KR101785751B1 - 로봇 시스템에서 진동 피드백을 제공하는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

로봇 수술 시스템에서 진동 피드백을 제공하는 시스템 및 방법이 제공된다. 로봇 보조 수술 동안 진동 피드백을 제공하기 위한 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템은 센서, 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 센서는 수술 도구의 진동을 감지하도록 로봇 수술 시스템에 연결된다. 액추에이터는 제어국에서 사용자에게 진동을 제공하도록 로봇 수술 시스템에 연결된다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 전기적으로 연결된다. 제어기는 센서로부터 감지된 진동에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성된다. 센서가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하여 액추에이터가 사용자에게 진동을 제공하도록 더 구성된다. 상기 시스템은 촉각 및/또는 오디오 피드백을 제공하도록 구성될 수 있다.

Description

로봇 시스템에서 진동 피드백을 제공하는 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR PROVIDING VIBRATION FEEDBACK IN ROBOTIC SYSTEMS}

본 발명은 일반적으로 로봇 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 로봇 시스템의 사용자를 위한 진동 피드백을 제공하는 것이다.

<관련 출원의 상호 참조>

본 출원은 2010년 2월 9일 출원된 가출원 번호61/302,681을 우선권으로 하여 청구되며, 이 가출원은 전체적으로 그리고 모든 목적을 위해 참조로서 포함된다.

일반적으로 로봇 시스템은 사람이 다른 방법을 사용할 수 없거나 기꺼이 수행할 수 없는 작업을 수행하는데 유용하다. 로봇 시스템은 사람이 용이하게 복제할 수 없는 힘, 기민함, 크기 또는 명시화(visualization)를 요구하는 작업을 수행하는데 특히 유용할 수 있다. 그러한 로봇 시스템의 일예는 로봇 수술 시스템, 즉 수술 절차를 수행하는 외과 의사를 보조하는 로봇 시스템이다.

어떤 작업을 위해, 로봇 시스템은 사람 조작자가 원격으로서 제어하는 로봇 구성요소를 포함한다. 사람 조작자는 원하는 작업의 수행시, 로봇 구성요소를 제어할 수 있다.

그러나, 어떤 작업, 예를 들어 외과 수술은 매우 정밀한 로봇 구성 요소의 움직임을 필요로 하므로 로봇 시스템의 조작자의 매우 정밀한 제어가 필요하다. 정밀한 제어를 하기 위해서, 사람 조작자는 작업을 수행하기 위해 눈에 보이는 피드백(feedback), 즉 로봇 구성요소를 주시하는 것에 의존할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 향상된 로봇 시스템이 모든 유형의 작업을 수행하기 위해 필요하다.

본 발명의 태양은 로봇 시스템에서 진동 피드백을 제공하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 국면에 따라, 로봇 수술 시스템은 전기자(armature), 제어국, 센서, 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 전기자는 수술 도구를 조종하도록 구성된다. 제어국은 전기자로부터 원격으로 위치한다. 제어국은 전기자를 조작하도록 구성된 제어 핸들을 가진다. 센서는 수술 도구의 진동을 감지하기 위해 위치한다. 액추에이터는 제어국의 제어 핸들에 진동을 제공하기 위해 위치한다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 통신한다. 제어기는 감지된 진동에 대응하는 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한 제어기는, 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어, 센서가 수술 도구의 진동을 감지시 액추에이터가 제어 핸들에 진동을 제공한다 또한, 센서는 복수의 다른 축을 따라 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성되고, 제어기는 결합된 진동을 생성하기 위해 복수의 축에 따른 진동을 결합하도록 구성되고, 제어기는 액추에이터가 제어 핸들에 결합된 진동을 제공하도록 액추에이터를 구동하도록 구성된다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 보조 수술 동안 진동 피드백을 제공하는 방법은, 로봇 수술 시스템의 원격으로 위치된 제어국의 제어 핸들을 사용하여 로봇 수술 시스템의 전기자를 조작하는 단계, 수술 도구가 로봇 수술 시스템에 연결되는 동안 수술 도구의 진동을 센서로 감지하는 단계와, 센서가 수술 도구의 진동을 감지시 액추에이터를 구동하여 로봇 수술 시스템의 제어국의 제어 핸들에 진동을 제공하는 단계를 포함하고, 센서는 복수의 다른 축을 따라 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성되고, 제어기는 결합된 진동을 생성하기 위해 복수의 축에 따른 진동을 결합하도록 구성되고, 제어기는 액추에이터가 제어 핸들에 결합된 진동을 제공하도록 액추에이터를 구동하도록 구성된다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 보조 수술 동안 진동 피드백을 제공하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템은 센서, 액추에이터와 제어기를 포함한다. 로봇 수술 시스템은 수술 도구를 조종하는 전기자와, 전기자를 조작하기 위한 제어 핸들을 가지는 제어국을 포함한다. 센서는 로봇 수술 시스템에 연결되어, 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성된다. 액추에이터는 제어 핸드에 진동을 제공하기 위해 수술 시스템에 연결되도록 구성된다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 전기적으로 연결되도록 구성된다. 제어기는 센서로부터 감지된 진동에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어, 센서가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어 핸들에 진동을 제공한다.
여기서, 상기 센서는 복수의 다른 축을 따라 상기 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성되고, 상기 제어기는 결합된 진동을 생성하기 위해 상기 복수의 축에 따른 진동을 결합하도록 구성되고, 상기 제어기는 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들에 상기 결합된 진동을 제공하도록 상기 액추에이터를 구동하도록 구성된다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하는 로봇 수술 시스템을 구성하기 위한 방법은, 센서가 수술 도구의 진동을 감지하도록, 센서를 로봇 수술 시스템에 연결하는 단계, 액추에이터가 제어 핸들에 진동을 제공하도록 액추에이터를 로봇 수술 시스템에 연결하는 단계, 및 제어기를 센서 및 액추에이터와 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다.
제어기는 센서로부터 감지된 데이터에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어 센서가 수술 도구의 진동을 감지시, 액추에이터가 제어 핸들에 진동을 제공한다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 수술 시스템은 전기자, 제어국, 센서, 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 전기자는 수술 도구를 조종하도록 구성된다. 제어국은 전기자로부터 원격으로 위치한다. 제어국은 전기자를 조작하도록 구성된 제어 핸들을 가진다. 센서는 소리와 같은 신호 또는 오디오 신호 또는 수술 도구에 의해 발생된 진동을 감지하도록 연결된다. 액추에이터는 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 제공하기 위해 연결된다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 통신한다. 제어기는 센서로부터 감지된 신호에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어, 센서가 수술 도구에 의해 발생한 신호를 감지시, 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 제공한다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 시스템은 로봇 구성요소, 제어국, 센서, 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 제어국은 로봇 구성요소로부터 원격으로 위치한다. 제어국은 로봇 구성요소를 조작하도록 구성된 제어 핸들을 가진다. 센서는 로봇 구성요소의 진동을 감지하도록 구성된다. 액추에이터는 제어 핸들에 진동을 제공하기 위해 연결된다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 통신한다. 제어기는 센서로부터 감지된 진동에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어, 센서가 로봇 구성요소의 진동을 감지시, 액추에이터가 제어 핸들에 진동을 제공한다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 보조 수술을 수행하는 방법은, 로봇 전기자로부터 원격으로 위치한 제어국의 제어 핸들을 사용하여 로봇 수술 시스템의 로봇 전기자에 연결된 수술 도구를 조종하는 단계, 그에 의해 수술 도구의 진동을 발생하는 단계를 포함한다. 진동은 제어국의 제어 핸들에서 수신되며, 제어 핸들에서 수신된 진동은 수술 도구에서 발생된 진동에 대응된다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 수술 시스템은 전기자, 제어국, 센서, 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 전기자는 수술 도구를 조종하도록 구성된다. 제어국은 전기자로부터 원격으로 위치되고, 전기자를 조작하도록 구성된 제어 핸들을 가진다. 센서는 수술 도구의 진동을 감지하기 위해 위치한다. 액추에이터는 제어국에서 진동을 제공하기 위해 위치한다. 제어기는 센서 및 액추에이터와 통신한다. 제어기는 감지된 진동에 대응하여 센서로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터를 구동하도록 구성되어, 액추에이터가 제어국에서 진동을 제공한다.

본 발명의 또다른 국면에 따라, 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하는 방법은, 로봇 수술 시스템의 원격으로 위치된 제어국으로부터 로봇 수술 시스템의 전기자를 조작하는 단계, 수술 도구가 로봇 수술 시스템의 전기자에 연결되는 동안 수술 도구의 진동을 센서로 감지하는 단계와, 센서가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어국에서 진동을 제공하기 위해 로봇 수술 시스템의 액추에이터를 구동하는 단계를 포함한다.

발명은 첨부된 도면과 관련하여 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 잘 이해하게 된다. 일반적인 관행에 따라 도면의 다양한 특징은 기준화되지 않음을 강조한다. 반대로, 다양한 특징의 크기는 명확성을 위해 임의로 확대되거나 축소될 수 있다. 다음 도형이 도면에 포함된다:
도 1은 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하는 로봇 수술 시스템을 구성하기 위한 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 시스템의 센서 조립체의 실시예를 나타낸다.
도 2b는 로봇 수술 시스템에 탑재된 도 2a에 나타낸 센서 조립체를 나타낸다.
도 2c는 도 2a에 나타낸 센서 조립체의 센서 마운트 구성요소의 실시예를 나타낸다.
도 3a는 도 1의 시스템의 액추에이터 조립체의 실시예를 나타낸다.
도 3b는 로봇 수술 시스템에 탑재된 도 3a에 나타낸 액추에이터 조립체를 나타낸다.
도 3c는 도 3a에 나타낸 액추에이터 조립체의 액추에이터 마운트 구성요소의 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 국면에 따라, 로봇 보조 수술 동안 진동 피드백을 제공하는 로봇 수술 시스템을 구성하기 위한 예시적인 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5a는 본 발명의 국면에 따라 로봇 수술 시스템의 실시예를 나타낸다.
도 5b는 도 5a의 로봇 전기자의 실시예를 나타낸다.
도 5c는 도 5a의 제어 핸들의 실시예를 나타낸다.
도 5d는 도 5a의 시스템의 액추에이터의 실시예를 나타낸다.
도 5e는 도 5a의 시스템의 진폭 제어기의 실시예를 나타낸다.
도 6은 도 5a의 시스템의 로봇 전기자와 수술 도구의 또다른 실시예를 나타낸다.
도 7은 도 5a의 시스템의 예시적인 제어국을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하는 예시적인 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술을 수행하는 예시적인 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 본 발명의 국면에 따라 센서가 감지한 예시적인 진동과, 액추에이터가 제공한 예시적인 진동을 나타내는 그래프이다.

