KR102282079B1 - 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 멸균 어댑터 제어 시스템 및 통신 인터페이스 - Google Patents
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Abstract
대체적으로, 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 시스템은 시스템의 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 부착 상태를 결정하는 데 사용될 수 있다. 시스템은 부착 상태에 대응하는 부착 데이터를 생성하는 데 사용되는 센서를 포함할 수 있다. 부착 상태는 도구 구동기 및 수술 도구의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 부착 상태들 중 하나 이상은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상을 사용하여 조작자에게 시각적으로 출력될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구는 수술 도구가 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 부착되는 경우에 매우 근접하게 있도록 구성된 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 대체적으로 일부분들 둘레에 멸균 장벽을 생성하기 위한 멸균 어댑터(sterile adapter)를 포함하지만 이에 제한되지는 않는 로봇 수술 시스템에 관한 것이다.
복강경 수술과 같은 최소-침습 수술(minimally-invasive surgery, MIS)은 외과 시술 동안에 조직 손상을 감소시키도록 의도되는 기법을 수반한다. 예를 들어, 복강경 시술들은 통상적으로 환자에(예컨대, 복부에) 다수의 작은 절개부들을 생성하는 것, 및 하나 이상의 도구들 및 적어도 하나의 카메라를 절개부들을 통해 환자 안으로 넣는 것을 수반한다. 외과 시술은 이어서, 카메라에 의해 제공되는 가시화 보조물(visualization aid)과 함께, 도입된 도구를 사용함으로써 수행된다. 일반적으로, MIS는 환자 반흔형성 감소, 환자 통증 감소, 환자 회복 기간 단축, 및 환자 회복과 연관된 의료 처치 비용의 절감과 같은 다수의 이득을 제공한다.
MIS는 비로봇(non-robotic) 또는 로봇 시스템으로 수행될 수 있다. 조작자로부터의 명령에 기초하여 도구들을 조작하기 위한 로봇 아암을 포함할 수 있는 종래의 로봇 시스템들은 MIS의 많은 이익들을 제공하는 반면, 외과의사에 대한 수요를 감소시킬 수 있다. 그러한 로봇 시스템의 제어는 사용자로부터의 조작 또는 명령을 로봇 시스템의 제어로 변환하는 하나 이상의 사용자 인터페이스 디바이스를 통해 사용자(예컨대, 외과의사 또는 다른 조작자)로부터의 제어 입력을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, 사용자 명령에 응답하여, 수술 도구가 환자 내의 수술 부위에 위치될 때 하나 이상의 모터를 갖는 도구 구동기가 수술 도구의 하나 이상의 자유도를 작동시킬 수 있다.
전통적인 외과 시술과 유사하게, 로봇 MIS 동안 수술실에서 멸균 환경을 유지하는 것은 중요하다. 그러나, 도구 구동기의 다양한 구성요소(예컨대, 모터, 인코더, 센서 등) 및 로봇 수술 시스템의 다른 태양들은 대체적으로 열과 같은 종래의 멸균 방법을 사용하여 실제로 멸균될 수가 없다. 멸균성을 유지하기 위한 하나의 해법은 도구 구동기(및 로봇 아암 등과 같은 수술실에서 보일 수 있는 다른 시스템 구성요소)와 수술 도구 사이에 멸균 장벽을 제공하여, 그에 의해 도구 구동기를 위한 "비멸균" 측 및 수술 도구를 위한 "멸균" 측을 제공하는 것이다. 그러나, 멸균 장벽은 대체적으로 도구 구동기가 수술 도구를 작동시키는 방법을 방해하지 않아야 한다. 추가로, 도구 구동기가 외과 시술 전체에 걸쳐 상이한 수술 도구를 작동시킬 필요가 있을 수 있기 때문에, 멸균 장벽은 멸균 장벽을 손상시키지 않고서 도구 구동기 상의 수술 도구의 단순하고 효율적인 교환 또는 교체를 용이하게 할 수 있다. 도구 구동기에 대한 수술 도구의 적절한 결합 및 부착은 멸균 장벽을 형성하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 로봇 수술에 사용하기 위한 멸균 어댑터와 관련된 추가적인 시스템, 디바이스, 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
로봇 수술 시스템의 제어를 위해 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 하나 이상의 부착 상태를 결정하여 시스템에 대한 멸균 어댑터의 적절한 결합 및 멸균 장벽의 형성을 돕기 위한 시스템, 디바이스, 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 이러한 시스템 및 방법은 또한 로봇 수술 시스템의 작동 및 멸균 장벽의 상태를 전달하여 조작자 및/또는 다른 사용자가 시스템의 부착 및 결합 상태를 효율적으로 이해하는 것을 돕는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 시스템 및 방법은, 예를 들어, 조작자가 멸균 어댑터와 수술 도구와 도구 구동기 사이의 적절한 부착을 수동으로 확인하는 것에 의존하는 대신에, 멸균 어댑터와 수술 도구 결합을 수행하는 데 있어서 조작자를 안내하는 데 사용될 수 있다.
대체적으로, 로봇 수술 시스템에 사용하기 위해 본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법은 멸균 어댑터 및 수술 도구에 결합되도록 구성된 도구 구동기를 사용할 수 있다. 도구 구동기는, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상 사이의 부착 상태(예컨대, 존재, 결합, 부착, 결합해제, 탈거, 부재(absence) 등)에 대응하는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서 및 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 제어기가 도구 구동기에 결합될 수 있고, 제어기는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 제어기는 적어도 하나의 센서 신호를 수신하고 센서 신호를 사용하여 부착 데이터를 생성하도록 구성될 수 있다. 부착 데이터는 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함할 수 있다. 도구 구동기는 부착 데이터를 사용하여 제어될 수 있다. 멸균 장벽을 형성하는 데 있어서의 하나 이상의 단계가 센서 신호로부터 생성된 부착 데이터에 기초하여 시스템에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 이들 특징부는, 예를 들어, 수술 도구 스위칭 공정을 개선할 수 있고, 멸균 어댑터 및 수술 도구를 도구 구동기에 결합시키기 위해 적절한 부착 시퀀스가 후속되는 것을 보장함으로써 멸균 장벽을 형성하는 데 있어서 조작자 오류를 감소시킬 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구는 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 완전 부착이 결정된 경우에 도구 구동기에 의해 작동될 수 있거나, 수술 도구는 하나 이상의 시스템 구성요소가 감지되지 않고/않거나 부적절하게 부착된 경우에 도구 구동기에 의한 작동이 억제될 수 있다.
일부 변형예에서, 로봇 수술 시스템은 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착되도록 구성된 제1 하우징을 포함하는 도구 구동기를 포함할 수 있다. 제1 하우징은 제1 하우징의 표면으로부터 연장된 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있고 표면으로부터 멀리 편의(bias)되도록 구성될 수 있다. 돌출부는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 제1 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부는 제1 하우징에 의해 지지될 수 있고, 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 수술 도구 센서는 돌출부의 제1 단부에 결합된 자석 및 돌출부의 제2 단부에 결합된 자기장 트랜스듀서를 포함하는 근접 센서를 포함할 수 있다. 돌출부는 한 쌍의 회전가능 출력 구동부들 사이에 배치될 수 있다. 제1 하우징은 양측방향으로(bilaterally) 대칭인 배열로 배열된 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부는 순응성(compliant) 재료를 포함할 수 있다. 돌출부는 코일 스프링 및 판 스프링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 수술 도구 센서가 제1 하우징의 원위 단부에 배치될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제2 수술 도구 센서는 자기장 트랜스듀서를 포함하는 근접 센서를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구가 멸균 어댑터에 부착되도록 구성된 제2 하우징을 포함할 수 있다. 제2 하우징은 자기(magnetic) 돌출부를 포함하는 멸균 어댑터 결합 특징부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 입력 구동부가 제2 하우징에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기의 출력 구동부로부터 멸균 어댑터를 통해 전달되는 토크를 수용하도록 구성될 수 있다. 엔드 이펙터가 제2 하우징으로부터 연장될 수 있고, 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 자기 돌출부는 제1 테이퍼진 표면 및 제1 테이퍼진 표면에 반대편인 제2 테이퍼진 표면을 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 수술 도구의 원위 단부는 멸균 어댑터 결합 특징부를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 도구 구동기는 멸균 어댑터에 결합하도록 구성된 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 멸균 어댑터 상의 대응하는 도구 구동기 결합 특징부와 정합가능한 멸균 어댑터 결합 특징부, 및 도구 구동기 결합 특징부가 그의 대응하는 멸균 어댑터 결합 특징부와 정합되는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성된 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부가 하우징에 의해 지지될 수 있고, 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 하우징의 원위 단부는 멸균 어댑터 결합 특징부 및 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 결합 특징부는 리세스 및 돌출부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 센서는 도구 구동기 결합 특징부가 멸균 어댑터 센서와 접촉하는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 부착 상태를 조작자에게 시각적으로 전달하도록 구성된 광학 도파관을 각각 포함하는 각각의 하우징을 포함할 수 있다. 추가로, 도구 구동기는 광을 멸균 어댑터 및 수술 도구로 전파하도록 구성된, 광학 도파관에 결합된 조명원을 포함할 수 있다. 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구의 서로에 대한 부착은 그들의 대응하는 광학 도파관들을 기계적으로 서로 결합시킬 수 있어서, 도구 구동기에 의해 생성된 광이 도구 구동기 및 멸균 어댑터를 통한 전파를 통해 수술 도구의 광학 도파관에 의해 출력될 수 있게 한다. 이들 특징부는 효율적인 도구 스위칭 및 멸균 장벽 형성을 돕기 위해 수술 시스템의 부착 상태의 직관적인 표시를 조작자에게 제공할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태에 대응하는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구 센서는 도구 구동기 내의 하나 이상의 편의 페그(biasing peg) 또는 다른 돌출부에 배치될 수 있는데, 여기서 하나 이상의 편의 페그는 멸균 어댑터와 접촉하도록 그리고 페그의 적어도 일부분을 도구 구동기로부터 멀리 그리고 수술 도구를 향해 가압하도록 구성될 수 있다. 수술 도구 센서는 편의 페그의 미리결정된 부분에 배치될 수 있고, 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 센서 신호는 처리 및 분석을 위해 (예컨대, 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태를 결정하기 위해) 제어기로 송신될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 도구는 멸균 어댑터에 대한 수술 도구의 부착을 돕도록 구성된 자기 돌출부를 포함하는 적어도 하나의 멸균 어댑터 결합 특징부를 포함할 수 있다. 자기 돌출부는 센서 신호를 생성하기 위해 다른 수술 도구 센서에 의해 감지될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 멸균 어댑터 및 도구 구동기 각각 상의 하나 이상의 결합 특징부가 정합하는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 로봇 수술 시스템은 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착되도록 구성된 제1 하우징을 포함하는 도구 구동기를 포함할 수 있다. 제1 하우징은 제1 하우징의 표면으로부터 연장된 적어도 하나의 돌출부를 포함할 수 있고 표면으로부터 멀리 편의되도록 구성될 수 있다. 돌출부는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 제1 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부는 제1 하우징에 의해 지지될 수 있고, 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 수술 도구 센서는 돌출부의 제1 단부에 결합된 자석 및 돌출부의 제2 단부에 결합된 자기장 트랜스듀서를 포함하는 근접 센서를 포함할 수 있다. 돌출부는 한 쌍의 회전가능 출력 구동부들 사이에 배치될 수 있다. 제1 하우징은 양측방향으로 대칭인 배열로 배열된 복수의 돌출부를 포함할 수 있다. 돌출부는 순응성 재료를 포함할 수 있다. 돌출부는 코일 스프링 및 판 스프링 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제2 수술 도구 센서가 제1 하우징의 원위 단부에 배치될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제2 수술 도구 센서는 자기장 트랜스듀서를 포함하는 근접 센서를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구가 멸균 어댑터에 부착되도록 구성된 제2 하우징을 포함할 수 있다. 제2 하우징은 자기 돌출부를 포함하는 멸균 어댑터 결합 특징부를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 입력 구동부가 제2 하우징에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기의 출력 구동부로부터 멸균 어댑터를 통해 전달되는 토크를 수용하도록 구성될 수 있다. 엔드 이펙터가 제2 하우징으로부터 연장될 수 있고, 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 자기 돌출부는 제1 테이퍼진 표면 및 제1 테이퍼진 표면에 반대편인 제2 테이퍼진 표면을 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 수술 도구의 원위 단부는 멸균 어댑터 결합 특징부를 포함한다.
일부 변형예에서, 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 도구 구동기는 멸균 어댑터에 결합하도록 구성된 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 멸균 어댑터 상의 대응하는 도구 구동기 결합 특징부와 정합가능한 멸균 어댑터 결합 특징부, 및 도구 구동기 결합 특징부가 그의 대응하는 멸균 어댑터 결합 특징부와 정합되는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성된 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부가 하우징에 의해 지지될 수 있고, 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 하우징의 원위 단부는 멸균 어댑터 결합 특징부 및 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 결합 특징부는 리세스 및 돌출부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 센서는 도구 구동기 결합 특징부가 멸균 어댑터 센서와 접촉하는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구의 각각의 하우징은 수술 도구가 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 부착되는 경우에 서로에 대해 매우 근접하게 놓일 수 있는 각각의 전자 통신 디바이스를 지지하기 위한 부분을 한정할 수 있다. 전자 통신 디바이스들 사이의 가까운 근접도는 신호 간섭을 감소시킬 수 있고, 전력 효율을 개선할 수 있고, 도구 구동기 및 수술 도구 내에 배치된 전자 디바이스들 사이의 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기의 전자 통신 디바이스가 도구 구동기의 회전가능 출력 구동 디스크와 동일한 평면에 있을 수 있다. 수술 도구의 대응하는 전자 통신 디바이스가 도구 구동기를 향하는 측부 상의 수술 도구 하우징의 돌출부 내에 배치될 수 있다. 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구가 서로 부착되는 경우, 신호 대 잡음비(SNR) 및 전력 전송 효율 중 하나 이상을 개선하기 위해, 전자 통신 디바이스들 사이의 거리가, 최소화되지는 않더라도, 감소될 수 있다.
일부 변형예에서, 로봇 수술 시스템은 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착되도록 구성된 제1 하우징을 포함하는 도구 구동기를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 출력 구동부는 대응하는 회전가능 출력 구동 디스크에 결합될 수 있는데, 각각은 제1 하우징에 의해 지지된다. 출력 구동부는 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 전자 통신 디바이스가 수술 도구와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있고 실질적으로 출력 구동 디스크의 평면 내에 배치될 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구는 멸균 어댑터에 결합하도록 구성된 제2 하우징을 포함할 수 있다. 제2 하우징은 돌출부, 및 도구 구동기와 무선으로 통신하도록 구성된 제2 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 제2 전자 통신 디바이스는 돌출부 내에 배치될 수 있다. 엔드 이펙터가 제2 하우징으로부터 연장될 수 있고, 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있다. 입력 구동부는 제2 하우징에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기의 출력 구동부로부터 멸균 어댑터를 통해 전달되는 토크를 수용하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터는 도구 구동기와 수술 도구 사이에 개재되도록 구성된 프레임을 포함할 수 있다. 플레이트 조립체가 프레임에 결합될 수 있다. 프레임은 수술 도구가 멸균 어댑터에 부착되고 플레이트 조립체가 도구 구동기를 향해 편의되는 경우에 수술 도구의 돌출부를 실질적으로 플레이트 조립체의 평면 내에서 지지하도록 구성된 통신 부분을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 커플러가 플레이트 조립체에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기의 출력 구동부로부터 수술 도구의 입력 구동부로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
제1 하우징의 근위 단부는 제1 전자 통신 디바이스를 지지하도록 구성될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 수술 도구의 근위 단부는 돌출부를 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 프레임의 근위 단부는 통신 부분을 포함할 수 있다.
도 1은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 멸균 장벽, 및 수술 도구를 묘사하는 로봇 수술 시스템의 일부분의 예시적인 개략도이다.
도 2는 로봇 수술 제어 시스템에 대한 예시적인 상태도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상을 묘사하는 로봇 수술 시스템의 변형예의 사시도이다. 도 3a는 도구 구동기의 사시도이고, 도 3b는 도구 구동기에 결합된 멸균 어댑터의 사시도이고, 도 3c는 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 결합된 수술 도구의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4e는 상이한 구성에서의 도구 구동기의 변형예의 예시도이다. 도 4a는 도구 구동기의 평면도이다. 도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 도구 구동기의 측단면도이다. 도 4d 및 도 4e는 각각의 도 4b 및 도 4c의 상세 측단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도구 구동기 및 수술 도구의 변형예의 예시도이다. 도 5a는 도구 구동기의 평면도이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 도구 구동기의 측단면도이다. 도 5c는 도 5b에 도시된 수술 도구 및 도구 구동기의 일부분의 상세 측단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 일부 변형예의 예시도이다. 도 6a는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 일 변형예의 측단면도이다. 도 6b는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 다른 변형예의 상세 측단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 변형예의 예시도이다. 도 7a는 멸균 어댑터에 결합된 도구 구동기의 평면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 측단면도이고, 도 7c는 도 7b에 도시된 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 상세 측단면도이다.
도 8은 각각의 전자 통신 디바이스를 포함하는 도구 구동기 및 수술 도구의 변형예의 상세 측단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 로봇 수술 시스템의 변형예의 개략 블록도이다.
도 2는 로봇 수술 제어 시스템에 대한 예시적인 상태도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상을 묘사하는 로봇 수술 시스템의 변형예의 사시도이다. 도 3a는 도구 구동기의 사시도이고, 도 3b는 도구 구동기에 결합된 멸균 어댑터의 사시도이고, 도 3c는 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 결합된 수술 도구의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4e는 상이한 구성에서의 도구 구동기의 변형예의 예시도이다. 도 4a는 도구 구동기의 평면도이다. 도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 도구 구동기의 측단면도이다. 도 4d 및 도 4e는 각각의 도 4b 및 도 4c의 상세 측단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도구 구동기 및 수술 도구의 변형예의 예시도이다. 도 5a는 도구 구동기의 평면도이다. 도 5b는 도 5a에 도시된 도구 구동기의 측단면도이다. 도 5c는 도 5b에 도시된 수술 도구 및 도구 구동기의 일부분의 상세 측단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 일부 변형예의 예시도이다. 도 6a는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 일 변형예의 측단면도이다. 도 6b는 멸균 어댑터 및 수술 도구의 다른 변형예의 상세 측단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 변형예의 예시도이다. 도 7a는 멸균 어댑터에 결합된 도구 구동기의 평면도이고, 도 7b는 도 7a에 도시된 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 측단면도이고, 도 7c는 도 7b에 도시된 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 상세 측단면도이다.
도 8은 각각의 전자 통신 디바이스를 포함하는 도구 구동기 및 수술 도구의 변형예의 상세 측단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 로봇 수술 시스템의 변형예의 개략 블록도이다.
