KR20140096342A - 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

의료용 로봇 시스템은 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나오는 관절형 기구들을 포함한다. 엔트리 가이드 및 기구들을 재배향시키기 위해 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 전에, 기구들은 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴된다. 기구들의 후퇴에 있어 오퍼레이터를 지원하기 위해 촉각 정보들 및 속도 한계들이 제공된다. 후퇴 후에는, 엔트리 가이드는 기구들이 환자의 내부 구조부를 손상시키게 되는 염려없이 피벗운동될 수 있다. 기구들의 엔트리 가이드를 향한 탠덤식 후퇴 이동은 또한 엔트리 가이드가 고정된 위치 및 배향으로 유지되는 동안의 결합적 제어 모드를 통해 발생할 수 있다.

Description

복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MOVING A PLURALITY OF ARTICULATED INSTRUMENTS IN TANDEM BACK TOWARDS AN ENTRY GUIDE}
본 발명은 일반적으로 의료용 로봇 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는 엔트리 가이드로부터 신장되어 나온 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최소 침습 수술 과정을 실행하는 데 사용되는 원격 수술 시스템과 같은 의료용 로봇 시스템은 적은 통증, 짧은 입원 기간, 일상 생활로의 빠른 복귀, 최소한의 흉터, 감소된 회복 시간, 및 적은 조직 손상을 포함하여, 전통적인 개복 수술법을 능가하는 많은 이점들을 제공한다. 그 결과, 이러한 의료용 로봇 시스템에 대한 요구가 강해지고 증대되고 있다.
그와 같은 의료용 로봇 시스템의 하나의 예가 하나의 최소 침습 로봇 수술 시스템인, 미국 캘리포니아주 서니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드(Intuitive Surgical, Inc.)의 DA VINCI® 수술 시스템이다. DA VINCI® 수술 시스템은 영상 촬상 장치에 의해 촬상된 수술 부위의 영상을 보면서 외과의가 작동시키는 입력 장치의 운동에 응답하여, 영상 촬상 장치 및 인튜어티브 서지컬의 전매품인 ENDOWRIST® 관절형 수술 기구와 같은 부착 의료 장치들을 운동시키는 다수의 로봇 암을 가지고 있다. 의료 장치들의 각각은 그 자체의 최소 침습 절개를 통해 환자 내부로 삽입되어, 수술 부위에서의 의료 과정을 수행하도록 배치된다. 절개부는, 수술 기구들이 공조적으로 의료 과정을 수행하고 영상 촬상 장치가 그 장면을 보여줄 수 있도록, 환자의 신체에 위치된다.
하지만, 특정의 의료 과정을 수행하는 데는, 의료 과정을 수행하기 위해 환자 내부로 진입하기 위한, 최소 침습 절개부 또는 자연적인 인체 구멍과 같은, 단일의 개구부를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예컨대, 엔트리 가이드("가이드 튜브"라고도 함)가 먼저 삽입되고, 배치되고, 진입 개구부 내의 정위치에 유지될 수 있을 것이다. 그런 다음, 의료 과정을 수행하기 위해 사용되는, 관절형 카메라 및 복수의 관절형 수술 툴과 같은 기구들이 엔트리 가이드의 근위 단부 내로 삽입되어, 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나올 수 있을 것이다. 그에 따라, 엔트리 가이드는 기구들을 수술 부위를 향해 안내할 때 다수의 기구에 대한 단일의 진입 개구부를 제공하면서, 기구들을 함께 묶음구성된 상태로 유지시킨다.
US 2009/0326318 A1은, 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나온 관절형 기구의 동작 범위가 최적화될 수 있도록, 엔트리 가이드의 배향을 재배치시킴에 있어서 오퍼레이터를 돕는 시각 정보를 개시하고 있다. US 2011/0040305 A1은 관절형 기구의 엔트리 가이드 내부 및 외부로의 이동 시의 관절형 기구의 컨트롤러 지원 재구성을 개시하고 있다. US 2011/0201883 A1은 단일 포트 수술 시스템에 있어서의 다수의 기구를 위한 엔트리 가이드를 개시하고 있다. US 2008/0071288 A1은 최소 침습 수술 가이드 튜브, 가이드 튜브로부터 신장가능한 관절형 기구, 및 가이드 튜브 및 기구의 운동을 제어하기 위한 컨트롤러를 개시하고 있다.
관절형 기구의 동작 범위를 최적화시키는 데 더하여, 관절형 기구들 중의 하나 이상이 의료 과정이 수행될 환자 내부의 일정 위치에 도달하거나 다른 방식으로 접근할 수 있도록, 엔트리 가이드의 배향 및 결과적인 엔트리 가이드 내부에 배치된 관절형 기구의 배향을 변경시키는 것이 필요할 수 있을 것이다. 하지만, 엔트리 가이드의 배향을 변경시킬 때에는, 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나온 관절형 기구들이 환자의 주변 조직 또는 다른 내부 구조부를 가격하여 손상시키지 않도록 하는 것을 확실히 하기 위해 주의하여야 한다. 또한, 촉각 정보(haptic cue)들이 엔트리 가이드 재배향 과정 시에 외과의를 지원하기 위해 제공될 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 양태들의 하나의 목적은 환자를 손상시키는 것을 피하는 방식으로, 그것을 통해 관절형 기구들이 신장될 수 있게 해주는 엔트리 가이드의 배향을 변경시키는 것을 용이하게 해주는 의료용 로봇 시스템 및 의료용 로봇 시스템에서 실행되는 방법이다.
본 발명의 하나 이상의 양태들 중의 또 다른 목적은 의료용 로봇 시스템의 오퍼레이터에 의해 수행되어야 할 단계들을 최소화한 신속하고 효율적인 방식으로, 그것을 통해 관절형 기구들이 신장될 수 있게 해주는 엔트리 가이드의 배향을 변경시키는 것을 용이하게 해주는 의료용 로봇 시스템 및 의료용 로봇 시스템에서 실행되는 방법이다.
본 발명의 하나 이상의 양태들 중의 또 다른 목적은 엔트리 가이드를 재배향시키는 과정의 일부분으로서의 엔트리 가이드 내로의 하나 이상의 관절형 기구의 오퍼레이터 제어 후퇴를 용이하게 해주는 의료용 로봇 시스템 및 의료용 로봇 시스템에서 실행되는 방법 또는 그와 같은 제어 후퇴가 유용한 다른 적용예에 있어서의 의료용 로봇 시스템 및 의료용 로봇 시스템에서 실행되는 방법이다.
본 발명의 하나 이상의 양태들 중의 또 다른 목적은 엔트리 가이드로부터 신장되어 나온 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 의료용 로봇 시스템 및 의료용 로봇 시스템에서 실행되는 방법이다.
이러한 목적들 및 부가의 목적들은 본 발명의 다양한 양태들에 의해 성취되며, 간략히 언급하면, 하나의 양태는 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법에 있어서, 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에만 응답하여 복수의 관절형 기구들이 후퇴 자세를 취하게 만드는 과정을 포함하는 방법이다.
또 다른 양태는 복수의 관절형 기구들이 신장되어 나오게 해주는 엔트리 가이드를 재배향시키는 방법에 있어서, 초기 거리로부터의 잠금 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 제1 명령을 생성하는 과정; 상기 제1 명령에 응답하여 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 정위치에 잠금되게 만드는 과정; 잠금 거리보다 큰 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 제2 명령을 생성하는 과정; 상기 제2 명령에 응답하여 복수의 관절형 기구들이 후퇴 자세를 취하고 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정; 복수의 관절형 기구들 중의 어느 것도 임의의 환자의 내부 구조부를 손상시키는 일이 없는 엔트리 가이드의 피벗운동을 허용하는 거리만큼 복수의 관절형 기구들이 후퇴된 후에, 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 잠금해제되게 만드는 과정; 엔트리 가이드를 다른 배향으로 피벗운동시키라는 제3 명령을 생성하는 과정; 및 상기 제3 명령에 응답하여 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 엔트리 가이드를 피벗운동시키게 만드는 과정을 포함하는 방법이다.
또 다른 양태는 적어도 하나의 입력 장치; 엔트리 가이드; 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나오는 복수의 관절형 기구들; 복수의 관절형 기구들의 대응하는 하나씩을 조작하기 위한 복수의 기구 머니퓰레이터들; 및 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 적어도 하나의 입력 장치로부터 수취된 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 복수의 관절형 기구들을 후퇴 자세를 취하게 조작하도록 복수의 기구 머니퓰레이터들에 명령하도록 맞춤구성된 프로세서를 포함하는 로봇 시스템이다.
본 발명의 다양한 양태들의 부가의 목적들, 특징들 및 장점들이 첨부도면을 참조하는 하기의 바람직한 실시형태의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템의 개략도를 도시하고 있다.
도 2 및 3은 각각 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 환자측 지지 시스템의 대안적인 실시형태들을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서의 엔트리 가이드의 조작과 관련한 기준 좌표계 및 자유도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서의 엔트리 가이드를 조작하기 위한 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 외과의 콘솔의 정면도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 관절형 기구가 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 상태에서의 엔트리 가이드의 원위 단부의 사시도를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 엔트리 가이드의 단면도를 도시하고 있다.
도 9는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 관절형 기구의 근위 부분의 사시도를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에 유용한 관절형 기구와 상대결합하여 그 관절형 기구를 구동시키는 기구 머니퓰레이터의 액추에이터의 부분의 사시도를 도시하고 있다.
도 11은 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 로봇 암 어셈블리에 결합된 플랫폼 상에 장착된 관절형 기구 어셈블리의 제1 사시도를 도시하고 있다.
도 12는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 로봇 암 어셈블리에 결합된 플랫폼 상에 장착된 관절형 기구 어셈블리의 제2 사시도를 도시하고 있다.
도 13은 제어가능한 장치들을 제어하고, 제어가능한 장치들을 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템의 입력 장치들과 선택적으로 연계시키기 위한 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 14는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 관절형 기구가 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 상태에서의 피벗운동하는 엔트리 가이드의 측면도를 도시하고 있다.
도 15는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 관절형 기구가 엔트리 가이드 내로 후퇴된 상태에서의 피벗운동하는 엔트리 가이드의 측면도를 도시하고 있다.
도 16은 적어도 하나의 관절형 기구가 내부에 배치되어 있는 엔트리 가이드를 재배향시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 방법의 플로우 다이어그램을 도시하고 있다.
도 17은 본 발명의 양태를 이용하는 관절형 기구들의 결합 제어를 갖는 엔트리 가이드 모드에서의 의료용 로봇 시스템의 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 18A-18C는 본 발명의 양태를 이용하는 의료용 로봇 시스템에서 관절형 기구들을 엔트리 가이드 내로 후퇴시키는 여러 단계들에서의 엔트리 가이드의 상면도를 도시하고 있다.
도 19는 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 방법의 플로우 다이어그램을 도시하고 있다.
도 20은 적어도 하나의 관절형 기구를 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 방법에서 사용가능한 힘 대 명령된 위치 변경 관계도를 도시하고 있다.
