술 에너지 적용을 요청할 수 있도록 인풋 장치의 활성화에 대한 피드백이 사용자에게 제공된다. 사용자 피드백은 앞에서 설명된 형태일 수 있다. 사용자 피드백에 의해서 활성화 상태를 확인할 수 있을 뿐만 아니라, 활성화의 편측성을 확인할 수도 있다. 전기수술 장치를 통해 조직에 에너지를 적용하기 전에 지연 기간을 두어서 사용자가 취소할 시간을 줄 수 있다. 과정은 블럭(1306)으로 진행된다.
블럭(1306)에서, 전기수술 에너지를 적용하기 전에 시스템은 정해진 시간 동안 대기하며(지연), 이로써 사용자는 피드백을 받아들여 전기수술 장치의 활성화를 취소할 것인지 아닌지 결정할 수 있다. 과정은 블럭(1308)으로 진행된다.
블럭(1308)에서 인풋 장치 활성화가 해제되었는지가 결정된다. 그렇다면 과정은 블럭(1313)으로 진행된다. 그렇지 않다면 과정은 블럭(1310)으로 진행된다. 전기수술 도구의 경우, 사용자는 에너지 페달에서 발을 들어올려 떼서 에너지 페달을 해제할 수 있으며, 이로써 스위치가 열려서 전기수술 에너지 적용이 중단될 수 있다. 과정은 블럭(1310)으로 진행된다.
블럭(1310)에서, 인풋 장치 활성화가 해제되지 않았다고 가정하면, 전기수술 장치가 활성화되어 환자의 조직에 에너지가 적용된다. 다음에, 과정은 블럭(1312)로 진행된다.
블럭(1312)에서, 인풋 장치 활성화가 해제되었는지가 결정된다. 그렇지 않다면 과정은 블럭(1312)으로 되돌아가서 인풋 장치 활성화 해제 여부의 감지를 계속한다. 인풋 장치 활성화 해제가 감지된 경우, 사용자의 발을 페달로부터 들어올리고, 과정은 블럭(1313)으로 진행된다.
블럭(1313)에서, 인풋 장치 활성화가 해제된 상태에서, 전기수술 장치 활성화가 해제되어 에너지가 조직에 더 이상 송달되지 않게 된다. 다음에, 과정은 블럭(1302)로 되돌아가 루프를 통해 과정이 계속된다.
이 방식에서, 인풋 장치가 활성화되어 전기수술 에너지가 조직에 송달될 때마다 전기수술 장치를 활성화하는데 있어서 의사의 실수가 있는지의 여부가 점검된다. 그러나, 의사는 한 번만 상기하여, 전기수술 장치의 활성화가 적절히 이루어졌는지의 여부를 한 번만 점검할 수 있다. 이 경우, 블럭(1306)에 의해 도입되는 반복적인 지연 기간은 최초 점검이 이루어진 후에는 불필요할 수 있다.
도 13b와 관련해서, 본 발명의 다른 구체예에 따른 전기수술 도구의 개선된 활성화 과정의 순서도가 도시된다. 이 과정에서, 전기수술 장치의 활성화가 적절히 이루어졌는지를 결정하기 위한 점검이 먼저 수행된다. 계속해서, 전기수술 도구가 정해진 시간 동안 반복해서 사용되는 경우에는, 전기수술 장치의 활성화에 지연 기간을 두지 않는다. 도 13b에 도시된 과정에서는 활성화가 지연되는 지연 기간을 둔 활성화 루프와 뒤이은 지연 기간을 두지 않은 활성화 루프를 가진 것을 볼 수 있다. 과정은 블럭(1300)에서 시작해서 블럭(1302)으로 진행된다.
블럭(1302)에서 전기수술 에너지를 도구에 적용할 수 있도록 인풋 장치가 활성화되는지가 결정된다. 인풋 장치가 활성화되지 않았다면 과정은 블럭(1302)으로 되돌아가 반복된다. 인풋 장치가 활성화된다면 과정은 블럭(1304)으로 진행된다.
블럭(1304)에서, 전기수술 활성화 과정의 시작을 나타내는 사용자 피드백이 생성되어 사용자에게 제공된다. 다음에, 과정은 블럭(1306)으로 진행된다.
블럭(1306)에서 정해진 시간의 지연 기간이 전기수술 장치의 활성화 전에 도입된다. 이 지연 기간은 사용자가 피드백을 받아들여, 오인-적용의 경우 조직 손상을 피하기 위해 인풋 장치의 활성화를 해제하도록 결정할 수 있는 시간을 준다. 만일 피드백이 사용자 선택과 일치한다면, 사용자는 인풋 장치의 활성화를 해제하지 않고, 전기수술 에너지가 적용되기 전에 정해진 시간 동안 대기할 수 있다. 지연 기간 후, 과정은 블럭(1308)으로 진행된다.
블럭(1308)에서 인풋 장치 활성화가 해제되었는지가 결정된다. 그렇다면 과정은 블럭(1302)으로 되돌아간다. 그렇지 않다면 인풋 장치가 활성화된 상태에서 과정이 블럭(1310)으로 진행된다.
블럭(1310)에서, 전기수술 장치가 활성화되어 전기수술 에너지가 선택된 쪽의 도구의 끝에서 조직에 송달된다. 다음에, 과정은 블럭(1312)으로 진행된다.
블럭(1312)에서, 인풋 장치 활성화가 해제되었는지가 다시 결정된다. 그렇지 않다면 과정은 인풋 장치 활성화 해제가 감지될 때까지 계속해서 순환된다. 인풋 장치 활성화 해제가 감지되었다면, 과정은 계속되고, 블럭(1313)으로 진행된다.
블럭(1313)에서, 인풋 장치 활성화가 해제된 상태에서, 그것에 응하여 전기수술 장치 활성화가 해제된다. 다음에, 과정은 블럭(1314)으로 진행된다.
블럭(1314)에서 인풋 장치가 재활성화되었는지가 결정된다. 그렇다면 과정은 블럭(1318)으로 진행된다. 인풋 장치가 재활성화되지 않았다면 블럭(1316)으로 과정이 진행된다. 인풋 장치는 하나 이상의 에너지 페달일 수 있고, 사용자는 발로 페달을 눌러서 조직에 전기수술 에너지를 적용하도록 요청한다.
블럭(1316)에서, 인풋 장치의 재활성화 전에 정해진 시간 기간이 경과되었는지가 결정된다. 정해진 시간 기간 동안 시스템은 전기수술 장치를 반복해서 사용할 것인지 아닌지를 결정할 수 있다. 인풋 장치 재활성화 전의 시간 기간이 짧은 경우에는 전기수술 도구가 반복해서 사용된다. 만일 인풋 장치가 정해진 시간 기간이 경과되기 전에 재활성화된다면, 과정은 블럭(1318)으로 진행된다. 만일 인풋 장치가 재활성화되지 않고 정해진 시간 기간이 경과되었다면, 과정은 블럭(1302)으로 진행되어 처음의 지연 기간을 둔 활성화 루프가 반복되고, 여기서 사용자는 인풋 활성화와 조직에 대한 전기수술 에너지의 적용을 취소할 수 있다.
블럭(1318)에서, 전기수술 장치의 반복된 활성화에 대한 피드백이 사용자에게 제공된다. 다음에, 과정은 블럭(1310)으로 되돌아가고, 여기서 전기수술 장치가 다시 한번 활성화된다. 블럭(1310-1318)은 재활성화 전에 짧은 시간 기간을 두고 전기수술 장치가 반복해서 사용될 때 반복된다.
그래픽 방식 사용자 인터페이스 형성 방법
도 14와 관련해서, 그래픽 방식 사용자 인터페이스를 생성하고, 비디오 이미지로서 GUI를 표시하여 사용자에게 시각적 피드백을 제공하는 과정의 순서도가 도시된다. 이 과정은 과정 블럭(1400)에서 시작해서 과정 블럭(1404)로 진행된다.
과정 블럭(1404)에서, 제 1 측과 연계된 제 1 전기수술 도구의 에너지 활성화 상태를 나타내기 위해 사용자 인터페이스의 제 1 측에 제 1 색 테두리된 부분이 생성된다. 제 2 측과 연계된 도구 타입인 제 2 도구의 에너지 활성화 상태를 나타내기 위해 사용자 인터페이스의 제 2 측에 제 2 색 테두리 부분이 생성된다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 대로, 오른편 색 테두리(502R)는 청색으로 표시되어 제 1 도구가 의사에 의해 활성화될 수 있는 전기수술 도구임을 나타낼 수 있다. 반대로, 502R에서 좌측 색 테두리는 갈색으로 표시될 수 있으며, 이것은 전기수술 도구(에너지 용량이 없는 수술 도구)가 왼편과 연계되어 있지 않아서, 조직에 에너지를 제공하도록 제어될 수 없다는 것을 나타낼 수 있다. 다음에, 과정은 블럭(1406)으로 진행된다.
과정 블럭(1406)에서, 에너지 편측성 지정 아이콘(에너지 볼 아이콘(508))이 사용자 인터페이스의 제 1 측 또는 제 2 측에 생성되어, 좌측 또는 우측 편측성과 사용자에 의해 선택된 쪽에서 로봇 수술 도구의 에너지 제어가 활성 상태인지 또는 비활성 상태인지를 나타낼 수 있다. 다음에, 과정은 블럭(1408)으로 진행된다.
