KR102650270B1 - 수술용 로봇 시스템 - Google Patents

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KR102650270B1
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요시 바르
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메이저 로보틱스 엘티디.
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Abstract

로봇 수술 시스템의 로봇 아암은 뼈 연결기에 의해 2개 부분으로 나누어지고, 2개 부분의 접합부에서 환자에 연결된다. 뼈 연결기와 로봇 베이스 사이의 섹션은 미리 결정된 수준의 유연성을 가지며, 뼈 연결기가 제한된 움직임을 할 수 있게 한다. 결과적으로, 환자의 신체는 뼈 연결기가 환자에게 과도한 힘을 가하지 않고 환자로부터 분리되지 않고 움직일 수 있다. 뼈 연결 링크와 단부 액츄에이터 사이의 아암 섹션은 높은 강성을 가지므로, 환자에 대한 단부 액츄에이터의 자세가 정확하게 유지된다. 환자가 호흡이나 기침과 같은 작은 움직임을 겪을 때, 뼈 연결기 및 베이스 연결 아암 섹션은 환자의 뼈의 동작과 함께 움직이는 한편 환자에 대한 단부 액츄에이터의 자세는 정확하게 유지된다.

Description

수술용 로봇 시스템
본 발명은, 환자의 작은 동작이 수술 도구의 위치 정확성을 감소시킴 없이, 환자의 신체상의 상당한 범위의 위치에 걸쳐 환자에게 수술 절차를 실행하기 위한, 특히 정형외과 수술에 사용하기 위한 로봇 시스템 분야에 관한 것이다.
본 출원의 공동 발명자인 M. Shoham의 "Miniature Bone-Attached Surgical Robot"에 대한 미국 특허 제 8,571,638 호에는 소형 뼈 장착 수술용 로봇이 개시되어 있는데, 이 로봇은 소형 사이즈의 로봇과 함께 피술자의 뼈에 장착됨으로 인해, 로봇 아암이 의도된 자세로 가동될 때 로봇이 장착된 피술자의 뼈에 대해 정확한 위치를 유지하도록 보장한다. 이런 상황은 피술자의 뼈에 로봇 베이스가 단단히 부착되기 때문에 달성된다.
소형 뼈 장착 수술용 로봇은, 미국 특허 제 8,838,205 호 "Robot for use with Orthopedic Inserts, 및 미국 특허 제 8,518,051 호 "Robotic Total/Partial Knee Arthroplastics" 과 같이 뼈 장착 로봇의 다양한 응용 분야에 대해 다수의 특허 출원 및 등록된 특허에 의해 증명된 바와 같이, 피술자의 신체의 합리적인 제한 영역에 걸쳐 수술을 수행할 때 많은 잇점이 있는데, 양 특허는 본 출원, 및 다른 출원과 공동 발명자를 가진다. 그러나 이 시스템은, 뼈에 장착될 수 있는 소형 로봇이 필연적으로 제한된 작동 범위(operating envelope)를 갖게 장착되기에, 환자의 신체의 더 넓은 영역에 걸쳐 수술을 수행해야 하는 경우 단점을 가질 수 있다. 뼈 부착의 실질적인 잇점을 잃지 않고, 넓은 범위의 접근을 가능하게 하고 여러 위치에서 해제 및 재부착(release and reattachment) 할 필요가 없는 로봇 시스템이 바람직할 것이다.
B. Mittelstadt에 의한 "Positioning Surgical Robot을 위한 방법 및 시스템"의 미국 특허 제 5,806,518 호에서와 같은 종래 기술에서, 피술자의 뼈가 수술 로봇에 장착된 베드의 베이스 또는 바닥에 대해 견고하게 고정되는 로봇 수술 시스템이 기술되어 있다. 피술자의 뼈가 위치 모니터링 고정구(position monitoring fixture)에 부착되어 임의의 뼈 동작(bone motion)의 발생에 대해 보상이 이루어질 수 있도록 뼈의 동작이 시스템 제어기에 1 대 1의 관계로 전달되는 다른 시스템이 존재한다. 그러나 이러한 시스템은 크고 다루기 힘든 것으로 간주 될 수 있으며, 뼈의 위치를 모니터링하기 위한 추가적인 능동 제어 기능(active control functions)이 필요하다.
따라서, 종래의 시스템 및 방법의 단점 중 적어도 일부를 극복하는 로봇 수술 시스템에 대한 필요성이 존재한다.
명세서의 이 섹션 및 및 다른 섹션에서 언급된 각 간행물의 공개는 참조로 서, 전체로서 각각 여기에 통합된다.
본 발명은, 로봇의 단부 액추에이터의 위치와, 단부 액츄에이터에 의해 유지되는 도구가 작동하고자 하는 피술자의 해부 부분 사이에서 한정적이고 정확한 관계(defined and precise relationship)를 제공하는, 큰 작업 범위(working envelope)를 갖는 새로운 외과 로봇 시스템을 기술한다. 동시에, 시스템은 피술자에 과도한 제약을 가하지 않고 호흡 또는 외과의사의 압력으로 인한 동작과 관련된, 제한된 움직임을 겪도록 피술자에 허용하고, 단부 액츄에이터가 그것이 작동하는 신체 부분에 대해 정확하게 한정된 공간적 위치(defined spatial location) 및 방향(orientation )을 위반하지 않도록 한다. 현재 기술된 시스템에서, 로봇 아암은, 일반적으로 단단하지만, 선택적으로 제어 가능하고 확장 및 수축 특징을 모니터링할 수 있는 연결 요소(connection element)에 의해 신체 부분에 고정(anchored)된다. 피술자의 상체 부위(upper body section) 영역에서 작동하는 시스템의 실례를 사용하면, 피술자의 호흡이나 기침으로 인해 피술자의 흉추(thoracic spine) 또는 흉골(sternum)의 동작 범위는, 더 큰 움직임이 가능하지만 일반적으로 10-12mm 정도일 뿐이다. 모든 로봇 아암은 특정한 본질적인 유연성 수준(intrinsic level of flexibility)을 가진다. 그러나, 종래의 시스템에서, 로봇 동작의 정확성을 유지하기 위해, 로봇의 치수 및 무게에 상응하는(commensurate) 최대 수준의 강성을 지닌 링크 및 조인트 구성을 사용함으로써, 그러한 유연성은 가능한 한 제한되는 것을 일반적으로 목표로 한다.