도 21은 적어도 하나의 관절형 기구를 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 방법에서 사용가능한 속도 대 명령된 위치 변경 관계도를 도시하고 있다.
도 22는 본 발명의 양태를 이용하는 관절형 기구들의 결합 제어를 갖는 카메라 모드에서의 의료용 로봇 시스템의 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 23은 본 발명의 양태를 이용하는 관절형 기구들의 결합 제어를 갖는 기구 추종 모드에서의 의료용 로봇 시스템의 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다.
도 24는 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 대안적인 방법의 플로우 다이어그램을 도시하고 있다.
도 25는 적어도 하나의 관절형 기구를 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 대안적인 방법에서 사용가능한 힘 대 명령된 위치 변경 관계도를 도시하고 있다.
도 26은 적어도 하나의 관절형 기구를 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위해 본 발명의 양태를 이용하는 대안적인 방법에서 사용가능한 속도 대 명령된 위치 변경 관계도를 도시하고 있다.
도 1은 하나의 예로서, 기구들이 엔트리 가이드를 통해 단일의 진입 개구부를 통해 환자 내부로 삽입되는 의료용 로봇 시스템(2100)의 개략도를 도시하고 있다. 시스템의 대체적인 구조는 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드의 DA VINCI® 수술 시스템 및 ZEUS® 수술 시스템과 같은 다른 시스템의 구조와 유사하다. 3개의 주요 구성요소는 외과의 콘솔(2102), 환자측 지지 시스템(2104) 및 비디오 시스템(2106)이며, 이들은 모두 도시된 바와 같이 유선 또는 무선 연결(2108)에 의해 상호연결된다.
환자측 지지 시스템(2104)은 바닥 장착 구조부(2110) 또는 선택적으로 쇄선으로 도시된 바와 같은 천장 장착 구조부(2112)를 포함한다. 그것은 또한 셋업 암 어셈블리(2114), 엔트리 가이드 머니퓰레이터(entry guide manipulator; EGM)(2116), 플랫폼(2118), 엔트리 가이드(entry guide; EG)(2000) 및 하나 이상의 기구 어셈블리(2500)를 포함한다. 구조부(2110)는 이동가능하거나 고정될 수 있다(예컨대, 바닥, 천장 또는 수술대와 같은 다른 장비에). 하나의 실시형태에 있어서, 셋업 암 어셈블리(2114)는 제동이 해제되었을 때 결합된 링크들의 수동적인(manual) 위치결정을 가능하게 해주는 2개의 예시적인 패시브 로테이셔널 셋업 조인트(passive rotational setup joint)(2114a, 2114b)를 포함한다. 암 어셈블리(2114)와 구조부(2110) 사이의 패시브 프리즈메틱 셋업 조인트(passive prismatic setup joint)(도시 안됨)가 큰 크기의 수직방향 조정을 가능하게 해주기 위해 사용될 수도 있을 것이다.
엔트리 가이드(2000)는 플랫폼(2118)에 결합되고, 플랫폼(2118)은 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)에 결합되어, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)가 플랫폼(2118)을 피벗운동시킬 수 있고, 그 결과 엔트리 가이드(2000)가 원격 중심(Remote Center; RC) 점을 중심으로 피벗운동하게 만든다. 도 4의 엔트리 가이드(2000)의 사시도에 도시된 바와 같이, 엔트리 가이드(2000)는 대체로 원통형이며, 그것의 길이를 따라 중심에서 연장되는 길이방향 축선(X')을 가진다. RC 점은 도시된 바와 같이 X, Y 및 Z 축선을 가지는 고정 기준 좌표계와 도시된 바와 같이 X', Y' 및 Z' 축선을 가지는 엔트리 가이드 기준 좌표계의 모두에 대한 원점으로서 기능한다. 시스템(2100)이 "엔트리 가이드" 모드에 있을 때, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)는 RC 점에서의 Z 축선(공간에서 고정 유지됨)을 중심으로 한 요(yaw)(ψ) 형태의 엔트리 가이드(2000)의 피벗운동을 명령하는 하나 이상의 연계된 입력 장치의 운동에 응답하여 엔트리 가이드(2000)를 피벗운동시킨다. 또한, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)는 Y' 축선(엔트리 가이드(2000)의 길이방향 축선(X')에 수직인)을 중심으로 한 피치(pitch)(θ) 형태의 엔트리 가이드(2000)의 피벗운동을 명령하는 하나 이상의 입력 장치의 운동에 응답하여 엔트리 가이드(2000)를 피벗운동시키고; 엔트리 가이드(2000)의 길이방향 축선(X')을 중심으로 한 롤(roll)(φ) 형태의 엔트리 가이드(2000)의 회전을 명령하는 하나 이상의 입력 장치의 운동에 응답하여 엔트리 가이드(2000)를 회전시키며; 선택적으로, 엔트리 가이드(2000)의 길이방향 축선(X')을 따르는 삽입/후퇴 즉 인/아웃("I/O") 방향으로의 엔트리 가이드(2000)의 선형 이동을 명령하는 하나 이상의 입력 장치의 이동에 응답하여 엔트리 가이드(2000)를 선형 이동시킨다. 공간에서 고정되어 있는 Z 축선과 달리, X' 및 Y' 축선은 엔트리 가이드(2000)와 함께 이동한다는 점에 유의해야 한다.
엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)는 예시적인 액티브(즉, 구동가능한) 요 조인트(2116a) 및 액티브 피치 조인트(2116b)를 포함한다. 조인트(2116c, 2116d)는 플랫폼(2118)에 의해 유지되는 엔트리 가이드(2000)가 셋업 암 어셈블리(2114)를 이용한 의료 과정의 수행 이전에 환자(2122)의 배꼽과 같은 엔트리 포트(2120)에 위치된 RC 점을 중심으로 한 요 및 피치로 피벗운동할 수 있도록 평행 기구(parallel mechanism)로서 작동한다. 하나의 실시형태에 있어서, 액티브 프리즈메틱 조인트(2124)가 엔트리 가이드(2000)를 삽입 및 후퇴시키기 위해 사용될 수 있다. 수술 기구들 및 내시경 촬상 시스템의 어셈블리와 같은 하나 이상의 기구 어셈블리(2500)가 엔트리 가이드(2000) 내에 엔트리 가이드(2000)를 통해 신장가능하게 배치되도록 플랫폼(2118)에 독립적으로 장착된다.
따라서, 셋업 암 어셈블리(2114)는 환자(2122)가 이동가능한 수술대(2126) 상의 다양한 위치에 놓여졌을 때 환자(2122)의 엔트리 포트(2120) 내에 엔트리 가이드(2000)를 위치결정시키는 데 사용된다. 엔트리 가이드(2000)의 배치 후에, 기구 어셈블리(2500)는 그 관절형 기구가 엔트리 가이드(2000) 내로 신장하여 들어가도록 플랫폼(2118) 상에 장착된다. 그런 다음, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)가 엔트리 가이드(2000) 및 그 내부에 배치된 관절형 기구를 RC 점을 중심으로 피치 및 요로 피벗운동시키도록 사용될 수 있다. 하지만, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)에 의한 엔트리 가이드(2000)의 회전 및/또는 엔트리 가이드(2000)의 삽입/후퇴가 반드시 그 내부에 배치된 관절형 기구의 대응하는 운동을 발생시키는 것은 아니다.
도 5에 도시된 바와 같이, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(EGM)(2116)는 엔트리 가이드(2000)의 4 자유도 운동(즉, 요(ψ), 피치(θ), 롤(φ) 및 인/아웃(I/O))을 구동시키는 4개의 액추에이터(501-504) 및 4 자유도 운동을 실행하는 4개의 대응하는 어셈블리(511-514)를 가진다. EGM 요 어셈블리(511)는 요 로터리 조인트(2116a)와, EGM 요 액추에이터(501)(예컨대, 모터)가 요 로터리 조인트(2116a)를 구동(예컨대, 회전)시킬 때 엔트리 가이드(2000)가 RC 점에서 고정된 Z 축선을 중심으로 하여 요(ψ)로 회전되도록 요 로터리 조인트(2116a)를 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)의 다른 부분을 통해 플랫폼(2118)에 결합시키는 하나 이상의 링크를 포함한다. EGM 피치 어셈블리(512)는 피치 로터리 조인트(2116b), 및 EGM 피치 액추에이터(502)(예컨대, 모터)가 피치 로터리 조인트(2116b)를 구동(예컨대, 회전)시킬 때 엔트리 가이드(2000)가 RC 점에서 Y' 축선을 중심으로 하여 피치(θ)로 회전되도록 피치 로터리 조인트(2116b)를 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)의 다른 부분을 통해 플랫폼(2118)에 결합시키는 하나 이상의 링크를 포함한다. EGM 롤 어셈블리(513)는 EGM 롤 액추에이터(503)(예컨대, 모터)가 구동될 때(예컨대, 그것의 로터가 회전할 때) 그에 응답하여 엔트리 가이드(2000)가 그것의 길이방향 축선(X')을 중심으로 회전하도록 엔트리 가이드(2000)를 EGM 롤 액추에이터(503)에 결합시키는 기어 어셈블리를 포함한다. 하나의 실시형태에 있어서, EGM I/O 어셈블리(514)는 EGM I/O 액추에이터(504)(예컨대, 모터)가 구동될 때(예컨대, 그것의 로터가 회전할 때) 회전 동작이 엔트리 가이드(2000)의 길이방향 축선(X')을 따른 선형 변위로 전환되도록 EGM I/O 액추에이터(504)에 결합되는 프리즈메틱 조인트를 포함한다. 또 다른 실시형태에 있어서는, 엔트리 가이드(2000)를 삽입/후퇴 방향으로 이동시키는 대신, 엔트리 가이드(2000) 내에 배치된 모든 관절형 기구가 EG I/O 명령에 응답하여 삽입/후퇴 방향으로 이동된다.
도 2 및 3은 예로서 환자측 지지 시스템(2104)의 대안적인 실시형태들을 도시하고 있다. 지지부(2150)는 고정되어 있다(예컨대, 바닥 또는 천장 장착형). 링크(2152)는 패시브 로테이셔널 셋업 조인트(2154)에서 지지부(2150)에 결합된다. 도시된 바와 같이, 조인트(2154)의 회전 축선은, 엔트리 가이드(도시 안됨)가 환자 내부로 진입하는 위치(예컨대, 복부 수술의 경우의 배꼽 위치)인RC 점(2156)과 정렬된다. 링크(2158)는 로테이셔널 조인트(2160)에서 링크(2152)에 결합된다. 링크(2162)는 로테이셔널 조인트(2164)에서 링크(2158)에 결합된다. 링크(2166)은 로테이셔널 조인트(2168)에서 링크(2162)에 결합된다. 엔트리 가이드는 링크(2166)의 단부(2166a)를 통해 슬라이딩하도록 장착된다. 플랫폼(2170)은 프리즈메틱 조인트(2172) 및 로테이셔널 조인트(2174)에 의해 링크(2166)에 지지되고 결하된다. 프리즈메틱 조인트(2172)는 링크(2166)를 따라 슬라이딩하면서 엔트리 가이드를 삽입 및 후퇴시킨다. 조인트(2174)는 C자형 링 캔틸레버(C-shaped ring cantilever)를 유지시키는 베어링 어셈블리를 포함한다. C자형 링이 베어링을 통해 슬라이딩하면서, C자형 링은 C자형 내부의 중심점 둘레로 회전하여, 엔트리 가이드를 롤(roll)시킨다. C자형에서의 개방부는 엔트리 가이드가 중첩되는 머니퓰레이터를 이동시키는 일없이 장착되고 교체되는 것을 가능하게 해준다. 플랫폼(2170)은 아래에 설명되는 바와 같이 수술 기구들 및 촬상 시스템을 위한 다수의 기구 머니퓰레이터(2176)를 지지한다.