블럭(1408)에서, 수술 시스템의 페달 제어 기능을 나타내기 위해 페달 아이콘을 포함하는 아이콘 페달 맵이 사용자 인터페이스의 중심 근처에 생성된다. 아이콘 페달 맵은 하나 이상의 스왑 또는 컨트롤 페달 아이콘을 포함할 수 있다. 아이콘 페달 맵은 그래픽 방식 사용자 인터페이스에 의해 표시될 수 있는 마스터 컨트롤 아이콘의 일부분이다. 아이콘 페달 맵은 로봇 수술 시스템에서 페달의 제어 상태를 표시할 수 있다. 페달 아이콘과 그것의 페달 맵에서의 위치는 사용자의 발에 의해 제어될 수 있는 풋 페달을 축척으로 나타낸 것일 수 있다. 다음에, 과정은 블럭(1410)으로 진행된다.
블럭(1410)에서, 좌우측의 활성 또는 비활성 마스터 그립 컨트롤을 나타내기 위해 마스터 그립 아이콘을 포함하는 아이콘 마스터 그립 핸들 맵이 생성된다. 도 5a에 도시된 대로, 마스터 그립 핸들 맵은 마스터 컨트롤 아이콘(510)의 일부분이다. 마스터 그립 아이콘은 사용자의 손에 의해 제어될 수 있는 마스터 그립 인풋 컨트롤을 축척으로 나타낸 것일 수 있다. 다음에, 과정은 블럭(1412)으로 진행된다.
블럭(1412)에서, 수술 동안 사용자가 제어할 수 있는 현재 장착된 수술 도구의 타입을 나타내기 위한 하나 이상의 문자 탭이 생성될 수 있다. 제 1 전기수술 도구에 위치된 사용자 인터페이스의 제 1 측에 제 1 문자 탭이 생성되어 해당 도구 타입을 나타낸다. 제 2 도구와 연계된 사용자 인터페이스의 제 2 측에 제 2 문자 탭이 생성되어 해당 도구 타입을 나타낸다. 사용자 인터페이스의 제 1 측 또는 제 2 측에 제 3 문자 탭이 생성되어 제 3 도구와 연계될 수 있으며, 이것은 스왑 대상이 될 수 있는 도구 타입을 나타낼 수 있다. 도 5a에는 좌측 도구 타입 문자 아이콘(505L), 우측 도구 문자 아이콘(505R), 및 스왑 도구 문자 아이콘(509)가 도시된다. 다음에, 과정은 블럭(1414)으로 진행된다.
블럭(1414)에서, 하나 이상의 각 수술 도구의 제어와 연계된 하나 이상의 도구 아이콘 번호가 생성된다. 도 5a에서, 우측 도구 번호 아이콘(504R), 좌측 도구 아이콘(504L), 및 스왑 도구 아이콘 번호(504S)가 사용자 인터페이스에 생성된다. 다음에, 과정은 블럭(1416)으로 진행된다.
블럭(1416)에서, 수술 작업부위의 이미지를 캡처하는 내시경 카메라의 방향과 연계된 카메라 방향 아이콘이 사용자 인터페이스에 생성된다. 이것은 수술 부위의 이미지와 관련하여 카메라의 방향을 지시해서 기준 프레임을 제공한다. 다음에, 과정은 블럭(1418)으로 진행된다.
과정 블럭(1418)에서, 사용자 인터페이스는 표시 장치의 비디오 이미지 위에 오버레이된다. 사용자 인터페이스는 그래픽 발생기(322)에 의해 그래픽 방식으로 생성되고, 비디오 이미지와 함께 융합되어 비디오 이미지 위에 오버레이된다. 그래픽 방식 사용자 인터페이스가 비디오 이미지와 함께 융합된 상태에서, 이미지 프레임의 픽셀 정보가 표시 장치로 전송되어 표시될 수 있다.
사용자 인터페이스에 생성된 아이콘들은 색(밝은 색 또는 어두운 색), 위치(좌측 또는 우측), 및 정보 내용(활성 아이콘/비활성 아이콘)이 변할 수 있다. 또한, 시간이 지나면서 더 많은 이미지 프레임이 내시경 카메라에 의해 캡처되기 때문에 비디오 이미지도 시간이 지날수록 변할 수 있다. 이 경우, 비디오 이미지 위에 오버레이되는 그래픽 방식 사용자 인터페이스를 계속해서 생성할 필요가 있으므로 과정 단계 중 하나 이상이 반복될 수 있다. 수술이 완료되면 카메라가 꺼지고, 과정은 블럭(1499)으로 진행되어 종료된다. 다수의 과정이 보여지고 순서대로 수행되는 것으로 설명되지만, 이들 중 하나 이상이 병행하여 수행되는 등, 동시에 수행될 수도 있다.
에너지 편측성 전환
앞에서 에너지 편측성 전환, 또는 간단히 에너지 스왑이 도 5a와 다른 도면들을 참조하여 설명되었다. 의사용 콘솔에서의 에너지 스왑 방법이 도 15의 순서도를 참조하여 지금부터 설명된다.
도 15와 관련해서, 한 편에 있는 한 수술 도구에서 반대편에 있는 다른 수술 도구로 에너지 편측성을 바꾸는 방법이 순서도로서 도시된다. 이 과정은 과정 블럭(1500)에서 시작해서 과정 블럭(1502)으로 진행된다.
과정 블럭(1502)에서, 에너지 제어의 편측성을 좌측에서 우측으로, 또는 우측에서 좌측으로 바꾸도록 에너지 스왑이 요청되었는지가 결정된다. 에너지 스왑은 사용자가 에너지 스왑 페달(706R)을 눌러서 요청할 수 있다. 만일 에너지 스왑이 요청되지 않았다면, 과정은 에너지 스왑 페달을 선택하는 방식으로 사용자에 의해 에너지 스왑이 요청될 때까지 블럭(1502)으로 다시 돌아간다. 만일 에너지 제어가 한 편에서 다른 편으로 넘어가도록 사용자가 에너지 스왑을 요청했다면(에너지 스왑 페달을 눌렀다면), 과정은 과정 블럭(1504)으로 진행된다.
과정 블럭(1504)에서, 에너지 스왑 페달의 선택에 응하여 에너지 제어 편측성이 제 1 측에서 제 2 측으로 전환된다. 예를 들어, 도 5a에 도시된 사용자 인터페이스에 표시된 대로 오른편에서 도 5c에 도시된 사용자 인터페이스에 표시된 대로 왼편으로 에너지 제어 편측성이 전환될 수 있다. 다음에, 과정은 블럭(1506)으로 진행된다.
과정 블럭(1506)에서, 에너지-편측성 지정 아이콘(에너지 볼(508))이 사용자 인터페이스의 제 1 측에서 제 2 측으로 이동되어, 사용자에게 에너지 편측성이 전환되었음을 표시해 준다. 예를 들어, 도 5a는 우측 색 테두리(502R)에 있는 에너지 볼 아이콘(508)을 도시한다. 사용자로부터 에너지 스왑이 요청되면 에너지 볼 아이콘이 자리를 바꾼다. 도 5c에 도시된 대로, 예를 들어 스왑 후 에너지 볼 아이콘(508")은 왼편 테두리(502L)에 나타난다. 다음에, 과정은 블럭(1508)으로 진행된다.
블럭(1508)에서, 제 2 측에 전기수술 가능한 도구가 설치되었는지, 그렇다면 적절한 전기수술 발전기가 제 2 측 인풋 장치에 의해 제어되는지가 결정된다. 만일 제 2 측에 전기수술 가능한 도구가 설치되고, 적절한 전기수술 발전기가 제어를 받는다면, 과정은 블럭(1510)으로 진행된다. 그렇지 않다면, 과정은 블럭(1512)로 진행된다.
블럭(1510)에서 제 2 측에 전기수술 가능한 도구가 설치되고, 적절한 전기수술 발전기가 제 2 측 인풋 장치에 의해서 제어된다고 가정하면, 활성 에너지 테두리와 활성 에너지-편측성 지정 아이콘이 사용자 인터페이스의 제 2 측에 표시된다. 에너지 제어가 이제 반대편으로 넘어가므로, 사용자 인터페이스의 제 1 측에는 비활성 에너지 테두리가 표시될 수 있다. 도 5a에 도시된 오른편 테두리(502R)는 활성 에너지 볼 아이콘(508)과 함께 활성 에너지 테두리를 도시한다. 스왑 후에, 도 5c에 도시된 오른편 테두리(502R')는 비활성 에너지 테두리를 도시한다.
블럭(1512)에서 제 2 측에 전기수술 가능한 도구가 설치되지 않거나, 아니면 적절한 전기수술 발전기가 제 2 측 인풋 장치에 의해 제어되지 않는다고 가정하면, 사용자 인터페이스의 제 1 측과 제 2 측에 비활성 에너지 테두리가 표시된다. 도 5c는 양측의, 즉 왼편 테두리(502L)와 오른편 테두리(502R')의 비활성 에너지 테두리를 도시한다. 또한, 도 5c에 도시된 것과 같이, 비활성 에너지 편측성 지정 아이콘(508")이 생성되어 표시될 수 있다.
한 편에서 다른 편으로의 에너지 제어 스왑과 사용자 인터페이스(1512)에 사용자에게의 적절한 피드백의 표시를 완료한 후에, 과정은 블럭(1599)으로 진행하여 다른 에너지 제어 스왑을 하도록 사용자가 선택할 때까지 종료될 수 있다.
