KR102551268B1 - 원격으로 제어가능한 아암을 위한 위치결정 표시장치 시스템 및 관련 방법 - Google Patents

원격으로 제어가능한 아암을 위한 위치결정 표시장치 시스템 및 관련 방법 Download PDF

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사이몬 피터 디마이오
니콜라스 레오 번슈타인
폴 밀만
디네쉬 라빈드란
알렉 폴 로버트슨
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Abstract

로봇 시스템이 바닥면에 대하여 이동가능한 베이스 및 상기 베이스로부터 뻗어 있는 제어가능한 아암을 포함하고 있다. 상기 아암은 공구를 지지하고 이동시키도록 구성되어 있다. 상기 아암은 상기 공구를 위치시키고 및/또는 배향시키도록 작동되는 동력 조인트를 가지고 있다. 상기 로봇 시스템은 위치결정 표시장치를 더 포함하고 있다. 프로세서가 바닥면에 대하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치를 작동시키고, 상기 수동 위치조정 동안 상기 프로세서가 상기 공구의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트를 작동시킨다.

Description

원격으로 제어가능한 아암을 위한 위치결정 표시장치 시스템 및 관련 방법{POSITIONING INDICATOR SYSTEM FOR A REMOTELY CONTROLLABLE ARM AND RELATED METHODS}
본 발명은 원격으로 제어가능한 아암을 위한 위치결정 표시장치 시스템, 보다 구체적으로는, 로봇 시스템의 원격으로 제어가능한 아암을 위한 위치결정 표시장치 시스템에 관한 것이다.
로봇 시스템은 작업 현장에서 작업을 수행하기 위해 기구를 조종하는 로봇 아암을 포함할 수 있다. 상기 로봇 아암은 하나 이상의 조인트에 의해 함께 결합된 두 개 이상의 링크를 포함할 수 있다. 상기 조인트는 능동적으로 제어되는 능동형 조인트일 수 있다. 상기 조인트는 능동형 조인트가 능동적으로 제어될 때 능동형 조인트의 움직임에 순응하는 수동형 조인트일 수 있다. 이러한 능동형 조인트와 수동형 조인트는 레볼루트 조인트(revolute joint) 또는 프리즈매틱 조인트(prismatic joint)일 수 있다. 상기 로봇 아암의 구성은 상기 조인트들의 위치, 상기 로봇 아암의 구조, 그리고 상기 링크들의 결합에 의해 결정될 수 있다.
로봇 시스템은 산업용 로봇 시스템과 오락용 로봇 시스템을 포함한다. 로봇 시스템은 진단, 비-수술 치료, 수술 치료 등을 위한 처치에 사용되는 의료용 로봇 시스템도 포함한다. 한 가지 특수한 예로서, 로봇 시스템은 외과의사가 침대옆 위치 또는 원격 위치로부터 환자에 대해 수술할 수 있는 최소 침습 로봇 원격 수술 시스템을 포함한다. 원격 수술은 일반적으로 외과의사가 몇몇 형태의 원격 제어장치, 예를 들면, 손으로 직접 수술 기구를 쥐고 이동시키는 것이 아니라 수술 기구 움직임을 조종하는 서보 기구를 사용하는 수술 시스템을 이용하여 시행하는 수술을 지칭한다. 원격 수술에 사용될 수 있는 로봇 수술 시스템은 원격으로 제어가능한 로봇 아암을 포함할 수 있다. 오퍼레이터는 원격으로 제어가능한 로봇 아암의 움직임을 원격으로 제어할 수 있다. 오퍼레이터는 또한 로봇 수술 시스템의 여러 부분을 수술 환경 내의 여러 위치로 수동으로 이동시킬 수도 있다. 예를 들어, 외과의사, 수술 보조자, 또는 다른 오퍼레이터가 상기 장비가 수술 환경의 바닥면을 따라서 이동하도록 상기 장비를 손으로 밀거나 당길 수 있다.
미국특허출원공보 US 2016/0113728 A1
하나의 실시형태에서, 수술 시스템이 바닥면에 대하여 이동가능한 베이스와 상기 베이스로부터 뻗어 있는 원격으로 제어가능한 아암을 포함하고 있다. 상기 원격으로 제어가능한 아암은 수술 공구를 지지하도록 구성되어 있다. 상기 원격으로 제어가능한 아암은 상기 수술 공구가 상기 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지되어 있을 때 상기 수술 공구를 이동시키도록 작동되는 동력 조인트를 가지고 있다. 상기 수술 시스템은 위치결정 표시장치와 프로세서를 더 포함하고 있다. 상기 프로세서는 상기 위치결정 표시장치와 상기 원격으로 제어가능한 아암에 통신가능하게 결합되어 있다. 상기 프로세서는 상기 바닥면에 대해서 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해 상기 위치결정 표시장치를 작동시키도록, 그리고, 상기 수동 위치조정 동안에 상기 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해 상기 동력 조인트를 작동시키도록 구성되어 있다.
다른 실시형태에서는, 한 방법이 수술 시스템의 원격으로 제어가능한 아암의 자세에 기초하여 최적성 스코어를 결정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 최적성 스코어가 임계 스코어보다 더 크도록 상기 원격으로 제어가능한 아암의 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 사람이 감지할 수 있는 표시를 발생시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 최적성 스코어가 임계 스코어보다 더 큰 동안 외과 수술을 수행하기 위해서, 원격 오퍼레이터 입력에 기초하여, 상기 원격으로 제어가능한 아암의 움직임을 제어하는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에서는, 베이스로부터 뻗어 있는 로봇 아암을 포함하는 로봇 시스템을 작동시키는 방법이 포함되어 있다. 상기 방법은 프로세서에 의해서, 베이스의 목표 베이스 자세를 결정하는 단계; 상기 프로세서에 의해서, 바닥면에 대하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 위치결정 표시장치를 작동시키는 단계; 그리고 상기 프로세서에 의해서, 상기 베이스의 수동 위치조정 동안에 상기 로봇 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 상기 로봇 아암을 작동시키는 단계를 포함하고 있다.
또 다른 실시형태에서는, 비-일시적 기계 판독가능 매체가 복수의 기계 판독가능 명령을 포함하고 있다. 이러한 명령은, 상기 로봇 시스템과 결합된 하나 이상의 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 방법을 수행하게 하도록 되어 있다. 상기 방법은 본 명세서에 기술된 여러 방법들 중의 임의의 방법일 수 있다.
특정 실시형태는, 아래에 기술된 여러 구현예의 임의의 적절한 조합을 포함하는, 여기와 다른 곳에 기술된 하나 이상의 구현예를 포함한다.
몇몇 구현예에서, 상기 프로세서는, (1) 기준에 대하여 상기 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 동력 조인트를 작동시키는 것, (2) 기준에 대하여 상기 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분에 의해 쥐어진 캐뉼라의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 동력 조인트를 작동시키는 것, (3) 기준에 대하여 수술 공구의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 동력 조인트를 작동시키는 것 등에 의하여, 상기 수동 위치조정 동안에 상기 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 동력 조인트를 작동시키도록 구성되어 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이, 수술 공구가 삽입되거나, 삽입되도록 되어 있는 환자에 대한 접근 구멍의 위치에 해당하는 지점과 같은 기준점이다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이 기준 위치가 아니라 하나 이상의 기준 방향을 포함한다; 예를 들어, 상기 하나 이상의 기준 방향은 위치조정 프로세스가 시작되기 직전에 상기 원위 부분의 3차원 배치방향에 기초할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 위치와 하나 이상의 배치방향이 유지되는 경우 상기 기준이 기준 위치와 하나 이상의 기준 방향의 양자 모두를 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이 3차원 공간에서 위치와 배치방향을 한정하기에 충분한 전체 기준틀(full reference frame)을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 상기 베이스를 테이블에 부착시키는 세트업 조립체를 포함하고 있고, 상기 테이블은 환자를 바닥면보다 위로 지지하도록 구성되어 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 바닥면에 지지된 카트를 포함하고 있다. 상기 카트는, 예를 들어, 상기 베이스를 바닥면보다 위로 지지한다. 몇몇 경우에는, 상기 수술 시스템이 상기 카트를 상기 베이스에 연결시키는 세트업 조립체를 더 포함하고 있고, 상기 세트업 조립체는 수동형 조인트를 포함하고 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치가, 예를 들어, 상기 카트가 바닥면에 대하여 이동가능하고 상기 베이스가 상기 카트에 대하여 이동가능한 동안 상기 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 수술 시스템이 상기 카트에 결합된 제동 메카니즘을 더 포함하고 있다. 상기 제동 메카니즘은, 예를 들어, 상기 베이스가 최적의 베이스 위치 범위로부터 멀어지게 이동하는 것을 막도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 동력 조인트가 제1 동력 조인트이다. 상기 아암은, 예를 들어, 링크장치에 의해서 제1 동력 조인트에 연결된 제2 동력 조인트를 더 포함하고 있다. 제1 동력 조인트와 제2 동력 조인트는, 예를 들어, 수술 공구, 또는 캐뉼라, 또는 상기 아암의 원위 부분을 이동시키도록 구성되어 있다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 상기 프로세서가 수술 공구, 캐뉼라, 또는 상기 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 제1 동력 조인트와 제2 동력 조인트를 작동시키고 있는 동안 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 상기 위치(및/또는 배치방향)는 임의의 적절한 기준에 대하여, 예를 들어, 기준점, 하나 이상의 기준 방향, 또는 기준틀에 대하여 유지될 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 선택적으로 해제가능한 수동형 조인트를 더 포함하고 있다. 상기 수동형 조인트는, 예를 들어, 링크장치에 의해서 상기 베이스에 연결되어 있으며 상기 베이스를 바닥면보다 위로 지지한다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 상기 프로세서가 (예를 들어, 기준점, 하나 이상의 기준 방향, 또는 기준틀에 대하여) 수술 공구, 캐뉼라, 또는 상기 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 상기 동력 조인트와 상기 선택적으로 해제가능한 수동형 조인트를 작동시키고 있는 동안 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서, 상기 위치결정 표시장치는 또한, 상기 프로세서에 의해 결정된 조인트 상태의 목표 범위에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치가 상기 프로세서에 의해서 선택적으로 작동가능한 복수의 표시등을 포함하고 있다. 상기 복수의 표시등의 각각은 상기 베이스의 수동 위치조정의 상응하는 위치조정 방향을 나타내도록 위치되어 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 위치결정 표시장치는, 상기 베이스의 수동 위치조정의 위치조정 방향을 나타내는 빛을 바닥면쪽으로 비추는 것에 의해서 상기 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 상기 베이스의 베이스 자세에 대하여 상기 아암의 아암 자세를 나타내는 신호를 발생시키는 센서를 더 포함하고 있고, 상기 프로세서는 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 신호를 수신하도록 구성되어 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 상기 베이스와 상기 아암의 각각의 위치를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 복수의 센서를 더 포함하고 있다. 상기 복수의 센서는, 예를 들어, 근접각 센서, 힘 센서, 그리고 압력 센서 중의 적어도 하나를 포함하고 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 상기 동력 조인트에 결합되어 있으며 상기 동력 조인트를 구동시키기 위해서 상기 프로세서에 의해서 제어되는 액추에이터를 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는, 예를 들어, 상기 액추에이터를 선택적으로 구동시키는 동안 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 위치결정 표시장치가 액추에이터를 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는, 예를 들어, 상기 베이스의 수동 위치조정 동안에 상기 동력 조인트의 이동을 막도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치가 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 촉각적 표시를 제공하도록 상기 프로세서에 의해서 제어되는 제동 메카니즘을 포함하고 있다. 몇몇 경우에는, 상기 동력 조인트가 조인트 상태의 범위 내내 이동가능하다. 상기 제동 메카니즘은, 예를 들어, 상기 동력 조인트가 조인트 상태의 범위를 넘어서 이동하는 것을 막는 것에 의해서 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서, 상기 위치결정 표시장치는 또한, 상기 프로세서에 의해 결정된 상기 바닥면 위의 최적의 베이스 위치 범위에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 위치결정 표시장치는, 상기 베이스가 상기 최적의 베이스 위치 범위 내에 있다는 것을 상기 베이스의 수동 위치조정 동안에 오퍼레이터에게 알리도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 위치결정 표시장치는, 상기 베이스가 상기 최적의 베이스 위치 범위의 외측에 있다는 것을 상기 베이스의 수동 위치조정 동안에 오퍼레이터에게 알리도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 수술 시스템이 상기 베이스에 위치되어 있으며 상기 최적의 베이스 위치 범위에 대하여 베이스 자세를 나타내는 신호를 발생시키도록 구성된 센서를 더 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는, 예를 들어, 상기 베이스 자세를 나타내는 신호에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 상기 아암의 원하는 움직임의 범위의 매뉴얼 데몬스트레이션(manual demonstration)을 나타내는 신호를 발생시키는 센서를 더 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 예를 들어, 상기 매뉴얼 데몬스트레이션을 나타내는 신호에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 기준점이 수술 공구가 삽입되는 환자에 대한 접근 구멍의 위치와 일치한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치는 또한, 상기 바닥면 상의 장애물의 상기 베이스에 대한 위치에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 아암이 제1 아암이다. 상기 기준은, 예를 들어, 제1 기준이다. 상기 수술 시스템이, 예를 들어, 수술 공구를 지지하고 위치시키도록(및/또는 배향시키도록) 구성된 제2 원격으로 제어가능한 아암을 더 포함하고 있다. 상기 제2 아암은, 예를 들어, 제2 기준에 대하여 상기 제2 아암의 수술 공구를 위치시키도록(및/또는 배향시키도록) 이동가능한 동력 조인트를 가지고 있다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 예를 들어, 제1 기준에 대하여 제1 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키고 제2 기준에 대하여 제2 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해서 제1 아암의 동력 조인트와 제2 아암의 동력 조인트를 작동시키는 동안 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 위치결정 표시장치는 또한, 제2 아암의 자세에 대한 제1 아암의 자세에 기초하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 베이스가 제1 베이스이다. 상기 수술 시스템이, 예를 들어, 제2 아암에 연결된 제2 베이스를 더 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 예를 들어, (예를 들면, 제1 기준에 대하여) 제1 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 제1 아암의 동력 조인트를 작동시키는 동안 제1 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 예를 들어, (예를 들면, 제2 기준에 대하여) 제2 아암의 원위 부분의 위치를 유지시키기 위하여 제2 아암의 동력 조인트를 작동시키는 동안 제2 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 제2 아암은 제1 아암이 뻗어 나온 베이스로부터 뻗어 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치는, 수술 공구가 환자의 접근 구멍 속으로 삽입되기 전에 제1 기준에 대하여 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 상기 동력 조인트를 작동시키는 동안 상기 베이스의 제1 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 상기 위치결정 표시장치는, 예를 들어, 수술 공구가 환자의 접근 구멍 속으로 삽입된 후에 제2 기준에 대하여 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위하여 상기 동력 조인트를 작동시키는 동안 상기 베이스의 제2 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 제2 기준은 상기 접근 구멍의 위치(및/또는 배치방향)에 해당하는 지점을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치는, 상기 아암이 수술을 수행하도록 제어되기 전에 상기 프로세서에 의해서 결정된 제1 최적의 베이스 위치 범위에 기초하여 상기 베이스의 제1 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 상기 위치결정 표시장치는 또한, 예를 들어, 수술 공구를 환자의 접근 구멍 속으로 삽입한 후에 상기 프로세서에 의해서 결정된 제2 최적의 베이스 위치 범위에 기초하여 상기 베이스의 제2 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 바닥면보다 위로 환자를 지지하도록 구성된 이동가능한 테이블을 더 포함하고 있다. 상기 위치결정 표시장치는, 예를 들어, 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트를 작동시키는 동안 상기 이동가능한 테이블의 수동 위치조정과 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하도록 상기 프로세서에 의해서 제어된다. 몇몇 경우에는, 상기 이동가능한 테이블이 상기 베이스에 연결되어 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템이 오퍼레이터 입력을 수신하고 상기 오퍼레이터 입력에 기초하여 상기 동력 조인트의 움직임을 초래하도록 상기 아암에 대해 명령을 무선으로 전송하는 콘솔을 더 포함하고 있다.
몇몇 구현예에서는, 바닥면에 대해 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 위치결정 표시장치를 작동시키는 것이 상기 로봇 아암의 자세에 기초하여 최적성 스코어를 결정하는 것, 상기 최적성 스코어가 최적성 기준을 충족시키지 못하는 것에 대응하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 것, 그리고 상기 최적성 스코어가 최적성 기준을 충족시키는 것에 대응하여 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치의 작동을 중단시키는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서가 상기 베이스가 최적의 베이스 위치 범위로부터 멀어지게 이동하는 것을 막기 위해서 제동 메카니즘을 작동시킨다. 몇몇 구현예에서는, 상기 베이스의 수동 위치조정 동안에 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해서 상기 로봇 아암을 작동시키는 것이 상기 로봇 아암의 수동형 조인트의 해제 메카니즘을 선택적으로 작동시키는 것과 별개로 또는 동시에 상기 로봇 아암의 동력 조인트를 작동시키는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 위치결정 표시장치를 작동시키는 것이 다음 사항: 복수의 표시등을 선택적으로 작동시키는 것, 상기 베이스의 수동 위치조정의 위치조정 방향을 나타내는 상기 바닥면을 향하는 빛을 비추는 것, 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해 촉각적 표시를 제공하고 상기 로봇 아암의 이동을 막기 위해서 액추에이터 또는 브레이크를 작동시키는 것, 그리고 상기 베이스가 최적의 베이스 위치 범위의 내에 또는 외측에 있는 것을 나타내기 위해서 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 것 중의 하나 이상을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 베이스의 목표 베이스 자세를 결정하는 것이 상기 로봇 아암의 원하는 움직임의 범위의 매뉴얼 데몬스트레이션을 나타내는 신호를 수신하는 것, 그리고 목표 베이스 자세를 결정하기 위해서 상기 신호를 이용하는 것을 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 상기 베이스의 목표 베이스 자세를 결정하는 것이 장애물의 위치와 제2 로봇 아암의 자세 중의 적어도 하나에 기초하여 목표 베이스 자세를 결정하는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 작동 방법이, 상기 프로세서에 의해, 상기 베이스의 제2 목표 베이스 자세를 결정하는 것, 바닥면에 대하여 상기 베이스의 제2 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 것, 그리고 바닥면에 대한 상기 베이스의 제2 수동 위치조정 동안에 제2 기준에 대하여 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해 로봇 아암을 작동시키는 것을 포함한다.
몇몇 구현예에서는, 작동 방법이, 로봇 아암용 워크피스(work piece)를 지지하는 이동가능한 테이블의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 것, 그리고 상기 이동가능한 테이블의 수동 위치조정 동안에 상기 워크피스에 대하여 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키기 위해서 상기 로봇 아암을 작동시키는 것을 포함한다.
상기한 것의 장점은 아래에 기술된 것과 본 명세서의 다른 곳에 기술된 것을 포함할 수 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 상기 수술 시스템의 상기 위치결정 표시장치는 수술하는 동안 원격으로 제어가능한 아암의 성능을 향상시키는 위치(및/또는 배치방향)로 오퍼레이터가 상기 베이스를 수동으로 위치조정하는 것을 도와줄 수 있다. 상기 위치결정 표시장치는 수술하는 동안 수술 공구가 환자 주위의 작업 공간의 일부분에 쉽게 접근할 수 있게 위치되도록(및/또는 배향되도록) 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 상기 수동 위치조정 동안에, 상기 위치결정 표시장치는 상기 베이스를 상기 원격으로 제어가능한 아암의 조인트가 시행될 수술에 적합한 움직임의 범위 전체에 걸쳐서 이동하는 것을 가능하게 하는 위치(및/또는 배치방향)쪽으로 이동시키도록 오퍼레이터를 안내할 수 있다.
상기 위치결정 표시장치 시스템은 또한 상기 수동 위치조정을 완료하는데 필요한 시간의 양을 줄임으로써 상기 수동 위치조정 프로세스를 촉진시킬 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템에 의해서 제공된 안내가 없으면, 오퍼레이터는 상기 베이스를 최적의 베이스 위치 범위로부터 멀어지는 방향으로 위치조정시킬 수 있고, 잠재적으로 차선의 위치에 놓이는 것(및/또는 배치방향으로 놓이는 것)으로 인한 지연을 초래할 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 이러한 방향으로 이동하는 것을 저지하는 표시를 제공할 수 있고, 따라서 상기 베이스를 바람직한 위치(및/또는 배치방향)로 수동으로 위치조정하는 소요되는 시간의 양을 줄일 수 있다.
상기 수동 위치조정 동안 상기 위치결정 표시장치 시스템에 의해서 제공된 안내가 상기 아암의 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)가 유지되는 동안 이루어지기 때문에, 상기 베이스의 위치조정의 단계들이 간소화될 수 있다. 예를 들어, 상기 원위 부분은 수술 공구가 환자에 대한 접근 구멍 속으로 수동으로 위치되거나 배치될 수 있도록 배치될 수 있다. 상기 베이스의 수동 위치조정은 원격으로 제어가능한 아암이 상기 원위 부분의 위치(및/또는 배치방향)를 유지시키도록 제어되는 동안 일어날 수 있기 때문에, 상기 베이스의 수동 위치조정의 후속 단계는 상기 원위 부분의 배치 단계로부터 분리될 수 있다. 따라서 오퍼레이터는 상기 원위 부분을 상기 베이스의 이동에 대응하여 수동으로 위치조정할 필요없이 상기 베이스를 수동으로 위치조정할 수 있다.
비록 본 발명에 제공된 구체적인 예들이 종종 제어가능한 아암의 원위 부분의 위치(또는 상기 제어가능한 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 공구의 위치)를 유지시키는 것을 설명하고 있지만, 이러한 기술은 상기 제어가능한 아암의 원위 부분(또는 상기 제어가능한 아암에 의해서 지지된 물품)의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 사용할 수 있다.
또한, 수술적인 예가 개시되어 있지만, 개시된 기술은 비-수술적인 용도에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 상기 개시된 기술은, 가공중인 제품을 조작하는데 사용되는 작업과 같은, 일반적인 작업 또는 산업용 로봇 작업에 사용될 수 있고 상기 일반적인 작업 또는 산업용 로봇 작업을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술은 또한 진단과 비-수술적인 치료를 위한 의료용 로봇 작업에 사용될 수도 있고 상기 의료용 로봇 작업을 향상시킬 수도 있다.
또한, 비록 본 발명에 제공된 구체적인 예들이 종종 원격 조종 로봇 시스템과 원격으로 제어가능한 아암을 설명하고 있지만, 개시된 기술은, 부분적으로 또는 전체적으로, 오퍼레이터에 의해 직접 그리고 수동으로 움직이는 로봇 시스템에 적용할 수도 있다. 예를 들어, 이러한 기술은 로봇 아암이 쥐고 있는 공구가 오퍼레이터의 손으로 조작되는 동안 로봇 아암이 쥐고 있는 공구를 안정적으로 도와주도록 설계된 로봇 시스템에 적용될 수 있다. 다른 예로서, 본 명세서에 개시된 제어가능한 아암들 중의 임의의 제어가능한 아암은 직접 조종이 가능하도록 구성될 수 있고, 머니퓰레이터의 링크 또는 조인트에 직접 가해진 입력을 통하여 오퍼레이터 명령을 수용할 수 있다.
본 명세서에 기술된 주된 대상의 하나 이상의 구현예의 상세한 내용은 첨부된 도면과 아래의 설명에 개시되어 있다. 다른 가능성이 있는 특징, 실시형태, 그리고 장점은 아래의 설명, 첨부된 도면, 그리고 청구범위에 의해 명확하게 될 것이다.
도 1은 하나의 수술 환경에서 하나의 수술 시스템의 평면도이다.
도 2a는 표시등을 가진 수술 머니퓰레이터 조립체의 사시도이다.
도 2b는 제1 표시등이 작동된 상태의 도 2a의 수술 머니퓰레이터 조립체의 사시도이다.
도 2c는 제2 표시등이 작동된 상태의 도 2a의 수술 머니퓰레이터 조립체의 사시도이다.
도 3은 도 1의 수술 시스템과 같은 로봇 시스템용 제어 시스템의 블록도이다.
도 4는 베이스의 수동 위치결정을 안내하는 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 도 4의 프로세스를 실행하는 프로세서에 대한 입력 및 출력을 나타내는 개략도이다.
도 6a 내지 도 6p는 수술 머니퓰레이터 조립체를 수술대에 인접하게 위치시키는 작업을 나타내는 평면도이다.
도 7은 표시등을 가진 머니퓰레이터 조립체의 베이스의 한 예의 사시도이다.
도 8a는 예시적인 로봇 테이블 시스템의 사시도이다.
도 8b는 다른 예시적인 제어가능한 아암의 사시도이다.
도 8c는 도 8b의 제어가능한 아암을 위한 표시 시스템의 사시도이다.
도 9a 내지 도 9c는 주어진 엔드 이펙터 위치에 대해 다양한 조인트 상태를 가지는 제어가능한 아암의 저면도, 측면도 및 배면도이다.
도 9d는 도 9a 내지 도 9c의 제어가능한 아암의 자유도를 나타내는 개략도이다.
도 10은 다른 예의 제어가능한 아암의 자유도를 나타내는 개략도이다.
다양한 도면에서 유사한 참고 번호와 표시는 유사한 요소를 나타낸다.
수술적인 예로 시작하면, 한 명의 오퍼레이터 또는 여러 명의 오퍼레이터(예를 들면, 외과의사, 수술 보조자, 간호사, 기술자, 그리고 다른 의사 중의 한 명 이상)가 수술 환경(10)에서 환자(102)에 대해 수술을 시행하기 위해서 도 1에 도시된 수술 시스템(100)을 작동시킬 수 있다. 오퍼레이터는 수술을 시행하기 위해 원격으로 제어가능한 아암(106)을 포함하는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 작동시키기 위해서 수술 시스템(100)과 상호 작용을 할 수 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 수술 공구는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 조종되면 환자(102)에 대해 수술을 실행할 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 수술 환경(10)의 바닥면(20) 위에 지지된 베이스(108)를 포함하고 있다. 수술을 시행하기 위해 원격으로 제어가능한 아암(106)이 조종되는 수술 작업을 하는 동안, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 베이스(108)에 대해서 바닥면(20) 위에서 수술 환경(10)의 여기저기로 이동하도록 상기 베이스(108)는 원격으로 제어가능한 아암(106)을 바닥면(20) 위로 지지한다. 본 명세서에 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 수술 절차의 다양한 단계 동안, 오퍼레이터는 수술 환경(10) 내에서 베이스(108)를 수동으로 위치조정할 수 있다.
베이스의 위치, 베이스의 배치방향(orientation), 또는 베이스의 위치 및 배치방향을 변경시키는 것을 나타내기 위해서 본 명세서에서 베이스와 함께 "위치조정한다(reposition)"는 표현이 사용된다.