본 시스템은 로봇 아암의 일부가 미리 결정된 증가된 유연성 수준을 갖도록 구성될 수 있다는 것이 종래 기술의 시스템과 상이하며, 아암이 피술자의 신체 부분에 연결되더라도, 로봇 아암의 섹션은 로봇의 베이스로부터 신체 부분에 대한 아암의 연결에 이르기까지, 피술자의 신체가 과도한 압력을 받지않고, 피술자의 제한된 동작을 흡수할 수 있으며, 로봇 아암으로부터 신체 부분 연결이 분리되지 않는다. 이러한 미리 결정된 증가된 유연성 수준은, 아암 링크 자체의 기계적 강성, 또는 조인트 제어법(joint control law) 활용으로 인한 아암의 조인트 강성의 수준에 관계없이, 피술자의 신체 부분에 대한 연결(부) 및 로봇 베이스 사이에서 로봇 링크 및 조인트의 구조의 적절한 선택에 의해 가능해 진다. 로봇 베이스 아암의 유연성은 환자의 동작을 보상하기 위한 것이어야 하며, 일련의 "스프링"으로 모델링 할 수 있는데, 일부는 로봇 베이스 아암 링크를 나타내며, 일부는 로봇 베이스 아암 조인트를 나타낸다.
다른 한편으로, 로봇 가동 아암(robotic actuation arm)은, 신체 연결 유닛에 대한 부착 지점으로부터 로봇 단부 엑츄에이터까지, 가능한 약간의 자유로운 작동을 지니며, 최대한 단단한 것을 특징으로 하지므로, 로봇 단부 액츄에이터는 신체 연결 유닛에 대해 정확하게 알려져 있다. 이 단단(견고)한 로봇 가동 아암은 암 또는 링크 또는 스트럿 요소, 및 신체 연결 지점과 단부 액츄에이터 사이의 회전 또는 프리즘 조인트(prismatic joint)를 포함한다. 용어 체계를 단순화하기 위해, 피술자의 신체 부분에 대한 연결 및 로봇의 베이스 사이의 로봇 연결 링크 및 조인트는, 이하에서는 "로봇 베이스 아암"으로 알려져 있으며, 한편으로 뼈 연결기(bone connector)에 대한 연결의 지점으로부터 로봇 단부 액츄에이터까지 전체 로못 가동 아암 또는 아암들은. 이하에서는 "로봇 액츄에이터 아암"으로 알려져 있다. 로봇 액츄에이터 아암의 링크 및 그들과 연결된 조인트는, 달성가능한 높은 정확성 및 견고성을 갖도록 구성되며, 수술 로봇 시스템이 작동되는 환경에 의해 로봇 액츄에이터 아암에 부과된 임의의 사이즈 또는 무게 제한에 상응(부합)하며, 그리고 구조 구성의 비용 효과와 편의성을 가진다.
로봇 아암 구성에서, 링크는 기계 구조에 의존하는 가변형성 수준(level of deformability)을 가지며, 한편 조인트 제어기는 일반적으로 정확도를 유지하기 위해 가능한 작은 추적 오차(tracking error)를 갖도록 설계된다. 그러나, 현재 기술된 시스템의 또 다른 예시적인 구현에 따르면, 로봇 베이스 아암의 링크가 미리 결정된 수준의 유연성을 갖도록 구성되는 동안, 조인트 강성은 조인트 위치를 제어하는데 사용되는 전자 피드백 루프(electronic feedback loop)의 기밀성(tightness)을 선택함으로써 제어가능하게 만들 수 있다. 후자의 효과는 가변 강성 로봇 베이스 아암을 제공하여 로봇 베이스 아암의 유연성을 전자식으로 조정할 수 있게 한다. 이 특징은 이러한 구현에 다수의 잇점을 제공한다. 첫째, 로봇 베이스 아암의 강성은 연결 요소의 부착 지점(attachment point)에서 환자의 예상되는 동작에 따라 전자적으로 조정할 수 있다. 따라서, 비만한 환자 또는 호흡이 심한 환자에 대해, 큰 동작이 예상되는 경우 로봇 베이스 아암의 유연성이 증가될 수 있다. 가볍게 호흡하는 피술자와 같은 작은 동작이 예상되거나, 피술자의 가슴에서 멀리 떨어진 해부학적 부분에 연결부가 부착되는 경우 유연성이 감소될 수 있다.
둘째, 로봇 베이스 아암의 강성(stiffness)은 로봇 베이스 아암의 자세 또는 구성에 따라 조정될 수 있다. 이 특징은, 연결 지점이 베이스에 가깝게 배치된 위치에 있는 환자에 비해, 베이스로부터 멀리 떨어진 대상 연결 지점에 도달하게끔 로봇 베이스 아암이 연장될 때 요구될 수 있는 다양한 수준의 유연성으로 인해 중요할 수 있으며, 따라서 로봇 베이스 아암이 상당히 접힌 형태(folded configuration)를 취할 필요가 있다.
시스템의 로봇 단부 이펙터의 위치 및 방향(position and orientation)은, 당업계에 공지된 등록 방법에 의해 피술자의 해부학, 및 그에 따른 이미지 비교에 의해 피술자의 해부학의 임의의 수술 전 이미지와 관련될 수 있다. 특히 편리한 방법은, 공지된 3차원 패턴으로 배열된 방사선 비투과 마커(radio-opaque markers)를 갖는 타겟을 단부 이펙터에 부착하고, 타겟을 포함하는 피술자의 해부학 이미지의 하나 이상의 이미지를 생성하는 한편, 로봇 자세의 설정, 즉 단부 액추에이터의 위치와 방향이 알려져 있다. 이러한 이미지 또는 이미지들은 피술자의 해부학에 대한 로봇 단부 액츄에이터의 수술 중의 좌표계를 고유하게 정의하는 데 사용할 수 있으며, 그리고 수술 중의 이미지(들)의 해부학적 특징과 수술 전의 이미지의 해부학적 특징을 비교하여 로봇 좌표계가 피술자의 수술 전의 해부학적 이미지가 등록되도록 할 수 있어서, 로봇 단부 이펙터가 수술 전 수술 계획을 수행하도록 지향될 수 있다. 분명하게, 이 등록 절차 및 후속 로봇 유도 수술 절차는, 현 시스템의 로봇 액츄에이터 아암의 높은 수준의 단단함(견고성) 때문에, 로봇의 제어 시스템에 의해 피술자의 해부학에 대한 단부 이펙터의 수술 중 위치가 잘 한정되기 때문에 효과적이다.
