KR102255645B1 - 조향 인터페이스를 갖는 수술용 환자측 카트 - Google Patents

Abstract

원격조작식 수술 시스템용 환자측 카트는 수술 기구를 파지하기 위한 적어도 하나의 조작기부 및 조향 인터페이스를 포함한다. 조향 인터페이스는 카트를 이동시키기 위해 사용자에 의해 인가된 회전력, 전방력 및 후방력을 감지하도록 위치된 적어도 하나의 센서를 포함할 수도 있다. 조향 인터페이스는 환자측 카트와 조향 인터페이스를 제거 가능하게 결합하기 위한 결합 메커니즘을 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 센서는 조향 인터페이스가 환자측 카트와 결합 상태에 있을 때 환자측 카트의 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치될 수도 있다.

Description

조향 인터페이스를 갖는 수술용 환자측 카트 {SURGICAL PATIENT SIDE CART WITH STEERING INTERFACE}

본 출원은 본 명세서에 그대로 참조로서 합체되어 있는 2013년 3월 15일 출원된 미국 가출원 제61/791,924호의 이익을 청구한다.

본 발명의 태양은 예를 들어, 원격조작식(로봇식) 수술 시스템 환자측 카트(patient side cart)와 같은 카트를 조작하기 위한 사용자용 조향 인터페이스(steering interface)에 관한 것이다. 본 발명의 태양은 또한 카트용 교체형 조향 인터페이스에 관한 것이다.

몇몇 최소 침습성 수술 기술은 원격조작식(로봇 제어식) 수술 기구의 사용을 통해 원격으로 수행된다. 원격조작식(로봇 제어식) 수술 시스템에서, 의사는 서전 콘솔(surgeon console)에서 입력 기기를 조작하고, 이들 입력은 하나 이상의 원격조작식 수술 기구와 인터페이스하는 환자측 카트로 전달된다. 서전 콘솔에서의 의사의 입력에 기초하여, 하나 이상의 원격조작식 수술 기구는 환자 상에서 동작하도록 환자측 카트에서 작동되고, 이에 의해 서전 콘솔과 환자측 카트에서 수술 기구(들) 사이에 마스터-슬레이브 제어 관계를 생성한다.

환자측 카트는 일 수술실 내부와 같은 특정 위치에 고정 유지될 필요는 없고, 대신에 하나의 위치로부터 다른 위치로 이동될 수도 있다. 예를 들어, 환자측 카트는 수술실 내의 일 위치로부터 동일한 수술실 내의 다른 위치까지와 같이, 일 위치로부터 다른 위치로 이동될 수도 있다. 다른 예에서, 환자측 카트는 일 수술실로부터 다른 수술실로 이동될 수도 있다.

원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트를 이동하는데 있어서 일 고려 사항은 이에 의해 환자측 카트가 사용자에 의해 이동될 수도 있는 용이성이다. 그 중량, 크기 및 전체 구성에 기인하여, 환자측 카트를 이동시키는 사용자를 보조하기 위한 구동부를 환자측 카트에 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 구동부는 비교적 용이한 방식으로 환자측 카트를 이동시키기 위해 사용자로부터의 입력에 기초하여 제어될 수도 있다. 또한, 복잡하지 않고 대신에 비교적 사용이 용이한 환자측 카트를 구동하고 이동시키기 위해 환자측 카트에 제어부를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.

본 발명의 예시적인 실시예는 전술된 문제점들 중 하나 이상을 해결할 수도 있고 그리고/또는 전술된 바람직한 특징들 중 하나 이상을 나타낼 수도 있다. 다른 특징 및/또는 장점이 이어지는 상세한 설명으로부터 명백해질 수도 있다.

적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 원격조작식 수술 시스템용 환자측 카트는 수술 기구를 파지하기 위한 적어도 하나의 조작기부 및 조향 인터페이스를 포함할 수도 있다. 조향 인터페이스는 카트를 이동시키기 위해 사용자에 의해 인가된 회전력, 전방력 및 후방력을 감지하도록 위치된 적어도 하나의 센서를 포함할 수도 있다. 조향 인터페이스는 조향 인터페이스를 환자측 카트와 제거 가능하게 결합하기 위한 결합 메커니즘을 더 포함할 수도 있다. 적어도 하나의 센서는 조향 인터페이스가 환자측 카트와 결합된 상태에 있을 때 환자측 카트의 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치될 수도 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 구동 제어 시스템을 포함하는 카트용 조향 인터페이스는 카트를 이동시키기 위해 사용자에 의해 인가된 회전력, 전방력 및 후방력을 감지하도록 위치된 적어도 하나의 센서를 포함할 수도 있다. 결합 메커니즘이 조향 인터페이스를 환자측 카트와 제거 가능하게 결합하기 위해 조향 인터페이스 내에 포함될 수도 있다. 적어도 하나의 센서는 조향 인터페이스가 카트와 결합 상태에 있을 때 카트의 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치되도록 구성될 수도 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트를 이동하는 방법이며, 환자측 카트는 조향 인터페이스 및 수술 기구를 포함하는, 방법은 조향 인터페이스에 인가된 힘을 조향 인터페이스의 센서로 검출하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 센서로부터 환자측 카트의 구동 시스템에 신호를 제공하는 단계를 포함할 수도 있다. 방법은 조향 인터페이스의 센서로부터 제공된 신호에 기초하여 환자측 카트의 적어도 하나의 바퀴를 구동하는 단계를 포함할 수도 있다.

부가의 목적, 특징, 및/또는 장점이 이어지는 상세한 설명에 부분적으로 설명될 것이고, 부분적으로 상세한 설명으로부터 명백해질 것이고, 또는 본 명세서 및/또는 청구범위의 실시예에 의해 학습될 수도 있다. 이들 목적 및 장점 중 적어도 몇몇은 첨부된 청구범위에 구체적으로 지적된 요소 및 조합에 의해 실현되고 얻어질 수도 있다.

상기 일반적인 설명 및 이하의 상세한 설명의 모두는 단지 예시적이고 설명적이고, 청구범위의 한정은 아니며, 오히려 청구범위는 등가물을 포함하는 이들의 최대 범주폭으로 자격 부여되어야 한다.

본 발명은 단독으로 또는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 이해될 수 있다. 도면은 본 발명의 추가의 이해를 제공하도록 포함되고, 본 명세서에 합체되어 그 부분을 구성한다. 도면은 본 발명의 교시의 하나 이상의 예시적인 실시예를 도시하고, 상세한 설명과 함께 특정 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다. 도면에서,
도 1은 적어도 하나의 예시적인 실시예에 따른 예시적인 원격조작식 수술 시스템의 개략도이다.
도 2는 조향 인터페이스를 포함하는 환자측 카트의 예시적인 실시예의 개략 사시도이다.
도 3은 환자측 카트를 위한 조향 인터페이스의 예시적인 실시예의 정면 사시도이다.
도 4는 도 3의 조향 인터페이스의 후면 사시도이다.
도 5는 조향 인터페이스의 예시적인 실시예의 내부 사시도이다.
도 6은 조향 인터페이스용 센서의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 7은 도 6의 센서의 저면 사시도이다.
도 8은 조향 인터페이스용 센서 블록의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 9는 조향 인터페이스 및 조향 인터페이스 내에 장착된 센서 블록의 예시적인 실시예의 단면 사시도이다.
도 10은 조향 인터페이스 및 조향 인터페이스 내에 장착된 센서 블록의 예시적인 실시예의 단면도이다.
도 11은 조향 인터페이스의 예시적인 실시예의 단면 사시도이다.
도 12는 접점 스위치를 포함하는 조향 인터페이스의 예시적인 실시예의 단면 사시도이다.
도 13은 캘리브레이션 데이터 저장 장치를 포함하는 조향 인터페이스의 예시적인 실시예의 사시도이다.
도 14는 환자측 카트에 접속된 예시적인 조향 인터페이스의 개략 블록 다이어그램이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 완전한 휘트스톤 브리지를 각각 포함하는 2개의 센서를 포함하는 회로 다이어그램이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 휘트스톤 브리지의 일 반부를 각각 갖는 2개의 센서를 포함하는 회로 다이어그램이다.

예시적인 실시예를 예시하고 있는 이 상세한 설명 및 첨부 도면은 한정으로서 취해져서는 안된다. 다양한 기계적, 조성적, 구조적, 전기적 및 작동적 변경이 등가물을 포함하여, 청구된 바와 같은 발명 및 이 상세한 설명의 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다. 몇몇 경우에, 공지의 구조 및 기술은 본 발명을 불명료하게 하지 않기 위해 상세히 도시되거나 설명되어 있지 않다. 2개 이상의 도면에서 유사한 도면 부호는 동일한 또는 유사한 요소를 표현한다. 더욱이, 일 실시예를 참조하여 상세히 설명된 요소 및 이들의 연계된 특징부는 실용적일 때마다, 이들이 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시예에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 요소가 일 실시예를 참조하여 상세히 설명되고 제2 실시예를 참조하여 설명되지 않으면, 요소는 그럼에도 불구하고 제2 실시예에 포함된 것으로서 청구될 수도 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 있어서, 달리 지시되지 않으면, 명세서 및 청구범위에 사용된 양, 퍼센트, 또는 비율, 및 다른 수치값을 표현하는 모든 숫자는 이들이 미리 이와 같이 수식되어 있지 않은 정도로, 용어 "약"에 의해 모든 경우에 수식되어 있는 것으로서 이해되어야 한다. 이에 따라, 반대로 지시되지 않으면, 이하의 명세서 및 첨부된 청구범위에 설명된 수치 파라미터는 얻어지도록 추구되는 원하는 특성에 따라 변할 수도 있는 근사치이다. 그럼에도, 청구범위의 범주에 대한 등가물의 원리의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효 숫자의 수의 견지에서 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용함으로써 적어도 해석되어야 한다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용될 때, 단수 형태의 표현 및 임의의 단어의 단수형의 사용은 하나의 지시대상에 명시적으로 그리고 명백하게 한정되지 않으면 복수의 지시대상을 포함한다는 것이 주목된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및 그 문법적인 변형은 비한정적인 것으로 의도되어, 리스트 내의 항목들의 인용이 열거된 항목들을 치환하거나 추가될 수 있는 다른 유사한 항목의 배제가 아니게 된다.

또한, 이 설명의 용어는 본 발명을 한정하도록 의도되는 것은 아니다. 예를 들어, "밑", "아래", "하부", "위에", "상부", "근위(proximal)", "원위(distal)" 등과 같은 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 바와 같은 다른 요소 또는 특징부에 대한 일 요소 또는 특징부의 관계를 설명하는데 사용될 수도 있다. 이들 공간적 상대 용어는 도면에 도시된 위치 및 배향에 추가하여 사용 또는 동작에 있어서 장치의 상이한 위치(즉, 장소) 및 배향(즉, 회전 배치)을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면의 장치가 전복되면, 다른 요소 또는 특징부의 "아래에" 또는 "밑에" 있는 것으로서 설명된 요소는 이제 다른 요소 또는 특징부의 "위에" 또는 "상부에" 있을 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위 아래의 위치 및 배향의 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수도 있고(90도 회전되거나 또는 다른 배향에 있음) 본 명세서에 사용된 공간적 상대 서술자가 이에 따라 해석된다.

