KR102310671B1 - 블레이드 노출을 줄이기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

블레이드 노출을 줄이는 시스템 및 방법은 수술용 절단 기구를 포함한다. 수술용 절단 기구는, 수술용 절단 기구의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터, 하나 이상의 구동 유닛, 구동 유닛에 연결되는 샤프트, 엔드 이펙터를 샤프트에 연결하는 관절식 리스트, 및 힘이나 토크를 구동 유닛으로부터 엔드 이펙터와 관절식 리스트에 연결하기 위하여 샤프트 안에 있는 하나 이상의 구동 메커니즘을 포함한다. 엔드 이펙터는 마주보는 파지용 죠들 및 커팅 블레이드를 포함한다. 절단 조종을 수행하기 위하여, 수술용 절단 기구는, 파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하고, 관절식 리스트의 관절운동을 측정하고, 관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하고, 수정된 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 결정하고, 그리고 제약에 기초하여 절단 조종을 수행하거나 방지한다.

Description

블레이드 노출을 줄이기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING BLADE EXPOSURES}
본 특허 출원은 "블레이드 노출을 줄이기 위한 시스템 및 방법(SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING BLADE EXPOSURES)"이라는 제목으로 2015년 5월 15일자로 출원된 미국 가특허출원 62/176,893의 우선권과 그 출원일의 이익을 주장하고, 그 내용은 전체로 본 명세서에 참조사항으로 통합되어 있다.
본 발명은 대체로 관절식 아암과 엔드 이펙터가 있는 장치의 조종에 관한 것이고, 보다 상세하게는 블레이드 노출을 줄이기 위한 최소 침습 절단 기구의 조종에 관한 것이다.
더욱더 많은 장치들이 자율 전자 장치와 반자율 전자 장치로 대체되고 있다. 이는 특히 수술실, 중재실, 집중 치료 병동, 응급실 및 이와 유사한 곳 등에서 수많은 자율 전자 장치와 반자율 전자 장치를 발견할 수 있는 오늘날의 병원에서 그러하다. 예를 들어, 유리 온도계와 수은 온도계는 전자 온도계로 대체되고 있고, 정맥내 점적 라인은 전자 모니터와 플로우 레귤레이터를 포함하며, 전통적으로 손으로 파지하는 수술 기구는 컴퓨터 보조 의료 장치(computer-assisted medical device)에 의해 대체되고 있다.
컴퓨터 보조 의료 장치를 사용하는 최소 침습 수술 기법은 일반적으로 건강한 조직에 대한 손상은 최소화하면서 수술 및/또는 다른 시술을 수행하도록 시도한다. 일부 최소 침습 시술은 수술 기구와 컴퓨터 보조 의료 장치의 사용을 통해 원격으로 수행될 수 있다. 다수의 컴퓨터 보조 의료 장치에 있어서, 의사 및/또는 다른 의료 인원은 통상적으로 오퍼레이터 콘솔 상의 하나 이상의 제어수단을 사용하여 입력 장치를 조작할 수 있다. 의사 및/또는 다른 의료 인원이 오퍼레이터 콘솔에서 다양한 제어수단들을 조종할 때, 명령어들은 오퍼레이터 콘솔로부터, 하나 이상의 엔드 이펙터 및/또는 수술 기구가 장착되어 있는 환자 측 장치 쪽으로 중계된다. 이러한 방식으로, 의사 및/또는 다른 의료 인원은 엔드 이펙터 및/또는 수술 기구를 사용하여 환자에게 하나 이상의 시술을 수행할 수 있다. 사용중 원하는 시술 및/또는 수술 기구에 따라, 원격조종을 이용하는 의사 및/또는 의료 인원의 제어 하에서 그리고/또는 의사 및/또는 다른 의료 인원에 의한 하나 이상의 활성화 동작에 기초하여 수술 기구가 연속적인 수술을 수행할 수 있는 반자율식 제어 하에서 원하는 시술이 부분적으로 또는 전체적으로 수행될 수 있다.
최소 침습 수술 기구는 수동으로 작동되든 원격조종식으로 작동되든 그리고/또는 반자율식으로 직동되든 여러 가지 수술 및/또는 시술에서 사용될 수 있고, 다양한 구성을 가질 수 있다. 이러한 다수의 기구들은 관절식 아암의 원위 단부에 장착될 수 있는 샤프트의 원위 단부에 장착되는 엔드 이펙터를 포함한다. 많은 조종 시나리오에서, 샤프트는 원격 수술 부위에 도달하기 위해서 개구(예컨대 체벽 절개부, 자연 구멍 및/또는 이와 유사한 것)를 통해 삽입되도록(예컨대 복강경식으로, 흉강경식으로 그리고/또는 이와 유사한 방식으로 삽입되도록) 구성될 수 있다. 일부 기구에서, 관절형 리스트 메커니즘(articulating wrist mechanism)은 샤프트의 길이방향 축에 대한 엔드 이펙터의 배향을 바꾸는 능력을 제공하는 관절형 리스트로 엔드 이펙터를 지원하기 위해서 기구 샤프트의 원위 단부에 장착될 수 있다.
다른 설계 및/또는 구성으로 되어 있는 엔드 이펙터는 의사 및/또는 다른 의료 인원이 여러 가지 수술 시술들 중 어떤 것이라도 수행할 수 있도록 상이한 작업, 시술 및 기능을 수행하는데 사용될 수 있다. 예시들은 소작, 절제, 봉합, 절단, 스테이플링, 융착, 봉인 등 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이것들로 제한되는 것은 아니다. 따라서, 엔드 이펙터는 이러한 수술 시술들을 수행하는 여러 가지 구성요소들 및/또는 이러한 구성요소들의 조합을 포함할 수 있다.
최소 침습 시술의 목적에 따르면, 엔드 이펙터의 크기는 그 의도된 작업을 수행하는 것을 가능하게 하면서도 통상적으로 가능한한 소형으로 유지되어 있다. 엔드 이펙터의 크기를 소형으로 유지하는 한가지 접근법은 통상적으로 환자의 외부에 위치되어 있는 수술 기구의 근위 단부에서의 하나 이상의 입력부의 사용을 통해 엔드 이펙터의 작동을 달성하는 것이다. 다양한 기어, 레버, 풀리, 케이블, 로드, 밴드 및/또는 이와 유사한 것은 이때 수술 기구의 샤프트를 따라 하나 이상의 입력부로부터의 동작을 전달해서 엔드 이펙터를 작동시키는데 사용될 수 있다. 적합한 수술 기구가 있는 컴퓨터 보조 의료 장치의 경우, 기구의 근위 단부에 있는 트랜스미션 메커니즘은 환자 측 장치나 환자 측 카트의 관절식 아암에 제공되는 다양한 모터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압장치, 공압장치 및/또는 이와 유사한 것과 상호작용한다. 모터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압장치, 공압장치 및/또는 이와 유사한 것은 통상적으로 마스터 컨트롤러를 통해 제어 신호를 수신하고, 다양한 기어, 레버, 풀리, 케이블, 로드, 밴드 및/또는 이와 유사한 것이 트랜스미션 메커니즘의 원위 단부에서 엔드 이펙터를 작동시키도록 최종적으로 전달되는 트랜스미션 메커니즘의 근위 단부에서의 힘 및/또는 토크의 형태로 되어 있는 입력값을 제공한다.
이러한 엔드 이펙터의 조종에 관한 원격 특성 때문에, 어떤 경우에는 의사 및/또는 다른 의료 인원이 원하는 시술을 수행하는 작동 동안 엔드 이펙터의 하나 이상의 구성요소들의 포지션을 파악하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 어떤 경우에는, 엔드 이펙터 그 자체 및/또는 환자의 해부체의 부분들을 포함하는 수술 기구의 다른 부분들은 하나 이상의 구성요소들의 작동 동안 수술 기구의 하나 이상의 구성요소들로부터 가려져 있을 수 있다. 추가적으로, 하나 이상의 구성요소들이 원하는 시술을 수행하도록 시도하는 동안 오류 조건을 조우하는 경우, 엔드 이펙터의 제한된 시야, 수술 기구가 조종되는 제한된 공간, 수술 기구의 제한된 접근성, 의사 및/또는 다른 의료 인원에 대한 엔드 이펙터의 원격 포지션 및/또는 이와 유사한 것 때문에, 의사 및/또는 다른 의료 인원이 오류 조건을 탐지하는 것 그리고/또는 오류 조건을 수정하는 것이 어려울 수 있다.
추가로, 안전 조건은 수술 기구의 설계시 및/또는 조종시 한가지 요인일 수도 있다. 일부 예시에서, 커팅 툴과 같은 수술 도구의 엔드 이펙터는 예리한 커팅 블레이드를 포함할 수 있다. 커팅 블레이드가 절단하는데 적극적으로 사용되고 있지 않는 경우, 커팅 블레이드는 엔드 이펙터 상의 칼집(housing 또는 sheath) 내부로 들어갈 수 있고 그리고/또는 날집(garage) 내부로 들어갈 수 있어서, 커팅 블레이드는 조종이 없는 동안 수술 도구를 조작하는 의료 인원 및/또는 환자의 조직을 우연히라도 절단할 수 없는 곳에 포지셔닝되는 것이 일반적이다. 유사하게, 엔드 이펙터의 하나 이상의 정교한 구성요소들은 조종이 없는 동안 정교한 구성요소들에 대한 손상을 방지하기 위해서 칼집으로 들어가 있을 수도 있고 그리고/또는 날집으로 들어가 있을 수도 있다.