본 출원은 2016년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/436,957호, 2016년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/436,965호, 2016년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/436,974호, 및 2016년 12월 20일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/436,981호에 대해 우선권을 주장하며, 이들 각각의 내용은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구를 사용하여 로봇 수술 시스템을 제어하기 위한 시스템, 디바이스, 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 도 1의 개략도에 대체적으로 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템(10)은 수술 도구(120)를 작동시키도록 구성된 도구 구동기(100)를 포함할 수 있다. 도구 구동기(100)의 하나 이상의 구동 출력부(102)는, 예를 들어, 수술 도구(120)의 근위 부분(122) 상의 하나 이상의 구동 입력부(도시되지 않음)를 작동시킬 수 있어서, 그에 의해 도구 샤프트(124)의 원위 단부에 위치된 엔드 이펙터(도시되지 않음)의 이동(예컨대, 파지, 절단)을 야기할 수 있다. 더욱이, 멸균 장벽(150)이 도구 구동기(100)와 수술 도구(120) 사이에 배치되어, 도구 구동기(100)를 포함하는 내부 비멸균 측과, 예를 들어 멸균 수술 부위에 위치될 수 있는 수술 도구(120)를 포함하는 외부 멸균 측 사이에 장벽을 형성할 수 있다. 멸균 장벽(150)은 예를 들어 적어도 도구 구동기(100)를 덮도록 구성된 멸균 드레이프(drape)(130), 및 멸균 드레이프(130)에 결합되고 도구 구동기(100)와 수술 도구(120) 사이에 위치된 멸균 어댑터(110)를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터(110)는 도구 구동기(100)의 적어도 하나의 구동 출력부(102)로부터 수술 도구(120)의 적어도 하나의 구동 입력부로 작동력(예컨대, 회전 토크, 선형 이동)을 전송하거나 달리 전달하도록 구성될 수 있다. 도구 구동기(100), 멸균 어댑터(110) 및 수술 도구(120)의 예가 본 명세서에서 더욱 상세히 설명된다.
대체적으로, 본 명세서에서 설명되는 시스템 및 방법은 멸균 어댑터 및 수술 도구를 도구 구동기에 부착하는 것을 포함할 수 있다. 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상에 배치된 하나 이상의 센서가 부착 공정을 모니터링 및 향상시키는 데 사용되는 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부착이 감지될 수 있고, 도구 구동기 및 멸균 어댑터 중 하나 이상의 것의 광학 도파관(예를 들어, 광 파이프)으로부터 출력되는 색상 코딩된 광을 통해 조작자에게 시각적으로 전달될 수 있다. 추가로, 멸균 어댑터 부착의 결정 시, 도구 구동기는 수술 도구 부착을 위한 수술 시스템을 준비하기 위해 멸균 어댑터를 도구 구동기에 완전히 결합(예를 들어, 부착)하도록 조작자 입력 없이 작동될 수 있다. 다른 한편으로, 센서가 도구 구동기에 대한 부적절한 부착을 검출한 경우, 조작자에게는 도구 구동기의 광학 도파관으로부터 출력되는 색상 코딩된 광을 통해 오류가 통지될 수 있다. 그러한 상황에서, 도구 구동기는 (예컨대, 시스템 및/또는 조작자에 대한 손상을 방지하기 위해) 작동이 억제될 수 있다. 수술 시스템의 결합해제 및/또는 탈거가 또한 감지되고, 후속하여 조작자에게 전달될 수 있다(예컨대, 광학 도파관을 사용하여 시각적으로 전달될 수 있다). 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 부착 상태를 결정하기 위해 센서를 사용하고 부착 상태를 조작자에게 전달함으로써, 예를 들어, 도구 스위칭 및 적절한 멸균 장벽 형성을 효율적으로 수행하는 것을 도울 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 부착 상태가 하나 이상의 출력 양상을 사용하여 로봇 수술 시스템에 의해 조작자에게 출력될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 부착 상태를 조작자에게 신속하고 직관적으로 전달하기 위한 시각적 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터 및/또는 수술 도구의 부착 시, 부착된 구성요소의 각각의 광학 도파관은 부착 상태를 나타낼 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 수술 시스템은 사용자 콘솔(예를 들어, 외과의사 브리지(surgeon bridge)) 및/또는 디스플레이 디바이스와 같은 다른 시각적 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 조작자는 추가적으로 또는 대안적으로 각각의 오디오 및 햅틱 디바이스로부터 오디오 및 햅틱 출력을 수신할 수 있다.
부착 상태 데이터가 하나 이상의 센서 신호를 사용하여 생성될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 센서 신호는 부착 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 부착 데이터는 도구 구동기를 제어하고/하거나 조작자에게 부착 상태를 출력하는 데 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 하나 이상의 편의된 돌출부(예컨대, 편의 페그)가 도구 구동기 하우징의 표면으로부터 연장될 수 있다. 돌출부는 멸균 어댑터의 일부분을 도구 구동기 하우징으로부터 멀리 그리고 수술 도구를 향해 접촉시키고 가압하도록 편의될 수 있다. 제1 수술 도구 센서(예컨대, 근접 센서)가 돌출부 내에 배치될 수 있고, 도구 구동기 하우징에 대한 돌출부의 이동의 양을 결정하도록 구성될 수 있다. 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태가 수술 도구 센서 데이터로부터 유도될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기에 대한 수술 도구와 멸균 어댑터 사이의 부착에 대응하는 다른 센서 신호를 생성하도록 구성된 제2 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 수술 도구 센서는 수술 도구의 자기 돌출부를 검출하도록 구성된 근접 센서(예컨대, 자기장 트랜스듀서)일 수 있다. 다른 예로서, 제2 수술 도구 센서는 (예컨대, 도구에 대한 수술 도구 및/또는 멸균 어댑터 사이의 물리적 접촉을 검출하는) 스위치, 광학 센서, 유도 센서, 및/또는 다른 적합한 센서를 포함할 수 있다. 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태는 제2 수술 도구 센서로부터 생성된 센서 신호로부터 유도될 수 있다. 일부 변형예에서, 자기 돌출부는 멸균 어댑터 내의 대응하는 리세스와 정합하도록 구성될 수 있다. 돌출부의 표면은 멸균 어댑터에 대한 수술 도구의 부착을 안내하도록 구성될 수 있다. 따라서, 돌출부는 멸균 어댑터에 대한 수술 도구의 적절한 정렬 및 부착(예를 들어, 안착)을 도울 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 멸균 어댑터가 도구 구동기에 완전히 부착되는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터 센서는 도구 구동기 및 멸균 어댑터 상의 대응하는 결합 특징부가 접촉 및 정합을 이루는 경우에 센서 신호를 생성할 수 있다. 다른 예에서, 멸균 어댑터 센서는 추가적으로 또는 대안적으로 멸균 어댑터가 도구 구동기에 완전히 부착되는 때를 검출하기 위한 다른 적합한 센서(예컨대, 근접 센서)를 포함할 수 있다. 센서 신호는 도구 구동기를 제어하기 위한 부착 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 멸균 어댑터 센서는 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부적절한 접촉 및/또는 부분 부착이 대응하는 센서 신호를 생성하도록 도구 구동기의 하우징의 일부분(예컨대, 원위 단부) 상에 배치될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구는 도구 구동기 및 수술 도구 내에 배치되어 도구 및 시스템 데이터를 서로 통신하는 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 통신 디바이스는 수술 도구가 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 부착되는 경우에 매우 근접하게 (예를 들어, 수 밀리미터 이내에) 있도록 구성될 수 있다. 전자 통신 디바이스들 사이의 가까운 근접도는 감소된 신호 간섭을 가능하게 하고, 도구 구동기와 수술 도구 사이의 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 도구 구동기의 제1 전자 통신 디바이스는 제1 전자 통신 디바이스와 수술 도구 사이의 거리를 최소화하기 위해 수술 도구를 향하는 도구 구동기 하우징의 측부에 가깝게 배치될 수 있다. 마찬가지로, 수술 도구의 제2 전자 통신 디바이스는 제2 전자 통신 디바이스와 도구 구동기 사이의 거리를 최소화하기 위해 도구 구동기를 향하는 수술 도구 하우징의 측부에 가깝게 배치될 수 있다. 멸균 어댑터는 멸균 어댑터가 수술 도구와 도구 구동기 사이에 개재되는 경우에 이들 사이의 거리가 최소화되도록 제2 전자 통신 디바이스를 지지하도록 구성된 통신 부분을 포함할 수 있다.
I. 방법
본 명세서에서 설명되는 시스템 및 디바이스를 사용하여 로봇 수술 시스템을 제어하기 위한 방법이 본 명세서에서 설명된다. 대체적으로, 본 명세서에서 설명되는 방법은 수술 도구와 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 부착 상태를 생성하기 위해 하나 이상의 센서를 사용하는 단계를 포함한다. 부착 상태에 응답하여, 제어기는 도구 구동기의 작동을 제어할 수 있고, 부착 상태를 조작자에게 출력(예컨대, 통지)할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명되는 방법은 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착을 결정하는 단계, 및 후속하여 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시켜 멸균 어댑터를 도구 구동기에 완전히 부착하는 단계를 포함할 수 있다. 시스템은 오디오, 시각적 및 햅틱 출력 중 하나 이상을 사용하여 조작자에게 부착 상태(예컨대, 부분 부착, 완전 부착, 부분 탈거, 완전 탈거, 부적절한 부착)를 통지할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 디바이스 및 시스템 중 임의의 것이 본 명세서에서 논의되는 방법을 수행하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착되도록 구성된 도구 구동기를 포함할 수 있다. 도구 구동기는 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서 및/또는 적어도 하나의 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 이들 센서는 시스템의 부착 상태를 생성하는 데 사용되는 적어도 하나의 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다(예컨대, 멸균 어댑터 센서는 도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있고/있거나 수술 도구 센서는 수술 도구/멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다). 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어기는 도구 구동기에 결합될 수 있고, 도구 구동기의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다.
대체적으로, 본 명세서에서 설명되는 방법은 도구 구동기의 하나 이상의 센서에 의해 생성된 센서 신호를 수신하는 단계 및 센서 신호를 사용하여 부착 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 부착 데이터를 생성하기 위해 센서 신호를 수신 및 처리할 수 있다. 부착 데이터는 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함할 수 있다. 도구 구동기 동작 및/또는 조작자 통지는 부착 데이터에 기초할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법은, 예를 들어, 멸균 장벽의 형성을 위해 도구 구동기에 대한 수술 도구 및 멸균 어댑터의 적절한 결합을 도울 수 있다. 이는, 시스템이 부착 상태의 조작자 확인에 의존할 필요가 없기 때문에, 증가된 안전성뿐만 아니라, 효율적인 도구 스위칭 및 멸균 장벽 형성과 같은 하나 이상의 이점을 가질 수 있다. 도 2는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 시스템을 제어하는 예시적인 방법을 설명하는 상태도이다. 물론, 도 2에서 설명되는 예시적인 변형예는 예시적인 설명을 위해 제공되고 비제한적이다.
일부 변형예에서, 시스템의 부착 상태는 (예컨대, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 상세히 설명된) 하나 이상의 출력 방법을 사용하여 조작자에게 전달될 수 있다. 예를 들어, 시스템의 상태는 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상의 것의 각각의 광학 도파관(예를 들어, 광 파이프)으로부터 방출되는 한 세트의 광 패턴을 사용하여 조작자에게 전달될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 광 패턴은, 예를 들어, 섬광(flashing light), 명암광(occulting light), 등명암광(isophase light) 등, 및/또는 임의의 적합한 명/암 패턴의 광 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섬광은 각각의 주기에서의 광의 총 지속기간이 어두운 상태의 총 지속기간보다 더 짧고 광의 번쩍임들이 동일한 지속기간을 갖는 리듬 광에 대응할 수 있다. 명암광은 각각의 주기에서의 광의 지속기간이 어두운 상태의 총 지속기간보다 더 긴 리듬 광에 대응할 수 있다. 등명암광은 동일한 길이의 어두운 주기 및 밝은 주기를 갖는 광에 대응할 수 있다. 광 펄스 패턴은 하나 이상의 색상(예를 들어, 펄스당 출력되는 상이한 색상), 광 세기, 및 주파수를 포함할 수 있다. 시스템의 광학 도파관의 변형예가 본 명세서에서 더 상세히 설명된다. 일부 변형예에서, 시각적, 오디오, 및 햅틱 출력들 중 하나 이상이 시스템의 부착 상태를 전달하기 위해 조작자에게 제공될 수 있다.
다른 예로서, 시스템의 부착 상태는 추가적으로 또는 대안적으로 디스플레이 디바이스를 사용하여 조작자에게 시각적으로 전달될 수 있다. 시스템의 디스플레이 디바이스의 변형예는 본 명세서에서 더 상세히 설명되며, 예를 들어, LED 디스플레이, 터치 스크린 디스플레이, 사용자 콘솔, 가상 현실 헤드셋, 및 다른 적합한 디스플레이 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
다른 예로서, 시스템의 부착 상태는 추가적으로 또는 대안적으로 오디오 디바이스를 사용하여 청각적으로 전달될 수 있다. 시스템의 오디오 디바이스의 변형예는 본 명세서에서 더 상세히 설명되며, 예를 들어 스피커, 사용자 콘솔, 가상 현실 헤드셋, 및 다른 적합한 오디오 디바이스 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 시스템의 부착 상태는 추가적으로 또는 대안적으로 햅틱 디바이스를 사용하여 촉각적으로 전달될 수 있다. 시스템의 햅틱 디바이스의 변형예는 본 명세서에서 더 상세히 설명되며, 예를 들어, 도구 구동기, 아암의 원위 부분, 입력 디바이스(예컨대, 핸드헬드 제어기), 및 다른 적합한 햅틱 디바이스 중 적어도 하나 내의 진동 모터를 포함할 수 있다.
멸균 어댑터 준비 상태
일부 변형예에서, 제어 공정(200)은 멸균 어댑터 및 수술 도구 둘 모두가 도구 구동기로부터 완전히 탈거되는 멸균 어댑터 준비 상태(202)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 수술 도구 센서(예컨대, 도 4d, 도 4e 및 도 6b를 참조하여 상세히 설명됨)는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 탈거 상태에 대응하는 센서 신호를 출력할 수 있다. 멸균 어댑터 부착 센서(예컨대, 도 7c를 참조하여 상세히 설명됨)가 도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 탈거 상태에 대응하는 센서 신호를 출력할 수 있다. 결과적으로, 도구 구동기는 이들 센서 신호에 기초하여 멸균 어댑터 준비 상태(202)에서 출력 구동부를 구동하는 것이 억제될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 도구 구동기는 멸균 어댑터 준비 상태(202)에 대응하는 제1 광 패턴을 출력할 수 있다(220). 일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기의 제1 광학 도파관(예컨대, 도 3a 참조)을 사용하여 미리결정된 광 세기에서 유색 광(예컨대, 청색 광)의 느린 펄스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 광 패턴은 약 1/2초 이상의 지속 시간을 갖는 광의 펄스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 시스템이 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부착에 대해 준비된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔(예를 들어, 외과의사 브리지)은 "멸균 어댑터를 도구 구동기에 부착하세요" 및/또는 "멸균 어댑터 부착 준비"와 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터 준비 상태(202)는 오디오 및 햅틱 출력을 억제하는 제1 오디오 패턴 및 제1 햅틱 패턴에 대응할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는, 조작자가 멸균 어댑터를 도구 구동기에 부착할 것을 상기시키기 위해 미리결정된 시간 간격으로 소리 효과(예컨대, 빙(bing), 핑(ping), 삐(beep) 등) 및/또는 구두 메시지를 출력할 수 있다.
멸균 어댑터 결합 상태
조작자는 멸균 어댑터를 도구 구동기에 적어도 부분적으로 부착할 수 있다. 이에 응답하여, 제어기는 시스템이 멸균 어댑터 준비 상태(202)로부터 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착에 대응하는 멸균 어댑터 결합 상태(204)로 전이된 것으로 결정할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착은 멸균 어댑터의 적어도 일부분이 도구 구동기에 부착될 수 있지만 멸균 어댑터의 적어도 다른 부분은 도구 구동기로부터 탈거 또는 결합해제될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 도구 구동기가 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부(예컨대, 회전축 구동부)를 포함하는 변형예에서, 멸균 어댑터는 프레임, 및 회전가능 출력 구동부로부터 수술 도구로 토크를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 회전가능 커플러를 포함할 수 있다. 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착은 프레임이 도구 구동기에 부착될 수 있지만 멸균 어댑터의 적어도 하나의 회전가능 커플러는 도구 구동기의 대응하는 출력 구동부와 작동식으로 결합될 수 없다는 (그리고 그에 의해 토크를 전달하지 못함) 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 및 도 7b는 도구 구동기에 대한 예시적인 멸균 어댑터의 부착을 도시한다. 일부 변형예에서, 조작자는 멸균 어댑터의 원위 단부의 부착 전에 멸균 어댑터의 근위 단부를 도구 구동기에 부착할 수 있다. 이어서, 시스템은 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착(222)에 대응하는 센서 신호가 멸균 어댑터 센서에 의해 생성되는 경우에 준비 상태(202)로부터 결합 상태(204)로의 전이를 결정할 수 있다. 하나 이상의 수술 도구 센서(예컨대, 도 4d, 도 4e, 및 도 5c 참조)는 수술 도구와 도구 구동기 사이의 탈거에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 센서 신호들의 이러한 조합은 멸균 어댑터가 도구 구동기에 부분적으로 부착되지만 수술 도구 로딩을 위한 준비(206)가 되지 않은 부분 부착에 대응할 수 있다.
