KR20190112321A - 로봇 수술 시스템에서 진동을 감쇠시키기 위한 기술 - Google Patents

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KR20190112321A
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Abstract

로봇 수술 동안 사용하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는 로봇 아암; 로봇 아암에 연결되는 도구 구동기; 근위 부분 및 원위 부분을 포함하는 캐뉼라 - 근위 부분은 도구 구동기에 결합됨 -; 및 로봇 아암, 도구 구동기 및 캐뉼라 중 하나에 연결되는 감쇠 요소를 포함한다. 또한, 방법이 제공되는데, 상기 방법은 로봇 아암에 결합되는 수술 도구를 환자 내로 안내하는 단계 - 수술 도구는 캐뉼라를 통해 배치되고 로봇 아암의 원위 부분에 결합되는 도구 구동기에 결합됨 -; 및 로봇 아암에 의해 도구 구동기를 조작하는 단계 - 조작에 의해 발생되는 진동은 로봇 아암, 도구 구동기 및 캐뉼라 중 하나에 결합되는 감쇠 요소에 의해 억제됨 - 를 포함한다.

Description

로봇 수술 시스템에서 진동을 감쇠시키기 위한 기술
본 발명은 대체적으로 로봇 수술 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 로봇 수술 시스템 내에서의 진동 전달을 감소시키기 위한 신규하고 유용한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
복강경 수술과 같은 최소-침습 수술(minimally-invasive surgery, MIS)은 외과 시술 동안에 조직 손상을 감소시키도록 의도되는 기법을 수반한다. 예를 들어, 복강경 시술은 전형적으로, 환자 내에 (예컨대, 복부 내에) 다수의 작은 절개부를 생성하는 것, 및 하나 이상의 수술 도구(예컨대, 엔드 이펙터(end effector), 적어도 하나의 카메라, 등)를 절개부를 통해 환자 내로 도입시키는 것을 수반한다. 이어서, 외과 시술은 카메라에 의해 제공되는 시각화 보조물(visualization aid)과 함께, 도입된 수술 도구를 사용하여 수행될 수 있다.
일반적으로, MIS는 환자 반흔형성 감소, 환자 통증 감소, 환자 회복 기간 단축, 및 환자 회복과 연관된 의료 처치 비용의 절감과 같은 다수의 이득을 제공한다. 일부 실시예에서, MIS는 조작자로부터의 명령에 기초하여 수술 도구를 조작하기 위한 하나 이상의 로봇 아암을 포함하는 로봇 시스템으로 수행될 수 있다. 로봇 아암은, 예를 들어, 그의 원위 단부에 수술 엔드 이펙터, 이미징 디바이스, 환자의 체강 및 기관에 대한 접근을 제공하기 위한 캐뉼라 등과 같은 다양한 디바이스를 지지할 수 있다. 로봇 MIS 시스템에서, 로봇 아암에 의해 지지되는 디바이스에 대한 높은 위치 정확도를 확립 및 유지하는 것이 바람직할 수 있다.
위치 정확도는 로봇 아암의 진동에 의해 감소되거나 저하될 수 있다. 그러한 진동은, 예를 들어, 시스템의 다른 부분에서 유래되는, 시스템의 하나의 부분에서 발생하는 원하지 않는 진동을 포함하는 진동 크로스-토크(vibrational cross-talk)의 형태일 수 있다. 예를 들어, 진동은 아암 및/또는 그의 연관된 도구 구동기 또는 수술 도구의 작동으로 인해 아암 내에서 초래될 수 있고, 이러한 진동은, 다른 디바이스를 지지하는 다른 로봇 아암의 원위 단부를 포함한 시스템의 다른 부분, 및 지지된 디바이스 자체(예컨대, 수술 도구)로 전파될 수 있다. 그러한 진동은, 예를 들어 로봇 수술 시스템 전체에 걸쳐 디바이스의 위치 정확도를 저해할 수 있다. 따라서, 로봇 수술 시스템 전체에 걸친 진동의 전달 또는 전파를 감소시키는 것이 바람직하다.
대체적으로, 일부 변형예에서, 로봇 수술 동안 사용하기 위한 시스템은 제1 개구 및 제1 개구보다 넓은 제2 개구를 한정하는 가요성 스커트(skirt) 부분을 포함하는 캐뉼라 부착부를 포함할 수 있다. 스커트 부분의 적어도 일부는 환자 조직을 가로질러 진동 에너지를 분포시키는 것을 돕기 위해 가요성일 수 있어서, 그에 의해 캐뉼라의 원위 단부 및/또는 캐뉼라 내의 수술 도구로 전달되는 진동을 감소시킬 수 있다. 일부 변형예에서, 캐뉼라 부착부는 스커트 부분을 다른 캐뉼라 부착부의 제2 스커트 부분에 결합시키기 위한 적어도 하나의 상호잠금 특징부를 추가로 포함하여서, 진동 에너지가 다수의 캐뉼라 부착부 및 환자의 더 넓은 표면에 걸쳐 분포될 수 있게 할 수 있다. 상호잠금 특징부는, 예를 들어, 제2 상호잠금 특징부와 중첩하기, 제2 상호잠금 특징부와 측방향으로 결합하기, 등을 위해 리세스 또는 돌출부(또는 다른 적합한 태양)를 포함할 수 있다.
스커트 부분은 제1 개구를 실질적으로 둘러쌀 수 있고, 탄성중합체 재료, 예컨대 탄성중합체 멤브레인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스커트 부분은 대체로 원형일 수 있고 스커트 부분의 중심 영역에 위치된 원형 구멍을 한정할 수 있다. 하나의 대체로 원형 형상의 개구를 갖는 대체로 원형인 스커트 부분이 단지 설명되었지만, 스커트 부분은 임의의 다른 적합한 기하학적 형상을 가질 수 있고, 임의의 적합한 형상 및 크기의 개구를 가질 수 있고, 임의의 적합한 개수의 개구를 가질 수 있다.
일부 변형예에서, 캐뉼라 부착부는 스커트 부분에 결합되는 (예를 들어, 별개로 형성되어 스커트 부분에 부착되는, 스커트 부분과 일체로 형성되는, 등의) 목부 부분을 추가로 포함할 수 있다. 목부 부분은 제1 개구로부터 연장되는 루멘을 한정할 수 있다. 예를 들어, 루멘은 캐뉼라와 캐뉼라 부착부를 결합하기 위한 캐뉼라의 샤프트를 수용할 수 있다. 목부 부분은 임의의 적합한 긴 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 목부 부분은 확개될 수 있거나, 그의 길이를 따라 실질적으로 균일한 단면 형상을 가질 수 있다. 목부 부분은 제2 개구로부터 멀어지게 연장될 수 있거나, 일부 변형예에서, 대안적으로 제2 개구를 향해 연장될 수 있다.
대체적으로, 일부 변형예에서, 로봇 수술 동안 사용하기 위한 시스템은 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 캐뉼라, 및 캐뉼라의 근위 단부와 원위 단부 사이에 배치된 감쇠 요소를 포함할 수 있다. 감쇠 요소는 근위 부분 및 원위 부분을 포함할 수 있는데, 여기서 원위 부분은 근위 부분보다 더 가요성이다. 추가로, 감쇠 요소의 원위 부분은 감쇠 요소의 근위 부분으로부터 멀어지게 편의될 수 있다. 감쇠 요소의 적어도 일부분은 캐뉼라에 결합될 수 있다. 예를 들어, 감쇠 요소의 근위 부분 및/또는 원위 부분은 캐뉼라를 수용하는 루멘을 한정할 수 있다. 감쇠 요소의 원위 부분은 환자의 표면과 계면을 이룰 수 있고, 감쇠 요소는 환자 조직을 가로질러 진동 에너지를 분포시키는 것을 도울 수 있어서, 그에 의해 캐뉼라의 원위 단부 및/또는 캐뉼라 내의 수술 도구로 전달되는 진동을 감소시킬 수 있다.
