KR101942390B1 - 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속 - Google Patents

힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속 Download PDF

Info

Publication number
KR101942390B1
KR101942390B1 KR1020187016858A KR20187016858A KR101942390B1 KR 101942390 B1 KR101942390 B1 KR 101942390B1 KR 1020187016858 A KR1020187016858 A KR 1020187016858A KR 20187016858 A KR20187016858 A KR 20187016858A KR 101942390 B1 KR101942390 B1 KR 101942390B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
actuator
fiber optic
instrument
optic connector
surgical
Prior art date
Application number
KR1020187016858A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180069127A (ko
Inventor
스티븐 제이. 블루멘크란쯔
2세 그레고리 더블류. 닥스
이안 이. 맥도월
크리스토퍼 제이. 해서
Original Assignee
인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 filed Critical 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Publication of KR20180069127A publication Critical patent/KR20180069127A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101942390B1 publication Critical patent/KR101942390B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/12007—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer
    • G02B6/12009—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides
    • G02B6/12019—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind forming wavelength selective elements, e.g. multiplexer, demultiplexer comprising arrayed waveguide grating [AWG] devices, i.e. with a phased array of waveguides characterised by the optical interconnection to or from the AWG devices, e.g. integration or coupling with lasers or photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/32—Optical coupling means having lens focusing means positioned between opposed fibre ends
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00477—Coupling
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B2018/2244—Features of optical fibre cables, e.g. claddings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/22—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser the beam being directed along or through a flexible conduit, e.g. an optical fibre; Couplings or hand-pieces therefor
    • A61B2018/2255—Optical elements at the distal end of probe tips
    • A61B2018/2266—Optical elements at the distal end of probe tips with a lens, e.g. ball tipped
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/20—Surgical navigation systems; Devices for tracking or guiding surgical instruments, e.g. for frameless stereotaxis
    • A61B2034/2046—Tracking techniques
    • A61B2034/2061—Tracking techniques using shape-sensors, e.g. fiber shape sensors with Bragg gratings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
    • A61B2090/064—Measuring instruments not otherwise provided for for measuring force, pressure or mechanical tension
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0261—Strain gauges
    • A61B2562/0266—Optical strain gauges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20207—Multiple controlling elements for single controlled element
    • Y10T74/20305—Robotic arm
    • Y10T74/20329—Joint between elements
    • Y10T74/20335—Wrist

Abstract

한 구체예에서, 수술 기구는 로봇 수술 시스템의 조작기 암과 연동되는 하우징, 하우징에 작동 가능하게 연결된 샤프트, 샤프트의 원단부 상의 힘 변환기, 및 힘 변환기 상의 복수의 광섬유 스트레인 게이지를 포함한다. 한 예에서, 복수의 스트레인 게이지는 광섬유 스플리터 또는 어레이형 도파관 격자(AWG) 멀티플렉서에 작동 가능하게 연결된다. 광섬유 커넥터가 AWG 멀티플렉서 광섬유 스플리터에 작동 가능하게 연결된다. 리스트 조인트가 힘 변환기의 원단부에 작동 가능하게 연결되고, 단부 작동도구가 리스트 조인트에 작동 가능하게 연결된다. 다른 구체예에서, 로봇 수술 조작기는 조작기 포지셔닝 시스템의 원단부에 작동 가능하게 연결된 베이스 링크, 및 베이스 링크에 이동 가능하게 연결된 원위 링크를 포함하며, 이때 원위 링크는 기구 인터페이스 및 수술 기구에 광학적으로 연동되는 광섬유 커넥터를 포함한다. 또한, 광학 커넥터를 통해서 기구와 조작기 사이에서 데이터를 전송하는 방법이 제공된다.