이러한 예시적인 로봇 암 어셈블리(즉, 셋업 암 어셈블리 및 엔트리 가이드 머니퓰레이터)는 예컨대 강성의 엔트리 가이드를 포함하는 기구 어셈블리용으로 사용되며, 원격 중심(RC) 점을 기준으로 운동하도록 작동된다. 로봇 암 어셈블리의 특정의 셋업 및 액티브 조인트는 원격 중심 둘레의 운동이 필요하지 않은 경우에는 생략될 수 있다. 셋업 및 머니퓰레이터 암은 필요한 범위의 수술 자세들을 성취하기 위해 링크들, 패시브 및 액티브 조인트들의 다양한 조합(여분의 자유도가 제공될 수 있음)을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
다시 도 1을 참조하면, 비디오 시스템(2106)은 예컨대 수술 부위의 촬상된 내시경 영상 데이터 및/또는 환자 외부의 다른 촬상 시스템으로부터의 수술전 또는 실시간 영상 데이터를 위한 영상 처리 기능을 수행한다. 비디오 시스템(2106)은 처리된 영상 데이터(예컨대, 수술 부위의 영상과 관련 제어 및 환자 정보)를 외과의 콘솔(2102)에 위치한 외과의에게 출력한다. 몇몇의 양태에 있어서는, 처리된 영상 데이터는 다른 수술실 요원에게 보여질 수 있는 부가적인 외부 모니터로 또는 수술실로부터의 하나 이상의 원격지로(예컨대, 다른 지역의 외과의가 영상을 모니터할 수 있으며; 실시간 제공 영상이 훈련용으로 사용될 수 있는 등) 출력된다.
도 6은 하나의 예로서 외과의 또는 다른 사용자가 시스템(2100)의 엔트리 가이드 및 관절형 기구의 운동을 제어하기 위해 작동시키는 외과의 콘솔(2102)의 정면도를 도시하고 있다. 외과의 콘솔(2102)은 사용자가 엔트리 가이드 및 관절형 기구와 같은 연계된 장치들을 바람직하게는 6 자유도로 조작하기 위해 각각 좌측 및 우측 손으로 파지할 수 있는 좌측 및 우측 입력 장치(41, 42)를 가진다. 발가락 및 뒤꿈치 제어부를 가진 풋 페달(44)이 외과의 콘솔(2102)에 제공되어, 사용자가 풋 페달과 연계된 장치의 운동 및/또는 구동을 제어할 수 있다. 제어 및 기타의 목적으로 프로세서(43)가 외과의 콘솔(2102)에 제공된다. 외과의 콘솔(2102)의 베이스에 배치되는 단일의 프로세서로서 도시되어 있지만, 프로세서(43)는 외과의 콘솔(2102)과 더불어 의료용 로봇 시스템(2100)의 다른 부분에도 분배되는 다수의 공조(共助) 프로세서들로서 구현될 수도 있을 것이다. 사용자가 관절형 카메라 기구의 입체 카메라에 의해 촬상된 영상들에 의한 입체 시각으로 수술 부위를 볼 수 있도록, 입체 뷰어(45)가 또한 외과의 콘솔(2102) 내에 제공된다. 사용자가 사용자의 좌측 및 우측 눈으로 각각 뷰어(45) 내부의 좌측 및 우측 2D 디스플레이 스크린을 볼 수 있도록, 좌측 및 우측 접안 렌즈(46, 47)가 입체 뷰어(45)에 제공된다.
외과의 콘솔(2102)은, 외과의가 과정을 직접 모니터할 수 있고, 필요할 경우 몸소 사용가능하고, 수술실 내의 어느 보조원에게 전화 또는 다른 통신 매체를 통하는 대신 직접적으로 이야기할 수 있도록, 일반적으로 환자(2122)와 동일한 방에 위치된다. 하지만, 외과의가 환자와 다른 방, 완전히 다른 건물, 또는 다른 원격지에 위치하여 원격 수술 과정을 가능하게 할 수도 있다는 것을 이해할 것이다 .
도 7에 도시된 바와 같이, 엔트리 가이드(2000)는 그것의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 관절형 수술 툴 기구(231, 241) 및 관절형 입체 카메라 기구(211)(또는 다른 영상 촬상 장치 기구)와 같은 관절형 기구들을 가진다. 카메라 기구(211)는 그것의 선단부에 수용되는 한 쌍의 입체 영상 촬상 장치(311, 312) 및 광섬유 케이블(313)(근위 단부가 광원에 결합됨)을 가진다. 수술 툴(231, 241)은 엔드 이펙터(331, 341)를 가진다. 단지 2개의 툴(231, 241)이 도시되어 있지만, 엔트리 가이드(2000)는 환자의 수술 부위에서의 의료 과정을 수행하는 데 필요한 것으로서의 추가적인 툴들을 가이드할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 또 다른 관절형 수술 툴을 엔트리 가이드(2000)를 통해 그것의 원위 단부를 통해 신장되어 나오게 하기 위한 통로(351)가 사용가능하다. 통로(431, 441, 321)는 각각 관절형 수술 툴 기구(231, 241) 및 관절형 카메라 기구(211)를 위해 사용된다. 수술 툴(231, 241)의 각각은 툴 추종 모드에서 입력 장치(41, 42) 중의 하나와 연계된다. 외과의가 입력 장치(41, 42)를 조작하는 것에 의해 의료 과정을 수행함으로써, 컨트롤러(43)가 입력 장치(41, 42)의 각각에 연계된 수술 툴(231, 241)의 대응하는 운동을 일으키는 동시에, 외과의는 수술 부위의 영상이 관절형 카메라 기구(211)에 의해 촬상되는 동안에 콘솔 입체 뷰어(45) 상에서 3D로 수술 부위를 본다.
바람직하게, 입력 장치(41, 42)는, 외과의가 툴(231, 241)을 직접 제어하는 강한 감각을 가지도록 입력 장치(41, 42)가 툴(231, 241)과 일체화되어 있다는 원격현장감 또는 지각을 외과의에게 제공하기 위해, 연계된 툴(231, 241)과 적어도 동일한 자유도를 가지도록 제공될 것이다. 이를 위해, 입체 뷰어(45)는 또한, 외과의가 수술 부위를 사실상 직접적으로 내려다본다고 느끼고, 툴(231, 241)의 영상이 실질적으로 외과의의 손이 위치되는 곳에 위치되는 것처럼 보이도록 배향된 투영 영상을 디스플레이하도록, 도시된 바와 같이 외과의의 양 손에 근접하여 위치결정된다.
또한, 입체 뷰어(45) 상의 실시간 영상은, 마치 수술 부위를 실질적으로 실재감적으로 보는 것처럼 외과의가 대응하는 입력 장치(41, 42)를 통해 툴(231, 241)의 엔드 이펙터(331, 341)를 조작할 수 있도록, 원근 영상으로 투영되는 것이 바람직하다. 실재감(true presence)이라는 것은, 제공 영상이 엔드 이펙터(331, 341)를 몸소 조작하고 있는 오퍼레이터의 관점을 모사하는 실재에 충실한 원근 영상이라는 것을 의미한다. 따라서, 프로세서(43)는, 입체 뷰어(45) 상에서 보여지는 원근 영상이 마치 외과의가 엔드 이펙터(331, 341) 바로 뒤에 위치한 것처럼 외과의가 보게 되는 영상이 되도록, 엔드 이펙터(331, 341)의 좌표를 지각 위치(perceived position)로 변환시킨다.
프로세서(43)는 시스템(2100)에서 다양한 기능들을 수행한다. 그것이 수행하는 하나의 중요한 기능은, 외과의가 툴 기구(231, 241), 카메라 기구(211) 및 엔트리 가이드(2000)와 같은 장치들을 효과적으로 조작할 수 있도록, 입력 장치(41, 42)의 기계적 운동을 제어 신호를 통해 통신 수단(2108)을 거쳐 연계된 머니퓰레이터 내의 액추에이터를 구동시키도록 변환 및 전환시키는 것이다. 또 다른 기능은 다양한 방법들을 수행하고 여기에 설명되는 다양한 컨트롤러 및 결합 로직을 실행시키는 것이다.
하나의 프로세서로서 설명되었지만, 프로세서(43)는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 실행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 여기에 설명되는 그것의 기능들은 하나의 단위로 수행되거나, 여러 가지 성분들로 분할될 수 있으며, 그 성분들의 각각이 결과적으로 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 임의의 조합에 의해 실행될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이 콘솔(2102)의 일부분이 되거나 콘솔(2102)에 물리적으로 인접할 수 있지만, 프로세서(43)는 또한 시스템 전체에 걸쳐 분배된 다수의 서브유닛들로 구성될 수도 있을 것이다.
여기에 설명되는 바와 같은 의료용 로봇 시스템의 다양한 양태들의 구조 및 작동에 관한 추가적인 상세한 사항은 예컨대, "최소 침습 수술 장치의 제어 시스템의 양태들(Aspects of a Control System of a Minimally Invasive Surgical Apparatus)" 명칭의 US 6,493,608; "최소 침습 수술 장치에 있어서의 카메라 참조 제어(Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus)" 명칭의 US 6,671,581; 및 "최소 침습 수술 가이드 튜브(Minimally Invasive Surgery Guide Tube)" 명칭의 US 2008/0071288 A1를 참조할 수 있으며; 이들 각각이 여기에 참조사항으로 포함된다.