여기서 개시된 예시적인 시스템과 방법은 로봇 시스템과의 통합에 적합하다. 예를 들면, 여기서 서술된 시스템 구성요소는 원격으로 제어되는 로봇 구성요소를 가지는 로봇 시스템과 통합될 수 있다. 적합한 로봇 시스템은 조작자가 로봇 구성요소를 원격으로 제어할 수 있게 하는 제어국을 포함할 수 있다. 제어국은 로봇 구성요소를 조작시, 조작자가 조정하는 하나 또는 그 이상의 제어 핸들을 포함할 수 있다. 이 구성에서, 제어 핸들의 움직임은 대응하는 움직임을 수행하는 로봇 구성요소에 전송될 수 있다. 본 발명에 사용을 위한 예시적인 로봇 시스템은 인튜이티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc)가 제공하는 다빈치(DA VINCI) 수술 시스템이다.

공개된 예시적인 시스템과 방법은 로봇 수술 시스템에 관련하여 사용에 더 유용할 수 있다. 이하에서 서술한 것처럼, 여기서 공개된 시스템과 방법은, 로봇 보조 수술, 즉, 로봇 수술 시스템을 채용한 수술의 수행 동안, 진동 피드백과 같은 지각의 피드백을 제공할 수 있다. 여기서 사용된, “진동 피드백”이라는 용어는 촉각 피드백 뿐만 아니라 오디오 피드백을 포함하기로 한다. 진동 피드백은 수술 동안, 외과 의사의 감각적 체험을 확대시킬 수 있으며, 이를 통해, 감각적 부담을 줄이고, 외과 의사가 로봇 보조 수술을 더 정밀하고 더 빠르게 및/또는 더 쉽고 즐겁게 수행하게 한다.

이하에서 서술한 시스템 및 방법은 일반적으로 로봇 수술 시스템에 관한 것이지만, 본 발명의 국면들은 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고 비수술 로봇 시스템에 사용될 수 있음이 기대된다. 다시 말해서, 본 발명은 수술 로봇 시스템 이외의 의료 로봇 시스템 또는 비의료 로봇 시스템에 유용하게 사용될 수 있다.

예를 들면, 촉각 피드백은 사용자의 촉각이 로봇 도구로부터 분리되는 로봇 시스템에 이익이 될 수 있다. 이는 예를 들면, 사용자가 로봇 도구로부터 원격으로 있는 시스템(즉, 사용자의 손이 도구와 직접 접촉되지 않는 시스템)을 포함한다. 본 발명의 국면에 따른 수술 로봇 시스템의 상황에서, 이는 외과 의사의 손이 환자를 조종하는 수술 도구(즉 내시경 검사법 또는 다른 최소한으로 침입하는 수술 장치)와 직접 접촉하지 않는 수술 시스템을 포함한다. 다시 말해서, 촉각적 측면에서, 사용자-마스터(user-master)의 인터페이스(예를 들면 외과 의사와 수술 로봇 시스템의 제어 사이의 인터페이스)가 종-대상(slave-subject)의 인터페이스(예를 들면 로봇 수술 시스템에서 로봇 도구와 환자의 몸 사이의 인터페이스)에 거리가 있는 시스템은 유용할 수 있다.

특히, 의사는 조종의 위치로부터 의사를 분리하는, 환자의 몸에 깊이 도달하기 위한, 길고 얇은 도구를 종종 사용한다. 수술 로봇 시스템의 경우에, 이러한 도구들은 딱딱한 막대이어서, 진동이 도구를 쥐고 있는 로봇 팔에 전달된다.

다른 응용으로, 진동 센서가 신체 내에 깊이 위치한 도구 자체에 선택적으로 부착된다. 내시경적인 절차, 예를 들면, 환자의 목을 살펴보기 위해 유연성 있는 도구(내시경)의 끝에 렌즈를 사용하고, 결장 내시경술은 유사한 방식으로 내장을 탐색한다. 이러한 경우 둘다, 의사(전형적으로 소화기 전문의)는 불규칙적인 신호에 대해 세포를 시각적으로 검사하고 있다. 의심스러운 환부는 관찰 기계(scope)의 작업 경로를 통해 아래로 얇고 유연성 있는 도구를 보냄으로써 생검이 실시된다. 이 생검 도구를 기동하는 것은 매우 도전적이고, 조종하는 동안 촉각 신호를 수신할 수 있는 것은 의사에게 도움을 줄 수 있다.

심장 또는 다른 해부학적 구조에 이르기 위해, 의사가 얇은 카테터(catheter)를 정맥 또는 동맥을 통해 신체 외부로 통과시키는 정맥 접근은, 본 발명의 국면에 대해 또다른 잠재적인 출원이다. 의사는 해부학적 구조가 보기 어려운 2D 플루오로(fluoro) 이미지와 같은 낮은 품질의 이미지에 기초하여 수술할 수 있다. 대비 염료를 주입하는 것은 더 잘 보는데 도움을 주지만, 그것은 실질적으로 접촉 감각을 가지지 않는다. 그런 출원에서, 진동 센서는 카테터의 끝에 선택적으로 위치될 수 있다.

의학을 벗어나, 사람 조작자가 멀고/멀거나 위험한 환경에 있는 로봇을 제어하는 많은 경우가 있다. 예를 들면, 전쟁 지역에서 사제 폭발물을 제거하는 것은 그런 응용의 일예이다. 문을 열거나 재난 현장을 찾는 것과 같은 더 정교한 조치를 수행하는 것은 조작자에게 더 높은 수준의 피드백을 요구할 것이다. 그러한 순간에 진동 촉각 피드백이 유익할 것이다.

깊은 바다 또는 적군의 영역을 탐험하는 것은, 특히 로봇이 이 환경을 직접 다룰 필요가 있다면, 이 발명이 유익할 것이다. 바퀴 달린 로봇을 운전하는 것이라도, 사람이 횡단하고 있는 지역의 유형을 느낄 수 있다면 더 쉽게 될 수 있다.

도면을 참조하면, 도 1은 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하기 위한 로봇 수술 시스템을 구성하기 위한 예시적인 시스템(100)을 나타낸다. 시스템(100)은 사용자에게 촉각 피드백 및/또는 오디오 피드백을 제공하도록 로봇 수술 시스템을 구성할 수 있다. 시스템(100)과 함께 사용할 수 있는 적합한 로봇 수술 시스템은 수술 도구를 조종하는 전기자와, 전기자를 조작하는 제어 핸들을 가지는 제어국을 포함할 수 있다. 개요로서, 시스템(100)은 센서(102), 액추에이터(104), 제어기(106) 및 진폭 제어기(108)를 포함한다. 시스템(100)의 추가 설명은 아래에서 서술한다.

센서(102)는 로봇 수술 시스템에 연결되도록 구성된다. 일실시예에서, 센서(102)는 수술 도구의 진동 또는 수술 도구가 만든 소리를 감지할 수 있는 위치에서 로봇 수술 시스템에 연결되도록 구성된다. 센서(102)는 수술 도구의 베이스(base)에 가까이 수술 시스템의 전기자에 직접 탑재되도록 구성될 수 있다. 수술 도구가 변경될 때마다 센서(102)를 재탑재하지 않도록, 센서(102)를, 조종되는 수술 도구에 직접 탑재하기보다는 시스템 전기자에 탑재하는 것이 바람직하며, 고주파 진동 및 소리(센서(102)가 감지한 것과 같은)는 고체 물체를 통해 잘 전송하기 때문이다. 또한, 센서(102)는 살균 영역의 외부인 로봇 수술 시스템의 영역에 탑재되도록 구성될 수 있다. 로봇 수술 시스템은 환자 위에서 수행되는 수술 영역에 대응하는 살균 영역을 가질 수 있다. 센서(102)를 살균하지 않도록, 이 살균 영역의 외부에 센서(102)를 장착하는 것이 바람직하다.

두 개의 센서(102)를 나타냈으나, 시스템(100)이 몇 개의 센서(102)를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 시스템(100)은 각 전기자용 센서 또는 로봇 수술 시스템이 채용한 수술 도구를 포함할 수 있다. 또한 시스템(100)은 각 전기자 또는 로봇 수술 시스템이 채용한 수술 도구용 복수의 센서를 포함할 수 있다.

센서(102)는 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성된다. 수술 절차 동안, 고주파 진동이 강한 접촉, 자르기, 문지르기, 뚫기 및 수술 도구에 의한 많은 다른 동작 동안 자연적으로 일어난다. 센서(102)가 감지한 진동은 바람직하게는, 약 10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동이다. 센서(102)가 감지한 진동은 또한 이 주파수 범위의 들리는 소리를 포함할 수 있다. 특별한 응용 또는 사용자의 선호를 맞추기 위해, 사람이 밴드폭을 변경할 수 있도록 이 시스템은 선택적으로 재구성될 수 있다. 예를 들면, 통과밴드는 10Hz 이하 또는 이상에서 시작하고, 1000Hz 이하 또는 이상에서 끝나고, 중간 주파수 범위를 선택적으로 제거하도록 조정될 수 있다.