원격제어 장비의 적응형 통합 제어
여러 수술 과정에서, 의사는 단극 또는 양극 전기수술 도구의 전기수술 발전 유닛(ESU)에 더하여 로봇 수술 도구의 제어되는 장비에서 하나 이상의 부분을 사용할 수 있기를 원한다. 예를 들어, 의사는 제어되는 장비로서 초음파 발생장치 또는 레이저 발생장치가 필요한 초음파 도구나 레이저 가능한 도구를 사용하고 싶어할 수 있다. 가외의 제어되는 장비를 사용하기 위해, 외부 전용 활성화 페달이 의사용 콘솔(150, 150A) 외부에 위치되었다. 이미 의사는 페달(318)에서 발을 뗀 상태이므로, 가외의 제어되는 장비를 활성화하여 추가의 로봇 수술 도구에 신호를 보낼 수 있다. 페달(318)로부터 발을 멀리 이동시켜 가외의 전용 활성화 페달을 제어하는 것은 불편하며, 의사가 모니터로부터 발로 시선을 돌려야 하기 때문에 수술하는 동안 효율이 저하될 수 있다.
의사가 수술 과정에서 복수의 ESU뿐만 아니라 다른 원격 제어가능한 장비를 로봇 수술 기구와 함께 사용할 수 있는 유연성을 증가시키기 위해, ESU, 활성화 페달, 및 로봇 수술 기구 사이에 적응형 통합 인터페이스가 제공된다. 적응형 통합 인터페이스는 원격제어 장비가 로봇 수술 기구의 타입, 각 기구를 지원하는 제어되는 장비 및 사용자에 의한 하나 이상의 활성 도구 선택에 따라서 의사용 콘솔의 페달에 의해 제어되도록 소프트웨어에 의해 프로그램될 수 있다. 의사는 다수의 ESU와 다른 제어되는 장비, 예를 들어 흡인 펌프, 관주 펌프, 및 스테이플 장치를 의사용 콘솔로부터 적응형 통합 인터페이스 컨트롤러와 통합 컨트롤 시스템에 의해서 제어할 수 있다.
도 16과 관련해서, 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템(1600)의 블럭 다이어그램이 도시된다. 통합 컨트롤 시스템의 핵심은 바로 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)이다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 도 1b에 도시된 의사용 콘솔(150) 또는 컨트롤 카트(150B)에 위치될 수 있다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 함께 연결된 복수의 입출력 인터페이스(1671A-1671N)와 신호 맵핑 장치(맵핑 로직이라고도 한다)(1672)를 포함한다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 맵핑 장치(1672)와 사용자 인터페이스 입력 장치(1601A- 1601B) 사이에 연결된 사용자 입력 인터페이스(1681)를 더 포함할 수 있으며, 이로써 하나 이상의 풋 페달 스위치의 선택에 응하여 제어 신호를 생성할 수 있다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 사용자 인터페이스 출력 장치(1610A-1610B)와 연결된 사용자 출력 인터페이스(1691) 및 프로세서와 연결된 프로세서 인터페이스(도시되지 않음, 도 21 참조)를 더 포함할 수 있으며, 이로써 여기 설명된 다양한 사용자 인터페이스 기술에 의해서 사용자에게 로봇 수술 도구의 상태(예를 들어, 활성 또는 바로 발열될 수 있도록 예열된 것 또는 비활성)를 알릴 수 있다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 맵핑 로직에 연결된 도구 인터페이스(1692)를 더 포함할 수 있으며, 이로써 하나 이상의 로봇 수술 도구(101A- 101N) 또는 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')와 교신할 수 있다. 도구 인터페이스는 하나 이상의 로봇 수술 도구(101A-101N) 또는 지능형 로봇 수술 도구((101A'-101B')로부터 도구 정보를 읽어올 수 있다.
통합 컨트롤러(1651)는 사용자 인터페이스 입력 장치(1601A, 1601B) 및 사용자 인터페이스 출력 장치(1610A, 1610B)와 교신되도록 연결되며, 이로써 사용자로부터 입력 명령을 수신하고 사용자에게 피드백을 제공할 수 있다. 또한, 통합 컨트롤러(1651)는 하나 이상의 전기수술 발전 유닛(102A', 102B') 또는 다른 원격 제어가능한 장비(1602)와 교신되도록 연결될 수 있다. 전기수술 유닛(102A', 102B')과 다른 원격 제어가능한 장비(1602)는 의사용 콘솔로부터 원격 제어되며, 본원에서는 종합해서 원격 제어가능한 장비(1610)라고 언급될 수 있다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 또한 원격 제어가능한 장비(1610)에 연결된 하나 이상의 로봇 전기수술 도구(101A, 101B) 및/또는 다른 로봇 수술 도구(101N)와도 교신될 수 있다.
통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 로봇 수술 도구의 기능 지원을 위해서 장비를 적절히 제어할 수 있도록 연결된 전기수술 유닛(102A', 102B')과 다른 원격 제어가능한 장비(1602)에 대한 정보를 수신할 수 있다. 통합 컨트롤러(1651)에 연결된 원격 제어가능한 장비에 대한 정보를 제공하기 위해, 하나 이상의 스마트 케이블(1652)이 사용될 수 있다.
스마트 케이블(1652)은 특수 설계된 케이블로서, 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)에 전기수술 유닛(102A', 102B')과 다른 원격 제어가능한 장비(1602)에 관한 정보를 제공한다. 스마트 케이블(1652)은 ESU 또는 제어되는 장비의 활성화 포트와 통합 컨트롤러(1651)의 입출력 인터페이스(1671A-1671N) 사이에 연결된다. 통합 컨트롤러의 입출력 인터페이스(1671A-1671N)는 소프트웨어 제어형 스위치를 구비하며, 이것은 ESU 또는 다른 제어되는 장비의 활성화에 필요한 신호화 타입에 따라 적응될 수 있다. 스마트 케이블은 통합 컨트롤러에 맞는 ESU 또는 다른 제어되는 장비를 식별하는 고유 특유의 식별장치를 가지며, 이로써 ESU 또는 다른 제어되는 장비에 제공되는 표준 보급형 풋 페달과 마찬가지로 의사용 콘솔의 풋 페달 스위치가 적절히 맵핑되어 정확한 행위를 수행하게 된다. 특수 설계된 케이블은 또한 ESU 또는 다른 원격제어 장비에 관한 식별 정보를 더 가질 수 있으며, 이것을 통합 컨트롤러로 보낼 수 있다.
스마트 케이블(1652)은 데이터 케이블(1661)과 컨트롤 케이블(1662)을 포함할 수 있다. 데이터 케이블(1661)은 제어되는 장비(1610)에는 연결되지 않을 수도 있으며, 원격 제어가능한 장비(1610)에 관한 정보를 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)로 보낸다. 컨트롤 케이블(1662)은 제어되는 장비(1610)와 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651) 사이에 연결되는데, 이것에 의해서 통합 컨트롤러의 입출력 인터페이스(1671N)가 제어되는 장비(1610)에 예상되는 풋 페달 스위치의 기능을 에뮬레이트할 수 있다. 풋 페달 스위치의 에뮬레이션은 실제로 의사용 콘솔에서 풋 페달이 활성화되었을 때 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)로부터 원격 제어가능한 장비(1610)로 컨트롤 케이블(1662)을 거쳐 제어 신호를 보낸다.
대안으로서, RS232 케이블과 같은 양방향 데이터 케이블(1654)이 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)와 원격 제어가능한 장비(1610) 사이에 연결될 수 있으며, 이로써 정보가 양방향으로 서로 쉽게 보내질 수 있다. 컨트롤 케이블(1662) 대신에 또는 그것에 더하여, 제어 신호도 역시 풋 페달 스위치의 기능을 에뮬레이션하는 대신에 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)로부터 원격 제어가능한 장비(1610)로 양방향 데이터 케이블(1654)을 거쳐 보내질 수 있다.
통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 또한 로봇 암의 커넥터(242)의 단자에 연결된 도구의 핀(424)에 의해 촉진된 전기적 연결(1621A-1621N)을 통해 로봇 암에 장착된 하나 이상의 로봇 수술 도구(101A-101N)와 교신될 수 있다. 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 하나 이상의 로봇 수술 도구(101A-101N)에 대한 정보를 수신해서 로봇 수술 도구의 기능을 지원하는 원격 제어가능한 장비(1610)를 적절히 맵핑하고 제어한다. 도구의 하나 이상의 통합회로(426)에 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)에 제공되는 로봇 수술 도구에 대한 정보가 저장된다.
특정 에너지 타입을 사용하는 로봇 수술 기구가 로봇 암에 장착된 경우, 그것은 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)에서 식별되어, ESU와 같은 원격 제어가능한 장비의 적절한 부분과 일치된다. 사용자 인터페이스 입력(1601A, 1601B)과 사용자 인터페이스 출력(1610A, 1610B)이 의사용 콘솔(150, 150A)에서 의사에게 제공될 수 있으며, 이로써 의사는 수술용 콘솔의 좌측 및 우측 마스터 그립을 통해서 왼손 및 오른손으로 실제로 제어하길 원하는 기구를 선택할 수 있다. 장비 및/또는 도구의 제어가능한 특징들 중 일부는 하나 이상의 풋 페달 스위치로 맵핑될 수 있다.
