KR102284330B1 - 원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 로봇 수술 시스템 - Google Patents

원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 로봇 수술 시스템 Download PDF

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Abstract

선택적으로 수술 테이블에 의해 지지가능한 환자 및 임의의 장비를 지탱하는, 수술 테이블을 위한 기부는 수술 테이블의 다른 구성요소가 결합될 수 있는 기부 본체, 기부 본체를 표면 상에 지지하기 위해 기부 본체에 결합되는 지지 조립체, 및 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 검출하도록 배치되는 하중 센서를 포함한다. 지지 조립체는 표면-맞물림 단부를 각각 갖는 적어도 4개의 지지 부재를 포함한다. 지지 부재 중 하나는 하나의 지지 부재를 다른 지지 부재 중 3개에 의해 한정되는 장소에 대해 이동시켜 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시키도록 조절가능하다.

Description

원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 로봇 수술 시스템
본 출원은 로봇 수술 시스템에 관한 것으로서, 특히 원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 로봇 수술 시스템에 관한 것이다.
본 명세서에 기술된 몇몇 실시예는 기부(base)를 표면 상에 안정되게 지지하기 위해 4개 이상의 지지 부재를 갖는 수술 테이블(surgical table)을 위한 기부를 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 추가의 실시예는 로봇 수술 아암(robotic surgical arm)을 갖는 수술 테이블, 및 로봇 아암의 작업 단부에서의 원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 기술된 또 다른 추가의 실시예는 로봇 수술 아암을 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터(adapter), 및 로봇 아암의 작업 단부에서의 원하지 않는 진동을 감소시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
수술 중 수술 테이블의 안정성은 그들의 안전하고 효과적인 임상적 사용에 중요하다. 강성 지지 구조체와 같은 소정 설계 특성이 수술 테이블의 안정성을 개선한다. 또한, 수술 테이블이 하나 이상의 운동축으로의 환자 위치의 조절을 허용하고 병원 주위에서의 바퀴식 수송(wheeled transport)을 허용하는 것이 또한 바람직하다. 수술 테이블의 가장 흔한 설계는 기울어짐(tipping)을 방지하기에 충분한 크기를 갖고 바퀴를 수용하며 안정성을 향상시키기 위해 바닥에 로킹(locking)시키는 수단을 갖는 큰 기부를 구비하는 것이다.
안정성과 상충되는 하나의 요건은 바닥의 불규칙한 부분을 다루는 것이다. 문제는 안정성을 달성하기 위해서는, 강성 및 기울어짐 둘 모두의 면에서, 기부가 가능한 한 커야 한다는 것이다. 그러나 기부는 또한 임상적 접근을 가능하게 하는 크기로 제한되며, 이는 그것이 테이블 상판(table top)의 풋프린트(footprint)보다 크지 않은 풋프린트를 가져야 함을 의미한다. 따라서, 기부는 전형적으로 대체로 직사각형 형상을 갖고, 기구학적 구속조건(kinematic constraint)에 필요한 3개 대신에 바닥과의 4개의 접촉점을 갖는다.
몇몇 수술 테이블은 이동식이고, 바퀴로 움직일 수 있으며, 수행되는 외과 시술의 유형에 기초하여 수술실 내외로 빈번히 옮겨진다. 수술실 내에서의 수술 테이블의 그러한 이동은 바닥 표면 내의 불규칙한 부분(예컨대, 바닥 표면의 높이의 변동)을 다루도록 요구한다. 배수관(drain), 기능 결함부(craftsmanship defect), 버블링(bubbling), 바닥재의 박리, 심지어 먼지 및 때(grime)와 같은 불규칙한 부분을 고려할 때, 4개의 접촉점을 갖는 강성 기부가 단지 3개의 지점만이 접촉하고 1개는 공중에 있는 결과를 가져올 수 있다. 이는 레스토랑 테이블에서 흔히 관찰되는 바와 같이, 테이블이 앞뒤로 흔들릴 수 있는 상황을 초래한다. 수술 중 불안정성은 적어도 외과 의사 또는 보조자에게 짜증(irritation)을 또는 심지어 위험한 수술 상황을 초래할 수 있다. 따라서, 테이블이 구조적으로 강성일 뿐만 아니라 또한 이동식이고 바닥 내의 불규칙한 부분을 허용할 수 있는 해법이 필요하다.
또한, 로봇 수술 시스템은 외과 시술 중에 환자가 그 상에 지지될 수 있는 수술 테이블에 직접 또는 간접적으로(예컨대, 어댑터를 통해) 결합되는 로봇 수술 아암을 포함할 수 있다. 로봇 수술 아암은 그들의 원위, 작업 단부에서 수술 기구, 수술 기구의 적용을 위해 환자의 체강(들) 및 기관(들)에의 접근을 제공하기 위한 캐뉼러(cannula), 이미지화 장치, 발광체 등을 비롯한 다양한 장치를 지지할 수 있다. 그러한 시스템에서, 로봇 아암의 원위 단부 상에 장착된 장치에 대한 높은 위치 정확도를 확립하고 유지시키는 것이 바람직하다.
위치 정확도는 로봇 아암의 원위 단부의 진동에 의해 감소되거나 저하될 수 있다. 그러한 진동은 시스템의 다른 부분에서 유래되는, 시스템의 하나의 부분에서 발생하는 원하지 않는 진동인 진동 크로스-토크(vibrational cross-talk)의 형태일 수 있다. 예를 들어, 진동은 예컨대 아암의 다른 부분 및/또는 수술 테이블 또는 다른 지지 구조체에 대한 아암의 일부 부분의 이동을 구동시키는 모터의 작동에 의해 로봇 아암 내에 유도될 수 있고, 모터의 작동에 의해 아암 내로 도입된 에너지는 아암을 통해 원위 단부로 전파되어, 원위 단부에 진동을 유발할 수 있다. 이러한 아암은 "능동(active)" 아암으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 예컨대 능동 아암 내의 모터의 작동에 의해 능동 아암 내로 도입된 에너지는 능동 아암을 통해, 테이블 또는 다른 지지 구조체를 통해, 그리고 다른 로봇 아암(이는 "수동(passive)" 아암으로 지칭될 수 있음)을 통해 수동 아암의 원위 단부로 전파될 수 있다.
로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해 진동 크로스-토크를 감소시키는 것이 바람직하다.
충분한 강성을 갖는 수술 테이블 기부 및 힘 피드백(force feedback)을 갖는 조절가능 지지 부재들을 제공하기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 기술된다. 몇몇 실시예에서, 수술 테이블을 위한 기부는 수술 테이블의 다른 구성요소들이 결합될 수 있는 하부 면 및 상부 면을 갖는 기부 본체를 포함한다. 수술 테이블, 및 선택적으로 수술 테이블에 의해 지지가능한 환자, 및 수술 테이블에 의해 지탱될 임의의 장비가 수술 테이블을 표면 상에 지지하기 위해 기부 본체에 의해 지탱될 테이블 하중을 집합적으로 나타낸다. 기부는 선택적으로 바퀴들을 추가로 포함하고, 기부 본체를 표면 상에 지지하기 위해 기부 본체에 결합되는 지지 조립체를 포함한다. 바퀴들을 갖는 기부 내의 메커니즘(mechanism)이 하중을 바퀴들로부터 지지 조립체로 전달함으로써 테이블을 이동 구성으로부터 고정 구성으로 전환시키는 것을 허용한다. 지지 조립체는 기부 본체 주위에 이격되어 배치되는 적어도 4개의 지지 부재들을 포함한다. 각각의 지지 부재는 표면-맞물림 단부를 갖고, 기부의 중량과 테이블 하중에 의해 나타내어지는 총 하중의 일부분을 표면-맞물림 단부를 통해 표면으로 전달할 수 있다. 4개의 지지 부재들 중 임의의 3개의 표면-맞물림 단부들은 평면을 한정한다. 지지 부재들 중 하나는 하나의 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 다른 지지 부재들 중 3개의 표면-맞물림 단부들에 의해 한정되는 평면에 대해 이동시켜 지지 부재들 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시키도록 조절가능하다. 기부는 지지 조립체에 작동가능하게 결합되는 그리고 지지 부재들 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 검출하도록 배치되는 하중 센서(load sensor)를 추가로 포함한다.
로봇 아암들의 작업 단부들에서의 원하지 않는 진동을 제한하기에 충분한 강성을 갖는, 로봇 수술 아암들을 갖는 피벗가능(pivotable) 수술 테이블을 제공하기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 기술된다. 몇몇 실시예에서, 수술 테이블이 기부, 기부로부터 상향으로 연장되고 상부 단부를 갖는 지지 칼럼(support column), 테이블 상판, 및 테이블 상판을 지지 칼럼의 상부 단부에 결합시키는 피벗 조립체(pivot assembly)를 포함한다. 피벗 조립체는 지지 칼럼의 상부 단부에 부착되는 지지 플랜지(support flange)를 포함하고, 지지 칼럼 주위에 분포되는 부분들을 갖는다. 피벗 조립체는 주 하중 지지부, 제1 액추에이터(actuator) 및 제2 액추에이터를 추가로 포함한다. 주 하중 지지부는 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링(pivotable coupling)을 가진 상부 단부를 갖는다. 제1 액추에이터는 지지 칼럼의 제1 측부에 배치되는 플랜지의 제1 부분에서 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링을 가진 상부 단부를 갖는다. 제1 액추에이터는 테이블 상판을 제1 피벗축을 중심으로 주 하중 지지부의 피벗가능 커플링 주위로 피벗시키기 위해 길이가 가변적이다. 제2 액추에이터는 제1 측부 반대편의 지지 칼럼의 제2 측부에 배치되는 플랜지의 제2 부분에서 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링을 가진 상부 단부를 갖는다. 제2 액추에이터는 테이블 상판을 제1 피벗축과 상이한 제2 피벗축을 중심으로 주 하중 지지부의 피벗가능 커플링 주위로 피벗시키기 위해 길이가 가변적이다.
수술 테이블의 테이블 상판 아래에서 수술 테이블에 결합가능하고 수술 테이블에 의해 지지가능한 어댑터를 제공하기 위한 장치 및 방법. 수술 테이블은 테이블 상판에 결합되는 지지부 및 지지부에 결합되는 기부를 갖는다. 어댑터는 제1 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제1 섹션(section) 및 제2 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제2 섹션을 갖는다. 제1 섹션은 제1 강성을 갖고, 제2 섹션은 제1 강성보다 큰 제2 강성을 갖는다. 제1 로봇 아암의 원위 단부 부분은 제1 수술 도구에 결합가능하고, 제2 로봇 아암의 원위 단부 부분은 제2 수술 도구에 결합가능하다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 평면도.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 및 도 1b의 수술 테이블의 기부의 각각 개략적인 저면도 및 측면도.
도 2c 및 도 2d는 각각 3개 및 4개의 지지 부재를 갖는 테이블을 위한 기부의 개략도.
도 3a는 평면을 한정하는 지지 부재 중 3개의 표면-맞물림 단부 및 평면에 대해 이동가능한 제4 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 예시한, 도 2a, 도 2b의 기부의 개략적인 측면도.
도 3b는 불규칙한 부분을 갖는 지지 표면과 접촉하는 지지 부재 중 3개의 표면-맞물림 단부, 및 불규칙한 부분에 대해 이동가능한 제4 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 예시한, 도 2a, 도 2b의 기부의 개략적인 측면도.
도 4a 및 도 4b는 지지 부재들 사이의 총 하중의 분포를 예시한, 도 2a, 도 2b의 기부의 각각 개략적인 측면도 및 평면도.
도 5는 일 실시예에 따른 조절가능 지지 부재의 개략도.
도 6은 도 1a 및 도 1b의 수술 테이블의 컨트롤러(controller)의 개략도.
도 7a 및 도 7b는 일 실시예에 따른 수술 테이블의 기부의 각각 개략적인 저면도 및 측면도.
도 8은 일 실시예에 따른 방법을 예시한 순서도.
도 9a 및 도 9b는 일 실시예에 따른 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 평면도.
도 9c 및 도 9d는 로봇 아암이 결합된, 도 9a 및 도 9b의 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 개략적인 평면도.
도 10a는 연장된 또는 사용 구성으로 도시된, 일 실시예에 따른 로봇 아암의 개략적인 측면도; 및 도 10b는 접힌 또는 절첩된 구성으로 도시된, 도 10a의 로봇 아암의 개략적인 측면도.
도 11a 및 도 11b는 어댑터와 로봇 아암이 결합된, 도 9a 및 도 9b의 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 개략적인 평면도.
도 12a는 연장된 또는 사용 구성으로 도시된, 일 실시예에 따른 어댑터의 개략적인 측면도; 및 도 12b는 접힌 또는 절첩된 구성으로 도시된, 도 12a의 어댑터의 개략적인 측면도.
도 13은 어댑터의 조인트(joint)와 관련된 자유도를 예시한, 도 9a 내지 도 11b의 수술 테이블, 어댑터 및 로봇 아암의 일부분의 평면도의 개략도.
도 14는 유도된 원하지 않는 진동 전달을 예시한, 도 9a 내지 도 11b의 수술 테이블, 어댑터 및 로봇 아암의 일부분의 평면도의 개략도.
도 15a 및 도 15b는 기부에 대한 테이블 상판의 바람직하지 않은 흔들림(sway)을 예시한, 도 9a 내지 도 11b의 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 정면도.
도 16a 및 도 16b는 기부에 대한 테이블 상판의 피벗 이동을 예시한, 도 9a 내지 도 11b의 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 정면도.
도 17a 내지 도 17c는 일 실시예에 따른, 칼럼 주위에 결합된 피벗 조립체를 갖는 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도, 평단면도, 및 정면도.
도 18a 내지 도 18c는 일 실시예에 따른, 칼럼 주위에 결합된 피벗 조립체를 갖는 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도, 평단면도, 및 정면도.
도 18d는 도 18a 내지 도 18c의 피벗 조립체의 대안적인 구성의 평단면도.
도 19a 내지 도 19c는 일 실시예에 따른, 칼럼에 결합된 피벗 조립체를 갖는 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도, 평단면도, 및 정면도.
도 19d는 도 19a 내지 도 19c의 피벗 조립체를 위한 대안적인 지지 구조체의 개략적인 단면도.
도 19e는 도 19a 내지 도 19c의 피벗 조립체의 대안적인 구성의 평단면도.
도 20a는 칼럼에 결합된 피벗 조립체, 테이블 상판 어댑터에 결합된 로봇 아암, 및 제1 배향에 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블의 개략적인 측면도, 및 도 20b는 일 실시예에 따른, 제2 배향에 있는 도 20a의 수술 테이블의 개략적인 측면도.
도 21a는 일 실시예에 따른, 지지 플랜지에 결합된 피벗 조립체, 지지 플랜지에 결합된 로봇 아암, 및 제1 배향에 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블의 개략적인 측면도. 도 21b는 도 21a의 개략적인 평단면도. 도 21c는 제2 배향에 있는 도 21a의 수술 테이블의 개략적인 측면도.
도 21d 및 도 21e는 도 21a 내지 도 21c의 수술 테이블의 대안적인 구성의 개략적인 정면도 및 평면도.
도 22a 및 도 22b는 일 실시예에 따른, 지지 스트럿(support strut)을 갖는 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 정면도.
도 23a는 제1 배향에 있는, 도 22a 및 도 22b의 지지 스트럿의 개략적인 측단면도, 및 도 23b는 제2 배향에 있는, 도 22a 및 도 22b의 지지 스트럿의 개략적인 측단면도.
도 24a 및 도 24b는 일 실시예에 따른 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 평면도.
도 24c 및 도 24d는 로봇 아암이 결합된, 도 24a 및 도 24b의 수술 테이블의 각각 개략적인 측면도 및 개략적인 평면도.
도 25a는 연장된 또는 사용 구성으로 도시된, 일 실시예에 따른 로봇 아암의 개략적인 측면도; 및 도 25b는 접힌 또는 절첩된 구성으로 도시된, 도 25a의 로봇 아암의 개략적인 측면도.
도 26은 유도된 원하지 않는 진동 전달을 예시한, 도 24a 내지 도 25b의 수술 테이블, 어댑터 및 로봇 아암의 일부분의 평면도의 개략도.
도 27a 및 도 27b는 일 실시예에 따른, 제1 두께를 가진 제1 섹션 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가진 제2 섹션을 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터의 각각 개략적인 평면도 및 측면도.
도 27c는 단일체 재료를 공유하는 제1 섹션 및 제2 섹션, 및 제1 섹션에 추가된 추가 재료 피스(piece)를 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터의 개략적인 측면도.
도 27d 및 도 27e는 일 세트의 리브(rib)를 포함하는 제1 섹션을 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터의 각각 개략적인 측면도 및 정면도.
도 28a 및 도 28b는 다른 실시예에 따른, 수술 테이블을 위한 어댑터의 각각 개략적인 평면도 및 측면도.
도 29a 내지 도 29c는 일 실시예에 따른, 감쇠 구성요소(damping component)를 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터의 각각 개략적인 평면도, 측면도, 및 정면도.
도 30a 및 도 30b는 일 실시예에 따른, 댐퍼 조립체(damper assembly)를 갖는 수술 테이블을 위한 어댑터의 각각 개략적인 평면도 및 측면도.
본 출원은 각각의 개시 내용이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 11월 28일자로 출원된, 발명의 명칭이 "고 강성을 갖는 수술 테이블 기부 및 힘 피드백을 갖는 조절가능 지지 부재(Surgical Table Base with High Stiffness and Adjustable Support Members with Force Feedback)"인 미국 가특허 출원 제62/426,966호; 2017년 1월 6일자로 출원된, 발명의 명칭이 "부착된 로봇 아암들 사이의 에너지 전달 효율을 감소시키기 위해 비교적 고 공진 주파수 구조를 갖는 로봇 수술 테이블(Robotic Surgical Table with Relatively High Resonant Frequency Structure to Reduce Efficiency of Energy Transmission Between Attached Robotic Arms)"인 미국 가특허 출원 제62/443,393호; 및 2017년 4월 7일자로 출원된, 발명의 명칭이 "부착된 로봇 아암들 사이의 에너지 전달 효율을 감소시키기 위한 로봇 수술 테이블 어댑터(Robotic Surgical Table Adapter to Reduce Efficiency of Energy Transmission Between Attached Robotic Arms)"인 미국 가특허 출원 제62/483,060호의 우선권 및 그의 이익을 주장한다.
충분한 강성을 갖는 수술 테이블 기부 및 힘 피드백을 갖는 조절가능 지지 부재를 제공하기 위한 장치 및 방법이 도 1a 내지 도 8에 관하여 본 명세서에 기술된다. 몇몇 실시예에서, 수술 테이블을 위한 기부는 수술 테이블의 다른 구성요소가 결합될 수 있는 하부 면 및 상부 면을 갖는 기부 본체를 포함한다. 수술 테이블, 및 선택적으로 수술 테이블에 의해 지지가능한 환자, 및 수술 테이블에 의해 지탱될 임의의 장비가 수술 테이블을 표면 상에 지지하기 위해 기부 본체에 의해 지탱될 테이블 하중을 집합적으로 나타낸다. 기부는 기부 본체를 표면 상에 지지하기 위해 기부 본체에 결합되는 지지 조립체를 추가로 포함한다. 지지 조립체는 기부 본체 주위에 이격되어 배치되는 적어도 4개의 지지 부재를 포함한다. 각각의 지지 부재는 표면-맞물림 단부를 갖고, 기부의 중량과 테이블 하중에 의해 나타내어지는 총 하중의 일부분을 표면-맞물림 단부를 통해 표면으로 전달할 수 있다. 4개의 지지 부재 중 임의의 3개의 표면-맞물림 단부는 평면을 한정한다. 지지 부재 중 하나는 하나의 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 다른 지지 부재 중 3개의 표면-맞물림 단부에 의해 한정되는 평면에 대해 이동시켜 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시키도록 조절가능하다. 기부는 지지 조립체에 작동가능하게 결합되는 그리고 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 검출하도록 배치되는 하중 센서를 추가로 포함한다.
몇몇 실시예에서, 방법은 수술 테이블을 표면 상에 안정시키는 단계를 포함한다. 수술 테이블은 기부를 갖는다. 수술 테이블 및 선택적으로 수술 테이블에 의해 지지가능한 환자, 및 수술 테이블에 의해 지탱되는 임의의 장비가 표면 상에 지지되는 총 하중을 집합적으로 나타낸다. 기부는 지지 조립체를 포함한다. 지지 조립체는 기부 주위에 이격되어 배치되는 적어도 4개의 지지 부재를 포함한다. 각각의 지지 부재는 표면-맞물림 단부를 갖고, 총 하중의 일부분을 표면-맞물림 단부를 통해 표면으로 전달할 수 있다. 지지 부재 중 하나는 하나의 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 이동시키도록 조절가능하다. 기부는 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 검출하도록 배치되는 하중 센서를 추가로 포함한다. 방법은 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 나타내는 신호를 하중 센서로부터 수신하는 단계, 및 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있지 않은지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있지 않으면, 조절가능 지지 부재의 표면-맞물림 단부가 다른 지지 부재 중 3개의 표면-맞물림 단부에 의해 한정되는 평면에 대해 이동하게 하여 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시키는 단계를 추가로 포함한다. 몇몇 실시예에서, 안정화는 테이블을 이동 구성으로부터 고정 구성으로 전이시키기 위해 하중의 적어도 일부분이 바퀴로부터 지지 부재로 전달되고 있을 때 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 안정화는 지지 부재가 테이블의 하중의 적어도 일부분을 지탱하고 있을 때면 언제든지 행해질 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는, 그 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 용어 "부재"는 단일 부재 또는 부재들의 조합을 의미하도록 의도되고, "재료"는 하나 이상의 재료 또는 이들의 조합을 의미하도록 의도된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "세트"는 다수의 특징부 또는 다수의 부분을 가진 단일 특징부를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 일 세트의 리브를 지칭할 때, 리브의 세트는 별개의 부분을 가진 하나의 리브로서 고려될 수 있거나, 리브의 세트는 다수의 리브로서 고려될 수 있다.