다양한 예시적인 실시예는 환자측 카트가 사용자용 조향 인터페이스를 포함하는 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트를 고려한다. 조향 인터페이스는 사용자가 복잡한 제어 장치의 사용 없이 비교적 용이한 방식으로 환자측 카트를 이동하게 할 수도 있다. 다양한 예시적인 실시예에 따른 조향 인터페이스는 이들이 카트의 모터 보조식 구동을 위한 구동 제어 알고리즘을 사용하는 제어 프로세서에 제공될 수 있는 다양한 캘리브레이션 데이터를 저장하는 점에서 "지능(intelligence)"을 포함할 수도 있다. 이러한 데이터는 예를 들어, 하나로부터 다른 하나로 도로 변할 수도 있는 조향 인터페이스의 장치를 캘리브레이션하기 위한 것과 같은 다양한 목적으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 데이터는 조향 인터페이스에 포함된 하나 이상의 센서를 위한 캘리브레이션 데이터를 포함할 수 있다. 힘 센서와 같은 조향 인터페이스의 구성 요소의 캘리브레이션은 조향 인터페이스의 데이터 저장 장치 내에 캘리브레이션 데이터를 저장하는 것을 포함할 수도 있다. 캘리브레이션은 예를 들어, 카트의 구동 시스템이 카트의 이동을 제어하는데 사용할 수도 있는 신호와 힘 센서에 의해 검출된 힘을 연계하는 데이터를 포함할 수도 있다. 캘리브레이션 데이터는 예를 들어, 하나 이상의 식, 룩업 테이블, 또는 다른 함수를 통한 것과 같은, 알고리즘을 통해 구동 시스템을 위한 신호를 검출된 힘과 연계할 수도 있다. 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예의 특징은 예를 들어, 영상 장비, 수술대, 및 사용자에 의한 원동력(예를 들어, 압박력 및/또는 조향력)의 인가를 통해 이동하도록 의도된 다른 바퀴달린 장치와 같은, 바퀴달린 물체에 적용될 수도 있다.

또한, 조향 인터페이스의 지능 기능부는 예를 들어, 조향 인터페이스가 초기에 카트에 장착되고 카트로의 데이터의 전송을 허용하기 위한 접속이 카트와 조향 인터페이스 사이에 이루어질 때, 자동으로 기능하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스의 캘리브레이션 기능부는 조향 인터페이스가 카트에 장착될 때 자동으로 기능하여, 조향 인터페이스의 캘리브레이션 장치로부터의 저장된 데이터가 하나 이상의 힘 센서로부터 카트의 구동 시스템으로 전송된 신호를 캘리브레이션하게 할 수도 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 조향 인터페이스는, 예를 들어 조향 인터페이스 또는 그 구성 요소가 손상되거나 다른 방식으로 비기능할 때, 예를 들어 현장에서 교체 가능할 수도 있다. 게다가, 조향 인터페이스의 하나 이상의 구성 요소가 손상되거나 또는 다른 방식으로 수리를 필요로 하면, 조향 인터페이스는 제거될 수 있고 따라서 구성 요소가 수리되거나 교체될 수도 있다. 일단 조향 인터페이스가 제거되면 리캘리브레이션이 또한 조향 인터페이스의 구성 요소에 행해질 수 있어, 조향 인터페이스가 카트에 부착될 때 조향 인터페이스가 즉시 기능하게 된다. 예시적인 실시예에 따르면, 본 명세서에 설명된 조향 인터페이스는 상이한 크기 및/또는 구성의 카트를 포함하는, 다양한 카트와 함께 사용될 수도 있다. 또한, 다양한 예시적인 실시예는 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트용 조향 인터페이스를 고려한다.

본 명세서에 설명된 예시적인 실시예의 조향 인터페이스는 다양한 형태로 제공될 수도 있다. 일 예시적인 실시예에 따르면, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트용 조향 인터페이스는 핸들바아의 형태로 제공될 수도 있다. 그러나, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트의 사용자용 조향 인터페이스의 형태 또는 형상은 본 예시적인 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 환자측 카트용 조향 인터페이스는 복수의 핸들바아, 하나 이상의 핸들, 조향휠, 이들 인터페이스의 조합의 형태, 및 조향 인터페이스를 위해 사용된 다른 형상 및 형태일 수도 있다.

원격조작식 수술 시스템

이제, 도 1을 참조하면, 예시적인 실시예에서, 통상의 기술자가 일반적으로 친숙한 바와 같이, 하나 이상의 전기수술 기구(102)와 같은 다양한 원격으로 조작되는 수술 기구와 인터페이스하여 제어함으로써 최소 침습식 수술 절차를 수행하는 원격조작식 수술 시스템(100)이 제공된다. 수술 기구(102)는 다양한 수술 절차를 수행하도록 구성된 다양한 기구로부터 선택될 수도 있고, 다양한 예시적인 실시예에 따르면, 종래의 수술 기구의 수술 절차를 구현하기 위한 다양한 구성을 가질 수 있다. 수술 기구(102)의 비한정적인 예는 봉합, 스테이플링, 파지, 전기수술 에너지의 인가를 위해 구성된 기구, 및 통상의 기술자가 일반적으로 친숙한 다양한 다른 기구를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

도 1의 개략도에 도시된 바와 같이, 원격조작식 수술 시스템(100)은 환자측 카트(110), 서전 콘솔(120) 및 제어 카트(130)를 포함한다. 원격조작식 수술 시스템의 비한정적인 예시적인 실시예에서, 제어 카트(130)는 제어 카트(130) 내에 합체되거나 물리적으로 지지될 수도 있는, 코어 프로세서(170) 및/또는 다른 보조 처리 장비와 같은, "코어" 처리 장비를 포함한다. 제어 카트(130)는 원격조작식 수술 시스템을 조작하기 위한 다른 제어부를 또한 포함할 수도 있다. 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 예시적인 실시예에서, 서전 콘솔(120)로부터 전송된 신호는 제어 카트(130)에 있는 하나 이상의 프로세서에 전송될 수도 있고, 이 프로세서는 신호를 해석하고 환자측 카트(110)에 전송될 명령하여, 수술 기구 및/또는 수술 기구(102)가 환자측 카트(110)에 결합되어 있는 환자측 조작기(140a 내지 140d) 중 하나 이상의 조작을 유발할 수도 있다. 도 1의 시스템 구성 요소는 임의의 특정 위치설정으로 도시되어 있지는 않고, 원하는 바에 따라 배열될 수 있는데, 환자측 카트(110)는 환자에 수술을 실행하기 위해 환자에 대해 배치되어 있다는 것이 주목된다. 본 발명의 원리가 이용될 수도 있는 원격조작식 수술 시스템의 비한정적인 예시적인 실시예는 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 Intuitive Surgical, Inc.에 의해 상용화되어 있는 다빈치(da Vinci)® Si(모델 넘버 IS3000)이다.

일반적으로, 서전 콘솔(120)은 이들에 한정되는 것은 아니지만, 파지 메커니즘(122) 및 푸트 페달(124)을 포함하는, 다양한 입력 장치에 의해, 사용자, 예를 들어 의사로부터 입력을 수신하고, 환자측 카트(110)에 장착된 기구가 수술 기구(들)(102)의 원하는 모션을 구현하고 이에 따라 원하는 수술 절차를 수행하도록 슬레이브로서 작용하게 하는 마스터로서 기능한다. 예를 들어, 이에 한정되는 것은 아니지만, 파지 메커니즘(122)은 수술 기구(102)를 제어할 수도 있는 "마스터" 장치로서 작용할 수도 있고, 수술 기구는 조작기 아암(140)에서의 대응 "슬레이브" 장치로서 작용할 수도 있고, 특히 통상의 기술자가 친숙한 바와 같은 기구의 엔드 이펙터(end effector) 및/또는 손목부(wrist)를 제어할 수도 있다. 또한, 이에 한정되는 것은 아니지만, 푸트 페달(124)은 예를 들어 기구(102)에 단극 또는 쌍극 전기수술 에너지를 제공하기 위해 눌러질 수도 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 적합한 출력 유닛은, 예를 들어 환자측 카트(110)에서 광학 내시경(103)을 거쳐, 예를 들어 수술 절차 중에, 의사가 수술 부위의 3차원 화상을 관찰하게 하는 뷰어 또는 디스플레이(126)를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 출력 유닛은 스피커(또는 사운드를 전달하는 것이 가능한 다른 구성 요소), 및/또는 햅틱 피드백을 제공하기 위해 진동 등을 할 수 있는 의사와 접촉하는 구성 요소를 포함할 수도 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 입력 유닛은 서전 콘솔(120)의 부분일 수도 있고, 신호가 제어 카트(130)로부터 그에 전송될 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 입력 메커니즘(122, 124)은 서전 콘솔(120) 내에 일체화될 수도 있지만, 시스템의 사용 중에 의사에게 액세스 가능하지만, 서전 콘솔(120) 내에 반드시 일체화될 필요는 없는 다양한 다른 입력 메커니즘이 개별적으로 추가되어 제공될 수도 있다. 본 발명에 있어서, 이러한 부가의 입력 메커니즘은 서전 콘솔의 부분으로 고려된다.

따라서, "서전 콘솔"은 본 명세서에 사용될 때, 일반적으로 환자측 카트(110)에서 원격 제어 가능한 운동학적 구조체[예를 들어, 아암(140)에 장착된 수술 기구(102)]를 작동하기 위한 130과 같은 제어 카트를 통해 의사가 신호를 전송하도록 조작할 수 있는 하나 이상의 장치(122, 124)를 포함하는 콘솔을 포함한다. 서전 콘솔(120)은 의사에게 피드백을 제공할 수 있는 하나 이상의 출력 장치를 또한 포함할 수도 있다. 본 명세서에 사용될 때, 그러나, 서전 콘솔은 예를 들어, 디스플레이와 같은 다양한 입력 및 출력 장치를 일체화하는 유닛[예를 들어, 도 1에 요소(120)에 의해 실질적으로 도시된 바와 같은]을 포함할 수 있고, 제어 카트에 제공되고 의사에 의해 액세스 가능하지만, 다양한 다른 입력 장치를 갖는 유닛 내에 반드시 일체화될 필요는 없는 제어기와 같은, 제어기와 신호 통신하는 개별 입력 및/또는 출력 장치를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예로서, 입력 유닛은 제어 카트(130)에 직접 제공될 수도 있고, 제어 카트에서 프로세서에 입력 신호를 제공할 수도 있다. 이와 같이, "서전 콘솔"은 반드시 모든 입력 및 출력 장치가 단일의 유닛 내에 일체화되는 것을 요구하지는 않고, 하나 이상의 개별 입력 및/또는 출력 장치를 포함할 수 있다.

