KR20100120183A

KR20100120183A - 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술을 위한 시스템, 디바이스 및 방법

Info

Publication number: KR20100120183A
Application number: KR1020107019331A
Authority: KR
Inventors: 나빌 시만; 하워드 파인; 웨이 웨이; 스탠리 창
Original assignee: 더 트러스티이스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-11-12
Also published as: WO2009097539A3; WO2009097539A2; CA2716121A1; US20100331858A1; EP2244784A2

Abstract

로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술을 위한 시스템, 디바이스 및 방법이 개시되었다. 일부 실시예에서, 눈 수술을 위한 텔레로봇 미세수술 스텐트 시술을 위한 시스템은, 텔레로봇 마스터 및 슬레이브 하이브리드 로봇을 포함하고, 텔레로봇 마스터는 전문 의료인에 의해 제어되는 적어도 하나의 사용자 제어 마스터 슬레이브 인터페이스를 포함하고, 슬레이브 하이브리드 로봇은 해제가능하게 환자에게 부착될 수 있는 프레임에 부착된 적어도 하나의 로봇 아암을 포함하며, 적어도 하나의 로봇 아암은 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 포함하고, 상기 직렬 로봇은 지지 튜브, 상기 지지 튜브 내부에 장착된 프리벤트 튜브, 및 스텐트를 운반하고 혈관을 뚫기 위한 지지튜브로부터 뻗는 가이드 와이어를 포함한다.

Description

로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술을 위한 시스템, 디바이스 및 방법{SYSTEMS, DEVICES, AND METHODS FOR ROBOT-ASSISTED MICRO-SURGICAL STENTING}

본원은 미국에서 2008년 1월 30일 가출원된 미국 가특허출원 제61/024,835호, 2008년 4월 3일 가출원된 미국 가특허출원 제61/042,198호 및 2008년 4월 18일 가출원된 미국 가특허출원 제61/046,178호를 우선권 주장의 기초출원들로서 주장하며, 이 가특허출원내용의 전부는 본원에 참조 내용으로 포함되어 있는 것으로 한다.

안과학, 미세수술, 바소에피디모스토미(vasoepidiymostomy), 신경외과 수술, 미세혈관 수술, 및 일반적인 미세수술에서 현재 여러 수술 절차들은, 하기와 같은 특징 즉, 정밀성 및 떨림 상쇄; 정교한 조작능력; 최소 침습 시술법에 적합한 소형 크기; 이중 아암 동작; 스텐트를 일 밀리미터 이하의 혈관에 삽입하는 능력; 기저(funds)를 운반하는 능력(예를 들어, 캐뉼라 삽입술); 문합을 실시하는 능력을 갖춘 능수능란한 시스템을 필요로 한다. 상기한 바와 같은 유형의 대부분의 수술에 대해, 현재 마이크로 스텐트 시술 절차는 최소한의 침습 방식으로 일 밀리미터 이하의 혈관에 대해 실시될 수 있다. 스텐트 시술 절차는 일반적으로 심혈관 수술절차에 적용되는 데 관상 동맥용 스텐트는 일반적으로 혈관 확장술 후에 관상(심장) 동맥을 개방상태로 유지시키는 데에 도움을 주는 데에 사용되는 소형 와이어 메시 튜브이다. 자신의 팁부에 빈 풍선을 갖춘 카테터는 동맥의 좁은 부위로 안내된다. 빈 풍선은 그후 공기로 채워져서 플라그를 동맥 내벽에 대해 편평하게 한다. 동맥이 개방되면, 자신의 팁부에 스텐트를 갖춘 제2 풍선 카테터가 동맥 내부로 삽입되고 부풀려져서, 스텐트를 그 위치에 고정한다.

현재, 안과 수술에서 최소의 침습 방법으로 망막의 혈관에 대해 스텐트 시술을 실시하는 것은 불가능하다. 이러한 스텐트 시술 요구는 매우 높아지고 있는데 이는 망막 혈관의 치수가 직경이 약 100-200 미크론 정도로 관상 동맥보다 훨씬 작고 눈은 수술 도구의 정교한 능수능란성을 매우 심하게 제한하는 기관이기 때문이다. 안구의 작은 수술공간 및 섬세한 구조는 현재 외과의사가 스텐트 시술 절차를 수행하기 위해 여러 도구를 동시에 안구에서 조작하는 것을 불가능하게 한다.

전문 의료인이 미크론 정도 크기의 신체부위에 수술을 실시할 수 있고, 과거에는 실시될 수 없었던 수술 절차가 가능하도록 전문 의료인에게 새로운 수술 능력을 부여하는, 로봇을 이용한 미세수술 응용에 관련된 시스템, 디바이스 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서에 개시된 일부 실시예에 로봇을 이용한 미세수술 응용에 관련된 시스템, 디바이스 및 방법이 제공된다. 개시된 로봇을 이용한 미세수술 시스템은 전문 의료인이 미크론 정도 크기의 신체부위에 수술을 실시할 수 있도록 한다. 이것은 과거에는 실시될 수 없었던 수술 절차가 가능하게 하며, 전문 의료인에게 새로운 수술 능력을 제공한다. 미세수술 절차를 실시하는 데 있어서, 하이브리드 로봇이 사용될 수 있다. 하이브리드 로봇은 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 포함할 수 있다. 병렬 로봇은 환자의 수술 부위 위에 직렬 로봇을 위치 지정한다. 직렬 로봇은 수술 부위 내부로 이동되어 수술 절차를 실시하는 데에 사용될 수 있다. 로봇이 동작할 수 있는 정밀한 신체부위가 정해지면, 하이브리드 로봇의 제어 시스템은 전문 의료인이 수술 절차를 실시하는 능력을 향상시키도록 구현될 수 있다. 이러한 구현은 능란성 향상뿐만 아니라 로봇과 환자가 상호작용하는 법에 대한 지시를 제공하는 포스 피드백을 포함할 수 있다. 능란성 향상은 수술 부위에서의 약간의 움직임에 반응하고, 수술 부위를 안정시키며, 로봇을 제어하는 전문 의료인의 의도하지 않은 움직임을 감소 또는 제거할 수 있다. 예를 들어, 포스 피드백을 포함하는 로봇 제어는 전문 의료인에게 미크론 크기를 갖는 신체부위에 대해 수술하는 능력을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 스텐트 시술을 위한 수단 및 미세혈관 수술시 마이크로 스텐트 시술을 위한 수단을 포함하는, 망막에 대한 수술을 위해 충분한 능란성을 갖는 안과 수술을 위한 능란한 로봇 시스템이 제공된다. 이 로봇 시스템은 하나 이상의 로봇 아암을 이용하여 구현될 수 있다. 스텐트 시술은 미크론 정도의 크기를 갖는 작은 신체부위에 대해 실시될 수 있다. 또한, 직렬 로봇은 스텐트를 최소의 침습 방식으로 삽입할 수 있는 스텐트 시술 유닛을 제공하도록 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전문 의료인이 미크론 정도 크기의 신체부위에 수술을 실시할 수 있고, 과거에는 실시될 수 없었던 수술 절차가 가능하도록 전문 의료인에게 새로운 수술 능력을 부여하는, 로봇을 이용한 미세수술 응용에 관련된 시스템, 디바이스 및 방법을 제공할 수 있다.

도 1a는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템을 사용하는 방법을 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 1b는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 눈에 사용되는 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템에 대한 일반적인 수술 셋업을 나타내는 도면이다.
도 2a는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 환자의 머리 위에 위치된 슬레이브 이중 아암 하이브리드 로봇을 나타내는 도면이다.
도 2b는 각각의 슬레이브 하이브리드 로봇으로부터 확장하는 스텐트 시술 유닛을 갖춘 슬레이브 하이브리드 로봇을 나타내는 도면이다.
도 3은 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 텔레로봇 마스터 및 슬레이브 하이브리드 로봇을 포함하는 눈 수술을 위한 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 직렬 로봇과 병렬 로봇을 설명하는 슬레이브 하이브리드 로봇을 나타내는 도면이다.
도 4b 내지 도 4d는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 직렬 로봇에 포함된 직렬 커넥터를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 직렬 로봇에 포함된 직렬 아티큘레이터를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 스텐트 시술 유닛을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 6c 및 도 6d는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 스텐트 시술 유닛의 사용을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 병렬 로봇의 다리를 설명하는 슬레이브 하이브리드 로봇을 나타내는 도면이다.
도 8 및 도 9는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 눈과 i번째 슬레이브 하이브리드 로봇을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본원에 개시된 주제에 대한 일부 실시예에 따라 기관과 i번째 슬레이브 하이브리드 로봇을 예시적으로 나타내는 도면이다.

본원에 개시된 주제에 대한 상기 설명한 목적 및 이점과 그 밖의 목적과 이점들은 본 명세서 전체에 걸쳐 유사한 부분에 대해 마찬가지의 도면 참조 부호로 나타낸, 첨부 도면과 연계하여, 하기의 상세한 설명을 고려할 때 명백할 것이다.

본원에 개시된 주제에 따라, 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술을 위한 시스템, 디바이스, 및 방법이 개시된다.

본원에 설명된 스텐트 시술 접근법은 혈관 또는 해부학적 특징부위의 크기가 (5 내지 900 미크론 정도로) 매우 작은 신체부위를 최소로 침습하는 미세수술 분야에 적용된다. 개신된 본원의 주제는 최소 침습 망막 미세수술에 특히 초점을 맞추었지만, 본원에 개시된 주제는 일반적인 미세 수술 절차에도 적용될 수 있다.

일부 실시예에서, 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템은 텔레로봇 미세 수술 시스템 및 마이크로 스텐트 시술 유닛을 포함한다. 텔레로봇 미세 수술 시스템은 적어도 두 개의 로봇 아암(각각의 로봇 아암은 병렬 로봇에 부착된 직렬 로봇을 가짐)을 갖는 슬레이브 하이브리드 로봇과 사용자가 제어하는 적어도 두 개의 마스터 슬레이브 인터페이스(예를 들어, 조이스틱)를 갖는 텔레로봇 마스터를 가질 수 있다. 또한, 마이크로 스텐트 시술 유닛은 각각의 로봇 아암에 대한 직렬 로봇에 연결되고 지지 튜브에 있을 때 실질적으로 직선 상태를 이루는 프리벤트 초탄성 NiTi(니켈 티타늄) 캐뉼러를 수용하는 튜브를 포함한다. 스텐트는 사용자가 제어하는 마스터 슬레이브 인터페이스의 각각을 사용하여 NiTi(초탄성 니켈 티타늄) 가이드 와이어로 운반되고, 사용자는 각각의 로봇 아암에 대한 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 제어함으로써 적어도 두 개의 로봇 아암의 움직임을 제어할 수있다. 즉, 사용자는 각각의 로봇 아암의 병렬 로봇 및 직렬 로봇의 조합된 움직임을 마스터 슬레이브 인터페이스로 제어할 수 있다. 캐뉼러 및 가이드 와이어는 일부 실시예에서 초탄성 니켈 티타늄을 사용하여 제조될 수 있다.

도 1b를 참조하면, 눈에 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술을 위한 일반적인 수술 셋업이 나타나 있다. 일부 실시예에서, 눈 수술을 위한 일반적인 수술 셋업(100)은 수술 침대(110), 수술 현미경(120), 슬레이브 하이브리드 로봇(125), 및 텔레로봇 마스터(도시하지 않음)를 포함한다. 도면에 도시된 바와 같이 환자는 자신의 머리를 위치시킨 채 수술 침대(110)에 누워있다. 눈 수술 동안, 수술 침대(110)에 있는 환자는 해제가능하게 자신의 머리에 부착된 프레임(130)과 프레임(130)에 해제가능하게 부착된 슬레이브 하이브리드 로봇 아암을 갖는다. 또는 전문 의료인은 수술 현미경(120)을 통해 수술 부위를 관찰하고 슬레이브 하이브리드 로봇(125)을 제어할 수 있다. 이 제어는 스텐트의 삽입, 약물 투여, 호흡, 광전달, 및 마이크로그리퍼, 픽(pick) 및 마이크로나이프들 중 적어도 하나의 운반을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 슬레이브에 대한 제어는 슬레이브 하이브리드 로봇(125)과 통신하는 텔레로봇 마스터를 통해 행해질 수 있다.

