KR102497776B1

KR102497776B1 - 멀티포트 수술 로봇 시스템 구조

Info

Publication number: KR102497776B1
Application number: KR1020227005393A
Authority: KR
Inventors: 브루스 마이클 쉐나; 로만 엘 데벤젠조; 스코트 루크; 데이비드 마틴; 토마스 지 쿠퍼; 토마스 더블유 브라운
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2013-05-31
Publication date: 2023-02-09
Also published as: US20130325033A1; KR102366082B1; US20220175476A1; EP3620128A1; JP6574009B2; JP2019213898A; EP2854692A1; EP3620128B1; US20200146759A1; KR102636293B1; CN108113755A; EP2854692B1; US10575908B2; KR20210124519A; KR102172694B1; US20220151715A1; CN108113755B; EP4070755A1; KR20200125754A; US20230107383A1

Abstract

로봇 수술 시스템은 배향 플랫폼, 배향 플랫폼을 이동가능하게 지지하는 지지 링크장치, 복수의 수술 기구 매니퓰레이터들 및 복수의 셋업 링크장치들을 포함한다. 매니퓰레이터들 각각은 기구 홀더를 포함하고, 기구 홀더를 매니퓰레이션의 원격 중심(RC) 둘레에서 회전시키도록 작동가능하다. 적어도 하나의 매니퓰레이터는, 가동될 때 연계된 RC를 고정된 포지션으로 유지하는 운동을 통해 부착된 매니퓰레이터를 이동시키는, 재배향 메커니즘을 포함한다.

Description

멀티포트 수술 로봇 시스템 구조{MULTIPORT SURGICAL ROBOTIC SYSTEM ARCHITECTURE}

본 출원은 2012년 6월 1일자로 출원된 미국 가출원 제61/654,367호의 이익을 주장하고, 그 전체내용은 본 명세서에서 참조사항으로 통합되어 있다.

본 발명은 멀티포트 수술 로봇 시스템 구조에 관한 것이다.

최소 침습 의료 기술은 진단 과정 또는 수술 과정 동안 손상되는 조직의 양을 축소하는 것이 의도되어 있고, 이로써 환자의 회복 기간, 불편 및 유해한 부작용을 감소시키는 것이 가능하다. 최소 침습 수술의 한가지 효과는, 예컨대 수술 후 병원에서의 회복 기간의 축소이다. 표준 수술에 있어서의 평균 입원 기간이 유사한 최소 침습 수술에 있어서의 평균 입원 기간보다 상당히 장기간인 것이 통상적이기 때문에, 최소 침습 기술의 이용이 증가되면 매년 수백만 달러의 병원 비용을 절감할 수 있다. 미국 내에서 매년 행해지는 다수의 수술이 잠재적으로는 최소 침습 방식으로 행해질 수 있지만, 최소 침습 수술 기구들 및 이를 다루는데 숙달시키는 것과 관련된 부가적인 수술상 훈련의 한계들 때문에, 현재의 수술 중 일부만이 이러한 유리한 기술을 이용한다.

최소 침습 로봇 수술 시스템 또는 원격수술 시스템은, 외과의사의 숙련도를 향상시키면서 종래의 최소 침습 기술 상의 한계들 중 일부를 회피하도록 개발되어 왔다. 원격수술에서, 외과의사는 수술 기구를 직접 손으로 쥐거나 움직이지 않고 수술 기구의 움직임을 조작하는 원격 제어(예컨대 서보메커니즘 또는 이와 유사한 것)의 일부 형태를 이용한다. 원격수술 시스템에서, 외과의사에게는 수술 작업대의 수술 부위의 이미지가 제공될 수 있다. 외과의사는 디스플레이 상의 수술 부위의 2차원 내지 3차원 이미지를 관찰함과 동시에, 서보 메커니즘적으로 작동되는 기구들의 운동을 차례로 제어하는 마스터 제어 장치들을 조작함으로써 환자에 대한 수술 과정들을 행한다.

원격수술에 사용되는 서보메커니즘은 2개의 마스터 컨트롤러들(각각의 외과의사의 손들을 위한 것)로부터 입력값을 종종 받아들일 수 있고, 2개 이상의 로봇 아암들을 포함할 수 있는데, 각각의 로봇 아암 상에는 수술 기구가 장착된다. 마스터 컨트롤러들과, 연계된 로봇 아암 및 기구 어셈블리들 사이의 작동 통신(operative communication)은 통상적으로 제어 시스템을 통해 달성된다. 제어 시스템은 통상적으로 적어도 하나의 프로세서를 포함하는데, 이 프로세서는 입력 명령들을 마스터 컨트롤러들로부터 연계된 로봇 아암 및 기구 어셈블리들에게 중계하고, 예컨대 포스 피드백 또는 이와 유사한 것이 있는 경우에는 입력 명령들을 기구 및 아암 어셈블리들로부터 연계된 마스터 컨트롤러들에게 다시 중계한다. 로봇 수술 시스템의 일 예시는 캘리포니아 써니베일에 있는 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 상용화된 다빈치 시스템(DAVINCI^® system)이다.

다양한 구조적 장치(structural arragnement)는 로봇 수술 동안 수술 부위에 있는 수술 기구를 지지하는데 사용될 수 있다. 구동식 링크장치 또는 "종속장치(slave)"는 종종 로봇 수술 매니퓰레이터로 칭해지고, 최소 침습 로봇 수술 동안의 로봇 수술 매니퓰레이터로서 사용하기 위한 예시적인 링크 장치들은 미국 특허 제7,594,912호, 제 6,758,843호, 제6,246,200호 및 제5,800,423호에 설명되어 있고, 이들 전체 내용들은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다. 이들 링크장치들은 종종 샤프트를 가지는 기구를 파지하는 평행사변형 장치를 사용한다. 이러한 매니퓰레이터 구조는 기구의 움직임을 제한할 수 있고, 그 결과 기구는 강성 샤프트의 길이를 따라 공간에 포지셔닝되어 있는 매니퓰레이션의 원격 중심을 중심으로 피벗운동한다. 매니퓰레이션의 원격 중심을 내부 수술 부위의 절개 지점(예컨대 복강경 수술 동안 복벽에 있는 트로카르(trocar) 또는 캐뉼라(cannula))과 정렬시킴으로써, 수술 기구의 엔드 이펙터는, 잠재적으로 위험한 힘을 복벽에 대하여 가하지 않으면서도 매니퓰레이터 링크장치를 사용하여 샤프트의 근위 단부를 움직임으로써 안전하게 포지셔닝될 수 있다. 대체 매니퓰레이터 구조들은, 예컨대 미국 특허 제7,763,015호, 제6,702,805호, 제6,676,669호, 제5,855,583호, 제5,808,665호, 제5,445,466호 및 제5,184,601호에 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다.

다양한 구조적 장치는 또한 로봇 수술 동안 수술 부위에서 로봇 수술 매니퓰레이터 및 수술 기구를 지지하면서 포지셔닝하는데 사용될 수 있다. 종종 셋업 조인트들 또는 셋업 조인트 아암들로 지칭되는 지지용 링크장치 메커니즘(supporting linkage mechanism)들은 종종 각각의 매니퓰레이터를 포지셔닝하면서 이를 환자 신체 내의 각각의 절개 지점과 정렬시키는데 사용된다. 지지용 링크장치 메커니즘은 원하는 수술 절개 지점 및 표적 해부체와의 수술 매니퓰레이터의 정렬을 보조한다. 예시적인 지지용 링크장치 메커니즘들은 미국 특허 제6,246,200호 및 제6,788,018호에 설명되어 있고, 그 전체 내용들은 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다.

새로운 원격수술 시스템 및 장치가 매우 효과적이면서 유리하다고 알려져 있지만, 더욱 추가적인 개선이 바람직할 수 있다. 일반적으로는, 개선된 최소 침습 로봇 수술 시스템이 바람직할 수 있다. 이들 개선된 기술들이 로봇 수술 시스템의 효율성 및 용이성을 강화하다면 특히 유익할 수 있다. 예를 들어, 조작성을 증진시키는 것, 수술실에서의 공간 활용도를 향상시키는 것, 보다 신속하면서도 보다 용이한 셋업을 제공하는 것, 사용시 로봇 장치들 사이의 충돌을 방지하는 것 및/또는 이들 새로운 수술 시스템의 기계적인 복잡성 및 크기를 줄이는 것이 특히 유익할 수 있다.