작동 단부들이 엔트리 가이드(2000) 내로 삽입되어 있는 상태에서의 기구 어셈블리(2500)의 플랫폼(2118) 상으로의 장착을 이제 도 9-12를 참조하여 설명한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 관절형 기구(2402)는 기구 보디 튜브(2406)의 근위 단부에 결합되는 전달 기구(2404)를 포함한다. 보디 튜브(2406)의 원위 단부(2408)에 위치하는 구성요소들은 명료함을 위해 생략되었으며, 구동가능한 조인트 및 도 7에 도시된 바와 같은 작동 단부들을 포함할 수 있다. 도시된 예시적인 실시형태에 있어서, 전달 기구(2404)는 6개의 인터페이스 디스크(2410)를 포함한다. 디스크(2410)의 각각은 관절형 기구(2402)를 위한 자유도(DOF)와 관계될 수 있다. 예컨대, 하나의 디스크가 기구 보디 롤 자유도와 관계될 수 있고, 제2 디스크가 엔드 이펙터 파지 자유도와 관계될 수 있다. 도시된 바와 같이, 경우에 따라 디스크들은 조밀한 배열을 위해 육방 격자로 배열되며, 이 경우에는 6개의 디스크가 삼각형을 이루고 있다. 다른 격자 패턴이나 더 임의적인 배열이 사용될 수 있을 것이다. 전달 기구(2404) 내부의 기계적 구성요소들(예컨대, 기어, 레버, 짐벌, 케이블 등)이 디스크(2410) 상의 롤 토크(roll torque)를 보디 튜브(2406)(롤을 위한) 및 원위 단부 기구들에 결합된 구성요소들에 전달한다. 원위 단부 자유도를 제어하는 케이블 및 하이포튜브(hypotube) 조합체가 보디 튜브(2406)를 통해 연장된다. 경우에 따라, 보디 튜브는 직경이 대략 7 mm이며, 다른 경우에 있어서는 직경이 대략 5 mm이다. 편심 이격된 상승 핀들(2412)들이 연계된 액추에이터 디스크와 상대결합될 때 적정한 디스크(2410) 배향을 제공한다. 하나 이상의 전자 인터페이스 커넥터(2414)가 기구(2402)와 그것과 연계된 액추에이터 기구 사이에 전자 인터페이스를 제공한다. 전자 인터페이스는 또한 예컨대 전기소작(electrocautery) 엔드 이펙터를 위한 전력을 포함할 수 있다. 선택적으로, 그와 같은 전력 연결부는 기구(2402) 상의 다른 위치(예컨대, 전달 기구(2404)의 하우징)에 배치될 수 있다. 예컨대, 광섬유 레이저, 광섬유 원위 밴드 또는 힘 센서, 세척관, 흡인관 등을 위한 다른 커넥터가 구비될 수 있다. 도시된 바와 같이, 전달 기구(2404)의 하우징은 아래에 설명되는 바와 같은 동형의 하우징에 대해 밀접하게 배치되는 것을 허용하도록 대략 웨지(wedge) 또는 파이(pie) 형상이다.
도 10은 수술 기구(2402)의 구성요소들과 상대결합하여 수술 기구의 구성요소들을 구동시키는 액추에이터 어셈블리(2420)(여기에서는 기구 "머니퓰레이터"라고도 함)의 일부분의 사시도이다. 액추에이터 디스크(2422)가 인터페이스 디스크(2410)와 상대결합하도록 배열된다. 디스크(2422) 내의 홀(2424)은 단지 단일의 360도 배향으로 핀(2412)을 수용하도록 정렬되어 있다. 각각의 디스크(2422)는 연계된 회전 서보모터 액추에이터(2426)에 의해 회전되며, 연계된 회전 서보모터 액추에이터(2426)는 아래에 설명되는 바와 같은 각각의 컨트롤러로부터 서보제어 입력을 수취한다. 기구(2402)의 전달 기구 하우징과 일치하도록 형성된 대략 웨지 형상의 장착 브래킷(2428)이 디스크(2422), 서보모터 액추에이터(2426) 및 기구(2402)의 인터페이스 커넥터(2414)와 상대결합하는 전자 인터페이스(2430)를 지지한다. 어떤 경우에 있어서, 기구(2402)는 용이한 분리를 가능하게 해주도록 스프링 클립(도시 안됨)에 의해 액추에이터 어셈블리(2420)에 당접되어 유지된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 액추에이터 어셈블리 하우징(2428)의 일부분(2432)은 기구 보디 튜브(2406)가 지나가는 것을 허용하도록 끝부 절단된다. 선택적으로, 보디 튜브가 통과하는 것을 가능하게 해주도록 하나의 홀이 액추에이터 어셈블리 내에 배치될 수도 있을 것이다.
도 11은 최소 침습 수술 기구 및 연계된 액추에이터 어셈블리를 셋업/머니퓰레이터 암의 단부에 장착하는 양태를 예시한 모식적 사시도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 수술 기구(2502a)는, 상술한 바와 같이 전달 기구가 액추에이터 어셈블리와 상대결합하도록, 액추에이터 어셈블리(2504) 상에 장착된다. 기구(2502a)의 보디 튜브(2506)가 액추에이터 어셈블리(2504)를 지나 신장하여 강성의 엔트리 가이드(2508)의 포트 내로 진입한다. 도시된 바와 같이, 보디 튜브(2506)는, 실질적으로 강성이지만, 전달 기구 하우징과 엔트리 가이드 사이에서 약간 굽혀져 있다. 이러한 굽힘은 기구 보디 튜브 보어들이 엔트리 가이드 내에서, 이러한 굽힘이 없을 경우에 전달 기구들의 크기가 허용하게 되는 것보다 더 근접하여 이격되는 것을 가능하게 해준다. 강성의 기구 보디 튜브에 있어서의 굽힘각이 가요성(예컨대, 이완성) 기구 보디의 굽힘각보다 작기 때문에, 케이블은 가요성 보디 내에서보다 더 강성일 수 있다. 높은 케이블 강성은 기구에서 제어되는 원위 자유도의 개수 때문에 중요하다. 또한, 강성의 기구 보디는 가요성 보디보다 엔트리 가이드 내로 삽입하기가 쉽다. 하나의 실시형태에 있어서, 상기의 굽힘은, 기구가 엔트리 가이드로부터 후퇴되었을 때 보디 튜브가 그것의 직선 형상을 취하도록, 복원될 수 있다(보디 튜브는 영구적 굽힘을 가지도록 형성될 수 있으며, 이는 기구 보디 롤(roll)을 방지할 것이다). 액추에이터 어셈블리(2504)는 엔트리 가이드(2508) 내에서의 보디 튜브(2506)의 삽입을 제어하는 선형 액추에이터(2510)(예컨대, 서보제어되는 리드 스크루 및 너트 또는 볼 스크루 및 너트 어셈블리)에 장착된다. 제2 기구(2502b)는 도시된 바와 같이 유사한 메커니즘으로 장착된다. 또한, 촬상 시스템(도시 안됨)이 유사하게 장착될 수 있다.
도 11은 또한 엔트리 가이드(2508)가 지지 플랫폼(2512)에 제거가능하게 장착되는 것을 도시하고 있다. 이러한 장착은 예컨대 DA VINCI® 수술 시스템 머니퓰레이터 암 상에 캐뉼러(cannula)를 유지시키는 데 사용되는 장착법과 유사할 수 있다. 제거가능하고 교체가능한 엔트리 가이드는 여러 가지 수술 과정에 사용되도록 설계된 여러 가지 엔트리 가이드들(예컨대, 여러 가지 단면 형상들 또는 여러 가지 개수 및 형상들의 작동 및 보조 채널들을 가진 엔트리 가이드들)이 동일한 원격조작 시스템과 함께 사용되는 것을 가능하게 해준다. 다음으로, 액추에이터 플랫폼(2512)은 하나 이상의 추가적인 액추에이터 기구(예컨대, 피치, 요, 롤, 삽입을 위한)를 사용하여 로봇 머니퓰레이터 암(2514)(예컨대, 4 자유도의)에 장착된다. 다음으로, 머니퓰레이터 암(2514)은 도 1의 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116)를 참조하여 상술한 바와 같은 패시브 셋업 암에 장착될 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 양태를 다른 각도로부터 환자를 기준으로 하여 도시한 모식적 사시도이다. 도 12에서, 암(2514) 및 플랫폼(2512)은 엔트리 가이드(2508)가 배꼽에서 환자의 복부 내로 진입하도록 위치결정되어 있다. 이 진입은 다양한 자연적인 인체 구멍 진입, 및 경피적 및 경관적(예컨대, 경위장관, 경결장, 경직장, 경질관, 경자궁(더글라스 와) 등의) 절개부를 포함한 절개부 진입의 예시이다. 도 12는 또한 촬상 시스템(2518)이 삽입되고 기구(2502a, 2502b)가 후퇴되어 있는 상태를 도시함으로써 각각의 기구/촬상 시스템을 위한 선형 액추에이터가 어떻게 독립적으로 작동하는 지를 예시하고 있다. 경우에 따라서는, 머니퓰레이터 암(2514)이 엔트리 가이드(2508)를 환자 내로의 엔트리 포트에서의 원격 중심(RC)(2520) 둘레로 회전 또는 피벗운동시키도록 운동한다는 것을 볼 수 있다. 하지만, 이 원격 중심 둘레의 운동을 제한한다면, 암은 엔트리 가이드(2508)를 정위치에 유지시킬 수 있다.
도 13은 하나의 예로서 환자측 지지 시스템(2104) 상의 관절형 기구들을 제어하고, 환자측 지지 시스템(2104) 상의 관절형 기구들을 외과의 콘솔(2102)의 오퍼레이터 조작 입력 장치(41, 42)에 선택적으로 연계시키기 위해 사용되는 구성요소들의 블록 다이어그램을 도시하고 있다. 그래스퍼(grasper), 커터 및 니이들(needle)과 같은 다양한 수술 툴들이 환자의 수술 부위에서의 의료 과정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서는, 3개의 관절형 수술 툴 기구((TOOL1, TOOL2, TOOL3)(2231, 2241, 2251)가 수술 과정을 로봇식으로 수행하는 데 사용되고, 관절형 촬상 시스템 기구(IS)(2261)가 수술 과정을 보기 위해 사용된다. 다른 예들에서는, 더 많은 혹 더 적은 기구가 사용될 수 있다. 촬상 시스템(2261)은 카메라 기구(211)와 같은 입체 카메라 기구 또는 단안 카메라나 초음파 프로브 기구와 같은 또 다른 형태의 촬상 시스템일 수 있다. 툴(2231, 2241, 2251) 및 촬상 시스템(2261)은 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부를 넘어 신장가능하도록 엔트리 가이드(EG)(2000) 내에 배치될 수 있다. 엔트리 가이드(2000)는 로봇 암 어셈블리의 셋업부를 이용하여 최소 침습 절개부나 자연적인 인체 구멍과 같은 진입 개구부를 통해 환자 내로 삽입되고, 엔트리 가이드 머니퓰레이터(EGM)(2116)에 의해 의료 과정이 수행될 수술 부위를 향해 조종될 수 있다.
장치(2231, 2241, 2251, 2261, 2000)의 각각은 자체 머니퓰레이터에 의해 조작된다. 구체적으로, 촬상 시스템(IS)(2261)은 촬상 시스템 머니퓰레이터(PSM4)(2262)에 의해 조작되고, 제1 수술 툴(TOOL1)(2231)은 제1 툴 머니퓰레이터(PSM1)(2232)에 의해 조작되고, 제2 수술 툴(TOOL2)(2241)은 제2 툴 머니퓰레이터(PSM2)(2242)에 의해 조작되고, 제3 수술 툴(TOOL3)(2251)은 제3 툴 머니퓰레이터(PSM3)(2252)에 의해 조작되며, 엔트리 가이드(EG)(2000)는 엔트리 가이드 머니퓰레이터(EGM)(2116)에 의해 조작된다.