실시예에서, 센서(102)는 가속도계이다. 가속도계는 복수의 차원에서 수술 도구의 진동을 측정하기 위한 복수의 측정축을 포함할 수 있다. 센서(102)로서 사용을 위한 적합한 가속도계는 예를 들면, MEMS 기반의 높은 밴드폭 가속도계, 용량성 가속도계, 피에조 전기적 또는 피에조 저항성 가속도계, 홀(Hall) 효과 가속도계, 마그네토(magneto) 저항성 가속도계, 또는 열 이동 가속도계 또는 다른 적합한 가속도계를 포함한다. 하나의 구성으로, 예를 들면, 아날로그 디바이스사(Analog Device, Inc.)가 제공한 ADXL322칩이 선택적으로 사용된다. 한편, 센서(102)는 STM마이크로일렉토닉스가 제공한 LIS344ALH 3축 리니어(linear) 가속도계일 수 있다. 다른 적합한 가속도계는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

또다른 실시예에서, 센서(102)는 소리 또는 소음 센서, 예를 들어 마이크로폰이다. 마이크로폰은 수술 동안 수술 도구가 만든 소리를 기록하도록 구성될 수 있다. 센서(102)로서 사용에 적합한 마이크로폰은 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

센서(102)는 센서 조립체를 사용하여 로봇 수술 시스템의 전기자에 연결될 수 있다. 도 2a는 본 발명의 국면에 따라 예시적인 센서 조립체를 나타낸다. 실시예에서, 센서 조립체는 센서(102)와 센서 마운트(103)를 포함한다. 도 2b는 로봇 수술 시스템의 로봇 전기자에 탑재된 예시적인 센서 조립체를 나타낸다. 센서(102)가 수술 시스템의 전기자(110)에 직접 접촉되도록 센서 마운트(103)는 로봇 수술 시스템에 센서(102)를 붙일 수 있다. 수술 도구로부터의 진동을 센서(102)로 전송을 증가시키기 위해, 센서(102)가 전기자(110)와 직접 및/또는 단단하게 접촉하는 것이 바람직하다.

도 2c는 센서 조립체의 예시적인 센서 마운트(sensor mount)를 나타낸다. 실시예에서, 센서 마운트(103)는 센서(102)를 수신하기 위한 오목부(recess)(130)를 포함한다. 센서(102)가 데이터를 전송하기 위해 전선을 사용하는데, 센서 마운트(103)는 전선이 센서를 통과하고 센서(102)에 부착하기 위한 오목부(130) 및/또는, 개구(134)를 선택적으로 포함한다. 센서 마운트(103)는 로봇 수술 시스템의 로봇 전기자(110)를 연동하기 위한 연동면(136)을 더 포함한다. 센서 마운트(103)는 그 자리에 센서 마운트(103)를 고정하기 위한 플랜지(138)를 더 포함할 수 있다. 센서 마운트(103)는 연동면(136)들 사이에서 마찰 결합(fit)을 통해 로봇 수술 시스템에 센서(102)를 연결할 수 있다. 한편, 센서(102)를 로봇 수술 시스템에 연결하기 위해 센서 마운트(103)는 걸쇠(snap), 볼트, 끈, 후크 및 벨크로(VELCRO)와 같은 루프 잠그개, 접착제를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 센서(102)가 복수의 다른 유형의 로봇 수술 시스템 또는 로봇 수술 시스템의 복수의 다른 위치에 탑재될 수 있도록, 센서 마운트(103)는 조정될 수 있다. 센서 마운트(103)의 적합한 재료는 예를 들면 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 플라스틱을 포함한다. 센서 마운트(103)의 다른 적합한 재료는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

센서(102)는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는, 센서(102)는 수술 도구의 진동 또는 수술 도구가 만든 소리에 대응하는 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(102)는 도 1에 나타낸 전선을 통해 데이터를 전송하거나, 당업자가 이해하는 바와 같이 무선으로 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이, 센서(102) 또는 추가 센서는 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호를 감지할 수 있다. 센서(102)는 수술 도구의 진동과 수술 도구가 만든 소리를 모두 감지하도록 구성되며, 모두 고주파 진동으로 특징화되기 때문이다. 한편, 센서(102)는 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호(다른 고주파 진동과 반대되는)를 배타적으로 감지할 수 있다. 예를 들면, 센서(102)는 수술 동안 환자를 접촉하고 있는 수술 도구로부터 발생하는 오디오 신호를 감지할 수 있다. 센서(102)가 감지한 오디오 신호는 바람직하게는 약 15Hz와 20,000Hz 사이일 수 있다. 센서(102)는 감지된 오디오 신호에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.

일반적으로 사람이 느낄 수 있는 동일한 진동은 공기 중에서 압력파를 일으킬 수 있으며 이 압력파는 사람이 소리로 지각할 수 있다. 또한, 별개의 마이크로폰 또는 오디오 센서는 추가로 또는, 진동 센서 대신 선택적으로 사용될 수 있다. 오디오와 가속은 오실로스코프에서 유사하게 나타나기 때문에(인자(factor)에 의해 조정됨), 고주파 진동으로 인한 진동 센서로부터의 데이터를 오디오 신호로 변환하는 별도의 변환이 필요 없다고 기대된다.

액추에이터(104)는 로봇 수술 시스템에 연결되도록 구성된다. 실시예에서, 액추에이터(104)는 진동을 제어 핸들에 제공할 수 있는 위치에서, 로봇 수술 시스템에 연결되도록 구성된다. 로봇 수술 시스템은 전기자 또는 수술 도구를 조작시 조작자가 조종하는 제어 핸들을 포함할 수 있다. 액추에이터(104)는 제어 핸들에 직접 탑재될 수 있다. 한편, 액추에이터(104)는 제어 핸들과 물리적으로 접촉하는 별개의 구조로 탑재될 수 있다. 조작자에 의한 제어 핸들의 조종을 간섭하지 않도록, 제어 핸들의 조작자가 잡은 영역으로부터 떨어진 제어 핸들의 일부에 액추에이터(104)를 탑재하는 것이 바람직하다.

액추에이터(104)가 기존의 로봇 수술 시스템의 제어 핸들에 탑재될 때, 액추에이터의 무게를 감당하기 위해 제어 핸들에 평행추(counter-balance)를 부착할 필요가 있다. 평행추에 대한 적합한 무게 및 위치의 판단은 당업자가 알 수 있을 것이다. 한편, 액추에이터(104)에 대한 평행추는 로봇 수술 시스템에서 소프트웨어로 구성될 수 있다.

두 개의 액추에이터(104)를 보였으나, 시스템(100)은 몇 개의 액추에이터(104)를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 시스템(100)은 각 전기자용 하나의 액추에이터 또는 로봇 수술 시스템에 채용된 수술 도구를 포함할 수 있다. 또한, 시스템(100)은 각 센서(102)를 위한 액추에이터(104)를 포함할 수 있다. 마지막으로, 시스템(100)은 로봇 수술 시스템의 제어국에서 각 제어 핸들을 위한 하나 또는 그 이상의 액추에이터(104)를 포함할 수 있다. 시스템(100)이 복수의 다른 방향으로 진동을 제공하거나 더 큰 진동을 제공할 수 있도록 복수의 액추에이터는 제어 핸들에 채용될 수 있다. 이는 로봇 수술 시스템의 조작자가 느낀 진동의 현실성을 강화할 수 있다.

액추에이터(104)는 제어 핸들에 진동을 제공하도록 구성된다. 액추에이터(104)가 제공하는 진동은 바람직하게는 약 10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동일 수 있다. 또한, 액추에이터(104)가 제공하는 진동은 센서(102)가 감지한 수술 도구의 진동의 주파수와 일치할 수 있다. 도 10은 본 발명의 국면에 따라 센서가 감지한 예시적인 진동과 액추에이터가 제공한 예시적인 대응 진동의 그래프를 나타낸다. 절차 동안 수술 도구의 느낌을 제어 핸들에서 정확하게 재생성하기 위해, 진동의 주파수를 일치시키는 것이 바람직하다.

또한, 액추에이터(104)는 어떤 소정의 주파수에서 제어 핸들에 진동을 제공하지 않을 수 있다. 예를 들면, 로봇 전기자는 하나 또는 그 이상의 공진 주파수, 또는 전기자를 움직이는 모터의 조작에 기초한 하나 또는 그 이상의 자연 진동 주파수를 가질 수 있다. 이 주파수로 제어 핸들에 진동을 제공하는 것은 진동하는 움직임을 전기자에 전할 수 있고, 그에 의해 바람직하지 않은 진동 피드백을 생성할 수 있다. 그러므로, 액추에이터(104)는 원하지 않는 피드백을 생성하지 않도록, 전기자의 공진 주파수 또는 자연 진동 주파수로 진동을 제공하지 않도록 구성될 수 있다.

실시예에서, 액추에이터(104)는 음성 코일 액추에이터이다. 액추에이터(104)로서 사용에 적합한 음성 코일 액추에이터는 예를 들면, H2W 테크놀로지사 또는 BEI Kimco 마그네틱스가 제공한 음성 코일 리니어 액추에이터를 포함한다. 다른 적합한 액추에이터는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

액추에이터(104)는 액추에이터 조립체를 사용하는 로봇 수술 시스템의 제어국에 연결될 수 있다. 도 3a는 본 발명의 국면에 따라 예시적인 액추에이터 조립체를 나타낸다. 일실시예에서, 액추에이터 조립체는 액추에이터(104)와 액추에이터 마운트(105)를 포함한다. 도 3b는 로봇 수술 시스템의 제어 핸들에 탑재된 예시적인 액추에이터 조립체를 나타낸다. 실시예에서, 액추에이터(104)는 전선 코일(140)과 영구 자석(magnet)(미도시)을 가지는 음성 코일 액추에이터이다. 전선 코일(104)이 제어 핸들(116)에 단단하게 부착되고, 영구 자석이 리니어 베어링(142)에 탑재되고, 스프링에 의해 중심에 있도록, 액추에이터 마운트(105)는 액추에이터(104)를 탑재할 수 있다. 그러므로, 영구 자석은 전선 코일(140)을 통하는 전류에 응답하여 리니어 베어링(142) 상에서 전후로 자유롭게 움직일 수 있다. 한편, 액추에이터 마운트(105)는 영구 자석을 정지되게 보유하고, 전선 코일이 리니어 베어링 상에서 움직이는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 그러므로, 액추에이터 마운트(105)에 의해 액추에이터(104)가 영구 자석뿐만 아니라 전선 코일로부터의 진동을 제어 핸들(116)에 제공할 수 있다.