US

2009-0041565

A (2009.02.12)

본 발명의 기본적인 이해를 제공하기 위하여 본 발명의 일부 실시예들에 관한 단순화된 요약이 다음에 나타나 있다. 이러한 요약은 본 발명의 광범위한 개관이 아니다. 본 발명의 핵심적인/중요한 요소들을 확인하는 것 또는 본 발명의 범위를 기술하는 것이 의도된 것은 아니다. 추후에 제공되는 보다 상세한 설명에 대한 전조로서 본 발명의 일부 실시예들을 단순화된 형태로 제공하는 것이 그 유일한 목적이다.

로봇 수술 시스템들에서 사용하기 위한 개선된 로봇 수술 시스템들 및 모듈식 매니퓰레이터 지지부들이 개시되어 있다. 개선된 로봇 수술 시스템은 복수의 셋업 링크장치들을 지지하는데 사용되는 배향 플렛폼(orienting platform)을 포함하고, 복수의 셋업 링크장치들 각각은 연계된 수술 기구 매니퓰레이터 또는 매니퓰레이터들을 지지한다. 지지 링크장치는 배향 플랫폼을 이동가능하게 지지하는데 사용된다. 하나 이상의 지지 링크장치들은 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 고정된 포지션으로 유지하는 운동을 통해, 매니퓰레이터를 리포시셔닝하도록 작동가능한 재배향 메커니즘을 포함할 수 있고, 이로써 절개 위치의 환자에게 잠재적으로 위험한 힘을 유발하는 위험부담없이, 지지되는 매니퓰레이터가 리포지셔닝되는 것을 허용하는 것이 가능하다. 그리고 하나 이상의 지지 링크장치들은 또한, 배향 플랫폼에 회전가능하게 결합된 제 1 링크, 제 1 링크에 대해 수평방향으로 슬라이딩하도록 제 1 링크에 슬라이딩가능하게 장착된 제 2 링크, 제 2 링크에 대해 수직방향으로 슬라이딩하도록 제 2 링크에 슬라이딩가능하게 장착된 제 3 링크, 및 수직 축을 중심으로 제 3 링크에 대해 회전하도록 제 3 링크에 회전가능하게 결합된 제 4 링크를 포함할 수 있다. 지지 링크장치는 이동가능하게 바닥에 지지되는 장착 베이스, 및 장착 베이스에 결합되면서 배향 플랫폼을 이동가능하게 지지하는 조절가능한 링크장치를 포함할 수 있다. 장착 베이스는 또한, 예컨대 바닥이나 다른 고정된 구조체에 직접 부착됨으로써 이동불가능할 수 있다. 개시되어 있는 로봇 수술 시스템들 및 모듈식 매니퓰레이터는 조작성을 증진시키는 것, 수술실에서의 공간 활용도를 향상시키는 것, 보다 신속하면서도 보다 용이한 셋업을 제공하는 것, 사용시 로봇 장치들 사이의 충돌을 방지하는 것, 및 비슷한 성능을 가지고 있는 현존하는 시스템들과 지지부들에 비해 기계적인 복잡성을 줄이는 것에 도움이 된다.

따라서, 일 양태에서, 로봇 수술 시스템은 배향 플랫폼, 배향 플랫폼을 이동가능하게 지지하는 지지 링크장치, 복수의 매니퓰레이터들 및 복수의 셋업 링크장치들을 포함하는 것으로 개시되어 있다. 매니퓰레이터들 각각은 기구 홀더를 포함할 수 있다. 매니퓰레이터들 각각은 기구 홀더에 장착된 연계된 수술 기구를 지지하도록 구성될 수 있고, 연계된 수술 기구를 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 삽입 축을 따라 환자 속으로 삽입하도록 구성될 수 있고, 연계된 RC를 가로지르는 제 1 매니퓰레이터 축 둘레에서 기구 홀더를 회전시키도록 구성될 수 있고, 연계된 RC를 가로지르는 제 2 매니퓰레이터 축 둘레에서 기구 홀더를 회전시키도록 구성될 수 있다. 제 1 매니퓰레이터 축과 제 2 매니퓰레이터 축 각각은 삽입 축에 대해 횡단한다. 제 2 매니퓰레이터 축은 제 1 매니퓰레이터 축에 대해 횡단한다. 셋업 링크장치 각각은 매니퓰레이터들 중 하나를 배향 플랫폼에 결합하고, 연계된 매니퓰레이터를 배향 플랫폼에 대해 리포지셔닝하고 연계된 매니퓰레이터를 배향 플랫폼에 대해 선택된 포지션으로 고정되게 지지하도록 작동가능하다. 셋업 링크장치들 각각은 배향 플랫폼에 결합된 근위 링크, 및 연계된 매니퓰레이터에 결합된 원위 링크를 포함한다. 적어도 하나의 셋업 링크장치는, 가동될 때 연계된 RC를 근위 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하는 운동을 통해 원위 링크를 근위 링크에 대해 이동시키는, 재배향 메커니즘을 포함한다.

다수의 실시예들에서, 재배향 메커니즘은 토네이도 회전 조인트 및 토네이도 링크를 포함한다. 토네이도 링크는 토네이도 회전 조인트에 결합된 토네이도 링크 근위 단부, 및 연계된 매니퓰레이터에 결합된 토네이도 링크 원위 단부를 가진다. 토네이도 회전 조인트의 가동(actuation)은 토네이도 축 둘레에서 토네이도 링크를 회전시키되, 토네이도 축은 RC를 가로지르고 제 1 매니퓰레이터 축과 제 2 매니퓰레이터 축 중 어느 것과도 정렬되지 않는다. 토네이도 링크는 토네이도 축 둘레에서의 토네이도 링크의 모든 배향들을 위하여, 연계된 RC를 근위 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하도록 구성된다.

다수의 실시예들에서, 적어도 하나의 매니퓰레이터는, 제 1 매니퓰레이터 축 둘레에서의 기구 홀더의 회전 동안 및 제 2 매니퓰레이터 축 둘레에서의 기구 홀더의 회전 동안, 연계된 RC의 원위 링크에 대해 고정된 포지션을 유지하도록 기계적으로 제한된다. 예를 들어, 적어도 하나의 매니퓰레이터는, 제 1 매니퓰레이터 축 둘레에서의 회전으로 기계적으로 한정되는 제 1 운동에 의한 매니퓰레이터의 제 1 조인트의 가동에 응답하여 기구 홀더를 이동시키고, 제 2 매니퓰레이터 축 둘레에서의 회전으로 기계적으로 한정되는 제 2 운동에 의한 매니퓰레이터의 제 2 조인트의 가동에 응답하여 기구 홀더를 이동시키도록 기계적으로 구성될 수 있다.

다수의 실시예들에서, 지지 링크장치는 이동가능하게 바닥에 지지되는 장착 베이스, 장착 베이스에 슬라이딩가능하게 장착된 칼럼, 숄더 조인트를 통해 칼럼에 회전가능하게 결합된 붐 베이스 부재(boom base member), 및 붐 조인트(boom joint)를 통해 붐 베이스 부재와 슬라이딩가능하게 결합되는 연장가능한 붐 부재를 포함한다. 칼럼은 수직방향으로 배향된 제 1 지지 축을 따라 장착 베이스에 대해 선택적으로 포지셔닝가능하다. 숄더 조인트는 수직방향으로 배향된 제 2 지지 축 둘레에서 붐 베이스 부재를 칼럼에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 붐 조인트는 수평방향으로 배향된 제 3 지지 축을 따라 붐 베이스 부재에 대해 연장가능한 붐 부재를 선택적으로 포지셔닝하도록 작동가능하다. 배향 플랫폼은 연장가능한 붐 부재에 회전가능하게 결합된다.