도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부분 부착(222)에 응답하여, 시스템의 제어기는 도구 구동기의 하나 이상의 회전가능 출력 구동부를 작동시켜, 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부를 멸균 어댑터의 대응하는 회전가능 커플러에 물리적으로 결합시킬 수 있다(224). 예를 들어, 멸균 어댑터는 프레임 및 프레임에 결합된 플레이트 조립체를 포함할 수 있다. 플레이트 조립체는 프레임의 평면에 수직한 일정 범위의 운동을 갖도록 구성될 수 있다. 플레이트 조립체는 플레이트 조립체에 의해 지지되는 적어도 하나의 회전가능 커플러를 포함할 수 있다. 회전가능 커플러는 도구 구동기의 출력 구동부로부터 출력되는 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 다른 변형예를 포함하는 시스템에서, 시스템의 제어기는 출력 구동부를 멸균 어댑터의 대응하는 부분에 결합시키도록 임의의 적합한 방식으로 도구 구동기의 적어도 일부분을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 선형 출력 구동부를 갖는 도구 구동기 및 선형 출력 구동부와 결합하도록 구성된 적어도 하나의 선형 이동가능 커플러 또는 다른 인터페이스를 갖는 멸균 어댑터를 포함하는 시스템에서, 제어기는 선형 출력 구동부를 선형 이동가능 커플러와 결합시키도록 선형 출력 구동부를 (예컨대, 축방향에서 원위방향으로 그리고/또는 근위방향으로) 작동시킬 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 멸균 어댑터의 부분 부착 상태를 결정하는 것에 응답하여 제2 광 패턴을 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기에서 유색 광(예컨대, 청색 광)의 빠른 펄스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제2 광 패턴은 약 1/2초 미만(예컨대, 약 1/4초)의 지속 시간을 갖는 광의 펄스를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부착은 도구 구동기의 조명원에 의해 방출된 광이 멸균 어댑터의 광학 도파관을 통해 전파되고 그에 의해 분배될 수 있도록 멸균 어댑터 및 도구 구동기의 광학 도파관들(예컨대, 광 파이프들)을 서로 기계적으로 결합시킬 수 있다. 멸균 어댑터에 의해 출력된 광은 멸균 어댑터가 도구 구동기에 부착되는 것을 조작자에게 확인시킨다. 이는 도구 구동기 및 멸균 어댑터에 의해 출력되는 다수의 시각적 표시자(예를 들어, 색상, 펄스 주파수, 광 분배 등)를 관찰함으로써 조작자가 멸균 어댑터 결합 상태(204)를 신속하게 식별하게 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 멸균 어댑터가 멸균 어댑터 결합 상태(204)에서 도구 구동기에 부분적으로 부착된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "멸균 어댑터 검출됨", "도구 구동기에 멸균 어댑터 부착됨" 및/또는 "멸균 어댑터 디스크 결합"과 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 멸균 어댑터 결합 상태에 대응하는 제2 오디오 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 오디오 디바이스는 미리결정된 시간 동안 미리결정된 주파수 및 볼륨으로 한 세트의 빠르고 짧은 빙, 또는 다른 적합한 소리 효과를 출력할 수 있다. 제2 햅틱 패턴은 멸균 어댑터 결합 상태에 대응할 수 있고 햅틱 출력을 억제할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 멸균 어댑터의 부착(예컨대, "멸균 어댑터 디스크 부착")에 응답하여 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 도구 구동기의 작동 단계를 구두로 출력할 수 있다.
반대로, 조작자는, 예를 들어, 도구 구동기의 원위 단부로부터 멸균 어댑터를 회전식으로 들어올림으로써 멸균 어댑터를 도구 구동기로부터 탈거할 수 있다. 시스템은 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 탈거(226)에 대응하는 멸균 어댑터 센서로부터의 센서 신호가 생성되는 경우에 멸균 어댑터 결합 상태(204)로부터 멸균 어댑터 준비 상태(202)로 전이될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 수술 도구 센서는 수술 도구와 도구 구동기 사이의 탈거에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 도구 구동기는 멸균 어댑터 탈거 상태(226)에서 출력 구동부를 작동시키는 것이 억제될 수 있다. 일부 변형예에서, 시각적, 오디오, 및 햅틱 출력들 중 하나 이상은 또한 멸균 어댑터의 탈거가 감지되는 경우(226)에 억제될 수 있다.
수술 도구 로딩 대기 상태
멸균 어댑터 결합 상태(204)로부터, 제어기는 시스템의 수술 도구 로딩 대기 상태(206)로의 전이를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 멸균 어댑터를 도구 구동기에 완전히 부착하기 위해 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부를 하나 이상의 방향으로 (예를 들어, 시계방향으로, 반시계방향으로) 미리결정된 회전수로 회전시킬 수 있다. 도구 구동기 및 멸균 어댑터는, 멸균 어댑터의 회전가능 커플러가 도구 구동기의 그의 대응하는 회전가능 출력 구동부와 완전히 물리적으로 결합되는 경우에 도구 로딩 대기 상태(206)에 있을 수 있다. 완전 부착 시, 출력 구동부에 의해 생성되는 토크는 멸균 어댑터의 커플러로 전달될 수 있다. 일부 변형예에서, 회전가능 출력 구동부는 토크의 변화가 하나 이상의 토크 센서 및 회전 인코더를 사용하여 출력 구동부에서 검출될 때까지 회전할 수 있다. 토크의 변화는 회전가능 커플러가 도구 구동기의 그의 대응하는 출력 구동부와 물리적으로 결합한 것을 나타내는, 회전가능 커플러로부터의 추가된 저항에 대응할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기 및 멸균 어댑터 중 하나 이상은 시스템으로부터 제3 광 패턴을 출력하여 도구 로딩 대기 상태(206)를 조작자에게 통지할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 멸균 어댑터 중 하나 이상은 도구 구동기 및/또는 멸균 어댑터의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 순유색(solid colored) 광(예컨대, 청색 광)을 출력할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 시스템이 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 대한 수술 도구의 부착에 대해 준비된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "수술 도구를 도구 구동기에 부착하세요" 및/또는 "도구 로딩 준비"와 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 도구 로딩 대기 상태(206)에 대응하는 제3 오디오 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 오디오 디바이스는 미리결정된 시간 동안 미리결정된 주파수 및 볼륨으로 (짧은 빙보다 긴 지속기간을 갖는) 하나 이상의 연장된 빙을 출력할 수 있다. 제3 햅틱 패턴은 수술 도구 로딩 대기 상태에 대응할 수 있고 햅틱 출력을 억제할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 도구 로딩 대기 상태(206)에 응답하여 도구 구동기의 작동을 구두로 설명할 수 있다.
일부 상황에서, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터의 부착 후, 조작자는 도구 구동기로부터 멸균 어댑터를 탈거할 수 있다. 시스템은 멸균 어댑터 센서에 의해 생성된 센서 신호가 도구 구동기로부터의 멸균 어댑터의 탈거에 대응하는 경우에 도구 로딩 대기 상태(206)로부터 멸균 어댑터 준비 상태(202)로 전이될 수 있다(226). 마찬가지로, 하나 이상의 수술 도구 센서는 도구 구동기로부터의 수술 도구의 탈거에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다.
수술 도구 결합 상태
일단 멸균 어댑터가 도구 구동기에 완전히 부착되면, 조작자는 수술 도구를 멸균 어댑터에 부분적으로 부착할 수 있다. 이에 응답하여, 제어기는 시스템이 수술 도구 로딩 대기 상태(206)로부터 멸균 어댑터에 대한 수술 도구의 부분 부착(228)에 대응하는 수술 도구 결합 상태(208)로 전이된 것으로 결정할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터에 대한 수술 도구의 부분 부착은 수술 도구의 적어도 일부분이 멸균 어댑터에 부착될 수 있는 한편, 수술 도구의 다른 부분은 멸균 어댑터로부터 탈거 또는 결합해제될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구의 하우징은 도구 구동기에 멸균 어댑터의 프레임에 부착될 수 있지만, 수술 도구의 입력 구동부는 멸균 어댑터의 대응하는 회전가능 커플러와 작동식으로 결합되지 않을 수 있다. 이어서, 시스템은 대기 상태(206)로부터, 하나 이상의 수술 도구 센서에 의해 생성되는 수술 도구와 멸균 어댑터 사이의 부분 부착(228)에 대응하는 센서 신호의 도구 결합 상태(208)로 전이될 수 있다. 도구 구동기의 하나 이상의 돌출부(예컨대, 편의 페그)(예컨대, 도 4b 내지 도 4e 및 본 명세서의 수반되는 설명 참조)는 (조작자가 수술 도구를 멸균 어댑터의 표면 위에서 종방향으로 밀어냄에 따라) 돌출부가 순간적으로 도구 구동기의 표면을 향해 하향으로 밀리는 것에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 이어서, 돌출부는 (수술 도구가 멸균 어댑터의 플레이트 조립체 내에 안착됨에 따라) 도구 구동기의 표면으로부터 멀리 편의될 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터의 표면은 정합 특징부(예를 들어, 돌출부)를 포함할 수 있는데, 이는 불균일한 표면을 생성하고 멸균 어댑터 상의 대응하는 정합 특징부(예컨대, 리세스)와 정합하도록 구성된다. 조작자가 멸균 어댑터 위에서 수술 도구를 활주시킬 때, 돌출부는 플레이트 조립체를 순간적으로 하향으로 밀도록 플레이트 조립체의 표면 위에서 불균일하게 활주할 수 있다. 돌출부가 대응하는 리세스 내로 정합할 때, 플레이트 조립체는 다시 상향으로 편의될 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구의 정합 특징부가 수술 도구의 부착 상태를 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기의 원위 단부 상에 배치되고 멸균 어댑터를 향하는 제2 수술 도구 센서(예컨대, 근접 센서)는, 수술 도구의 자기 돌출부가 멸균 어댑터의 대응하는 리세스 내로 활주되는 경우, 수술 도구의 존재에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다(예컨대, 도 6a 및 도 6b 및 본 명세서의 수반되는 설명 참조). 예를 들어, 제2 수술 도구 센서의 출력은 수술 도구가 입력 구동부 결합을 위해 준비되도록 멸균 어댑터에 부착되고 그 내에 완전히 안착된 것을 나타낼 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 멸균 어댑터 센서를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이, 일부 변형예에서, 멸균 어댑터의 원위 단부는 멸균 어댑터 센서와 결합하도록 도구 구동기에 기계적으로 래칭될 수 있다. 이들 수술 도구 센서 신호와 멸균 어댑터 센서 신호의 조합은 시스템을 도구 로딩 대기 상태(206)로부터 도구 결합 상태(208)로 전이시키기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구는 각각 이들이 매우 근접하게 (예를 들어, 수 센티미터 이내에) 있는 경우에 서로 통신하고/하거나 전력을 무선으로 전송하도록 구성된 무선 통신 디바이스와 같은 각각의 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 대한 수술 도구의 부착은 전자 통신 디바이스들이 서로의 미리결정된 범위 내에 있게 되는 것에 대응할 수 있다. 그러한 각각의 전자 통신 디바이스를 갖는 예시적인 배열이 도 8을 참조하여 아래에서 설명된다.
도구 결합 상태(208)에 응답하여, 시스템의 제어기는 도구 구동기의 하나 이상의 회전가능 출력 구동부를 작동시켜, 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부를 수술 도구의 대응하는 회전가능 입력 구동부와 물리적으로 결합시킬 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 수술 도구의 부분 부착 상태에 응답하여 제4 광 패턴을 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구의 하나 이상의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 유색 광(예컨대, 녹색 광)의 빠른 펄스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제4 광 패턴은 약 1/2초 미만(예컨대, 약 1/4초)의 지속 시간을 갖는 광의 펄스를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터에 수술 도구를 부착하는 것은 도구 구동기에 의해 생성된 광이 멸균 어댑터 및/또는 수술 도구의 광학 도파관으로 전파되어 그에 의해 분배될 수 있도록 수술 도구, 멸균 어댑터, 및 도구 구동기의 도파관을 서로 기계적으로 결합시킬 수 있다. 이는 조작자가 어느 시스템 구성요소가 광을 방출하고 있는지를 간단히 관찰함으로써 도구 구동기와 수술 도구 사이의 도구 결합 상태(208)를 신속하게 확인하게 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 수술 도구가 도구 결합 상태(208)에서 도구 구동기에 부분적으로 부착된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "수술 도구 검출됨", "수술 도구가 도구 구동기에 부착됨" 및/또는 "수술 도구 입력 구동부 결합"과 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 도구 결합 상태(208)에 대응하는 제4 오디오 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 오디오 디바이스는 미리결정된 시간 동안 미리결정된 주파수(예를 들어, 제2 오디오 패턴의 주파수와는 상이함) 및 미리결정된 볼륨으로 한 세트의 빠르고 짧은 빙을 출력할 수 있다. 햅틱 디바이스는 도구 결합 상태(208)에 대응하는 제4 햅틱 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기 및 수술 도구 중 하나 이상의 것의 햅틱 디바이스가 작은 진동을 출력할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 수술 도구 부착에 응답하여 도구 구동기의 작동(예컨대, 하나 이상의 출력 구동부의 작동)을 구두로 설명할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 결합 상태에 있는 수술 도구의 전자 통신 디바이스(예컨대, 무선 통신 디바이스)는 도구 기능 및 다른 데이터(예컨대, 보안 데이터, 사용 데이터, 진단 데이터, 제조 데이터 등)를 도구 구동기의 전자 통신 디바이스에 송신할 수 있다. 이어서, 수술 도구의 전자 통신 디바이스는 수술 도구의 메모리에 저장될 수 있는 인증 데이터 및/또는 다른 데이터(교정 데이터, 사용 데이터, 로그 데이터, 수술 시스템 데이터, 환자 데이터, 시술 데이터, 규제 데이터 등)를 수신할 수 있다.
수술 도구 대기 상태
제어기는 수술 도구와 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 완전 부착 상태에 대응하는 수술 도구 대기 상태(210)로 전이(230)되도록 도구 결합 상태(208)의 시스템을 제어할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기는 수술 도구를 멸균 어댑터 내에 완전히 안착시키기 위해 회전가능 출력 구동부를 하나 이상의 방향으로 (예를 들어, 시계방향으로, 반시계방향으로) 미리결정된 회전수로 회전시킬 수 있다. 이어서, 도구 대기 상태(210)의 수술 도구는 조작자 안내 하에서 수술 도구를 작동시키기 위해 도구 구동기를 통해 작동될 수 있다. 도구 구동기 및 수술 도구는 수술 도구의 회전가능 입력 구동부가 도구 구동기의 그의 대응하는 회전가능 출력 구동부와 완전히 물리적으로 결합되는 (예컨대, 완전히 부착되는) 경우에 도구 대기 상태(210)에 있을 수 있다. 수술 도구가 완전히 부착되는 (예컨대, 완전히 안착되는) 경우에, 출력 구동부에 의해 생성되는 토크가 도구 구동기의 입력 구동부로 전달될 수 있다. 일부 변형예에서, 회전가능 출력 구동부는 미리결정된 토크의 변화가 하나 이상의 토크 센서 및 회전 인코더를 사용하여 출력 구동부에서 검출될 때까지 회전할 수 있다. 토크의 감소는, 수술 도구의 입력 구동부가 저항에 직면하였고 도구 구동기의 그의 대응하는 출력 구동부와 물리적으로 결합한 것을 나타낼 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 도구 대기 상태(210)를 나타내기 위해 제5 광 패턴을 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상의 것의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 순유색 광(예컨대, 녹색 광)을 출력할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 "도구 사용 준비" 및/또는 "도구가 완전히 부착됨"과 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 미리결정된 시간 동안 미리결정된 주파수(제3 오디오 패턴과는 상이함) 및 볼륨으로 (짧은 빙보다 긴) 하나 이상의 연장된 빙을 출력할 수 있다. 제5 햅틱 패턴은 햅틱 출력을 억제할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 도구 대기 상태(210)에 응답하여 도구 구동기의 작동을 구두로 설명할 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구의 전자 통신 디바이스(예컨대, 무선 통신 디바이스)는 도구 기능 및 다른 데이터(예컨대, 보안 데이터, 사용 데이터, 로그 데이터, 진단 데이터, 제조 데이터 등)를 도구 구동기의 전자 통신 디바이스에 송신할 수 있다. 이어서, 수술 도구의 전자 통신 디바이스는 수술 도구의 메모리에 저장될 수 있는 인증 데이터 및/또는 다른 데이터(교정 데이터, 사용 데이터, 수술 시스템 데이터, 환자 데이터, 시술 데이터, 규제 데이터 등)를 수신할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 근거리장 무선 전력 전송 시스템을 사용하여 도구 구동기로부터 수술 도구 대기 상태의 수술 도구로 전력을 무선으로 전송하도록 구성될 수 있다.
수술 도구 해제 상태
본 명세서에서 설명되는 방법은 또한 도구 구동기로부터의 수술 도구 및/또는 멸균 어댑터의 조작자 해제에 응답하여 도구 구동기를 제어할 수 있다. 대체적으로, 조작자는 도구 구동기로부터의 수술 도구 및/또는 멸균 어댑터의 부분 탈거(예컨대, 수술 도구 해제 메커니즘의 작동에 의함) 또는 완전 탈거(예컨대, 들어올림 및/또는 당김에 의한 물리적 제거)를 통해 도구 구동기로부터 수술 도구 및 멸균 어댑터 중 하나 이상을 탈거할 수 있다. 부분 탈거는 부분 부착과 유사할 수 있다. 예를 들어, 조작자는 멸균 어댑터(수술 도구가 그 상에 부분적으로 또는 완전히 부착됨)를 도구 구동기로부터 탈거(232)하여, 도구 결합 상태(208) 또는 도구 대기 상태(210)로부터 수술 도구 해제 상태(212)로 전이될 수 있다. 수술 도구 해제 상태(212)의 멸균 어댑터는 도구 구동기 상에 놓이도록 부분적으로 탈거될 수 있지만, 도구 구동기에 의해 전달된 토크를 출력하지 않을 수 있다. 이어서, 조작자는 수술 도구 및 멸균 어댑터를 도구 구동기로부터 완전히 제거하여 수술 도구 해제 상태(212)로부터 수술 도구 제거 상태(214)로 전이할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, (예를 들어, 도구 결합 상태(208)에서) 부분적으로 부착되는 수술 도구는 도구 구동기로부터의 멸균 어댑터의 부분 탈거(232) 또는 멸균 어댑터로부터의 수술 도구의 부분 탈거(234)를 통해 수술 도구 해제 상태(212)로 전이될 수 있다. 예를 들어, 조작자가 (예를 들어, 도구 스위칭을 위해) 수술 도구를 수술 시스템으로부터 탈거하는 경우, 조작자는 수술 도구의 일부분을 멸균 어댑터로부터 멀리 편의시키도록 수술 도구에 대해 도구 해제 메커니즘(도시되지 않음)을 작동시킬 수 있다. 즉, 수술 도구의 작동 메커니즘(예컨대, 레버, 버튼)은 수술 도구를 멸균 어댑터로부터 해제 및/또는 부분적으로 분리할 수 있다. 이는 도구 결합 상태(208) 또는 도구 대기 상태(210)로부터 수술 도구 해제 상태(212)로의 전이에 대응한다. 일부 변형예에서, 도구 결합 상태(208) 또는 도구 대기 상태(210)로부터 도구 해제 상태(212)로의 전이는 수술 도구와 멸균 어댑터 사이의 탈거(234)에 대응하는 하나 이상의 수술 도구 센서로부터의 센서 신호의 생성에 대응할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기의 하나 이상의 돌출부(예컨대, 편의 페그)는 탈거될 때 적어도 하나의 돌출부가 도구 구동기의 표면을 향해 편의되는 (예컨대, 멸균 어댑터가 도구 구동기에 대해 하향력을 부분적으로 인가하는) 것에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기의 원위 단부 상에 배치된 제2 수술 도구 센서(예컨대, 근접 센서, 자기장 트랜스듀서, 홀 효과(Hall effect) 센서)가 수술 도구의 존재에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 이러한 신호는 수술 도구가 멸균 어댑터와 적어도 부분적으로 접촉하는 것을 나타낼 수 있다. 멸균 어댑터 센서가 도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 부착에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 이들 수술 도구 센서 신호와 멸균 어댑터 센서 신호의 조합은 시스템을 수술 도구 해제 상태(212)로 전이시키기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구의 전자 통신 디바이스들은 그들이 여전히 서로에 대해 매우 근접하게 있기 때문에 서로 전력을 전송하고/하거나 전달할 수 있다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터는 멸균 어댑터의 원위 단부를 도구 구동기로부터 들어올리고 분리시킴(예를 들어, 잠금해제함)으로써 도구 구동기로부터 부분적으로 탈거될 수 있다. 예를 들어, 도구 결합 상태(208) 또는 도구 대기 상태(210)로부터 도구 해제 상태(212)로의 전이는 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 탈거(232)에 대응하는 멸균 어댑터 센서로부터의 센서 신호의 생성에 대응할 수 있다. 이러한 상태에서, 수술 도구는 여전히 멸균 어댑터에 완전히 또는 부분적으로 부착될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 수술 도구 센서는 수술 도구와 도구 구동기 사이의 탈거에 대응하는 센서 신호를 출력할 수 있다. 이에 응답하여, 도구 구동기는 출력 구동부를 구동하는 것이 억제될 수 있다. 센서 신호들의 이러한 조합은 부분 탈거를 포함할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터는 도구 구동기 상에 놓일 수 있지만, 도구 구동기로부터 기능적으로 결합해제될 수 있다. 도구 해제 상태(212)에 응답하여, 제어기는 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부의 작동을 억제할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 부분 탈거 상태에 응답하여 제6 광 패턴을 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 멸균 어댑터 중 하나 이상은 도구 구동기 및 멸균 어댑터의 하나 이상의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 유색 광(예컨대, 적색 광)의 빠른 펄스를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제6 광 패턴은 약 1/2초 미만(예컨대, 약 1/4초)의 지속 시간을 갖는 광의 펄스를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터로부터의 수술 도구의 탈거는 도구 구동기에 의해 생성된 광이 도구 구동기의 제1 광학 도파관 및/또는 멸균 어댑터의 제2 광학 도파관에 분배되고 단지 그에 의해 출력될 수 있도록 수술 도구의 제3 광학 도파관을 멸균 어댑터의 제2 광학 도파관으로부터 기계적으로 결합해제할 수 있다. 이는 조작자가 어느 시스템 구성요소가 광을 방출하고 있는지에 기초하여 도구 해제 상태(212)를 신속하게 확인하게 할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 수술 도구가 도구 해제 상태(212)에서 멸균 어댑터 또는 도구 구동기로부터 부분적으로 탈거된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "수술 도구가 결합해제되었으니, 수술 도구를 제거하시오", "멸균 어댑터가 결합해제되었으니, 멸균 어댑터를 제거하시오", 및/또는 "수술 도구를 제거하기를 원하는가?"와 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 도구 해제 상태(212)에 대응하는 제6 오디오 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 오디오 디바이스는 미리결정된 시간 동안 미리결정된 주파수(제2 및 제4 오디오 패턴의 주파수와는 상이함) 및 볼륨으로 한 세트의 빠르고 짧은 빙을 출력할 수 있다. 햅틱 디바이스는 도구 결합 상태(208)에 대응하는 제6 햅틱 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기의 햅틱 디바이스가 작은 진동을 출력할 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 조작자 탈거에 대한 도구 구동기 응답을 구두로 설명할 수 있다.
