KR102179204B1 - 카트리지 상태 및 존재 검출 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

수술 시스템 및 관련 방법이 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인한다. 상기 카트리지는 카트리지를 작동시키기 위해 발사 방향으로 작동되는 입력부를 포함하고 있다. 소정의 크기보다 작거나 같게 제한되어 있는 작동 입력이 발생된다. 상기 작동 입력은 토크 또는 힘 중의 적어도 하나를 포함한다. 상기 작동 입력은 수술 기구의 출력부로 전달되어 소정의 양만큼 상기 발사 방향과 반대로 상기 출력부를 작동시키도록 한다. 상기 카트리지가 상기 수술 기구에 장착되어 있을 때 상기 출력부는 상기 카트리지 입력부와 구동가능하게 결합되어 있다. 상기 출력부의 합성 작동량이 측정되어 한계 작동량과 비교된다. 상기 출력부의 합성 작동량이 한계 작동량보다 작은 경우 카트리지가 존재하며 발사되지 않은 것이라는 판단이 내려진다.

Description

카트리지 상태 및 존재 검출 방법 및 장치{CARTRIDGE STATUS AND PRESENCE DETECTION}

본 출원은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 2011년 10월 26일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/551,880호 및 2011년 11월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/560,213호에 기초한 출원이다.

최소 침습 수술 기법은 진단 과정이나 수술 과정에서 손상되는 조직의 양을 감소시켜서, 환자 회복 시간, 불편함, 그리고 유해한 부작용을 감소시키는 것을 목적으로 한다. 결과적으로, 최소 침습 수술 기법을 이용하면 통상적인 수술에 대한 평균적인 병원 체류기간이 현저하게 단축될 수 있다. 또한, 최소 침습 수술에 의해 환자 회복 시간, 환자의 불편함, 수술 부작용, 그리고 직장에 결근하는 기간이 줄어들 수도 있다.

통상적인 형태의 최소 침습 수술은 내시경술이고, 통상적인 형태의 내시경술은 복강(abdominal cavity) 내부의 최소 침습 검사 및 수술을 포함하는 복강경술이다. 통상적인 복강경 수술에 있어서, 환자의 복부에 가스가 주입되고, 복강경 수술기구용 진입구를 제공하기 위하여 캐뉼라 슬리브가 작은 절개부(대략 1/2 인치 이하)를 통과한다.

복강경 수술 기구는 대체로 수술 현장을 보여주는 내시경(예를 들면, 복강경)과 수술 부위에서 작업하는 공구를 포함한다. 작업 공구는, 각 공구의 작업 단부 또는 엔드 이펙터가 익스텐션 튜브(extension tube)(예를 들면, 수술기구 샤프트 또는 메인 샤프트로도 알려져 있음)에 의해 공구의 핸들로부터 분리되어 있다는 점을 제외하면, 종래의 수술(개복 수술)에서 사용되던 것과 대체로 유사하다. 엔드 이펙터는, 예를 들면, 클램프, 그래스퍼(grasper), 가위, 스테이플러(stapler), 소작 공구(cautery tool), 선형 절단기(linear cutter), 또는 지침기(needle holder)를 포함할 수 있다.

수술을 수행하기 위해서, 외과의사는 작업 공구를 캐뉼라 슬리브를 통하여 체내의 수술 부위로 이동시키고 복부의 외부에서 작업 공구를 조작한다. 외과의사는 내시경에 의해 촬영된 수술 부위의 영상을 보여주는 모니터로부터 수술을 관찰한다. 유사한 내시경적 기법이, 예를 들면, 관절경시술(arthroscopy), 복막후강경시술(retroperitoneoscopy), 골반경시술(골반copy), 신장경시술(nephroscopy), 방광경시술(cystoscopy), 뇌조경시술(cisternoscopy), 부비동경시술(sinoscopy), 자궁경시술(hysteroscopy), 요도경시술(urethroscopy) 등에 사용될 수 있다.

체내의 수술 부위에 대해 작업할 때 외과의사의 솜씨(dexterity)를 향상시키기 위한 것뿐만 아니라 외과의사가 원격 위치(살균 구역 외측)에서 환자를 수술할 수 있도록 하기 위해 최소 침습 원격수술 로봇 시스템이 개발되고 있다. 원격수술 시스템에서는, 외과의사가 제어 콘솔에서 수술 부위의 영상을 종종 제공받는다. 외과의사는 적절한 뷰어 또는 디스플레이로 수술 부위의 영상을 관찰하면서, 제어 콘솔의 마스터 입력 장치 또는 제어 장치를 조작함으로써 환자에 대해 수술을 수행한다. 각각의 마스터 입력 장치는 서보-기계로 작동되는/관절식 수술 기구의 동작을 제어한다. 수술하는 동안, 원격수술 시스템은 외과의사로 하여 다양한 기능, 예를 들면, 마스터 입력 장치의 조작에 따라서, 바늘을 쥐거나 꽂는 것, 혈관을 붙잡는 것, 조직을 절개하는 것 등을 수행하게 하는 엔드 이펙터를 가지고 있는 다양한 수술 기구 또는 공구의 기계적인 작동 및 제어를 제공할 수 있다.

이러한 엔드 이펙터의 조작 및 제어는 로봇 수술 시스템의 특히 유리한 측면이다. 이러한 이유로, 외과의사의 손목의 자연스러운 동작을 모방하기 위해서 엔드 이펙터의 3 자유도의 회전 운동을 제공하는 기구를 포함하는 수술 공구를 제공하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 기구는 최소 침습 수술에 사용하기 위해서 적절한 크기로 되어야 하고 가능한 고장 사항을 줄이기 위해서 형태가 비교적 간단하여야 한다. 부가적으로, 상기와 같은 기구는 엔드 이펙터가 광범위한 위치로 조작될 수 있게 하기 위해서 적절한 범위의 운동을 제공하여야 한다.

수술용 고정 및 절단 기구(예를 들면, 수술용 스테이플러라고도 알려져 있는, 비-로봇형 선형 고정, 스테이플링 및 절단 장치; 그리고 전기외과술용 혈관 봉합 장치)가 다양한 수술에 사용되고 있다. 예를 들면, 수술용 스테이플러는 위장관(gastrointestinal tract)으로부터 암 조직이나 비정상적인 조직을 절제하는데 사용될 수 있다. 알려진 수술용 스테이플러를 포함하는 다수의 알려진 수술용 고정 및 절단 기구는 조직을 고정시키는 대향하는 조(jaw)와 고정된 조직을 절단하는 관절연결식 나이프를 가지고 있다.

다수의 수술용 고정 및 절단 기구는 환자 조직의 제한된 범위와 상호작용하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 수술용 스테이플러는 통상적으로, 특히 수술용 스테이플러가 제한적인 체강(body cavity) 속으로(예를 들면, 캐뉼라를 통하여 골반 내부로) 배치하기에 적절한 작은 크기를 가지고 있는 경우에, 제한된 길이의 환자 조직을 고정하고, 스테이플링하고, 절단하도록 구성되어 있다. 그러나, 복잡한 수술은 제한된 길이의 환자 조직보다 많이 스테이플링을 필요로 할 수 있고, 이로 인해 다른 수술용 스테이플러를 사용하는 것 및/또는 수술용 스테이플러를 재사용할 수 있기 전에 수술용 스테이플러에 스테이플을 재장전하는 것을 필요로 한다. 재사용을 용이하게 하기 위해서, 많은 수술용 스테이플러가 엔드 이펙터 조(jaw)에 탈착가능하게 부착될 수 있는 스테이플러 카트리지를 이용한다. 이러한 스테이플러 카트리지는 스테이플을 배치하고 스테이플링된 조직을 절단하기 위한 나이프를 관절식으로 연결하기 위해서 구동 기구 및 필요한 스테이플을 포함할 수 있다. 사용후에, 소모된 스테이플러 카트리지는 새로운 스테이플러 카트리지로 교체될 수 있고 수술용 스테이플러는 재사용된다.