본 시스템에서 유리하게 사용될 피술자의 가장 통상적으로 사용되는 해부학 적 부분은 뼈이며, 그리고 텍스트를 단순화하기 위해, 본 개시는 뼈 연결의 실례를 시스템 사용의 주요 방법으로 언급할 것이며, 이는 연결 요소를 피술자의 해부학적 부분에 확실한 방식으로 부착할 수 있는 시스템을 어떤 식으로든 제한하려는 의도가 아니라는 것을 이해해야 한다.
피술자의 상체 부위에서 뼈 연결의 실례를 사용하여, 피술자의 흉골이나 흉추의 자유 동작(free motion)은 이들 시스템의 사용에 의해 일정 수준으로 제지(restrained)될 수 있으며. 이러한 제지는 피술자에 과도한 불편함이 가해지지 않아야 된다. 그러나, 로봇 베이스 아암의 유연성에 의해 가능해지는 것보다 큰 동작을 피술자의 신체에 착수할 수 있게 하기 위해, 본 발명에 개시된 수술 로봇 시스템은 WO 2015/087335 호로 공개된 "Semi-Rigid Bone Attachment Robotic Surgery System" 이라는 제목의 PCT 특허 출원에 기술된 장치를 선택적으로 갖출 수 있다. 여기에는, 베드 또는 바닥과 같은, 피술자의 근처에 장착된 베이스를 갖는 수술 로봇에 피술자의 뼈를 부착하기 위한 뼈 연결 시스템이 기재되어 있다. 이 시스템은 피술자의 뼈와 선택된 지지 지점(support point)사이 부착된, 예를 들어 로봇 베이스 아암과 로봇 액츄에이터 아암 사이의 연결 링크에 부착된 전환 가능한 뼈 연결 유닛(switchable bone connection unit)을 포함한다. 이 유닛은 뼈가 본질적으로 지지 지점에 단단히 부착되는 잠금 상태(locked state)와 뼈가 지지 지점에 대해 움직일 수 있는 해제 상태(released state)를 가진다. 상기 유닛은 뼈와 로봇의 지지 지점 사이에 가해지는 힘을 결정하기 위한 힘 센서(force sensor)와, 유닛이 그 해제 상태에 있는 동안 로봇의 지지 지점에 대한 뼈의 위치를 측정하기 위한 위치 센서(position sensor)를 포함한다. 상기 유닛은 뼈가 그 뼈 연결 요소로부터 분리되지 않고 움직일 수 있도록 선택되며, 그리고 정적 연결(static connection)의 견고성이 환자에게 과도한 불편함을 가하지 않도록 상기 힘이 미리 결정된 수준을 초과할 때 잠금 상태로부터 해제 상태로 전환된다. 로봇 제어 시스템이 뼈 부착 유닛의 작동을 모니터링할 수 있게끔 측정 장치가 포함되어야 하므로, 로봇 가동 아암의 적절한 조정에 의해 뼈에 대한 로봇 가동 아암의 알려진 위치가 유지될 수 있다. 이러한 뼈 연결 유닛이 현재 기술된 시스템들에 포함될 때, 본 시스템의 작동을 손상시키지 않으면서 현재 기술된 시스템의 증가된 유연성의 작동에 순차적으로, 그리고 그에 추가하여 작동하게 된다. 따라서 로봇 자세 기준(robotic pose reference)을 잃지 않고 피술자의 부착 뼈의 전체적인 움직임을 가능하게 하여, 이로인해 전체 움직임이 현재 기술된 시스템이 허용하고자 하는 제한된 동작보다 실질적으로 클 수 있다.
이 개시에서 설명된 시스템은 또한 신규하고 유용한 잇점을 제공하는 다수의 추가 특징을 가질 수 있다. 뼈-장착 로봇 시스템과 비교해 볼 때, 증가된 체적의 작동 범위로 인해, 이 시스템은 충돌 회피 시설을 통합해야 하기에, 부정확하게 지향된 로봇 아암의 어떤 부분과 충돌하여 피술자에게 피해를 초래할 위험이 없다. 이는 수술대에서 환자의 외피(outer envelope)를 한정하는 광학 스캐너를 사용하여 편리하게 달성될 수 있으며, 로봇 제어기에 입력 신호를 인가하여 로봇 액츄에이터 아암의 동작을 제어함으로 발생할 수 있는 그러한 충돌을 방지한다.
추가적인 안전 특징으로서, 로봇 액츄에이터 아암의 회전 또는 프리즘 조인트는 전원 장애 또는 제어기 오류의 경우에 백 드라이브(back drivable)가능하도록 구성될 수 있어서, 의료 요원이 손으로 안전한 위치로 로봇 액츄에이터 아암을 신속하게 옮길수 있다. 이러한 백 드라이빙(back driving)은 조속식 구동기어(harmonic drive gear)와 같은 당업계에 공지된 다수의 구동 구성 요소로부터 얻어질 수 있다.