Description

힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속{OPTIC FIBER CONNECTION FOR A FORCE SENSING INSTRUMENT}
관련 출원 및 특허의 참조
본 출원은 2005년 12월 30일자 제출된 미국 가 출원 제60/755,108호의 우선권을 주장하는 2006년 9월 29일자 제출된 미국 출원 제11/537,241호와 관련되는바, 이들의 명세서 전문은 본원에 참고자료로 포함된다.
또한, 본 출원은 2005년 12월 30일자 제출된 미국 가 출원 제60/755,157호, 2007년 12월 18일자 제출된 미국 출원 제11/958,772호, 2007년 9월 29일자 제출된 미국 출원 제11/864,974호, 2006년 10월26일자 제출된 미국 출원 제11/553,303호, 2005년 3월30일자 제출된 미국 출원 제11/093,372호, 및 미국 특허 제6,936,042호, 제6,902,560호, 제6,879,880호, 제6,866,671호, 제6,817,974호, 제6,783,524호, 제6,676,684호, 제6,371,952호, 제6,331,181호 및 제5,807,377호와도 관련되며, 이들의 명세서 전문은 본원에 참고자료로 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 수술용 로봇 시스템에 관한 것이고, 더 구체적으로는 수술 기구 및/또는 수술용 로봇 조작기에 적용되는 힘을 감지하는 것과 관련된 데이터 통신을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
로봇 방식으로 보조되는 수술에서, 의사는 전형적으로 마스터 컨트롤러를 작동시켜 환자로부터 멀리 떨어진 위치에서 수술 부위에서 수술 기구의 동작을 제어한다(예를 들어, 수술실을 가로질러, 환자와 다른 방이나 완전히 다른 건물에서). 마스터 컨트롤러는 일반적으로 핸드헬드 리스트 짐벌, 조이스틱, 외골격형 글러브, 핸드피스 등과 같은 하나 이상의 손 입력 장치를 포함하며, 이들은 수술 부위에서 기구의 위치와 방향을 분절식으로 정할 수 있는 서보 모터(servo motor)를 구비한 컨트롤러를 통해서 수술 기구에 작동 가능하게 연결된다. 서보 모터는 전형적으로 전기기계 장치 또는 수술용 조작기 암("슬레이브")(slave)의 일부이며, 이것은 복수의 조인트, 연동장치 등을 포함하는데, 이들은 함께 연결되어 수술 기구를 지지하여 제어하며, 수술 기구는 개방된 수술 부위에 직접 도입되거나, 또는 환자의 배와 같은 체강 안쪽으로의 절개부를 통해 삽입된 트로카 슬리브를 통해 수술 부위에 도입된다. 수술 과정에 따라서, 조직 그래스퍼, 니들 드라이버, 전기수술 소작 프로브 등과 같은 다양한 수술 기구들을 이용하여, 예를 들어 조직을 집어넣거나, 바늘을 고정 또는 구동시키거나, 봉합하거나, 혈관을 집거나, 또는 조직을 절개하거나, 소작하거나 또는 응고시키는 등의 다양한 기능을 의사가 수행할 수 있다.
원격 조작을 통해서 원격로봇 수술을 수행하는 이런 방법은 매우 새로운 도전을 낳고 있다. 한 이러한 도전은 의사에게 로봇 조작기를 통해 수술 기구에 의해서 조작되는 조직을 정확히 "느낄 수 있는" 능력을 제공하는 것이다. 의사는 기구 또는 봉합사에 의해 적용되는 힘의 표시에만 의존해야 한다. 로봇 내시경 수술 기구의 단부 작동도구(예를 들어, 집게(jaw), 그래스퍼(grasper), 블레이드 등)와 같은 기구의 첨단부(tip)에 적용되는 힘을 감지하고, 사용자인 의사에게 시스템의 핸드 컨트롤을 통해서 또는 시각적 표시부나 청각적 음조와 같은 다른 수단에 의해서 그 힘을 피드백하는 것이 바람직할 수 있다.
의사는 수술 과정 동안 매우 많은 상이한 수술 기구/도구를 사용할 수 있다. 수술 기구의 일부는 다수의 광섬유 상에 광섬유 힘 센서를 포함할 수 있으며, 기구가 로봇 조작기에 전기적으로 그리고 기계적으로 장착되었을 때 수술 시스템과 신뢰성 있게 그리고 견고하게 광학적 접속되는 것이 바람직하다. 또한, 다수의 센서 섬유로부터 나오는 신호를 1개의 섬유에 합쳐서 광학적 접속을 개선하는 것이 바람직하다.
따라서, 필요한 것은 환자 상의/환자 내의 수술 부위에서 수술 기구를 원격 제어하기 위한 개선된 원격로봇 시스템, 장치, 및 방법이다. 특히, 이들 시스템, 장치, 및 방법은 사용자의 인지상태와 기구 및 조작기의 제어를 개선하기 위해 의사에게 힘의 정확한 피드백을 제공하도록 구성되어야 한다.
본 발명은 원격로봇 수술을 수행하는 의사에게 대한 힘 피드백과 의사에 의한 감지를 개선하기 위한 수술 기구, 조작기, 및 방법을 제공한다. 특히, 수술 기구는 로봇 수술 시스템의 조작기 암과 광학적으로 연동가능한 광섬유 커넥터를 포함하는 하우징, 하우징에 작동 가능하게 연결된 샤프트, 및 샤프트의 원단부 상의 힘 변환기 상의 복수의 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하고, 복수의 스트레인 게이지는 광섬유 커넥터에 작동 가능하게 연결된다. 또한, 기구는 힘 변환기의 원단부에 작동 가능하게 연결된 리스트(wrist) 조인트 및 리스트 조인트에 작동 가능하게 연결된 단부 작동도구를 더 포함한다.
다른 구체예에서, 로봇 수술 조작기는, 조작기 포지셔닝 암에 작동 가능하게 연결된 베이스 링크 및 베이스 링크에 이동 가능하게 연결된 조작기 암의 원위 링크를 포함하는 조작기 암을 포함한다. 원위 링크는 기구 인터페이스 및 수술 기구에 광학적으로 연동가능한 광섬유 커넥터를 포함한다.
또 다른 구체예에서, 로봇 수술 기구의 첨단부에서 힘을 감지하는 방법은 제1 광섬유 커넥터를 포함하는 로봇 수술 조작기를 제공하는 단계, 및 로봇 수술 조작기 상에 착탈가능한 수술 기구를 장착하는 단계를 포함하며, 수술 기구는 샤프트의 원단부 상의 힘 변환기 상의 복수의 스트레인 게이지와 조작기의 제1 광섬유 커넥터와 광학적으로 연동가능한 제2 광섬유 커넥터를 포함한다. 또한, 상기 방법은 복수의 스트레인 게이지로부터 제2 광섬유 커넥터를 통해 제1 광섬유 커넥터로 데이터를 보내는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 범위는 청구항들에 의해 한정되며, 이들 청구항들은 이 장에 참고로 서술된다. 당업자는 하나 이상의 구체예에 관한 다음의 상세한 설명을 참조하여 본 발명의 구체예들을 더 완전히 이해할 것이며, 그들의 추가의 이점들을 알게 될 것이다. 먼저 참고로 첨부된 도면들이 간단히 설명된다.
도 1a는 본 발명의 구체예에 따른 로봇 수술 환경의 평면도이다.
도 1b는 로봇 수술 조작기 시스템의 구체예의 투시도를 도시한다.
도 2a는 힘 감지 로봇 수술 기구의 투시도를 도시하고, 도 2b는 본 발명의 구체예에 따른 수술 기구의 원단부의 확대도를 도시한다.
도 3a 및 3b는 평면 광파 회로(PLC) 및 융합 바이코닉 테이퍼(fused biconic taper)(FBT) 광섬유 스플리터의 정사영 도면을 각각 도시한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일부 구체예의 구성요소인 렌즈형 광섬유의 길이방향 단면도이다.
도 5는 본 발명의 구체예들에서 확장형 빔 광섬유 커넥터로서 사용될 수 있는, 하우징, 비구면 렌즈 및 초점 정렬된 광섬유를 포함하는 일종의 섬유 시준기를 도시한다.
도 6a1 및 6a2는 굴절률 구배(GRIN)(gradient index) 렌즈 시준기에 작동 가능하게 연결된 PLC 광섬유 스플리터의 투시도 및 부분 절단 투시도를 각각 도시한다.
도 6b1 및 6b2는 볼 렌즈 시준기에 작동 가능하게 연결된 PLC 광섬유 스플리터의 투시도 및 부분 절단 투시도를 각각 도시한다.
도 7a는 PLC 광섬유 스플리터에 작동 가능하게 연결된 복수의 섬유 Bragg 격자 스트레인 게이지를 포함하는 힘 변환기를 구비한 수술 기구를 도시하고, 도 7b는 이 힘 변환기를 구비한 수술 기구의 원단부의 확대도를 도시한다.
도 8a, 8b 및 8c는 한 쌍의 유연하게 장착된 렌즈형 광섬유 커넥터를 안내하여 정렬하는 기구 멸균 어댑터의 점감형 슬롯 특징부의 여러 도면들을 도시한다.
도 9a, 9b 및 9c는 한 쌍의 유연하게 장착된 렌즈형 광섬유 커넥터를 안내하여 정렬하는 기구 멸균 어댑터의 원뿔모양 점감형 특징부의 여러 도면들을 도시한다.
도 10a-10d는 본 발명의 구체예에 따른 광섬유 리본 케이블, PLC 광섬유 스플리터, 광섬유 또는 리본 케이블의 스트레인 완화부 루프 및 확장형 빔 광섬유 커넥터를 포함하는 기구 후방 하우징의 정사영 도면을 도시한다.
도 11은 본 발명의 구체예에 따른 조작기의 원위 링크의 기구 인터페이스에서 광섬유 커넥터를 포함하는 수술용 로봇 조작기의 투시도이며, 조작기는 광섬유 스트레인 인테로게이터(interrogator)와 컨트롤러에 연결된다.
도 12a는 본 발명의 구체예에 따른, 광섬유 커넥터를 포함하며, 멸균 어댑터가 기구 인터페이스에 연결되어 광섬유 커넥터가 사용될 수 있게 된, 도 11의 조작기의 투시도이다.
도 12b는 멸균 어댑터의 확대도이고, 도 12c는 본 발명의 구체예에 따른 원위 링크 기구 인터페이스에 연결된 멸균 어댑터의 확대 단면도이다.
도 13a는 본 발명의 구체예에 따른 광섬유 커넥터가 결합된 기구가 연결된, 도 12a의 조작기의 투시도이다.
도 13b는 본 발명의 구체예에 따른 원위 링크에 장착된 멸균 어댑터에 장착된 기구의 확대 단면도이다.
본 발명의 구체예들과 이들의 이점들은 다음의 상세한 설명과 관련해서 가장 잘 이해된다. 동일한 참조번호는 도면들 중 하나 이상에 도시된 동일한 요소를 표시하기 위해 사용된다는 점이 인정되어야 한다. 이 도면들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아닐 수 있다는 점이 인정되어야 한다.
본 발명은, 특히 개복 수술 과정, 신경수술 과정 및 복강경, 관절경, 흉강경 등과 같은 최소 침습 내시경 과정을 포함하여, 환자에게 로봇 보조 수술 과정을 수행하는 동안 힘을 감지하기 위한 멀티-컴포넌트 시스템, 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 시스템 및 방법은, 서보메커니즘(servomechanism)을 통해 환자에서 멀리 떨어진 위치에서 의사가 수술 기구를 조작할 수 있는 원격로봇 수술 시스템의 일부로서 특히 유용하다. 이를 위해서, 본 발명의 조합된 조작기 장치 또는 슬레이브와 부착된 수술 기구가 일반적으로 동등한 자유도(예를 들어, 위치에 대해 3의 자유도, 방향과 그립에 대해 3의 자유도)를 가진 마스터에 의해 구동되어, 힘이 반영되거나 표시되는 원격현존감(telepresence) 시스템이 형성된다. 적합한 슬레이브-마스터 시스템에 관한 설명은 미국특허 제6,574,355호에서 찾을 수 있으며, 이것의 명세서 전문은 본원에 참고자료로 포함된다.