도 1a를 참조하면, 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템을 이용하기 위한 방법이 예시적으로 나타나 있다. 맨처음 셋업 단계에서(도 1a의 102), 슬레이브 하이브리드 로봇은 기관 위에 위치될 수 있다(예를 들어, 기관이 눈인 경우에 환자의 머리에 연결된 프레임에 부착됨). 예를 들어, (제1 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 갖는)제1 로봇 아암 및 (제2 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 갖는) 제2 로봇 아암을 갖는 슬레이브 하이브리드 로봇은 기관에 침투하는 데에 필요로 되는 움직임 양을 최소화하는 위치에 제1 및 제 2 아암이 위치되도록 할 수 있다. 기관 진입 단계에서(도 1a의 104), 제1 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자는, 사용자가 제어하는 제1 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여, 프리벤트 튜브(520), 가이드 와이어(635)(도 6B) 및 스텐트를 수용하는 제1 지지 튜브(505)(도 6a 및 도 6b를 참조)를 제1 병렬 로봇을 이동시킴으로써 환자의 기관에 삽입할 수 있다. 마찬가지로, 제2 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자는, 사용자가 제어하는 제2 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여, 제2 튜브를 제2 병렬 로봇을 이동시킴으로써 환자의 기관에 삽입할 수 있다. 일단 기관 내부에 삽입되면, 사용자는 스텐트를 삽입할 수 있다(도 1a의 106).

스텐트를 기관 내부에 삽입(도 1a의 106)하기 위해선, 제1 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자가 제어하는 제1 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여, 사용자는 제1 지지 튜브(505)로부터 제1 프리벤트 튜브(520) 및 가이드 와이어(635)를 연장시키도록 제1 직렬 로봇을 제어할 수 있고, 제1 프리벤트 튜브(520)는 제1 지지 튜브(505)로부터 빠져나감에 따라 구부러진다. 이러한 휨은 하기에 설명하는 바와 같이 직렬 로봇의 1 자유도를 표현한다. 또한, 제1 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자가 제어하는 제1 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여, 사용자는 제1 프리벤트 튜브(520)와 제1 지지 튜브(505) 중의 적어도 하나를 그것의 길이방향 축둘레로 회전시키기 위해(이에 따라 스텐트 가이드 와이어를 기관 내부에 위치시킴) 제1 직렬 로봇을 사용할 수 있다. 이러한 길이방향 축에 대한 회전은 직렬 로봇의 제2 자유도를 나타낸다. 마찬가지로, 제2 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자가 제어하는 제2 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여, 사용자는 제2 프리벤트 튜브를 제2 지지 튜브로부터 외부로 이동시키도록 제2 직렬 로봇을 사용할 수 있다. 제2 프리벤트 튜브는 제2 지지 튜브로부터 빠져나감에 따라 구부러진다. 또다시, 마찬가지로, 사용자는 제2 프리벤트 튜브와 제2 지지 튜브 중 적어도 하나를 그 종축을 중심으로 회전시킬 수 있다. 일부 실시예의 경우에, 제2 프리벤트 튜브를 제2 지지 튜브로부터 전달하는 것은 필수적인 사항이 아니다.

기관을 빠져나가는 단계(도 1a의 108), 즉 기관으로부터 지지 튜브(505), 프리벤트 튜브(520) 및 가이드 와이어(635)를 제거하는 단계에서, 사용자는 제1 로봇 아암을 제어하기 위해 사용자가 제어하는 제1 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용한다. 사용자는 가이드 와이어(635)와 튜브(630) 양자 모두가 혈관에서 빠져나올 때까지 이들을 후퇴시킨다. 그러면 사용자는 제1 직렬 로봇을 사용하여 제1 프리벤트 튜브(520)를 제1 지지 튜브(505) 안으로 안전하게 후퇴시키기 위해 하이브리드 로봇을 이용하여 스텐트 시술 유닛의 팁부를 망막으로부터 멀어지도록 이동시킨다. 사용자가 제어하는 제1 마스터 슬레이브 인터페이스를 사용하여 제1 로봇 아암을 제어하기 위해, 사용자는 제1 지지 튜브(505)를 기관으로부터 후퇴시키기 위해 제1 병렬 로봇을 이동시킬 수 있다. 비상시의 경우엔, 직렬 로봇은, 병렬 로봇에 직렬 로봇을 연결시키는 고속 클램핑 매커니즘을 해제시키고, 이어서 두 개의 병렬 로봇을 이용하여 프레임을 제거함으로써 눈으로부터 제거될 수 있다.

본원에 개시된 주제는 스텐트를 신체의 임의의 기관에 삽입하는 데에 사용될 수 있음을 명백히 알 수 있을 것이다. 본원에 개시된 주제를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해, 하기의 설명은 미세수술 스텐트를 눈에 삽입하는 것에 중점을 두어 설명한다.

도 2a를 참조하면, 환자의 머리 위에 위치된 슬레이브 하이브리드 로봇(125)이 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 슬레이브 하이브리드 로봇(125)은 프레임(210)에 부착되고 이 프레임은 환자의 머리(125) 위에 부착된다. 또한, 슬레이브 하이브리드 로봇(125)은 현미경 뷰 콘(230)과 교차하지 않는 방식으로 프레임(210)에 부착될 수 있는 제2 로봇 아암(225)과 제1 로봇 아암(220)을 포함한다. 현미경은 화상 또는 비디오가 스크린에 투사될 수 있도록 카메라에 부착될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 병렬 로봇(235)(예를 들어, 스튜어트 플랫폼, 스튜어트/고흐(Stewart/Gough) 플랫폼, 델타 로봇 등)과 직렬 로봇(240)(예를 들어, 조인트로 연결된 다수의 강성 링크로 이루어진 로봇)을 포함할 수 있다. 제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암의 일부분은 프레임에 영구적으로 부착될 수 있는 반면에 다른 부분은 프레임에 해제가능하게 부착될 수 있다. 또한, 직렬 로봇은 병렬 로봇에 해제가능하게 부착될 수 있다. 예를 들어, 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 포함하는 로봇 아암에 대해, 병렬 로봇은 프레임에 영구적으로 부착될 수 있고 직렬 로봇은 병렬 로봇에 해제가능하게 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 직렬 로봇은 예를 들어, 잠금될 수 있고 조정가능한 죠(lockable adjustable jaw)에 의해 병렬 로봇에 해제가능하게 부착될 수 있다.

일부 실시예에서, 슬레이브 하이브리드 로봇은 프레임에 해제가능하게 부착된 적어도 두 개의 로봇 아암을 포함한다. 예를 들어, 로봇 아암은 조정가능하고 잠금될 수 있는 링크, 마찰 피트, 클램프 피트, 스쿠류 피트, 또는 그 밖의 기타 적합한 것으로 여겨지는 기계적 방법 및 장치에 의해 프레임에 부착될 수 있다. 또한, 로봇 아암은 프레임에 영구적으로 부착될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 용접, 접착 또는 기타 적합한 것으로 여겨지는 매커니즘에 의해 부착될 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 로봇 아암(220) 및 제2 로봇 아암(225)은 시스템의 초기 셋업 단계(예를 들어, 수술의 시작시)에 있도록 위치가 조정될 수 있다. 이것은, 예를 들어, 로봇 아암들과 눈을 정렬시키기 위해 행해질 수 있다. 또한, 제1 로봇 아암(220) 및 제2 로봇 아암(225)은 직렬 로봇과 병렬 로봇을 가질 수 있는 데 직렬 로봇과 병렬 로봇 중 하나만이 시스템의 초기 셋업 단계의 위치에 있도록 조정될 수 있다.

일부 실시예에서, 프레임(210)은 바이트 플레이트(245) 및 수술 스트립(250)(예를 들어, 환자가 물고 있는 환자의 입에 위치된 아이템)에 의해 환자의 머리에 부착될 수 있다. 프레임(210)은 부착되었을 때 환자에게 최소의 상처를 내도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 프레임(210)은 두정 스트랩(예를 들어, 환자의 머리 주위에 위치된 스트랩) 및 잠금식 바이트 플레이트(예를 들어, 바이트 플레이트가 윗니에 고정되도록 환자의 입에 잠금될 수 있는 바이트 플레이트)에 의해 환자의 머리에 부착될 수 있다. 프레임을 환자의 머리에 부착할 수 있는 임의 매커니즘이 사용될 수 있다. 예를 들어, 프레임은 고정된 프레임을 유지하기 압축을 이용하는 압축 매커니즘 또는 부착편에 의해 환자의 머리에 부착될 수 있다. 압축 매커니즘은 벨트 또는 클램프일 수 있고 부착편은 환자의 신체부위에 탈착 가능하게 부착할 수 있다.

또한, 바이트 플레이트(245)는 에어 및 석션 액세스(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 비상시에, 제1 로봇 아암(220) 및 제2 로봇 아암(225)은 프레임으로부터 해제될 수 있고 환자는 바이트 플레이트 액세스에서 튜브를 통해 흡입하거나 에어를 받아들일 수 있다.

프레임(210)은 중공 중앙부를 갖춘 실질적으로 원형상으로 구성된 실질적으로 모노리딕 재료를 사용하여 제작될 수 있다. 또한, 프레임(210)의 형상은 환자의 안면의 굴곡에 맞도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 프레임(210)은 실질적으로 원형, 타원형, 또는 적합한 것으로 간주되는 임의의 기타 형상일 수 있다. 프레임 재료는 완전하게 가압 멸균되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 프레임 재료는 금속, 플라스틱, 혼합물 또는 가압 멸균에 적합한 것으로 간주되는 임의의 기타 재료일 수 있다. 또한, 프레임(210)은 완전하게 가압 멸균되도록 선택되지 않은 재료를 포함할 수 있다. 즉, 프레임은 일회용일 수 있다.

일부 실시예에서 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 하이브리드 로봇을 포함한다. 하이브리드 로봇은 각각의 로봇 아암에서 사용하기 위해 조합된 하나 이상의 로봇의 임의의 조합을 일컫는다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 2 자유도의 직렬 로봇(예를 들어, 안구 내의 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇)에 부착된 6 자유도의 병렬 로봇(예를 들어, 스튜어트 플랫폼, 스튜어트/고흐 플랫폼, 델타 로봇 등)을 포함하는 데 제1 및 제2 로봇 아암은 조합되었을 때 시스템에서 16 자유도를 산출한다. 하이브리드 로봇은 임의의 수의 자유도를 갖는 병렬 로봇을 포함할 수 있다. 또한, 2 자유도의 직렬 로봇(예를 들어, 안구 내의 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇)은 안구 내 정교한 조작 능력을 제공할 수 있는 반면에 병렬 로봇은 눈 및 눈 안쪽의 스텐트에 대해 높은 정밀도로 글로벌 위치를 지정할 수 있다. 또한, 하이브리드 로봇은 직렬 로봇, 병렬 로봇, 스네이크 로봇, 메카트로닉 로봇, 또는 적합한 것으로 간주되는 임의의 그 밖의 로봇을 포함할 수 있다.

제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 실질적으로 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225) 양자 모두는 직렬 로봇과 병렬 로봇을 포함할 수 있다. 또한, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 실질적으로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(220)은 석션을 위해 제2 강성 캐뉼러에 부착된 제1 병렬 로봇을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 슬레이브 하이브리드 로봇(125)은 단지 두 개의 로봇 아암을 포함한다. 두 개의 로봇 아암을 사용하는 것은 사용자의 두 손을 사용하는 정교한 조작 능력을 증가시킨다. 예를 들어, 두 개의 로봇 아암은 사용자가 제어하는 두 개의 마스터 슬레이브 인터페이스(예를 들어, 각각의 손에 접촉하고 있는 하나의 제어기)를 사용하여 전문 의료인에 의해 제어될 수 있다. 또한, 두 개 이상의 로봇 아암이 슬레이브 하이브리드 로봇(125)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 3개의 로봇 아암이 슬레이브 하이브리드 로봇(125)에 사용될 수 있다. 임의의 적합한 수의 로봇 아암이 슬레이브 하이브리드 로봇(125)에 사용될 수 있다.