한 명 이상의 오퍼레이터에 의해 베이스(108)를 수동으로 위치조정하는 동안에, 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착되어 있으며 원격으로 제어가능한 아암에 대하여 원위 방향으로 뻗어 있는 캐뉼라 또는 수술 공구와 같은, 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품)이 수술 환경(10) 내에서 원하는 위치 및/또는 배치방향으로 유지될 수 있다. 프로세서가 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구)의 원하는 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 원격으로 제어가능한 아암을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 원하는 위치 및/또는 배치방향은 기준틀(frame of reference)을 기준으로 할 수 있고, 이 기준틀에 대해 고정상태로 유지될 수 있다. 예시적인 기준틀은 특정의 환자 조직 또는 해부학적 구조, 환자를 지지하는 표면, 바닥면, 수술 환경 등에 고정된 좌표틀을 포함한다.
본 명세서에서 "및/또는"이라는 표현은 언급된 두 가지 가능한 일 중의 어느 하나 또는 양자 모두를 나타내기 위해서 사용된다. 예를 들어, "위치 및/또는 배치방향"은 위치, 배치방향, 또는 위치 및 배치방향을 나타내기 위해서 사용된다.
상기 위치는 상기 위치가 허용가능한 위치 변화의 범위 내에 유지되어 있을 때 유지된다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 영이고, 위치를 유지시킨다는 것은 상기 위치를 전혀 변화되지 않은 상태로 유지시키는 것을 의미한다. 몇몇 구현예에서는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 영이 아니고, 시스템의 설계의 한계에 기초하고 있고; 상기 위치는 가능한 한 변화되지 않은 상태에 가깝게 주어진 기계적, 전기적, 그리고 계산상의 공차와 오차 내로 유지된다. 몇몇 구현예에서는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 영이 아니고, 작업 조건에 기초한 한계를 포함한다. 예를 들어, 몇몇 경우에는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 대략 수 밀리미터 또는 수 센티미터이고, 가공중인 제품 또는 인체 조직에 대한 손상을 방지하도록 설정된다. 몇몇 경우에는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 더 크다. 몇몇 경우에는, 허용가능한 위치 변화의 범위가 병진운동 자유도마다 다르다.
마찬가지로, 상기 배치방향은 상기 배치방향이 허용가능한 배치방향 변화의 범위 내에 유지되어 있을 때 유지된다. 다양한 구현예에서, 허용가능한 배치방향 변화의 범위가 영이 될 수 있고, 시스템 성능에 의해 제한된 최소량으로 될 수 있고, 가공중인 제품 또는 인체 조직 등에 대한 손상을 방지하는 것과 같은 성능 상태(performance conditions)에 기초하여 1도 또는 몇도보다 작거나 클 수 있다. 몇몇 경우에는, 허용가능한 배치방향 변화의 범위가 회전 자유도마다 다르다.
몇몇 구현예에서는, 위치 및/또는 배치방향에 있어서 유지되어 있는 아암의 원위 부분이 상기 아암의 원위 링크의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유지되어 있는 상기 원위 부분이 원위 링크의 원위 단부를 포함할 수 있고, 수술하는 동안 접근 구멍에 인접하도록 구성된 원위 링크의 일부분을 포함할 수 있고, 공구 또는 캐뉼라 등과 같은, 상기 아암에 장착하는 장치에 결합되는 원위 링크의 일부분을 포함할 수 있다.
마찬가지로, 위치 및/또는 배치방향에 있어서 유지되어 있는 공구 또는 캐뉼라가 공구 또는 캐뉼라의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공구 또는 캐뉼라의 특정 부분의 위치 및/또는 배치방향이 유지되어 있을 때 공구 또는 캐뉼라가 위치 및/또는 배치방향에 있어서 유지되어 있는 것으로 간주될 수 있다. 몇몇 경우에는, 공구 또는 캐뉼라의 원위 부분, 접근 구멍에 인접한 공구 또는 캐뉼라의 일부분, 공구 또는 캐뉼라 등의 원격 회전 중심과 일치하는 공구 또는 캐뉼라의 일부분의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키는 것에 의해서 공구 또는 캐뉼라가 위치 및/또는 배치방향에 있어서 유지된다.
몇몇 구현예에서는, 원하는 위치가 수술 환경(10)의 기준점에 대해 상대적일 수 있다. 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품)의 원하는 위치가 캐뉼라 또는 수술 공구 또는 다른 수술 장치가 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 삽입될(또는 이미 삽입되어 있는) 자세에 대응할 수 있다. 환자(102)에 대한 접근 구멍의 한 예는 환자(102)의 최소 절개 구멍이다. 기준점이 환자(102)에 대한 접근 구멍의 위치와 일치하면, 베이스를 수동으로 위치조정하는 동안에 원격으로 제어가능한 아암(106)을 제어하는 것에 의해 베이스(108)가 수동으로 위치조정되는 동안에도 원격으로 제어가능한 아암(106)을 상기 접근 구멍에 결합된 상태 또는 상기 접근 구멍에 근접한 상태로 유지될 수 있게 한다. 몇몇 경우에는, 베이스(108)를 수동으로 위치조정하기 전에 오퍼레이터가 원격으로 제어가능한 아암(106)을 원하는 위치에 배치시킨다. 대체 실시형태로서, 베이스(108)를 수동으로 위치조정하기 전에 오퍼레이터가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 장치를 원하는 위치에 배치시킨다. 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착될 수 있는 장치의 예는 수술 공구 또는 캐뉼라 또는 다른 수술 장치를 포함한다. 베이스(108)를 위치조정하는 동안에, 엔드 이펙터는 기준점에 대하여 원하는 위치에 유지된다.
오퍼레이터는 수동으로 위치조정하는 동안에 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(optimal base location envelope)(110) 쪽으로 이동시킬 수 있다. 상기 최적의 베이스 위치 범위(110)는, 예를 들어, 수술 환경(10) 내에서의 베이스(108)에 대한 3차원 위치의 범위에 대응한다. 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110) 내에 있을 때, 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 수술 공구가 시행될 수술 또는 시행되고 있는 수술과 관련된 환자(102)의 몸의 부분에 쉽게 접근할 수 있도록 원격으로 제어가능한 아암(106)이 위치되고 배향될 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)의 베이스(108)의 수동 위치조정을 최적의 베이스 위치 범위(110) 쪽으로 유도하기 위해서, 수술 시스템(100)의 하나 이상의 프로세서가 위치결정 표시장치 시스템을 선택적으로 작동시킬 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템의 선택적인 작동은 수동 위치조정을 수행하는 오퍼레이터(112)에게 최적의 베이스 위치 범위(110)에 도달하도록 이동되어야 하는 방향을 표시할 수 있다. 예를 들어, 시각적 표시(115)가, 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110) 쪽으로 위치조정되도록 오퍼레이터(112)가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 이용시켜야 하는 방향을 시각적으로 나타낼 수 있다. 이 기술은, 원격으로 제어가능한 아암(106)가 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 부분의 자세(또는 캐뉼라 또는 수술 공구와 같은, 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품의 자세)를 유지시키도록 제어되는 동안 오퍼레이터(112)로 하여금 베이스(108)의 수동 위치조정을 수행하도록 안내한다.
머니퓰레이터 아암의 원위 부분(또는 상기 머니퓰레이터 아암에 의해 유지된 물품)의 자세는 상기 원위 부분(또는 상기 물품)의 위치, 배치방향, 또는 위치와 배치방향 파라미터의 임의의 결합을 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 제시된 특정의 예가 종종 단순히 제어가능한 아암의 원위 부분의 위치를 유지시키는 것에 대하여 설명하더라도, 본 명세서에 설명된 기술은 다른 점에 대해서도 이용할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 기술은 제어가능한 아암의 원위 부분, 또는 상기 제어가능한 아암에 의해서 지지된 물품(예를 들면, 캐뉼라 또는 공구)에 대한 위치, 배치방향, 또는 위치와 배치방향 파라미터의 결합을 유지시키기 위해서 사용될 수 있다.
위치 및/또는 배치방향은 임의의 적절한 기준에 대해서 유지될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이, 수술 공구가 삽입되거나, 삽입될 환자의 접근 구멍의 위치에 대응하는 지점과 같은 기준점이다. 위치만 유지되는 구현예에서는 배치방향에 관한 정보없이 한 개의 점이면 충분할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이 하나 이상의 기준 방향을 포함하지만 기준 위치를 포함하지는 않는다; 예를 들어, 하나 이상의 기준 방향이 위치조정 프로세스를 시작하기 직전에 상기 원위 부분의 3차원 배치방향에 기초할 수 있다. 한 세트의 방향에 대응하는 배치방향만 유지되는 구현예에서는 기준 위치없이 한 세트의 방향이면 충분할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 위치와 하나 이상의 배치방향이 유지되면 상기 기준이 기준 위치 및 하나 이상의 기준 방향을 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 상기 기준이 3차원 공간에서 위치와 배치방향을 한정하기에 충분한 전체 기준틀(reference frame)을 포함한다.
이와 같이, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 공구)의 일부 또는 전부의 하나 이상의 위치 및/또는 배치방향 파라미터를 유지시키도록 원격으로 제어가능한 아암(106)이 제어된다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 원격으로 제어가능한 아암(106)의 엔드 이펙터 또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해서 지지된 공구의 위치 및 배치방향을 유지시키도록 제어된다. 따라서, 하나 이상의 오퍼레이터에 의해 상기 수동 위치조정이 완료되면 환자(102)에 대해 수술을 시행하기 위해서 위치결정 표시장치 시스템이 원격으로 제어가능한 아암 및 관련된 수술 공구와 다른 기구 또는 부대용품을 형편에 맞게 최적으로 위치되고 배향되게 할 수 있다.
예시적인 수술 시스템
도 1은 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하는 위치결정 표시장치 시스템을 포함하는 수술 시스템(100)의 한 예를 나타내고 있다. 상기 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 베이스(108)로부터 뻗어 있는 원격으로 제어가능한 아암(106)을 포함하고 있다. 상기 베이스(108)는 오퍼레이터(112)가 상기 수동 위치조정을 수행할 수 있게 하기 위해서 바닥면(20)에 대하여 이동가능하다. 도 1에 도시된 예에서는, 오퍼레이터(112)(예를 들면, 수술 보조자)가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수술을 수행하도록 제어될 수 있게 하는 위치로 베이스(108)를 안내한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 수술 시스템(100)이 외과의사의 콘솔(114), 전자장치 카트(116), 트레이(118), 보조 테이블(119) 또는 마취용 카트(120) 중의 하나 이상을 포함하고 있다. 도 1에 도시된 예에서는, 치료를 받을 환자(102)가 수술대(123)에 위치되어 있다. 외과의사(122)는, 예를 들어, 수술하는 동안 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 제어하기 위해서 외과의사의 콘솔(114)을 작동시킨다. 마취과 의사 또는 보조자(124)는 수술하는 동안 마취용 카트(120)로부터 마취제를 환자(102)에게 투여할 수 있고, 다른 보조자(126)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 장착될 트레이(118)에 놓인 수술 공구를 선택할 수 있다.
수술을 시행하기 위해, 외과의사(122)는 콘솔(114)을 작동시킴으로써 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 조종할 수 있다. 콘솔(114)은 수술 환경(10) 내에 위치될 수 있거나, 몇몇 경우에는, 수술 환경(10)의 외부의 원격 위치에 위치될 수 있다. 콘솔(114)은 수술 시스템(100)이 최소 침습 원격 수술에 사용될 수 있게 한다. 외과의사(122)는, 예를 들어, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 제어하고 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 수술 공구를 조종하기 위해서 외과의사의 콘솔(114)을 작동시킨다.
몇몇 구현예에서는, 외과의사의 콘솔(114)이 외과의사(122)로 하여금 영상 장치에 의해 포착된 영상을 통하여 수술 부위를 볼 수 있게 하는 디스플레이를 포함하고 있다. 상기 디스플레이는, 예를 들어, 수술 부위의 입체 영상을 보여주는 입체 디스플레이이다. 외과의사(122)는 수술 부위의 영상을 보면서, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)의 움직임을 제어하는 외과의사의 콘솔(114)의 제어 입력 장치를 조종함으로써 환자(102)에 대해 수술을 시행할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 외과의사의 콘솔(114)의 제어 입력 장치가 외과의사(122)의 손으로 쥘 수 있는 수동 입력 장치를 포함하고 있다. 상기 수동 입력 장치를 조종하는 것에 의해, 예를 들어, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로 하여 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 이동시키게 한다. 원격으로 제어가능한 아암(106)의 자유도는, 예를 들어, 외과의사(122)가 수술을 시행하기 위해 원격으로 제어가능한 아암(106)을 병진운동시키고 회전시키도록 수동 입력 장치를 조종할 수 있게 하기에 충분하다. 상기 제어 입력 장치는, 대체 실시형태로서 또는 추가적으로, 발끝 제어부와 발뒤꿈치 제어부 중의 어느 하나 또는 양자 모두를 가진 페달을 포함하고 있다. 외과의사(122)는 상기 페달과 결합된 장치의 움직임 또는 작동을 일으키기 위해서 상기 페달을 작동시킬 수 있다. 외과의사(122)는 엔드 이펙터의 작동을 일으키는 페달을 밟을 수 있다. 외과의사의 콘솔(114)은 외과의사의 콘솔(114)의 제어 입력 장치의 기계적인 움직임에 대응하여 신호를 발생시키는 프로세서를 포함할 수 있다. 상기 신호는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)의 상응하는 움직임을 일으킬 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 전자장치 카트(116)가 수술 부위의 영상을 발생시키는 영상 장치와 연결되어 있다. 상기 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는, 예를 들어, 전자장치 카트(116)에 연결된 영상 장치를 포함하고 있다. 상기 영상 장치는 수술 부위의 영상을 나타내기 위해서 조명을 제공하는 조명 장비(예를 들면, 크세논 램프)를 포함할 수 있다. 상기 영상 장치는 영상을 포착한 다음 그 영상을 처리하기 위해서 그 영상을 전자장치 카트(116)로 전송할 수 있다. 그 다음에 전자장치 카트(116)는 처리된 영상이 외과의사(122)에게 제공될 수 있도록 외과의사의 콘솔(114)로 영상을 전송할 수 있다. 상기 전자장치 카트(116)는, 전기수술 유닛(electrosurgical unit), 취입기(insufflator), 흡입 세정 기구(suction irrigation instrument), 또는 제3자 소작 장비(third-party cautery equipment)와 같은 보조 수술 장비를 포함할 수 있다.
도 2a는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 한 예를 나타내고 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)이 베이스(108)로부터 뻗어 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 연결되어 있으며 수술 공구(134)가 장착되는 기구 홀더(132)를 포함하고 있다. 베이스(108)는, 오퍼레이터가 베이스(108)를 바닥면(20) 위에 수동으로 위치조정할 수 있도록 수술 환경(10)의 바닥면(20) 위에 이동가능하게 지지되어 있다.
수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 바닥면(20) 위에 베이스(108)를 지지하는 세트업 조립체(109)를 포함하고 있다. 몇몇 구현예에서는, 세트업 조립체(109)가 바닥면(20) 위에 베이스(108)를 지지하기 위해서 바닥면(20)에 지지되어 있다. 몇몇 경우에는, 세트업 조립체(109)가 바닥면(20) 위에 베이스(108)를 지지하기 위해서 수술 환경의 벽 또는 천장에 의해 지지되어 있다. 몇몇 경우에는, 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 세트업 조립체(109)가 수술대(123)에 의해 지지되어 있다.
도 2a의 예에 도시되어 있는 바와 같이, 세트업 조립체(109)가 바닥면에 지지되어 있다. 세트업 조립체(109)는 카트(111)로부터 뻗어 있는 세트업 아암(128)을 포함하고 있다. 상기 카트(111)는, 예를 들어, 바닥면(20) 전체에 걸쳐서 모든 방향으로 이동할 수 있다. 상기 카트(111)는, 예를 들어, 바닥면(20) 전체에 걸쳐서 카트(111)의 구름 운동(rolling motion)을 용이하게 하기 위해서 바퀴(136)를 포함하고 있다. 상기 바퀴(136)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 한 위치에서 다른 위치로, 예를 들면, 수술실과 수술실 사이로 또는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 수술대(예를 들면, 도 1의 수술대(123)) 근처로 위치시키기 위해서 수술실 내에서 이동하는 것을 가능하게 한다. 몇몇 구현예에서, 상기 카트(111)는, 상기 카트(111)가 바닥면(20)에 지지되어 있을 때 수직 상방으로 뻗어 있는 기둥(138)을 포함하고 있다. 상기 카트(111)가 기둥(138)을 포함하면, 세트업 아암(128)이 상기 카트(111)의 기둥(138)에 연결된다. 몇몇 경우에는, 제동 메카니즘(140)이 상기 바퀴(136)의 하나 이상에 결합되어 있다. 몇몇 경우에는, 베이스(108)를 위치조정하기 위해서 오퍼레이터가 세트업 조립체(109) 및/또는 카트(111)를 수동으로 조종한다.
몇몇 예에서는, 세트업 아암(128)이 세트업 아암(128)을 기둥(138)에 연결시키는 제1 세트업 조인트(142a)를 포함하고 있다. 세트업 아암(128)은 조인트에 의해 서로 연결된 수 개의 링크를 포함할 수 있다. 도 2a에 도시된 예에서는, 세트업 아암(128)이 제1 세트업 링크(144a), 제2 세트업 링크(144b), 그리고 제3 세트업 링크(144c)를 포함하고 있다. 세트업 아암(128)은 제2 세트업 조인트(142b), 그리고 제3 세트업 조인트(142c)를 더 포함하고 있다. 제1 조인트(142a)는 제1 세트업 링크(144a)의 근위 단부를 기둥(138)에 연결시킨다. 제2 세트업 조인트(142b)는 제1 세트업 링크(144a)의 원위 단부를 제2 세트업 링크(144b)의 근위 단부에 연결시킨다. 제3 세트업 조인트(142c)는 제2 세트업 링크(144b)의 원위 단부를 제3 세트업 링크(144c)의 근위 단부에 연결시킨다. 제3 세트업 링크(144c)의 원위 단부는 베이스(108)에 연결된다.
제1 조인트(142a)는 세트업 아암(128)이, 결과적으로 원격으로 제어가능한 아암(106)이 카트(111)에 대하여 바닥면(20) 위로 수직으로 병진이동되게 할 수 있는 프리즈매틱 조인트(prismatic joint)일 수 있다. 상기 카트(111)가 기둥(138)을 포함하면, 제1 조인트(142a)는 상기 세트업 아암(128)이 기둥(138)을 따라서 수직으로 병진이동될 수 있도록 상기 세트업 아암(128)을 기둥(138)에 연결시킬 수 있다. 제2 세트업 조인트와 제3 세트업 조인트(142b, 142c)는, 제2 세트업 조인트와 제3 세트업 조인트(142b, 142c) 중의 하나에 의해 서로 연결된 세트업 링크(144a, 144b, 144c)들 중의 임의의 두 개가 연결시키는 조인트에 대하여 서로에 대해서 회전할 수 있도록 하는 레볼루트 조인트(revolute joint)일 수 있다.
세트업 아암(128)의 원위 단부에 연결된 원격으로 제어가능한 아암(106)가 기구 홀더(132)에 연결된 일련의 링크와 조인트를 포함하고 있다. 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 원격으로 제어가능한 아암(106)은 서로 연속적으로 연결된 머니퓰레이터 링크(146a-146f)를 포함하고 있다. 머니퓰레이터 조인트(148a)는 머니퓰레이터 링크(146a)를 제3 세트업 링크(144c)에 연결시킨다. 머니퓰레이터 조인트(148b-148f)는 머니퓰레이터 링크(146a-146f)가 서로에 대해서 이동할 수 있도록 머니퓰레이터 링크(146a-146f)를 서로 연결시킨다. 원격으로 제어가능한 아암(106)의 머니퓰레이터 조인트(146g)는 기구 홀더(132)를 이동가능하게 지지한다.
도 2a에 도시된 예에서는, 머니퓰레이터 조인트(148a)가 원격으로 제어가능한 아암(106)과 베이스(108)의 상대 회전을 가능하게 하는 레볼루트 조인트일 수도 있다. 머니퓰레이터 조인트(148b-148f)의 각각은 머니퓰레이터 링크(146a-146f)들 사이의 상대 회전을 가능하게 하는 레볼루트 조인트일 수 있다. 마찬가지로, 기구 홀더(132)는, 기구 홀더(132)가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대하여 회전할 수 있도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 머니퓰레이터 링크(146f)에 피벗운동가능하게 결합될 수 있다. 머니퓰레이터 조인트(148g)는, 기구 홀더(132)를 머니퓰레이터 조인트(148g)에서 피벗운동하는 것을 가능하게 하고 이것에 의해 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대하여 회전하는 것을 가능하게 하는 레볼루트 조인트일 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 머니퓰레이터 조인트(148g)가 두 개의 축에 대해서 피벗 운동을 가능하게 하는 리스트 조인트(wrist joint)이다.
기구 홀더(132)는 수술 공구(134)를 쥐도록 구성되어 있다. 기구 홀더(132)는 또한 선택적으로 캐뉼라(150)를 쥐도록 구성되어 있고, 상기 캐뉼라는 환자(102)에 대한 접근 구멍으로 삽입될 관형상의 부재이다. 캐뉼라(150)와 수술 공구(134)는 각각 다른 종류의 캐뉼라와 수술 공구가 기구 홀더(132)에 장착될 수 있도록 기구 홀더(132)에 탈착가능하게 결합될 수 있다.
수술 공구(134)는 선택적으로 기다란 샤프트(152)의 근위 단부에 위치된 트랜스미션 조립체(transmission assembly)(154)를 포함하고 있다. 상기 트랜스미션 조립체(154)는 기다란 샤프트(152)의 원위 단부에 위치된 엔드 이펙터(156)의 움직임을 일으키도록 작동될 수 있다. 수술 공구(134)의 엔드 이펙터(156)는 수술하는 동안 환자(102)의 조직을 촉진(觸診)하거나, 상기 조직을 치료하거나, 상기 조직의 영상을 나타내거나, 또는 다른 작업을 수행하는 방식으로 제어될 수 있다. 캐뉼라(150)에는 수술 공구(134)의 기다란 샤프트(152)가 캐뉼라(150)의 내강(lumen) 내에 미끄럼이동가능하게 배치될 수 있도록 수술 공구(134)의 기다란 샤프트(152)를 수용하는 내강이 형성되어 있다. 기다란 샤프트(152)는 캐뉼라(150)의 길이방향의 축과 일치하는 길이방향의 축을 나타낸다. 기구 홀더(132)는 수술 공구(134)의 기다란 샤프트(152)가 자신의 길이방향의 축을 따라서 병진운동할 수 있도록 기구 홀더 프레임(160)을 따라서 병진운동할 수 있는 기구 홀더 캐리지(158)를 포함할 수 있다. 상기 기다란 샤프트(152)와 엔드 이펙터(156)는, 엔드 이펙터(156)가 수술하는 동안 여러 작업을 수행할 수 있도록 캐뉼라(150)의 내강과 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 삽입되고 상기 캐뉼라(150)의 내강과 환자(102)에 대한 접근 구멍으로부터 물러날 수 있다.
"공구"라는 용어는 범용 또는 산업용 로봇 공구와 전문적인 로봇 의료 기구(진단과 비-수술 치료를 위한 로봇 수술 기구와 로봇 의료 기구를 포함함)를 포함한다. 공구/머니퓰레이터 접속기, 예를 들면, 기구 홀더(132)는, 신속하게 공구를 분리하고 대체 공구로 교체하는 것을 가능하게 하는, 급속 분리형(quick disconnect) 공구 홀더 또는 커플링일 수 있다. 본 명세서에 제공된 특정의 예는 종종 수술적인 예이지만, 본 명세서에 개시된 기술은 비-수술적인 용도에 적용될 수도 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 기술은 가공중인 제품을 조작하는데 사용되는 것과 같이, 범용 또는 산업용 로봇 작업에 사용될 수 있고 상기 범용 또는 산업용 로봇 작업을 향상시킬 수 있다. 이러한 기술은 진단과 비-수술적인 치료를 위한 의료용 로봇 작업에 사용될 수도 있고 상기 의료용 로봇 작업을 향상시킬 수도 있다.
또한, 본 명세서에 제공된 특정의 예는 종종 원격 조종 로봇 시스템을 설명하고 있지만, 본 명세서에 개시된 기술은, 부분적으로 또는 전적으로, 오퍼레이터에 의해 직접 그리고 수동으로 움직이는 로봇 시스템에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기술은 로봇 아암에 의해 유지된 공구가 오퍼레이터에 의해 수동으로 조종되는 동안 로봇 아암에 의해 유지된 공구를 안정되게 도와주도록 설계된 로봇 시스템에 적용될 수 있다. 다른 예로서, 아암(106, 804A, 804B, 804C, 904, 1000)을 포함하여, 본 명세서에서 논의된 제어가능한 아암들 중의 임의의 제어가능한 아암은 직접 조종하는 것을 가능하게 하고, 제어가능한 아암의 링크 또는 조인트에 직접 가해진 입력을 통하여 오퍼레이터 지시를 수용하도록 구성될 수 있다.
세트업 조립체(109), 베이스(108), 그리고 원격으로 제어가능한 아암(106)은 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된, 예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 기구 홀더(132)에 의해 지지된 수술 공구(134)를 제어하는 기구학적 체인(kinematic chain)을 형성한다. 예를 들어, 세트업 조립체(109)의 근위 단부는 바닥면(20)에 지지되어 있고, 세트업 조립체(109)의 원위 단부는 베이스(108)에 연결되어 있고, 베이스(108)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 근위 단부에 연결되어 있고, 그리고 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 단부(159)는 캐뉼라(150)를 쥐도록 구성되어 있다. 세트업 조립체(109), 베이스(108), 원격으로 제어가능한 아암(106)는 기구학적으로 연속으로 연결되어 있다. 결과적으로, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 하나 이상의 조인트의 움직임, 카트(111)의 움직임, 또는 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및 카트(111)의 움직임은 바닥면(20)에 대한 상기 원위 부분(159)(또는 캐뉼라(150) 또는 공구(134)가 있다면 기구 홀더(132)에 의해 유지된 캐뉼라(150) 또는 공구(134))의 움직임을 초래할 수 있다. 수술 공구(134)가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착되어 있을 때 수술 공구(134)의 일부분은 캐뉼라(150)를 통하여 뻗어 있다. 따라서, 수술 공구(134)가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착되어 있을 때, 세트업 조립체(109), 베이스(108), 원격으로 제어가능한 아암(106), 그리고 수술 공구(134)는 기구학적으로 연속으로 연결되어 있다. 결과적으로, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트 또는 카트(111)의 움직임은 바닥면(20)에 대하여 수술 공구(134)의 움직임을 일으킬 수 있다.