본 발명의 로봇 시스템은 일반적으로 수술대에 또는 수술대 옆에 장착된 하나 이상의 수술 조작기 어셈블리와 의사가 수술 부위를 보면서 조작기 어셈블리를 제어할 수 있도록 하는 마스터 제어 어셈블리를 포함한다. 시스템은 또한 하나 이상의 검시경(viewing scope) 어셈블리와 조작기 어셈블리에 착탈 가능하게 결합되기에 적합한 복수의 수술 기구를 포함한다(하기 더 상세히 논의된다). 로봇 시스템은 적어도 2개의 조작기 어셈블리, 바람직하게는 적어도 3개의 조작기 어셈블리를 포함한다. 하기 상세히 논의된 대로, 어셈블리들 중 하나는 전형적으로 검시경 어셈블리(예를 들어, 내시경 과정에서)를 조작하여 수술 부위를 보는데 쓰이고, 다른 조작기 어셈블리들은 수술 기구를 조작하여 환자에게 다양한 과정을 수행하는데 쓰일 것이다.
제어 어셈블리는, 일반적으로 수술대와 같은 방에 있는 의사의 콘솔에 위치될 수 있으며, 이로써 의사는 어시스턴트(들)에게 말하면서 수술 과정을 직접 모니터할 수 있다. 그러나, 의사가 환자와는 다른 방에 있거나 완전히 다른 건물에 있을 수도 있음이 이해되어야 한다. 마스터 제어 어셈블리는 일반적으로 지지대, 의사에게 수술 부위의 영상을 표시해주는 모니터, 및 조작기 어셈블리를 제어하기 위한 하나 이상의 마스터(들)를 포함한다. 마스터(들)는 핸드헬드 리스트 짐벌, 조이스틱, 글러브, 트리거-건, 수동-조작 컨트롤러, 음성인식장치 등과 같은 여러 개의 입력 장치를 포함할 수 있다.
바람직하게, 마스터(들)에는 마스터와 연계된, 수술 기구 어셈블리가 구비된 조작기와 동일한 자유도가 제공되며, 이로써 의사가 수술 부위의 바로 옆에서 수술 부위에 몰입하고 있다는 인식인 의사 원격현존감과 마스터(들)와 기구가 일체라는 인식인 직관성(intuitiveness)의 일부가 제공되어, 의사는 직관적으로 직접 제어중인 기구들이 마치 자신의 손의 일부인 것과 같은 느낌을 분명히 가지게 된다. 또한, 의사가 원격로봇 시스템을 조작함에 따라 위치, 힘 및 촉각을 나타내는데 사용될 수 있는 신호를 수술 기구로부터 다시 의사의 손으로 송신하기 위한 위치, 힘 및 촉각 피드백 센서가 기구 어셈블리에 사용될 수 있다. 오퍼레이터에게 원격현존감을 제공하기 위한 다른 적합한 시스템 및 방법은 미국특허 제6,574,355호에 설명되며, 이것은 이미 참고자료로 본원에 포함되었다.
의사 콘솔 위의 의사의 손 옆에서 수술 부위의 영상이 제공될 수 있도록 모니터가 검시경 어셈블리에 적합하게 결합될 것이다. 바람직하게, 모니터는 의사가 자신이 수술 부위 위에서 아래를 실제로 직접 보고 있다고 느낄 수 있는 방향으로 되어 있는 표시부 상에 영상을 표시할 것이다. 이를 위해서, 수술 기구의 영상은, 오퍼레이터의 손이 위치된 곳에 실질적으로 위치되고, 실질적으로 오퍼레이터가 자신의 손의 위치에 기초하여 예상하는 방향을 향하는 것처럼 나타난다. 이에 더하여, 실시간 영상은 오퍼레이터가 마치 작업공간을 실질적으로 실제 존재로서 보고 있는 것처럼 단부 작동도구와 핸드 컨트롤을 조종할 수 있도록 입체영상인 것이 바람직하다. 실제 존재란 수술 기구를 직접 보면서 물리적으로 조종할 경우 오퍼레이터가 보게 되는 모습을 의미한다. 따라서, 인식된 방향에 맞춰서 컨트롤러가 수술 기구의 좌표를 변환하며, 이로써 입체영상은, 예를 들어 카메라나 내시경이 수술 기구 바로 뒤에 위치되었을 때 보게 되는 영상이 된다. 이런 가상 이미지를 제공하기 위한 적합한 좌표변환 시스템이 1994년 5월 5일자 제출된 미국 특허출원 제08/239,086호(현재는 미국특허 제5,631,973호)에 설명되며, 이것의 명세서 전문이 본원에 참고자료로 포함된다.
마스터의 기계 동작을 조작기 어셈블리에 전달하기 위한 서보 컨트롤(servo control)이 제공된다. 서보 컨트롤은 수술 기구로부터 수동-조작 마스터로 힘 및 토크(torque) 피드백을 제공할 수 있다. 이에 더하여, 서보 컨트롤은 바람직하지 않은 상태(예를 들어, 환자에게 발휘된 과잉의 힘, 인코더 판독 불일치 등)의 인식에 응하여, 시스템 작동을 안전하게 정지시키거나, 또는 적어도 모든 로봇 동작을 억제하기 위한 안전성 모니터링 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상세한 도면과 관련해서, 동일한 숫자는 동일한 요소를 표시한다. 도 1a-1b는 본 발명의 구체예에 따라서 최소 침습 로봇 수술을 수행하기 위한 로봇 수술 시스템(1)의 구성요소들을 도시한다. 시스템(1)은 미국특허 제6,246,200호에 더 상세히 설명된 것과 유사하며, 이것의 전문은 본원에 참고자료로 포함된다.
시스템 오퍼레이터(O)(일반적으로는 의사)는 수술대(T) 위에 누운 환자(P)에게 최소 침습 수술 과정을 수행한다. 시스템 오퍼레이터(O)는 표시부(12)에 나타난 영상을 보면서 의사의 콘솔(3)에서 하나 이상의 입력 장치 또는 마스터(2)를 조작한다. 의사의 입력 명령에 응하여, 콘솔(3)의 컴퓨터 프로세서(4)가 수술 기구 또는 도구(5)의 움직임을 지시해서, 조인트, 링크장치, 및 텔레스코프(telescope)식 삽입 축을 가진 조작기 암을 포함하는 로봇 환자측 조작기 시스템(6)을 통해서 기구가 서보메커니즘 방식으로 움직이게 된다. 한 구체예에서, 프로세서(4)는 도구(5)의 단부 작동도구의 움직임과 상호관련되어, 단부 작동도구의 동작이 시스템 오퍼레이터(O)의 손에 있는 입력 장치의 움직임을 따르게 된다.
프로세서(4)는 전형적으로 본원에 설명된 방법의 일부 또는 전부를 실시하기 위한 데이터 프로세싱 하드웨어와 소프트웨어를 포함한다. 프로세서(4)는 도 1a의 단순화된 도식도에 하나의 블록으로 도시되지만, 프로세싱의 적어도 일부는 선택적으로 입력 장치에 인접하여 실행되고, 일부는 조작기에 인접하여 실행되는 등, 프로세서는 다수의 데이터 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 광범한 중압집중형 또는 분산형 데이터 프로세싱 구조들 중 어느 것이라도 사용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍 코드가 다수의 별도의 프로그램이나 서브루틴으로서 실시될 수 있거나, 또는 본원에 설명된 로봇 시스템의 다수의 다른 양태들에 통합될 수 있다.
한 예에서, 조작기 시스템(6)은 적어도 4개의 로봇 조작기 어셈블리를 포함한다. 3개의 셋업 링크장치(7)(이 예에서는 카트의 사이드에 장착된)가 조작기(8)를 지지하여 위치를 정하는데, 링크장치(7)는 일반적으로 수술 과정의 적어도 일부 동안 고정된 위치에서 조작기(8)의 베이스 링크(30)를 지지한다. 조작기(8)는 수술 도구(5)를 이동시켜 조직을 로봇 조작한다. 한 추가의 링크장치(9)(이 예에서는 카트의 중앙에 장착된)가 내시경/카메라 프로브(11)의 동작을 제어하여 안쪽 수술 부위의 영상(바람직하게는 입체영상)을 캡처하는 조작기(10)를 지지하여 위치를 정한다. 환자측 시스템의 링크장치(7, 9)의 위치를 정하는 고정가능한 부분은 때로 "셋업 암"이라고 언급된다.
어시스턴트(A)는 셋업 링크장치 암(7 및 9)을 각각 사용해서 환자(P)에 대한 조작기(8 및 10)의 각 위치를 미리 정하고; 수술 조작기들 중 하나 이상에서 다른 수술 도구 또는 기구(5')에 맞춰 도구를 교환하고; 관련된 비-로봇 의료 기구와 장비를 작동시키고; 조작기 어셈블리를 수동으로 움직여 연계된 도구가 상이한 구멍을 통해 안쪽 수술 부위에 접근할 수 있도록 하는 등, 수술 과정을 보조한다.
일반적인 관점에서 링크장치(7, 9)는 주로 환자측 조작기 시스템(6)을 셋업하는 동안 사용되고, 전형적으로 수술 과정의 적어도 일부 동안 고정된 형태로 유지된다. 조작기(8, 10)는 각각 구동 링크장치를 포함하며, 이것은 콘솔(3)에서 의사의 지시하에 능동적으로 분절화된다. 셋업 암의 조인트들 중 하나 이상이 선택적으로 구동되어 로봇 방식으로 제어될 수 있지만, 셋업 암 조인트들의 적어도 일부는 어시스턴트(A)에 의해 수동으로 위치가 정해질 수 있도록 구성될 수 있다.
한 예에서, 의사의 콘솔(3)에 있는 입체영상 표시부(12)에 의해서 안쪽 수술 부위의 영상이 오퍼레이터(O)에게 보여진다. 안쪽 수술 부위는 동시에 어시스턴트 표시부(14)에 의해서 어시스턴트(A)에게도 보여진다.
조작기의 일부가 텔레스코프식 삽입 축(예를 들어, 도 11, 12a 및 13a의 텔레스코프식 삽입 축(60))을 포함할 수도 있으며, 다른 구체예에서는 모든 조작기가 텔레스코프식 삽입 축을 포함할 수도 있다. 텔레스코프식 삽입 축(60)은 3개의 작동 가능하게 연결된 링크를 통해서 장착된 기구(예를 들어, 도 1a의 기구(5) 또는 도 13a-13b의 기구(100))가 움직이는 것을 허용하며, 이 경우, 한 예에서, 이전의 디자인에 비해서 강성 및 강도가 개선되고, 동작 범위가 커지고, 시스템 사용자의 수술 영역 근처에서의 동적 기능 및 가시성이 개선되는데(다른 이점들에 더해서), 이것에 관해서는 2006년 12월 20일자 제출된 미국 출원 제11/613,800호에 더 상세히 설명되며, 이것은 전문이 본원에 참고자료로 포함된다.
편의를 위해서, 조직 조작에 사용되는 수술 도구를 지지하고 있는 조작기(8)와 같은 조작기는 때로 환자측 조작기(PSM)라고 언급되고, 내시경(11)과 같은 영상 캡처 또는 데이터 취득 장치를 제어하는 조작기(10)는 내시경-카메라 조작기(ECM)라고 언급될 수 있다. 조작기들은 선택적으로 수술에 유용한 광범한 기구 또는 도구, 영상 캡처 장치 등을 가동시키고, 조종하고, 제어할 수 있다.
이제, 도 1a-1b와 함께 도 2a-13b를 보면서, 힘을 감지하여 의사에게 피드백하기 위한 장치, 시스템 및 방법이 스트레인 게이지를 포함하는 수술 기구를 사용하는 것과 관련하여 설명된다. 하기 설명된 기구들은 예일 뿐이며, 힘 신호를 제공하는 다양한 기구들이 본 발명의 범위 내에서 변형될 수 있다는 것이 주지된다.
도 2a는 샤프트(110), 축(112 및 114)을 중심으로 움직이도록 하는 조인트를 포함하는 리스트(130), 및 수술 도구(예를 들어, 바늘)를 조작하고 및/또는 환자와 접촉하는데 사용될 수 있는 단부 부분(120)을 포함하는 수술 기구(100)의 투시도를 도시한다. 또한, 수술 기구는 로봇 조작기 암과 작동 가능하게 인터페이스 접속된 하우징(150)을 포함하며, 한 예에서는 멸균 어댑터 인터페이스(도 12a-12c)를 통해서 인터페이스 접속된다. 하우징(150)은 동작 입력 및 리스트 케이블 가동장치 메커니즘을 포함한다. 이용가능한 하우징, 멸균 어댑터 인터페이스, 및 조작기 암이 2005년 12월 20일자 제출된 미국 특허출원 제11/314,040호, 및 2006년 12월 20일자 제출된 미국 특허출원 제11/613,800호에 설명되며, 이들의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다. 이용가능한 샤프트, 단부 부분, 하우징, 멸균 어댑터, 및 조작기 암의 예들이 Intuitive Surgical,Inc.(캘리포니아 서니베일)에서 제작된다.
바람직한 구성에서, 단부 부분(120)은 도 2b에 도시된 대로 x-축 및 y-축에 각각 평행한 축(112)을 중심으로 하는 피치(pitch)와 축(114)을 중심으로 하는 편주(yaw), 및 z-축을 중심으로 하는 회전을 포함하는 일련의 동작을 가진다. 이들 동작뿐만 아니라 단부 작동도구의 가동은 조작기(8)로부터의 동작을 전달하는 샤프트(110)와 하우징(150)을 통해 지나간 케이블을 통해서 행해진다. 구동 어셈블리, 암, 전완부 어셈블리, 어댑터, 및 다른 이용가능한 부품들의 구체예들이, 예를 들어 미국특허 제6,331,181호, 제6,491,701호, 및 제6,770,081호에 설명되며, 이들의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다.