감쇠 요소의 원위 부분은 재료 및/또는 기하학적 형상과 같은 다양한 차이로 인해 감쇠 요소의 근위 부분보다 더 가요성일 수 있다. 일부 변형예에서, 감쇠 요소의 원위 부분은 탄성중합체 재료를 포함할 수 있고/있거나 감쇠 요소의 근위 부분의 두께보다 작은 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 원위 부분은 탄성중합체 멤브레인 등을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 감쇠 요소는 원위 부분을 근위 부분으로부터 멀어지게 편의시키기 위해 감쇠 요소의 근위 부분과 원위 부분 사이에 배치되는 적어도 하나의 편의 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감쇠 요소는 감쇠 요소의 근위 부분으로부터 멀어지게 감쇠 요소의 원위 부분에 스프링력을 가하는(spring-load) 적어도 하나의 스프링을 포함할 수 있다. 다수의 스프링이 감쇠 요소의 근위 부분과 원위 부분 사이에 병렬로 배치될 수 있다. 원위 부분은, 다른 변형예에서, 추가적으로 또는 대안적으로 고유 편의부(예컨대, 감쇠 요소의 근위 부분으로부터 멀어지게 만곡되는 형상으로 성형됨)를 가질 수 있다.
대체적으로, 일부 변형예에서, 로봇 수술 동안 사용하기 위한 시스템은 근위 부분 및 원위 부분을 포함하는 캐뉼라를 포함할 수 있는데, 여기서 근위 부분과 원위 부분은 변형가능 접합부(juncture)에서 결합된다. 예를 들어, 캐뉼라의 근위 부분과 원위 부분은 근위 부분 및 원위 부분이 서로에 대해 축방향으로 이동가능하도록 변형가능 접합부에서 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 캐뉼라의 근위 부분과 원위 부분은 적어도 부분적으로 포개질(nested) 수 있다. 원위 캐뉼라 부분은 환자의 표면과 계면을 이루어, 진동 에너지가 근위 캐뉼라 부분으로부터 변형가능 접합부를 통해 원위 캐뉼라 부분으로 전달될 수 있게 할 수 있다. 환자의 표면과 계면을 이룸으로써, 원위 캐뉼라 부분은 진동 에너지를 소산 및 감쇠를 위해 환자 조직을 가로질러 분포시켜서, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 변형가능 접합부는 진동 에너지를 소산시키는 것을 돕도록 변형될 수 있다.
일부 변형예에서, 근위 캐뉼라 부분과 원위 캐뉼라 부분 사이의 변형가능 접합부는 근위 캐뉼라 부분과 원위 캐뉼라 부분을 결합시키는 적어도 하나의 밀봉부(예를 들어, 주연 또는 원주방향 밀봉부)를 포함할 수 있다. 변형가능 접합부는 근위 캐뉼라 부분과 원위 캐뉼라 부분을 결합시키는 제2 밀봉부를 포함할 수 있는데, 여기서 제2 밀봉부는 제1 밀봉부에 대해 (예를 들어, 그에 대해 원위로 또는 근위로) 축방향으로 오프셋된다. 추가로, 변형가능 접합부는 유체(예컨대, 가스)와 같은 감쇠 요소를 포함할 수 있다.
로봇 시스템 내의 진동을 감소시키기 위한 (예를 들어, 캐뉼라의 원위 단부 및/또는 캐뉼라 내의 수술 도구로 전파되는 진동을 감소시키기 위한) 시스템 및 방법의 다른 변형예가 본 명세서에서 설명된다.
상기 발명의 내용은 본 발명의 모든 태양의 총망라한 목록을 포함하지는 않는다. 본 발명은 상기에 요약된 다양한 태양들의 모든 적합한 조합으로부터 실시될 수 있는 모든 시스템 및 방법뿐만 아니라, 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 개시되고 특히 본 명세서와 함께 출원된 청구범위에서 언급된 것들을 포함하는 것이 고려된다. 그러한 조합은 상기 발명의 내용에서 구체적으로 언급되지 않은 특정 이점을 갖는다.
도 1a는 수술 도구가 구비된 로봇 아암 조작기, 도구 구동기, 및 캐뉼라의 하나의 예시적인 변형예의 개략도이다. 도 1b는 수술 도구가 구비된 도구 구동기 및 캐뉼라의 하나의 예시적인 변형예의 개략도이다. 도 1c는 캐뉼라 및 수술 도구의 하나의 예시적인 변형예 및 이들의 이동의 자유도의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 캐뉼라 스커트 부착부의 일 변형예의 개략도이다. 도 2c는 인접한 상호잠긴 스커트 부착부의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 캐뉼라 스커트 부착부의 변형예의 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 캐뉼라 스커트 부착부를 위한 상호잠금 특징부의 변형예의 개략도이다.
도 5는 캐뉼라 스커트 부착부의 다른 변형예의 개략도이다.
도 6a는 편의된 캐뉼라 부착부의 일 변형예의 개략도이다. 도 6b는 진동을 감쇠시키기 위해 환자와 함께 사용되는, 도 6a에 도시된 편의된 캐뉼라 부착부의 개략도이다. 도 6c는 도 6a에 도시된 편의된 캐뉼라 부착부 내의 감쇠 요소의 종단면도이다. 도 6d는 편의된 캐뉼라 부착부의 다른 변형예에서의 감쇠 요소의 종단면도이다.
도 7a는 다중 피스 캐뉼라의 일 변형예의 개략도이다. 도 7b는 진동을 감쇠시키기 위해 환자와 함께 사용되는 다중 피스 캐뉼라의 변형예의 종단면도이다.
도 8a는 감쇠 캐뉼라 확대부의 일 변형예의 개략도이다. 도 8b 및 도 8c는 감쇠 캐뉼라 확대부의 다른 변형예의 개략도이다.
도 9는 감쇠 캐뉼라 벽 층을 포함하는 캐뉼라의 종단면도이다.
도 10a는 튜닝형(tuned) 진동 흡수기의 일 변형예의 종단면도이다. 도 10b는 도구 구동기 내의 캐리지(carriage)에 결합된 튜닝형 진동 흡수기의 예시적인 개략도이다. 도 10c는 도구 구동기 내의 스테이지에 결합된 튜닝형 진동 흡수기의 예시적인 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 각각 스프링 기반 상쇄(neutralizing) 요소 및 자석 기반 상쇄 요소를 포함하는 튜닝형 진동 흡수기의 종단면도이다.
도 12a 및 도 12b는 감쇠 로봇 아암 덮개의 변형예의 개략도이다.
도 13a는 감쇠 로봇 아암 덮개의 일 변형예의 축방향 단면도이다. 도 13b는 로봇 아암 링크 둘레에 싸인 감쇠 로봇 아암 덮개의 예시적인 개략도이다. 도 13c는 로봇 아암 링크에 결합된 감쇄 스트립 재료의 예시적인 개략도이다.
도 14는 로봇 수술 시스템 내의 예시적인 로봇 아암의 예시적인 개략도이다.
도 15a는 다수의 로봇 아암을 갖는 로봇 수술 시스템의 예시적인 개략도이다. 도 15b는 도 15a에 도시된 로봇 아암들 사이의 모드 분리(modal separation)의 다양한 예의 예시적인 요약이다.
본 출원은 공계류 중인 2017년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/471,324호, 2017년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/471,325호, 및 2017년 3월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/471,326호의 정규 출원이고, 이들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명의 다양한 태양 및 변형의 예가 본 명세서에서 설명되고 첨부 도면에서 예시된다. 하기의 설명은 본 발명을 이들 실시예로 제한하려는 것이 아니라, 오히려 당업자가 본 발명을 제조 및 사용하는 것을 가능하게 하려는 것이다.
대체적으로, (예컨대, 최소-침습 외과 시술을 가능하게 하기 위한) 로봇 또는 로봇-보조 수술 시스템은, 예컨대 최소-침습 수술 동안, 수술 도구를 조작하기 위한 하나 이상의 로봇 아암을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1a의 예시적인 개략도에 도시된 바와 같이, 로봇 조립체(100)는 로봇 아암(110) 및 로봇 아암(110)의 원위 단부에 대체적으로 부착되는 도구 구동기(120)를 포함할 수 있다. 도구 구동기(120)의 단부에 결합된 캐뉼라(130)가 수술 도구(150)를 수용 및 안내할 수 있다. 추가로, 로봇 아암(110)은 도구 구동기(120)를 위치 및 배향시키도록 작동되는 복수의 링크를 포함할 수 있다.
외과 시술에 사용하기 위해, 적어도 하나의 로봇 아암(110)이 환자가 놓이는 수술 테이블에 장착될 수 있다(또는 환자 근처의 카트, 천장, 측벽 등에 장착될 수 있다). 환자 내로의 수술 도구의 도입을 가능하게 하는 포트를 생성하기 위해, 투관침 조립체(예를 들어, 캐뉼라(130) 및 폐색구)가 환자 내의 (예컨대, 복벽 내의) 절개부 또는 진입점을 통해 환자 내로 적어도 부분적으로 삽입될 수 있다. 캐뉼라(130)는 환자 내의 그러한 캐뉼라 배치 동안 (또는 일부 변형예에서, 배치 후) (도 1a에 도시된 바와 같이) 도구 구동기(120)의 원위 단부에 결합될 수 있다. 캐뉼라가 배치된 후, 폐색구는 제거될 수 있고, 로봇 아암(110) 내의 링크는 도구 구동기(120)를 조작하도록 제어될 수 있다.
수술 도구(150)의 근위 부분은 도구 구동기(120)에 결합되어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 적어도 일부분(예컨대, 도구 샤프트)이 캐뉼라를 통과하고 환자(P) 내로 들어가도록 할 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(150)의 근위 부분은 스테이지(122)를 따라 이동가능한 캐리지(124)에 결합될 수 있고, 스테이지(122)는 도구 구동기(120)의 위치설정을 위해 로봇 아암(110)의 원위 단부에 결합될 수 있다.
수술 도구(150)가 도구 구동기(120)에 결합될 때, 로봇 아암(110) 및/또는 도구 구동기(120)의 작동은 도 1c에 도시된 바와 같이, 요(yaw) 방향의 이동 또는 구면 롤(spherical roll)(화살표(A)), 피치 방향(화살표(B))으로의 캐뉼라에 의한 이동, 캐뉼라(130) 내에서 축방향으로의 도구 회전(화살표(C)), 및/또는 캐뉼라(130) 내에서의 도구 병진(화살표(D))을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 도구의 하나 이상의 다양한 자유도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 요 및/또는 피치 방향으로의 이동은 로봇 아암(110)의 적어도 일부분의 작동을 통해 제어될 수 있다. 요 및/또는 피치 방향으로의 도구 이동은, 일부 변형예에서, 구면 회전 중심, 또는 기계적 원격 운동 중심(remote center of motion, RCM) 둘레의 이동으로 구속될 수 있다. 추가로, 캐뉼라(130) 내에서 축방향으로의 도구 회전은 (멸균 장벽 등을 통해 직접적으로 또는 간접적으로) 수술 도구(150)에 결합된 캐리지(124) 내의 하나 이상의 도구 구동기 액추에이터를 통해 제어될 수 있고, 캐뉼라(130) 내에서의 도구 병진은 캐리지(124)가 스테이지(122)를 따라 병진하게 하는 하나 이상의 도구 구동기 액추에이터를 통해 제어될 수 있다.
수술 도구(150)의 원위 부분은 엔드 이펙터를 포함할 수 있고, 캐리지(124) 내의 액추에이터는 특정 종류의 엔드 이펙터에 따라 외과 시술 동안의 다양한 일(예컨대, 절단, 파지 등)을 수행하기 위해 도구(150)를 작동시키도록 추가로 제어될 수 있다. 더욱이, 도구(150)는 포트로부터 인출되고 도구 구동부(120)로부터 결합해제되어 다른 도구, 예컨대 상이한 기능을 갖는 엔드 이펙터를 갖는 다른 도구와 교환할 수 있다.
진동은 로봇 시스템의 작동 동안 로봇 시스템의 하나 이상의 부분에서 발생될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(110) 및/또는 도구 구동기(120)의 작동된 모터 및/또는 다른 이동 부품이 로봇 시스템에서 진동을 유발할 수 있다. 진동은 로봇 시스템 전체에 걸쳐, 예컨대 "크로스-토크"(예컨대, 하나 이상의 로봇 아암이 부착되는 테이블 또는 다른 장착 표면을 가로질러 전달됨)로서 로봇 아암들 사이에서, 로봇 아암을 따라서, 로봇 아암과 도구 구동기 사이에서, 도구 구동기와 수술 도구 및/또는 캐뉼라 사이에서, 등에서 전파될 수 있다. 그러나, 수술 도구 상의 엔드 이펙터로 전파되는 진동은 수술 도구의 위치의 정확도를 감소시킬 수 있다. 시스템의 다양한 부분(예를 들어, 캐뉼라, 도구 구동기, 아암 등)에서의 진동을 감소(예컨대, 감쇠)시키기 위한 시스템 및 방법이 본 명세서에서 설명된다. 로봇 시스템은, 임의의 적합한 조합으로, 본 명세서에서 설명되는 임의의 하나 이상의 변형예를 포함할 수 있다.
캐뉼라 및 캐뉼라 감쇠기
대체적으로, 로봇 수술 시스템에서 캐뉼라에 관한 하나 이상의 태양은 진동을 수동적으로(passively) 감쇠시키는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 캐뉼라(또는 캐뉼라 부착부)는, 캐뉼라가 환자 내에 삽입될 때(예를 들어, 복벽을 통과할 때) 환자의 조직에 진동을 전파하고 수술 도구의 원위 단부(예를 들어, 엔드 이펙터)로부터 적어도 일부 진동을 방향전환시키는 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다. 환자 조직이 대체적으로 가요성이고 가단성이기 때문에, 조직은 캐뉼라로부터 전달되는 진동 에너지를 흡수하여, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부에서 발생하는 진동을 감소시킬 수 있다. 대체적으로, 환자 조직에서의 진동의 더 효과적인 감쇠는 접촉의 더 큰 표면적 및/또는 캐뉼라(또는 캐뉼라 부착부)의 진동 전달 특징부와 환자 표면 사이의 증가된 접촉 결합 또는 접촉력에 의해 달성가능하다. 다른 예로서, 일부 변형예에서, 캐뉼라는 적어도 부분적으로 캐뉼라 자체 내에서 진동 에너지를 흡수하거나 감쇠시켜서, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부에서 발생하는 진동을 감소시키는 하나 이상의 특징부를 포함할 수 있다. 추가로, 일부 캐뉼라 변형예는 캐뉼라 내의 진동 에너지를 흡수하는 적어도 하나의 특징부와 조합하여 진동을 환자 조직으로 전파하는 적어도 하나의 특징부를 포함할 수 있다.
가요성 캐뉼라 스커트
일 변형예에서, 도 2a에 도시된 바와 같이, 로봇 시스템은 가요성 스커트 부분(210)을 포함하는 캐뉼라 부착부(200)를 포함할 수 있다. 가요성 스커트 부분(210)은, 일부 변형예에서, 캐뉼라로부터 환자에게 진동을 전파시킬 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(210)은 제1 개구(212) 및 제2 개구(214)를 한정할 수 있는데, 여기서 제2 개구(214)는 제1 개구(212)보다 넓을 수 있고 그의 반대편에 있을 수 있다. 제1 개구(212)는 스커트 부분의 중심 영역(예컨대, 원형 스커트 부분(210)의 축방향 중심) 내에 위치될 수 있다. 스커트 부분(210)은, 일부 변형예에서, 대체로 반경방향으로 대칭일 수 있다(예컨대, 대체로 원형일 수 있다). 스커트 부분(210)은 캐뉼라(130)의 적어도 일부분이 적어도 제1 개구(212) 내에 배치되고 스커트 부분(210)이 캐뉼라(130)의 적어도 일부분을 실질적으로 둘러싸도록 캐뉼라(130)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(210)은 캐뉼라(130)의 샤프트를 완전히 둘러싸는 (예를 들어, 둥글게 둘러싸는) 제1 개구(212)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(210)은 캐뉼라(130)의 샤프트의 대부분(예를 들어, 우호(major arc)를 포함함)을 스위핑(sweeping)하여 개방 세그먼트(216)를 남기는 제1 개구(212)를 포함할 수 있다. 추가로, 스커트 부분(210)은 하나의 피스 또는 다수의 피스를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 스커트 부분(210)은, 종합적으로 또는 조합하여 캐뉼라(130)의 샤프트를 적어도 실질적으로 둘러싸는 다수의 피스(예를 들어, 패널)를 포함할 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 스커트 부분(210)이 단일 또는 균질 재료의 하나 이상의 실질적으로 균일한 패널을 포함할 수 있지만, 다른 변형예에서, 스커트 부분(210)은 다수의 재료의 하나 이상의 조립체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스커트 부분(210)은 적어도 하나의 강성 또는 반강성 격자 구조체 및 격자 구조체를 덮도록 부착되는 멤브레인을 포함할 수 있다.
스커트 부분(210)은 캐뉼라(130)의 근위 단부와 원위 단부 사이에 있는 캐뉼라 샤프트 위치에서 캐뉼라(130)에 결합되어, 캐뉼라의 원위 단부가 제2 개구(214)를 통해 연장되게 할 수 있다. 일 변형예에서, 스커트 부분(210)은 캐뉼라(130)와 일체로 형성될 수 있다. 다른 변형예에서, 스커트 부분(210)은 별도로 형성될 수 있고, 이어서 캐뉼라(130)에 (예를 들어, 에폭시 또는 다른 접착제, 체결구, 마찰 등으로) 부착될 수 있다. 스커트 부분(210)은 환자 내에 캐뉼라를 배치하기 전에 캐뉼라에 결합될 수 있거나, 또는 환자 내에 캐뉼라를 배치한 후에 캐뉼라에 결합될 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템에서의 사용 동안, 캐뉼라(130)의 원위 단부는 환자에 대한 접근을 수술 기구(150)에 제공하기 위해 환자(P) 내에 배치될 수 있다. 캐뉼라 부착부(200)의 스커트 부분(210)의 더 넓은 제2 개구(214)는 환자(P)의 표면에 대항하여 (예를 들어, 피부에, 또는 환자(P) 위에 배치된 드레싱 또는 다른 덮개에) 계면을 이룰 수 있고, 가요성 스커트 부분(210)의 표면은 스커트 부분(210)과 환자(P) 사이의 증가된 접촉 표면적을 갖고서 환자(P)의 표면에 순응할 수 있다. 일부 변형예에서, 스커트 부분(210)은 제2 개구(214)에서, 예컨대 환자 표면과의 마찰, 접착, 및/또는 흡인에 의해 환자(P)에게 부착될 수 있다. 환자(P)의 표면과 계면을 이룸으로써, 캐뉼라 부착부(200)는 진동 에너지를 환자 조직을 가로질러 분포시켜서, 그에 의해 수술 도구 및 캐뉼라의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킨다.
일부 변형예에서, 스커트 부분(210)은 환자와의 충분한 접촉 표면적을 제공하는 임의의 적합한 프로파일 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 바와 같이, 스커트 부분(210)은 제1 개구와 제2 개구 사이에서 점진적으로 경사가 변화하는 만곡된 프로파일을 가질 수 있다. 다른 예로서, 스커트 부분(210)은 제1 개구와 제2 개구 사이에 선형 경사 프로파일을 가질 수 있고, 환자 표면과 접촉하는 표면을 제공하는 플랜지 또는 외부 립(lip)을 추가로 포함할 수 있다.
추가로, 캐뉼라 부착부(200)는 스커트 부분을 다른 캐뉼라 부착부의 제2 스커트 부분에 결합시키기 위한 (예를 들어, 스커트 부분(210)의 주연 부분 상의) 상호잠금 특징부(220)를 포함할 수 있다. 둘 이상의 캐뉼라 부착부(200)가 상호잠금 특징부(220)를 통해 링크되거나 연결될 때, 환자(P)와의 접촉 면적은 증가되고 캐뉼라들 사이의 교차 브레이싱(cross-bracing)이 달성될 수 있어서, 그에 의해 환자 및 다른 캐뉼라로의 진동 에너지의 분포를 증가시킬 수 있고, 캐뉼라 부착부 내측의 수술 기구의 엔드 이펙터에서 발생하는 진동을 추가로 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 도 2c에 대체적으로 도시된 바와 같이, 스커트 부분(210) 및 상호잠금 특징부(220)를 갖는 제1 캐뉼라 부착부(200)가 스커트 부분(210') 및 상호잠금 특징부(220')를 갖는 제2 캐뉼라 부착부(200')에, 상호잠금 특징부들(220, 220') 사이의 결합 또는 다른 커플링을 통해, 결합될 수 있다. 캐뉼라(130) 및/또는 수술 도구(150)가 제1 캐뉼라 부착부(200) 내에 배치될 수 있고, 유사하게 제2 캐뉼라(130') 및/또는 수술 도구(150')가 제2 캐뉼라 부착부(200') 내에 배치될 수 있다. (각각의 캐뉼라 및 수술 도구에 결합된) 추가의 캐뉼라 부착부들은 환자(P)와 계면을 이루는 캐뉼라 부착부들의 네트워크의 일부로서 추가로 연결될 수 있어서, 캐뉼라들 사이의 증가된 표면적 및/또는 교차 브레이싱을 통한 진동을 추가로 감쇠시킬 수 있다.
캐뉼라 부착부(200)는 하나 이상의 적합한 종류의 상호잠금 특징부(220)를 포함할 수 있다. 일 변형예에서, 상호잠금 특징부(220)는 리세스(예컨대, 홈 또는 절결부) 및/또는 돌출부를 포함할 수 있어서, 인접한 캐뉼라 부착부(200)들의 상호잠금 특징부들이 캐뉼라 부착부(200)들의 결합을 용이하게 하기 위해 중첩되게 할 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 하나의 캐뉼라 부착부 상의 상호잠금 특징부(220)는 다른 캐뉼라 부착부 상의 상호잠금 특징부(220')의 하향 돌출 립 및/또는 리세스와 결합하는 리세스(예컨대, 홈) 및/또는 상향 돌출 립을 포함할 수 있다. 인접한 캐뉼라 부착부들을 서로 결합하기 위해 다른 적합한 종류의 중첩하는 상호잠금 특징부들이 추가적으로 또는 대안적으로 포함될 수 있다. 다른 변형예에서, 상호잠금 특징부(220)는 다른 캐뉼라 부착부 상의 다른 상호잠금 특징부(220')의 측방향 특징부와 결합하기 위한 (예를 들어, 스커트 부분의 재료와 실질적으로 평면내의) 측방향 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 하나의 캐뉼라 부착부 상의 상호잠금 특징부(220)는 다른 캐뉼라 부착부 상의 다른 상호잠금 특징부(220')의 측방향 연장부와 결합하는 측방향 절결부를 포함할 수 있다. 측방향 특징부는 불규칙적(예컨대, 직소(jig-saw) 퍼즐 조각과 같음)이거나 또는 규칙적(예컨대, 설부-및-홈 또는 다른 적합한 결합 요소)일 수 있다. 다른 변형예에서, 인접한 캐뉼라 부착부들의 상호잠금 특징부들(220, 220')은 제3 결합 요소와 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 래치(222)가 인접한 캐뉼라 부착부들 상의 상호잠금 특징부들(220, 220')에 동시에 결합되어, 그에 의해 인접한 캐뉼라 부착부들을 결합시킬 수 있다. 다른 변형예에서, 인접한 캐뉼라 부착부(200)들은 추가적으로 또는 대안적으로 접착제 또는 다른 적합한 체결구로 서로 결합될 수 있다.
일부 변형예에서, 캐뉼라 부착부(200)는 목부 부분(230)을 추가로 포함할 수 있는데, 목부 부분은 스커트 부분에 결합되고 목부 부분(230)의 개방 단부와 제1 개구(212) 사이에서 연장되는 루멘(232)을 한정한다. 목부 부분(230)은, 예를 들어, 제1 개구(212) 내에 배치된 캐뉼라에 결합하고 그를 지지하기 위한 추가의 표면적을 제공할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 목부 부분(230)은 제2 개구(214)로부터 멀어지는 방향으로 (예컨대, 캐뉼라(150)의 근위 단부를 향해) 연장될 수 있다. 일 변형예에서, 목부 부분(230)은 루멘(232)이 스커트 부분(210)의 제1 개구(212)보다 넓은 근위 단부 개구를 갖도록 근위 단부에서 확개될 수 있다. 확개된 목부 부분은 캐뉼라(130) 및 도구(150)가 RCM을 중심으로 회전할 때 이들의 요 및 피치 이동에 대한 간극을 제공하는 것을 도울 수 있다. 다른 변형예에서, 도 3a에 도시된 바와 같이, 목부 부분(230)은 실질적으로 균일한 단면을 가질 수 있어서, 루멘(232)이 스커트 부분(210)의 제1 개구(212)와 크기 및 형상이 거의 동일한 근위 단부 개구를 갖게 할 수 있다.
일부 변형예에서, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 목부 부분(230)은 스커트 부분(210)에 대해 반전될 수 있는데, 이때 목부 부분(230)은 제2 개구(214)를 향하는 방향으로 (예컨대, 캐뉼라(150)의 원위 단부를 향해) 연장된다. 이들 변형예에서, 목부 부분(230)은 개방 단부에서 확개될 수 있거나(도 3b), 실질적으로 균일한 단면을 가질 수 있다(도 3c).
일부 변형예에서, 목부 부분(230) 및 스커트 부분(210)은 일체로 형성될 수 있다. 대안적으로, 다른 변형예에서, 목부 부분(230) 및 스커트 부분(210)은 별도로 형성되고 이어서 서로 부착될 수 있다. 예를 들어, 목부 부분은 캐뉼라의 배치 전에 캐뉼라에 결합될 수 있고, 스커트 부분은 캐뉼라의 배치 후에 목부 부분에 부착될 수 있다.
스커트 부분(210) 및/또는 목부 부분(230)은 가요성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 스커트 부분(210) 및/또는 목부 부분(230)은 생체적합성일 수 있는 탄성중합체 재료(예컨대, 실리콘)를 포함할 수 있다. 스커트 부분(210) 및/또는 목부 부분(230)은, 예를 들어 약 1 mm 내지 약 10 mm 또는 약 3 mm 내지 약 7 mm와 같은, 가요성 및 순응성을 유지하기에 적합한 두께를 가질 수 있지만, (예컨대, 재료에 따라) 다른 두께가 적합할 수 있다. 스커트 부분(210), 목부 부분(230), 및/또는 상호잠금 특징부(들)(220)는 사출 성형, 3D 인쇄 등과 같은 임의의 적합한 제조 공정으로 형성될 수 있다.
추가로, 목부 부분(230)은 캐뉼라(130) 및 도구(150)의 요 및 피치 이동을 수용하기 위해 보강 및/또는 가요성 특징부를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 목부 부분(230)은 굴곡을 겪을 수 있는 목부 부분의 영역들 둘레에 리브(rib), 주름부, 또는 다른 스트레인 릴리프(strain relief) 또는 연장가능 요소를 포함할 수 있다.
편의된 캐뉼라 부착부
일 변형예에서, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 로봇 수술에 사용하기 위한 시스템(600)은 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 캐뉼라(610), 및 캐뉼라의 근위 단부와 원위 단부 사이에 배치된 감쇠 요소(620)를 포함할 수 있다. 감쇠 요소(620)는 근위 부분(622) 및 원위 부분(624)을 포함할 수 있는데, 여기서 원위 부분(624)은 근위 부분(622)보다 더 가요성일 수 있다. 일부 변형예에서, 원위 부분(624)은 근위 부분(622)으로부터 멀어지게 편의될 수 있다. 예를 들어, 감쇠 요소(620)는 원위 부분(624)을 근위 부분(622)으로부터 멀어지게 편의시키는 편의 요소를 포함할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템에서의 사용 동안, 캐뉼라(610)의 원위 단부는 환자에 대한 수술 도구(150) 접근을 제공하기 위해 환자(P) 내에 배치될 수 있다. 감쇠 요소(620)의 원위 부분(624)은 환자(P)의 표면에 대항하여 (예컨대, 피부에 대해, 또는 환자(P) 위에 배치된 드레싱 또는 다른 덮개에 대해) 계면을 이룰 수 있고, 원위 부분(624)은 (근위 부분(622)으로부터 멀어지게) 환자(P)의 표면에 대항하여 편의될 수 있고 환자(P)의 표면에 순응할 수 있다. 환자(P)의 표면과 계면을 이룸으로써, 감쇠 요소(620)는 진동 에너지를 소산 및 감쇠를 위해 환자 조직을 가로질러 분포시켜서, 그에 의해 수술 도구 및 캐뉼라의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킨다.
대체적으로, 캐뉼라(610)는 수술 도구(150)를 수용하기 위한 루멘을 갖는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 긴 샤프트는 대체적으로 그의 길이를 따라 균일한 원형 단면을 가질 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 캐뉼라(610)는 근위 단부 및 원위 단부를 포함할 수 있다. 근위 단부는 로봇 조작기에 결합하기 위한 커넥터(612)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 커넥터(612)는 클램프, 클립, 레버, 하나 이상의 체결구, 하나 이상의 자석(또는 클램프, 클립, 레버, 하나 이상의 체결구, 하나 이상의 자석 등을 수용하기 위한 표면), 및/또는 접착제 등을 포함할 수 있다. 그러나, 캐뉼라(610)는 캐뉼라(610)와 도구 구동기(120) 또는 로봇 조작기의 다른 부분 사이의 결합을 용이하게 하도록 구성된 임의의 적합한 커넥터 또는 다른 특징부(예를 들어, 억지 끼워맞춤을 통한 결합을 위한 특징부)를 포함할 수 있다. 커넥터(612)는, 예를 들어 캐뉼라(610)의 근위 단부로부터 반경방향 외향으로 연장되는 허브(614) 또는 플랜지 상에 배치될 수 있다. 캐뉼라(610)는 대체적으로 알루미늄, 스테인리스강, 강성 중합체 등과 같은 강성 또는 반강성 재료를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 캐뉼라(610)는 도 9와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 캐뉼라(900)와 유사한 내부 감쇠 층으로 라이닝(lining)될 수 있다.
추가로, 캐뉼라(610)는 그의 근위 단부에 또는 그 근처에, 캐뉼라 내측에 배치된 수술 도구(150) 둘레를 밀봉하도록 설계된 내부 밀봉부 조립체(616)를 포함할 수 있다. 밀봉부 조립체(616)는, 예를 들어, 주입 가스가 환자의 복강으로부터 탈출하는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다. 일부 변형예에서, 밀봉부 조립체(616)는 수술 도구(150)의 샤프트에 대항하여 집합적으로 밀봉하는 밀봉 세그먼트를 갖는 아이리스 밀봉부 섹션(iris seal section)(또는 다른 적합한 원주방향 밀봉부) 및/또는 덕빌 밀봉부(duckbill seal)(또는 실질적으로 일방향 진입을 허용하는 다른 적합한 밀봉부 및/또는 밸브 시스템)를 포함할 수 있다. 다른 변형예는 O-링, 개스킷 또는 다른 적합한 밀봉 요소를 포함할 수 있다. 아이리스 밀봉부 섹션은 부유형일 수 있거나 그로밋(grommet)에 의해 지지될 수 있다. 일부 변형예에서, 그로밋은 캐뉼라(610)에서 발생하는 진동을 감쇠시키기 위해 적어도 일부 진동 에너지를 흡수하도록 탄성중합체성(예를 들어, 실리콘을 포함함) 또는 가요성일 수 있다.
감쇠 요소(620)는 근위 부분(622) 및 원위 부분(624)을 포함할 수 있는데, 여기서 원위 부분(624)은 근위 부분(622)보다 더 가요성일 수 있다. 감쇠 요소의 적어도 근위 부분(622)은 캐뉼라에 결합될 수 있다(예컨대, 접합, 억지 끼워맞춤, 체결구 등). 감쇠 요소(620)는 감쇠 요소(620)를 통한 캐뉼라(610)의 통과를 수용 및 허용하는 (예를 들어, 근위 부분(622) 및 원위 부분(624)을 통해 연장되는) 루멘을 포함할 수 있다. 적어도 원위 부분(624)은, 일부 변형예에서, 캐뉼라(610)가 환자 내에 삽입될 때 환자(P)의 충분한 표면적과 접촉하기 위해 캐뉼라(610)로부터 측방향 외향으로 연장될 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 근위 부분(622)은, 필요할 경우, 원위 부분(624)이 내향으로 굴곡되기 위한 그리고 환자(P)의 다소 볼록한 표면에 순응하기 위한 간극을 제공하는 리세스 또는 내부 체적부를 한정할 수 있다. 예를 들어, 감쇠 요소(620)는 캐뉼라(610)로부터 반경방향 외향으로 연장되는 대체로 환형인 형상 또는 플랜지 형상을 가질 수 있지만, 대안적으로, 감쇠 요소는 루멘을 갖는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다.
일부 변형예에서, 원위 부분(624)은 근위 부분(622)으로부터 멀어지게 편의될 수 있어서, 캐뉼라(610)가 환자 내에 삽입되고 감쇠 요소의 근위 부분(622)이 환자 표면을 향해 가압될 때 원위 부분이 환자(P)와의 접촉 표면적 및/또는 접촉력을 증가시키도록 가압되게 한다. 일부 변형예에서, 감쇠 요소(620)는, 원위 부분(624)을 외향으로 가압하기 위해 그리고/또는 환자 조직에서의 소산을 위해 캐뉼라(610)로부터 원위 부분(624)으로 진동 에너지를 전달하는 것을 돕기 위해, 근위 부분(622)과 원위 부분(624) 사이에 배치되는 편의 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 편의 요소는 적어도 하나의 압축 스프링(630a)을 포함할 수 있다. 압축 스프링(630a)은, 예를 들어, 캐뉼라(610)가 환자 내로 삽입되고 원위 부분(624)이 환자(P)의 표면과 접촉할 때 원위 부분(624)이 환자에 대항하여 감쇠 요소(620)를 밀어내는 과도한 힘을 필요로 하지 않고서 (예컨대, 접촉 표면적을 증가시키기 위해) 환자(P)의 표면에 실질적으로 순응할 수 있도록, 적절히 낮은 강성을 가질 수 있다. 추가로, 다수의 압축 스프링(예컨대, 압축 스프링(630a) 및 압축 스프링(630b))이 병렬로 배치될 수 있다. 편의 요소의 다른 예에는 스프링 탭(spring tab) 또는 다른 스프링 요소, (예컨대, 블래더(bladder) 내의 또는 근위 부분(622)과 원위 부분(624) 사이에 달리 밀봉된) 액체 또는 공기와 같은 가압 유체 등이 포함된다.
일부 변형예에서, 원위 부분(624)은 자연적으로 볼록한 형상을 갖도록 성형되거나 달리 형성되어, 원위 부분(624)의 적어도 일부분이 근위 부분(622)으로부터 멀어지게 편의되게 할 수 있다. 그러한 변형예에서, 원위 부분(624)은, 예를 들어, 캐뉼라(610)가 환자 내로 삽입될 때 원위 부분(624)이 근위 부분(622)을 향해 굴곡되고/되거나 달리 환자(P)에 대해 순응하는 것을 가능하게 하기에 충분히 얇을 수 있고/있거나 그러기에 적합한 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 볼록한 형상을 갖는 탄성중합체(예를 들어, 실리콘) 멤브레인이 근위 부분(622)을 향해 굴곡되도록 구성될 수 있다. 멤브레인은, 예를 들어, 두께가 약 1 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 7 mm일 수 있다.
도 6c에 도시된 예시적인 일 실시예에서, 캐뉼라(610)에 결합된 감쇠 요소는 대체로 원형이고, 캐뉼라(610)를 둘러싸는 상승된 중심 영역(622a) 및 중심 영역(622a)으로부터 연장되는 외부 플랜지 영역(622b)을 포함하는 강성 또는 반강성 근위 부분(622)을 포함한다. 이러한 변형예에서, 감쇠 요소는 외부 플랜지 영역(622b)에 (예컨대, 체결구, 접합 등에 의해) 부착되는 가요성 탄성중합체 멤브레인을 포함하는 원위 부분(624)을 추가로 포함한다. 중심 영역(622a)과 탄성중합체 멤브레인 사이에서, 감쇠 요소는, 근위 부분(622)으로부터 멀어지게 멤브레인에 스프링력을 가하고 그를 편의시키는, 제1 압축 스프링(630a) 및 제1 압축 스프링(630a) 내에 배치된 제2 압축 스프링(630b)을 포함한, 병렬로 배열된 2개의 압축 스프링을 하우징한다. 다른 변형예는 더 많거나 더 적은 스프링을 포함할 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 캐뉼라(610)가 환자 내로 삽입될 때, 근위 부분(622)은 환자를 향해 밀려서, 그에 의해 원위 부분(624)의 멤브레인을 환자(P)의 표면에 대항하여 가압하는 스프링(630a, 630b)을 압축시킨다. 스프링(630a, 630b)은 또한 캐뉼라(610)로부터 원위 부분(624)의 멤브레인으로 진동 에너지를 전달하고/하거나 진동을 감쇠시키기 위해 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 것을 도울 수 있다. 멤브레인과 환자(P) 사이의 접촉 표면적을 통해, 진동 에너지가 환자 조직으로 전달될 수 있는데, 이는 진동을 감쇠시키고 캐뉼라(610) 내의 수술 도구(150)의 위치 정확도를 개선시킨다.
도 6d에 도시된 다른 예시적인 실시예에서, 캐뉼라(610)에 결합된 감쇠 요소는 대체로 원형이고, 대체로 환형인 강성 또는 반강성 근위 부분(622)을 포함한다. 감쇠 요소는 가요성 탄성중합체 멤브레인을 포함하는 원위 부분(624)을 추가로 포함하는데, 상기 원위 부분은 또한 대체로 환형이고 근위 부분(622)에 (예컨대, 그의 내부 및 외부 에지에서) 부착되어 대체로 환형인 내부 체적부(625)를 형성한다. 멤브레인을 근위 부분으로부터 멀어지게 편의시키기 위해 점성 유체(예를 들어, 실리콘 오일)와 같은 유체가 가압되어 내부 체적부(625) 내에 포함될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 예시적인 실시예와 유사하게, 캐뉼라(610)가 환자 내로 삽입될 때, 근위 부분(622)은 환자를 향해 밀려서, 그에 의해 내부 체적부(625) 내의 가압 유체를 압축시키고 원위 부분(624)의 멤브레인을 환자의 표면에 대항하여 가압한다. 유체는 또한 캐뉼라(610)로부터 원위 부분(624)의 멤브레인으로 진동 에너지를 전달하고/하거나 진동을 감쇠시키기 위해 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 것을 도울 수 있다. 멤브레인과 환자 사이의 접촉 표면적을 통해, 진동 에너지가 환자 조직으로 전달될 수 있는데, 이는 진동을 감쇠시키고 캐뉼라(610) 내의 수술 도구의 위치 정확도를 개선시킨다.
일부 변형예에서, 근위 부분(622) 및 원위 부분(624)은 서로 결합되는 별개로 형성된 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 근위 부분(622)은 기계가공, 사출 성형, 3D 인쇄 등으로 형성될 수 있는 플레이트, 캡, 또는 다른 적합한 강성 표면일 수 있고, 원위 부분(624)은 그의 주연부에서 근위 부분(622)에 (예를 들어, 에폭시에 의해) 접합되거나 달리 부착되는 멤브레인을 포함할 수 있다. 다른 변형예에서, 근위 부분(622) 및 원위 부분(624) 중 적어도 일부는 (예컨대, 상이한 강성 또는 가요성을 갖는 재료의 공사출 성형을 통해) 일체로 형성될 수 있다.
근위 부분(622)과 원위 부분(624)의 상대적인 가요성은 재료 및/또는 치수의 선택에 기초하여 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 근위 부분(622)은 강성 또는 반강성 재료(예컨대, 알루미늄, 스테인리스강, 강성 중합체 등)를 포함할 수 있는 반면, 원위 부분(624)은 가요성 재료(예컨대, 실리콘과 같은 탄성중합체 재료)를 포함할 수 있다. 추가로, 원위 부분(624)은 약 1 mm 내지 약 10 mm, 또는 약 3 mm 내지 약 7 mm와 같은, 가요성 및 순응성을 유지하기에 적합한 두께를 가질 수 있지만, (예컨대, 재료에 따라) 다른 두께가 적합할 수 있다.
다중 피스 캐뉼라
다른 변형예에서, 도 7a에 대체적으로 도시된 바와 같이, 로봇 수술 동안 사용하기 위한 시스템(700)은 근위 부분(710) 및 원위 부분(720)을 포함하는 캐뉼라를 포함하는데, 여기서 근위 부분과 원위 부분은 변형가능 접합부(730)에서 결합된다. 예를 들어, 근위 캐뉼라 부분(710) 및 원위 부분(720)은 서로에 대해 축방향으로 이동가능할 수 있다. 캐뉼라는 캐뉼라의 근위 부분(710) 내에 배치된 적어도 하나의 밀봉부 조립체(716)를 추가로 포함할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템에서의 사용 동안, 캐뉼라의 원위 단부(예를 들어, 원위 캐뉼라 부분(720)의 원위 단부)는 환자에 대한 수술 도구(150) 접근을 제공하기 위해 환자(P) 내에 배치될 수 있다. 원위 캐뉼라 부분(720)은 환자(P)의 조직과 계면을 이룬다. 진동 에너지는 근위 캐뉼라 부분(710)으로부터 변형가능 접합부(730)를 통해 원위 캐뉼라 부분(720)으로 전달될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 변형가능 접합부(730)는 진동 에너지를 소산시키는 것을 돕도록 변형될 수 있다. 환자(P)의 조직과 계면을 이룸으로써, 원위 캐뉼라 부분(720)은 진동 에너지를 소산 및 감쇠를 위해 환자 조직을 가로질러 분포시켜서, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킬 수 있다.
대체적으로, 근위 캐뉼라 부분(710) 및 원위 캐뉼라 부분(720)의 각각은 수술 도구(150)를 수용하기 위한 루멘을 갖는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 긴 샤프트는 대체적으로 그의 길이를 따라 균일한 원형 단면을 가질 수 있지만, 근위 캐뉼라 부분 및 원위 캐뉼라 부분은 직경, 길이, 및/또는 단면 크기 또는 형상이 상이할 수 있다. 추가로, 캐뉼라의 근위 부분(710) 및/또는 원위 부분(720)은 전술된 캐뉼라(610)와 유사한 적어도 몇몇 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 7b에 도시된 바와 같이, 근위 캐뉼라 부분(710)은 로봇 조작기에 결합하기 위한 (전술된 커넥터(612)와 유사한) 커넥터(712)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 근위 캐뉼라 부분(710) 및/또는 원위 캐뉼라 부분(720)은 캐뉼라 내측에 배치된 수술 도구(150) 둘레를 밀봉하도록 설계된 (전술된 밀봉부 조립체(616)와 유사한) 내부 밀봉부 조립체(716)를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 캐뉼라(810)는 도 9와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 캐뉼라(900)와 유사한 내부 감쇠 층으로 라이닝될 수 있다.
추가로, 일부 변형예에서, 캐뉼라의 근위 부분(710) 및 원위 부분(720)은 서로에 대해 축방향으로 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 근위 부분(710) 및 원위 부분(720)은 적어도 부분적으로 포개질 수 있다(예컨대, 근위 부분(710)의 적어도 일부가 원위 부분(720) 내에 배치되고 원위 부분에 대해 축방향으로 병진가능할 수 있다). 근위 캐뉼라 부분(710) 및/또는 원위 캐뉼라 부분(720)은 알루미늄, 스테인리스강, 강성 또는 반강성 중합체 등과 같은 적합한 강성 또는 반강성 재료를 포함할 수 있다. 캐뉼라 부분은, 예를 들어, 기계가공, 3D 인쇄, 압출, 또는 임의의 적합한 제조 공정을 통해 제조될 수 있다.
일부 변형예에서, 변형가능 접합부(730)는 근위 캐뉼라 부분(710)으로부터 원위 캐뉼라 부분(720)으로 진동 에너지를 전달하기 위한, 그리고/또는 변형을 통해 적어도 일부 진동 에너지를 흡수하기 위한 메커니즘을 제공할 수 있다. 예를 들어, 변형가능 접합부(730)는, 유체 체적부(예컨대, 밀봉된 블래더 또는 다른 공간에 포함된 점성 유체, 공기 등) 또는 스프링 요소(예컨대, 압축 스프링, 스프링 탭, 원주방향 주름부 또는 접힘부 등)와 같은 감쇠 요소를 포함할 수 있다. 변형가능 접합부(730)는 추가적으로 근위 캐뉼라 부분과 원위 캐뉼라 부분이 서로에 대해 축방향으로 이동하는 것을 가능하게 할 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 예시적인 일 실시예에서, 변형가능 접합부(730)는, 부분적으로 포개진 근위 캐뉼라 부분과 원위 캐뉼라 부분을 연결하고 감쇠 요소(예컨대, 감쇠 유체)를 포함하는 근위 밀봉부(732) 및 원위 밀봉부(734)를 포함할 수 있다. 캐뉼라 부분(710, 720)이 대체로 원형 또는 둥근 단면인 경우, 근위 밀봉부(732) 및 원위 밀봉부(734)은 근위 캐뉼라 부분 및 원위 캐뉼라 부분을 원주방향으로 결합하기 위한 밀봉부를 포함할 수 있다. 적합한 밀봉부 설계는 개스킷, O-링, 아이리스 밀봉부, 또는 다른 적합한 원주방향 밀봉부를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 본 실시예에서, 근위 부분(710) 및 원위 부분(720)에 의해 반경방향으로 경계지어지고 근위 밀봉부(732) 및 원위 밀봉부(732)에 의해 축방향으로 경계지어지는 것으로서 환형 영역(736)이 한정될 수 있다. 이러한 환형 영역(736) 내에는 공기 또는 점성 유체와 같은 감쇠 유체가 포함될 수 있다. 진동이 근위 캐뉼라 부분(710)에서 일어날 때, 변형가능 접합부(730)는 진동 에너지를 근위 캐뉼라 부분(710)으로부터 원위 캐뉼라 부분(720)으로 전달할 수 있고/있거나 적어도 일부 진동 에너지를 흡수할 수 있다. 이어서, 원위 캐뉼라 부분(720)은 진동을 소산 및 감쇠시키는 환자(P)의 조직에 진동 에너지를 전달할 수 있어서, 그에 의해 수술 도구(150)의 엔드 이펙터로 전달되는 진동의 양을 감소시킬 수 있다. 대체적으로, 캐뉼라 부분은 수술 도구보다 직경이 약간 더 크게 크기설정될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 직경이 약 5 mm인 도구의 경우, 캐뉼라 부분(710)은 도구 샤프트를 수용하기 위해 5 mm보다 약간 더 큰 내경을 가질 수 있고, 캐뉼라 부분(720)은 캐뉼라 부분(710)을 수용하기 위해 캐뉼라 부분(710)보다 약간 더 큰 내경을 가질 수 있다. 약 5 mm의 도구 샤프트의 경우, 캐뉼라 부분(720)의 외경은, 예를 들어, 약 7 mm일 수 있다. 다른 예로서, 샤프트 직경이 약 10 mm인 도구의 경우, 캐뉼라 부분(710)은 10 mm보다 약간 더 큰 내경을 가질 수 있고, 캐뉼라 부분(720)은 캐뉼라 부분(710)보다 약간 더 큰 내경을 가질 수 있다. 약 10 mm의 도구 샤프트의 경우, 캐뉼라 부분(720)의 외경은, 예를 들어, 약 15 mm일 수 있다. 그러나, 캐뉼라 부분의 다양한 크기는, 예를 들어, 원하는 도구 샤프트 직경, 원주방향 밀봉부의 크기, 재료 유형 등에 좌우될 수 있다.