외과 수술 동안에, 세트업 조립체(109)는 바닥면(20) 위에 고정될 수 있고, 이것에 의해 베이스(108)가 바닥면(20) 위의 수술 환경(10) 내에 고정된다. 수술을 시행하기 위해 세트업 조립체(109)가 수술 공구(134)의 움직임을 초래하도록 고정되어 있는 동안 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트는 조종될 수 있다. 외과 수술 동안 수술 공구(134)가 가능한 위치 범위에 배치될 수 있도록 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 세트업 조립체(109)와 수술 공구(134) 사이의 다수의 자유도를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터(156)의 작동(예를 들면, 파지 장치의 조(jaw)의 개방 또는 폐쇄, 전기수술용 페들(electrosurgical paddle) 등에 전기 공급)은, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 자유도와 별개일 수 있고 원격으로 제어가능한 아암(106)의 자유도에 추가될 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트는, 수술을 시행하기 위해 캐뉼라(150)와 수술 공구(134)가 환자(102)에 대한 접근 구멍을 통하여 삽입될 수 있도록 상기 원위 부분(159)을 환자(102)에 대한 접근 구멍에 가깝게 이동시키기에 충분한 자유도를 가질 수 있다. 도 2a와 관련하여 기술된 조인트들의 특정의 결합 형태는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대하여 가능한 자유도 그리고 가능한 조인트와 링크 결합의 하나의 예이다. 조인트(142b-142c, 148a-148g)를 포함하는 레볼루트 조인트는 각각 두 개의 링크를 레볼루트 조인트에 의해서 정해진 조인트 축에 대해서 서로에 대하여 회전하는 것을 가능하게 하기 위해서 두 개의 링크를 연결시킨다. 기구 홀더 프레임(160)과 기구 홀더 캐리지(158) 사이의 조인트뿐만 아니라 조인트(142a)를 포함하는 프리즈매틱 조인트는 프리즈매틱 조인트에 의해서 정해진 조인트 축을 따라서 병진운동하는 것을 가능하게 해준다.
몇몇 구현예에서, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트(142a-142c, 148a-148g)들 중의 일부는 연결 링크들의 상대 운동을 일으키도록 제어될 수 있고 작동될 수 있는 동력 조인트(powered joint)이다. 상기 조인트(142a-142c, 148a-148g)는 외과의사의 콘솔(114)의 제어 입력 장치를 이용하여 외과의사(122)에 의해서 제어될 수 있다. 외과의사(122)는, 외과의사의 콘솔(114)의 제어 입력 장치를 조종할 때, 조인트(142a-142c, 148a-148g)와 결합된 하나 이상의 액추에이터를 작동시킬 수 있고, 그 결과 상기 조인트에 의해 연결된 두 개 이상의 링크를 서로에 대해서 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 기구 홀더(132)를 이동가능하게 지지하는 조인트(148g)는 동력 조인트가 작동되면 외과의사(122)로 하여금 엔드 이펙터(156)를 이동시키게 할 수 있는 동력 조인트일 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 외과의사(122) 또는 다른 오퍼레이터가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트와 수동으로 상호 작용을 하여 조인트의 움직임을 일으킨다.
몇몇 구현예에서는, 상기 조인트(142a-142c, 148a-148g)의 일부는 오퍼레이터 입력에 대응하여 수술 시스템(100)의 한 개의 프로세서 또는 복수의 프로세서에 의해 능동적으로 제어되지 않는 수동형 조인트이다. 상기 조인트(142a-142c, 148a-148g)는, 능동적으로 제어되는 것이 아니라, 능동적으로 제어되는 조인트의 움직임에 대응하여 이동할 수 있다. 몇몇 예에서는, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 수동형 조인트가 선택적으로 해제가능하게 될 수 있다. 수동형 조인트는 작동되면 수동형 조인트의 움직임을 가능하게 하는 해제 메카니즘(release mechanism)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 해제 메카니즘은, 작동되면, 수동형 조인트를 해제되게 하고 이동가능하게 하는 해제가능한 클램프(releasable clamp)를 포함할 수 있다. 수동형 조인트는, 해제되면, 조인트의 움직임을 가능하게 하고, 작동되면, 조인트의 움직임을 억제하는 제동 메카니즘을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 외과의사(122) 또는 다른 오퍼레이터가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트와 수동으로 상호 작용을 하여 조인트의 움직임을 일으킨다.
원격으로 제어가능한 아암(106)은 상기 원위 부분(159), 캐뉼라(150), 또는 수술 공구(134)를 주어진 위치에 배치시키는데 필요한 것보다 더 많은 자유도를 가질 수 있다, 예를 들면, 여유 자유도를 가질 수 있다. 머니퓰레이터 링크장치는 주어진 엔드 이펙터 상태에 대하여 다양한 조인트 상태를 차지하기 위해서 충분한 자유도를 가질 수 있다. 이러한 구조는 여유 자유도를 가지는 링크장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106), 세트업 아암(128), 또는 원격으로 제어가능한 아암(106) 및 세트업 아암(128)이 함께 복수의 조인트를 포함하고 있고, 상기 복수의 조인트는 (1) 베이스(108)의 자세 그리고 (2) 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 부분 또는 수술 공구(134)의 엔드 이펙터의 상태에 대해 다양한 조인트 상태를 허용하기에 충분한 자유도를 제공한다.
본 명세서에서 "링크장치"라는 용어는 주어진 상황에 적용할 수 있는 한 개의 링크, 적어도 하나의 링크, 또는 다수의 링크를 포함하는 구조를 나타내기 위해서 사용된다. 이러한 구조에 있어서, 몇몇 구현예에서는, 한 개의 조인트의 작동이 기구학적 체인을 따르는 다른 조인트의 유사한 작동과 직접 대체될 수 있다. 이러한 구조는, 몇몇 경우에, 과잉 자유도, 가외 자유도, 또는 여유 자유도를 가지고 있다고 한다. 이러한 용어는, 예를 들어, 엔드 이펙터의 자세를 변화시키지 않고 중간의 링크가 이동할 수 있는 기구학적 체인을 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 상기 원위 부분(159)(또는 수술 공구(134)가 있다면, 수술 공구(134))의 이 위치에서, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 각각의 조인트는 다양한 조인트 상태들을 차지할 수 있거나 다양한 조인트 상태들 사이에서 구동될 수 있고, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 각각의 링크는 다양한 대체 링크장치 위치들을 차지할 수 있거나 다양한 대체 링크장치 위치들 사이에서 구동될 수 있다. 상기 원위 부분(159)(또는 수술 공구(134)가 있다면, 수술 공구(134))의 이 위치에서, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 각각의 조인트는 다양한 조인트 속도 벡터 또는 속력을 가질 수 있다. 다양한 이용가능한 조인트 상태, 다양한 대체 링크장치 위치, 그리고 다양한 조인트 속도 벡터 또는 속력는 자유도의 갯수와 종류에 의해서 정해질 수 있다.
조인트의 "상태"라는 용어는 상기 조인트와 관련된 제어 변수를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 링크들 사이의 상대 회전을 가능하게 하는 레볼루트 조인트의 상태는 상기 조인트의 운동 및/또는 각속도의 범위 내에서 상기 조인트에 의해서 한정된 각도를 포함할 수 있다. 프리즈매틱 조인트의 상태는 상기 조인트의 축방향 위치 및/또는 축방향 속도를 지칭할 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)의 움직임은 상기 원위 부분(159)이 상기 접근 구멍에 대하여 제한되도록(또는 수술 공구(134)가 있다면, 상기 수술 공구(134)가 상기 접근 구멍을 통하여 원하는 움직임으로 제한되도록) 제어될 수 있다. 상기 움직임은, 예를 들어, 기다란 샤프트(152)의 상기 접근 구멍을 통한 축방향으로의 삽입, 기다란 샤프트(152)의 자신의 길이방향의 축에 대한 회전, 그리고 기다란 샤프트(152)의 상기 접근 구멍에 인접한 피벗점에 대한 피벗 운동을 포함할 수 있다.
몇몇 예에서는, 이러한 움직임이 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 로봇 데이터 처리 기술 및 제어 기술의 사용을 통하여 억제될 수 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트(148a-148g)는 상기 원위 부분(159)(또는 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)가 있다면, 상기 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 제어될 수 있다. 상기 위치 및/또는 배치방향은 임의의 적절한 기준에 대하여 유지될 수 있고; 상기 기준의 예는 수술 환경, 바닥면, 환자(102)의 신체 구조 등에 고정된 기준틀을 포함한다. 상기 기준은, 예를 들면, 수술 환경(10)의 기준점(162)으로 정해질 수 있다. 몇몇 예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트들 중의 단 하나의 조인트만이 기준에 대하여 상기 원위 부분(159)(또는 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)가 있다면, 상기 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키도록 제어된다. 몇몇 예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 다수의 조인트가 상기 위치 및/또는 배치방향을 유지시키도록 제어된다. 상기 기준이 수술 환경(10)의 기준점(162)일 수 있다. 상기 원위 부분(159)(또는 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)가 있다면, 상기 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 배치방향도 유지되는 경우에는, 상기 기준이 기준점(162)에 원점을 둔 기준틀을 포함할 수 있다.
상기 기준점(162)이 원격으로 제어가능한 아암(106)(결과적으로 상기 원위 부분(159) 또는 수술 공구(134)와 같은, 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해서 지지된 임의의 물품)의 움직임을 제한하는 원격 운동 중심과 일치할 수 있다. 특히, 상기 기준점(162)은 원격으로 제어가능한 아암(106)의 일부분이 회전하는데 있어서 중심이 되는 피벗점일 수 있다. 몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 수술 공구(134)가 이동될 때, 수술 공구(134)가 환자(102)에 대한 접근 구멍을 통하여 환자(102)의 신체 속으로 들어가는 구역이 기준점(162)에 대하여 거의 또는 전혀 움직이지 않아서, 기준점(162)에서 환자(102)의 신체에 대한 스트레스를 감소시키도록 상기 기준점(162)이 환자(102)에 대한 접근 구멍과 일치할 수 있다. 상기 조인트(148a-148g)는, 상기 조인트(148a-148g)가 이동될 때 수술 공구(134) 또는 결합된 캐뉼라(150)를 따르는 방향의 임의의 지점이 기준점(162)에 대하여 회전하도록 제어될 수 있다. 상기 조인트(148a-148g)는, 한 세트의 제1 조인트가 이동될 때, 이에 대응하여, 한 세트의 제2 조인트가 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 이동될 수 있도록 충분한 이용가능한 자유도를 가질 수 있다. 몇몇 구현예에서, 상기 조인트(148a-148g), 또는 상기 조인트(148a-148g)의 일부는, 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 특정의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키는 다수의 배치형태를 가진다.
이와 관련하여, 상기 조인트(148a-148g)는, 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 움직임을 초래하지 않고서 수술 환경(10) 내에서 최적의 자세쪽으로 이동될 수 있다. 로봇 아암과 머니퓰레이터의 소프트웨어 제한식 원격 운동 중심(software-constrained remote centers of motion)의 다른 예는 인용에 의해 전체 내용이 본 명세서에 포함되어 있는, 2011년 8월 23일자로 발행된 미국 특허 제 8,004,229호(본 명세서에서, "'229 특허"라고 칭한다)에 개시되어 있다.
도 3을 참고하면, 수술 시스템(100)이 수술 시스템(100)의 장비의 작동을 제어할 수 있는 제어 시스템(300)을 포함할 수 있다. 상기 제어 시스템(300)은 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 장비를 제어할 수 있다. 상기 제어 시스템(300)은 또한 상기 수동 위치조정 동안에 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체(104), 예를 들면, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 제어할 수도 있다. 상기 제어 시스템(300)은 프로세서(302), 수술 머니퓰레이터 조립체(104), 그리고 위치결정 표시장치 시스템(304)을 포함하고 있다. 상기 제어 시스템(300)은 또한 선택적으로 외과의사의 콘솔(114), 전자장치 카트(116), 그리고 센서 시스템(306)을 포함하고 있다.
상기 프로세서(302)는 수 개의 프로세서 중의 하나일 수 있다. 제어 시스템(300)의 외과의사의 콘솔(114), 수술 머니퓰레이터 조립체(104), 전자장치 카트(116), 그리고 위치결정 표시장치 시스템(304)의 각각은 동작을 제어하기 위한 독립된 프로세서를 포함할 수 있다. 유선 또는 무선 연결수단은 수술 머니퓰레이터 조립체(104), 전자장치 카트(116), 외과의사의 콘솔(114), 그리고 위치결정 표시장치 시스템(304) 사이의 통신을 가능하게 할 수 있다. 상기 연결수단은, 예를 들어, 외과의사의 콘솔(114), 전자장치 카트(116), 그리고 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 사이의 광섬유 통신 링크일 수 있다. 상기 제어 시스템(300)은, 몇몇 예에서는, 수술 시스템(100)을 작동시키기 위해서 사용되는 데이터 처리의 일부 또는 전부를 수행할 수 있는 중앙 전자 데이터 처리 유닛의 역할을 하는 단일의 프로세서를 포함할 수 있다.
수술 시스템(100)은 치료 파라미터와 상기 수술 시스템의 장비의 상태를 탐지하기 위해서 센서 시스템(306)의 센서부를 포함할 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 따라서 링크들의 상대 자세(relative pose)를 탐지하기 위해서, 예를 들어, 조인트(142b-142c 그리고 148a-148g)에 위치된 자세 센서(308)를 포함할 수 있다. 상기 자세 센서(308)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 링크와 조인트의 위치와 배치방향을 결정하기 위해서 압력 센서, 토크 센서, 힘 센서, 위치 센서, 속도 센서, 가속도계, 로터리 인코더(rotary encoder), 리니어 인코더(linear encoder), 그리고 다른 적절한 센서의 조합형태를 포함할 수 있다.
상기 자세 센서(308)는 세트업 조립체(109), 베이스(108), 원격으로 제어가능한 아암(106), 그리고 상기 조인트(142a-142c 그리고 148a-148g) 중의 하나 이상의 조인트의 상대 위치, 상대 배치방향, 또는 상대 위치 및 상대 배치방향을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다. 이러한 자세 센서(308)는 선택적으로 베이스(108)의 자세에 대한 원격으로 제어가능한 아암(106)의 자세를 탐지하거나, 한 링크의 다른 링크에 대한 자세를 탐지하거나, 수술 공구(134)의 자세를 탐지하거나, 또는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 다른 요소의 자세를 탐지한다. 이러한 자세는 임의의 적절한 기준을 참고할 수 있고; 상기 기준의 예는 수술 환경(10), 바닥면, 환자(102), 베이스(108)를 포함한다. 자세 센서를 가진 주어진 조인트에 대해서, 상기 자세 센서는 상기 조인트의 조인트 상태를 탐지할 수 있다. 상기 센서는 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 주어진 위치에 대해 이용가능한 조인트 상태와 조인트 속도의 범위 내에서 상기 조인트의 위치와 속도를 탐지할 수 있다. 상기 센서는 또한 주어진 조인트에 연결된 링크들의 상대적인 링크 자세를 탐지할 수도 있다. 이로 인해 이 센서는 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 주어진 자세에서 이용가능한 링크 상태의 범위 내에서 링크의 자세를 탐지할 수 있다.
상기 자세 센서(308)는 수술 환경(10) 내에서 베이스(108)의 자세를 탐지할 수 있는 센서를 선택적으로 포함한다. 상기 센서는, 베이스(108)를 지지하고 베이스(108)가 수술 환경(10)의 여기저기로 이동되는 것을 가능하게 하는 세트업 조립체(109)의 움직임에 기초하여 베이스(108)의 자세를 계산하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해서 사용될 수 있는 신호를 발생시킬 수 있다. 세트업 조립체(109)는, 예를 들어, 바닥면(20) 위의 수술 환경 내에서 상기 카트(111)의 바퀴(136)에 지지되어 있다. 상기 바퀴(136)는 수술 환경(10)의 바닥면(20) 상의 상기 카트(111)의 수평 위치와 배치방향을 추적하기 위해서 사용될 수 있는 로터리 인코더를 가진 채로 작동될 수 있다. 그러면 베이스(108)의 수평 위치와 배치방향이 상기 카트(111)의 수평 위치와 배치방향으로부터 결정될 수 있다. 세트업 조립체(109)의 카트(111)는 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 바닥면(20)을 따라서 상기 카트(111)의 움직임, 예를 들면, 위치, 속도, 배치방향, 및/또는 가속도를 추적할 수 있는 광센서를 포함한다. 상기 광센서는, 예를 들어, 광마우스에 사용된 광센서와 유사하다. 상기 광센서는 상기 카트(111)가 바닥면(20)을 따라서 이동할 때 바닥면(20)의 영상을 포착한다. 바닥면(20)의 영상은 상기 카트(111)의 움직임에 따라 달라진다. 상기 프로세서(302)는, 포착된 영상을 이용하여, 상기 카트(111)의 위치와 배치방향을 결정할 수 있다.
몇몇 예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 동력 조인트가 오퍼레이터에 의해 수동으로 위치조정될 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 동력 조인트가 오퍼레이터에 의해 수동으로 배치될 수 있다. 동력 조인트와 결합된 센서는 동력 조인트의 관절운동을 초래할 수 있는 외력을 탐지할 수 있다. 외력의 탐지에 대응하여, 제어 시스템(300)의 프로세서(302)는 동력 조인트가 외력의 방향으로 이동하도록 상기 동력 조인트와 결합된 액추에이터를 작동시킬 수 있다. 상기 프로세서(302)는 상기 센서에 대한 특유의 임계값보다 작은 외력을 상쇄시킬 수 있지만, 상기 임계값을 초과하는 외부의 관절운동을 원격으로 제어가능한 아암(106)으로의 입력으로 처리할 수 있다.
몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 수술 공구(134)의 움직임을 감지함으로써 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치를 직접 결정할 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 상기 움직임을 계산하기 위해서 정기구학(forward kinematics)을 이용할 수 있다. 상기 자세 센서(308)로부터 얻은 실제 조인트 움직임 정보, 예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 조인트 상태를 나타내는 데이터를 이용하여, 상기 프로세서(302)가 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 자세를 결정할 수 있다. 상기 프로세서(302)가 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 움직임을 결정할 수 있도록 조인트 토크, 힘, 속도, 배치방향, 및/또는 위치 정보가 선택적으로 상기 프로세서(302)로 전송된다. 정기구학을 이용하여, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)에 대한 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 자세를 계산하기 위해서 상기 자세 센서(308)로부터 얻은 정보를 이용할 수 있다. 몇몇 예에서, 원격 운동 중심과 기준점(162)이 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)를 따라서 존재하는 위치, 특히, 상기 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)가 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 삽입되는 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)를 따라서 존재하는 지점과 일치하면, 상기 프로세서(302)는 상기 자세 센서(308)로부터 얻은 정보에 기초하여 기준점(162)과 원격 운동 중심의 위치를 결정할 수 있다.
센서 시스템(306)은 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))에 대한 환자(102)의 움직임을 측정하기 위해서 선택적으로 환자 움직임 센서(310)를 포함한다. 상기 환자 움직임 센서(310)는 상기 원위 부분(159)에 근접해 있는 센서를 포함할 수 있고, 상기 센서는 환자(102)의 신체가 상기 센서에 대해 이동하는 때를 탐지한다. 상기 센서는, 예를 들어, 가까운 곳에 있는 물체의 거리를 탐지하는 이미터-리시버 센서(emitter-receiver sensor)이다. 상기 센서는 환자(102)의 거리를 결정하기 위해서 적외선을 방사하고 반사된 적외선 수용하는 광 비행시간 센서(optical time-of-flight sensor)일 수 있다. 시간의 경과에 따른 거리의 상대적인 변화가 환자 움직임을 나타낼 수 있다.
센서 시스템(306)은 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 공구 센서(312)를 포함하고, 상기 공구 센서(312)는 상기 공구 센서(312)가 수술 공구(134) 또는 캐뉼라(150)에 의해 환자(102)에 가해진 힘 또는 반대로 환자(102)에 의해 수술 공구(134) 또는 캐뉼라(150)에 가해진 힘을 나타내는 센서 신호를 발생시키도록 위치되어 있다. 상기 공구 센서(312)는 가해진 힘을 직접 측정하기 위해서 수술 공구(134) 또는 캐뉼라(150)에 위치될 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 공구 센서(312)가 토크를 측정하기 위해서 조인트에, 예를 들면, 조인트(148g)에 위치되어 있다. 그러면 상기 프로세서(302)는 조인트(148g)에서의 토크에 기초하여 가해진 힘을 계산할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 센서 시스템(306)이 장애물 탐지 센서(314)를 포함할 수 있다. 상기 장애물 탐지 센서(314)는 수술 환경(10)에서 근처의 장애물과의 임박한 충돌 또는 접촉을 탐지하기 위해서 수술 시스템(100)의 하나 이상의 장소에 위치될 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및/또는 원격으로 제어가능한 아암(106)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및/또는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 일부분이 근처의 장애물과 접촉하거나 거의 접촉하는 때를 탐지하기 위해서 장애물 탐지 센서(314)를 포함할 수 있다. 장애물은 수술대(123), 전자장치 카트(116), 그리고 외과의사의 콘솔(114)과 같은, 수술 시스템(100)의 다른 장비를 포함할 수 있다. 장애물은 또한 외과의사(122), 오퍼레이터(112), 그리고 보조자(124, 126)와 같은 수술 환경(10) 내의 오퍼레이터를 포함할 수도 있다. 장애물 탐지 센서(314)는 접촉각 센서, 근접각 센서, 광 비행시간 센서, 그리고 장애물과의 접촉 또는 장애물의 거리를 탐지하는데 적절한 다른 센서를 포함할 수 있다. 장애물 탐지 센서(314)는 또한, 예를 들어, 테이프 스위치(tape switch), 가요성 감지 어레이(flexible sensing array), 개별 힘 감지 레지스터(individual force sensing resistor) 또는 힘 감지 레지스터 어레이(force sensing resistor array), 또는 수동 용량성 감지 시스템(passive capacitive sensing system)을 포함할 수도 있다. 장애물 탐지 센서(314)로부터 얻은 신호는 제어 시스템(300)의 프로세서(302)에 의해 모니터링될 수 있고, 몇몇 경우에는, 상기 프로세서(302)가 접촉 또는 충돌이 임박할 수 있다는 것을 결정할 때 경보를 발할 수 있다.
제어 시스템(300)은 원격으로 제어가능한 아암(106)의 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하는 위치결정 표시장치 시스템(304)을 포함하고 있다. 상기 프로세서(302)는 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키기 위해서 오퍼레이터에게 사람이 감지할 수 있는 표시를 제공하도록 위치결정 표시장치 시스템(304)를 제어한다. 상기 표시는, 예를 들어, 촉각적 표시, 청각적 표시, 또는 시각적 표시 중의 하나 이상을 포함한다. 오퍼레이터는 베이스(108)를 직접 조종할 수 있다. 도 1과 관련하여 설명한 것과 같이, 위치결정 표시장치 시스템(304)은 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키도록 오퍼레이터를 안내하기 위해서 시각적 표시(115)를 오퍼레이터(112)에게 제공할 수 있다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 예에서는, 위치결정 표시장치 시스템(304)이 오퍼레이터(112)에게 시각적 표시를 제공하기 위해 표시등(200a)과 표시등(200b)(총괄하여, 표시등(200)이라고 한다)을 포함하고 있다. 각각의 표시등(200)은 표시등이 작동될 때 베이스(108)의 다른 위치조정 방향을 나타내도록 위치되어 있다. 이와 관련하여, 주어진 표시등이 작동되면, 상기 표시등은 베이스(108)를 주어진 위치조정 방향으로 이동시키도록 오퍼레이터(112)를 안내하기 위해서 주어진 위치조정 방향으로 시각적 표시를 발생시킨다. 표시등(200)의 선택적인 작동에 의해 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)에 대해 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키도록 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터가 베이스(108)를 직접 수동으로 조종하면, 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 이동시킬 때, 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키도록 오퍼레이터를 안내하기 위해서 표시등(200)이 선택적으로 작동된다.
표시등(200)은 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)에 선택적으로 배치되어 있다. 표시등(200)은, 예를 들어, 네 개 이상의 표시등을 포함할 수 있다. 상기 표시등(200) 중의 하나는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 켜진 표시등에 의해 표시된 방향으로 이동되어야 한다는 것을 오퍼레이터에게 표시하기 위해서 켜질 수 있다. 개별적으로 켜진 경우의 표시등(200)에 의해서 표시된 방향들 사이의 방향으로 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 이동되어야 한다는 것을 오퍼레이터에게 표시하기 위해서 여러 표시등(200)이 켜질 수 있다.
도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 표시등(200a)이 작동되면, 표시등(200a)이 수술 환경(10)의 바닥면(20)쪽으로 빛을 비춘다. 상기 빛은 제1 방향(202)으로 비추어져서, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 위치조정되도록 제1 방향(202)으로 이동되어야 한다는 것을 오퍼레이터(112)에게 표시한다. 도 2c에 도시되어 있는 것과 같이, 표시등(200b)이 작동되면, 표시등(200b)이 바닥면(20)쪽으로 빛을 비춘다. 상기 빛은 제2 방향(204)으로 비추어져서, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 위치조정되도록 제2 방향(204)으로 이동되어야 한다는 것을 오퍼레이터(112)에게 표시한다.
몇몇 예에서는, 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키기 위해서 오퍼레이터가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 다른 부분을 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키기 위해서 오퍼레이터가 세트업 조립체(109)의 일부를 이동시킬 수 있다. 이와 관련하여, 몇몇 구현예에서는, 위치결정 표시장치 시스템(304)이 세트업 조립체(109)의 링크, 조인트, 또는 다른 요소의 최적의 위치쪽으로의 수동 위치조정을 안내할 수 있거나, 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동되도록 이들 요소의 수동 위치조정을 안내할 수도 있다. 예를 들어, 위치결정 표시장치 시스템(304)은 바닥면(20)상에서의 상기 카트(111)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 표시등을 포함할 수 있다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로, 위치결정 표시장치 시스템(304)은 세트업 아암(128)의 링크 또는 조인트의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 표시등을 포함한다.
예시적인 시스템 작동
본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 수술 시스템(100)용 제어 시스템(300)은 오퍼레이터(112)가 상기 베이스(108)를 수동으로 위치조정할 때 오퍼레이터(112)를 안내할 수 있다. 예를 들어, 수술이 시행되기 전에, 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 수술대(123)의 근처나 수술대(123)에 인접해 있는 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 수동으로 이동시키는 것에 의해 베이스(108)의 수동 위치조정을 수행할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 오퍼레이터(112)가 수동 위치조정을 수행할 때 오퍼레이터(112)를 안내하기 위해서 위치결정 표시장치 시스템(304)을 제어한다.
상기 수동 위치조정 동안에, 상기 프로세서(302)가 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 제어하면서 상기 수동 위치조정을 안내한다. 상기 위치 및/또는 배치방향은, 기준점(162)과 같은, 기준에 대하여 유지될 수 있다. 상기 위치 및/또는 배치방향을 기준점(162)에 대하여 유지시키는 것에 의해 오퍼레이터가 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치를, 예를 들면, 환자(102)에 대한 접근 구멍이나 그 근처에 배치시키도록 할 수 있고, 이로 인해 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치를 고려할 필요없이 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 수동으로 위치조정할 수 있다. 오퍼레이터(112)는 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치를 이동시키지 않고 상기 수동 위치조정 동안에 베이스(108)를 이동시킬 수 있다. 이와 관련하여, 상기 원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))을 위치시키는 단계와 베이스(108)를 위치시키는 단계는, 한 단계의 결과가 다른 단계의 결과에 영향을 미치지 않고, 상기 단계들이 순차적으로 실행될 수 있도록 서로 분리되어 있는 단계일 수 있다.