제한은 아니지만 단부 작동도구(120)를 가진 도구나 그렇지 않은 도구들, 예를 들어 집게, 가위, 그래스퍼, 니들 홀더, 마이크로-디섹터, 스테이플 어플라이어, 택커(tacker), 흡인 관주 도구, 클립 어플라이어, 컷팅 블레이드, 관주기, 카테테르, 및 석션 오리피스를 포함하는 다양한 수술 기구들이 사용될 수 있다는 점이 주지된다. 대안으로서, 수술 기구는 조직을 제거하거나, 절제하거나, 절단하거나 또는 응고시키기 위한 전기수술 프로브를 포함할 수 있다. 이러한 수술 기구들이 Intuitive Surgical,Inc.(캘리포니아 서니베일)에서 제작된다.
한 예에서(도 2a-2b), 기구(100)는 z-축이라고 하는, 기구 샤프트의 길이방향(세로방향) 축에 평행 배향된 힘 변환기(140)의 외부면 위에 장착된 스트레인 게이지를 포함한다. 샤프트에 수직인 2개의 축은 x-축과 y-축이라고 한다. 스트레인 게이지로부터의 신호들은 다양하게 이합집산되서 산술적으로 조합되며, 이로써 축 힘 Fz와 샤프트 축에 수직인 두 축에 대한 토크 Tx 및 Ty가 거부되는 동안 기구의 첨단부에 발휘되는 횡단 힘 Fx 및 Fy의 크기가 얻어진다. 단부 부분(120)에 발휘되는 힘은 힘 감지 요소에 의해 검출되는데, 힘 감지 요소는 인테로게이터(170)와 프로세서(180)를 통해서 서보 컨트롤에 작동 가능하게 연결될 수 있어, 이들 힘이 마스터(들)로 전송될 수 있다. 스트레인 게이지를 포함하는 기구들과 힘 감지 방법의 예들은 2006년 9월 29일자 제출된 미국 특허출원 제11/537,241호, 및 2006년 10월 26일자 제출된 미국 출원 제11/553,303호에 개시되며, 이들의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다.
한 예에서, 제한은 아니지만 Bragg 격자 또는 Fabry-Perot 기술을 이용한 광섬유 타입 게이지를 포함하는 다양한 스트레인 게이지(102)가 사용될 수 있다. 광섬유 Bragg 격자(FBG) 게이지는 2개의 감지 요소가 하나의 섬유(106)를 따라 기지의 간격(L)으로 위치될 수 있다는 것이 장점일 수 있는데, 이로써 8개의 스트레인 게이지(102)를 연결하는데 힘 변환기(140)와 기구 샤프트(110)를 따라 4개의 섬유만 제공되면 된다. 상이한 범위의 파장을 사용하는 것 같은 방식으로 형성된다면 다수의 FBG가 섬유 안에 새겨질 수 있다. 이것은, 기지의 거리(L)만큼 분리된 2개의 FBG를 각각 가진 4개의 섬유만이 기구 샤프트를 통과하면 되기 때문에, 스트레인 게이지의 한 쌍의 링(104)을 포함하는 구체예에서 특히 유용한 특성이다.
상기 참조된 명세서들에서, 내시경 수술 기구 샤프트의 원단부에 장착된 힘 변환기가 설명된다. 한 구체예에서, 힘 센서는 센서의 외주부 둘레에 위치된 그룹 당 4개의 스트레인 게이지를 가진 2개의 그룹(링)을 포함하며, 각 그룹의 4개의 스트레인 게이지는 90도 각도로 또는 다른 엇갈린 보각 쌍(예를 들어, 70도와 110도)으로 샤프트 주위에서 떨어져서 정반대로 쌍을 이루어 놓이고, 4개의 스트레인 게이지를 가진 2개의 그룹 또는 링이 샤프트를 따라 거리(L)만큼 떨어져 있는 형태이다. 한 양태에서, 기구 첨단부 또는 집게에 대한 사이드 부하(side load)(예를 들어, Fy)를 결정하는 것이 바람직하다. 정반대로 놓인 스트레인 게이지 쌍에 대한 스트레인의 차이에 기초하여 4개의 스트레인 게이지를 가진 각 그룹에서 집게입의 사이드 부하로 인한 휨 모멘트를 계산하고, 두 그룹에서 이 모멘트 값을 뺌으로써, 리스트 방향 및 얻어진 유효 레버 암 길이와 무관하게 사이드 부하의 크기가 유도될 수 있다. 유사하게, 기구 리스트 축의 가동에 의해서 리스트 클레비스(160)와 힘 변환기의 원단부에 적용되어 리스트 피벗에서의 마찰에 의해서 리스트 클레비스로 전달되는 모멘트는 4개의 게이지를 가진 각 그룹에서 동일하다고 생각되며, 따라서 두 그룹에서 측정된 모멘트를 뺌으로써 제거된다. 리스트 가동장치 케이블 힘과 같은 z-축 힘으로 인한 스트레인은 모든 스트레인 게이지에 동일하게 영향을 미치며, 따라서 역시 4개의 게이지를 가진 두 그룹에서 이 신호를 뺌으로써 제거된다.
이제 도 2b를 보면, Fabry-Perot 또는 FBG 감지 요소(102)와 섬유(106)가 리스트 클레비스(160)와 단부 부분(120)에 가까운 쪽의 기구 샤프트(110) 원단부 근처에서 힘 변환기(140) 표면 아래의 얕은 홈에 매립된 다음, 제자리에 에폭시로 고정되거나 또는 다른 방식으로 묻힐 수 있다.
다시 도 2a를 보면, 본 발명의 구체예에 따른 하우징(150)에 장착된 광섬유 커넥터(300a)를 포함하는 기구(100)의 투시도가 도시된다. 이 구체예에서는, 샤프트(110)의 원단부에서 힘 변환기(140)에 매립된 복수의 스트레인 게이지(예를 들어, 스트레인 게이지(102))가 샤프트(110)를 통과한 광섬유 리본 케이블(302)에 의해 광섬유 스플리터(306)(splitter)에 연결된다. 광섬유 스플리터(306)는, 한 예에서, L자형 경로로 하우징(150)을 통과해 지나간 광섬유(326)에 의해 광섬유 커넥터(300a)에 연결된다. 광섬유 커넥터(300a)는 선택적으로 기구의 원위 링크(66)(예를 들어, 도 11 참조)의 기계적 인터페이스에 통합된 광섬유 커넥터(300b)(도 13b 참조)와 연동될 수 있는데, 이 경우 조작기(8) 위에 기구(100)를 설치함으로써 자동적으로 기구와의 광학적 링크가 형성되고, 기구 첨단부에 적용되는 힘과 관련된 기구의 스트레인 게이지로부터의 신호가 인테로게이터(170)와 프로세서(180)로 보내질 수 있게 된다. 유리하게, 본 발명은 기구에 이어진 외부 케이블이 필요 없게 된다.
이제 도 3a-3b를 보면, 2개의 상이한 스타일의 광섬유 스플리터가 도시된다. 도 3a는 1 x 4 평면 광파 회로(PLC) 스플리터인 광섬유 스플리터(306)를 도시한다. 실리카 보디(316)의 제1 단부에서 실리카 보디(316)에 매립된 입사광 도파관(318a-318d)은 합쳐져서 실리카 보디(316)의 제2 단부로 빠져나가거나, 또는 대안으로서 도파관(318e)을 통해서 제2 단부로 입사된 광이 4개의 도파관(318a-318d)에 동일하게 나뉘어져 실리카 보디의 제1 단부를 통해 빠져나간다.
도 3b는 본 발명의 구체예에서 사용될 수 있는 다른 광섬유 스플리터를 도시한다. 융합 바이코닉 테이퍼(FBT) 스플리터(320)가 도시되는데, 섬유들의 코어가 충분히 가까워져 코어 사이에서 광의 결합이 일어나서 상기 논의된 PLC 스플리터와 유사한 결과가 얻어질 때까지 4개의 섬유(326)가 고온에서 "C" 구역을 따라 함께 꼬인다. 4개의 섬유들 중 3개가 한 단부에서 종결되어 1 x 4 스플리터가 만들어진다.
이제 도 4a-4b를 보면, 본 발명의 일부 구체예들의 구성요소인 렌즈형 광섬유(322a 및 322b)의 길이방향 단면도가 도시된다. 렌즈형 섬유(322a 또는 322b)는 접합(도 4a)이나 융합(도 4b)에 의해서 섬유의 단부에 통합된 작은(예를 들어, 0.5 mm) 볼 렌즈(312)를 포함한다. 섬유 코어(328)로부터 나오는 광이 광선 경로(300)를 따라 갈라진 다음, 볼 렌즈(312)에 의해 한 점에 모아져서 시준된 광(332)이 되어 볼 렌즈를 빠져나간다. 반대로, 볼 렌즈로 들어와서 섬유 코어 축과 정렬되는 시준된 광은 코어 단부에서 한 점에 모인 후에, 코어를 따라 전달된다. 렌즈형 섬유(322a 또는 322b)는 확장형 빔 커넥터의 광학 구성요소로서 사용될 수 있다.
이제, 도 5를 보면, 확장형 빔 커넥터의 광학 구성요소로서 사용될 수 있는 비구면 렌즈 섬유 시준기(336)가 도시된다. 섬유 시준기(336)는 광섬유(326), 하우징(331) 및 비구면 렌즈(334)를 포함한다. 광섬유(326)의 코어로부터 나오는 광이 하우징(331) 내의 광선 경로(330)를 따라 갈라진 다음, 비구면 렌즈(334)에 의해 한 점에 모아져서, 시준된 광(332)이 비구면 렌즈(334)를 빠져나가게 된다. 반대로, 광학 축과 정렬된 렌즈(334)로 들어오는 시준된 광은 섬유(326)의 코어에서 한 점에 모인 후에, 코어를 따라 전달된다.
도 6a1-6a2와 6b1-6b2는 근접 연결된 또는 일체화된 시준 렌즈와 PLC 스플리터 어셈블리의 구체예를 도시한다. 도 6a1-6a2는 굴절률 구배(GRIN) 렌즈 PLC 스플리터 어셈블리(338)의 투시도 및 부분 절단 투시도를 도시하고, 도 6b1-6b2는 볼 렌즈 PLC 스플리터 어셈블리(340)의 투시도 및 부분 절단 투시도를 도시한다.
GRIN 렌즈 PLC 스플리터 어셈블리(338)는 PLC 광섬유 스플리터(306)에 작동 가능하게 연결된 섬유 어레이 블록(FAB)(304)을 포함하며, PLC 광섬유 스플리터가 GRIN 렌즈(308)에 작동 가능하게 연결된다.
볼 렌즈 PLC 스플리터 어셈블리(340)는 PLC 광섬유 스플리터(306)에 작동 가능하게 연결된 섬유 어레이 블록(FAB)(304)을 포함하며, PLC 광섬유 스플리터가 볼 렌즈(312)에 작동 가능하게 연결된다.
각 경우에, 광학 축과 정렬된 렌즈(렌즈(308 또는 312))로 입사되는 시준된 광은 PLC 광섬유 스플리터(306) 쪽의 입구에서 한 점에 모인 후에, 4개의 다른 도파관들에 동일하게 나누어지고, 도파관에서 FAB(304)가 4개의 섬유를 정렬시켜 섬유의 코어가 광을 수용할 수 있게 된다. 또한, 장치(338)과 장치(340)는 모두 역 방향으로 작동하는데, 4-와이드 섬유 리본 케이블(302)의 섬유들이 FAB(304)에 의해 정렬되어, 리본 케이블(302)을 통해서 전달된 광이 4개의 도파관으로 들어가서 스플리터(306)를 통해 합쳐진 다음, 렌즈(렌즈(308 또는 312))로부터 시준된 빔으로서 나오게 된다. 각 경우에, 장치는 접속부의 리본 케이블 측에서 확장형 빔 커넥터로서 광학 구성요소로서 사용될 수 있다.
도 7a-7b는 도 2a-2b와 관련하여 상기 설명된 것들과 유사한 광섬유 힘 변환기(140)를 포함하는 기구의 도면을 도시한다. 유사한 요소들은 동일한 번호로 표시되며 중복을 피하기 위해 반복되는 설명은 생략한다. 이 구체예에서, 기구는 변환기(140)로부터 나오는 4개의 섬유를 가지며, 섬유들은 PLC 스플리터(306)(변환기 일체형)에 직접 집속되어, 단 섬유(326)(single fiber)가 기구 샤프트(110)를 통과해서 후방 하우징(150)과 확장형 빔 커넥터(300a)까지 이어지게 된다. 섬유 스트레인 완화부는 원형 루프(326a)의 형태이고, 광학 커넥터(300a)는 후방으로 배향되어 손으로 광학 커넥터(300b)와 결합시킬 수 있게 되어 있다.