스테이플러 카트리지를 복강경 수술 기구에 장전하기 위해서는, 상기 복강경 수술 기구를 수술 부위로부터 물러나게 하고 캐뉼라로부터 빼낼 필요가 있다. 이러한 빼내기 작업(removal)은 시간을 소비하고 수술을 지연시킨다. 따라서, 수술 기구가 아직 사용되지 않은 카트리지를 가지고 있는 경우 수술 기구를 빼내지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 수술시에, 특정 수술 기구가 소모된 카트리지(spent cartridge)를 가지고 있는지 소모되지 않은 카트리지(unspent cartridge)를 가지고 있는지 여부에 대한 불확실성이 존재할 수 있다. 부가적으로, 수술 기구가 카트리지를 검사할 수 있는 경우에도, 특히 미숙련자의 눈에는, 카트리지가 소모되었는지 소모되지 않았는지가 명확하지 않을 수 있다.

미국등록특허공보 제7843158호(2010.11.30.)

따라서, 수술 기구에 장착된 발사되지 않은(unfired) 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 방법에 대한 필요성이 있는 것으로 생각된다. 바람직하게는 이러한 방법은 자동화되어야 하고 상기 수술 기구를 조작하는데 사용되는 로봇 수술 시스템에 통합될 수 있어야 한다.

수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 자동적으로 확인하는 수술 시스템 및 이와 관련된 방법이 개시된다. 개시된 방법은 소정의 양만큼 상기 수술용 카트리지의 발사 방향과 반대로 상기 수술 기구의 작동 출력부를 구동시키도록 시도한다. 상기 카트리지가 발사되었거나 존재하지 않는다면, 상기 작동 출력부는 상기 소정의 양만큼 작동될 수 있다. 발사되지 않은 수술용 카트리지가 존재한다면, 시도된 작동이 멈추기 전에 상기 작동 출력부는 단지 한계 작동량보다 작게 작동될 수 있다. 이 방법은 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 자동적으로 확인하여, 수동 확인과 관련된 시간과 비용을 절감하고 수술 부위로부터 수술 기구를 제거하지 않고서 배치된 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인할 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다. 상기 방법은 임의의 적절한 시간에 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 방법은 초기 체크(initial check)로서 사용될 수 있다. 상기 방법은 또한 주기적으로 사용될 수 있다. 또한 상기 방법은 이동을 위해 낮은 작동 레벨(예를 들면, 힘 및/또는 토크)을 이용하고 체크하는 것과 같은 방식에 의해 계속적으로 사용될 수도 있다.

따라서, 한 실시형태에서는, 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 방법이 개시되어 있다. 상기 카트리지는 카트리지를 작동시키기 위해 발사 방향으로 작동되는 입력부를 포함하고 있다. 상기 방법은 소정의 크기보다 작거나 같게 제한되어 있는 작동 입력을 발생시키는 것을 포함하고 있다. 상기 작동 입력은 토크 또는 힘 중의 적어도 하나를 포함하고 있다. 소정의 양만큼 발사 방향과 반대로 상기 수술 기구의 출력부를 작동시키도록 시도하기 위해 상기 작동 입력이 상기 수술 기구의 출력부로 전달된다. 상기 카트리지가 상기 수술 기구에 장착되어 있을 때 상기 출력부는 상기 카트리지와 구동가능하게 결합되어 있다. 상기 출력부의 합성 작동량이 측정되어 한계 작동량과 비교된다. 상기 출력부의 상기 합성 작동량이 상기 한계 작동량보다 작은 경우 상기 카트리지가 존재하며 발사되지 않은 것이라는 결정이 내려진다.

상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 작동 입력은 발생되는 작동 입력을 제한하도록 컨트롤되어 있는 전기 모터에 의해 발생된다. 예를 들면, 상기 작동 입력의 발생은 상기 작동 입력을 발생시키기 위해서 사용된 전기 모터에 공급되는 전류를 제한하는 것을 포함할 수 있다.

상기 작동 입력의 소정의 크기는 상기 작동 입력을 상기 수술 기구 출력부로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 작동 입력을 상기 수술 기구 출력부로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 마찰이 측정될 수 있고 상기 소정의 크기가 측정된 마찰보다 크게 설정될 수 있다.

상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기가 상기 수술 기구의 통상적인 작동 한계보다 작게 설정된다. 예를 들면, 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기가 상기 수술 기구의 통상적인 작동 한계의 40%보다 작게 설정된다. 또한 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기가 상기 통상적인 작동 한계의 20%보다 작게 설정된다.

상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 출력부의 합성 작동량을 측정하기 위해서 센서가 사용된다. 예를 들면, 홀 센서(Hall sensor)가 상기 작동 입력을 상기 수술 기구 출력부로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 작동을 추적하기 위해 사용될 수 있다. 다른 예로서, 인코더(encoder)가 상기 작동 입력을 상기 수술 기구 출력부로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 작동을 추적하기 위해 사용될 수 있다. 상기 구동 트레인의 작동은 상기 구동 트레인과 구동가능하게 결합되어 있는 구동원(예를 들면, 모터)의 움직임을 추적함으로써 직접 또는 간접적으로 추적할 수 있다.

상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 출력부의 이동이 추적되고 상기 출력부의 시도된 작동의 실속상태를 감시하기 위해 처리된다. 상기 출력부의 시도된 작동의 실속상태가 검출되면, 상기 작동 입력의 발생이 종료될 수 있다.

상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 수술용 카트리지는 관절연결식 나이프를 포함하고 있다. 다수의 실시예에서, 발사된 구성의 상기 수술용 카트리지에 적용될 때 소정의 작동량은 상기 관절연결식 나이프의 노출을 초래할 수 있는 양보다 작다.

다른 실시형태에서는, 로봇 수술 시스템이 개시되어 있다. 상기 로봇 수술 시스템은 마스터 입력 장치, 작동 출력부를 포함하는 수술 기구, 상기 마스터 입력 장치의 사용자 조작에 대응하여 상기 수술 기구를 이동시키도록 구성된 로봇 암, 상기 수술 기구 작동 출력부와 구동가능하게 결합된 구동원, 상기 수술 기구 작동 출력부의 이동을 측정하도록 구성된 센서, 그리고 상기 센서 및 상기 구동원과 통신가능하게 결합된 컨트롤러를 포함하고 있다. 상기 수술 기구는 수술용 카트리지를 수용하고 지지하도록 구성되어 있다. 상기 수술용 카트리지는 수술용 카트리지를 작동시키기 위해 발사 방향으로 작동되는(예를 들면, 회전되는, 병진이동되는) 입력부를 포함하고 있다. 상기 수술용 카트리지가 상기 수술 기구에 장착되어 있을 때 상기 카트리지는 상기 작동 출력부와 구동가능하게 결합되어 있다. 상기 컨트롤러는 프로세스와 감지할 수 있는 저장 매체를 포함하고 있고, 상기 감지할 수 있는 저장 매체는 실행시에 상기 구동원이 소정의 크기보다 작거나 같은 작동 입력을 발생시키도록 상기 프로세서로 하여 상기 구동원을 컨트롤하게 하는 명령을 포함하고 있다. 상기 작동 입력은 토크 또는 힘 중의 적어도 하나를 포함하고 있다. 상기 작동 입력은 상기 수술 기구 작동 출력부를 소정의 양만큼 상기 발사 방향과 반대로 이동시키도록 시도하기 위해 상기 수술 기구 작동 출력부로 전달된다. 상기 컨트롤러는 상기 작동 출력부의 합성 작동량을 한계 작동량과 비교하여 상기 작동 출력부의 합성 작동량이 상기 한계 작동량보다 작으면 상기 카트리지가 존재하며 발사되지 않은 것으로 결정한다.

상기 로봇 수술 시스템의 다수의 실시예에서, 상기 작동 입력은 발생되는 작동 입력을 제한하도록 컨트롤되어 있는 전기 모터에 의해 발생된다. 예를 들면, 상기 작동 입력의 발생은 상기 작동 입력을 발생시키기 위해서 사용된 전기 모터에 공급되는 전류를 제한하는 것을 포함할 수 있다.