도 1의 예시적인 실시예는 작동 인터페이스 조립체(예를 들어, 도 3에 도시된 146과 같은)를 각각 지지하고 이들에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 수술 기구[예를 들어, 전기수술 기구(102) 및 내시경(103)을 포함하는 다양한 도구를 파지하여 조작하도록 구성된 다수의 독립적으로 이동 가능한 조작기 아암(140)을 갖는 환자측 카트(110)를 도시하고 있다. 그러나, 통상의 기술자들은 다른 환자측 카트 구성이 사용될 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예를 들어, 서전 콘솔(120)에서 입력 장치로의 명령 입력에 기초하여, 환자측 카트(110)는 조작기 아암(140)에서 작동 인터페이스 조립체(146)를 거쳐 원하는 의료 절차를 수행하도록 기구(들)(102)를 위치시키고 작동시킬 수 있다. 작동 인터페이스 조립체(146)는 수술 기구(102)의 근위 단부(일반적인 "근위" 및 "원위" 방향은 수술 기구에 대해 도 1에 도시되어 있음)에 제공된 전송 메커니즘(147)과 결합하도록 구성된다. 수술 기구(102) 및 작동 인터페이스 조립체(146)는 기구(102)를 작동하는 것이 가능하도록 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 접속될 수도 있다. 환자측 카트(110)는 카트(110)에, 예를 들어 카트(110)의 기부(148)에 장착되거나 다른 방식으로 부착된 복수의 바퀴(149)를 포함할 수도 있다.

원격조작식 수술 시스템(100)은 환자측 카트(110) 및 서전 콘솔(120)로/로부터 다양한 제어 신호를 수신하고 전송하는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 제어 시스템은 광을 전송하고, 예를 들어 서전 콘솔(120)에 있는 디스플레이(126) 및/또는 제어 카트(130)와 연계된 디스플레이(132) 상에와 같은 표시를 위한 화상[예를 들어, 환자측 카트(110)에서의 내시경으로부터]을 처리할 수 있다.

예시적인 실시예에서, 제어 시스템은 제어 카트(130)에서 코어 프로세서(170)와 같은 하나 이상의 프로세서에 통합된 모든 제어 기능을 가질 수도 있고, 또는 부가의 제어기(도시 생략)가 개별 유닛으로서 제공되고 그리고/또는 편의상 제어 카트(130) 상에 지지될 수도 있다(예를 들어, 선반 내에). 이러한 개별 유닛 제공은, 예를 들어 단극 및 쌍극 용례에서 사용을 위한 전기 에너지를 제공함으로써, 예를 들어 부가의 기능성을 필요로 하는 수술 기구를 제어하기 위해 현존하는 제어 카트를 개조할 때 유용할 수도 있다.

통상의 기술자는 예를 들어, 제어 카트(130)에 제공된 코어 프로세서(170)와 같은 제어기가 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 기능을 제어하는 제어 시스템의 부분으로서 구현될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 당 기술 분야의 숙련자는 제어기, 예를 들어 코어 프로세서(170)의 기능 및 특징이 이들에 한정되는 것은 아니지만, 서전 콘솔(120), 환자측 카트(110) 및/또는 그 내부에 프로세서를 구비하는 다른 장치 중 임의의 하나에 프로세서를 포함하는 다수의 장치 또는 소프트웨어 구성 요소 상에 분산될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 코어 프로세서(170)를 포함할 수도 있는 제어 시스템의 기능 및 특징은 다수의 처리 장치를 거쳐 분산될 수도 있다.

환자측 카트 조향 인터페이스

시스템(100)과 같은 원격조작식 수술 시스템이 수술실에서와 같이, 그 사용 중에 특정 위치에서 사용될 수도 있다. 다른 한편으로, 원격조작식 수술 시스템 또는 그 구성 요소들의 일부를 이동시킬 필요가 있을 수도 있다. 예를 들어, 그 수술 기구(102)가 서전 콘솔(120)에서 의사에 의해 제어될 때 환자에 수술을 수행하기 위해 위치되도록 환자측 카트(110)를 위치시키기 위해, 환자측 카트(110)가 사용 중에 원하는 위치로 이동될 필요가 있을 수도 있다. 환자측 카트(100)를 환자로부터 이격하여 이동시키는 것이 또한 바람직하다. 환자측 카트(110)의 이러한 위치설정은 소정의 룸 내에서 환자측 카트(110)를 이동시키는 것 또는 하나의 룸으로부터 다른 룸으로 환자측 카트(110)를 이동시키는 것을 요구할 수도 있다.

예시적인 환자측 카트는 예를 들어 1000 내지 2000 파운드의 범위의 중량을 가질 수도 있다. 다른 예에서, 예시적인 환자측 카트는 예를 들어, 약 1200 파운드 내지 약 1850 파운드의 범위의 중량을 가질 수도 있다. 보조 없이, 이러한 무거운 환자측 카트는 사용자가 이동시키고 그 이동 중에 제어하는 것이 어려울 수도 있다. 환자측 카트를 이동시키는 것을 보조하는 일 방식은 사용자에 의해 제공된 입력에 기초하여 제어되는 전동식 구동 시스템을 환자측 카트 내에 포함하는 것이다. 그러나, 구동 시스템은 환자측 카트의 모션의 성분을 개별적으로 제어하는 다수의 별개의 제어부를 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 구동 시스템용 제어부는, 스로틀 제어부, 브레이크 제어부, 및/또는 조향 제어부를 포함할 수 있고, 이들 제어부의 각각은 사용자가 환자측 카트의 이동 중에 조작해야 할 수도 있다. 이러한 다양한 제어부의 어레이는, 특히 사용자가 환자측 카트의 구동 제어부와 친숙하지 않을 때, 환자측 카트를 이동시킬 때 소정의 어려움을 사용자에게 제시할 수 있다. 따라서, 사용이 용이하고 사용자로부터 환자측 카트에 입력을 제공하는 환자측 카트용 구동 제어부를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 환자측 카트(310)의 예시적인 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 환자측 카트(310)는 예를 들어, 전술된 도 1을 참조하여, 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들 중 임의의 하나에 따라 배열될 수도 있다. 예를 들어, 환자측 카트(310)는 하나 이상의 수술 기구(들)(302) 및 수술 기구(들)(302)가 결합되어 있는 하나 이상의 환자측 조작기(들)(340)를 포함할 수도 있다. 환자측 카트(310)는 카트의 이동을 허용하기 위한 바퀴(도시 생략)를 그 기부에 포함할 수도 있다. 예를 들어, 환자측 카트(310)는 3개의 바퀴 또는 4개의 바퀴를 포함할 수도 있다. 바퀴들 중 하나 이상은 구동 바퀴(들)에 원동력을 제공하는 환자측 카트(310) 내에 포함된 구동 시스템에 의해 구동될 수도 있다. 예를 들어, 일 예시적인 실시예에서, 환자측 카트의 전방의 바퀴는 구동될 수도 있고 후방의 바퀴는 구동되지 않는데, 카트의 전방이라는 것은 조작기 아암이 위치되어 있는 부분이다. 다른 예에서, 환자측 카트의 후방의 바퀴가 구동될 수도 있고 또는 환자측 카트의 모든 바퀴가 구동될 수도 있다. 구동되지 않는 모든 바퀴들은 환자측 카트가 구동됨에 따라 자유롭게 스핀하도록 허용될 수도 있고, 바퀴는 지면에 접촉한다. 바퀴들은 또한 사용자에 의해 제공된 조향 입력에 따라 조향 메커니즘에 의해 회전될 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 하나 이상의 바퀴는 캐스터휠(caster wheel)과 유사한 구성을 가질 수도 있고 자유롭게 회전하도록 허용될 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트(310)는 도 2에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)를 포함할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)는 조향 인터페이스(300)에 의해 사용자에 인가된 힘을 검출하는데 사용될 수도 있고, 이어서 환자측 카트(310)가 원하는 방식으로 구동되고 조향되게 하는 신호를 환자측 카트(310)의 구동 시스템의 제어기에 발행할 수도 있다. 도 2의 예에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)는 환자측 카트(310)의 후방에 부착될 수도 있고, 하나 이상의 수술 기구(들)(202)는 환자측 카트(310)의 전방 단부에 위치되어 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예는 후방에 부착된 조향 인터페이스(300)를 갖는 환자측 카트(310)에 한정되는 것은 아니고, 조향 인터페이스(300)는 대신에 환자측 카트(310)의 전방 또는 측면과 같이, 환자측 카트(310)의 다른 위치에 장착될 수도 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트용 조향 인터페이스(300)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트용 조향 인터페이스(300)는 핸들바아의 형태로 제공될 수도 있다. 이러한 핸들바아는 라운딩된(rounded) 횡방향 단면을 가질 수도 있고 카트를 조향하는 사용자를 위한 편안하지만 견고한 파지부를 제공하도록 치수 설정될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 핸들(300)은 예를 들어 약 1 인치 내지 약 2 인치의 범위의 최대 측방향 치수(예를 들어, 직경)(D)를 가질 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 핸들(300)은 예를 들어, 대략 1.5 인치의 최대 측방향 치수(예를 들어, 직경)(D)를 가질 수도 있다. 그러나, 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예의 조향 인터페이스는 다양한 형태로 제공될 수도 있고, 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트의 사용자용 조향 인터페이스의 형태 또는 형상은 본 예시적인 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 환자측 카트용 조향 인터페이스는 복수의 핸들바아, 하나 이상의 핸들, 조향휠, 이들 형태의 조합의 형태, 및 조향 인터페이스를 위해 사용된 다른 형상 및 형태일 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 조향 인터페이스(300)는 환자측 카트로부터 탈착 가능할 수도 있다. 탈착 가능하게 조향 인터페이스(300)를 구성하는 것은 사용자가 손상된 또는 다른 방식의 비기능적 조향 인터페이스(300)를 다른 조향 인터페이스(300)로 교체하는 것을 허용한다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)는 환자측 카트에 접촉하고 조향 인터페이스(300)를 환자측 카트에 부착하는 장착부(306)를 포함할 수도 있다. 사용자가 비교적 용이하게 조향 인터페이스를 교체하는 것을 허용하기 위해, 조향 인터페이스(300)는 조향 인터페이스(300)를 환자측 카트에 부착하기 위한 하나 이상의 장치를 포함할 수도 있다. 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)의 장착부(306)는 조향 인터페이스(300)를 환자측 카트에 부착하기 위한 하나 이상의 체결구(307)를 포함할 수도 있다. 체결구(307)는 예를 들어, 볼트와 같은 나사산 형성 체결구, 또는 사용자가 환자측 카트로부터 조향 인터페이스(300)의 장착부(306)를 비교적 용이하게 탈착하는 것을 허용하는 다른 유형의 체결구일 수도 있다. 따라서, 사용자가 조향 인터페이스(300)를 교체하기를 원할 때, 사용자는 예를 들어, 하나 이상의 체결구(307)를 거쳐, 환자측 카트로부터 조향 인터페이스(300)의 장착부(306)를 체결해제하고, 제2 조향 인터페이스의 장착부 및 체결구(들)를 거쳐 제2 조향 인터페이스(도시 생략)를 환자측 카트에 부착할 수도 있다.