도 1a와 도 1b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블(100)은 테이블 상판(120), 테이블 지지부(122) 및 테이블 기부(150)를 포함한다. 테이블 상판(120)은 도 1a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외과 시술 중에 환자(P)가 그 상에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 테이블 상판(120)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 지지부(122) 상에 배치된다. 지지부(122)(또한 본 명세서에서 받침대로 지칭됨)는 Z축(바닥 위로의 높이), (테이블의 종축을 따른) Y축, 및/또는 (테이블의 횡축을 따른) X축으로의 병진, 및/또는 Z, Y 및/또는 X축을 중심으로 하는 회전과 같은 원하는 개수의 자유도로의 테이블 상판(120)의 이동을 제공할 수 있다. 테이블 상판(120)은 또한 임의의 적합한 축을 따라/임의의 적합한 축을 중심으로 서로에 대해 이동가능한 다수의 섹션, 예컨대 몸통, 한쪽 또는 양쪽 다리, 및/또는 한쪽 또는 양쪽 팔 각각을 위한 별개의 섹션, 및 머리 지지 섹션을 포함할 수 있다. 테이블 상판(120) 및/또는 그의 구성 섹션의 이동은 수동으로 수행되거나 모터에 의해 구동되거나 원격으로, 또는 임의의 다른 적합한 수단을 통해 제어될 수 있다. 테이블 상판(120)을 위한 지지부(122)는 기부(150)에 장착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지부(122)의 높이는 조절될 수 있으며, 이는 예를 들어 테이블 상판(120)의 운동(예컨대, 축방향(종방향) 또는 측방향 운동)과 함께, 테이블 상판(120)이 (예컨대, 외과 의사 또는 다른 의료 전문가 접근을 허용하기 위해) 바닥 위의 소정 높이로 그리고 지지부(122)로부터 소정 거리를 두고 원하는 수술 부위에 위치되도록 허용할 수 있다.
도 2a 내지 도 8은 표면(예컨대, 수술실의 바닥) 상에 수술 테이블을 안정시키기 위한 장치 및 방법을 기술하는 다양한 실시예를 예시한다. 전술된 바와 같이 그리고 아래에 더욱 상세히 개시되는 다양한 실시예에 따르면, 수술 테이블은 수술 테이블의 다른 구성요소(예컨대, 테이블 상판, 받침대, 로봇 아암 및 관련 장비 등) 및 수술 테이블 상에 배치되는 환자를 지지함과 동시에 테이블이 그 상에 배치되는 바닥 또는 다른 표면 내의 불규칙한 부분과 관련된 바람직하지 않은 결과, 및/또는 외과 시술 중의 (예컨대, 수술 테이블에 결합된 장비의 위치 및/또는 이동 및/또는 수술 테이블 상에 놓인 환자의 이동으로 인한) 다른 바람직하지 않은 하중 불균형을 바로잡도록 구성되는 기부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 2a(저면도)와 도 2b(측면도)에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블을 위한 기부(250)는 기부 본체(255) 및 기부 본체(255)에 결합되는 지지 조립체(260)를 포함한다. 기부(250)는 수술 테이블 하중을 지지하도록, 그리고 표면(예컨대, 수술실 내의 바닥)에 대한 총 하중(기부의 중량과 함께 테이블 하중)의 분포를 모니터링 및/또는 조절하도록 구성된다. 테이블 하중은 예를 들어 테이블 상판, 받침대, 수술 도구 및 관련 구성요소, 로봇 아암 등과 같은 수술 테이블의 다양한 구성요소, 및 환자로부터의 하중을 비롯한 집합 하중(collective load)이다. 수술 테이블은 전술된 수술 테이블(100)과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 수술 테이블은 테이블 지지부 및 외과 시술 중에 환자(P)가 그 상에 배치될 수 있는 상부 표면을 갖는 테이블 상판을 포함할 수 있다.
도 2b에 도시되고 본 명세서에 더욱 상세히 기술된 바와 같이, 지지 조립체(260)는 기부 본체(255)에 결합되는 제1 단부, 및 제1 단부 반대편이고 그것으로부터 연장되어 기부 본체(255)로부터 표면으로 총 하중을 전달하도록 배열되는 제2 단부(또한 본 명세서에서 표면-맞물림 단부로 지칭됨)를 구비한다. 몇몇 경우에, 지지 조립체(260)와 기부 본체(255)는 단일체로 구성되는 한편, 다른 경우에, 지지 조립체(260)는 기부 본체 (255)와 별도로 형성된 다음에 그것에 결합된다.
지지 조립체(260)는 적어도 4개의 지지 부재(262)를 포함한다. 각각의 지지 부재(262)는 테이블 하중의 일부분을 표면으로 전달하도록 구성된다. 4개의 지지 부재(262)가 기부 본체(255) 주위에 이격되어 배치되는 경우에, 지지 조립체(260)로부터의 임의의 3개의 지지 부재(262)가 평면을 한정한다. 구체적으로, 지지 조립체(260)로부터의 임의의 3개의 지지 부재(262)의 표면-맞물림 단부가 평면을 한정한다. 따라서, 3개의 지지 부재(262)는 테이블을 흔들림(wobbling) 또는 과도한 진동 없이 불균일한 표면을 비롯한 표면 상에 지지할 수 있다. 그러나, 더욱 안정된 지지를 제공하기 위해, 예컨대 기울어짐에 대해 더욱 저항하기 위해 테이블을 4개 이상의 지점에서 바닥 또는 다른 표면 상에 지지하는 것이 바람직하다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 바닥 또는 다른 표면 상에 3개의 지지점을 갖는 기부는 3개의 지지점에 의해 한정되는 삼각형 안정 영역(region of stability, RS)을 구비한다. 테이블의 무게 중심(center of gravity, GC)(즉, 총 하중)이 삼각형 RS 내에 배치되면, 테이블은 똑바로 유지된다. 그러나, CG가 RS의 외부로 변위되면, 테이블은 기울어질 수 있다. CG는 평평하지 않은 바닥 상에 있는 것, 테이블 상판 섹션의 이동, 테이블에 수술용 액세서리의 부착, 및/또는 테이블에 부착된 로봇 아암의 이동을 비롯한 여러 가지 이유로 이동할 수 있다. 도 2c로부터 명백한 바와 같이, CG의 비교적 작은 이동은 그것을 TS의 외부로 이동시킬 수 있다. 반면에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 바닥 상에 4개의 지지점을 갖는 기부는 직사각형(또는 다른 사변 기하학적 형상) 안정 영역(RS)을 구비한다. CG는 그것이 RS의 외부로 이동하기 전에 보다 큰 거리만큼 이동하여야 한다. 따라서, 바닥 또는 다른 지지 표면과의 4개의 접촉점을 갖는 기부는 더욱 안정되며, 즉 기울어짐 없이 CG의 이동을 더욱 양호하게 수용할 수 있다.
그러나, 4개의 지지 부재를 구비하는 것의 문제는 그것이 다른 불안정성 원인, 예컨대 흔들림 또는 과도한 진동, 또는 진동의 전파에 대한 불충분한 저항을 도입할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 바닥 표면이 평평하지 않으면 그리고/또는 지지 부재 중 임의의 것이 (예컨대, 제조 공차, 결함, 및/또는 마모(wear and tear)로 인해) 길이가 불균일하면, 4개의 지지 부재 중 하나가 바닥과 접촉하지 않을 수 있거나, 바닥과 충분히 확고하게 접촉하기 위해 총 하중의 불충분한 부분을 지탱할 수 있다. 이러한 문제는 기부의 더욱 강성인 구조에 대해 더욱 두드러지는데, 왜냐하면 기부가 바닥의 변동을 수용하도록 휘어질 수 있는 것이 덜하기 때문에, 즉 덜 순응적이기 때문이다.
그러한 불안정성을 제한, 감소, 또는 달리 방지하기 위해, 지지 부재(262) 중 적어도 하나는 나머지 지지 부재(262) 및/또는 기부 본체(255)에 대해 조절가능하다. 설명의 용이함을 위해, 이러한 실시예에서, 조절가능 지지 부재는 도면 부호 262'로 식별된다. 구체적으로, 조절가능 지지 부재(262')는 3개의 다른 지지 부재(262)의 표면-맞물림 단부에 의해 한정되는 평면에 대해 그의 표면-맞물림 단부를 이동시키도록 조절가능하다. 이러한 방식으로, 사용시, 조절가능 지지 부재(262')를 조절하는 것은 지지 부재(262) 중 하나 이상 및/또는 조절가능 지지 부재(262') 자체에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시킨다.
또한 도 5에 도시된 바와 같이, 조절가능 지지 부재(262')는 고정 섹션(fixed section)(264) 및 고정 섹션(264)에 대해 그리고/또는 기부 본체(255)에 대해 이동하도록 구성되는 가동 섹션(movable section)(266)을 포함한다. 가동 섹션(266)은 임의의 적합한 방식으로 고정 섹션(264)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 가동 섹션(266) 및 고정 섹션(264)은 단일체로 구성될 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 가동 섹션(266) 및 고정 섹션(264)은 별도로 형성된 다음에 함께 결합될 수 있다. 또한, 가동 섹션(266)은 임의의 적합한 방식으로 고정 섹션(264)에 대해 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 가동 섹션(266)은 고정 부분(264) 내에 또는 그것에 대해 적어도 부분적으로 활주가능하게 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 조절가능 지지 부재(262')의 높이를 단축시키기 위해, 가동 섹션(266)은 고정 부분(264)의 일부분 내로 또는 그것을 따라 활주될 수 있다. 다른 실시예에서, 가동 섹션(266)은 고정 부분(264)의 적어도 일부분을 가동 부분(266) 내로 활주시킴으로써 조절가능 지지 부재(262')의 높이가 조절될 수 있도록 고정 부분(264) 주위에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다. 가동 섹션(266)과 고정 부분(264)의 상대 이동은 임의의 적합한 액추에이터(268)에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(268)는 모터 및 모터가 원하는 운동을 생성할 수 있게 하기 위한 임의의 적합한 메커니즘(예컨대, 랙 및 피니언, 너트 및 리드스크류, 유압 또는 공압 펌프)을 포함할 수 있다. 모터는 적합한 전원에 결합되는 전기 모터일 수 있고, 그의 작동 및 정지는 제어 신호, (예컨대 스위치에 의한) 수동 사용자 입력, 또는 다른 적합한 수단에 의해 개시될 수 있다. 액추에이터는 유압 또는 공압 시스템일 수 있으며, 이때 액체 또는 기체의 압력 및 유량은 펌프(전기 모터에 의해, 수동으로 등등에 의해 구동됨)와 같은 임의의 적합한 메커니즘에 의해 구동되고, 피스톤과 실린더를 통해 선형 운동으로 변환된다.
조절가능 지지 부재(262')의 조절성을 예시하기 위해, 도 3a는 평면(PL)을 한정하는 지지 부재(262) 중 3개의 표면-맞물림 단부 및 평면(PL)에 대해 이동가능한 조절가능 지지 부재 (262')의 표면-맞물림 단부를 도시한, 도 2a와 도 2b의 기부를 개략적으로 측면도로 예시한다. 조절가능 지지 부재(262')의 표면-맞물림 단부의 Z축을 따른 운동 범위는 점선 형태로 도시된다. 도 3a에 예시된 바와 같이, 예를 들어, 조절가능 지지 부재(262')의 표면-맞물림 단부의 운동 범위는 표면-맞물림 단부가 나머지 지지 부재(262)에 의해 한정되는 평면(PL) 위 및 아래로 연장될 수 있도록 도시된다.
기부(250) 안정성을 최적화시키면서 평평하지 않은 표면을 수용하기 위한 지지 부재(262')의 조절성을 예시하기 위해, 도 3b는 불규칙한 부분을 갖는 지지 표면(S)의 평평한 부분과 접촉하는 지지 부재(262) 중 3개의 표면-맞물림 단부를 도시한, 도 3의 기부 본체(255)와 지지 조립체(260)를 개략적으로 측면도로 예시하며, 조절가능 지지 부재(262')의 표면-맞물림 단부는 그것이 그 외에는 평평한 지지 표면(S)의 불규칙한 부분과 접촉하도록 배열된다. 이러한 방식으로, 조절가능 지지 부재(262')는 조절가능 지지 부재(262')와 나머지 지지 부재(262)가 테이블 하중의 바람직한 부분을 표면(S)으로 전달하여, 기부(250)의 하중 균형 및 안정성을 최적화시키도록 표면(S)과 접촉하여 선택적으로 배치될 수 있다.
도 4a와 도 4b는 기부(250)를 도시한다. 전체 테이블(기부를 포함함)의 무게 중심(CG)을 통해 작용하는 테이블 하중 및 결과적인 총 하중(기부(250)의 중량과 함께 테이블 하중)에 의해 그것에 가해지는 힘, 및 4개의 지지 부재(262) 각각에 의해 지탱되는 반력, 즉 힘(F1, F2, F3, F4). 도 4b의 기부의 저면도에 도시된 바와 같이, 힘(F1 내지 F4)은 X로 표시된 +Z 방향으로 기부를 향해 지향된다. 총 하중은 점으로 표시된 -Z 방향으로 작용한다. 테이블의 CG가 4개의 지지 부재들(262) 사이의 대략 중심에 도시되지만, CG는 지지 부재(262)에 의해 경계지어지는 직사각형 내의 임의의 위치에 있을 수 있다. 또한, 외과 시술 중에, 테이블 하중은 동적이다. 예를 들어, 구성요소의 다양한 이동(예컨대, 테이블 상판 또는 로봇 아암 또는 수술 도구와 같은 장비의 이동), 외과 의사 또는 다른 의료 전문가의 이동, 및 환자의 이동. 이는 테이블 하중의 크기 및 무게 중심의 위치에 대한 변화를 유발할 수 있다. 따라서, 지지 부재 각각에 의해 지탱되는 총 하중의 부분이 동일할 필요가 없고, 시술 중에 변할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 바닥 또는 다른 지지 표면 내의 불규칙한 부분이 4개의 지지 부재에 걸친 총 하중의 분포에 영향을 미칠 수 있으며, 그러한 분포는 조절가능 지지 부재의 이동에 의해 변화될 수 있다.
지지 부재 중 하나 이상에 의해 지탱되는 힘의 양의 검출 및/또는 결정을 가능하게 하여, 지지 부재 중 하나 이상에 대한 힘이 지지 부재 중 하나 이상의 조절에 의해 변화되어야 하는지의 평가를 가능하게 하기 위해, 기부(250)는 지지 부재(262) 중 하나에 의해 지탱되는 총 테이블 하중의 부분을 검출하도록 배치되고 구성되는 하나 이상의 하중 센서(270)를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 하중 센서(270)는 조절가능 지지 부재(262')에 결합된 것으로 도 5에 도시되지만, 다른 실시예에서, 하중 센서(270)는 하중 센서(270)가 지지 부재(262) 중 적어도 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 감지할 수 있도록 기부(250)의 임의의 적합한 부분에 결합될 수 있다.
하중 센서(270)는 (총 하중의 일부 또는 전부가 유압 및/또는 공압 요소 상에 지탱되는 실시예에서 유압 및/또는 공압을 감지하기 위한) 압력 센서, 스트레인 게이지 센서(strain gauge sensor), 진동 와이어 센서, 용량성 센서 등과 같은, 하중을 감지하도록 구성되는 임의의 적합한 장치일 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 하중 센서 (270)는 압전 변환기(piezoelectric transducer)를 포함할 수 있으며, 이러한 변환기는 변환기가 지지 부재에 의해 지탱되는 하중에 의해 변형되도록 지지 부재(262)(예컨대, 지지 부재(262)의 표면-맞물림 단부 및/또는 액추에이터(268))에 결합될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 지지 부재(262)가 유압으로 작동되는 몇몇 실시예에서, 하중 센서(270)는 유압 유체의 압력을 검출하도록 배치될 수 있다.
하중 센서(270)는 예를 들어 하중 센서(270)에 의해 획득된 측정치에 기초하여 액추에이터(268)를 통해 조절가능 지지 부재(262')의 조절을 제어할 수 있는 컨트롤러(202)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이, 컨트롤러(202)는 메모리(206), 프로세서(204), 및 다른 장치와 상호작용하기 위해 프로세서(204)의 일부이거나 그것과 별개인 다양한 구성요소 또는 모듈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 프로세서(204)는 하중 센서(270)로부터 데이터 신호를 수신하여 그들을 하중 피드백 모듈(212)로 전달할 수 있는 입력/출력 모듈(210)(또는 인터페이스(interface))을 포함한다. 선택적으로(파선에 의해 표시된 바와 같이), 입력/출력 모듈(210)은 지지 부재에 의해 지탱되는 하중, CG의 위치에 관한 정보, 및/또는 다른 정보의 시각적 표시를 제공하기 위해 출력 신호를 사용자 디스플레이로 송신할 수 있다. 하중 피드백 모듈(212)은 하중 센서(270)로부터 입력/출력 모듈(210)을 통해 하중 신호를 수신할 수 있다. 하중 피드백 모듈(212)은 조절가능 지지 부재(262')의 가동 부분(266)의 이동을 제어하도록 액추에이터(268)로 송신할 제어 신호를 생성하기 위해 회로, 구성요소, 및/또는 코드를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 컨트롤러(202)는 조절가능 지지 부재(262')의 가동 부분(266)의 이동과 관련된 위치, 속도, 및/또는 가속도 정보를 수신하는 위치 피드백 모듈(214)을 포함한다. 컨트롤러(202)는 입력/출력 모듈(210)을 통해 컴퓨터(도시되지 않음) 또는 다른 입력/출력 장치에 결합될 수 있다.
프로세서(204)는 예를 들어 컨트롤러(202)의 메모리(206) 내에 데이터를 기록하고 그것으로부터 데이터를 판독하며 메모리(206) 내에 저장된 명령어 및/또는 방법을 실행하도록 구성되는 임의의 프로세서일 수 있다. 또한, 프로세서는 컨트롤러 내의 모듈(예컨대, 하중 피드백 모듈(212) 및 위치 피드백 모듈(214))의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 프로세서는 사용자 입력, 하중 데이터, 압력 데이터, 거리 측정치 등을 비롯한 신호를 수신하고, 조절가능 지지 부재(262')에 대한 이동의 양 및/또는 액추에이터(268)에 의해 인가되는 힘의 양을 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서(204)는 예를 들어 하나 이상의 특정 기능을 수행하도록 설계되는 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC) 또는 ASIC의 조합일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 프로세서는 아날로그 또는 디지털 회로, 또는 다수의 회로의 조합일 수 있다.
메모리(206)는 예를 들어 판독 전용 메모리(read only memory, ROM) 구성요소, 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM) 구성요소, 전자적 프로그램가능 판독 전용 메모리(electronically programmable read only memory, EPROM), 소거가능 전자적 프로그램가능 판독 전용 메모리(erasable electronically programmable read only memory, EEPROM), 레지스터(register), 캐시 메모리(cache memory), 및/또는 플래시 메모리(flash memory)와 같은 임의의 적합한 장치일 수 있다. 모듈 중 임의의 것이 프로세서(204)에 의해 구현되고/되거나 메모리(206) 내에 저장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 사용시, 하중 센서(270)에 의해 측정된 바와 같은 특정 지지 부재(262)에 의해 지지되는 총 하중의 부분이 사전결정된 임계치 아래로 떨어지면, 컨트롤러(270)는 그러한 특정 지지 부재(262)에 의해 지지되는 테이블 하중의 부분이 허용가능한 수준(예컨대, 하중의 최소 임계 하중 또는 비율)으로 복귀하도록 조절가능 지지 부재(262')를 조절할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 조절가능 지지 부재(262')는 예컨대 조절가능 지지 부재가 이용가능한 운동 범위를 결정하기 위해 조절가능 지지 부재(262')의 위치를 감지할 수 있는 위치 센서(도시되지 않음)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 위치 센서는 조절가능 지지 부재가 양방향으로 조절될 수 있는지, 예컨대 바닥 표면에 대해 상승되거나 하강될 수 있는지 여부와 얼마만큼 조절될 수 있는지를 결정하기 위해 조절가능 지지 부재(262')의 가동 부분(266)이 고정 부분(264)으로부터 연장되는 거리를 검출할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 적합한 위치 표시 또는 측정치가 사용될 수 있다(예컨대, 최대 연장 높이의 백분율).