상기 로봇 수술 시스템의 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기는 상기 수술 기구의 통상적인 작동 한계보다 작게 설정된다. 예를 들면, 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기가 상기 수술 기구의 통상적인 작동 한계의 40%보다 작게 설정된다. 또한 다수의 실시예에서, 상기 소정의 크기가 상기 통상적인 작동 한계의 20%보다 작게 설정된다.

상기 로봇 수술 시스템의 다수의 실시예에서, 상기 출력부의 합성 작동량을 측정하기 위해서 센서가 사용된다. 상기 컨트롤러는 상기 작동 출력부의 합성 작동량이 상기 한계 작동량보다 작은지 여부를 결정하기 위해 상기 센서의 출력 신호를 감시할 수 있다. 예를 들면, 상기 센서는 홀 센서를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 작동 출력부의 합성 작동량이 상기 한계 작동량보다 작은지 여부를 결정하기 위해 홀 센서 수치를 계산하여 상기 홀 센서 수치를 소정의 수치와 비교할 수 있다. 다른 예로서, 인코더가 사용될 수 있고 상기 작동 출력부의 합성 작동량이 상기 한계 작동량보다 작은지 여부를 결정하기 위해 상기 인코더의 출력 신호가 상기 컨트롤러에 의해 감시될 수 있다. 다른 예로서, 상기 센서는 유도성 속도 센서(inductive velocity sensor) 또는 회전속도계(tachometer)와 같은 속도 센서가 될 수 있다. 상기 컨트롤러는 측정된 속도로부터 상대 위치를 도출할 수 있다. 다른 예로서, 상기 센서는 가속도 센서가 될 수 있고, 위치는 측정된 가속도로부터 도출될 수 있다.

상기 로봇 수술 시스템의 다수의 실시예에서, 상기 출력부의 시도된 작동의 실속상태(stalling)를 감시하기 위해 상기 출력부의 이동이 추적된다. 상기 시도된 작동의 실속상태는 상기 작동 출력부가 소정의 기간 내에 최소량보다 작게 이동할 때 검출될 수 있다. 상기 시도된 작동의 실속상태가 검출되면, 상기 작동 입력의 발생이 종료될 수 있다.

상기 로봇 수술 시스템의 다수의 실시예에서, 상기 수술용 카트리지는 관절연결식 나이프를 포함하고 있다. 다수의 실시예에서, 발사된 구성의 수술용 카트리지에 적용될 때 소정의 작동량은 상기 관절연결식 나이프의 노출을 초래할 수 있는 작동량보다 작다. 다수의 실시예에서, 상기 카트리지는 상기 카트리지가 작동될 때 고정된 조직으로 전개되는 복수의 스테이플을 포함하고 있다. 다수의 실시예에서, 상기 관절연결식 나이프는 전개된 스테이플의 열과 열 사이의 고정된 조직을 절단하도록 구성되어 있다. 다수의 실시예에서, 상기 카트리지는 혈관을 봉합하도록 구성되어 있으며 봉합된 혈관을 절단하도록 구성된 관절연결식 나이프를 포함하고 있다.

본 발명의 본질과 장점을 보다 잘 이해하기 위해서는, 아래의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참고하여야 한다. 본 발명의 다른 실시형태, 목적 그리고 장점은 아래의 상세한 설명과 도면에 의해 명확하게 될 것이다.

도 1은 다수의 실시예에 따른, 수술을 시행하기 위해 사용되고 있는 최소 침습 로봇 수술 시스템의 평면도이다.
도 2는 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템용 외과의사의 컨트롤 콘솔의 사시도이다.
도 3은 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템 전자장치 카트의 사시도이다.
도 4는 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템을 개략적으로 나타내고 있다.
도 5a는 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템의 환자측 카트(수술용 로봇)의 정면도이다.
도 5b는 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 공구의 정면도이다.
도 6은 다수의 실시예에 따른, 대향하는 클램핑 조(clamping jaw)를 가지고 있는 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 수술 공구의 사시도이다.
도 7은 다수의 실시예에 따른, 6열의 스테이플을 가지고 있는 선형 스테이플링 및 절단 수술 기구의 탈착가능하게 부착될 수 있는 카트리지의 사시도이다.
도 8은 다수의 실시예에 따른, 도 7의 카트리지 및 부착된 스테이플 리테이너의 사시도이다.
도 9는 다수의 실시예에 따른, 도 7의 카트리지와 엔드 이펙터 조립체 사이의 상세한 부착구조를 나타내는 단면도이다.
도 10은 다수의 실시예에 따른, 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 방법의 행위들을 열거하고 있다.
도 11은 도 10의 방법의 선택적인 행위들을 열거하고 있다.
도 12는 발사된(fired) 수술용 카트리지에 대한 예시적인 관절연결식 나이프 구성을 나타내고 있다.
도 13은 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템의 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 것과 관련된 구성요소의 하이 레벨 뷰(high level view)를 제공하는 개략도이다.

아래의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예를 기술한다. 설명을 위해서, 상기 실시예의 충분한 이해를 제공하기 위해 특정 구성 및 세부사항이 개시되어 있다. 그러나, 당해 기술 분야의 전문가에게는 특정의 세부사항 없이도 본 발명이 실시될 수 있다는 것이 자명할 것이다. 또한, 설명하는 실시예를 모호하게 하지 않기 위해서 잘 알려진 특징은 생략되거나 단순화될 수 있다.

최소 침습 로봇 수술

도면을 참고하면, 여러 도면에 걸쳐서 유사한 참고 번호가 유사한 부분을 나타내며, 도 1은 수술대(14)에 누워 있는 환자(12)에 대해 최소 침습 진단 또는 수술을 수행하는데 통상적으로 사용되는 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)을 나타내는 평면도이다. 상기 최소 침습 로봇 수술 시스템은 수술을 하는 동안 외과의사(18)가 사용하는 외과의사의 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 한 명 이상의 보조자(20)가 수술에 참여할 수도 있다. 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)은 환자측 카트(22)(수술용 로봇)와 전자장치 카트(24)를 더 포함할 수 있다. 환자측 카트(22)는 외과의사(18)가 콘솔(16)을 통하여 수술 부위를 관찰하면서 환자(12)의 신체의 최소 침습 절개부를 통하여 적어도 하나의 탈착가능하게 결합된 공구 조립체(26)(이하에서는, 단지 "공구" 라고도 한다)를 조작할 수 있다. 수술 부위의 영상은, 입체 내시경과 같은, 내시경(28)에 의해 얻을 수 있고, 내시경(28)은 내시경(28)을 특정 방향으로 향하게 하기 위해 환자측 카트(22)에 의해 조작될 수 있다. 외과의사의 콘솔(16)을 통하여 외과의사(18)에 대한 차후의 디스플레이를 위해 수술 부위의 영상을 처리하기 위해 전자장치 카트(24)가 사용될 수 있다. 한 번에 사용되는 수술 공구(26)의 갯수는 대체로 진단이나 수술 그리고 다른 요인들 중에서 수술실 내의 공간적인 제한사항에 따라 좌우된다. 수술 도중에 사용하고 있는 수술 공구(26) 중의 하나 이상을 교체할 필요가 있는 경우, 보조자(20)가 환자측 카트(22)로부터 수술 공구(26)를 제거하고, 이 수술 공구를 수술실의 트레이(30)에 있는 다른 수술 공구(26)와 교체할 수 있다.