수술 도구 제거 상태
조작자는 도구 구동기로부터 수술 도구 및/또는 멸균 어댑터를 완전히 탈거할 수 있다. 이에 응답하여, 제어기는 시스템이 수술 도구 해제 상태(212)로부터, 도구 구동기로부터의 수술 도구의 완전 탈거(236)에 대응하는 수술 도구 제거 상태(214)로 전이된 것으로 결정할 수 있다. 도구 해제 상태(212)로부터 도구 제거 상태(214)로의 전이는 도구 구동기로부터의 수술 도구의 탈거(236)에 대응하는 하나 이상의 수술 도구 센서로부터의 센서 신호의 생성에 기초할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기의 하나 이상의 편의된 돌출부는 수술 도구가 도구 구동기의 돌출부와의 접촉으로부터 취소되는 것에 대응하는 센서 신호를 생성할 수 있다. 추가로, 도구 구동기의 원위 단부 상에 배치된 제2 수술 도구 센서가 수술 도구의 자기 돌출부가 검출되지 않는 경우에 수술 도구의 부재에 대응하는 센서 신호를 출력할 수 있다. 이러한 수술 도구 센서 신호들의 조합은 시스템을 도구 제거 상태(214)로 전이시키기 위해 제어기에 의해 사용될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구의 전자 통신 디바이스들은 제거 상태(214)에서 서로의 범위 밖으로 이동할 수 있다.
수술 도구 제거 상태(214)에 응답하여, 제어기는 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부의 작동을 억제할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 제거에 응답하여 제7 광 패턴을 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기 및 멸균 어댑터 중 하나 이상은 도구 구동기 및/또는 멸균 어댑터의 각각의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 순유색 광(예컨대, 청색 광)을 출력할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 수술 도구가 도구 제거 상태(214)에서 도구 구동기로부터 제거된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "수술 도구 제거됨" 및/또는 "수술 도구를 부착하세요"와 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 및 햅틱 출력이 도구 제거 상태(214)에서 억제될 수 있다. 다른 변형예에서, 오디오 디바이스는 사용자 콘솔에 의해 표시된 메시지를 출력할 수 있고/있거나 조작자 탈거에 대한 도구 구동기 응답을 구두로 설명할 수 있다.
일단 수술 도구가 제거되면, 조작자는 다른 수술 도구 및/또는 멸균 어댑터를 도구 구동기에 부착할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 멸균 어댑터 센서에 의해 생성된 센서 신호가 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 탈거(238)에 대응하는 경우에 시스템을 도구 제거 상태(214)로부터 멸균 어댑터 준비 상태(202)로 전이시킬 수 있다. 도구 구동기는 멸균 어댑터 탈거 상태(238)에서 출력 구동부를 구동하는 것이 억제될 수 있다. 일부 변형예에서, 시각적, 오디오, 및 햅틱 출력들 중 하나 이상은 또한 멸균 어댑터가 탈거되는 경우(238)에 억제될 수 있다.
일부 변형예에서, 제어기는 도구 제거 상태(214)로부터 도구 로딩 대기 상태(206)로 전이할 수 있다. 도구 제거 상태(214)로부터 도구 로딩 대기 상태(206)로의 전이는 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 완전 부착(240)에 대응하는 멸균 어댑터 센서에 의해 생성되는 센서 신호에 의해 트리거될 수 있다. 멸균 어댑터 부착(240)에 응답하여, 제어기는 도구 구동기의 회전가능 출력 구동부의 작동을 억제할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 멸균 어댑터 부착 상태(240)에 응답하여 제3 광 패턴을 출력할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기는 도구 구동기 및/또는 멸균 어댑터의 광학 도파관을 사용하여 미리결정된 광 세기로 순유색 광(예컨대, 청색 광)을 출력할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 디스플레이 디바이스는 시스템이 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 대한 수술 도구의 부착에 대해 준비된 것을 나타내는 텍스트 또는 이미지를 출력할 수 있다. 예를 들어, 시스템에 결합된 사용자 콘솔은 "수술 도구를 도구 구동기에 부착하세요" 및/또는 "도구 로딩 준비"와 같은 메시지를 조작자에게 표시할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 도구 로딩 대기 상태(206)에 대응하는 제3 오디오 패턴을 출력할 수 있다. 햅틱 출력은 제3 햅틱 패턴에서와 같이 억제될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기의 제어는 부착 상태 및 시간에 기초할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터 및 수술 도구 중 하나 이상의 부분 부착이 미리결정된 기간 및/또는 미리결정된 횟수의 시도 이내에 완전 부착으로 전이되지 않으면, 제어기는 도구 구동기 출력을 억제할 수 있고 조작자에게 부착 오류를 통지할 수 있다. 이에 응답하여, 조작자는 부착 공정을 반복할 수 있다.
II. 디바이스
로봇 수술 시스템은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 디바이스를 사용하여 로봇 수술을 수행하는 데 필요한 구성요소들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 대체적으로, 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 본 명세서에서 설명되는 디바이스는 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 도구 구동기는 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 토크를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터는 도구 구동기와 수술 도구 사이에 개재되도록 구성된 프레임을 포함할 수 있다. 플레이트 조립체가 프레임에 결합될 수 있고, 적어도 하나의 회전가능 커플러가 플레이트 조립체에 의해 지지될 수 있고 도구 구동기의 출력 구동부로부터 수술 도구로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 수술 도구는 도구 구동기로부터 전달되는 토크를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 입력 구동부를 포함할 수 있다. 수술 도구는 입력 구동부에 작동식으로 결합된 엔드 이펙터를 추가로 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 광을 방출하도록 구성된 조명원 및 방출된 광을 멸균 어댑터로 전파하도록 구성된 광학 도파관을 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 및 수술 도구는 수신된 광을 수신, 전파, 및 분배하도록 구성된 각각의 광학 도파관을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는, 이후에 부착 데이터를 생성하기 위해 사용되는 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서 및 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 도구 구동기 및 수술 도구는 각각 무선 통신 및/또는 무선 전력 전송을 위해 구성된 전자 디바이스를 추가로 포함할 수 있다. 전자 디바이스들은, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구가 서로 부착되는 경우에 전자 디바이스들이 서로 매우 근접하게 있도록 각각의 하우징 내에 배치될 수 있다.
광학 도파관
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구는 부착 상태, 시스템 또는 디바이스 상태, 및 다른 정보(예컨대, 환자 데이터, 시술 데이터 등)와 같은 정보를 조작자에게 전달하도록 구성된 하나 이상의 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 정보는 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상에 의해 시각적으로 전달될 수 있고, 효율적인 도구 스위칭 및 멸균 장벽 형성을 돕기 위해 수술 시스템의 부착 상태의 직관적인 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 하나 이상은 조작자가 시스템에 의해 생성된 부착 상태 정보를 시각화하게 하기 위해 광학 도파관(예컨대, 광 파이프, 광 분배 가이드 등)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 광학 도파관은 멸균 장벽 및/또는 로봇 수술 시스템의 형성 상태를 확인하기 위해 광 출력 파라미터들(예를 들어, 파장, 주파수, 세기, 패턴, 지속기간)의 미리결정된 조합을 사용하여 광원(예컨대, 도구 구동기의 조명원)으로부터 광을 수신할 수 있다.
일부 변형예에서, 광학 도파관은 로봇 수술 시스템의 다른 광학 도파관에 기계적으로 부착되어 이들이 광 통신 상태에 있을 때 조명원으로부터의 광을 수신하고 전파하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기 광학 도파관은 도구 구동기에 대한 부착 시 멸균 어댑터 광학 도파관의 입력부로 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 즉, 도구 구동기에 의해 방출되고 전파된 광은 멸균 어댑터가 도구 구동기에 적절하게 부착된 후에만 멸균 어댑터에 의해 수신될 수 있다. 이는 조작자가 한 세트의 광학 도파관으로부터 출력된 광에 기초하여 부착 상태를 용이하게 확인할 수 있게 한다. 광학 도파관은 제조를 단순화하고 소형 설계 및 최소 전력 사용을 허용하기 위해 시스템의 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템은 추가의 시각적 출력 디바이스(예컨대, 디스플레이 디바이스)를 갖는 사용자 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 조작자는 시스템의 부착 상태에 대응하는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은, 오디오 및 햅틱 피드백을 수신할 수 있다.
A. 도구 구동기
도 3a는 출력된 광을 사용하여 시스템의 부착 상태를 사용자(예컨대, 조작자)에게 전달하기 위한 제1 광학 도파관(320)을 포함하는 도구 구동기(310)의 사시도이다. 도 3a에 도시된 변형예에 도시된 바와 같이, 도구 구동기(310)는 제1 하우징(312), 한 세트의 수술 도구 센서(314), 및 한 세트의 회전가능 출력 구동부(316)를 포함할 수 있다. 한 세트의 출력 구동부(316)는 제1 하우징(312)에 의해 지지될 수 있고, 멸균 어댑터(도 3b 및 도 3c에 도시됨)를 통해 수술 도구로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 도구 구동기(310)는, 예를 들어, 로봇 아암의 원위 단부(도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 제1 하우징(312)은 제1 광학 도파관(320)을 포함할 수 있다. 광학 도파관은 수신된 전자기파를 수동적으로 전파 및 분배하기 위해 가시광 스펙트럼파와 같은 전자기파를 안내하는 물리적 구조물을 지칭할 수 있다. 광학 도파관의 비제한적인 예에는 광섬유, 직사각형 도파관, 광 튜브, 광 파이프, 이들의 조합 등이 포함된다. 예를 들어, 광 파이프는 내부 전반사를 통해 광을 전파하도록 구성된 투명 중실체 또는 반사 라이닝을 갖는 중공 구조물을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 광학 도파관은 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 광학 도파관은 광학 등급 폴리카르보네이트로 제조될 수 있다. 일부 변형예에서, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 하우징 및 프레임은 광학 도파관을 형성하기 위해 공사출(co-injected) 성형될 수 있다. 다른 변형예에서, 광학 도파관은 개별적으로 형성되어 각각의 하우징 또는 프레임에 결합될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 외부 표면을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 외부 표면과 동일 높이에 있을 수 있다. 다른 예에서, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 외부 표면으로부터 적어도 부분적으로 리세스되거나 적어도 부분적으로 돌출될 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 (예컨대, 도구 구동기(310)의 서로 반대편 측부들 상에 배치된) 복수의 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 근위 단부 상에 적어도 부분적으로 위치된 스트립(strip)을 포함할 수 있다. 스트립은 적어도 부분적으로 제1 하우징(312)의 제1 측부(예컨대, 좌측) 상으로 연장되는 제1 단부 및 적어도 부분적으로 제1 하우징(312)의 제2 측부(예컨대, 우측) 상으로 연장되는 제2 단부를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 외부의 상당 부분(예컨대, 근위 부분, 측부 부분)을 덮을 수 있다.
일부 변형예에서, 본 명세서에서 설명되는 광학 도파관은 광을 방출하도록 구성된 하나 이상의 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이들 부분 중 적어도 하나는, 예를 들어, 원, 삼각형, 직사각형, 다이아몬드형, 다각형, 심볼(예를 들어, 플러스/마이너스 부호, 화살표, 잠금 부호 등), 이들의 조합 등을 포함하는 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)은 제1 하우징(312)의 제1 및 제2 측부들 각각 상에 3개의 원을 포함할 수 있다. 원은 본 명세서에 상세히 설명되는 바와 같이 대응하는 조명원에 결합될 수 있고, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구의 각각의 상태에 대응하는 광을 출력하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 원이 청색 광을 펄스형성할 수 있는 한편, 제2 및 제3 원은 도구 구동기가 작동하고 멸균 어댑터 준비 상태(202)에 있는 경우에 순적색 광을 방출할 수 있다. 이들 광 패턴은 준비 상태의 도구 구동기에 그리고 도구 구동기에 부착되어 있지 않은 멸균 어댑터 및 수술 도구에 대응할 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 다수의 시점(vantage point)으로부터 동시에 용이하게 관찰되도록 제1 하우징(312) 상에 위치될 수 있다.
일부 변형예에서, 본 명세서에서 설명되는 광학 도파관은, 예를 들어 미리결정된 시점들로부터의 가시성을 증가시키도록 구성된 다면 표면(multi-faceted surface)을 포함하는 표면 텍스처를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)은 볼록 형상을 포함할 수 있다.
하우징(312)은 제1 광학 도파관(320)에 결합된 하나 이상의 조명원(도시되지 않음)을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 조명원은 하우징의 좌측, 우측, 근위 단부, 및 원위 단부 중 하나 이상에 배치될 수 있다. 조명원은 로봇 아암을 통해 전원에 결합될 수 있고, 광 출력 파라미터들(예컨대, 파장, 주파수, 세기, 패턴, 지속기간 등)의 미리결정된 조합을 사용하여 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조명원은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 상이한 부착 상태에 대응하는 상이한 색상을 갖는 복수의 광 패턴을 방출하도록 제어기에 의해 제어될 수 있다. 일부 변형예에서, 광의 특성(예컨대, 색상, 패턴 등)은, 예를 들어 도 2를 참조하여 설명된 바와 같이, 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구 중 적어도 2개 사이의 부착 상태에 대응할 수 있다. 조명원의 비제한적인 예는 백열등, 전기 방전등(예를 들어, 엑시머 램프, 형광 램프, 전기 가스 방전 램프, 플라즈마 램프 등), 전계발광등(예를 들어, 발광 다이오드, 유기 발광 다이오드, 레이저 등), 유도 조명, 및 광섬유를 포함한다. 도 3a에서, 조명원은 제1 하우징(312) 내에 배치될 수 있지만, 일부 변형예에서는 제1 하우징(312) 외부에 배치될 수 있다. 일부 변형예에서, 조명원은 제1 하우징(312)의 근위 단부 내에 배치될 수 있다.
제1 광학 도파관(320)은 (예컨대, 조명원 위에 위치된 베젤 또는 다른 적합한 구조물로서) 조명원에 의해 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 조명원으로부터 수신된 광의 미리결정된 부분을 방출하고 광의 나머지 부분을 멸균 어댑터(330)(도 3b에 도시됨)의 제2 광학 도파관(340)으로 전파하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)은 조명원으로부터 수신된 광의 약 10% 내지 약 100%를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 수신된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제2 광학 도파관(340)은 조명원으로부터 방출된 광의 약 66%를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 수신된 광의 약 50%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제2 광학 도파관(340)은 조명원으로부터 방출된 광의 약 50%를 수신하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 제1 광학 도파관(320)과 제2 광학 도파관(340) 사이의 광 투과를 가능하게 하도록 제2 광학 도파관(340)의 대응하는 입력부와 물리적으로 정합하도록 구성된 하나 이상의 출력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)의 출력부와 제2 광학 도파관(340)의 대응하는 입력부 사이의 정합은 상보적이고 대응하는 특징부들(예컨대, 래치, 상호잠금 탭(interlocking tab), 탭-슬롯(tab-and-slot) 정렬 특징부, 정합가능한 리지(ridge) 및 홈 인터페이스들, 및/또는 다른 적합한 정합 특징부들 등)에 의해 용이하게 될 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)의 하나 이상의 출력부는 도구 구동기 및 멸균 어댑터가 서로 적절하게 (예컨대, 완전히 그리고 작동식으로) 결합 또는 부착되는 경우에만 제2 광학 도파관(340)의 대응하는 입력부와 물리적으로 정합할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터가 도구 구동기에 단지 부분적으로 결합 또는 부착되는 경우, 제1 광학 도파관(320)과 제2 광학 도파관(340)은 오정렬될 수 있고, 그에 의해 제1 광학 도파관(320)으로부터 제2 광학 도파관(340)으로의 광 전파를 감소 및/또는 방지함으로써, 멸균 어댑터(330)가 도구 구동기(310)에 적절하게 부착되지 않는다는 시각적 표시자를 조작자에게 제공할 수 있다.
멸균 어댑터(330)가 도구 구동기(310)에 부착된 경우, 도구 구동기(310)의 조명원으로부터 방출된 광은 제1 및 제2 광학 도파관(320, 340)을 통해 전파될 수 있으며, 이는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같다. 일부 변형예에서, 제1 광학 도파관(320)은 조명원으로부터 수신된 실질적으로 모든 광을 방출할 수 있다.