도 8a-8c를 보면, 기구 멸균 어댑터(ISA)(70)의 한 쌍의 배면결합(back-to-back) 평면 점감형(tapered) 특징부(342)의 여러 도면들이 도시되는데, 이것은 조작기(예를 들어, 원위 링크(66) 또는 기구 인터페이스(61))와 ISA(70)을 통과하는 광학 경로(310)를 가진 기구 하우징 상에 가요성 부재로 장착되는 확장형 빔 커넥터(EBC)(또는 더 일반적으로는 광학 커넥터)(300a, 300b)를 안내하여 정렬시킨다. 도 8a는 ISA(70)의 투시 단면도를 도시하고, 도 8b는 상면 투시도를 도시하고, 도 8c는 하면 투시도를 도시한다. ISA(70)의 이런 디자인은 기구 장착 동작이 커넥터(300a, 300b)의 광학 축(OA)에 횡단하여 이루어질 경우에 적용한다.
도 9a-9c를 보면, 원위 링크(66)(EBC(300b))와 기구 하우징(150)(EBC(300a) 상에서 가요성 부재로 장착되는 EBC가 도시되는데, 이들은 멸균 어댑터(70)의 원뿔모양 점감형 특징부(343)와 EBC의 원뿔모양 점감형 특징부(345)에 의해 안내되어 정렬될 수 있다. 원뿔모양 점감형 특징부(343)는 도관(canal)으로서 제공되며, 이것을 통해서 EBC의 원뿔모양 점감형 특징부(345)가 수용되어 EBC(300a, 300b)의 광학 축(OA)을 안내하여 정렬할 수 있다. 이런 디자인은 기구 장착 동작이 커넥터의 광학 축(OA)과 평행하여 이루어질 경우에 적용한다.
도 10a-10d는 본 발명의 구체예에 따른 광섬유 리본 케이블, PLC 광섬유 스플리터, 광섬유 또는 리본 케이블의 스트레인 완화부 루프 및 확장형 빔 광섬유 커넥터를 포함하는 기구의 후방 하우징의 정사영 도면을 도시한다. 후방 하우징 내의 광학요소들의 다양한 유리한 특징들이 도시된다.
도 10a는 섬유(리본 또는 단 섬유)의 U자형 변형력 완화 "루프"를 도시하며, 이것은 기계적 관용성을 제공하고, 조립을 용이하게 하고, 고압멸균 동안 열 팽창을 허용한다. 도 10a는 또한 광학 커넥터 내에 일체화된 비구면 렌즈(334)와 스플리터(306)를 포함하는 광학 커넥터를 도시한다.
도 10b 및 10c는 유사한 이점을 달성할 수 있는, 섬유(리본 또는 단 섬유)의 L자형 스트레인 완화부 루프를 유사하게 도시한다. 한 예에서, 광섬유 또는 리본 케이블의 스트레인 완화 루프가 90도, 180도 또는 360도로 휠 수 있다는 것이 주지된다. 도 10b 및 10c는 또한 하우징(150) 내에 일체화된 스플리터(306) 및 렌즈형 광섬유(322)와 볼 렌즈(312)를 각각 포함하는 광학 커넥터를 도시한다.
마지막으로, 도 10d는 유사한 이점을 달성할 수 있는, 섬유(리본 또는 단 섬유)의 스트레인 완화부 루프, 및 손으로 결합시킬 수 있게 된 하우징(150)의 후방에 있는 GRIN 렌즈 PLC 스플리터 어셈블리(338)를 도시하며, 어셈블리(338)는 GRIN 렌즈(308)에 작동 가능하게 연결된 PLC 광섬유 스플리터(306)를 포함한다.
이제 도 11-13b를 보면, 본 발명의 구체예에 따른 조작기 암 링크(50), 텔레스코프식 삽입 축(60), 및 광섬유 커넥터(300b)를 포함하는 조작기(8)의 투시도 및 각각의 투시 단면도가 도시된다. 도 11에서는, 인테로게이터(170)이 광섬유 커넥터(300b)에 작동 가능하게 연결되고, 컴퓨터가 선택적으로 인테로게이터(170)에 연결된다. 광섬유 기술은 기구 스트레인 게이지로부터의 광학적으로 암호화된 스트레인 정보를 로봇 수술 시스템의 컴퓨터 제어 하드웨어와 호환되는 전기적 신호로 디코딩하는 인테로게이터 유닛을 필요로 한다. 다음에, 프로세서(예를 들어, 도 1의 프로세서(4))를 사용하여 스트레인 게이지/센서로부터의 신호와 관련된 수식들에 따라 힘을 계산할 수 있다. 한 구체예에서, 인테로게이터(170)와 컴퓨터(180)는 조작기 상에, 시스템의 메인 좌대(chassis)에, 또는 수술 시스템의 장비 선반에 장착되며, 멸균 바운더리를 가로질러 광섬유를 안내하는 경로가 필요할 수 있다.
광섬유 커넥터(300b)와 인테로게이터(170) 사이의 통신은, 한 예에서, 적어도 부분적으로 조작기 암(8)을 통과해 지나가는 노이즈 내성 케이블, 예를 들어 광섬유 케이블(302b)을 통해 이루어질 수 있다. 인테로게이터(170)는 다양한 수단을 통해서 컴퓨터(180)와 통신할 수 있으며, 제한은 아니지만 연속 입력/출력을 포함한다. 한 예에서, 컴퓨터(180)는 가공되지 않은 스트레인 게이지 데이터, 및/또는 제한은 아니지만 16진법 및 10진법 정수 포맷을 포함하는 다양한 포맷의 분석된 힘/토크 데이터를 출력할 수 있다.
이제, 도 11과 함께 도 12a-12c와 13a-13b를 보면, 조작기의 원위 링크(66)의 기구 인터페이스(61)에 통합된 상태의 광섬유 커넥터(300b)가 도시되며, 광섬유 케이블(302b)이 적어도 부분적으로 조작기 링크장치를 통과해 지나간다. 도 12a-12c는 기구 멸균 어댑터(ISA)(70)가 원위 링크(66)의 기구 인터페이스(61) 위에 연결된 것을 도시한다. 도 13a 및 13b는 ISA(70) 상에 장착된 기구(100)와 ISA(70)을 통과해서 광섬유 커넥터(300a 및 300b) 사이에 놓인 광학 링크를 도시한다.
한 구체예에서, 텔레스코프식 삽입 축(60)은 제1 링크(62), 링크(62)와 작동 가능하게 연결된 제2 링크 또는 아이들(idle) 링크(64), 및 아이들 링크(64)에 작동 가능하게 연결된 제3 링크 또는 원위 링크(66)를 포함한다. 조작기(8)의 일부는 텔레스코프식 삽입 축(60)을 포함하지만, 다른 구체예에서 조작기는 선형 슬라이딩 캐리지를 포함할 수 있으며, 이것은 전문이 본원에 참고자료로 포함되는 2006년 12월 20일자 제출된 계류중인 미국 출원 제11/613,800호에 더 상세히 설명된다. 또 다른 구체예에서, 부착된 기구의 선형 삽입 동작은 다수의 힌지 또는 레볼루트 방식 조인트 링크의 협력 동작에 따른 것일 수 있다.
원위 링크(66)는 ISA(70)(도 12a-12c)와 작동 가능하게 연결하기 위한(전기적으로 및/또는 물리적으로) 기구 인터페이스(61)(도 11)를 포함하며, ISA는 광섬유 커넥터를 가진 기구의 하우징(예를 들어, 도 13a 및 14b의 하우징(150))에 작동 가능하게 연결하도록 구성된다. 광섬유 커넥터(300b)는 기구 인터페이스(61)에 통합되어 ISA(70)를 통해서 장착된 기구의 광섬유 커넥터(300a)와 광학적으로 연동된다. 도 12b에 도시된 대로, ISA(70)는 구멍(310) 또는 렌즈 형태의 광학 경로를 포함하며, 이것을 통해서 광섬유 커넥터(300b)가 기구가 ISA(70)에 완전히 장착되었을 때 광섬유 커넥터(300a)(도 13b)와 광학적으로 연동될 수 있다. 한 구체예에서, 멸균 어댑터는 로봇 수술 시스템과 특히 조작기 시스템 위에 드리워질 수 있는 드레이프와 일체화되며, 이로써 비-멸균 조작기 암과 수술 과정의 멸균 영역 사이에 멸균 장벽이 확립된다.
이용가능한 멸균 어댑터 및 기구 하우징의 예가 2005년 12월 20일자 제출된 미국 출원 제11/314,040호, 및 2006년 3월 31일자 제출된 미국 출원 제11/395,418호에 개시되며, 이들의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다. 이용가능한 드레이프 및 어댑터의 예는 2005년 9월 30일자 제출된 계류중인 미국 출원 제11/240,113호에 개시되며, 이것의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다. 기구 인터페이스의 예가 2006년 12월 20일자 제출된 계류중인 미국 출원 제11/613,695호에 개시되며, 이것의 전문이 본원에 참고자료로 포함된다.
상기 설명된 광학 커넥터(300a, 300b)(EBC 같은)가 다양한 시준 렌즈 및 도 4a-6b2와 관련하여 상기 설명된 어셈블리들을 포함할 수 있으며, 가요성 빔(344a, 344b)에 각각 장착될 수 있다는 것이 주지된다. 광섬유 커넥터는 섬유 리본 케이블을 수용하는 섬유 어레이 블록, 섬유 어레이 블록에 작동 가능하게 연결된 평면 광파 회로(PLC) 스플리터, 및 PLC 스플리터에 작동 가능하게 연결된 시준기 렌즈를 더 포함할 수 있다. 유리하게, PLC 스플리터는 광섬유 센서로부터의 신호를 더 적은 수의 섬유로 또는 바람직하게는 1개의 섬유에 합친 다음, 더 많은 수의 섬유 위에서 하나 이상의 섬유들에 신호들을 분리하기 위한 압축 수단을 제공한다.
광섬유 커넥터의 각 시준기 렌즈는 광을 더 넓은 면적에 분산시켜서 결합 표면의 오염에 대한 민감도, 어긋남, 및 갭 민감도가 적은 상태에서 광섬유 커넥터들 사이로 광이 전송될 수 있도록 하며, 이로써 수술실 스태프는 최소한의 교육을 받고서도 더욱 쉽게 청소할 수 있게 된다. 광이 더 넓은 면적에 분산된다 하더라도, 광의 파워 레벨 및 스펙트럼 분포는 보존되어 커넥터들 사이에서 신호의 변성이 방지된다. 한 예에서, 시준기 렌즈는 비구면 렌즈, GRIN 렌즈, 볼 렌즈, 또는 렌즈형 섬유로 형성된다. 다른 구체예에서, 복수의 렌즈가 사용될 수 있다.
또한, PLC 스플리터는 기구 하우징에 장착되어 단 섬유에 의해서 EBC(도 2a, 10b, 10c)와 접속될 수 있거나, 또는 PLC 스플리터는 EBC(도 6a1, 6a2, 6b1, 6b2, 10a, 10d)와 일체화될 수 있다(즉, 직접 연결될 수 있다). 또 다른 구체예에서, PLC 스플리터는 하우징에는 장착되지 않고, 힘 변환기(도 7a, 7b)와 일체화될 수 있다. 또한, 광섬유 커넥터는 멸균 어댑터와 기구의 결합 방향 및 EBC 쌍의 결합 방향과 정렬되거나(도 9a-9c, 10a) 또는 횡단하는(도 8a-8c, 10b, 10c) 광학 축을 가질 수 있다. 마지막으로, 기구 하우징의 후방에서 EBC 쌍을 손으로 결합시킬 수 있다(도 7a, 10d).
대안으로서, 광학 멀티플렉서/디멀티플렉서(OMUX) 칩이 섬유 어레이 블록과 시준기 렌즈 사이에 놓인 PLC 스플리터를 대신할 수 있다. 한 예에서, 평면 어레이형 도파관 격자(AWG) OMUX 칩과 그것의 연계된 광섬유 접속부가 사용될 수 있다. 바람직하게, AWG OMUX는 저밀도 파장 분할 멀티플렉서(CWDM) 타입일 것이다. 장치의 각 채널은 해당 채널로 들어오는 섬유가 지닌 광섬유 스트레인 센서로부터의 반영된 파장 변동 범위를 수용할 만큼 충분한 파장 통과 밴드 폭을 가질 것이다. 변동은 적용된 부하, 온도 변화 및 또한 섬유와 힘 변환기의 접합에 따른 잔류 응력 오프셋으로 인한 것들일 수 있다. 채널 밴드 폭은 또한 AWG OMUX 채널 중심 파장에서 온도 유도 변동을 허용하기에 충분해야 한다. 추가의 예에서, AWG OMUX 칩은 비열(athermal) 온도 보상 타입이다.
유리하게, 본 발명은 힘 감지 기구가 조작기에 신뢰성 있게 연결된 것을 제공하며, 이로써 광학 표면 오염과 광학 축 어긋남의 효과가 감소되고, 신호 품질이 유지된다. 또한, 기구에 긴 케이블이 부착될 필요가 없어지고, 이로써 빠른 기구 교체, 멸균 드레이프 사용 및 취급, 그리고 사용 중간에 기구 재멸균에 따른 잠재적인 문제들이 제거되거나 적어진다.
상기 설명된 구체예들은 예시일 뿐이며 본 발명을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 원리에 따라서 많은 변형 및 변화가 가능하다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기 청구항들에 의해서만 한정된다.