도 2는 외과의사의 콘솔(16)의 사시도이다. 외과의사의 콘솔(16)은 깊이 인식을 가능하게 하는 수술 부위의 조정된 입체 화면을 외과의사(18)에게 제공하는 왼쪽 눈 디스플레이(32) 및 오른쪽 눈 디스플레이(34)를 포함하고 있다. 외과의사의 콘솔(16)은 하나 이상의 입력 제어 장치(36)를 더 포함하고 있고, 이 입력 제어 장치는 환자측 카트(22)(도 1에 도시되어 있음)로 하여 하나 이상의 공구를 조작하게 한다. 입력 제어 장치(36)는 외과의사에게 원격현장감, 또는 외과의사가 상기 공구(26)를 직접 제어하고 있다는 강한 느낌을 가지도록 입력 제어 장치(36)가 상기 공구(26)와 일체로 되어 있다는 인식을 제공하기 위해서 대응하는 공구(26)(도 1에 도시되어 있음)와 동일한 자유도를 제공할 수 있다. 이를 위해서, 입력 제어 장치(36)를 통하여 상기 공구(26)로부터의 위치, 힘, 그리고 촉각적인 느낌을 외과의사의 손으로 전달하기 위해서 위치 센서, 힘 센서, 그리고 촉각 피드백 센서(도시되어 있지 않음)가 사용될 수 있다.

외과의사가 직접 수술을 감시하고, 필요에 따라 직접 참석하고, 전화나 다른 통신 매체를 통하기보다 직접 보조자에게 말을 할 수 있도록 외과의사의 콘솔(16)은 통상적으로 환자가 있는 방과 같은 방에 배치되어 있다. 그러나, 외과의사가, 원격 수술을 가능하게 하는 다른 방, 완전히 다른 건물, 또는 환자로부터 떨어져 있는 다른 장소에 배치될 수 있다.

도 3은 전자장치 카트(24)의 사시도이다. 전자장치 카트(24)는 내시경(28)과 결합될 수 있으며, 예를 들면, 외과의사의 콘솔, 또는 근처에 및/또는 이격되어 배치된 다른 적절한 디스플레이에서 외과의사에 대한 차후의 디스플레이를 위해 촬영된 영상을 처리하기 위해 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들면, 입체 내시경이 사용되는 곳에서, 전자장치 카트(24)는 수술 부위의 조정된 입체 화면을 외과의사에게 제공하기 위해 촬영된 영상을 처리할 수 있다. 상기 조정은 대립되는 영상들 사이의 얼라인먼트를 포함할 수 있고 입체 내시경의 입체 작동 거리(stereo working distance)를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 영상 처리는 광학적 수차와 같은, 촬영 장치의 촬영 에러를 보상하기 위해 사전에 결정된 카메라 보정 파라미터의 사용을 포함할 수 있다.

도 4는 로봇 수술 시스템(50)(도 1의 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)과 같은 것)을 개략적으로 나타내고 있다. 상기한 바와 같이, 외과의사의 콘솔(52)(도 1의 외과의사의 콘솔(16)과 같은 것)은 최소 침습 수술을 하는 동안 환자측 카트(수술용 로봇)(54)(도 1의 환자측 카트(22)와 같은 것)를 제어하기 위해 외과의사에 의해 사용될 수 있다. 상기 환자측 카트(54)는 수술 부위의 영상을 포착하고 포착된 영상을 전자장치 카트(56)(도 1의 전자장치 카트(24)와 같은 것)에 출력하기 위해서, 입체 내시경과 같은, 촬영 장치를 사용할 수 있다. 상기한 바와 같이, 전자장치 카트(56)는 임의의 차후의 표시를 하기 전에 상기 포착된 영상을 다양한 방식으로 처리할 수 있다. 예를 들면, 전자장치 카트(56)는 외과의사의 콘솔(52)을 통하여 외과의사에게 합성된 영상을 나타내기 전에 상기 포착된 영상을 가상 제어 인터페이스(virtual control interface)와 오버레이(overlay)할 수 있다. 환자측 카트(54)는 전자장치 카트(56)의 외부에서 처리하기 위해 상기 포착된 영상을 출력할 수 있다. 예를 들면, 환자측 카트(54)는 상기 포착된 영상을, 포착된 영상을 처리하는데 사용될 수 있는 프로세서(58)에 출력할 수 있다. 상기 포착된 영상은, 포착된 영상을 공동으로, 순차적으로, 및/또는 이들의 결합 방식으로 처리하기 위해 함께 결합될 수 있는 전자장치 카트(56)와 프로세서(58)의 결합체에 의해 처리될 수도 있다. 수술 부위의 영상, 또는 다른 관련 영상과 같은, 영상의 현지 표시 및/또는 원격 표시를 위해 하나 이상의 별개의 디스플레이(60)가 프로세서(58) 및/또는 전자장치 카트(56)와 결합될 수도 있다.

도 5a 및 도 5b는 환자측 카트(22) 및 수술 공구(62)를 각각 나타내고 있다. 수술 공구(62)는 수술 공구(26)의 한 예이다. 도시된 환자측 카트(22)는 세 개의 수술 공구(26)와 수술 부위의 영상을 촬영하는데 사용되는 입체 내시경과 같은 촬영 장치(28)의 조작을 제공한다. 조작은 다수의 로봇 관절을 가지는 로봇 기구에 의해 행해진다. 촬영 장치(28)와 수술 공구(26)는, 절개부의 사이즈를 최소화하기 위해서 운동학적인 원격 중심(kinematic remote center)이 절개부에 유지되도록 환자의 절개부를 통하여 배치되고 조작될 수 있다. 수술 부위의 영상은, 수술 공구(26)의 원위 단부가 촬영 장치(28)의 시야 내에 위치되어 있을 때 수술 공구(26)의 원위 단부의 영상을 포함할 수 있다.

조직 파지용 엔드 이펙터

도 6은 근위 섀시(proximal chassis)(72), 수술기구 샤프트(74), 그리고 환자 조직을 파지하도록 관절식으로 연결될 수 있는 조(jaw)(78)를 가지고 있는 원위 엔드 이펙터(76)를 포함하는 수술 공구(70)를 나타내고 있다. 상기 근위 섀시는 입력 연결기(input coupler)를 포함하고 있고, 이 입력 연결기는 환자측 카트(22)의 대응하는 출력 연결기와 접속되어 상기 출력 연결기에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 상기 출력 연결기는 엔드 이펙터(76)와 구동가능하게 결합되어 있다.

선형 스테이플링 및 절단 수술 기구

도 7은, 다수의 실시예에 따른, 선형 스테이플링 및 절단 수술 기구(linear stapling and cutting surgical instrument)의 탈착가능하게 부착할 수 있는 카트리지(100)를 나타내고 있다. 상기 카트리지(100)는, 본 명세서에 기술된 수술 공구 및 수술 시스템(예를 들면, 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10), 로봇 수술 시스템(50))과 같은 적절한 수술 시스템에 사용되는 적절한 수술 공구에 사용될 수 있다. 상기 카트리지(100)는 엔드 이펙터의 조(jaw)에 탈착가능하게 부착되도록 구성되어 있다. 상기 카트리지는 엔드 이펙터의 조에 부착되어 있는 근위 단부(102)와 엔드 이펙터의 조의 대응하는 원위 단부에 배치된 원위 단부(104)를 가지고 있다. 상기 카트리지(100)는 6열의 스테이플 개구(106), 길이방향의 슬롯(108), 근위 나이프 보관소(110), 원위 나이프 보관소(112) 그리고 회전 입력부(114)를 포함하고 있다. 다수의 실시예에 있어서, 각각의 스테이플 개구로부터의 전개를 위해 스테이플이 각각의 스테이플 개구에 배치되어 있다. 길이방향의 슬롯(108)은, 나이프 부재(도시되어 있지 않음)가 근위 나이프 보관소(110)로부터 원위 나이프 보관소(112)로 이동할 때 나이프 부재의 절단날을 수용한다. 작동시에, 스테이플은 카트리지 근위 단부(102)에서 전개되기 시작하여 카트리지 원위 단부(104)로 진행한다. 완전히 스테이플링된 조직만 절단되도록 하는 것을 보장하기 위해 상기 절단날은 조직의 스테이플링처리를 뒤따르도록 이동된다. 도 8은 카트리지(100)를 사용하기 전에 제거되는 스테이플 리테이너(116)가 부착된 상태의 카트리지(100)를 나타내고 있다.