원위 부분(159)(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향이 유지되는 동안 상기 수동 위치조정을 안내하는 예시적인 프로세스와 작동이 본 명세서에 기술되어 있다. 예를 들어, 도 4는 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해 실행되는 프로세스 400의 흐름도를 나타내고 있다. 도 5는 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해 사용된 입력과 출력을 개략적으로 나타내고 있다. 비록 프로세스 400이 도 1의 수술 시스템(100)과 관련하여 기술되어 있지만, 프로세스 400은 본 명세서에 기술된 수술 시스템의 다른 구현예에도 적용할 수 있다.
프로세스 400의 처음에는, 상기 프로세서(302)가 수술 시스템(100)으로부터의 입력을 수용한다(작업 402). 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 프로세서(302)는 수술 시스템(100)으로부터의 입력 500을 수용할 수 있고(작업 402), 상기 프로세서(302)는 위치결정 표시장치 시스템(304)을 제어하는 출력 502를 결정하도록 처리하여, 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내한다. 입력 500은 센서 시스템(306)의 센서에 의해 발생된 센서 신호뿐만 아니라 오퍼레이터에 의해 특정된 사용자 입력을 포함할 수 있다. 입력 500은, 예를 들어, 수술 데이터(504), 장비 데이터(506), 자세 데이터(508), 오퍼레이터 데이터(509), 장애물 데이터(510), 환자 데이터(512), 그리고 포트 데이터(514)를 포함할 수 있다. 상기 데이터(504, 506, 508-510, 512, 514)는 상기 수동 위치조정을 안내하도록 위치결정 표시장치 시스템(304)을 제어하기 위해 상기 프로세서(302)에 의해 사용가능한 데이터의 여러 예를 나타낸다. 위치결정 표시장치 시스템(304)를 제어하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해 다른 종류와 내용의 데이터가 적절하게 사용될 수 있다.
수술 데이터(504)는 환자(102)에 대해 시행될 특정의 수술을 나타내는 데이터를 포함한다. 수술 데이터(504)는 수술 작업 공간, 예를 들면, 환자(102)에 대해 시행될 특정의 수술로 인해, 수술하는 동안 수술 공구(134)가 접근할 수 있어야 하는 환자(102) 주위의 구역의 특정 요건을 지칭할 수 있다. 수술은 소정의 크기의 작업 공간을 필요로 할 수 있다.
몇몇 예에서는, 수술 작업 공간의 크기를 나타내기 위해서 수술 공구(134)에 대한 특정의 운동 범위가 특정될 수 있다. 몇몇 경우에는, 수술 작업 공간의 크기를 나타내기 위해서 수술 작업 공간의 범위가 묘사될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 오퍼레이터가 수술 작업 공간의 크기를 나타내는 데이터를 입력할 수 있다. 오퍼레이터는 수술을 시행하기 전에 그리고 베이스(108)의 수동 위치조정을 수행하기 전에 상기 데이터를 입력할 수 있다.
베이스(108)의 수동 위치조정을 수행하기 전에, 수술하는 동안 수술 공구(134)에 대해 필요하거나 바람직한 수술 작업 공간을 나타내는 구역 내에서 수술 공구(134)를 이동시키는 것에 의해서 오퍼레이터는 수술 작업 공간의 크기를 보여줄 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터는 원하는 수술 작업 공간을 나타내기 위해서, 또는 원하는 수술 작업 공간을 나타내기 위해 수술 공구(134)의 대체물을 이동시키는 것에 의해서 (쥐고 있는 공구를 가지고 있거나 가지고 있지 않은 상태의)수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 이동시킬 수 있다. 상기 대체물의 예는 수술하는 동안 사용될 수 있는 보통의 수술 공구를 나타내는 장치, 수술 공구(134)의 근위 부분을 나타내지만 전체 샤프트와 엔드 이펙터를 나타내지는 않는 장치, 수술하는 동안 사용될 수 있는 수술 공구의 원위 단부와 관련된 위치의 시각적 표시를 투사하는 장치 등을 포함한다. 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 수술 공구(134)의 원하는 움직임 범위에 관한 정보는 적어도 부분적으로 상기 설명으로부터 도출될 수 있다. 예를 들어, 센서 시스템(306)의 자세 센서(308)는 원하는 작업 공간의 오퍼레이터(112)에 의한 매뉴얼 데몬스트레이션(manual demonstration)을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있고, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원하는 움직임 범위에 관한 정보를 제공할 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 부착된 센서(예를 들면, 자세 센서(308))는 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및/또는 수술 공구(134)의 물리적 운동(physical movement)을 탐지할 수 있고 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및/또는 수술 공구(134)의 자세를 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104) 및/또는 수술 공구(134)가 움직일 때, 상기 프로세서(302)는 이러한 센서 신호를 포함하는 수술 데이터(504)를 수신하고 오퍼레이터가 보여준 수술 작업 공간의 크기를 결정하기 위해서 이러한 센스 신호를 처리할 수 있다.
장비 데이터(506)는 수술하는 동안 사용될 장비의 세부사항을 나타내는 데이터를 포함한다. 장비 데이터(506)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트들의 각각에 대한 움직임의 범위를 명시하는 데이터를 포함할 수 있다. 상기 움직임의 범위는 구조적 또는 기계적 제한사항일 수 있다.
주어진 조인트에 대해서, 상기 조인트에 대한 움직임의 범위는 상기 조인트에 의해 연결된 두 개의 링크 사이에서 가능한 움직임의 양을 지칭할 수 있다. 레볼루트 조인트에 대해서는, 장비 데이터(506)가, 예를 들어, 90도와 180도의 사이에 있는 움직임의 범위에 대한 값을 명시할 수 있다(예를 들면, 상기 조인트의 움직임의 범위는 90도, 135도, 또는 180도이다). 프리즈매틱 조인트에 대해서는, 장비 데이터(506)가, 예를 들어, 10 센티미터와 30 센티미터의 사이에 있는 움직임의 범위에 대한 값을 명시할 수 있다(예를 들면, 상기 조인트의 움직임의 범위는 10 센티미터, 20 센티미터, 또는 30 센티미터이다). 본 명세서에 명시된 움직임의 범위를 넘어서는 다른 움직임의 범위는 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 조립체(109)의 배치형태에 따라 적절한 범위로 될 수 있다. 장비 데이터(506)에 표시된 움직임의 범위는 수동형 조인트에 대한 움직임의 범위, 능동형 조인트에 대한 움직임의 범위, 또는 수동형 조인트와 능동형 조인트의 양자 모두에 대한 움직임의 범위를 포함할 수 있다.
장비 데이터(506)는 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 조립체(109)의 구조를 더 나타낼 수 있다. 예를 들어, 장비 데이터(506)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 갯수, 각각의 조인트의 종류, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 링크의 길이, 그리고 원격으로 제어가능한 아암(106)의 구조와 관련된 다른 파라미터를 명시할 수 있다.
장비 데이터(506)는 또한 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 수술 공구(134)의 종류에 관한 정보를 포함할 수도 있다. 수술 공구(134)의 종류는, 예를 들어, 수술 작업 공간의 크기와 작업을 수행하는데 필요한 토크의 양에 영향을 미칠 수 있다. 수술 공구(134)의 종류는 오퍼레이터에 의해 수동으로 입력될 수 있다. 몇몇 예에서는, 수술 공구(134)가 수술 공구(134)의 종류를 나타내는 탐지가능한 태그(tag)를 포함할 수 있다.
장비 데이터(506)는 또한 수술대에 관한 정보, 예를 들면, 제조업체와 모델; 크기와 치수; 수술대 상부가 수술대 하부에 대해서 움직일 수 있는 경우, 움직임의 범위; 수술대 레일 치수; 탈부착이 가능한 수술대 부분이 있다면, 탈부착이 가능한 수술대 부분의 부착 위치와 치수를 포함할 수도 있다.
자세 데이터(508)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트, 링크, 수술 공구, 그리고 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 다른 구성요소의 자세를 나타내는 데이터를 포함하고 있다. 자세 데이터(508)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트 및/또는 링크의 각각의 초기의 자세, 세트업 조립체(109)의 조인트 및/또는 링의 각각의 초기의 자세, 상기 원위 부분 및/또는 수술 공구(134)의 초기의 자세, 그리고 베이스(108)의 초기의 자세를 포함한다. 수동으로 위치조정하는 동안 베이스(108)가 이동할 때, 자세 센서(308)는 베이스(108)의 움직임에 대응하는 신호를 발생시킬 수 있다. 자세 센서(308)로부터 발생된 신호에 기초하여, 상기 프로세서(302)는 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치를 유지시키기 위해 원격으로 제어가능한 아암(106)을 제어할 수 있다. 상기 위치 및/또는 배치방향은 기준에 대하여 유지될 수 있다. 상기 기준의 예는 수술 환경(10), 환자(102)의 신체, 상기 기준점(162)과 같은 기준점, 상기 기준점(162)으로부터 시작되는 기준틀 등을 포함한다.
오퍼레이터 데이터(509)는 수술팀에 관한 데이터, 예를 들면, 수술을 수행하는 오퍼레이터를 포함한다. 오퍼레이터 데이터(509)는, 예를 들어, 능력, 수술 장비 배치에 대해 선호하는 것, 경험의 수준, 기술의 수준, 그리고 다른 오퍼레이터-특유의 특성에 관한 정보를 포함한다. 몇몇 예에서는, 수술 전에 오퍼레이터들의 각각에 대한 오퍼레이터 프로필이 생성된다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 특정 수술팀에 대해 수술팀 프로필이 생성된다.
장애물 데이터(510)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 대한 수술 환경(10)에서의 환자(102)와 장애물의 자세 또는 위치를 나타내는 데이터를 포함한다. 몇몇 예에서는, 장애물 데이터(510)가 오퍼레이터에 의해 입력된 수술 환경(10)의 맵(map)을 포함할 수 있다. 상기 맵은 수술 시스템(100)의 다른 장비와 같은 수술 환경(10) 내의 잠재적인 장애물의 위치를 포함할 수 있다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 장애물 데이터(510)는 장애물 탐지 센서(314)로부터 얻은 데이터를 포함한다. 원격으로 제어가능한 아암(106), 세트업 조립체(109), 그리고 베이스(108)가 수술 환경(10) 내에서 이동할 때, 장애물 탐지 센서(314)가 수술 환경(10) 내의 장애물의 위치, 배치방향, 또는 자세를 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다.
환자 데이터(512)는 환자-특유의 특징을 나타내는 데이터를 포함한다. 환자 데이터(512)는 환자 체질(patient habitus)과 환자 지오메트리(patient geometry)를 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서는, 오퍼레이터가 환자 체질과 환자 지오메트리를 입력한다. 몇몇 경우에는, 영상 장치가 환자 체질과 환자 지오메트리를 결정하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해서 분석될 수 있는 영상을 만들어낼 수 있다. 상기 영상 장치는 베이스(108)의 수동 위치조정이 일어나기 전에 환자(102) 속으로 삽입될 수 있다. 내시경이 환자 체질과 환자 지오메트리를 추정하는데 유용한 영상을 만들어낼 수 있다. 몇몇 예에서는, 환자 데이터(512)가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대한 환자(102)의 자세 및/또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대한 수술대(123)의 자세를 나타내는 데이터를 포함할 수도 있다. 환자 데이터(512)는 x-선 영상, x-선 컴퓨터 단층촬영 영상(x-ray computed tomography image), 자기 공명 영상 스캔(magnetic resonance imaging scan) 등과 같은, 수술전 영상(pre-operative image)을 포함할 수 있다. 몇몇 경우에는, 환자 데이터(512)가 수술중 영상(intraoperative image) 또는 표면 스캔을 포함한다.
포트 데이터(514)는 환자(102)에 대한 접근 구멍의 특징을 나타내는 데이터를 포함하고 있다. 포트 데이터(514)는 상기 접근 구멍의 위치와 배치방향을 나타낼 수 있다. 상기 프로세서(302)는 베이스(108)의 수동 위치조정 동안에 기준점(162)을 결정하기 위해서 포트 데이터(514)를 이용할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 캐뉼라가 결합될 때, 오퍼레이터가 베이스의 위치조정을 위한 준비가 되어 있음을 표시할 때, 수술 공구가 장착될 때와 같은 때에 포트 데이터(514)는 제어가능한 아암(106)의 자세에 기초한다. 몇몇 구현예에서는, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134)와 같은 구성요소가 환자(102)에 대한 접근 구멍을 통하여 삽입되고, 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 설치된 센서로부터 발생된 신호에 기초하여 상기 접근 구멍의 위치와 배치방향을 결정할 수 있다.
몇몇 예에서는, 포트 데이터(514)가 오퍼레이터에 의해 입력될 수 있다. 베이스(108)의 수동 위치조정이 일어나기 전에 수술 공구(134)가 상기 접근 구멍속으로 삽입되지 않으면, 상기 프로세서(302)는 입력된 포트 데이터(514)에 기초하여 기준점(162)을 선택할 수 있다. 기준점(162)은, 상기 수동 위치조정이 완료된 후 수술 공구(134)가 상기 접근 구멍 속으로 용이하게 삽입되도록 위치되고 배향될 수 있도록 선택된다. 특히, 수술 공구(134)는 상기 수동 위치조정 동안에 물러난 위치로 후퇴한 다음 기준점(162)이 상기 접근 구멍의 위치와 일치하도록 삽입 위치로 축방향으로 병진이동될 수 있다.
상기 입력을 수용한(작업 402) 후, 상기 프로세서(302)는 상기 입력에 기초하여 하나 이상의 지수(index)를 선택적으로 생성한다(작업 404). 상기 프로세서(302)는 상기 지수들 중의 하나를 각각 나타내는 함수를 산출할 수 있다. 상기 지수들 중의 하나 이상은, 예를 들면, 오퍼레이터에 의해 또는 디폴트 세팅(default setting)에 따라, 상기 프로세서(302)에 의해 최적화되도록 선택될 수 있다. 그 다음에, 작업 406에 대하여 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 상기 프로세서(302)는 선택된 지수의 함수를 최적화할 수 있다.
작업 404에서 생성된 지수의 각각은 상기 프로세서(302)에 대한 최적화 목표를 나타낼 수 있다. 상기 지수는 베이스(108)의 수동 위치조정 동안에 최적화될 값을 지칭할 수 있다. 작업 404 동안에 상기 프로세서(302)에 의해서 생성된 각각의 지수는 상기 입력들 중의 하나 이상에 기초한 값일 수 있다. 생성된 지수의 갯수는 자유도의 갯수, 특히, 여유 자유도의 갯수에 의존할 수 있다. 이와 관련하여, 작업 404에서 생성된 지수는 상기 수동 위치조정 동안에 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 현재의 구성에 대한 지수를 나타낸다. 상기 지수에 대한 값은 상기 수동 위치조정 동안 베이스(108)가 수동으로 위치조정되고 조인트가 수동으로 이동됨에 따라 달라질 수 있다.
상기 입력 및/또는 하나 이상의 지수에 기초하여, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)의 최적 자세와 베이스(108)의 현재 자세에 대한 최적성 스코어를 결정한다(작업 406). 상기 프로세서(302)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)에 대한 최적 자세 또는 최적 위치의 범위를 결정할 수 있다. 상기 최적 자세 또는 최적 위치의 범위는 최적의 베이스 위치 범위(110)로 나타내질 수 있다. 상기 최적의 베이스 위치 범위(110)는 베이스(108)에 대해서 최적인 것으로 간주된 3차원 위치와 배치방향의 범위에 해당할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 최적의 베이스 위치 범위(110)가 상기 바닥면과 평행한 평면을 따라 존재하는 최적의 2차원 위치의 범위에 해당한다. 몇몇 예에서는, 상기 최적의 베이스 위치 범위(110)가 최대의 최적성 스코어(maximum optimality score)를 가지는 다수의 최적의 위치를 포함한다. 상기 프로세서(302)는 입력 500에 기초하여 최적의 자세, 최적 자세들, 및/또는 최적의 베이스 위치 범위(110)를 계산할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 작업 404에서 상기 지수들의 값에 대한 함수를 생성할 수 있고 상기 지수들의 각각을 최적화하기 위해서 상기 함수를 이용하는 최적화 전략을 실행할 수 있다. 상기 최적화 전략은, 예를 들어, 기울기 강하 기반의 최적화 전략(gradient descent-based optimization strategy), 최소 제곱법 기반의 최적화 전략(least squares-based optimization strategy), 또는 다른 적절한 전략을 포함한다. 상기 프로세서(302)는 주어진 최적화 전략을 이용하여 상기 함수에 대한 해답을 계산할 수 있고, 상기 해답은 베이스(108)에 대한 최적의 베이스 자세 또는 최적의 자세 범위를 나타낸다. 상기 최적화 전략은 상기 프로세서(302)가 베이스(108)의 현재 자세의 최적성(optimality)를 나타내는 최적성 스코어를 계산할 수 있게 해준다. 몇몇 예에서는, 상기 최적성 스코어가 베이스(108)의 현재 자세의 최적의 베이스 자세 또는 최적의 베이스 위치 범위(110)에 대한 근접성을 나타낸다.
몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 1차 목표로서 한 개의 지수를 선택하고 그 다음에 상기 지수를 최적화하기 위해서 최적화 전략을 이용하여 해답을 계산한다. 상기 프로세서(302)에 의해 산출된 이 해답이 제한 부족한 것(under-constrained)이면, 상기 프로세서(302)에 의해 제공된 해답은 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대해 이용가능한 상태들 중의 일부를 나타낼 수 있다. 1차 해답이 제한 부족한 것일 경우 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트로 전송될 특정의 명령을 식별하기 위해서, 상기 프로세서(302)는 상기 상태들 중의 일부 중에서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원하는 상태를 선택하는 부분 공간 필터(subspace filter)로서 작용하는 모듈을 포함할 수 있다. 상기 부분 공간 필터는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 원하는 상태에 배치되도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 이동시키기 위해서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트에 대한 복수의 명령을 선택할 수도 있다. 바람직하게는, 선택된 명령이 제2 목표에 기여하기 위해서, 예를 들면, 제2 지수를 최적화하기 위해서 사용될 수 있다. 몇몇 예에서는, 다수의 지수가 선택되고, 선택된 지수의 각각에 가중치가 부여된다. 상기 가중치는 한 지수의 다른 선택된 지수에 대한 우선도(priority)를 나타낸다. 예를 들어, 오퍼레이터는 수술 종류와 환자 특징이 오퍼레이터 선호도보다 최적화를 위한 더 큰 우선도를 가진다는 것을 결정할 수 있다. 다수의 목표의 최적화의 예가 인용에 의해 전체 내용이 본 명세서에 포함되어 있는 '229 특허에 개시되어 있다.
각각의 지수는 최적인 것으로 간주되는 값의 범위를 가질 수 있다. 상기 지수가 최적의 값의 범위 내에 있을 때에는, 원격으로 제어가능한 아암(106)과 수술 공구(134)가 상기 지수가 최적의 값의 범위 내에 있지 않을 때의 원격으로 제어가능한 아암(106)과 수술 공구(134)의 상태에 비하여 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 작동에 유리한 상태에 있다. 하나의 지수에 대한 최적의 값의 범위는 임계값보다 큰 상기 지수의 임의의 값에 해당할 수 있다. 상기 임계값은 디폴트 값(default value)이나, 상기 지수의 최대 또는 최소값의 비율로서 프로그램에 기입될 수 있거나, 오퍼레이터에 의해 입력될 수 있다.
다양한 지수가 본 명세서에 기술되어 있다. 이들 지수는 입력 500 중의 하나 이상의 함수일 수 있다. 상기 지수를 계산하기 위해 본 명세서에 기술된 데이터(504, 506, 508, 510, 512, 514)들의 조합의 사용의 예가 제한적인 것은 아니다. 프로세스 400의 주어진 구현에 대해서, 상기 프로세서(302)는 상기 지수들 중의 하나 이상을 생성할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 지수를 생성하는 것이 아니라, 최적성 스코어를 계산하기 위해서 입력 500 중의 하나 이상을 직접 비교함으로써 수동 위치조정을 안내한다.
상기 프로세서(302)는 상기 조인트들의 각각에 대해 이용가능한 움직임의 범위에 기초하여 움직임의 범위 지수를 선택적으로 생성하고 최적화한다. 상기 움직임의 범위 지수는, 예를 들어, 장비 데이터(506)와 자세 데이터(508)에 기초하여 계산될 수 있다. 예를 들어, 하나의 축에 대해서 2방향으로 회전할 수 있는 레볼루트 조인트에 대해서, 상기 프로세서(302)는 2방향의 각각에 있어서 이용가능한 움직임의 양을 결정할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트들의 각각에 대해서 조인트 상태의 목표 범위를 결정할 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 조인트가 양 방향으로 실질적으로 동일한 양만큼 이동할 수 있도록 상기 조인트가 위치되는 것이 유리할 수 있지만, 반면에 몇몇 예에서는, 한 방향으로 이용할 수 있는 움직임의 양을 최대화하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서 조인트 상태의 목표 범위는 주어진 조인트에 대해서 이용가능한 조인트 상태의 범위의 일부분이 될 수 있다. 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트들의 각각에 대해서 움직임의 범위 요건을 고려함으로써 움직임의 범위 지수를 계산할 수 있다.
대체 실시형태로서 또는 추가적으로 상기 움직임의 범위 지수는 수술 공구(134)의 움직임의 범위를 고려한다. 특히, 상기 프로세서(302)는 수술 공구(134)가 특정의 수술에 대해서 환자의 몸의 관련 부분에 도달하기에 충분한 움직임의 범위를 가지고 있는지 여부에 기초하여 움직임의 범위 지수를 계산할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 프로세서(302)는 움직임의 범위 지수를 계산하는데 있어서 수술 데이터(504)을 이용할 수도 있다.
상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 상기 수동 위치조정 동안에 원격으로 제어가능한 아암(106)이 움직일 때, 자세 센서(308)가 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트 및/또는 링크의 움직임에 대응하는 신호를 발생시켜서, 자세 데이터(508)를 업데이트할 수 있다. 이러한 신호를 수신하는 즉시, 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트 및/또는 링크의 각각의 새로운 자세에 기초하여 움직임의 범위 지수의 자신의 결정을 업데이트할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 평활도 지수(smoothness index)를 계산한다. 상기 평활도 지수는 수술 공구(134)의 움직임 성능을 나타내고, 몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트들의 일부 또는 전부의 움직임 성능을 나타낸다. 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)과 수술 공구(134)의 현재 자세에 대해서 가능한 수술 공구(134)의 움직임의 분해능(resolution)를 결정함으로써 움직임 성능을 추정할 수 있다. 예를 들어, 특정 조인트에 대해서, 증분(increment)(예를 들면, 주어진 인가 전압 또는 전류)에 의한 조인트의 작동은 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트들의 각각의 자세와 수술 공구(134)의 자세에 의존하는 수술 공구(134)의 움직임의 양을 초래할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 평활도 지수가 자세와 조인트 센서 위치 분해능의 함수로서 달성할 수 있는 공간 분해능(spatial resolution)에 기초하여 계산된다. 상기 평활도 지수가 가해진 증분(예를 들면, 증분 전압 또는 전류)에 의해 초래된 움직임의 크기를 설명할 수 있다. 이와 관련하여, 주어진 가해진 증분으로부터 초래된 수술 공구(134)의 보다 작은 움직임은 수술 공구(134)의 향상된 움직임 성능과 보다 큰 평활도의 움직임을 일으킬 수 있다. 상기 프로세서(302)는, 예를 들어, 장비 데이터(506)와 자세 데이터(508)에 기초하여 상기 평활도 지수를 계산할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 선택적으로 수술 공구(134)에 대한 토크 지수(torque index)를 계산한다. 상기 토크 지수는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수술 공구(134)에 가할 수 있는 토크를 나타낼 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 수술이, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수술을 시행하는데 필요한 최소 토크로 수술 공구(134)를 조종할 수 있을 것을 요할 수 있다. 이러한 경우에는 수술 공구(134)에 의해서 달성할 수 있는 토크를 최대화하는 것이 유리할 수 있다. 하지만, 상기 달성할 수 있는 토크는 수술 공구(134)에 대한 조인트의 위치와 배치방향에 좌우될 수 있다. 상기 프로세서(302)는, 예를 들어, 수술 데이터(504), 장비 데이터(506), 그리고 자세 데이터(508)에 기초하여 상기 토크 지수를 계산할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 토크 지수 대신에 또는 토크 지수에 더하여, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수술 공구(134)에 가할 수 있는 힘을 나타내는 힘 지수(force index)가 계산된다. 또한, 토크 지수 및/또는 힘 지수는 특정 조인트에 대한 힘 및/또는 토크가 수술 작업 공간 내에서 원격으로 제어가능한 아암(106)이 움직이는 동안 최소화될 수 있도록 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트에 대한 힘과 토크를 설명할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 현재 상태에 대해 수술 공구(134)에 의해서 접근가능한 작업 공간의 부분을 나타내는 작업 공간 지수(workspace index)를 계산할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 오퍼레이터에 의해 나타내어진 수술 데이터(504)로 표시된 작업 공간에 기초하여 작업 공간 지수를 계산할 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 작업 공간 지수를 최적화하도록 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 프로세서(302)에 의해서 제어될 수 있다. 상기 프로세서는 매뉴얼 데몬스트레이션(manual demonstration)을 나타내는 자세 센서(308)로부터의 신호와 작업 공간 지수를 계산하는데 사용된 데이터에 기초하여 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 수술 공구(134)가 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 움직임의 범위를 고려하여 이동될 수 있는 정도를 결정함으로써 장비 데이터(506)와 자세 데이터(508)에 기초하여 수술 공구(134)에 의해 접근가능한 수술 작업 공간의 부분을 계산할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 작업 공간 지수를 결정하는데 있어서 환자 지오메트리와 환자 체질을 고려하기 위해서 환자 데이터(512)를 사용할 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 부분적으로 포트 데이터(514), 특히, 환자(102)에 대한 접근 구멍의 위치와 배치방향에 기초하여 작업 공간 지수를 계산할 수 있다. 몇몇 예에서는, 환자 데이터(512)가, 수술 데이터(504)와 결합하여 사용될 때, 필요한 기구 작업 공간 한계를 추정하는데 사용될 수 있는 환자 생리 기능(patient physiology)의 영상을 포함한다.