이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 조향 인터페이스(300)는 코어/쉘 구성을 가질 수도 있고, 코어의 적어도 일부는 장착부(306)의 영역에 위치되고, 외부쉘은 조향 인터페이스의 좌측부(302) 및 조향 인터페이스의 우측부(304)의 영역에 적어도 위치된다.

환자측 카트의 조향 인터페이스(300)를 사용하기 위해, 사용자는 사용자가 환자측 카트를 이동시키기를 원하는 방향으로 조향 인터페이스(300)를 압박할 수도 있다. 이러한 힘은 조향 인터페이스(300)를 파지한 체로 조향 인터페이스(300)에 인가될 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스(300)가 핸들바아의 형태로 제공될 때, 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 사용자는 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302) 및 조향 인터페이스(300)의 우측부(304)를 파지할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)가 환자측 카트(310)의 후방에 접속될 때, 도 2의 예에 도시된 바와 같이, 사용자는 도 3에 도시된 실질적으로 전방 방향으로 조향 인터페이스(300)를 압박할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)는 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전방 방향으로 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하고, 전방 방향에서 환자측 카트(310)를 이동시키기 위해 환자측 카트(310)의 구동 시스템의 제어 시스템에 신호를 제공하도록 구성될 수도 있다.

유사하게, 사용자가 후방 방향으로 환자측 카트(310)를 이동시키기를 원할 때, 사용자는 실질적으로 도 3에 도시된 후방 방향으로 조향 인터페이스(300)를 잡아당길 수도 있어 조향 인터페이스(300)가 힘을 검출하고 환자측 카트(310)가 후방 방향으로 이동되도록 구동 시스템의 제어 시스템에 신호를 제공할 수도 있게 된다.

예시적인 실시예에 따르면, 사용자는 카트의 조향 인터페이스에 힘을 인가함으로써 소정 방향으로 환자측을 회전시키기 위한 요구를 지시할 수도 있다. 예를 들어, Y방향 또는 Y축을 따른 방향에 실질적으로 대응할 수도 있는, 도 3의 전방 및 후방 방향에 실질적으로 수직인 방향을 따라 조향 인터페이스(300)에 측방향 힘을 인가할 수도 있다.

환자측 카트를 위한 원하는 이동을 지시하기 위해 사용자에 의해 인가된 힘의 검출을 위한 전술된 센서 구성은 회전 및 전후 조향 제어를 감지하는 일 예시적인 방식이지만, 다른 기술이 또한 이용될 수도 있고 센서 구성은 이에 따라 변형될 수도 있다. 예를 들어, 다른 예시적인 실시예에 따르면, 사용자는 환자측 카트가 좌측부(302) 및 우측부(304) 중 다른 하나보다 더 많은 힘을 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302) 및 우측부(304) 중 하나에 인가함으로써 회전해야 한다는 것을 지시할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)는 인가된 힘을 검출하고, 사용자에 의해 요구된 방향으로 회전하도록 구동 시스템에 명령하는 신호를 구동 시스템의 제어 시스템에 발행할 수 있다.

전술된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)는 사용자에 의해 조향 인터페이스(300)에 인가된 힘을 검출하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함할 수도 있다. 도 5의 예시적인 실시예를 참조하면, 조향 인터페이스(300)는 코어부(310)를 포함하는, 조향 인터페이스(300)의 내부 구성 요소를 나타내기 위해 그 외부쉘이 제거된 상태로 도시되어 있다. 코어부(310)는 비교적 높은 응력을 견디는 것이 가능한 재료로부터 구성될 수도 있다. 예를 들어, 코어부(310)는 고강도 강으로부터 제조될 수도 있지만, 다른 고강도 재료가 또한 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 사용될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 외부쉘은 예를 들어, 알루미늄과 같은 금속 또는 금속 합금으로부터 제조될 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 외부쉘은 사용자가 사용자를 위한 바람직한 촉각을 제공하도록 핸들을 터치하거나 파지할 수도 있는 위치에 대응하는 위치에 재료를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 외부쉘은 이러한 위치에 고무, 플라스틱 또는 다른 재료를 포함할 수도 있다.

조향 인터페이스(300)의 코어부(310)는 조향 인터페이스(300)에서 사용자에 의해 입력시에 카트를 이동하기 위해 카트의 구동 시스템(도시 생략)에 신호를 전송하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)는 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302)에 장착된 제1 센서(320) 및 조향 인터페이스(300)의 우측부(304)에 장착된 제2 센서(322)를 포함할 수도 있다. 달리 말하면, 센서(320, 322)는 조향 인터페이스(300)의 실질적으로 대향부들에 제공될 수도 있다. 인터페이스(300)의 상이한 부분들에서 조향 인터페이스(300)에 센서(320, 322)를 제공함으로써, 사용자는 조향 인터페이스(300)에 대해 상이한 위치에서 유리하게 자신이 위치하여 한손 또는 양손으로 힘을 인가하고 따라서 센서(320, 322) 중 하나 또는 모두에 힘을 인가할 수도 있어 카트의 조향 및 이동과 관련하여 동일한 결과를 성취한다. 이러한 구성은 예를 들어, 사용자가 카트의 후방에 위치될 때, 카트의 전방의 환경을 관찰하는 사용자의 능력을 용이하게 하는 것을 도울 수 있다. 사용자가 조향 인터페이스(300)를 조작하도록 카트의 바로 뒤에 위치되도록 요구되면, 사용자의 시야는 카트에 의해, 예를 들어 카트의 조작기 아암부에 의해 차단될 수도 있다. 사용자가 조향 인터페이스(300)의 일 측에 대해 상대적으로 위치되게 허용함으로써, 사용자는 카트의 일 측면에 서서, 조향 인터페이스(300)를 한손으로 사용하고, 카트의 전방의 환경의 향상된 조망을 가질 수도 있다.

센서(320, 322)는 도 3의 전방 및 후방 방향에서 사용자에 의해 조향 인터페이스(300)에 인가된 힘을 검출하도록 구성될 수도 있고, 환자측 카트(310)를 회전시키기 위해 조향 인터페이스(300)에 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하도록 구성될 수도 있다. 도 3의 전방 및 후방 방향은 X방향 또는 축을 따른 방향에 실질적으로 대응할 수도 있고, 도 3의 전방 및 후방 방향에 실질적으로 수직인 방향은 Y방향 또는 축을 따른 방향에 실질적으로 대응할 수도 있다.

도 6을 참조하면, 제1 센서(320)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 이하의 설명은 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302)에 장착될 수도 있는 제1 센서(320)의 구조 및 특징에 관한 것이지만, 조향 인터페이스(300)의 우측부(304)에 장착될 수도 있는 제2 센서(322)가 제1 센서(320)와 동일한 특징 및 구조를 가질 수도 있다.

사용자에 의해 인가된 힘은 도 5에 지시된 X 및/또는 Y방향에서의 성분을 포함할 수도 있기 때문에, 센서(320)는 하나 이상의 방향에서의 힘을 검출하기 위한 특징부를 포함할 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 센서(320)는 도 5 및 도 6에 지시된 X 및 Y방향에서의 힘을 검출하기 위한 특징부를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 센서(320)는 도 5 및 도 6의 X방향을 따라 사용자에 의해 인가된 힘을 측정하기 위한 제1 검출 장치(323) 및 도 5 및 도 6의 Y방향을 따라 사용자에 의해 인가된 힘을 측정하기 위한 제2 검출 장치(324)를 포함할 수도 있다. 도 5 및 도 6에 지시된 바와 같이, X방향과 Y방향은 서로 직교할 수도 있다. 따라서, 조향 인터페이스(300)에 사용자에 의해 인가된 힘이 X 및 Y방향 중 어느 하나와 완벽하게 정렬되지 않더라도, 인가된 힘의 성분은 X 및 Y방향에서 측정될 수도 있다.

다양한 예시적인 실시예에서, 조향 인터페이스에 사용된 센서는 또한 X 및 Y방향에 직교하는 수직 Z방향(도 5 및 도 6의 실시예에는 도시되어 있지 않음)에서의 힘을 검출하는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 수직 Z방향에서의 힘을 검출하는 것이 가능한 센서는 선택적이고, 조향 인터페이스는 단지 X 및 Y 방향에서의 힘을 검출하는 센서만을 포함할 수도 있다.

검출 장치(323, 324)는 예를 들어, 사용자가 환자측 카트를 이동시키기 위한 요구를 지시하기 위해 조향 인터페이스(300)를 측방향으로 압박하고, 잡아당기거나 또는 이동시킬 때, 조향 인터페이스(300)에 사용자에 의해 인가된 비교적 작은 힘을 검출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 검출 장치(323, 324)는 조향 인터페이스(300)에 사람에 의해 인가된 힘을 검출하도록 충분히 민감할 수도 있다. 예를 들어, 검출 장치(323, 324)는 평균 성인의 체중 및 몸집을 갖는 사람에 의해 인가된 힘을 검출하는데 충분히 민감할 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 검출 장치(323, 324)는 예를 들어, 대략 0.1 lbs 내지 대략 100 lbs의 범위의 힘을 검출할 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 검출 장치(323, 324)는 예를 들어, 대략 0.4 lbs 내지 대략 25 lbs의 범위의 힘을 검출할 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 센서의 힘 감도의 범위는 예를 들어, 카트의 크기 및/또는 중량 및/또는 카트의 이동 중에 사용자에 의해 요구되도록 요구된 노력과 같은 인자에 기초하여 선택될 수도 있다.

센서(320)의 검출 장치(323, 324)는 센서(320)에 인가된 힘을 검출하고 인가된 힘에 대응하는 전기 신호를 제공하도록 구성된 구성 요소일 수도 있다. 예를 들어, 검출 장치(323, 324)는 스트레인 게이지일 수도 있다. 각각의 검출 장치(323, 324)는 인가된 힘을 측정하기 위한 단일의 장치일 수도 있고 또는 인가된 힘을 검출하기 위한 복수의 장치를 포함할 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 검출 장치(323, 324)는 센서(320, 322)가 센서의 검출 장치들 중 하나의 고장의 경우에 여분의 검출 장치를 갖도록 X 및 Y방향에서의 인가된 힘을 검출하기 위한 복수의 장치를 각각 포함할 수도 있다. 예를 들어, 검출 장치(323) 및/또는 검출 장치(324)는 여분의 검출 장치를 유리하게 제공하기 위해 X 및 Y방향의 각각에서 1차 및 2차 검출 구성 요소(도시 생략)를 포함할 수도 있다.