도 9는, 다수의 실시예에 따른, 카트리지(100)를 엔드 이펙터(118)에 부착하는 세부구조를 나타내는 단면도이다. 엔드 이펙터(118)는 하부 조(120), 상부 조(122), 2 자유도의 손목부(124), 회전 구동식 클램핑 기구(126), 그리고 스프링 장전식 커플링(128)을 포함하고 있다. 하부 조(120)는 카트리지(100)를 스프링 장전식 커플링(128)에 대해 위치시키는 것뿐만 아니라 카트리지(100)를 수용하고 지지하도록 구성되어 있다. 상부 조(122)는 조직을 고정시키기 위해 하부 조(120)에 대해 관절운동하도록 피벗운동가능하게 하부 조(120)와 결합되어 있다. 상부 조(122)는 스테이플의 전개시에 스테이플을 "B"자 형상으로 형성하도록 구성되고 스테이플 개구(106)에 대해 위치된 스테이플 형성 오목부(staple forming recess)를 포함하고 있다.

2 자유도의 손목부(124)는 수술기구 샤프트(130)에 대해 두 개의 직교하는 축에 대해 엔드 이펙터(118)의 관절운동이 가능하도록 엔드 이펙터(118)가 기다란 수술기구 샤프트(130)에 부착되게 한다. 사용될 수 있는 적절한 2 자유도의 손목부의 상세한 내용은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 2010년 11월 12일자에 출원된, 발명의 명칭이 "2 자유도의 손목부를 가진 수술 공구(SURGICAL TOOL WITH A TWO DEGREE OF FREEDOM WRIST)" 인 미국 특허출원 제12/945,748호에 개시되어 있다.

회전 구동식 클램핑 기구(126)는 상부 조와 하부 조 사이에 조직을 단단히 고정시키기 위해서 상부 조(122)를 하부 조(120)에 대해 작동시킨다. 상기 회전 구동식 클램핑 기구(126)는 수술기구 샤프트(130)의 내부에 배치된 제1 구동 샤프트(132)에 의해 회전식으로 구동된다. 사용될 수 있는 적절한 회전 구동식 클램핑 기구의 상세한 내용은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 2010년 11월 12일자에 출원된, 발명의 명칭이 "중복 폐쇄 기구를 가진 엔드 이펙터(END EFFECTOR WITH REDUNDANT CLOSING MECHANISMS)" 인 미국 특허출원 제12/945,541호에 개시되어 있다.

스프링 장전식 커플링(spring-loaded coupling)(128)은 카트리지(100)의 리드 스크루(134)를, 수술기구 샤프트(130)의 내부에 배치된 제2 구동 샤프트(138)에 의해 구동되는, 연장 샤프트(136)와 회전가능하게 결합시킨다. 스프링 장전식 커플링(128)은 코일 스프링(140) 및 커플링 이음쇠(coupling fitting)(142)를 포함하고 있다. 도시된 실시예에서는, 커플링 이음쇠(142)가 회전 입력부(11)와 연장 샤프트(136)의 3-면 외측 표면과 접속하는 3-로브 스플라인 수용기(three-lobe spline receptacle)를 이용하고 있다. 상기 스프링 장전식 커플링(128)은 카트리지(100)가 엔드 이펙터(118)에 설치될 때 발생할 수 있는 3-로브 스플라인의 각도 오정렬을 수용한다. 스프링 장전식 커플링(128)은 각도 정렬상태로 회전될 때 3-로브 스플라인과 완전히 결합된다. 카트리지(100)의 구동 부재(144)를 도시된 최초 근위 위치로부터 카트리지(100)의 원위 단부(104)쪽으로 이동시키기 위해서 리드 스크루(134)의 회전이 이용된다. 스테이플을 전개시키고 고정된 조직을 절단하기 위해 나이프를 전개된 스테이플 열의 중심으로 원위 방향으로 전진시키기 위해서 구동 부재(144)의 합성 원위 운동(resulting distal motion)이 이용된다.

엔드 이펙터(118)는 제1 유니버설 조인트 조립체(148) 및 제2 유니버설 조인트 조립체(150)를 포함하고 있다. 제1 유니버설 조인트 조립체(148)는 클램핑 기구(126)를 제1 구동 샤프트(132)에 회전가능하게 결합시킨다. 제2 유니버설 조인트 조립체(150)는 연장 샤프트(136)를 제2 구동 샤프트(138)에 회전가능하게 결합시킨다. 제1 유니버설 조인트 조립체(148) 및 제2 유니버설 조인트 조립체(150)는 각각 수술기구 샤프트(130)에 대한 엔드 이펙터(118)의 피칭운동(Pitch)과 요잉운동(Yaw)의 범위에 적합한 각도의 범위를 통하여 토크를 전달하도록 구성되어 있다. 사용될 수 있는 적절한 유니버설 조인트 조립체의 상세한 내용은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 2010년 11월 12일자에 출원된, 발명의 명칭이 "이중 유니버설 조인트(DOUBLE UNIVERSAL JOINT)" 인 미국 특허출원 제12/945,740호에 개시되어 있다.

제1 구동 샤프트(132) 및 제2 구동 샤프트(138)는 독자적으로 회전할 수 있는 수술기구 샤프트(130)의 중심선에 대해 오프셋되어 배치되어 있다. 제1 구동 샤프트(132) 및 제2 구동 샤프트(138)를 구동시키기 위해서 사용될 수 있는 적절한 구동 기구의 상세한 내용은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 2010년 11월 12일자에 출원된, 발명의 명칭이 "독자적으로 회전하는 부재 내의 병렬 구동 샤프트용 모터 인터페이스(MOTOR INTERFACE FOR PARALLEL DRIVE SHAFTS WITHIN AN INDEPENDENTLY ROTATING MEMBER)" 인 미국 특허출원 제12/945,461호에 개시되어 있다.

카트리지 상태 및 카트리지 존재 검출 방법

발사되지 않은 카트리지(100)가 엔드 이펙터(118)에 장착되어 있는 경우, 구동 부재(144)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이 리드 스크루(134)를 따라 배치될 수 있는 위치의 범위 중에서 근위 단부나 그 근처에 배치되어 있다. 따라서, 발사되지 않은 카트리지(100)의 구동 부재(144)를 예측가능한 양보다 많이 근위 단부(102)쪽으로 전진시킬 수 없고, 이는 제2 구동 샤프트(138)의 대응하는 회전량을 제한한다. 이에 대하여, 발사된 카트리지(100)가 엔드 이펙터(118)에 장착되어 있는 경우에는, 구동 부재(144)가 리드 스크루(134)를 따라 배치될 수 있는 위치의 범위 중에서 원위 단부나 그 근처에 배치되어 있다. 따라서, 발사된 카트리지(100)의 구동 부재(144)를, 발사되지 않은 카트리지(100)의 경우에서 가능한 것보다 훨씬 더 많이 근위 단부쪽으로 전진시킬 수 있고, 이는 상당히 많은 양의 제2 구동 샤프트(138)의 대응하는 회전량을 가능하게 한다. 그리고, 어떠한 카트리지(100)도 엔드 이펙터(118)에 장착되어 있지 않은 경우에는, 제2 구동 샤프트(138)는 실질적으로 자유롭게 회전할 수 있다. 발사되지 않은 카트리지(100)의 구동 부재(144)의 제한된 이동가능 범위는 엔드 이펙터(118)에 장착된 발사되지 않은 카트리지(100)의 존재를 확인하는데 사용될 수 있다.

도 10은, 다수의 실시예에 따른, 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 방법(200)의 동작들을 열거하고 있다. 카트리지는 카트리지를 작동시키기 위해 발사 방향(firing direction)으로 작동되는 입력부를 포함하고 있다. 수술 기구에 장착된 작동식 카트리지를 포함하는 임의의 적절한 수술 기구는 상기 방법(200)을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 기술된 적절한 수술 시스템 및 수술 기구는 상기 방법(200)을 실행하기 위해 사용될 수 있다.