Claims (8)

  1. 원단부를 갖는 로봇 조작기 포지셔닝 시스템;
    조작기 포지셔닝 시스템의 원단부에 작동 가능하게 연결된 베이스 링크;
    베이스 링크에 이동 가능하게 연결된 원위 링크로서, 원위 링크는 조작기 광섬유 커넥터를 포함하는 기계적 기구 인터페이스를 포함하고, 조작기 광섬유 커넥터는 수술 기구의 기구 광섬유 커넥터에 광학적으로 연동되도록 구성되는, 원위 링크; 및
    기계적 기구 인터페이스에 작동 가능하게 연결된 멸균 어댑터로서, 기구 광섬유 커넥터와 조작기 광섬유 커넥터 사이의 갭을 가로질러 광을 전달하는 광학 경로를 포함하는, 멸균 어댑터
    를 포함하는, 조작기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 조작기 광섬유 커넥터가 확장형 빔 시준기 렌즈를 포함하는, 조작기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 조작기 광섬유 커넥터는 수술 기구의 기구 광섬유 커넥터로부터의 신호를 수신하도록 원위 링크 상에 구성되는, 조작기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 조작기 광섬유 커넥터는 가요성 부재에 의해 원위 링크에 부착되는, 조작기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 멸균 어댑터는 한 쌍의 배면결합(back-to-back) 평면 점감형 특징부(tapered features)를 포함하는, 조작기 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 점감형 특징부는 기구 광섬유 커넥터와 조작기 광섬유 커넥터 중 적어도 하나의 광학 축을 정렬시키는, 조작기 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 조작기 광섬유 커넥터와 작동 가능하게 연결되며, 수술 기구 상의 복수의 스트레인 게이지로부터의 광학 신호를 전자 신호로 전환하도록 구성되는 인테로게이터를 더 포함하는, 조작기 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 조작기 광섬유 커넥터는 적어도 부분적으로 조작기 링크장치를 통해 라우팅된 광섬유에 작동 가능하게 연결되는, 조작기 시스템.
KR1020187016858A 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속 KR101942390B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/415,795 US8463439B2 (en) 2009-03-31 2009-03-31 Optic fiber connection for a force sensing instrument
US12/415,795 2009-03-31
PCT/US2010/028391 WO2010117625A2 (en) 2009-03-31 2010-03-24 Optic fiber connection for a force sensing instrument