B. 멸균 어댑터
도 3b는 도구 구동기(310)에 결합된 멸균 어댑터(330)의 사시도이다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터(330)는 조작자와 같은 사용자에게 출력된 광을 사용하여 시스템(예를 들어, 멸균 어댑터)의 부착 상태를 전달하기 위한 제2 광학 도파관(340)을 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 멸균 어댑터(330)는 프레임(332), 프레임(332)에 결합된 플레이트 조립체(334), 및 플레이트 조립체(334)에 의해 지지되는 적어도 하나의 회전가능 커플러(336)를 포함할 수 있다. 플레이트 조립체(334)는 미리결정된 운동 범위 내에서 프레임(332)에 대해 상하로 이동하도록 구성될 수 있고, 회전가능 커플러(336)는 플레이트 조립체(334)에 대해 상하로 이동 및 회전하도록 유사하게 구성될 수 있다. 멸균 어댑터(330)는 수술 도구 센서(314) 및 출력 구동부(316) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터(330)가 (도 3c에 도시된 바와 같이) 도구 구동기(310) 및 수술 도구(350)에 부착된 경우, 프레임(332)은 도구 구동기(310)와 수술 도구(350) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 회전가능 커플러(336)는 도구 구동기(310)의 출력 구동부(316)에 의해 생성된 토크를 수술 도구(350)에 전달하도록 구성될 수 있다.
프레임(332)은 제2 광학 도파관(340)을 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 광학 도파관(340)은 프레임(332)의 외부 표면을 따라 (예컨대, 멸균 어댑터(330)의 길이방향 측부 부분을 따라, 프레임(332)의 주연부의 적어도 일부분 둘레에, 등으로) 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 도파관(340)은 적어도 부분적으로 프레임(332)의 제1 측부(예컨대, 좌측) 상으로 그리고 적어도 부분적으로 프레임(332)의 제2 측부(예컨대, 우측) 상으로 연장되는 스트립을 포함할 수 있다. 스트립은 추가로, 제2 광학 도파관(340)의 제1 및 제2 측부들을 결합시키도록 프레임(332)의 원위 측부 상으로 적어도 부분적으로 연장될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제2 광학 도파관(340)은 프레임(332)과 동일 높이에 있을 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 다수의 시점으로부터 동시에 용이하게 관찰되도록 프레임(332) 상에 위치될 수 있다.
제2 광학 도파관(340)은 제1 광학 도파관(320)의 출력부로부터 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 도파관(340)은 도구 구동기(310)에 대한 멸균 어댑터(330)의 부착 시 도구 구동기(310)로부터 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있어서, 제2 광학 도파관(340)이 도구 구동기(310)로부터 방출되어 제1 광학 도파관(320)에 의해 제2 광학 도파관(340)으로 전파된 광을 통해 광을 분배하게 (예를 들어, 조명되게) 할 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 제1 광학 도파관(320)으로부터 수신된 광의 미리결정된 부분을 방출하고 광의 나머지 부분을 수술 도구(350)(도 3c에 도시됨)의 제3 광학 도파관(360)으로 전파하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 조명원으로부터 방출된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제3 광학 도파관(360)은 조명원으로부터 방출된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 조명원으로부터 방출된 광의 약 50%를 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 (예컨대, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제1 광학 도파관과 제2 광학 도파관 사이의 정합과 유사한 방식으로) 제3 광학 도파관(360)의 대응하는 입력부와 물리적으로 정합하도록 구성된 하나 이상의 출력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 도파관(340)의 출력부와 제3 광학 도파관(360)의 대응하는 입력부 사이의 정합은 상보적이고 대응하는 특징부들(예컨대, 상호잠금 탭, 탭-슬롯 정렬 특징부, 정합가능한 리지 및 홈 인터페이스들, 및/또는 다른 적합한 정합 특징부들 등)에 의해 용이하게 될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)의 하나 이상의 출력부는 멸균 어댑터 및 수술 도구가 서로 적절하게 (예컨대, 완전히 그리고 작동식으로) 결합 또는 부착되는 경우에만 제3 광학 도파관(360)의 대응하는 입력부와 물리적으로 정합할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(350)가 멸균 어댑터(330)에 단지 부분적으로 결합 또는 부착되는 경우, 제2 광학 도파관(340)과 제3 광학 도파관(360)은 오정렬될 수 있고, 그에 의해 제2 광학 도파관(340)으로부터 제3 광학 도파관(360)으로의 광 전파를 방지함으로써, 수술 도구(350)가 멸균 어댑터(330)에 적절하게 부착되지 않는다는 시각적 표시자를 제공할 수 있다.
수술 도구(350)가 멸균 어댑터(330)에 부착되고 멸균 어댑터(330)가 도구 구동기(310)에 부착된 경우, 도구 구동기(310)의 조명원으로부터 방출된 광은 제1, 제2 및 제3 광학 도파관들(320, 340, 360)을 통해 전파될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 제1 광학 도파관(320)으로부터 수신된 실질적으로 모든 광을 방출할 수 있다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터(330)는 제2 광학 도파관(340)이 제2 조명원에 의해 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있도록 제2 조명원(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제2 광학 도파관(340)은 도구 구동기(310)의 제1 조명원이 아니라 제2 조명원으로부터만 광을 수신할 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 조명원은 배터리로 전력공급될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 제2 조명원으로부터 수신된 광의 미리결정된 부분을 방출하고 광의 나머지 부분을 제3 광학 도파관(360)으로 전파하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 도파관(340)은 제2 조명원으로부터 수신된 광의 약 10% 내지 약 100%를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 변형예에서, 제2 광학 도파관(340)은 수신된 광의 약 50%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제3 광학 도파관(360)은 제2 조명원으로부터 방출된 광의 약 50%를 수신하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 광학 도파관(340) 및 제2 조명원은 광을 제1 광학 도파관(320) 및 제3 광학 도파관(360)으로 전파하도록 구성될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제2 광학 도파관(320)은 수신된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제1 및 제3 광학 도파관들(320, 360)은 각각 제2 조명원으로부터 방출된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터(330)는 도구 구동기의 적어도 일부분(예를 들어, 도구 구동기의 원위 단부, 제1 광학 도파관 등)에 대한 제2 광학 도파관(340)의 물리적 부착 시 제2 조명원을 활성화하도록 구성된 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는, 예를 들어, 전도성 접촉 스위치, 기계식 접촉 스위치(예컨대, 슬라이드 스위치) 등일 수 있다. 따라서, 제2 광학 도파관(340)은 도구 구동기(310) 및 멸균 어댑터(330)가 서로 적절하게 (예컨대, 완전히 그리고 작동식으로) 결합 또는 부착되고 스위치가 활성화되는 경우에만 제2 조명원으로부터 수신된 광을 방출할 수 있다.
C. 수술 도구
도 3c는 멸균 어댑터(330) 및 도구 구동기(310)에 결합된 수술 도구(350)의 사시도이다. 일부 변형예에서, 수술 도구(350)는 부착 상태를 조작자에게 전달하기 위한 제3 광학 도파관(360)을 포함할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 수술 도구(350)는 멸균 어댑터(330)에 결합하도록 구성된 제2 하우징(352)을 포함할 수 있다. 수술 도구(350)는 제2 하우징(352)에 의해 지지되고 도구 구동기(310)의 출력 구동부로부터 전달되는 토크를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 입력 구동부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 수술 도구(350)는, 제2 하우징(352)으로부터 연장될 수 있고 적어도 하나의 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있는 엔드 이펙터(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다.
제2 하우징(352)은 제2 광학 도파관(340)으로부터 광을 수신하도록 구성된 제3 광학 도파관(360)을 포함할 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 제3 광학 도파관(360)은 제2 하우징(352)의 외부 표면을 따라 배치될 수 있다(예컨대, 멸균 어댑터(330)의 제2 광학 도파관(340)에 폭방향으로 그리고 그에 수직으로 연장됨). 예를 들어, 제3 광학 도파관(360)은 적어도 부분적으로 제2 하우징(352)의 제1 측부(예컨대, 좌측) 상으로 그리고 적어도 부분적으로 제2 하우징(352)의 제2 측부(예컨대, 우측) 상으로 연장되는 스트립을 포함할 수 있다. 스트립은 추가로, 제3 광학 도파관(360)의 제1 및 제2 측부들을 결합시키도록 제2 하우징(352)의 제3 측부(예컨대, 상부 면) 상으로 적어도 부분적으로 연장될 수 있다.
제3 광학 도파관(360)은 멸균 어댑터(330)의 제2 광학 도파관(340)의 출력부로부터 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 광학 도파관(360)은 멸균 어댑터(330)가 도구 구동기(310)에 부착되는 경우에 멸균 어댑터(330)에 대한 수술 도구(350)의 부착 시 도구 구동기(310)로부터 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있어서, 제3 광학 도파관(360)이 도구 구동기(310)로부터 방출되어 제1 광학 도파관(320) 및 제2 광학 도파관(340)에 의해 제3 광학 도파관(360)으로 전파된 광을 통해 광을 분배하게 (예를 들어, 조명되게) 할 수 있다. 다시 말하면, 수술 도구(350)가 멸균 어댑터(330)에 부착되고 멸균 어댑터(330)가 도구 구동기(310)에 부착된 경우, 도구 구동기(310)의 조명원으로부터 방출된 광은 제1, 제2 및 제3 광학 도파관들(320, 340, 360)을 통해 전파될 수 있다. 일부 변형예에서, 제3 광학 도파관(360)은 제2 광학 도파관(340)으로부터 수신된 실질적으로 모든 광을 방출할 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구(350)는 제3 광학 도파관(360)이 제3 조명원에 의해 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있도록 제3 조명원(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제3 광학 도파관(360)은 제1 조명원 및/또는 제2 조명원이 아니라 제3 조명원으로부터만 광을 수신할 수 있다. 일부 변형예에서, 제3 조명원은 도 8을 참조하여 상세히 설명되는 바와 같이 전자 디바이스를 사용하여 무선으로 전력공급될 수 있거나 배터리로 전력공급될 수 있다. 일부 변형예에서, 제3 광학 도파관(360)은 제3 조명원으로부터 방출된 실질적으로 모든 광을 방출할 수 있다. 일부 변형예에서, 제3 광학 도파관(360)은 제3 조명원으로부터 수신된 광의 미리결정된 부분을 방출하고 광의 나머지 부분을 제1 및/또는 제2 광학 도파관들(320, 340)로 전파하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 광학 도파관(360)은 제3 조명원으로부터 수신된 광의 약 10% 내지 약 100%를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 다른 변형예에서, 제3 광학 도파관(360)은 방출된 광의 약 50%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제2 광학 도파관(340)은 제3 조명원으로부터 방출된 광의 약 50%를 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 제3 광학 도파관(360) 및 제3 조명원은 광을 제2 및/또는 제1 광학 도파관들(340, 320)로 전파하도록 구성될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 제3 광학 도파관(360)은 방출된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있고, 제1 및 제2 광학 도파관들(320, 340)은 각각 제3 조명원으로부터 방출된 광의 약 33%를 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구(350)는 멸균 어댑터의 적어도 일부분(예를 들어, 멸균 어댑터의 원위 단부, 제2 광학 도파관 등)에 대한 제3 광학 도파관(360)의 물리적 부착 시 제3 조명원을 활성화하도록 구성된 스위치를 포함할 수 있다. 스위치는, 예를 들어, 전도성 접촉 스위치, 기계식 접촉 스위치(예컨대, 슬라이드 스위치) 등일 수 있다. 따라서, 제3 광학 도파관(360)은 수술 도구(350) 및 멸균 어댑터(330)가 서로 적절하게 (예컨대, 완전히 그리고 작동식으로) 결합 또는 부착되고 스위치가 활성화되는 경우에만 제3 조명원으로부터 수신된 광을 방출할 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기(310), 멸균 어댑터(330), 및 수술 도구(350)의 광학 도파관들은 부착된 디바이스 구성요소의 식별을 돕기 위해 시스템의 상이한 부분들을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 광학 도파관(320)은 도구 구동기(310)의 단부에 배치될 수 있고, 제2 광학 도파관(340)은 멸균 어댑터(330)의 길이를 따라 배치될 수 있고, 제3 광학 도파관(360)은 제2 광학 도파관(340)에 수직으로 그리고 수술 도구(350)의 상부를 가로질러 배치될 수 있다. 다른 변형예에서, 3개의 광학 도파관이 원위 단부, 중간 부분, 및 근위 단부에 각각 배치될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 하나 이상의 광학 도파관이 로봇 아암, 디스플레이, 수술 플랫폼 등 중 하나 이상을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암의 하나 이상의 부분 상에 배치된 광학 도파관은 로봇 아암의 부착 상태를 도구 구동기에 전달하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 수술 플랫폼은 플랫폼의 상부 표면의 주연부를 따라 배치되는 하나 이상의 광학 도파관을 포함할 수 있고, 로봇 수술 시스템의 작동 상태, 부착 상태, 시술 상태 등 중 하나 이상을 전달하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 광학 도파관들 중 임의의 것이 시스템의 구성요소들 중 임의의 것의 상태를 전달할 수 있다.
수술 도구 센서
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 도구 구동기는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태(예컨대, 부분 부착, 완전 부착, 부분 탈거, 완전 탈거, 부적절한 부착)에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 수술 도구 센서는 도구 구동기에 대한 수술 도구의 근접도를 직접적으로 또는 간접적으로 결정하는 데 사용될 수 있다. 부착 상태는 도구 구동기를 제어하는 데 사용될 수 있고/있거나 조작자에게 통지될 수 있다. 수술 도구 센서는, 예를 들어, 도구 구동기에 대한 수술 도구의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있는 근접 센서일 수 있다. 예를 들어, 수술 도구 센서는 도구 구동기 하우징의 표면으로부터 멀리 수술 도구를 향해 편의되도록 구성된 하나 이상의 돌출부(예컨대, 원통형 페그) 내에 배치될 수 있다. 멸균 어댑터가 부착을 위해 도구 구동기에 결합되는 경우, 돌출부는 플레이트 조립체를 상향으로 그리고 도구 구동기로부터 멀리 가압하기 위해 멸균 어댑터와 접촉하도록 구성될 수 있다. 수술 도구가 멸균 어댑터에 부착되는 경우, 수술 도구는 도구 구동기를 향해 플레이트 조립체를 가압하여 돌출부 높이를 감소시킬 것이다. 수술 도구 센서를 돌출부들 중 하나 이상 내에 배치함으로써, 돌출부의 높이의 변화 및 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호가 생성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착하도록 구성된 도구 구동기(400)의 예시적인 변형예의 예시도이다. 도 4a는 도구 구동기(400)의 평면도이다. 도구 구동기(400)는 멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착하도록 구성된 제1 하우징(402)을 포함할 수 있다. 도구 구동기(400)는 제1 하우징(402)에 의해 지지되는 하나 이상의 회전가능 출력 구동부(410)를 포함할 수 있는데, 여기서 출력 구동부(410)는 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 출력 구동부(410)들 중 하나 이상은 출력 구동부(410)의 토크의 변화를 결정하는 데 사용되는 하나 이상의 센서 신호를 생성하도록 구성된 회전 출력 인코더(460) 및 토크 센서(440) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터 센서는 토크 센서(440) 및 회전 출력 인코더(460)(도 4b 및 도 4c) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 토크의 변화는 멸균 어댑터의 회전가능 커플러와 도구 구동기(400)의 회전가능 출력 구동부(410) 사이의 결합의 변화(예컨대, 부착, 탈거)에 대응할 수 있다. 도 4a는 양측방향으로 대칭인 배열로 제1 하우징(402)의 표면 상에 배열된 6개의 출력 구동부(410)를 도시한다. 유사하게, 4개의 돌출부(420)가 양측방향으로 대칭인 배열로 배열될 수 있고, 출력 구동부(410)의 쌍들 사이에 또한 배치될 수 있다. 이러한 배열은 도구 구동기(400)에 대한 멸균 어댑터 및 도구 구동기 중 하나 이상의 것의 측방향 및/또는 종방향 오정렬의 검출을 도울 수 있다. 돌출부(420) 각각으로부터의 센서 신호는 부착 데이터를 생성하기 위해 함께 사용될 수 있다. 도 4a가 6개의 회전 출력 구동부(410) 및 4개의 돌출부(420)를 갖는 도구 구동기를 도시하지만, 다른 변형예에서, 도구 구동기는 더 적거나 더 많은 출력 구동부(410) 및/또는 돌출부(420)를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 도구 구동기(400)는, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되고 2017년 11월 3일자로 출원되고 발명의 명칭이 "TOOL DRIVER WITH LINEAR DRIVES FOR USE IN ROBOTIC SURGERY"인 미국 특허 출원 제15/803,659호에서 설명되는 바와 같은, 적어도 하나의 선형 출력 구동부(예컨대, 축방향 이동 출력을 제공하는 구동부)를 포함할 수 있다.
도구 구동기(400)의 일부 변형예가 수술 도구 센서(424)를 갖는 단일 돌출부(420)를 포함할 수 있지만, 복수의 이격된 제1 수술 도구 센서(424)는 시스템이 멸균 어댑터 프레임에 대한 플레이트 조립체의 배향을 결정하게 할 수 있다. 즉, 멸균 어댑터와 도구 구동기(400) 사이의 부착 상태의 정보는 복수의 제1 수술 도구 센서를 사용함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어, 수술 도구는 4개 미만의 돌출부(420)가 미리결정된 높이에 이르기까지 가압될 때 멸균 어댑터 및 도구 구동기(400)에 부적절하게 부착될 수 있다. 제4 돌출부가 더 높은 위치에 있는 상태에서 단지 3개의 돌출부만이 하향으로 가압되면, 제1 수술 도구 센서(424)에 의해 출력되는 센서 신호는 수술 도구가 멸균 어댑터에 대해 비스듬한(askew) 부적절한 부착 상태에 대응할 수 있다. 이러한 위치에서, 회전가능 커플러(410)들 중 하나 이상은 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하지 못할 수 있다.
도 4b 및 도 4c는 도 4a에 도시된 H-H 선을 따른 도구 구동기(400)의 측단면도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 도구 구동기(400)는 제1 하우징(402)에 의해 지지되는 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부(410), 및 제1 하우징(402)의 표면으로부터 연장되고 그 표면으로부터 멀리 편의되도록 구성되는 적어도 하나의 돌출부(420)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 돌출부(420)는 도구 구동기(400)와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함하는 센서 신호를 생성하도록 구성된 제1 수술 도구 센서(424)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 수술 도구 센서(424)는 돌출부(420)의 제2 단부에 대한 돌출부(420)의 제1 단부의 근접도를 결정하도록 구성된 근접 센서일 수 있다. 도 4d 및 도 4e에 도시된 바와 같이, 근접 센서는 제1 하우징(402)의 외부 면 상에 배치된 돌출부(420)의 제1 단부에 결합된 자석(422), 및 제1 하우징(402)의 내부 면 상에 배치된 돌출부(420)의 제2 단부에 결합된 자기장 트랜스듀서(425)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 자기장 트랜스듀서는 아날로그 센서일 수 있다. 일부 변형예에서, 돌출부(420)는 돌출부(420)의 제1 단부를 제1 하우징(402)으로부터 멀리 편의시키도록 구성된 순응성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 순응성 재료는 돌출부(420)의 제1 단부와 제1 하우징(402)의 표면 사이에 결합된 코일 스프링(414)(도 4d 및 도 4e)일 수 있다. 다른 변형예에서, 돌출부(420)는 판 스프링을 포함할 수 있다.