동작 202에서는, 소정의 크기보다 작거나 같게 제한된 작동 입력이 발생된다. 상기 작동 입력은 토크 또는 힘 중의 적어도 하나를 포함한다. 동작 204에서는, 상기 작동 입력이 수술 기구의 출력부로 전달되어 상기 출력부를 소정의 양만큼 발사 방향에 대해 반대로 작동시키도록 시도한다. 카트리지가 수술 기구에 장착되어 있을 때 상기 출력부는 카트리지 입력부와 구동되게 결합되어 있다. 동작 206에서는, 상기 출력부의 합성 작동량(resulting actuation amount)이 측정된다. 동작 208에서는, 상기 출력부의 합성 작동량이 한계 작동량(threshold actuation amount)과 비교된다. 그리고 동작 210에서는, 상기 출력부의 합성 작동량이 한계 작동량보다 작은 경우 카트리지가 존재하고 있으며 발사되지 않은 것이라는 판단이 내려진다.

도 11은, 다수의 실시예에 따른, 상기 방법(200)에서 실행될 수 있는 선택적인 동작들을 열거하고 있다. 선택적 동작 212에서는, 작동 입력을 발생시키기 위해서 사용된 전기 모터에 공급되는 전류가 제한되어, 전기 모터에 의해 발생될 수 있는 작동 입력을 제한하는 역할을 한다. 선택적 동작 214에서는, 작동 입력을 상기 출력부에 전달하기 위해서 사용된 구동 트레인(drive train)에서의 마찰이 측정되고, 상기 소정의 크기는 측정된 마찰보다 크게 설정되어 있다. 선택적 동작 216에서는, 상기 소정의 크기가 수술 기구의 통상적인 작동 한계(예를 들면, 토크 한계, 힘 한계)의 설정된 백분율보다 작게 설정되어 있다. 예를 들면, 다수의 실시예에 있어서, 상기 소정의 크기는 통상적인 작동 한계의 40%보다 작다. 또한 다수의 실시예에 있어서, 상기 소정의 크기는 통상적인 작동 한계 20%보다 작다. 특정 예로서, 100 mNm 발사 토크 한계(firing torque limit)를 가지는 수술 기구에서, 상기 소정의 크기는 15 mNm로 설정될 수 있다. 선택적 동작 218에서는, 상기 출력부의 합성 작동량의 측정은, 상기 출력부에 작동 입력을 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 작동을 추적하도록 구성된 센서(예를 들면, 홀 센서, 인코더)의 출력을 추적하는 것을 포함한다. 구동 트레인의 작동은 직접적으로 또는 간접적으로 추적될 수 있다(예를 들면, 구동 트레인과 구동가능하게 결합된 모터의 회전을 추적하는 것과 같은 방식에 의해 구동원을 추적함으로써). 선택적 동작 220에서는, 상기 출력부의 합성 작동량을 측정하는 것은, 상기 출력부의 이동을 추적하는 것과, 상기 출력부의 시도된 작동의 실속상태를 감시하기 위해 상기 출력부의 추적된 이동을 처리하는 것을 포함한다. 선택적 동작 222에서는, 시도된 작동의 실속상태(stalling)가 검출되면, 작동 입력의 발생이 종료된다.

본 명세서에 개시된 방법은 임의의 적절한 사용처에 이용될 수 있다. 예를 들면, 본 명세서에 개시된 방법은 개복 수술 또는 최소 침습 수술(단일 또는 다중 포트(multi-port) 방식)에 대해, 수동식 또는 동력식, 핸드 헬드형(hand-held) 또는 로봇식, 직접 제어식 또는 원격 조종식 수술 기구에 이용될 수 있다.

시도한 작동 고려사항

다수의 실시예에서, 상기 소정의 작동(예를 들면, 회전)량은, 구동 부재(144)를 리드 스크루(134)를 따라 구동 부재의 가능한 근위 이동의 한계까지 근접하게 구동시켜서 카트리지(100)의 하우징과 결합되게 하고, 이로 인해 리드 스크루(134)의 더 이상의 회전을 멈추게 하기 위해서 필요할 수 있는 최대량보다 크게 되도록 선택된다. 필요할 수 있는 최대 회전량은, 구동 부재(144)의 리드 스크루(134)를 따른 가능한 근위 이동의 한계에 대한 구동 부재(144)의 가능한 시작 위치의 범위, 발생된 작동 토크를 리드 스크루(134)로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인에 있어서의 백래시(backlash), 그리고 전달된 토크로부터 발생하는 구동 트레인에 있어서의 컴플라이언스(compliance)에 따라 결정된다. 구동 트레인에 있어서의 컴플라이언스는, 발생된 토크의 소정의 크기 한계를 구동 트레인의 마찰 특성을 고려할 정도로 충분히 높으면서 실행가능한 한 낮게 설정함으로써 감소될 수 있다. 그리고 구동 부재(144)의 리드 스크루(134)를 따른 가능한 근위 이동의 한계에 대한 구동 부재(144)의 가능한 시작 위치의 범위는, 구동 부재(144)가 리드 스크루(134)를 따른 구동 부재(144)의 가능한 근위 이동의 한계에 가능한 한 근접하게 위치되는 것을 보장하도록 카트리지(100)의 제조에 있어서 적절한 주의를 기울임으로써(예를 들면, 회전 입력부(114)가 가능한 한 발사 회전 방향(firing rotation direction)과 반대로 회전하는 일을 추가함으로써) 감소될 수 있다. 심지어 구동 부재(144)가 리드 스크루(134)를 따른 구동 부재(144)의 가능한 근위 이동의 한계에 위치되어 있을 때에도, 3-로브 커플링(tri-lobe coupling)(142)의 사용은, 회전 입력부(114)를 상기 커플링(142)과 정렬시키기 위해서 사용된 회전 입력부(114)의 발사 방향으로의 회전으로 인해 리드 스크루(134)를 따른 구동 부재(144)의 가능한 근위 이동의 한계로부터 구동 부재(144)를 일정 양만큼 벗어나게 할 수 있다. 한 가지 예시적인 실시예에서, 필요할 수 있는 최대 회전량은 회전 입력부(114)의 1.5 회전보다 작을 것이 예상된다.

다수의 실시예에 있어서, 소정의 회전량도 발사된 구성의 수술용 카트리지에 적용되었을 때 나이프의 노출을 초래할 수 있는 회전량보다 작게 되도록 선택된다. 예를 들면, 도 12는 발사된 수술용 카트리지에 대한 예시적인 관절연결식 나이프 구성을 나타내고 있다. 상기 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 구동 부재(144)가 리드 스크루(134)의 원위 단부에 배치되어 있어서, 상기 관절연결식 나이프 부재의 절단날(178)을 카트리지(100)의 원위 보관소(112) 내에 숨긴다. 도시된 실시예에서, 리드 스크루(134)는, 상기 절단날(178)이 노출되기 전에 발사 방향과 반대로 2.9 회전만큼 회전할 수 있다. 따라서, 시도된 회전 작동의 회전을 멈추는데 필요할 수 있는 최대 회전량이 1,5 회전이고 상기 관절연결식 나이프의 절단날의 노출을 초래할 수 있는 회전량이 2,9 회전인 예시적인 실시예에서, 선택된 소정의 회전량은 상기의 두 회전수 사이, 예를 들면, 2.0 회전이 될 수 있다. 발사된 카트리지를 검출하기 위해서 선택된 소정의 회전량만큼 리드 스크루(134)가 구동(발사 방향과 반대로)된 후, 상기 관절연결식 나이프를 원래의 완전히 발사된 위치(fired position)로 복귀시키기 위해서 리드 스크루(134)가 동일한 선택된 소정의 회전량만큼 전방으로 구동된다. 이것은 발사된 카트리지를 연속적으로 삽입한 후 상기 관절연결식 나이프를 상기 보관소에서 몰아내는 것을 방지하기 위해서 이루어진다.