커팅 블레이드가 날집으로 복귀될 수 없는 경우, 블레이드 노출이라고 지칭되는 에러가 일어날 수 있다. 일부 경우, 블레이드 노출은 절단 조종 후 날집 속으로의 커팅 블레이드의 끌어당김을 방지하도록 조직 및/또는 다른 파편이 날집을 향하여 커팅 블레이드의 경로와 간섭하는 경우 일어날 수 있다. 일부 경우, 블레이드 노출은 날집 속으로의 커팅 블레이드의 끌어당김을 방지하도록 커팅 블레이드가 커팅 블레이드를 가이드하는데 사용되는 엔드 이펙터 안의 그루브나 트랙 밖으로 나오는 경우 일어날 수 있다. 환자 내부로부터 커팅 툴과 엔드 이펙터를 먼저 빼내지 않는 상태에서 블레이드 노출을 수정하는 것과 커팅 블레이드를 날집 속으로 끌어당기는 것이 항상 가능한 것이 아니기 때문에, 블레이드 노출을 피하는 것은 대체로 좋은 생각이다.
따라서, 절단 기구와 같은 수술 기구의 조종을 위한 개선된 방법과 시스템은 바람직하다. 일부 예시에서, 블레이드 노출의 가능성을 줄이는 것이 바람직할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 컴퓨터 보조 의료 장치와 함께 사용하기 위한 수술용 절단 기구는, 수술용 절단 기구의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터, 하나 이상의 구동 유닛, 구동 유닛에 연결되는 샤프트, 엔드 이펙터를 샤프트에 연결하는 관절식 리스트, 및 힘이나 토크를 하나 이상의 구동 유닛으로부터 엔드 이펙터와 관절식 리스트에 연결하기 위하여 샤프트 안에 있는 하나 이상의 구동 메커니즘을 포함한다. 엔드 이펙터는 마주보는 파지용 죠(gripping jaw)들 및 커팅 블레이드를 포함한다. 절단 조종을 수행하기 위하여, 수술용 절단 기구는: 파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하도록 구성되어 있고; 관절식 리스트의 관절운동을 측정하도록 구성되어 있고; 관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하도록 구성되어 있고; 수정된 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 결정하도록 구성되어 있고; 그리고 제약에 기초하여 절단 조종을 수행하거나 방지하도록 구성되어 있다.
일부 실시예에 따르면, 컴퓨터 보조 의료 장치와 함께 사용하기 위하여 수술용 절단 기구를 사용하는 절단 조종을 수행하는 방법은, 수술용 절단 기구의 엔드 이펙터의 파지용 죠들 사이의 죠 각도를 하나 이상의 제 1 센서를 사용하여 하나 이상의 프로세서로 측정하는 단계, 엔드 이펙터를 수술용 절단 기구의 샤프트에 연결하는 관절식 리스트의 관절운동을 하나 이상의 제 2 센서를 사용하여 하나 이상의 프로세서로 측정하는 단계, 관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 하나 이상의 프로세서로 수정하는 단계, 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 하나 이상의 프로세서로 결정하는 단계, 및 제약에 기초하여 절단 조종을 수행하거나 방지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 비일시적 기계 판독가능 매체는, 컴퓨터 보조 의료 장치와 결합되는 하나 이상의 프로세서에 의해 실행되는 경우 하나 이상의 프로세서가 방법을 수행하게 하도록 되어 있는 복수의 기계 판독가능 지시를 포함한다. 방법은, 컴퓨터 보조 의료 장치에 의해 조종되는 수술용 절단 기구의 엔드 이펙터의 파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하는 단계, 엔드 이펙터를 수술용 절단 기구의 샤프트에 연결하는 관절식 아암의 관절운동을 측정하는 단계, 관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하는 단계, 수정된 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 결정하는 단계, 및 하나 이상의 구동 유닛을 사용하되 제약에 기초하여 절단 조종을 수행하거나 방지하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 컴퓨터 보조 의료 장치는 하나 이상의 프로세서, 관절식 아암, 및 관절식 아암의 원위 단부에 연결되는 수술 기구를 포함한다. 수술 기구는 수술 기구의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터를 포함한다. 엔드 이펙터는 마주보는 파지용 죠들 및 커팅 블레이드를 포함한다. 수술 기구는 수술 기구의 근위 단부에 위치되어 있는 하나 이상의 구동 유닛, 구동 유닛에 연결되는 샤프트, 샤프트를 엔드 이펙터에 연결하는 관절식 리스트, 및 힘이나 토크를 하나 이상의 구동 유닛으로부터 엔드 이펙터와 관절식 리스트에 연결하기 위하여 샤프트 안에 있는 하나 이상의 구동 메커니즘을 더 포함한다. 컴퓨터 보조 의료 장치는, 파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하는 단계, 관절식 리스트의 관절운동을 측정하는 단계, 관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하는 단계, 수정된 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 결정하는 단계, 및 제약에 기초하여 절단 조종을 수행하거나 방지하는 단계에 의해 커팅 블레이드를 이용하여 절단 조종을 수행하도록 구성되어 있다.
도 1은 일부 실시예에 따르는 컴퓨터 보조 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 일부 실시예에 따르는 최소 침습 수술 기구가 나타나 있는 개략적인 도면이다.
도 3은 일부 실시예에 따르는 도 2의 수술 기구의 원위 단부에 관한 개략적인 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 일부 실시예에 따르는 도 2와 도 3의 엔드 이펙터를 절단한 개략적인 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따르는 자유도를 위한 구동 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 6a 내지 도 6e는 일부 실시예에 따르는 엔드 이펙터 및 커팅 블레이드 구성의 정면 및 측면에서 절단한 개략적인 도면이다.
도 7a와 도 7b는 일부 실시예에 따르는 블레이드 노출에 관한 개연성 있는 모델의 개략적인 도면이다.
도 8은 일부 실시예에 따르는 실제 죠 각도와 측정된 죠 각도 사이의 예시적인 관계에 관한 개략적인 도면이다.
도 9는 일부 실시예에 따르는 절단 조종을 수행하기 위한 방법에 관한 개략적인 도면이다.
도면에서 동일한 지시번호를 가지는 요소들은 동일하거나 유사한 기능을 가진다.
다음에 오는 명세서에서, 발명의 상세한 설명은 본 발명에 따르는 일부 실시예들을 기술하여 설명되어 있다. 그러나, 일부 실시예들이 이러한 발명의 상세한 설명 중 일부나 전부가 없더라도 실시될 수 있다는 점은 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 명세서에 기술되어 있는 특정 실시예들은 설명하기 위한 것이지 제한하려는 것은 아니다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 본 명세서에 특별히 기술되어 있지 않더라도 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 다른 요소들을 알 수 있을 것이다. 추가로, 불필요한 반복을 피하기 위하여, 일 실시예와 관련하여 기술되어 나타나 있는 하나 이상의 특징들은 특별히 이와 달리 기술되어 있지 않다면, 또는 하나 이상의 특징들이 일 실시예를 비기능적으로 만들 수 있는 경우라면 다른 실시예들에 통합되어 있을 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따르는 컴퓨터 보조 시스템(100)에 관한 개략적인 도면이다. 도 1에 나타나 있는 바와 같이, 컴퓨터 보조 시스템(100)은 하나 이상의 가동 또는 관절식 아암(120)이 있는 컴퓨터 보조 장치(110)를 포함한다. 하나 이상의 관절식 아암(120) 각각은 하나 이상의 기구(130)를 지원할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 보조 장치(110)는 컴퓨터 보조 수술 장치에 따르게 되어 있을 수 있다. 하나 이상의 관절식 아암(120)은 수술 기구, 촬상 장치 및/또는 이와 유사한 것과 같은 의료 기구(130)를 위한 지원를 각각 제공할 수 있다. 일부 예시에서, 기구(130)는, 시술행위, 파지, 끌어당김, 소작, 절제, 봉합, 절단, 스테이플링, 융착, 봉인 및/또는 이들의 조합 등과 같은 것을 행할 수 있지만 이것들에 제한되는 것은 아닌 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.
컴퓨터 보조 장치(110)는 오퍼레이터 워크스테이션(미도시)에 추가로 연결될 수 있는데, 오퍼레이터 스테이션은 컴퓨터 보조 장치(110), 하나 이상의 관절식 아암(120) 및/또는 기구(130)를 조종하기 위한 하나 이상의 주 제어수단(master control)을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 하나 이상의 주 제어수단은 마스터 매니퓰레이터, 레버, 페달, 스위치, 키, 노브, 트리거 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 보조 장치(110)와 오퍼레이터 워크스테이션은 캘리포니아 써니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc)에 의해 상용화되어 있는 다빈치 수술 시스템(da Vinci® Surgical system)에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 구성을 가지거나 더 적거나 더 많은 관절식 아암 및/또는 이와 유사한 것이 있는 컴퓨터 보조 수술 장치는 컴퓨터 보조 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.
컴퓨터 보조 장치(110)는 인터페이스를 이용해서 제어 유닛(140)에 연결되어 있다. 인터페이스는 하나 이상의 케이블, 섬유, 커넥터 및/또는 버스를 포함할 수 있고, 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 라우팅 디바이스가 있는 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛(140)의 조종은 프로세서(150)에 의해 제어된다. 그리고, 제어 유닛(140)이 하나의 프로세서(150)만 있는 것으로 나타나 있지만, 프로세서(150)가 하나 이상의 중앙 처리 장치, 멀티 코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 필드 프로그램어블 게이트 어레이(field programmalbe gate arrays; FPGAs), 응용 주문형 집적 회로(application specific integrated circuits; ASICs) 및/또는 제어 유닛(140) 안에 있는 이와 유사한 것을 대표하는 것이라는 점을 이해할 수 있다. 제어 유닛(140)은 독립형(stand-alone) 서브시스템, 및/또는 컴퓨터 장치에 추가되는 보드, 또는 가상 기계로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛(140)은 오퍼레이터 워크스테이션의 일부로서 포함될 수 있고 그리고/또는 오퍼레이터 워크스테이션과 별개로 조종될 수 있지만, 오퍼레이터 워크스테이션과 조율되어 있다.
메모리(160)는 제어 유닛(140)에 의해 실행되는 소프트웨어, 및/또는 제어 유닛(140)의 조종 동안 사용되는 하나 이상의 데이터 구조를 저장하는데 사용될 수 있다. 메모리(160)는 하나 이상의 타입의 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 기계 판독가능 매체의 일부 공통된 형태들은 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍들로 된 패턴이 있는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, 플래시-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서나 컴퓨터가 판독할 수 있도록 되어 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.
도 1에 나타나 있는 바와 같이, 메모리(160)는 컴퓨터 보조 장치(110)의 자율식, 반자율식 및/또는 원격 조종식 제어를 지원하는데 사용될 수 있는 컨트롤 어플리케이션(170)을 포함한다. 컨트롤 어플리케이션(170)은, 컴퓨터 보조 장치(110), 관절식 아암(120) 및/또는 기구(130)로부터 포지션, 운동, 힘, 토크, 및/또는 다른 센서 정보를 수신하는 것, 다른 장치들과 관련된 다른 제어 유닛들에 관한 포지션, 운동, 힘, 토크 및/또는 충돌 회피 정보를 교환하는 것, 및/또는 컴퓨터 보조 장치(110), 관절식 아암(120) 및/또는 기구(130)를 위한 운동의 계획을 수립하는 것 및/또는 이를 보조하는 것을 위하여 하나 이상의 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programming interfaces; APIs)를 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 컨트롤 어플리케이션(170)은 수술 시술 동안 기구(130)의 자율식, 반자율식 및/또는 원격조종식 제어를 추가로 지원할 수 있다. 그리고, 컨트롤 어플리케이션(170)이 소프트웨어 어플리케이션으로 도시되어 있지만, 컨트롤 어플리케이션(170)은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, 컴퓨터 보조 시스템(100)은 수술실 및/또는 중재실에서 발견할 수 있다. 그리고, 컴퓨터 보조 시스템(100)이 2개의 관절식 아암(120)과 대응하는 기구(130)가 있는 하나의 컴퓨터 보조 장치(110)만을 포함할 수 있지만, 통상의 기술자라면 컴퓨터 보조 시스템(100)이 컴퓨터 보조 장치(110)와 설계상 유사한 그리고/또는 상이한 관절식 아암 및/또는 기구가 있는 다수의 컴퓨터 보조 장치들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일부 예시에서, 각각의 컴퓨터 보조 장치는 더 적거나 더 많은 관절식 아암 및/또는 기구를 포함할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따르는 최소 침습 수술 기구(200)가 나타나 있는 개략적인 도면이다. 일부 실시예에서, 수술 기구(200)는 도 1에 있는 임의의 기구(130)들에 따르게 되어 있을 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 그리고 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 "근위방향(proximal)" 및 "원위방향(distal)"이라는 방향은 수술 기구(200)의 구성요소들의 상대적인 배향과 위치를 기술하는데 도움이 된다. 원위방향은 일반적으로, 컴퓨터 보조 장치(110)와 같은 컴퓨터 보조 장치의 베이스로부터 운동형상학적 사슬(kinematic chain)을 따라 더 먼 방향에 있는, 그리고/또는 수술 기구(200)의 의도된 조종 사용시 수술 작업 부위에 가장 가까운 방향에 있는 요소들에 관한 것이다. 근위방향은 일반적으로, 컴퓨터 보조 장치의 베이스 및/또는 컴퓨터 보조 장치의 관절식 아암들 중 하나를 향하여 운동형상학적 사슬을 따라 더 가까운 방향에 있는 요소들에 관한 것이다.
도 2에 나타나 있는 바와 같이, 수술 기구(200)는 샤프트(210)의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터(220)를, 수술 기구(200)가 샤프트(210)의 원위 단부에 있는 관절식 아암 및/또는 컴퓨터 보조 장치에 장착되는 곳에 연결하는데 사용되는 기다란 샤프트(210)를 포함한다. 수술 기구(200)가 사용되고 있는 특정 시술에 따라, 샤프트(210)는 엔드 이펙터(220)를 환자의 해부체 내부에 위치되어 있는 원격 수술 부위에 가까이 있게 배치시키기 위하여 개구(예컨대 체벽 절개부, 자연 구멍 및/또는 이와 유사한 것)를 통해 삽입될 수 있다. 도 2에 더 나타나 있는 바와 같이, 엔드 이펙터(220)는 대체로, 일부 실시예에서 도 3과 도 4a 내지 도 4c에 대하여 아래에 더욱 상세하게 기술되어 있는 바와 같이 절단 및/또는 융착 또는 봉인 메커니즘을 더 포함할 수 있는 2개의 죠가 형성된 그리퍼 스타일(two-jawed gripper-style)의 엔드 이펙터에 따르게 되어 있다. 그러나, 통상의 기술자라면, 상이한 엔드 이펙터(220)들이 있는 상이한 수술 기구(200)들이 가능할 수 있어서 본 명세서에 기술되어 있는 바와 같이 수술 기구(200)의 실시예들에 따르게 되어 있을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
엔드 이펙터(220)가 있는 수술 기구(200)와 같은 수술 기구는 통상적으로 그 조종 동안 다자유도(multiple degrees of freedom; DOFs)에 의존한다. 수술 기구(200)와, 수술 기구가 장착되는 관절식 아암 및/또는 컴퓨터 보조 장치의 구성에 따라, 엔드 이펙터(220)를 포지셔닝하거나 배향하거나 그리고/또는 조종하는데 사용될 수 있는 다양한 DOFs가 가능할 수 있다. 일부 예시에서, 샤프트(210)는 엔드 이펙터(220)가 배치되는 환자의 해부체 내부로 얼마나 깊이 있을지를 제어하는데 사용될 수 있는 삽입 DOF를 제공하기 위해서 원위 방향으로 삽입될 수 있고 그리고/또는 근위 방향으로 후진될 수 있다. 일부 예시에서, 샤프트(210)는 엔드 이펙터(220)를 회전시키는데 사용될 수 있는 롤링(roll) DOF를 제공하기 위해서 그 길이방향 축을 중심으로 회전할 수 있을 것이다. 일부 예시에서, 엔드 이펙터(220)의 포지션 및/또는 배향에 있어서의 추가적인 가요성은 엔드 이펙터(220)를 샤프트(210)의 원위 단부에 연결하는데 사용되는 관절식 리스트(230)에 의해 제공될 수 있다. 일부 예시에서, 관절식 리스트(230)는 샤프트(210)의 길이방향 축에 대한 엔드 이펙터(220)의 배향을 제어하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 "롤링(roll)", "피칭(pitch)" 및 "요잉(yaw)" DOF(s)를 각각 제공할 수 있는 하나 이상의 롤링 피칭 또는 요잉 조인트들과 같은 하나 이상의 회전 조인트를 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 하나 이상의 회전 조인트는 피칭 및 요잉 조인트, 롤링 피칭 및 요잉 조인트, 롤링 피칭 및 롤링 조인트 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 엔드 이펙터(220)는 아래에서 더욱 상세하게 기술되는 바와 같이 엔드 이펙터(220)의 죠의 벌어짐이나 다물어짐을 제어하는데 사용되는 그립(grip) DOF, 및/또는 커팅 메커니즘의 밀어냄(extension), 끌어당김(retraction) 및/또는 조종(operation)을 제어하는데 사용되는 활성화(activation) DOF를 더 포함할 수 있다.
수술 기구(200)는 샤프트(210)의 근위 단부에 위치되어 있는 구동 시스템(240)을 더 포함한다. 구동 시스템(240)은 수술 기구(200)에 의해 지원되는 다양한 DOFs를 조작하는데 사용될 수 있는 힘 및/또는 토크를 수술 기구(200)로 전하기 위한 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 일부 예시에서, 구동 시스템(240)은 도 1의 제어 유닛(140)과 같은 제어 유닛으로부터 수신되는 신호들에 기초하여 조종되는 하나 이상의 모터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압장치, 공압장치 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 신호들은 하나 이상의 전류, 전압, 펄스 폭 변조된 파장 형태들 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 구동 시스템(240)은 수술 기구(200)가 장착되는 임의의 관절식 아암(120)들과 같은 관절식 아암의 일부인 대응하는 모터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압장치, 공압장치 및/또는 이와 유사한 것에 연결될 수 있는 하나 이상의 샤프트, 기어, 풀리, 로드, 밴드 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 샤프트, 기어, 풀리, 로드, 밴드 및/또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 구동 입력부는 모터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압장치, 공압장치 및/또는 이와 유사한 것으로부터 힘 및/또는 토크를 받아들이는데 사용되거나 수술 기구(200)의 다양한 DOFs를 조절하기 위해서 힘 및/또는 토크를 가하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 구동 시스템(240)에 의해 발생되고 그리고/또는 받아들여지는 힘 및/또는 토크는 구동 시스템(240)으로부터 샤프트(210)를 따라서, 하나 이상의 구동 메커니즘(250)을 사용하는 구동 시스템(240)의 원위에 위치되어 있는 수술 기구(200)의 요소들 및/또는 다양한 조인트들로 전이될 수 있다. 일부 예시에서, 하나 이상의 구동 메커니즘(250)은 하나 이상의 기어, 레버, 풀리, 케이블, 로드, 밴드 및/또는 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 샤프트(210)는 중공형(hollow)이고, 구동 메커니즘(250)은 샤프트(210)의 안쪽을 따라 구동 시스템(240)으로부터 엔드 이펙터(220) 및/또는 관절식 리스트(230) 안의 대응하는 DOF로 지나간다. 일부 예시에서, 각각의 구동 메커니즘(250)은 보우덴 케이블(Bowden cable) 유사 구성으로 중공형 날집이나 루멘 안쪽에 배치되어 있는 케이블일 수 있다. 일부 예시에서, 케이블 및/또는 루멘의 안쪽은 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE) 및/또는 이와 유사한 것과 같은 저마찰 코팅제로 코팅될 수 있다. 일부 예시에서, 각각의 케이블의 원위 단부가, 예컨대 캡스턴이나 샤프트를 중심으로 케이블을 감아줌으로써 그리고/또는 풀어줌으로써 구동 시스템(240) 안쪽으로 당겨지고 그리고/또는 밀림에 따라, 케이블의 원위 단부는 적절하게 움직이고, 엔드 이펙터(220), 관절식 리스트(230) 및/또는 수술 기구(200)의 DOFs 중 하나를 조절하기 위해서 적합한 힘 및/또는 토크를 가한다.
도 3은 일부 실시예에 따르는 수술 기구(200)의 원위 단부의 개략적인 사시도이다. 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 수술 기구(200)의 원위 단부는 엔드 이펙터(220), 관절식 리스트(230) 및 구동 메커니즘(250)에 관한 추가적인 세부사항들을 볼 수 있도록 도시되어 있다. 보다 상세하게, 엔드 이펙터(220)는 벌어진 포지션으로 나타나 있는 마주하는 죠(310)들을 포함한다. 죠(310)는 벌어진 포지션과 다물어진 포지션 사이에서 움직이도록 구성되어 있어서, 엔드 이펙터(220)는 봉합과 같은 시술 동안 수술 부위에 위치되어 있는 조직 및/또는 다른 구조를 파지하거나 놓아주는데 사용될 수 있다. 일부 예시에서, 죠(310)들은 양쪽 모든 죠(310)들이 동시에 벌어지고 그리고/또는 다물어지는 싱글 유닛과 같이 함께 조종될 수 있다. 일부 예시에서, 죠(310)들은 독립적으로 벌어질 수 있고 그리고/또는 다물어질 수 있어서, 예컨대 하나의 죠(310)는 다른 죠(310)가 벌어질 수 있는 그리고/또는 다물어질 수 있는 안정된 상태로 유지될 수 있다.
도 3에는 각각의 죠(310)의 안쪽에 있는 파지면(gripping surface)이 커팅 블레이드(330)를 위한 가이드와 같은 역할을 할 수 있는 대응하는 그루브(320)를 포함하는 것으로 나타나 있지만, 그루브(320)는 하나 이상의 죠(310)에서 생략될 수도 있다. 커팅 블레이드(330)가 엔드 이펙터(220)의 원위 단부를 향하여 밀어내어짐에 따라 그리고/또는 엔드 이펙터(220)의 근위 단부를 향하여 끌어당겨짐에 따라, 각각의 그루브(320)는 절단 조종 동안 커팅 블레이드(330)의 정렬 및/또는 포지셔닝에 도움이 될 수 있다. 커팅 블레이드(330)의 빼냄 및/또는 끌어당김은 커팅 블레이드(330)가 부착되는 구동 구성요소(340)를 사용하여 달성된다. 일부 예시에서, 구동 구성요소(340)는 커팅 블레이드(330)를 밀어내도록 커팅 블레이드(330)를 밀고, 커팅 블레이드(330)를 끌어당기도록 커팅 블레이드(330)를 당긴다. 커팅 블레이드(330)의 포지셔닝과 사용은 일부 실시예에 따르는 엔드 이펙터(220)의 개략적인 단면도인 도 4a 내지 도 4c에 나타나 있다. 도 4a에는 커팅 블레이드(330)와 구동 구성요소(340) 사이의 관계가 나타나 있다.
엔드 이펙터(220)는 죠(310)의 근위 단부에 위치되어 있는 날집 부재(350)를 더 포함한다. 날집 부재(350)는 구동 구성요소(340)와 커팅 블레이드(330) 양자 모두가 통과할 수 있는 개구를 포함한다. 날집 부재(350)는 커팅 블레이드(330)가 사용중이 아닌 경우 커팅 블레이드(330)를 위한 안전한 보관 영역을 제공하도록 구성되어 있다. 따라서, 커팅 블레이드(330)가 절단 조종의 일부로서 적극적으로 사용되고 있지 않는 경우, 엔드 이펙터(220)는 커팅 블레이드(330)가, 도 4b에 나타나 있는 바와 같이 커팅 블레이드(330)가 죠(310) 뒤쪽으로 근위방향으로 들어가 있는 "날집에 들어있는 상태(garaged)"나 보관된 포지션으로 날집 부재(350) 속으로 끌어당겨질 수 있도록 구성되어 있다. 커팅 블레이드(330)는 도 4c에 나타나 있는 바와 같이 커팅 블레이드(330)가 그루브(320)들 중 하나의 엔드 이펙터 근처나 거기에 포지셔닝되는 포지션으로 추가적으로 밀어내어질 수 있다. 일부 예시에서, 도 4c에 나타나 있는 바와 같이 커팅 블레이드(330)의 포지셔닝은 절단 조종 동안의 커팅 블레이드(330)의 포지션에 대응할 수 있다.
일부 예시에서, 엔드 이펙터(220)와 수술 기구(200)는 커팅 블레이드(330)의 디폴트(default) 또는 본래(home) 포지션이 날집 부재(350) 내부에 있도록 설계되어 있다. 날집 부재(350)의 이 배열은 엔드 이펙터(220)에 몇가지 특징들을 제공할 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드(330)가 날집 부재(350) 속으로 끌어당겨지는 경우, 커팅 블레이드(330)의 예리한 커팅 에지는 효과적으로 날집으로 들어가 있어서, 커팅 블레이드(330)는 시술 동안, 및/또는 시술 이전 및/또는 이후 의료 인원이 수술 기구(200) 및/또는 엔드 이펙터(220)를 다루는 동안 우연히라도 조직을 절단하는 것이 쉽지는 않다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드(330)가 날집 부재(350) 속으로 끌어당겨지는 경우, 커팅 블레이드(330)는 커팅 블레이드(330)가 절단하는데 적극적으로 사용되고 있지 않는 경우 우연한 무뎌짐과 같은 손상으로부터 보호될 수도 있다.
도 3을 다시 참조하면, 일부 실시예에서, 각각의 죠(310)의 안쪽에 있는 파지면은 하나 이상의 선택적 전극(360)을 더 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 전극(360)은 죠(310)들 사이에 유지되어 있는 조직을 융착하기 위해서 전기수술 에너지(electrosurgical engergy)를 전하는데 사용될 수 있다. 일부 예시에서, 전극(360)은 전기 소작, 융착 및/또는 봉인 부재를 엔드 이펙터(220)에 제공할 수 있어서, 조직은 동일한 수술 도구(200)를 사용하여 절단될 수 있고 그리고/또는 융착/봉인될 수 있다.
일부 실시예에서, 죠(310), 커팅 블레이드(330) 및/또는 관절식 리스트(230)의 조인트의 조종은 구동 메커니즘(250)들 중 대응하는 한가지를 사용하여 달성될 수 있다. 일부 예시에서, 죠(310)가 독립적으로 조종되는 경우, 구동 메커니즘(250)들 중 2개(하나는 각각의 죠(310)들을 위한 것임)의 원위 단부는 개별적인 죠(310)에 연결될 수 있어서, 대응하는 구동 메커니즘(250)이 당기는 힘 및/또는 미는 힘을 가함(예컨대 케이블, 리드 스크루 및/또는 이와 유사한 것을 사용함)에 따라 개별적인 죠(310)는 벌어질 수 있고 그리고/또는 다물어질 수 있다. 일부 예시에서, 죠(310)가 함께 조종되는 경우, 양쪽 모든 죠(310)들은 동일한 구동 메커니즘(250)의 원위 단부에 연결될 수 있다. 일부 예시에서, 구동 구성요소(340)는 대응하는 구동 메커니즘(250)의 원위 단부에 연결될 수 있어서, 대응하는 구동 메커니즘(250)에 가해지는 힘 및/또는 토크는 구동 구성요소(340)의 미는 운동 및/또는 당기는 운동으로 전이될 수 있다. 일부 예시에서, 추가적인 구동 메커니즘(350)은 관절식 리스트(230)의 롤링 피칭 및/또는 요잉 DOFs를 조종하는데 사용될 수 있다.
도 5는 일부 실시예에 따르는 자유도를 위한 구동 유닛(500)의 개략적인 사시도이다. 일부 실시예에 따르면, 구동 유닛(500)은 도 2에 있는 구동 시스템(240)의 구성요소들 중 일 부분을 대표할 수 있다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 구동 유닛(500)은 캡스턴(510)이 DOF를 작동시키도록 회전되는 회전 작동 접근법에 기초하고 있다. 캡스턴(510)은 모터, 서보, 능동형 액추에이터, 유압식 액추에이터, 공압식 액추에이터 및/또는 이와 유사한 것(미도시)의 구동 샤프트일 수 있는 구동 샤프트(520)에 연결되어 있다. 토크가 구동 샤프트(520)에 가해지면서 구동 샤프트(520)와 캡스턴(510)이 회전됨에 따라, 캡스턴(510) 및/또는 구동 샤프트(520)에 부착되는 케이블(530)은 캡스턴(510) 및/또는 구동 샤프트(520) 둘레에서 더욱 감길 수 있고 그리고/또는 그 둘레에서 더욱 풀릴 수 있다. 케이블(530)이 구동 메커니즘(250)들 중 임의의 것과 같은 대응하는 구동 메커니즘의 근위 단부에 부착되는 경우, 케이블의 감김과 풀림은 구동 메커니즘의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터의 DOF에 가해질 수 있는 대응하는 당기거나 미는 힘 및/또는 토크로 바뀔 수 있다. 일부 예시에서, 캡스턴(510)과 구동 샤프트(520)의 회전 및 케이블(630)의 대응하는 감김 및/또는 풀림은 죠(310)와 같은 그리퍼 죠의 벌어짐 및/또는 다물어짐, 커팅 블레이드(330)와 같은 커팅 블레이드의 밀어냄 및/또는 끌어당김, 관절식 리스트 조인트의 구부러짐 및/또는 펴짐, 및/또는 이와 유사한 것을 초래할 수 있다. 일부 예시에서, 캡스턴(510) 및/또는 구동 샤프트(520)의 회전 각도 및/또는 회전 속도를 모니터링하는 것은 대응하는 구동 메커니즘을 통해 케이블(530)에 연결되는 대응하는 DOF의 현재의 포지션 및/또는 속도에 관한 표시를 제공할 수도 있다. 따라서, 구동 유닛(500)이 수술 기구(200)의 DOFs와 연계하여 사용되는 경우, 캡스턴(510) 및/또는 구동 샤프트(520)의 회전 각도 및/또는 회전 속도는 구동 메커니즘(250)들 중 어떤 것이 케이블(530)과 연결되는지에 따라 죠(310)가 벌어지는 각도, 커팅 블레이드(330)의 포지션, 및/또는 관절식 리스트(230)의 피칭 및/또는 요잉 각도에 관한 유용한 피드백을 제공할 수 있다.
DOF가 작동되지 않고 있는 경우 엔드 이펙터의 DOF가 디폴트(default), 휴지(rest) 및/또는 본래(home) 포지션으로 구성되는 것이 종종 바람직하기 때문에, 일부 실시예에서 구동 유닛(500)과 같은 구동 유닛은 구동 유닛(500)을 대응하는 본래 포지션으로 복귀시키는 어떠한 타입의 저항 및/또는 구속 메커니즘도 포함할 수 있다. 일부 예시에서, DOF의 본래 포지션의 사용은 수술 기구(200)와 같은 수술 기구의 구성을 지원할 수 있는데, 이는 파지용 죠가 자동으로 다물어지고 그리고/또는 거의 다물어지는 경우, 커팅 블레이드가 날집 부재 속으로 끌어당겨지는 경우, 관절식 리스트 조인트가 곧게 펴지는 경우 및/또는 이와 유사한 경우가 그러하다. 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 구동 유닛(500)은 토션 스프링(540)의 형태로 되어 있는 구속 메커니즘을 포함한다. 토션 스프링(540)은, 한쪽 단부(550)에서 캡스턴(510)에 부착되어 있되 캡스턴(510) 둘레에 감겨있는 상태로 나타나 있다. 캡스턴(510)이 회전됨에 따라, 토션 스프링(540)의 제 2 단부(560)는 구동 유닛(500)의 바디의 일부일 수 있는 정지부(570)에 걸려서 위로 회전할 때까지 자유롭게 회전할 수 있다. 토션 스프링(540)의 제 2 단부(560)가 정지부(570)에 걸린 후에도 캡스턴(510)이 계속해서 회전함에 따라, 토션 스프링(540)은 토션 스프링(540)의 스프링 상수와 캡스턴(510)의 회전량에 의해 지시받는 바와 같이 본래 힘 및/또는 토크에 대한 구속력 및/또는 복귀력을 캡스턴(510)에 제공하는 것을 시작할 것이다. 따라서, 더 많은 양의 회전이 캡스턴(510)에 가해짐에 따라, 토션 스프링(540)은 증가하는 복귀력을 캡스턴(510)에 대한 본래 힘 및/또는 토크에 가한다. 예컨대 파지용 죠들을 다물고, 커팅 블레이드를 끌어당기고, 그리고/또는 관절식 리스트 조인트들을 곧게 펴는데 사용될 수 있는 것은 캡스턴(510) 상의 본래 힘 및/또는 토크에 대한 이러한 복귀력이다.
도 5에는 캡스턴(510) 둘레에 감겨있는 토션 스프링과 같은 구속 메커니즘이 나타나 있지만, 통상의 기술자라면 본래 기능에 대한 유사한 구속력/복귀력를 달성하는 다른 가능성 있는 구속 메커니즘 및/또는 구속 메커니즘을 위한 구성을 알 수 있을 것이다. 일부 예시에서, 구동 유닛(500)의 바디는 정지부(570)로부터 생긴 본래 힘 및/또는 토크에 대한 복귀력에 대해 반대 방향으로 캡스턴(510)에 대한 본래 힘 및/또는 토크로의 복귀를 제공하는 제 2 정지부를 더 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 토션 스프링(540)의 제 2 단부(560)는 구동 유닛(500)의 바디에 장착될 수 있어서, 토션 스프링(540)이 캡스턴(510)에 대한 본래 힘 및/또는 토크에 대해 복귀력을 가하기 시작하기 전이라도 그리고/또는 토션 스프링(540)이 캡스턴(510)의 회전이 없는 상태라도 캡스턴(510)에 대한 본래 힘 및/또는 토크에 대해 적어도 일부의 복귀력을 가하기 전이라도 토션 스프링(540)의 자유로운 움직임은 허용되지 않는다.
일부 실시예에 따르면, 도 3과 도 4a 내지 도 4c의 커팅 블레이드(330)가 있는 수술 기구(200)와 같은 커팅 툴을 사용하는 절단 조종은 통상적으로 다단계 조종을 수반한다. 예를 들어, 절단 조종은 엔드 이펙터(220)를 관심있는 조직에 가까이 있게 배치하도록 관절식 아암을 원격조종함으로써 달성될 수 있다. 관절식 리스트(230)와 죠(310)는 이때 관심있는 조직을 붙잡는데 사용될 수 있다. 관심있는 조직이 유지되면, 구동 유닛(500)과 같은 구동 유닛은, 원위 방향으로의 커팅 블레이드(330)의 신속한 밀어냄을 수반하는 절단 동작을 개시하고, 커팅 블레이드(330)를 밀어내어진 포지션에 유지시키고, 그리고 나서 커팅 블레이드(330)가 날집 부재(350) 내부 쪽으로 복귀될 때까지 커팅 블레이드(330)를 근위 방향으로 끌어당기는데 사용될 수 있다. 밀어내기 및 끌어당기기 동안, 커팅 블레이드(330)는 죠(310) 안에 있는 그루브(320)에 의해 가이드될 수 있어서, 죠(310)의 길이를 따라 대체로 직선 형태의 절단이 일어난다.
일부 경우, 절단 조종은 계획된 바와 같이 속행되지 않을 수 있다. 일부 예시에서, 블레이드 노출은 커팅 블레이드(330)가 날집 부재(350) 내부의 본래 포지션으로 복귀할 수 없는 경우 일어날 수 있다. 일부 예시에서, 블레이드 노출은 조직 및/또는 다른 파편이 절단 조종의 끌어당김 단계 동안 날집 부재(350) 속으로의 커팅 블레이드(330)의 끌어당김을 방지하도록 날집 부재를 향하는 커팅 블레이드(330)의 경로와 간섭하는 경우 일어날 수 있다. 일부 예시에서, 블레이드 노출은 커팅 블레이드(330)가 비틀어지는 경우 그리고/또는 그루브(320) 밖으로 나오는 경우 일어날 수 있다. 이는 조직, 다른 파편, 구동 구성요소(340) 및/또는 구동 메커니즘(250)으로부터의 비틀림 힘 및/또는 이와 유사한 것에 의해 유발되는 커팅 블레이드(330) 상에서의 비틀어지는 힘 또는 비틀림 때문에 일어날 수 있다. 일부 예시에서, 환자 내부로부터 수술 기구(200)와 엔드 이펙터(220)를 먼저 빼내지 않는 상태에서 블레이드 노출을 수정하는 것과 커팅 블레이드를 날집 속으로 끌어당기는 것이 항상 가능한 것이 아니기 때문에, 블레이드 노출을 방지하는 것 및/또는 줄이는 것은 대체로 좋은 생각이다.
엔드 이펙터 및/또는 커팅 블레이드의 신중한 설계 및 조종은 블레이드 노출의 가능성을 줄이는데 사용될 수 있다. 도 6a 내지 도 6e는 일부 실시예에 따르는 엔드 이펙터 및 커팅 블레이드 구성의 측면 및 정면에서 절단한 다양한 개략적인 도면이다. 도 6a와 도 6b는 일부 실시예에 따르는 블레이드 노출을 줄이는데 사용될 수 있는 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)가 있는 엔드 이펙터(600)의 측면 및 정면에서 절단한 개략적인 도면이다. 도 6a와 도 6b에 나타나 있는 바와 같이, 엔드 이펙터(600)는 조직과 다른 구조를 붙잡도록 벌어지거나 다물어질 수 있는 죠(610)를 포함한다. 도 6a와 도 6b에는, 각각의 죠(610)의 파지면이 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)의 밀어내기 및 끌어당기기 동안 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)를 가이드하는데 사용될 수 있는 그루브나 슬롯(620)을 포함할 수 있는 것으로 나타나 있지만, 그루브(620)는 파지면들 중 하나 이상으로부터 생략될 수 있다. 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)를 밀어내거나 끌어당기는데 사용되는 힘 및/또는 토크는 구동 구성요소(340)와 대체로 유사한 구동 구성요소(640)를 이용해서 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)로 전달된다.
도 6b에 정면에서 절단한 도면이 나타나 있는 바와 같이, 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)는 그루브(620)의 길이를 따라 슬라이딩할 수 있고, 그루브(620) 내부에서 위아래로 슬라이딩할 수도 있다. 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)는 엔드 이펙터(600)의 근위 단부 속으로 잘 밀어내는 기다란 블레이드를 포함한다. 기다란 블레이드의 길이는 커팅 블레이드의 밀어내기 및 끌어당기기 동안 밴드 스타일 커팅 블레이드의 적어도 일 부분이 죠(610)와 그루브(620)의 근위 단부에서 그루브(620) 내부에 남아있게 설계되도록 선택된다.
일부 실시예에 따르면, 엔드 이펙터(600)의 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)는 커팅 툴로서의 그 유효성을 제한하는 몇몇 단점들이 있을 수 있다. 일부 예시에서, 기다란 블레이드의 길이는 죠(610)의 조종과 간섭할 수 있다. 일부 예시에서, 기다란 블레이드의 길이는 관절식 리스트(230)와 같은 관절식 리스트의 사용을 방해할 수도 있는데, 이는 관절식 리스트가 죠(610)로부터 바람직한 거리보다 멀리 위치될 때까지 기다란 블레이드가 관절식 리스트의 구부러짐을 방지할 수 있기 때문이다. 일부 예시에서, 블레이드 노출이 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)를 사용하여 일어나는 경우, 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)의 커다란 크기와 기다란 길이는 환자의 내부로부터 엔드 이펙터를 먼저 제거하지 않는 상태에서 죠(610)를 다무는 능력 및/또는 블레이드 노출을 없애는 능력과 상당히 간섭할 수 있다.
도 6c는 일부 실시예에 따르는 I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)를 사용하는 엔드 이펙터(650)의 정면에서 절단한 개략적인 도면이다. 도 6c에 나타나 있는 바와 같이, 죠(660)들은 양쪽에서 개별적인 죠(660)의 파지면에 대한 개구를 포함하는 커다란 슬롯(670)을 각각 포함하지만, 개별적인 죠(660) 내부에 광폭 슬롯도 포함한다. I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)의 상부 단부와 하부 단부는 파지면에 대한 개구보다 크기가 큰 광폭 단부 캡(690)을 각각 포함한다. 이들 광폭 단부 캡(690)은 I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)의 상부 단부와 하부 단부가 슬롯(670) 밖으로 나오는 것을 방지한다.
일부 실시예에 따르면, 엔드 이펙터(650)의 I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)는 커팅 툴로서의 그 유효성을 제한하는 몇몇 단점이 있을 수 있다. 일부 예시에서, 슬롯(670)의 높이는 엔드 이펙터(650)의 단면을 부적절하게 증가시킬 수 있어서, 최소 침습 수술 기구의 일부로서 유용하지 않다. 일부 예시에서, I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)는 조합형 절단 및 융착 또는 봉인 엔드 이펙터의 일부로서 이용가능하지 않을 수 있는데, 이는 I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)를 슬롯(670)으로부터 완전히 끌어당기는 것이 가능하지 않을 수 있기 때문이며, 그렇게 행한 후 엔드 캡(690)을 슬롯(670) 속으로 재삽입하는 것이 어려울 수 있기 때문이다. 일부 예시에서, 블레이드 노출이, 예컨대 조직 및/또는 다른 파편 때문에 I 빔 스타일 커팅 블레이드(680)를 사용하여 일어나는 경우, 엔드 캡(690)은 죠(660)를 다물어진 포지션 및/또는 부분적으로 다물어진 포지션으로 잠금고정하도록 동작한다. 일부 예시에서, 죠(660)들이 조직을 여전히 파지하고 있으면서 잠금고정되는 경우, 외과수술식으로 하지 않으면서 환자로부터 엔드 이펙터(650)를 제거하는 것은 가능하지 않을 수 있다.
도 6d와 도 6e는 일부 실시예에 따르는 도 2와 도 3 및 도 4a 내지 도 4c의 엔드 이펙터(220)의 측면 및 정면에서 절단한 개략적인 도면이다. 도 3 및 도 4a 내지 도 4c에 대하여 앞서 기술된 바와 같이, 엔드 이펙터(220)는 조직과 다른 구조를 붙잡도록 벌어지거나 다물어질 수 있는 죠(310)들을 포함한다. 각각의 죠(310)의 파지면은 커팅 블레이드(330)의 밀어내기 및 끌어당기기 동안 커팅 블레이드(330)를 가이드하는데 사용될 수 있는 그루브나 슬롯(320)을 포함한다. 커팅 블레이드(330)를 밀어내거나 끌어당기는데 사용되는 힘 및/또는 토크는 구동 구성요소(340)를 이용해서 커팅 블레이드(330)로 전달된다.
도 6e의 정면에서 절단한 도면에 나타나 있는 바와 같이, 커팅 블레이드(330)는 그루브(320)의 길이를 따라 슬라이딩할 수 있고, 그루브(320) 내부에서 위아래로 슬라이딩할 수도 있다. 나타나 있는 바와 같이, 커팅 블레이드(330)는 밴드 스타일 커팅 블레이드(630)보다 더욱 짧은 블레이드를 포함해서, 엔드 이펙터(220)는 작은 단면을 유지할 수 있고 관절식 리스트(230)와 함께 사용될 수도 있다. 그리고 커팅 블레이드(330)의 짧은 블레이드가 밴드 스타일 블레이드(630)나 I 빔 스타일 블레이드(680)에 대한 블레이드 노출의 가능성을 증가시킬 수 있더라도, 짧은 블레이드는 환자 내부로부터 엔드 이펙터(220)를 제거하지 않는 상태에서 블레이드 노출이 없어질 수 있는 가능성을 개선할 수도 있다. 일부 예시에서, 이는 커팅 블레이드(330)가 그루브(320)와 정렬되지 않더라도 짧은 블레이드가 날집 부재(350) 내부에서 끌어당기는 것이 용이해질 수 있기 때문이다.
일부 실시예에 따르면, 블레이드 노출의 가능성은 엔드 이펙터(220)와 커팅 블레이드(330)의 적절한 조종을 통해 커팅 블레이드(330)를 사용하는 경우 줄어들 수 있다. 일부 예시에서, 블레이드 노출은 죠(310)들의 죠 각도에 기초하여 커팅 블레이드(330)의 조종을 방지함으로써 그리고/또는 제약함으로써 줄어들 수 있다. 도 7a와 도 7b는 일부 실시예에 따르는 블레이드 노출의 개연성있는 모델에 관한 개략적인 도면이다. 도 7a에는 커팅 블레이드 밀어내기의 2가지 가능성 있는 길이를 위한 죠 각도 대 블레이드 노출의 개연성에 관한 예시적인 모델(700)이 도시되어 있다. 곡선들(710, 720) 양쪽 모두에는, 좁은 죠 각도를 위한 블레이드 노출의 비교적 낮은 개연성, 블레이드 노출의 개연성이 넓은 죠 각도로 신속하게 증가하는 영역, 및 블레이드 노출의 개연성이 최대 개연성에 달하는 포화 영역이 나타나 있다. 곡선(710)은 커팅 블레이드가 곡선(720) 보다 긴 거리로 밀어내어지는 경우에 대응한다.
도 7b에는 블레이드 노출의 2개의 가능성 있는 개연성을 위한 죠 각도 대 커팅 블레이드 밀어내기 길이에 관한 예시적인 모델(750)이 도시되어 있다. 곡선들(760, 770) 양쪽 모두에는, 커팅 블레이드 밀어내기가 있는 전체 길이가 낮은 죠 각도에서 가능성이 있는 영역, 죠 각도가 블레이드 노출의 일정한 개연성을 유지하도록 증가함에 따라 커팅 블레이드 밀어내기가 있는 길이가 신속하게 줄어들어야만 하는 영역, 및 블레이드 노출이 일어난다는 받아들일 수 없는 개연성이 없는 상태에서 죠 각도의 광폭 때문에 커팅 블레이드 밀어내기가 거의 없거나 없을 가능성이 있는 영역이 나타나 있다. 곡선(760)은 곡선(770)에 비해 블레이드 노출의 높은 허용오차(tolerance)(즉 높은 개연성)가 허용되는 경우에 대응한다.
일화적 증거는, 커팅 툴의 파지용 죠들 내부에 유지되어 있는 두꺼운 조직을 절단할 수 있도록 블레이드 노출이 일어날 수 있는 특정 가능성을 의사가 기꺼이 받아들이는 것을 제안한다. 이 관찰에 따르면 그리고 일부 실시예에 따라, 도 7a 및/또는 도 7b의 모델들과 곡선들은 절단 조종 동안 블레이드 노출의 가능성을 관리하는 2가지 방법들 중 하나로 사용될 수 있다.
일부 예시에서, 도 7a의 모델(700)은 미리 정해진 거리의 절단 길이가 허용되는 최대 죠 각도를 결정하는데 사용될 수 있다. 커팅 툴의 조종 동안, 미리 정해진 거리의 절단은 죠 각도가 최대 죠 각도를 초과하는 경우 금지될 수 있다. 일부 예시에서, 절단 길이가 18 mm인 경우, 커팅 블레이드(330)는 높이가 2.54 mm이고, 그리고 블레이드 노출의 허용오차는 10%이며, 최대 죠 각도는 대략 7도일 수 있다.
일부 예시에서, 도 7b의 모델(750)은 현재의 죠 각도에 기초하여 최대 절단 길이를 제한하는데 사용될 수 있다. 커팅 툴의 조종 동안, 죠 각도는 블레이드 노출의 허용오차에 기초하여 측정될 수 있고, 측정된 죠 각도는 최대 절단 길이로 제한될 수 있다.
모델(700)이 절단 조종을 방지하는데 사용되든지 또는 모델(750)이 절단 조종의 절단 길이를 제한하는데 사용되든지, 절단 조종을 감독하는 그리고/또는 구현하는 컨트롤 어플리케이션(170)과 같은 컨트롤 어플리케이션은 절단 판정/절단 금지 판정 및/또는 절단 길이 결정을 행하기 위해서 현재의 죠 각도의 측정을 이용한다. 일부 실시예에 따르면, 죠 각도의 측정은 이러한 절단 결정을 지원하는데 요구되는 바와 같이 언제나 정확하지 않을 수 있다. 도 5에 대하여 앞서 기술된 바와 같이, 엔드 이펙터(220)와 같은 엔드 이펙터의 죠 각도는 엔드 이펙터의 다른 DOFs와 같이 직접 측정될 수 있다. 도 5의 예시에서, 죠 각도는 엔드 이펙터의 그리퍼 죠들을 위한 한개의(조인트 죠 제어) 또는 두개의(독립적인 죠 제어) 대응하는 구동 유닛(500)으로부터 대응하는 캡스턴(510) 및/또는 구동 샤프트(520)의 회전 각도에 기초하여 측정될 수 있다. 일부 예시에서, 관절식 리스트가 구부러짐에 따라, 그리퍼 죠를 조종하는데 사용되는 구동 메커니즘(들)은 수술 기구의 중공형 샤프트(예컨대 샤프트(210)) 내부에서의 굽음 및/또는 움직임을 받을 수 있다. 구동 메커니즘(들)이 굽음에 따라 그리고/또는 움직임에 따라, 효과적인 거리는 구동 메커니즘에서 볼 수 있는 바와 같이 커팅 블레이드의 원위 단부와 구동 유닛에 있는 근위 단부 사이에서 변할 수 있다. 따라서, 죠 각도의 결정시 충분한 정확도를 얻기 위해서, 죠 각도는 관절식 리스트의 구부림 각도(들) 및/또는 입력 샤프트의 롤링에 기초하여 수정되어야만 할 것이다.
도 8은 일부 실시예에 따르는 실제 죠 각도와 측정된 죠 각도 사이의 예시적인 관계에 관한 개략적인 도면이다. 도 8은 수술 기구(200)에 따르는 수술 기구를 사용하여 수집되는 데이터로 된 산포도(scatter plot)(800)를 포함한다. 엔드 이펙터(220)에 따르는 엔드 이펙터는 재료를 붙잡는데 사용되는 한편, 관절식 리스트(230)에 따르는 관절식 리스트는 피칭 각도와 요잉 각도의 다양한 조합으로 고정되어 있다. 피칭 각도와 요잉 각도의 각각의 조합에서, 파지용 죠들 사이의 실제 죠 각도는 산포도(800)에 있는 밝은 상부 포인트들로 나타나 있는 바와 같이 측정되어 있다. 피칭 각도와 요잉 각도의 각각의 조합에서, 파지용 죠를 위하여 구동 유닛에서 측정되는 바와 같은 죠 각도는 산포도(800)에 있는 어두운 하부 포인트들로 나타나 있는 바와 같이 기록되어 있다. 산포도(800)에 나타나 있는 바와 같이, 관절식 리스트의 피칭 각도와 요잉 각도 양쪽 모두가 제로 각도로부터 벗어남에 따라(수술 기구의 샤프트와 엔드 이펙터의 정렬과 관절식 리스트에서의 구부림 없음에 대응함), 실제 죠 각도와 측정된 죠 각도 사이의 더 큰 발산이 일어났다.
산포도(800)에 있는 데이터는 피칭 각도와 요잉 각도가 달라짐에 따라 실제 죠 각도와 측정된 죠 각도 사이의 관계 및/또는 기능에 적합한 모델을 결정하기 위해서 다양한 모델에 매칭되어 있다. 실험에서 지시하는 것은, 결정 계수 또는 R2 값이 0.95를 초과하는 상태에서 방정식 1에 따르는 선형 수정 모델이 실제 죠 각도와 측정된 죠 각도 사이의 관계를 모델링하는데 사용될 수도 있다는 점이다.
Figure 112019098039979-pat00001
일부 예시에서, 계수 C0, C1, C2 및 C3는, 대응하는 수술 기구의 시리얼 넘버와 같은 식별자에 기초하여 계수값들이 실행 시간에 접근될 수 있도록 기록되는 상태에서, 수술 기구들의 수집을 통해서 모델링될 수 있고 또는 각각의 수술 기구를 위하여 개별적으로 모델링될 수 있다. 수술 기구(200)에 따르는 수술 기구의 일 예시에 있어서, C0는 0.000으로 발견되었고, C1은 0.000으로 발견되었고, C2는 0.062로 발견되었고, 그리고 C3는 0.069로 발견되었다. C2와 C3 사이의 차이는 피칭 및 요잉 조인트들의 설계에서의 차이 뿐만 아니라 피칭 조인트에 대해 더욱 원위에 있는 요잉 조인트의 위치에서의 차이 때문이다.
도 9는 일부 실시예에 따르는 절단 조종을 수행하기 위한 방법(900)에 관한 개략적인 도면이다. 방법(900)의 하나 이상의 과정은, 하나 이상의 프로세서(예컨대 제어 유닛(140) 안의 프로세서(150))에 의해 실행되는 경우 하나 이상의 프로세서가 하나 이상의 과정들(910-970)을 수행하게 할 수 있는, 비일시적(non-transient) 촉각(tangible) 기계 판독가능 매체 상에 저장되는 실행가능한 코드의 형태로 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은 컨트롤 어플리케이션(170)과 같은 어플리케이션에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)은, 죠(310)들과 같은 그리퍼 죠들 사이의 각도, 및 수술 기구(200)와 같은 수술 기구의, 관절식 리스트(230)와 같은 관절식 리스트에서의 구부림에 기초하여 커팅 블레이드(330)와 같은 커팅 블레이드의 움직임을 제약 및/또는 제한하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 방법(900)의 절단 조종은 도 7a, 도 7b 및 도 8의 모델에 따라 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 2, 도 3, 도 4a 내지 도 4c, 도 5, 도 6d 및/또는 도 6e에 기술된 바와 같은 구동 구성요소는 방법(900)의 수행 동안 커팅 블레이드의 움직임을 제약 및/또는 제한하기 위해서 그리퍼 죠들 사이의 각도를 결정하는데 사용될 수 있다.
과정(910)에서, 수술 기구의 죠들이 조종된다. 일부 예시에서, 의사 및/또는 의료 인원은 수술 기구의 죠(310)들과 같은 죠들을 포지셔닝 및/또는 조종하기 위해서 오퍼레이터 콘솔의 하나 이상의 제어수단을 사용할 수 있다. 일부 예시에서, 의사 및/또는 다른 의료 인원은 절단 조종의 준비 중 적합한 조직 및/또는 다른 조직 둘레에 죠들을 포지셔닝하도록 죠들을 원격조종하기 위해서 하나 이상의 마스터 매니퓰레이터, 레버, 페달, 스위치, 키, 노브, 트리거 및/또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 주 제어수단을 조작할 수 있다. 일부 예시에서, 죠들은 그 포지션 및/또는 배향을 제어하도록 조종될 수 있을 뿐만 아니라 죠들 사이의 각도를 조절하도록 조종돌 수 있다. 일부 예시에서, 이 조종은 죠들을 원하는 바와 같이 배향시키기 위해서 관절식 리스트(230)와 같은 관절식 리스트에서의 구부림의 수준을 조절하는 것을 포함할 수 있다.
과정(920)에서, 절단 명령이 수신된다. 일부 예시에서, 의사 및/또는 다른 인원은 절단 조종이 일어나도록 요청할 수 있다. 일부 예시에서, 절단 조종은 오퍼레이터 콘솔에 위치되어 있는 하나 이상의 마스터 매니퓰레이터, 레버, 페달, 스위치, 키, 노브, 트리거 및/또는 이와 유사한 것과 같은 하나 이상의 주 제어수단을 사용하여 요청받을 수 있다. 일부 예시에서, 요청받은 절단 조종은 인터럽트(interrupt), 인풋 폴링 오퍼레이션(input polling operation), API 콜(call) 및/또는 이와 유사한 것을 이용해서 컨트롤 어플리케이션(170)과 같은 컨트롤 어플리케이션에 의해 수신될 수 있다.
과정(930)에서, 죠 각도가 측정된다. 일부 예시에서, 죠 각도는 하나 이상의 포지션 센서 및/또는 회전 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 죠들의 근위방향에 위치될 수 있고, 죠 각도를 간접적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 죠들의 DOF(s)를 조작하는데 사용될 수 있는, 구동 유닛(500)과 같은 하나 이상의 구동 유닛과 결합될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 캡스턴(510)과 같은 캡스턴의 회전 각도 및/또는 구동 샤프트(520)와 같은 구동 샤프트의 회전 각도를 측정할 수 있다. 일부 예시에서, 죠들이 함께 제어되는 경우, 죠 각도는 죠들을 위한 단일의 구동 유닛을 사용하여 측정될 수 있다. 일부 예시에서, 죠들이 독립적으로 제어되는 경우, 각각의 죠들의 죠 각도는 별개로 측정되고 나서 측정된 합성 죠 각도를 결정하도록 결합될 수 있다.
과정(940)에서, 리스트 관절운동이 측정된다. 일부 예시에서, 리스트 관절운동은 하나 이상의 포지션 센서 및/또는 회전 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 관절식 리스트의 근위방향에 위치될 수 있고, 관절식 리스트의 피칭 및/또는 요잉과 같은 각각의 관절운동 각도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 관절식 리스트의 각각의 조인트를 위한 개별적인 DOF를 조작하는데 사용될 수 있는, 구동 유닛(500)과 같은 하나 이상의 구동 유닛과 결합될 수 있다. 일부 예시에서, 센서들은 캡스턴(510)과 같은 캡스턴의 회전 각도, 및/또는 구동 샤프트(520)와 같은 구동 샤프트의 회전 각도를 측정할 수 있다.
과정(950)에서, 죠 각도는 리스트 관절운동에 기초하여 수정된다. 과정(930) 동안 측정되는 죠 각도와 과정(940) 동안 측정되는 리스트 관절운동을 사용하여, 죠 각도를 위한 수정된 값은 컨트롤 어플리케이션에 의해 결정될 수 있다. 일부 예시에서, 도 8 및/또는 방정식 1의 죠 각도 수정 모델과 같은 죠 각도 수정 모델은 죠 각도를 수정하는데 사용될 수 있다. 일부 예시에서, 죠 각도 수정 모델은 수술 기구의 타입에 기초하여 결정될 수 있고, 그리고/또는 수술 기구와 결합되는 시리얼 넘버와 같은 식별자에 기초하여 결정될 수 있다.
과정(960)에서, 절단 조종은 수정된 죠 각도에 기초하여 제약받는다. 일부 예시에서, 수정된 죠 각도는 과정(950) 동안 결정되는 바와 같이 절단 조종이 제약받을 것인지 여부를 결정하기 위해서 블레이드 노출의 구성가능한 허용오차와 조합될 수 있다. 부분 길이 절단이 허용되는지 여부에 따라, 절단 조종은 일어나는 것이 방지될 수 있고 그리고/또는 최대 절단 길이로 제약받을 수 있다. 일부 예시에서, 부분 길이 절단이 허용되지 않는 경우, 수정된 죠 각도, 블레이드 노출의 허용오차 및 원하는 절단 길이는 수정된 죠 각도가 최대 허용 죠 각도 보다 큰지 여부를 결정하기 위해서 도 7a의 모델(700)과 같은 모델에 적용된다. 수정된 죠 각도가 최대 허용 죠 각도 또는 죠 각도 문턱값 보다 큰 경우, 절단 조종은 일어나는 것이 방지되도록 제약받고 그리고/또는 최대 허용가능한 절단 길이는 제로로 세팅된다. 수정된 죠 각도가 최대 허용 죠 각도와 같거나 작은 경우, 절단 조종은 제약받지 않고 그리고/또는 최대 허용가능한 절단 길이는 전체 길이 절단으로 세팅된다. 일부 예시에서, 부분 길이 절단이 허용되는 경우, 수정된 죠 각도와 블레이드 노출의 허용오차는 최대 허용가능한 절단 길이를 결정하기 위해서 도 7b의 모델(750)과 같은 모델에 적용된다. 절단 조종은 이후 제약받아서, 커팅 블레이드는 최대 허용가능한 절단 길이를 넘어서 밀어내어지지 않는다.
일부 예시에서, 절단 길이가 제약받는 경우, 청각, 시각 및/또는 문자 경보가 의사 및/또는 다른 의료 인원에게 제공될 수 있는데, 이는 부분 절단이 허락되지 않는 경우 그리고/또는 절단 길이가 전체 길이 절단 보다 적게 줄어드는 경우 절단 조종 최대 허용 죠 각도가 초과되었다는 것을 지시하기 위한 것이다.
과정(970)에서, 절단 조종은 절단 제약에 기초하여 수행된다. 일부 예시에서, 절단 조종은 커팅 블레이드를 밀어내고 나서 커팅 블레이드를 날집 속으로 끌어당김으로써 수행될 수 있다. 일부 예시에서, 절단 조종은, 만약 있다면 과정(960) 동안 결정되는 최대 절단 길이에 기초하여 최대 밀어내기를 포함하도록 조절될 수 있는 위치 프로파일(positional profile)에 따라 커팅 블레이드를 구동시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드는 구동 구성요소, 구동 메커니즘, 구동 유닛 및/또는 모터와 같은 액추에이터, 솔레노이드, 서보, 능동형 액추에이터, 유압식 액추에이터, 공압식 액추에이터 및/또는 이와 유사한 것에 의해 커팅 블레이드에 가해지는 힘 및/또는 토크에 기초하여 밀어내어질 수 있고 그리고/또는 끌어당겨질 수 있다. 일부 예시에서, 최대 허용가능한 절단 길이가 제로이거나 절단 조종이 허용되지 않는 경우, 과정(970)을 건너뛸 수 있다.
일부 예시에서, 절단 조종은 과정(970) 동안 모니터링될 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드 및/또는 커팅 블레이드를 위한 구동 유닛의 실제 포지션은, 커팅 블레이드 및/또는 구동 유닛이 절단 조종 동안 원하는 바와 같이 커팅 블레이드를 밀어낼 수 있는지 여부 및/또는 끌어당길 수 있는지 여부를 결정하기 위해서, 하나 이상의 센서를 사용하여 모니터링될 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드 및/또는 구동 유닛이 위치 프로파일의 미리 정의된 허용오차의 범위 내에서 밀어내기 및/또는 끌어당기기를 따라가지 못하는 경우, 절단 조종이 성공적이지 않았다는 것을 지시하기 위해서 청각, 시각 및/또는 문자 경보가 의사 및/또는 다른 의료 인원에게 제공될 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드가 최대 허용가능한 절단 길이로 밀어내어질 수 없는 경우, 절단 조종은 성공적이지 않을 수 있다. 일부 예시에서, 커팅 블레이드가 노출된 상태가 되어서 날집으로 복귀할 수 없는 경우, 절단 조종은 성공적이지 않을 수 있다. 일부 예시에서, 하나 이상의 청각, 시각 및/또는 문자 경보를 사용하는 경고 및/또는 경보는 빼냄 조종 및/또는 끌어당김 조종 중 임의의 것이 대응하는 힘 및/또는 토크 한계에 도달하는 경우 이슈가 될 수도 있다.
절단 조종이 과정(970) 동안 완료된 후, 다른 절단은 과정(920)으로 복귀하여 수행될 수 있고 그리고/또는 죠들은 과정(910)으로 복귀하여 다른 절단 조종을 수행하기 전에 다시 포지셔닝될 수 있다.
제어 유닛(140)과 같은 제어 유닛에 관한 일부 예시는, 하나 이상의 프로세서(예컨대 프로세서(150))에 의해 실행되는 경우 하나 이상의 프로세서가 방법(900)의 과정들을 수행하게 할 수 있는 실행가능한 코드를 포함하는, 비일시적 촉각 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 방법(900)의 과정들을 포함할 수 있는 기계 판독가능 매체의 일부 공통된 형태들에는, 예컨대 플로피 디스크, 플렉서블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 종이 테이프, 구멍들로 된 패턴이 있는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, 플래시-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서나 컴퓨터가 판독할 수 있도록 되어 있는 임의의 다른 매체가 있다.
설명하기 위한 실시예들이 기술되어 나타나 있지만, 광범위한 수정, 변경 및 대체는 전술되어 있는 명세서에 고려되어 있고, 일부 경우, 실시예들의 일부 특징들은 다른 특징들의 대응하는 사용없이 이용될 수 있다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 많은 변경예, 대체예 및 수정예를 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음에 오는 청구범위만으로 제한되어야 하고, 청구범위가 본 명세서에 기술되어 있는 실시예들의 범위에 따르는 방식으로 최광의로 해석되어야 하는 것이 적절하다.

Claims (15)

  1. 컴퓨터 보조 장치와 함께 사용하기 위한 절단 기구로서, 상기 기구는:
    기구의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터로서, 마주보는 파지용 죠들 및 커팅 블레이드를 구비하는, 엔드 이펙터;
    하나 이상의 구동 유닛을 구비하는 구동 시스템;
    구동 시스템에 연결되는 샤프트;
    엔드 이펙터를 샤프트에 연결하는 관절식 리스트; 및
    힘이나 토크를 하나 이상의 구동 유닛으로부터 엔드 이펙터와 관절식 리스트에 연결하기 위하여 샤프트 안에 있는 하나 이상의 구동 메커니즘;
    을 구비하고,
    절단 조종을 수행하기 위하여, 상기 기구는:
    파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하도록 구성되어 있고;
    관절식 리스트의 관절운동을 측정하도록 구성되어 있고;
    관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하도록 구성되어 있고;
    수정된 죠 각도에 기초하여 절단 길이를 결정하도록 구성되어 있고; 그리고
    절단 길이에 따라 절단 조종을 수행하도록 구성되어 있는;
    것을 특징으로 하는 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    절단 조종은 커팅 블레이드의 밀어내기 및 끌어당기기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    죠 각도는 하나 이상의 구동 유닛에서 측정되는 것을 특징으로 하는 기구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    관절식 리스트의 관절운동은 하나 이상의 구동 유닛에서 측정되는 것을 특징으로 하는 기구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    절단 길이는 전체 길이 절단 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 기구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    죠 각도를 수정하기 위하여, 측정된 죠 각도를 수정 모델에 기초하여 조절하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기구.
  7. 제 6 항에 있어서,
    수정 모델은 선형인 것을 특징으로 하는 기구.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    관절식 리스트의 관절운동은 피칭 각도와 요잉 각도를 구비하는 것을 특징으로 하는 기구.
  9. 제 8 항에 있어서,
    죠 각도를 수정하기 위하여, 측정된 죠 각도를 피칭 각도의 절대값에 비례하여 그리고 요잉 각도의 절대값에 비례하여 조절하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기구.
  10. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기구는:
    수정된 죠 각도에 기초하여 절단 조종에 관한 제약을 결정하도록 추가로 구성되어 있고; 그리고
    제약에 따라 절단 조종을 수행하거나 방지하도록 추가로 구성되어 있는;
    것을 특징으로 하는 기구.
  11. 제 10 항에 있어서,
    절단 조종에 관한 제약은 수정된 죠 각도가 죠 각도 문턱값보다 큰 경우 절단 조종을 방지하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 기구.
  12. 하나 이상의 프로세서;
    관절식 아암; 및
    관절식 아암의 원위 단부에 연결되는 기구;
    를 구비하는 컴퓨터 보조 장치로서,
    상기 기구는:
    기구의 원위 단부에 위치되어 있는 엔드 이펙터로서, 마주보는 파지용 죠들 및 커팅 블레이드를 구비하는, 엔드 이펙터;
    기구의 근위 단부에 위치되어 있는 하나 이상의 구동 유닛을 구비하는 구동 시스템;
    구동 시스템에 연결되는 샤프트;
    샤프트를 엔드 이펙터에 연결하는 관절식 리스트; 및
    힘이나 토크를 하나 이상의 구동 유닛으로부터 엔드 이펙터와 관절식 리스트에 연결하기 위하여 샤프트 안에 있는 하나 이상의 구동 메커니즘;
    을 구비하고,
    상기 컴퓨터 보조 장치는 단계들에 의하여 커팅 블레이드를 사용하여 절단 조종을 수행하도록 구성되어 있고,
    상기 단계들은:
    파지용 죠들 사이의 죠 각도를 측정하는 단계;
    관절식 리스트의 관절운동을 측정하는 단계;
    관절식 리스트의 관절운동에 기초하여 죠 각도를 수정하는 단계;
    수정된 죠 각도에 기초하여 절단 길이를 결정하는 단계; 및
    절단 길이에 따라 절단 조종을 수행하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    절단 길이는 전체 길이 절단 길이보다 작은 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    관절식 리스트의 관절운동은 피칭 각도 및 요잉 각도를 구비하고, 그리고
    죠 각도를 수정하기 위하여, 측정된 죠 각도를 피칭 각도의 절대값에 비례하여 그리고 요잉 각도의 절대값에 비례하여 조절하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 장치.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    죠 각도는 구동 시스템에서 측정되고, 그리고
    관절식 리스트의 관절운동은 구동 시스템에서 측정되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 보조 장치.
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