몇몇 실시예에서, 기부(250)는 임의의 적합한 개수의 하중 센서(270)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 각각의 지지 부재(260)는 각각의 지지 부재(270)에 의해 지지되는 총 하중의 부분이 결정될 수 있도록 하중 센서(270)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용시, 지지 부재(260) 중 임의의 하나 이상에 의해 지탱되는 테이블 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있지 않음을 검출하는 것에 응답하여, 조절가능 지지 부재(270)는 지지 부재(260) 중 하나 이상에 의해 지탱되는 테이블 하중의 부분을 변화시키도록 조절될 수 있다. 이러한 방식으로 테이블 하중의 적합한 분포를 유지시키는 것은 안정을 촉진시키고 수술 테이블(200)의 흔들림 또는 진동을 제한, 감소 또는 방지할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 지지 조립체(260)는 다수의(예컨대, 2개, 3개, 4개, 5개 또는 그 초과의) 조절가능 지지 부재(262')를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 각각의 조절가능 지지 부재(262')는 하중 센서(270)에 작동가능하게 결합될 수 있으며, 각각의 하중 센서(70)는 그것이 결합되는 조절가능 지지 부재(262')에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 검출할 수 있다. 그러한 실시예에서, 각각의 조절가능 지지 부재(262')는 조절가능 지지 부재(262')에 걸쳐 원하는 양의 총 하중 분포를 달성하도록 독립적으로 제어되고 조절(예컨대, 상승 및/또는 하강)될 수 있다.
조절가능 지지 부재(260)를 조절할 때를 결정하는 것은 임의의 적합한 테이블 하중 균형 계획에 기초할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 총 하중 균형 계획은 조절가능 지지 부재(262') 또는 지지 부재(260) 중 하나 이상에 의해 지탱될 하중의 허용가능한 범위를 한정하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 허용가능한 범위는 몇몇 경우에, 총 하중에 기초할 수 있다. 몇몇 경우에, 허용가능한 범위는 총 하중의 백분율일 수 있다. 예를 들어, 총 하중 균형 계획은 총 하중의 약 1 퍼센트 내지 약 40 퍼센트의 허용가능한 범위를 포함할 수 있다. 그러한 경우에, 지지 부재(262) 중 임의의 것에 의해 지지되는 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 밖에 있으면, 조절가능 지지 부재(262') 중 하나 이상이 지지 부재(262) 중 하나 이상, 또는 모두가 허용가능한 범위 내에서 총 하중의 부분을 지지할 때까지 총 하중을 재분포시키도록 조절될 것이다.
몇몇 실시예에서, 총 하중 균형 계획은 수술 테이블(200)의 무게 중심(CG)의 위치를 결정 및/또는 추적하는 것을 포함할 수 있다. 무게 중심(CG)은 하중 센서(270)에 의해 감지되는 하중 정보에 기초하여 결정 및/또는 계산될 수 있다. 예를 들어, 도 2d와 관련하여 기술된 바와 같이, 무게 중심(CG)은 지지 부재(262)에 의해 경계지어지는 안정 영역(RS) 내에 중심설정될 수 있다. 그러나, 실제로는, 전술된 바와 같이, 지지 표면 내의 불규칙한 부분, 외과 시술로부터의 동적 힘 결과, 및/또는 외과 시술 중의 테이블 하중의 구성요소의 이동으로 인해, CG의 위치가 RS의 경계에 허용불가능하게 가까운 위치로 이동할 수 있다. 그러한 경우를 검출하기 위해, 몇몇 실시예에서, 무게 중심(CG)의 위치가 (예컨대, 외과 시술 중에) 실시간으로 결정되고 추적될 수 있다. 예를 들어, 무게 중심(CG)이 경계로부터의 임계 거리에 도달하면, 컨트롤러(202)는 그러한 이벤트(event)를 검출하고, 예를 들어 외과 의사 또는 다른 의료진에게 경고하기 위한 신호, 및/또는 원하는 안정된 지지를 제공하기 위해 조절가능 지지 부재(262') 중 하나 이상 및/또는 추가의 안정화 지지 부재를 조절하기 위한 신호를 송신하는 것과 같은 임의의 적합한 방식으로 응답할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 조절가능 지지 부재의 조절은 총 하중이 재분포될 필요가 있다는 결정에 응답하여 자동으로 개시될 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 지지 부재의 조절은 기부가 바닥과 고정 배열로 구성될 때에만 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 지지 부재는 사용자에 의해 수동으로 작동될 수 있다. 그러한 실시예에서, 기부는 도 6에 개략적으로 예시된 사용자 디스플레이(290)와 같은 사용자 디스플레이에 작동가능하게 결합될 수 있고/있거나 그것을 포함할 수 있으며, 예를 들어 컨트롤러가 테이블 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있지 않다고 결정할 때, 컨트롤러는 사용자에게 액추에이터를 작동시켜 조절가능 지지 부재의 표면-맞물림 단부를 이동시켜서 지지 부재 중 적어도 하나에 의해 지탱되는 테이블 하중의 부분을 변화시키라는 명령어를 사용자 디스플레이 상에 생성하라는 신호를 사용자 디스플레이로 송신할 수 있다. 또한, 몇몇 경우에, 예를 들어, 컨트롤러가 테이블 하중의 부분이 허용가능한 범위 밖에 있지 않다고 결정할 때, 컨트롤러는 사용자가 액추에이터의 작동을 중단시킬 수 있다는 표시를 사용자 디스플레이 상에 생성하라는 신호를 사용자 디스플레이로 송신할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 임의의 유형의 시각, 청각, 및/또는 촉각 피드백 또는 경고가 허용불가능한 하중 분포와 같은 상태를 사용자에게 경고하기 위해 생성될 수 있다.
수술 테이블은 구조적으로 강성이고 불규칙한 부분을 수용하도록 조절가능한 것에 더하여, 병원 주위에서의 바퀴식 수송을 허용하기 위해 이동식일 수 있다. 예를 들어, 도 7a(저면도)와 도 7b(측면도)에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블을 위한 기부(350)는 기부 본체(355) 및 기부 본체(355)에 결합되는 지지 조립체(360)를 포함한다. 기부(350)는 (예컨대, 수술 테이블이 수술실 주위 및/또는 병원의 다른 영역 주위를 바퀴로 움직일 수 있도록) 기부(350)가 표면 상에서의 이동을 위해 기부(350)를 지지하기 위한 바퀴(380)를 포함하는 것을 제외하고는, 전술된 기부(350)와 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다.
기부(350)는 표면 상에서의 이동을 위해 기부(350)를 지지하기 위한 임의의 적합한 개수의 바퀴(380)를 포함할 수 있고, 임의의 적합한 위치 및 임의의 적합한 방식으로 기부(350)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 기부(350)는 표면 상에서의 이동을 위해 기부(350)를 지지하기 위한 2개, 3개, 4개 또는 그 초과의 바퀴 또는 캐스터(caster)를 포함할 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서, 바퀴(380)는 지지 부재(360)(조절가능 지지 부재(362')를 포함함)로부터 물리적으로 분리되는 한편, 다른 실시예에서, 바퀴는 지지 부재(360)(선택적으로 조절가능 지지 부재(362')를 포함함)에 포함되거나 그것에 결합되거나 그리고/또는 그것과 통합된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 바퀴(380)가 지지 부재(362) 중 하나 이상에 결합될 수 있고, 그것이 결합되는 지지 부재(362)의 표면-맞물림 단부를 적어도 부분적으로 한정할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 기부(350)의 하나 이상의 바퀴(380)는 기부(350)를, 기부(350)가 단지 하나의 바퀴(380) 상에 지지되고 바퀴(380) 상의 표면에 대해 이동가능한 가동 배열로부터, 기부(350)가 지지 부재(362) 중 적어도 2개에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 표면에 대해 고정되는 고정 배열로 변화시키기 위해 지지 부재의 표면-맞물림 단부에 대해 상향으로(예컨대, Z축을 따라) 이동가능하다. 이러한 방식으로, 기부(350)는 가동 배열로부터 고정 배열로 그리고 그 반대로 전이될 수 있으며, 따라서 수술 테이블이 병원 주위로 원하는 위치로 이동된 다음에, 외과 시술을 준비하기 위해 표면에 고정될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 고정 배열에서, 기부(350)는 (예컨대, 바퀴(380)가 아니라) 단지 지지 부재(362)에 의해 지지된다.
몇몇 실시예에서, 적어도 2개의 지지 부재(362)의 표면-맞물림 단부는 바퀴(380)에 대해 하향으로 이동가능하다. 이러한 방식으로, 기부(350)는 기부(350)가 단지 바퀴(380) 상에 지지되고 바퀴(380) 상의 표면에 대해 이동가능한 가동 배열로부터, 기부(350)가 적어도 2개의 지지 부재(362)에 의해 적어도 부분적으로 지지되고 표면에 대해 고정되는 고정 구성으로 변화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지 부재(362) 중 적어도 4개의 표면 맞물림 단부는 바퀴(380)에 대해 하향으로 이동가능하고, 고정 배열에서, 기부(350)는 단지 지지 부재(362)에 의해 지지된다. 지지 부재(326) 각각은 조절가능 지지 부재일 수 있으며, 따라서 지지 부재(362) 각각의 표면 맞물림 단부의 하향 이동은 전술된 조절가능 지지 부재(262')와 동일한 방식으로 액추에이터에 의한 지지 부재의 조절가능 부분의 이동을 포함할 수 있다.
도 8은 전술된 기부(250 또는 350)와 같은 기부로 수술 테이블을 표면 상에 안정시키는 방법(400)을 예시한 순서도이다. 몇몇 실시예에서, 방법은 도면 부호 402에서 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 나타내는 신호를 하중 센서로부터 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 선택적으로 도면 부호 404에서 조절 위치(예컨대, 기부 본체 및/또는 고정 부분에 대한 조절가능 지지 부재의 가동 부분의 위치)를 나타내는 신호를 조절가능 지지 부재로부터 수신하는 단계를 추가로 포함한다. 방법은 도면 부호 406에서 총 하중의 부분을 허용가능한 범위와 비교하는 단계를 추가로 포함한다. 도면 부호 408에서, 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있지 않은 것으로 결정되면, 방법은 선택적으로 도면 부호 410에서, 조절 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 조절 부재의 조절성을 결정하고 이러한 조절성이 최적 안정성을 달성하기에 충분한지 여부를 결정하는 단계를 추가로 포함한다. 조절성이 최적 안정성을 달성하기에 충분하면, 방법은 도면 부호 412에서, 조절가능 지지 부재의 표면-맞물림 단부가 다른 지지 부재 중 3개의 표면-맞물림 단부에 의해 한정되는 평면에 대해 이동하게 하여 지지 부재 중 하나에 의해 지탱되는 총 하중의 부분을 변화시키는 단계를 추가로 포함한다. 조절성이 최적 안정성을 달성하기에 불충분한 것으로 결정되면, 방법은 선택적으로 도면 부호 414에서, 수술 테이블이 최적으로 안정되지 않을 수 있다는 경고를 나타내는 신호를 송신하는 단계를 추가로 포함한다. 도면 부호 406에서, 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있는 것으로 결정되면, 방법은 추후에 하중 센서로부터 다른 신호를 수신하고 도면 부호 402로부터 방법을 반복하는 단계로 복귀할 수 있다. 방법은 지지 부재의 표면-맞물림 단부의 이동이 이동하게 한 후에 그리고/또는 경고를 나타내는 신호를 송신한 후에, 도면 부호 402로 복귀하여 하중 센서로부터 업데이트된 신호를 수신하고 총 하중의 부분이 허용가능한 범위 내에 있을 때까지 방법을 반복하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예에서, 예시되고 설명된 바와 같은 지지 조립체는 특정 개수의 지지 부재를 포함하였고, 이들 중 특정 개수의 지지 부재는 조절가능하지만, 다른 실시예에서, 지지 조립체는 임의의 적합한 개수의 지지 부재 및 임의의 적합한 개수의 조절가능 지지 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 지지 조립체는 4개의 지지 부재를 포함할 수 있고, 모든 4개의 지지 부재는 조절가능할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 지지 조립체는 예를 들어 5개 이상의 지지 부재와 같은 4개 초과의 지지 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 지지 조립체는 5개의 지지 부재를 포함할 수 있고, 5개의 지지 부재 중 4개는 기부 본체 및/또는 다른 지지 부재(예컨대, 조절가능 지지 부재)에 대해 조절불가능할 수 있다. 유사하게, 기부는 임의의 적합한 개수의 바퀴 및 임의의 적합한 개수의 하중 센서를 포함할 수 있고, 그들 바퀴 및 하중 센서는 기부의 임의의 적합한 부분에 결합될 수 있다.
전술된 바와 같이, 로봇 수술 시스템의 로봇 아암의 작업 단부에서의 원하지 않는 진동을 감소시키는 것이 바람직하다. 로봇 수술 시스템은 외과 시술 중에 환자가 그 상에 지지될 수 있는 수술 테이블에 직접 또는 간접적으로 결합되는 로봇 수술 아암을 포함할 수 있다. 로봇 수술 아암은 그들의 원위, 작업 단부에서 수술 기구, 수술 기구의 적용을 위해 환자의 체강(들) 및 기관(들)에의 접근을 제공하기 위한 캐뉼러, 이미지화 장치, 발광체 등을 비롯한 다양한 장치를 지지할 수 있다. 그러한 시스템에서, 로봇 아암의 원위 단부 상에 장착된 장치에 대한 높은 위치 정확도를 확립하고 유지시키는 것이 바람직하다.
위치 정확도는 로봇 아암의 원위 단부의 진동에 의해 감소되거나 저하될 수 있다. 그러한 진동은 시스템의 다른 부분에서 유래되는, 시스템의 하나의 부분에서 발생하는 원하지 않는 진동인 진동 크로스-토크의 형태일 수 있다. 예를 들어, 진동은 예컨대 아암의 다른 부분 및/또는 수술 테이블 또는 다른 지지 구조체에 대한 아암의 일부 부분의 이동을 구동시키는 모터의 작동에 의해 로봇 아암 내에 유도될 수 있고, 모터의 작동에 의해 아암 내로 도입된 에너지는 아암을 통해 원위 단부로 전파되어, 원위 단부에 진동을 유발할 수 있다. 이러한 아암은 "능동" 아암으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 예컨대 능동 아암 내의 모터의 작동에 의해 능동 아암 내로 도입된 에너지는 능동 아암을 통해, 테이블 또는 다른 지지 구조체를 통해, 그리고 다른 로봇 아암(이는 "수동" 아암으로 지칭될 수 있음)을 통해 수동 아암의 원위 단부로 전파될 수 있다. 로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해 진동 크로스-토크를 감소시키는 것이 바람직하다.
로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도 및 진동 크로스-토크를 해결하기 위해, 환자가 그 상에 배치될 수 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블을 포함하는 로봇 수술 시스템을 제공하기 위한 장치 및 방법이 도 9a 내지 도 23b에 관하여 본 명세서의 다양한 실시예에 기술된다. 몇몇 실시예에서, 장치는 수술 테이블, 및 수술 테이블에 결합되거나 결합가능한 로봇 아암을 포함하고, 이때 각각의 로봇 아암은 의료 기구, 예컨대 수술 도구, 도구 드라이버, 캐뉼러, 발광체, 및/또는 이미지화 장치를 지지한다. 수술 테이블은 기부, 받침대 또는 칼럼, 및 칼럼에 결합된 테이블 상판을 포함한다. 로봇 아암 각각은 테이블 상판, 칼럼 또는 기부 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 각각의 로봇 아암은 아암의 근위 단부(여기에서 아암이 테이블에 결합됨)와 아암의 원위 단부(여기에서 아암이 의료 기구에 결합됨) 사이에 2개 이상의 링크(link)를 제공한다. 조인트에 의해 결합되는 링크들 사이의 상대 이동의 하나 이상의 자유도, 및 대응하는 로봇 아암의 원위 단부와 수술 테이블 사이의 상대 이동의 하나 이상의 자유도를 제공하는 조인트에 의해, 링크가 서로 결합되고 테이블과 의료 기구에 결합될 수 있다. 링크 및 대응하는 자유도는 로봇 아암의 원위 단부가 X, Y, 및/또는 Z축을 중심으로 그리고/또는 그것을 따라 테이블 상판 및/또는 그 상에 배치된 환자에 대한 원하는 위치 및/또는 그 상에 배치된 환자의 해부학적 구조체의 원하는 표적 부분으로 이동하도록 허용한다. 조인트를 중심으로 하는 링크의 상대 이동은 모터와 같은 장치의 작동에 의해 개시되고 지속될 수 있으며, 그리고/또는 모터와 같은 능동 장치 및/또는 브레이크(brake)와 같은 수동 장치에 의해 저지되거나 정지될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 그러한 장치는 로봇 수술 시스템 내로 에너지를 도입할 수 있으며, 이는 로봇 아암의 원위 단부에서 원하지 않는 진동을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 장치는 환자 테이블 상판을 갖는 수술 테이블, 수술 테이블에 결합되는 어댑터, 및 어댑터에 결합되는 하나 이상의 로봇 아암을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 장치는 환자 테이블 상판을 갖는 수술 테이블, 및 수술 테이블에 결합되는 어댑터/로봇 아암 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터와 로봇 아암은 일체형 메커니즘 또는 구성요소일 수 있다. 어댑터 및 로봇 아암 각각, 또는 어댑터/로봇 아암 조립체는 어댑터 및/또는 아암이 X, Y, 및/또는 Z축을 중심으로 그리고/또는 그것을 따라 테이블 상판 및/또는 그 상에 배치된 환자에 대한 원하는 위치 및/또는 그 상에 배치된 환자의 해부학적 구조체의 원하는 표적 부분으로 이동하도록 허용하기 위해 하나 이상의 링크를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 로봇 아암은 수술 테이블에 해제가능하게 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 로봇 아암은 그의 근위 단부와 그의 원위 단부 사이에서 해제가능 커플링을 포함할 수 있고, 따라서 로봇 아암의 근위 부분이 수술 테이블에 결합될 수 있고 로봇 아암의 원위 부분이 근위 부분으로부터 제거될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 로봇 아암의 근위 부분은 수술 테이블에 고정식으로 결합될 수 있는 어댑터로서 구현될 수 있다. 어댑터는 테이블 인터페이스 구조체 또는 메커니즘, 제1 조인트에서 인터페이스 구조체에 피벗가능하게 결합된 제1 링크 부재, 및 제2 조인트에서 제1 링크 부재에 결합된 제2 링크 부재를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 링크 부재는 제2 조인트에서 제1 링크 부재에 피벗가능하게 결합될 수 있다. 제2 링크 부재는 또한, 제2 링크 부재의 커플링 부분 및 로봇 아암의 근위 또는 장착 단부 부분에 있는 커플링 부분을 포함하는 커플링에서, 로봇 아암에 결합되도록 구성된다. 로봇 아암은 또한 로봇 아암의 장착 단부 부분에서 표적 조인트를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 표적 조인트는 로봇 아암의 장착 단부 부분에 있는 커플링 부분에 포함된다.
로봇 아암은 수술 테이블 상에 배치된 환자에게 외과 시술을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 제1 조인트는 수술 테이블의 테이블 상판에 대한 수직 Z축을 중심으로 하는 제1 링크 부재의 회전 운동, 및 수술 테이블의 테이블 상판에 대한 측방향 및 종방향(또한 본 명세서에서 X 방향 및 Y 방향으로 지칭됨)으로의 제1 링크 부재와 제2 링크 부재의 이동을 제공할 수 있다. 제2 조인트는 제2 링크 부재 및 그것에 결합된 로봇 아암의 장착 단부 부분의 수직 이동(예컨대, 수술 테이블의 테이블 상판에 보다 가까이로의, 그 위로의 그리고/또는 더욱 그 위로의 이동)을 허용하는 승강 메커니즘(lift mechanism)을 제공할 수 있다. 제1 링크 부재와 제2 링크 부재의 집합적 이동은 어댑터 및 그것에 결합된 때의 로봇 아암이 수술 테이블에 대한 다양한 상이한 위치들 사이에서 이동하도록 허용한다. 예를 들어, 어댑터와 로봇 아암은 보관 위치, 및 로봇 아암의 표적 조인트가 수술 테이블의 테이블 상판 상에 배치된 환자에게 특정 외과 시술을 수행하기 위해 표적 위치에 배치될 수 있는 다양한 작동 위치로 이동될 수 있다. 제1 링크 부재와 제2 링크 부재의 운동은 또한 환자에의 접근이 방해되지 않도록 어댑터와 로봇 아암이 배치되는 다양한 파킹(parked) 또는 정리 위치(clearance position)로의 어댑터와 로봇 아암의 이동을 제공한다. 예를 들어, 외과 시술 중에 어댑터 및 로봇 아암을 이동시켜 이미지화 장치와 같은 장비를 위한 여유 공간을 제공하고/하거나 예를 들어 시술 중에 응급 상황시 추가의 의료인을 위한 여유 공간을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 몇몇 경우에서, 작동 위치는 또한 파킹 위치일 수 있다.