큰 작동 범위로 인해 현재의 로봇 시스템에서 가능하게 된 또 다른 특징은 로봇 액츄에이터 아암이 90°이상의 각도로 환자에게 접근할 수 있다는 것이다. 이러한 상황에서, 후방 방향(posterior orientation) 및 측면 방향(lateral orientation) 모두로부터의 접근으로, 측면 위치로 누워 있는 환자에게 척추 수술을 수행하는 것이 가능해 진다. XLIF(eXtreme Lateral Interbody Fusion) 기술과 같은 측면 접근법(lateral approach)에서 가장 잘 수행되는 척추 수술 절차가 있기 때문에 이러한 적용은 중요한 잇점을 가진다. 이러한 절차는 측면 접근법에서 가장 안전하고 효율적으로 수행되므로, 이전에 일반적으로 사용된 전방 접근법(anterior approach)에서 중대한 문제로 제기된 주요 혈관 및 복부 기관을 피할 수 있다 (체간 절차(interbody procedures)에 대한 후방 접근법을 사용하는 것도 가능하지만 흔하지 않음). 다른 한편, 다른 척추 수술 절차는 척추뼈 사이에 융합 로드(fusion rods)를 적용하기 위한 척추경 나사의 경피 삽입(percutaneous insertion of pedicle screws)과 같은 후방 접근법으로부터 가장 잘 수행되거나 심지어 수행 가능하다. 종래 기술에서, 이러한 절차가 모두 수행되어야 할 때, 각 단계 사이의 환자의 위치 변경(재배치)을 갖는 2단계로 이를 수행하는 통상적인 관행이었다. 추간 케이지(intervertebral cage)의 삽입을 포함하는 더 복잡한 XLIF 절차는 전통적으로 환자가 측면 위치에 누워있는 상태에서 먼저 수행된다. 일단 완료되면, 경피 절차(수술)로 삽입된 척추경 나사 사이에 고정된 융합 로드를 사용하여 추가적인 안정화를 수행할 필요가 있는 경우, 환자는 수술대에서 엎드린 위치(prone position)로 틀어져야 하므로, 절차에 대한 후방 접근이 더 쉽게 달성될 수 있다. 이 요구는 외과 의사가 측면 위치의 환자에게 후방 경피 절차(수술)를 수행하는 것이 어렵기 때문에 발생하는데, 대부분 수평 방향에서 올바른 각도 접근법을 시각화하고 액세스하기가 어렵기 때문이다. 수술 중 환자를 돌리고 재배열하는 과정은 시간이 오래 걸리는 과정이어서 수술 시간이 현저히 길어져 환자에게 불리하며 수술실 시간이 더 요구된다.
본 발명의 방법에 따르면, 하나의 측면 위치에서 이들 절차 모두를 수행하는 것이 가능하다. 케이지 및 나사 삽입 모두를 포함하는 전체 절차는 환자의 측면 위치에서 수행된다. 일단 LIF 절차가 완료되면, 로봇 액츄에이터 아암은 후방 접근법에서 경피 척추경 나사 삽입 절차를 수행하기 위해 위치 변경될 수 있지만, 환자의 위치가 변경되지 않고, 환자는 동일한 초기 등록 절차를 사용하여 측면 위치에서 움직이지 않고 누워 있는다. 이러한 절차는, 본 시스템의 뼈 연결 유닛 및 2개 부분 유연성 로봇 관절식 아암을 구비하거나 구비하지 않고도, 충분히 큰 작동 범위를 갖는 임의의 수술 로봇 시스템에 의해 수행될 수 있으며, 본 발명의 상술된 시스템에 한정되는 것은 아니라는 것을 이해해야한다.
따라서, 본 개시에 기재된 시스템의 예시적인 구현에 따라, 로봇 수술 시스템이 제공되며, 상기 로봇 수술 시스템은,
(i)수술대에 대해 시스템을 고정시키기 위한 베이스,
(ii)수술대 상의 피술자에 대한 절차(수술)을 수행하기 위한 수술 도구의 정렬을 가능하게하기 위한 단부 액츄에이터,
(iii)상기 베이스와 상기 단부 액츄에이터 사이에 연결된 로봇 가동 아암 셋트(a set of robotically actuated arms)를 포함하고, 상기 로봇 가동 아암 셋트는,
베이스에 일 단부가 연결된 제1 섹션, 및
상기 단부로부터 떨어져서 상기 제1 섹션에 연결되고, 그 연결부로부터 상기 제1 섹션까지 멀리 떨어진 단부 영역에 있는 단부 액츄에이터를 갖는 제2 섹션, 을 포함하며,
(iv)제1 섹션과 제2 섹션 사이의 지점을 피술자의 해부(체)의 일부분에 연결하는 연결 요소를 포함하며,
상기 제1 섹션의 기계적 강성은 상기 제2 섹션의 기계적 강성보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
임의의 이러한 시스템에서, 제1 섹션의 기계적 강성은 적어도 부분적으로 제1 섹션의 적어도 하나의 링크의 소정의 강성으로부터 또는 제1 섹션의 적어도 하나의 조인트의 강성으로부터 발생할 수 있다. 후자의 경우, 조인트의 강성은 조인트를 제어하는 전자 피드백의 게인(gain)을 제어함으로써 조정할 수 있다. 제1 섹션의 기계적 강성은 피술자의 해부(체)의 부분의 예상된 동작에 따라 전자적으로 조정될 수 있다. 대안적으로, 제1 섹션의 기계적 강성은 제1 섹션의 자세(pose)에 따라 전자적으로 조정될 수 있다.
또한, 상술한 시스템들 중 어느 하나에서, 연결 요소는 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 접합 영역(junction region) 또는 접합부에 연결될 수 있거나, 또는 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 위치한 구성요소에 연결될 수 있다.
전술한 로봇 수술 시스템 중 임의의 추가 구현에서, 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션은 이러한 유형의 조인트에서 달성할 수 있는 최대 강성과 비교하여 감소 된 강성 수준을 갖도록 구성된 적어도 하나의 조인트를 가질 수 있어서, 제1 섹션의 기계적 강성은 제2 섹션의 기계적 강성보다 작다. 이러한 감소된 강성 수준은 조인트와 연관된 제어 회로의 게인(gain)을 감소시킴으로써 생성될 수 있다.
또 다른 예시적인 구현은 이러한 로봇 수술 시스템을 포함할 수 있지만, 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션은 이러한 유형의 아암 부재에서 달성할 수 있는 최대 강성과 비교하여 감소된 강성 수준을 갖도록 구성된 적어도 하나의 아암 부재를 가질 수 있어서, 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션의 기계적 강성이 제2 섹션의 기계적 강성보다 작다.
또한, 상술한 로봇 수술 시스템에서, 로봇 가동 아암 셋트의 제2 섹션은 연결 요소에 연결된 지점의 위치에 대한 단부 액츄에이터의 위치가 외과 수술 절차에서 요구되는 정확성을 달성하도록 결정되는 수준 내에 유지되게끔 충분한 강성을 가져야 한다.