통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 함께 연결된 복수의 입출력 인터페이스(1671-1671N)와 신호 맵핑 장치(1672)를 포함하며, 이로써 원격 제어가능한 장비(1610)에 따라 하나 이상의 사용자 인터페이스 입력(1601A,1601B)의 하나 이상의 풋 페달 스위치를 맵핑할 수 있다. 이 방식에서, 원격 제어가능한 장비(1610)의 각 부분은 하나 이상의 풋 페달 스위치에 의해 선택적으로 제어될 수 있다. 하나 이상의 풋 페달 스위치 중 일부를 사용해서 로봇 암 및 도구, 예를 들어 내시경 카메라와 그것이 부착된 로봇 암의 운동학을 선택적으로 제어할 수 있다. 또 다른 신호 맵핑 장치 및 추가의 입출력 인터페이스(도 16에는 도시되지 않음)를 사용하여 좌측 및 우측 마스터 그립을 맵핑해서 다른 로봇 암과 거기에 연결된 로봇 수술 도구의 운동학을 선택적으로 제어할 수 있다. 스왑 명령에 의해 좌측 및 우측 마스터 그립의 맵핑을 선택적으로 변경하여, 또 다른 로봇 암과 거기에 연결된 로봇 수술 도구의 운동학을 다른 것은 공전된 상태에서 선택적으로 제어할 수 있다.
맵핑은 통합 컨트롤러(1651)에 의해서 자동으로 수행될 수 있거나, 또는 사용자 인터페이스 입력(1601A, 1601B)을 사용하여 의사에 의해서 선택적으로 선택될 수 있다. 어느 경우든, 의사는 원격 제어가능한 장비(1610)를 쉽게 운용할 수 있고, 로봇 수술 도구(101A-101N)로의 케이블/호스(1626)를 통한 에너지, 유체, 가스 등의 공급과 그것의 조직 또는 수술 부위에의 적용을 풋 페달 및 의사용 콘솔에 의해 제공되는 다른 장치를 사용하여 선택적으로 제어할 수 있다. 의사용 콘솔에 있는 페달의 기능의 다양성은 원격 제어가능한 장비를 활성화하기 위한 외부의 독립적 페달 스위치의 필요성을 없앤다. 사용자 인터페이스 출력(1610A, 1610B)은 의사에게 케이블/호스(1626)를 통해 에너지, 유체, 가스 등이 공급되는 로봇 수술 기구(101A- 101N)와 수술 부위에서 그것을 적용하는 기구를 알려준다.
통합 컨트롤러(1651)는 하나 이상의 의사용 콘솔과 교신될 수 있으며, 이로써 제 1 의사용 콘솔의 제 1 사용자 인터페이스 입력(1601A)과 제 2 의사용 콘솔의 제 2 사용자 인터페이스 입력(1601B)을 수신하게 된다. 추가로, 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)는 제 1 의사용 콘솔에 제 1 사용자 인터페이스 출력(1610A)을 제공하는 한편, 제 2 의사용 콘솔에 제 2 사용자 인터페이스 출력(1610B)을 제공할 수 있다. 제 2 의사용 콘솔은 제 1 의사용 콘솔과는 다른 방, 건물, 도시 및/또는 나라에 멀리 위치될 수 있다.
제 1 및 제 2 사용자 인터페이스 입력(1601A, 1601B)은 각각 하나 이상의 풋 페달(704L-704R, 706L-706R, 708L-708R) 및 마스터 컨트롤러(925L-925R)를 포함할 수 있고, 각각은 여기 설명된 대로 스위치(1010)를 가진다. 제 1 및 제 2 의사용 콘솔은 원격제어 장비와 로봇 수술 도구를 상호교환하여 원격 제어할 수 있다. 예를 들어, 제 1 컨트롤 콘솔의 (제 1 사용자 인터페이스(1601A)의) 하나 이상의 풋 페달을 사용하여 원격제어 장비의 제 1 부분을 원격 제어해서 제 1 로봇 수술 도구의 기능을 지원하는 한편, 제 2 컨트롤 콘솔의 (제 2 사용자 인터페이스(1601B)의) 하나 이상의 풋 페달(1601B)을 사용하여 원격제어 장비의 제 2 부분을 원격 제어해서 제 2 로봇 수술 도구의 기능을 지원할 수 있다. 대안으로서, 제 1 의사용 컨트롤 콘솔은 로봇 수술 도구의 운동학을 제거하고, 제 2 의사용 컨트롤 콘솔은 원격제어 장비의 하나 이상의 부분을 제어할 수 있으며, 이로써 로봇 수술 도구에 대한 진공, 가스, 액체, 및 에너지의 공급을 제어함으로써 로봇 수술 도구의 기능을 지원할 수 있다. 스위치(예를 들어, 제 1 컨트롤 콘솔의 페달 스위치(706L))에 의해 콘솔 스왑 신호가 생성될 수 있으며, 이로써 원격제어 장비에 따라 제 1 또는 제 2 의사용 콘솔 중 하나의 적절한 풋 페달을 맵핑할 수 있다.
제 1 및 제 2 사용자 인터페이스 출력(1610A, 1610B)은 각각 시각적 피드백을 제공하기 위한 하나 이상의 디스플레이 장치(500)에 표시되는 그래픽 방식 사용자 인터페이스(501), 청각적 피드백을 제공하기 위한 하나 이상의 스피커(315), 및/또는 촉각적/촉감적 피드백을 제공하기 위한 마스터 컨트롤러(925) 또는 의사용 콘솔 상의 어느 다른 곳에 존재하는 하나 이상의 진동 메커니즘을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 사용자 인터페이스 출력(1610A, 1610B)에 있는 다른 장치를 사용해서 사용자 피드백을 제공할 수 있다.
도 17a와 관련해서, 전기수술 도구 및 전기수술 유닛을 제어하여 조직에 에너지를 제공하는 것에 관한 제 1 운용 방법을 설명하기 위한 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템의 단순화된 블럭 다이어그램이 도시된다. 통합 컨트롤러(1651)가 로봇 수술 도구(101A, 101B), 전기수술 유닛(102A-102C), 및 하부 우측 풋 페달(704R)과 상부 우측 풋 페달(708R)와 교신되도록 연결된다. 사용자에게 일정한 사용자 인터페이스 입력을 제공하기 위해, 편측성과 관계없이 단극 ESU 및 단극 도구에 있어서 하부 우측 풋 페달(704R)은 주 에너지원의 온/오프를 제어하고, 상부 우측 풋 페달(708R)은 부 에너지원의 온/오프를 제어한다.
통합 컨트롤러(1651)는 풋 페달로부터의 제어 신호가 전기수술 유닛을 제어하는데 있어서 선택적으로 맵핑되는 방식을 선택적으로 제어하는 페달 컨트롤 로직(1700A)을 포함한다. 페달 컨트롤 로직(1700A)은 맵핑 로직(1672) 및 I/O 인터페이스(1617A-1617N)와 함께 페달 스위치로부터의 제어 신호를 멀티플렉싱해서 하나 이상의 전기수술 유닛을 제어하여 전기수술 도구(101A-101B)에 에너지를 공급한다. 페달 컨트롤 로직(1700A)은 풋 페달 스위치로부터 적절한 제어되는 장비(102A-102C)로 보내지는 풋 페달 제어 신호를 맵핑하는 맵핑 로직(1672)을 포함할 수 있다. I/O 인터페이스(1617A-1617N)는 도 17a에서 스위치(1718)의 코어로서 표시된다.
전기수술 유닛(102A, 102C)은 에너지 공급 케이블(1726A, 1726C)을 통해 전기수술 도구(101A-101B)에 에너지를 공급할 수 있다.
스마트 케이블(1622) 또는 다른 케이블로부터의 정보를 사용하여 페달 컨트롤 로직(1700A)에 맞는 전기수술 유닛을 식별한다. 로봇 수술 도구(101A-101B)는 로봇 암에 장착되었을 때 도구 타입에 관한 정보를 접속부(1621A-1621B)를 거쳐 페달 컨트롤 로직(1700A)으로 전송한다. 이 방식에서, 페달 컨트롤 로직은 전기수술 유닛(102A-102C)과 통합 로봇 수술 시스템(1600)의 일부분이 로봇 수술 도구(101A-101B)를 인식한다. 도구와 로봇 암의 연동은 원격제어 장비에 따른 풋 페달의 맵핑을 촉발할 수 있다. 로봇 전기수술 도구(101A-101B), 전기수술 유닛(102A-102B), 및 하나 이상의 사용자 선택에 대한 정보에 응하여, 페달 컨트롤 로직(1700A)가 페달로부터 적절한 전기수술 유닛(102A, 102C)으로 보내지는 제어 신호를 멀티플렉싱하거나 맵핑해서, 의사용 컨트롤 콘솔에서 사용자가 원하는 대로 적절한 로봇 수술 도구에 에너지를 제공한다. 즉, 원격제어 장비에 따른 풋 페달의 맵핑은 예열측 맵핑이며, 기능적 맵핑은 아니다. 사용자가 로봇 암에 장착된 하나 이상의 로봇 수술 도구 중 어느 것을 선택하면, 그것이 활성화되고(편측성 선택), 의사용 콘설의 하나 이상의 풋 페달의 제어하에 원격제어 장비로부터의 공급을 수용한다. 원격제어 장비가 선택된 활성 로봇 수술 도구에 부적합하다면, 풋 페달은 기능하지 않게 되고(이들은 발열되지 않는다), 이로써 원격제어 장비는 안전 대책으로서 로봇 수술 도구에 진공, 가스, 액체, 또는 에너지를 공급하지 않을 것이다.