도 9a와 도 9b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블(500)은 테이블 상판(520), 테이블 지지부 또는 칼럼(522) 및 테이블 기부(524)를 포함한다. 테이블 상판(520)은 도 9a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외과 시술 중에 환자가 그 상에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 테이블 상판(520)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 칼럼(522) 상에 배치된다. 칼럼(522)은 원하는 개수의 자유도로의 테이블 상판(520)의 이동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 9a에 개략적으로 예시된 바와 같이, 칼럼(522)은 Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 가질 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 테이블 상판(520)은 기부(550)에 대해 Y축을 따라(테이블의 종축을 따라), 그리고/또는 X축을 따라(테이블의 횡축을 따라), 그리고/또는 Z, Y, 및/또는 X축을 중심으로 이동가능할 수 있다. 테이블 상판(520)은 또한 임의의 적합한 축을 따라/임의의 적합한 축을 중심으로 서로에 대해 이동가능한 다수의 섹션, 예컨대 몸통, 한쪽 또는 양쪽 다리, 및/또는 한쪽 또는 양쪽 팔 각각을 위한 별개의 섹션, 및 머리 지지 섹션을 포함할 수 있다. 테이블 상판(520) 및/또는 그의 구성 섹션의 이동은 수동으로 수행되거나 모터에 의해 구동되거나 원격으로 제어되는 등등일 수 있다. 테이블 상판을 위한 칼럼(522)은 기부(524)에 장착될 수 있고, 기부는 수술실의 바닥에 고정될 수 있거나, 예컨대 기부 상의 바퀴의 사용에 의해 바닥에 대해 이동가능할 수 있다. 도 9a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 칼럼(522)의 높이는 조절될 수 있으며, 이는 예를 들어 테이블 상판(520)의 운동(예컨대, 축방향(종방향) 또는 측방향 운동)과 함께, 테이블 상판(520)이 (예컨대, 외과 의사 접근을 허용하기 위해) 바닥 위의 소정 높이로 그리고 칼럼(520)으로부터 소정 거리를 두고 원하는 수술 부위에 위치되도록 허용할 수 있다. 이는 또한 테이블(500)에 결합된 로봇 아암(530)이 테이블 상판(520) 상에 배치된 환자 상의 원하는 처치 표적에 도달하도록 허용할 수 있다.
로봇 보조식 외과 시술에서, 도 9c와 도 9d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 로봇 아암(530)이 수술 테이블(500)(또한 본 명세서에서 "테이블"로 지칭됨)의 테이블 상판(520) 상에 배치된 환자에 대해 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다. 로봇 아암(들)은 수술 테이블(500) 상에 배치된 환자에게 외과 시술을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 각각의 로봇 아암의 원위 단부는 로봇 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구가 원하는 기능을 수행할 수 있도록 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도 9c와 도 9d에 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(530)은 커플링(518)을 통해 테이블 상판(520)에 영구적으로, 반영구적으로, 또는 해제가능하게 결합될 수 있다. 커플링(518)은 로봇 아암 상의 커플링 부분(도시되지 않음)에 정합 결합될 수 있는 테이블 상판(520) 상의 커플링 부분(도시되지 않음)을 비롯한 다양한 상이한 커플링 메커니즘을 포함할 수 있다. 각각의 로봇 아암(530)은 테이블(500) 상의 고정 위치에 결합될 수 있거나, 본 명세서에 더욱 상세히 기술된 바와 같이 로봇 아암(530)이 테이블 상판(520) 및/또는 테이블 상판(520) 상에 배치된 환자에 대해 다수의 위치로 이동가능할 수 있도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(530)은 테이블 상판(520) 및/또는 환자 상의 특정 표적 처치 위치에 대해 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, (예컨대, Y축 방향으로의) 테이블 상판(520)의 축방향 운동은 아암(530)(및 따라서, 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구 또는 도구)이 필요에 따라 환자 상의 원하는 해부학적 구조체에 도달하거나 환자에의 접근을 위한 여유 공간을 제공하도록 허용하는 데 도움을 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 칼럼(522)의 수직 이동, 테이블 상판(520)의 축방향 이동, 및 예를 들어 로봇 아암(530) 내의 링크의 이동의 조합은 로봇 아암이 그것이 바닥 위로의 필요한 높이에서 환자의 해부학적 구조체에 도달할 수 있는 위치에 배치되도록 허용한다.
도 10a와 도 10b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(530)은 원위 단부 부분(537)과 근위 단부 부분(536)을 포함할 수 있다. 원위 단부 부분(537)(또한 본 명세서에서 "작동 단부"로 지칭됨)은 그것에 결합되는 의료 기구 또는 도구(515)를 포함하거나 구비할 수 있다. 근위 단부 부분(536)(또한 본 명세서에서 "장착 단부 부분" 또는 "장착 단부"로 지칭됨)은 로봇 아암(530)이 테이블(500)의 테이블 상판(520)에 결합되도록 허용하기 위한 커플링 부분을 포함할 수 있다. 로봇 아암(530)은 X, Y 및/또는 Z축 중 하나 이상을 따른 병진 및/또는 그것을 중심으로 하는 회전을 제공할 수 있는, 조인트에서 함께 결합되는 2개 이상의 링크 부재 또는 세그먼트(510)를 포함할 수 있다. 로봇 아암(530)을 커플링(518)에서 테이블 상판(522)에 결합시키기 위한 로봇 아암(530)의 커플링 부분은 아암(530)의 원위 또는 장착 단부(536)에 배치될 수 있고, 세그먼트(510)에 결합되거나 세그먼트(510) 내에 통합될 수 있다. 로봇 아암(530)은 또한, 커플링 부분에 결합되는 로봇 아암(530)의 링크 또는 세그먼트(510) 상에 배치되거나 커플링(518)의 커플링 부분 내에 포함될 수 있는, 로봇 아암(530)의 장착 단부(536)에 또는 그 부근에 배치되는 표적 조인트(J1)를 포함한다. 표적 조인트(J1)는 로봇 아암(530)의 원위 세그먼트가 테이블 상판(520)에 대해 피벗하도록 허용하는 피벗 조인트를 제공할 수 있다. 로봇 아암(530)은 도 10a에 도시된 바와 같은, 외과 시술 중에 사용하기 위한 다양한 연장된 구성과 도 10b에 도시된 바와 같은, 사용하지 않을 때 보관을 위한 다양한 절첩된 또는 접힌 구성 사이에서 이동될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 11a와 도 11b에 도시된 바와 같이, 수술 테이블과 로봇 아암의 원위 단부 사이의 연결(및 따라서 환자에 대한 로봇 아암의 원위 단부에 있는 의료 기구의 위치 및 배향)이 어댑터(528) 및 어댑터(528)에 결합된 로봇 아암(들)(530)으로 구현된다. 어댑터(528)는 수술 테이블(500)과 별개이지만 그것과 맞물림가능하거나 그것에 결합가능할 수 있거나, 수술 테이블(500)에 고정식으로 부착될 수 있다. 어댑터(528)는 예를 들어 테이블(500)의 칼럼(522), 테이블 기부(524) 및/또는 테이블 상판(520)에 결합될 수 있다. 그러나, 어댑터와 로봇 아암 사이의 구별이 무시될 수 있고, 수술 테이블과 로봇 아암의 원위 단부 사이의 연결부가, 즉 연결부의 원위 단부에서, 의료 기구의 이동을 위한 원하는 자유도를 제공하는 일련의 링크 및 조인트로 개념화되고 구현될 수 있다. 이러한 연결부는 임의의 하나 이상의 링크(들) 또는 조인트(들)에서 또는 일련의 링크 및 조인트를 따른 임의의 위치에서 해제가능 커플링을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 테이블 상판(520)의 다양한 섹션이 서로에 대해 이동할 수 있고(예컨대, 서로에 대해 기울어지거나 경사질 수 있음) 그리고/또는 테이블 상판(520)이 수술 테이블(500)의 칼럼(522) 및/또는 기부(524)에 대해 이동될(예컨대, 기울어질, 경사질) 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다양한 실시예를 위한 X, Y 및 Z축에 대한 좌표계가 테이블 상판(520)의 상부 표면에 대해 유지되도록 어댑터(528) 및 그것에 결합된 로봇 아암(530)이 테이블 상판(520)의 몸통 섹션과 함께 이동할 수 있음이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 어댑터(528)와 로봇 아암(530)은 테이블(500)의 지지 받침대(522)에 결합될 수 있고, 테이블 상판(520)이 지지부(522)에 대해 이동될 때, 어댑터(528)와 아암(530)의 위치설정은 테이블 상판(520)의 이동과 조화될 수 있다.
도 12a와 도 12b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 어댑터(528)는 테이블 인터페이스 구조체 또는 메커니즘(540), 및 하나 이상의 링크 부재를 포함할 수 있다. 이러한 예시적인 실시예에서, 어댑터(528)는 제1 조인트(533)에서 인터페이스 구조체(540)에 결합되는 제1 링크 부재(532), 및 제2 조인트(535)에서 제1 링크 부재(532)에 결합되는 제2 링크 부재(534)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 제1 링크 부재(532)는 제1 조인트(533)에서 테이블 인터페이스 구조체(540)에 피벗가능하게 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제1 링크 부재(532)는 선형 운동을 제공하는 조인트로 테이블 인터페이스 구조체(540)에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제2 링크 부재(534)는 제2 조인트에서 제1 링크 부재에 피벗가능하게 결합될 수 있다. 제1 조인트(533)와 제2 조인트(535)를 위한 다른 유형의 커플링 조인트가 대안적으로 사용될 수 있다. 따라서, 다양한 상이한 유형의 커플링 조인트(예컨대, 선형, 회전)가 어댑터의 링크 부재들 사이에 사용되어 어댑터의 원하는 이동과 도달범위(reach)를 달성할 수 있다. 제2 링크 부재(534)는 또한 커플링(518)(또한 본 명세서에서 "커플링 조인트"로 지칭됨)에서 로봇 아암(530)에 결합가능하다. 어댑터(528)는 도 12a에 도시된 바와 같은, 외과 시술 중에 사용하기 위한 다양한 연장된 구성과 도 12b에 도시된 바와 같은, 사용하지 않을 때 보관을 위한 다양한 절첩된 또는 접힌 구성 사이에서 이동될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 어댑터(528)는 2개 초과의 링크 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터는 로봇 아암(530)에 대한 커플링(518)과 제2 링크 부재(534) 사이에서 제2 링크 부재(534)에 결합되는 제3 링크 부재(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 3개 초과의 링크 부재가 포함될 수 있다. 링크 부재의 개수 및 크기는 어댑터(528)가 보다 긴 또는 보다 짧은 도달범위를 제공하여, 예를 들어 보다 큰 환자를 위해 로봇 아암(530)(예컨대, 아래에서 논의되는 표적 조인트(J1))을 환자 위로 더욱 연장시킬 수 있도록 달라질 수 있다. 이러한 제3 링크 부재는 또한 더욱 상세히 후술되는 바와 같이 아암(530)이 테이블(500)의 반대 측부에 있는 어떤 위치로 이동될 때(예컨대, 테이블의 일 측부에서 3개의 아암을 구비하도록 반대 측부로 아암이 이동될 때) 로봇 아암(530)의 위치를 테이블 상판(520) 아래로 더욱 연장시키기 위해 사용될 수 있다. 어댑터(528)의 제1 조인트(533)와 제2 조인트(535)는 X, Y 및/또는 Z축을 따른/그것을 중심으로 하는 로봇 아암(530)의 이동을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 각각의 로봇 아암(530)은 커플링(518)을 통해 어댑터(528)에 영구적으로, 반영구적으로, 또는 해제가능하게 결합될 수 있다. 커플링(518)은 로봇 아암 상의 커플링 부분(도시되지 않음)에 정합 결합될 수 있는 어댑터(528) 상의 커플링 부분(도시되지 않음)을 비롯한 다양한 상이한 커플링 메커니즘을 포함할 수 있다. 각각의 로봇 아암(530)은 테이블(500) 상의 고정 위치에 결합될 수 있거나, 본 명세서에 더욱 상세히 기술된 바와 같이 로봇 아암(530)이 테이블 상판(520) 및/또는 테이블 상판(520) 상에 배치된 환자에 대해 다수의 위치로 이동가능할 수 있도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(530)은 테이블 상판(520) 및/또는 환자 상의 특정 표적 처치 위치에 대해 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, (예컨대, Y축 방향으로의) 테이블 상판(520)의 축방향 운동은 아암(530)(및 따라서, 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구 또는 도구)이 필요에 따라 환자 상의 원하는 해부학적 구조체에 도달하거나 환자에의 접근을 위한 여유 공간을 제공하도록 허용하는 데 도움을 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지 받침대(522)의 수직 이동, 테이블 상판(520)의 축방향 이동, 및 예를 들어 제1 링크 부재(532) 및 제2 링크 부재(534)의 이동의 조합은 로봇 아암이 바닥 위로의 필요한 높이에서 환자의 해부학적 구조체에 도달할 수 있는 위치에서의 로봇 아암(530)의 배치를 허용한다.
어댑터(528)에 대한 몇몇 구조적 요건은 로봇 아암(530)의 수술전 및 수술중 위치 변화에 대한 조절성을 유지하면서 로봇 아암(530)의 강성 지지부를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 테이블 어댑터(528)는, 예를 들어 중력의 영향, 로봇 아암 운동으로 인한 관성 효과를 견디고/견디거나 사용자 또는 (다른 로봇 아암 또는 테이블 운동을 포함한) 로봇 시스템의 다른 부분으로부터의 우발적인 충돌을 견디기 위해 어댑터(528)를 고정 위치에 유지시키거나 로킹시키는 수단을 포함할 수 있다. 테이블 어댑터(528)는 또한 어댑터(528)의 공간 위치 및/또는 어댑터(528)의 다양한 조인트 및 결합 지점의 각도 및 변위를 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
어댑터(528)의 제1 링크 부재(532)와 제2 링크 부재(534)의 집합적 운동은 X, Y 및/또는 Z축을 따른 그리고/또는 그것을 중심으로 하는 커플링(518)의 이동 및 따라서 그것에 결합된 로봇 아암(530)의 이동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(530)의 표적 조인트(J1)는 테이블 상에 배치된 환자에게 다양한 상이한 외과 시술을 수행하기 위해 테이블(500)에 대해 다양한 표적 처치 위치로 이동될 수 있다. 제1 링크 부재(532)와 제2 링크 부재(534)의 집합적 운동은 또한 보관 위치, 작동 위치, 및 파킹 또는 정리 위치를 포함한, 수술 테이블(500)에 대한 다양한 상이한 위치들 사이에서 어댑터(528)와 로봇 아암(530)이 이동하도록 허용한다.
도 13은 어댑터(528) 및/또는 로봇 아암(530)의 조인트와 관련된 예시적인 자유도를 예시하는, 지지부(522)의 일부분, 어댑터(528) 및 로봇 아암(530)의 평면도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 그리고 전술된 바와 같이, 제1 링크 부재(532)는 조인트(533)에서 인터페이스 메커니즘(540)에 결합될 수 있고, 제2 링크 부재(534)는 조인트(535)에서 제1 링크 부재(532)에 결합될 수 있다. 로봇 아암(530)은 커플링 조인트(518)에서 제2 링크 부재(534)에 결합될 수 있고, 로봇 아암(530)의 링크(510) 각각은 조인트에서 서로 결합될 수 있다. 이러한 예에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(530)의 J1 조인트는 커플링 조인트(518)와 일치한다. 몇몇 실시예에서, 어댑터(528), 보다 상세하게는 인터페이스 메커니즘(540)은 제1 자유도(DOF 1)가 커플링 조인트(513)에서 제공되도록 커플링 조인트(513)에서 수술 테이블(예컨대, 지지부(522))에 이동가능하게 결합될 수 있다. 도 13의 예에서, 커플링 조인트(513)는 인터페이스 메커니즘(540)과 수술 테이블 사이의 선형 이동, 즉 X축에 평행한 병진을 제공한다. 다른 실시예에서, 커플링 조인트는 수술 테이블에 대한 인터페이스 메커니즘(540)의 피벗 또는 회전 이동을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 인터페이스 메커니즘(540)은 수술 테이블에 고정식으로 결합되어, 수술 테이블에 대해 이동하지 않는다.
또한 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 자유도(DOF 2)가 제1 링크 부재(532)와 인터페이스 메커니즘 사이의 조인트(533)에서 제공되고, 제3 자유도(DOF 3)가 제1 링크 부재(532)와 제2 링크 부재(534) 사이의 조인트(535)에서 제공된다. 제4 자유도(DOF 4)가 제2 링크 부재(534)와 로봇 아암(530)의 링크(510) 사이의 조인트(518, J1)에서 제공된다. 이러한 예에서, DOF 2, DOF 3, 및 DOF 4 각각은 Z축을 중심으로 하는 회전으로 나타나 있다.
로봇 아암(530) 또는 그의 일부분이 어댑터(528)에 해제가능하게 결합될 수 있고/있거나 로봇 아암(530)의 부분(예컨대, 링크)이 어댑터(528) 내에 통합될 수 있다. 따라서, 수술 테이블과 로봇 아암(530)의 원위 단부 사이의 연결부가 연결부의 원위 단부에서 의료 기구(515)의 이동을 위한 원하는 자유도를 제공하는 일련의 링크 및 조인트로 개념화되고 구현될 수 있다. 이러한 연결부는 임의의 하나 이상의 링크(들) 또는 조인트(들)에서 또는 일련의 링크 및 조인트를 따른 임의의 위치에서 해제가능 커플링을 포함할 수 있다.
어댑터(528) 및/또는 로봇 아암(530)의 링크의 다양한 자유도는 테이블 상판 상에 배치된 환자에게 다양한 상이한 시술을 수행하기 위해 테이블 상판(520)에 대한 다양한 상이한 위치 및 배향으로 이동될 로봇 아암(530) 및 따라서 그의 원위 단부에 배치된 의료 기구(515)의 이동을 제공한다. 본 명세서에 기술된 어댑터(528)는 또한, 특정 시술에 사용하기 위해 그리고 로봇 아암(530)을 테이블 상판(520)의 일 측부 또는 양 측부에 위치시키기 위해 테이블에 결합되는 로봇 아암(530)의 개수의 변동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 시술에서, 2개의 로봇 아암(530)을 테이블 상판(520)의 일 측부에 그리고 2개의 로봇 아암(530)을 테이블 상판(520)의 반대 측부에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 시술에서, 3개의 로봇 아암(530)을 테이블 상판(520)의 일 측부에 그리고 1개의 로봇 아암(530)을 테이블 상판(520)의 반대 측부에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예 중 많은 것이 4개의 로봇 아암(530)의 사용을 기술하지만, 특정 수술에 사용될 로봇 아암(530)의 개수가 다를 수 있고, 4개보다 많거나 적은 로봇 아암(530)이 사용될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 다양한 상이한 시술을 위한 처치 영역 또는 처치 "클라우드(cloud)" 내에서의 테이블 상판(520)에 대한 로봇 아암의 이동과 위치를 보여주는 다양한 특정한 예시적인 실시예가 본 명세서에 기술된다.
테이블 어댑터(528)를 수술전 설치 중에 그리고/또는 수술 중에 사용되는 다양한 위치에 고정시키기 위해, 다양한 조인트 및/또는 결합 위치는 제동 또는 로킹 메커니즘을 이용할 수 있다. 예를 들어, 제동 메커니즘은 조인트의 운동 범위 내의 임의의 지점에서 위치를 유지시키는 능력을 제공할 수 있다. 제동 메커니즘은 예를 들어 디스크-캘리퍼-스타일(disc-caliper-style), 드럼-롤러-스타일(drum-roller-style), 또는 다른 마찰-기반 메커니즘을 포함할 수 있다. 로킹 메커니즘은 임의의 수개의 별개의 위치에서 위치를 유지시키는 능력을 제공할 수 있지만, 연속적인 조절을 허용하지 않을 수 있다. 로킹 메커니즘은 예를 들어 맞물림해제-치형식(disengaging-toothed), 맞물림해제-핀식(disengaging-pinned), 또는 볼-멈춤쇠(ball-detent), 또는 다른 이산 위치 스타일(discrete position style) 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 제동 또는 로킹 메커니즘은 비급전 상태(unpowered state)에서 운동을 방지할 수 있고, 스프링 또는 다른 메커니즘을 통해 정지 또는 로킹 위치를 향해 편의될(biased) 수 있다. 몇몇 실시예에서, 급전 상태(powered state)에서, 제동 또는 로킹 메커니즘은 선택적으로 시스템의 원하는 상태에 따라 해제되거나 맞물릴 수 있다.
도 14에 개략적으로 도시된 바와 같이, 능동 아암(530) 내의 2개의 링크들 사이의 조인트에 있는 모터와 같은 에너지원(ES)은 사용시, 인터페이스 구조체(들)(540) 및 칼럼(522)을 통해 원하지 않는 능동 아암(530)의 도구(515)의 진동(V1), 및/또는 수동 아암(530')의 도구(515')의 진동(V2)을 유발할 수 있다. 예를 들어, 능동 아암(530) 내의 에너지원(ES)에 의해 도입된 에너지는 능동 아암(530)을 통해, 인터페이스 구조체(들)(540) 및 칼럼(522)을 통해, 그리고 수동 아암(530')을 통해 수동 아암(530')의 도구(515')로 전파되어, 도구(515')의 진동(V2)을 유발할 수 있다. 능동 아암(530)의 에너지원(ES)으로부터 능동 아암(530)의 도구(515) 및 수동 아암(530')의 도구(515)로의 그러한 진동 크로스-토크를 감소시켜 능동 아암(530)의 도구(515) 및 수동 아암의 도구(515')의 위치 정확도를 향상시키는 것이 바람직하다. 몇몇 경우에, 시스템의 3개의 축 각각을 따른/그것을 중심으로 하는 다양한 구성요소가 변화하는 진동을 받을 수 있다. 그러한 경우에, 로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해, 모든 구성요소는 아니더라도 적어도 가장 중요한 구성요소의 진폭을 감소시키는 것이 바람직하다.