도 3c는 액추에이터 조립체의 예시적인 액추에이터 마운트를 나타낸다. 실시예에서, 액추에이터 마운트(105)는 액추에이터(104)를 수용하기 위한 공동(cavity)(150)을 포함한다. 액추에이터 마운트(105)는 액추에이터(104)를 액추에이터 마운트(105)에 단단하게 고정하기 위해, 탑재 공(154)을 가지는 탑재면(152)을 더 포함한다. 액추에이터 마운트(105)는 로봇 수술 시스템의 제어 핸들(116)을 연동하기 위한 연동면(156)을 더 포함한다. 액추에이터 마운트(105)는 액추에이터(104)의 리니어 베어링(142)을 수용하기 위한 개구(158)를 더 포함할 수 있다. 액추에이터 마운트(105)는 연동면(156)사이에 마찰 결합을 통해 액추에이터(104)를 로봇 수술 시스템에 연결할 수 있다. 한편, 액추에이터 마운트(105)는 액추에이터(104)를 로봇 수술 시스템에 연결하기 위해 걸쇠, 볼트, 끈, 후크 및 벨크로와 같은 루프 잠그개 또는 접착제를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 액추에이터(104)가 복수의 다른 유형의 로봇 수술 시스템 또는 로봇 수술 시스템의 복수의 다른 위치에 장착될 수 있도록, 액추에이터 마운트(105)는 조정될 수 있다. 액추에이터 마운트(105)의 적합한 재료는 예를 들면 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 플라스틱을 포함한다. 액추에이터 마운트(105)의 다른 적합한 재료는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

상술한 바와 같이, 액추에이터(104)는 제어 핸들과 물리적으로 접촉되는 별개의 구조로 탑재될 수 있다. 도 3b에 나타낸 바와 같이, 제어 핸들(116)이 3차원 모두 및 자유로운 각도로 이동할 수 있도록, 제어 핸들(116)은 복수의 고정 길이 암부(arm portion)(118)와 복수의 조인트(120)를 포함할 수 있다. 조작자에 의한 제어 핸들의 조종과 간섭하지 않도록, 액추에이터 마운트(105)는 로봇 수술 시스템의 조작자가 잡은 제어 핸들(122)의 부분으로부터 떨어진 암부(118)에 액추에이터(104)를 탑재하는 것이 바람직하다.

액추에이터(104)가 제어 핸들에 진동을 제공하는 것으로 상술하였으나, 액추에이터(104)가 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 또한 제공할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 한편, 액추에이터(104)는 제어 핸들의 조작자에게 배타적으로(다른 고주파 진동과 반대되는) 오디오 신호를 제공할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(104)는 스피커일 수 있고, 수술중에 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호와 일치하는 오디오 신호를 제공하기 위해 제어국에서 탑재될 수 있다. 액추에이터(104)가 제공하는 오디오 신호는 바람직하게는 약15Hz와 20,000Hz 사이에서 유지될 수 있다.

일실시예에서, 액추에이터(104)는 스피커이다. 이 구성에서, 스피커는 로봇 수술 시스템의 사용자에게 소리를 제공하는 위치에서 로봇 수술 시스템에 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 로봇 수술 시스템은 스피커가 탑재되는 제어국을 포함할 수 있다. 시스템(100)이 몇 개의 스피커(104)를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 적어도 2개의 스피커를 사용하는 것은, 로봇 수술 시스템의 사용자에게 스테레오 소리를 제공하기 위해, 바람직할 수 있다. 또한, 오디오 피드백을 제공하기 위해 스피커로 구성된 액추에이터(104)와 촉각 피드백으로 진동을 제공하도록 구성된 액추에이터(104)의 조합을 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

스피커가 제공하는 소리는 바람직하게는 전체 들리는 범위를 확장할 수 있다. 또한, 스피커가 제공하는 소리는, 바람직하게는 센서(102)가 감지한 수술 도구에 의해 초래된 소리와 일치한다. 절차 동안, 수술 도구를 다루는 경험 또는 느낌을 제어 핸들에서 정확하게 재생성하기 위해, 소리를 일치하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 액추에이터(104)는 종래의 스테레오 컴퓨터 스피커이다. 액추에이터(104)로서 사용에 적합한 스피커는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

제어기(106)는 센서(102) 및 액추에이터(104)와 전기적으로 연결되도록 구성된다. 제어기(106)는 센서(102)로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 실시예에서, 제어기(106)는 수술 도구의 감지된 진동에 대응하여 센서(102)로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 제어기(106)는 그때 센서(102)로부터의 데이터를 처리할 수 있다. 그때, 제어기(106)는 센서(102)로부터 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터(104)를 구동하도록 구성된다. 실시예에서, 센서(102)가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어기(106)는 액추에이터(104)를 구동하여, 액추에이터(104)가 제어 핸들에 진동을 제공하도록 한다.

제어기(106)는 액추에이터(104)가 제공한 진동을 판단한다. 상술한 바와 같이, 액추에이터(104)가 제공한 진동은 바람직하게는 고주파 진동, 약10Hz와 1000Hz 사이이다. 따라서, 센서(102)가 선택된 진동 주파수 범위 내에서 진동을 감지시에 제어기(106)는 단지 액추에이터(104)를 구동할 수 있다. 또한, 제어기(106)는 상술한 바와 같이 원하지 않는 피드백을 발생하지 않도록, 어떤 소정의 주파수에서 액추에이터(104)를 구동하지 않을 수 있다.

제어기(106)는 바람직하게는 센서(102)가 감지한 진동에 관하여 액추에이터(104)로부터 제어 핸들에 제공된 진동을 증폭할 수 있다. 진동을 증폭하는 것은 수술 도구의 움직임의 양질의 인식을, 로봇 수술 시스템의 조작자에게 제공할 수 있다.

실시예에서 제어기(106)는 마이크로컨트롤러이다. 제어기(106)는 센서(102)와 액추에이터(104)의 개수에 각각 대응하는 복수의 데이터 입력 및 출력을 가질 수 있다. 제어기(106)로서 사용에 적합한 마이크로컨트롤러는 상세한 설명으로부터 당업자가 알 수 있을 것이다. 한편 제어기(106)는 당업자에게 알려진 것처럼, 아날로그 회로를 포함할 수 있다.

제어기(106)는 액추에이터(104)를 구동하기 위한 데이터를 전송하도록 구성된다. 제어기(106)는 당업자가 알고 있는 것처럼 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다. 바람직하게는, 센서(102)가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어기(106)는 액추에이터(104)를 구동하기 위한 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(102)가 감지한 수술 도구의 진동에 대응하여 액추에이터(104)가 실시간으로 진동을 제어 핸들에 제공하도록, 제어기(106)는 또한 데이터를 전송할 수 있다. 로봇 수술 시스템의 조작자에 대한 정밀도와 반응 시간을 향상시키기 위해 실시간으로 액추에이터(104)를 구동하는 것이 바람직하다.

제어기(106)가 진동을 제공하기 위해 액추에이터(104)를 구동하는 것으로 상술하였으나, 제어기(106)는 또한 센서(102)로부터 수신된 데이터에 기초하여 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 제공하기 위해 액추에이터(104)를 구동하는 것은 알 수 있을 것이다. 한편, 제어기(106)는 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호(다른 고주파 진동에 반대되는)를 제공하기 위해 액추에이터(104)를 배타적으로 구동할 수 있다.

바람직하게는 로봇 수술 시스템의 사용자에게 향상된 진동 피드백을 제공하기 위해, 제어기(106)는 아래에서 서술한 것처럼 추가 신호 처리 단계들을 수행할 수 있다. 아래에서 서술한 단계들은 제어기(106)가 수행하는 것으로 서술하였으나, 센서(102) 또는 액추에이터(104)에서 관련된 처리 구성요소가 단계들을 또한 수행할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이 센서(102)는 3개의 다른 축에서 가속 데이터를 측정하도록 구성된 가속도계일 수 있다. 사람 진동 감지의 밴드폭을 일치시키기 위해, 가속 데이터의 각 축은, 예를 들어, 1000Hz의 차단 주파수를 갖는 제1차 아날로그 로우패스 필터로 채워질 수 있다. 또한 예를 들어 80Hz의 차단 주파수를 갖는 제1차 하이패스 필터는 각 신호로부터 DC 성분을 제거하고, 불안정성을 발생할 수 있는 주파수에서 전체 응답을 줄이기 위해 사용될 수 있다.

바람직하게는 전체 방향에서 진동의 하나의 신호 표본을 얻기 위해, 제어기(106)는 또한 센서(102)로부터 3개의 가속 신호를 합한다. 사람 손은 진동 감지에 민감하지 않기 때문에, 제어기(106)로 복수의 가속 신호를 합하는 것은 시간 및 스펙트럼의 특징을 적합하게 유지한다. 센서(102)로부터 제어기(106)로 또는, 제어기(106)로부터 액추에이터(104)로 가속 신호의 전송 동안, 합해진 신호는 또한 신호 대 잡음 비율을 증가시키기 위해 증폭될 수 있다.