맵핑이 정확하게 완료된 후, 풋 페달을 눌러서 스위치를 활성화시켜 원격제어 장비에 신호를 보내서 하나 이상의 로봇 수술 도구에 진공, 가스, 액체, 에너지, 기계적 토크, 기계적 힘, 데이터 신호, 제어 신호 등을 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 페달 컨트롤 로직은 전기수술 유닛(102A-102C)에 연결되지 않아도 된다. 대신, 제어 신호 경로가 로봇 수술 도구로부터 전기수술 유닛이나 다른 원격 제어가능한 장비로 제공되어, ESU 또는 다른 원격 제어가능한 장비로부터 전기 에너지, 기체, 액체 등의 공급을 도구가 스스로 제어할 수 있다.
도 17b와 관련해서, 통합 로봇 수술 컨트롤 시스템의 다른 구체예의 단순화된 블럭 다이어그램이 도시되며, 여기서 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651')의 페달 컨트롤 로직(1700B)이 풋 페달 스위치(704L, 704R, 708L, 708L)와 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B') 사이에 연결된다. 이 경우, 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651')는 원격 제어가능한 장비(1610)(ESU(102A-102B)를 포함한다)에 연결되지 않아도 된다. 따라서, 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651')와 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B') 사이의 통신 인터페이스가 단순화될 수 있다.
지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 로봇 수술 도구(101A-101B)와 유사하지만, 추가로 자체 컨트롤러를 포함하고, 적응형 입출력 인터페이스(1771)를 선택적으로 더 포함하며, 이로써 사용자 인터페이스 입력 장치(1601A-1601B)로부터 사용자의 입력에 응하여 원격 제어가능한 장비(1610)를 제어할 수 있다. 즉, 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 원격 제어가능한 장비에 대한 사용자 명령을 지연시킬 수 있는 제어 신호 계전기로서 작용할 수 있다. 적응형 I/O 인터페이스(1771)는 원격제어 장비(102A-102B)의 하나 이상의 부분으로부터(또는 하나 이상의 스마트 케이블의 저장 장치로부터) 장비 정보를 읽어와서, 원격제어 장비에 맞는 제어 신호 레벨로 신호 레벨을 적응시킬 수 있다. 즉, 적응형 I/O 인터페이스(1771)는 원격제어 장비에 의해 일반적으로 예상되는 풋 페달 스위치를 에뮬레이션할 수 있다.
복수의 풋 페달(704L-704R, 708L-708R)이 페달 컨트롤 로직(1700B)에 연결되어 사용자로부터의 제어 신호를 수신한다. 페달 컨트롤 로직(1700B)은 데이터/제어 접속(1722A-1722B)에 의해서 각 로봇 수술 도구(101A'-101B')에 연결되어 교신된다. 로봇 수술 도구(lOlA'-lOlB')와 전기수술 유닛(102A, 102B) 사이에 연결된 스위치 컨트롤 케이블(1724A-1724B)에 의해서 제어 신호 경로가 제공된다. 케이블(1724A-1724B)은 데이터(예를 들어, 장비 정보)를 읽을 수 있는 데이터 라인과 원격제어 장비(예를 들어, 전기수술 발전 유닛)을 제어할 수 있는 컨트롤 라인 또는 케이블을 포함하는 스마트 케이블일 수 있다. 전기수술 유닛(102A, 102B)에 의해 생성된 전기 에너지는 활성화되었을 때 하나 이상의 에너지 공급 케이블(1726A-1726B)을 거쳐 ESU로부터 각 로봇 수술 도구(101A'-101B')로 공급된다. 양극 ESU와 양극 로봇 전기수술 도구의 경우, 2개의 에너지 공급 케이블이 ESU와 도구 사이에 연결된다. 상이한 타입의 원격제어 장비에 있어서, 케이블(1726A-1726B)은 로봇 수술 도구에 진공, 가스, 액체/유체 또는 에너지(예를 들어, 전기수술, 레이저, 초음파)를 공급할 수 있는 공급 케이블로서 언급될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 표준 로봇 수술 도구(101A'-101B')일 수 있고, 도 17b에서 로봇 수술 도구(101A') 주위의 광케이블로 도시된 대로, 케이블(1724A-1724B, 1726A-1726B, 1722A-1722B)이 로봇 암(153)의 적응형 I/O 인터페이스(1771')에 연결되어, 원격제어 장비와 로봇 수술 도구에 대한 공급을 제어할 수 있다.
페달 컨트롤 로직(1700B)은 풋 페달 스위치로부터 데이터/제어 접속(1722A-1722B)을 거쳐 적합한 로봇 수술 도구(101A'-101B')로 보내지는 풋 페달 제어 신호를 적절히 맵핑할 수 있는 맵핑 로직(1672)을 포함한다. 데이터/제어 접속(1722A-1722B)을 거쳐 페달 컨트롤 로직(1700B)에 의해 로봇 수술 도구(101A'-101B')에 관한 정보가 수신된다. 데이터/제어 연결(1722A-1722B)은 풋 페달로부터 각 로봇 수술 도구(101A'-101B')까지 요청/제어 신호를 보낸다. 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 각 스위치 컨트롤 케이블(1724A-1724B)을 통해 각 전기수술 유닛(102A-102B)으로 요청/제어 신호를 보낸다. 이 방식에서, 로봇 수술 도구가 스스로 에너지 케이블(1726A-26B)을 통해서 전기수술 에너지의 공급을 제어한다. 스위치 컨트롤 케이블(1724A-1724B)이 각 에너지 케이블(들)(1726A, 1726B)과 함께 그룹화되어, 원격 제어가능한 장비(1610(ESU))와 로봇 수술 도구(101A'-101B') 사이가 단일 케이블에 의해서 연결될 수 있다는 것이 주지된다.
로봇 수술 시스템의 로봇 암에 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')를 장착할 때, 시스템은 도구의 타입을 인식하고 도구 및 상응하는 원격 제어가능한 장비와 적절히 교신하기 위해서 도구에 저장된 데이터를 판독한다. 추가로, 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 케이블 감지 장치 또는 스위치를 가질 수 있으며, 이로써 케이블(1724A-1724B 또는 1726A-1726B) 중 하나가 도구에 플러그 접속되었을 때를 감지할 수 있다. 감지시 전기수술 유닛과 같은 원격제어 장비에 관한 정보가 다운로드될 수 있다. 대안으로서, ESU와 기구가 함께 연결되었을 때 ESU가 기구에 의해서 인식될 수 있는 저 에너지 신호를 보낼 수 있다. 도구의 커넥터가 소프트웨어에 의해 폴링되어 접속이 이루어졌음을 나타내는 저 에너지 신호를 감지할 수 있다. 다음에, 전기수술 유닛으로부터 정보가 다운로드되고, 지능형 로봇 수술 도구에 의해 판독된다.
지능형 로봇 수술 도구 또는 기구(101A'-101B')가 전기수술 발전 유닛(ESU)과 직접 교신하여 수술 도구에 전기 에너지를 공급하여 작동시키라는 명령을 수술 도구에 직접 내릴 수 있다. 대안으로서, 지능형 로봇 수술 도구 또는 기구(101A'-101B')는 전기수술 유닛에 의한 에너지의 활성화를 제어하거나, 또는 컨트롤 케이블이 잘못 연결된 경우에는 도구로의 에너지 공급을 중단할 수 있는 계전기를 구비할 수 있다. 어느 경우든, 전기수술 발전 유닛(102A-102B)은 스위치 컨트롤 케이블(1724A-1724B)에 연결된 통합 컨트롤 스위치 또는 신호 변환 유닛(1728)을 구비할 수 있다. 통합 컨트롤 스위치 또는 신호 변환 유닛(1728)은 스위치 컨트롤 케이블 상의 신호를 발열 신호로 전환하여 전기수술 유닛(102A 또는 102B) 또는 다른 제어되는 장비를 제어할 수 있다. 만일 신호 변환이 필요하지 않다면, 유닛(1728)은 지능형 로봇 수술 도구로부터 제어 신호를 수신하는 입력 수신기로서만 사용될 수 있다.
도 18a와 관련해서, 도 17a에 도시된 페달 컨트롤 로직(1700A)의 블럭 다이어그램이 도시된다. 풋 페달 스위치로부터 원격 제어가능한 장비(1610)로 보내지는 신호들의 멀티플렉싱을 제어하기 위해, 페달 컨트롤 로직(1700A)은 하나 이상의 도구(101)로부터 설치된 도구 타입에 관한 정보, 장비 자체로부터 이용가능한 원격 제어가능한 장비에 관한 정보, 및 어떤 풋 페달 스위치가 원격 제어가능한 장비를 제어할 수 있는 방식에 영향을 미치는 사용자 제어가능한 스위치로부터의 제어 신호를 수신한다. 이러한 사용자 제어가능한 스위치는 풋 페달(706L)과 연계된 기능 모드 컨트롤 스위치, 풋 페달(706R)과 연계된 스왑 스위치, 및/또는 마스터 컨트롤러의 마스터 그립과 연계된 하나 이상의 마스터 스위치(1010)를 포함할 수 있다. 이 경우, 페달 컨트롤 로직에 의한 풋 페달 스위치의 맵핑은 환경 의존적이다.