다른 양태에서, 로봇 수술 시스템은 배향 플랫폼, 배향 플랫폼을 이동가능하게 지지하는 지지 링크장치, 복수의 매니퓰레이터들 및 복수의 셋업 링크장치들을 포함하는 것으로 개시되어 있다. 매니퓰레이터들 각각은 환자 속으로 삽입가능한 연계된 수술 기구를 이동가능하게 지지한다. 셋업 링크장치들 각각은 매니퓰레이터들 중 하나를 배향 플랫폼에 결합하고, 연계된 링크장치를 배향 플랫폼에 대해 리포지셔닝하고 연계된 매니퓰레이터를 배향 플랫폼에 대해 고정되게 지지하도록 작동가능하다. 적어도 하나의 셋업 링크장치는 제 1 링크, 제 2 링크, 제 3 링크 및 제 4 링크를 포함한다. 제 1 링크는, 제 1 셋업 링크장치 축 둘레에서 제 1 링크를 배향 플랫폼에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능한, 제 1 셋업 링크장치 조인트를 통해 배향 플랫폼에 회전가능하게 결합된 제 1 링크 근위 단부를 가진다. 제 2 링크는, 수평방향으로 배향된 제 2 셋업 링크장치 축을 따라 제 1 링크에 대해 제 2 링크를 선택적으로 리포지셔닝하도록 작동가능한, 제 2 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 1 링크에 슬라이딩가능하게 장착된다. 제 3 링크는, 수직방향으로 배향된 제 3 셋업 링크장치 축을 따라 제 2 링크에 대해 제 3 링크를 선택적으로 리포지셔닝하도록 작동가능한, 제 3 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 2 링크에 슬라이딩가능하게 장착된다. 제 4 링크는, 대체로 수직방향으로 배향된 제 4 셋업 링크장치 축 둘레에서 제 4 링크를 제 3 링크에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능한, 제 4 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 3 링크에 회전가능하게 결합된다. 연계된 매니퓰레이터는 제 4 링크에 대해 원위에 있고, 제 4 링크에 의해 지지된다.

다수의 실시예들에서, 적어도 하나의 매니퓰레이터는 연계된 수술 기구를 지지하도록 구성되는 기구 홀더를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 매니퓰레이터는 연계된 수술 기구를 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자 속으로 삽입하도록 구성될 수 있고, 연계된 RC를 가로지르는 제 1 매니퓰레이터 축 둘레에서 기구 홀더를 회전시키도록 구성될 수 있고, 그리고 연계된 RC를 가로지르는 제 2 매니퓰레이터 축 둘레에서 기구 홀더를 회전시키도록 구성될 수 있다. 제 2 매니퓰레이터 축은 제 1 매니퓰레이터 축에 대해 횡단한다.

다수의 실시예들에서, 적어도 하나의 셋업 링크장치는 제 4 링크에 결합된 재배향 메커니즘을 포함한다. 재배향 메커니즘의 가동은 연계된 RC를 제 4 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하는 운동을 통해, 연계된 매니퓰레이터를 제 4 링크에 대해 이동시킨다.

다수의 실시예들에서, 재배향 메커니즘은 토네이도 회전 조인트 및 토네이도 링크를 포함한다. 토네이도 링크는 토네이도 회전 조인트에 결합된 토네이도 링크 근위 단부, 및 연계된 매니퓰레이터에 결합된 토네이도 링크 원위 단부를 가진다. 토네이도 회전 조인트의 가동은 토네이도 축 둘레에서 토네이도 링크를 회전시키되, 토네이도 축은 RC를 가로지르고 제 1 매니퓰레이터 축과 제 2 매니퓰레이터 축 중 어느 것과도 정렬되지 않는다. 토네이도 링크는 토네이도 축 둘레에서의 토네이도 링크의 모든 배향들을 위하여, 연계된 RC를 제 4 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하도록 구성된다.

다른 양태에서, 로봇 수술 시스템에서 사용하기 위한 모듈식 매니퓰레이터 지지부가 개시되어 있다. 로봇 수술 시스템은 연계된 수술 기구를 이동시키기 위하여 구동되는 링크들 및 조인트들을 포함하는 복수의 매니퓰레이터들을 포함한다. 모듈식 매니퓰레이터 지지부는 이동가능하게 바닥에 지지되는 장착 베이스, 장착 베이스와 슬라이딩가능하게 결합되는 칼럼, 숄더 조인트를 통해 칼럼에 회전가능하게 결합된 붐 베이스 부재, 붐 조인트를 통해 붐 베이스 부재에 슬라이딩가능하게 결합되는 연장가능한 붐 부재, 손목 조인트를 통해 연장가능한 붐 부재에 회전가능하게 결합된 배향 플랫폼, 및 복수의 셋업 링크장치들을 포함한다. 칼럼은 수직방향으로 배향된 제 1 지지 축을 따라 장착 베이스에 대해 선택적으로 포지셔닝가능하다. 숄더 조인트는 수직방향으로 배향된 제 2 지지 축 둘레에서 붐 베이스 부재를 칼럼에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 붐 조인트는 수평방향으로 배향된 제 3 지지 축을 따라 붐 베이스 부재에 대해 연장가능한 붐 부재를 선택적으로 포지셔닝하도록 작동가능하다. 손목 조인트는 수직방향으로 배향된 제 4 지지 축 둘레에서 배향 플랫폼을 연장가능한 붐 부재에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 셋업 링크장치들 각각은 매니퓰레이터들 중 하나를 배향 플랫폼에 결합하고, 연계된 매니퓰레이터를 배향 플랫폼에 대해 선택적으로 포지셔닝하도록 작동가능하고, 연계된 매니퓰레이터를 배향 플랫폼에 대해 고정되게 지지한다. 다수의 실시예들에서, 숄더 조인트의 각도 배향은 장착 베이스의 미리 정해진 안정 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해서 한정된다.

다수의 실시예들에서, 적어도 하나의 셋업 링크장치는 제 1 링크, 제 2 링크, 제 3 링크 및 제 4 링크를 포함한다. 제 1 링크는, 제 1 셋업 링크장치 축 둘레에서 제 1 링크를 배향 플랫폼에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능한, 제 1 셋업 링크장치 조인트를 통해 배향 플랫폼에 회전가능하게 결합된 제 1 링크 근위 단부를 가진다. 제 2 링크는, 수평방향으로 배향된 제 2 셋업 링크장치 축을 따라 제 1 링크에 대해 제 2 링크를 선택적으로 리포지셔닝하도록 작동가능한, 제 2 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 1 링크에 슬라이딩가능하게 장착된다. 제 3 링크는, 수직방향으로 배향된 제 3 셋업 링크장치 축을 따라 제 2 링크에 대해 제 3 링크를 선택적으로 리포지셔닝하도록 작동가능한, 제 3 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 2 링크에 슬라이딩가능하게 장착된다. 제 4 링크는, 수직방향으로 배향된 제 4 셋업 링크장치 축 둘레에서 제 4 링크를 제 3 링크에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능한, 제 4 셋업 링크장치 조인트를 통해 제 3 링크에 회전가능하게 결합된다. 연계된 매니퓰레이터는 제 4 링크에 대해 원위에 있고, 제 4 링크에 의해 지지된다. 다수의 실시예들에서, 제 1 링크는 제 1 셋업 링크장치 조인트로부터 수평 방향으로 외팔보로 형성되어 있다.

다수의 실시예들에서, 적어도 하나의 셋업 링크장치는 제 4 링크 및 연계된 매니퓰레이터에 결합되고 그 사이에 있는 재배향 메커니즘을 포함한다. 재배향 메커니즘의 가동은 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 제 4 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하는 운동을 통해, 연계된 매니퓰레이터를 제 4 링크에 대해 이동시킨다.

다수의 실시예들에서, 재배향 메커니즘은 토네이도 회전 조인트 및 토네이도 링크를 포함한다. 토네이도 링크는 토네이도 회전 조인트에 결합된 토네이도 링크 근위 단부, 및 연계된 매니퓰레이터에 결합된 토네이도 링크 원위 단부를 가진다. 토네이도 회전 조인트의 가동은 토네이도 축 둘레에서 토네이도 링크를 회전시키되, 토네이도 축은 RC를 가로지르고 제 1 매니퓰레이터 축과 제 2 매니퓰레이터 축 중 어느 것과도 정렬되지 않는다. 토네이도 링크는 토네이도 축 둘레에서의 토네이도 링크의 모든 배향을 위하여, 연계된 RC를 제 4 링크에 대해 고정된 포지션으로 유지하도록 구성된다.

본 발명의 특질과 이점을 보다 완전히 이해하기 위하여, 다음의 발명의 상세한 설명과 첨부의 도면들이 참조될 것이다. 본 발명의 다른 양태들, 대상들 및 이점들은 다음에 오는 발명의 상세한 설명과 도면들로부터 자명할 것이다.