도 15a 내지 도 23b는 로봇 아암 및 아암이 결합되는 테이블 구조체(들)의 진동의 모드 주파수(modal frequency)를 분리시킴으로써 진동 크로스-토크를 감소시키기 위한 장치 및 방법의 다양한 실시예를 예시한다.
아암(또는 그들의 구성 요소)의 모드 진동 주파수를 테이블로부터 결합해제시키는 것은 예를 들어 모터 및/또는 브레이크에 의해 능동 아암 내로 도입된 에너지의 전달 효율을 감소시킨다. 예를 들어, 능동 로봇 아암이 4 헤르츠(㎐)의 모드를 갖는 경우에, 능동 로봇 아암 내로 도입된 에너지는 2개의 아암이 장착되는 개재 구조체가 능동 로봇 아암의 모드와 동일한 모드; 이 경우에, 4 ㎐의 모드를 가질 때 수동 로봇 아암으로 가장 잘 전달된다. 능동 로봇 아암 내로 도입된 에너지의 전달은 개재 구조체를 능동 로봇 아암의 모드와 상이한 모드를 갖도록 배열함으로써 감소 및/또는 중단될 수 있으며; 이 경우에, 예를 들어, 개재 구조체는 약 6 ㎐의 모드를 갖도록 배열되어, 능동 아암과 개재 구조체 사이의 모드 분리(modal separation)를 생성하고, 따라서 수동 아암으로의 에너지 전달 효율을 감소시킬 수 있다. 아암들 사이에서 전달되는 보다 적은 에너지는 보다 적은 진동이 생성되는 결과, 즉 하나 이상의 축으로의/그것을 중심으로 하는 보다 낮은 진폭의 결과를 가져온다.
종래의 수술 테이블은 약 6 내지 8 ㎐의 최저 모드 주파수를 갖는다. 로봇 수술 아암은 약 4 내지 6 ㎐ 정도의 최저 모드 주파수를 가질 수 있다. 원하는 크기의 결합해제를 생성하기 위해, 테이블 주파수를 아암 주파수로부터 적어도 약 2 ㎐만큼 분리시키는 것이 바람직하다. 몇몇 경우에, 아암 주파수의 약 2배 이상인 테이블 주파수를 갖는 것이 바람직하다. 개시된 실시예에서, 테이블 주파수가 10 ㎐ 이상, 또는 몇몇 경우에 더욱 바람직하게는 12 ㎐ 이상인 것이 바람직하다.
테이블의 최저 모드 주파수를 증가시키기 위한 여러 접근법이 개시된다. 위에 간단히 기술된 바와 같이, 테이블은 기부, 조절가능 칼럼, 및 하나 이상의 상대적으로 이동가능한 구성요소를 갖는 테이블 상판을 비롯한 여러 구성요소 또는 부조립체를 포함할 수 있다. 전체 시스템에 대한 최저 모드 주파수는 전형적으로 부조립체를 결합시키는 구조 구성요소의 굽힘, 압축, 또는 비틀림에 의해 생성되는 상이한 축을 따른 또는 그것을 중심으로 하는 수술 테이블의 구성요소들 또는 부조립체들 사이의 상대 이동에 의해 한정된다.
바람직하지 않은 보다 낮은 모드 주파수의 다른 원인은 시스템 내의, 부조립체들 또는 구성요소들 사이의, 또는 시스템과 환경 사이의 백래시(backlash), 슬롭(slop) 또는 유극(play)이다. 예를 들어, 별첨(Appendix) A에서 논의되는 바와 같이, 테이블의 기부가 비교적 강성이고, 굽힘 및/또는 압축에 저항하는 경우에, 기부는 기부가 그 상에 지지되는 바닥 또는 다른 표면 내의 불규칙한 부분을 수용하는 능력이 떨어진다. 이는 테이블의 흔들림 또는 다른 이동을 생성할 수 있으며, 이는 시스템의 이동의 모드 주파수 중 하나 이상을 저하시킬 수 있다.
시스템에 대한 최저 주파수는 지지 칼럼 및/또는 기부의 굽힘, 및 기부에 대한 테이블 상판의 대응하는 흔들림에 의해 한정될 수 있다. 이러한 굽힘 및 결과적인 흔들림은 도 15a에 도시된 바와 같이 Y-Z 평면 내에서(즉, X축을 중심으로) 일어날 수 있다. 그것은 도 15a에 도시된 바와 같이, 칼럼(522)에 의해 지탱되는 하중(즉, 테이블 상판, 로봇 아암, 환자, 및 테이블 상판 또는 지지 칼럼에 장착된 임의의 다른 장비)의 무게 중심(CG)이 칼럼의 중심선(CL)으로부터 종방향으로(Y축을 따라) 변위되는 것에 기인할 수 있다. 굽힘/흔들림은 또한 도 15b에 도시된 바와 같이 X-Z 평면 내에서(즉, Y축을 중심으로) 일어날 수 있다. 이는 도 15b에 도시된 바와 같이, 하중의 CG가 칼럼의 중심으로부터 종방향으로(X축을 따라) 변위되는 것에 기인할 수 있다. CG는 외과 시술을 위해 로봇 아암 및/또는 환자를 위치시킴으로써 CL로부터 변위될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 테이블 상판은 또한 테이블 상판 및 환자를 주어진 외과 시술에 요구되는 배향으로 위치시키기 위해 칼럼에 대해 피벗가능할 수 있다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 이러한 피벗 이동은 X축을 중심으로, 즉 피벗부(521)를 중심으로 이루어질 수 있다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 이러한 피벗 이동은 Y축을 중심으로, 즉 피벗부(523)를 중심으로 이루어질 수 있다. 양쪽 피벗 이동은 또한 칼럼의 CL에 대한 CG의 변위를 생성할 수 있다. 어느 하나의 또는 둘 모두의 피벗 이동을 가능하게 하고 생성하는 메커니즘은 또한 위에 언급된 바와 같이, 테이블의 이동의 정도 중 하나 이상의 모드 주파수를 저하시킬 수 있는 백래시의 원인일 수 있다. 테이블 상판의 피벗 이동을 가능하게 하고/하거나 생성하지만 비교적 높은 구조적 강성을 갖고, 칼럼을 굽히는 경향을 최소화시키고, 달리 기부에 대한 테이블 상판의 흔들림에 저항하고/하거나 시스템의 백래시의 원인을 감소시킬 수 있는 메커니즘의 여러 실시예가 후술된다.
테이블 상판 및 환자를 주어진 외과 시술에 요구되는 배향(예컨대, 트렌델렌부르크 배향(Trendelenburg orientation))으로 위치시키기 위해 테이블 상판이 칼럼에 대해(예컨대, Z, Y, 및/또는 Z축을 따라 그리고/또는 그것을 중심으로) 피벗하도록 허용하기 위해, 수술 테이블은 그의 삽통식 칼럼에 결합되는 그리고 테이블 상판의 다양한 부분에 작동가능하게 결합되고 테이블 상판을 원하는 배향으로 이동시키도록 배열되는 액추에이터를 갖는 피벗 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 17a 내지 도 17c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 그러한 수술 테이블(600)은 테이블 상판(620), 테이블 지지부 또는 칼럼(622), 테이블 기부(650), 및 피벗 조립체(660)를 포함한다. 테이블 상판(620)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 칼럼(622) 상에 배치된다. 칼럼(622)은 도 17a와 도 17c에 개략적으로 예시된 바와 같이, Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 포함한다. 수술 테이블(600)은 본 명세서에 기술된 수술 테이블(500)과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 수술 테이블(600)에 관한 일부 상세 사항이 후술되지 않는다. 구체적으로 논의되지 않는 특징 및 기능에 대해, 그들 특징 및 기능이 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
본 명세서에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 이러한 실시예에서, 피벗 조립체(660)는 칼럼(622)에 결합된다. 이러한 방식으로, 칼럼(622)과 피벗 조립체(660)는 Z축(바닥 위로의 높이)으로 동시에 병진할 수 있다. 피벗 조립체(660)는 도 17a 내지 도 17c에 개략적으로 예시된 바와 같이, 주 하중 지지부(662), 제1 액추에이터(663A), 제2 액추에이터(663B), 제3 액추에이터(663C), 및 피벗 조립체(660)를 지지하고 피벗 조립체(660)를 칼럼(622)과 결합시키도록 배열되는 지지 플랜지(661)를 포함한다.
주 하중 지지부(662)는 테이블 상판(620)에 작동가능하게 결합되는 피벗부(664)를 포함한다. 피벗부(121) 및 피벗부(123)에 관하여 기술된 바와 유사하게, 피벗부(664)는 테이블 상판(622) 및 환자(도시되지 않음)를 주어진 외과 시술에 요구되는 배향으로 위치시키기 위해 X축을 중심으로 하는 그리고 Y축을 중심으로 하는 칼럼(622)에 대한 테이블 상판(620)의 피벗 이동을 허용한다. 피벗부(664)는 2축 피벗 운동을 가능하게 하기 위해 짐벌 조인트(gimbal joint) 배열로 구현될 수 있다.
도 17a 내지 도 17c에 예시된 바와 같이, 피벗 조립체(660)는 외팔보 방식으로 칼럼(622)에 결합된다. 이러한 실시예에서, 칼럼(622)은 기부(650)의 X 및 Y축의 원점으로부터 떨어져 위치되며, 이때 주 하중 지지부(662)는 테이블 상판(620)의 중심선 부근에 배치된다. 이러한 배열에서, 외팔보식 피벗 조립체(660)와 테이블 하중은 집합적으로 칼럼(622)에 바람직하지 않은 굽힘 모멘트(M)(예컨대 도 17c 참조) 및 전단력을 유발할 수 있다. 칼럼(622)에 가해지는 굽힘 모멘트(M) 및 전단력은 칼럼(622)의 2개의 섹션의 상대 이동 중에 그들 사이의(예컨대, 삽통식 조인트들 사이의) 바람직하지 않은 접촉 또는 마찰(rubbing)로 인해 마모를 유발할 수 있다. 시간 경과에 따라, 이러한 마모는 저하된 구조적 강성, 테이블 상판(620)의 증가된 흔들림, 및/또는 시스템의 증가된 백래시를 초래할 수 있다. 또한, 칼럼(622)에 대한 피벗 조립체(660)의 외팔보식 위치는 예를 들어 환자가 테이블 상판(620)의 반대 측부에 더욱 많이 배치되고/되거나, 로봇 아암이 테이블 상판(620)의 반대 측부에서 연장되는 경우에, 무게 중심이 기부(650)에 의해 한정되는 허용가능한 경계를 지나(예컨대, 칼럼(622)의 중심선으로부터 허용가능한 거리를 지나) 변위되는 결과를 가져올 수 있다.
테이블 상판의 피벗 이동을 가능하게 하고/하거나 생성하지만 도 17a 내지 도 17c에 도시된 실시예에 관하여 예시되고 기술된 결함을 바로잡기 위해, 피벗 조립체를 칼럼과 외팔보 방식으로 결합시키기보다는, 피벗 조립체가 칼럼 주위에 배열될 수 있고, 칼럼이 (도 17a 내지 도 17c에 도시된 실시예에 관하여 도시되고 기술된 바와 같이 편심되기보다는) 기부의 중심을 향해 재위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 무게 중심의 위치가 그것을 칼럼의 중심 수직축을 향해 이동시킴으로써 개선된다. 도 18a 내지 도 18c는 그러한 실시예에 따른 수술 테이블(700)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서, 수술 테이블(700)은 테이블 상판(720), 테이블 기부(750), 테이블 기부(750)의 중심에 또는 그 부근에 위치되는 테이블 지지부 또는 칼럼(722), 및 칼럼(722) 주위에 분포되는 피벗 조립체(760)를 포함한다. 테이블 상판(720)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 칼럼(722) 상에 배치된다. 칼럼(722)은 도 18a와 도 18c에 개략적으로 예시된 바와 같이, Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 포함한다. 수술 테이블(700)은 본 명세서에 기술된 수술 테이블(예컨대, 수술 테이블(500, 600 등))과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 수술 테이블(700)에 관한 일부 상세 사항이 후술되지 않는다. 구체적으로 논의되지 않는 특징 및 기능에 대해, 그들 특징 및 기능이 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
피벗 조립체(760)는 도 18a 내지 도 18c에 개략적으로 예시된 바와 같이, 주 하중 지지부(762), 제1 액추에이터(763A), 제2 액추에이터(763B), 제3 액추에이터(763C), 및 피벗 조립체(760)를 지지하고 피벗 조립체(260)를 칼럼(722)과 결합시키도록 배열되는 지지 플랜지(761)를 포함한다. 액추에이터(763A, 763B, 763C)와 주 하중 지지부(762)는 도 18b의 평면도(도 18a의 단면 A-A)에 개략적으로 가장 잘 예시된 바와 같이 칼럼(722)의 다양한 측부 또는 부분 주위에 이격되어 배치된다. 보다 구체적으로, 주 하중 지지부(762)는 그의 하부 단부에서 칼럼(722)의 일 측부에 있는 지지 플랜지(761)의 제1 부분에서 지지 플랜지(761)에 연결된다. 주 하중 지지부(762)는 테이블 상판(720)의 하부 면에 작동가능하게 결합되는 피벗부(764)(예컨대, 짐벌 조인트)를 포함한다. 이어서, 제2 액추에이터(763B)는 그의 하부 단부에서 주 하중 지지부(762)의 하부 단부가 연결되는 지지 플랜지(761)의 부분 반대편의 칼럼(722)의 측부에 있는 지지 플랜지의 다른 부분에 연결된다. 또한, 제1 액추에이터(763A)는 그의 하부 단부에서 지지 플랜지(761)의 제1 및 제2 부분들 사이의, 즉 주 하중 지지부(762)와 제2 액추에이터(763B) 사이의 칼럼(722)의 측부에 있는 지지 플랜지의 제3 부분에서 지지 플랜지(761)에 연결되고, 제3 액추에이터(763C)는 그의 하부 단부에서 제1 액추에이터(763A)로부터 칼럼(722)의 반대 측부에 있는, 그리고 지지 플랜지(761)의 제1 및 제2 부분들 사이의, 즉 주 하중 지지부(762)와 제2 액추에이터(763B) 사이의 지지 플랜지의 제4 부분에서 지지 플랜지(761)에 연결된다. 액추에이터(763A, 763B, 763C) 각각은 그의 상부 단부(예컨대, 짐벌 조인트를 가짐)에서 테이블 상판(320)의 하부 면에 결합된다.
이러한 방식으로 칼럼(722) 주위에 피벗 조립체(760)를 분포시키는 것은 칼럼(722)에 의해 지탱되는 하중(즉, 테이블 상판, 로봇 아암, 환자, 및 테이블 상판 또는 지지 칼럼에 장착된 임의의 다른 장비)의 무게 중심(CG)이 칼럼(722)의 중심에 또는 그 부근에 배치되도록 허용하여, 삽통식 칼럼(722)에서의 불균일한 하중을 제한 또는 감소시키고, 시스템의 강성 및 안정성을 개선하며, 테이블 상판(720)과 칼럼(722)의 모드 주파수를 증가시킨다. 이러한 실시예에서, 무게 중심, 및 칼럼(722)의 중심은 또한 기부(750)의 X축 및 Y축의 원점에 또는 그 부근에 배치된다.
피벗 조립체(760)의 대안적인 구성이 도 18d에 도시된다. 이러한 구성에서, 주 하중 지지부(762) 및 액추에이터(763A, 763B, 763C)의 하부 단부가 부착되는 지지 플랜지(761)의 부분은 지지 플랜지(761)의 본체로부터의 별개의 측방향 돌출부로서 구성된다. 도 18d는 또한 각각의 액추에이터(763A, 763B, 763C)를 위한 구동 모터(765A, 765B, 765C)의 가능한 배열을 예시한다.
다른 실시예에서, 수술 테이블은 액추에이터가 주 하중 지지부 주위에 분포되는 상태로, 주 하중 지지부가 칼럼의 상부 단부에 재위치될 수 있는 것을 제외하고는, 본 명세서에 기술된 수술 테이블(500), 수술 테이블(600), 및/또는 수술 테이블(700)과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 도 19a 내지 도 19d는 그러한 실시예에 따른 수술 테이블(800)을 예시한다. 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서, 수술 테이블(800)은 테이블 상판(820), 테이블 기부(850), 테이블 기부(850)의 중심에 또는 그 부근에 위치되는 테이블 지지부 또는 칼럼(822), 및 칼럼(822) 위에 배치되는 피벗 조립체(860)를 포함한다. 테이블 상판(820)은 피벗 조립체(860) 상에 배치된다. 칼럼(822)은 예를 들어 받침대일 수 있다. 칼럼(822)은 도 19a와 도 19c에 개략적으로 예시된 바와 같이, Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 포함한다.
도시된 바와 같이, 피벗 조립체(860)는 칼럼(822) 위에 배치되고, 칼럼의 상부 및 테이블 상판(820)의 저부에 결합된다. 이러한 방식으로, 칼럼(822)과 피벗 조립체(860)가 Z축(바닥 위로의 높이)으로 동시에 병진할 수 있고, 테이블 상판(820)이 바닥 위의 적합한 높이에 배치될 수 있다. 피벗 조립체(860)는 도 19a 내지 도 19c에 개략적으로 예시된 바와 같이, 주 하중 지지부(862), 제1 액추에이터(863A), 제2 액추에이터(863B), 제3 액추에이터(863C), 및 피벗 조립체(860)를 지지하고 피벗 조립체(860)를 칼럼(822)과 결합시키도록 배열되는 지지 플랜지(861)를 포함한다.
이러한 실시예에서, 주 하중 지지부(862)는 칼럼(822) 위에 배치된다. 보다 구체적으로, 주 하중 지지부(862)의 하부 단부가 칼럼(822)의 수직축(Z축)을 가로지르는 평면, 즉 X-Y 평면 내에서 지지 칼럼(822)의 주연부 내에 배치된다. 주 하중 지지부(862)의 상부 단부는 테이블 상판(820)의 하부 면에 작동가능하게 결합되는 피벗부(864)(예컨대, 짐벌 조인트)를 포함한다. 이러한 방식으로 칼럼(822) 위에 주 하중 지지부(862)를 배치하는 것은 칼럼(322)에 의해 지탱되는 하중(즉, 테이블 상판, 로봇 아암, 환자, 및 테이블 상판 또는 지지 칼럼에 장착된 임의의 다른 장비)의 무게 중심(CG)이 칼럼(822)의 중심에 또는 그 부근에 배치되도록 허용하여, 삽통식 칼럼(822)에서의 불균일한 하중을 제한 또는 감소시키고, 시스템의 강성 및 안정성을 개선하며, 테이블 상판(820)과 칼럼(822)의 모드 주파수를 증가시킨다. 이러한 실시예에서, 무게 중심, 및 칼럼(822)의 중심은 또한 기부(850)의 X축 및 Y축의 원점에 또는 그 부근에 배치된다. 또한, 칼럼(822) 위에 주 하중 지지부(863)를 배치하고 주 하중 지지부(863) 주위에 액추에이터(863A, 863B, 863C)를 분포시키는 것은 도 17a 내지 도 17c에 관하여 전술된 바람직하지 않은 굽힘 모멘트 및 전단력을 감소 및/또는 제거하여, 삽통식 칼럼(822)에서의 불균일한 하중을 제한 또는 감소시키고, 시스템의 강성 및 안정성을 개선하며, 테이블 상판(820)과 칼럼(822)의 모드 주파수를 증가시킨다.
칼럼(822) 위에 전체 피벗 조립체(860)를 배치하는 것, 즉 액추에이터(863A, 863B, 863C)를 비롯한 모든 구성요소가 칼럼의 상부 위에 있는 상태로 배치하는 것은 테이블 상판(820)의 높이를 증가시키며, 이는 칼럼(822)에 가해지는 굽힘력 및 칼럼 굽힘과 관련된 보다 낮은 모드 주파수(들)를 악화시킬 수 있다. 대안적인 배열이 도 19d에 도시된다. 이러한 배열에서, 지지 플랜지(861)는 지지 칼럼(822)의 상부에 결합되는 상부 부분(861A), 하부 주연부 부분(861B), 및 하부 주연부 부분(861B)을 상부 부분(861A)에 연결하는 측부 부분(861C)을 포함한다. 주 하중 지지부(862)의 하부 단부는 지지 플랜지(861)의 상부 부분(861A)에 결합되고, 액추에이터(863A, 863B, 863C)의 하부 단부는 하부 주연부 부분(861B)에 결합된다.
피벗 조립체(860)의 대안적인 구성이 도 19d에 도시된다. 이러한 구성에서, 주 하중 지지부(862) 및 액추에이터(863A, 863B, 863C)의 하부 단부가 부착되는 지지 플랜지(861)의 하부 주연부 부분(861B)의 부분은 지지 플랜지(861)의 측부 부분(861C)으로부터의 별개의 측방향 돌출부로서 구성된다. 도 18d는 또한 각각의 액추에이터(863A, 863B, 863C)를 위한 구동 모터(865A, 865B, 865C)의 가능한 배열을 예시한다.