도 4a, 도 4b 및 도 4d는 돌출부(420)가 하우징(402)의 표면으로부터 멀리 완전히 편의된 제1 구성의 돌출부(420)를 도시한다. 예를 들어, 제1 구성에서, 돌출부(420)는 멸균 어댑터 또는 수술 도구 중 어느 하나와 접촉하지 않는다. 돌출부(420)의 제1 구성은, 예를 들어, 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 탈거 상태에 대응한다. 도 4a, 도 4c 및 도 4e는, 예컨대 수술 도구와 멸균 어댑터의 부착(도시되지 않음)으로부터의 압축력으로 인해 돌출부(420)가 제1 하우징(402)의 표면을 향해 완전히 후퇴되는 제2 구성의 돌출부(420)를 도시한다. 돌출부(420)의 제2 구성은, 예를 들어, 멸균 어댑터 및/또는 수술 도구의 부착 상태에 대응한다.
일부 변형예에서, 부착 상태는 시간 경과에 따른 돌출부(420)의 위치에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1 수술 도구 센서(420)가 미리결정된 시간 동안 제1 또는 제2 구성에 있는 경우, 센서 신호는 탈거 상태 또는 부착 상태에 대응할 수 있다. 멸균 어댑터는 돌출부(420)가 제1 구성으로부터 제2 구성으로 그리고 다시 제1 구성으로 신속하게 전이되는 경우에 부분 부착 상태에 있을 수 있다. 예를 들어, 조작자는 멸균 어댑터를 돌출부(420) 위로 회전시켜 제2 구성을 향해 돌출부를 가압함으로써 멸균 어댑터를 도구 구동기에 부착할 수 있다. 일단 멸균 어댑터의 프레임이 도구 구동기 내로 래칭되면, 돌출부(420)는 제1 구성을 향해 편의될 수 있다.
일부 변형예에서, 돌출부의 근접 센서는 홀 효과 센서를 포함할 수 있다. 자석은 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 자석은 영구 자석, 강자성 자석, 및 상자성 자석일 수 있고, 알루미늄, 백금, 철, 니켈, 코발트, 구리, 티타늄, 이들의 합금 또는 조합 등으로 제조될 수 있다.
일부 변형예에서, 도구 구동기는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하기 위해 사용되는 수술 도구의 위치를 직접 감지하도록 구성된 적어도 하나의 제2 수술 도구 센서를 포함할 수 있다. 도 5a는 제1 하우징(512), 한 세트의 출력 구동부(514), 제1 하우징(512)의 표면 상에 배치된 한 세트의 돌출부(516), 제1 하우징(512)의 원위 단부 상에 배치된 멸균 어댑터 센서(518), 및 제1 하우징(512)의 근위 단부(522)를 포함하는 도구 구동기(510)의 평면도이다. 일부 변형예에서, 전자 디바이스(도시되지 않음)가 근위 단부(522) 내에 도시될 수 있다. 도 5b는 도 5a에 도시된 M-M 선을 따른 도구 구동기(500)의 측단면도이다. 도 5b는 제1 하우징(512)의 원위 단부 내에 배치된 제2 수술 도구 센서(520)를 도시한다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터는 도구 구동기(510)의 원위 단부 상에 멸균 어댑터의 원위 단부를 부착하기 전에 도구 구동기의 근위 단부(522) 상에 멸균 어댑터의 근위 단부를 부착함으로써 도구 구동기(510)에 부착되도록 구성될 수 있다. 마찬가지로, 수술 도구의 원위 단부를 멸균 어댑터의 원위 단부 상에 부착하기 전에 수술 도구의 근위 단부가 멸균 어댑터의 근위 단부에 부착될 수 있다. 따라서, 도구 구동기(510)의 제2 수술 도구 센서(520)가 수술 도구의 원위 단부의 존재를 감지하는 경우, 센서 신호는 수술 도구와 멸균 어댑터와 도구 구동기(510) 사이의 부착에 대응할 수 있다.
도 5c는 도 5b에 도시된 도구 구동기(510)의 상세 측단면도이고, 제2 수술 도구 센서(520)의 센서 범위 내의 수술 도구(530)의 원위 단부를 도시한다. 도 5c에서, 제2 수술 도구 센서(520)가 도구 구동기(510)의 제1 하우징(512)의 원위 단부 내에 배치될 수 있다. 일부 변형예에서, 제2 수술 도구 센서(520)는 근접 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근접 센서는 홀 효과 센서와 같은 자기장 트랜스듀서일 수 있다. 제2 수술 도구 센서(520)의 반대편에서, 수술 도구(530)의 원위 단부는 멸균 어댑터(명료함을 위해 도시되지 않음)에 부착되도록 구성된 제2 하우징(532)을 포함할 수 있다. 수술 도구(530)의 제2 하우징(532)은 멸균 어댑터 내의 대응하는 리세스와 정합하도록 구성된 자기 돌출부(542)를 포함할 수 있다. 자기 돌출부(542)는 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 자석을 포함할 수 있다. 자기 돌출부(542)는 제1 테이퍼진 표면(544) 및 제1 테이퍼진 표면(544)에 반대편인 제2 테이퍼진 표면(546)을 포함할 수 있다.
멸균 어댑터 결합 특징부(540)는 자기 돌출부(542)를 포함하는 수술 도구(530)의 원위 단부를 포함할 수 있다. 자기 돌출부(542)는 수술 도구(530)의 표면으로부터 연장될 수 있고, 멸균 어댑터의 부분 위에서 활주하도록 구성될 수 있고, 멸균 어댑터의 리세스 내에 배치될 수 있는데, 이는 도 6a 및 도 6b를 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같다. 본 명세서에 논의되는 바와 같이, 수술 도구(530)는 수술 도구(530)의 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 입력 구동부를 포함할 수 있고, 도구 구동기(510)의 출력 구동부(514)로부터 멸균 어댑터를 통해 전달되는 토크를 수용하도록 구성될 수 있다. 엔드 이펙터(도시되지 않음)가 수술 도구 하우징으로부터 연장될 수 있고, 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 원하는 배향으로 수술 도구(620)를 멸균 어댑터(610)에 정합시키기 위한 대응하는 결합 특징부를 포함하는 멸균 어댑터(610) 및 수술 도구(620)의 측단면도이다. 예를 들어, 하나 이상의 결합 특징부는 조작자가 수술 도구의 원위 단부를 멸균 어댑터의 근위 단부에 부착하는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구(620)의 멸균 어댑터 결합 특징부(640)는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 자석을 포함하고 도구 구동기의 제2 수술 도구 센서(690)에 의해 직접 감지되도록 구성된 자기 돌출부(642)(도 6b 참조)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 수술 도구 센서(690)는 유도성 센서, 광학 센서, 자기 센서, 전도성 접촉 스위치, 및/또는 기계식 접촉 스위치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 수술 도구(620)는, 수술 도구(620)의 표면으로부터 돌출될 수 있고 멸균 어댑터(610)의 표면과 결합하도록 구성될 수 있는 멸균 어댑터 결합 특징부(640)를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 결합 특징부(640) 및 수술 도구 결합 특징부(650)는 수술 도구(620) 및 멸균 어댑터(610)의 각각의 원위 단부에 배치될 수 있다. 멸균 어댑터(610)는 프레임(670)에 결합된 플레이트 조립체(680), 및 플레이트 조립체(680) 내에 배치되고 멸균 어댑터 결합 특징부(640)와 정합하도록 구성된 수술 도구 결합 특징부(650)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구(620)의 근위 단부는, 도 8을 참조하여 더 상세히 논의되는 바와 같이, 수술 도구(620)의 전자 통신 디바이스를 지지하도록 구성된 돌출부를 포함할 수 있다.
도 6b는 수술 도구(620) 및 멸균 어댑터(610)의 원위 단부의 상세 단면도이다. 본 명세서에 논의된 바와 같이, 멸균 어댑터 결합 특징부(640)는 멸균 어댑터(620)의 표면으로부터 돌출될 수 있다. 이들 변형예 중 일부에서, 멸균 어댑터 결합 특징부(640)는 제1 테이퍼진 표면(644) 및 제1 테이퍼진 표면(644)에 반대편인 제2 테이퍼진 표면(646)을 포함하는 자기 돌출부(642)를 포함할 수 있다. 테이퍼진 표면(644, 646)은, 자기 돌출부(642)가 수술 도구 결합 특징부(650)와 정합할 (예를 들어, 그 내로 활주할) 때까지 수술 도구(620)가 멸균 어댑터(610)의 하나 이상의 부분 위에서 활주하게 하도록 경사질 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터 결합 특징부(640)는 사다리꼴 형상을 포함할 수 있다. 수술 도구 결합 특징부(650)는 멸균 어댑터 결합 특징부(640)를 보유하고 멸균 어댑터(610)에 대한 수술 도구(620)의 이동을 제한하도록 구성된 리세스를 포함할 수 있다. 리세스는 출력 구동 디스크(682)의 원위에 있을 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 도구 구동기의 제2 수술 도구 센서(690)는 수술 도구 결합 특징부(650)와 중첩될 (예컨대, 그 아래에 배치될) 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구(620) 및 멸균 어댑터(610)는 복수의 이격된 결합 특징부를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 수술 도구 결합 특징부(640)는 리세스를 포함할 수 있는 한편, 멸균 어댑터(650)는 돌출부를 포함할 수 있다.
멸균 어댑터 센서
일부 변형예에서, 도구 구동기는 멸균 어댑터가 도구 구동기에 완전히 부착되는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터 센서는 멸균 어댑터가 도구 구동기의 원위 부분 상으로 물리적으로 래칭되는 경우에 센서 신호를 생성할 수 있다. 센서 신호는 도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 부착 상태(예를 들어, 완전 부착, 완전 탈거)에 대응할 수 있다. 도구 구동기 및 멸균 어댑터는 각각 멸균 어댑터와 도구 구동기 사이의 일방향 결합만을 허용하도록 구성될 수 있다. 즉, 멸균 어댑터 및 도구 구동기의 근위 단부들이 서로 정합되지 않는 한, 멸균 어댑터의 원위 단부는 도구 구동기와 결합하지 (예를 들어, 그 내에 래칭되지) 않을 것이다. 부착 상태는 도구 구동기를 제어하고/하거나 조작자에게 시스템의 부착 상태를 통지하는 데 사용될 수 있다. 멸균 어댑터 센서는, 예를 들어, 멸균 어댑터와의 물리적 접촉 시 센서 신호를 생성하도록 구성된 스위치 센서일 수 있다.
일부 변형예에서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 제1 하우징(402)은 제1 하우징(402)의 원위 단부에 배치된 멸균 어댑터 센서(430)를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 센서(430)는 도구 구동기(400)와 멸균 어댑터(명료함을 위해 도시되지 않음) 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 멸균 어댑터 센서의 변형예가 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 본 명세서에서 더 상세히 설명되어 있다. 일부 변형예에서, 제1 하우징(402)의 근위 단부(470)는 도 8을 참조하여 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 도구 구동기(400)의 전자 통신 디바이스를 지지하도록 구성될 수 있다.
도 7a는 멸균 어댑터(720)에 결합된 도구 구동기(710)의 평면도이다. 멸균 어댑터(720)는 프레임(722)에 결합된 플레이트 조립체(724)를 포함할 수 있다. 프레임(722)은 도구 구동기(710)와 수술 도구(명료함을 위해 도시되지 않음) 사이에 개재되도록 구성될 수 있다. 한 세트의 회전가능 커플러(726)가 플레이트 조립체(724)에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기(710)의 출력 구동부(714)로부터 수술 도구로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
도 7b 및 도 7c는 도 7a의 K-K 선을 따른 멸균 어댑터(720) 및 도구 구동기(710)의 측단면도이다. 도구 구동기(710)는 멸균 어댑터(720)에 결합하도록 구성된 하우징(712)을 포함할 수 있다. 하우징(712)은 멸균 어댑터(720) 상의 대응하는 도구 구동기 결합 특징부(750)와 정합가능한 멸균 어댑터 결합 특징부(740)를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 센서(730)는 멸균 어댑터 결합 특징부(740)에 결합될 수 있고, 도구 구동기 결합 특징부(750)가 그의 대응하는 멸균 어댑터 결합 특징부(740)와 정합되는 경우에 센서 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 즉, 멸균 어댑터 센서(730)는 멸균 어댑터가 도구 구동기에 단단히 부착될 때까지 센서 신호를 생성하지 않는 위치에 배치된다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터 결합 특징부(740) 및 멸균 어댑터 센서(730)는 각각 회전가능 출력 구동부(714)에 수직인 도구 구동기 하우징의 측부 상의 도구 구동기(710)의 원위 단부 상에 배치될 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 멸균 어댑터 결합 특징부(740)는 돌출부를 포함할 수 있고, 도구 구동기 결합 특징부(750)는 리세스를 포함할 수 있다. 돌출부는 멸균 어댑터(720)가 돌출부 위에서 활주하게 하도록 구성될 (예를 들어, 테이퍼질) 수 있다. 이어서, 돌출부는 도구 구동기 결합 특징부(750)의 리세스와 정합할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터 결합 특징부(740)의 돌출부는 일 측부 상의 테이퍼진 표면 및 테이퍼진 표면에 반대편의 평탄한 표면을 포함할 수 있다. 도구 구동기 결합 특징부(750)의 리세스는 도구 구동기(710)에 대한 멸균 어댑터(720)의 이동을 제한하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 플레이트 조립체(724)의 평면으로부터 수직으로 돌출되고 도구 구동기 결합 특징부(750)를 포함하는 프레임(722)의 원위 부분은 조작자가 각각의 결합 특징부를 사용하여 멸균 어댑터를 도구 구동기에 정합시키는 것을 도울 수 있는 순응성 재료를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기(710) 및 멸균 어댑터(720)는 복수의 이격된 결합 특징부를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터 결합 특징부(740)는 리세스를 포함할 수 있는 한편, 도구 구동기 결합 특징부(740)는 돌출부를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터 결합 특징부(740) 및 도구 구동기 결합 특징부(750)를 회전가능 플레이트 조립체(724)로부터 더 멀리 배치함으로써 결합 특징부(740, 750)의 정합이 도구 구동기(710)에 대한 멸균 어댑터(720)의 적절한 부착에 대응하는 것을 보장하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 결합 특징부(740, 750)는 멸균 어댑터(720)가 도구 구동기(720)에 부착되는 경우에 서로 결합하는 멸균 어댑터(720) 및 도구 구동기(710)의 최종 부분들인 것이 바람직하다.
일부 변형예에서, 멸균 어댑터 센서(730)는 멸균 어댑터 결합 특징부(740)와 도구 구동기 결합 특징부(750) 사이의 부착을 검출하도록 구성된 근접 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 근접 센서는 전도성 접촉 스위치, 기계식 접촉 스위치(예컨대, 슬라이드 스위치), 홀 효과 센서, 힘 센서, 광학 센서, 이들의 조합 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 7c에서, 멸균 어댑터 센서(730)는 스위치(732)를 포함할 수 있는데, 스위치(732)는 자신을 초기 리셋 위치로 편의시키도록 구성된 토션 스프링을 포함한다. 일부 변형예에서, 스위치(732)는 결합 특징부(740, 750)가 정합할 때 스위치(732)가 눌려지도록 멸균 어댑터 결합 특징부(740)에 인접하게 배치될 수 있다.
전자 디바이스
일부 변형예에서, 도구 구동기 및 수술 도구 중 적어도 하나는 데이터를 서로 송신하도록 구성된 하나 이상의 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 대체적으로, 도구 구동기 및 수술 도구는 수술 도구가 멸균 어댑터 및 도구 구동기에 부착되는 경우에 서로 매우 근접한 각각의 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 통신 성능은 도구 구동기 및 수술 도구 내의 통신 디바이스의 배치에 적어도 부분적으로 좌우될 수 있다. 예를 들어, 전자 통신 디바이스들 사이의 거리를 최소화함으로써 신호 대 잡음비(SNR) 및 전력 효율 중 하나 이상을 개선할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 디바이스들은 무선 전력 전송 시스템을 포함할 수 있다.
A. 도구 구동기
일부 변형예에서, 도구 구동기는 수술 도구의 대응하는 전자 통신 디바이스와 무선으로 통신하도록 구성된 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 이는 시스템이 수술 도구로 다수의 기능을 수행하게 할 수 있다. 예를 들어, 도구 구동기는 수술 도구와 통신하여, 수술 도구를 식별 및 인증하거나, 호환성을 결정하거나, 도구 사용 정보(예컨대, 로그 데이터)를 다운로드하거나, 수술 도구의 설정을 구성하거나, 교정 데이터를 전달하거나 하는 등을 할 수 있다. 도 8은 멸균 어댑터(840)를 통해 수술 도구(850)에 결합된 도구 구동기(810)의 변형예의 측단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 도구 구동기(810)는 멸균 어댑터(840)를 통해 수술 도구(850)에 부착하도록 구성된 제1 하우징(812)을 포함할 수 있다. 도구 구동기(810)는 각각이 제1 하우징(812)에 의해 지지되는 대응하는 회전가능 출력 구동 디스크(820)에 결합된 적어도 하나의 출력 구동부(822)를 추가로 포함할 수 있다. 출력 구동부(822)는 멸균 어댑터(840)를 통해 수술 도구(850)의 입력 구동부(도시되지 않음)에 토크를 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 하우징(812)은 실질적으로 출력 구동 디스크(820)의 평면 내에 배치되는 제1 전자 통신 디바이스(830)를 포함할 수 있다. 제1 전자 통신 디바이스(830)는 수술 도구(850)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다.
일부 변형예에서, 제1 하우징(812)의 근위 단부는 제1 통신 부분(814) 내에 제1 통신 디바이스(814)를 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 하우징(812)의 근위 단부는 돌출부(예컨대, 제1 통신 부분(814))를 포함할 수 있다. 출력 구동 디스크(830) 및 제1 통신 부분(814)은 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다.