상술한 로봇 수술 시스템 중 임의의 것은 피술자의 신체를 검출하기 위한 광학 스캐닝 시스템, 및 신체 또는 이식 부속품과 로봇 가동 아암 셋트의 충돌을 방지하기 위해 로봇 가동 아암 셋트의 위치 및 신체 위치의 위치를 입력하는 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 이러한 시스템에서, 광학 스캐닝 시스템은 로봇 가동 아암 셋트 상에 또는 근처의 정적 지점(static point)에 위치될 수 있다.
상술한 로봇 수술 시스템의 또 다른 구현에 따르면, 제1 섹션의 기계적 강성은 제2 섹션의 기계적 강성보다 충분히 작을 수 있으며, 연결 요소에 연결된 피술자의 해부(체) 부분은 연결 요소로부터 분리되지 않고 피술자의 예상되는 동작의 추정 범위까지 움직일 수 있다. 부가적으로, 연결 요소는 강성 상태와 연결 요소의 종 방향 연장을 허용하는 해제 상태 사이에서 전환 가능할 수 있고, 시스템은 연결 요소를 따른 힘이 미리 결정된 수준을 초과할 때 연결 요소가 강성 상태에서 해제 상태로 전환되도록 힘 센서를 추가로 포함해야 한다. 이 경우, 제2 섹션의 기계적 강성과 비교하여 제1 섹션의 기계적 강성은 연결 요소에 연결된 피술자의 해부 부분이 연결 요소가 강성 상태와 해제 상태 사이에서 전환하기 전에 피술자의 예상되는 동작의 추정 범위까지 움직이게 할 수 있어야 한다. 피술자의 흉골에 대한 연결과 같은 특정 예로서, 미리 결정된 힘의 수준은, 미리 결정된 힘의 수준에 도달하기 전에 연결 요소에 연결된 피술자의 해부 부분이 최대 12mm 까지 움직이게 할 수 있다. 또한, 연결 요소에 연결된 피술자의 해부 부분의 동작은 자유로운 상태의 세 방향으로 허용되어야 한다. 마지막으로, 전환 가능한 연결 요소를 포함하는 구현들 중 임의의 것에서, 연결 요소는, 공지된 위치에서, 해제 후에 재접속(reconnect)하도록 적응된다.
본 발명에 개시된 또 다른 구현에 따르면, 피술자에 척추 수술을 수행하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
(i) 피술자를 수술대 상에 측면 위치로 눕힘(laying);
(ii)수술 도구가 피술자의 측면 쪽(lateral side) 및 후방 척추 위치에 도달 할수 있게 하는 작동 범위(operating envelope)를 갖는 로봇 수술 시스템을 제공(providing),
(iii)측면 위치로 누운 피술자에 로봇 측면 체간 융합 절차(robotic Lateral Interbody Fusion procedure)를 수행(performing), 및
(iv) 로봇 수술 시스템에 경피 후방 척추 절차(percutaneous posterior spinal procedure)를 수행하도록 지시(directing), 를 포함하며,
상기 두 절차 모두 피술자를 움직일 필요가 없이 수행된다.
이러한 방법에서, 추간 요소(intervertebral element)의 측면(방) 삽입 및 경피 후방 척추 절차는 단일 등록 절차를 사용하여 로봇으로(robotically) 수행될 수 있다. 또한, 로봇 수술 시스템은 절차들 사이의 분리(detachment)없이 피술자의 해부 부분에 부착될 수 있다. 마지막으로, 상기 작동 범위는 전술한 로봇 수술 시스템 중 임의의 것을 사용하여 얻어질 수 있다.
본 발명은 환자의 작은 동작으로도 수술 도구의 위치 정확성을 감소시킴 없이, 환자의 신체상의 상당한 범위의 위치에 걸쳐 환자에게 수술 절차를 실행할 수 있다.
본 발명은 도면과 관련하여 취해진 다음의 상세한 설명으로부터보다 잘 이해되고 인식될 것이다:
도 1은 본 발명의 바닥 장착 수술 로봇 시스템(floor mounted surgical robot system)의 개략적인 도면이다.
도 2 내지 도 4는 로봇 베이스가 지지 포스트에 의해 수술대에 연결된 대안적인 로봇 수술 시스템의 개략적인 등측도이다.
먼저, 본 발명의 바닥 장착 수술 로봇 시스템의 개략적인 도면인, 도 1을 참조하면, 환자(19)는 수술대 상에 누워있는 상태로 도시되어 있고, 뼈 연결 링크 (13,bone connection link)에 의해 로봇 아암의 부착 위치(18,attachment location)에 부착된다. 시스템의 로봇 아암은 회전(식) 또는 프리즘 조인트(16,prismatic joints)에 의해 연결된 아암 부분(17,arm parts)으로 구성되며, 아암 부분은 2개 부분으로 나누어진다. 뼈 연결 링크(13)와 로봇 베이스(12,robotic base) 사이에 위치되는, 로봇 베이스 아암으로 알려진 아암 섹션(11,arm section)은, 그 섹션이 소정의 수준의 유연성(flexibility)을 갖도록 하는 구조를 가지며, 뼈 연결 링크(13)가 제한된 범위에 대해 움직일 수 있게 한다. 결과적으로, 환자의 신체는, 환자에게 과도한 압력을 가하지 않고, 또는 환자가 뼈 연결 링크(13)로부터 분리내지 않고 그 범위에 대해 움직일수 있다. 이 섹션과는 대조적으로, 뼈 연결 링크(13)와 로봇 액츄에이터 아암으로 알려진 로봇의 단부 액츄에이터(14,end actuator) 사이에 위치된 아암 섹션(15)은 높은 수준의 단단함을 가지므로 환자의 해부(체)에 대한 단부 액츄에이터(14)의 자세(pose)의 정확성이 가능한 최고 수준으로 유지된다. 결과적으로, 환자의 몸이 호흡 또는 기침에 의해 발생되는 것과 같은 작은 움직임을 겪을 때, 뼈 연결 링크(13) 및 부착 위치(18)는 환자의 뼈의 동작과 함께 움직이고, 이로인해 로봇의 단부 액츄에이터(14)의 자세가 부착 위치(18)에 대해 정확하게 유지되어 환자의 신체 위치로 움직인다. 도 1에서, 로봇의 단부 액츄에이터(14)는 수술 도구를 수용(holding)하는 유도 튜브(guide tube)로써 도시되어 있지만, 이것은 드릴, 메스 및 임의의 다른 수술 도구를 수용할 수 있는 단부 액츄에이터의 사용의 하나의 실례일 뿐이라고 이해된다.