로봇 아암은 미래의 수술을 위해 재사용되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 가압멸균처리기에 위치되도록 설계될 수 있다. 또한, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 멸균 드레이프를 사용할 수 있도록 설계될 수 있다. 또한, 로봇 아암의 일부분은 일회용으로 설계될 수 있는 반면에 다른 부분은 미래에 수술을 위해 사용되도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 아암(220)과 제2 로봇 아암(225)은 일회 사용할 수 있는 일회용 캐뉼러 및 재사용가능한 병렬 로봇을 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 슬레이브 하이브리드 로봇은 각각의 전기 컴포넌트에 대해 24 볼트 미만 및 0.8 암페어 미만을 사용하도록 설계될 수 있다. 24 볼트 미만 및 0.8 암페어 미만을 사용하는 것은 환자에 대한 안전 염려를 최소화할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 직렬 로봇 및 병렬 로봇 양자 모두는 위생 드레이핑을 허용하며 직렬 로봇 및 병렬 로봇을 지지하는 프레임은 멸균소독되도록 설계될 수 있다.

도 3을 참조하면, 일부 실시예에서, 눈 수술을 위한 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술용 시스템(300)은 텔레로봇 마스터(305) 및 슬레이브 하이브리드 로봇(325)을 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 텔레로봇 마스터(305)는 제어기(310) 및 사용자가 제어하는 마스터 슬레이브 인터페이스(315)(예를 들어, 두 개의 포스 피드백 조이스틱)을 포함한다. 일부 실시예에서, 제어기(310)는 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저, 포스 피드백 시스템 및 떨림 제거 시스템을 포함한다.

포스 피드백 시스템은 로봇 아암에 의해 가해 진 힘(예를 들어, 눈에서 캐뉼러에 가해지는 힘)의 크기를 전문 의료인(325)에게 지시하기 위한 디스플레이(320)를 포함할 수 있다. 또한, 포스 피드백 시스템은 전문 의료인이 로봇 아암에 미치는 힘을 증가함에 따라 사용자가 제어하는 마스터 슬레이브 인터페이스(315)상에 저항을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 로봇 아암은 수술 동안 로봇 아암에 미치는 힘 및 토크의 크기를 측정하기 위해 힘 센서 및 토크 센서를 포함할 수 있다. 이 센서들은 전문 의료인에게 포스 피드백을 제공하는 데에 사용될 수 있다. 로봇 아암에 미치는 힘은 환자가 부상당하는 것을 방지하기 위해 측정될 수 있다. 로봇이 눈에서 액세스 포트에 가하는 힘은, 예를 들어, 컴포넌트(406)와 직렬 로봇(240) 사이의 인터페이스에 위치된 6개 축을 갖는 부하 셀을 사용하여, 측정될 수 있다. 망막상에서 직렬 로봇에 의해 가해진 안구 내의 힘은 마이크로 전자 기계적 힘 센서(소형 용량성 PZT 센서)를 사용하는 것을 포함하는, 다수의 상이한 기술에 의해, 또는 스텐트 와이어(635)의 편향을 시각적으로 추적하는 것에 의해 측정될 수 있다.

떨림 감소 시스템은 로봇 마스터(305)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 떨림 감소는 움직임 명령을 내리기 전에 텔레로봇 마스터 측에서 외과 의사의 떨림을 제거함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 마스터 슬레이브 인터페이스(예, 조이스틱)의 움직임은 제거되어 슬레이브 하이브리드 로봇의 PID(proportional, integral, and differential) 제어기에 대한 셋트 포인트로서 제어기에 의해 전달될 수 있다. 이 예에서, 마스터 조이스틱의 두 개의 경사각은 x 및 y 방향에서의 축 방향 병진이동(axial translation)과 상관될 수 있다. 마스터 슬레이브 인터페이스(예, 조이스틱)의 방향은 x-y 평면에서 슬레이브 하이브리드 로봇의 이동 방향과 상관될 수 있는 반면에 마스터 슬레이브 인터페이스(예, 조이스틱)의 경사각 크기는 x-y 평면에서 슬레이브 하이브리드 로봇의 이동 속도와 상관될 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자는 직렬 로봇에 포함된 (하기에 설명하는)튜브에 힘을 직접 가함으로써 슬레이브 하이브리드 로봇을 제어할 수 있다. 또한, 직렬 로봇은 사용자가 인가하는 힘을 판독하는 6개의 축을 갖는 힘 및 모멘트 센서를 통해 병렬 로봇에 연결될 수 있고 외과 의사의 손의 떨림을 필터링하면서 상기 명령을 움직임 명령으로 해석하는 제어기(310)에 신호를 전달할 수 있다. 떨림을 감소시키는 임의의 적합한 방법이 텔레로봇 마스터(305)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 떨림을 감소시키는 임의의 적합한 협력적 조작 방법이 사용될 수 있다.

제어기(310)는 로봇의 움직임을 제어하는 데에 사용될 수 있고, 이러한 제어에는 로봇에 의해 수행된 위치지정 및 동작을 포함한다. 제어기는 구리를 기초로 한 와이어(예로서, 이더넷 와이어)와 같은 통신 채널을 통해 상기 명령들을 수신할 수 있다. 제어기는 컴퓨터로 판독가능한 매체, 프로그램가능한 로직 제어기, 애플리케이션에 특정한 집적 회로(ASIC), 또는 임의의 기타 응용가능한 디바이스를 갖춘 마이크로프로세서일 수 있다. 제어기(310)는 로봇이 이동하는 방법을 결정하기 위해 하기에 설명하는 바와 같은 계산을 수행할 수 있다. 제어기(310)는 또한 병렬 및 직렬 로봇사의 센서로부터 정보를 수신하여 이 정보를 로봇의 이동을 결정하기 위해 계산을 수행하는 데에 사용할 수 있다.

일부 실시예에서, 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저는 사용자의 정교한 조작 능력을 증대시키기 위한 임의의 매커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저는 눈에 들어가기 위해 미리 계획된 경로를 이용할 수 있다. 일부 실시예에서, 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저는 미리 계획된 경로를 이용함으로써 튜브를 눈에 인도하는 역할을 한다. 일부 실시예에서, 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저는 손의 움직임을 억제할 수 있다. 일부 실시예에서, 정교한 조작 능력을 갖춘 옵티마이저는 사용자에게 움직임에 대한 시작 신호를 제공할 수 있다.

텔레로봇 마스터 및 슬레이브 하이브리드 로봇은 고속 전용 이더넷 연결을 통해 통신할 수 있다. 텔레로봇 마스터와 슬레이브 하이브리드 로봇간에 임의의 적절한 것으로 간주되는 임의의 통신 매커니즘이 사용될 수 있다. 또한, 전문 의료인 및 텔레로봇 마스터는 슬레이브 하이브리드 로봇과 환자와는 실질적으로 상이한 위치에 있을 수 있다.

도 4a를 참조하면, 슬레이브 하이브리드 로봇은 직렬 로봇(405) 및 병렬 로봇(410)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 직렬 로봇(405)은 플랫폼(415)(예를 들어, 병렬 로봇의 플랫폼)과 직렬 아티큘레이터(407)를 연결하기 위한 직렬 커넥터(406)를 포함할 수 있다. 임의의 기계적 연결이 병렬 로봇의 플랫폼과 직렬 아티큘레이터(407)를 연결하기 위해 사용될 수 있다. 플랫폼(415)은 베이스(425)에 부착된 레그(420)에 연결될 수 있다.

도 4b를 참조하면, 직렬 커넥터(406)를 포함하는 직렬 로봇(405)이 예시적으로 나타나 있다. 직렬 커넥터(406)는 직렬 커넥터의 보다 명확한 모습을 제공하기 위해 확대되었다. 도 4c를 참조하면, 직렬 커넥터(406)의 가능한 구성을 보다 명확히 나타내기 위해 직렬 커넥터(406)의 분해 모습이 나타나 있다. 직렬 커넥터(406)의 임의의 적합한 구성이 이용될 수 있다. 예를 들어, 직렬 커넥터(406)는 직렬 아티큘레이터(407)(도 4a)와 병렬 로봇(410)(도 4a)을 연결할 수 있다. 도 4c를 참조하면, 플랫폼(415)(예로서, 병렬 로봇 이동 플랫폼)은 제1 전기 모터(435)와 제2 전기 모터(437)를 지지할 수 있는 중공 아암(430)을 지지할 수 있다. 제1 전기 모터(435)와 제2 전기 모터(437)는 안티백래시 베벨 기어(445)를 작동시키는 제1 와이어 드라이브와, 백래시 방지 베벨 기어(447)를 작동시키는 제2 와이어 드라이브를 통해 제1 캡스탄(440) 및 제2 캡스탄(443)을 작동시킬 수 있으며, 안티백래시 베벨 기어는 제3 베벨 기어(465)를 그 축 둘레로 상이하게 작동시키고 지지 브래킷(455)을 경사지게 할 수 있다. 제1 전기 모터(435)와 제2 전기 모터(437)를 상이하게 구동하면, 지지 브래킷(455)의 경사짐 및 캐뉼러의 축 둘레로 고속 클램프(460)의 회전은 제어될 수 있다.

도 4c를 참조하면, 고속 클램프(460)에 대한 가능한 구성을 보다 명확히 나타내기 위해 고속 클램프(460)의 분해 모습이 도시되어 있다. 직렬 커넥터(406)에 포함된 고속 클램프(460)는 고속 클램프(460)를 통해 삽입되는 기기를 클램핑하는 데에 사용될 수 있다. 고속 클램프(460)에 대한 임의의 적합한 구성이 이용될 수 있다. 예를 들어, 고속 클램프(460)는 콜렛 하우징(450), 연결 스쿠류((470) 및 가요성 콜렛(475)을 포함할 수 있다. 연결 스쿠류(470)는 콜렛 하우징(450)을 제3 베벨 기어(465)에 연결할 수 있다. 콜렛 하우징(450)은 가요성 콜렛(475)이 콜렛 하우징(450)내의 매칭 스레드에 나사 결합되는 경우 (가요성 콜렛(475)에 포함된) 가요성 팁이 테이퍼진 보어의 축을 따라 축선 방향으로 구동될 수 있고, 따라서 가요성 콜렛(475)의 직경을 감소시키도록, 상기 테이퍼진 보어를 가질 수 있다. 이러한 구성은 예를 들어, 고속 클램프(460)를 통하여 삽입된 기기를 클램핑하는 데에 사용될 수 있다. 기기를 클램핑하기 위한 임의의 적합한 매커니즘이 이용될 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일부 실시예에서, 직렬 로봇은 적어도 하나의 지지 튜브(505) 및 캐뉼러 또는 프리벤트 튜브(520)를 눈에 인도하기 위한 직렬 아티큘레이터(407)를 포함한다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 직렬 로봇(407)은 지지 튜브(505) 및 가이드 와이어(635)를 수용하는 프리벤트 튜브(520)(도 5b 참조) 중 적어도 하나의 인도를 제어하기 위한 고정밀 볼 스쿠류(515)와 서보 모터(510)를 포함한다. 고정밀 볼 스쿠류(515)에 연결된 서보 모터(510)는 지지 튜브(505)에 대한 프리벤트 튜브(520)의 위치를 제어하기 위해 사용될 수 있는 시스템에 자유도를 추가할 수 있다. 예를 들어, 서보 모터(510)는 회전되었을 때 축선 방향으로 (도시되지 않은) 너트를 구동하는 (도시되지 않은) 중공 리드 스쿠류에 연결될 수 있다. 또한, 예를 들어, 프리벤트 튜브(520)는 너트에 연결되고 서보 모터(510)가 (도시되지 않은) 리드 스쿠류를 회전시킴에 따라 상하로 이동할 수 있다. 지지 튜브(505) 및 프리벤트 튜브(520)의 인도를 제어하기 위한 임의의 적합한 매커니즘이 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 지지 튜브(505)는 프리벤트 튜브(520)를 수용한다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 일부 실시예에서, 프리벤트 튜브(520), 스텐트 푸시 튜브(630), 가이드 와이어(635) 및 스텐트(640)는 지지 튜브(505)를 통하여 눈에 인도될 수 있다. 도 6a는 지지 튜브(505)에서 빠져나온 후의 프리벤트 튜브(520)(따라서 프리벤트 튜브(520)는 자신의 프리벤트된 형태를 띄고 있다)를 나타낸다. 프리벤트 튜브(520)의 프리벤트된 형태는 임의의 초탄성 형상 기억 합금(예, NiTi)를 사용하여 그리고 형상을 설정함으로써 생성될 수 있고 이에 따라 캐뉼러는 소정 온도(예로서, 체온, 실온등)에서 구부러진 지점을 갖는다. 또한, 프리벤트 튜브(520)가 특정한 프리벤트된 형태를 갖는 것으로 도시되었을 지라도, 적합한 것으로 간주되는 임의의 형태(예로서, s자 형태, 만곡 형태등)가 사용될 수 있다. 지지 튜브(505)는 근거리 단부(610) 및 원거리 단부(615)를 포함할 수 있다. 또한, 프리벤트 튜브(520)는 지지 튜브(505)의 원거리 단부(615)를 빠져나갈 수 있다. 지지 튜브(505)는 플라스틱(예로서, 테프론, 나일론등), 금속(예로서, 스테인리스강, NiTi 등), 또는 임의의 적합한 재료 등과 같은, 적합한 상이한 재료들로 구성될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 지지 튜브(505) 및 프리벤트 튜브(520)는 중 적어도 하나는 길이방향 축(620)을 따라 회전할 수 있다.