도 9c와 도 9d에 관하여 전술된 바와 같이, 하나 이상의 로봇 아암이 테이블 상판 상에 배치된 환자 상의 원하는 처치 표적에 도달하기 위해 테이블에 결합될 수 있다. 로봇 보조식 외과 시술에서, 로봇 아암(들)은 수술 테이블의 테이블 상판 상에 배치된 환자에 대해 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 테이블 상판은 테이블 상판 어댑터 커플링을 통해 칼럼에 결합될 수 있다. 도 20a와 도 20b는 그러한 실시예를 예시한다. 이러한 실시예에서, 수술 테이블(900)은 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 수술 테이블(900)에 관한 일부 상세 사항이 후술되지 않는다. 구체적으로 논의되지 않는 특징 및 기능에 대해, 그들 특징 및 기능이 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
이러한 실시예에서, 수술 테이블(900)은 테이블 상판(920), 테이블 지지부 또는 칼럼(922), 테이블 기부(950), 피벗 조립체(960), 칼럼(922)과 테이블 상판(920) 사이에 배열되고 그들을 결합시키도록 배치되는 테이블 상판 어댑터 커플링(975)(또한 본 명세서에서 "테이블 상판 어댑터"로 지칭됨), 및 테이블 상판 어댑터 커플링(975)에 결합되는 2개의 로봇 아암(930)을 포함한다. 피벗 조립체(960)는 테이블 상판 어댑터(975)에 작동가능하게 결합되고, 테이블 상판 어댑터(975) 및 결과적으로 테이블 상판(920)의 피벗을 가능하게 하여(이전의 실시예에 관하여 논의된 바와 같음) 테이블 상판(920)을 주어진 시술에 바람직한 위치 및 배향으로 배치할 수 있다.
이러한 실시예에서, 로봇 아암(930)은 테이블 상판 어댑터(975)에 결합되고 그것으로부터 연장된다. 그러나, 이러한 방식으로 로봇 아암(930)을 테이블 상판 어댑터(975)에 결합시키는 것은 몇몇 단점을 가질 수 있다. 예를 들어, 그러한 실시예에서, 도 20b에 개략적으로 예시된 바와 같이, 로봇 아암(930)이 테이블 상판 어댑터(975)를 통해 테이블 상판(920)에 결합되기 때문에, 테이블 상판(920) 및/또는 그의 구성 섹션의 기울어짐이 로봇 아암(930)의 이동 또는 기울어짐을 유발할 것이다. 이와 같이, 로봇 아암(930)(및 그것에 부착된 임의의 기구)의 위치설정이 테이블 상판(920) 위치설정을 통합할 필요가 있어, 시스템의 작동을 복잡하게 한다. 잠재적인 단점의 다른 예로서, 테이블 상판(920) 및 로봇 아암(930) 둘 모두를 테이블 상판 어댑터(975)에 결합시키는 것은 본 명세서에 더욱 상세히 기술되는 바와 같이, 테이블 상판(920)과 로봇 아암(930)이 너무 유사한 모드 주파수를 갖게 하여, 작업 단부에서의 원하지 않는 진동을 잠재적으로 증가시킬 수 있다.
그러한 단점은 예를 들어 로봇 아암을 수술 테이블의 더욱 강성의 구조체에 그리고 테이블 상판 및/또는 그의 구성 섹션의 기울어지는 운동으로부터 독립적인 구조체에 결합시킴으로써 해결될 수 있다. 그러한 실시예가 도 21a 내지 도 21e에 개략적으로 예시된다. 이러한 실시예에서, 수술 테이블(1000)은 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 수술 테이블(1000)에 관한 일부 상세 사항이 후술되지 않는다. 구체적으로 논의되지 않는 특징 및 기능에 대해, 그들 특징 및 기능이 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
이러한 실시예에서, 수술 테이블(1000)은 테이블 상판(1020), 테이블 기부(1050), 테이블 기부(1050)의 중심에 또는 그 부근에 위치되는 테이블 지지부 또는 칼럼(1022), 칼럼(1022) 위에 배치되는 피벗 조립체(1060), 2개의 로봇 아암(1031, 1032), 및 칼럼(1022)과 테이블 상판(1020) 사이에 배치되고 그들을 결합시키도록 배열되는 테이블 상판 어댑터 커플링(1075)(또한 본 명세서에서 "테이블 상판 어댑터"로 지칭됨)을 포함한다. 테이블 상판 어댑터(1075)는 피벗 조립체(1060) 및 테이블 상판(1050)에 작동가능하게 결합된다. 칼럼(1022)은 Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 포함한다.
도시된 바와 같이, 피벗 조립체(1060)는 칼럼(1022) 위에 배치되고 그것의 상부에 결합되며, 또한 테이블 상판 어댑터(1075)의 저부에 결합된다. 이러한 방식으로, 칼럼(1022)과 피벗 조립체(1060)가 Z축(바닥 위로의 높이)으로 동시에 병진할 수 있고, 테이블 상판(1020)이 바닥 위의 적합한 높이에 배치될 수 있다. 피벗 조립체(1060)는 도 21a 내지 도 21c에 개략적으로 예시된 바와 같이, 주 하중 지지부(1062), 제1 액추에이터(1063A), 제2 액추에이터(1063B), 제3 액추에이터(1063C), 및 피벗 조립체(1060)를 지지하고 피벗 조립체(1060)를 칼럼(1022)과 결합시키도록 배열되는 지지 플랜지(1061)를 포함한다.
이러한 실시예에서, 주 하중 지지부(1062)는 칼럼(1022) 위에 배치된다. 보다 구체적으로, 주 하중 지지부(1062)의 하부 단부가 칼럼(1022)의 수직축(Z축)을 가로지르는 평면, 즉 X-Y 평면 내에서 지지 칼럼(1022)의 주연부 내에 배치된다. 주 하중 지지부(1062)의 상부 단부는 테이블 상판 어댑터(1075)의 하부 면에 작동가능하게 결합되는 피벗부(1064)(예컨대, 짐벌 조인트)를 포함한다. 이러한 방식으로 칼럼(1022) 위에 주 하중 지지부(1062)를 배치하는 것은 칼럼(1022)에 의해 지탱되는 하중(즉, 테이블 상판, 로봇 아암, 환자, 및 테이블 상판 또는 지지 칼럼에 장착된 임의의 다른 장비)의 무게 중심(CG)이 칼럼(1022)의 중심에 또는 그 부근에 배치되도록 허용하여, 삽통식 칼럼(1022)에서의 불균일한 하중을 제한 또는 감소시키고, 시스템의 강성 및 안정성을 개선하며, 테이블 상판(1020)과 칼럼(1022)의 모드 주파수를 증가시킨다. 이러한 실시예에서, 무게 중심(CG), 및 칼럼(1022)의 중심은 또한 기부(1050)의 X축 및 Y축의 원점에 또는 그 부근에 배치된다. 또한, 칼럼(1022) 위에 주 하중 지지부(1063)를 배치하고 주 하중 지지부(1063) 주위에 액추에이터(1063A, 1063B, 1063C)를 분포시키는 것은 도 17a 내지 도 17c에 관하여 전술된 바람직하지 않은 굽힘 모멘트 및 전단력을 감소 및/또는 제거하여, 삽통식 칼럼(1022)에서의 불균일한 하중을 제한 또는 감소시키고, 시스템의 강성 및 안정성을 개선하며, 테이블 상판(1020)과 칼럼(1022)의 모드 주파수를 증가시킨다.
도 19d의 실시예에 관하여 기술된 바와 유사하게, 이러한 실시예에서, 지지 플랜지(1061)는 지지 칼럼(1022)의 상부에 결합되는 상부 부분(1061A), 하부 주연부 부분(1061B), 및 하부 주연부 부분(1061B)을 상부 부분(1061A)에 연결하는 측부 부분(1061C)을 포함한다. 주 하중 지지부(1062)의 하부 단부는 지지 플랜지(1061)의 상부 부분(1061A)에 결합되고, 액추에이터(1063A, 1063B, 1063C)의 하부 단부는 하부 주연부 부분(1061B)에 결합된다.
이러한 실시예에서, 주 하중 지지부(1062)가 그의 하부 단부에서 지지 플랜지(1061)에 연결되고, 주 하중 지지부(1062)의 피벗부(1064)(예컨대, 짐벌 조인트)가 테이블 상판 어댑터(1075)의 하부 면에 작동가능하게 결합되면, 전술된 바와 같이, (도 19b의 실시예와 유사하게) 액추에이터가 주 하중 지지부(1062) 및 칼럼(1022)의 주연부 주위에 분포된다. 보다 구체적으로, 제1 액추에이터(1063)는 그의 하부 단부에서 칼럼(1022)의 일 측부에서 하부 주연부 부분(1061B)에 연결된다. 제3 액추에이터(1063C)는 그의 하부 단부에서 제1 액추에이터(1063A)의 하부 단부가 연결되는 지지 플랜지(1061)의 부분 반대편의 칼럼(1022)의 측부에 있는 지지 플랜지(1061)의 하부 주연부 부분(1061B)의 다른 부분에 연결된다. 또한, 제2 액추에이터(1063B)는 그의 하부 단부에서 Y축을 따라 지지 플랜지(1061)의 제1 및 제2 부분들 사이의 칼럼(1022)의 측부에 있는 하부 주연부 부분(1061B)의 제3 부분에서, 그리고 주 하중 지지부(862)가 X축을 따라 지지 플랜지(1061)의 제1/제2 부분과 제3 부분 사이에 배치되도록 지지 플랜지(1061)의 하부 주연부 부분(1061B)에 연결된다. 액추에이터(1063A, 1063B, 1063C) 각각은 그의 상부 단부(예컨대, 짐벌 조인트를 가짐)에서 테이블 상판 어댑터(1075)의 하부 면에 결합된다.
또한, 도시된 바와 같이, 이러한 실시예에서, 로봇 아암(1031, 1032)은 (테이블 상판 어댑터 또는 테이블 상판에 결합되기보다는) 피벗 조립체(1060)의 지지 플랜지(1061)에 결합된다. 이러한 방식으로, 사용시, 로봇 아암(1031, 1032)은 Z축(바닥 위로의 높이)으로 칼럼(1022), 테이블 상판(1020), 및 테이블 상판 어댑터(1075)와 동시에 병진할 수 있지만, 테이블 상판(1020) 및 테이블 상판 어댑터(1075)의 임의의 피벗 또는 기울어짐으로부터 독립적이다. 이러한 특징이 로봇 아암(1031, 1032)이 수직 위치(즉, 도 21a에 개략적으로 예시된 바와 같이, 피벗 조립체가 조절되기 전에 로봇 아암(1031, 1032)이 위치하였던 동일한 수직 위치)로 유지되는 상태에서, 테이블 상판(1020) 및 테이블 상판 어댑터(1075)가 기울어지도록 피벗 조립체(1050)가 조절되는 도 21c에 개략적으로 예시된다.
수술 테이블(1000)의 대안적인 구성이 도 21d와 도 21e에 도시된다. 이러한 구성에서, 4개의 로봇 아암(1031, 1032, 1033, 1034)이 테이블 상판 어댑터(1075)에 결합되어 도시된다. 도 21e는 또한 각각의 액추에이터(1063A, 1063B, 1063C)를 위한 구동 모터(1065A, 1065B, 1065C)의 가능한 배열을 예시한다.
이러한 방식으로 로봇 아암을 지지 플랜지(1061)에 결합시키는 것은 바람직한 모드 주파수 분리를 증가시키고, 로봇 아암들 사이의 그리고 로봇 아암과 로봇 아암이 결합되는 테이블 구조체(들) 사이의 크로스토크 진동을 감소시킨다. 더욱이, 지지 플랜지(1061)와 지지 플랜지(1061)가 결합되는 칼럼(1022)이 테이블 상판(1020)과 테이블 상판 어댑터(1075)보다 강성이고 더욱 안정되기 때문에(즉, 지지 플랜지(1061)와 칼럼(1022)이 보다 높은 모드 주파수를 가짐), 로봇 아암을 지지 플랜지(1061)에 결합시키는 것이 시스템의 강성 및 안정성을 개선하고, 로봇 아암의 원위 단부에서의 바람직하지 않은 진동을 감소시킬 수 있다.
수술 테이블을 더욱 강화시키고 그의 모드 주파수를 증가시켜 그것에 부착된 로봇 아암의 원위 단부에서의 바람직하지 않은 진동을 감소시키기 위해, 본 명세서에 기술된 실시예 중 임의의 것은 삽통식 및 로킹가능 지지 스트럿을 포함할 수 있다. 도 22a와 도 22b가 그러한 실시예를 예시한다. 이러한 실시예에서, 설명의 용이함을 위해, 예시된 바와 같이, 수술 테이블(1100)은 단지 테이블 상판(1120), 테이블 기부(1150), 테이블 지지부 또는 칼럼(1122), 및 3개의 지지 스트럿(1178)을 구비하여 도시된다. 그러나, 수술 테이블(1100)은 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 구조 및 기능이 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 수술 테이블(1100)에 관한 일부 상세 사항이 후술되지 않는다. 구체적으로 논의되지 않는 특징 및 기능에 대해, 그들 특징 및 기능이 본 명세서에 기술된 수술 테이블 중 임의의 것과 동일하거나 유사할 수 있는 것이 이해되어야 한다.
지지 스트럿(1178)은 테이블 상판(1120)과 테이블 기부(1150) 사이에 배치되고 그들에 결합되며, Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 상부 섹션(1178A)과 하부 섹션(1178B)을 포함한다. 이러한 방식으로, 지지 스트럿(1178)은 Z축을 따라 칼럼(1122) 및 테이블 상판(1120)과 동시에 병진하여 테이블 상판(1120)을 바닥 위의 적합한 높이에 배치할 수 있다. 각각의 지지 스트럿(1178)은 지지 스트럿(1178) 및 칼럼(1122)에 대한 테이블 상판(1120)의 피벗 또는 회전 이동을 허용하기 위해 그의 상부 및 하부 단부 각각에 피벗 조인트(이는 예를 들어 짐벌 조인트일 수 있음)를 포함한다. 각각의 지지 스트럿(1178)은 로킹가능하며, 즉 삽통식 섹션은 그들이 삽통할 수 없도록 선택적으로 서로 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 사용시, 일단 테이블 상판(1122)이 바닥 위의 원하는 위치에 그리고 원하는 배향(예컨대, 원하는 기울어짐)으로 배치되면, 지지 스트럿(1178)이 로킹될 수 있다. 지지 스트럿(1178)을 로킹시키는 것은 기부에 대한 테이블 상판의 이동에 대한 보다 큰 구조적 저항을 제공하며, 따라서 로봇 아암(도시되지 않음)이 결합되는 테이블 구조체(예컨대, 테이블 상판(1122))의 모드 주파수를 증가시킬 수 있다. 특히, 지지 스트럿(1178)은 예컨대 도 15a와 도 15b에 관하여 논의된 바와 같이, 테이블 상판(1178)의 잠재적인 흔들림을 제한 및/또는 감소시킬 수 있다.
대안적인 실시예에서, 하나 이상의 지지 스트럿을 테이블 상판과 테이블 기부 사이에 그리고 테이블 기부에 직접적으로 결합시키기보다는, 하나 이상의 지지 스트럿은 테이블 상판에 결합되는 상부 단부 및 칼럼(예컨대, 칼럼의 상부 단부)에 결합되는 하부 단부를 구비할 수 있다.
지지 스트럿(1178)은 임의의 적합한 방식으로 로킹가능할 수 있다. 이러한 실시예에서, 지지 스트럿(1178)은 도 23a와 도 23b의 단면도에 개략적으로 예시된 바와 같이 브레이크(1179)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 브레이크(1179)는 지지 스트럿(1178)의 삽통식 섹션들 사이에 배치되고, 지지 스트럿(1178)의 섹션이 "자유롭게 따라가거나(free following)" 달리 Z축을 따라 서로에 대해 삽통하도록 허용되는 제1 위치(도 23a)로부터, 삽통식 섹션이 로킹되어 Z축을 따라 서로에 대해 삽통하는 것이 방지되는 제2 맞물린 위치(도 23b)까지 연장될 수 있다.
다른 실시예에서, 브레이크에 더하여 또는 그 대신에, 지지 스트럿은 지지 스트럿의 섹션이 서로에 대해 삽통할 수 없도록 지지 스트럿을 로킹시키기 위한 로킹가능 베어링(lockable bearing)을 포함할 수 있다.
이러한 실시예에서는, 지지 스트럿(1178)이 칼럼(1122)의 외부에 위치되는 것으로 도시되고 기술되지만, 다른 실시예에서는, 하나 이상의 지지 스트럿이 칼럼의 내부에 배치될 수 있다.
또한, 이러한 실시예에서는, 수술 테이블(1100)이 3개의 지지 스트럿을 포함하지만, 다른 실시예에서는, 수술 테이블이 임의의 적합한 개수의 지지 스트럿(예컨대, 1개의 지지 스트럿, 2개의 지지 스트럿, 4개의 지지 스트럿, 또는 그 초과)을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 지지 스트럿(1178) 중 임의의 것 또는 모두는 서로에 대해 삽통하는 2개 초과의 섹션을 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 로킹 메커니즘이 각각의 섹션을 인접 섹션에 대해 선택적으로 로킹시키기 위해 제공된다.
전술된 바와 같이, 로봇 수술 시스템의 로봇 아암의 작업 단부에서의 원하지 않는 진동을 감소시키는 것이 바람직하다. 로봇 수술 시스템은 외과 시술 중에 환자가 그 상에 지지될 수 있는 수술 테이블에 어댑터를 통해 결합되는 로봇 수술 아암을 포함할 수 있다. 로봇 수술 아암은 그들의 원위, 작업 단부에서 수술 기구, 수술 기구의 적용을 위해 환자의 체강(들) 및 기관(들)에의 접근을 제공하기 위한 캐뉼러, 이미지화 장치, 발광체 등을 비롯한 다양한 장치를 지지할 수 있다. 그러한 시스템에서, 로봇 아암의 원위 단부 상에 장착된 장치에 대한 높은 위치 정확도를 확립하고 유지시키는 것이 바람직하다.
위치 정확도는 로봇 아암의 원위 단부의 진동에 의해 감소되거나 저하될 수 있다. 그러한 진동은 시스템의 다른 부분에서 유래되는, 시스템의 하나의 부분에서 발생하는 원하지 않는 진동인 진동 크로스-토크의 형태일 수 있다. 예를 들어, 진동은 예컨대 아암의 다른 부분 및/또는 수술 테이블 또는 다른 지지 구조체에 대한 아암의 일부 부분의 이동을 구동시키는 모터의 작동에 의해 로봇 아암 내에 유도될 수 있고, 모터의 작동에 의해 아암 내로 도입된 에너지는 아암을 통해 원위 단부로 전파되어, 원위 단부에 진동을 유발할 수 있다. 이러한 아암은 "능동" 아암으로 지칭될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 예컨대 능동 아암 내의 모터의 작동에 의해 능동 아암 내로 도입된 에너지는 능동 아암을 통해, 테이블 또는 다른 지지 구조체를 통해, 그리고 다른 로봇 아암(이는 "수동" 아암으로 지칭될 수 있음)을 통해 수동 아암의 원위 단부로 전파될 수 있다. 로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해 진동 크로스-토크를 감소시키는 것이 바람직하다.
로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도 및 진동 크로스-토크를 해결하기 위해, 외과 시술 중에 환자가 그 상에 지지될 수 있는 수술 테이블에 어댑터를 통해 결합되는 로봇 수술 아암을 포함하는 로봇 수술 시스템을 제공하기 위한 장치 및 방법이 도 24a 내지 도 30b에 관하여 본 명세서의 다양한 실시예에 기술된다.