도 1에서, 로봇 베이스(12)는 바닥에 장착된 베이스로써 도시되어 있지만, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 로봇 베이스는 수술대에 부착된 지지 포스트(support post)에 부착될 수 있으며, 또는 수술대 위의 천장과 같은 근처의 임의의 다른 피쳐(feature)를 포함할 수 있다고 이해된다. 베이스는 카트 상에 지지될 수도 있다. 이러한 카트는 안전한 작동을 보장하기 위해 제자리에 고정되어야 하지만, 로봇이 장착된 베드 또는 바닥과 비교할 때 로봇이 장착된 카트의 자연스러운 유연성은 의도적으로 통합된 베이스 시스템의 유연성에 일부 기여할 수 있다. 이러한 구성에서, 진정한 베이스는 수술실 바닥에 고정된 카트(cart)의 바퀴로 간주 될 수 있지만, 카트 자체는 로봇 베이스 아암의 일부로 간주 될 수 있다.
또한, 지지 포스트 또는 유사한 것은 본질적인 유연성을 가질 수 있으므로, 베이스와 뼈 연결 링크(13) 사이의 유연한 기계적 경로의 부분으로 간주 될 수 있다.
도 1에 도시된 구현 예에서, 상기 뼈 연결 링크는 정적 로드(static rod)이거나, 또는 위에서 언급된 국제 공개 특허 출원 WO2015/087335호에 기술된 바와 같이 자동화된 뼈 연결 유닛(10)을 포함할 수 있다.
3차원 X-선 타겟(도시되지 않음)은 로봇 액츄에이터 아암에 의해 보유될 수있어서, 타겟을 포함하는 관심 영역(region of interest)의 형광투시 X-선 이미지가 수술 계획에 사용된 임의의 수술 전 이미지에 대한 로봇 기준 프레임의 등록을 위해 사용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 로봇 베이스가 지지 포스트(20)에 의해 수술대(21,operating table)에 연결되는 대안적인 로봇 수술 시스템의 개략적 등측도(isometric view)가 도시되어 있다. 로봇 아암은 2개 섹션을 가진다:
(i) 스트럿(23,struts) 및 회전 및 프리즘 조인트(24)를 포함하는 로봇 베이스 아암 섹션(22)은 또한 로봇 베이스 아암의 일부로 간주되어야 하며, 그 유연성은 로봇 지지 포스트(20)의 벤딩(bending)과 함께 베이스 아암 섹션에 원하는 유연성의 범위를 제공한다.
(ii) 이 예시적인 시스템에서 형성된 로봇 액츄에이터 아암 섹션(25)은, 매우 단단(견고)하게 구성된 섹션이며, 여러개의 회전 조인트(26)와 단부 액츄에이터(27) 자체이다. 만약, 더 큰 로봇 작업 범위(robotic work envelope)가 요구되면, 추가 링크가 회전 조인트(26) 사이에 포함될 수 있다.
뼈 연결 링크(28)는 베이스 아암 섹션(22,base arm section)과 로봇 액츄에이터 아암 섹션(25,robotic actuator arm section) 사이의 고정 위치에 부착된 것으로 도시되어 있다. 말단부에, 클램프 또는 k-와이어와 같이 뾰족하거나 나사끝(threaded end)과 같은 뼈 연결 구성요소가 있을 수 있다. 또한, 뼈 연결 링크(28)는 도 1에 도시된 것과 같은 자동화된 뼈 연결 유닛을 포함할 수 있다. 작은 센서 장치 일 수 있는 광학 스캐닝 헤드(29,optical scanning head)는, 액츄에이터 아암의 단부(27)와 같은, 로봇 아암이 움직일 때 표면을 스캔할 수 있는 위치에 장착된다. 선택적인 네비게이션 카메라는, 수술 도구를 타겟으로 조종하는 것에 관여하지 않더라도, 수술 도구와 같은 아이템을 추적하기 위해 지지 포스트(20) 상에 장착된 것으로 도시되어 있다. 로봇 베이스는, 로봇 베이스와 아암을 "떠 움직이게하는(floats)" 메카니즘을 통해 베드(bed)에 연결될 수 있어서 간호사가 쉽게 베드에 부착할 수 있다.
도 2에 도시된 시스템의 추가적인 도면인 도 3을 참조하면, 대안적인 유리한 위치에서 도 2에 설명된 부분이 도시되어 있다. 수술을 수행하는 외과 의사에게 정보를 제공하기위한 디스플레이 스크린(30)이 또한 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 시스템 제어 카트(40,system control cart)로 진행 중인 수술, 및 수술대 스크린(30) 상의 데이터를 점검하는 외과 의사(41)를 나타내는 개략도가 도시되어 있다. 뼈 연결 링크(28)는 환자의 하부 척추의 한 지점을 향하게끔 베이스 아암 섹션과 로봇 액츄에이터 아암 섹션의 접합부(junction)에 부착한 것이 도시되어 있다.
당업자는 본 발명이 상기에 구체적으로 도시되고 기술된 것에 의해 제한되지 않음을 이해할 것이다. 오히려, 본 발명의 범위는 전술한 다양한 특징의 조합 및 부조합 뿐만 아니라 상기 설명을 읽었을 때 당업자에게 발생할 수 있고 종래 기술에 존재하지 않는 변형 및 수정을 포함한다.