또한, 일부 실시예에서, 프리벤트 튜브(520)는 고정밀 덱스터러스 조작을 제공하기 위해 백래시없는 초탄성 NiTi 캐뉼러일 수 있다. 백래시없는 초탄성 NiTi 캐뉼러를 사용하는 것은 의도하지 않은 캐뉼러의 이동(예로서, 백래시)을 제거함으로써 눈의 안와로 인도하는 것에 대한 제어를 증가시킨다. 또한, 지지 튜브(505)를 빠져나올 때 캐뉼러(520)의 휨은 스텐트(640)의 삽입을 위한 위치지정 능력을 증대시킬 수 있다.

도 6b를 참조하면, 스텐트 시술 유닛은 두 개의 동심원을 이룬 NiTi 튜브(505, 520) 및 하나의 NiTi 가이드 와이어(635)를 작동시킨다. 각각의 튜브/와이어는 독립적으로 작동된다. 따라서 로봇의 각각의 유닛은 3 자유도(DoF;Degree of Freedom)를 갖는다.

스텐트(640)는 혈관을 뚫기에 충분할 정도로 날카로운 NiTi 가이드 와이어(635)로 운반되는 나카로운(사선으로 절결된) 마이크로튜브이다. 지지 튜브(505)는 고정되어 작동되지 않는다. 지지 튜브(505)는 모든 내부 튜브 및 와이어에 대한 지지부로서의 역할을 한다. 안과 수술에서, 이 튜브는 공막을 통해 삽입된다. 프리벤트 튜브(520)는 열처리하여 제작될 수 있다. 프리벤트 튜브(520)의 원거리 단부는 튜브가 지지 튜브(505)로부터 뻗음에 따라 소정 형태를 갖는다.

스텐트 푸시 튜브(630)는 스텐트(640)를 혈관내로 밀어넣는 역할을 한다. 혈관 포킹 와이어(635)는 혈관내에 구멍을 내는 바늘로서 뿐만 아니라 가이드 와이어가 스텐트(640)가 정확하게 위치되도록 하는 2중 의무를 수행하는 역할을 한다. 스텐트(640)가 제위치에 놓이면, 와이어는 후퇴되고 스텐트를 혈관내에 남겨 놓는다. 이 동작은 스텐트(640)를 혈관내의 소정 위치에 유지시키는 스텐트 푸시 튜브(630)의 제어와 협력하여 행해진다. 일부 실시예에서, 스텐트(640)는 미세가공된 스쿠류 형상 외부 나선을 갖는다. 이 경우에, 스텐트(640)는 토크가 전달될 수 있도록 하는 각기둥 연결을 통해 가이드 와이어(635)에 장착되어 혈관내로 삽입된다. 가이드 와이어(635)를 회전시킴으로써 스텐트(640)는 가이드 와이어(635)를 따라 혈관내의 소망 위치로 진행한다. 가이드 와이어(635)는 후속하여 스텐트와 혈관으로부터 잡아당겨진다.

도 6c를 참조하면, 혈관을 뚫고 있는 가이드 와이어(635)가 도시되어 있고, 도 6d에는 혈관에 삽입된 스텐트(640)를 도시하고 있다.

튜브 및 와이어의 크기는 해당 혈관에 삽입되기에 적합할 수 있는 임의의 크기일 수 있다. 일부 실시예에서, 지지 튜브(505)는 직경이 약 0.90mm일 수 있고, 프리벤트 튜브(520)는 직경이 약 0.55mm일 수 있고, 스텐트 푸시 튜브(630)는 0.1mm의 내경과 0.2mm의 외경을 가질 수 있고, 스텐트(640)도 0.1mm의 내경과 0.2mm의 외경을 가질 수 있다. 가이드 와이어(635)는 직경이 75 미크론일 수 있다. 일부 실시예에서, 스텐트(640)는 50 미크론의 내경과 최대 150 미크론의 외경을 갖는다. 이러한 경우에, 가이드 와이어(635)는 50 미크론 미만의 직경을 가지게 될 것이다.

전력 발생기는 조이스틱(315)에 전압을 제공하는 데에 사용된다. 조이스틱은 전압으로 제어되는 데 이는, 조이스틱이 중앙 위치로부터 더욱 경사짐에 따라, 액추에이터의 속도는 더 빠르게 될 것이라는 것이 예상된다는 것을 의미한다. 조이스틱의 중심위치에서, 모터의 위치는 인코더로부터의 폐루프 제어를 이용하여 고정된다. 이러한 제어 스킴은 사용자가 목표 지점에 대해 로봇을 검사하고 사용자가 조이스틱을 얼만큼 경사지게 하여야 하는 지를 결정함으로써 피드백 제공자로서의 역할을 한다. 제 위치에 있게 되면, 조이스틱은 단지 경사지게 되어 중앙위치로 되돌아가고 이에 따라 모터는 폐루프 시스템에 기인하여 제 위치에 정확하게 고정된다.

현미경(230)은 더욱 명확한 수술 장면을 제공하기 위해 사용된다. 광원은 현미경(230)에 대해 추가의 조명을 제공한다. 플랫폼은 실험된 멤브레인의 높이를 조정한다.

도 7을 참조하면, 독립적으로 작동되는 복수의 레그를 포함할 수 있는 병렬 로봇이 나타나 있다. 독립적으로 작동되는 레그의 길이가 변화됨에 따라 플랫폼(415)의 위치 및 방향이 변화한다. 레그(705)는 유니버셜 조인트(710), 고정밀 볼 스쿠류(715), 안티백래시 기어쌍(720), 및 볼 조인트(725)를 포함할 수 있다. 병렬 로봇은 임의 갯수의 레그(705)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 병렬 로봇은 3개 내지 6개의 레그를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 통일된 기구학적 모델은 슬레이브 하이브리드 로봇의 두 개의 로봇 아암의 조인트 속도(병렬 및 직렬 로봇의 이동 부분이 병진이동 및 회전하는 속도)간의 관계, 및 눈과 눈 내부의 스텐트 시술 유닛의 컴포넌트의 움직임의 비틀림간의 관계를 설명한다. 상기 비틀림은 선속도와 각속도-선속도가 각속도 보다 앞서는 경우-의 6차원 벡터와 관련됨을 알 수 있을 것이다. 상기 비틀림은, 하기에 설명되는(도 9의 920), 엔드이펙터의 움직임을 표현하는 데에 필요로 될 수 있다. 또한, 이 정의는 (벡터 표현에서) 각속도가 선속도 보다 앞서는 명명법과는 상이할 수 있다.

도 8을 참조하면, 눈과 i번째 하이브리드 로봇이 나타나 있다. 눈 좌표계는, 엔드 이펙터(프리벤트 튜브 또는 프리벤트 튜브를 통해 전달되는 가이드 와이어와 같은, 눈에 대한 환경과 상호작용하도록 설계된 로봇 아암의 단부에 있는 디바이스)와 눈 좌표 프레임에 대한 더욱 명확한 모습을 나타내기 위해 도 9에 확대되어 있다. 좌표계는 시스템 기구학의 유도에 도움을 주도록 정의될 수 있다. 예를 들어, 하기에 설명된 좌표계는 시스템 기구학의 유도에 도움을 주도록 정의된다. 절대 좌표계{W}(좌표

를 가짐)는 반듯이 누운 위치에 있는 환자의 이마에서 임의의 소정 지점에 중심을 둘 수 있다.

축점은 수직 방향에 있고

축점은 상위 방향(예로서, 두개골의 대후두공의 중심점과 브레그마(bregma)에 의해 형성된 선에 평행한 선을 따라 신체의 중심에서 보았을 때 환자 머리의 방향을 가리키는 방향)에 있다. i번째 하이브리드 로봇의 병렬 로봇 기저 좌표계{ B _i }(좌표

를 가짐)는

축이 병렬 로봇 베이스의 플랫폼 베이스에 수직으로 놓이고

축이

에 평행하게 놓이도록 지점(b _i )(즉, 플랫폼 베이스의 중심)에 위치될 수 있다. i번째 하이브리드 로봇의 이동하는 플랫폼 좌표계{ P _i }(좌표

를 가짐)는 이동 플랫폼의 중심인, 지점(p _i )에 놓이고, 따라서 축은 병렬 플랫폼이 홈 구성으로 되어 있을 때 { B _i }에 병렬로 놓인다. i번째 하이브리드 로봇의 병렬 확장 아암 좌표계{ Q _i }(좌표

를 가짐)는 지점(q _i )에 있는 아암의 원거리 단부에 부착되는 데, 벡터 방향

에서,

는 로봇의 가이드 와이어의 삽입 방향을 따라 놓여있고,

는 스텐트 시술 셋업 동안 고정되어 있다. i번째 하이브리드 로봇의 직렬 로봇 기저 좌표계{ N _i }(좌표

를 가짐)는 지점(n _i )에 놓여 있는 데

축은 또한 벡터

의 삽입 니들 길이를 따른 방향을 가리키고 있고

축은

둘레로 각도(q _si ₁₎ ) 만큼

로부터 회전된다. 엔드 이펙터 좌표계{ G _i }(좌표

를 가짐)는 지점(g _i )에 놓여 있는 데

축은 엔드 이펙터 그리퍼(920)의 방향에서 가리키고 있고

는

축에 대해 평행할 수 있다. 눈 좌표계{E}(좌표

를 가짐)는

눈이 로봇에 의해 작동되지 않았을 때 {W}와 평행한 축을 갖는 눈의 중심점(e)에 있게 된다.

본 명세서에 사용된 표기법은 하기와 같이 정의된다.

i =1,2는 두 개의 아암중 하나를 나타내는 인덱스이다.

{A}는 단위 벡터와 연관됨에 따라

를 갖춘 임의의 우측 좌표 프레임 및 그 원점의 위치로서 지점(a)을 나타낸다.

는, 프레임{C}로 표현한, 프레임{B}에 대한 프레임{A}의 상대 선속도 및 각속도를 나타낸다. 특정하게 명시하지 않는 한, 모든 벡터는 {W}로 표현된다.

는, 프레임{A}의 절대 선속도 및 각속도를 나타낸다.

는, 프레임{A}에 대한 이동 프레임{B}의 회전 행렬을 나타낸다.

는, 단위 벡터

에 대해 각도 α만큼 회전시킨 회전 행렬을 나타낸다.

는, b의 스큐 대칭 크로스 곱 행렬(즉, 자신의 전치 행렬의 네거티브(A = -A^t)와 동일한 정방행렬 A, 여기서 첨자 t는 전치 연산자를 나타냄)을 나타낸다.