도 1은 다수의 실시예들에 따르는, 수술을 행하는데 사용되고 있는 최소 침습 로봇 수술 시스템의 평면도이다.
도 2는 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템용 외과의사의 제어 콘솔에 관한 사시도이다.
도 3은 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템 전자장치 카트에 관한 사시도이다.
도 4에는 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템이 도식적으로 설명되어 있다.
도 5a는 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템의 환자 측 카트(수술 로봇)의 부분도이다.
도 5b는 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 툴의 정면도이다.
도 6은 다수의 실시예들에 따르되 로봇 수술 시스템이 개략적으로 표현되어 있는 사시도이다.
도 7은 다수의 실시예들에 따르되 다른 로봇 수술 시스템이 개략적으로 표현되어 있는 사시도이다.
도 8에는 도 7에 개략적으로 표현되어 있는 것과 일치하되 다수의 실시예에 따르는 로봇 수술 시스템이 나타나 있다.
도 9에는 도 8의 로봇 수술 시스템의 배향 플랫폼에 대한 셋업 링크장치들의 회전 배향 한계들이 도시되어 있다.
도 10에는 다수의 실시예들에 따르되 로봇 수술 시스템용 붐 어셈블리의 회전 한계와 연계되어 있는 무게 중심의 도해가 나타나 있다.

다음에 오는 발명의 상세한 설명에서는, 본 발명의 여러 가지 실시예들이 설명될 것이다. 이를 설명하기 위하여, 특정 구성들과 세부사항들은 실시예들을 완전히 이해하도록 명시되어 있다. 그러나, 본 발명이 구체적인 세부사항없이도 실시될 수 있다는 점은 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게도 자명할 것이다. 더욱이, 공지의 부재들은 설명되고있는 실시예를 불분명하게 하지 않기 위하여 생략되거나 단순화될 수 있다.

최소 침습 로봇 수술

이어서 도면들을 참조하면, 여기서 유사한 부재번호들은 몇몇 도면들에 걸쳐 유사한 부품들을 표현한다. 도 1은, 수술대(14) 위에 누워있는 환자(12)에게 최소 침습 진단 또는 수술 과정을 행하는데 통상적으로 사용되는 최소 침습 로봇 수술(Minimally Invasive Robotic Surgical; MIRS) 시스템(10)이 도시되어 있는 평면도이다. 이 시스템은 수술 과정 동안 외과의사(18)가 사용하는 외과의사의 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 한명 이상의 어시스턴트(20) 또한 수술 과정에 참여할 수 있다. MIRS 시스템(10)은 환자 측 카트(22)(수술 로봇)와 전자장치 카트(24)를 더 포함할 수 있다. 외과의사(18)가 콘솔(16)을 통해 수술 부위를 관찰하는 동안, 환자 측 카트(22)는 환자(12)의 신체 내의 최소 침습 절개부를 통해 적어도 하나의 제거가능하게 결합된 툴 어셈블리(26)(이하에서는 "툴(tool)"로 지칭됨)를 조작할 수 있다. 수술 부위의 이미지는 입체 내시경(stereoscopic endoscope)과 같은 내시경(28)에 의해 획득될 수 있는데, 이 이미지는 내시경(28)을 포지셔닝하거나 배향하는 환자 측 카트(22)에 의해 조작될 수 있다. 전자장치 카트(24)는 외과의사의 콘솔(16)을 통해 외과의사(18)에게 연속적으로 디스플레이하기 위하여 수술 부위의 이미지들을 처리하는데 사용될 수 있다. 한번에 사용되는 수술용 툴(26)의 개수는 다른 요인들 중에서 진단이나 수술 과정, 및 수술실 내부의 공간 제약에 좌우되는 것이 일반적이다. 시술 동안 사용되고 있는 하나 이상의 수술용 툴(26)을 교체하는 것이 필요한 경우라면, 어시스턴트(20)는 환자 측 카트(22)로부터 수술용 툴(26)을 제거하여, 이 수술용 툴을 수술실 내부의 트레이(30)에 있는 다른 툴(26)과 교체할 것이다.

도 2는 외과의사의 콘솔(16)의 사시도이다. 외과의사의 콘솔(16)은 원근감을 느끼게 하는, 수술 부위의 통합 입체 관찰(coordinated stereo view)을 외과의사(18)에게 제공하는 좌안 디스플레이(32) 및 우안 디스플레이(34)를 포함한다. 콘솔(16)은, 환자 측 카트(22)(도 1에 도시됨)가 하나 이상의 툴을 차례로 조작하게 하는 하나 이상의 입력 제어 장치(36)를 더 포함한다. 입력 제어 장치(36)들은 연계된 툴(26)들(도 1에 도시됨)과 마찬가지로 동일한 자유도를 제공하여 원격현장감, 또는 입력 제어 장치(36)들이 툴(26)들과 일체를 이룬다는 인식을 외과의사에게 제공할 수 있고, 그 결과 외과의사는 툴(26)들을 직접 제어한다는 느낌을 강하게 받는다. 이를 위하여, 포지션 센서, 힘 센서 및 촉각 피드백 센서(미도시)는 입력 제어 장치(36)들을 통해 툴(26)들로부터 다시 외과의사의 손으로 포지션 감각, 힘 감각 및 촉감을 전달하는데 이용될 수 있다.

외과의사의 콘솔(16)은 환자와 마찬가지로 동일한 수술실에 위치되는게 보통이어서, 외과의사는 수술 과정을 직접 모니터할 수도 있고, 필요한 경우에는 실제로 참석할 수도 있으며, 전화나 다른 통신 매체를 통하지 않고 직접 어시스턴트에게 말할 수 있다. 그러나, 외과의사는 다른 방, 또는 완전히 다른 건물, 또는 원격 수술 과정들을 허용하는 환자로부터의 다른 원격 장소에 위치될 수 있다.

도 3은 전자장치 카트(24)의 사시도이다. 전자장치 카트(24)는 내시경(28)과 결합될 수 있고, 예컨대 외과의사의 콘솔에 있는 외과의사, 또는 국부적으로 그리고/또는 원격으로 위치된 다른 적합한 디스플레이에 있는 외과의사에게 연속적으로 디스플레이하기 위하여 캡쳐된 이미지들을 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입체 내시경이 사용되는 경우에, 전자장치 카트(24)는 캡쳐된 이미지들을 처리하여, 수술 부위의 통합 입체 이미지들을 외과의사에게 제공할 수 있다. 이러한 통합은 대비되는 이미지들 사이의 정렬을 포함할 수 있고, 입체 내시경의 입체 작업 거리를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 다른 예시와 마찬가지로, 이미지 처리과정은 광학 수차와 같은 이미지 캡쳐 장치의 촬상 에러들을 보정하기 위해서 미리 정해진 카메라 교정 파라미터들의 사용을 포함할 수 있다.

도 4에는 로봇 수술 시스템(50)(도 1의 MIRS 시스템(10)과 같은 것)이 도식적으로 도시되어 있다. 상술된 바와 같이, 외과의사의 콘솔(52)(도 1에서의 외과의사의 콘솔(16)과 같은 것)은 최소 침습 시술 동안 환자 측 카트(수술 로봇)(54)(도 1의 환자 측 카트(22)와 같은 것)를 제어하기 위해서 외과의사에 의해 사용될 수 있다. 환자 측 카트(54)는, 수술 부위의 이미지들을 캡쳐하고 캡쳐된 이미지들을 전자장치 카트(56)(도 1의 전자장치 카트(24)와 같은 것)에 출력하는, 입체 내시경과 같은 촬상 장치를 이용할 수 있다. 상술된 바와 같이, 전자장치 카트(56)는 연속적으로 디스플레이하기에 앞서, 다양한 방법들로 캡쳐된 이미지들을 처리할 수 있다. 예를 들어, 전자장치 카트(56)는 외과의사의 콘솔(52)을 통해 외과의사에게 결합된 이미지들을 디스플레이하기에 앞서, 캡쳐된 이미지들을 가상 제어 인터페이스와 중첩시킬 수 있다. 환자 측 카트(54)는 전자장치 카트(56) 외부에서 처리하기 위하여 캡쳐된 이미지들을 출력할 수 있다. 예를 들어, 환자 측 카트(54)는 캡쳐된 이미지들을 처리하는데 이용될 수 있는 프로세서(58)에 캡쳐된 이미지를 출력할 수 있다. 캡쳐된 이미지들은 전자장치 카트(56)와 프로세서(58)의 조합에 의해 처리될 수도 있는데, 이 전자장치 카트와 프로세서는 캡쳐된 이미지들을 공동으로, 순차적으로 그리고/또는 이들을 조합하여 처리하기 위해서 함께 결합될 수 있다. 하나 이상의 별개의 디스플레이(60)는 또한, 시술 부위의 이미지들 또는 다른 관련 이미지들과 같은 이미지들을 국부적으로 그리고/또는 원격으로 디스플레이하기 위하여 프로세서(58) 및/또는 전자장치 카트(56)와 결합될 수 있다.