카트리지 상태 및 카트리지 존재 검출 시스템

도 13은, 다수의 실시예에 따른, 로봇 수술 시스템(예를 들면, 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10), 로봇 수술 시스템(50))의 수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하는 것과 관련된 구성요소의 하이 레벨 뷰(high level view)를 제공하는 개략도이다. 상기 로봇 수술 시스템은 외과의사의 콘솔(16), 전자장치 카트(24), 환자측 카트(22), 수술기구 컨트롤 박스(ICB:instrument control box)(230), 수술 기구(232), 수술용 카트리지(100), 그리고 모터 팩(234)을 포함하고 있다.

수술 기구(232)는 수술용 카트리지(100)를 수용하고 지지하도록 구성되어 있다. 수술 기구(232)는 회전 출력부를 포함하고 있다. 수술용 카트리지(100)는 수술용 카트리지(100)를 작동시키기 위해서 발사 방향으로 회전하는 입력부를 포함하고 있다. 수술용 카트리지(100)가 수술 기구(232)에 장착되어 있을 때 카트리지 입력부는 상기 회전 출력부와 구동가능하게 결합되어 있다. 모터 팩(234)은 수술 기구(232)에 장착되어 있으며 수술 기구(232)의 회전 출력부와 구동가능하게 결합되어 있는 모터(236)를 포함하고 있다. 모터 팩(234)은 수술 기구(232)의 회전 출력부의 회전을 측정하도록 구성된 센서(238)(예를 들면, 위치 센서, 속도 센서, 가속도 센서)를 포함하고 있다. 또한, 모터 팩(234)은 ICB(230), 센서(238), 그리고 모터(236)와 통신가능하게 결합되어 있는 로컬 프로세서(240)를 포함하고 있다. 다수의 실시예에 있어서, 상기 센서는 모터(236)의 회전을 측정함으로써 수술 기구(232)의 회전 출력부의 회전을 측정한다.

ICB(230)는 모터 팩 로컬 프로세서(240)를 통하여 센서(238) 및 모터(236)와 통신가능하게 결합되어 있다. ICB(230)는 프로세서(242) 및 감지할 수 있는 저장 매체(244)를 포함하고 있다. 감지할 수 있는 저장 매체(244)는 실행시에 모터(236)가 소정의 크기(예를 들면, 수술용 카트리지(100)를 포함하는 수술 기구(232)의 통상적인 작동 토크 한계의 40%보다 작은 크기, 또는 통상적인 작동 토크 한계의 20%보다 작은 크기)보다 작거나 같은 작동 토크를 발생시키도록 프로세서(242)가 모터(236)를 컨트롤하게 하는 명령을 포함하고 있다. 다수의 실시예에 있어서, 모터(236)에 공급된 전류는 모터(236)에 의해 발생되는 가능한 토크의 양을 제한하도록 제한된다. 발생된 작동 토크는 소정의 회전량을 통하여 수술용 카트리지(100)의 발사 방향과 반대로 회전 출력부를 회전시키도록 시도하기 위해서 수술 기구 회전 출력부로 전달된다. ICB 프로세서(242)는 회전 출력부의 합성 회전(resulting rotation)과 한계 회전량을 비교하여 회전 출력부의 합성 회전이 한계 회전량보다 작은 경우 카트리지(100)가 존재하고 있고 발사되지 않은 것이라고 판단한다.

다수의 실시예에서, 상기 센서(238)는 위치 센서로 될 수 있으며 홀 센서를 포함한다. ICB 프로세서(242)는 홀 센서 수치를 계산할 수 있고 수술 기구(232)의 회전 출력부의 합성 회전, 또는 그것의 파생된 특성(derived quality)이 한계량(예를 들면, 소정의 회전수 또는 파생된 속도값)보다 작은지 여부를 판단하기 위하여 홀 센서 수치를 소정의 숫자와 비교할 수 있다. 다른 적절한 위치 센서가 사용될 수도 있다. 예를 들면, 위치 센서가 인코더(encoder)를 포함할 수 있다.

다수의 실시예에서, 상기 센서(238)는 속도 센서로 될 수 있고, 예를 들면, 유도성 속도 센서(inductive velocity sensor) 또는 회전속도계를 포함한다. ICB 프로세서(242)는 속도 센서의 출력 또는 그것의 파생된 특성이 한계량(예를 들면, 소정의 속도값 또는 파생된 위치값)보다 작은지 여부를 판단할 수 있다.

다수의 실시예에서, 상기 센서(238)는 가속도 센서로 될 수 있고, 예를 들면, 가속도계를 포함한다. ICB 프로세서(242)는 가속도 센서의 출력 또는 그것의 파생된 특성이 한계량(예를 들면, 소정의 가속도값 또는 파생된 위치값)보다 작은지 여부를 판단할 수 있다.

ICB 프로세서(242)는 회전 출력부의 시도된 회전의 실속상태(stalling)를 감시하도록 구성되어 있다. ICB 프로세서(242)는 회전 출력부가 소정의 기간 내에 최소량보다 작게 회전하는 경우를 검출하기 위해서 회전 출력부의 회전량을 추적하고 추적된 회전량을 처리한다.

다수의 실시예에서, 수술용 카트리지(100)는 관절연결식 나이프를 포함하고 있다. 소정의 회전량은, 발사된 구성(fired configuration)의 수술 기구에 적용되었을 때 상기 관절연결식 나이프의 노출을 초래할 수 있는 회전량보다 보다 작게 되도록 선택될 수 있다. 상기 카트리지는 카트리지가 작동될 때에 고정된 조직으로 전개되는 스테이플을 포함할 수 있다. 상기 관절연결식 나이프는 전개된 스테이플의 열과 열 사이의 고정된 조직을 절단하도록 구성될 수 있다. 상기 카트리지는 혈관을 봉합하도록 구성될 수 있으며 봉합된 혈관을 절단하도록 구성된 관절연결식 나이프을 포함할 수 있다.

수술 기구에 장착된 발사되지 않은 수술용 카트리지의 존재를 확인하기 위해 사용된 본 명세서에 기술된 컨트롤 시스템은 본 명세서에 기술된 임의의 적절한 수술 시스템에 이용될 수 있다. 그리고 본 명세서에 기술된 방법은 본 명세서에 기술된 임의의 적절한 수술 시스템, 수술 기구 및/또는 수술용 카트리지를 이용하는데 실행될 수 있다.

다른 다양한 변형이 본 발명의 기술사상 내에 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 수정형태와 대체 실시형태의 구조로 될 수 있으며, 이들의 예시된 특정 실시예가 도면에 도시되어 있으며 위에 상세하게 설명되어 있다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한할 의도는 없으며, 오히려, 첨부된 청구범위에 한정되어 있는 것과 같이, 본 발명의 기술사상 및 기술영역 내에 있는 모든 수정형태, 대체 실시형태의 구조 및 균등물을 포함하고자 한다는 점을 이해하여야 한다.

본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, "힘" 이라는 용어는 힘과 토크 양자를 포함하는 것(특히 아래의 청구범위의 내용에서)으로 해석되어야 한다. 본 발명을 기술하는 내용에서(특히 아래의 청구범위의 내용에서), "하나의", "한 개의", "상기 하나의" 및 이와 유사한 용어의 사용은, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 단수 형태와 복수 형태 양자를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "...으로 이루어지는", "...을 가지고 있는", "...을 포함하고 있는", 그리고 "...을 포함하는" 이라는 표현은, 달리 표시되어 있지 않다면, 개방형(open-ended) 표현(다시 말해서, 비제한적인 예로서 포함하는 것을 의미한다)으로 해석되어야 한다. "...에 연결된" 이라는 표현은, 무언가가 사이에 개재되어 있더라도, 부분적으로 또는 전체적으로 어떤 대상 내에 포함되어 있거나, 어떤 대상에 부착되어 있거나, 어떤 대상과 함께 연결되어 있는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 달리 표시되어 있지 않다면, 본 명세서에 열거된 수치의 범위는 단지 상기 범위 내에 해당하는 각각의 개별 수치를 각각 언급하는 것의 약칭 방법(shorthand method)으로서의 역할을 하는 것이며, 본 명세서에서 수치가 개별적으로 열거되어 있다면 각각의 개별 수치가 본 명세서에 포함되는 것이다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다. 달리 표시되어 있지 않으면, 본 명세서에 기재된 임의의 예와 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들면, "...와 같은")의 사용은 단지 본 발명의 실시예를 보다 이해하기 쉽게 하기 위한 것이며 본 발명의 영역에 제한을 두기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 어떠한 언어도 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 임의의 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명을 실행하는 데 있어서 발명자들에게 알려진 최적의 유형을 포함하여, 본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 기술되어 있다. 상기 설명을 이해하면, 바람직한 실시예의 변형사항은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이 될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 숙련된 기술자가 상기 변형사항을 적절하게 이용하기를 기대하며, 또한 본 발명의 발명자들은 본 발명이 본 명세서에 특정적으로 기술된 것과 다르게 실시되기를 원한다. 따라서, 본 발명은 해당 법률에 의해 허용되는 것과 같이 본 명세서에 첨부된 청구범위에 열거된 대상의 모든 수정사항 및 균등물을 포함한다. 게다가, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 본 발명의 모든 가능한 변형에 있어서의 상기한 요소들의 임의의 조합도 본 발명에 포함된다.