따라서, 검출 장치(323, 324)의 1차 또는 2차 검출 구성 요소(1차 또는 2차 검출 구성 요소 중 하나를 위한 접속부 또는 제어 전자 기기를 포함함) 중 하나가 고장나면, 검출 구성 요소(323, 324)는 기능하는 1차 및 2차 검출 구성 요소 중 다른 하나를 가질 것이고, 조향 인터페이스(300)에 인가된 힘을 검출하는 그 기능을 수행하는 것이 여전히 가능할 것이다. 달리 말하면, 검출 장치(323, 324)의 여분의 1차 또는 2차 검출 구성 요소는 예를 들어, 1차 및 2차 검출 구성 요소가 조화하지 않으면 카트 이동을 제한함으로써, 예측되지 않은 카트 이동을 방지하거나 최소화할 수도 있는 안전 예방책으로서 기능할 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 2차 검출 구성 요소는 1차 검출 구성 요소에 대한 여분의 백업으로서 제공될 수도 있고, 또는 그 반대도 마찬가지이다. 이 경우에, 검출 장치(323, 324)의 1차 또는 2차 검출 구성 요소 중 하나가 고장나면, 전체 센서(320, 322) 또는 조향 인터페이스(300)가 교체될 필요가 있다. 다른 예에서, 검출 장치(323)는 X방향에서의 힘을 검출하기 위한 1차 스트레인 게이지 및 2차 스트레인 게이지를 포함할 수도 있고, 검출 장치(324)는 Y방향에서의 힘을 검출하기 위한 1차 스트레인 게이지 및 2차 스트레인 게이지를 포함할 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 센서(320)는 센서(320)로/로부터 전기 신호를 전송하는데 사용될 수도 있는 하나 이상의 전기 단자(326)를 더 포함할 수도 있다. 도 7의 예에 도시된 바와 같이, 센서(320)의 저부면(327)은 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 같은, 조향 인터페이스(300)에 센서(320)를 부착하기 위한 하나 이상의 장착부(328)를 포함할 수도 있다.

센서(320, 322)는 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가할 때 힘 및 스트레인을 받게되기 때문에, 특히, 몇몇 스트레인 게이지 센서는 비교적 작은 변위(예를 들어, 힘)를 검출하도록 설계되고 조향 인터페이스에 인가된 힘이 비교적 클 수도 있기 때문에, 센서(320, 322)가 손상되게 될 수도 있는 것이 가능하다. 이 문제점을 처리하기 위해, 센서(320, 322)는 센서(320, 322)를 잠재적으로 손상할 수 있는 센서 상의 과잉의 힘을 제한함으로써 센서(320, 322)에 소정 정도의 보호를 제공하기 위한 하나 이상의 장치를 갖고 조향 인터페이스(300)에 장착될 수도 있다. 이러한 보호 장치는 유연하고 굽혀지는 임의의 다양한 장치일 수 있다. 게다가, 보호 장치는 센서가 허용되는 이동량을 제한할 수도 있다. 달리 말하면, 하나 이상의 보호 장치는, 조향 인터페이스에 인가된 비교적 큰 변위를 센서(320, 322)의 비교적 작은 변위로 변환하는데 사용될 수 있다. 이러한 장치는 예를 들어, 스프링, 편향하도록 구성된(예를 들어, 굽힘 및/또는 비틀림을 통해) 바아 또는 로드, 엘라스토머 재료, 및 쉘부(312)가 코어부(310)에 대해 이동할 때 센서(320, 322) 주위에 부가의 컴플라이언스(compliance)를 제공하도록 구성된 다른 유형의 장치를 포함할 수도 있다.

예를 들어, 도 8의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 센서(320)는 센서(320)에 소정 정도의 보호를 제공하기 위해 구성되고 센서(320)에 대해 배열된 하나 이상의 스프링(332)이 장착되어 있을 수도 있다. 센서(320), 하우징(331), 및 스프링(332)은 함께 센서 블록(330)을 형성할 수도 있는데, 이 센서 블록은 스프링(들)이 센서(320)와 조향 인터페이스(300)의 나머지 사이에 부가의 컴플라이언스를 제공하도록 스프링(들)(332)을 거쳐 조향 인터페이스(300) 내에 장착될 수도 있다.

예를 들어, 도 9의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 센서 블록(330)(도 9에 단면도로 도시됨)은 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)에 센서(320)를 장착함으로써 그리고 하나 이상의 스프링 장착부(334)를 거쳐 조향 인터페이스(300)의 커버부(312)에 하나 이상의 스프링(332)을 부착함으로써 조향 인터페이스(300) 내에 포함될 수도 있다. 달리 말하면, 스프링(들)(332)은 커버부(312)에 센서(320)를 접속할 수도 있다. 커버부(312)는 예를 들어, 코어부(310) 주위의 쉘의 형태(도 9의 예에 도시된 바와 같이), 하나 이상의 편평한 또는 만곡된 표면의 형태, 또는 다른 형태의 커버일 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 조향 인터페이스(300)의 코어부(310) 및 커버부(312)는 센서(320, 322)의 센서 블록(330)에 의해 제공된 것들 이외의 구조적 연결부가 결여되어 있을 수도 있다. 따라서, 이러한 실시예에서, 조향 인터페이스(300)의 하나 이상의 센서의 센서 블록(330)에 의해 제공된 구조적 연결부는 단지 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 연결부만을 제공할 수도 있다. 달리 말하면, 조향 인터페이스(300)가 단일의 센서 블록(330)을 포함하면, 센서 블록(330)은 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 유일한 연결부를 제공할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)가 복수의 센서 블록(330)을 포함하면, 센서 블록(330)은 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 유일한 연결부를 집합적으로 제공할 수도 있다. 예를 들어, 센서 블록(330)의 스프링(들)(332), 하우징(331), 및 스프링 장착부(들)(334)는 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 유일한 연결부를 제공할 수도 있다. 이 방식으로, 커버부(312) 및 코어부(310)는 서로에 대해 "부유하는" 것으로 고려될 수도 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 커버부(312)는 센서 블록(들)(330)에 의해 코어부(310)로부터 커버부(312)의 서스펜션에 기인하여 코어부(310)에 대해 "부유하는" 것으로 고려될 수도 있다. 예를 들어, 코어부(310)가 환자측 카트에 연결되면, 커버부(312)는 코어부(310)에 대해 이동하는 것으로 보일 수도 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 코어부(310)는 예를 들어, 커버부(312)가 코어부(310) 대신에 환자측 카트에 연결될 때, 커버부(312)에 대해 부유하는 것으로 고려될 수도 있다.

힘이 조향 인터페이스에 인가되어, 예를 들어 카트의 사용자의 원하는 이동 방향을 지시할 때, 힘은 커버부(312)에 인가되고 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 배열된 센서 블록(들)(330)에 의해 제공된 서스펜션 구조체에 기인하여 스프링(들)(332)을 거쳐 센서(320)에 전달될 수도 있다. 스프링(들)(332)은 비교적 가요성 요소이기 때문에, 스프링(들)(332)은 유리하게는 동일한 사용자 인가된 힘에 대한 코어부(310)에 대한 커버부(312)의 부가의 모션을 허용할 수도 있다. 그 결과, 센서 블록(330)은 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 장착될 수도 있고, 스프링(들)(332)은 조향 인터페이스(300)에 부가의 컴플라이언스를 제공하는 역할을 한다.

도 9에 도시된 바와 같이, 다양한 예시적인 실시예에서, 거리(A)를 갖는 간극이 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 제공될 수도 있다. 간극은 모든 방향에서 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 제공될 수도 있다. 간극은 예를 들어, 약 0.04 in 내지 약 0.07 in의 범위의 거리(A)를 가질 수도 있다. 다른 예에서, 간극은 약 0.045 in 내지 약 0.065 in의 범위의 거리(A)를 가질 수도 있다. 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 비교적 작은 간극은 커버부(312)와 코어부(310)가 서로에 대해 이동하는 것을 허용할 수도 있다. 이러한 상대 이동은 사용자에 인가된 힘이 센서(320, 322)에 비교적 용이하게 전달되는 것을 가능하게 할 수도 있다. 이러한 구성을 갖는 조향 인터페이스(300)를 제공하는 것은, 센서에 인가된 힘의 상당한 변화를 유도할 수 있고 환자측 카트의 모션이 비의도적으로 진동하게 할 수도 있는 바람직하지 않은 피드백 루프를 생성할 수도 있는 비교적 "부드러운(soft)"[예를 들어, 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 더 높은 정도의 상대 이동을 허용함] 조향 인터페이스를 유리하게 회피할 수 있다. 또한, 예시적인 실시예에 따르면, 간극은 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 이동이 인간 감각에 인식 불가능하거나 무시할만하도록 충분히 작다. 따라서, 사용자는 코어부(310)에 대한 커버부(312)의 이동을 알아채지 못할 수도 있고, 이는 이어서 카트를 구동하는 동안 조향 인터페이스로의 힘의 인가 중에 사용자에 견고한 고품질의 촉감을 부여할 수도 있다. 따라서, 조향 인터페이스(300)는 또한 견고한 구성 및 숙련의 외관을 제시하면서 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하는 그 기능을 제공하는 것이 가능할 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 조향 인터페이스(300)는 조향 인터페이스(300)에 사용자에 의해 인가된 힘에 기인하여 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 상대 이동량을 제한하기 위한 기계적 정지부를 포함할 수도 있다. 따라서, 기계적 정지부는 센서에 인가된 힘 및 스트레인의 양을 제한할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)의 커버부(312)가 센서 블록(330) 및 그 스프링(들)(332)에 의해 코어부(310)로부터 현수되어 있는 것을 도시하는 도 10의 부분 내부 평면도를 참조하면, 전술된 바와 같이, 코어부(310)의 단부(314)는 간극(318)이 돌출부(316)와 리세스(317)를 둘러싸는 커버부(312)의 내부 표면부 사이에 제공되도록 커버부(312) 내에 형성된 리세스(317) 내로 연장하는 돌출부(316)를 포함할 수도 있다. 게다가, 간극(315)은 코어부(310)의 단부(314)와 커버부(312)의 내부벽(319) 사이에 제공될 수도 있다.