는 i번째 병렬 로봇 플랫폼의 조인트 속도를 나타낸다.

는 직렬 로봇의 조인트 속도를 나타낸다. 제1 성분은 직렬 로봇 지지 튜브(505)의 축에 대한 회전 속도일 수 있고 제2 성분은 프리벤트 캐뉼러(520)의 각도 휨비율일 수 있다.

는 일반 좌표계{A}의 비틀림을 나타낸다. 예를 들어, 도 9a를 참조하면, {Qi}는 3개 좌표축

에 의해 정의된 좌표계를 나타낸다.

는 i번째 로봇의 이동 플랫폼의 비틀림을 나타내고,여기서, i=1,2이다.

는 스네이크의 i번째 삽입 니들 단부/베이스의 비틀림(예로서, NiTi 캐뉼러의 길이)을 나타낸다.

는 눈의 각속도만을 나타낸다( 3x1 열 벡터). 이것은 다른 표기에 대해 예외적인 표기인 데 이는 눈의 이동 중심의 병진 이동이 해부학적 제약조건에 기인하여 무시할만한 것으로 가정되기 때문이다.

는 프레임{A}로 표현된, 지점 a로부터 b로의 벡터를 나타낸다.

r은 프리커브된 캐뉼러의 휨 반경을 나타낸다.

는 비틀림 변환 연산자를 나타낸다. 이 연산자는 벡터

로 지시된 좌표계의 원점의 병진 이동의 함수로서 정의될 수 있다. W는 대각요소가 3x3 단위 행렬

로 되는 상위 삼각 행렬(upper triangular matrix)일 수 있고 상위 우측 3x3 블록은 크로스 곱 행렬로 되고 하위 좌측 3x3 블록은 모두 제로로 된다.

일부 실시예에서, 시스템의 기구학적 모델링은 눈의 절개 지점과 눈의 제한된 자유도에 기인한 기구학적 제약조건을 포함한다. 하기에서, 눈과 2개의 로봇 아암에 대한 기구학이 설명되는 한편, 망막상에서 목표 지점에 대한 직렬 로봇 엔드 이펙터의 상대적 기구학을 설명한다.

조인트 속도(

)에 대한 이동 플랫폼 프레임{Pi}의 비틀림에 관한, 병렬 로봇 플랫폼의 야코비 행렬식은

등식 1

과 같이 주어질 수 있다.

i번째 하이브리드 로봇의 기구학 체인에서 다음 단계를 {Qi}로 전개하면, 선속도 및 각속도는 이동 플랫폼의 각각의 속도에 대해 표현될 수 있다.

등식 2

등식 3

ω _Qi = ω _Pi

등식 2 및 3을 행렬 형태로 나타내면 조정가능한 잠금형 링크의 원거리 단부의 비틀림에 대한 결과를 나타낸다.

등식 4

여기서,

는 비틀림 변환 행렬일 수 있다.

프레임{Ni}의 기구학적 관계는 선속도 및 각속도를 조합함으로써 마찬가지로 에 { Qi }에 관련될 수 있다. 선속도 및 각속도는 등식 5 및 등식 6과 같다.

등식 5

등식 6

등식 5 및 6은 하기 등식 7을 산출하는 행렬로 표현된다.

등식 7

여기서,

이다.

하이브리드 로봇의 최종 직렬 프레임, {Gi}으로 진행하면, 선속도 및 각속도는 하기 등식 8 및 9와 같이 기재될 수 있다.

등식 8

등식 9

등식 8 및 9는 하기 등식 10을 산출하는 행렬로 표현된다.

등식 10

여기서,

이다.

i번째 하이브리드 로봇 시스템의 조인트 파라미터의 함수로서, {Gi}, 로봇 엔드 이펙터의 프레임의 기구학을 표현하기 위해, 상기 설명에서 전개된 직렬 관계가 조합될 수 있다. 프레임 {Gi}과 {Ni}의 관계에서 시작하여 {Ni}과 {Qi}간의 관계를 대입하면, 하기의 등식을 산출한다.

등식 11

또한, 행렬(C_i)를

항에 재도입함으로써, 하이브리드 로봇 시스템의 직렬 조인트는 하기의 등식 12와 같이 파라미터화될 수 있다.

등식 12

여기서,

는 직렬 로봇의 축에 대한 회전 속도와 프리커브드 캐뉼러(520)의 휨을 포함하는 직렬 로봇의 야코비 행렬식을 표현한다.

{Qi}과 {Pi}간의 관계와 스튜어트 야코비 등식 1의 역을 대입하고 항들을 요약하면 i번째 하이브리드 로봇에 대한 최종 야코비 행렬식을 산출한다.

등식 13

여기서

이다.

눈은 안와 및 근육계의 기하학적 배치에 의해 구면 동작(spherical motion)에 속박된 강성체로서 모델화될 수 있다. 롤-피치-요(Roll-Pitch-Yaw) 각도(α,β, γ)는 눈의 방위를 기술하기 위해 선택될 수 있고 따라서 회전 행렬

이 {W}에 대해 눈 프레임{E}를

로 규정하도록 할 수 있고, 여기서

및

이다.

눈의 각속도는 하기의 등식 14와 같이 파라미터화될 수 있다.

등식 14

눈에 대한 엔드 이펙터의 기구학도 모델화될 수 있다. 예를 들어, 개별적으로 특성화된 i번째 로봇 시스템과 눈의 기구학을 이용하여, 공식들은 눈과 i번째 로봇의 기구학적 구조를 정의하기 위해 조합될 수 있다. 이 관계는 눈에 대한 엔드 이펙터의 소망하는 속도와 눈의 소망하는 각속도에 기초하여 로봇 조인트 파라미터를 표현할 수 있도록 할 수 있다. 이 관계를 달성하기 위해, 망막 표면상의 임의의 목표 지점(ti)이 선택될 수 있다. 눈의 각속도는 지점(t_i)에서의 속도를 제공한다.

등식 15

여기서 엔드 이펙터

이다.

목표 지점(ti)에 대한 로봇의 엔드 이펙터 프레임의 선형 속도는 하기의 등식 16과 같이 나타낼 수 있다.

등식 16

등식 13과 등식 15를 등식 16에 대입하면 로봇 조인트 속도와 소망하는 눈 속도의 함수로서 엔드 이펙터의 선형 속도를 산출한다.

등식 17

마찬가지로, 눈에 대한 로봇의 엔드 이펙터 프레임의 각속도는 하기의 등식 18과 같이 나타낼 수 있다.

등식 18

또는, 등식 13과 등식 15를 등식 18에 대입하여, 하기의 등식 19를 산출한다.

등식 19

또한, 선형속도에 관한 등식 17과 각속도에 관한 등식 19를 조합하여 하기의 등식 20과 같은 지점(t_i)에 대한 엔드 이펙터의 비틀림을 산출한다.

등식 20

여기서

이다.

일부 실시예에서, 눈(예, 유리 체강)에서 하이브리드 로봇의 기계적 구조는 달성불가능할 수 있는

축에 대한 독립적 회전으로서 단지 5 자유도만을 허용할 수 있다. 이 회전은 제3 w-v-w 오일러 각도(

)에 의해 용이하게 표현될 수 있다. 제1 각도(φ_i)는

평면상에서의

축과 과

의 프로젝션 사이의 회전을 나타내고 θ_i는

과

사이에서의 회전을 나타낸다.

시스템은 경로 계획 및 경로 제어를 이용할 수 있다. 예를 들어, 경로 계획 및 경로 제어는 텔레로봇 마스터 제어기가 자동적으로 슬레이브 하이브리드 로봇에 대한 일부 이동을 수행하게 함으로써 수술을 용이하게 하는 데에 사용될 수 있다. 경로 계획 및 경로 제어를 위해, 시스템의 비틀림은 정의된 겹친 행렬(K _i)에 의해 제거된 제3 오일러 각도와 w-v-w 오일러 각도들로 파라미터화될 수 있다.

등식 21

이와 같은, 새로운 파라미터화를 엔드 이펙터 비틀림에 삽입하면 하이브리드 시스템의 조인트 파라미터와 달성가능한 독립적 속도간의 관계를 산출한다.

등식 22

로봇 시스템은 삽입 지점을 찢어서 구조를 손상시키지 않고 눈을 제어하기 위해 하이브리드 로봇이 조화롭게 움직이도록(예로서, 실질적으로 함께 움직임) 제약될 수 있다. 이 움직임은 각각의 삽입 아암이 삽입 지점에서 눈 표면과 동일한 속도로, 삽입 니들(이것은 지지 튜브(505), 프리밴트 튜브(520) 또는 가이드 와이어(635)일 수 있음)을 따라 임의의 속도를 더한 속도로만 삽입 지점에서 움직일 수 있도록 함으로써 달성될 수 있다. 이러한 조합된 움직임은 구조에 손상을 입히지 않고 삽입 니들을 삽입 지점으로 제한한다.

상기 설명한 제약 조건을 전개하는 데에 조력하기 위해, 지점(m_i)은 눈의 공막 표면상의 삽입 지점에 있는 것으로 정의되고

는 m_i와 순시적으로 일치하는 삽입 니들상의 지점으로 정의될 수 있다. 상기 설명한 제약 조건을 충족시키기 위해,

의 속도는 삽입 니들 축에 수직인 평면에서 지점(m_i)의 속도와 같아야만 한다.

등식 23

방향에서 도트 곱을 취하면,

및

는 두 개의 독립적인 제약 등식들인 하기의 등식 24 및 25를 산출한다.

등식 24

등식 25

이 제약 등식들은 지점 (m_i과

)의 속도를 로봇 좌표계에 관련시킴으로써 조인트 각도의 항으로 표현될 수 있다. 지점(m)의 속도는 하기의 등식 26과 같이 프레임{Qi}의 속도와 관련될 수 있다.

등식 26

프레임{Q_i}의 비틀림을 대체함으로써, 상기 등식 26은 하기의 등식 27과 같이 될 수 있다.

등식 27

여기서

이다.

등식 4 및 1을 대입하고 하이브리드 조인트 파라미터의 항(

)으로기재하면,

등식 28

여기서

이다.

삽입 지점(m_i)의 속도에 대한 표현은 지점(ti)의 속도에 대한 유도와 마찬가지로, 소망하는 눈 속도에 관련될 수 있고, 하기의 등식 29를 산출한다.

등식 29

여기서

이다.

등식 28과 등식 29를 등식 24와 등식 25에 대입하면 눈-로봇 시스템의 엄격한 신체 움직임에 대해 주어지는 최종 제약 등식을 산출한다.

등식 30

등식 31

이 제약 등식들과 인덱스 1 및 2에 대한 하이브리드 시스템의 비틀림을 조합하면, 하이브리드 로봇 조인트 파라미터를 소망하는 엔드 이펙터 비틀림과 소망하는 눈에 관련시키는 전체 눈-로봇 시스템에 대한 소망하는 표현식을 산출한다.

등식 32

여기서

이다.