특히, 스왑 페달(706R)(컨트롤 스왑 페달이라고도 한다)의 에너지 스왑 스위치는 풋 페달 스위치로부터 원격 제어가능한 장비(1610)로 보내지는 제어 신호의 맵핑 또는 멀티플렉싱을 환경 의존적으로 제어한다. 스왑 페달(706R)의 에너지 스왑 스위치는 로봇 수술 암에 장착된 2개의 전기수술 도구 중 어느 것의 원격제어 장비가 에너지 컨트롤 풋 페달에 의해 제어되어야 하는지 결정한다. 우측 수직 페달(706R)의 에너지 스왑 스위치는 전기수술 도구에 에너지를 공급하는 풋 페달 제어의 편측성을 변경하여 왼편과 오른편을 스왑한다. 우측 수직 페달(706R)의 에너지 스왑 스위치는 컨트롤 스왑 신호(전기수술 도구 및 발전기의 활성 도구 신호 또는 에너지 스왑 신호라고도 한다)를 생성하여, 페달(704R, 708R)의 풋 페달 스위치로부터 이용가능한 전기수술 발전기로 보내지는 제어 신호의 맵핑을 변경해서 선택된 이용가능한 에너지 도구를 지원한다. 예를 들어, 컨트롤 스왑 신호는 제 1 로봇 수술 도구와 제 2 로봇 수술 도구에 대한 지원에서(예를 들어, 진공, 가스, 액체, 에너지, 기계적 토크, 기계적 힘, 데이터 신호, 제어 신호 등의 제공) 제 1 원격제어 장비와 제 2 원격제어 장비의 능동 제어를 바꿀 수 있다. 대안으로서, 그것은 둘 이상의 도구를 동시에 지원할 수 있는 원격제어 장비의 동일한 부부의 제어를 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤 스왑 신호는 제 1 로봇 수술 도구와 제 2 로봇 수술 도구에 대한 지원에서(예를 들어, 진공, 가스, 액체, 에너지 등의 제공) 제 1 원격제어 장비의 제어를 바꿀 수 있다.
또한, 좌측 수직 페달(706L)(암 또는 도구 스왑 페달이라고도 한다)의 기능/모드 제어 스위치를 사용하여 페달 제어 로직을 통해서 전기수술 도구(101)로 보내지는 풋 페달 제어 신호의 멀티플렉싱을 제어할 수 있다. 좌측 수직 페달(760L)의 기능/모드 제어 스위치는 한 도구에서 다른 도구로 운동학 제어 대상을 바꾸기 위한 도구 스왑 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 오른손측에서 한 도구가 활성화되어 의사용 콘솔에서 마스터 컨트롤러로 제어되는 동안, 다른 도구는 비활성화되거나 공전된다. 전기 에너지는 전형적으로 마스터 컨트롤러 중 하나에 의해 제어되지 않는 비활성 또는 공전 도구에는 공급되지 않는다. 도구들 사이에서 대상 도구가 바뀌면 제어되는 특징과 원격제어 장비도 바뀔 수 있다. 따라서, 스왑가능한 도구들 사이에서 제어 대상을 변경하기 위한 각 도구의 스왑 신호에 따라, 풋 페달 스위치로부터 원격 제어가능한 장비(1610)로 보내지는 제어 신호의 맵핑 또는 멀티플렉싱도 변할 수 있다.
만일 마스터 스위치(1010)가 선택된다면(예를 들어, 마스터 컨트롤러 중 하나를 클러치 조작하기 위해서), 페달 제어 로직이 또한 풋 페달(704L, 704R, 706L, 706R, 708L, 708R)의 풋 페달 스위치로부터의 하나 이상의 제어 신호를 무효화할 수 있다. 이 경우, 통합 컨트롤러의 입출력 인터페이스 중 하나 이상이 기능하지 않을 수 있고, 이로써 풋 페달이 잘못 눌려져도 클러치 조작되거나 마스터 컨트롤러로부터 해제된 도구에는 에너지가 공급되지 않게 된다.
또한, 하나 이상의 로봇 수술 도구(101)의 도구 타입이 풋 페달 스위치로부터 나오는 제어 신호의 맵핑 또는 멀티플렉싱에 영향을 미친다. 원격 제어가능한 장비(1610)의 각 부분은, 해당 특징을 적절히 제어할 수 있으려면 하나 이상의 풋 페달로부터 나오는 하나 이상의 제어 신호가 필요할 수 있다. 예를 들어, 로봇 수술 암과 짝을 이룬 전기수술 도구가 양극 집전장치 수술 도구라고 하면, 이 경우에는 제어되는 장비를 활성화하여 양극 도구에 전기수술 에너지를 공급하는데 단지 1개의 풋 페달 스위치만 필요하다. 다른 예에서, 설치된 도구 타입이 단극 전기수술 도구라고 하면, 이 경우에는 한 쌍의 풋 페달 스위치가 사용하여 원격 제어가능한 장비를 제어해서 단극 전기수술 도구에 주 전기 에너지와 부차적인 전기 에너지를 공급할 수 있다. 어느 경우든, 페달 제어 로직은 그것에 연결된 모든 원격 제어가능한 장비(1610)와 로봇 수술 암에 장착된 모든 타입의 로봇 수술 도구(101)를 조사해서, 풋 페달로부터의 제어 신호를 어떤 식으로 맵핑하여 원격 제어가능한 장비를 제어할지를 결정한다. 스마트 케이블의 경우, 의사는 풋 페달을 동적으로 맵핑할 수 있으며, 이로써 전기수술 발전 유닛(ESU)와의 명시적인 교신 없이도 기구를 작동시킬 수 있다.
도 18b에는 도 17b에 도시된 페달 제어 로직(1700B)의 블럭 다이어그램이 도시된다. 페달 제어 로직(1700B)은 풋 페달 스위치(704L-704R 및 708L-708R)와 인터페이스되어, 원격제어 장비(1610) 대신 로봇 수술 암에 장착된 하나 이상의 전기수술 도구(101)에 멀티플렉싱되는 제어 신호를 수신한다. 다른 방식에서, 페달 제어 로직(1700B)은 설치된 도구 타입, 이용가능한 원격 제어가능한 장비(1610), 페달 스위치(706R)로부터의 에너지/컨트롤 스왑 신호, 페달 스위치(706L)로부터의 암/도구 스왑 신호, 및 기능/모드 제어 스위치에 관한 정보를 수신하여, 적합한 전기수술 도구로 제어 신호를 멀티플렉싱할 수 있다는 점에서 유사하다. 또한, 페달 제어 로직(1700B)은 페달 제어 로직(1700A)과 유사하게 환경 의존적이다. 이 방식에서, 의사는 풋 페달을 동적으로 맵핑하여 기구에 에너지를 전달할 수 있다.
적응형 통합 컨트롤러에 의해 복수의 전기수술 발전 유닛(ESU)이 하나의 의사용 콘솔에 연결되어 제어될 수 있게 된다. 적응형 통합 컨트롤러는 시스템의 추가의 원격제어 장비를 제어하기 위해 의사용 콘솔의 정상적인 작업 발치 공간을 넘어서 페달을 확장시킬 필요를 없앤다. 로봇 수술 시스템은 효율을 높이기 위해 수술 과정 전에 원격제어 장비와 로봇 수술 도구에 따라 풋 페달을 적절히 맵핑하도록 설정될 수 있다. 여기 설명된 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 의사에게 표시되어 시스템의 상태와 에너지 페달이 어떻게 맵핑되는지를 송신할 수 있다.
소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합을 사용하여 하나 이상의 기구와 하나 이상의 풋 페달 스위치에 따른 장비(ESU)의 다수의 원격제어 부분의 활성 맵핑을 제어할 수 있다.
스마트 케이블
도 19와 관련해서, 스마트 케이블(1652)의 투시도가 도시된다. 스마트 케이블(1652)은 제 1 커넥터(1910)와 데이터 저장 장치(1902) 사이에 있는 제 1 케이블 부분(1652A), 및 제 2 커넥터(1912)와 데이터 저장 장치(1902) 사이에 있는 제 2 케이블 부분(1652B)을 포함한다. 스마트 케이블(1652)의 제 2 커넥터(1912)는 원격 제어가능한 장비(1610) 중 하나 이상의 콘센트와 접속되도록 구성된다. 제 1 커넥터(1910)는 통합 컨트롤러(1651) 또는 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')와 연결되도록 구성될 수 있다. 접속불량을 피하기 위해, 제 1 및 제 2 커넥터는 총검형 또는 스레드형 콘센트에 각각 연결되는 총검형 또는 스레드형 커넥터와 같은 잠금형 커넥터일 수 있다.
스마트 케이블의 제 1 케이블 부분(1652A)은 데이터 라인과 스위치 컨트롤 라인을 모두 가진다. 데이터 라인은 데이터 저장 장치(1902)와 제 1 커넥터(1910) 사이에 연결되며, 데이터 저장 장치로부터 정보를 읽는다. 제어가능한 장비 인터페이스(2110)의 입출력 인터페이스(1671A-1671N)와 적응형 입출력 인터페이스(1771)이 각 원격 제어가능한 장비에 필요한 신호화에 맞게 적응될 수 있기 때문에, 스마트 케이블에서 신호 변환이 필요하지 않다. 스위치 컨트롤 라인은 데이터 저장 장치(1902)를 우회해서 제 1 커넥터(1910)와 제 2 커넥터(1912) 사이에 이어질 수 있다. 이 방식에서, 스마트 케이블(1652)의 제 2 케이블 부분(1652B)은 데이터 라인은 아니며, 단지 스위치 컨트롤 라인일 수 있다.