상술한 바와 같이 센서(102)는 또한 오디오 센서, 예를 들어 마이크로폰일 수 있다. 제어기(106)는 바람직하게는 추가 처리로 센서(102)로부터 액추에이터(104)로 오디오 신호를 직접 전송할 수 있다.

시스템(100)은 또한 진폭 제어기(108)를 포함할 수 있다. 진폭 제어기(108)는 액추에이터(104)에 의해 제어 핸들에 제공된 진동의 진폭을 제어한다. 한편, 액추에이터(104)가 스피커인 경우, 진폭 제어기(108)는 액추에이터(104)에 의해 제어국에 제공된 소리의 진폭을 제어한다. 진동 및 청각적인 구동부(104)가 모두 사용되는 경우, 별개의 성분을 제어하기 위해 별개의 진폭 제어기(108)를 포함하는 것이 바람직하다. 실시예에서 진폭 제어기(108)는 제어국에 위치한다. 진폭 제어기(108)는, 제어국의 조작자가 액추에이터(104)가 제공한 진동의 진폭 또는 소리의 크기를 조정하도록 허용하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들면 진폭 제어기(108)는 원하는 진폭을 설정하기 위해 손잡이, 다이얼, 버튼, 또는 다른 입력 소자를 포함할 수 있다. 진폭 제어기(108)는 제어기(106)와 통신할 수 있다. 진폭 제어기(108)는 제어국의 조작자가 입력한 진폭 데이터에 기초하여 제어기(106)에 데이터를 전송할 수 있다. 제어기(106)는 그때 진폭 제어기(108)로부터 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터(104)가 제공한 진동의 진폭 또는 소리의 크기를 수정할 수 있다. 제공된 진동이 감지된 진동에 직접 비례하도록, 진폭 제어기(108)는 액추에이터(104)가 제공한 진동의 진폭을 제어할 수 있다. 유사하게, 진폭 제어기(108)는 제공된 소리가 감지된 소리에 직접 비례하도록 액추에이터(104)가 제공한 소리의 크기를 제어할 수 있다.

도 4는 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하기 위해 로봇 수술 시스템을 구성하는 예시적인 방법(200)을 보이는 순서도이다. 이 방법(200)은 사용자에게 촉각 피드백 및/또는 오디오 피드백을 제공하기 위해 로봇 수술 시스템을 구성할 수 있다. 방법(200)은 수술 도구를 조종하기 위한 전기자와, 전기자를 조작하는 제어 핸들을 가지는 제어국을 포함하는 로봇 수술 시스템에 채용될 수 있다. 개요로서, 방법(200)은 센서를 수술 시스템에 연결하는 단계, 액추에이터를 수술 시스템에 연결하는 단계, 및 제어기를 센서 및 액추에이터에 전기적으로 연결하는 단계를 포함한다. 설명을 위해, 이 방법(200)의 단계들은 시스템(100)의 구성요소에 관련하여 서술한다. 방법(200)의 추가 설명은 아래에서 서술한다.

단계 202에서 센서는 수술 도구의 진동을 감지하도록 수술 시스템에 연결된다. 실시예에서 센서(102)는 수술 도구의 진동을 감지할 수 있는 위치에서 로봇 수술 시스템에 연결된다. 상술한 바와 같이 센서(102)는 로봇 수술 시스템의 전기자에 직접 탑재될 수 있다. 센서(102)는 살균 영역 외부인 로봇 수술 시스템의 영역에 탑재될 수 있다.

상술한 바와 같이 센서(102)는 센서 마운트를 사용하여 로봇 수술 시스템의 전기자에 연결될 수 있다. 센서 마운트는 실질적으로 시스템(100)과 관련하여 상술한 바와 같다.

상술한 바와 같이 센서(102)는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는 센서(102)는 수술 도구의 진동에 대응하는 데이터를 단독으로 전송할 수 있다. 센서(102)는 당업자가 알고 있는 것처럼 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이 센서(102)가 수술 도구의 진동을 감지하는 것으로 서술하였지만, 센서(102)는 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호를 또한 감지할 수 있다. 수술 동안 환자를 접촉하는 수술 도구로부터 발생된 오디오 신호를 감지하기 위해, 예를 들면 센서(102)는 수술 도구에 연결된 마이크로폰일 수 있다. 센서(102)는 감지된 오디오 신호에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.

단계204에서 액추에이터는 제어 핸들에 진동을 제공하도록 수술 시스템에 연결된다. 실시예에서 액추에이터(104)는 제어 핸들에 진동을 제공할 수 있는 위치에서 로봇 수술 시스템에 연결된다. 상술한 바와 같이, 액추에이터(104)는 제어 핸들에 직접 탑재될 수 있다. 액추에이터(104)는 제어 핸들과 물리적으로 접촉하는 별개의 구조로 탑재될 수 있다.

상술한 바와 같이, 액추에이터(104)는 액추에이터 마운트를 사용하여 로봇 수술 시스템의 제어국에 연결될 수 있다. 액추에이터 마운트는 실질적으로 시스템(100)과 관련하여 상술한 바와 같다.

상술한 바와 같이, 액추에이터(104)는 감지된 진동에 대응하는 진동을 제어 핸들에 제공하도록 구성된다. 바람직하게는 액추에이터(104)가 제공한 진동은 약10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동일 수 있다. 또한, 액추에이터(104)가 제공한 진동은 센서(102)가 감지한 수술 도구의 진동의 주파수와 일치할 수 있다.

상술한 바와 같이 액추에이터(104)가 제어 핸들에 진동을 제공하는 것으로 서술하였으나, 액추에이터(104)가 또한 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 제공하는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 액추에이터(104)는 스피커일 수 있고, 수술 동안 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호와 일치하는 오디오 신호를 제공하기 위해 제어국에 탑재될 수 있다.

단계206에서 센서로부터 데이터를 수신하고 액추에이터를 구동하도록, 제어기는 센서 및 액추에이터와 전기적으로 연결된다. 실시예에서 제어기(106)는 수술 도구의 감지된 진동에 대응하여 센서(102)로부터 데이터를 수신하기 위해 센서(102)에 전기적으로 연결된다. 또한 제어기(106)는 센서(102)로부터 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터(104)를 구동하기 위해 액추에이터(104)에 전기적으로 연결된다. 센서(102)가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어기(106)는 액추에이터(104)를 구동하여, 액추에이터(104)가 제어 핸들에 진동을 제공하도록 할 수 있다. 센서(102)가 선택된 진동 주파수 범위 내에서 일어나는 진동을 감지시에, 제어기(106)는 단지 액추에이터(104)를 구동할 수 있다. 제어기(106)는 또한, 센서(102)가 감지한 진동에 관련하여 액추에이터(104)로부터 제어 핸들에 제공된 진동을 증폭할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어기(106)는 액추에이터(104)를 구동하기 위해 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는 제어기(106)는 센서(102)가 수술 도구의 진동을 감지시, 액추에이터(104)를 구동하기 위한 데이터를 단독으로 전송한다. 제어기(106)는 당업자가 알고 있는 것처럼, 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어기(106)가 진동을 제공하기 위해 액추에이터(104)를 구동하는 것으로 서술하였으나, 센서(102)로부터 수신된 데이터에 기초하여 제어 핸들의 조작자에게 오디오 신호를 제공하기 위해, 제어기(106)가 액추에이터(104)를 또한 구동할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

방법(200)은 제어기와 진폭 제어기를 전기적으로 연결하는 단계를 또한 포함할 수 있다. 실시예에서 진폭 제어기(108)는 제어기(106)와 전기적으로 연결된다. 진폭 제어기(108)는 진동의 진폭 또는 액추에이터(104)가 제공한 소리의 크기를 제어한다. 예를 들면 제공된 진동이 감지된 진동에 비례하도록, 진폭 제어기(108)는 액추에이터(104)가 제공한 진동의 진폭을 제어할 수 있다.

시스템(100)은 로봇 보조 수술시 촉각 피드백을 제공하기 위해 로봇 수술 시스템을 구성하는데 사용될 수 있다. 당업자가 알 것이나, 시스템(100)의 하나 또는 그 이상의 구성요소는 로봇 수술 시스템과 직접 통합될 수 있다. 따라서, 로봇 수술 시스템은 본 발명의 국면에서 서술된다.

도 5a는 본 발명의 국면에 따라 예시적인 로봇 수술 시스템(300)을 나타낸다. 로봇 수술 시스템(300)은 사용자에게 촉각 피드백 및/또는 오디오 피드백을 제공할 수 있다. 개요로서, 시스템(300)은 센서(302), 액추에이터(304), 제어기(306), 진폭 제어기(308), 로봇 전기자(310), 수술 도구(312), 제어국(314) 및 제어 핸들(316)을 포함한다. 시스템(300)의 추가 설명은 아래에 서술된다.

로봇 전기자(310)는 수술 도구(312)를 조종하기 위한 것이다. 도 5b 및 도 6은 본 발명의 국면에 따라 예시적인 로봇 전기자와 수술 도구를 나타낸다. 실시예에서 전기자(310)는 수술 도구(312)를 수용하도록 구성된다. 수술 도구(312)는 수술 절차 동안 사용가능한 도구일 수 있다. 적합한 수술 도구(312)는 당업자에게 알려질 것이다. 수술 도구(312)는 하나 또는 그 이상의 전기자(310)에 탑재될 수 있다.