도 10a 및 10b를 참조하면, 기관과 i번째 하이브리드 로봇 아암이 나타나 있다. 기관은, 엔드 이펙터와 기관 좌표 프레임에 대한 더욱 명확한 모습을 나타내기 위해 확대되어 있다(도 10a). 도 10b는 엔드 이펙터의 확대된 모습을 예시적으로 나타낸다. 하기에 설명된 좌표계는 시스템 기구학의 유도에 도움을 주도록 정의된다. 절대 좌표계{W}(좌표

축점은 수직 방향에 있고

축점은 상위 방향에 있다. i번째 하이브리드 로봇의 병렬 로봇 기저 좌표계{ B _i }(좌표

를 가짐)는

축이 병렬 로봇 플랫폼의 베이스에 수직으로 놓이고

축이

에 평행하게 놓이도록 지점(b _i )(즉, 베이스 플랫폼의 중심)에 위치될 수 있다. i번째 하이브리드 로봇의 이동하는 플랫폼 좌표계{ P _i }(좌표

를 가짐)는 이동 플랫폼의 중심인, 지점(p _i )에 놓이고, 따라서 축은 병렬 로봇 플랫폼이 홈 구성(예로서, 초기 셋업 위치)으로 놓여있을 때 { B _i }에 병렬로 놓인다. i번째 하이브리드의 병렬 로봇 확장 아암 좌표계{ Q _i }(좌표

를 가짐)는 지점(q _i )에 있는 아암의 원거리 단부에 부착되는 데,

는 로봇의 삽입 니들의 방향

을 따라 놓여있고,

는 초기 셋업 절차 동안 고정되어 있다. i번째 하이브리드 로봇의 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 기저 좌표계{ N _i }(좌표

를 가짐)는 지점(n _i )에 놓여 있는 데

축은 또한 삽입 니들 길이

를 따른 방향을 가리키고 있고

축은

둘레로 각도(q _si ₁₎ ) 만큼

로부터 회전된다. 엔드 이펙터 좌표계{ G _i }(좌표

를 가짐)는 지점(g _i )에 놓여 있는 데

축은 엔드 이펙터 그리퍼의 방향으로 가리키고 있고

축은

축에 대해 평행하다. 기관 좌표계{O}(좌표

를 가짐)는 기관이 로봇에 의해 작동될 수 없을 때 {W}와 평행한 축을 갖는 기관의 회전 중심점(o)에 있게 된다.

본 명세서에 사용된 추가의 표기법은 하기와 같이 정의된다.

i는 각각의 로봇 아암을 식별하는 인덱스이다. 또한, 제약되지 않은 기관에 대해 i =1, 2, 3이고 눈에 대해선 i =1, 2이다.

{A}는 그 단위 벡터와 연관된

는, 프레임{C}로 표현한, 프레임{B}에 대한 프레임{A}의 상대 선속도 및 각속도를 나타낸다. 특정하게 명시하지 않는 한, 하기에 나타낸 모든 벡터는 {W}로 표현된다는 것을 알 것이다.

는, 프레임{A}의 절대 선속도 및 각속도를 나타낸다.

는, 단위 벡터

에 대해 각도 α만큼 회전시킨 회전 행렬을 나타낸다.

는, 벡터 b의 스큐 대칭 크로스 곱 행렬을 나타낸다.

는 i번째 병렬 로봇 플랫폼의 능동 조인트 속도를 나타낸다.

는 i 번째 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇)의 조인트 속도를 나타낸다. 제1 성분은 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 튜브의 축에 대한 회전 속도일 수 있고 제2 성분은 프리벤트 튜브(520)의 각도 휨비율일 수 있다.

는 프레임{A}의 비틀림, i번째 병렬 로봇 이동 플랫폼의 비틀림, 및 원점의 비틀림을 나타낸다.

Ls는 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇)의 프리벤트 튜브(520)의 휨 반경을 나타낸다.

는 비틀림 변환 연산자를 나타낸다. 이 연산자는 벡터

로 되는 6x6 상위 삼각 행렬(upper triangular matrix)일 수 있고 상위 우측 3x3 블록은 크로스 곱 행렬로 되고 하위 좌측 3x3 블록은 모두 제로로 된다.

일부 실시예에서, 시스템의 기구학적 모델링은 중공 기관상에서의 절개 지점의 기구학적 제약조건을 포함할 수 있다. 하기에서, 기관과 3개의 아암을 갖는 로봇에 대한 기구학과 기관상의 목표 지점에 대한 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 엔드 이펙터의 상대적 기구학을 설명한다.

조인트 파라미터(

)에 대한 이동 플랫폼 프레임(

)의 비틀림을 관련시키는 병렬 로봇 플랫폼의 야코비 행렬식은 등식 33에 나타나 있다. 또한, 하나의 로봇 아암에 대한 하이브리드 야코비 행렬은 등식 34와 같이 획득된다.

등식 33

등식 34

일부 실시예에서, 모델링은 기관의 탄성 및 주변 해학적 구조를 고려하여 달성될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 하기와 같은 분석은 기관의 탄성을 포함하지 않는다. 또한, 6차원 비틀림 벡터는 하기의 파라미터화를 사용하여 기관의 움직임을 설명하는 데에 사용될 수 있다.

등식 35

여기서, x, y, z, α, β, γ는 기관의 선형 위치 롤-피치-요 각도일 수 있고,

및

는 각각 기관의 선속도 및 각속도에 해당한다.

일부 실시예에서, 기관에 대한 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 엔드 이펙터의 기구학이 모델화될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 모델은 기관에 대한 엔드 이펙터의 소망하는 속도 및 기관 자체의 소망하는 속도를 표현할 수 있고, 기관의 내부 표면상에서의 임의의 목표 지점(ti)이 선택될 수 있다. 목표 지점에 대한 엔드 이펙터 프레임의 선속도 및 각속도는 하기의 등식 36 및 37과 같이 기재될 수 있다.

등식 36

등식 37

또한, 등식 36 및 37을 조합하면 지점(ti)에 대한 엔드 이펙터의 비틀림을 산출한다.

등식 38

여기서

이고

이다.

기관강내에서 하이브리드 로봇의 기계적 구조는 2 자유도의 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇)에 기인하여 달성불가능한

축에 대한 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 엔드 이펙터의 독립적 회전으로서 단지 5 자유도만을 허용할 수 있다. 이 회전은 제3 w-v-w 오일러 각도(

)에 의해 용이하게 표현될 수 있다. 일부 실시예에서, 경로 계획 및 경로 제어를 위해, 시스템의 비틀림은 하기에 정의된 겹친 행렬(K _i)의 사용을 통해 제3 오일러 각도를 제거하는 한편 w-v-w 오일러 각도를 사용하여 파라미터화될 수 있다. 상기 설명한 파라미터화를 엔드 이펙터 비틀림에 삽입하면, 등식 38은, 하이브리드 시스템의 조인트 속도와 달성가능한 독립적인 속도간의 관계를 산출한다(등식 40).

등식 39

등식 40

일부 실시예에서, 로봇 시스템은 삽입 지점을 찢지 않고 기관을 제어하기 위해 하이브리드 아암이 동시에 이동하도록 억제될 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템은 삽입 지점을 찢지 않고 기관을 제어하기 위해 다수(n_a)의 하이브리드 아암이 동시에 이동하도록 억제될 수 있다. 기관상의 i번째 절개 지점은 지점(m_i, i=1,2,3,...n_a)에 의해 지정된다. 대응하는 지점은 i번째 로봇 아암의 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 캐뉼러에 있을 수 있고

에 의해 지정되는, m_i와 순시적으로 일치한다. 일부 실시예에서, 해부에 대한 손상을 방지하기 위해, i번째 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 캐뉼러의 길이방향 축에 수직인 평면상에서, m_i와

의 선속도의 프로젝션간에 등가 제약조건이 부여되어야 한다. 이 제약 조건들은 하기에 상세히 설명하는 바와 같이 등식 41 및 등식 42으로 주어질 수 있다.

등식 41

등식 42

등식 41 및 등식 42는 절개 지점을 통해 기관에 삽입된 n_a개의 로봇 아암에 의해 억제되어야 할 기관에 조건을 제공하는 2n_a개의 스칼라 등식을 구성할 수 있다. 상기 로봇 아암에 의해 완전하게 억제되어야 할 기관에 대해, 등식 41 및 등식 42는 기관 주위의 해부학적 구조에 의해 억제되는 바와 같이 기관 비틀림의 치수와 동일한 랭크,

를 가져야 한다. 또한, 기관이 부동기관인 경우엔, 랭크는 6이어야 하고 따라서 기관을 안정화시키기 위해선 최소 3개의 로봇 아암이 필요하다. 또한, 기관이 병진운동으로부터 억제된다면(예로서, 눈에 관해), 필요로 되는 랭크는 3일 수 있고 따라서 최소 갯수의 아암은 2일 수 있다(예로서, 듀얼 아암 안과적 수술 시스템에 대해)

하이브리드 로봇 아암의 비틀림에 대해 하기에 설명하는 바와 같이 제약 등식을 조합하면 i=1,2,3에 대해

는, 각각의 하이브리드 로봇 아암의 조인트 파라미터를 소망하는 엔드 이펙터 비틀림과 기관 비틀림에 관련시키는 전체 기관-로봇 시스템의 소망하는 표현식을 산출한다.

등식 43

손가락(예로서 기관내부로 전달된 그래스퍼)과 페이로드(예로서 기관)간의 접촉을 고려하면 차동 기구학적 관계가 모델링될 수 있다. 또한, 다중 아암 조작이 모델링될 수 있는 데 로봇 아암과 기관간의 상대적 위치는 항상 변경될 수 있다. 또한, 등식 43에서 입력 조인트 비율

과 출력 기관 움직임 비율

및 상대 움직임 비율

를 분리시킴으로써, 기구학적 관계가 모델링될 수 있다.

로봇 기구학적 성능은 로봇 야코비 행렬의 특성을 검사함으로써 평가될 수 있다. 또한, 야코비 행렬의 정규화는 야코비 행렬의 고유값을 계산할 때 필요할 수 있다. 이 고유값들은 야코비 행렬의 개별 셀들의 유닛에 의존한다. 야코비 행렬의 개별 셀들의 유닛의 불균등성은 그 엔드 이펙터 비틀림의 유닛의 불균등성과 조인트 공간에서의 유닛의 불균등성(예로서, 모든 조인트가 선속 또는 각속도와 같은, 전부 동일한 타입은 아닌 경우)으로부터 기인한다. 야코비 행렬의 정규화는 정규화를 위해 야코비 행렬을 승산함으로써 조인트 및 타스크 공간 변수의 범위에 대응하는 스케일링 행렬을 필요로 한다. 또한, 단위 길이를 갖고 있는 야코비 행렬의 일부분을 정규화하기 위해 특성 길이를 사용하는 것과 정규화된 야코비 행렬의 최소 및 최대 고유값의 비로서 정의된 기구학적 조절 인덱스를 사용함으로써 성능이 평가될 수 있다. 또한, 야코비 스케일링 행렬은 변환된 엔드 이펙터 비틀림의 유닛을 균등화하게 될 엔드 이펙터 비틀림에 대한 물리적으로 의미있는 변형을 이용함으로써 알 수 있다. 설계자는 야코비 행렬의 조건 인덱스의 계산에 앞서 야코비 행렬의 스케일링/정규화 인자를 결정할 것이 요구될 수 있다. 사용되는 방법론은 각각의 로봇 아암의 직렬 및 병렬 부분에 대한 개별적인 특성 길이의 사용에 의존한다.

등식 44 및 45는 등식 43의 부행렬과 개별 벡터의 유닛을 명시한다. 대괄호(bracket)는 단위 벡터 또는 단위 행렬을 지정하는 데에 사용될 수 있고, [m] 및 [s]는 각각 미터 및 초를 나타낸다. 야코비 행렬(J _I 및 J _o)은 균일한 유닛을 소유하지 않으며, 이 행렬들 모두를 정규화하기 위해 단일한 특성 길이를 사용하는 것은 가능하지 않은 데 이는 로봇 아암은 직렬 및 병렬 부분 모두를 포함할 수 있기 때문이다. 또한, 상이한 응용분야에 대한 로봇 시스템의 성능을 평가하는 것은 야코비 행렬(J _I 및 J _o)의 모든 요소의 유닛이 단일성을 가짐을 나타내는 야코비 행렬(J _I 및 J _o)의 정규화를 동시에 수행하는 것을 포함한다. 또한, 이것은 각각의 행렬 블록을 병렬 로봇 또는 직렬 로봇(예로서, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇), 또는 기관의 기구학에 연관시키는 한편, 등식 43의 각각의 부행렬의 물리적 의미 및 이 행렬들의 유닛에 대한 검사를 통해 달성될 수 있다.