도 5a와 도 5b에는 환자 측 카트(22)와 수술용 툴(62)이 각각 나타나 있다. 수술용 툴(62)은 수술용 툴(26)들 중 일 예시이다. 나타나 있는 환자 측 카트(22)는 시술 부위의 이미지들을 캡쳐하는데 사용되는 입체 내시경과 같은 촬상 장치(28) 및 3개의 수술용 툴(26)의 매니퓰레이션을 제공한다. 매니퓰레이션은 다수의 로봇 조인트를 가지는 로봇 메커니즘에 의해 제공된다. 촬상 장치(28)와 수술용 툴(26)은 환자의 절개부들을 통해 포지셔닝되고 조작될 수 있어서, 기구학적 원격 중심은 절개부의 크기를 최소화하기 위해서 절개부에 유지된다. 수술 부위의 이미지들은 촬상 장치(28)의 시야 내에 포지셔닝될 때 수술용 툴(26)들의 원위 단부들의 이미지들을 포함할 수 있다.

로봇 수술 시스템들 및 모듈식 매니퓰레이터 지지부들

도 6은 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템(70)이 개략적으로 표현된 사시도이다. 수술 시스템(70)은 장착 베이스(72), 지지 링크장치(74), 배향 플랫폼(76), 복수의 외측 셋업 링크장치(78)(2개 나타나 있음), 복수의 내측 셋업 링크장치(80)(2개 나타나 있음) 및 복수의 수술 기구 매니퓰레이터(82)를 포함한다. 매니퓰레이터(82)들 각각은 매니퓰레이터(82)에 장착된 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고, 삽입 축을 따라 환자 속으로 삽입가능하다. 매니퓰레이터(82)들 각각은 셋업 링크장치들(78, 80) 중 하나에 부착되면서 이에 의해 지지된다. 외측 셋업 링크장치(78)들 각각은 제 1 셋업 링크장치 조인트(84)를 통해 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 결합되면서 이에 의해 지지된다. 내측 셋업 링크장치(80)들 각각은 배향 플랫폼(76)에 고정되게 부착되면서 이에 의해 지지된다. 배향 플랫폼(76)은 지지 링크장치(74)에 회전가능하게 결합되면서 이에 의해 지지된다. 그리고 지지 링크장치(74)는 장착 베이스(72)에 고정되게 부착되면서 이에 의해 지지된다.

다수의 실시예들에서, 장착 베이스(72)는 이동가능하게 바닥에 지지되고, 이로써, 예컨대 수술실 내부에서 전체 수술 시스템(70)을 선택적으로 리포지셔닝할 수 있게 한다. 장착 베이스(72)는 조향가능한 휠 어셈블리 및/또는 다른 적합한 지지 부재를 포함할 수 있는데, 이 지지 부재는 선택된 포지션으로부터 장착 베이스(72)를 선택적으로 리포지셔닝하는 것뿐만 아니라 장착 베이스(72)의 이동을 선택적으로 방지하는 것 모두를 위하여 제공되는 것이다. 장착 베이스(72)는 또한, 예컨대 천장 장착부, 고정된 바닥(floor)/기반(pedestal) 장착부, 벽 장착부 또는 다른 적합한 장착 표면과 같은 임의의 다른 적합한 구성을 가질 수 있다.

지지 링크장치(74)는 배향 플랫폼(76)을 장착 베이스(72)에 대해 선택적으로 포지셔닝하도록 그리고/또는 배향하도록 작동가능하다. 지지 링크장치(74)는 칼럼 베이스(86), 병진운동가능한 칼럼 부재(88), 숄더 조인트(90), 붐 베이스 부재(92), 붐 제 1 스테이지 부재(94), 붐 제 2 스테이지 부재(96) 및 손목 조인트(98)를 포함한다. 칼럼 베이스(86)는 장착 베이스(72)에 고정되게 부착된다. 병진운동가능한 칼럼 부재(88)는 칼럼 베이스(86)에 대한 병진운동을 위하여 칼럼 베이스(86)에 슬라이딩가능하게 결합된다. 다수의 실시예들에서, 병진운동가능한 칼럼 부재(88)는 수직방향으로 배향된 축을 따라 칼럼 베이스(86)에 대해 병진운동한다. 붐 베이스 부재(92)는 숄더 조인트(90)에 의해 병진운동가능한 칼럼 부재(88)에 회전가능하게 결합된다. 숄더 조인트(90)는 붐 베이스 부재(92)를 병진운동가능한 칼럼 부재(88)에 대해 수평면에서 선택적으로 배향하도록 작동가능한데, 병진운동가능한 칼럼 부재(88)는 칼럼 베이스(86)와 장착 베이스(72)에 대하여 고정된 각도 배향을 가진다. 붐 제 1 스테이지 부재(94)는 수평 방향으로 붐 베이스 부재(92)에 대해 선택적으로 병진운동가능하고, 다수의 실시예에서는 붐 베이스 부재(92)와 붐 제 1 스테이지 부재(94) 모두가 함께 정렬되어 있다. 이와 마찬가지로, 붐 제 2 스테이지 부재(96)는 수평 방향으로 붐 제 1 스테이지 부재(94)에 대해 선택적으로 병진운동가능하고, 다수의 실시예에서는 붐 제 1 스테이지 부재(94)와 붐 제 2 스테이지 부재(96)가 정렬되어 있다. 따라서, 지지 링크장치(74)는 붐 제 2 스테이지 부재(96)의 원위 단부와 숄더 조인트(90) 사이의 거리를 선택적으로 세팅하도록 작동가능하다. 손목 조인트(98)는 붐 제 2 스테이지 부재(96)의 원위 단부를 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 결합한다. 손목 조인트(98)는 배향 플랫폼(76)의 각도 배향을 장착 베이스(72)에 대해 선택적으로 세팅하도록 작동가능하다.