비교적 큰 힘이 조향 인터페이스(300)에 인가될 때, 인가된 힘은 센서 블록(330)의 센서(320)에 인가될 수도 있다. 이는 큰 스트레인이 센서(320)에 인가되게 할 수도 있는데, 이러한 것은 스트레인이 과도하면 센서(320)에 손상을 유발할 수 있다. 비교적 큰 힘 및 스트레인은 또한 코어부(310)와 커버부(312)를 서로에 대해 이동시킬 수도 있어, 잠재적으로 돌출부(316)를 리세스(317)를 형성하는 커버부(312)의 벽에 접촉하게 한다. 대안적으로, 또는 이 이동에 추가하여, 단부(314)는 내부면부(319)와 접촉하게 될 수도 있다. 돌출부(316)가 리세스(317)를 형성하는 커버부(312)의 내부면부에 접촉하고 그리고/또는 단부(314)가 내부벽(319)에 접촉할 때, 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 추가의 이동은 정지되어 센서(320)에 인가된 스트레인의 양이 제한되게 된다. 그 결과, 큰 힘 및 스트레인에 의해 센서(320)에 발생된 과부하 및 손상이 최소화되거나 방지될 수도 있다. 게다가, 스프링(332)은 센서 블록(330)을 위한 향상된 컴플라이언스를 제공한다. 따라서, 센서 블록(330)은 센서(320)의 변위를 비교적 작은 양으로 제한하면서, 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 간극의 적당한 제조 공차를 허용하는 비용 효과적인 디자인을 가질 수도 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 코어부(310)와 커버부(312) 사이의 약 0.065 인치의 이동은 약 0.010 인치의 센서(320)의 변위를 야기할 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 센서(320, 322) 및 이들의 각각의 센서 블록(330)은 센서(320, 322) 및 센서 블록(330)이 완전히 둘러싸이도록 조향 인터페이스(300) 내에 내장될 수도 있다. 그 결과, 센서(320, 322) 및 센서 블록은 덮여지고 조향 인터페이스(300)의 외부면 상에 노출되지 않을 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스(300)의 커버부(312)는 센서들이 예를 들어 외부 환경에 노출되지 않도록 센서(320, 322)를 완전히 둘러쌀 수도 있다. 다른 예에서, 센서(320, 322)의 부분은 센서(320, 322)의 적어도 일부가 사용자에 의해 조망되는 것이 가능하도록 조향 인터페이스(300)의 외부면 상에 노출될 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 조향 인터페이스(300)는 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가할 때 조향 인터페이스(300)의 가요성 및 이동을 제어하기 위한 하나 이상의 장치를 포함할 수도 있다. 이러한 장치는 예를 들어, 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가할 때 조향 인터페이스(300)가 부착되는 환자측 카트에 대해 조향 인터페이스(300)가 어떻게 이동하는지에 영향을 미치는데 사용될 수도 있다. 이러한 장치는 센서 블록(330)의 스프링(들)(332)을 포함하여, 전술된 센서 블록(330)에 추가하여 제공될 수도 있다.

도 11을 참조하면, 안정화 장치(340)가 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 위치되어 있는 조향 인터페이스(300)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 안정화 장치(340)는 X 또는 Y방향 이외의 방향에서의 조향 인터페이스의 모션을 방지할 수도 있다. 또한, 안정화 장치(340)는 코어부(310)에 대한 커버부(312)의 이동량을 제어하도록 제공될 수도 있다. 예를 들어, 사용자는 도 11의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)에 회전 모멘트(M)를 인가할 수도 있다. 조향 인터페이스(300)가 환자측 카트에 대해 모멘트(M)에 의해 지시된 방향으로 이동하면, 사용자는 환자측 카트가 조향 인터페이스(300)의 이동의 결과로서 몇몇 방식으로 응답하는 인상을 가질 수도 있다. 이에 따라, 이러한 이동을 최소화하거나 방지하기 위한 안정화 장치의 사용은 카트가 조향 인터페이스(300)에서 이러한 입력에 응답할 것이라고 사용자가 잘못 믿게되는 것을 회피할 수 있다. 게다가, 조향 인터페이스(300)가 장착되어 있는 환자측 카트에 대해 모멘트(M)에 의해 지시된 방향으로 조향 인터페이스(300)가 이동하면, 사용자는 특히 모션이 급격하고 원활하지 않으면, 조향 인터페이스(300)가 느슨해졌거나 양호하게 구성되지 않았다는 감각을 가질 수도 있다.

안정화 장치(340)는, 조향 인터페이스(300)가 그 초기 위치로부터 이격하는 방향으로[예를 들어, 도 11에 모멘트(M)에 의해 발생하는 방향으로] 이동하게 할 수도 있는, 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가할 때 발생하는 모션과, 조향 인터페이스(300)가 그 초기 위치를 향한 방향으로 이동하게 할 수도 있는, 사용자가 인가된 힘을 해제할 때 발생하는 모션에 저항하도록 작용할 수도 있다. 예를 들어, 안정화 장치(340)는 예를 들어 코어부(310)에 인가된 힘의 약 10% 내지 약 15%의 범위의 양의 힘을 션트함으로써(shunting) 모션에 저항할 수도 있다. 또한, 안정화 장치(340)의 이 션트 기능은 X, Y 및 Z방향을 따른 실질적으로 선형 방향에서 조향 인터페이스의 모션을 허용하도록 작용할 수도 있다. 이들 모션에 저항하는 이 방식으로 작용함으로써, 안정화 장치(340)는 급격한 덜커덕거리는 모션보다는, 사용자에 인체공학적으로 바람직한 원활한 모션을 야기하는 방식으로 모션이 발생하는 것을 허용할 수도 있다. 도 11의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 감쇠 장치(340)는 예를 들어, 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 장착된 코일 스프링일 수도 있다. 다른 예에서, 스프링은 가공된 스프링 또는 통상의 기술자들이 친숙함을 갖는 임의의 다양한 충격 흡수 메커니즘일 수도 있다. 다른 메커니즘은 스프링 이외의 안정화 장치로서 사용될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 안정화 장치(340)는 한 쌍의 영구 자석을 사용함으로써 제공될 수도 있다.

예시적인 실시예에 따르면, 조향 인터페이스(300)는 카트를 위한 모션을 활성화하기 위해 환자측 카트의 구동 제어 시스템에 신호를 송신하기 위한 장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스의 센서(들)는 항상 조향 인터페이스에 인가된 힘에 관한 신호를 송신할 수도 있지만, 센서(들)가 힘이 조향 인터페이스에 인가된다는 것을 지시하더라도, 카트의 부주의한 모션을 방지하기 위해 환자측 카트의 모션이 발생하지 않아야 한다는 것을 지시하기 위한 신호를 제공하는 장치를 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 달리 말하면, 조향 인터페이스는 조향 인터페이스의 센서(들)에 의해 발행된 제1 신호에 독립적인 제2 신호를 발행하는 제2 장치를 포함할 수도 있다. 조향 인터페이스의 제2 장치에 인가된 힘이 충분한 크기를 가지면, 제2 장치는 인가된 힘이 원하는 이동을 표현한다는 것을 지시하는 신호를 발행할 수도 있다. 또는, 제2 장치에 인가된 힘이 충분하지 않으면, 제2 장치는 카트가 이동해야 하는 것을 지시하는 신호를 발행하지 않을 것이다. 이러한 장치는, 신호가 조향 인터페이스(300)의 센서(들)로부터 카트의 구동 시스템을 위한 제어기로 발행되고, 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가하지 않거나 또는 조향 인터페이스(300)에 인가된 힘이 카트를 위한 원하는 모션을 표현하지 않을 때 카트의 부주의한 모션을 방지함으로써 소정 정도의 안전을 제공할 수도 있다.

도 12를 참조하면, 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)를 포함하는 조향 인터페이스(300)의 예가 도시되어 있다. 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)는 접점 스위치(352)와 접점 트리거(350) 사이의 상대 이동을 허용하도록 조향 인터페이스(300) 내에 장착될 수도 있다. 특히, 접점 트리거(350) 및 접점 스위치(352)는 모두 커버부(312) 내에 장착될 수도 있고, 접점 트리거(350)의 적어도 일부는 커버부(312)의 외부면 상에 노출되어, 사용자가 접점 트리거(350)의 노출부를 누를 수도 있어 접점 트리거(350)가 접점 스위치(352)에 대해 이동하게 되고 트리거(350)와 스위치(352) 사이의 결합을 유발할 수도 있게 된다.

사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가할 때, 상대 이동이 조향 인터페이스(300)의 코어부(310)와 커버부(312) 사이에 발생할 수도 있고, 조향 인터페이스(300)의 센서(들)(320)는 인가된 힘을 지시하는 신호를 발행할 수도 있다. 그러나, 이러한 인가된 힘은 트리거(350)가 적절하게 결합되지 않으면 카트의 이동을 야기하지 않을 수도 있다. 환자측 카트를 위한 원하는 이동을 지시하기 위해, 접점 트리거(350)가 접점 트리거(350)와 접점 스위치(352) 사이의 결합을 유발하도록 눌러질 수도 있다. 충분한 힘이 트리거(350)와 스위치(352) 사이의 결합을 유발하도록 접점 트리거(350)에 인가될 때, 접점 스위치(352)는 환자측 카트가 조향 인터페이스의 센서(들)로부터 발행된 신호에 따라 이동되어야 하는 것을 지시하기 위한 신호를 환자측 카트의 제어기 또는 구동 시스템에 발생할 수도 있다. 따라서, 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)는 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가하고 트리거(350)를 누를 때 환자측 카트의 모션이 허용되지만, 사용자가 조향 인터페이스(300)의 트리거(350)를 해제하거나 다른 방식으로 힘을 트리거(350)에 인가하지 않을 때 모션이 허용되지 않도록 "데드맨(dead man's)" 스위치로서 기능할 수도 있다.

접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)가 결합되지 않을 때, 접점 스위치(352)와 가튼 조향 인터페이스(300)는 카트의 부주의한 모션이 회피되도록 환자측 카트가 조향 인터페이스(300)의 센서(들)에 의해 발행된 신호에 따라 이동되지 않아야 한다는 것을 지시하는 신호를 발행할 수도 있다. 대안적으로, 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)가 결합되지 않을 때, 환자측 카트가 이동되어야 한다는 것을 지시하기 위해, 어떠한 신호도 조향 인터페이스(300)로부터, 예를 들어 접점 스위치(352)로부터 발행되지 않을 수도 있고, 이러한 신호의 결여는 모션이 발생하지 않아야 한다고 카트의 제어기 또는 구동 시스템에 의해 해석될 수도 있다.

다른 예에서, 접점 스위치(352)와 접점 트리거(350) 중 적어도 하나는, 사용자가 힘을 접점 트리거(350)에 인가하지 않을 때 접점 트리거(350)가 "오프" 위치로 편향되도록 장착될 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 접점 트리거(350)는 하나 이상의 판스프링(leaf spring)(354)을 사용하여 장착될 수도 있지만, 이러한 편향 장치는 단지 예시적인 것이고 비한정적이다. 다른 예시적인 실시예에서, 접점 트리거(350)는 코일 스프링, 스프링 장전식 푸시버튼, 또는 탄성 변형 가능한 구조체를 포함하는 다른 구조체와 같은 복원 스프링(도시 생략)을 갖는 피벗 레버를 사용하여 장착될 수도 있다.

조향 인터페이스(300)는 복수의 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302)와 우측부(304)의 각각은, 사용자가 조향 인터페이스(300)의 좌측부(302)의 트리거 또는 우측부(304)의 트리거를 눌러 조향 인터페이스(300)가 장착되어 있는 환자측 카트의 모션을 활성화할 수도 있도록 하는 접점 스위치(352) 및 접점 트리거(350)를 포함할 수도 있다. 대안적인 예시적인 실시예에서, 조향 인터페이스(300)는 접점 트리거들 중 하나 초과가 카트의 모션을 활성화하도록 작동되는 것을 요구하도록 구성될 수도 있다. 또한, 트리거(350)는 기계적 접점의 형태일 필요는 없고, 관련 기술 분야에 사용된 다른 스위치 장치의 형태를 취할 수도 있다.