도 6에서 나타낸 바와 같이, 로봇 전기자(310)는 복수의 고정 길이 암부 및 복수의 조인트를 포함할 수 있다. 각 조인트는 서로에 관하여 인접한 고정 길이 암부를 구부리기 위한 액추에이터를 포함할 수 있다. 이는 각 전기자(310)의 끝이 3방향 모두 및 자유로운 각도로 움직일 수 있도록 한다. 그러므로 로봇 전기자(310)는 3방향 모두 및 자유로운 각도로 수술 도구(312)를 조종할 수 있다. 자유로운 움직임은 한계 없이 수술 절차를 수행하기 위해 바람직하다. 적합한 로봇 전기자(310)는 인튜이티브 서지컬 사(Intuitive Surgical, Inc)가 제공한 DA VINCI 수술 시스템의 전기자를 포함한다. 다른 적합한 로봇 전기자(310)는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

2개의 로봇 전기자(310)를 보였으나, 시스템(300)은 몇 개의 전기자(310)를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 시스템(300)은 로봇 수술 시스템(300)이 채용한 각 수술 도구(312)용 전기자(310)를 포함할 수 있다. 한편, 시스템(300)은 하나의 전기자(310) 상의 복수의 수술 도구(312)를 포함할 수 있다.

제어국(314)은 로봇 전기자(310)를 조작하기 위한 것이다. 도 7은 본 발명의 국면에 따라 예시적인 제어국을 나타낸다. 실시예에서, 제어국(314)은 로봇 전기자(310)를 조작하기 위한 제어 핸들(316)을 포함한다. 제어국(314)은 조작자, 예를 들어 외과 의사가 로봇 전기자(310)가 잡은 수술 도구(312)를 제어함으로써 로봇 보조 수술을 수행하는 것을 허용한다. 이를 위해, 제어국(314)은 로봇 전기자(310)와 전기적으로 연결될 수 있다.

그러므로, 제어국(314)은 제어 핸들(316)의 움직임에 대응하는 데이터를 로봇 전기자(310)에 전송할 수 있다. 로봇 전기자(310)는 예를 들어 전기자(310)의 암 조인트로 액추에이터를 구동함으로써 제어 핸들(316)의 동작에 대응하는 동작으로 움직일 수 있다. 제어국은 수술 위치에서 일어나는 것을 조작자에게 나타내기 위해 비주얼(visual) 및/또는 오디오 피드백을 더 포함할 수 있다.

도 5c는 본 발명의 국면에 따라 예시적인 제어 핸들을 나타낸다. 전기자(310)와 유사하게 제어 핸들(316)이 3방향 모두 및 자유로운 각도로 이동되도록, 각 제어 핸들(316)은 복수의 고정된 길이 암부(318)와 복수의 조인트(320)를 포함할 수 있다. 한편, 제어국(314)은 단일의 자유도로 로봇 전기자(310)를 움직이는 것을 각각 조작할 수 있는 하나 또는 그 이상의 제어 핸들(316)을 포함할 수 있다. 적합한 제어국과 제어 핸들은 인튜이티브 서지컬 사(Intuitive Surgical, Inc)가 만든 DA VINCI 수술 시스템의 제어국과 제어 핸들을 포함한다. 다른 적합한 제어국(314)과 제어 핸들(316)은 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

2개의 제어 핸들(316)을 보였으나, 시스템(300)이 몇 개의 제어 핸들(316)이라도 가질 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 시스템(300)은 각 로봇 전기자(310)용 제어 핸들(316)을 포함할 수 있다.

센서(302)는 로봇 수술 시스템(300)에 연결된다. 실시예에서, 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동을 감지할 수 있는 위치에서 시스템(300)에 연결된다. 센서(302)는 전기자(310) 또는 수술 도구(312)의 부분으로서 통합될 수 있다. 하나의 전기자(310)가 복수의 수술 도구(312)용으로 사용되면 센서(302)의 수를 제한하기 위해 전기자(310)에 센서(302)를 통합하는 것이 바람직하다. 또한, 센서(302)가 전기자(310)용으로 이미 제공된 전선과 전력을 사용할 수 있도록, 전기자(310) 내에 센서(302)를 통합하는 것이 바람직하다. 한편, 시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 센서(302)는 수술 도구(312)의 베이스(base) 가까이 있는 전기자(310)에 탑재될 수 있다. 센서(302)는 실질적으로 센서 마운트(103)와 관련하여 상술한 바와 같은 센서 마운트인 센서 마운트(303)를 사용하여 전기자(310)에 탑재될 수 있다.

시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 시스템(300)이 몇 개의 센서(302)라도 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 실시예에서 시스템(300)은 로봇 수술 시스템(300)이 채용한 각 로봇 전기자(310)를 위한 하나의 센서(302)를 포함할 수 있다.

시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동을 감지하도록 구성된다. 센서가 감지한 진동은 바람직하게는 약 10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동일 수 있다. 실시예에서 센서(302)는 가속도계이다. 센서(302)로 사용할 적합한 가속도계는 센서(102)에 관련하여 상술한 바와 같은 가속도계를 포함한다. 다른 적합한 가속도계는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

센서(302)는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동에 대응하는 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(302)는 당업자가 알고 있는 바와 같이 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 센서(302)는 수술 도구(312)가 발생한 오디오 신호(다른 고주파 진동에 반대되는)를 배타적으로 감지할 수 있다. 예를 들면, 센서(302)는 수술 동안 환자를 접촉하고 있는 수술 도구(312)로부터 발생된 오디오 신호를 감지할 수 있다. 센서(302)는 감지된 오디오 신호에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.

액추에이터(304)는 로봇 수술 시스템(300)에 연결된다. 실시예에서, 액추에이터(304)는 도 5c에 나타낸 바와 같이, 제어 핸들(316)에 진동을 제공할 수 있는 위치에서 시스템(300)에 연결된다. 액추에이터(304)는 제어 핸들(316)의 부분으로서 통합될 수 있다. 제어 핸들(316)이 하나 또는 그 이상의 조인트(상술한 바와 같이)에 의해 연결된 하나의 고정된 길이 암부를 가지는 경우, 액추에이터(304)는 조작자가 보유하는 제어 핸들(316)의 부분으로부터 떨어진 고정된 길이 암부에 배치될 수 있다. 센서(302)가 전기자(310)용으로 이미 제공된 전선과 전력을 사용할 수 있도록, 전기자(310) 내에 센서(302)를 통합하는 것이 바람직하다. 한편, 액추에이터(304)는 시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 제어국(314) 또는 제어 핸들(316)에 탑재될 수 있다. 액추에이터(304)는 실질적으로 액추에이터(105)와 관련하여 상술한 바와 같은 액추에이터 마운트인, 액추에이터 마운트(305)를 사용하여 제어 핸들(316)에 탑재될 수 있다.

시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 시스템(300)이 몇 개의 액추에이터(304)를 포함할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 실시예에서, 시스템(300)은 제어국(314)의 각 제어 핸들(316)을 위해 하나의 액추에이터(314)를 포함할 수 있다.

액추에이터(304)는 제어 핸들(316)에 진동을 제공하도록 구성된다. 액추에이터(304)가 제공하는 진동은 바람직하게는 약10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동이다. 또한, 액추에이터(304)가 제공하는 진동은 센서(302)가 감지한 수술 도구(312)의 진동의 주파수와 일치할 수 있다.

또한, 액추에이터(304)는 어떤 소정의 주파수에서 제어 핸들(316)에 진동을 제공하지 않을 수 있다. 예를 들면, 로봇 전기자(310)는 하나 또는 그 이상의 공진 주파수 또는, 전기자(310)를 움직이는 조인트의 조작에 기초한 하나 또는 그 이상의 자연 진동 주파수를 가질 수 있다. 주파수로 제어 핸들(316)에 진동을 제공하는 것은, 전기자(310)에 진동 움직임을 줄 수 있고, 그에 의해 원하지 않는 진동 피드백이 생긴다. 그러므로, 원하지 않는 피드백을 피하기 위해, 액추에이터(304)는 공진하거나 전기자(310)의 자연 진동 주파수를 제공하지 않도록 구성된다.

실시예에서 액추에이터(304)는 음성 코일 액추에이터이다. 액추에이터(304)로서 사용에 적합한 음성 코일 액추에이터는 액추에이터(304)에 관련하여 상술한 어떤 음성 코일 액추에이터를 포함한다. 다른 적합한 액추에이터는 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

시스템(100)에 관련하여 서술한 바와 같이, 액추에이터(304)는 또한 제어 핸들(316)의 조작자에게 오디오 신호를 제공할 수 있다. 한편, 액추에이터(304)는 제어 핸들(316)의 조작자에게 오디오 신호(다른 고주파 진동에 반대되는)를 배타적으로 제공할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(304)는 스피커일 수 있고, 도 5d에 나타낸 바와 같이 수술 동안 수술 도구(312)가 발생한 오디오 신호와 일치하는 오디오 신호를 제공하기 위해 제어국(316)에 탑재될 수 있다.

제어기(306)는 센서(302) 및 액추에이터(304)와 통신한다. 제어기(306)는 센서(302)로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 실시예에서, 제어기(306)는 수술 도구(312)의 감지된 진동에 대응하여 센서(302)로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 또한, 제어기(306)는 센서(302)로부터 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터(304)를 구동하도록 구성된다. 실시예에서 센서(302)가 수술 도구(312)의 진동을 감지시, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하여, 액추에이터(304)가 진동을 제어 핸들(316)에 제공하도록 한다.

제어기(306)는 액추에이터(304)가 제공한 진동을 판단한다. 상술한 바와 같이, 액추에이터(304)가 제공한 진동은 바람직하게는 약10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동이다. 따라서, 센서(302)가 선택된 진동 주파수 범위 내에서 일어나는 수술 도구(312)의 진동을 감지시에, 제어기(306)는 단지 액추에이터(304)를 구동할 수 있다. 또한 상술한 바와 같이 원하지 않는 피드백을 발생하지 않도록, 제어기(306)는 어떤 소정의 주파수에서 액추에이터(304)를 구동하지 않을 수 있다. 제어기(306)는 또한, 센서(302)가 감지한 진동에 관련하여 액추에이터(304)로부터 제어 핸들(306)로 제공된 진동을 증폭할 수 있다.