셋업 링크장치들(78, 80) 각각은 연계된 매니퓰레이터(82)를 배향 플랫폼(76)에 대해 선택적으로 포지셔닝하도록 그리고/또는 배향하도록 작동가능하다. 셋업 링크장치들(78, 80) 각각은 셋업 링크장치 베이스 링크(100), 셋업 링크장치 연장 링크(102), 셋업 링크장치 평행사변형 링크장치 부분(104), 셋업 링크장치 수직 링크(106), 제 2 셋업 링크장치 조인트(108) 및 매니퓰레이터 지지 링크(110)를 포함한다. 외측 셋업 링크장치(78)들의 셋업 링크장치 베이스 링크(100)들 각각은 제 1 셋업 링크장치 조인트(84)의 작동을 통해 배향 플랫폼(76)에 대해 선택적으로 배향될 수 있다. 나타나 있는 실시예에서, 내측 셋업 링크장치(80)들의 셋업 링크장치 베이스 링크(100)들 각각은 배향 플랫폼(76)에 고정되게 부착된다. 내측 셋업 링크장치(80)들 각각은 또한 외측 셋업 링크장치들과 유사하게 부가적인 제 1 셋업 링크장치 조인트(84)들을 통해 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 부착될 수 있다. 셋업 링크장치 연장 링크(102)들 각각은 수평 방향으로 연계된 셋업 링크장치 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능하고, 다수의 실시예들에서는 연계된 셋업 링크장치 베이스 링크와 셋업 링크장치 연장 링크(102)가 정렬되어 있다. 셋업 링크장치 평행사변형 링크장치 부분(104)들 각각은, 셋업 링크장치 수직 링크(106)를 수직방향으로 배향된 상태로 유지하면서, 셋업 링크장치 수직 링크(106)를 수직 방향으로 선택적으로 병진운동시키도록 작동가능하게 구성된다. 예시적인 실시예들에서, 셋업 링크장치 평행사변형 링크장치 부분(104)들 각각은 제 1 평행사변형 조인트(112), 결합 링크(114) 및 제 2 평행사변형 조인트(116)를 포함한다. 제 1 평행사변형 조인트(112)는 결합 링크(114)를 셋업 링크장치 연장 링크(102)에 회전가능하게 결합한다. 제 2 평행사변형 조인트(116)는 셋업 링크장치 수직 링크(106)를 결합 링크(114)에 회전가능하게 결합한다. 제 1 평행사변형 조인트(112)는 제 2 평행사변형 조인트(116)에 회전가능하게 결속되고, 그 결과 셋업 링크장치 연장 링크(102)에 대한 결합 링크(114)의 회전은, 셋업 링크장치 수직 링크(106)가 수직방향으로 선택적으로 병진운동되는 동안 셋업 링크장치 수직 링크(106)를 수직방향으로 배향된 상태로 유지하기 위하여, 결합 링크(114)에 대한 셋업 링크장치 수직 링크(106)의 반대방향 회전(counteracting rotation)으로 매칭된다. 제 2 셋업 링크장치 조인트(108)는 매니퓰레이터 지지 링크(110)를 셋업 링크장치 수직 링크(106)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하고, 이로써 연계되어 부착된 매니퓰레이터(82)를 셋업 링크장치 수직 링크(106)에 대해 선택적으로 배향하는 것이 가능하다.

도 7은 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템(120)이 개략적으로 표현되어 있는 사시도이다. 수술 시스템(120)이 도 6의 수술 시스템(70)의 구성요소들과 유사한 구성요소들을 포함하기 때문에, 동일한 참조 번호들은 유사한 구성요소들을 위해 사용되고, 위에서 설명된 유사한 구성요소들에 관한 대응하는 설명은 수술 시스템(120)에 적용가능하지만 반복을 피하기 위해서 여기에서는 생략될 수 있다. 수술 시스템(120)은 장착 베이스(72), 지지 링크장치(122), 배향 플랫폼(124), 복수의 셋업 링크장치(126)들(4개가 나타나 있음) 및 복수의 수술 기구 매니퓰레이터(82)를 포함한다. 매니퓰레이터(82)들 각각은 매니퓰레이터(82)에 장착된 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고, 삽입 축을 따라 환자 속으로 삽입가능하다. 매니퓰레이터(82)들 각각은 셋업 링크장치(126)들 중 하나에 부착되면서 셋업 링크장치(126)들 중 하나에 의해 지지된다. 셋업 링크장치(126)들 각각은 제 1 셋업 링크장치 조인트(84)를 통해 배향 플랫폼(124)에 회전가능하게 결합되면서 배향 플랫폼(124)에 의해 지지된다. 배향 플랫폼(124)은 지지 링크장치(122)에 회전가능하게 결합되면서 지지 링크장치(122)에 의해 지지된다. 그리고 지지 링크장치(122)는 장착 베이스(72)에 고정되게 부착되면서 장착 베이스(72)에 의해 지지된다.

지지 링크장치(122)는 배향 플랫폼(124)을 장착 베이스(72)에 대해 선택적으로 포지셔닝하도록 그리고/또는 배향하도록 작동가능하다. 지지 링크장치(122)는 칼럼 베이스(86), 병진운동가능한 칼럼 부재(88), 숄더 조인트(90), 붐 베이스 부재(92), 붐 제 1 스테이지 부재(94) 및 손목 조인트(98)를 포함한다. 지지 링크장치(122)는 붐 제 1 스테이지 부재(94)의 원위 단부와 숄더 조인트(90) 사이의 거리를 선택적으로 세팅하도록 작동가능하다. 숄더 조인트(98)는 붐 제 1 스테이지 부재(94)의 원위 단부를 배향 플랫폼(124)에 회전가능하게 결합한다. 손목 조인트(98)는 배향 플랫폼(124)의 각도 배향을 장착 베이스(72)에 대해 선택적으로 세팅하도록 작동가능하다.

셋업 링크장치(126)들 각각은 연계된 매니퓰레이터(82)를 배향 플랫폼(124)에 대해 선택적으로 포지셔닝하도록 그리고/또는 배향하도록 작동가능하다. 셋업 링크장치(126)들 각각은 셋업 링크장치 베이스 링크(100), 셋업 링크장치 연장 링크(102), 셋업 링크장치 수직 링크(106), 제 2 셋업 링크장치 조인트(108), 토네이도 메커니즘 지지 링크(128) 및 토네이도 메커니즘(130)을 포함한다. 셋업 링크장치(126)들의 셋업 링크장치 베이스 링크(100)들 각각은 연계된 제 1 셋업 링크장치 조인트(84)의 작동을 통해 배향 플랫폼(124)에 대해 선택적으로 배향될 수 있다. 셋업 링크장치 수직 링크(106)들 각각은 연계된 셋업 링크장치 연장 링크(102)에 대해 수직 방향으로 선택적으로 병진운동가능하다. 제 2 셋업 링크장치 조인트(108)는 토네이도 메커니즘 지지 링크(128)를 셋업 링크장치 수직 링크(106)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다.

토네이도 메커니즘(130)들 각각은 토네이도 조인트(132), 결합 링크(134) 및 매니퓰레이터 지지부(136)를 포함한다. 결합 링크(134)는 매니퓰레이터 지지부(136)를 토네이도 조인트(132)에 고정되게 결합한다. 토네이도 조인트(130)는 토네이도 축(138) 둘레에서 매니퓰레이터 지지부(136)를 토네이도 메커니즘 지지 링크(128)에 대해 회전시키도록 작동가능하다. 토네이도 메커니즘(128)은 토네이도 축(138)이 매니퓰레이터(82)의 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 가로지르도록, 매니퓰레이터 지지부(136)를 포지셔닝하면서 배향하도록 구성된다. 따라서, 토네이도 조인트(132)의 작동은 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 환자에 대해 이동시키지 않으면서 연계된 매니퓰레이터(82)를 환자에 대해 재배향하도록 사용될 수 있다.

도 8은 도 7의 로봇 수술 시스템(120)이 개략적으로 표현된 것과 일치하되 다수의 실시예들에 따르는 로봇 수술 시스템(140)을 단순하게 표현한 것이다. 수술 시스템(140)이 도 7의 로봇 수술 시스템(120)과 일치하기 때문에, 동일한 참조 번호들은 유사한 구성요소들을 위해 사용될 수 있고, 위에서 설명된 유사한 구성요소들의 대응하는 설명은 수술 시스템(140)에 적용가능하지만 반복을 피하기 위해서 여기에서는 생략된다.

지지 링크장치(122)는 다수의 셋업 구조 축들을 따르는 지지 링크장치(122)의 링크들 사이의 상대 이동을 통해 장착 베이스(72)에 대해 배향 플랫폼(124)을 선택적으로 포지셔닝하면서 배향하도록 구성된다. 병진운동가능한 칼럼 부재(88)는 다수의 실시예들에서 수직방향으로 배향된 제 1 셋업 구조(set-up structure; SUS) 축(142)을 따라 칼럼 베이스(86)에 대해 선택적으로 재배향가능하다. 숄더 조인트(90)는 다수의 실시예에서 수직방향으로 배향된 제 2 SUS 축(144) 둘레에서 붐 베이스 부재(92)를 병진운동가능한 칼럼 부재(88)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 붐 제 1 스테이지 부재(94)는 다수의 실시예에서 수평방향으로 배향된 제 3 SUS 축(146)을 따라 붐 베이스 부재(92)에 대해 선택적으로 리포지셔닝가능하다. 그리고 손목 조인트(98)는 다수의 실시예들에서 수직방향으로 배향된 제 4 SUS 축(148) 둘레에서 배향 플랫폼(124)을 붐 제 1 스테이지 부재(94)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다.