조향 인터페이스(300)의 센서 블록(330)에 사용된 센서(320, 322)는 서로 다양할 수도 있고, 서로 상이한 출력을 제공할 수도 있다. 이는 특히 하나의 조향 인터페이스가 제거되어 상이한 센서를 갖는 다른 조향 인터페이스로 교체될 때, 환자측 카트의 구동 시스템용 제어기에 대한 센서(320, 322)의 캘리브레이션을 필요로 할 수도 있다. 이 문제점을 처리하기 위해, 조향 인터페이스(300)는, 조향 인터페이스(300)가 환자측 카트에 장착되고 조향 인터페이스(300)의 구성 요소가 카트의 구동 시스템을 위한 제어기에 접속될 때, 센서들로부터의 출력이 사용자로부터의 부가의 노력 없이 자동으로 캘리브레이션되도록 하는 캘리브레이션 장치를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 조향 인터페이스(300)는 도 13의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 캘리브레이션 데이터 저장 장치(360)를 포함할 수도 있다.

캘리브레이션 데이터 저장 장치(360)는 예를 들어, 플래시 메모리 또는 캘리브레이션 데이터를 저장하는 다른 유형의 메모리와 같은 전기 소거가능 프로그램가능 판독 전용 메모리(EEPROM) 장치일 수도 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, 캘리브레이션 장치(360)는 조향 인터페이스(300)가 카트에 장착될 때 환자측 카트를 위한 구동 시스템의 제어기와 신호 접속하여 배치될 수도 있다. 게다가, 전기 라인 또는 와이어와 같은 센서 블록(330)을 위한 접속부는 조향 인터페이스(300)의 측면부(362)를 따라 연장할 수도 있어, 조향 인터페이스(300)가 카트에 장착될 때 센서 블록(330)의 센서(320, 322) 사이에 접속이 이루어지게 된다.

도 14는 예시적인 실시예에 따른, 환자측 카트와 연결 상태의 조향 인터페이스 시스템의 개략 블록 다이어그램을 도시한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 조향 인터페이스(300)가 환자측 카트(1510)[다양한 예시적인 실시예에서, 도 1의 예시적인 실시예의 카트(110 또는 210)와 같이 구성될 수 있음]에 장착될 때, 센서(220, 222)는 전술된 바와 같이, 구동 시스템용 제어 프로세서를 포함할 수도 있는 카트(110)와 신호 접속하여 배치될 수 있다. 접속은 또한, 사용자가 접점 트리거(350)와 접점 스위치를 결합하는데 충분한 힘을 조향 인터페이스(300)의 트리거(350)에 인가할 때, 카트(1510)의 구동 시스템이 센서(320, 322)로부터의 신호에 따라 카트(1510)를 이동시키도록 작용해야 한다는 것을 지시하기 위해, 접점 스위치(352) 중 적어도 하나로부터의 신호와 같은, 신호가 조향 인터페이스(300)로부터 카트(1510)에 발행될 수도 있도록, 조향 인터페이스(300) 내의 접촉 스위치(352)와 카트 사이에 이루어질 수도 있다. 또한, 접속은 조향 인터페이스(300)가 카트(1510)에 장착될 때 캘리브레이션 데이터가 제어기에 제공될 수도 있도록 캘리브레이션 장치(360)와 카트(1510) 사이에 이루어질 수도 있다. 조향 인터페이스(300)로부터 카트(1510)에 제공된 신호는 카트(1510)의 장치에 의해 증폭될 수도 있다. 게다가, 카트(1510)는 요구될 수도 있는 바와 같이, 조향 인터페이스(300)로부터 수신된 임의의 신호를 조정하기 위한 아날로그/디지털 컨버터를 포함할 수도 있다.

조향 인터페이스(300)의 센서(320, 322)는 조향 인터페이스(300)에 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하도록 설계된다. 전술된 바와 같이, 센서(320, 322)는 센서(320, 322)에 인가된 스트레인의 양을 검출하고 대응 신호를 제공하는 스트레인 게이지일 수도 있다. 스트레인 게이지에 대한 일 디자인은 휘트스톤 브리지를 포함한다. 도 15는 제1 센서(375) 및 제2 센서(377)를 포함하는 회로 다이어그램을 도시한다. 제1 센서(374) 및 제2 센서(377)의 각각은 완전한 휘트스톤 브리지를 포함하고, 완전한 휘트스톤 브리지는 예시적인 실시예에 따라, 4개의 센서 요소(370)를 포함한다. 회로는 각각의 센서를 위한 증폭기(374) 및 회로를 가로지르는 전압을 측정하기 위한 구성 요소(376)를 더 포함한다. 도면 부호 371은 케이블 및/또는 커넥터에 기인하는 저항을 나타낸다. 도 15에 도시된 회로에서, 케이블 및/또는 커넥터에 기인하는 저항(371)은 센서 응답의 비교적 작은 에러를 유발한다. 그러나, 저항(371)으로부터의 이들 에러는 차등 브리지 증폭기를 형성할 수도 있는 증폭기(374)에 의해 보상되고 제거될 수 있다.

완전한 휘트스톤 브리지를 사용하는 구성은, 도 15의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 4개의 센서 요소(370)를 각각 포함하는 센서(375, 377)를 생성한다. 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들 중 하나의 핸들과 같은 장치가 핸들의 각각의 단부에서 X 및 Y방향의 각각을 위한 센서를 포함하면, 구성은 장치를 위한 총 16개의 센서 요소(370)를 생성한다. 또한, 여분의 세트의 센서가 제공되면, 센서 요소(370)의 총 개수는 32개로 두배가 된다.

조향 인터페이스(300)의 센서(320, 322)를 위한 일 고려 사항은, 센서(320, 322)가 카트에 모션을 제공하기 위해 카트 구동 제어 시스템에 의해 사용되는 사람에 의해 인가된 힘을 측정하는데 사용된다는 것이다. 이러한 용례에서, 센서(320, 322)는 예를 들어, 이러한 센서가 중량 측정 또는 다른 민감한 힘 측정을 행하도록 이용될 수도 있는 다른 용례의 정확성을 필요로 하지 않는다. 이에 따라, 각각의 센서(320, 322)는 도 15에 도시된 구성을 포함하는 센서의 정확성을 가질 필요가 없다. 대신에, 센서(320, 322)는 덜 정확할 수도 있는데, 이는 유리하게는 비용이 덜 들 수도 있는 센서들의 구성을 유리하게 허용한다. 예를 들어, 스트레인 게이지가 사용되면, 센서(320, 322)는 도 16의 예시적인 실시예에 도시된 구성을 가질 수도 있다.

도 16의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 휘트스톤 브리지는 센서(320)가 휘트스톤 브리지(휘트스톤 브리지의 일 반부)의 2개의 센서 요소(370)를 포함하고, 센서(322)가 휘트스톤 브리지(휘트스톤 브리지의 다른 반부)의 다른 2개의 센서 요소(372)를 포함하도록 분할될 수도 있다. 도 16에 도시된 구성은 증폭기(374) 및 도 16의 회로를 가로지르는 전압을 측정하기 위한 구성 요소(376)를 더 포함할 수도 있다. 따라서, 핸들과 같은 장치에 의해 이용된 센서 요소(370, 372)의 총 개수는 절반으로 감소될 수도 있고, 이는 장치를 제조하는 비용을 유리하게 감소시킨다. 또한, 단지 하나의 증폭기(374)만이 사용될 수 있기 때문에, 부가의 비용 절약이 더 적은 수의 증폭기(374)를 사용하여 제공될 수도 있다.

각각의 센서(320, 322)에 대해 더 적은 센서 요소(370, 372)를 사용하는 잠재적인 결과는 센서 출력의 더 큰 에러가 존재할 수도 있다는 것이다. 예를 들어, 케이블 및/또는 커넥터에 기인하는 저항(371)은 도 16의 예시적인 실시예에 도시된 증폭기(374)에 의해 제거되지 않은 에러를 생성할 수도 있다. 분할된 휘트스톤 브리지를 사용하는 구성은, 도 16의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 도 15의 구성을 갖는 센서보다 덜 정확한 센서(320, 322)를 야기할 수도 있지만, 센서(320, 322)는 조향 인터페이스(300)에 사람에 의해 인가된 힘을 검출하기 위해 충분히 정확할 수도 있다. 그러나, 예시적인 실시예에 따르면, 분할된 휘트스톤 브리지의 정확성은 향상될 수도 있다. 예를 들어, 분할된 휘트스톤 브리지에 의해 생성된 에러가 예를 들어, 케이블 저항으로부터 에러를 감소시키기 위해 단일쌍의 와이어 대신에 4개의 쌍의 와이어로 브리지에 전력 공급함으로써, 커넥터 에러를 감소시키기 위해 단일쌍의 커넥터 접점 대신에 4개의 쌍의 커넥터 접점을 사용함으로써, 커넥터 접점의 장기 시효로부터의 에러를 감소시키기 위해 커넥터 접점을 위한 내부식성 재료를 사용함으로써, 센서(320, 322) 사이의 케이블 저항의 차이에 기인하는 에러를 감소시키기 위해 실질적으로 동일한 케이블 저항을 갖는 실질적으로 동일한 길이가 되도록 센서(320, 322)를 위한 케이블의 길이를 지정함으로써, 그리고/또는 전술된 캘리브레이션 데이터 저장 장치(360)에 저장된 캘리브레이션값과 같은, 장치 내에 저장된 캘리브레이션값을 거쳐 잔여 케이블 및/또는 커넥터 저항을 제거함으로써 감소될 수도 있다.

다른 실시예에 따르면, 환자측 카트는 킥 플레이트(kick plate)를 포함할 수도 있다. 도 2의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 센서를 갖는 킥 플레이트(303)가 환자측 카트의 후방에, 예를 들어 조향 인터페이스가 위치되어 있는 카트의 측면에 위치될 수도 있다. 조향 인터페이스(300)는 사용자가 조향 인터페이스(300)에 힘을 인가하기 위해 지면으로부터 압박할 때의 상황에 따라 설계될 수도 있다. 그러나, 사용자가 조향 인터페이스(300)를 동시에 파지하면서, 카트를 전방으로 이동하는 것을 돕기 위한 시도시에 환자측 카트의 후방에 발을 얹으면, 조향 인터페이스를 X(후)방향으로 뒤로 잡아당기는 경향이 있을 수도 있다. 이 상황에서, 조향 인터페이스(300)에 인가된 힘이 X(후)방향에 있기 때문에, 사용자가 사용자의 발을 사용하여 카트를 전방으로 이동시키려고 시도하더라도, 카트는 사용자를 향해 후방향으로 후방으로 이동할 것이다. 이 상황을 방지하기 위해, 킥 플레이트(303)는 사용자가 킥 플레이트(303)를 결합하거나 타격할 때 카트를 구동하기 위한 전력을 정지시키기 위한 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 킥 플레이트(320)는 양 킥 플레이트(320)가 눌러지고 카트가 후방 방향으로 이동하면 카트의 이동을 불가능하게 할 수도 있다.