Claims (25)

  1. 로봇 수술 시스템에서,
    상기 로봇 수술 시스템은,
    상기 시스템을 수술대에 대해 고정하기 위한 베이스;
    상기 수술대 상에 피술자(subject)에 대한 절차(수술)를 수행하기 위한 수술 도구의 정렬을 가능하게하는 단부 액츄에이터;
    상기 베이스와 상기 단부 액츄에이터 사이에 연결된 로봇 가동 아암 셋트를 포함하며; 상기 로봇 가동 아암 셋트는,
    상기 베이스에 일단 단부가 연결된 제1 섹션;
    상기 단부로부터 멀리 떨어져 상기 제1 섹션에 연결되고, 그 연결부로부터 상기 제1 섹션까지 멀리 떨어진 단부 영역에 있는 단부 엑츄에이터를 갖는 제2 섹션; 을 포함하며,
    상기 제1 섹션 및 상기 제2 섹션 사이의 지점을 피술자의 해부(체)의 일부분에 연결하는 연결 요소; 를 포함하며,
    상기 제1 섹션의 기계적 강성은 상기 제2 섹션보다 작도록 구성되고, 피술자의 신체를 검출하기 위한 광학 스캐닝 시스템, 및 신체 또는 이식 부속품과 로봇 가동 아암 셋트의 충돌을 방지하기 위해 로봇 가동 아암 셋트의 위치 및 신체 위치를 입력하는 제어 시스템을 포함하며, 상기 광학 스캐닝 시스템은 로봇 가동 아암 셋트 상에, 또는 근처의 정적 지점에 위치되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 섹션의 기계적 강성은 적어도 부분적으로 제1 섹션의 적어도 하나의 링크의 소정의 강성으로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 섹션의 기계적 강성은 적어도 부분적으로 제1 섹션의 적어도 하나의 조인트의 강성으로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    제1 섹션의 적어도 하나의 조인트의 강성은 상기 조인트를 제어하는 전자 피드백의 게인을 제어함으로써 조정될 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 섹션의 기계적 강성은 상기 피술자의 해부(체) 부분의 예상된 동작에 따라 전자적으로 조정되는 것을 특징으로하는 로봇 수술 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 섹션의 기계적 강성은 제1 섹션의 자세에 따라 전자적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연결 요소는 상기 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 접합 영역에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 연결 요소는 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션과 제2 섹션 사이에 위치되는 구성요소에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연결 요소는 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션과 제2 섹션 사이의 접합부에 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션은 이러한 유형의 조인트에서 달성 가능한 최대 강성과 비교하여 감소된 강성 수준을 갖도록 구성된 적어도 하나의 조인트를 가짐으로써, 제1 섹션의 기계적 강성은 제2 섹션의 기계적 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 조인트의 감소된 강성 수준은 조인트와 연관된 전자회로의 게인을 감소시킴으로써 생성되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션은 이러한 유형의 아암 부재에서 달성할 수 있는 최대 강성과 비교하여 감소된 강성 수준을 갖도록 구성된 적어도 하나의 아암 부재를 가짐으로써, 로봇 가동 아암 셋트의 제1 섹션의 기계적 강성이 제2 섹션의 기계적 강성보다 작은 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 로봇 가동 아암 셋트의 제2 섹션은 연결 요소에 연결된 지점의 위치에 대한 단부 액츄에이터의 위치가 외과 수술 절차에서 요구되는 정확성을 달성하도록 결정된 수준 내에 유지되는 충분한 강성을 갖는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 섹션의 기계적 강성은 제2 섹션의 기계적 강성보다 충분히 작아서, 연결 요소에 연결된 상기 피술자의 해부(체)의 부분은 상기 연결 요소로부터 분리되지 않고 피술자의 동작의 추정 범위까지 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    연결 요소는 강성 상태와 연결 요소의 종 방향 연장을 허용하는 해제 상태 사이에서 전환 가능하고, 시스템은 연결 요소를 따른 힘이 미리 결정된 수준을 초과할 때 연결 요소가 강성 상태에서 해제 상태로 전환되도록 힘 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    제2 섹션의 기계적 강성과 비교하여 제1 섹션의 기계적 강성은 연결 요소에 연결된 피술자의 해부 부분이 연결 요소가 강성 상태와 해제 상태 사이에서 전환하기 전에 피술자의 동작의 추정 범위까지 움직이게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 미리 결정된 힘의 수준은 피술자의 흉골에 연결하기 위한 것이며, 미리 결정된 힘의 수준에 도달하기 전에 흉골이 최대 12mm 까지 움직이게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 연결 요소에 연결된 피술자의 해부의 부분은 자유로운 세방향으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 연결 요소는, 공지된 위치에서, 해제 후에 재접속(reconnect)하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 시스템.
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Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3007637B1 (en) 2013-06-11 2017-11-08 Minmaxmedical System for the treatment of a planned volume of a body part
EP3282997B1 (en) 2015-04-15 2021-06-16 Mobius Imaging, LLC Integrated medical imaging and surgical robotic system
WO2018013536A2 (en) 2016-07-12 2018-01-18 Gys Tech Llc D/B/A Cardan Robotics Multi-stage dilator and cannula system and method
WO2018053282A1 (en) 2016-09-16 2018-03-22 GYS Tech, LLC d/b/a Cardan Robotics System and method for mounting a robotic arm in a surgical robotic system
EP3528735A4 (en) 2016-10-21 2020-04-29 Mobius Imaging LLC METHODS AND SYSTEMS FOR SETTING TARGET PATHWAYS AND LOCATIONS FOR IMAGE-GUIDED SURGERY
EP3531954A4 (en) 2016-10-25 2020-09-16 Mobius Imaging LLC PROCEDURE AND SYSTEM FOR ROBOT-ASSISTED SURGERY
US10682129B2 (en) 2017-03-23 2020-06-16 Mobius Imaging, Llc Robotic end effector with adjustable inner diameter
AU2018265160B2 (en) 2017-05-10 2023-11-16 Mako Surgical Corp. Robotic spine surgery system and methods
US11033341B2 (en) 2017-05-10 2021-06-15 Mako Surgical Corp. Robotic spine surgery system and methods
AU2018316251A1 (en) 2017-08-11 2020-03-05 Mobius Imaging, Llc Method and apparatus for attaching a reference marker to a patient
US11534211B2 (en) 2017-10-04 2022-12-27 Mobius Imaging Llc Systems and methods for performing lateral-access spine surgery
AU2018346790A1 (en) 2017-10-05 2020-04-30 Mobius Imaging, Llc Methods and systems for performing computer assisted surgery
WO2019121378A1 (en) * 2017-12-21 2019-06-27 Koninklijke Philips N.V. Compliant end-effector for image guided surgical procedures
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
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
EP3975908A1 (en) * 2019-05-31 2022-04-06 Ganymed Robotics Lockable surgical system
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
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
CN110731817B (zh) * 2019-10-11 2021-04-13 浙江大学 一种基于光学扫描自动化轮廓分割匹配的无辐射经皮脊柱定位方法