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187005406A Division KR101870604B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197001774A Division KR102041760B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180069127A KR20180069127A (ko) 2018-06-22
KR101942390B1 true KR101942390B1 (ko) 2019-01-28

Family

ID=42244524

Family Applications (8)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197032167A KR102157116B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020197001774A KR102041760B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020117025090A KR101669304B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020177016556A KR101834712B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020177004436A KR101750221B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020187016858A KR101942390B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020187005406A KR101870604B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020167028449A KR101709905B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속

Family Applications Before (5)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197032167A KR102157116B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020197001774A KR102041760B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020117025090A KR101669304B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020177016556A KR101834712B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020177004436A KR101750221B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187005406A KR101870604B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속
KR1020167028449A KR101709905B1 (ko) 2009-03-31 2010-03-24 힘 감지 기구를 위한 광섬유 접속

Country Status (5)

Country Link
US (6) US8463439B2 (ko)
EP (2) EP3181087B1 (ko)
KR (8) KR102157116B1 (ko)
CN (1) CN102448399B (ko)
WO (1) WO2010117625A2 (ko)

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8463439B2 (en) * 2009-03-31 2013-06-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. Optic fiber connection for a force sensing instrument
US8465474B2 (en) 2009-05-19 2013-06-18 Intuitive Surgical Operations, Inc. Cleaning of a surgical instrument force sensor
US8496647B2 (en) 2007-12-18 2013-07-30 Intuitive Surgical Operations, Inc. Ribbed force sensor
US8628518B2 (en) 2005-12-30 2014-01-14 Intuitive Surgical Operations, Inc. Wireless force sensor on a distal portion of a surgical instrument and method
US8945148B2 (en) * 2007-06-13 2015-02-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical system instrument manipulator
US8561473B2 (en) 2007-12-18 2013-10-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Force sensor temperature compensation
US9486189B2 (en) 2010-12-02 2016-11-08 Hitachi Aloka Medical, Ltd. Assembly for use with surgery system
EP3714821A1 (en) 2011-06-10 2020-09-30 Board of Regents of the University of Nebraska Surgical end effector
EP2732344B1 (en) 2011-07-11 2019-06-05 Board of Regents of the University of Nebraska Robotic surgical system
US8651751B2 (en) * 2011-11-15 2014-02-18 Chromis Fiberoptics, Inc. Apparatus and process for termination of polymer optical fiber ribbons
CA3098065C (en) 2012-01-10 2023-10-31 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices for surgical access and insertion
JP6134336B2 (ja) * 2012-02-15 2017-05-24 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 入力装置の操作者が視認可能なディスプレイ領域に器具が入ったときのその器具の制御権限の入力装置への切り換え
US9445876B2 (en) * 2012-02-27 2016-09-20 Covidien Lp Glove with sensory elements incorporated therein for controlling at least one surgical instrument
EP3845190B1 (en) 2012-05-01 2023-07-12 Board of Regents of the University of Nebraska Single site robotic device and related systems
KR101967635B1 (ko) * 2012-05-15 2019-04-10 삼성전자주식회사 엔드 이펙터 및 원격 제어 장치
EP2882331A4 (en) 2012-08-08 2016-03-23 Univ Nebraska ROBOTIC SURGICAL DEVICES, SYSTEMS AND CORRESPONDING METHODS
US9770305B2 (en) 2012-08-08 2017-09-26 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems, and related methods
JP6441797B2 (ja) 2012-08-14 2018-12-19 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 最小侵襲器具におけるコンポーネントを構成するためのシステム及び方法
US9522003B2 (en) * 2013-01-14 2016-12-20 Intuitive Surgical Operations, Inc. Clamping instrument
US9743987B2 (en) 2013-03-14 2017-08-29 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Methods, systems, and devices relating to robotic surgical devices, end effectors, and controllers
CA2906772C (en) 2013-03-15 2021-09-21 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices, systems and related methods
JP6137931B2 (ja) * 2013-04-26 2017-05-31 オリンパス株式会社 内視鏡
US10966700B2 (en) 2013-07-17 2021-04-06 Virtual Incision Corporation Robotic surgical devices, systems and related methods
US9817019B2 (en) 2013-11-13 2017-11-14 Intuitive Surgical Operations, Inc. Integrated fiber bragg grating accelerometer in a surgical instrument
WO2015142787A1 (en) * 2014-03-17 2015-09-24 Intuitive Surgical Operations, Inc. Multi-stage instrument connector
EP3119313B1 (en) 2014-03-17 2020-03-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. Sterile barrier between surgical instrument and teleoperated actuator
JP6431678B2 (ja) * 2014-03-20 2018-11-28 オリンパス株式会社 挿入形状検出装置
US10175127B2 (en) 2014-05-05 2019-01-08 Covidien Lp End-effector force measurement drive circuit
US11428591B2 (en) 2014-05-05 2022-08-30 Covidien Lp End-effector force measurement drive circuit
DE102015001624A1 (de) * 2015-02-09 2016-08-11 Kuka Roboter Gmbh Robotersystem
KR101739179B1 (ko) 2015-03-03 2017-06-08 이호식 비접촉식 광케이블 감지 유닛을 갖는 광케이블 접속장치
KR101758600B1 (ko) 2015-03-03 2017-07-26 (주)참메드 유니버셜 타입 광케이블 홀더 및 이를 포함하는 광케이블 접속장치
WO2016154756A1 (en) 2015-03-31 2016-10-06 7D Surgical Inc. Systems, methods and devices for tracking and calibration of flexible implements
US10194981B2 (en) * 2015-07-29 2019-02-05 Medlumics S.L. Radiofrequency ablation catheter with optical tissue evaluation
WO2017024081A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Board Of Regents Of The University Of Nebraska Robotic surgical devices systems and related methods
US10034716B2 (en) * 2015-09-14 2018-07-31 Globus Medical, Inc. Surgical robotic systems and methods thereof
US10362204B2 (en) * 2015-11-25 2019-07-23 General Tools & Instruments Illuminated object viewing and retrieving tool
JP6673684B2 (ja) * 2015-12-11 2020-03-25 株式会社メディカロイド 遠隔操作装置及び遠隔手術システム
EP3417332A4 (en) 2016-02-17 2019-10-30 Invuity, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR LIGHTING AND IMAGING
CN114098975A (zh) 2016-05-18 2022-03-01 虚拟切割有限公司 机器人外科装置、系统及相关方法
WO2018056584A1 (ko) 2016-09-21 2018-03-29 삼성전자 주식회사 피부 상태 측정 방법 및 이를 위한 전자 장치
EP3522813A2 (en) * 2016-10-04 2019-08-14 Imperial Innovations Limited Coupling for a robotic surgical instrument
EP3548773A4 (en) 2016-11-29 2020-08-05 Virtual Incision Corporation USER CONTROL DEVICE WITH USER PRESENCE DETECTION AND ASSOCIATED SYSTEMS AND PROCEDURES
US10722319B2 (en) 2016-12-14 2020-07-28 Virtual Incision Corporation Releasable attachment device for coupling to medical devices and related systems and methods
GB2552855B (en) * 2017-01-31 2019-02-13 Cmr Surgical Ltd Surgical instrument engagement detection
JP2018167386A (ja) * 2017-03-30 2018-11-01 セイコーエプソン株式会社 ロボット
US11460360B2 (en) 2017-11-14 2022-10-04 Intuitive Surgical Operations, Inc. Split bridge circuit force sensor
US10675107B2 (en) 2017-11-15 2020-06-09 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical instrument end effector with integral FBG
US11160621B2 (en) * 2017-11-17 2021-11-02 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical instrument sterile adapter with optical coupler
EP3735341A4 (en) 2018-01-05 2021-10-06 Board of Regents of the University of Nebraska ROBOTIC DEVICE HAVING A SINGLE ARM OF A COMPACT JOINT DESIGN AND RELATED SYSTEMS AND PROCESSES
WO2019222641A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Corindus, Inc. Remote communications and control system for robotic interventional procedures
CN109330689B (zh) * 2018-07-31 2024-01-09 深圳市精锋医疗科技股份有限公司 可调节操作臂的从操作设备组件及手术机器人
WO2020102778A1 (en) 2018-11-15 2020-05-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Strain sensor with contoured deflection surface
CN113316431A (zh) 2018-12-04 2021-08-27 马科外科公司 用于联接外科部件的具有无菌屏障组件的安装系统
US11903658B2 (en) 2019-01-07 2024-02-20 Virtual Incision Corporation Robotically assisted surgical system and related devices and methods
EP3890645A4 (en) 2019-02-22 2022-09-07 Auris Health, Inc. SURGICAL PLATFORM EQUIPPED WITH MOTORIZED ARMS FOR ADJUSTABLE ARM SUPPORTS
US11617627B2 (en) * 2019-03-29 2023-04-04 Auris Health, Inc. Systems and methods for optical strain sensing in medical instruments
US11690624B2 (en) * 2019-06-21 2023-07-04 Covidien Lp Reload assembly injection molded strain gauge
CN113133831A (zh) * 2020-01-20 2021-07-20 上海奥朋医疗科技有限公司 适用于血管腔内介入手术的导丝导管三关节旋转机构
JP6850056B1 (ja) * 2020-09-01 2021-03-31 リバーフィールド株式会社 術具

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003530131A (ja) 1999-03-07 2003-10-14 ディスクレ リミテッド コンピューターを利用する手術方法及び装置
US20080065111A1 (en) 2005-12-30 2008-03-13 Blumenkranz Stephen J Force sensing for surgical instruments