몇몇 예에서, 상기 프로세서(302)는, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트가 기구학적 특이성(kinematic singularity)에 해당하는 상태로 작동될 수 있는 가능성을 나타내는 특이성 지수(singularity index)를 계산한다. 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암(106)에 대해서, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 하나 이상의 방향으로 이동하거나 힘을 작용할 능력을 상실한 상태에 있을 때 기구학적 특이성이 발생한다. 상기 프로세서(302)는 장비 데이터(506)에 기초하여 잠재적인 기구학적 특이성을 결정할 수 있다. 예를 들어, 상기 조인트에 대한 기구학적 특이성은 원격으로 제어가능한 아암(106)의 현재의 구성에 의존할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 선택적으로 자세 데이터(508)와 장애물 데이터(510)에 기초하여 장애물 지수(obstacle index)를 추정할 수 있다. 상기 장애물 지수는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 근처의 장애물와 충돌할 수 있는 가능성을 나타낸다. 이와 관련하여, 장애물 데이터(510), 원격으로 제어가능한 아암(106)의 현재 자세, 그리고 수술 데이터(504)를 이용하여, 상기 프로세서(302)가, 수술 공구(134)가 수술 데이터(504)에 명시된 수술 작업 공간의 범위에 접근할 수 있으면 원격으로 제어가능한 아암(106)이 근처의 장애물와 충돌할 수 있는지 여부를 결정하기 위해서 장애물 지수를 계산할 수 있다.
상기 프로세서(302)는 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 환자에 대해 가해진 힘의 양을 나타내는 환자 힘 지수(patient force index)를 계산한다. 예를 들어, 상기 환자 힘 지수는 자세 데이터(508), 환자 데이터(512), 그리고 포트 데이터(514)에 기초하여 계산될 수 있고 환자에 대한 접근 구멍의 근처의 환자(102)의 체벽에 가해질 수 있는 토크 또는 힘의 양을 나타낼 수 있다. 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 베이스(108)가 환자(102)의 조직에 원하는 양을 초과하는 힘을 가할 수 있는 방식으로 이동되고 있는지 여부를 결정하기 위해서 상기 환자 힘 지수를 이용할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 선택적으로 수술 공구(134)의 주어진 자세에서 수술 공구(134)의 민첩성을 나타내는 민첩성 지수(dexterity index)를 계산한다. 상기 민첩성 지수는 평활도 지수, 토크 지수, 작업 공간 지수, 그리고 특이성 회피 지수 중의 하나 이상을 설명하는 종합 지수일 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 민첩성 지수가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 조인트에 대한 조작성 지수(manipulability index) 및/또는 야코비안 조건수(Jacobian condition number)에 기초하여 계산된다.
몇몇 구현예에서, 외과 수술에 대한 최적화 전략은 이전의 외과 수술로부터 얻은 데이터에 기초한다. 이전의 외과 수술로부터 얻은 데이터는, 예를 들어, 이전의 외과 수술 동안에 수집된 입력, 이전의 외과 수술 동안에 결정된 여러 지수, 및/또는 이전의 외과 수술 동안에 결정된 스코어를 포함한다. 몇몇 경우에는, 상기 최적화 전략이, 예를 들어, 인공 신경 회로망과 같은, 기계 학습 접근법을 이용하여 결정된다.
상기 프로세서(302)가 최적 베이스 자세와 현재의 자세에 대한 최적성 스코어를 결정(작업 406)한 후, 상기 프로세서(302)는 최적성 스코어를 임계 최적성 스코어(threshold optimality score)와 비교한다(작업 407). 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어보다 크거나(작업 408) 또는 임계 최적성 스코어보다 작거나(작업 412) 간에, 상기 프로세서(302)는 출력 502를 생성할 수 있고 전달할 수 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 작동을 제어하기 위해서 출력 502가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로 전송될 수 있다.
최적성 스코어가 임계 최적성 스코어보다 크면(예를 들면, 작업 408), 상기 프로세서(302)는 선택적으로 상기 수동 위치조정이 완료된 것을 나타내는 표시장치를 작동시키는 신호를 출력한다(작업 410). 베이스(108)가 표시등(200)을 포함하고 있으면, 상기 수동 위치조정의 완료를 나타내는 신호는 각각의 표시등(200)을 특정 패턴 또는 순서로 켜는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(302)는 모든 표시등(200)이 켜지도록 위치결정 표시장치 시스템(304)을 제어할 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 상기 수동 위치조정의 완료를 나타내는 청각적 신호를 제공하기 위해서 스피커를 제어한다. 몇몇 구현예에서는, 최적성 스코어가 작업 408에서 최대화된다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로, 최적성 스코어가 최대화되면, 최적화는 에러 스코어(error score)와 같은 스코어를 최소화하는 결과를 초래한다.
몇몇 예에서는, 베이스(108)가 임계 최적성 스코어보다 높은 위치의 범위 내에 있도록 베이스(108)의 운동을 안내하기 위해서 위치결정 표시장치 시스템(304)이 제어된다. 예를 들어, 최적화 프로세스가 오퍼레이터에 대해서 중요한 특정 조건, 예를 들면, 프로세스 400 동안 고려되지 않은 외과 수술과 관련된 휴리스틱스(heuristics)를 처리하지 않으면, 위치결정 표시장치 시스템(304)이 베이스(108)를 위치조정하는데 있어서 오퍼레이터에게 융통성을 제공하기 위해서 상기 위치의 범위를 제공한다. 오퍼레이터는, 최대의 최적성 스코어를 가지지 않을 수 있지만 프로세스 400이 위치결정 표시장치 시스템(304)을 제어하는데 있어서 고려하지 않은 다른 조건을 이행할 수 있는 위치를 선택할 수 있다.
최적성 스코어가 임계 최적성 스코어보다 작으면(작업 412), 상기 프로세서(302)는 상기 수동 위치조정을 안내하는 위치조정 신호를 출력한다(작업 414). 상기 프로세서(302)는 상기 위치조정 신호를 위치결정 표시장치 시스템(304)으로 전송할 수 있다. 몇몇 예에서는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 프로세서(302)가 상기 위치조정 신호를 위치결정 표시장치 시스템(304)의 일부분을 형성하는 표시등(200)을 포함하는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로 전송한다. 상기 위치조정 신호는 표시등(200)을 켜서, 오퍼레이터가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 최적의 베이스 자세쪽으로 또는 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 위치조정하기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 이동시켜야 하는 위치조정 방향을 표시한다.
그 다음에 상기 프로세서(302)는 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 기준점(162)과 같은, 기준에 대하여 유지시키는 구동 신호(drive signal)를 전송한다(작업 416). 상기 프로세서(302)는 센서로부터 얻은 신호에 기초하여 상기 구동 신호를 발생시킨다. 예를 들어, 자세 데이터(508)는 베이스(108)가, 예를 들면, 탐지된 속도와 가속도로 위치조정 방향으로 이동되고 있는 것을 나타낼 수 있다. 상기 프로세서(302)는, 결과적으로, 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향이 유지되도록 상기 조인트를 베이스(108)의 움직임에 대응하여 움직이게 하는 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 상기 위치 및/또는 배치방향은, 기준점(162)과 같은, 기준에 대하여 유지될 수 있다.
몇몇 예에서는, 상기 위치조정 신호를 출력하거나(작업 414) 상기 구동 신호를 전송하면서(작업 416), 상기 프로세서(302)가 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트에 브레이크를 작동시킬 수 있거나, 베이스(108)의 움직임을 정지시키기 위해서 제동 메카니즘을 작동시킬 수 있거나, 세트업 조립체(109)의 움직임을 정지시키기 위해서 제동 메카니즘을 작동시킬 수 있거나, 및/또는 상기 카트(111)의 움직임을 정지시키기 위해서 상기 카트(111)의 바퀴(136)와 결합된 제동 메카니즘을 작동시킬 수 있다. 상기 프로세서(302)는 환자 힘 지수의 값의 변화에 기초하여 상기 브레이크 또는 제동 메카니즘을 제어할 수 있다. 예를 들어, 환자 힘 지수에 기초하여, 상기 프로세서(302)는 원하는 양을 초과하는 힘이 환자(102)의 조직에 가해지고 있는 것을 결정할 수 있다. 이와 관련하여, 오퍼레이터(112)는 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)로부터 멀어지는 방향으로 위치조정하고 있을 수 있고, 상기 프로세서(302)는 이러한 움직임을 억제하려고 할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))을 기준점(162)에 원점을 둔 기준틀과 같은 기준에 대하여 원하는 위치 및/또는 배치방향으로 유지시키도록 원격으로 제어가능한 아암(106)을 구동시킬 수 없다. 이것은, 예를 들어, 조인트 한계, 특이성, 과도한 진동, 또는 베이스(108)의 운동의 과도한 속도/가속도로 인해 일어날 수 있다.
자세 데이터(508)를 이용하여, 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암에 대한 원격 운동 중심(이것은 종종 원격으로 제어가능한 아암에 결합된 캐뉼라 또는 수술 공구(134)에 대하여 동일한 원격 운동 중심이다)을 결정하거나 추정할 수 있고 상기 원격 운동 중심을 유지시키기 위해서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 동력 조인트의 작동을 제어할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위하여 상기 조인트가 어떻게 구동되어야 하는지를 결정하기 위해서 선택적으로 역기구학(inverse kinematics)을 이용한다. 상기 동력 조인트의 액추에이터는 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위하여 및/또는 상기 동력 조인트를 보다 최적의 위치에 위치시키기 위하여 선택적으로 구동될 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 프로세서(302)가 베이스(108)의 움직임으로 인해 초래될 수 있는 상기 동력 조인트의 움직임을 억제하도록 상기 동력 조인트의 액추에이터를 제어한다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 상기 동력 조인트를 보다 최적의 위치쪽으로 이동시키기 위해서 상기 동력 조인트의 액추에이터를 제어한다. 이러한 방법의 예가 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 '229 특허에 개시되어 있다.
본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 원격으로 제어가능한 아암 및/또는 수술 공구(134)의 움직임은, 수술 공구(134)가 기준점(162)에 의해서 정해진 피벗점에 대해서 회전하도록 제한될 수 있다. 이러한 피벗점을 추정하는데 있어서, 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 컴플라이언스(compliance) 또는 스티프니스(stiffness)에 의해서 특징지워진 다른 모드(mode)를 선택적으로 실행할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 추정 피벗점(estimate pivot point)이 계산된 후 피벗점 또는 원격 운동 중심에 대한 컴플라이언스 또는 스티프니스의 범위에 걸쳐서 다른 모드를 실행할 수 있다. 상기 범위는, 예를 들면, 수동형 피벗점(passive pivot point)으로 되는, 유연한 피벗점과 예를 들면, 고정된 피벗점으로 되는, 뻣뻣한 피벗점의 사이에 걸쳐 있을 수 있다.
고정된 피벗점에 대해서, 추정된 피벗점은 원격으로 제어가능한 아암의(예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암의 원위 부분의) 피벗점 및/또는 수술 공구(134)의 피벗점을 원하는 위치로 이동시키기 위해서 사용될 수 있는 에러 출력을 발생시키기 위해서 원하는 피벗점과 비교될 수 있다. 수동형 피벗점에 대해서, 원하는 피벗 위치는 1차 목표 또는 최우선시되는 목표가 아닐 수 있다. 추정된 피벗점은 에러 검출을 위해서 여전히 사용될 수 있다. 추정된 피벗점 위치에 있어서의 변화는 환자(102)가 이동되었다거나 센서가 제대로 작동하고 있지 않다는 것을 나타낼 수 있어서, 상기 프로세서(302)에게 시정 조치를 취할 기회를 부여한다.
상기 프로세서(302)는 선택적으로 원격으로 제어가능한 아암(106)의 컴플라이언스 또는 스티프니스가 상기 범위 전체에 걸쳐서 변경될 수 있게 한다. 예를 들어, 상기 조인트(148g)는 두 개의 축에 대해서 피벗 운동을 가능하게 하는 기구 홀더 리스트 조인트(instrument holder wrist joint)일 수 있다. 상기 조인트(148g)는 상기 범위의 유연한 끝부분(compliant end)에 있도록 제어되고, 상기 조인트(148g)의 액추에이터가 토크를 거의 가하지 않거나 전혀 가하지 않는 동안 상기 프로세서(302)는 수술 공구(134)의 근위 단부를 공간에서 이동시킬 수 있다. 이와 관련하여, 수술 공구(134)는 마치 한 쌍의 수동형 조인트에 의해 원격으로 제어가능한 아암(106)에 결합되어 있는 것처럼 행동한다. 이 모드에서는, 기다란 샤프트(152)와 환자에 대한 접근 구멍을 따라서 존재하는 환자(102)의 조직 사이의 상호작용이 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 피벗점에 대한 피벗 운동을 일으킨다.
상기 조인트(148g)가 상기 범위의 뻣뻣한 끝부분(stiff end)에 있도록 제어되면, 상기 프로세서(302)가 포트 데이터(514)로부터 환자에 대한 접근 구멍의 위치를 결정할 수 있고 상기 환자에 대한 접근 구멍의 위치를 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))이 회전하여야 하는데 있어서 중심이 되는 기준점(162)을 나타내는 입력으로서 사용할 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 프로세서(302)가 자세 데이터(508)에 기초하여 환자에 대한 접근 구멍의 위치를 계산할 수 있고 상기 환자에 대한 접근 구멍의 위치를 기준점(162)으로 취급할 수 있다. 그 다음에 상기 프로세서(302)는, 계산된 피벗점에서 기다란 샤프트(152)에 대한 임의의 측방향 힘이 피벗점을 통하여 기다란 샤프트(152)를 유지시키는 반작용력을 초래하도록 피벗점에 근접하여 배치된 원격으로 제어가능한 아암(106)의 각각의 조인트와 결합된 액추에이터를 구동시킬 수 있다. 따라서 상기 프로세서(302)는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 기계적으로 제한된 원격 중심 링크장치(mechanically constrained remote center linkage)와 유사한 방식으로 움직이도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 제어할 수 있다. 여러 구현예가 접근 부위에 해당하는 피벗점에 대하여 계산된 움직임을 제공하는 것과 환자에 대한 접근 구멍을 따라서 존재하는 조직이 상기 조직에 과도한 측방향의 힘을 받게 하지 않으면서 이동할 때 허용가능한 범위 내에서 원격 운동 중심을 이동시키는 것 사이에 해당할 수 있다. 상기 '229 특허― 그 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있음 - 는 원격 운동 중심과 피벗점을 계산하는 다른 예를 개시하고 있다.
상기 프로세서(302)가 위치조정 신호를 출력하고(작업 414) 구동 신호를 전송(작업 416)한 후, 상기 프로세서(302)는, 상기 프로세서(302)가 베이스 자세의 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어를 초과하는 것을 결정할 때까지 작업 402, 작업 404, 작업 406, 작업 407, 작업 412, 작업 414, 그리고 작업 416을 반복할 수 있다. 그 시점에, 상기 프로세서(302)는 상기 수동 위치조정의 완료를 나타내기 위해서 작업 408과 작업 410을 수행할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 베이스 자세의 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어를 초과하는 것을 결정할 때까지 작업 402, 작업 404, 작업 406, 작업 407, 작업 412, 작업 414, 그리고 작업 416을 반복하는 대신에, 상기 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어를 초과하기 전에 베이스(108)의 수동 위치조정이 중단된다. 예를 들어, 오퍼레이터는 프로세스 400보다 우선하는 사용자 입력을 제공하여 상기 프로세서(302)가 수동 위치조정을 안내하는 작업의 반복을 중단시키게 할 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 프로세서(302)는 미리 정해진 조건이 충족되는 것에 대응하여 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하는 것을 자동적으로 중단시킬 수 있다. 상기 미리 정해진 조건은 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)로 위치조정될 수 없는 것을 상기 프로세서(302)에게 나타낼 수 있다. 예를 들어, 프로세스 400가 개시된 후 소정의 시간, 예를 들면, 5분 내지 15분이 경과한 후 상기 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어를 초과하지 않으면, 상기 프로세서(302)는 프로세스 400을 중단시킨다. 다른 예에서는, 상기 프로세서(302)가 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)로부터 멀어지는 방향으로 이동되는 다수의 사례를 추적하고 상기 다수의 사례가 소정의 수, 예를 들면, 10 내지 20 사례를 초과하면 프로세스 400을 중단시킨다. 다른 예에서는, 상기 프로세서(302)가, 장애물 데이터(510)에 기초하여, 베이스(108)의 현재 위치와 최적의 베이스 위치 범위(110) 사이의 장애물로 인해 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)로 이동하는 경로가 존재하지 않는다는 것을 결정한다. 상기 최적성 스코어가 임계 최적성 스코어를 초과하기 전에 베이스(108)의 수동 위치조정이 중단되면, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)가 차선의 위치(sub-optimal position), 예를 들면, 최적의 베이스 위치 범위(110)의 외측에 있다는 것을 나타내는 경보를 발할 수 있다.
도 6a 내지 도 6p는 일련의 작업 600A 내지 작업 600P를 나타내고 있고, 상기 일련의 작업 600A 내지 작업 600P 동안 오퍼레이터(112)는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착된 수술 공구(도시되어 있지 않음)가 환자(102) 주위의 작업 공간(602)에 도달할 수 있도록 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 환자(102)를 지지하는 수술대(123)에 인접하게 수동으로 위치조정한다. 작업 600A 내지 작업 600P의 각각은 오퍼레이터(112), 프로세서(예를 들면, 제어 시스템(300)의 프로세서(302)), 또는 오퍼레이터(112)와 상기 프로세서의 결합에 의해 실행되는 부차적인 작업(sub-operation)을 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 작업 600A 내지 작업 600P의 일부 또는 전부가 다수의 오퍼레이터에 의해 실행된다.
도 6a에서는, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 수술 환경(10)에 위치되어 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)은 집어넣어진 배치형태(stowed configuration)로 될 수 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)은 작업 600A, 작업 600B, 그리고 작업 600C 동안 원격으로 제어가능한 아암(106)을 전개하도록 상기 프로세서에 의해서 제어될 수 있다. 상기 프로세서는, 도 6b 및 6c의 작업 600B와 작업 600C에 각각 나타나 있는 바와 같이, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 베이스(108)로부터 더 뻗어나오도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 제어할 수 있다. 상기 프로세서는, 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 링크에 있는 캐뉼라(150) 또는 수술 공구)이 전개 방향(603)으로 이동하도록 상기 조인트를 작동시킬 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서가 원격으로 제어가능한 아암(106)을 이동시키기 위해서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 제어하는 대신에, 오퍼레이터가 원격으로 제어가능한 아암(106)을 도 6c에 도시된 전개된 위치로 수동으로 이동시킨다. 원격으로 제어가능한 아암(106)이 전개되면, 오퍼레이터(112)는 원격으로 제어가능한 아암(106)을 멸균 드레이프(도시되어 있지 않음)로 덮을 수 있다.
도 6d 내지 도 6f에서는, 각각, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 수술 작업 공간(602)에 인접하게 위치되도록 오퍼레이터(112)가 상기 베이스(108)를 수동으로 위치조정한다. 몇몇 예에서는, 작업 600D 내지 작업 600F 동안, 상기 프로세서는 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 밀어야 하는 위치조정 방향(606)의 표시를 제공하기 위해서 위치결정 표시장치 시스템(예를 들면, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304))을 제어할 수 있다. 상기 표시는 바닥면에 비추어진 시각적 표시일 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서가 최적의 베이스 위치 또는 최적의 베이스 위치 범위(110)를 계산할 수 있고 그 다음에 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키도록 오퍼레이터(112)를 안내할 위치조정 방향(606)을 나타내기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키는 동안 원격으로 제어가능한 아암(106)과 베이스(108)의 관성이 원격으로 제어가능한 아암(106)을 베이스(108)에 대하여 이동하게 할 수 있다. 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 이동시키는 동안, 상기 프로세서는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 전개된 위치에 그대로 있도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트는 작업 600D 내지 작업 600F 동안 도 6d 내지 도 6f의 각각에 도시된 전개 방향(603)으로 이동될 수 있다.
도 6g에 도시된 작업 600G에서는, 상기 베이스(108)가 수술대(123)와 환자(102)에 인접하게 위치되어 있다. 도 6h, 도 6i, 그리고 도 6j에 각각 도시된 작업 600H, 작업 600I, 그리고 작업 600J에서는, 수술 공구가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착될 경우에 수술 공구가 수술 작업 공간(602) 내에 있도록 원격으로 제어가능한 아암(106)이 전개된다. 원격으로 제어가능한 아암(106)의 전개는 상기 프로세서에 의해, 예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 작동을 통하여 제어될 수 있거나, 오퍼레이터(112)가 수동으로 원격으로 제어가능한 아암(106)을 전개시킬 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)이 전개될 때, 몇몇 구현예에서는, 오퍼레이터(112)가 수술 작업 공간(602)의 크기를 보여줄 수 있다. 오퍼레이터(112)는, 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 일부분(또는 수술 공구가 원격으로 제어가능한 아암(106)에 장착되어 있다면, 상기 수술 공구)이 수술 작업 공간(602)의 경계를 통과하여 이동되도록 수동으로 원격으로 제어가능한 아암(106)의 기구 홀더 또는 다른 부분을 수동으로 조종할 수 있다. 상기 프로세서는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 있는 자세 센서로부터 센서 신호를 수신할 수 있고 그 다음에 상기 신호를 이용하여 수술 작업 공간(602)의 크기를 추정할 수 있다. 수술 작업 공간(602)의 실례를 보여주는 다른 여러 방법이 본 명세서에 기술되어 있다.
작업 600J에서는, 기준이 특정되어 있다. 이 예에서는, 상기 기준이 기준점(162)이다. 몇몇 예에서는, 작업 600J에서, 수술 공구가 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 삽입되고, 상기 기준점이 환자에 대한 접근 구멍의 위치와 일치하도록 정해진다. 오퍼레이터(112)는 수술 공구를 환자에 대한 접근 구멍 속으로 삽입하기 위해서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 링크 또는 다른 부분을 조종하기 위해 제어가능한 아암(106)의 다양한 조인트를 움켜잡을 수 있다. 조인트를 움켜잡는 것의 여러 예가 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 '223 특허에 상세하게 개시되어 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 기준을 정하는 위치가 수술 공구를 환자에 대한 접근 구멍을 통하여 물리적으로 배치시키는 것과는 다른 방식으로 상기 프로세서로 제공된다. 상기 프로세서는 베이스(108)의 수동 위치조정이 완료된 후에 수술 공구가 환자에 대한 접근 구멍 속으로 삽입될 수 있도록 기준점(162)을 결정할 수 있다. 상기 기준점(162)은 원격으로 제어가능한 아암(106)와 물리적으로 접촉하고 있는 구성요소 상의 지점, 또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 기계적으로 연결되어 있지 않은 공간상의 지점 또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 기계적으로 연결된 구성요소의 일부분이 될 수 있다. 예를 들어, 기구 홀더(132)가 캐뉼라(150)에 결합되어 있고 캐뉼라(150)가 환자 내부로 삽입되어 있으면, 상기 기준점(162)은, 캐뉼라(150)가 환자의 체벽과 접촉하는 지점과 같은, 캐뉼라(150)를 따라서 존재하는 한 지점을 가리킬 수 있다. 기구 홀더(132)가 캐뉼라(150)로부터 분리되어 있으면, 상기 기준점(162)은, 캐뉼라가 설치된다면 설치된 캐뉼라가, 원격으로 제어가능한 아암(106)에 기계적으로 연결되어 있지 않은 수술 환경(10)에 있을 장소와 관련된 지점을 가리킬 수 있다. 상기 기준점(162)은 다양한 구현예에서 다른 방식으로 나타내질 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 환자(102)에 대한 접근 구멍에 근접해 있는 것, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 이미 삽입된 캐뉼라와 결합되어 있는 것, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 쥐고 있는 캐뉼라가 환자(102) 내부로 삽입되어 있는 것, 환자의 절개부 또는 기준점 및/또는 방향을 나타내기 위해 환자에 표시된 안내 표시를 식별하기 위해서 영상 획득과 영상 인식이 실행되는 것 등을 나타내기 위해서 오퍼레이터가 입력 장치를 조종한다.
작업 600J에서는, 도 4 및 도 5에 대하여 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 상기 프로세서가 수신된 입력에 기초하여 최적의 베이스 위치 범위(110)를 결정할 수 있다. 도 6k 내지 도 6m에 도시되어 있는 바와 같이, 작업 600K 내지 작업 600M에서는, 각각, 상기 프로세서가 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내한다. 상기 프로세서는 베이스(108)에 대한 위치조정 방향(606)을 나타내기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어한다. 상기 위치조정 방향(606)은 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동되도록 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 위치조정하여야 하는 방향을 가리킨다. 오퍼레이터(112)는, 상기 위치결정 표시장치 시스템에 의해 제공된 위치조정 방향(606)에 따라, 상기 베이스(108)를 수동으로 위치조정한다. 오퍼레이터(112)가 상기 베이스(108)를 수동으로 위치조정하는 동안, 도 4 및 도 5에 대하여 기술되어 있는 것과 같이, 상기 수동 위치조정 동안에 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구)의 위치 및/또는 배치방향이 기준에 대하여(예를 들면, 상기 기준점(162))에 유지되도록 상기 프로세서는 베이스(108)의 움직임을 탐지할 수 있고 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 작동을 제어할 수 있다. 따라서 상기 프로세서는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 하나 이상의 부분(예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 단부 또는 다른 부분)을 상기 수동 위치조정이 일어나는 동안 전개 방향(603)으로 베이스(108)에 대하여 이동시킬 수 있다.
상기 프로세서는 상기 수동 위치조정 동안에 베이스(108)의 회전 및 병진이동을 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수 있다. 도 6k에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 프로세서는 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 위치조정 방향(606)으로 병진이동시키는 위치조정 방향(606)을 표시하기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수 있다. 도 6l 및 도 6m에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 프로세서는 또한 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 위치조정 방향(606)으로 회전시키는 위치조정 방향(606)을 표시하기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수도 있다.
도 6n에서는, 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110) 내에 있도록 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 성공적으로 수동으로 위치조정하였다. 몇몇 구현예에서는, 작업 600N에서, 상기 프로세서가 성공 표시(608)를 제공하기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 제어한다. 상기 성공 표시(608)는 베이스(108)의 수동 위치조정이 완료된 것을 나타낸다. 몇몇 구현예에서는, 상기 성공 표시(608)가 상기 위치결정 표시장치 시스템에 의해 제공된 특정의 순서 또는 패턴이다. 몇몇 구현예에서는, 상기 성공 표시(608)가 오퍼레이터에게 성공을 나타내는, 청각적 증거, 촉각적 증거, 또는 다른 신호를 포함한다. 몇몇 예에서는, 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)의 외측에 있을 때 상기 위치결정 표시장치 시스템이 오퍼레이터에게 여러 표시를 제공하기도 한다.
베이스(108)의 위치조정이 성공적으로 완료된 후, 외과 수술을 시작할 수 있다. 수술 공구는 환자(102)에 대한 접근 구멍 속으로 삽입될 수 있다. 외과의사는 수술을 시행하도록 수술 공구를 제어하기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106)을 원격으로 제어할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 베이스(108)를 보다 최적의 위치에 위치조정하기 위해서 제2 수동 위치조정을 실행하는 것이 유리할 수 있다. 오퍼레이터(112)는 상기 프로세서에게 제2 수동 위치조정을 안내하도록 요청할 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서가 제2 수동 위치조정이 유리하다는 것을 탐지한 다음 제2 수동 위치조정을 수행하도록 오퍼레이터(112)에게 주의를 환기시킨다. 예를 들어, 처음의 수동 위치조정이 완료된 후 수술하는 동안 장애물이 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 인접하게 배치될 수 있다. 오퍼레이터(112)에 의해 수행된 처음의 수동 위치조정은 상기 장애물을 피하기에 충분하지 않을 수 있다. 도 6o에 도시되어 있는 바와 같이, 최적의 베이스 위치 범위는 장애물(612), 예를 들면, 보조 카트, 환자, 및/또는 오퍼레이터를 고려하지 않은 처음의 최적의 베이스 위치 범위(110)이다. 도 6o에서, 원격으로 제어가능한 아암(106)과 장애물(612) 사이의 충돌이 거의 일어나지 않도록 장애물(612)은 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로부터 충분히 멀리 떨어져 있다. 하지만, 도 6p에 도시되어 있는 바와 같이, 장애물(612)이 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 인접하게 위치되도록 이동되어서, 충돌의 가능성을 증가시킨다.