실시예에서, 제어기(306)는 마이크로컨트롤러이다. 제어기(306)는 센서(302)와 액추에이터(304)의 수에 각각 대응하는 복수의 데이터 입력 및 출력을 가질 수 있다. 제어기(306)는 로봇 수술 시스템(300)을 위한 주 제어기(미도시)와 통합될 수 있다. 본 실시예에서 제어기(306)는 로봇 수술 시스템(300) 내에서 이미 제자리에 있는 전선과 전력을 사용할 수 있다. 한편, 제어기(306)는 시스템(100)과 관련하여 상술한 바와 같이 별개의 제어기일 수 있다. 제어기(306)로서 사용에 적합한 마이크로컨트롤러는 상술한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하기 위한 데이터를 전송하도록 구성된다. 제어기(306)는 당업자가 알고 있는 것처럼 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다. 바람직하게는 센서(302)가 수술 도구(312)의 진동을 감지시, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하기 위한 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(302)가 감지한 수술 도구(312)의 진동에 대응하여 액추에이터(304)가 실시간으로 제어 핸들(316)에 진동을 제공하도록, 제어기(306)는 또한, 데이터를 전송할 수 있다. 로봇 수술 시스템(300)의 조작자에 대한 정밀성 및 응답 시간을 증가시키기 위해 액추에이터(304)를 구동하는 것이 바람직하다.

시스템(100)에 관련하여 상술한 바와 같이, 센서(302)로부터 수신한 데이터에 기초하여 제어 핸들(316)의 조작자에게 오디오 신호를 제공하기 위해, 제어기(306)는 또한 액추에이터(304)를 구동할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 한편, 제어기(306)는 제어 핸들(316)의 조작자에게 오디오 신호(다른 고주파 진동에 반대되는)를 제공하기 위해 액추에이터(304)를 배타적으로 구동할 수 있다.

시스템(300)은 또한 진폭 제어기(308)를 포함할 수 있다. 도 5e는 본 발명의 국면에 따라 예시적인 진폭 제어기를 나타낸다. 진폭 제어기(308)는 액추에이터(304)에 의해 제어 핸들에 제공된 진동의 진폭을 제어한다. 실시예에서 진폭 제어기(308)는 제어국(314)에 위치한다. 진폭 제어기(308)는 실질적으로 진폭 제어기(108)에 관련하여 상술한 바와 같이 진폭 제어기일 수 있다.

도 8은 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하는 예시적인 방법(400)을 보이는 순서도이다. 이 방법(400)은, 로봇 수술 동안 사용자에게 촉각 피드백 및/또는 오디오 피드백을 제공할 수 있다. 개요로서, 방법(400)은 수술 도구의 진동을 감지하는 단계, 및 액추에이터가 제어 핸들에 진동을 제공하도록 액추에이터를 구동하는 단계를 포함한다. 설명을 위해, 방법(400)의 단계들은 시스템(300)의 구성요소와 관련하여 서술한다. 방법(400)의 추가 설명은 아래에 서술된다.

방법(400)은 로봇 수술 시스템에 의해 수행될 수 있다. 실시예에서, 로봇 수술 시스템(300)이 제공된다. 로봇 수술 시스템(300)은 수술 도구(312)를 조종하는 적어도 하나의 로봇 전기자(310)와 로봇 전기자(310)를 조작하기 위한 제어 핸들(316)을 가지는 제어국(314)을 포함한다. 적합한 로봇 수술 시스템(300)은 인튜이티브 서지컬 사(Intuitive Surgical, Inc)가 만든 다빈치(DA VINCI) 수술 시스템이다. 다른 적합한 로봇 수술 시스템은 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

단계 402에서 수술 도구의 진동은 센서로 감지된다. 실시예에서 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동을 감지한다. 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동을 감지할 수 있는 위치에서 로봇 수술 시스템(300)에 연결된다. 상술한 바와 같이 센서(302)는 전기자(310) 또는 수술 도구(312)에 직접 통합될 수 있다. 한편, 센서(302)는 로봇 수술 시스템(300)의 전기자(310)에 직접 탑재될 수 있다. 센서(302)는 살균 영역 외부인 로봇 수술 시스템(300)의 영역에 탑재될 수 있다.

상술한 바와 같이, 센서(302)는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동에 대응하는 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(302)는 당업자가 알고 있는 것처럼, 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이, 센서(302)가 수술 도구(312)의 진동을 감지하는 것으로 서술하였으나, 센서(302)가 또한 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호를 감지할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 수술 동안 환자에 접촉하고 있는 수술 도구(312)로부터 발생한 오디오 신호를 감지하도록, 센서(302)는 수술 시스템(300)에 연결된 마이크로폰일 수 있다. 센서(302)는 감지된 오디오 신호에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성될 수 있다.

단계 404에서 진동은 액추에이터 구동에 의해 제어 핸들에 제공된다. 실시예에서 센서(302)가 수술 도구(312)의 진동을 감지시, 액추에이터(304)가 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하여, 제어 핸들(316)에 진동을 제공하도록 한다. 제어기(306)는 수술 도구(312)의 감지된 진동에 대응하는 센서(302)로부터의 데이터를 수신하기 위해 센서(302)와 통신한다. 또한, 제어기(306)는 센서(302)로부터 수신된 데이터에 기초하여 액추에이터(304)를 구동하기 위해 액추에이터(304)와 통신한다. 센서(302)가 수술 도구(312)의 진동을 감지시, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하여, 액추에이터(304)가 제어 핸들(316)에 진동을 제공하도록 할 수 있다.

바람직하게는, 센서(302)가 수술 도구의 진동을 감지시, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동하기 위한 데이터를 단독으로 전송한다. 제어기(306)는 당업자가 알고 있는 것처럼, 유선 또는 무선을 통해 데이터를 전송할 수 있다. 센서(302)가 선택된 진동 주파수 범위 내에서 일어나는 진동을 감지시에, 제어기(306)는 단지 액추에이터(304)를 구동할 수 있다.

상술한 바와 같이, 액추에이터(304)는 제어 핸들(316)에 직접 통합될 수 있다. 한편, 액추에이터(304)는 제어 핸들(316) 상에 또는 제어 핸들(316)과 물리적으로 연결되어 있는 제어국(314)의 별개의 구조상에 탑재될 수 있다.

상술한 바와 같이, 제어기(306)는 수술 도구(312)로부터 감지된 진동에 대응하는 진동을 제어 핸들(316)에 제공하기 위해 액추에이터(304)를 구동한다. 바람직하게는 액추에이터(304)가 제공한 진동은 약 10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동일 수 있다. 또한, 액추에이터(304)가 제공한 진동은 센서(302)가 감지한 수술 도구(312)의 진동 주파수와 일치할 수 있다.

상술한 바와 같이 액추에이터(304)가 제어 핸들에 진동을 제공하는 것으로 서술하였으나, 액추에이터(304)가 제어 핸들(316)의 조작자에게 오디오 신호를 제공하도록, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터(304)는 스피커일 수 있고, 수술 동안 수술 도구(312)가 발생한 오디오 신호와 일치하는 오디오 신호를 제공하기 위해 제어국에서 탑재될 수 있다.

방법(400)은 또한 제어기를 갖는 진폭 제어기로, 액추에이터가 제어 핸들에 제공한 진동의 진폭을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 실시예에서 진폭 제어기(308)는 제어기(306)와 전기적으로 연결된다. 제어국(314)의 조작자는 진폭 제어기(308)를 사용하여, 액추에이터(304)가 제어 핸들(316)에 제공한 진동의 진폭을 제어할 수 있다.

도 9는 본 발명의 국면에 따라 로봇 보조 수술을 수행하는 예시적인 방법(500)을 보이는 순서도이다. 개요로서, 방법(500)은 로봇 수술 시스템을 사용하여 수술 절차를 수행하는 단계, 및 로봇 전기자에 연결된 수술 도구로 진동을 발생하는 것과, 제어 핸들에서 진동을 수신하는 단계를 포함한다. 설명을 위해, 방법(500)의 단계들은 시스템(300)의 구성요소와 관련하여 서술된다. 방법(500)의 추가 설명은 아래에서 서술된다.

단계 502에서 수술 절차는 로봇 수술 시스템을 사용하여 수행된다. 실시예에서, 수술 절차는 로봇 수술 시스템(300)을 사용하여 수행된다. 수술 절차는 예를 들면, 비뇨기과, 부인과, 심장과, 구강과, 성형과 수술 절차를 포함하는 알려진 수술 절차일 수 있다. 로봇 수술 시스템(300)은 서술 도구(312)를 조종하기 위한 적어도 하나의 로봇 전기자(310)와, 로봇 전기자(310)를 조작하기 위한 제어 핸들(316)을 가지는 제어국(314)을 포함한다. 적합한 로봇 수술 시스템은 인튜이티브 서지컬 사(Intuitive Surgical, Inc)가 만든 DA VINCI 수술 시스템이다. 다른 적합한 로봇 수술 시스템은 상세한 설명으로부터 당업자에게 알려질 것이다.

단계 504에서, 진동은 로봇 전기자에 연결된 수술 도구에 의해 발생된다. 실시예에서 수술 도구(312)는 로봇 전기자(310)에 연결된다. 수술 절차 동안, 로봇 수술 시스템의 조작자가 수술 도구(312)를 조종시, 수술 도구(312)는 진동을 발생한다. 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동을 감지한다.

상술한 바와 같이, 센서(302)는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 전송하도록 구성된다. 바람직하게는, 센서(302)는 수술 도구(312)의 진동에 대응하는 데이터를 단독으로 전송한다. 센서(302)는 당업자가 알고 있는 것처럼 유선 또는 무선으로 데이터를 전송할 수 있다.

상술한 바와 같이, 수술 도구(312)가 진동을 발생하는 것으로 서술하였으나, 수술 도구(312)는 또한 오디오 신호를 발생할 수 있음을 알 것이다. 센서(302)는 감지된 오디오 신호에 대응하는 데이터를 감지하고 전송하도록 구성될 수 있다.