환자가 그 상에 배치될 수 있는 테이블 상판을 갖는 수술 테이블을 포함하는 로봇 수술 시스템을 제공하기 위한 장치 및 방법이 본 명세서에 기술된다. 몇몇 실시예에서, 장치는 수술 테이블, 및 수술 테이블에 결합되거나 결합가능한 로봇 아암을 포함하고, 이때 각각의 로봇 아암은 의료 기구, 예컨대 수술 도구, 도구 드라이버, 캐뉼러, 발광체, 및/또는 이미지화 장치를 지지한다. 수술 테이블은 기부, 받침대 또는 칼럼, 및 칼럼에 결합된 테이블 상판을 포함한다. 로봇 아암 각각은 테이블 상판, 칼럼 또는 기부 중 적어도 하나에 결합될 수 있다. 각각의 로봇 아암은 아암의 근위 단부(여기에서 아암이 테이블에 결합됨)와 아암의 원위 단부(여기에서 아암이 의료 기구에 결합됨) 사이에 2개 이상의 링크를 제공한다. 조인트에 의해 결합되는 링크들 사이의 상대 이동의 하나 이상의 자유도, 및 대응하는 로봇 아암의 원위 단부와 수술 테이블 사이의 상대 이동의 하나 이상의 자유도를 제공하는 조인트에 의해, 링크가 서로 결합되고 테이블과 의료 기구에 결합될 수 있다. 링크 및 대응하는 자유도는 로봇 아암의 원위 단부가 X, Y, 및/또는 Z축을 중심으로 그리고/또는 그것을 따라 테이블 상판 및/또는 그 상에 배치된 환자에 대한 원하는 위치 및/또는 그 상에 배치된 환자의 해부학적 구조체의 원하는 표적 부분으로 이동하도록 허용한다. 조인트를 중심으로 하는 링크의 상대 이동은 모터와 같은 장치의 작동에 의해 개시되고 지속될 수 있으며, 그리고/또는 모터와 같은 능동 장치 및/또는 브레이크와 같은 수동 장치에 의해 저지되거나 정지될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 그러한 장치는 로봇 수술 시스템 내로 에너지를 도입할 수 있으며, 이는 로봇 아암의 원위 단부에서 원하지 않는 진동을 생성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 장치는 환자 테이블 상판을 갖는 수술 테이블, 수술 테이블에 결합되는 어댑터, 및 어댑터에 결합되는 하나 이상의 로봇 아암을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 장치는 환자 테이블 상판을 갖는 수술 테이블, 및 수술 테이블에 결합되는 어댑터/로봇 아암 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어댑터와 로봇 아암은 일체형 메커니즘 또는 구성요소일 수 있다. 어댑터 및 로봇 아암 각각, 또는 어댑터/로봇 아암 조립체는 어댑터 및/또는 아암이 X, Y, 및/또는 Z축을 중심으로 그리고/또는 그것을 따라 테이블 상판 및/또는 그 상에 배치된 환자에 대한 원하는 위치 및/또는 그 상에 배치된 환자의 해부학적 구조체의 원하는 표적 부분으로 이동하도록 허용하기 위해 하나 이상의 링크를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 장치는 수술 테이블의 테이블 상판 아래에서 수술 테이블에 결합가능하고 그것에 의해 지지가능한 어댑터를 포함한다. 수술 테이블은 테이블 상판에 결합되는 지지부 및 지지부에 결합되는 기부를 갖는다. 본 명세서에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이, 어댑터는 로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해 진동 크로스-토크를 감소시키도록 설계된다. 이를 위해, 어댑터는 제1 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제1 섹션 및 제2 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제2 섹션을 비롯한 적어도 2개의 섹션을 갖는다. 제1 섹션은 제1 강성을 갖고, 제2 섹션은 제1 강성보다 큰 제2 강성을 갖는다. 이러한 방식으로, 제1 강성을 갖는 제1 섹션은 제1 공진 또는 모드 주파수를 가질 것이고, 제2 강성을 갖는 제2 섹션은 제1 공진 주파수와 상이한 제2 공진 또는 모드 주파수를 가질 것이다. 어댑터를 가로질러 공진 주파수를 변화시키는 것은 어댑터에 부착된 로봇 아암으로의/로봇 아암으로부터의 진동 크로스-토크를 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 어댑터는 변화하는 강성을 갖는 다수의 섹션을 갖는 것에 더하여 또는 그 대신에, 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 간극을 한정할 수 있다. 그러한 실시예에서, 장치는 어댑터에 부착된 로봇 아암들 사이의 크로스토크 진동을 흡수하기 위해 어댑터의 간극 내에 배치되는 댐퍼를 추가로 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 간극 내에 배치된 댐퍼 대신에, 장치는 어댑터에 부착된 로봇 아암들 사이의 크로스토크 진동을 흡수하기 위해 어댑터의 간극 내에 배치되는 스프링-댐퍼 조립체(spring-damper assembly)를 포함할 수 있다.
도 24a와 도 24b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 수술 테이블(1200)은 테이블 상판(1220), 테이블 지지부 또는 칼럼(1222) 및 테이블 기부(1224)를 포함한다. 테이블 상판(1220)은 도 24a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외과 시술 중에 환자가 그 상에 배치될 수 있는 상부 표면을 구비한다. 테이블 상판(1220)은 바닥 위의 적합한 높이에서, 예를 들어 받침대일 수 있는 칼럼(1222) 상에 배치된다. 칼럼(1222)은 원하는 개수의 자유도로의 테이블 상판(1220)의 이동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 24a에 개략적으로 예시된 바와 같이, 칼럼(1222)은 Z축(바닥 위로의 높이)으로의 병진을 제공하기 위해 서로에 대해 삽통하는 2개의 섹션을 가질 수 있다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 테이블 상판(1220)은 기부(1250)에 대해 Y축을 따라(테이블의 종축을 따라), 그리고/또는 X축을 따라(테이블의 횡축을 따라), 그리고/또는 Z, Y, 및/또는 X축을 중심으로 이동가능할 수 있다. 테이블 상판(1220)은 또한 임의의 적합한 축을 따라/임의의 적합한 축을 중심으로 서로에 대해 이동가능한 다수의 섹션, 예컨대 몸통, 한쪽 또는 양쪽 다리, 및/또는 한쪽 또는 양쪽 팔 각각을 위한 별개의 섹션, 및 머리 지지 섹션을 포함할 수 있다. 테이블 상판(1220) 및/또는 그의 구성 섹션의 이동은 수동으로 수행되거나 모터에 의해 구동되거나 원격으로 제어되는 등등일 수 있다. 테이블 상판을 위한 칼럼(1222)은 기부(1224)에 장착될 수 있고, 기부는 수술실의 바닥에 고정될 수 있거나, 예컨대 기부 상의 바퀴의 사용에 의해 바닥에 대해 이동가능할 수 있다. 도 24a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 칼럼(1222)의 높이는 조절될 수 있으며, 이는 예를 들어 테이블 상판(1220)의 운동(예컨대, 축방향(종방향) 또는 측방향 운동)과 함께, 테이블 상판(1220)이 (예컨대, 외과 의사 접근을 허용하기 위해) 바닥 위의 소정 높이로 그리고 칼럼(1220)으로부터 소정 거리를 두고 원하는 수술 부위에 위치되도록 허용할 수 있다. 이는 또한 테이블(1200)에 결합된 로봇 아암(1230)이 테이블 상판(1220) 상에 배치된 환자 상의 원하는 처치 표적에 도달하도록 허용할 수 있다.
로봇 보조식 외과 시술에서, 도 24c와 도 24d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 하나 이상의 로봇 아암(1230)이 수술 테이블(1200)(또한 본 명세서에서 "테이블"로 지칭됨)의 테이블 상판(1220) 상에 배치된 환자에 대해 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다. 로봇 아암(들)은 수술 테이블(1200) 상에 배치된 환자에게 외과 시술을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 각각의 로봇 아암의 원위 단부는 로봇 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구가 원하는 기능을 수행할 수 있도록 원하는 작동 위치에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수술 테이블과 각각의 로봇 아암의 근위 단부 사이의 연결(및 따라서 환자에 대한 로봇 아암의 원위 단부에 있는 의료 기구의 위치 및 배향)이 어댑터(1228) 및 어댑터(1228)에 결합된 로봇 아암(들)(1230)으로 구현된다. 어댑터(1228)는 수술 테이블(1200)과 별개이지만 그것과 맞물리거나 그것에 결합가능할 수 있거나, 수술 테이블(1200)에 고정식으로 부착될 수 있다. 어댑터(1228)는 예를 들어 테이블(1200)의 지지부(1222), 테이블 기부(1224) 및/또는 테이블 상판(1220)에 결합될 수 있다. 도 24c와 도 24d에 개략적으로 도시된 바와 같이, 어댑터(1228)는 수술 테이블(1200)의 테이블 상판(1220) 아래에 배치된다.
사용시, 로봇 아암(1230)은 테이블 상판(1220) 및/또는 환자 상의 특정 표적 처치 위치에 대해 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, (예컨대, Y축 방향으로의) 테이블 상판(1220)의 축방향 운동은 아암(1230)(및 따라서, 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구 또는 도구)이 필요에 따라 환자 상의 원하는 해부학적 구조체에 도달하거나 환자에의 접근을 위한 여유 공간을 제공하도록 허용하는 데 도움을 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 칼럼(1222)의 수직 이동, 테이블 상판(1220)의 축방향 이동, 및 예를 들어 로봇 아암(1230) 내의 링크의 이동의 조합은 로봇 아암이 그것이 바닥 위로의 필요한 높이에서 환자의 해부학적 구조체에 도달할 수 있는 위치에 배치되도록 허용한다.
도 25a와 도 25b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(1230)은 원위 단부 부분(1237)과 근위 단부 부분(1236)을 포함할 수 있다. 원위 단부 부분(1237)(또한 본 명세서에서 "작동 단부"로 지칭됨)은 그것에 결합되는 의료 기구 또는 도구(1215)를 포함하거나 구비할 수 있다. 근위 단부 부분(1236)(또한 본 명세서에서 "장착 단부 부분" 또는 "장착 단부"로 지칭됨)은 로봇 아암(1230)이 테이블(1200)의 테이블 상판(1220)에 결합되도록 허용하기 위한 커플링 부분을 포함할 수 있다. 로봇 아암(1230)은 X, Y 및/또는 Z축 중 하나 이상을 따른 병진 및/또는 그것을 중심으로 하는 회전을 제공할 수 있는, 조인트에서 함께 결합되는 2개 이상의 링크 부재 또는 세그먼트(1210)를 포함할 수 있다. 로봇 아암(1230)을 커플링(1218)에서 테이블 상판(1222)에 결합시키기 위한 로봇 아암(1230)의 커플링 부분은 아암(1230)의 원위 또는 장착 단부(1236)에 배치될 수 있고, 세그먼트(1210)에 결합되거나 세그먼트(1210) 내에 통합될 수 있다. 로봇 아암(1230)은 또한, 커플링 부분에 결합되는 로봇 아암(1230)의 링크 또는 세그먼트(1210) 상에 배치되거나 커플링(1218)의 커플링 부분 내에 포함될 수 있는, 로봇 아암(1230)의 장착 단부(1236)에 또는 그 부근에 배치되는 표적 조인트(J1)를 포함한다. 표적 조인트(J1)는 로봇 아암(1230)의 원위 세그먼트가 테이블 상판(1220)에 대해 피벗하도록 허용하는 피벗 조인트를 제공할 수 있다. 로봇 아암(1230)은 도 25a에 도시된 바와 같은, 외과 시술 중에 사용하기 위한 다양한 연장된 구성과 도 25b에 도시된 바와 같은, 사용하지 않을 때 보관을 위한 다양한 절첩된 또는 접힌 구성 사이에서 이동될 수 있다.
도 24c와 도 24d에 관하여 기술된 바와 같이, 어댑터(1228)는 예를 들어 테이블(1200)의 칼럼(1222), 테이블 기부(1224) 및/또는 테이블 상판(1220)에 결합될 수 있다. 그러나, 어댑터와 로봇 아암 사이의 구별이 무시될 수 있고, 수술 테이블과 로봇 아암의 원위 단부 사이의 연결부가, 즉 연결부의 원위 단부에서, 의료 기구의 이동을 위한 원하는 자유도를 제공하는 일련의 링크 및 조인트로 개념화되고 구현될 수 있다. 이러한 연결부는 임의의 하나 이상의 링크(들) 또는 조인트(들)에서 또는 일련의 링크 및 조인트를 따른 임의의 위치에서 해제가능 커플링을 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 테이블 상판(1220)의 다양한 섹션이 서로에 대해 이동할 수 있고(예컨대, 서로에 대해 기울어지거나 경사질 수 있음) 그리고/또는 테이블 상판(1220)이 수술 테이블(1200)의 칼럼(1222) 및/또는 기부(1224)에 대해 이동될(예컨대, 기울어질, 경사질) 수 있다. 몇몇 실시예에서, 다양한 실시예를 위한 X, Y 및 Z축에 대한 좌표계가 테이블 상판(1220)의 상부 표면에 대해 유지되도록 어댑터(1228) 및 그것에 결합된 로봇 아암(1230)이 테이블 상판(1220)의 몸통 섹션과 함께 이동할 수 있음이 고려된다. 몇몇 실시예에서, 어댑터(1228)와 로봇 아암(1230)은 테이블(1200)의 지지 받침대(1222)에 결합될 수 있고, 테이블 상판(1220)이 지지부(1222)에 대해 이동될 때, 어댑터(1228)와 아암(1230)의 위치설정은 테이블 상판(1220)의 이동과 조화될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 각각의 로봇 아암(1230)은 커플링(1218)을 통해 어댑터(1228)에 영구적으로, 반영구적으로, 또는 해제가능하게 결합될 수 있다. 커플링(1218)은 로봇 아암 상의 커플링 부분(도시되지 않음)에 정합 결합될 수 있는 어댑터(1228) 상의 커플링 부분(도시되지 않음)을 비롯한 다양한 상이한 커플링 메커니즘을 포함할 수 있다. 각각의 로봇 아암(1230)은 테이블(1200) 상의 고정 위치에 결합될 수 있거나, 본 명세서에 더욱 상세히 기술된 바와 같이 로봇 아암(1230)이 테이블 상판(1220) 및/또는 테이블 상판(1220) 상에 배치된 환자에 대해 다수의 위치로 이동가능할 수 있도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(1230)은 테이블 상판(1220) 및/또는 환자 상의 특정 표적 처치 위치에 대해 이동될 수 있다. 몇몇 실시예에서, (예컨대, Y축 방향으로의) 테이블 상판(1220)의 축방향 운동은 아암(1230)(및 따라서, 아암의 원위 단부에 결합된 의료 기구 또는 도구)이 필요에 따라 환자 상의 원하는 해부학적 구조체에 도달하거나 환자에의 접근을 위한 여유 공간을 제공하도록 허용하는 데 도움을 줄 수 있다. 몇몇 실시예에서, 지지 받침대(1222)의 수직 이동, 테이블 상판(1220)의 축방향 이동, 및 예를 들어 하나 이상의 링크 부재의 이동의 조합은 로봇 아암이 바닥 위로의 필요한 높이에서 환자의 해부학적 구조체에 도달할 수 있는 위치에서의 로봇 아암(1230)의 배치를 허용한다.
어댑터(1228)에 대한 몇몇 구조적 요건은 로봇 아암(1230)의 수술전 및 수술중 위치 변화에 대한 조절성을 유지하면서 로봇 아암(1230)의 강성 지지부를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 테이블 어댑터(1228)는, 예를 들어 중력의 영향, 로봇 아암 운동으로 인한 관성 효과를 견디고/견디거나 사용자 또는 (다른 로봇 아암 또는 테이블 운동을 포함한) 로봇 시스템의 다른 부분으로부터의 우발적인 충돌을 견디기 위해 어댑터(1228)를 고정 위치에 유지시키거나 로킹시키는 수단을 포함할 수 있다. 테이블 어댑터(1228)는 또한 어댑터(1228)의 공간 위치 및/또는 어댑터(1228)의 다양한 조인트 및 결합 지점의 각도 및 변위를 측정하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다.
어댑터(1228) 및/또는 로봇 아암(1230)의 링크의 다양한 자유도는 테이블 상판 상에 배치된 환자에게 다양한 상이한 시술을 수행하기 위해 테이블 상판(1220)에 대한 다양한 상이한 위치 및 배향으로 이동될 로봇 아암(1230) 및 따라서 그의 원위 단부에 배치된 의료 기구(1215)의 이동을 제공한다. 본 명세서에 기술된 어댑터(1228)는 또한, 특정 시술에 사용하기 위해 그리고 로봇 아암(1230)을 테이블 상판(1220)의 일 측부 또는 양 측부에 위치시키기 위해 테이블에 결합되는 로봇 아암(1230)의 개수의 변동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 시술에서, 2개의 로봇 아암(1230)을 테이블 상판(1220)의 일 측부에 그리고 2개의 로봇 아암(1230)을 테이블 상판(1220)의 반대 측부에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 다른 시술에서, 3개의 로봇 아암(1230)을 테이블 상판(1220)의 일 측부에 그리고 1개의 로봇 아암(1230)을 테이블 상판(1220)의 반대 측부에 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 특정 수술에 사용될 로봇 아암(1230)의 개수가 달라질 수 있는 것이 이해되어야 한다.
도 26에 개략적으로 도시된 바와 같이, 능동 아암(1230) 내의 2개의 링크들 사이의 조인트에 있는 모터와 같은 에너지원(ES)은 사용시, 인터페이스 구조체(들)(1240) 및 칼럼(1222)을 통해 원하지 않는 능동 아암(1230)의 도구(1215)의 진동(V1), 및/또는 수동 아암(1230')의 도구(1215')의 진동(V2)을 유발할 수 있다. 예를 들어, 능동 아암(1230) 내의 에너지원(ES)에 의해 도입된 에너지는 능동 아암(1230)을 통해, 인터페이스 구조체(들)(1240) 및 칼럼(1222)을 통해, 그리고 수동 아암(1230')을 통해 수동 아암(1230')의 도구(1215')로 전파되어, 도구(1215')의 진동(V2)을 유발할 수 있다. 능동 아암(1230)의 에너지원(ES)으로부터 능동 아암(1230)의 도구(1215) 및 수동 아암(1230')의 도구(1215)로의 그러한 진동 크로스-토크를 감소시켜 능동 아암(1230)의 도구(1215) 및 수동 아암의 도구(1215')의 위치 정확도를 향상시키는 것이 바람직하다. 몇몇 경우에, 시스템의 3개의 축 각각을 따른/그것을 중심으로 하는 다양한 구성요소가 변화하는 진동을 받을 수 있다. 그러한 경우에, 로봇 아암의 원위 단부 및 그것에 부착된 장치의 위치 정확도를 향상시키기 위해, 모든 구성요소는 아니더라도 적어도 가장 중요한 구성요소의 진폭을 감소시키는 것이 바람직하다.
도 27a 내지 도 28b는 로봇 아암이 결합되는 테이블 구조체(들)(예컨대, 테이블 어댑터)의 다양한 섹션을 가로질러 진동의 모드 주파수를 분리시킴으로써, 그리고/또는 로봇 아암이 결합되는 테이블 구조체(들)의 연결점을 적어도 부분적으로 격리시킴으로써 진동 크로스-토크를 감소시키기 위한 장치 및 방법의 다양한 실시예를 예시한다.
로봇 아암이 결합되는 어댑터를 가로질러 진동 크로스-토크를 제한하기 위해, 몇몇 실시예에서, 어댑터는 하나의 섹션이 나머지 섹션 중 하나 이상의 진동의 모드 주파수와 상이한 진동의 모드 주파수를 갖는 다수의 섹션을 가질 수 있다. 어댑터의 섹션의 모드 주파수를 결합해제시키는 것은 능동 아암 내로 도입된 에너지의 전달 효율을 감소시킨다. 예를 들어, 능동 로봇 아암이 4 헤르츠(㎐)의 모드를 갖는 경우에, 능동 로봇 아암 내로 도입된 에너지는 어댑터가 능동 로봇 아암의 모드와 동일한 모드; 이 경우에, 4 ㎐의 모드를 가질 때 어댑터를 가로질러 다른 로봇 아암(예컨대, 수동 로봇 아암)으로 가장 잘 전달된다. 어댑터를 가로지르는 에너지의 전달은 어댑터를 진동의 변화하는 모드 주파수를 갖도록 배열하여, 어댑터의 하나의 연결점과 어댑터의 다른 연결점 사이의 모드 분리를 생성함으로써 감소 및/또는 중단될 수 있다. 연결점(및 그에 따른 연결점에 결합된 로봇 아암) 사이에서 전달되는 보다 적은 에너지는 예컨대 수동 아암에서 보다 적은 진동이 생성되는 결과를 가져온다.
어댑터를 가로지르는 에너지 전달을 중단시키도록 어댑터의 모드 주파수를 변화시키기 위해, 몇몇 실시예에서, 어댑터는 각각 어댑터의 적어도 하나의 다른 섹션의 특성과 상이한 특성을 갖는 다수의 섹션을 가질 수 있으며, 이러한 상이한 특성(들)은 각각의 섹션에 대해 상이한 모드 주파수를 생성한다. 특성은 예를 들어, 치수(예컨대, 폭, 높이, 및/또는 길이) 및/또는 기하학적 구조, 예컨대 리브, 플랜지, 또는 진동에 대한 응답을 위해 관심 대상의 축 또는 축들에 대한 관성 모멘트에 영향을 미치는 다른 구성의 존재 또는 부재를 포함할 수 있다. 따라서, 테이블 어댑터는 단일 재료로 단일체로 또는 일체로 형성될 수 있지만, 각각의 섹션은 상이한 치수 및/또는 기하학적 구조로 형성될 수 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 다수의 섹션은 탄성 계수, 밀도 등과 같은 상이한 물리적 특성을 갖는 하나 이상의 상이한 재료, 또는 재료의 조합으로 형성될 수 있다.
일례로서, 도 27a와 도 27b는 일 실시예에 따른, 제1 두께(t1)를 갖는 제1 섹션(1328A) 및 제1 두께보다 작은 제2 두께(t2)를 갖는 제2 섹션(1328B)을 구비한 어댑터(1328)를 예시한다. 이러한 방식으로, 제1 섹션(1328A)은 제2 섹션(1328B)의 모드와 상이한 모드를 가져, 하나의 로봇 아암(130)으로부터 제1 섹션(1328A) 및 제2 섹션(1328B) 둘 모두를 가로질러 다른 로봇 아암(130)으로의 에너지 전달을 감소시킨다. 이러한 예에서, 어댑터(1328)는 단일 재료로부터 단일체로 또는 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 어댑터(1328)는 다수의 피스로부터 조립될 수 있으며, 예컨대, 도 27c에 예시된 바와 같이, 제1 섹션(1328A) 및 제2 섹션(1328B)이 두께(t2)의 재료로 일체로 형성될 수 있고, 동일한 재료의 별개의 피스가 제1 섹션(1328A)에 고정되어 두께를 t1으로 증가시킬 수 있다. 대안적으로, 섹션(1328A, 1388B) 중 하나 이상이 상이한 물리적 특성을 갖는 상이한 재료의 복합재 또는 라미네이트(laminate)로 형성될 수 있다.