몇몇 구현예에서는, 수술 공구(134)가 수술하는 도중에 환자에 대한 새로운 구멍 위치로 이동되어야 하기 때문에 제2 수동 위치조정이 일어날 수 있다. 처음의 구멍 위치는 새로운 구멍 위치에 대해 요구되는 베이스 위치와는 다른 베이스 위치를 필요로 할 수 있다. 이와 관련하여, 새로운 구멍 위치는 새로운 기준점(162)을 초래할 수 있고, 그 결과 제2 수동 위치조정에 대한 새로운 최적의 베이스 위치 범위를 초래할 수 있다. 결과적으로, 상기 프로세서는, 오퍼레이터가 베이스(108)를 새로운 최적의 베이스 위치 범위쪽으로 이동시키게 안내되도록 제2 수동 위치조정을 안내한다.
몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서가 제2 수동 위치조정을 안내한다. 상기 프로세서는, 예를 들어, 상기 아암 또는 수술 공구가 작업 공간 경계의 가장자리로 이동되었고 오퍼레이터가 상기 아암 또는 수술 공구를 상기 작업 공간 경계를 넘어서 이동시키기를 원할 때 제2 수동 위치조정 프로세스를 개시한다. 이러한 경우에, 상기 프로세서는 새로운 작업 공간 경계를 고려하는, 예를 들어, 오퍼레이터가 본 명세서에 기술된 매뉴얼 데몬스트레이션 프로세스를 이용하는 것을 정하는 제2 수동 위치조정을 일으킬 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 프로세서가 장애물의 이동, 예를 들면, 수술 환경(10) 내에서 오퍼레이터 또는 장치의 이동으로 인해 제2 수동 위치조정 프로세스를 개시한다.
도 3 내지 도 5에 대해서 설명한 것과 같이, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 원격으로 제어가능한 아암(106) 근처의 장애물을 탐지하는데 사용될 수 있는 장애물 탐지 센서를 포함하고 있다. 장애물(612)을 탐지하는 즉시, 상기 프로세서는 원격으로 제어가능한 아암(106)이 장애물(612)로부터 멀어지게 위치조정되어야 하도록 충돌 가능성이 충분히 크다는 것을 결정할 수 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)과 장애물(612) 사이의 충돌을 피하기 위해서 베이스(108)의 이동없이 상기 조인트가 작동될 수 있는 것이 가능할 수도 있지만, 몇몇 예에서는, 도 4 및 도 5에 대하여 설명한 것과 같이, 다른 목표를 달성하기 위해서 베이스(108)의 제2 수동 위치조정을 안내하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 제2 수동 위치조정은 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트 중의 일부의 움직임의 범위를 방해할 수 있는 새로운 장애물(612)을 고려하여 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 움직임의 범위 지수를 유리하게 향상시킬 수 있다. 도 6p에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 프로세서는 새로운 장애물을 고려하는 새로운 최적의 베이스 위치 범위(110)를 계산할 수 있다. 상기 프로세서는 제2 수동 위치조정을 위한 위치조정 방향(606)을 나타내기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어한다. 그 다음에 오퍼레이터(112)가 베이스(108)와 원격으로 제어가능한 아암(106)이 장애물(612)로부터 멀어지게 이동되어서, 장애물(612)과의 충돌의 위험을 줄이도록 상기 위치조정 방향(606)에 따라 제2 수동 위치조정을 수행할 수 있다.
추가적인 대체 구현예
위에서 설명한 시스템은 위에서 논의한 특징들에 부가하거나, 위에서 논의한 특징들 대신에 아래의 특징들 중의 하나 이상을 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 아암(106)이 원격으로 제어가능한 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 구현예에서는, 상기 아암(106)이 상기 아암(106)이 있는 공간과 동일한 공간 내의 한 장소에서 오퍼레이터에 의해서 제어된다. 예를 들어, 상기 아암(106)이 의료 절차 동안 사용되면, 오퍼레이터가 상기 아암(106)을 환자의 침대 옆에서 제어한다.
카트(111)를 포함하는 것으로 설명되어 있지만, 몇몇 경우에는, 세트업 조립체(109)가 바닥면(20) 위에서 갠트리(gantry)에 부착되어 있으며 수술 환경(10)의 벽 또는 천장에 장착된 플랫폼에 해당한다. 오퍼레이터(112)는 수동 위치조정을 실행하기 위해서 상기 플랫폼을 상기 갠트리를 따라서 이동시킬 수 있다. 상기 갠트리는, 예를 들어, 베이스(108)를 상기 갠트리에 부착시키는 레일에 결합된 제동 메카니즘을 포함할 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템이 상기 레일과 결합된 제동 메카니즘을 포함할 수 있다.
상기 수술 시스템(100)은 수동 위치조정을 안내할 수 있는 방법, 시스템, 그리고 장치를 포함할 수 있는 수술 시스템의 한 예를 나타내고 있다. 상기 수술 시스템(100)과 본 명세서에 기술된 방법은 대체형태의 특징이나 추가적인 특징을 포함하도록 변형될 수 있다. 상기 수술 시스템(100)의 일부 특징은 생략될 수도 있다. 몇몇 경우에는, 이러한 변형 형태가 수술 시스템(100)의 작업, 예를 들면, 작업 402, 작업 404, 작업 406 내지 작업 408, 작업 410, 작업 412, 작업 414, 및 작업 416 그리고 작업 600A 내지 작업 600P를 추가적으로 변경시킬 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 세트업 조인트와 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트와 및/또는 세트업 조립체(109)가 도 2a에 대하여 기술한 결합 형태와는 다른 레볼루트 조인트와 프리즈매틱 조인트의 결합 형태를 포함할 수 있다. 상기 조인트의 각각은 병진운동 자유도, 회전 자유도, 또는 이들의 결합 형태를 제공할 수 있다. 조인트는 다수의 회전 자유도, 예를 들면, 다수의 독립된 축에 대한 회전을 포함할 수 있다. 조인트는 다수의 병진운동 자유도, 예를 들면, 다수의 독립된 축을 따르는 방향으로의 병진운동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 세트업 조인트(142b-142c, 148a-148g)가 레볼루트 조인트인 것으로 설명되어 있지만, 몇몇 예에서는, 이들 조인트(142b-142c, 148a-148g) 중의 하나 이상은 병진운동 자유도를 허용할 수 있고, 따라서 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 아암(128)의 링크들 사이의 상대 병진운동을 가능하게 할 수 있다. 상기 조인트(142a)는, 프리즈매틱 조인트인 것으로 설명되어 있지만, 원격으로 제어가능한 아암(106)을 베이스(108)에 대해서 피벗운동하는 것을 가능하게 하는 레볼루트 조인트일 수 있다. 몇몇 경우에는, 조인트가 링크들 사이의 상대 회전 및 병진운동을 가능하게 할 수 있다. 원격으로 제어가능한 아암(106)은 주어진 용도에 필요한 자유도에 따라서 보다 적은 수의 링크와 조인트 또는 추가적인 링크와 조인트를 포함할 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 아암(128)용 조인트의 종류가 다른 구현예에서 다를 수 있다. 몇몇 예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 동력 조인트만 포함하는 반면에 세트업 아암(128)은 수동형 조인트만 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 아암(128)을 포함하고 있지 않다. 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 원격으로 제어가능한 아암(106)을 카트(111) 또는 세트업 조립체(109)에 결합시키는 단일의 동력 조인트를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 상기 수동 위치조정 동안 선택적으로 상기 단일의 동력 조인트를 작동시켜서 상기 단일의 동력 조인트를 구동시킬 수 있다. 상기 동력 조인트의 움직임은 상기 수동 위치조정 동안 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시킬 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 아암(128)이 함께 두 개 이상의 동력 조인트를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 상기 수동 위치조정 동안 기준에 대하여, 예를 들면, 상기 기준점(162)에 대하여 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트들의 각각을 선택적으로 작동시킬 수 있다.
몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(106)과 세트업 아암(128)이 선택적으로 해제가능한 수동형 조인트(selectively releasable passive joint)를 포함한다. 상기 선택적으로 해제가능한 수동형 조인트는, 예를 들어, 상기 수동형 조인트의 위치를 유지시키는 제동 메카니즘을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 동력 조인트와 상기 선택적으로 해제가능한 수동형 조인트를 포함할 수 있다. 베이스(108)의 수동 위치조정 동안에, 상기 프로세서(302)는 상기 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라(150) 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시켜면서 상기 수동형 조인트를 이동시키도록 반작용력을 이용하기 위해 선택적으로 상기 수동형 조인트를 해제할 수 있고 선택적으로 상기 동력 조인트를 작동시킬 수 있다.
도 1에 도시된 수술 시스템(100)이 단일의 수술 머니퓰레이터 조립체(104)를 나타내고 있지만, 몇몇 예에서는, 상기 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가, 원격으로 제어가능한 아암을 각각 포함하는 다수의 수술 머니퓰레이터 조립체 중의 하나일 수 있다. 각각의 원격으로 제어가능한 아암은 수술 공구를 포함할 수 있고, 각각의 수술 머니퓰레이터 조립체의 베이스의 수동 위치조정이 본 명세서에 기술된 방법을 이용하여 안내될 수 있다. 또한, 각각의 원격으로 제어가능한 아암이 원격 운동 중심의 역할을 하는 상응하는 기준점을 포함할 수 있다. 각각의 베이스의 수동 위치조정은, 각각의 수술 머니퓰레이터 조립체의 원위 부분(또는 상기 수술 머니퓰레이터 조립체에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라, 수술 공구, 다른 기구 또는 부대용품 등)의 위치를 유지시키기 위해서 수술 머니퓰레이터 조립체용 동력 조인트가 작동되는 동안 일어날 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 프로세서가 장애물 탐지 센서를 이용하여 다른 수술 머니퓰레이터 조립체를 탐지할 수 있고 수술 환경 내에서 장애물이 될 다른 수술 머니퓰레이터 조립체를 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 베이스의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 프로세서에 의해서 사용된 장애물 데이터는 다른 수술 머니퓰레이터 조립체의 위치를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 제1 아암에 대한 베이스의 수동 위치조정 동안, 제1 아암이 수동으로 위치조정되고 있을 때 제1 아암과 제2 아암 사이의 충돌을 피하기 위해서 제2 아암의 동력 조인트가 구동된다.
몇몇 예에서는, 단일의 아암(106)을 가지고 있는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 아니라, 수술 머니퓰레이터 조립체가 수술 공구를 각각 가지고 있는 다수의 아암을 포함한다. 각각의 수술 공구는 별개의 접근 구멍으로 삽입될 수 있다. 베이스(108)의 수동 위치조정 동안에, 상기 프로세서는 각각의 아암의 원위 부분(또는 각각의 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구)의 위치 및/또는 배치방향을 각각의 접근 구멍에 대하여 유지시키기 위해서 다수의 아암의 각각의 조인트를 제어할 수 있다. 상기 아암의 각각은 단일의 베이스(108)로부터 뻗어 있다. 상기 수동 위치조정을 안내하기 위해서, 상기 프로세서는 상기 아암의 각각에 대한 최적의 위치를 고려할 수 있고 상기 아암의 각각에 대한 최적성(optimality)을 향상시키기 위해서 상기 베이스의 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 아암의 각각에 대해 위치 및 배치방향에 대한 최적성 스코어를 최대화하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 최적화 전략이 상기 아암의 각각에 대한 최적성 스코어를 고려하는 순 최적성 스코어(net optimality score)를 포함할 수 있다. 최적화 전략의 일부분으로서, 특정 아암에 대한 최적성 스코어가 다른 아암보다 더 크게 중요시될 수 있다. 이와 관련하여, 순 최적성 스코어를 최적화하면 시행될 수술과 관련된 데이터를 고려해 볼 때 특정 아암에 대한 최적의 위치와 배치방향에 보다 가까운 특정 아암에 대한 위치와 배치방향을 초래한다.
상기 위치결정 표시장치 시스템(304)이 기둥(138)에 표시등(200)을 가지고 있는 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템의 구성이 위치, 메카니즘, 그리고 다른 여러 면에서 다를 수 있다. 예를 들어, 몇몇 구현예에서는, 위치결정 표시장치 시스템(304)이 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)가 위치조정되어야 하는 방향을 시각적으로 나타내는 전등 대신에 기계적인 다이얼을 포함한다.
표시등(200)은 수술 환경의 바닥면에 빛을 비출 수 있지만, 몇몇 예에서는, 상기 표시등이 베이스(108)의 일부분에 빛을 비출 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 표시등이 베이스의 일부분에 위치될 수 있고 수동 위치조정을 위한 방향을 표시하기 위해서 직접 켜질 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 표시등(700)은 베이스(704)의 근위 부분(702)을 따라서 위치될 수 있다.
위치결정 표시장치 시스템(304)은, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 일부분인 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 예에서는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로부터 독립된 시스템으로 될 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 수술 머니퓰레이터 조립체(104)로부터 분리된 시각적 또는 청각적 표시 시스템으로 될 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 수술 환경 내에서 들을 수 있는 청각적 신호를 방출하도록 구성된 오디오 시스템의 일부분일 수 있다. 상기 청각적 신호는 베이스를 이동시키는 방향을 나타낼 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템이 베이스가 이동되어야 하는 방향을 나타내기 위해서 바닥면을 비추는 시각적 표시 시스템, 예를 들면, 천장 장착식 투광기(ceiling-mounted projector), 바닥등(floor light), 그리고 이와 유사한 것이다.
상기 위치결정 표시장치 시스템(304)은 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 및/또는 배치방향에 도달하도록 이동되어야 하는 목표 위치조정 방향의 표시를 제공하는 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)이 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하기 위해서 다른 방식으로 작동된다. 예를 들어, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)은 베이스(108)의 최적의 위치와 베이스(108)의 현재 위치 사이의 추정 거리의 표시를 제공할 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)이 표시등(예를 들면, 상기 표시등(200) 중의 하나)을 포함하면, 상기 추정 거리가 달라짐에 따라 상기 표시등에 의해 방출된 빛의 세기, 파장, 또는 색깔이 달라질 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)이 스피커 또는 다른 청각적 표시 장치를 포함하면, 상기 추정 거리가 달라짐에 따라 상기 스피커에 의해서 제공된 청각적 표시의 세기, 음의 높이, 진동수, 볼륨 또는 구두 지시(verbal instruction)가 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 추정 거리가 감소함에 따라 상기 청각적 표시의 세기, 음의 높이, 진동수, 볼륨이 증가할 수 있고, 상기 추정 거리가 증가함에 따라 상기 청각적 표시의 세기, 음의 높이, 진동수, 볼륨이 감소할 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 청각적 표시의 구두 지시는 상기 추정 거리가 증가함에 따라 베이스(108)가 최적의 베이스 위치로부터 멀어지게 이동하고 있다거나 상기 추정 거리가 감소함에 따라 베이스(108)가 최적의 베이스 위치에 가까워지게 이동하고 있다는 것을 말로 표현한다.
몇몇 구현예에서는, 위치조정 방향과 같은, 단일의 파라미터의 표시를 제공하는 대신에, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)이 수동 위치조정 동안에 베이스(108)의 위치와 관련된 다수의 파라미터를 제공한다. 예를 들어, 상기 표시는, 베이스(108)에 대한 위치조정 방향, 베이스(108)의 현재 위치와 베이스(108)의 최적의 위치 사이의 상대적인 거리, 베이스(108)의 현재 배치방향과 베이스(108)의 최적의 각도 사이의 상대적인 각도, 베이스(108)와 장애물의 예상 위치 사이의 상대적인 거리, 베이스(108)와 베이스(108)의 움직임의 범위의 한계 사이의 상대적인 거리, 최적의 베이스 위치 범위 내의 한 위치로의 베이스(108)의 성공적인 위치조정, 또는 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위의 외측의 한 위치에 있는 것 중의 하나 이상을 포함하는 하나 이상의 파라미터를 나타내는 것일 수 있다. 몇몇 경우에는, 위치결정 표시장치 시스템(304)의 단일의 표시 장치가 다수의 파라미터의 표시를 제공하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 단일의 표시등(예를 들면, 상기 표시등(200) 중의 하나)이 베이스(108)에 위치조정 방향의 표시뿐만 아니라 베이스(108)의 현재 위치와 베이스(108)의 최적의 위치 사이의 상대적인 거리의 표시를 제공하도록 작동할 수 있다. 상기 표시등의 빛이 베이스(108)에 대한 위치조정 방향을 나타낼 수 있고, 상기 표시등의 빛의 세기가 베이스(108)의 현재 위치와 베이스(108)의 최적의 위치 사이의 상대적인 거리를 나타낼 수 있다.
위치결정 표시장치 시스템(304)에 의해서 제공된 각각의 표시는 하나 이상의 양상(modality)을 통하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 단일의 표시가 제공되는 경우, 상기 표시는 다수의 양상을 통하여, 예를 들면, 청각적 표시, 시각적 표시, 또는 촉각적 표시 중의 두 개 이상을 통하여 제공될 수 있다. 다른 파라미터를 나타내는 다수의 표시가 제공될 경우, 다수의 표시의 각각이 동일한 양상을 통하거나 다른 양상을 통하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 시각적 표시 장치에 의해 하나의 표시가 제공될 수 있고, 청각적 표시 장치에 의해서 다른 하나의 표시가 제공될 수 있다. 대체 실시형태로서, 시각적 표시 장치에 의해서 다수의 표시가 제공될 수 있고, 촉각적 표시 장치에 의해서 다른 하나의 표시가 제공될 수 있다.
몇몇 예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템이 베이스(108)의 현재 위치와 베이스(108)의 바람직한 위치를 그래픽으로 나타내는 디스플레이를 포함하고 있다. 이 그래픽 디스플레이는 상기 위치들을 평면도로 나타낼 수 있고, 베이스(108)를 수동으로 위치조정할 때의 상황을 오퍼레이터에게 제공하기 위해서 수술 환경(10) 내의 다른 장애물을 나타낼 수 있다. 베이스(108)의 현재 위치의 시각적 표시가 베이스(108)의 바람직한 위치들 중의 하나 이상의 시각적 표시와 일치할 때 오퍼레이터는 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)로 성공적으로 이동시킨다.
몇몇 예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템이 베이스가 이동되어야 하는 방향을 나타내기 위해서 최적의 베이스 위치 범위에 해당하는 바닥면의 구역을 비출 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 사용자가 수동으로 베이스를 원하는 위치쪽으로 밀도록 바닥면에 원하는 위치를 비출 수도 있다. 투광기가 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 베이스(108)에 부착되어 있으면, 상기 수동 위치조정 동안 원격으로 제어가능한 아암(106) 또는 베이스(108)가 이동함에 따라 상기 투광기의 위치가 업데이트될 수 있다. 이와 관련하여, 원격으로 제어가능한 아암(106)과 베이스(108)가 위치조정될 때에도 원하는 위치에 비추어진 빛은 원하는 위치에 그대로 유지된다.
상기 위치결정 표시장치 시스템(304)은 대체 실시형태로서 또는 추가적으로 위치조정 방향의 촉각적 표시를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 카트(111)가 바퀴(136)를 포함하고 바퀴(136)가 제동 메카니즘을 포함하면, 상기 프로세서(302)는 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)의 일부분으로서 상기 제동 메카니즘을 제어할 수 있다. 상기 프로세서(302)는, 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)로부터 멀어지는 방향으로 이동시키려고 하면 상기 제동 메카니즘을 작동시킬 수 있고 오퍼레이터(112)가 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 향하는 방향으로 이동시키면 상기 제동 메카니즘의 작동을 정지시킬 수 있다. 상기 제동 메카니즘의 작동에 의해서 제공된 저항력은 결과적으로 오퍼레이터(112)에게 촉각적 표시를 제공할 수 있고, 이것에 의해 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내할 수 있다.
본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 조인트는, 상기 조인트가 자신의 움직임의 범위의 중심부 근처에 위치되도록 작동될 수 있다. 상기 프로세서(302)가 상기 수동 위치조정 동안에 각각의 조인트가 자신의 움직임의 범위의 중심부 근처에 있도록 작동될 상기 조인트를 제어할 수 없는 예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템이 상기 조인트의 하나 이상이 자신들의 움직임의 범위의 주변부 근처에 있다는 몇 가지 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(302)는 아암의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키는 목표를 번복하지 않고서 조인트를 조인트의 움직임의 범위의 주변부로부터 멀어지게 위치조정시키지 못할 수 있다. 조인트 상태의 범위를 넘어서 상기 조인트가 이동하는 것을 막기 위해서, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)가 특정 방향으로 이동되어서 안 되는 것을 나타내기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)을 작동시킬 수 있는데, 그 이유는 베이스(108)의 상기 특정 방향으로의 이동이 조인트를 상기 조인트에 대한 이용가능한 조인트 상태의 범위를 넘어서 이동시키기 때문이다. 몇몇 예에서, 상기 프로세서(302)는, 조인트를 조인트 상태의 범위를 넘어서 이동시킬 수 있는 베이스(108)의 추가적인 이동(further movement)을 방지하기 위해서 베이스(108)의 제동 메카니즘을 작동시킬 수 있다.
몇몇 구현예에서, 상기 위치결정 표시장치 시스템은, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 동력 조인트가 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시킬 수 있는 방향으로만 이동할 수 있도록 원격으로 제어가능한 아암(106)의 동력 조인트를 제어한다. 그 다음에 오퍼레이터(112)가 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동되도록 베이스(108) 또는 상기 조인트를 밀 수 있다. 베이스(108)를 최적의 베이스 위치 범위(110)로부터 멀어지는 방향으로 이동시키는 방향으로의 동력 조인트의 이동에 대한 저항력이 상기 베이스를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 수동으로 위치조정하도록 오퍼레이터(112)를 안내하는 촉각적 표시로서의 역할을 한다.
본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)의 수동 위치조정이 일어나는 동안 상기 조인트를 작동시키는 신호를 발생시키기 위해서 상기 지수를 이용할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 아암의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 상기 조인트를 제어하는 것에 더하여, 상기 프로세서(302)가 상기 지수에 기초하여 상기 조인트를 제어할 수 있다. 예를 들어, 수술하는 동안 원격으로 제어가능한 아암(106)의 조인트의 특정 배치형태가 도전적인(challenging) 것일 수 있다. 상기 조인트가 이러한 도전적인 배치형태들 중의 하나로 되어 있다는 것을 결정하는 즉시, 상기 프로세서(302)는 아암의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지하면서 이러한 배치형태를 피하도록 상기 조인트를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 레볼루트 조인트가, 인접한 아암, 장비, 또는 사람들과의 충돌을 막기 위해서; 원격으로 제어가능한 아암(106)의 원위 부분(또는 원격으로 제어가능한 아암(106)에 의해 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 움직임의 범위를 향상시키기 위해서; 환자의 호흡 등과 같은 환자(102)의 생리적 움직임에 대응하여; 예를 들여, 수술대를 다시 배향시키는 것에 의한, 환자(102)의 위치조정에 대응하여; 그리고 이와 유사한 것에 대응하여 아래쪽으로 배향된 정점 배치형태(downward oriented apex configuration)로부터 위쪽으로 배향된 정점 배치형태(upward oriented apex configuration)로 조종될 수 있다.
몇몇 예에서는, 수술이 시행되기 전에 베이스(108)의 수동 위치조정이 이루어진다. 하지만, 베이스(108)의 수동 위치조정은 수술하는 동안 이루어질 수도 있다. 오퍼레이터(112)는 한 번의 수술 동안 여러 번 베이스(108)를 수동으로 위치조정할 수도 있다.
도 6o 및 도 6p는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)의 근처로 진입하는 새로운 장애물(612)로 인해 제2 수동 위치조정이 일어날 수 있는 것을 나타내고 있지만, 몇몇 구현예에서는, 상기 프로세서(302)가 제2 수동 위치조정이 유리할 수 있다고 결정하는 것을 초래할 수 있도록 다른 또는 추가적인 파라미터가 변경될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 다른 수술 공구가 다른 작업 공간 요건을 초래할 수 있다. 결과적으로, 수술하는 동안 수술 공구가 다른 수술 공구와 교체되면(예를 들어, 수술 공구가 상기 아암으로부터 분리되고 다른 수술 공구가 상기 아암에 장착되면), 상기 프로세서(302)는 수술 공구가 교체되었다는 것을 탐지할 수 있고 새로운 최적의 베이스 위치 범위를 계산할 수 있다. 수술 공구가 교체된 후, 상기 베이스가 현재 장착된 다른 수술 공구에 대한 새로운 최적의 베이스 위치 범위 내에 있지 않으면, 상기 프로세서(302)는 다른 수술 공구를 고려하여 제2 수동 위치조정을 안내할 수 있다.
몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수술하는 동안 베이스(108)를 자신의 위치로부터 이동시키는 외력을 받을 수 있다. 상기 자세 센서(308)는 외력으로 인한 조인트(142a-142c, 148a-148g)에 대한 관절운동을 탐지할 수 있거나 외력으로 인한 베이스(108)의 이동을 탐지할 수 있다. 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 여러 구성요소의 이동으로 인해, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110) 내로 위치조정될 수 있도록 베이스(108)가 제2 수동 위치조정을 받을 필요가 있을 수 있다는 것을 결정할 수 있다.
몇몇 예에서는, 수술하는 동안 수술 공구(134)가 하나의 접근 구멍으로부터 다른 접근 구멍으로 이동될 수 있다. 수술 공구(134)가 새로운 접근 구멍으로 이동되면, 상기 프로세서(302)가 베이스(108)의 제2 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 새로운 접근 구멍이 환자(102)의 다른 부분에 위치될 수 있기 때문에, 수술을 실행하기 위해서 수술 공구(134)에 대해 필요한 작업 공간의 크기가 변경될 수도 있다. 따라서, 수술 공구(134)가 새로운 접근 구멍에 배치된 후, 오퍼레이터(112)는 새로운 수술 작업 공간의 크기를 보여줄 수 있다. 환자에 대한 접근 구멍의 위치(예를 들면, 포트 데이터(514))와 수술 작업 공간의 크기(예를 들면, 수술 데이터(504))의 양자에 있어서의 이러한 변화에 의해, 상기 프로세서(302)는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 현재의 자세의 지수들에 대한 새로운 값을 계산할 수 있고 이러한 새로운 지수값들을 고려하여 제2 수동 위치조정을 안내할 수 있다.