셋업 링크장치(126)들 각각은 다수의 셋업 조인트(set-up joint; SUJ) 축 들을 따르는 셋업 링크장치(126)의 링크들 사이의 상대 이동을 통해 배향 플랫폼(124)에 대해 연계된 매니퓰레이터(82)를 선택적으로 포지셔닝하면서 배향하도록 구성된다. 제 1 셋업 링크장치 조인트(84) 각각은 다수의 실시예들에서 수직방향으로 배향된 제 1 SUJ 축(150) 둘레에서 연계된 셋업 링크장치 베이스 링크(100)를 배향 플랫폼(124)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 셋업 링크장치 연장 링크(102)들 각각은 다수의 실시예들에서 수평방향으로 배향된 제 2 SUJ 축(152)을 따라 연계된 셋업 링크장치 베이스 링크(10)에 대해 선택적으로 리포지셔닝될 수 있다. 셋업 링크장치 수직 링크(106)들 각각은 다수의 실시예들에서 수직방향으로 배향된 제 3 SUJ 축(154)를 따라 연계된 셋업 링크장치 연장 링크(102)에 대해 선택적으로 리포지셔닝될 수 있다. 제 2 셋업 링크장치 조인트(108)들 각각은 제 3 SUJ 축(154) 둘레에서 토네이도 메커니즘 지지 링크(128)를 셋업 링크장치 수직 링크(106)에 대해 선택적으로 배향하도록 작동가능하다. 토네이도 조인트(132)들 각각은 연계된 토네이도 축(138) 둘레에서 연계된 매니퓰레이터(82)를 회전시키도록 작동가능하다.

도 9에는 다수의 실시예들에 따르는, 배향 플랫폼(124)에 대한 셋업 링크장치(126)들의 회전 배향 한계들이 도시되어 있다. 셋업 링크장치(126)들 각각은 배향 플랫폼(124)에 대한 시계방향 한계 배향 상태로 나타나 있다. 대응하는 반시계방향 한계 배향은 수직방향으로 배향된 거울면에 대한 도 9의 거울 상으로 표현되어 있다. 도시된 바와 같이, 2개의 내측 셋업 링크장치(126)들 각각은 수직 기준선(vertical reference)(156)을 중심으로, 한쪽 방향으로는 5도부터 반대 방향으로는 75도까지 배향될 수 있다. 도시된 바와 같이, 2개의 외측 셋업 링크장치들 각각은 수직 기준선(156)을 중심으로 대응 방향으로는 15도부터 95도까지 배향될 수 있다.

도 10에는 다수의 실시예들에 따르되 로봇 수술 시스템(160)용 지지 링크장치의 회전 한계와 연계되어 있는 무게 중심의 도해가 나타나 있다. 로봇 수술 시스템(160)의 구성요소들이 수술 시스템(160)의 지지 링크장치(164)에 대하여 한쪽 측면으로의 최대 범위까지 로봇 수술 시스템(160)의 무게 중심(162)을 옮기도록 포지셔닝되면서 배향되어 있는 상태에서, 지지 링크장치(164)의 숄더 조인트는 장착 베이스의 미리 정해진 안정 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해서 셋업 구조(set-up structure; SUS) 숄더 조인트 축(166) 둘레에서 지지 구조체(164)의 회전을 한정하도록 구성될 수 있다.

다른 변경들은 본 발명의 사상의 범위 내에 있다. 따라서, 본 발명이 여러 가지 수정들 및 대체 구성들의 여지가 있지만, 도시되어 있는 특정 실시예들은 도면들에 나타나 있고 상세하게 상술되어 있다. 그러나, 본 발명을 특정 형태나 개시된 형태들로 한정하려고 의도하지는 않았고, 오히려 첨부의 특허청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명이 모든 수정들, 대체 구성들, 및 본 발명의 사상과 범주 내에 속하는 균등물을 포함할 수 있다는 것은 이해되어야 한다.

"한(a)", "하나의(an)"와 "그(the)" 및 본 발명을 설명하는 문맥상의(특히 다음에 오는 특허청구범위의 문맥상의) 유사한 지시어(referent)들의 사용은 이와 다르게 본 명세서에서 지시되거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한, 단수와 복수 모두를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. "구비하는(comprising)", "가지는(having)" 및 "포함하는(containing)"이라는 용어들은 이와 다르게 언급되지 않는 한, 제약을 두지않는(open-ended) 용어들(즉 "포함하되 한정되지 않는"을 의미함)로서 해석될 수 있다. "연결된(connected)"이라는 용어는 개재되어 있는 어떤 것이 존재하더라도 부분적으로 또는 전체적으로 그 내부에 포함되거나, 함께 부착되거나 결합되는 것으로 해석될 수 있다. 본 명세서에 열거되어 있는 값들의 범위는 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 그 범위에 속하는 각각의 별개의 값을 개별적으로 지칭하는 약식 방법(shorthand method)으로서 이용되도록 의도되어 있을 뿐이다. 본 명세서에서 설명된 모든 방법들은 이와 다르게 본 명세서에서 지시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 적합한 순서로 행하여 진다. 본 명세서에서 제공되는 일부 예시와 모든 예시들 또는 예시적인 용어(예컨대 "~와 같은(such as)")의 사용은 본 발명의 실시예들을 더욱 설명하도록 의도되었을 뿐이고 이와 달리 주장되지 않는 한, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 명세서에서의 용어는 주장되지 않는 요소를 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 지시하는 것처럼 해석되어서는 안된다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 본 명세서에 설명되어 있고, 본 발명을 실시하는 발명자들에게 알려진 최선의 실시예(best mode)를 포함한다. 이러한 바람직한 실시예들의 변경들은 전술된 설명을 읽는 즉시 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 발명자들은 통상의 기술자가 이러한 변경들을 적절한 정도로 이용하는 것을 예정하고 있으며, 그리고 발명자들은 본 발명이 본 명세서에서 특별히 설명되는 바와 달리 실시될 수 있다는 것을 의도하고 있다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법률에 의해 허용되는 정도로 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에서 인용되는 대상에 관한 모든 수정과 균등물을 포함한다. 더욱이, 본 명세서의 모든 가능성 있는 변경들에 있어서의 상술된 요소들의 임의의 조합은 이와 다르게 본 명세서에서 지시되거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한, 본 발명에 포함되어 있다.

본 명세서에서 인용된 공보들, 특허 출원들 및 특허들을 포함하는 모든 참조문헌은, 각각의 참조문헌이 참조사항으로 통합되어 있는 것으로 개별적이면서도 특별히 지시되어 본 명세서에서 그 전체로 설명되어 있는 것과 같이 동일한 정도로 통합되어 있다.