일부 변형예에서, 전자 통신 디바이스는 수신기, 송신기, 및/또는 광학 (예컨대, 적외선) 수신기 및 송신기 중 하나 이상을 포함하는 무선주파수(RF) 회로부(예를 들어, RF 송수신기)를 포함하는 무선 통신 보드를 포함할 수 있다. RF 회로부는 수술 도구 및 다른 디바이스로부터 RF 신호(예를 들어, 전자기 신호)를 수신 및 송신할 수 있다. RF 회로부는 전기 신호와 전자기 신호 사이를 변환하고, 전자기 신호를 사용하여 다른 통신 디바이스와 통신한다. RF 회로부는 안테나 시스템, RF 송수신기, 하나 이상의 증폭기, 튜너, 하나 이상의 발진기, 디지털 신호 프로세서, 코덱(CODEC) 칩셋, SIM(subscriber identity module) 카드, 메모리 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
전자 통신 디바이스를 사용하는 단거리 무선 통신은 Bluetooth, NFC(near-field communication), 및 RFID(radio-frequency identification)를 포함하지만 이로 제한되지 않는 하나 이상의 통신 표준, 프로토콜 및 기술을 이용할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 통신 디바이스는 배터리에 의해 전력공급될 수 있다.
B. 멸균 어댑터
일부 변형예에서, 멸균 어댑터는 도구 구동기와 수술 도구 사이에 개재되도록 구성될 수 있고, 그들 각각의 전자 통신 디바이스들 사이의 거리를 최소화하는 방식으로 형성될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 멸균 어댑터(840)는 도구 구동기(810)와 수술 도구(850) 사이에 개재되도록 구성된 프레임(842)을 포함할 수 있다. 프레임(842)은 플레이트 조립체(도 8에 도시되지 않음)에 결합될 수 있다. 멸균 어댑터(840)의 프레임(842)은 수술 도구(850)의 돌출부(854)를 지지하도록 구성된 통신 부분(846)을 포함할 수 있다. 돌출부(854)는 수술 도구(850)가 멸균 어댑터(840)에 부착되고 플레이트 조립체가 도구 구동기(810)를 향해 편의되는 경우에 실질적으로 플레이트 조립체의 평면 내에 있을 수 있다. 따라서, 제2 전자 통신 디바이스(832)가 돌출부(854) 내에 배치되는 경우, 제2 전자 통신 디바이스(832)는 실질적으로 플레이트 조립체의 평면 내에 있을 수 있다. 적어도 하나의 회전가능 커플러(844)가 플레이트 조립체에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기(810)의 출력 구동부(822)로부터 수술 도구(850)의 입력 구동부로 토크를 전달하도록 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 프레임(842)의 근위 단부는 통신 부분(846)을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 통신 부분(846)은 제1 통신 부분(814)의 근위 단부에 부착될 수 있다. 통신 부분(846)은 수술 도구 하우징(852)의 돌출부(854)를 추가로 지지할 수 있다. 일부 변형예에서, 프레임(842)의 통신 부분(846)은 통신 디바이스들(830, 832) 사이의 거리를 감소시키기 위해 프레임(842)의 다른 부분들보다 얇을 수 있다. 일부 변형예에서, 멸균 어댑터(840)의 프레임(842)은 도구 구동기(810) 및 수술 도구(850)의 근위 단부들이 서로 더 가깝게 되게 하도록 통신 부분(846) 없이 형성될 수 있다.
C. 수술 도구
일부 변형예에서, 수술 도구는 도구 구동기의 대응하는 전자 통신 디바이스와 무선으로 통신하도록 구성된 전자 통신 디바이스를 포함할 수 있다. 이는 수술 도구가 다수의 기능을 수행하게 할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구는 도구 구동기와 통신하여 도구 구동기 및/또는 수술 시스템을 식별 및 인증하거나, 호환성을 결정하거나, 교정 데이터를 통신하거나 하는 등을 할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 수술 도구(850)는 멸균 어댑터(840)에 결합하도록 구성된 제2 하우징(852)을 포함할 수 있다. 제2 하우징(852)은 돌출부를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 엔드 이펙터(도시되지 않음)가 제2 하우징(852)으로부터 연장될 수 있고, 수술 도구(850)의 입력 구동부에 작동식으로 결합될 수 있다. 입력 구동부는 제2 하우징(852)에 의해 지지될 수 있고, 도구 구동기(810)의 출력 구동부(822)로부터 멸균 어댑터(840)를 통해 전달되는 토크를 수용하도록 구성될 수 있다. 제2 하우징(852)은 도구 구동기(810)와 무선으로 통신하도록 구성된 제2 통신 디바이스(832)를 포함할 수 있다. 제2 통신 디바이스(832)는 돌출부(854) 내에 배치될 수 있다. 제2 통신 디바이스(832)는 본 명세서에서 설명되는 제1 통신 디바이스(830)와 동일하거나 상이한 구성을 가질 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구(850)의 근위 단부는 돌출부(854)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(850)의 돌출부(854)는 제2 통신 디바이스(832)를 지지하도록 구성될 수 있다. 출력 구동 디스크(830) 및 제1 하우징(812)의 근위 단부는 실질적으로 동일한 높이를 가질 수 있다. 돌출부(854) 및 제2 통신 디바이스(832) 중 하나 이상은 회전가능 커플러(844)와 실질적으로 동일한 평면 내에 배치될 수 있다. 수술 도구(850)로부터 멀리 연장되는 돌출부(854) 내에 제2 전자 통신 디바이스(832)를 제공함으로써, 수술 도구의 내부 구성이 전자 통신 디바이스를 수용하도록 변형될 필요가 없다. 일부 변형예에서, 제2 통신 디바이스(832)를 갖는 돌출부(854)는 수술 도구(850)로부터 제거가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(850)를 향하는 돌출부(854)의 표면은 수술 도구(850)의 하측부 및 멸균 어댑터(840)의 프레임(842) 중 하나 이상에 결합하도록 구성된 하나 이상의 체결구(예컨대, 후크)를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 수술 도구(850) 및 멸균 어댑터(840)가 도구 구동기(810)에 부착되는 경우, 제1 통신 디바이스(830)와 제2 통신 디바이스(832) 사이의 거리는 약 10 mm 미만일 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 통신 디바이스(830)와 제2 통신 디바이스(832) 사이의 거리는 약 6 mm 미만일 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 통신 디바이스(830)와 제2 통신 디바이스(832) 사이의 거리는 약 3 mm 내지 약 6 mm일 수 있다. 대체적으로, 멸균 어댑터(840)의 플레이트 조립체는 프레임(842)에 대해 약 5 mm 초과만큼 이동할 수 있다. 전자 통신 디바이스들 사이의 이러한 짧은 거리는 통신 디바이스 및/또는 센서와 같은, 수술 도구의 하나 이상의 디바이스로의 무선 전력 전송을 가능하게 할 수 있다. 일부 변형예에서, 전자 디바이스는 유도성 결합 및 용량성 결합 중 하나 이상을 이용하여 전력을 전송할 수 있다.
III. 시스템
대체적으로, 본 명세서에서 설명되는 로봇 수술 시스템은 로봇 아암, 및 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구에 결합된 대응하는 제어 시스템을 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 센서 신호를 생성하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 이러한 신호는 제어기에 의해 수신될 수 있고, 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 부착 상태에 대응하는 부착 데이터를 생성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 제어 시스템은 부착 데이터를 사용하여 로봇 아암 및 도구 구동기 중 하나 이상을 제어할 수 있다. 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제어기는 네트워크 인터페이스를 사용하여 하나 이상의 네트워크에 결합될 수 있다. 제어기는 사용자 인터페이스를 포함하는 통신 인터페이스에 결합된 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 제어기는 멸균 장벽 형성 공정의 하나 이상의 단계를 자동으로 수행할 수 있고, 따라서, 멸균 어댑터 및 수술 도구를 도구 구동기에 결합시키기 위한 적절한 부착 시퀀스를 따름으로써 수술 도구 스위칭 공정을 개선하고 조작자 오류를 감소시킬 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 로봇 수술 시스템(900)의 변형예의 블록도이다. 시스템(900)은 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 멸균 어댑터(914), 및 수술 도구(916) 중 하나 이상을 제어하도록 구성된 제어 시스템(920)을 포함할 수 있다. 로봇 아암(910)은 원위 단부에 도구 구동기(912), 멸균 어댑터(914), 및 수술 도구(916)(예컨대, 엔드 이펙터) 중 하나 이상이 부착되어 수술 플랫폼(예컨대, 테이블, 베드 등)에 위치될 수 있다. 로봇 아암(910)은 도구 구동기(912)를 위치 및 배향시키도록 작동되는 복수의 링크를 포함할 수 있다. 로봇 아암(916)은 테이블 상에, 카트, 천장, 측벽, 또는 다른 적합한 지지 표면 내에 장착될 수 있다.
일부 변형예에서, 시스템(900)은 도구 구동기(912), 멸균 어댑터(914), 및 수술 도구(916) 중 둘 이상 사이의 부착 상태에 대응하는 센서 신호를 생성하도록 구성되는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서는 도구 구동기에 배치될 수 있고, 멸균 어댑터 및 수술 도구에 대한 도구 구동기의 존재, 결합 및/또는 부착 중 하나 이상을 감지하도록 구성될 수 있다. 도구 구동기(912), 멸균 어댑터(914), 및 수술 도구(916)는 하나 이상의 유선 또는 무선 통신 채널을 통해 제어 시스템(920)에 결합될 수 있다. 임의의 유선 연결부들은 선택적으로 바닥 및/또는 벽 또는 천장 내에 내장될 수 있다. 제어 시스템(920)은 하나 이상의 네트워크(970), 데이터베이스(940), 및/또는 서버(950)에 결합될 수 있다. 네트워크(970)는 하나 이상의 데이터베이스(940) 및 서버(950)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 원격 조작자(도시되지 않음)가 사용자 콘솔(960)(예컨대, 외과의사 브리지)을 통해 하나 이상의 네트워크(970), 데이터베이스(940), 및 서버(950)에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기(912) 및 수술 도구(916) 중 하나 이상은 네트워크(970), 데이터베이스(940), 서버(950) 중 임의의 것에, 또는 서로 직접 결합될 수 있다. 처리, 데이터 생성, 및 분석은 시스템(900)의 디바이스들 중 임의의 하나에서 수행될 수 있거나 복수의 디바이스 전체에 걸쳐 분포될 수 있다.
사용자(예컨대, 외과의사 또는 다른 조작자)는 로봇 아암(910) 및/또는 수술 도구(916)를 원격으로 조작하기 위해 사용자 콘솔(960)을 사용할 수 있다(예컨대, 원격 작동). 사용자 콘솔(960)은 로봇 수술 시스템(900)과 동일한 수술실에, 인접한 또는 인근의 방에 위치될 수 있거나, 또는 상이한 건물, 도시, 국가 등의 원격 위치로부터 원격 작동될 수 있다. 일부 변형예에서, 복수의 사용자 콘솔(960)은, 예를 들어 추가의 수술 도구를 제어하기 위해, 그리고/또는 일차 사용자 콘솔에서의 하나 이상의 수술 도구를 제어하기 위해 제공될 수 있다. 이는, 예를 들어, 외과의사가, 의학생 및 훈련중인 의사와의 외과적 처치 동안 기술을 인계받거나 실증하도록, 또는 다수의 외과의사들이 동시에 또는 협조적인 방식으로 행동하는 것을 요구하는 복잡한 수술 동안에 도움을 주도록 허용할 것이다.
제어 시스템
본 명세서에서 설명되는 바와 같은 도구 구동기, 멸균 어댑터, 및 수술 도구는 하나 이상의 제어 시스템들(예컨대, 컴퓨터 시스템) 및/또는 네트워크에 결합될 수 있다. 도 9b는 제어 시스템(920)의 블록도이다. 제어 시스템(920)은 프로세서(924) 및 메모리(926)를 포함하는 제어기(922)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 제어 시스템(920)은 통신 인터페이스(930) 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 제어기(922)는 통신 인터페이스(930)에 결합되어, 조작자가 제어 시스템(920), 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 수술 도구(916), 센서, 및 시스템(900)의 임의의 다른 구성요소를 원격으로 제어하게 하도록 할 수 있다. 통신 인터페이스(930)는 제어 시스템(920)을 유선 및/또는 무선 네트워크를 통해 다른 시스템(예컨대, 인터넷, 원격 서버, 데이터베이스)에 연결하도록 구성된 네트워크 인터페이스(932)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(930)는 조작자가 제어 시스템(920)을 직접 제어하게 하도록 구성된 사용자 인터페이스(934)를 추가로 포함할 수 있다.
A. 제어기
제어 시스템(920)은, 도 9b에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템(900)(예컨대, 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 수술 도구(916))과 통신 상태에 있는 제어기(922)를 포함할 수 있다. 제어기(920)는 하나 이상의 프로세서(924) 및 하나 이상의 프로세서(924)와 통신 상태에 있는 하나 이상의 기계 판독가능 메모리(926)를 포함할 수 있다. 프로세서(924)는 시스템(900)을 제어하기 위한 조작자 입력 및 메모리(926)로부터 수신된 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(926)는 프로세서(924)가 시스템(900)과 연관된 모듈, 공정 및/또는 기능을 실행하게 하는 명령어를 추가로 저장할 수 있다. 제어기(922)는 유선 및/또는 무선 통신 채널에 의해 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 및 수술 도구(916) 중 하나 이상에 연결될 수 있다. 제어기(922)는 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 수술 도구(916), 통신 인터페이스(930) 등과 같은 시스템(900)의 하나 이상의 구성요소를 제어하도록 구성될 수 있다.
제어기(922)는 다수의 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 시스템 또는 구성과 일관되게 구현될 수 있다. 본 명세서에 개시된 시스템 및 디바이스와 함께 사용하기에 적합할 수 있는 다양한 예시적인 컴퓨팅 시스템, 환경, 및/또는 구성은, 라우팅/연결성 구성요소, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서 기반 시스템, 분산형 컴퓨팅 네트워크, 개인용 컴퓨팅 디바이스, 네트워크 어플라이언스, 휴대용 (예컨대, 핸드헬드) 또는 랩톱 디바이스와 같은 외과의사 브리지, 서버 또는 서버 컴퓨팅 디바이스 내에 있거나 그 상에서 구현되는 소프트웨어 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 휴대용 컴퓨팅 디바이스의 예에는 스마트폰, PDA(personal digital assistant), 셀 폰, 태블릿 PC, 스마트워치 등의 형태를 취하는 웨어러블 컴퓨터, 및 센서를 통해 조작자의 환경과 인터페이싱하고 시각화, 시선 추적, 및 사용자 입력을 위해 헤드 장착형 디스플레이를 사용할 수 있는 휴대용 또는 웨어러블 증강 현실 디바이스가 포함된다.
i. 프로세서
프로세서(924)는 한 세트의 명령어 또는 코드를 수행 및/또는 실행하도록 구성된 임의의 적합한 처리 디바이스일 수 있고, 하나 이상의 데이터 프로세서, 이미지 프로세서, 그래픽 처리 유닛, 물리적 처리 유닛, 디지털 신호 프로세서, 및/또는 중앙 처리 장치를 포함할 수 있다. 프로세서(924)는, 예를 들어, 범용 프로세서, FPGA(Field Programmable Gate Array), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등일 수 있다. 프로세서(924)는 시스템 및/또는 그와 연관된 네트워크와 연관된 애플리케이션 프로세스 및/또는 다른 모듈, 프로세스 및/또는 기능을 수행 및/또는 실행하도록 구성될 수 있다. 근본적인 디바이스 기술은 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)와 같은 MOSFET(metal-oxide semiconductor field-effect transistor) 기술, ECL(emitter-coupled logic)과 같은 양극성 기술, 중합체 기술(예컨대, 규소-공액 중합체 및 금속-공액 중합체-금속 구조물), 혼합 아날로그 및 디지털, 이들의 조합 등을 포함하는 다양한 구성요소 유형으로 제공될 수 있다.
ii. 메모리
일부 변형예에서, 메모리(926)는 데이터베이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 예를 들어, RAM(random access memory), 메모리 버퍼, 하드 드라이브, EPROM(erasable programmable read-only memory), EEPROM(electrically erasable read-only memory), ROM(read-only memory), 플래시 메모리, 이들의 조합 등일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 데이터베이스는 데이터 저장 리소스를 지칭한다. 메모리(926)는 프로세서(924)가 멸균 장벽 형성, 통지, 로봇 아암 제어, 도구 구동기 제어, 수술 도구 제어, 센서 제어, 센서 신호 처리, 통신, 인증, 또는 사용자 설정 등과 같은, 제어 시스템(920)과 연관된 모듈, 공정, 및/또는 기능을 수행하게 하는 명령어를 저장할 수 있다. 일부 변형예에서, 저장소는 네트워크 기반일 수 있고, 하나 이상의 허가된 사용자들에 대해 액세스가능할 수 있다. 네트워크 기반 저장소는 원격 데이터 저장소 또는 클라우드 데이터 저장소로 지칭될 수 있다. 클라우드 데이터 저장소(예컨대, 데이터베이스)에 저장된 센서 신호 및 부착 데이터는 인터넷과 같은 네트워크를 통해 각각의 사용자에게 액세스가능할 수 있다. 일부 변형예에서, 데이터베이스(940)는 클라우드 기반 FPGA일 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 일부 변형예는 다양한 컴퓨터 구현 작동을 수행하기 위한 명령어 또는 컴퓨터 코드를 그 상에 갖는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체(비일시적 프로세서 판독가능 매체로도 지칭될 수 있음)를 갖는 컴퓨터 저장 제품에 관한 것이다. 컴퓨터 판독가능 매체(또는 프로세서 판독가능 매체)는 그가 일시적 전파 신호 그 자체(예컨대, 공간 또는 케이블과 같은 전송 매체에 대한 정보를 운반하는 전파 전자기파)를 포함하지 않는다는 의미에서 비일시적이다. 매체 및 컴퓨터 코드(코드 또는 알고리즘으로도 지칭될 수 있음)는 특정한 목적 또는 목적들을 위해 설계되고 구성된 것들일 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독가능 매체의 예는 자기 저장 매체, 예컨대, 하드 디스크, 플로피 디스크, 및 자기 테이프; 광학 저장 매체, 예컨대, CD(Compact Disc)/DVD(Digital Video Disc); CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory); 홀로그래픽 디바이스; 자기 광학 저장 매체, 예컨대, 광학 디스크; 솔리드 스테이트 저장 디바이스, 예컨대, SSD(solid state drive) 및 SSHD(solid state hybrid drive); 반송파 신호 처리 모듈; 및 프로그램 코드를 저장 및 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스, 예컨대, ASIC(Application-Specific Integrated Circuit), PLD(Programmable Logic Device), ROM(Read-Only Memory), 및 RAM(Random-Access Memory) 디바이스를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에서 설명되는 다른 변형예는, 예를 들어, 본 명세서에 개시된 명령어 및/또는 컴퓨터 코드를 포함할 수 있는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
본 명세서에서 설명되는 시스템, 디바이스, 및 방법은 소프트웨어(하드웨어에서 실행됨), 하드웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 하드웨어 모듈은, 예를 들어, 범용 프로세서(또는 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기), FPGA(field programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit) 등을 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈(하드웨어에서 실행됨)은, C, C++, Java®, Python, Ruby, Visual Basic®, 및/또는 다른 객체 지향적, 절차적, 또는 다른 프로그래밍 언어 및 개발 도구를 포함하는, 다양한 소프트웨어 언어(예를 들어, 컴퓨터 코드)로 표현될 수 있다. 컴퓨터 코드의 예는 마이크로 코드 또는 마이크로 명령어, 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 기계 명령어, 웹 서비스를 생성하는 데 사용되는 코드, 및 인터프리터(interpreter)를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 상위 수준 명령어를 포함하는 파일을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 컴퓨터 코드의 추가 예는 제어 신호, 암호화된 코드, 및 압축된 코드를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
B. 통신 인터페이스
통신 인터페이스(930)는 조작자가 시스템(900)과 직접 및/또는 원격으로 상호작용하고/하거나 그를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 시스템(900)의 사용자 인터페이스(934)는 조작자가 명령을 입력하기 위한 입력 디바이스, 및 조작자 및/또는 다른 사용자(예컨대, 기술자)가 시스템(900)의 작동과 관련된 출력을 수신하기 (예컨대, 디스플레이 디바이스 상에서 환자 데이터를 보기) 위한 출력 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 네트워크 인터페이스(932)는 제어 시스템(920)이 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 네트워크(970)(예컨대, 인터넷), 원격 서버(950), 및 데이터베이스(940) 중 하나 이상과 통신하게 할 수 있다.