단계 506에서 진동은 로봇 수술 시스템의 제어 핸들에서 수신된다. 실시예에서 액추에이터(304)가 제어 핸들(306)에 진동을 제공하도록, 제어기(306)는 액추에이터(304)를 구동한다. 그에 의해 로봇 수술 시스템의 조작자는 수술 절차 동안 제어 핸들(316)과 조작자의 접촉을 통해 진동을 수신한다.

상술한 바와 같이 제어기(306)는 수술 도구(312)로부터 감지된 진동에 대응하는 진동을 제어 핸들(316)에 제공하기 위해 액추에이터(304)를 구동한다. 바람직하게는 액추에이터(304)가 제공한 진동은 약 10Hz와 1000Hz 사이의 고주파 진동일 수 있다. 또한 액추에이터(304)가 제공한 진동은 센서(302)가 감지한 수술 도구(302)의 진동의 주파수와 일치할 수 있다.

상술한 바와 같이, 진동이 제어 핸들(316)에서 수신되지만, 액추에이터(304)는 또한 오디오 신호를 발생할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 액추에이터(304)는 제어국(314)에서 로봇 수술 시스템(300)의 조작자에 의해 수신될 수 있는, 감지된 오디오 신호에 대응하는 소리를 발생하도록 구성된 스피커일 수 있다.

상기의 시스템 및 방법은 로봇 수술 시스템에서 촉각 피드백을 제공하기 위해 특히 적합하다. 촉각 피드백이 접촉과 관련된 많은 다른 감각을 포함할 수 있지만, 상기 시스템 및 방법은 시스템의 조작자에게 진동, 보다 상세하게는 고주파 진동을 제공하는 것을 가르킨다.

수술 절차 동안 수술 도구에 힘과 진동이 모두 가해질 수 있다. 수술 절차 동안 로봇 수술 시스템의 조작자에게 힘 피드백을 실제로 구현하는 것은 매우 어렵거나 비용이 드는 것이라고 판단된다. 또한 수술 절차 동안, 진동 피드백을 구현하는 것이 조작자로의 힘 피드백과 동일하거나 보다 유용한 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 시스템과 방법은 수술 절차 동안 발생하는 사건을 조작자에게 전달하기 위해 진동 피드백을 구현한다.

예를 들어 조직 유형을 구별하고, 봉합 바늘을 취급하고, 도구와 도구의 충돌을 감지하기 위해, 수술 동안 수술 도구를 조종하는 동안, 촉각 피드백이 중대한(critical) 기능을 제공하는 것을 알 수 있을 것이다. 로봇 수술 시스템이 채용될 때, 촉각 피드백의 통상적인 방법(즉, 외과 의사와 수술 도구의 사이의 직접적인 접촉에 의한)은 없어진다. 로봇 수술 시스템에 채용된 시각적 피드백은 촉각 피드백의 부족을 보충하는데 비효과적이거나 충분하지 않을 수 있다. 그러므로, 상기 시스템 및 방법이 제공하는 촉각 피드백은 로봇 보조 수술의 질을 향상시키고, 외과 의사가 로봇 수술 시스템을 사용하는 방법을 더 빨리 배우는 것을 도울 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 로봇 시스템의 사용을 안내하기 위해 추가적인 지각 피드백이 제공되도록, 로봇 시스템의 사용자에게 실시간 진동 피드백을 실질적으로 실시간으로 제공할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들면 촉각 또는 청각 또는 다른 지각 피드백이 로봇 시스템의 동작과 동시에 제공되므로, 사용자는 그러한 환경과 로봇의 상호작용을 즉시 체험할 수 있다. 그런 추가적인 지각 피드백에 의해 사용자의 경험이 풍부하게 되고, 로봇 시스템을 최적으로 사용하게 한다.

그런 지각 피드백은 사용자에게 선택적일 수 있다. 특별한 사용자의 선호에 따라, 추가적인 지각 피드백이 활성화, 비활성화되거나, 개인적인 취향을 맞추기 위해 진폭이 조정될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 시스템 및 방법은 로봇 시스템과 로봇 시스템이 다루는 대상 사이에 광대한 상호 작용의 변형으로부터 진동 피드백을 제공할 수 있다. 예와 설명을 위해, 수술 시스템의 내용에서, 시스템은 하나 또는 그 이상의 수술 도구의 동작(예를 들어 손잡이의 열기 또는 닫기), 도구들 사이의 상호 작용(도구와 도구의 접촉)과, 수술장에서 도구와 다른 대상 사이의 접촉(예를 들어 봉합선 또는 조직 또는 바늘을 접촉하거나 해제하거나 붙잡는 것)으로부터 진동 피드백을 제공할 수 있다.

본 발명은 특정한 구성을 참조하여 설명하고 서술하였으나, 본 발명은 나타낸 상세한 설명에 한정되지 않는다. 오히려, 청구항의 범위와 동등한 범위 및 본 발명을 벗어나지 않는 범위 내에서 상세한 설명에서 다양한 수정이 이루어질 수 있다.

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15. 로봇 보조 수술시 진동 피드백을 제공하도록 구성되고, 수술 도구를 조종하는 전기자와, 상기 전기자를 조작하는 제어 핸들을 포함하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템으로서,
    상기 수술 도구의 진동을 감지하도록 상기 로봇 수술 시스템에 연결된 센서;
    상기 제어 핸들에 진동을 제공하도록 상기 로봇 수술 시스템에 연결된 액추에이터; 및
    상기 센서 및 상기 액추에이터와 전기적으로 연결되도록 구성된 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 상기 센서로부터 감지된 진동에 대응하는 데이터를 수신하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는 수신된 데이터에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되고, 상기 센서가 상기 수술 도구의 진동을 감지시 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들에 진동을 제공하고;
    상기 센서는 복수의 다른 축을 따라 상기 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성되고,
    상기 제어기는 결합된 진동을 생성하기 위해 상기 복수의 축에 따른 진동을 결합하도록 구성되고,
    상기 제어기는 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들에 상기 결합된 진동을 제공하도록 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 핸들에 제공된 진동의 주파수는 약 10Hz와 약 1000Hz의 사이인 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
17. 제15항에 있어서,
    상기 제어 핸들에 제공된 진동의 주파수는 상기 수술 도구의 진동의 주파수에 실질적으로 대응하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
18. 제15항에 있어서,
    상기 센서는 상기 전기자에 탑재되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
19. 제15항에 있어서,
    상기 센서는 상기 로봇 수술 시스템의 살균 영역의 외부 영역에 탑재되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
20. 제15항에 있어서,
    상기 액추에이터에 의해 상기 제어 핸들에 제공된 진동의 진폭을 제어하도록 구성된 진폭 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
21. 제15항에 있어서,
    상기 센서는 상기 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호를 감지하도록 구성되고, 상기 액추에이터는 오디오 신호를 제공하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는, 상기 수신된 데이터에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되고, 상기 센서가 상기 수술 도구에 의해 발생된 오디오 신호를 감지시, 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들의 조작자에 오디오 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템을 구성하는 시스템.
22. 로봇 보조 수술 동안 진동 피드백을 제공하도록 구성된 로봇 수술 시스템을 구성하는 방법으로서,
    상기 로봇 수술 시스템은 수술 도구를 조종하는 전기자 및 상기 전기자를 조작하는 제어 핸들을 가지는 제어국을 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 수술 도구의 진동을 감지하도록 상기 로봇 수술 시스템에 센서를 연결하는 단계;
    상기 제어 핸들에 진동을 제공하도록 상기 로봇 수술 시스템에 액추에이터를 연결하는 단계; 및
    상기 센서와 상기 액추에이터에 제어기를 전기적으로 연결하는 단계를 포함하며,
    상기 제어기는 감지된 진동에 대응하는 데이터를 상기 센서로부터 수신하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는 상기 수신된 데이터에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되고, 상기 센서가 상기 수술 도구의 진동을 감지시 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들에 진동을 제공하고;
    상기 센서는 복수의 다른 축을 따라 상기 수술 도구의 진동을 감지하도록 구성되고,
    상기 제어기는 결합된 진동을 생성하기 위해 상기 복수의 축에 따른 진동을 결합하도록 구성되고,
    상기 제어기는 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들에 상기 결합된 진동을 제공하도록 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
23. 제22항에 있어서,
    상기 제어 핸들에 제공되는 진동 주파수는 약 10Hz와 약 1000Hz의 사이인 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
24. 제22항에 있어서,
    상기 제어 핸들에 제공되는 진동 주파수는 상기 수술 도구의 진동 주파수에 실질적으로 대응하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
25. 제22항에 있어서,
    상기 로봇 수술 시스템에 센서를 연결하는 단계는 상기 전기자에 상기 센서를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
26. 제22항에 있어서,
    상기 로봇 수술 시스템에 센서를 연결하는 단계는 상기 로봇 수술 시스템의 살균 영역의 외부 영역 내에서 상기 센서를 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
27. 제22항에 있어서,
    진폭 제어기와 상기 제어기를 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하고,
    상기 진폭 제어기는 상기 액추에이터에 의해 상기 제어 핸들에 제공되는 진동의 진폭을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
28. 제22항에 있어서,
    상기 센서는 상기 로봇 수술 시스템에 연결되어 상기 수술 도구에 의해 발생된 신호를 감지하고,
    상기 액추에이터는 상기 로봇 수술 시스템에 연결되어 상기 제어 핸들의 조작자에 오디오 신호를 제공하고,
    상기 제어기는 상기 센서와 상기 액추에이터에 전기적으로 연결되어 상기 수신된 데이터에 기초하여 상기 액추에이터를 구동하도록 구성되고,
    상기 센서가 상기 수술 도구에 의해 발생된 신호를 감지시, 상기 액추에이터가 상기 제어 핸들의 조작자에 오디오 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템 구성 방법.
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