등식 44

등식 45

등식 46

야코비 행렬(J _o)이 회전하는 기관 및 엔드 이펙터의 속도를 특성화할 때, 이 행렬은 특성 길이로서 목표 지점에서 기관의 반경을 사용하여 균등화될 수 있다. 이것은, 기관의 각속도의 결과로서, 지점(ti)에 선속도를 부여하는 순시적인 회전 중심에 대해 측정되는, 반경이 될 수 있다. 등식 43의 K _i H _i i=1,2,3으로 주어지는 J _o의 최우측 9개 성분은 [m]의 유닛을 갖는다. 그러므로, 이 성분들을 목표 지점(L_r)에서 기관의 반경으로 나누는 것은, 이 성분들의 유닛이 단일성을 가짐을 나타낼 수 있다. 동일한 처리가 각각의 행렬 블록 G _i P _i i=1,2,3의 최우측 6개 성분에 대해서도 수행될 수 있는 데, 마찬가지로 이 성분들을 L_r로 나눈다.

야코비 행렬(J _I)은 병렬 로봇과 직렬 로봇 양자 모두에 대한 지오메트리를 기술할 수 있다. 또한 이것은 L_p, 병렬 로봇의 연결 링크의 길이

, 및 L_s, 특성 길이로서, 직렬 로봇의 내부 휨 튜브의 휨 반경을 사용하여 행해질 수 있다. 일부 실시예에서, L_p는 [1/m]의 유닛을 갖는

의 성분들이 곱해진다. 또한 [m]의 유닛을 갖는

의 성분들이 L_s로 나누어질 수 있다. 이것은 무차원일 수 있는 정규화된 입력 야코비(J _I)가 되는 결과를 초래할 수 있다. 또한, 이동 플랫폼의 반경은 정규화에 대해 사용될 수 있다. Lp는 이동 플랫폼의 단위 각속도로부터 나오는 지점(q_i)에서 선속도의 스케일링 펙터일 수 있다. 마찬가지로, 직렬 로봇의 원형 휨 캐뉼러는 가상 회전 결합으로서 모델링될 수 있고 휨 반경(L_s)은 직렬 로봇과 관련된

의 성분을 정규화하는데에 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 눈은 중심에 대해 회전 이동만 허용되는 억제된 기관으로서 모델링될 수 있다. 이것은 등식 47에 나타낸 바와 같은 3차원 벡터로서 기관의 비틀림에 대한 간명한 모델을 산출하는 데에 사용될 수 있다. 로봇 아암 엔드 이펙터의 상대 선속도 및 각속도는 망막상에서, 목표 지점에 대해 등식 48 및 49에 의해 주어진다. 등식 48 및 49는 각각의 아암의 엔드 이펙터와 목표 지점간의 상대적 비틀림을 산출하기 위해 조합될 수 있고, 등식 50, 여기서

이다. 또한, 등식 40에서 5차원으로 나타낸 직렬 로봇 엔드 이펙터의 억제된 비틀림은 등식 51로 간명화된다. 또한, 눈에 의한 전체 시스템에 대한 야코비 행렬식은 등식 52로 간명화된다.

등식 47

등식 48

등식 49

등식 50

등식 51

등식 52

일부 실시예에서, 적어도 4개의 동작 모드인, 기관내 조작 및 기관의 안정화; 억제된 기관내 이동을 이용한 기관 조작(예로서, 눈 내부의 목표 지점에 대해 눈에 디바이스의 상대 위치를 유지시키면서 눈에 대한 조작); 억제되지 않은 기관내 이동을 이용한 기관 조작(예로서, 눈과 눈내에 있는 디바이스간의 상대 이동과 무관하게 눈을 조작); 및 동시적인 기관 조작 및 기관내 동작들인, 수술을 위한 로봇 시스템에 의해 수행될 수 있다.

또한, 상기 설명한 4개 모드의 각각은 정교한 조작 능력 평가를 제공하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 기관 안정화를 이용한 기관내 동작은 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘, 이 시스템의 두 아암 중 하나에 의해 눈 내부에서 특정한 수술 타스크를 이 시스템이 얼마나 잘 수행할 수 있는 지에 대한 측정값을 검사하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 억제된 기관내 이동을 이용한 기관 조작은, 절개 지점에서 기구학적 제약조건을 준수하고 망막에 대해 그리퍼의 속도를 제로로 유지하는 동안, 안와에 대한 정교한 조작 능력을 갖춘, 상기 두 개 아암이 눈의 회전 위치를 얼마나 양호하게 통틀어 조작할 수 있는 지에 대한 측정값을 평가하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 억제되지 않은 기관내 이동을 이용한 기관 조작은 망막에 대해 그리퍼의 속도를 제로로 유지시키는 제약 조건없이 안와에 대한 정교한 조작 능력을 평가하는 데에 사용될 수 있다. 또한, 예를 들어, 동시적인 기관 조작 및 기관내 동작은 눈을 회전시키는 것과 기관내 수술 타스크를 실행하는 것을 동시에 행하는 동안 안구내 및 안와에 대한 정교한 조작 능력을 측정하는 데에 사용될 수 있다.

하기의 분석을 위해, 두 로봇 아암이 안구의 한쪽에 놓인다. 두 개의 절개 지점이 각도

및

로 명시될 수 있다. 상기 설명한 수술 타스크의 4개 모드는 모두 이 셋업을 기초로 할 수 있다.

행렬 M 및 N을 사용하여 등식 52를 다시 기재하면, 등식 53이 획득될 수 있는 데, 여기서

및

이다.

를 지정하면 등식 53은 등식 54로 간명화되고 그 물리적 의미는 눈의 각속도가 제로임을 의미할 수 있다. 등식 54는 눈을 억제하는 동안 수학적인 안구내 조작 모델을 나타낸다.

마찬가지로,

를 지정하면 등식 53은 등식 55로 간명화될 수 있다. 물리적으로 이것은 눈에 대한 직렬 로봇 엔드 이펙터의 상대 속도를 제로로 되도록 명시하는 것에 의해, 등식 55는 수학적인 안와 조작 모델을 나타낸다는 것을 의미한다.

등식 53

등식 54

등식 55

기관 안정화를 이용한 기관내 동작에 대해, 2개의 모듈러 구성이 고려될 수 있다. 제1 구성에서 로봇 아암은 어떠한 원거리에서의 정교한 조작 능력(예로서, 자신의 종축을 중심으로 회전할 수 있는 직선형 캐뉼러)도 갖지 않는 표준 안과용 의료기기를 사용할 수 있다. 이것은 7 자유도의 로봇 아암을 산출한다. 7 자유도의 로봇 아암에 대한 야코비 행렬은 등식 56 및 등식 57에서와 같은

일 수 있다. 제2 구성에서 로봇 아암은 직렬 로봇을 채용하고, 따라서 기구학적 모델은 등식 34에 의해 나타내어질 수 있다. 안구내 정교한 조작 능력 평가는 두 개의 구성 모두(예로서, 직렬 로봇이 있는 구성 또는 없는 구성)에서 시스템의 성능을 비교하는 데에 사용될 수 있다.

전체 야코비 행렬을 정규화하기 위해 다수의 특성 길이를 사용하는 방법은 성능 평가를 위해 사용될 수 있다. 기관 안정화를 이용한 기관내 동작에 대해, 병진 이동 및 회전 능수능란성을 개별적으로 평가하는 것은

및

의 상위 및 하위 3개 행을 조사함으로써 달성될 수 있다. 등식 56 및 등식 58은 7 자유도 로봇 및 8 자유도 로봇의 병진 이동에 대한 정규화된 야코비 부행렬을 제공하는 반면에, 등식 57 및 등식 59는 7 자유도 로봇 및 8 자유도 로봇의 회전 이동에 대한 정규화된 야코비 부행렬을 제공한다.

등식 56

등식 57

등식 58

등식 59

억제된 기관내 이동을 이용한 기관 조작은 안구를 회전시키기 위해 두 개의아암을 동시에 사용할 때 안와에 대한 정교한 조작 능력을 평가하는 데에 사용될 수 있다. 이 평가는 망막의 주위 영역에 대한 모습을 얻기 위해 전문 의료인이 현미경 아래에서 눈을 회전시켜야 하는 것에 대처하도록 설계될 수 있다.

2개 아암은 망막상의 목표 지점에 접근하도록 미리결정될 수 있다. 목표 지점에 대한 로봇 엔드 이펙터의 상대 위치 및 방향은 일정한 상태에 있다. 망막상의 목표 지점은 눈 및 부착된 좌표계{E}에서 정의된,

이도록 선택될 수 있다. 프레임 {E}는 기관 좌표계{O}와 유사하게 정의될 수 있고 {W}에 대한 눈의 상대 회전을 나타낼 수 있다. 이것은 목표 지점이 조작 동안 눈과 함께 회전하게 되도록 할 수 있다.

유도의 정확성을 검증하기 위해, y축에 대해 10°/초인 눈의 소망하는 회전 속도가 명시될 수 있고 입력 조인트 작동 속도는 야코비 행렬을 통해 계산될 수 있다. 상기 엔드 이펙터를 목표 지점에 고정시킴으로써 눈을 회전시키기 위해 2개의 직렬 로봇(예, 안구내 정교한 조작 능력을 갖춘 로봇) 및 안구는 그들간에 어떠한 상대적 이동도 허용하지 않는 강체를 형성한다. 직렬 로봇 조인트의 속도는 제로로될 것이 예상될 수 있다.

억제되지 않은 기관내 이동을 이용한 기관 조작을 위해,

에 적용되는 어떠한 제약조건도 있을 수 없다. 따라서, 선택된 목표 지점(ti)에 대해 지점(gi)의 속도에 제한을 반드시 가할 필요는 없을 수 있다. 또한, 등식 51을 등식 53에 대입하면 하기와 같은 등식 60 및 등식 61을 산출한다.

등식 60

여기서

이고

이다.

등식 61

기관 조작 및 기관내 동작을 동시에 수행하는 것을 위해, 2개 아암은 안구를 조작하기 위해 협력할 수 있다. 또한, 하나의 아암은 특정 경로를 따라 눈 안쪽에서 동작할 수 있다. 이 조합된 동작을 이용하는 로봇의 전체 능수능란성이 평가될 수 있다. 눈이 10°만큼 y축에 대해 회전될 수 있다고 가정하면 로봇 시스템의 하나의 아암은 망막을 독립적으로 스캐닝할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는 상기 아암과 눈간에 특정된 상대 이동이 있을 수 있다는 것을 의미한다. 포트

를 통해 삽입된 아암이 눈에 대해 위치 및 방향이 고정되어 있다고 가정하면, 포트

을 통해 삽입된 아암은 눈을 y축에 대해 10°만큼 회전시키기 위해 이전 아암과 협력할 수 있지만, 아암은 또한 등위원 θ = 5π/6을 따라 60°만큼 망막을 스캔한다. 일부 실시예에서, 단일한 아암이 동작을 수행하기 위해 사용될 수 있다.

선속도 및 각속도를 병렬 로봇 플랫폼 중심으로부터 프레임{Qi}으로 변환시키는 것은, 하기의 등식 62 및 등식 63을 초래한다.

등식 62

등식 63

또한, 등식 62 및 등식 63을 행렬로 기재하면 연결 링크의 원거리 단부(qi)의 비틀림을 형성하는 결과를 초래한다.

등식 64

여기서

는 비틀림 변환 행렬일 수 있다.

또한,

및

로 되게 하면 병렬 로봇 플랫폼에 의해 기여되는 지점(gi)의 비틀림이 계산될 수 있다. 직렬 로봇의 2개의 직렬 자유도를 통합함으로써, 지점(gi)의 비틀림이 획득될 수 있다.

등식 65

하기의 등식 66와 같이 직렬 로봇의 야코비 행렬(

)을 산출하는 것은,

등식 66

여기서

은직렬 로봇 튜브의 축에 대한 회전 속도 및 프리커브된 NiTi 캐뉼러(520)의 휨을 포함할 수 있다. 지점(g_i)의 비틀림에 관한 하이브리드 야코비 행렬과 하나의 아암의 모든 8개 입력은 등식 34에서와 같이 획득될 수 있고, 여기서,

및

이다.

또한, 소망하는 i번째 엔드 이펙터 속도

의 5x1 오일러 각도 파라미터화는, 퇴화 행렬 K _i에 의해, i번째 로봇 엔드 이펙터,

의 일반적인 비틀림과 관련될 수 있다. 이 행렬은 카테시안 각속도를 오일러 각속도에 관련시키는 관계를 사용하여 유도될 수 있다.