기구 머니퓰레이터(2232, 2242, 2252, 2262)의 각각은 액추에이터를 동반하고 운동을 각각의 관절형 기구에 전달하는 기계식 무균성 인터페이스를 제공하는 기계식 어셈블리이다. 관절형 기구(2231, 2241, 2251, 2261)의 각각은 각각의 머니퓰레이터로부터 운동을 수취하고, 케이블 전달부에 의해 그 운동을 원위 관절부(예컨대, 조인트)에 전달하는 기계식 어셈블리이다. 그와 같은 조인트는 프리즈메틱 조인트(예컨대, 선형 운동) 또는 로테이셔널 조인트(예컨대, 기계적 축선을 중심으로 피벗운동하는)일 수 있다. 또한, 기구는 다수의 조인트들을 함께 소정의 방식으로 운동하게 만드는 내부 기계식 구속 장치(예컨대, 케이블, 기어링, 캠, 벨트 등)을 가질 수 있다. 기계식으로 구속된 조인트들의 각각의 세트는 특정 축선의 운동을 실행하고, 구속 장치들은 로테이셔널 조인트들을 짝지우도록 고안될 수 있다(예컨대, 조글 조인트(joggle joint)).
직접적 제어 모드에 있어서, 입력 장치(41, 42)의 각각은 멀티플렉서(MUX)(2290)를 통해 장치(2261, 2231, 2241, 2251, 2000) 중의 하나와 선택적으로 연계될 수 있어, 연계된 장치는 입력 장치에 의해 그것의 컨트롤러 및 머니퓰레이터를 통해 제어될 수 있다. 예컨대, 외과의는 외과의 콘솔(2102) 상의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(2291)를 통해, 좌측 및 우측 입력 장치(41, 42)로 하여금, 수술 기구(2251), 촬상 시스템(2261) 및 엔트리 가이드(2000)가 각각 그들 각각의 컨트롤러를 통해 정위치에 임시 잠금(soft-lock)되어 있는 동안에, 의과의가 환자에 대한 의료 과정을 수행할 수 있도록 각각의 컨트롤러(2233, 2243) 및 머니퓰레이터(2232, 2242)를 통해 로봇식으로 제어되는 제1 및 제2 수술 툴(2231, 2241)과 연계되도록 하는 연계를 지정할 수 있다. 외과의가 입력 장치(41, 42) 중의 하나를 사용하여 수술 툴(2251)의 운동을 제어하기를 원하는 경우에는, 외과의는 단순히 입력 장치를 현재 연계된 장치로부터 연계해제시키고 그 대신 입력 장치를 툴(2251)에 연계시키는 것에 의해 그것을 행할 수 있다. 마찬가지로, 외과의가 입력 장치(41, 42) 중의 하나 또는 모두를 사용하여 촬상 시스템(2261)이나 엔트리 가이드(2000)의 운동을 제어하기를 원하는 경우에는, 외과의는 단순히 입력 장치를 현재 연계된 장치로부터 연계해제시키고 그 대신 입력 장치를 촬상 시스템(2261)이나 엔트리 가이드(2000)에 연계시키는 것에 의해 그것을 행할 수 있다.
MUX(2290)을 위한 선택 입력(SEL)을 제공하기 위해 GUI(2291)를 이용하는 것에 대한 대안으로서, 입력 장치(41, 42)의 장치(2251, 2241, 2231, 2261, 2000)에 대한 선택적 연계는 음성 인식 시스템에 의해 해득되는 음성 명령을 사용하는 외과의에 의해, 또는 입력 장치(41, 42) 중의 하나 위의 버튼을 누르는 외과의에 의해, 또는 외과의 콘솔(2102) 상의 풋 페달을 밟는 의과의에 의해, 또는 임의의 다른 공지의 모드 전환 기법을 사용하는 외과의에 의해 수행될 수 있다. 그와 같은 모드 전환은 여기서는 외과의에 의해 수행되는 것으로 설명되지만, 그것은 선택적으로 외과의의 지도 하에 보조원에 의해 수행될 수도 있을 것이다.
컨트롤러(2233, 2243, 2253, 2263, 2273)의 각각은 그것들의 각각의 관절형 기구나 엔트리 가이드(2000)인 경우의 머니퓰레이터(2116)의 각각의 조인트를 위한 조인트 컨트롤러를 구비하는 마스터/슬레이브(master/slave) 제어 시스템을 포함한다. 여기 및 청구범위에서의 설명을 간략화하기 위해, "조인트"란 용어는 2개의 링크 사이의 연결부(병진운동적 또는 회전적)로서 이해되어야만 하며, 기어(또는 프리즈메틱 조인트)뿐만 아니라 로봇 암 어셈블리를 제어함에 있어 사용될 수 있는 선형 구동 기구에 결합되는 임의의 다른 제어가능한 구성요소도 포함할 수 있다. 그와 같은 제어 시스템의 하나의 예가 여기에 참조사항으로 포함되는 "최소 침습 수술 장치에 있어서의 카메라 참조 제어(Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus)" 명칭의 미국 특허 6,424,885호에 개시되어 있다.
직접적 제어 모드는 사용자가 특정의 슬레이브 머니퓰레이터에 대한 직접적 제어를 행하는 제어 모드이다. 모든 다른 슬레이브 머니퓰레이터(즉, 입력 장치에 연결되지 않은 슬레이브 머니퓰레이터)는 임시 잠금될 수 있다(즉, 모든 그들의 조인트들은 그들 각각의 컨트롤러에 의해 정위치에 유지된다). 하나의 예로서, 여기에 설명되는 바와 같은 단일 포트 시스템에 있어서는, 3개의 직접적 제어 모드가, 2개의 손조작가능한(hand-operable) 입력 장치가 2개의 툴 슬레이브 머니퓰레이터 및 그들의 각각의 툴과 연계되는 직접적 "툴 추종" 모드, 손조작가능한 입력 장치들 중의 하나 또는 모두가 촬상 시스템과 연계되는 직접적 "촬상 시스템" 모드 및 하나 또는 모든 손조작가능한 입력 장치가 엔트리 가이드와 연계되는 직접적 "엔트리 가이드" 모드로서 정해진다.
결합적 제어 모드에서는, 외과의는 하나의 연계된 슬레이브 머니퓰레이터(예컨대, 머니퓰레이터(2232, 2242, 2252, 2262, 2116) 중의 하나)의 운동을 직접적으로 제어하는 동시에, 이차적인 목적을 성취하기 위해 직접적으로 제어되는 슬레이브 머니퓰레이터의 명령된 운동에 응답하여 하나 이상의 비연계된 슬레이브 머니퓰레이터의 운동을 간접적으로 제어한다. 결합적 제어 모드를 통해 이차적인 작업을 자동적으로 수행하는 것에 의해, 시스템의 사용성이 원하는 이차적인 목적을 수동적으로 성취하기 위해 또 다른 직접적 모드로 전환해야할 외과의의 필요성을 감소시킴으로써 향상된다. 따라서, 결합적 제어 모드는 외과의가 의료 과정을 수행하는 데 더 집중하고 시스템을 관리하는 데 주의를 덜 기울이는 것을 가능하게 해준다.
입력 장치(41, 42)와 장치(2231, 2241, 2251, 2261, 2000)의 연계를 지정하기 위해 외과의에 의해 사용되는 GUI(2291)는 또한 결합적 제어 모드의 다양한 파라미터를 지정하기 위해 외과의에 의해 사용될 수도 있다. 예컨대, 외과의는 어떤 장치 머니퓰레이터들이 다양한 결합적 제어 모드들에 참여하는지를 선택하고, 그 결합적 제어 모드들과 관련된 이차적인 목적들의 규정 및/또는 우선순위 결정을 행하기 위해 GUI(2291)를 사용할 수 있다.
"엔트리 가이드" 모드에 있어서는, 양 입력 장치(41, 42)는 외과의가 입체 뷰어(45) 상에서 카메라(211)에 의해 원래 촬상된 처리 영상을 보면서 엔트리 가이드(2000)를 운동시키는 데 사용될 수 있다. 외과의가 카메라에 의해 촬상된 영상을 이동시키고 있다는 인상을 외과의에게 주면서, 엔트리 가이드 컨트롤러(2273)가 엔트리 가이드(2000)의 운동을 제어하도록, 영상 참조 제어가 엔트리 가이드 컨트롤러(2273)에서 실행된다. 구체적으로, 외과의는 뷰어(45) 상에 디스플레이되는 영상을 자신의 좌측 및 우측 손으로 파지하여 수술 부위 근처의 영상을 원하는 시계 지점으로 이동시킨다는 느낌을 받는다. 이 제어 하에서, 뷰어(45) 상의 영상은 입력 장치(41, 42)의 이동에 응답하여 반대 방향으로 이동하는 것처럼 보인다는 점에 유의해야 한다. 예컨대, 입력 장치(41, 42)가 좌측으로 이동할 때, 영상은 우측으로 이동한다(또한 그 역도 성립한다). 또한, 입력 장치(41, 42)가 아래로 이동할 때, 영상은 위로 이동한다(또한 그 역도 성립한다). 엔트리 가이드의 피벗운동은 좌측 및 우측 입력 장치(41, 42)의 피벗 지점들이 이 피벗 지점들을 통과하는 핸들바 축선(handlebar axis)을 한정하게 되는 "가상 핸들바(virtual handlebar)"를 이용하여 성취된다. 그리하여, 엔트리 가이드 요 명령이 하나의 입력 장치를 전방으로 이동시키는 동시에 다른 하나의 입력 장치를 후방으로 이동시키는 외과의에 의해 생성될 수 있다. 다른 한편, 엔트리 가이드 피치 명령이 양 입력 장치를 핸들 바 축선을 중심으로 동일 방향으로 피벗운동시키는 외과의에 의해 생성될 수 있다(상향 피벗운동에 의한 상향 피치 또는 하향 피벗운동에 의한 하향 피치). 엔트리 가이드 롤 명령이 하나의 입력 장치를 상향 이동시키는 동시에 다른 하나의 입력 장치를 하향 이동시키는 외과의에 의해 생성될 수 있다. 삽입 명령이 양 입력 장치를 후방으로 이동시키는 외과의에 의해 생성될 수 있고, 후퇴 명령이 양 입력 장치를 전방으로 이동시키는 외과의에 의해 생성될 수 있다.