본 명세서에 언급된 공개공보, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참고문헌은, 각각의 참고문헌이 개별적으로 그리고 특정적으로 참고문헌으로 포함되는 것으로 표시되어 있거나 그 전체 내용이 본 명세서에 개시되어 있는 것과 같은 정도로 참고문헌으로 포함된다.

Claims (21)

1. 엔드 이펙터에 장착가능한 카트리지 내의 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있는지를 감지하기 위한 수술 기구의 작동 방법에 있어서, 상기 카트리지는 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플을 발사하기 위해 제1 방향으로 이동되는 이동가능한 요소를 포함하는 작동 방법으로서, 상기 방법은
   토크 또는 힘 한계로 제한된 제2 방향으로 상기 이동가능한 요소의 이동을 프로세서가 명령하는 단계로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대인 단계;
   상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 이동가능한 요소의 명령된 이동이 완료될 수 있는지를 상기 프로세서가 감지하는 단계;
   상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 이동가능한 요소의 명령된 이동이 완료될 수 없다는 것을 감지하는 것에 대응하여, 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있다고 상기 프로세서가 결정하는 단계; 및
   상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 이동가능한 요소의 명령된 이동이 완료될 수 있다는 것을 감지하는 것에 대응하여, 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있지 않다고 상기 프로세서가 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 이동가능한 요소의 이동을 명령하는 단계는 상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 가동 입력을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 가동 입력을 발생시키는 단계는 상기 가동 입력을 발생시키기 위해서 사용된 전기 모터에 공급되는 전류를 제한하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 토크 또는 힘 한계를 초과한 것에 대응하여, 상기 가동 입력을 상기 프로세서가 종료하는 단계;
   상기 이동가능한 요소에 의해 상기 제2 방향으로 달성된 이동의 양을 상기 프로세서가 측정하는 단계; 및
   상기 프로세서가, 상기 이동가능한 요소에 의해 상기 제2 방향으로 달성된 이동의 양을 상기 제2 방향으로의 상기 명령된 이동과 비교하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 이동가능한 요소에 의해 상기 제2 방향으로 달성된 이동의 양을 측정하는 단계는 상기 가동 입력을 상기 카트리지로 전달하기 위해 사용된 구동 트레인의 요소의 위치를 추적하는 센서로부터 정보를 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 가동 입력을 상기 카트리지로 전달하기 위해서 사용된 구동 트레인에서의 마찰을 상기 프로세서가 측정하는 단계; 및
   상기 프로세서가, 상기 토크 또는 힘 한계가 측정된 마찰을 극복하기 충분하게 구성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계를 상기 카트리지의 통상적인 작동 한계보다 작게 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계를 상기 카트리지의 통상적인 작동 한계보다 작게 구성하는 단계는 상기 토크 또는 힘 한계를 상기 통상적인 작동 한계의 20%보다 작게 구성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로의 명령된 이동은 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 집어넣어진 위치로부터 노출된 위치로 발사될 준비가 되어 있는 상태에서 상기 카트리지의 나이프를 이동시키기 충분할 수 있는 상기 이동가능한 요소의 이동의 양보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
10. 수술 기구로서,
    가동 출력부를 포함하는 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는 수술용 카트리지를 수용하고 지지하도록 구성되고, 상기 수술용 카트리지는 상기 수술용 카트리지 내에 배치된 적어도 하나의 스테이플을 발사하기 위해 제1 방향으로의 상기 가동 출력부의 가동을 통해 제1 방향으로 가동되도록 구성되는 가동 입력부를 포함하고, 상기 수술용 카트리지가 상기 엔드 이펙터에 장착될 때 상기 가동 입력부는 상기 가동 출력부와 구동되게 결합되는 엔드 이펙터;
    상기 가동 출력부와 구동되게 결합되는 구동원;
    상기 가동 출력부의 이동을 감지하도록 구성되는 센서; 및
    상기 센서 및 상기 구동원과 통신가능하게 결합되는 컨트롤러;를 포함하고, 상기 컨트롤러는 프로세서 및 감지할 수 있는 저장 매체를 포함하고, 상기 감지할 수 있는 저장 매체는 실행시에 상기 프로세서로 하여
    토크 또는 힘 한계로 제한된 제2 방향으로 상기 가동 출력부를 가동시키기 위해 상기 구동원을 작동시키는 것으로서, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대인 것;
    상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 소정의 가동량만큼 상기 가동 출력부가 가동될 수 있는지를 감지하는 것;
    상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 소정의 가동량만큼 상기 가동 출력부가 가동될 수 없다는 것을 감지하는 것에 대응하여, 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있다고 결정하는 것; 및
    상기 토크 또는 힘 한계로 제한된 상기 제2 방향으로 상기 소정의 가동량만큼 상기 가동 출력부가 가동되었다는 것을 감지하는 것에 대응하여, 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있지 않다고 결정하는 것;을 하게 하는 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
11. 제10항에 있어서, 토크 또는 힘 한계로 제한된 제2 방향으로 상기 가동 출력부를 가동시키기 위해 상기 구동원을 작동시키는 것은 상기 구동원 내에 포함되는 전기 모터에 공급되는 전류를 제한하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
12. 제10항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계는 상기 수술 기구의 통상적인 작동 한계보다 작은 것을 특징으로 하는 수술 기구.
13. 제12항에 있어서, 상기 토크 또는 힘 한계는 상기 통상적인 작동 한계의 20%보다 작은 것을 특징으로 하는 수술 기구.
14. 제10항에 있어서, 상기 센서는 위치 센서, 속도 센서 또는 가속도 센서 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
15. 제14항에 있어서, 상기 위치 센서는 홀 센서 또는 인코더 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
16. 제14항에 있어서, 상기 속도 센서는 유도성 속도 센서 또는 회전속도계 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
17. 제14항에 있어서, 상기 가속도 센서는 가속도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
18. 제14항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 가동 출력부의 합성 가동량이 상기 소정의 가동량보다 작은지 여부를 결정하기 위해 상기 센서의 출력을 감시하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
19. 제10항에 있어서, 상기 명령은, 실행시에, 상기 프로세서로 하여
    상기 가동 출력부의 이동을 추적하게 하고; 그리고
    상기 가동 출력부의 상기 제2 방향으로 가동의 실속상태를 감시하기 위해 추적된 이동을 처리하게 하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
20. 제19항에 있어서, 상기 가동 출력부가 소정의 기간 내에 최소량보다 작게 이동하면 실속상태가 감지되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
21. 제10항에 있어서,
    상기 수술용 카트리지는 관절연결식 나이프를 포함하고; 그리고
    상기 소정의 가동량은, 상기 카트리지 내의 상기 적어도 하나의 스테이플이 발사될 준비가 되어 있는 구성의 상기 수술용 카트리지에 적용될 때 상기 관절연결식 나이프의 노출을 초래할 수 있는 가동의 양보다 작은 것을 특징으로 하는 수술 기구.

Images