간단한 방식으로 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하는 조향 인터페이스를 제공함으로써, 사용자는 조향 인터페이스가 비교적 용이하게 부착되는 환자측 카트를 유리하게 이동시킬 수도 있다. 예를 들어, 카트는 사용자가 보조 없이 환자측 카트를 이동시키는데 필요한 힘을 제공하는 것을 요구하지 않고 환자측 카트의 비교적 큰 중량을 이동시키기 위한 구동 시스템을 포함할 수도 있다. 게다가, 조향 인터페이스는, 사용자가 다수의 복잡한 제어부와 상호 작용하는 것을 요구하지 않고, 제어 시스템이 이어서 어느 방향으로 환자측 카트가 구동되어야 하는지를 결정할 수도 있도록 조향 인터페이스에 사용자에 의해 인가된 힘을 검출하는 간단한 사용자 인터페이스를 제공할 수도 있다. 또한, 조향 인터페이스는 유리하게는 그 견고한 구성 및 비교적 원활한 이동을 거쳐 조향 인터페이스 및 환자측 카트의 숙련에 대한 포지티브 촉감을 사용자에게 제공할 수도 있다.

본 명세서에 설명된 다양한 동작 방법을 포함하는 예시적인 실시예는 데이터를 저장하고, 검색하고, 처리하고 그리고/또는 출력하고 그리고/또는 다른 컴퓨터와 통신할 수 있는 임의의 컴퓨터와 같은(비한정적인 예에서), 컴퓨팅 하드웨어(컴퓨팅 장치) 및/또는 소프트웨어에 구현될 수 있다. 생성된 결과는 컴퓨팅 하드웨어의 디스플레이에 표시될 수 있다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따라 처리하는 다양한 응답 및 신호에 영향을 미치기 위한 알고리즘을 포함하는 하나 이상의 프로그램/소프트웨어는 코어 프로세서를 포함하는 제어 카트의 데이터 인터페이스 모듈과 같은 프로세서에 의해 또는 제어 카트와 함께 구현될 수 있고, 컴퓨터 판독 가능 기록 및/또는 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 기록될 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예는 자기 기록 장치, 광학 디스크, 자기 광학 디스크, 및/또는 반도체 메모리(예를 들어, RAM, ROM 등)를 포함한다. 자기 기록 장치의 예는 하드 디스크 장치(HDD), 플렉시블 디스크(FD), 및 자기 테이프(MT)를 포함한다. 광학 디스크의 예는 DVD(디지털 다기능 디스크), DVD-RAM, CD-ROM(콤팩트 디스크-판독 전용 메모리), 및 CD-R(기록가능)/RW를 포함한다.

다른 변형예 및 대안 실시예가 본 명세서의 설명의 견지에서 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예를 들어, 시스템 및 방법은 동작의 명료화를 위해 다이어그램 및 설명으로부터 생략되어 있는 부가의 구성 요소 또는 단계를 포함할 수도 있다. 이에 따라, 이 설명은 단지 예시적으로 해석되어야 하고, 본 발명의 교시를 수행하는 일반적인 방식을 통상의 기술자에게 교육하기 위한 것이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 다양한 실시예는 예시적인 것으로서 취해져야 한다는 것이 이해되어야 한다. 본 명세서의 설명의 이익을 갖는 통상의 기술자에게 명백할 것인 바와 같이, 요소 및 재료와, 이들 요소 및 재료의 구성은 본 명세서에 예시되고 설명된 것들을 대체할 수도 있고, 부분 및 프로세스는 역전될 수도 있고, 본 발명의 교시의 특정 특징은 독립적으로 이용될 수도 있다. 본 발명의 교시 및 이하의 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 요소에 변경이 이루어질 수도 있다.

본 명세서에 설명된 특정 예 및 실시예는 비한정적인 것이고, 구조, 치수, 재료 및 방법론의 변형이 본 발명의 교시의 범주로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 다른 실시예는 본 명세서에 개시된 발명의 실시 및 명세서의 고려로부터 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 명세서 및 예는 단지 예시적인 것으로서 고려되고, 진정한 범주 및 사상은 이하의 청구범위에 의해 지시되는 것으로 의도된다.

Claims (24)

1. 원격조작식 수술 시스템용 환자측 카트이며,
   구동 제어 시스템, 조향 인터페이스, 및 수술 기구를 파지하기 위한 적어도 하나의 조작기부를 포함하고;
   상기 조향 인터페이스는 적어도 하나의 센서 및 결합 메커니즘을 포함하고;
   상기 적어도 하나의 센서는 상기 카트를 이동시키기 위해 상기 조향 인터페이스 상에서 사용자에 의해 인가된 회전력, 전방력 및 후방력을 감지하도록 위치되어 있고;
   상기 결합 메커니즘은 상기 조향 인터페이스를 상기 환자측 카트와 제거 가능하게 결합하도록 구성되어 있고;
   상기 적어도 하나의 센서는 상기 조향 인터페이스가 상기 환자측 카트와 제거 가능하게 결합되는 조건에서 상기 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치되어 있는 환자측 카트.
2. 제1항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 서로에 대해 이동하도록 구성된 코어부 및 커버부를 포함하는 환자측 카트.
3. 제2항에 있어서, 상기 센서는 상기 코어부 및 커버부를 기계적으로 접속하는 환자측 카트.
4. 제2항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 상기 센서를 상기 커버부에 접속하는 스프링을 더 포함하는 환자측 카트.
5. 제2항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 코어부와 커버부 사이의 상대 이동을 제한하도록 구성된 기계적 정지부를 더 포함하는 환자측 카트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 조향 인터페이스는 작동식 접점 스위치를 더 포함하고;
   상기 접점 스위치는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하고;
   상기 접점 스위치가 제1 상태에 있고 상기 조향 인터페이스 상에 힘이 인가되는 조건에서 상기 환자측 카트의 이동이 방지되고;
   상기 접점 스위치가 제2 상태에 있고 상기 조향 인터페이스 상에 힘이 인가되는 조건에서 상기 환자측 카트의 이동이 허용되는 환자측 카트.
7. 제6항에 있어서,
   상기 조향 인터페이스는 코어부 및 커버부를 포함하고;
   상기 커버부는 트리거를 포함하고;
   상기 트리거는 사용자가 트리거를 누를 때 상기 환자측 카트의 이동을 허용하기 위해 제2 상태와 결합하기 위해 상기 접점 스위치를 결합하도록 구성되는 환자측 카트.
8. 제1항에 있어서, 복수의 바퀴 및 상기 조향 인터페이스의 센서로부터 제공된 신호에 기초하여 상기 복수의 바퀴 중 적어도 하나를 구동하도록 구성된 구동 시스템을 더 포함하는 환자측 카트.
9. 제1항에 있어서, 상기 조향 인터페이스의 적어도 하나의 센서는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고;
   상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 상기 조향 인터페이스의 상대적으로 좌측 및 우측 대향부에 각각 위치되는 환자측 카트.
10. 제8항에 있어서, 사용자가 킥 플레이트를 타격할 때 상기 환자측 카트의 상기 구동 시스템으로의 전력을 정지하기 위한 신호를 발행하도록 구성된 킥 플레이트를 더 포함하는 환자측 카트.
11. 제1항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 상기 적어도 하나의 센서의 캘리브레이션과 연계된 캘리브레이션 데이터를 저장하도록 구성된 캘리브레이션 데이터 저장 장치를 더 포함하고;
    상기 캘리브레이션 데이터 저장 장치는 상기 환자측 카트와 상기 조향 인터페이스의 결합 상태에서 상기 환자측 카트의 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치되는 환자측 카트.
12. 구동 제어 시스템을 포함하는 카트용 조향 인터페이스이며,
    상기 조향 인터페이스는:
    상기 카트를 이동시키기 위해 사용자에 의해 인가된 회전력, 전방력 및 후방력을 감지하도록 위치된 적어도 하나의 센서와,
    상기 조향 인터페이스를 상기 카트와 제거 가능하게 결합하기 위한 결합 메커니즘을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 센서는 상기 조향 인터페이스가 상기 카트와 결합 상태에 있을 때 상기 카트의 구동 제어 시스템과 신호 통신하여 배치되도록 구성되는 조향 인터페이스.
13. 제12항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 코어부 및 커버부를 포함하고;
    상기 조향 인터페이스의 코어부 및 커버부는 서로에 대해 이동하도록 구성되는 조향 인터페이스.
14. 제12항에 있어서, 상기 카트는 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트인 조향 인터페이스.
15. 제13항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 상기 적어도 하나의 센서를 상기 커버부에 접속하는 스프링을 더 포함하는 조향 인터페이스.
16. 제13항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 상기 코어부와 상기 커버부 사이의 상대 이동을 제한하도록 구성된 기계적 정지부를 더 포함하는 조향 인터페이스.
17. 제12항에 있어서,
    상기 조향 인터페이스는 작동식 접점 스위치를 더 포함하고;
    상기 접점 스위치는 제1 상태 및 제2 상태를 포함하고;
    상기 접점 스위치가 제1 상태에 있고 상기 조향 인터페이스 상에 힘이 인가되는 조건에서 상기 카트의 이동이 방지되고;
    상기 접점 스위치가 제2 상태에 있고 상기 조향 인터페이스 상에 힘이 인가되는 조건에서 상기 카트의 이동이 허용되는 조향 인터페이스.
18. 제12항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서는 제1 검출 장치 및 제2 검출 장치를 포함하고;
    상기 제1 검출 장치는 제1 방향을 따른 힘을 검출하도록 구성되고;
    상기 제2 검출 장치는 상기 제1 방향과는 상이한 제2 방향을 따른 힘을 검출하도록 구성되는 조향 인터페이스.
19. 제18항에 있어서, 상기 제1 검출 장치는 상기 제2 검출 장치에 의해 제2 방향을 따라 검출된 힘에 실질적으로 수직인 상기 제1 방향을 따른 힘을 검출하도록 구성되는 조향 인터페이스.
20. 제12항에 있어서, 상기 조향 인터페이스는 핸들바아로서 구성되는 조향 인터페이스.
21. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서의 캘리브레이션과 연계된 캘리브레이션 데이터를 저장하도록 구성된 캘리브레이션 데이터 저장 장치를 더 포함하는 조향 인터페이스.
22. 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트를 이동하는 방법이며, 상기 환자측 카트는 조향 인터페이스, 구동 시스템, 상기 구동 시스템에 의해 구동되는 적어도 하나의 바퀴, 및 수술 기구를 포함하고, 상기 방법은:
    상기 조향 인터페이스에 인가된 힘을 상기 조향 인터페이스의 센서로 검출하는 단계;
    상기 힘의 검출에 응답하여, 상기 센서로부터 상기 환자측 카트의 상기 구동 시스템에 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 조향 인터페이스의 센서로부터 상기 구동 시스템에 제공된 신호에 기초하여 상기 환자측 카트의 상기 적어도 하나의 바퀴를 구동하는 단계를 포함하는 원격조작식 수술 시스템의 환자측 카트를 이동하는 방법.
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