Family Cites Families (82)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4953938A (en) * 1985-10-28 1990-09-04 Gte Laboratories Incorporated Optical fiber expanded beam connector
US4836637A (en) * 1986-05-21 1989-06-06 Poorman Thomas J Expanded-beam fiber-optic connector
US4834494A (en) * 1987-07-20 1989-05-30 Corning Glass Works Expanded beam waveguide connector
US4898450A (en) * 1987-08-31 1990-02-06 Physical Optics Corporation Expanded beam non-imaging fiber optic connector
IT1223014B (it) * 1987-10-29 1990-09-12 Pirelli Cavi Spa Connettore per fibre ottiche a fascio espanso
US4913510A (en) * 1989-03-06 1990-04-03 Gte Products Corporation Expanded beam fiber optic lens
US5795325A (en) * 1991-07-16 1998-08-18 Heartport, Inc. Methods and apparatus for anchoring an occluding member
US5631973A (en) 1994-05-05 1997-05-20 Sri International Method for telemanipulation with telepresence
FR2693397B1 (fr) 1992-07-09 1994-09-02 Cogema Dispositif de retour d'information sensorielle représentative de l'effort exercé sur un télémanipulateur par son utilisateur.
US5257332A (en) * 1992-09-04 1993-10-26 At&T Bell Laboratories Optical fiber expanded beam coupler
US5416874A (en) * 1994-07-01 1995-05-16 Siecor Corporation Optical receiver stub fitting
US5541756A (en) * 1994-11-17 1996-07-30 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior Universty Apparatus and method for routing optical signals through wavelength-coding in a self-routed wavelength addressable network
US7235089B1 (en) * 1994-12-07 2007-06-26 Boston Scientific Corporation Surgical apparatus and method
US6221007B1 (en) * 1996-05-03 2001-04-24 Philip S. Green System and method for endoscopic imaging and endosurgery
US5807377A (en) 1996-05-20 1998-09-15 Intuitive Surgical, Inc. Force-reflecting surgical instrument and positioning mechanism for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity
US5792135A (en) 1996-05-20 1998-08-11 Intuitive Surgical, Inc. Articulated surgical instrument for performing minimally invasive surgery with enhanced dexterity and sensitivity
US5838437A (en) * 1997-04-09 1998-11-17 Micron Optics, Inc. Reference system for optical devices including optical scanners and spectrum analyzers
US6331181B1 (en) * 1998-12-08 2001-12-18 Intuitive Surgical, Inc. Surgical robotic tools, data architecture, and use
US7699855B2 (en) 1996-12-12 2010-04-20 Intuitive Surgical Operations, Inc. Sterile surgical adaptor
US7666191B2 (en) * 1996-12-12 2010-02-23 Intuitive Surgical, Inc. Robotic surgical system with sterile surgical adaptor
US7727244B2 (en) 1997-11-21 2010-06-01 Intuitive Surgical Operation, Inc. Sterile surgical drape
US5996376A (en) * 1997-04-11 1999-12-07 Digital Optics Corporation Methods of forming optical rods including three-dimensional patterns on end faces thereof
US6256090B1 (en) * 1997-07-31 2001-07-03 University Of Maryland Method and apparatus for determining the shape of a flexible body
US6160652A (en) * 1998-07-17 2000-12-12 Lynx Photonic Networks Ltd. Optical address decoder
WO2000007503A1 (en) 1998-08-04 2000-02-17 Intuitive Surgical, Inc. Manipulator positioning linkage for robotic surgery
US6770081B1 (en) 2000-01-07 2004-08-03 Intuitive Surgical, Inc. In vivo accessories for minimally invasive robotic surgery and methods
US6394998B1 (en) 1999-01-22 2002-05-28 Intuitive Surgical, Inc. Surgical tools for use in minimally invasive telesurgical applications
EP1181598A4 (en) * 1999-03-29 2004-05-12 Scimed Life Systems Inc SINGLE-MODE FIBER OPTIC COUPLING SYSTEMS
US6594552B1 (en) 1999-04-07 2003-07-15 Intuitive Surgical, Inc. Grip strength with tactile feedback for robotic surgery
US8944070B2 (en) 1999-04-07 2015-02-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Non-force reflecting method for providing tool force information to a user of a telesurgical system
US6600583B1 (en) * 1999-09-28 2003-07-29 Lucent Technologies Inc. Optical internet router
US6374012B1 (en) * 1999-09-30 2002-04-16 Agere Systems Guardian Corp. Method and apparatus for adjusting the path of an optical beam
IL134218A (en) * 2000-01-25 2003-12-10 Eci Telecom Ltd Method and apparatus for routing data-carrying optical signals
DE10011790B4 (de) * 2000-03-13 2005-07-14 Siemens Ag Medizinisches Instrument zum Einführen in ein Untersuchungsobjekt, sowie medizinisches Untersuchungs- oder Behandlungsgerät
US6411755B1 (en) * 2000-04-27 2002-06-25 University Of Rochester Cladding-assisted single-mode fiber coupler
US6902560B1 (en) 2000-07-27 2005-06-07 Intuitive Surgical, Inc. Roll-pitch-roll surgical tool
US6493489B2 (en) * 2000-11-29 2002-12-10 Alvesta Corporation Integrated coupling modules for high-bandwidth fiber-optic systems
US6736547B2 (en) * 2001-04-10 2004-05-18 Lockheed Martin Corporation Expanded-beam, butt-coupled optical connector
US6783524B2 (en) 2001-04-19 2004-08-31 Intuitive Surgical, Inc. Robotic surgical tool with ultrasound cauterizing and cutting instrument
US6817974B2 (en) 2001-06-29 2004-11-16 Intuitive Surgical, Inc. Surgical tool having positively positionable tendon-actuated multi-disk wrist joint
US6632025B2 (en) * 2001-07-05 2003-10-14 Corning Incorporated High power expanded beam connector and methods for using and making the high power expanded beam connector
US6655850B2 (en) * 2001-07-05 2003-12-02 Corning Incorporated Hybrid fiber expanded beam connector and methods for using and making the hybrid fiber expanded beam connector
US7031567B2 (en) * 2001-07-24 2006-04-18 Tyco Electronics Corporation Expanded beam connector system
US6676684B1 (en) 2001-09-04 2004-01-13 Intuitive Surgical, Inc. Roll-pitch-roll-yaw surgical tool
CA2474485A1 (en) * 2002-01-31 2003-08-07 University Of Rochester Light activated gene transduction using ultraviolet light for cell targeted gene delivery
US6876786B2 (en) * 2002-10-02 2005-04-05 Cicese-Centro De Investigation Fiber-optic sensing system for distributed detection and localization of alarm conditions
KR100488221B1 (ko) * 2003-09-08 2005-05-10 주식회사 파이버프로 광섬유 브래그 격자 센서 시스템
WO2005039835A1 (en) 2003-10-24 2005-05-06 The University Of Western Ontario Force reflective robotic control system and minimally invasive surgical device
US7302179B2 (en) * 2003-11-17 2007-11-27 Novx Systems, Inc. Optical performance monitor using co-located switchable fiber bragg grating array
US6865332B1 (en) * 2003-12-22 2005-03-08 Corning Cable Systems Llc Fiber optic splitter package and method of manufacture
US20050151975A1 (en) * 2004-01-14 2005-07-14 Ivan Melnyk Fabry-perot fiber optic sensing device and method
US7200300B2 (en) * 2004-01-14 2007-04-03 Corning Incorporated Lensed fibers and methods of making lensed fibers
US7781724B2 (en) * 2004-07-16 2010-08-24 Luna Innovations Incorporated Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto
US7772541B2 (en) * 2004-07-16 2010-08-10 Luna Innnovations Incorporated Fiber optic position and/or shape sensing based on rayleigh scatter
JP2006108881A (ja) 2004-10-01 2006-04-20 Kato Electrical Mach Co Ltd 携帯機器のスライド機構及び携帯電話機
US7218828B2 (en) * 2005-01-24 2007-05-15 Feustel Clay A Optical fiber power splitter module apparatus
US8075498B2 (en) * 2005-03-04 2011-12-13 Endosense Sa Medical apparatus system having optical fiber load sensing capability
US8945095B2 (en) 2005-03-30 2015-02-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Force and torque sensing for surgical instruments
US7752920B2 (en) 2005-12-30 2010-07-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Modular force sensor
US8463439B2 (en) 2009-03-31 2013-06-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. Optic fiber connection for a force sensing instrument
US8496647B2 (en) 2007-12-18 2013-07-30 Intuitive Surgical Operations, Inc. Ribbed force sensor
US7258495B1 (en) * 2005-06-24 2007-08-21 Corning Incorporated Lensed fiber stub assemblies optical and optoelectronic packages including them
EP3028645B1 (en) * 2005-08-01 2019-09-18 St. Jude Medical International Holding S.à r.l. Medical apparatus system having optical fiber load sensing capability
US20070129634A1 (en) 2005-10-17 2007-06-07 Hickey Katherine M Biomedical positioning and stabilization system
US8182470B2 (en) 2005-12-20 2012-05-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. Telescoping insertion axis of a robotic surgical system
US7930065B2 (en) * 2005-12-30 2011-04-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic surgery system including position sensors using fiber bragg gratings
US8628518B2 (en) * 2005-12-30 2014-01-14 Intuitive Surgical Operations, Inc. Wireless force sensor on a distal portion of a surgical instrument and method
WO2007087040A2 (en) * 2006-01-13 2007-08-02 Luna Innovations Incorporated Demodulation method and apparatus for fiber optic sensors
US8989528B2 (en) * 2006-02-22 2015-03-24 Hansen Medical, Inc. Optical fiber grating sensors and methods of manufacture
WO2007109778A1 (en) * 2006-03-22 2007-09-27 Hansen Medical, Inc. Fiber optic instrument sensing system
US8628520B2 (en) * 2006-05-02 2014-01-14 Biosense Webster, Inc. Catheter with omni-directional optical lesion evaluation
US7350981B2 (en) * 2006-05-09 2008-04-01 Stratos International, Inc. Fiber optic buildout converter, physical contact to expanded beam
US7460750B2 (en) * 2006-08-23 2008-12-02 Stratos International, Inc. Expanded beam, single fiber, fiber optic connector
ES2302444B1 (es) * 2006-09-20 2009-05-21 Universitat Politecnica De Catalunya Dispositivo de nodo remoto optico y equipo de soporte para la construccion y ampliacion de redes de acceso por fibra optica.
WO2008131303A2 (en) * 2007-04-20 2008-10-30 Hansen Medical, Inc. Optical fiber shape sensing systems
US8157789B2 (en) * 2007-05-24 2012-04-17 Endosense Sa Touch sensing catheter
US8622935B1 (en) * 2007-05-25 2014-01-07 Endosense Sa Elongated surgical manipulator with body position and distal force sensing
US8702590B2 (en) 2007-07-02 2014-04-22 M.S.T. Medical Surgery Technologies Ltd System for positioning endoscope and surgical instruments
US7715669B2 (en) * 2007-10-17 2010-05-11 Avago Technologies Fiber Ip (Singapore) Pte. Ltd. Fiber optic link, a transceiver for use in the link, and methods for designing and constructing fiber optic links and transceivers
US8702320B2 (en) * 2009-11-04 2014-04-22 Adc Telecommunications, Inc. Fiber optic ferrule assembly with transitioning insert
US8873066B2 (en) * 2011-07-14 2014-10-28 Insight Photonic Solutions, Inc. System and method for improved resolution, higher scan speeds and reduced processing time in scans involving swept-wavelength interferometry
US9006826B2 (en) 2012-05-14 2015-04-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Butted contact shape to improve SRAM leakage current

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003530131A (ja) 1999-03-07 2003-10-14 ディスクレ リミテッド コンピューターを利用する手術方法及び装置
US20080065111A1 (en) 2005-12-30 2008-03-13 Blumenkranz Stephen J Force sensing for surgical instruments

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190010722A (ko) 2019-01-30
US10806524B2 (en) 2020-10-20
KR20160122279A (ko) 2016-10-21
CN102448399B (zh) 2015-12-16
WO2010117625A2 (en) 2010-10-14
KR102041760B1 (ko) 2019-11-06
EP3181087A1 (en) 2017-06-21
KR101834712B1 (ko) 2018-03-06
KR101750221B1 (ko) 2017-06-22
EP2416727B1 (en) 2017-05-17
US8463439B2 (en) 2013-06-11
US20160235488A1 (en) 2016-08-18
KR101709905B1 (ko) 2017-02-23
EP3181087B1 (en) 2019-12-18
WO2010117625A3 (en) 2010-11-25
KR20180023051A (ko) 2018-03-06
US9339347B2 (en) 2016-05-17
KR20170021369A (ko) 2017-02-27
US20180360546A1 (en) 2018-12-20
US20150250548A1 (en) 2015-09-10
US20130331650A1 (en) 2013-12-12
US20100250000A1 (en) 2010-09-30
KR20190125540A (ko) 2019-11-06
KR20170073719A (ko) 2017-06-28
US20170281298A1 (en) 2017-10-05
US9649172B2 (en) 2017-05-16
KR102157116B1 (ko) 2020-09-18
US10085809B2 (en) 2018-10-02
KR101669304B1 (ko) 2016-10-25
EP2416727A2 (en) 2012-02-15
US9055962B2 (en) 2015-06-16
CN102448399A (zh) 2012-05-09
KR20120013337A (ko) 2012-02-14
KR101870604B1 (ko) 2018-06-22
KR20180069127A (ko) 2018-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10806524B2 (en) Optic fiber connection for a force sensing instrument
EP1965711B1 (en) Force and torque sensing for surgical instruments
US8613230B2 (en) Force sensing for surgical instruments
KR101296220B1 (ko) 모듈식 힘센서
US8561473B2 (en) Force sensor temperature compensation

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant