KR102377893B1 - 수술 기기를 원격조작 액추에이터와 결합시키는 방법 - Google Patents

수술 기기를 원격조작 액추에이터와 결합시키는 방법 Download PDF

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Abstract

원격조작 수술 시스템은 각각이 독립적인 회전 운동을 제공하는 제1 캐리지 드라이버 및 제2 캐리지 드라이버를 포함하는 기기 매니퓰레이터를 가진다. 각각의 캐리지 드라이버는 제1 결합 피처를 포함한다. 수술 기기는 각각이 상기 2개의 캐리지 드라이버 중의 하나로부터 회전 운동을 수용하는 2개의 기기 드라이버를 포함한다. 각각의 기기 드라이버는 상기 캐리지 드라이버를 상기 기기 드라이버에 밀착 결합시키도록 상기 제1 결합 피처와 결합하는 제2 결합 피처를 포함한다. 상기 기기 드라이버들은 함께 회전 결합되어 있다. 매니퓰레이터 컨트롤러는 상기 2개의 캐리지 드라이버의 회전을 제어하고, 상기 제1 결합 피처들이 상기 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 운동을 상기 제2 캐리지 드라이버에 부여한다. 상기 수술 기기는 무한 회전할 수 있는 기기 샤프트를 포함할 수 있다. 상기 기기 드라이버들은 상기 기기 샤프트에 회전 결합될 수 있다.

Description

수술 기기를 원격조작 액추에이터와 결합시키는 방법{METHOD FOR ENGAGING SURGICAL INSTRUMENT WITH TELEOPERATED ACTUATOR}
본 발명은 기계적 결합기(coupler)의 분야에 관한 것이며, 보다 상세하게는 수술 기기를 원격조작 액추에이터에 결합시키기 위한 살균 배리어(sterile barrier)를 제공하는 결합기에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은 진단 또는 수술 과정 중에 손상될 수 있는 무관한 조직의 양을 감소시킴으로써, 환자의 회복 시간, 불편함 및 유해한 부작용을 감소시키기 위해 사용되어져 왔다. 최소 침습 수술의 전통적인 형태는 내시경을 포함한다. 내시경보다 더 일반적인 형태 중의 하나는 복강 내에서의 최소 침습 검사 또는 수술인 복강경이다. 전통적인 복강경 수술에 있어서는, 환자의 복강에 가스가 취입되고, 캐뉼러 슬리브가, 복강경 수술 기기가 밀봉 형태로 통과될 수 있는 엔트리 포트를 제공하기 위해, 환자의 복부 근육의 작은(약 1/2 인치) 절개부를 통과한다.
복강경 수술 기기는 일반적으로 수술 부위 및 수술 툴과 같은 엔드 이펙터를 가지는 수술 기기를 관찰하기 위한 복강경을 포함한다. 일반적인 수술 툴은 예컨대 클램프, 그래스퍼, 시저, 스테이플러, 니들 홀더를 포함한다. 수술 기기들은 예컨대 오퍼레이터가 엔드 이펙터를 수술 부위에 도입시키고 수술 부위에 대한 엔드 이펙터의 운동을 환자의 신체 외부에서 제어하는 것을 가능하게 해주기 위해 각각의 수술 기기의 엔드 이펙터가 대략 12 인치 길이 연장 튜브에 의해 그것의 핸들로부터 떨어져 있는 점을 제외하면 통상적인 (개복) 수술에 사용되는 것들과 유사하다.
엔드 이펙터의 향상된 제어를 제공하기 위해, 수술 기기를 원격조작 액추에이터로 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 외과의는 원격조작 액추에이터에 연결되어 있는 기기를 간접적으로 조작하도록 콘솔 상에서 제어 작업을 행한다. 수술 기기들은, 수술 기기가 별도로 살균되고 수술 과정을 실행하기 위한 기기가 필요할 때 사용을 위해 선택될 수 있도록, 원격조작 액추에이터에 탈착가능하게 결합된다. 수술 기기는 수술 과정 중에 교체될 수도 있다.
원격조작 수술 기기로 수술을 실행하는 것은 새로운 도전 과제를 발생시킨다. 한 가지 도전 과제는 환자에 인접한 영역을 살균 상태로 유지시킬 필요성이다. 하지만, 수술 기기들을 제어하는 데 필요한 모터, 센서, 인코더 및 전기 결합 장치들은 일반적으로 예컨대 증기, 열 및 압력 또는 화학 물질과 같은 통상적인 방법을 사용하여 살균될 수 없는데, 그 이유는 그러한 살균 과정에서 손상되거나 파괴될 것이기 때문이다.
원격조작 수술 시스템의 또다른 도전 과제는 외과의가 일반적으로 수술 과정 중에 여러 가지 다양한 수술 기기들을 사용할 것이란 점이다. 필요한 절개부의 수를 제한하기 위해 수술 중에 수많은 다양한 수술 기기들이 일반적으로 동일한 투관침 슬리브를 통해 도입된다. 따라서, 흔히 수술 과정 중에 사용되는 수술 기기들의 개수보다 적은 제한된 개수의 가용한 기구 매니퓰레이터가 존재한다. 따라서, 수술 기기들은 수술 중에 수차례 동일한 기기 홀더에 대해 부착되고 탈착될 수 있다.
살균 배리어를 통해 원격조작 액추에이터의 오염을 방지하고, 원격조작 액추에이터 드라이브로부터 수술 기기로 운동을 전달하는 기계적 결합기의 신속하고 신뢰성 있는 결합을 가능하게 해주면서, 수술 기기를 원격조작 액추에이터 드라이브에 결합시키기 위한 더 쉽고 효과적인 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
미국 특허 출원 공개 공보 제4542272호(1985.09) 미국 특허 출원 공개 공보 제20110218551호(2011.09) 미국 특허 출원 공개 공보 제20120239060호(2012.09) 미국 특허 출원 공개 공보 제20130211397호(2013.08) 미국 특허 출원 공개 공보 제20130274657호(2013.10) 미국 특허 출원 공개 공보 제20130274062호(2013.10) 미국 특허 출원 공개 공보 제20140001234호(2014,01)
원격조작 수술 시스템은 각각이 독립적인 회전 운동을 제공하는 제1 캐리지 드라이버 및 제2 캐리지 드라이버를 포함하는 기기 매니퓰레이터를 가진다. 각각의 캐리지 드라이버는 제1 결합 피처를 포함한다. 수술 기기는 각각이 상기 2개의 캐리지 드라이버 중의 하나로부터 회전 운동을 수용하는 2개의 기기 드라이버를 포함한다. 각각의 기기 드라이버는 상기 캐리지 드라이버를 상기 기기 드라이버에 밀착 결합시키도록 상기 제1 결합 피처와 결합하는 제2 결합 피처를 포함한다. 상기 기기 드라이버들은 함께 회전 결합되어 있다. 매니퓰레이터 컨트롤러는 상기 2개의 캐리지 드라이버의 회전을 제어하고, 상기 제1 결합 피처들이 상기 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 운동을 상기 제2 캐리지 드라이버에 부여한다. 상기 수술 기기는 무한 회전할 수 있는 기기 샤프트를 포함할 수 있다. 상기 기기 드라이버들은 상기 기기 샤프트에 회전 결합될 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면과 아래에 이어지는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 비제한적 예에 의한 본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 이하의 설명 및 첨부 도면을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다. 도면들에서, 동일한 참조 번호가 유사한 요소를 지시한다.
도 1은 예시적인 원격조작 수술 시스템의 환자측 부분의 도면이다.
도 2는 원격조작 액추에이터와 함께 사용하기 위한 수술 기기의 측면도이다.
도 3a는 수술 기기, 수술 기기 매니퓰레이터의 캐리지 및 기구 살균 어댑터(ISA)의 결합의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 결합기 시스템의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 캐리지에 결합된 조립된 ISA의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 5는 ISA 결합기의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 수술 기기의 일부분의 하부측을 도시한 하나의 예시적인 실시예의 도면이다.
도 7은 명료함을 위해 일부 구성요소가 제거된 상태로, 도 6에 도시된 수술 기기의 상부측을 도시한 하나의 예시적인 실시예의 도면이다.
도 8은 ISA 및 수수 기기의 결합기 시스템의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.
도 9 내지 12는 도 8의 라인 8-8을 따라 취해진 수술 기기, ISA 및 캐리지의 결합기 시스템의 하나의 예시적인 실시예의 단면도들이다
이하의 설명에서, 다수의 특정 세부 사항들이 설명된다. 하지만, 본 발명의 실시예들은 이러한 특정 세부 사항들 없이 실시될 수 있음을 이해해야 한다. 다른 경우에 있어, 잘 알려진 회로, 구조 및 기술들은 본 설명의 이해를 흐리지 않기 위해 상세하게 예시되지 않는다.
이하의 설명에서, 본 발명의 여러 실시예를 예시하는 첨부 도면이 참조된다. 다른 실시예들이 사용될 수 있고, 기계 구성, 구조, 전기 및 작동상의 변화들이 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 이하의 상세한 설명은 한정적 의미로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들의 범위는 등록된 특허의 청구범위에 의해서만 한정된.
용어
여기에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. "밑", "아래", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 여기에서 도면에 예시되는 바와 같이 하나의 요소의 또는 피처(feature)의 또다른 요소 또는 피처에 대한 관계를 설명하기 위한 설명의 용이성을 위해 사용될 수 있다. 이러한 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향뿐만 아니라 사용 또는 작동에 있어서의 장치의 다른 배향들을 아우르는 것으로 의도된다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집어진다면, 다른 요소 또는 피처의 "아래" 또는 "밑"으로 설명되었던 요소는 이번에는 다른 요소 또는 피처의 "상부" 또는 "위"로 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 위와 아래의 양자 모두의 배향을 아우를 수 있다. 장치는 다르게 배향될 수 있으며(예컨대 90도 회전되거나 다른 배향으로), 여기에 사용되는 공간적으로 상대적인 용어들은 그에 따라 해석될 수 있다.
여기에 사용되는 것으로서, "하나의" 및 "그 하나의"와 같은 단수 형태는 문장에서 달리 지시되어 있지 않은 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"의 용어는 언급되는 피처, 단계, 작업, 요소 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 피처, 단계, 작업, 요소, 구성요소 및/또는 그들의 그룹의 존재나 추가를 배제하지 않는다는 점 또한 이해해야 한다.
용어 "객체"는 일반적으로 하나의 구성요소 또는 구성요소들의 그룹을 의미한다. 예를 들어, 객체는 명세서 또는 청구범위에서 디스크의 하나의 포켓 또는 보스를 의미할 수 있다. 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, "객체", "구성요소", "부분", "부" 및 "피스(piece)"의 용어들은 호환가능하게 사용된다.
용어 "기기(instrument)" 및 "수술 기기(surgical instrument)"는 여기에서 환자의 신체 내로 삽입되어 수술 또는 진단 과정을 실행하는 데 사용되도록 구성된 의료 장치를 설명하기 위해 사용된다. 기기는 엔드 이펙터를 포함한다. 엔드 이펙터는 포셉, 니들 드라이버, 시어, 이극성 소작기, 조직 안정기 또는 견인기, 클립 어플라이어, 문합 장치, 촬상 장치(예컨대, 내시경 또는 초음파 프로브) 등과 같은 하나 이상의 수술 작업과 관련된 수술 툴일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 사용되는 일부 기기는 또한, 수술 툴의 포지션 및 배향이 기기 샤프트에 대한 하나 이상의 기계적 자유도를 가지고 조작될 수 있도록, 수술 툴을 위한 관절운동형 지지부(종종 "리스트(wrist)"라고 함)를 제공한다. 또한, 많은 수술 엔드 이펙터는 개폐되는 조(jaw) 또는 일정 경로를 따라 병진운동하는 나이프와 같이 일정한 기능적인 기계적 자유도를 포함한다. 수술 기기들은 또한 영구적일 수도 있고 또는 수술 시스템에 의해 갱신가능할 수 있은 저장된(예컨대, 기기 내부의 반도체 메모리 에) 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템은 기기와 하나 이상의 시스템 구성요소 사이에 일방향 또는 양방향 정보 통신을 제공할 수 있다.
용어 "포켓(pocket)"은 돌출부가 포켓과 결합할 수 있도록 구성되는 작업 공간의 오목부로서 폭넓게 해석될 수 있다. 그와 같은 결합 과정은 적합한 형상 및 크기의 돌출부가 포켓 내로 삽입될 때 발생한다.
용어 "보스(boss)"는 작업 공간 상에 연장되거나 돌출하는 피처로서 폭넓게 해석될 수 있다. 보스는 임의의 형상 또는 크기로 구성될 수 있다. 보스의 한 가지 용도는 보스의 포켓 내로의 삽입을 통한 포켓과의 결합 과정에 참여하는 것이다. 명세서 전반에 걸쳐, 용어 "보스"와 "돌출부"는 호환가능하게 사용된다.
용어 "결합 피처(engagement feature)"는 2개 이상의 객체를 결합시키는 데 사용되는 "포켓(pocket)", "보스(boss)" 또는 임의의 피스(piece)로서 폭넓게 해석될 수 있다.
"밀착 결합되다(positively coupled)"라는 용어는 밀착 결합된 객체들이 그들 사이에 어떠한 상대 운동도 존재하지 않도록 함께 작동하는 것을 가능하게 해주는 방식으로 2개 이상의 객체가 연결되는 임의의 사태로서 폭넓게 해석될 수 있다. 밀착 결합은 직접적인 연결(예컨대, 직접적인 물리적 또는 전기적 연결)을 필요로 하는 것이 아니라, 다수의 객체 또는 구성요소가 2개 이상의 객체를 밀착 결합시키는 데 사용될 수 있다는 것임에 유의해야 한다. 예를 들어, 객체 A와 B는 객체 C의 사용을 통해 밀착 결합될 수 있다. 또다른 예로서, 객체 D와 E는, 객체 D(돌출부)가 객체 E의 오목부(포켓) 내로 수용될 때, 밀착 결합될 수 있다. 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, "결합" 또는 "연결"의 용어들은 호환가능하게 사용된다.
용어 "결합기(coupler)"는 제2 구성요소를 제3 구성요소에 결합시키는 제1 구성요소로서 보편적으로 해석될 수 있다.
용어 "회전 리셉터클"은 입력에 대한 수용 지점으로서 해석될 수 있다. 예를 들어, 회전 리셉터클은 모터가 정지 상태를 유지하거나 특정 방향으로 회전하게 만드는, 모터로부터의 입력을 수용하는 구성요소일 수 있다. 용어 "회전 입력"은 모터로부터의 입력 등을 의미한다.
또한, "탈착가능하게 결합되다"라는 용어는 영구적이지 않은 2개 이상의 객체 사이의 결합 사태를 의미하는 것으로서 해석될 수 있다. 이는 탈착가능하게 결합되어 있는 객체들이 더 이상 함께 작동하지 않도록 결합해제되어 분리될 수 있다는 것을 의미한다.
마지막으로, 용어 "또는", "및/또는" 및 "그리고/또는"은 여기에서 포함적인 것으로서 또는 임의의 하나 또는 임의의 조합을 의미하는 것으로서 해석되어야 한다. 따라서, "A, B 또는 C" 또는 "A, B 및/또는 C"는 "A; B; C; A 및 B; A 및 C; B 및 C; A, B 및 C 중의 어느 한 경우"를 의미한다. 이 정의에 대한 예외는 요소들, 기능들, 단계들 및 동작들의 어느 조합이 어떻게든 본질적으로 상호 배타적일 때에만 발생할 것이다.
기능성 원격조작 수술 시스템의 개요
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 원격조작 수술 시스템의 하나의 예시적인 환자측 부분(100)을 도시한 도면이다. 환자측 부분(100)은 지지 어셈블리(110) 및 각각의 지지 어셈블리의 단부에 위치한 하나 이상의 수술 기기 매니퓰레이터(112)를 포함한다. 지지 어셈블리들은 선택적으로 수술 기기 매니퓰레이터(112)를 수술 환자에 대해 포지셔닝시키는 데 사용되는 하나 이상의 무동력식 잠금가능 셋업 조인트를 포함한다. 도시된 바와 같이, 환자측 부분(100)은 바닥에 지지된다. 다른 실시예에 있어서는, 환자측 부분은 벽, 천장, 환자의 신체(122)도 지지하는 수술대(126) 또는 다른 수술실 설비에 장착될 수도 있다. 또한, 환자측 부분(100)이 4개의 수술 기기 매니퓰레이터(112)를 포함하고 있는 것으로 도시되어 있지만, 더 많거나 더 적은 수술 기기 매니퓰레이터(112)가 사용될 수도 있다. 또한, 환자측 부분(100)은 도시된 바와 같이 하나의 어셈블리로 이루어질 수 있으며, 또는 각각이 다양한 가능한 방법들로 선택적으로 장착되는 2개 이상의 별개의 어셈블리를 포함할 수도 있다.
각각의 수술 기기 매니퓰레이터(112)는 환자의 신체(122) 내의 수술 부위에서 작동하는 하나 이상의 수술 기기(120)를 지원한다. 각각의 수술 기기 매니퓰레이터(112)는 관련된 수술 기기가 하나 이상의 기계적 자유도(예컨대, 모두 6개의 카테시안(Cartesian) 자유도, 5개 이하의 카테시안 자유도 등)로 운동하는 것을 가능하게 해주는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 일반적으로, 기계적 또는 제어 구속조건들이, 각각의 수술 기기 매니퓰레이터(112)가 그것의 관련된 수술 기기를 환자에 대해 고정적으로 유지되는 수술 기기 상의 운동의 중심 둘레로 운동시키도록 구속하고, 이 운동이 중심은 일반적으로 수술 기기가 신체 내로 진입하는 위치가 되도록 배치된다.
기능성 원격조작 수술 시스템은 일반적으로 오퍼레이터가 환자의 신체(122) 외부에서 수술 부위를 관찰하는 것을 가능하게 해주는 비전 시스템부(미도시)를 포함할 것이다. 비전 시스템은 일반적으로 비디오 촬상 기능부(128)("카메라 기기") 및 촬상된 영상을 표시하는 하나 이상의 비디오 디스플레이를 가지는 수술 기기를 포함한다. 일부 수술 시스템 구성에 있어서, 카메라 기기(128)는 영상을 카메라 기기(128)의 원위 단부로부터 환자의 신체(122) 외부의 하나 이상의 촬상 센서(예컨대, CCD 또는 CMOS 센서)로 전송하는 광학 기기를 포함한다. 선택적으로, 촬상 센서는 카메라 기기(128)의 원위 단부에 포지셔닝될 수 있으며, 센서에 의해 생성된 신호는 처리 및 비디오 디스플레이 상의 표시를 위해 도선을 따라 또는 무선으로 전송될 수 있다. 하나의 예시적인 비디오 디스플레이는 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상용화된 수술 시스템 내의 외과의측 콘솔 상의 입체 디스플레이이다.
기능성 원격조작 수술 시스템은 또한 기기가 환자 내부에 있은 동안 수술 기기(120)의 운동을 제어하기 위한 제어 시스템부(도시하지 않음)를 포함할 것이다. 제어 시스템부는 수술 시스템 내의 단일 위치에 위치될 수 있으며, 또는 시스템 내의 2개 이상의 위치에 분산될 수도 있다(예를 들어, 제어 시스템부 구성요소들이 시스템의 환자측 부분(100)에, 전용 시스템 제어 콘솔에 또는 별도의 장비 랙에 위치될 수 있다). 원격조작 마스터/슬레이브 제어가 원하는 제어의 정도, 제어되는 수술 어셈블리의 크기 및 다른 인자들에 따라 다양한 방법으로 실행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 시스템부는 조이스틱, 외골격 글러브, 전동식 중력보상 매니퓰레이터 등과 같은 하나 이상의 수동 조작식 입력 장치를 포함한다. 이러한 입력 장치는 원격조작 모터를 제어하고, 원격조작식 모터가 결국 수술 기기의 운동을 제어한다.
원격조작 모터에 의해 생성된 힘은 구동렬 기구(drive train mechanism)를 통해 전달되고, 구동렬 기구는 힘을 원격조작 모터로부터 수술 기기(120)로 전송한다. 일부 원격 수술 실시예들에 있어서, 매니퓰레이터를 제어하는 입력 장치들은 환자가 위치된 수술실 내부 또는 외부의 환자로부터의 원격 위치에 제공될 수 있다. 입력 장치로부터의 입력 신호는 다음으로 제어 시스템 부분으로 전송된다. 원격조작, 원격작업 및 원격 현장감 수술에 친숙한 이는 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상용화된 da Vinci® Surgical System과 컴퓨터 모션 인코포레이티드(Computer Motion, Inc.)에 의해 최초로 제조된 Zeus® Surgical System 및 이러한 시스템의 다양한 예시적인 구성요소들과 같은 시스템들과 그들의 구성요소들을 알고 있을 것이다.
도시된 바와 같이, 수술 기기(120)와 선택적 엔트리 가이드(124)(예를 들어, 환자의 복부 내의 캐뉼라)의 모두는 매니퓰레이터(112)의 원위 단부에 제거가능하게 결합되고, 수술 기기(120)가 엔트리 가이드(124)를 통해 삽입된다. 매니퓰레이터(112) 내의 원격조작 액추에이터들은 수술 기기(120) 전체를 운동시킨다. 매니퓰레이터(112)는 또한 기구 캐리지(130)를 포함한다. 수술 기기(120)는 캐리지(130)에 탈착가능하게 연결된다. 캐리지(130) 내에 수납된 원격조작 액추에이터들은 수술 기기(120)가 수술 기기 상의 엔드 이펙터의 다양한 운동으로 변환시키는 다수의 컨트롤러 운동을 제공한다. 따라서, 캐리지(130) 내의 원격조작 액추에이터들은 수술 기기(120) 전체가 아니라 수술 기기(120)의 하나 이상의 구성요소만을 운동시킨다. 기기 전체를 또는 기기의 구성요소를 제어하기 위한 입력은 외과의에 의해 제어 시스템부에 제공되는 입력("마스터" 명령)이 수술 기구에 의한 대응하는 동작("슬레이브" 응답)으로 변환되도록 하는 입력이다.
도 2는 원위 단부(250) 및 길이형 튜브(210)에 의해 결합된 근위 제어 기구(240)를 포함하는 수술 기기(120)의 하나의 예시적인 실시예의 측면도이다. 수술 기기(120)의 원위 단부(250)는 도시된 포셉(254), 니들 드라이버, 소작 장치, 절삭 툴, 촬상 장치(내시경 또는 초음파 프로브) 또는 2개 이상의 각종 툴과 촬상 장치의 조합체를 포함하는 조합형 장치와 같은 다양한 수술 툴 중의 어느 하나를 제공할 수 있다. 도시된 실시예에 있어서, 수술 툴(254)은 수술 툴의 배향이 기구 튜브(210)에 대해 조작되는 것을 가능하게 해주는 "리스트(wrist)"(252)에 의해 길이형 튜브에 결합된다.
본 발명과 함께 사용되는 수술 기기들은 그들의 엔드 이펙터(수술 툴)를 복수의 로드(rod) 및/또는 가요성 케이블로 제어할 수 있다. 튜브 형태일 수 있는 로드들은 엔드 이펙터의 "푸시/풀(push/pull)" 제어를 제공하도록 케이블들과 조합될 수 있으며, 케이블들은 필요에 따라 가요성 섹션들을 제공한다. 수술 기기(120)를 위한 일반적인 길이형 튜브(210)는 예컨대 직경이 5 내지 8 mm로(대략 큰 종유관(soda straw)의 직경) 작다. 재료의 힘과 강도는 기구의 크기와 동일한 비율로 커지지 않기 때문에, 수술 기기(120) 내의 기구들의 작은 크기는 이러한 기구들의 구조로 더 큰 크기로 구조된 유사한 기구에서 발견되는 것과 다른 독특한 기계적 조건과 조직을 발생시킨다. 케이블은 길이형 튜브(210) 내에 맞추어지고, 리스트 조인트(252)를 통과할 때 굽혀지는 것이 가능해야 한다.
기능성 원격조작 수술 시스템을 사용하는 동안 살균 작업 영역을 제공하기 위해, 배리어가 비살균 시스템과 살균 수술 부위 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 기구 살균 어댑터(instrument sterile adapter)(ISA)와 같은 살균 구성요소가 수술 기기(120)와 원격조작 수술 기기 매니퓰레이터(130) 사이에 배치된다. 수술 기기(120)와 수술 기기의 매니퓰레이터(130) 사이에서의 기기 살균 어댑터의 배치는 수술 기기(120)와 수술 기기의 매니퓰레이터(130)에 대한 살균 결합 지점을 확보하는 이점을 포함한다. 이는 수술 과정 중의 수술 기기의 수술 기기 매니퓰레이터(130)로부터의 제거 및 다른 수술 기기와의 교체를 가능하게 해준다.
도 3a는 결합된 상태에 있는 수술 기기(120)의 근위 제어 기구(240), 원격조작 수술 기기 매니퓰레이터(130)의 캐리지(310) 및 기구 살균 어댑터(ISA)(300)의 하나의 예시적인 실시예의 일부분을 도시한 도면이다.
도 3b는 도 3a의 결합기 시스템의 분해도를 도시하고 있다. 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 결합 과정의 제1 단계는 캐리지(310)와의 ISA(300) 결합을 포함한다. 캐리지(310) 상의 캐리지 드라이버(320)는 드라이버 상의 결합 피처(325)가 대응하는 ISA 결합기(330) 상의 상대 피처(도시 안됨)와 상대결합하게 만들도록 회전된다. 캐리지 드라이버(320)는 각각이 매니퓰레이터 컨트롤러(340)로부터의 제어 신호를 수신하는 전기 모터에 의해 회전될 수 있다. 매니퓰레이터 컨트롤러(340)는 각각의 캐리지 드라이버(320)가 나머지 캐리지 드라이버들과 독립적으로 제어되는 것을 가능하게 해주는 제어 신호들을 제공할 수 있다. 수술 기기(120)는 ISA(300)와 결합된다. ISA 결합기(330)는 대응하는 기기 드라이버들(도시 안됨)과 결합하도록 캐리지 드라이버(320)에 의해 회전된다.
수술 기기(120)가 ISA(300)를 통해 수술 기기 매니퓰레이터(130)와 제대로 결합하는 것을 보장하는 것이 중요하다. 캐리지 드라이버(320)는 ISA 결합기(330)와 밀착 결합하는 것을 필요로 한다. ISA 결합기(330)는 다음으로 기기 드라이버와 밀착 결합하는 것을 필요로 한다.
도 4는 캐리지(310)에 결합된 조립된 ISA 캐리지(310)의 하나의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다. ISA(300)는 복수의 ISA 결합기(330)를 포함한다. 도 4의 실시예는 5개의 ISA 결합기(330)를 포함한 ISA(300)를 도시하고 있다. ISA 결합기(330)의 개수는 5개로 한정되지 않고, 5개보다 더 많거나 더 적을 수도 있다. ISA 결합기(330)는 결과적으로 캐리지 드라이버(320)(미도시) 및 캐리지 내에 수납된 모터(미도시)에 결합된다. ISA 결합기들이 캐리지 드라이버들에 결합될 때, ISA는 캐리지의 표면에 상당하는 수술 기기들과 결합하기 위한 살균 표면을 제공한다.
도 5는 ISA 결합기(330)의 하나의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. ISA 결합기(330)는 2개의 ISA 결합 피처(500)를 포함한다. 결합 피처의 개수는 가변적임에 유의해야 한다.
기구 결합
도 6은 수술 기기(120)의 일부분의 하부측의 하나의 예시적인 도면이다. 본 실시예에 있어서, 수술 기기(120)는 복수의 기기 드라이버(610A-610E), 하나의 기기 샤프트 결합기(620) 및 바닥부 플레이트(650)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 기기 샤프트 결합기(620)는 도 2에 도시된 길이형 튜브(210)와 결합한다. 본 실시예에 있어서는, 5개의 기기 드라이버(610A-610E)가 도시되어 있다. 하지만, 기기 드라이버의 개수는 5개로 한정되지 않으며, 다른 실시예는 5개보다 많거나 적은 기기 드라이버를 포함할 수 있다. 또한, 기기 드라이버들의 배치는 도 6에 도시된 구성에 한정되지 않는다. 기기 드라이버들 중 2개 이상은, 수술 기기의 단일 기능을 구동시키는 데 2개 이상의 모터가 사용될 수 있도록, 회전 결합될 수 있다. 2개 이상의 기기 드라이버가 회전 결합할 때, 어느 하나의 기기 드라이버의 회전이 다른 기기 드라이버가 회전하게 만들 수 있다.
도 7은 설명의 편의를 위해 일부 구성요소가 제거된 상태로, 도 6에 도시된 수술 기기(120)의 상부측을 도시한 하나의 예시적인 실시예의 도면이다. 제1 키형(keyed) 기기 드라이버 샤프트(730A)가 제1 기기 드라이버(610A)로부터 연장되고, 제2 키형 기기 드라이버 샤프트(730B)는 제2 기기 드라이버(610B)로부터 연장된다. 키형 샤프트들은 수술 기기의 바닥부 플레이트(650)를 통해 연장되어, 제1 기기 드라이버 기어(710A) 및 제2 기기 드라이버 기어(710B)와 결합한다.
도 7에 도시된 실시예에 있어서, 기기 샤프트 결합기(620)는 수술 기기의 바닥부 플레이트(650)를 통해 연장되어, 기기 샤프트 기어(720)와 결합한다. 기기 샤프트 기어(720)를 회전시킴으로써 도 1에 도시된 길이형 튜브(210)를 회전시킨다. 제1 기기 드라이버 기어(710A) 및 제2 기기 드라이버 기어(710B) 각각은 기기 샤프트 기어(720)와 맞물린다 . 따라서, 제1 기기 드라이버(610A) 또는 제2 기기 드라이버(610B) 중 하나를 회전시킴으로써, 기기 샤프트 기어 및 도 2에 도시된 결합된 길이형 튜브(210)를 회전시킨다. 물론, 제1 기기 드라이버(610A)와 제2 기기 드라이버(610B) 모두가 길이형 튜브(210)에 더 큰 회전력을 적용하도록 공조적으로 회전될 수 있다.
제1 기기 드라이버(610A) 및 제2 기기 드라이버(610B)는 제1 및 제2 기기 드라이버 기어(710A, 710B)와 기기 샤프트 기어(720)를 포함하는 기어 트레인에 의해 회전 결합된다. 이것은 2개 이상의 기기 드라이버가 회전 결합될 수 있은 방법의 단지 하나의 예일 뿐이다. 기기 드라이버들을 회전 결합시키는 벨트 드라이브, 체인 앤 스프로킷 드라이브, 기어 드라이브의 다른 구성과 같은 다른 구성들도 가능하다. 기기 드라이버들의 회전식 결합은 한쪽 방향으로 구동될 때는 기기 드라이버들의 회전을 결합시키지만 반대쪽 방향으로는 그들이 독립적으로 회전하는 가능하게 해주는 토크 제한 슬립 클러치(torque limiting slip clutch) 또는 단방향 클러치와 같은 추가적인 구성요소를 포함할 수 있다.
도 7에서 보여지는 회전식 결합 구성에 있어서는, 제1 기기 드라이버(610A) 및 제2 기기 드라이버(610B)는 한 방향으로 회전하는 동시에 기기 샤프트(620)는 반대 방향으로 회전한다. 예를 들어, 제1 기기 드라이버(610A) 및 제2 기기 드라이버(610B)가 시계 방향으로 회전할 경우, 기기 샤프트(620)는 반시계 방향으로 회전한다. 다른 구성에서는, 제1 기기 드라이버(610A) 및 제2 기기 드라이버(610B)가 서로 반대 방향으로 그리고/또는 1:1이 아닌 속도비로 회전하도록 회전 결합될 수 있다.
수술 기기(120)를 ISA(300)와 결합시키려는 시도가 행해질 때, ISA 결합 피처(500)가 기기 결합 피처(630)와 초기에 정렬되지 않을 경우, ISA 결합 피처(530)는 기기 드라이버(610)의 디스크 부분과 접촉하게 될 것이다. 각각의 캐리지 드라이버(320)는, 캐리지 드라이버(320)에 힘이 가해질 때, 캐리지 드라이버(320)가 캐리지(310) 내로 후퇴되도록, 스프링 장착 기구를 포함할 수 있다. ISA 결합 피처(530)가 기기 결합 피처(630)와 정렬되지 않았을 때, ISA 결합기(330)는 캐리지(310)를 향해 축선방향으로 변위되어, 캐리지 드라이버(320)가 캐리지(310) 내로 후퇴하게 만들 것이다. 다른 실시예에 있어서, ISA 결합기(330) 또는 기기 드라이버(610)가, 드라이버와 결합기의 결합 이전에 드라이버 및/또는 결합기의 축선방향 변위를 가능하게 해주도록, 캐리지 드라이버(320)의 스프링 장착 기구에 추가적으로 또는 그 대안으로서, 스프링 장착 기구를 포함할 수 있다.
수술 기기(120)를 ISA(300)와 결합시키기 위해, ISA 결합기(330)는 ISA 결합 피처(500)를 기기 결합 피처(630)와 정렬시키도록 회전한다. 하지만, ISA 결합 피처(500)가 기기 드라이버(610)의 디스크 부분과 접촉할 때 발생되는 마찰로 인해, 기기 드라이버(610)는 ISA 결합기(330)가 회전할 때 회전할 수 있다. ISA(300)에 부착된 수술 기기가 적절히 제어될 수 있도록, 기구 결합 피처(630)가 ISA 결합 피처(500)와 밀착 결합하는 것을 보장하는 것이 필요하다.
엔드 이펙터 리스트와 같은 제한된 범위를 가지는 기능부에 결합되는 기기 드라이버는 그 범위의 끝에 위치한 하드 스톱(hard-stop)에 의한 대응하는 제한된 회전 범위를 가진다. 따라서, 하드 스톱을 가진 기기 드라이버와 결합하도록 ISA 결합기를 회전시킬 때는, 기기 드라이버는 결국 회전을 정지시켜야만 하고, 이것이 ISA 결합기가 회전되어 기기 드라이버와 결합될 수 있는 것을 보장한다는 것이 명백하다. 하지만, 기기 드라이버가 하드 스톱을 제공하지 않을 때에는, 카메라의 회전과 같이, 단순히 ISA 결합기를 회전시키는 것으로는 기구 드라이버와의 제대로 된 결합을 보장하지 못할 것이다.
기기 샤프트(620) 및 2개의 회전 결합된 기기 드라이버(610A, 610B)의 구성이 하드 스톱을 제공하지 않을 수 있다. 기기 샤프트(620)가 하드 스톱을 포함하지 않을 경우, 기기 샤프트(620) 및 기어 결합으로 인한 양 기기 드라이버(610)는 무한(indefinitely) 회전할 수 있다. 양 기기 드라이버(610)가 무한 회전할 경우, 양 기구 드라이버(610)는 결코 ISA 결합기(330)와 제대로 결합하지 못할 수 있다.
따라서, 수술 기기(120)의 기기 드라이버(610)의 디스크 부분과 접촉하게 되는 ISA 결합 피처(500)에 의해 발생되는 마찰이 하드 스톱을 제공하지 않는 기능부들을 위한 ISA 결합 피처(500)와 기기 결합 피처(630) 사이의 제대로 된 결합을 방해하지 않는 것을 보장하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.
도 8은 ISA(300) 및 2개의 회전 결합된 기기 드라이버(610A, 610B)가 하드 스톱을 제공하지 않는 수술 기기(120)의 결합기 시스템의 하나의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. ISA 결합 피처(500)는 2개의 회전 결합된 기기 드라이버(610)의 디스크 부분과 접촉할 것이다. ISA 결합기(330)를 회전시키면, ISA 결합 피처와 디스크 표면 사이의 마찰로 인해 대응하는 기기 드라이버(610)가 회전하는 것을 초래할 수 있다. 이는 결합 피처들에 의해 ISA 결합기(330)를 대응하는 기기 드라이버(610)와 밀착 결합시키는 것을 방해할 수 있다.
도 9 내지 12는 도 8의 라인 8-8을 따라 취해진 ISA(300) 및 수술 기기(120)의 결합기 시스템의 하나의 예시적인 실시예의 단면도이다. 이 단면도들은 ISA 결합기(330)를 대응하는 기기 드라이버(610)와 밀착 결합시키는 과정을 예시하기 위해 수술 기기(120), ISA(300) 및 캐리지(310)의 부분들을 도시하고 있다.
도 9는 서로 분리된 수술 기기(120), ISA(300) 및 캐리지(310)를 도시하고 있다. 캐리지(310)는 대응하는 ISA 결합기(330) 상의 상대 피처(900)와 상대결합하는 결합 피처(325)를 가진 스프링 장착 캐리지 드라이버(320)를 포함하고 있다. 마찬가지로, ISA(300)는 당해 ISA(300) 내에서 축선방향으로 이동할 수 있는 ISA 결합기(330)를 포함하고 있고, ISA 결합기들은 수술 기기(120)의 기기 드라이버(610) 상의 기기 결합 피처(630)와 상대결합하는 ISA 결합 피처(500)를 가지고 있다.
도 10은 캐리지 드라이버(320) 상의 결합 피처들이 대응하는 ISA 결합기(330) 상의 상대 피처(900)와 상대결합되지 않은 상태에서 함께 걸음된 ISA(300) 및 캐리지(310)를 도시하고 있다. 스프링 장착 캐리지 드라이버(320)는, 당해 스프링 장착 캐리지 드라이버(320)가 ISA 결합기(330)에 결합되지 않았을 때, ISA 결합기(330) 상의 상대 피처(900)에 의해 축선방향으로 이동된다.
도 11은 캐리지 드라이버(320) 상의 결합 피처들이 대응하는 ISA 결합기(330) 상의 상대 피처들과 상대결합된 상태에서 함께 걸음된 ISA(300) 및 캐리지(310)를 도시하고 있다. 수술 기기(120) 및 ISA(300)는 기기 드라이버(610) 상의 기기 결합 피처(630)가 대응하는 ISA 결합기(330) 상의 ISA 결합 피처(500)와 상대결합되지 않은 상태에서 함께 걸음된다. 스프링 장착 캐리지 드라이버(320)는, 기기 드라이버(610)가 ISA 결합기(330)와 결합되지 않았을 때, ISA 결합기(330)의 축선방향 운동에 의해 축선방향으로 이동된다.
도 12는 함께 걸음된 수술 기기(120), ISA(300) 및 캐리지(310)를 도시하고 있다. 좌측 기기 드라이버(610)는 ISA 결합기(330)와 결합 완료하였다. 이 결합은 좌측 스프링 장착 캐리지 드라이버(320)가 ISA(300) 및 수술 기기(120)를 향해 축선방향으로 이동하는 것을 가능하게 해준다.
수술 기기의 2개의 회전 결합된 기기 드라이버가 하드 스톱을 포함하고 있지 않을 때 수술 기기를 기기 매니퓰레이터와 결합시키는 방법은 기기 드라이버들의 회전 결합을 이용한다. 캐리지 드라이버들의 회전 운동은 대응하는 기기 드라이버들에 마찰 결합된다. 캐리지 드라이버들의 결합 피처들이 대응하는 기기 드라이버들의 결합 피처들과 밀착 결합되지 않는 동안, 제1 캐리지 드라이버가 회전된다. 캐리지 드라이버들의 각각에 결합된 제2 결합 피처들이 대응하는 기구 드라이버들 상의 제1 결합 피처들과 말착 결합할 때까지, 제1 캐리지 드라이버의 회전에 상반된 운동이 제2 캐리지 드라이버에 부여된다. "제1 캐리지 드라이버의 회전에 상반된(contrary) 제2 캐리지 드라이버의 운동"은 이러한 제2 캐리지 드라이버의 운동이 양 캐리지 드라이버들이 대응하는 기구 드라이버들과 밀착 결합함으로써 회전 결합되었을 때 제2 캐리지 드라이버가 제1 캐리지 드라이버와 함께 공조적으로 운동하는 것을 가능하게 해주는 운동과는 다른 운동이라는 것을 의미하도록 사용된다. 제2 캐리지 드라이버의 상반된 운동(contrary motion)은 제2 캐리지 드라이버를 정지 상태로 유지하는 것을 포함할 수 있다.
제1 실시예
제1 ISA 결합기(330A)는 앞서 당해 제1 ISA 결합기(330A)와 결합 완료된 대응하는 캐리지 드라이버(320)에 의해 회전되고, 제2 ISA 결합기(330B)는 앞서 당해 제2 ISA 결합기(330B)와 결합 완료된 대응하는 캐리지 드라이버(320)에 의해 정지 상태로 유지되고 있는 경우, 기기 결합 피처(630)의 세트가 더 강한 마찰력을 발생시키는지의 여부에 따라, 마찰이 양 기구 드라이버(610)가 회전하거나 정지 상태를 유지하게 만들 것이다. 첫번째 및 두번째 상황의 양 상황 모두 ISA 결합기(330A, 330B)의 양자 모두에 대해 ISA 결합 피처(500)와 기기 결합 피처(630) 사이의 제대로 된 결합을 보장할 것이다.
첫번째 상황에서는, 제1 ISA 결합기(330A)가 회전되고, 양 기기 드라이버(610A, 610B) 모두가 회전하게 만든다. 회전하고 있는 제2 기기 드라이버(610B)는 결국 정지 상태로 유지되고 있는 제2 ISA 결합기(330B)와 결합할 것이다. 때때로 제2 기기 드라이버(610B)는 제1 ISA 결합기(330A)를 회전시킬 필요없이 제2 ISA 결합기(330B)와 결합하게 될 것이란 것을 이해할 것이다.
제2 기기 드라이버(610B)가 제2 ISA 결합기(330B)와 밀착 결합했을 때, 양 기기 드라이버(610A, 610B) 모두는 이제 회전하는 제1 ISA 결합기(330A)와 그것의 대응하는 제1 기기 드라이버(610A) 사이의 마찰력에 대항하여 정지 상태로 유지될 것이다. 회전하고 있는 제1 ISA 결합기(330A)는 결국 정지 상태로 유지되고 있는 제1 기기 드라이버(610A)와 결합할 것이다. 따라서, 양 기기 드라이버(610) 모두가 그들의 대응하는 ISA 결합기들과 밀착 결합될 것이다.
두번째 상황에서는, 제2 ISA 결합기(330B)가 정지 상태로 유지되고, 양 기기 드라이버(610A, 610B) 모두가 정지 상태로 유지되게 만든다. 회전하고 있는 제1 ISA 결합기(330A)는 결국 정지 상태로 유지되고 있는 제1 기기 드라이버(610A)와 결합한다. 때때로 제1 기기 드라이버(610A)는 제1 기기 드라이버를 회전시킬 필요없이 제1 ISA 결합기(330A)와 결합하게 될 것이란 것을 이해할 것이다.
제1 기기 드라이버(610A)가 제1 ISA 결합기(330A)와 밀착 결합했을 때, 양 기기 드라이버(610A, 610B) 모두는 이제 정지 상태의 제2 ISA 결합기(330B)와 그것의 대응하는 제2 기기 드라이버(610B) 사이의 마찰력에 대항하여 회전될 것이다. 정지 상태로 유지되고 있는 제2 ISA 결합기(330B)는 결국 회전하고 있는 제2 기기 드라이버(610B)와 결합할 것이다. 따라서, 양 기기 드라이버(610) 모두가 그들의 대응하는 ISA 결합기들과 밀착 결합될 것이다.
따라서, 제1 ISA 결합기(330A) 또는 제2 ISA 결합기(330B)의 어느 하나를 정지 상태로 유지시키는 동시에 다른 하나를 회전시킴으로써, 회전 결합된 양 기기 드라이버(610)가, 기기 드라이버들의 하드 스톱의 부재에도 불구하고, 대응하는 양 ISA 결합기(330)와 성공적으로 결합하는 것이 보장된다. 기기 드라이버들과 ISA 결합기들 사이의 마찰 결합은 양 기기 드라이버들 중의 하나가 그것의 대응하는 ISA 결합기와 밀착 결합하는 일이 발생하기 전에 첫번째 상황과 두번째 상황의 양자의 상황이 번갈아 발생하도록 하는 마찰 결합일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
제2 실시예
제2 실시예에 있어서는, 수술 기기(120)의 기기 드라이버(610)의 디스크 부분과 접촉하게 되는 ISA 결합 피처(500)에 의해 발생되는 마찰이 ISA 결합 피처(500)와 기기 결합 피처(630) 사이의 제대로 된 결합을 방해하지 않도록 하기 위해, 제1 및 제2 ISA 결합기(330A, 330B)는 동시에 반대 방향으로 회전한다. 그렇게 함에 있어서, 발생되는 마찰이 양 기기 드라이버(610)가 회전하거나 정지 상태로 유지되게 만들어, 양 ISA 결합기(330)가 양 기기 드라이버(610)와 정렬되어 제대로 결합되는 것을 가능하게 해준다.
예를 들어, 도 8을 참조하면, 앞서 양 ISA 결합기들과 결합 완료된 대응하는 양 캐리지 드라이버(320)와 함께 제1 ISA 결합기(330A)를 시계 방향으로 회전시키고, 제2 ISA 결합기(330B)를 반시계 방향으로 회전시킴으로써, 결합 피처들과 디스크 표면들 사이의 마찰이 회전 결합된 양 기기 드라이버(610)가 양 ISA 결합기 중의 하나와 동일한 방향으로 그리고 양 ISA 결합기 중의 다른 하나와 반대 방향으로 회전하게 만들 것이다. 그것의 대응하는 기기 드라이버와 반대 방향으로 회전하고 있는 ISA 결합기는 결국 대응하는 기기 드라이버와 결합하게 될 것이다. 때때로 양 기기 드라이버(610) 중 하나는 양 ISA 결합기(330)를 회전시킬 필요없이 대응하는 ISA 결합기(330)와 결합하게 될 것이란 것을 이해할 것이다.
반대로 회전하는 양 기기 드라이버(610)가 대응하는 ISA 결합기(330)와 밀착 결합했을 때, 양 기기 드라이버(610) 모두는 이제 결합해제된 회전하는 ISA 결합기와 그것의 대응하는 기기 드라이버 사이의 마찰력에 대항하여 반대 방향으로 회전할 것이다. 이제 기기 드라이버(610)와 반대 방향으로 회전하고 있는 결합해제된 ISA 결합기(330)는 결국 결합해제된 기기 드라이버와 결합할 것이다. 따라서, 양 기기 드라이버(610) 모두가 그들의 대응하는 ISA 결합기들과 밀착 결합할 것이다. 양 ISA 결합기(330)를 반대 방향으로 회전시키는 것은 양 기기 드라이버(610)가 대응하는 ISA 결합기(330)와 성공적으로 결합하게 될 것을 보장한다.
일부 실시예들에 있어서는, 양 기기 드라이버(610)의 그들의 대응하는 ISA 결합기(330)와의 밀착 결합이 밀착 결합이 검출된다. 양 기기 드라이버의 밀착 결합의 검출은 양 캐리지 드라이버가 양 기기 드라이버를 결합시키는 데 사용되는 회전으로 양 ISA 결합기를 구동시키는 것을 중지하게 만들 수 있다. 하나의 기기 드라이버의 밀착 결합은 결합 피처들이 그들의 결합 포지션으로 이동할 때의 스프링 장착 구성요소의 축선방향 운동을 검출하는 것에 의해 검출될 수 있다. 하나의 기기 드라이버의 밀착 결합은 또한 모터의 증가된 부하로 인한 증가된 전류 수요와 같은, 캐리지 드라이버들을 구동시키는 모터들의 전기적 특성의 변화에 의해 검출될 수 있다.