외과의가 "엔트리 가이드" 모드에서 엔트리 가이드(2000)를 그 시점에서의 그것 내부의 모든 관절형 기구들과 함께 재배향시키기 위해 작업하고 있을 때, 외과의는 엔트리 가이드가 그것의 원격 중심(RC)을 중심으로 하여 피벗운동될 때 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 관절형 기구로 의도치 않게 환자의 내부 구조부를 가격하여 손상시킬 수 있다. 예컨대, 도 14를 참조하면, 관절형 기구(1400)는 초기 배향에서는 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 실선 형태로 도시되어 있고, RC 점을 중심으로 피벗운동된 후에는 환자의 내부 구조부를 가격하고 있는 점선 형태로 도시되어 있다. 관절형 기구의 원위 단부가 이 예에서는 환자의 내부 구조부를 가격하고 있는 것으로서 도시되어 있지만, 실제로는 관절형 기구(211, 231, 241)의 근위측에 더 가까운(즉, 엔트리 가이드에 더 근접한) 링크들과 같은 관절형 기구의 다른 부분들도 기구들의 관절 특성으로 인해 잠재적으로 환자 내부 구조부를 가격할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 근위 링크들은 카메라 기구(211)의 시계에서 벗어날 수 있기 때문에, 입체 뷰어(45) 상의 수술 부위를 보고 있을 때 의과의가 그와 같은 가격을 예견하기가 곤란할 수 있다. 따라서, 환자의 내부 구조부를 의도치 않게 가격하여 손상시키는 것을 피하기 위해, 엔트리 가이드(2000)의 배향에 대한 큰 규모의 조정이 이루어질 때는, 예컨대 도 15에 도시된 바와 같이, 엔트리 가이드의 재배향 이전에 모든 관절형 기구들을 엔트리 가이드 내로 후퇴시키는 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 바와 같이 복수의 관절형 기구들이 엔트리 가이드(2000)로부터 신장되어 나와 있을 때, 외과의가 "엔트리 가이드" 모드와 "툴 추종" 모드 간의 모드를 변경시키고, 관절형 기구들을 한번에 하나씩 후퇴 자세(기구가 엔트리 가이드 내로 후퇴될 수 있는 자세)로 만드는 한편 필요한 경우 입력 장치들과 기구들 사이의 연계를 변경시키고, 자세 변경 후의 관절형 기구들의 각각을 엔트리 가이드(2000) 내로 후퇴시키는 것이 지루하고 시간 소모적일 수 있다. 그러므로, 엔트리 가이드 컨트롤러(2273)로부터 각각의 관절형 기구를 자세변경시키고 후퇴시키라는 지시를 수취했을 때, 기구 컨트롤러(2233, 2243, 2253, 2263)가 자동적으로 그들 각각의 관절형 기구를 자세변경시키고 후퇴시키도록, "엔트리 가이드" 모드 중에 엔트리 가이드 컨트롤러(2273)가 기구 컨트롤러(2233, 2243, 2253, 2263)에 결합되게 되는 결합적 제어 구조를 제공하는 것이 유용할 것이다. 관절형 기구들의 자세변경 및 후퇴는 이 경우 기구들 간의 또한 그들 주변과의 충돌을 피하면서 외과의의 제어 하에 또는 시스템에 의해 자동적으로 순차적으로(또는 안전할 경우 동시적으로) 수행될 수 있다.
그와 같은 결합적 제어 구조의 한 예를 이제 설명하며, 도 16은 내부에 복수의 신장가능한 관절형 기구를 배치시킨 엔트리 가이드를 재배향시키기 위한 방법을 포함한 플로우 다이어그램을 도시하고 있으며, 도 17은 도 16의 방법의 양태를 실행하기 위한 하나 이상의 결합 로직 블록을 포함한 결합적 제어 구조를 도시하고 있다.
도 16을 참조하면, 블록(1601)에서, 본 방법은 "엔트리 가이드" 모드가 예컨대 도 13을 참조하여 설명된 바와 같이 시작되었다는 지시를 수취한다. 블록(1602)에서, 본 방법은, 모든 관절형 기구들을 후퇴시키라는 오퍼레이터 명령에 응답하여, 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 모든 관절형 기구들을 엔트리 가이드 내로 완전히 또는 적어도 엔트리 가이드가 원격 중심(RC) 피벗 지점을 중심으로 피벗운동되는 동안 환자의 내부 구조부를 손상시킬 수 없는 지점까지 동시에 후퇴시킨다. 도 18A-18C는 블록(1602)에서 수행되는 후퇴의 일반적인 양태를 예시한다.
도 18A에서, 엔트리 가이드(2000)의 상면도는 관절형 기구(231, 241, 211)가 도 7의 사시도에 도시된 바와 같이 그것의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 상태로 도시되어 있다. 도 18B에서, 관절형 기구(231, 241, 211)는 그들의 링크들이 엔트리 가이드(2000) 내의 대응하는 관강 또는 공간 내로 후퇴가능하도록 정렬된 후퇴 자세인 상태로 도시되어 있다. 도 18C에서, 관절형 툴 기구(231, 241)는 엔트리 가이드(2000) 내로 완전히 후퇴된 상태로 도시되어 있는 한편, 관절형 카메라 기구(211)는 엔트리 가이드(2000)가 RC 피벗 지점을 중심으로 피벗운동될 때 환자의 내부 구조부를 손상시킬 위험이 없으면서 원위 단부 바깥 장면을 여전히 촬상할 수 있도록 단지 부분적으로 후퇴된 상태로(또는 선택적으로 겨우 전체가 엔트리 가이드 내부에 위치하도록 후퇴된 상태로) 도시되어 있다. 선택적으로, 관절형 기구(231, 241, 211)는 엔트리 가이드(2000) 내로 완전히 후퇴되지 않고, 엔트리 가이드(2000)를 재배향시키기 위해 엔트리 가이드(2000)가 원격 중심(RC)을 중심으로 순차적으로 피벗운동될 때 임의의 환자의 내부 구조부를 손상시키지 않을 수 있을 만큼(즉 임의의 환자의 내부 구조부에 대한 의도치 않은 손상을 야기하는 위치에 배치되지 않을 수 있을 만큼) 충분히만 후퇴될 수 있다. 이 경우, 관절형 기구(231, 241, 211)는 환자의 내부 구조부에 대한 접촉이 환자의 내부 구조부를 손상시키는 일을 발생시키지 않는 한 환자의 내부 구조와 접촉하는 것이 허용될 수 있다는 것에 유의해야 한다.
도 18A-18C에 도시된 순서는 자세변경이 후퇴가 시작되기 전에 발생하는 것을 제시하고 있지만, 본 발명을 실시함에 있어서, 복수의 관절형 기구들의 후퇴 및 자세변경의 순서는 특정의 조건 및 채용되는 방법에 따라 동시적으로 또는 다른 순서로 수행될 수도 있을 것이다.
후퇴 및 자세변경 순서의 제1 방법으로서, 복수의 관절형 기구들의 최근위 조인트(예컨대, 도 18A에서의 관절형 카메라 기구(211)의 조인트(323))가 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부로부터 최소 거리로 떨어져 있는 경우, 후퇴가 후퇴 속도(최대 속도 한계가 존재)에 비례하는 직선화 속도를 가지는 자세변경과 동시에 발생하는 것이 허용될 수 있다. 자세변경 및 후퇴 시에, 환자의 내부 구조부에 대한 손상을 피하는 것뿐만 아니라, 자세변경 및/또는 후퇴하는 기구들 간의 충돌도 시스템에 의해 예측되고 회피되어야만 한다. 관절형 기구들이 후퇴 및/또는 자세변경될 수 있는 속도는 바람직하게는 후퇴 및/또는 자세변경 시에 제어 입력 장치에 제공되는 촉각 피드백(haptic feedback)에 대해 외과의가 얼마나 세게 미느냐의 함수이다. 복수의 관절형 기구들의 최근위 조인트(이때 엔트리 가이드(2000) 내에 있지 않음)가 그것의 관절형 기구가 후퇴 자세로 완전히 자세변경되기 전에 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부에 도달하는 경우에는, 최근위 조인트의 관절형 기구의 후퇴 자세로의 자세변경이 완료될 때까지 복수의 관절형 기구들의 더 이상의 후퇴는 시스템에 의해 방지된다. 이 요건은 관절형 기구 및/또는 엔트리 가이드(2000)에 대한 손상을 피하기 위한 것이다. 이 경우, 자세변경의 속도는 여전히 제어 입력 장치에 제공되는 촉각력(haptic force)에 대해 외과의가 얼마나 세게 미느냐의 함수일 수 있지만, 다른 게인(gain)을 가질 수 있다. 동시적인 후퇴 및 자세변경이 발생할 수 있는 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부로부터의 최소 거리는 여러 가지 인자들을 고려하여 결정될 수 있다. 하나의 인자는 관절형 기구들의 탠덤식 이동이 명령된 속도이다(예컨대, 명령된 후퇴 이동이 빠르면 빠를수록, 최소 거리는 더 커지며; 자세변경 운동이 빠르면 빠를수록, 최소 거리는 더 작아진다). 또 다른 인자는 관절형 기구의 초기 자세이다. 예컨대, 복수의 관절형 기구들의 초기 자세가 그들의 후퇴 자세에 가까우면 가까울수록, 최소 거리는 더 짧아지며, 그 역도 성립한다. 또한, 관절형 기구의 원위 단부가 자세변경 시에 초기 위치를 넘어 전방으로 신장하게 되면 의도치 않게 환자의 내부 구조부를 손상시킬 수 있기 때문에, 관절형 기구의 원위 단부가 자세변경 시에 초기 위치를 넘어 전방으로 신장하는 것은 바람직하지 않으므로, 그러한 신장에 대한 보정이 후퇴 방향으로 요구된다. 그러므로, 그러한 신장에 대한 보정의 크기도 최소 거리를 결정함에 있어서의 또 다른 인자이다.
후퇴 및 자세변경 순서의 또 다른 더 간단한 방법으로서, 후퇴가 자세변경 전에 발생할 수 있다. 예컨대, 복수의 관절형 기구들이 관절형 기구들 중의 하나의 최근위 조인트(아직 엔트리 가이드 내에 있지 않은)가 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부에 도달할 때까지 탠덤식으로 후퇴될 수 있으며, 그 후에 더 이상의 후퇴가 시스템에 의해 방지되고, 해당 관절형 기구의 후퇴 자세로의 자세변경이 개시된다. 일단 그 관절형 기구의 자세변경이 완료되면, 복수의 관절형 기구들이 관절형 기구들 중의 하나의 최근위 조인트(아직 엔트리 가이드 내에 있지 않은)가 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부에 도달할 때까지 다시 탠덤식으로 후퇴될 수 있으며, 그 후에 더 이상의 후퇴가 시스템에 의해 다시 한번 방지되고, 필요할 경우 해당 관절형 기구의 자세변경이 개시된다. 상술한 순서는 복수의 관절형 기구들의 모두가 자세변경되고 엔트리 가이드(2000) 내로 후퇴될 때까지 계속될 것이다.