US11737835B2 (en) 2019-10-29 2023-08-29 Auris Health, Inc. Braid-reinforced insulation sheath
EP4084717A4 (en) 2019-12-31 2024-02-14 Auris Health Inc DYNAMIC PULLEY SYSTEM
JP6892707B1 (ja) * 2020-02-20 2021-06-23 リバーフィールド株式会社 手術支援装置
CN111437011B (zh) * 2020-03-30 2021-04-13 中国科学院深圳先进技术研究院 一种穿刺手术机器人系统
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
US11931901B2 (en) 2020-06-30 2024-03-19 Auris Health, Inc. Robotic medical system with collision proximity indicators
US11357586B2 (en) 2020-06-30 2022-06-14 Auris Health, Inc. Systems and methods for saturated robotic movement

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140316436A1 (en) * 2011-12-05 2014-10-23 Mazor Robotics Ltd. Active bed mount for surgical robot
WO2015023853A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic instrument driven element
WO2015087335A1 (en) * 2013-12-15 2015-06-18 Mazor Robotics Ltd. Semi-rigid bone attachment robotic surgery system

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4756662A (en) * 1986-03-31 1988-07-12 Agency Of Industrial Science & Technology Varible compliance manipulator
US4921393A (en) * 1988-03-09 1990-05-01 Sri International Articulatable structure with adjustable end-point compliance
US5806518A (en) * 1995-09-11 1998-09-15 Integrated Surgical Systems Method and system for positioning surgical robot
US6322567B1 (en) * 1998-12-14 2001-11-27 Integrated Surgical Systems, Inc. Bone motion tracking system
US8004229B2 (en) 2005-05-19 2011-08-23 Intuitive Surgical Operations, Inc. Software center and highly configurable robotic systems for surgery and other uses
US6837892B2 (en) 2000-07-24 2005-01-04 Mazor Surgical Technologies Ltd. Miniature bone-mounted surgical robot
JP4439393B2 (ja) 2002-06-17 2010-03-24 メイザー サージカル テクノロジーズ リミテッド 整形外科的インサートと併用するロボット
JP3753378B2 (ja) 2002-11-01 2006-03-08 三鷹光器株式会社 内視鏡用スタンド装置
WO2004100758A2 (en) 2003-05-16 2004-11-25 Mazor Surgical Technologies Ltd Robotic total/partial knee arthoplastics
CN201029876Y (zh) * 2007-01-15 2008-03-05 杭州市萧山区中医院 骨科手术导航系统
CN100560304C (zh) * 2008-02-21 2009-11-18 北京航空航天大学 主被动结合的九自由度混联机器人
CN102105190B (zh) * 2008-05-28 2014-12-10 泰克尼恩研究和发展基金有限公司 用于柔性针操纵的超声引导机器人
US9610131B2 (en) * 2008-11-05 2017-04-04 The Johns Hopkins University Rotating needle driver and apparatuses and methods related thereto
US8632064B2 (en) * 2009-07-15 2014-01-21 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Positioning apparatus with lockable joints and method of use
KR101606097B1 (ko) * 2009-10-01 2016-03-24 마코 서지컬 코포레이션 보철 부품의 위치 선정 및／또는 수술 도구의 이동 제한용 수술 시스템
US10045882B2 (en) * 2009-10-30 2018-08-14 The Johns Hopkins University Surgical instrument and systems with integrated optical sensor
US8795335B1 (en) * 2009-11-06 2014-08-05 Samy Abdou Spinal fixation devices and methods of use
CN101919739B (zh) 2010-09-07 2011-10-26 天津大学 一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂
WO2012131660A1 (en) * 2011-04-01 2012-10-04 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Robotic system for spinal and other surgeries
US20130096573A1 (en) * 2011-10-18 2013-04-18 Hyosig Kang System and method for surgical tool tracking
FR2983059B1 (fr) * 2011-11-30 2014-11-28 Medtech Procede assiste par robotique de positionnement d'instrument chirurgical par rapport au corps d'un patient et dispositif de mise en oeuvre.
US20170258535A1 (en) * 2012-06-21 2017-09-14 Globus Medical, Inc. Surgical robotic automation with tracking markers
US9125662B2 (en) * 2012-06-28 2015-09-08 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Multi-axis articulating and rotating surgical tools
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
WO2014072976A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Emodi Omri Intracavity illumination device
CN103085083B (zh) * 2013-01-07 2015-06-24 汪雯 可弯转可伸缩的柔性连续体机械结构
FR3000696B1 (fr) * 2013-01-08 2015-03-06 Commissariat Energie Atomique Robot manipulateur translationnel pur a trois degres de liberte serie a encombrement reduit
CA2929702C (en) * 2013-03-15 2023-03-07 Synaptive Medical (Barbados) Inc. Systems and methods for navigation and simulation of minimally invasive therapy
US20150051608A1 (en) * 2013-08-19 2015-02-19 Coloplast A/S Surgical system including a support for an instrument
JP6192550B2 (ja) * 2014-01-29 2017-09-06 オリンパス株式会社 医療装置及び医療システム
US9888975B2 (en) * 2015-12-04 2018-02-13 Ethicon Endo-Surgery, Llc Methods, systems, and devices for control of surgical tools in a robotic surgical system
US10136952B2 (en) * 2016-06-16 2018-11-27 Zimmer, Inc. Soft tissue balancing in articular surgery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140316436A1 (en) * 2011-12-05 2014-10-23 Mazor Robotics Ltd. Active bed mount for surgical robot
WO2015023853A1 (en) * 2013-08-15 2015-02-19 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic instrument driven element
WO2015087335A1 (en) * 2013-12-15 2015-06-18 Mazor Robotics Ltd. Semi-rigid bone attachment robotic surgery system

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