i. 사용자 인터페이스
사용자 인터페이스(934)는 사용자(예컨대, 조작자)와 제어 시스템(920) 사이의 통신 인터페이스로서 역할을 할 수 있다. 일부 변형예에서, 사용자 인터페이스(934)는 입력 디바이스 및 출력 디바이스(예컨대, 터치 스크린 및 디스플레이)를 포함할 수 있고, 하나 이상의 센서, 입력 디바이스, 출력 디바이스, 네트워크(970), 데이터베이스(940), 및 서버(950)로부터 입력 데이터 및 출력 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터 센서 및 수술 도구 센서에 의해 생성된 센서 신호는 프로세서(924) 및 메모리(926)에 의해 처리될 수 있고, 하나 이상의 출력 디바이스(예컨대, 광학 도파관)에 의해 시각적으로 출력될 수 있다. 센서 신호 및/또는 부착 데이터는 사용자 인터페이스(934)에 의해 수신될 수 있고, 하나 이상의 출력 디바이스를 통해 시각적으로, 청각적으로, 그리고/또는 햅틱 피드백을 통해 출력될 수 있다. 다른 예로서, 입력 디바이스(예컨대, 조이스틱, 키보드, 터치 스크린)의 조작자 제어는 사용자 인터페이스(934)에 의해 수신되고, 이어서 사용자 인터페이스(934)가 로봇 아암(910), 도구 구동기(912), 및 수술 도구(916) 중 하나 이상에 제어 신호를 출력하도록 프로세서(924) 및 메모리(926)에 의해 처리될 수 있다. 일부 변형예에서, 사용자 인터페이스(934)는 입력 및 출력 디바이스 둘 모두로서 기능할 수 있다(예컨대, 제어 신호를 생성하면서 또한 조작자에게 햅틱 피드백을 제공하도록 구성된 핸드헬드 제어기).
일부 변형예에서, 디바이스, 시스템, 및 방법은, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되고 2017년 9월 21일자로 출원되고 발명의 명칭이 "USER CONSOLE SYSTEM FOR ROBOTIC SURGERY"인 미국 특허 출원 제15/712,052호에서 설명된 하나 이상의 요소를 포함한다.
1. 출력 디바이스
사용자 인터페이스(934)의 출력 디바이스는 환자 및/또는 시스템(900)에 대응하는 센서 데이터를 출력할 수 있고, 광학 도파관, 디스플레이 디바이스, 오디오 디바이스, 및 햅틱 디바이스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 표시하도록 구성될 수 있다. 사용자 콘솔(960)은 인터넷 또는 네트워크를 통해 액세스가능한 원격 디스플레이를 포함하는 하나 이상의 일반 디스플레이로 출력하도록 연결될 수 있는 통합된 디스플레이 및/또는 비디오 출력부를 포함할 수 있다. 비디오 출력 또는 피드는 또한 프라이버시를 보장하기 위해 암호화될 수 있고, 비디오 출력의 전부 또는 부분들은 서버 또는 전자 건강관리 기록 시스템에 저장될 수 있다. 디스플레이 디바이스는 조작자가 제어기(922)에 의해 처리되는 시술 데이터, 부착 데이터, 시스템 데이터, 도구 데이터, 환자 데이터, 및/또는 다른 데이터를 보게 할 수 있다. 일부 변형예에서, 출력 디바이스는 LED(light emitting diode), LCD(liquid crystal display), ELD(electroluminescent display), PDP(plasma display panel), TFT(thin film transistor), OLED(organic light emitting diode), 전자 종이/e-잉크 디스플레이, 레이저 디스플레이, 및/또는 홀로그래픽 디스플레이 중 적어도 하나를 포함하는 디스플레이 디바이스를 포함할 수 있다.
오디오 디바이스는 환자 데이터, 도구 데이터, 부착 데이터, 센서 데이터, 시스템 데이터, 알람 및/또는 경고를 청각적으로 출력할 수 있다. 예를 들어, 오디오 디바이스는 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이에 부적절한 부착이 일어나는 경우 가청 경고를 출력할 수 있다. 일부 변형예에서, 오디오 디바이스는 스피커, 압전 오디오 디바이스, 자기변형(magnetostrictive) 스피커, 및/또는 디지털 스피커 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 조작자는 오디오 디바이스 및 통신 채널을 사용하여 다른 사용자와 통신할 수 있다.
햅틱 디바이스는 추가의 감지 출력(예컨대, 힘 피드백)을 조작자에게 제공하기 위해 입력 디바이스 및 출력 디바이스 중 하나 이상에 통합될 수 있다. 예를 들어, 햅틱 디바이스는 입력 디바이스(예컨대, 조이스틱, 키보드, 터치 표면)에 대한 조작자 입력을 확인하기 위해 촉각 응답(예컨대, 진동)을 생성할 수 있다. 일부 변형예에서, 햅틱 디바이스는 사용자에게 햅틱 촉각 피드백을 제공하도록 구성된 진동 모터를 포함할 수 있다. 햅틱 피드백은, 일부 변형예에서, 도구 구동기에 대한 멸균 어댑터 또는 수술 도구의 부착 및 탈거를 확인할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 햅틱 피드백은 조작자 및/또는 시스템에 대한 잠재적인 해를 방지하기 위해 부적절한 부착 및/또는 탈거로 인해 도구 구동기의 작동이 출력 구동부를 구동하는 것이 억제되는 것을 통지할 수 있다.
일부 변형예에서, 디바이스, 시스템, 및 방법은, 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함되고 2016년 12월 9일자로 출원되고 발명의 명칭이 "USER INTERFACE DEVICES FOR USE IN ROBOTIC SURGERY"인 미국 특허 출원 제62/432,538호에서 설명된 하나 이상의 요소를 포함한다.
2. 입력 디바이스
입력 디바이스의 일부 변형예는 제어 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 스위치를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 입력 디바이스는 제어기(922)의 유선 및/또는 무선 수신기로 제어 신호를 송신하도록 구성된 유선 및/또는 무선 송신기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력 디바이스는 조작자가 제어 신호에 대응하는 입력(예컨대, 터치 표면에 대한 손가락 접촉)을 제공하기 위한 터치 표면을 포함할 수 있다. 터치 표면을 포함하는 입력 디바이스는 용량성, 저항성, 적외선, 광학 이미징, 분산성 신호, 음향 펄스 인식, 및 표면 탄성파 기술을 포함하는 복수의 터치 감도(touch sensitivity) 기술 중 임의의 것을 사용하여 터치 표면 상에서의 접촉 및 이동을 검출하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 스위치를 포함하는 입력 디바이스의 변형예에서, 스위치는, 예를 들어, 버튼(예컨대, 하드 키, 소프트 키), 터치 표면, 키보드, 아날로그 스틱(예컨대, 조이스틱), 방향성 패드, 포인팅 디바이스(예컨대, 마우스), 트랙볼, 조그 다이얼, 스텝 스위치, 로커(rocker) 스위치, 포인터 디바이스(예컨대, 스타일러스), 모션 센서, 이미지 센서, 및 마이크로폰 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 모션 센서는 광학 센서로부터 조작자 움직임 데이터를 수신할 수 있고 조작자 제스처를 제어 신호로서 분류할 수 있다. 마이크로폰은 오디오를 수신할 수 있고 조작자 음성을 제어 신호로서 인식할 수 있다.
ii. 네트워크 인터페이스
도 9a에 도시된 바와 같이, 본 명세서에서 설명되는 제어 시스템(920)은 네트워크 인터페이스(932)를 통해 하나 이상의 네트워크(970) 및 컴퓨터 시스템(950)과 통신할 수 있다. 일부 변형예에서, 제어 시스템(920)은 하나 이상의 유선 및/또는 무선 네트워크를 통해 다른 디바이스와 통신 상태에 있을 수 있다. 네트워크 인터페이스(932)는 다른 디바이스에 직접적으로 또는 네트워크(예컨대, 인터넷, 무선 LAN)를 통해 간접적으로 결합하도록 구성된 하나 이상의 외부 포트(예컨대, USB(Universal Serial Bus), 멀티-핀 커넥터)를 통한 다른 디바이스와의 통신을 용이하게 할 수 있다.
일부 변형예에서, 네트워크 인터페이스(932)는 하나 이상의 디바이스 및/또는 네트워크와 통신하도록 구성된 무선주파수 수신기, 송신기, 및/또는 광학 (예컨대, 적외선) 수신기 및 송신기를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(932)는 센서, 사용자 인터페이스(934), 네트워크(970), 데이터베이스(940), 및 서버(950) 중 하나 이상과 유선 및/또는 무선으로 통신할 수 있다.
일부 변형예에서, 네트워크 인터페이스(930)는 하나 이상의 디바이스 및/또는 네트워크와 통신하도록 구성된 수신기, 송신기 중 하나 이상을 포함하는 무선주파수(RF) 회로부(예컨대, RF 송수신기), 및/또는 광학 (예컨대, 적외선) 수신기 및 송신기를 포함할 수 있다. RF 회로부는 RF 신호(예를 들어, 전자기 신호)를 수신 및 송신할 수 있다. RF 회로부는 전기 신호를 전자기 신호로/로부터 변환하고 전자기 신호를 통해 통신 네트워크 및 다른 통신 디바이스와 통신한다. RF 회로부는 안테나 시스템, RF 송수신기, 하나 이상의 증폭기, 튜너, 하나 이상의 발진기, 디지털 신호 프로세서, 코덱 칩셋, SIM(subscriber identity module) 카드, 메모리 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 무선 네트워크는 어떠한 종류의 케이블에 의해서도 연결되지 않는 임의의 유형의 디지털 네트워크를 지칭할 수 있다.
무선 네트워크에서의 무선 통신의 예는 셀룰러, 라디오, 위성, 및 마이크로파 통신을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 무선 통신은 GSM(Global System for Mobile Communication), EDGE(Enhanced Data GSM Environment), HSDPA(high-speed downlink packet access), W-CDMA(wideband code division multiple access), CDMA(code division multiple access), TDMA(time division multiple access), Bluetooth, NFC(near-field communication), RFID(radio-frequency identification), Wi-Fi(Wireless Fidelity)(예컨대, IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n), VoIP(Voice over Internet Protocol), Wi-MAX, 이메일용 프로토콜(예컨대, IMAP(Internet Message Access Protocol), POP(Post Office Protocol)), 인스턴트 메시징(예컨대, XMPP(eXtensible Messaging and Presence Protocol), SIMPLE(Session Initiation Protocol for Instant Messaging, Presence Leveraging Extension), IMPS(Instant Messaging and Presence Service)), SMS(Short Message Service), 또는 임의의 다른 적합한 통신 프로토콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는 복수의 통신 표준, 프로토콜 및 기술 중 임의의 것을 사용할 수 있다. 일부 무선 네트워크 배치는 다수의 셀룰러 네트워크들로부터의 네트워크들을 조합하거나 셀룰러, Wi-Fi, 및 위성 통신의 혼합을 사용한다.
일부 변형예에서, 무선 네트워크는 인터넷, 다른 반송파 음성(carrier voice) 및 데이터 네트워크, 기업 네트워크, 및 개인 네트워크와 인터페이싱하기 위해 유선 네트워크에 연결될 수 있다. 유선 네트워크는 전형적으로 구리 연선(twisted pair), 동축 케이블, 및/또는 광섬유 케이블을 통해 반송된다. 인터넷과 같은 WAN(wide area network), MAN(metropolitan area network), LAN(local area network), IAN(Internet area network), CAN(campus area network), GAN(global area network), 및 VPN(virtual private network)을 포함하는 많은 상이한 유형의 유선 네트워크가 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 네트워크는 통합 네트워킹 및 정보 액세스 시스템을 제공하기 위해 전형적으로는 인터넷을 통해 상호연결되는 무선, 유선, 공중, 및 사설 데이터 네트워크들의 임의의 조합을 지칭한다.
상기 설명은, 설명의 목적 상, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 용어를 사용하였다. 그러나, 본 발명을 실시하기 위해 특정 상세 사항이 요구되지 않는다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 변형예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 이들은 총망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하고자 하는 것은 아니며, 명백하게는, 상기 교시 내용을 고려하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 변형예는 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며, 그에 의해 변형예는 당업자가 본 발명, 및 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 변형을 갖는 다양한 구현예를 가장 잘 이용할 수 있게 한다. 하기 청구범위 및 그의 등가물은 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 의도된다.
Claims (41)
- 로봇 수술 시스템에 사용하기 위한 시스템으로서,
멸균 어댑터를 통해 수술 도구에 부착되도록 구성된 도구 구동기 - 상기 도구 구동기는 상기 도구 구동기와 상기 멸균 어댑터 사이의 제1 부착 상태에 대응하는 제1 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서, 및 상기 도구 구동기와 상기 수술 도구 사이의 제2 부착 상태에 대응하는 제2 센서 신호를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 수술 도구 센서를 포함함 -; 및
상기 도구 구동기에 결합되고 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어기를 포함하고, 상기 제어기는,
상기 센서들 중 적어도 하나로부터 상기 제1 및 제2 센서 신호들 중 적어도 하나를 수신하도록;
상기 제1 및 제2 센서 신호들 중 적어도 하나를 사용하여, 상기 도구 구동기와 상기 멸균 어댑터와 상기 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함하는 부착 데이터를 생성하도록; 및
상기 부착 데이터를 사용하여 상기 도구 구동기를 제어하도록 구성되는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 부착 상태가 상기 멸균 어댑터와 상기 도구 구동기 또는 상기 수술 도구와 상기 멸균 어댑터 사이의 부분 부착을 포함하는 경우에 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시키도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 부착 상태가 상기 멸균 어댑터 및 상기 도구 구동기에 대한 상기 수술 도구의 완전 부착을 포함하는 경우에 상기 수술 도구를 작동시키기 위해 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시키도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 부착 상태가 상기 도구 구동기와 상기 멸균 어댑터와 상기 수술 도구 사이의 탈거 및 부적절한 부착 중 하나를 포함하는 경우에 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 억제하도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 멸균 어댑터 센서는 근접 센서, 토크 센서, 및 회전 인코더 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 수술 도구 센서는 근접 센서를 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어기는 조작자에게 상기 부착 데이터를 출력하도록 구성되는, 시스템.
- 로봇 수술 시스템을 작동시키는 방법으로서,
도구 구동기와 멸균 어댑터 사이의 제1 부착 상태에 대응하는 제1 센서 신호를 생성하도록 구성된 멸균 어댑터 센서, 및 상기 도구 구동기와 수술 도구 사이의 제2 부착 상태에 대응하는 제2 센서 신호를 생성하도록 구성된 수술 도구 센서 중 적어도 하나에 의해 생성되는 적어도 하나의 센서 신호를 수신하는 단계;
상기 제1 및 제2 센서 신호들 중 적어도 하나를 사용하여, 도구 구동기와 멸균 어댑터와 수술 도구 사이의 적어도 하나의 부착 상태를 포함하는 부착 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 부착 데이터를 사용하여 상기 도구 구동기를 제어하는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서, 상기 도구 구동기를 제어하는 단계는 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시키는 단계 및 조작자에게 상기 부착 상태를 통지하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 도구 구동기를 제어하는 단계는 상기 부착 상태가 상기 멸균 어댑터와 상기 도구 구동기 또는 상기 수술 도구와 상기 멸균 어댑터 사이의 부분 부착을 포함하는 경우에 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 도구 구동기를 제어하는 단계는 상기 부착 상태가 상기 멸균 어댑터 및 상기 도구 구동기에 대한 상기 수술 도구의 완전 부착을 포함하는 경우에 상기 수술 도구를 작동시키기 위해 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 도구 구동기를 제어하는 단계는 상기 부착 상태가 상기 도구 구동기와 상기 멸균 어댑터와 상기 수술 도구 사이의 탈거 및 부적절한 부착 중 하나를 포함하는 경우에 상기 도구 구동기의 출력 구동부를 억제하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 도구 구동기는,
제1 광학 도파관을 포함하는 제1 하우징;
상기 제1 광학 도파관에 결합되고 광을 방출하도록 구성된 조명원 - 상기 제1 광학 도파관은 상기 광을 상기 멸균 어댑터로 전파하도록 구성됨 -; 및
상기 제1 하우징에 의해 지지되고 상기 멸균 어댑터를 통해 상기 수술 도구에 토크를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부를 포함하는, 시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 도구 구동기는,
상기 멸균 어댑터를 통해 상기 수술 도구에 부착되도록 구성된 제1 하우징 - 상기 제1 하우징은 상기 제1 하우징의 표면으로부터 연장되고 상기 표면으로부터 멀리 편의(bias)되도록 구성된 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 적어도 하나의 수술 도구 센서를 포함함 -; 및
상기 제1 하우징에 의해 지지되고 상기 멸균 어댑터를 통해 상기 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부를 포함하는, 시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 도구 구동기는,
상기 멸균 어댑터에 결합하도록 구성되고, 상기 멸균 어댑터 상의 대응하는 도구 구동기 결합 특징부와 정합가능한 멸균 어댑터 결합 특징부 및 상기 적어도 하나의 멸균 어댑터 센서를 포함하는 하우징; 및
상기 하우징에 의해 지지되고 상기 멸균 어댑터를 통해 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성된 적어도 하나의 회전가능 출력 구동부를 포함하는, 시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 도구 구동기는,
상기 멸균 어댑터를 통해 상기 수술 도구에 부착되도록 구성된 제1 하우징;
각각이 상기 제1 하우징에 의해 지지되는 대응하는 회전가능 출력 구동 디스크에 결합되는 적어도 하나의 출력 구동부 - 상기 출력 구동부는 상기 멸균 어댑터를 통해 상기 수술 도구의 입력 구동부에 토크를 전달하도록 구성됨 -; 및
상기 수술 도구와 무선으로 통신하도록 구성되고 실질적으로 상기 출력 구동 디스크의 평면 내에 배치되는 제1 전자 통신 디바이스를 포함하는, 시스템.
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