다시 도 16을 참조하면, 블록(1603)에서, 본 방법은 엔트리 가이드(2000)을 RC 피벗 지점을 중심으로 하여 새로운 배향으로 피벗운동시키라는 오퍼레이터 명령에 응답하여, 엔트리 가이드(2000)을 RC 피벗 지점을 중심으로 하여 새로운 배향으로 피벗운동시킨다. 엔트리 가이드(2000)의 재배향을 완료한 후, 블록(1604)에서, 관절형 기구(231, 241, 211)는 재삽입하라는 오퍼레이터 명령에 응답하여 재삽입될 수 있고, 블록(1605)에서, 오퍼레이터는 "엔트리 가이드" 모드를 종료하고 "툴 추종" 모드를 시작하여, 오퍼레이터(예컨대, 외과의)는 재배치된 엔트리 가이드(2000) 및 관절형 기구(231, 241, 211)로 환자에 대한 의료 과정을 수행하거나 계속적으로 수행할 수 있다.
도 19는 하나의 예로서 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법의 플로우 다이어그램을 도시하고 있으며, 이 방법은 도 17의 결합적 제어 구조에 의해 실행될 수 있으며, 도 16의 블록(1602)에서의 관절형 기구 후퇴를 수행하는 데 이용될 수 있다.
블록(1901)에서, 본 방법은 엔트리 가이드(2000)의 삽입 축선(X')에 평행한 방향으로의 엔트리 가이드(2000)의 명령된 위치 변경(qIO)의 정보를 수취한다. 이 경우에 있어서의 명령된 위치 변경은 위치 변경이 판정되는 초기 위치로서 기능하는 RC 점에 대한 것이다. 하나의 실시형태에 있어서, 명령된 위치 변경(qIO)은 시스템이 "엔트리 가이드" 모드에 있을 때 엔트리 가이드(2000)가 그것의 삽입 축선(X')을 따라 이동하도록 명령하는 외과의에 의해 만들어질 수 있을 것이다. 하지만, 이 경우에 있어서는, 엔트리 가이드(2000)를 그것의 삽입 축선(X')을 따라 이동시키는 대신에, 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있는 모든 관절형 기구들이 명령된 위치 변경(qIO)에 따라 후퇴되게 된다.
블록(1902)에서, 본 방법은 명령된 위치 변경(qIO)이 한계 거리(IOLIM)보다 큰지를 판정한다. 이 판정이 NO이면, 본 방법은 또 다른 명령된 위치 변경(qIO)의 정보를 수취하기 위해 블록(1901)으로 역순환한다. 한편, 블록(1902)에서의 판정이 YES이면, 블록(1903)에서, 본 방법은 예컨대 도 20의 힘 대 명령된 위치 변경(qIO) 함수로 도시된 바와 같이 제어 기구를 조작하는 오퍼레이터에 의해 성생되는 삽입 축선(X')을 따른 위치 변경 명령이 한계 거리(IOLIM)를 넘어서 점점 커져갈 때 힘이 점점 증가하는 방식으로 촉각력이 오퍼레이터가 명령된 위치 변경(qIO)을 생성하기 위해 사용하는 제어 기구에 가해지게 만든다. 이 경우에 있어서의 제어 기구는 외과의 콘솔(2102)의 입력 장치(41, 42) 중의 하나 또는 모두를 포함할 수 있다.
블록(1904)에서, 본 방법은 명령된 위치 변경(qIO)이 한계 거리(IOLIM)보다 큰 잠금 거리(IOLOCK)보다 큰지를 판정한다. 이 판정이 NO이면, 본 방법은 또 다른 명령된 위치 변경(qIO)의 정보를 수취하기 위해 블록(1901)로 역순환한다. 한편, 블록(1904)에서의 판정이 YES이면, 블록(1905)에서, 본 방법은 엔트리 가이드 머니퓰레이터(EGM)(2116)의 피벗 조인트들이 그것들의 각각의 조인트 컨트롤러를 사용하여 정위치에 임시 잠금되게 만든다.
블록(1906)에서, 본 방법은 명령된 위치 변경(qIO)이 잠금 거리(IOLOCK)보다 큰 후퇴 진행 거리(IOON)보다 큰지를 판정한다. 이 판정이 NO이면, 본 방법은 또 다른 명령된 위치 변경(qIO)을 수취하기 위해 블록(1901)으로 역순환한다. 하편, 블록(1906)에서의 판정이 YES이면, 블록(1907)에서, 본 방법은 관절형 기구들의 암들(예컨대, 조인트들 및 링크들의 조합)이 적합한 후퇴 자세가 되도록 직선화되게 만들고, 이와 동시에 블록(1908)에서, 예컨대 도 21의 속도 대 명령된 위치 변경(qIO) 함수로 도시된 바와 같이 명령된 위치 변경(qIO)이 후퇴 진행 거리(IOON)를 넘어서 점점 커져갈 때 관절형 기구들의 후퇴는 점점 증가하는 속도 한계로 이루어진다.
블록(1909)에서, 본 방법은 명령된 위치 변경(qIO)이 후퇴 진행 거리(IOON)보다 큰 최대 거리(IOMAX)보다 큰지를 판정한다. 이 판정이 NO이면, 본 방법은 또 다른 명령된 위치 변경(qIO)의 정보를 수취하기 위해 블록(1901)으로 역순환한다. 한편, 블록(1909)에서의 판정이 YES이면, 블록(1910)에서, 예컨대 도 21의 속도 대 명령된 위치 변경(qIO) 함수로 도시된 바와 같이 명령된 위치 변경(qIO)이 최대 거리를 넘어서 점점 커져갈 때 관절형 기구들의 후퇴는 최대 속도 한계(VMAX)로 이루어진다.
블록(1911)에서, 본 방법은 이전에 엔트리 가이드(2000)의 원위 단부로부터 신장되어 나와 있었던 모든 관절형 기구들이 이제 엔트리 가이드(2000) 내의 그것들의 후퇴된 위치에 있는지를 판정한다. 이 경우에 있어서의 후퇴된 위치는 반드시 기구가 엔트리 가이드(2000) 내로 완전히 후퇴된 것을 의미하지는 않는다. 예컨대, 도 18C에 도시된 바와 같이, 관절형 카메라 기구(211)는, 엔트리 가이드(2000)가 RC 점을 중심으로 피벗운동함으로써 재배향될 때 주변 영역의 더 나은 장면을 얻을 수 있도록, 여전히 그것의 영상 촬상 단부를 엔트리 가이드(2000)로부터 노출시킬 수 있다. 이는 엔트리 가이드(2000)가 재배향되어 향하는 환자의 내부 구조부 부분을 외과의가 볼 수 있게 해준다. 다른 관절형 기구들도 엔트리 가이드(2000)의 피벗운동 시에 그것들의 신장된 부분들이 환자의 내부 구조부를 가격하여 손상시키지 않는 한 단지 부분적으로만 후퇴될 수 있을 것이다.
블록(1911)에서의 판정이 NO이면, 본 방법은 또 다른 명령된 위치 변경(qIO)의 정보를 수취하기 위해 블록(1901)로 역순환한다. 한편, 블록(1911)에서의 판정이 YES이면, 블록(1912)에서, 본 방법은 엔트리 가이드 머니퓰레이터(EGM)(2116)의 피벗 조인트들이 더 이상 그것들의 각각의 조인트 컨트롤러들에 의해 정위치에 임시 잠금되지 않게 만든다. 이 시점에, 엔트리 가이드(2000)는 그것의 내부에 배치된 모든 관절형 기구들과 함께 재배향될 수 있으며, 그런 다음 관절형 기구들은 환자에 대한 의료 과정을 수행하거나 계속적으로 수행하기 위해 배치되도록 엔트리 가이드(2000)로부터 신장되어 나올 수 있다.
도 17을 참조하면, 도 16 및 도 19를 참조하여 설명된 방법들은 관절형 기구(2231, 2241, 2261)가 엔트리 가이드(2000) 내에 배치되는 실시예에 대해, EG 결합 로직(1700), PSM1 결합 로직(1701), PSM2 결합 로직(1702) 및 PSM4 결합 로직(1704) 중의 하나 이상으로 실행될 수 있다. 더 많거나 더 적은 관절형 기구들이 엔트리 가이드(2000)를 통해 신장될 수 있다면, 도 17의 결합 구조는 그에 따라 수정될 수 있다. 독립적인 구성요소들로서 도시되어 있지만, 결합 로직(1700, 1701, 1702, 1704)은 예컨대 모든 로직을 EG 결합 로직(1700)으로 통합시키는 등에 의한 단일의 로직 블록으로서 구성될 수 있으며, 또는 예컨대 EG 결합 로직(1700)을 제거하고 그 처리를 PSM1, PSM2, 및 PSM4 결합 로직(1701, 1702, 1704) 중에 분배시키는 등에 의한 분배식 처리 방식으로 구성될 수 있다. 또한, 그들 각각의 컨트롤러로부터 독립적인 것으로서 도시되어 있지만, 결합 로직 블록들의 각각은, EG 결합 로직(1700)이 엔트리 가이드 컨트롤러(CNTLG)(2273)의 일부분으로서 일체화되는 것과 같이, 그들 각각의 컨트롤러 내에 일체화될 수 있다. 또한, 프로세서(43)는 시스템(2100)의 기억 장치 내에 저장된 컴퓨터 프로그램 코드를 사용하여 도 17에 도시된 모든 제어 및 결합 로직을 실행시킬 수 있다. 도면을 간략화하기 위해, 블록(2274)이 엔트리 가이드 머니퓰레이터(2116) 및 엔트리 가이드(2000)의 조합을 나타낸다. 블록(2264)은 촬상 시스템 기구 머니퓰레이터(2262) 및 촬상 시스템 기구(2261)의 조합을 나타낸다. 블록(2234)은 툴 기구 머니퓰레이터(2232) 및 툴 기구(2231)의 조합을 나타낸다. 블록(2244)은 툴 기구 머니퓰레이터(2242) 및 툴 기구(2241)의 조합을 나타낸다.
관절형 기구(211, 231, 241)을 탠덤식으로 엔트리 가이드(2000)를 향해 후퇴시키는 것을 엔트리 가이드(2000)를 재배향시키는 것과 관련하여 상술하였지만, 예컨대 의료 과정의 완료 후에서와 같이 다른 적용 방식으로 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키는 것도 유용할 수 있을 것이다. 이런 경우에는, "엔트리 가이드" 모드로 전환시키는 대신에, 시스템은 "촬상 시스템" 모드인 채로 남아 있으면서, 관절형 기구(211, 231, 241)를 탠덤식으로 엔트리 가이드(2000)를 향해 후퇴시키기 위해 도 22에 도시된 바와 같은 결합적 제어 로직을 사용할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 시스템은 "툴 추종" 모드인 채로 남아 있으면서, 관절형 기구(211, 231, 241)를 탠덤식으로 엔트리 가이드(2000)를 향해 후퇴시키기 위해 도 23에 도시된 바와 같은 결합적 제어 로직을 사용할 수 있을 것이다. 어떤 경우에도, 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드(2000)를 향해 후퇴시키는 것은 엔트리 가이드(2000)의 피벗 조인트들이 잠금될 필요가 없다는 것을 제외하고는 도 19-21을 참조하여 전술한 방식과 유사한 방식으로 수행된다. 이는 양자의 "촬상 시스템" 모드 및 "툴 추종" 모드 하에서는, 엔트리 가이드(2000)가 이미 정위치에 잠금되어 있기 때문이다(예컨대 도 22 및 도 23에 도시된 바와 같이, 엔트리 가이드 및 엔트리 가이드 머니퓰레이터 조합 블록(2274)으로부터 엔트리 가이드 컨트롤러(2273)로의 "임시 잠금" 피드백에 의해). 그에 따라, 도 24-26은 "촬상 시스템" 모드 및 "툴 추종" 모드 시에 수행될 수 있는 복수의 관절형 기구(예컨대, 211, 231, 241)를 탠덤식으로 엔트리 가이드(2000)를 향해 후퇴시키기 위한 방법을 도시하고 있으며, 도 24는 엔트리 가이드를 정위치에 잠금시키는 것과 관련한 블록(1904, 1905, 1912)을 제외하고는 도 19와 관련하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 수행되며, 도 25 및 도 26은 엔트리 가이드를 정위치에 잠금시키는 것과 관련한 지점(IOLOCK)이 삭제된 것을 제외하고는 도 20 및 도 21과 기본적으로 동일하다.