상술한 실시예와 도면들에 있어서는, 단지 2개의 기기 드라이버(610)가 하나 이상의 기어를 통해 기기 샤프트(620)에 결합되는 것으로 설명되었다. 이는 한정으로서 해석되어서는 안되며, 그 대신, 하나 이상의 기어를 통해 기기 샤프트(620)에 결합되는 기기 드라이버(610)의 개수는 수술 기기(120)의 구성에 따라 가변적이다. 또한, 다른 실시예들은 하나 이상의 기어를 통해 서로 직접적으로 결합될 수 있는 2개 이상의 기기 드라이버(610)를 포함할 수 있다. 기기 드라이버(610)의 이러한 결합도 하나 이상의 기어를 통해 기기 샤프트(620)에 결합될 수 있다.
또한, 제공된 도면에서 보여지는 바와 같이, 포켓들이 기기 드라이버(610) 상에 배치되고, 보스들이 ISA 결합기(330) 상에 배치될 필요는 없다. 그 대신, 하나의 실시예는 보스를 포함한 기기 드라이버(610) 및 포켓을 포함한 ISA 결합기(330)를 포함할 수 있다.
ISA 결합기(330)가 대응하는 캐리지 드라이버(320)를 연장시키고, 캐리지 및 캐리지 드라이버를 위한 일회용 살균 커버를 제공하는 기능을 한다는 것도 인지될 것이다. ISA(300)의 일회용 살균 커버가 필요하지 않을 경우, ISA 결합기(330)를 기기 드라이버(610)와 결합시키는 방법은 캐리지 드라이버(320)를 기구 드라이버와 직접 결합시키도록 적용될 수 있다.
특정 예시적인 실시예들이 설명되고 첨부 도면에 도시되었지만, 다양한 다른 변형이 당업자에게 떠오를 수 있기 때문에, 그러한 실시예들은 광범위한 발명에 대한 단지 예시적이고 비제한적인 것이고, 본 발명은 도시되고 설명된 특정 구조 및 배열에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 따라서 상기 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 한다.

Claims (23)

  1. 원격조작 수술 시스템에 있어서,
    제1 캐리지 드라이버 및 제2 캐리지 드라이버를 포함하는 기기 매니퓰레이터로서, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 각각이 독립적인 회전 운동을 제공하도록 구성되고, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 각각이 제1 결합 피처를 포함하고, 상기 기기 매니퓰레이터는 수술 기기를 지지하도록 구성되고, 상기 수술 기기는 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 회전 운동을 각각 수용하는 제1 기기 드라이버 및 제2 기기 드라이버를 포함하고, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 각각이 제2 결합 피처를 포함하고, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버가 회전 결합되어 있는 바의 기기 매니퓰레이터; 및
    상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 회전을 제어하고, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들이 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동을 제어하는 매니퓰레이터 컨트롤러를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 매니퓰레이터 컨트롤러는, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들이 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 캐리지 드라이버를 회전시키고 상기 제2 캐리지 드라이버를 정지 상태로 유지시킴으로써, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 매니퓰레이터 컨트롤러는, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들이 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버 중의 하나가 대응하는 상기 제1 캐리지 드라이버 또는 상기 제2 캐리지 드라이버의 회전과 반대 방향으로 회전하도록, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버를 회전시킴으로써, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동을 제어하는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버는 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 각각의 회전 운동을 대응하는 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버에 마찰 결합시키기 위해 스프링력에 대항하여 축선방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 매니퓰레이터 컨트롤러는 또한 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 축선방향 운동을 검출하는 것에 의해, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들의 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들과의 밀착 결합을 검출하는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들은 포켓을 포함하고, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들은 보스를 포함하거나, 또는
    상기 제1 캐리지 드라이버 및 상기 제2 캐리지 드라이버의 상기 제1 결합 피처들은 보스를 포함하고, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버의 상기 제2 결합 피처들은 포켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 기기의 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버는 기어들에 의해 회전 결합되는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수술 기기는 또한 무한 회전될 수 있은 기기 샤프트를 포함하고, 상기 수술 기기의 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버는 상기 기기 샤프트에 회전 결합됨으로써 서로에 회전 결합되는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제1 기기 드라이버 및 상기 제2 기기 드라이버는 기어들에 의해 직접적으로 상기 기기 샤프트에 회전 결합되는 것을 특징으로 하는 원격조작 수술 시스템.
  10. 수술 기기를 기기 매니퓰레이터와 결합시키는 방법에 있어서,
    적어도 2개의 캐리지 드라이버의 각각이 제1 결합 피처에 결합되고, 대응하는 기기 드라이버들의 각각이 제2 결합 피처를 포함한 상태에서, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버의 각각의 회전 운동을 상기 수술 기기의 대응하는 기기 드라이버에 마찰 결합시키는 과정을; 그리고
    상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 제1 결합 피처들이 대응하는 기기 드라이버들의 제2 결합 피처들과 밀착 결합 완료하지 않은 동안에,
    상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버 중의 제1 캐리지 드라이버를 회전시키는 과정; 및
    상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 제1 결합 피처들이 대응하는 기기 드라이버들의 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 상반된 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버 중의 제2 캐리지 드라이버의 운동을 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동은, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 제1 결합 피처들이 대응하는 기기 드라이버들의 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 대응하는 기기 드라이버들 중의 하나가 상기 제1 캐리지 드라이버의 회전과 반대 방향으로 회전하게 만드는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동은, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 제1 결합 피처들이 대응하는 기기 드라이버들의 제2 결합 피처들과 밀착 결합할 때까지, 제2 캐리지 드라이버를 정지 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버의 각각을 상기 제2 결합 피처들 중의 적어도 하나를 포함하는 대응하는 기기 살균 어댑터 결합기에 밀착 결합시키는 과정; 및
    상기 대응하는 기기 살균 어댑터 결합기와 상기 대응하는 기기 드라이버 사이의 마찰력에 의해, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버의 각각의 회전 운동을 대응하는 기기 드라이버에 마찰 결합시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버의 축선방향 운동을 검출하는 것에 의해, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 제1 결합 피처들의 상기 대응하는 기기 드라이버들의 상기 제2 결합 피처들과의 밀착 결합을 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동을 제어하는 과정은 전기 모터들에 의해 상기 제1 캐리지 드라이버를 회전시키고, 상기 제2 캐리지 드라이버의 운동을 정지 상태가 되도록 제어하는 과정을 포함하고, 상기 방법은:
    상기 전기 모터들의 전기적 특성의 변화를 검출하는 것에 의해, 상기 적어도 2개의 캐리지 드라이버에 결합된 상기 제1 결합 피처들의 상기 대응하는 기기 드라이버들의 상기 제2 결합 피처들과의 밀착 결합을 검출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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