등식 67

여기서

상기 관계식을 이용하여, 시스템의 일반적인 비틀림,

은 하기의 등식 68과 같이, 6x1 오일러 각도 비틀림,

에 관련될 수 있다.

등식 68

여기서

이다.

상기 설명한 경로 계획 등식에서 사용된 5x1 오일러 파라미터화는 5x6 퇴화 행렬을 6x1 오일러 각도 비틀림에 적용함으로써, 하기의 등식 69와 같이 유도될 수 있다.

등식 69

일반화된 오일러 각도 비틀림 및 6x1 오일러 각도 비틀림간의 관계를 치환하면 하기의 등식 70과 같이, 행렬 M _i를 산출한다.

등식 70

여기서

이다.

상기에서 명시한 바와 같이, 각각의 삽입 아암이 삽입 지점에서 기관의 표면 속도와 동일한 속도에 삽입 니들을 따라 임의의 속도를 더한 속도로만 삽입 위치에서 이동한다는 제약 조건은 하기와 같이 유도될 수 있다. 이 제약 조건의 전개에 조력하기 위해, 지점(m_i)은 기관의 표면상의 삽입 지점에 있는 것으로 정의될 수 있고 지점

는 m_i과 순시적으로 일치하는 삽입 니들상의 지점으로서 정의될 수 있다.

의 속도는 니들 축에 수직인 평면에서, 지점(m_i)의 속도와 동일해야 한다.

등식 71

방향

및

에서 도트 곱을 취하면 2개의 독립적인 제약조건 등식을 산출한다.

등식 72

등식 73

이 제약조건들은 지점(m_i 및

)의 속도를 로봇 및 기관 좌표계에 관련시킴으로써 조인트 각도 및 기관 속도항으로 표현될 수 있다. 지점(

)의 속도는 하기와 같이, 프레임{Q}의 속도와 관련될 수 있다.

등식 74

프레임{Q _i}의 비틀림을 대체함으로써, 등식 74는 등식 75로 된다.

등식 75

여기서,

이다.

또한, 등식 64 및 등식 33을 대입하여 하이브리드 조인트 파라미터

의 항에 대해 기재하면,

등식 76

여기서,

이다.

삽입 지점(m)의 속도에 대한 표현은 소망하는 기관 속도에 관련될 수 있고, 등식 77을 산출한다.

등식 77

여기서,

이다.

또한, 등식 76 및 등식 77을 등식 72 및 등식 73에 대입하면 기관-로봇 시스템의 강체 이동을 고려한 제약조건 등식을 산출한다.

등식 78

등식 79

벡터

및

는

와 같은 행렬 형태로 표현될 수 있고, 행렬

는

를 나타내기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 혈관의 크기 또는 해부학적 특징이 5-900 미크론 정도인 경우에 수행될 수 있다. 개시된 주제의 일부 실시예는 예를 들어, 버블 형성, 눈감김, 색전 폐색, 클램프, 리뉴머러블 임플란트, 일회용 의료기구, 및/또는 약물 투여 등을 제공할 수 있다.

본 단락에서 제공된 숫자들은 CPT(Current Procedural Terminology) 편집 패널을 통해, 미국 의료 협회에 의해 유지되는, CPT 코드들이다. 이 코드들은 단지 예로서 사용되었다. 개시된 주제의 일부 실시예는 예를 들어, 망막 수술, 망막 도관 수술, 캐뉼러 삽입, 색전 폐색, 약물 투여, 스텐트 시술, 혈관확장술, 바이패스 수술, 및/또는 동맥 내막 절제술에 대해 사용될 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 약물 투여 디바이스 주입, 망막 칩 주입, 망막 색소 상피 세포 이식, 자가 조직 줄기 세포 채취(모양체), 망막하 수술(유체 주입, 멤브레인 제거, 전좌), 고정밀 종양 조직 검사, 치료용 주입(즉, 방사성 시드)(CPT 678218), 로봇 이용 이질체 제거(CPT 66265), 예를 들어, 망막 분리 치료와 같은, 로봇을 이용한 고정밀 멤브레인 절개(CPT 67105, 67108, 67112,67113); 증식성 유리체 망막병증; 근육 홀 치료(CPT 67042); 망막 앞막 절개(CPT 67041); 및/또는 로봇을 이용한 유리체 절제술(CPT 67039, 67040); 수정체절제술(CPT 67852)에 사용될 수 있다. 개시된 주제의 일부 실시예는 예를 들어, 자동화된 각막 이식에서 백내장 및/또는 각막 수술{예로서, 관통각막 이식술, 데스메막 각막내피층판 이식술(DESK;Descemet's stripping endothelial keratoplasty), 심층각막내피이식술(DLEK: deep lamellar endothelial keratoplasty)}(CPT 65710, 65730, 65750,65755); 고정밀 마이크로절개 수정체유화(CPT 66984, 66982, 66940,66850), 자동 수정체낭절개술; 및/또는 홍체성형술(CPT 66680, 66682, 66630)에 대해 사용될 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 마이크로 세톤(튜브 션트)이 배치되어 있는 경우등에서 녹내장 수술(CPT 66180), 마이크로여과 수술(CPT 66170, 66172); 섬유주절개술/안우각절개술(CPT 65820); 및/또는 마이크로 홍채절개술 또는 마이크로 홍채절제술(CPT 66625)에 대해 사용될 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 시신경 시드 천공과 같은 최소 침습 수술과 같은 안성형 수술(CPT 67038); 갑상선 감압 수술(CPT 31293); 및/또는 안와 또는 골막하 종기의 누출, 종양 조직 검사에 사용될 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 안검미용성형술과 같은 로봇을 이용한 안성형 수술(CPT 15820, 15821); 리드 열상 치료(CPT 66930, 66935, 67930, 67935, 12011-12018, 12051-12057, 13131-13153); 안와 골절 치료(CPT 21835-21408); 이마 거상술, 안검 하수증 치료(CPT 67901, 67902); 및/또는 안검 외반, 안검 내번, 눈썹난생증(CPT 67961, 67966)에 대해 사용될 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 로봇 도움을 제공함으로써 수술절차를 향상시킨다. 일부 실시예는 타당할 것 같지 않을 수도 있는 수술 절차가 사람에 대해 수행될 수 있도록 할 수 있다. 일부 실시예는 예를 들어, 우회 줄기 세포 채취, RPE 이식, 및/또는 막 제거 등에 대해 사용될 수 있다.

상기 설명에서 제시된 기술사상에 대한 기타 실시예, 확장 및 수정들은 본 발명의 검토시 당업자에 의해 이해되고 이해할 수 있는 범위에 속한다. 따라서, 본 발명의 여러 실시양상에서 본원에 개시된 주제의 범위는 상기 설명에 제시된 예에 의해 한정되지 않는다. 개시된 주제의 개별적인 양상 및 개시된 주제의 전체는 그러한 설계의 수정 및 미래의 개발내용이 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다. 본원에 개시된 발명의 주제는 하기의 청구범위에 의해서만 제한된다.

102; 초기 셋업
104; 기관에 진입
106; 스텐트를 삽입
108; 기관에서 빠져나옴

Claims

로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템으로서,
텔레로봇 마스터 및 슬레이브 하이브리드 로봇을 포함하고,
상기 텔레로봇 마스터는 사용자가 제어하는 적어도 하나의 마스터 슬레이브 인터페이스를 포함하고,
상기 슬레이브 하이브리드 로봇은 해제가능하게 환자에게 부착될 수 있는 프레임에 부착된 적어도 하나의 로봇 아암을 포함하며,
상기 적어도 하나의 로봇 아암은 병렬 로봇 및 직렬 로봇을 포함하고, 상기 직렬 로봇은 스텐트 시술 유닛을 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스텐트 시술 유닛은
지지 튜브;
상기 지지 튜브 내부에 위치되고, 상기 지지 튜브의 외부에 있을 때 구부러지는 단부를 갖는 프리벤트 튜브;
상기 프리벤트 튜브 내부에 삽입된 가이드 와이어; 및
상기 가이드 와이어에 해제가능하게 장착된 스텐트
를 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제2항에 있어서, 상기 스텐트를 상기 가이드 와이어를 따라 밀기 위해 상기 가이드 와이어 주위에 위치된 스텐트 푸시 튜브를 더 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제1항에 있어서, 상기 병렬 로봇은 6 자유도를 갖는 로봇을 포함하고 직렬 로봇은 2 자유도를 갖는 로봇을 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제2항에 있어서, 상기 프리벤트 튜브는 상기 지지 튜브의 외부로 이동함에 따라 하나의 자유도를 갖고 구부러지는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제2항에 있어서, 상기 지지 튜브와 상기 프리벤트 튜브 중 적어도 하나는 자신들의 종축을 중심으로 회전하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제2항에 있어서, 상기 프리벤트 튜브는 상기 지지 튜브의 외부로 이동할 때 그리고 내부로 회전할 때 하나의 자유도를 갖고 구부러지는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템에 있어서,
텔레로봇 마스터 및 슬레이브 하이브리드 로봇을 포함하고,
상기 텔레로봇 마스터는 사용자가 제어하는 적어도 두 개의 마스터 슬레이브 인터페이스를 포함하고,
상기 슬레이브 하이브리드 로봇은 해제가능하게 환자의 머리에 부착될 수 있는 프레임에 부착된 적어도 두 개의 로봇 아암을 포함하며,
상기 적어도 두 개의 로봇 아암은 각각 병렬 로봇에 연결된 직렬 로봇을 포함하는 데 상기 직렬 로봇 중 적어도 하나는 스텐트 시술 유닛을 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제8항에 있어서, 상기 스텐트 시술 유닛은
지지 튜브;
상기 지지 튜브 내부에 위치되고, 상기 지지 튜브의 외부에 있을 때 구부러지는 단부를 갖는 프리벤트 튜브;
상기 프리벤트 튜브 내부에 삽입된 가이드 와이어; 및
상기 가이드 와이어에 해제가능하게 장착된 스텐트
를 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제9항에 있어서, 상기 스텐트를 상기 가이드 와이어를 따라 밀기 위해 상기 가이드 와이어 주위에 위치된 스텐트 푸시 튜브를 더 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제8항에 있어서, 상기 병렬 로봇은 6 자유도를 갖는 로봇을 포함하고 상기 직렬 로봇은 2 자유도를 갖는 로봇을 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제9항에 있어서, 상기 프리벤트 튜브는 상기 지지 튜브의 외부로 이동함에 따라 하나의 자유도를 갖고 구부러지는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제9항에 있어서, 상기 지지 튜브와 상기 프리벤트 튜브 중 적어도 하나는 자신들의 종방향 축선을 중심으로 회전하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제9항에 있어서, 상기 프리벤트 튜브는 상기 지지 튜브의 외부로 이동할 때 그리고 내부로 회전할 때 하나의 자유도를 갖고 구부러지는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
스텐트를 혈관에 삽입하는 방법으로서,
지지 튜브를 기관에 삽입하는 단계;
프리벤트 튜브가 상기 지지 튜브로부터 연장하도록 하는 단계;
혈관을 뚫기 위해 가이드 와이어가 상기 프리벤트 튜브로부터 연장하도록 하는 단계;
혈관에 들어가도록 상기 가이드 와이어 주위에 장착된 스텐트가 전방으로 이동되도록 하는 단계; 및
상기 가이드 와이어를 혈관으로부터 인출하는 단계
를 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제15항에 있어서, 혈관에 들어가도록 상기 스텐트가 전방으로 이동되도록 하는 단계는, 스텐트 푸시 튜브가 상기 스텐트와 맞물려서 상기 스텐트가 혈관내로 이동되도록 하는 단계를 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.
제16항에 있어서, 혈관에 들어가도록 상기 스텐트가 전방으로 이동되도록 하는 단계는, 상기 스텐트를 상기 가이드 와이어를 따라 소망 위치로 진행시키기 위해 미세가공된 스쿠류 유형 외부 나선을 갖춘 상기 스텐트를 운반하는 상기 가이드 와이어를 회전시키는 단계를 포함하는 것인 로봇을 이용한 미세수술 스텐트 시술 시스템.