대안적인 구성에서, 상이한 두께를 갖는 제1 섹션 및 제2 섹션 대신에 또는 그것에 더하여, 제1 섹션은 제2 섹션의 모드에 영향을 미치는 제2 섹션의 하나 이상의 특성과 상이한, 그의 모드에 영향을 미치는 임의의 특성(들)을 가질 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 어댑터의 제1 섹션은 제1 관성 모멘트 또는 강성을 갖도록 형상화되거나 구성될 수 있고, 어댑터의 제2 섹션은 제1 강성과 상이한 제2 관성 모멘트 또는 강성을 갖도록 형상화되거나 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 어댑터의 제1 섹션이 제2 섹션의 모드보다 높은 모드를 갖도록 구성되어, 제1 및 제2 섹션들 사이의 에너지 전달 효율을 감소시킬 수 있다. 그러한 예가 어댑터(1328)의 제1 섹션(1328A)이 일 세트의 리브(1327)를 포함하는 도 27d와 도 27e에 예시된다. 이러한 방식으로, 리브(1327)를 갖는 제1 섹션(1328A)은 제2 섹션(1328B)의 관성 모멘트와 상이한 관성 모멘트를 갖는다. 리브(1327)는 제1 섹션(1328)과 단일체로 형성되거나 그것과 일체형일 수 있거나, 리브(1327)는 별도로 형성된 다음에 제1 섹션(1328)에 결합될 수 있거나, 둘의 조합일 수 있다. 또한, 이러한 실시예가 3개의 리브를 포함하지만, 대안적인 실시예에서는, 임의의 적합한 개수의(예컨대, 1개, 2개, 4개 또는 그 초과의) 리브가 사용될 수 있고, 리브는 동일한 또는 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있다. 또한, 2개의 섹션을 갖는 어댑터가 본 명세서에 기술되지만, 대안적인 실시예에서, 어댑터는 바람직하지 않은 진동 크로스-토크가 감소되거나 달리 제한되도록 모드 주파수의 임의의 변동을 갖는, 각각 상이한 로봇 아암을 지지하기 위한 임의의 적합한 개수의(예컨대, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 초과의) 섹션을 가질 수 있다.
진동 크로스-토크를 감소시키기 위한 추가적인 또는 대안적인 접근법은 로봇 아암이 결합되는 어댑터의 연결점을 부분적으로 결합해제시키는 것(예컨대, 직접 결합 제한)을 포함할 수 있다. 로봇 아암이 결합되는 연결점을 격리시키거나 달리 그들 연결점들 사이의 에너지 전달 경로를 (예컨대, 분리, 감쇠, 다양한 재료 및 치수 등을 통해) 차단하는 것은 예를 들어 모터 및/또는 브레이크에 의해 능동 아암 내로 도입된 에너지의 전달 효율을 감소시킨다. 예를 들어, 능동 로봇 아암 내로 도입된 에너지는 2개의 아암이 장착되는 개재 구조체(예컨대, 테이블 어댑터)가 (예컨대, 직접 결합을 통해) 에너지 전달에 대한 최소의 장애를 나타낼 때 수동 로봇 아암으로 가장 잘 전달된다. 개재 구조체를 가로지르는 능동 로봇 아암 내로 도입된 에너지의 전달은 아래에서 논의되는 다양한 수단에 의해 감소 및/또는 중단되어, 에너지가 연결점에 도달하기 위해 전달되는 데 필요할 경로를 복잡하게 하여, 수동 아암으로의 에너지 전달의 효율을 감소시킬 수 있다. 아암들 사이에서 전달되는 보다 적은 에너지는 보다 적은 진동이 생성되는 결과, 즉 하나 이상의 축으로의/그것을 중심으로 하는 보다 낮은 진폭의 결과를 가져온다.
도 28a와 도 28b는 어댑터(1428)의 연결점이 서로 부분적으로 격리되는 그러한 실시예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 어댑터(1428)는 제1 섹션(1428A), 제2 섹션(1428B), 제3 섹션(1428C), 제4 섹션(1428D)(또한 본 명세서에서 집합적으로 "어댑터의 섹션"으로 지칭됨)을 포함하며, 이때 로봇 아암이 제1 섹션(1428A), 제2 섹션(1428B), 및 제3 섹션(1428C)의 연결 부분에 결합가능하다. 또한, 예시된 바와 같이, 어댑터는 어댑터(1428)의 섹션들 사이의 일 세트의 간극(1429)을 한정한다. 이러한 방식으로, 간극(1429)은 어댑터(1428)의 섹션의 서로에 대한 부분 분리/결합해제를 제공하여, 어댑터를 가로지르는, 예컨대 능동 로봇 아암이 결합되는 연결점으로부터 수동 로봇 아암이 결합되는 연결점으로의 에너지의 덜 효율적인 전달을 가져온다. 바꾸어 말하면, 진동 에너지는 테이블 상판 및/또는 테이블 칼럼(도시되지 않음)에 결합될 수 있어 어댑터 섹션 중 어느 하나의 그것보다 상대적으로 더 높은 강성 및 모드 주파수를 갖는 어댑터(1428)의 중심 부분을 통해 이동하여야 한다.
몇몇 실시예에서, 어댑터의 섹션들 사이의 간극 중 (예컨대, 모두를 포함한) 하나 이상은 로봇 아암이 결합되는 그의 연결점에서 어댑터 내로 도입된 에너지를 흡수 또는 달리 소산시켜 시스템 내의 진동 크로스-토크를 감소시키거나 달리 제한하도록 구성되는 감쇠 구성요소를 포함할 수 있다. 하나의 그러한 실시예가 도 29a 내지 도 29c에 도시된다. 도시된 바와 같이, 어댑터(1528)는 제1 섹션(1528A), 제2 섹션(1528B), 제3 섹션(1528C), 및 제4 섹션(1528)을 포함하며, 이때 간극(1529)이 그들 사이에 한정된다. 또한, 감쇠 구성요소(1531)가 각각의 간극(1529) 내에 배치된다. 감쇠 구성요소(1531) 각각은 예를 들어 적어도 하나의 점탄성 재료(예컨대, 점탄성 중합체) 또는 변형을 겪을 때 점성 및 탄성 특성 둘 모두를 보이는 그리고 방진, 소음 감쇠, 및/또는 충격 흡수에 적합한 다른 임의의 재료를 포함할 수 있다. 점탄성 재료의 몇몇 비제한적인 예는 우레탄 중합체, 예컨대 소르보탄(등록상표)(Sorbothane®)(소르보탄, 인크.(Sorbothane, Inc.)), 가황 가교-결합 고무 재료, 예컨대 아크톤(등록상표)(Akton®)(액션 프로덕츠, 인크.(Action Products, Inc.)), 소수성 멜라민 발포체, 예컨대 폴리댐프(등록상표)(Polydamp®)(폴리머 테크놀로지스, 인크.(Polymer Technologies, Inc.)), 및 점성 감쇠 겔, 예컨대 나이메드(등록상표)(NyeMed®)(나이 루브리컨츠, 인크.(Nye Lubricants, Inc.))를 포함한다. 임의의 2개의 인접 섹션들 사이의 감쇠, 즉 간극(1529) 중 하나를 가로지르는 감쇠는 재료 및/또는 재료의 치수, 즉 간극의 폭 및/또는 재료에 의해 충전되는 간극의 길이 및/또는 수직 범위의 부분을 변화시킴으로써 달라질 수 있다.
다른 실시예에서, 어댑터 내의 간극 중 하나 이상은 그 내부에 배치되는 댐퍼 조립체를 구비할 수 있다. 도 30a와 도 30b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 댐퍼 조립체(1632)는 간극(1629)을 가로질러 (그리고 인접 섹션(1628A, 1628C), 인접 섹션(1628C, 1628D), 및 인접 섹션(1628B, 1628D)과 유사하게) 어댑터(1628)의 인접 섹션(1628A, 1628B)에 결합될 수 있다. 댐퍼 조립체(1632)는 섹션(1628A, 1628B)의 상대 이동에 대해 이러한 상대 이동의 속도에 비례하는 저항을 제공하는, 도 30a와 도 30b에 대시포트(dashpot)로 개략적으로 도시된 댐퍼를 포함할 수 있다. 이는 유체가 섹션(1628A, 1628B)의 상대 이동에 의해 오리피스를 통해 가압되는 유압 또는 공압 댐퍼로서 구현될 수 있다. 도 30a와 도 30b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 댐퍼 조립체(1632)는 또한 스프링으로서 기능하는, 즉 섹션들(1628A, 1628B) 사이의 상대 변위에 비례하는 힘을 생성하는 구조체를 포함할 수 있다. 댐퍼 조립체(1632)에 대한 감쇠 및 스프링 계수는 간극(1629)을 가로지르는 에너지 전달을 감소시키기 위해 원하는 응답 함수를 제공하도록 선택될 수 있다.
감쇠 구성요소의 임의의 적합한 조합이 그렇지 않을 경우 어댑터의 섹션을 가로질러 전달되는 에너지를 감쇠시켜 시스템 내의 바람직하지 않은 진동 크로스-토크를 제한 및/또는 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 어댑터(1428, 1528)가 4개의 섹션 및 4개의 간극을 구비하는 것으로 도시되고 기술되지만, 대안적인 실시예에서, 어댑터는 임의의 적합한 개수의 섹션 및 간극을 구비할 수 있고, 섹션 및 간극은 서로 형상 및 크기가 유사하거나 상이할 수 있다.
다양한 실시예가 특정 특징 및/또는 구성요소의 조합을 갖는 것으로 기술되었지만, 본 명세서에 기술된 실시예 중 임의의 것으로부터의 임의의 특징 및/또는 구성요소의 조합을 갖는 다른 실시예가 가능하다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 기부(예컨대, 테이블 기부(150, 250, 350, 550, 650, 750 등)) 중 임의의 것이 본 명세서에 기술된 지지부(예컨대, 테이블 지지부(122), 지지 부재(262), 테이블 지지부(1122) 등) 및/또는 어댑터(예컨대, 어댑터(528), 어댑터 커플링(975), 어댑터 커플링(1075) 등) 중 임의의 것과 조합되어 사용될 수 있다. 유사하게 말하면, 설명의 용이함을 위해, 본 명세서에 기술된 몇몇 실시예는 기존 시스템의 특정 단점을 해결하기 위한 별개의 특징에 중점을 둔다. 그러나, 다양한 실시예에 걸쳐 기술된 별개의 특징이 임의의 적합한 조합으로 단일 실시예로 조합될 수 있는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 수술 시스템은 외과 시술 중에 수술 테이블이 그 상에 배치되는 바닥 또는 다른 표면 내의 불규칙한 부분과 관련된 바람직하지 않은 결과 및/또는 (예컨대, 테이블에 결합된 장비가 있는 경우 그것의 이동 및/또는 테이블 상에 누워 있는 환자의 이동으로 인한) 다른 바람직하지 않은 하중 불균형을 바로잡도록 구성되는 (예컨대, 기부(250)와 유사한) 기부; 그것에 결합된 로봇 아암의 이동에 요구되는 자유도를 용이하게 하도록 구성되고/되거나 진동 크로스-토크를 억제하기 위해 모드 주파수 또는 다른 특징의 변화하는 섹션을 갖는 어댑터(예컨대, 어댑터(528)); 및 피벗 조립체(예컨대, 피벗 조립체(660))를 포함할 수 있다.
다양한 실시예가 전술되었지만, 그들은 제한이 아닌 단지 예로서 제시되었음을 이해하여야 한다. 전술된 방법이 소정 순서로 발생하는 소정 이벤트를 나타내는 경우, 소정 이벤트의 순서화는 수정될 수 있다. 또한, 이벤트 중 소정의 것은 가능한 경우 병렬 과정으로 동시에 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 전술된 바와 같이 순차적으로 수행될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "모듈"은 예를 들어 메모리, 프로세서, 전기 트레이스, 광학 커넥터, 소프트웨어(하드웨어에서 실행됨) 등을 포함할 수 있는 임의의 조립체 및/또는 작동가능하게 결합된 전기 구성요소의 세트를 지칭한다. 예를 들어, 프로세서에서 실행되는 모듈은 그러한 모듈과 관련된 하나 이상의 특정 기능을 수행할 수 있는 하드웨어-기반 모듈(예컨대, 필드-프로그램가능 게이트 어레이(field-programmable gate array, FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor, DSP)) 및/또는 소프트웨어-기반 모듈(예컨대, 메모리 내에 저장되고/되거나 프로세서에서 실행되는 컴퓨터 코드의 모듈)의 임의의 조합일 수 있다.
본 명세서에 기술된 몇몇 실시예 및/또는 방법은 소프트웨어(하드웨어에서 실행됨), 하드웨어, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다. 하드웨어 모듈은 예를 들어 범용 프로세서, 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 및/또는 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 소프트웨어 모듈(하드웨어에서 실행됨)은 C, C++, 자바(Java)™, 루비(Ruby), 비주얼 베이직(Visual Basic)™, 및/또는 다른 객체-지향형, 절차형, 또는 다른 프로그래밍 언어 및 개발 도구를 비롯한 다양한 소프트웨어 언어(예컨대, 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-레벨 명령어를 포함하는 파일을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 실시예는 명령형 프로그래밍 언어(예컨대, C, 포트란(Fortran) 등), 함수형 프로그래밍 언어(하스켈(Haskell), 얼랑(Erlang) 등), 논리형 프로그래밍 언어(예컨대, 프롤로그(Prolog)), 객체-지향형 프로그래밍 언어(예컨대, 자바, C++ 등) 또는 다른 적합한 프로그래밍 언어 및/또는 개발 도구를 사용하여 구현될 수 있다. 컴퓨터 코드의 추가의 예는 제어 신호, 암호화 코드, 및 압축 코드를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
전술된 개략도 및/또는 실시예가 소정 배향 또는 위치로 배열된 소정 구성요소를 나타내는 경우, 구성요소의 배열은 수정될 수 있다. 유사하게, 전술된 방법 및/또는 이벤트가 소정 순서로 발생하는 소정 이벤트 및/또는 절차를 나타내는 경우, 소정 이벤트 및/또는 절차의 순서화는 수정될 수 있다. 실시예가 특히 도시되고 기술되었지만, 형태 및 상세 사항에 있어서 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 본 명세서에 기술된 장치 및/또는 방법의 임의의 부분은 상호 배타적인 조합을 제외하고는 임의의 조합으로 조합될 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예는 기술된 상이한 실시예의 기능, 구성요소 및/또는 특징의 다양한 조합 및/또는 하위조합을 포함할 수 있다.

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  34. 수술 테이블로서,
    기부;
    상기 기부로부터 상향으로 연장되고 상부 단부를 갖는 지지 칼럼(support column);
    테이블 상판(table top);
    상기 테이블 상판을 상기 지지 칼럼의 상기 상부 단부에 결합시키는 피벗 조립체(pivot assembly)를 포함하고, 상기 피벗 조립체는,
    지지 칼럼의 상부 단부에 부착되고 상기 지지 칼럼 주위에 분포되는 부분들을 갖는 지지 플랜지(support flange);
    상기 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 상기 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링(pivotable coupling)을 가진 상부 단부를 갖는 주 하중 지지부;
    상기 지지 칼럼의 제1 측부에 배치되는 상기 플랜지의 제1 부분에서 상기 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 상기 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링을 가진 상부 단부를 갖는 제1 액추에이터로서, 상기 제1 액추에이터는 상기 테이블 상판을 제1 피벗축을 중심으로 상기 주 하중 지지부의 상기 피벗가능 커플링 주위로 피벗시키기 위해 길이가 가변적인, 상기 제1 액추에이터;
    상기 제1 측부 반대편의 상기 지지 칼럼의 제2 측부에 배치되는 상기 플랜지의 제2 부분에서 상기 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 상기 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링을 가진 상부 단부를 갖는 제2 액추에이터로서, 상기 제2 액추에이터는 상기 테이블 상판을 상기 제1 피벗축과 상이한 제2 피벗축을 중심으로 상기 주 하중 지지부의 상기 피벗가능 커플링 주위로 피벗시키기 위해 길이가 가변적인, 상기 제2 액추에이터를 포함하고,
    상기 수술 테이블은,
    테이블 상판 아래에서 상기 수술 테이블에 결합되는 어댑터를 더 포함하고, 상기 어댑터는 제1 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제1 섹션 및 제2 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제2 섹션을 갖고, 상기 제1 섹션은 제1 강성을 갖고, 상기 제2 섹션은 상기 제1 강성보다 큰 제2 강성을 갖고, 상기 제1 로봇 아암의 원위 단부 부분은 제1 수술 도구에 결합가능하고, 상기 제2 로봇 아암의 원위 단부 부분은 제2 수술 도구에 결합가능한, 수술 테이블.
  35. 제34항에 있어서, 상기 플랜지의 상기 제1 부분과 상기 플랜지의 상기 제2 부분 사이에 배치되는 상기 플랜지의 제3 부분에서 상기 지지 플랜지에 결합되는 하부 단부 및 상기 테이블 상판에 대한 피벗가능 커플링을 가진 상부 단부를 갖는 제3 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 제2 액추에이터는 상기 테이블 상판을 상기 제1 피벗축과 상이한 제2 피벗축을 중심으로 상기 주 하중 지지부의 상기 피벗가능 커플링 주위로 피벗시키기 위해 길이가 가변적인, 수술 테이블.
  36. 제34항에 있어서, 상기 지지 칼럼의 상기 상부 단부는 상기 지지 칼럼의 수직축을 가로지르는 평면 내에서 주연부를 갖고, 상기 주 하중 지지부의 상기 하부 단부는 상기 지지 칼럼의 상기 상부 단부의 상기 주연부 내의 위치에서 상기 지지 플랜지에 결합되는, 수술 테이블.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 피벗 조립체의 상기 지지 플랜지에 결합되는 제1 로봇 아암(robotic arm) 및 제2 로봇 아암을 더 포함하는, 수술 테이블.
  38. 제34항에 있어서,
    상기 테이블 상판에 결합되는 상부 단부 및 상기 기부에 결합되는 하부 단부를 갖는 지지 스트럿(support strut)으로서, 상기 지지 스트럿은 제1 섹션(section) 및 상기 지지 스트럿이 제1 길이를 갖는 후퇴 위치 및 상기 지지 스트럿이 상기 제1 길이보다 큰 제2 길이를 갖는 연장 위치로부터 상기 지지 스트럿의 종축을 따라 상기 제1 섹션에 대해 이동가능한 제2 섹션을 갖고, 상기 지지 스트럿은 상기 제1 섹션이 수직축을 따라 상기 제2 섹션에 대해 이동가능하지 않도록 상기 지지 스트럿을 상기 후퇴 위치 또는 상기 연장 위치 중 적어도 하나에 선택적으로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘(locking mechanism)을 포함하고, 상기 지지 스트럿은 상기 로킹 메커니즘이 상기 지지 스트럿을 로킹시킬 때 상기 기부에 대한 상기 테이블 상판의 이동에 대한 증가된 저항을 제공하는, 상기 지지 스트럿을 더 포함하는, 수술 테이블.
  39. 제38항에 있어서, 상기 지지 스트럿은 상기 지지 칼럼에 의해 한정되는 루멘(lumen) 내에 적어도 부분적으로 배치되는, 수술 테이블.
  40. 제38항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 브레이크(brake) 또는 베어링 로크(bearing lock) 중 적어도 하나를 포함하는, 수술 테이블.
  41. 제38항에 있어서, 상기 지지 스트럿의 상기 하부 단부는 상기 지지 칼럼의 상기 상부 단부를 통해 상기 기부에 결합되는, 수술 테이블.
  42. 삭제
  43. 제34항에 있어서, 상기 어댑터의 상기 제1 섹션은 제1 두께를 갖고, 상기 어댑터의 상기 제2 섹션은 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는, 수술 테이블.
  44. 제34항에 있어서, 상기 어댑터의 상기 제1 섹션은 제1 재료로부터 형성되고, 상기 어댑터의 상기 제2 섹션은 상기 제1 재료와 상이한 제2 재료로부터 형성되는, 수술 테이블.
  45. 제43항에 있어서, 상기 어댑터는 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 둘 모두 사이에 배치되는 제3 섹션을 추가로 포함하고, 상기 제3 섹션은 상기 제1 강성 및 상기 제2 강성 둘 모두보다 큰 제3 강성을 갖는, 수술 테이블.
  46. 제45항에 있어서, 상기 제3 섹션은 상기 제1 섹션의 두께 및 상기 제2 섹션의 두께 둘 모두보다 큰 두께를 갖는, 수술 테이블.
  47. 제34항에 있어서, 상기 어댑터는 상기 수술 테이블의 상기 지지부에 결합되는, 수술 테이블.
  48. 제34항에 있어서,
    상기 테이블 상판 아래에서 상기 수술 테이블에 결합된 어댑터를 더 포함하고,
    상기 어댑터는 제1 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제1 섹션 및 제2 로봇 아암의 근위 단부 부분에 결합되도록 구성되는 제2 섹션을 갖고, 상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션과 상기 제2 섹션 사이에 간극을 한정하는, 상기 어댑터; 및
    상기 제1 로봇 아암과 상기 제2 로봇 아암 사이의 크로스토크 진동(crosstalk vibration)을 흡수하기 위해 상기 어댑터의 상기 간극 내에 배치되는 댐퍼(damper)를 포함하는, 수술 테이블.
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