수술 작업 공간의 설명(demonstration)이 수술 작업 공간 전체에 걸친 수술 공구(134)의 물리적인 이동을 포함하는 것으로 본 명세서에 기술되어 있지만, 몇몇 예에서는, 오퍼레이터(112)가 수술 공구(134)를 물리적으로 이동시키지 않고서 수술 작업 공간을 설명할 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터(112)는 수술 작업 공간의 크기를 디스플레이에 그래픽으로 나타낼 수 있다. 오퍼레이터는 터치스크린 디스플레이를 가진 컴퓨팅 장치를 이용하여 수술 작업 공간의 크기를 나타낼 수 있다. 터치스크린 디스플레이를 작동시킴으로써, 오퍼레이터는 수술 작업 공간의 크기를 설명할 수 있다. 상기 컴퓨팅 장치는 수술 작업 공간의 크기를 나타내는 입력을 상기 프로세서(302)로 전달할 수 있다. 몇몇 예에서는, 오퍼레이터가 수술 머니퓰레이터 조립체(104)에 부착된 센서에 의해서 탐지될 수 있는 물리적인 공구를 이용할 수 있다. 상기 물리적인 공구는 수술 작업 공간을 나타낼 수 있는 지침 또는 지시 장치일 수 있다. 상기 센서는, 예를 들어, 상기 물리적인 공구의 위치를 광학적으로 탐지한 다음 상기 프로세서(302)에 대해 신호를 발생시킬 수 있고, 상기 프로세서는 이 센서 신호에 기초하여 수술 작업 공간의 크기를 결정한다.
상기 프로세서(302)가 베이스(108)의 수동 위치조정을 안내하는 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 수술 시스템(100)의 다른 부분의 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 최적의 카트 위치 범위쪽으로의 카트(111)의 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 수술 시스템(100)의 다른 부분은 보다 많은 수의 목표 또는 지수를 최적화하기 위해서 사용될 수 있는 추가적인 자유도를 추가할 수 있다. 예를 들어, 수술대(123)가 바닥면(20) 전체에 걸쳐서 이동가능하면, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)은 최적화 전략의 하나의 목표 또는 여러 목표를 달성하기 위해서 수술대(123)가 이동되어야 하는 방향을 나타내는 위치결정 표시장치를 포함할 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)은 수술대(123)를 위한 위치결정 표시장치뿐만 아니라 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 베이스(108)를 위한 위치결정 표시장치를 포함할 수 있다. 베이스(108)는 수술대(123)가 수동으로 위치조정되고 있을 때 작동되는 제동 메카니즘을 포함할 수 있다. 수술대(123)도 베이스(108)가 수동으로 위치조정되고 있을 때 작동되는 제동 메카니즘을 포함할 수 있다. 추가적으로, 수술대(123)의 수동 위치조정 동안에, 원격으로 제어가능한 아암(106)의 동력 조인트들 중의 적어도 하나는 아암의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 작동될 수 있다. 상기 위치 및/또는 배치방향은 기준점(162)과 같은 적절한 기준에 대하여 유지될 수 있다.
몇몇 예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(106)이 수동형 조인트들을 포함하면, 상기 수동형 조인트들의 각각이 위치결정 표시장치를 포함할 수 있다. 상기 프로세서(302)는 상기 수동형 조인트들의 각각의 수동 위치조정을 제어하기 위해서 상기 수동형 조인트들의 각각의 상기 위치결정 표시장치를 제어할 수 있다. 하나의 수동형 조인트의 수동 위치조정 동안에, 제동 메카니즘이 베이스(108)의 이동을 막을 수 있다. 다른 수동형 조인트들이 존재한다면, 다른 수동형 조인트들의 각각은 상기 수동형 조인트의 수동 위치조정 동안 다른 수동형 조인트들이 이동하지 못하도록 제동 메카니즘을 포함할 수도 있다. 상기 프로세서는 상기 수동형 조인트의 수동 위치조정 동안, 기준에 대하여, 예를 들면, 기준점(162)에 대하여 아암의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구(134))의 위치 및/또는 배치방향을 유지시키기 위해서 원격으로 제어가능한 아암(106)의 능동형 조인트를 제어할 수 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106)은 카트(111)에 장착되어 있는 것으로 기술되어 있지만, 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암이 고정되어 있거나 이동가능한 테이블에 부착될 수 있다. 도 8a에 도시된 예를 참고하면, 바퀴가 부착된 로봇 테이블 시스템(800A)이 테이블 베이스(802A)를 포함하고 있다. 원격으로 제어가능한 아암(804A)은 테이블 베이스(802A)에 이동가능하게 부착된 아암 베이스(806A)를 포함하고 있다. 예를 들어, 상기 아암 베이스(806A)는 상기 아암 베이스(806A)를 테이블 베이스(802A)를 따라서 병진이동할 수 있게 하는 프리즈매틱 조인트(808A)에서 테이블 베이스(802A)에 부착되어 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 아암 베이스(806A)는 상기 아암 베이스(806A)를 테이블 베이스(802A)에 대해서 회전할 수 있게 하는 회전 조인트에서 테이블 베이스(802A)에 부착되어 있다. 다른 예에서는, 다양한 원격으로 제어가능한 아암(예를 들면 아암(804A))이 테이블 시스템(예를 들면 테이블 시스템(800A))의 다른 부분에 부착되도록 설계되어 있다. 부착 부분의 예는 테이블 시스템의 베이스, 테이블 시스템의 표면, 테이블 표면에 인접해 있는 하나 이상의 레일(이러한 레일이 존재하는 경우), 등을 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 상기 아암 베이스(806A)가 테이블 베이스(802A)에 탈착가능하게 부착되어 있고, 작업에 사용되지 않을 때 제거될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 상기 아암(804A)이 작업에 사용되지 않을 때 테이블 표면의 아래로 접힌다
도 8a의 예에서는, 테이블 표면(810A)이 테이블 베이스(802A)에 위치되어 있고 테이블 베이스(802A)에 대해 이동가능하다. 예를 들어, 테이블 표면(810A)은 테이블 베이스(802A)에 대해 피벗운동될 수 있거나 테이블 베이스(802A)에 대해 회전될 수 있다. 다른 예에서는, 테이블 표면(810A)이 테이블 베이스(802A)에 대해서 움직이지 않을 수 있다.
수술이 시행되기 전에, 오퍼레이터가 테이블 표면(810A)을 테이블 베이스(802A)에 대해 수동으로 위치조정할 수 있다. 오퍼레이터는 또한 상기 아암 베이스(806A)를 테이블 베이스(802A)에 대해 수동으로 위치조정할 수도 있다. 이와 관련하여, 프로세서가 테이블 표면(810A)에 대한 제1 표시(814A)를 이용하는 제1 수동 위치조정과 상기 아암 베이스(806A)에 대한 제2 표시(816A)를 이용하는 제2 수동 위치조정을 안내할 수 있다. 상기 프로세서는 본 명세서에 기술된 상기 지수에 기초하여 최적 테이블 표면 위치와 최적 아암 베이스 위치의 결합을 결정할 수 있다. 두 가지 경우의 수동 위치조정의 각각 동안, 상기 프로세서는, 본 명세서에 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 아암(804A)의 원위 부분(또는 상기 아암에 의해서 지지된 물품, 예를 들면, 캐뉼라 또는 수술 공구 812a)의 위치 및/또는 배치방향이 기준에 대하여(예를 들면, 기준틀, 하나 이상의 기준 방향, 기준점, 등) 유지되도록 상기 아암(804A)의 조인트를 제어할 수 있다.
도 8a에 도시된 테이블 시스템(800A)은, 테이블 시스템(800A)이 별도로 이동가능한 수술 머니퓰레이터 조립체(예를 들면, 수술 머니퓰레이터 조립체(104))에 대해 위치조정되는 것을 가능하게 하거나, 수술 구역의 여기저기로 또는 한 방에서 다른 방으로, 등으로 이동하는 것을 가능하게 하는 복수의 바퀴를 포함하고 있다.
도 8b는 고정되어 있거나 이동가능한 테이블에 부착될 수 있는 제어가능한 아암의 다른 예의 사시도이다. 바퀴가 부착된 테이블(850B)이 테이블 베이스(802B)를 포함하고 있다. 테이블 표면(810B)은 테이블 베이스(802B)에 위치되어 있다. 테이블 표면(810B)은 물체, 예를 들면, 환자(820B), 시체, 신체 부분, 또는 사람이 아닌 가공중인 제품을 지지하기 위해서 사용될 수 있다. 도 8b에 도시된 예에서는, 두 개의 원격으로 제어가능한 아암(804B, 804C)이 테이블 레일(818B)을 따라서 다수의 다른 위치에 탈착가능하게 부착될 수 있는 아암 베이스(806B, 806C)를 포함하고 있다.
작업하는 동안, 제어가능한 아암(804B, 804C)은 해당 작업 공간 내에서 공구(834B, 834C)를 이동시키도록 구동된다. 몇몇 구현예에서, 제어가능한 아암(804B, 804C)은 원격 조종가능하며 원격으로 작동되는 동력 조인트를 포함하고 있고, 상기 원격으로 작동되는 동력 조인트는 구동되면, 공구(834B, 834C)를 상기 작업 공간에 대해서 위치조정시키고 재배향시킨다. 몇몇 구현예에서는, 본 명세서에 기술된 다른 원격으로 제어가능한 아암처럼, 제어가능한 아암(804B, 804C)도, 제어가능한 아암(804B, 804C)의 직접적인 오퍼레이터 조종을 가능하게 하는, 제어가능한 아암(804B, 804C)의 링크 또는 조인트에 직접 가해진 입력을 통하여 직접 조종될 수도 있다.
로봇 테이블 시스템(800A)에 대해서 기술한 것과 유사하게, 수술을 시행되기 전에, 오퍼레이터는 테이블 표면(810B)을 테이블 베이스(802B)에 대해 수동으로 위치조정할 수 있다. 오퍼레이터는 또한 아암 베이스(806B, 806C)를 테이블 레일(818B)에 대해 수동으로 위치조정시킬 수 있거나, 상기 아암(804B, 804C) 중의 하나 이상을 상기 테이블의 다른 측면에 있는 하나 이상의 다른 테이블 레일(도시되어 있지 않음)로 이동시킬 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서는 상기 아암(804B, 804C)에 대한 표시장치를 이용하여 수동 위치조정을 안내하기 위해서 위치결정 표시장치 시스템(예를 들면, 상기 위치결정 표시장치 시스템(304)과 유사한 것)을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 8c를 참고하면, 상기 위치결정 표시장치 시스템은 본 명세서에 기술된 표시등(200)과 유사한 제1 표시등(836B, 836C)을 포함할 수 있다. 제1 표시등(836B, 836C)은 상기 아암 베이스(806B, 806C)를 테이블 레일(818B)에 연결시키는 수동형 조인트(807B, 807C)에 또는 이에 인접하여 위치되어 있다. 제1 표시등(836B, 836C)은 공구(834B, 834C)에 대한 아암 베이스(806B, 806C)의 위치를 최적화하기 위해서 수동형 조인트(807B, 807C)(그리고 이것에 의해 상기 아암 베이스(806B, 806C))가 이동되어야 하는 방향을 나타내기 위해서 작동된다. 몇몇 구현예에서는, 아암 베이스(806B, 806C)로부터 분리하여 수동형 조인트(807B, 807C)를 포함하는 대신에, 수동형 조인트(807B, 807C)가 상기 아암 베이스(806B, 806C)에 해당한다.
상기 아암 베이스(806B, 806C)의 수동 위치조정 동안, 상기 아암 베이스(806B, 806C)는 수동형 조인트(807B, 807C)와 함께 이동되어 테이블 레일(818B)을 따라서 이동한다. 수동형 조인트(807B, 807C)의 각각의 이동이 테이블 레일(818B)을 따라서 이동하는 것으로 제한되기 때문에, 수동형 조인트(807B, 807C)의 각각에 대해 표시등(836B, 836C)에 의해서 표시된 방향은 두 개의 방향: 즉, 테이블 레일(818B)의 한 단부를 향하는 방향 또는 테이블 레일(818B)의 다른 단부를 향하는 방향 중에서 선택될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 상기 수동 위치조정 동안에, 오퍼레이터는 상기 아암 베이스(806B, 806C)와 수동형 조인트(807B, 807C)를 제1 표시등(836b, 836C)에 의해 제공된 상기 표시에 따라 테이블 레일(818B)을 따라서 테이블 표면(810B)에 대해 이동시키도록 안내된다. 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 공구(834B, 834C) 또는 상기 아암(804B, 804C)의 원위 부분의 위치 및/또는 배치방향이 상기 수동 위치조정 동안에 유지된다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로, 상기 위치결정 표시장치 시스템은, 상기 아암 베이스(806B, 806C)가 이동되어야 하는 방향을 추가적으로 나타내기 위해서 테이블 표면(810B)쪽으로 또는 물체(예를 들면, 환자(820B))쪽으로 빛을 비추는 제2 표시등(838B, 838C)을 포함할 수 있다.
몇몇 구현예에서는, 상기 아암 베이스(806B, 806C)가 테이블 레일(818B)을 따라서 미끄럼이동하는 것과는 다른 방식으로 공구(834B, 834C)에 대해서 이동가능하다. 상기 아암 베이스(806B, 806C)와 함께 수동형 조인트(807B, 807C)의 수동 위치조정은 제1 수동 위치조정에 해당하고, 제2 수동 위치조정에서 상기 아암 베이스(806B, 806C)는 수동형 조인트(807B, 807C)에 대해 추가적으로 위치조정된다. 예를 들어, 상기 아암 베이스(806B, 806C)에 결합된 링크(812B, 812C)는 삽입 운동 또는 로울 운동(roll motion)에 있어서 수동형 조인트(807B, 807C)에 대해 이동가능하게 될 수 있고, 이로 인해 상기 아암 베이스(806B, 806C)와 상기 공구(834B, 834C)의 상대 병진운동 또는 재배향(reorientation)을 일으킨다. 제1 표시등(836b, 836C) 또는 제2 표시등(838B, 838C)은 상기 아암 베이스(806B, 806C)(그리고 결과적으로 링크(812B, 812C))의 제2 수동 위치조정을 안내하기 위해서 상기 표시를 제공하도록 작동될 수 있다. 본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 상기 공구(834B, 834C) 또는 상기 아암(804B, 804C)의 원위 부분의 위치 및/또는 배치방향은 제2 수동 위치조정 동안 유지된다.
장애물 데이터(510)는 수술 작업 공간에서의 장애물의 위치를 나타내는 것으로 기술되어 있다. 장애물이 수술 작업 공간 내의 장비를 포함하는 것으로 기술되어 있지만, 다른 장애물도 가능하다. 몇몇 구현예에서는, 장애물을 나타내는 데이터를 포함하는 장애물 데이터(510)가 수술 환경(10)에서의 임의의 오퍼레이터의 예상 위치, 고르지 않은 바닥면, 또는 베이스(108) 또는 원격으로 제어가능한 아암(106)의 이동을 방해할 수 있는 수술 작업 공간 내의 다른 장애물을 포함한다. 몇몇 구현예에서는, 도 8b를 다시 참고하면, 장애물 데이터(510)가 아암 베이스(806B, 806C)의 위치에 대한 테이블 레일(818B)의 단부의 위치를 나타내는 데이터를 포함한다. 상기 프로세서는, 상기 아암 베이스(806B, 806C)를 상기 아암 베이스(806B, 806C)의 허용가능한 움직임의 범위를 넘어서 테이블 레일(818B)을 따라서 이동시키도록 오퍼레이터를 안내하는 것을 방지하기 위해서 테이블 레일(818B)의 단부의 위치에 기초하여 수동 위치조정을 안내한다. 수동형 조인트(807B, 807C)가 상기 아암 베이스(806B, 806C)를 그리고 결과적으로 상기 아암(804B, 804C)을 테이블 표면(810B) 위에 지지하도록 테이블 레일(818B)에 고정되도록 구성되어 있기 때문에, 테이블 레일(818B)의 단부가 수동형 조인트(807B, 807C)의 움직임의 범위를 그리고 결과적으로 상기 아암 베이스(806B, 806C)의 움직임의 범위를 제한한다. 상기 프로세서는 오퍼레이터가 수동형 조인트(807B, 807C)를 수동형 조인트(807B, 807C)의 허용가능한 움직임의 범위를 넘어서 이동시키게 오퍼레이터를 안내하지 않도록 상기 아암 베이스(806B, 806C)의 수동 위치조정을 안내할 수 있다.
도 2 및 이와 관련된 도면에 도시된 예를 다시 참고하면, 몇몇 구현예에서, 바퀴(136)는 베이스(108)를 바닥면(20)의 여기저기로 이동시키도록 상기 프로세서(302)에 의해서 제어될 수 있는 동력식 바퀴이다. 상기 바퀴(136)는, 위치조정을 용이하게 하거나 억제하기 위해서 상기 프로세서(302)가 상기 바퀴(136)의 배치방향을 제어할 수 있게 하는 구동 메카니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 프로세서(302)는 상기 바퀴(136)가 위치조정 방향을 따라서 굴러가게 향하거나 비-위치조정 방향(non-repositioning direction)을 따라서 굴러가지 않게 향하도록 상기 바퀴(136)의 배치방향을 제어할 수 있다. 이와 같이, 프로세서(302)가 상기 바퀴를 제어할 수 있어서 위치조정 방향이 아닌 방향으로의 베이스(108)의 이동은 금지된다.
상기 바퀴(136)는 또한, 상기 수동 위치조정 동안에, 상기 프로세서(302)가 베이스(108)를 이동시키는데 있어서 오퍼레이터(112)를 도와주기 위해서 동력식 바퀴를 구동시키는 액추에이터를 작동시킬 수 있도록 액추에이터를 포함할 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 오퍼레이터가 베이스(108)를 밀 때 상기 프로세서(302)가 상기 카트(111)를 최적의 위치조정 구역쪽으로 우선적으로 이동시키기 위해서 상기 바퀴를 배향시킬 수 있도록 상기 바퀴(136)가 조향 시스템을 포함할 수 있다. 도 2를 참고하면, 몇몇 구현예에서는, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)가 베이스(108)를 이동시키기 위해서 오퍼레이터(112)가 밀고 당길 수 있는 핸들(161)을 포함할 수 있다. 상기 핸들(161)은 핸들(161)의 변위를 탐지하는 센서를 포함할 수 있다. 오퍼레이터(112)가 상기 핸들(161)을 밀고 당기는 것으로 인한 핸들(161)의 변위에 대응하여, 상기 프로세서(302)는 베이스(108)의 수동 위치조정 동안에 오퍼레이터를 도와주기 위해서 상기 동력식 바퀴를 구동시키는 액추에이터를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터는 상기 동력식 바퀴를 한 방향으로 이동시키기 위해서 구동 버튼, 조이스틱, 데드 맨 스위치(dead man switch), 또는 다른 적절한 사용자 입력 장치를 조작한다. 본 명세서에 기술된 프로세스에 따라, 상기 프로세서(302)는, 오퍼레이터가 입력 장치를 이용하여 상기 수동 위치조정을 수행할 때 오퍼레이터(112)를 안내하기 위해서 상기 위치결정 표시장치 시스템을 제어할 수 있다.
몇몇 예에서는, 상기 프로세서(302)가 카트(111)를 최적의 베이스 위치 범위(110)쪽으로 이동시키기 위해서 바퀴(136)의 액추에이터를 단지 작동시킴으로써, 수술 환경(10) 내에서, 카트(111)를 그리고 결과적으로 베이스(108)를 이동시킬 수 있다. 상기 위치결정 표시장치 시스템은 베이스(108)가 이동될 최적의 베이스 위치 범위(110)를 시각적으로 나타낼 수 있다. 오퍼레이터는 시각적으로 나타내어진 최적의 베이스 위치 범위가 적절하다는 것을 상기 프로세서에 대해 확인해 줄 수 있다. 대체 실시형태로서 또는 추가적으로, 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 하나 이상의 조인트는 동력을 공급받고, 상기 프로세서는 수술 머니퓰레이터 조립체(104)와 수술 머니퓰레이터 조립체(104)의 구성요소들을 최적의 자세로 이동시키기 위해서 상기 바퀴 및/또는 상기 하나 이상의 조인트를 제어한다. 몇몇 경우에는, 상기 프로세서가 오퍼레이터가 수동으로 스위치를 작동하는 것에 대응하여 상기 바퀴(136)의 액추에이터 및/또는 상기 하나 이상의 조인트의 액추에이터를 작동시킨다. 상기 스위치의 작동이 정지되면, 상기 프로세서는 상기 바퀴 및/또는 상기 하나 이상의 조인트의 더 이상의 자동 이동(automated movement)을 정지시키기 위해서 상기 액추에이터들의 작동을 정지시킨다
몇몇 구현예에서는, 상기 위치결정 표시장치 시스템이 베이스(108)가 이동되도록 되어 있는 경로를 추가적으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 베이스(108)가 오퍼레이터(112)에 의해 수동으로 위치조정되면, 상기 위치결정 표시장치 시스템은 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)로 들어가기 위해서 이동될 수 있는 바닥면을 따라서 상기 경로의 시각적 표시를 제공할 수 있다. 상기 바퀴가 동력을 공급받는 경우에, 상기 위치결정 표시장치 시스템은 베이스(108)가 최적의 베이스 위치 범위(110)에 도달하기 위해서 이동할 경로와 함께 최적의 베이스 위치 범위(110)의 시각적 표시를 제공할 수 있다. 오퍼레이터(112)는, 상기 바퀴가 상기 경로를 따라 최적의 베이스 위치 범위로 이동하도록 상기 프로세서가 상기 바퀴를 제어할 수 있게 하기 위해서 이러한 시각적 표시의 확인을 제공할 수 있다.
본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 원격으로 제어가능한 아암(106, 804A, 804B, 804C)은 본 발명의 범위 내에서 구상 중인 여러 종류의 로봇 머니퓰레이터 아암 조립체의 예이다. 도 9a 내지 도 9c는 다른 예의 로봇 머니퓰레이터 아암 조립체(904)(머니퓰레이터 아암(904), 또는 원격으로 제어가능한 것으로 구성될 수 있기 때문에 원격으로 제어가능한 아암(904)이라고도 함)의 저면도, 측면도, 그리고 배면도를 나타내고 있다. 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암(904)이 수술 공구(906)("수술 기구(906)"라고도 함)와 결합되어서 수술 기구(906)의 베이스(902)에 대한 움직임에 영향을 미친다. 수술하는 동안 다른 엔드 이펙터를 가지고 있는 다수의 다른 수술 기구가 각각의 원격으로 제어가능한 아암(904)에 순차적으로 장착될 때(통상적으로, 수술 보조자의 도움으로), 기구 홀더(920)는 바람직하게는 장착된 수술 기구(906)의 신속한 제거와 교체를 가능하게 할 것이다.
제1 조인트(922)가 예시적인 구현예에서 수직축에 대해서 회전을 제공하는 상태에서, 원격으로 제어가능한 아암(904)의 나머지 부분이 제1 조인트 축(J1)에 대해서 회전할 수 있게 하기 위해서 상기 예의 원격으로 제어가능한 아암(904)은 피벗식 장착 조인트(922)에 의해 베이스(902)에 장착된다. 머니퓰레이터가 베이스로부터 원위방향으로 기구 홀더(920) 및 엔드 이펙터(950)쪽으로 뻗어 있는 상태에서, 베이스(902)와 제1 조인트(922)는 대체로 원격으로 제어가능한 아암(904)의 근위 부분을 포함하고 있다.
도 9d에 도시되어 있는 것과 같은 링크들을 연결시키는 조인트들의 회전축과 함께, 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있는 것과 같은 제어가능한 아암(904)의 각각의 링크를 설명하면, 제1 링크(924)는 베이스(902)로부터 원위 방향으로 뻗어 있고 조인트(922)에서 제1 피벗 조인트 축(J1)에 대해서 회전한다. 상기 조인트들의 나머지의 다수는 도 9d에서의 이들의 관련된 회전축에 의해서 식별될 수 있다. 예를 들어, 제1 링크(924)의 원위 단부는 수평 피벗축(J2)을 제공하는 조인트에서 제2 링크(926)의 근위 단부에 결합되어 있다. 제3 링크(928)의 근위 단부는 제3 링크가 제2 링크와 제3 링크 양자의 축을 따라서 뻗어 있는(그리고 상기 축과 이상적으로 정렬되어 있는) 축에 대해서 조인트(J3)에서 대체로 회전하거나 롤링운동(roll)하도록 로울 조인트(roll joint)에서 제2 링크(926)의 원위 단부에 결합되어 있다. 원위 방향으로 계속 진행하면, 다른 피벗 조인트(J4) 후에, 제4 링크(930)의 원위 단부가, 함께 기구 홀더 리스트(instrument holder wrist)(932)를 형성하는 한 쌍의 피벗 조인트(J5, J6)에 의해서 기구 홀더(920)에 결합되어 있다. 원격으로 제어가능한 아암(904)의 병진운동 조인트 또는 프리즈매틱 조인트(J7)가 최소 절개 구멍을 통하여 수술 기구(906)와 수술 기구(906)의 기다란 샤프트(914)의 축방향의 이동을 용이하게 하고, 또한 기구 홀더(920)를 수술 기구(906)가 미끄럼이동가능하게 삽입되는 캐뉼라에 부착시키는 것을 용이하게 한다.
기구 홀더(920)의 원위부에서, 수술 기구(906)가 추가적인 자유도를 포함할 수 있다. 수술 기구(906)의 자유도의 작동은 종종 원격으로 제어가능한 아암(904)의 모터에 의해서 구동될 것이다. 대체 구현예는 수술 기구(906)에 있는 것으로 도시된 하나 이상의 조인트가 대신에 기구 접속기에 있도록, 또는 반대로 기구 접속기에 있는 것으로 도시된 하나 이상의 조인트가 대신에 수술 기구(906)에 있도록 신속하게 탈부착이 가능한 기구 홀더/기구 접속기에서 수술 기구(906)를 지지하는 머니퓰레이터 아암 구조로부터 분리시킬 수 있다. 다시 말해서, 수술 기구(906)와 원격으로 제어가능한 아암(904) 사이의 접속기는 머니퓰레이터 아암 조립체(904)의 기구학적 체인(상기 기구학적 체인은 수술 기구와 머니퓰레이터 아암 조립체(904) 양자 모두를 포함할 수 있다)을 따라서 보다 근위부에 또는 원위부에 배치될 수 있다. 상기 예시적인 구현예에서는, 수술 기구(906)가, 일반적으로 최소 절개 구멍의 부위에 배치되어 있는, 피벗점(PP)의 원위부에 회전 조인트(J8)를 포함하고 있다. 수술 기구(906)의 원위 리스트(distal wrist)는 기구 리스트 조인트 축(J9, J10)에 대해서 엔드 이펙터(950)의 피벗 운동을 가능하게 한다. 엔드 이펙터 조 요소(jaw element)들 사이의 각도 α가 엔드 이펙터(950) 위치와 배치방향과 관계없이 제어될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, 신호, 예를 들면, 청각적 신호, 촉각적 신호, 시각적 신호, 또는 다른 적절한 사용자가 감지할 수 있는 신호를 발신하는 위치결정 표시장치 시스템가 원격으로 제어가능한 아암(904)의 조인트 및/또는 베이스(902)의 수동 위치조정을 안내한다. 몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(904)이 다수의 위치결정 표시장치 시스템을 포함하고, 상기 다수의 위치결정 표시장치 시스템의 각각은 원격으로 제어가능한 아암(904)의 특정 조인트 또는 베이스(902)와 결합되어 있다.