본 발명의 여러 가지 양태들을 바람직한 실시형태와 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 첨부의 청구범위의 전체 범위 내의 완전한 보호를 받을 자격이 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (24)

  1. 엔트리 가이드로부터 신장되어 나온 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키기 위한 방법에 있어서,
    초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에만 응답하여 복수의 관절형 기구들이 후퇴 자세를 취하게 만드는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 제어 기구로부터의 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 명령을 수취했을 때, 제어 기구에 가해지는 촉각력에 급격한 변경을 일으키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제어 기구로부터의 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 명령이 후퇴 진행 거리보다 작은 초기 위치로부터의 한계 거리를 넘어서 점점 커져갈 때 힘이 점점 증가하는 방식으로 촉각력이 제어 기구에 가해지게 만드는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    후퇴 진행 거리보다 작은 초기 위치로부터의 잠금 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 명령을 수취했을 때, 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 정위치에 잠금되게 만드는 과정; 및
    엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 하나 이상의 명령으로부터 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령을 생성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    복수의 관절형 기구들이 엔트리 가이드 내로 후퇴된 후에, 엔트리 가이드의 피벗운동을 위해, 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 잠금해제되게 만드는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    복수의 관절형 기구들의 각각이 엔트리 가이드 내로 후퇴되는 것을 허용하는 자세에 있거나 복수의 관절형 기구들의 각각이 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 최소 거리로 떨어져 있는 경우에, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여 복수의 관절형 기구들이 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 복수의 관절형 기구들 중의 하나는 영상 촬상 단부를 가진 관절형 카메라 기구이고, 복수의 관절형 기구들 중의 다른 나머지는 작동 단부들을 가진 관절형 툴 기구들이며, 상기 복수의 관절형 기구들이 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정은:
    복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 상기 영상 촬상 단부가 엔트리 가이드 내로 진입할 때까지, 상기 관절형 카메라 기구가 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 복수의 관절형 기구들이 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정은:
    복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 다른 나머지 관절형 기구들의 각각의 작동 단부가 엔트리 가이드 내로 진입한 후에도, 다른 나머지 관절형 기구들의 각각이 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 복수의 관절형 기구들이 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정은, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령이 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서 점점 커져갈 때, 점점 증가하는 속도 한계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 복수의 관절형 기구들이 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정은, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령이 후퇴 진행 거리보다 큰 초기 위치로부터의 최대 거리를 넘어선 후에는, 최대 속도 한계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 복수의 관절형 기구들이 신장되어 나오게 해주는 엔트리 가이드를 재배향시키는 방법에 있어서,
    초기 거리로부터의 잠금 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 제1 명령을 생성하는 과정;
    상기 제1 명령에 응답하여 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 정위치에 잠금되게 만드는 과정;
    잠금 거리보다 큰 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 제2 명령을 생성하는 과정;
    상기 제2 명령에 응답하여 복수의 관절형 기구들이 후퇴 자세를 취하고 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만드는 과정;
    복수의 관절형 기구들 중의 어느 것도 임의의 환자의 내부 구조부를 손상시키는 일이 없는 엔트리 가이드의 피벗운동을 허용하는 거리만큼 복수의 관절형 기구들이 후퇴된 후에, 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 잠금해제되게 만드는 과정;
    엔트리 가이드를 다른 배향으로 피벗운동시키라는 제3 명령을 생성하는 과정; 및
    상기 제3 명령에 응답하여 엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 조인트들이 엔트리 가이드를 피벗운동시키게 만드는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리와 같거나 더 큰 거리에 의거하여 제어 기구로부터의 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 명령을 수취했을 때, 제어 기구에 가해지는 촉각력에 급격한 변경을 일으키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 로봇 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 입력 장치;
    엔트리 가이드;
    엔트리 가이드의 원위 단부로부터 신장되어 나오는 복수의 관절형 기구들;
    복수의 관절형 기구들의 대응하는 하나씩을 조작하기 위한 복수의 기구 머니퓰레이터들; 및
    초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 적어도 하나의 입력 장치로부터 수취된 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 복수의 관절형 기구들을 후퇴 자세를 취하게 조작하도록 복수의 기구 머니퓰레이터들에 명령하도록 맞춤구성된 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는, 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 적어도 하나의 입력 장치가 복수의 관절형 기구들에 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴하도록 명령했을 때, 적어도 하나의 입력 장치에 가해지는 촉각력에 급격한 변경을 일으키도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는, 적어도 하나의 입력 장치로부터의 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령이 잠금 거리보다 작은 초기 위치로부터의 한계 거리를 넘어서 점점 커져갈 때, 힘이 점점 증가하는 방식으로 촉각력이 적어도 하나의 입력 장치에 가해지게 만들도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    엔트리 가이드를 피벗운동시키기 위해 사용되는 복수의 조인트들을 갖는 엔트리 가이드 머니퓰레이터를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 후퇴 진행 거리보다 작은 초기 거리로부터의 잠금 거리를 넘어서는 거리에 의거하여 적어도 하나의 입력 장치로부터의 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 명령을 수취했을 때 상기 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 정위치에 잠금되게 만들고, 적어도 하나의 입력 장치로부터 수취된 엔트리 가이드를 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동시키라는 명령으로부터 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 명령을 생성하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 프로세서는, 복수의 관절형 기구들이 엔트리 가이드 내로 후퇴된 후에, 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 잠금해제되게 만들도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  18. 제 16 항에 있어서,
    관절형 카메라 기구에서 생성되는 처리 영상을 디스플레이하기 위한 뷰어를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 오퍼레이터가 상기 뷰어를 보면서 디스플레이된 처리 영상을 밀어젖혀, 엔트리 가이드에 그것의 길이방향 축선을 따라 후퇴 방향으로 병진 이동하도록 명령하는 결과를 낳도록 적어도 하나의 입력 장치를 조작한다는 인상을 적어도 하나의 입력 장치의 오퍼레이터에게 주는 방식으로, 적어도 하나의 입력 장치로부터의 명령에 응답하여 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴하도록 복수의 관절형 기구들을 조작하도록 복수의 기구 머니퓰레이터들에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 적어도 하나의 입력 장치는 오퍼레이터의 좌측 및 우측 손에 의해 개별적으로 작동되는 좌측 및 우측 입력 장치를 포함하고, 좌측 및 우측 입력 장치의 피벗 지점들이 이 피벗 지점들을 통과하는 핸들바 축선을 한정하고, 상기 프로세서는 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 정위치에 잠금되기 전에 전후 반대 방향으로의 제1 및 제2 입력 장치의 이동에 응답하여 엔트리 가이드를 제1 축선을 중심으로 회전시키도록 엔트리 가이드 머니퓰레이터에 명령하고, 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 정위치에 잠금되기 전에 상하 반대 방향으로의 제1 및 제2 입력 장치의 운동에 응답하여 엔트리 가이드를 제2 축선을 중심으로 회전시키도록 엔트리 가이드 머니퓰레이터에 명령하고, 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 정위치에 잠금되기 전에 핸들바 축선을 중심으로 동일한 각방향으로 제1 및 제2 입력 장치를 피벗운동시키는 것에 응답하여 엔트리 가이드를 제3 축선을 중심으로 회전시키도록 엔트리 가이드 머니퓰레이터에 명령하고, 엔트리 가이드 머니퓰레이터의 복수의 조인트들이 정위치에 잠금되었는지에 상관없이 전후 동일 방향으로 좌측 및 우측 입력 장치를 이동시키는 것에 응답하여 복수의 관절형 기구들을 엔트리 가이드의 길이방향 축선과 평행한 공통 방향으로 이동시키도록 적어도 하나의 기구 머니퓰레이터에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  20. 제 13 항에 있어서, 상기 프로세서는, 복수의 관절형 기구들의 각각이 엔트리 가이드 내로 후퇴되는 것을 허용하는 자세에 있거나 복수의 관절형 기구들의 각각이 엔트리 가이드의 원위 단부로부터 최소 거리로 떨어져 있는 경우에, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여 복수의 관절형 기구들이 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 만들도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 프로세서는, 적어도 하나의 입력 장치로부터의 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 명령이 초기 위치로부터의 후퇴 진행 거리를 넘어서 점점 커져갈 때, 점점 증가하는 속도 한계로 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 복수의 관절형 기구들을 조작하도록 적어도 하나의 기구 머니퓰레이터에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 프로세서는, 적어도 하나의 입력 장치로부터의 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 명령이 후퇴 진행 거리보다 큰 초기 위치로부터의 최대 거리를 넘어선 후에는, 최대 속도 한계로 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 복수의 관절형 기구들을 조작하도록 복수의 기구 머니퓰레이터들에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서, 복수의 관절형 기구들 중의 하나는 영상 촬상 단부를 가진 관절형 카메라 기구이고, 복수의 관절형 기구들 중의 다른 나머지는 작동 단부들을 가진 관절형 툴 기구들이며, 상기 프로세서는, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 상기 영상 촬상 단부가 엔트리 가이드 내로 진입할 때까지, 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 상기 관절형 카메라 기구를 조작하는 것에 의해, 탬덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되도록 복수의 관절형 기구들을 조작하도록 복수의 기구 머니퓰레이터들에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 프로세서는, 복수의 관절형 기구들을 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴시키라는 하나 이상의 명령에 응답하여, 다른 나머지 관절형 기구들의 각각의 작동 단부가 엔트리 가이드 내로 진입한 후에도, 엔트리 가이드를 향해 후퇴되게 다른 나머지 관절형 기구들의 각각을 조작하는 것에 의해, 탠덤식으로 엔트리 가이드를 향해 후퇴되도록 복수의 관절형 기구들을 조작하도록 적어도 하나의 기구 머니퓰레이터에 명령하도록 맞춤구성되어 있는 것을 특징으로 하는 로봇 시스템.
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