Claims

로봇 수술 시스템에 있어서,
장착 베이스(72);
상기 장착 베이스(72)에 고정되게 결합되는 칼럼 베이스(86);
상기 칼럼 베이스(86)에 대한 병진운동을 위하여 상기 칼럼 베이스(86)에 슬라이딩가능하게 결합된 병진운동가능한 칼럼 부재(88);
상기 병진운동가능한 칼럼 부재(88)와 결합된 배향 플랫폼(76);
각각이 제 1 외측 셋업 링크장치 조인트(84)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 결합되고 이에 의해 지지되는 외측 셋업 링크장치(78)들로서, 각각의 외측 셋업 링크장치(78)는 베이스 링크(100), 연장 링크(102), 결합 링크(114), 및 상기 결합 링크(114)를 상기 연장 링크(102)에 결합하고 상기 결합 링크(114)가 수평방향으로 배향된 축 둘레에서 상기 연장 링크(102)에 대해 회전하도록 작동가능한 제 1 조인트(112)를 포함하고, 상기 연장 링크(102)는 수평 방향으로 상기 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능한, 외측 셋업 링크장치들(78); 및
각각이 대응하는 하나의 상기 외측 셋업 링크장치(78)를 통해 배향 플랫폼(76)에 결합되는 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)들로서, 각각의 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 외측 수술 기구 매니퓰레이터에 장착되는 연계된 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자에게 삽입 축을 따라 상기 연계된 수술 기구를 삽입하도록 작동가능한, 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)들을 포함하는, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 장착 베이스는 이동가능하고 바닥에 지지되는, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 병진운동가능한 칼럼 부재(88)는 수직방향으로 배향된 제 1 축을 따라 상기 장착 베이스(72)에 대해 선택적으로 포지셔닝가능한, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 각각의 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 상기 연계된 수술 기구가 장착될 수 있는 기구 홀더를 포함하고;
상기 각각의 외측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 RC를 가로지르는 대응하는 제 1 외측 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 연계된 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 각각의 외측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 RC를 가로지르는 제 2 외측 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 연계된 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 각각의 대응하는 제 1 및 제 2 외측 매니퓰레이터 축은 상기 대응하는 삽입 축을 횡단하며;
상기 대응하는 제 2 외측 매니퓰레이터 축은 상기 대응하는 제 1 외측 매니퓰레이터 축을 횡단하는, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제 1 외측 셋업 링크장치 조인트(84)는 연계된 수직방향으로 배향된 축을 중심으로 상기 배향 플랫폼(76)에 대해 상기 연계된 외측 셋업 링크장치(78)를 회전시키도록 작동가능한, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서, 상기 로봇 수술 시스템은,
상기 외측 셋업 링크장치들(78)로부터 안쪽으로 상기 배향 플랫폼(76)과 결합되는 내측 셋업 링크장치들(80)와, 대응하는 하나의 내측 셋업 링크장치(80)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되는 내측 수술 기구 매니퓰레이터들(82)을 더 포함하고,
상기 각각의 내측 셋업 링크장치(80)는 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되고 이에 의해 지지되고;
상기 각각의 내측 셋업 링크장치(80)는 베이스 링크(100), 연장 링크(102), 결합 링크(114), 및 상기 결합 링크(114)를 상기 연장 링크(102)에 결합하고 상기 결합 링크(114)가 수평방향으로 배향된 축 둘레에서 상기 연장 링크(102)에 대해 회전하도록 작동가능한 제 1 조인트(112)를 포함하고, 상기 연장 링크(102)는 수평 방향으로 상기 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능하고;
상기 각각의 내측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 내측 수술 기구 매니퓰레이터에 장착되는 연계된 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고 연계된 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자에게 삽입 축을 따라 상기 연계된 수술 기구를 삽입하도록 작동가능한, 로봇 수술 시스템.
제6항에 있어서,
상기 각각의 내측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 상기 연계된 수술 기구가 장착될 수 있는 기구 홀더를 포함하고;
상기 각각의 내측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 RC를 가로지르는 제 1 내측 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 각각의 내측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 RC를 가로지르는 제 2 내측 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 각각의 제 1 및 제 2 내측 매니퓰레이터 축은 상기 대응하는 삽입 축을 횡단하며;
상기 대응하는 제 2 내측 매니퓰레이터 축은 상기 대응하는 제 1 내측 매니퓰레이터 축을 횡단하는, 로봇 수술 시스템.
제1항에 있어서, 상기 로봇 수술 시스템은,
내측 셋업 링크장치(80)와, 상기 내측 셋업 링크장치(80)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되는 내측 수술 기구 매니퓰레이터(82)를 더 포함하고,
상기 내측 셋업 링크장치(80)는 상기 외측 셋업 링크장치(78)들 사이에서 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되고 이에 의해 지지되고;
상기 내측 셋업 링크장치(80)는 내측 링크장치 베이스 링크(100), 내측 링크장치 연장 링크(102), 내측 링크장치 결합 링크(114), 및 상기 내측 링크장치 결합 링크(114)를 상기 내측 링크장치 연장 링크(102)에 결합하고 상기 결합 링크(114)가 수평방향으로 배향된 축 둘레에서 상기 연장 링크(102)에 대해 회전하도록 작동가능한 내측 링크장치 제 1 조인트(112)를 포함하고, 상기 내측 링크장치 연장 링크(102)는 수평 방향으로 상기 내측 링크장치 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능하고; 및
상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 내측 수술 기구 매니퓰레이터에 장착되는 연계된 내측 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고, 연계된 내측 수술 기구 매니퓰레이터의 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자에게 내측 수술 기구 매니퓰레이터 삽입 축을 따라 상기 연계된 내측 수술 기구를 삽입하도록 작동가능한, 로봇 수술 시스템.
제8항에 있어서,
상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 상기 연계된 내측 수술 기구가 장착될 수 있는 내측 수술 매니퓰레이터 기구 홀더를 포함하고;
상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 내측 수술 기구 매니퓰레이터의 RC를 가로지르는 제 1 내측 수술 기구 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터는 상기 연계된 내측 수술 기구 매니퓰레이터의 RC를 가로지르는 제 2 내측 수술 기구 매니퓰레이터 축 둘레에서 상기 내측 수술 기구 매니퓰레이터 기구 홀더를 회전시키도록 작동가능하고;
상기 각각의 제 1 및 제 2 내측 수술 기구 매니퓰레이터 축은 상기 내측 수술 기구 삽입 축을 횡단하며;
상기 제 2 내측 수술 기구 매니퓰레이터 축은 상기 제 1 내측 수술 기구 매니퓰레이터 축을 횡단하는, 로봇 수술 시스템.
로봇 수술 시스템에 있어서,
장착 베이스(72);
상기 장착 베이스(72)에 고정되게 결합되는 칼럼 베이스(86);
상기 칼럼 베이스(86)에 대한 병진운동을 위하여 상기 칼럼 베이스(86)에 슬라이딩가능하게 결합된 병진운동가능한 칼럼 부재(88);
상기 병진운동가능한 칼럼 부재(88)와 결합된 배향 플랫폼(76);
제 1 외측 셋업 링크장치 조인트(84)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 결합되고 이에 의해 지지되는 제 1 외측 셋업 링크장치(78)로서, 상기 제 1 외측 셋업 링크장치(78)는 제 1 베이스 링크(100), 제 1 연장 링크(102), 제 1 결합 링크(114), 및 상기 제 1 결합 링크(114)를 상기 제 1 연장 링크(102)에 결합하고 상기 제 1 결합 링크(114)가 제 1 수평방향으로 배향된 축 둘레에서 상기 제 1 연장 링크(102)에 대해 회전하도록 작동가능한 제 1 조인트(112)를 포함하고, 상기 제 1 연장 링크(102)는 수평 방향으로 상기 제 1 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능한, 제 1 외측 셋업 링크장치(78);
제 2 외측 셋업 링크장치 조인트(84)를 통해 배향 플랫폼(76)에 회전가능하게 결합되고 이에 의해 지지되는 제 2 외측 셋업 링크장치(78)로서, 상기 제 2 외측 셋업 링크장치(78)는 제 2 베이스 링크(100), 제 2 연장 링크(102), 제 2 결합 링크(114), 및 상기 제 2 결합 링크(114)를 상기 제 2 연장 링크(102)에 결합하고 상기 제 2 결합 링크(114)가 제 2 수평방향으로 배향된 축 둘레에서 상기 제 2 연장 링크(102)에 대해 회전하도록 작동가능한 제 2 조인트(112)를 포함하고, 상기 제 2 연장 링크(102)는 수평 방향으로 상기 제 2 베이스 링크(100)에 대해 병진운동가능한, 제 2 외측 셋업 링크장치(78);
상기 제 1 외측 셋업 링크장치(78)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되는 상기 제 1 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)로서, 상기 제 1 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 제 1 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)에 장착되는 제 1 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고 연계된 제 1 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자에게 제 1 삽입 축을 따라 상기 제 1 수술 기구를 삽입하도록 작동가능한, 제 1 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82); 및
상기 제 2 외측 셋업 링크장치(78)를 통해 상기 배향 플랫폼(76)에 결합되는 제 2 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)로서, 상기 제 2 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)는 제 2 외측 수술 기구 매니퓰레이터에 장착되는 제 2 수술 기구를 선택적으로 관절운동시키도록 작동가능하고 연계된 제 2 매니퓰레이션의 원격 중심(RC)을 통해 환자에게 제 2 삽입 축을 따라 상기 제 2 수술 기구를 삽입하도록 작동가능한, 제 2 외측 수술 기구 매니퓰레이터(82)를 포함하는, 로봇 수술 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제 1 외측 셋업 링크장치(78) 및 상기 제 1 외측 수술 기구 매니퓰레이터는 로봇 수술 시스템의 제 1 외측에 위치하고,
상기 제 2 외측 셋업 링크장치(78) 및 상기 제 2 외측 수술 기구 매니퓰레이터는 로봇 수술 시스템의 제 2 외측에 위치하고, 상기 제 2 외측은 상기 제 1 외측에 대향하는, 로봇 수술 시스템.