다른 예에서, 도 10을 참고하면, 원격으로 제어가능하게 만들어질 수 있는 제어가능한 아암(1000)이 조인트 시스템(1004)에 연결된 베이스(1002)를 포함하고 있다. 링크(1012)가 조인트 시스템(1004)을 조인트 시스템(1014)에 연결시키고, 링크(1020)가 조인트 시스템(1014)을 조인트 시스템(1022)에 연결시킨다. 몇몇 구현예에서는, 조인트(1006)가, 예를 들면, y-축에 대하여, 베이스(1002)에 대한 회전에 있어서 베이스(1002)에 대해 원위부에 있는 원격으로 제어가능한 아암(1000)의 일부분을 회전시킨다. 몇몇 구현예에서는, 조인트(1028)가, 예를 들면, y-축을 따라서, 조인트 시스템(1022)에 대해 기구 홀더(1030)를 병진운동시킨다. 각각의 조인트와 조인트 시스템은, 예를 들어, 원격으로 제어가능한 아암(1000)의 부분들 사이의 상대 운동, 예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(1000)의 부분들 사이의 병진운동 및/또는 회전운동을 일으키도록 선택적으로 조작가능하다.
조인트 시스템(1004)은 링크(1012)와 조인트 시스템(1004) 사이의 상대 회전을 일으키도록 조작가능하다. 조인트 시스템(1004)은, 예를 들어, 제1 회전가능한 조인트(1008)와 제2 회전가능한 조인트(1010)를 포함하고 있다. 제1 조인트(1008)는, 구동되면, 예를 들어, x-축에 대하여, 제1 조인트(1008)와 제2 조인트(1010) 사이의 상대 회전을 일으킨다. 제2 조인트(1010)는, 구동되면, 예를 들어, z-축에 대하여, 링크(1012)와 제2 조인트(1010) 사이의 상대 회전을 일으킨다. 조인트 시스템(1014)은 링크(1020)와 조인트 시스템(1014)의 상대 회전을 일으키도록 조작가능하다. 조인트 시스템(1014)은, 예를 들어, 제1 조인트(1016)와 제2 조인트(1018)를 포함하고 있다. 제1 조인트(1016)는, 구동되면, 예를 들어, x-축에 대하여 제1 조인트(1016)와 제2 조인트(1018) 사이의 상대 회전을 일으킨다. 제2 조인트(1018)는, 구동되면, 제2 조인트(1018)와 링크(1020) 사이의 상대 회전을 일으킨다. 조인트 시스템(1022)은 기구 홀더(1030)와 조인트 시스템(1022) 사이의 상대 회전을 일으키도록 조작가능하다. 조인트 시스템(1022)은, 예를 들어, 제1 조인트(1024)와 제2 조인트(1026)를 포함하고 있다. 제1 조인트(1024)는, 구동되면, 예를 들어, x-축에 대하여, 제1 조인트(1024)와 제2 조인트(1026) 사이의 상대 회전을 일으킨다. 제2 조인트(1026)는, 구동되면, 예를 들어, y-축에 대하여, 제2 조인트(1026)와 기구 홀더(1030) 사이의 상대 회전을 일으킨다.
몇몇 구현예에서는, 신호, 예를 들면, 청각적 신호, 촉각적 신호, 시각적 신호, 또는 다른 적절한 사용자가 감지할 수 있는 신호를 발신하는 위치결정 표시장치 시스템이, 원격으로 제어가능한 아암(1000)의 조인트, 조인트 시스템, 및/또는 베이스의 수동 위치조정을 안내한다. 몇몇 경우에는, 원격으로 제어가능한 아암(1000)이 다수의 위치결정 표시장치 시스템을 포함하고 있고, 상기 다수의 위치결정 표시장치 시스템은 각각 원격으로 제어가능한 아암(1000)의 특정 조인트, 조인트 시스템, 또는 베이스와 결합되어 있다.
원격으로 제어가능한 아암(106, 804A, 804B, 804C, 904, 1000)은 원격으로 제어가능한 아암의 여러가지 예이다. 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암이 본 명세서에 기술된 원격으로 제어가능한 아암의 여러가지 예의 조인트들의 결합형태를 포함한다. 이와 관련하여, 몇몇 구현예에서는, 원격으로 제어가능한 아암이 원격으로 제어가능한 아암(106, 804A, 804B, 804C, 904, 1000)에 대하여 도시된 결합형태와 다른 프리즈매틱 조인트, 회전 조인트, 그리고 조인트 시스템의 결합형태를 포함한다.
본 명세서에 기술된 수술 시스템(예를 들면, 수술 시스템(100))과 상기 수술 시스템의 로봇 구성요소(예를 들면, 원격으로 제어가능한 아암(106), 수술 머니퓰레이터 조립체(104))가, 하나 이상의 데이터 처리 장치, 예를 들면, 프로그램 가능한 프로세서, 컴퓨터, 다수의 컴퓨터, 및/또는 프로그램 가능한 논리 구성요소에 의해 실행되도록, 또는 상기 하나 이상의 데이터 처리 장치, 예를 들면, 프로그램 가능한 프로세서, 컴퓨터, 다수의 컴퓨터, 및/또는 프로그램 가능한 논리 구성요소의 작동을 제어하기 위해서, 적어도 부분적으로, 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품, 예를 들면, 하나 이상의 비-일시적 기계 판독가능 매체와 같은, 하나 이상의 정보 캐리어에 유형적으로 구현된(tangibly embodied) 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 이용하여 제어될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은, 컴파일러형 언어 또는 해석형 언어를 포함하는, 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 자립형 프로그램으로서 또는 컴퓨팅 환경에 사용하기에 적합한 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 다른 유닛으로서 효율적으로 사용되는 것을 포함하여, 임의의 형태로 효율적으로 사용될 수 있다.
본 명세서에 기술된 수술 시스템을 제어하는 것과 관련된 작업은 본 명세서에 기술된 기능을 수행하기 위해서 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그램 가능한 프로세서에 의해서 수행될 수 있다. 본 명세서에 기술된 수술 시스템의 전부 또는 일부에 대한 제어는 특수 목적 논리 회로, 예를 들면, FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 및/또는 ASIC(주문형 집적 회로)를 이용하여 실행될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는, 예를 들면, 범용 마이크로프로세서와 특수 목적 마이크로프로세서, 그리고 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 기억 장소 구역 또는 랜덤 액세스 기억 장소 구역 또는 읽기 전용 기억 장소 구역 및 랜덤 액세스 기억 장소 구역으로부터 명령과 데이터를 수용할 것이다. 컴퓨터의 여러 요소는 명령을 실행하는 하나 이상의 프로세서와 명령과 데이터를 저장하는 하나 이상의 기억 장소 구역 장치를 포함한다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 대량 인쇄 배선 회로 기판(mass PCB)과 같은, 하나 이상의 기계 판독가능 저장 매체, 예를 들면, 자기 디스크, 광자기 디스크, 또는 광 디스크를 포함하거나, 데이터를 저장하기 위한 대량 인쇄 배선 회로 기판(mass PCB)과 같은, 하나 이상의 기계 판독가능 저장 매체, 예를 들면, 자기 디스크, 광자기 디스크, 또는 광 디스크로부터 데이터를 수용하거나, 상기 저장 매체로 데이터를 전달하거나, 상기 저장 매체에 대해 데이터 수용 및 전달을 하기 위해 작동가능하게 결합될 것이다. 컴퓨터 프로그램 명령어와 데이터를 기록하는데 적합한 기계 판독가능 저장 매체는, 예를 들면, 반도체 기억 장소 구역 장치, 예를 들면, EPROM, EEPROM, 그리고 플래시 기억 장소 구역 장치(flash storage area device); 자기 디스크, 예를 들면, 내부 하드 디스크 또는 분리성 디스크; 광자기 디스크; 그리고 CD-ROM 디스크와 DVD-ROM 디스크를 포함하는, 모든 형태의 비휘발성 기억 장소 구역을 포함한다.
본 명세서에 기술된 다른 여러 구현예의 요소들이 위에 명시적으로 개시되지 않은 다른 실시례를 형성하기 위해서 결합될 수 있다. 여러 요소들이 자신들의 작동에 부정적으로 영향을 미치지 않고서 본 명세서에 기술된 구조에서 배제될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 기능을 실행하기 위하여 다양한 별개의 요소들이 하나 이상의 개별 요소로 결합될 수 있다.

Claims (15)

  1. 로봇 시스템으로서,
    베이스;
    상기 베이스로부터 뻗어 있으며 공구를 지지하고 이동시키도록 구성되어 있는 로봇 아암으로서, 상기 베이스에 대해 로봇 아암을 이동시키도록 작동가능한 하나 이상의 액추에이터를 포함하는, 로봇 아암;
    위치결정 표시장치; 그리고
    상기 위치결정 표시장치와 상기 로봇 아암에 통신가능하게 결합된 프로세서;
    를 포함하고 있고,
    상기 프로세서가
    적어도 상기 공구가 삽입될 수 있는 액세스 포트의 특징을 나타내는 입력 데이터를 수신하고,
    상기 액세스 포트의 특징을 이용하여 상기 베이스의 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하고, 그리고
    상기 베이스의 수동 위치조정을 원하는 위치 또는 배치방향을 향해 안내하기 위하여 상기 위치결정 표시장치를 작동시키도록
    구성되어 있는, 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 데이터는 로봇 시스템을 이용하여 대상에 대해 수행될 절차에 관한 정보를 추가로 나타내고, 상기 액세스 포트는 상기 대상 상에 위치되고;
    상기 프로세서는 상기 절차에 관한 정보를 추가로 이용하여 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하도록 구성되어 있는, 로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 절차 동안 상기 대상이 위치되는 테이블에 부착되도록 구성되거나; 또는
    상기 베이스는 바닥을 구르도록 구성된 카트에 결합되는, 로봇 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절차에 관한 정보는 절차에 대한 작업 공간의 크기를 포함하는, 로봇 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 로봇 아암의 이동을 감지하도록 구성된 센서를 추가로 포함하고,
    상기 입력 데이터를 수신하는 것은, 상기 로봇 아암에 의한 매뉴얼 데몬스트레이션 동안 상기 센서로부터 신호를 수신하는 것으로서, 상기 매뉴얼 데몬스트레이션은 상기 절차를 위한 작업 공간의 것인, 신호를 수신하는 것을 포함하는, 로봇 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액세스 포트의 특징은 상기 액세스 포트의 위치를 포함하는, 로봇 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액세스 포트는 제1 액세스 포트이고, 상기 베이스의 원하는 위치 또는 배치방향은 베이스의 제1 원하는 위치 또는 배치방향이고, 베이스의 수동 위치조정은 베이스의 제1 수동 위치조정이고;
    상기 프로세서는:
    제2 액세스 포트의 적어도 제2 특징을 나타내는 제2 입력 데이터를 수신하고,
    상기 제2 특징을 이용하여 상기 베이스의 제2 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하고,
    상기 베이스의 제2 수동 위치조정을 상기 제2 원하는 원하는 위치 또는 배치방향을 향해 안내하기 위하여 상기 위치결정 표시장치를 작동시키도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 공구가 상기 로봇 아암에 의해 지지될 때 상기 공구를 이동시키도록 구성된 동력 조인트를 포함하고,
    상기 프로세서는:
    상기 프로세서가 상기 수동 위치조정을 안내하기 위하여 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 동안 상기 동력 조인트를 작동시키도록
    추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 프로세서가 상기 수동 위치조정을 안내하기 위하여 상기 위치결정 표시장치를 작동시키는 동안,
    상기 베이스의 수동 위치조정 동안 상기 베이스의 이동에 응답하여 상기 동력 조인트를 작동시키거나; 또는
    상기 수동 위치조정 동안 상기 액세스 포트에 대한 상기 로봇 아암의 원위 부분의 위치를 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트를 작동시킴으로써,
    상기 동력 조인트를 작동시키도록 구성되는, 로봇 시스템.
  10. 베이스로부터 뻗어 있으며 공구를 지지하고 이동시키도록 구성되어 있는 로봇 아암을 포함하는 로봇 시스템을 작동시키는 방법으로서,
    프로세서에 의해, 적어도 상기 공구가 삽입될 수 있는 액세스 포트의 특징을 나타내는 입력 데이터를 수신하는 단계;
    프로세서에 의해, 상기 액세스 포트의 특징을 이용하여 상기 베이스의 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하는 단계; 그리고
    프로세서에 의해, 상기 로봇 시스템의 베이스의 수동 위치조정을 원하는 위치 또는 배치방향을 향해 안내하기 위하여 위치결정 표시장치를 작동시키는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입력 데이터는,
    로봇 시스템을 이용하여 상기 액세스 포트가 위치되는 대상에 대해 수행될 절차를 표시하는 절차 데이터, 및
    상기 액세스 포트의 특징을 나타내는 포트 데이터를 포함하고;
    상기 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하는 단계는 상기 절차 데이터를 이용하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절차 데이터는 상기 절차에 대한 작업 공간의 크기를 나타내고;
    상기 포트 데이터는 상기 액세스 포트의 위치를 포함하는, 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 공구가 상기 로봇 아암에 의해 지지될 때 상기 공구를 이동시키도록 구성된 동력 조인트를 포함하고,
    상기 방법은,
    프로세서에 의해, 수동 위치조정 동안에 상기 액세스 포트에 대해 상기 로봇 아암의 원위 부분의 위치를 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트를 작동시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 비-일시적 기계 판독가능 매체로서,
    베이스로부터 뻗어 있고 공구를 지지하고 이동시키도록 구성되어 있는 로봇 아암을 포함하는 로봇 시스템과 결합된 하나 이상의 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    적어도 상기 공구가 삽입될 수 있는 액세스 포트의 특징을 나타내는 입력 데이터를 수신하는 단계;
    상기 액세스 포트의 특징을 이용하여 상기 베이스의 원하는 위치 또는 배치방향을 결정하는 단계; 그리고
    상기 로봇 시스템의 베이스의 수동 위치조정을 원하는 위치 또는 배치방향을 향해 안내하기 위하여 위치결정 표시장치를 작동시키는 단계;
    를 포함하는 방법을 수행하게 하도록 되어 있는 복수의 기계 판독가능 명령을 포함하는, 비-일시적 기계 판독가능 매체.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 로봇 아암은 상기 공구가 상기 로봇 아암에 의해 지지될 때 상기 공구를 이동시키도록 구성된 동력 조인트를 포함하고,
    상기 방법은,
    수동 위치조정 동안에 상기 액세스 포트에 대해 상기 로봇 아암의 원위 부분의 위치를 유지시키기 위해서 상기 동력 조인트를 작동시키는 단계
    를 추가로 포함하는, 비-일시적 기계 판독가능 매체.
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Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110074844B (zh) 2013-12-11 2023-02-17 柯惠Lp公司 用于机器人手术系统的腕组件及钳夹组件
US10405944B2 (en) 2014-10-27 2019-09-10 Intuitive Surgical Operations, Inc. Medical device with active brake release control
KR102617042B1 (ko) 2014-10-27 2023-12-27 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 수술 테이블에 등록하기 위한 시스템 및 방법
CN107072728B (zh) 2014-10-27 2020-07-17 直观外科手术操作公司 用于在反应运动期间监测控制点的系统和方法
EP3212149A4 (en) 2014-10-27 2018-05-30 Intuitive Surgical Operations, Inc. System and method for integrated surgical table
JP6676061B2 (ja) 2014-10-27 2020-04-08 インテュイティブ サージカル オペレーションズ， インコーポレイテッド 統合された手術台運動のためのシステム及び方法
CN110584789B (zh) 2014-10-27 2022-09-20 直观外科手术操作公司 用于器械干扰补偿的系统和方法
AU2016220501B2 (en) 2015-02-19 2020-02-13 Covidien Lp Repositioning method of input device for robotic surgical system
CN107405172B (zh) 2015-03-10 2021-04-13 柯惠Lp公司 测量机器人手术系统的连接器部件的健康状况
CN112402015A (zh) 2015-06-23 2021-02-26 柯惠Lp公司 机器人手术组合件
EP4252674A3 (en) 2015-09-25 2024-03-20 Covidien LP Robotic surgical assemblies and instrument drive connectors thereof
US9949749B2 (en) 2015-10-30 2018-04-24 Auris Surgical Robotics, Inc. Object capture with a basket
US9955986B2 (en) 2015-10-30 2018-05-01 Auris Surgical Robotics, Inc. Basket apparatus
US10231793B2 (en) 2015-10-30 2019-03-19 Auris Health, Inc. Object removal through a percutaneous suction tube
WO2017087439A1 (en) 2015-11-19 2017-05-26 Covidien Lp Optical force sensor for robotic surgical system
WO2017173524A1 (en) 2016-04-07 2017-10-12 Titan Medical Inc. Camera positioning method and apparatus for capturing images during a medical procedure
EP3463162A4 (en) 2016-06-03 2020-06-24 Covidien LP SYSTEMS, METHODS AND COMPUTER READABLE PROGRAM PRODUCTS FOR CONTROLLING A ROBOT CONTROLLED MANIPULATOR
US11446099B2 (en) 2016-06-03 2022-09-20 Covidien Lp Control arm for robotic surgical systems
EP3328308B1 (en) * 2016-09-27 2019-05-29 Brainlab AG Efficient positioning of a mechatronic arm
US11690691B2 (en) 2017-02-15 2023-07-04 Covidien Lp System and apparatus for crush prevention for medical robot applications
US11717361B2 (en) 2017-05-24 2023-08-08 Covidien Lp Electrosurgical robotic system having tool presence detection
WO2018217431A1 (en) 2017-05-25 2018-11-29 Covidien Lp Robotic surgical system with automated guidance
EP4166063A3 (en) 2017-08-23 2023-06-28 Momentis Surgical Ltd. Tools for vaginal access
JP7349992B2 (ja) 2017-09-05 2023-09-25 コヴィディエン リミテッド パートナーシップ ロボット手術システムのための衝突処理アルゴリズム
EP3703604A4 (en) * 2017-10-30 2021-08-11 Intuitive Surgical Operations, Inc. GUIDED PORT PLACEMENT SELECTION SYSTEMS AND METHODS
CA3085476A1 (en) 2018-01-04 2019-07-11 Covidien Lp Systems and assemblies for mounting a surgical accessory to robotic surgical systems, and providing access therethrough
WO2019212018A1 (ja) * 2018-05-02 2019-11-07 国立大学法人東京工業大学 眼内手術用器具ホルダ
US11576739B2 (en) 2018-07-03 2023-02-14 Covidien Lp Systems, methods, and computer-readable media for detecting image degradation during surgical procedures
US11344374B2 (en) * 2018-08-13 2022-05-31 Verily Life Sciences Llc Detection of unintentional movement of a user interface device
JP7126276B2 (ja) * 2018-08-24 2022-08-26 国立大学法人 東京大学 ロボット支援装置及びロボット支援システム。
CN112770687B (zh) * 2018-09-27 2024-03-29 康坦手术股份有限公司 包括自动定位机构的医疗机器人
GB2608751B (en) * 2018-10-03 2023-06-14 Cmr Surgical Ltd Methods and systems for providing assistance to a user of a surgical robot system
JP7153335B2 (ja) * 2019-01-29 2022-10-14 リバーフィールド株式会社 手術支援装置
US11576733B2 (en) 2019-02-06 2023-02-14 Covidien Lp Robotic surgical assemblies including electrosurgical instruments having articulatable wrist assemblies
CN112105309A (zh) * 2019-04-15 2020-12-18 柯惠Lp公司 用于对准手术机器人臂的系统和方法
CN110179541A (zh) * 2019-05-30 2019-08-30 温州大学 机器人辅助手术系统及控制方法
US11369386B2 (en) 2019-06-27 2022-06-28 Auris Health, Inc. Systems and methods for a medical clip applier
US11109928B2 (en) 2019-06-28 2021-09-07 Auris Health, Inc. Medical instruments including wrists with hybrid redirect surfaces
US11896330B2 (en) 2019-08-15 2024-02-13 Auris Health, Inc. Robotic medical system having multiple medical instruments
US11548140B2 (en) * 2019-08-15 2023-01-10 Covidien Lp System and method for radio based location of modular arm carts in a surgical robotic system
EP4034349A1 (en) 2019-09-26 2022-08-03 Auris Health, Inc. Systems and methods for collision detection and avoidance
WO2021064536A1 (en) 2019-09-30 2021-04-08 Auris Health, Inc. Medical instrument with capstan
US11737835B2 (en) 2019-10-29 2023-08-29 Auris Health, Inc. Braid-reinforced insulation sheath
US20210186644A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Auris Health, Inc. Functional indicators for robotic medical systems
US20210212776A1 (en) * 2019-12-20 2021-07-15 Auris Health, Inc. Functional indicators for robotic medical systems
CN114901200A (zh) 2019-12-31 2022-08-12 奥瑞斯健康公司 高级篮式驱动模式
EP4084717A4 (en) 2019-12-31 2024-02-14 Auris Health Inc DYNAMIC PULLEY SYSTEM
JP7415576B2 (ja) * 2020-01-15 2024-01-17 セイコーエプソン株式会社 ロボットの制御方法、及び、ロボットシステム
WO2021158354A1 (en) * 2020-02-06 2021-08-12 Covidien Lp Power distribution in a surgical robotic system
CN111588468A (zh) * 2020-04-28 2020-08-28 苏州立威新谱生物科技有限公司 一种具有定位手术区域功能的外科手术机器人
WO2021240296A1 (en) * 2020-05-28 2021-12-02 Mazor Robotics Ltd. System and method for drape volume control
WO2021257681A1 (en) * 2020-06-19 2021-12-23 Smith & Nephew, Inc. Robotic arm positioning and movement control
CN115802975A (zh) 2020-06-29 2023-03-14 奥瑞斯健康公司 用于检测连杆与外部对象之间的接触的系统和方法
US11357586B2 (en) 2020-06-30 2022-06-14 Auris Health, Inc. Systems and methods for saturated robotic movement
USD963851S1 (en) 2020-07-10 2022-09-13 Covidien Lp Port apparatus
US20220192701A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Mazor Robotics Ltd. Systems and methods for surgical port positioning
JP2022101850A (ja) * 2020-12-25 2022-07-07 川崎重工業株式会社 手術支援ロボット、手術支援システムおよび手術支援ロボットの制御方法
US11948226B2 (en) 2021-05-28 2024-04-02 Covidien Lp Systems and methods for clinical workspace simulation
WO2023275759A1 (en) * 2021-06-30 2023-01-05 Auris Health, Inc. System and method for guiding adjustment of a remote center in robotically assisted medical procedures
WO2023275758A1 (en) * 2021-07-02 2023-01-05 Covidien Lp Robotic surgical systems and robotic arm carts thereof
WO2023026198A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-02 Covidien Lp System for audio playback control in a surgical robotic system
WO2023026144A1 (en) * 2021-08-27 2023-03-02 Covidien Lp System and method of operating surgical robotic systems with access ports
WO2023089529A1 (en) * 2021-11-19 2023-05-25 Covidien Lp Surgeon control of robot mobile cart and setup arm
CN114074329B (zh) * 2022-01-19 2022-04-15 成都博恩思医学机器人有限公司 一种机器人远心不动点的校验控制方法及相关装置
CN115153855B (zh) * 2022-07-29 2023-05-05 中欧智薇(上海)机器人有限公司 一种微型机械臂的定位对准方法、装置及电子设备

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070129846A1 (en) 2005-08-16 2007-06-07 Brainlab Ag Anthropomorphic medical robot arm with movement restrictions
WO2015152679A1 (ko) 2014-04-03 2015-10-08 경북대학교 산학협력단 뼈 견인장치 및 이를 포함하는 골절정복시스템
KR101597758B1 (ko) 2014-05-19 2016-02-25 태하메카트로닉스 주식회사 웨이트 밸런스 기능을 갖춘 의료용 로봇 베이스
US20160113728A1 (en) 2013-03-15 2016-04-28 Cameron Piron Intelligent positioning system and methods therefore

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7302288B1 (en) * 1996-11-25 2007-11-27 Z-Kat, Inc. Tool position indicator
AU5391999A (en) * 1998-08-04 2000-02-28 Intuitive Surgical, Inc. Manipulator positioning linkage for robotic surgery
US6459926B1 (en) 1998-11-20 2002-10-01 Intuitive Surgical, Inc. Repositioning and reorientation of master/slave relationship in minimally invasive telesurgery
US8004229B2 (en) 2005-05-19 2011-08-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Software center and highly configurable robotic systems for surgery and other uses
US9415510B2 (en) * 1999-09-17 2016-08-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. System and methods for positioning a manipulator arm by clutching within a null-perpendicular space concurrent with null-space movement
CA2522097C (en) * 2003-04-28 2012-09-25 Stephen James Crampton Cmm arm with exoskeleton
US7234180B2 (en) * 2004-12-10 2007-06-26 Warsaw Orthopedic, Inc. Dynamic surgical table system
KR101298492B1 (ko) 2005-06-30 2013-08-21 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드 멀티암 로보트 원격 외과수술에서 툴 상태에 대한인디케이터와 통신
WO2008097853A2 (en) 2007-02-02 2008-08-14 Hansen Medical, Inc. Mounting support assembly for suspending a medical instrument driver above an operating table
DE102010029275A1 (de) * 2010-05-25 2011-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Bewegen eines Instrumentenarms eines Laparoskopierobotors in einer vorgebbare Relativlage zu einem Trokar
US9119655B2 (en) 2012-08-03 2015-09-01 Stryker Corporation Surgical manipulator capable of controlling a surgical instrument in multiple modes
KR20130080909A (ko) 2012-01-06 2013-07-16 삼성전자주식회사 수술 로봇 및 그 제어 방법
KR102145236B1 (ko) * 2012-06-01 2020-08-18 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 영-공간을 이용하여 매니퓰레이터 암 대 환자의 충돌을 회피하는 방법 및 시스템
CN104736095B (zh) * 2012-08-15 2018-07-03 直观外科手术操作公司 由机器人手臂的手动运动控制的可移动手术安装平台
CN206707498U (zh) * 2017-04-10 2017-12-05 常州华东人防设备有限公司 一种防淹门启闭机构

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070129846A1 (en) 2005-08-16 2007-06-07 Brainlab Ag Anthropomorphic medical robot arm with movement restrictions
US20160113728A1 (en) 2013-03-15 2016-04-28 Cameron Piron Intelligent positioning system and methods therefore
WO2015152679A1 (ko) 2014-04-03 2015-10-08 경북대학교 산학협력단 뼈 견인장치 및 이를 포함하는 골절정복시스템
KR101597758B1 (ko) 2014-05-19 2016-02-25 태하메카트로닉스 주식회사 웨이트 밸런스 기능을 갖춘 의료용 로봇 베이스

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