데이터 저장 장치(1902)는 비-휘발성 메모리를 가진 통합회로 칩일 수 있으며, 여기에 원격 제어가능한 장비(1610)의 특정 부분의 식별번호 또는 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 식별 또는 정보(예를 들어, 메이커, 모델, 원격 컨트롤, 신호 레벨 등)은 원격 제어가능한 장비의 제조, 원격 제어가능한 장비의 타입, 및 풋 페달의 풋 페달 스위치에 의해서 원격 제어가능한 장비가 제어될 수 있는 방식을 나타낼 수 있다. 데이터 저장 장치에 담긴 정보(장비 정보라고도 한다)는 스마트 사용자 인터페이스가 적응될 수 있도록 하는 스마트 케이블이 부착된 원격 제어가능한 장비(예를 들어, ESU)에 관한 설명을 제공한다. 로봇 암에 장착된 도구로부터의 도구 정보(예를 들어, 기구 위치 정보, 도구 타입 정보 등)에 더하여, 풋 페달이 맵핑되어 도구가 활성화될 때 원격 제어가능한 장비를 적절히 제어할 수 있다.
대안으로서, 원격 제어가능한 장비(1610)의 통신 용량이 개선된다면, 스마트 케이블은, 예를 들어 RS232와 같은 양방향 데이터 케이블로 교체될 수 있다. 이 경우, 데이터 라인은 원격 제어가능한 장비(1610)와 통합 컨트롤러(1651) 사이에 연결되고, 데이터가 양방향으로 교신될 수 있다. 다음에, 통합 컨트롤러(1651)가 설정하고 원격 제어하는데 사용될 수 있는 정보를 위해 원격 제어가능한 장비를 조사할 수 있으며, 이로써 로봇 수술 도구에 에너지, 가스, 또는 액체를 공급할 수 있다.
적응형 입출력 인터페이스
앞에서 설명한 대로, 통합 컨트롤러(1651)는 복수의 적응형 입출력(I/O) 인터페이스(1671A-1671N)를 가진다. 각 지능형 로봇 수술 도구(101A'-101B')는 원격 제어가능한 장비와의 연결을 위해 적응형 입출력 인터페이스(1771)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(1671A-1671N, 1771)는 스마트 케이블의 컨트롤 라인을 통해 원격 제어가능한 장비(1610)에 필요한 신호 요건 타입에 맞게 적응될 수 있다. 즉, 풋 페달 스위치의 열림과 닫힘에 의해 형성되는 신호 레벨이 원격제어 장비를 제어할 수 있는 신호 레벨에 맞게 적응형 I/O 인터페이스에 의해서 적응될 수 있다. 각 I/O 인터페이스 어댑터는 컨트롤 스위치(2002)를 포함한다. 컨트롤 스위치(2002)는 스위치를 열고 닫기 위한 제어 입력 단자를 가진 트랜지스터화된 스위치 또는 기계적 지연 타입 스위치일 수 있다.
도 20a-20c는 상이한 타입의 컨트롤 라인에 따라 스위치(2002)가 적응될 수 있는 방식을 도시한다. 각 입출력 인터페이스(1671A-1671N)는 하나 이상의 컨트롤 스위치(2002)를 포함할 수 있으며, 이로써 원격 제어가능한 장비(1610)의 하나 이상의 특징을 제어할 수 있다. 각 스위치(2002)의 접속은 소프트웨어 제어하에 이루어져 원격제어 장비(1610)를 제어하는데 필요한 신호화 타입에 맞게 적응될 수 있다.
도 20a에서, 제 1 원격 제어가능한 장비가 제 1 케이블에 의해 입출력 인터페이스(1671)에 연결된다. 원격제어 장비까지 이어진 컨트롤 라인(2004A)은 제 1 원격 제어가능한 장비에 의해 풀업 전압 Vc까지 풀업 레지스터 Rpu에 의해 정상적으로 끌어 올려진다. 스위치(2002)는 컨트롤 라인(2004A)에 연결된 1개의 폴과 지면에 연결된 또 하나의 폴을 가진다. 스위치(2002)가 맵핑된 풋 페달로부터 그것의 제어 단자에 적용된 제어 신호에 의해 닫혔을 때, 스위치의 폴이 함께 연결되어 컨트롤 스위치 라인(2004)을 끌어 내려서 풋 페달이 컨트롤 라인(2004A)에 직접 부착되었을 때와 마찬가지로 원격 제어가능한 장비에 신호를 보낸다.
도 20b에서, 제 1 원격제어 장비와 상이한 제 2 원격제어 장비가 제 2 케이블에 의해 입출력 인터페이스(1671)에 연결된다. 이 경우, 컨트롤 라인(2004B)이 풀-다운 레지스터 RPd를 통해 지면까지 끌어 당겨진다. 스위치(2002)는 컨트롤 라인(2004B)에 연결된 1개의 폴과 전압원 Vx에 연결된 또 하나의 폴을 가진다. 스위치(2002)가 맵핑된 풋 페달로부터 그것의 제어 단자에 적용된 제어 신호에 의해 닫혔을 경우, 스위치의 폴이 함께 연결되어 전압원 Vx에 의해 공급되는 전압까지 컨트롤 라인(2004B)을 끌어올린다.
도 20c에서, 제 1 및 제 2 원격제어 장비와 상이한 제 3 원격제어 장비가 제 3 케이블에 의해 입출력 인터페이스(1671)에 연결된다. 스마트 케이블에 의해 한 쌍의 컨트롤 라인(2004C, 2004D)이 제공되어 원격 제어가능한 장비(1610)가 제어된다. 한 쌍의 컨트롤 라인은 스위치(2002)의 폴에 연결된다. 컨트롤 라인(2004C, 2004D)이 풋 페달 스위치에 의해 함께 단락되어 원격제어 장비에 신호를 보낼 수 있다. 이 경우, 컨트롤 스위치(2002)는 컨트롤 라인(2004C, 2004D) 사이에 연결되며, 이로써 스위치가 닫혔을 때 라인들이 함께 단락된다. 스위치(2002)의 제어 단자는 각기 맵핑된 페달로부터 제어 신호를 수신하여 스위치를 열고 닫는다.
통합 컨트롤러를 가진 컴퓨터 시스템
도 21에는 통합 사용자 인터페이스 컨트롤러(1651)의 기능을 가진 컴퓨터 시스템(151, 151B)의 블럭 다이어그램이 도시된다. 컴퓨터 시스템(151B)은 하나 이상의 마이크로프로세서(302), 스크래치 패드 저장 장치(304A)(메모리), 소프트웨어 영구 저장을 위한 디스크형 저장 장치(304B), 환자측 카트(PSC) 인터페이스(2152), 음향 발생장치(317), 그래픽 발생장치(비디오 카드)(322) 및 피드백 발생장치(324)를 더 포함하며, 도시된 대로 이들은 함께 연결되어 있다. 컴퓨터(151, 151B)의 각 요소는 중앙 버스(2100)에 연결되어 마이크로프로세서(302) 중 하나와 통신하거나, 또는 전용 버스를 통해 마이크로프로세서에 직접 연결될 수 있다.
통합 컨트롤러(1651)는 원격 제어가능한 장비 인터페이스(2120), 의사용 콘솔 인터페이스(2150), 및 크로스 포인트 스위치(2170)를 포함한다.
원격 제어가능한 장비 인터페이스(2120)는 스마트 케이블, RS232 케이블, 또는 다른 통신 채널에 의해 컴퓨터를 원격 제어가능한 장비(1610), 예를 들어 전기수술 발전 유닛(102A', 102B')에 접속시킨다.
의사용 콘솔 인터페이스(2110)는 컴퓨터와 의사용 콘솔(150, 150A)을 접속시킨다. 의사용 콘솔 인터페이스(2110)는 사용자 인터페이스 입력(1601A, 1601B)과 사용자 인터페이스 출력(1610A, 1610B)에 연결된다. 의사용 콘솔 인터페이스(2110)는 페달의 스위치 중 일부로부터 제어 신호를 수신하고, 이들을 크로스 포인트 스위치에 연결하며, 이로써 맵핑이 수행된다. 의사용 콘솔 인터페이스(2110)는 페달의 스위치 중 일부로부터 제어 신호를 수신하고, 이들을 마이크로프로세서에 의해 판독되는 버스 상에 연결하며, 이로써 크로스 포인트 스위치가 제어된다. 마스터 컨트롤러로부터의 신호와 같은 다른 제어 신호도 마이크로프로세서와 그것을 실행하는 소프트웨어 프로그램에 의해 판독되고 처리되는 버스 상에 연결되며, 이로써 시스템이 제어된다.
의사용 콘솔 인터페이스(2110)와 제어가능한 장비 인터페이스(2120) 사이에 연결된 크로스 포인트 스위치(2170)를 사용하여 의사용 콘솔의 풋 페달로부터 원격 제어가능한 장비로 보내지는 제어 신호를 맵핑할 수 있다. 다른 방식으로, 크로스 포인트 스위치가 소프트웨어 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로 실행될 수 있다. 앞에서 설명된 페달 제어 로직(1700A, 1700B)은 회로 로직, 마이크로프로세서에 의해 실행되는 디스크 저장 장치(304B)에 저장된 소프트웨어, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 맵핑을 제어할 수 있다. 소프트웨어의 경우, 마이크로프로세서가 크로스 포인트 스위치(2170)를 제어해서 시스템 주위에서 수신되는 정보에 응하여 원격제어 장비에 따라 풋 페달의 적절한 맵핑을 수행할 수 있다.
환자측 카트(PSC) 인터페이스(2152)는 환자측 카트(152)와 접속되어 종속 로봇 수술 암과 로봇 수술 도구의 운동학을 제어한다. PSC 인터페이스(2152)는 내시경 카메라 및 다른 센서 데이터 또는 수술 암 및 도구에 의해 캡처된 비디오 이미지를 수신한다.
피드백 발생장치(324)가 음향 발생장치(317) 및 그래픽 발생장치(322)에 연결되어 청각적 사용자 피드백 및/또는 시각적 사용자 피드백이 생성된다. 피드백 발생장치(324)는 의사용 콘솔에 있는 장치에 대한 피드백 제어 신호를 생성해서 촉각적 또는 진동 사용자 피드백을 제공할 수 있다. 피드백 제어 신호는 의사용 콘솔 인터페이스(1602)를 통해 의사용 콘솔에 있는 장치에 연결될 수 있다.
수술 부위의 이미지를 그래픽 방식 사용자 인터페이스의 그래픽과 함께 융합하는 그래픽 발생장치(322)로부터의 비디오 신호가 의사용 콘솔 인터페이스(2150)를 통해 의사용 콘솔에 출력되어 표시 장치에 표시될 수 있다.
청각적 피드백을 제공하기 위해 생성되는 음향 신호를 포함하는 음향 발생장치(317)에 의해 생성된 음향 신호는 의사용 콘솔 인터페이스(2150)를 통해 의사용 콘솔의 스피커에 연결될 수 있다.
결론
전술한 상세한 설명에서 어떤 부분은 컴퓨터 메모리나 저장 장치 내의 데이터 비트 운용 알고리즘 및 기호 표시와 관련해서 제시되었다. 이러한 알고리즘 설명과 표시는 데이터 프로세싱 분야의 당업자에 의해 사용되는 도구로서, 이들의 작업 내용을 다른 당업자에게 가장 효과적으로 전달할 수 있는 수단이다. 여기 제시된 알고리즘은 일반적으로 원하는 결과를 이끌어 내는 자기 모순이 없는 운용 순서인 것으로 생각된다. 물리량의 이러한 필수적인 물리적 조작들이 바로 운용이다. 반드시 그렇지는 않지만 일반적으로는 이런 물리량들은 저장, 전달, 조합, 비교, 그리고 아니면 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호의 형태를 취한다. 이러한 신호를 비트, 수치, 요소, 심볼, 캐릭터, 용어, 번호 등으로 나타내는 것은 통상적으로 이용되기도 하기 때문에 때로 편리하다.
그러나, 이러한 용어는 물론 유사한 용어들도 전부 적절한 물리량과 연계될 수 있어야 하고, 이들이 물리량에 적용되는 단지 편리한 표지일 뿐이라는 점을 염두에 두어야 한다. 구체적으로 언급되지 않는다면, 상기 논의로부터 자명한 대로, 본 명세서 전체적으로 "프로세싱" 또는 "컴퓨팅" 또는 "계산하는" 또는 "결정하는" 또는 "표시하는" 등과 같은 용어들을 이용하여 행해진 논의는, 컴퓨터 시스템 레지스터 및 메모리 내의 물리량(전자적)으로서 표시된 데이터를 컴퓨터 시스템 메모리 또는 레지스터 또는 다른 이러한 정보 저장, 트랜스미션 또는 표시 장치 내의 물리량으로서 유사하게 표시된 다른 데이터로 조작하여 변환시키는 컴퓨터 시스템, 또는 유사한 전자 컴퓨팅 장치의 비-수동, 자동, 또는 자동화된 동작 및 프로세스를 말한다.
또한, 본 발명의 구체예는 여기 설명된 운용을 수행하기 위한 장치 또는 시스템에 관한 것이다. 이 장치는 필요한 목적을 위해 특수하게 구성될 수 있거나, 또는 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 다목적 컴퓨터를 포함할 수 있다.
본 발명의 구체예들에서 하나 이상의 요소는 소프트웨어에서 실시되어 컴퓨터 시스템의 프로세서상에서 실행될 수 있다. 소프트웨어에서 실시되었을 때, 본 발명의 구체예들의 요소들은 본질적으로 필요한 작업을 수행할 수 있는 코드 세그먼트가 된다. 프로그램 또는 코드 세그먼트는 트랜스미션 매체 또는 통신 링크를 통해 캐리어 웨이브에서 구체화된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드될 수 있는 프로세서 판독가능한 저장 매체 또는 장치에 저장될 수 있다. 프로세서 판독가능한 저장 장치는 광학 매체, 반도체 매체, 및 자기 매체를 포함하는 정보를 저장할 수 있는 매체를 포함할 수 있다. 프로세서 판독가능한 저장 장치의 예들은 전자회로, 반도체 장치, 반도체 메모리 장치, 읽기전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거가능 프로그래밍 읽기전용 메모리(EPROM), 플로피 디스켓, CD-ROM, 광 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 저장 장치를 포함한다. 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크를 통해서 다운로드될 수 있다.
제시된 프로세스 및 표시는 어떤 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에만 고유하게 관련되지 않는다는 것이 주지된다. 다양한 다목적 시스템이 본원의 교시에 따라서 프로그램과 함께 사용될 수 있거나, 또는 편의에 따라 더 특수한 장치를 구성해서 설명된 운용을 수행할 수 있다. 이러한 여러 시스템에 필요한 구조는 청구항에 구성요소로서 나타나 있다. 또한, 본 발명의 구체예는 어떤 특정한 프로그래밍 언어와 관련하여 설명되지 않는다. 다양한 프로그래밍 언어를 사용해서 본원에 설명된 본 발명의 교시를 실시할 수 있음이 인정될 것이다.
본 발명의 특정한 예시적인 구체예들이 설명되고 첨부된 도면에 도시되었지만, 이러한 구체예들은 본 발명을 광범위하게 예시하는 것으로서 발명을 제한하지 않는다는 것과, 본 발명의 구체예들이 설명되고 도시된 특정 구성 및 배치에 제한되지 않으며, 당업자에 의해서 다양한 다른 변형이 일어날 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 발명의 어떤 구체예는 전기수술 시스템 및 도구를 참조하여 특별히 설명되었지만, 다른 타입의 원격제어 의료 장비와 이들의 각 수술 기구에도 이용될 수 있다.

Claims (19)

  1. 수술 시스템을 위한 사용자 인터페이스로서,
    상기 수술 시스템의 하나 이상의 수술 기구가 배치되는 원격 수술 부위의 비디오 이미지를 출력하도록 구성되는 디스플레이; 및
    상기 비디오 이미지를 가지는 디스플레이에 출력되도록 구성되는 그래픽 방식 사용자 인터페이스를 포함하고,
    상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 하나 이상의 수술 기구의 상태의 시각적 표시를 포함하고,
    상기 하나 이상의 수술 기구는 전기수술 기구이고,
    상기 시각적 표시는 하나 이상의 전기수술 기구가 전달 에너지로의 활성화를 위해 준비되거나 능동적으로 에너지를 전달하는 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 하나 이상의 수술 기구의 상태의 시각적 표시를 상기 하나 이상의 수술 기구가 상기 디스플레이 내에 각각 나타나는 곳에 근접한 디스플레이의 부분에 출력하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 디스플레이의 주변에 위치되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 수술 시스템에 의해 가동될 활성 상태에 있는 복수의 수술 기구에 대한 시각적 표시를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 디스플레이의 외관의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 활성 상태에 있는 수술 기구가 나타나는 디스플레이의 위치에 근접한 디스플레이의 부분에 위치되는 디스플레이의 외관의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 디스플레이의 상대적 오른쪽 부분 또는 상대적 왼쪽 부분에 위치되는 디스플레이의 외관의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 상기 디스플레이의 주변을 둘러싸는 테두리의 부분의 외관의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 외관의 변화는 색의 변화, 밝기의 변화, 동작의 변화 및 패턴의 변화 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 하나 이상의 수술 기구에 상응하는 것을 나타내는 번호 아이콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 디스플레이에 비디오 이미지로서 출력되는 원격 수술 부위의 이미지를 캡처하는 이미지 장치의 배향을 나타내는 추가적인 시각적 표시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 하나 이상의 수술 기구의 종류를 나타내는 추가적인 시각적 표시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 추가적인 시각적 표시는 색 및 문자숫자 중의 적어도 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 추가적인 시각적 표시는 상기 하나 이상의 수술 기구의 종류가 전기수술 기구일 때의 에너지와 관련되는 기호를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 시각적 표시는 복수의 수술 기구 중 어느 것이 상기 수술 시스템에 의한 수술 기구에 대한 제어가 다른 복수의 수술 기구로부터 교체될 수 있는 상태에 있는지를 나타내는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 그래픽 방식 사용자 인터페이스는 상기 수술 시스템의 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치의 추가적인 시각적 표시를 더 포함하고, 상기 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치는 상기 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치의 입력에 응하여 상기 하나 이상의 수술 기구의 하나 이상의 기능을 작동하도록 작동 연결되는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치의 추가적인 시각적 표시는 페달 및 그립으로부터 선택되는 하나 이상의 아이콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치의 추가적인 시각적 표시는 상기 하나 이상의 마스터 컨트롤 장치가 작동시키는 상기 하나 이상의 수술 기구의 하나 이상의 기능을 나타내는 문자숫자를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 인터페이스.
  19. 삭제
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