감쇠 캐뉼라 확대부
일 변형예에서, 도 8a에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 동안 사용하기 위한 시스템(800)은 근위 단부 및 원위 단부를 포함하는 캐뉼라(810), 및 캐뉼라의 근위 단부와 원위 단부 사이에서 캐뉼라(810)의 외부 표면에 결합되는 적어도 하나의 반경방향 확대가능 요소(820)를 포함한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템에서의 사용 동안, 캐뉼라의 원위 단부는 환자에 대한 수술 도구(150) 접근을 제공하기 위해 환자(P) 내에 배치될 수 있다. 확대가능 요소(820)는 환자 내에 캐뉼라를 배치할 때 환자의 조직과 계면을 이룰 수 있다. 일부 변형예에서, 확대가능 요소(820)는 캐뉼라가 환자 내에 위치되어 있는 동안 비확대 상태로 유지될 수 있고, 캐뉼라가 그의 원하는 위치에 배치된 후에 (예를 들어, 후술되는 것과 같은 팽창 포트 내로의 유체의 도입을 통해) 확대될 수 있다. 일단 확대되면, 확대가능 요소(820)는 환자 조직과의 증가된 접촉 표면적 및/또는 접촉력을 가질 수 있고, 일부 변형예에서, 캐뉼라(810)와 환자의 조직 사이의 억지 끼워맞춤의 증가를 야기할 수 있다. 환자 조직과 계면을 이룸으로써, 확대가능 요소(820)는 진동 에너지를 소산 및 감쇠를 위해 환자 조직을 가로질러 분포시켜서, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킬 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 확대가능 요소(820)는 캐뉼라(810)를 환자 내에 고정시키고 캐뉼라(810)가 환자로부터 우발적으로 제거될 가능성을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 일부 변형예에서, 확대가능 요소(820)는 환자로부터의 의도적인 인출을 용이하게 하는 것을 돕기 위해 (예컨대, 팽창 포트를 통한 유체의 방출을 통해) 비확대 상태로 복귀할 수 있다.
대체적으로, 캐뉼라(810)는 수술 도구(150)를 수용하기 위한 루멘을 갖는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 긴 샤프트는 대체적으로 그의 길이를 따라 균일한 원형 단면을 가질 수 있다. 다른 단면 형상이 적합할 수 있다. 추가로, 캐뉼라(810)는 전술된 캐뉼라(610)와 유사한 적어도 일부 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이, 캐뉼라(810)는 로봇 조작기에 결합하기 위한 (전술된 커넥터(612)와 유사한) 커넥터(812)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 캐뉼라(810)는 캐뉼라 내측에 배치된 수술 도구(150) 둘레를 밀봉하도록 설계된 (전술된 밀봉부 조립체(616)와 유사한) 내부 밀봉부 조립체를 포함할 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 캐뉼라(810)는 도 9와 관련하여 본 명세서에서 설명되는 캐뉼라(900)와 유사한 내부 감쇠 층으로 라이닝될 수 있다.
반경방향 확대가능 요소(820)는, 환자 조직으로의 진동 에너지의 전달을 증가시키고 환자 조직이 진동을 감쇠시키게 하도록 환자(P)의 조직과의 접촉 표면적 및/또는 접촉력의 크기를 확대 및 증가시킬 수 있다. 시스템(800)은 캐뉼라(810) 상의 (그리고, 예를 들어, 환자 벽에 대한) 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 상이한 축방향 위치에서 캐뉼라를 둘러싸는 하나 이상의 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 확대가능 요소(820)는 환자 신체 벽보다 외부에서, 환자 신체 벽에서, 그리고/또는 환자 신체 벽보다 내부에서 확대되도록 캐뉼라(810)에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 시스템은 환자에 대한 하나의 일반적인 축방향 위치에서 확대하기 위한 단일 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 환자 신체 벽보다 외부에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소, 환자 신체 벽에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소, 및/또는 환자 신체 벽보다 내부에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 일례의 예시적인 실시예가 도 8c에 도시되어 있는데, 이는 캐뉼라(810) 상의 제1 위치에 결합된 근위 확대가능 요소(820a)(예컨대, 환자 신체 벽보다 외부에서 확대되도록 구성됨) 및 제1 위치에 대해 원위인 캐뉼라(810) 상의 제2 위치에 있는 원위 확대가능 요소(820b)(예컨대, 환자 신체 벽보다 내부에서 확대하도록 구성됨)를 도시한다. (예컨대, 확대가능 요소(820)의 적어도 일부분이 환자 신체 벽보다 내부에서 그리고/또는 환자 신체 벽에서 확대되는) 일부 변형예에서, 하나 이상의 확대가능 요소(820)는 환자 내에서의 캐뉼라의 고정을 개선할 수 있고 우발적인 캐뉼라 제거의 가능성을 감소시킬 수 있다.
다른 변형예에서, 시스템은 캐뉼라 상의 (그리고, 예를 들어, 환자 벽에 대한) 상이한 축방향 위치들 중 임의의 두 위치에서 확대하기 위한 단일 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 환자 신체 벽보다 외부에서 그리고 환자 신체 벽에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소(예컨대, 칼라 플랜지 형상 요소), 환자 신체 벽에서 그리고 환자 신체 벽보다 내부에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소(예컨대, 칼라 플랜지 형상 요소), 또는 환자 신체 벽보다 외부에서 그리고 내부에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소(예컨대, "덤벨(dumbbell)" 형상 요소)를 포함할 수 있다.
또 다른 변형예에서, 시스템은 캐뉼라 상의 (그리고, 예를 들어, 환자 벽에 대한) 임의의 셋 이상의 상이한 축방향 위치에서 확대하기 위한 단일 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 환자 신체 벽보다 외부에서, 환자 신체 벽에서, 그리고 환자 신체 벽보다 내부에서 확대하기 위한 하나의 반경방향 확대가능 요소를 포함할 수 있다. 일례의 예시적인 실시예가 도 8b에 도시되어 있는데, 이는 (예를 들어, 캐뉼라(810)의 근위 부분으로부터 캐뉼라(810)의 원위 부분으로) 환자 신체 벽보다 외부에서, 환자 신체 벽에서, 그리고 환자 신체 벽보다 내부에서 확대하도록 캐뉼라(810)의 충분한 길이를 따라 종방향으로 연장되는 확대가능 요소(820)를 도시한다.
일부 변형예에서, 확대가능 요소(820)는 유체(예컨대, 공기, 이산화탄소 가스, 다른 적합한 가스, 적합한 액체 등)에 의해 팽창가능한 벌룬(balloon)을 포함할 수 있다. 벌룬은, 예를 들어, 확대될 때 다소 저압 또는 다소 고압으로 팽창될 수 있다. 예를 들어, 저압 벌룬은 내부 압력이 약 1 mmHg 내지 약 80 mmHg(예를 들어, 사람의 확장기 혈압보다 낮음)일 수 있다. 저압 벌룬은 환자 조직에 더 순응성일 수 있고, 탄성중합체 재료(예컨대, 실리콘 고무)와 같은 가요성 재료를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 고압 벌룬은 내부 압력이 약 80 mmHg 내지 약 1000 mmHg일 수 있다. 고압 벌룬은 더 강성일 수 있고, 가요성 재료, 예컨대, 가요성 폴리비닐 클로라이드(PVC), 가교결합된 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론 등을 포함할 수 있다. 다른 변형예에서, 벌룬은 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있고, 임의의 적합한 압력으로 팽창될 수 있다. 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 확대가능 요소(820)가 팽창가능한 변형예에서, 캐뉼라(810)는 확대가능 요소(820) 내로 유체를 도입시키기 위한 팽창 포트(830)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 팽창 포트(830)는 (예컨대, 캐뉼라(810)의 벽 내의) 하나 이상의 유체 채널을 통해 확대가능 요소(820)에 유체 결합될 수 있다. 팽창 포트(830)는 팽창을 위한 유체의 도입을 조절하기 위한 하나 이상의 밸브를 포함할 수 있다. 다른 변형예에서, 확대가능 요소(820)는 추가적으로 또는 대안적으로 임의의 적합한 방식으로 확대될 수 있다(예컨대, 온도 변화 및/또는 수분 변화에 응답하여 확대되는 재료를 포함한다).
시스템이 다수의 확대가능 요소(820)를 포함하는 변형예에서, 다수의 확대가능 요소(820)는 실질적으로 동시에 직렬로 또는 병렬로 반경방향으로 확대될 수 있다. 예를 들어, 확대가능 요소(820)들 중 적어도 일부는 팽창가능하고, 공통 팽창 포트 및 팽창 네트워크(채널, 등)를 통하여 서로 작동식으로 결합되어서, 팽창 포트 내로의 유체의 도입이 연결된 확대가능 요소(820)들의 동시 또는 거의 동시 팽창을 초래할 수 있게 할 수 있다. 대안적으로, 다수의 확대가능 요소(820)들 중 일부 또는 이들 전부는 개별적으로 또는 별도로 반경방향으로 확대되도록 작동가능하게 결합해제될 수 있다.
라이닝된 캐뉼라
일 변형예에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 로봇 수술에 사용하기 위한 캐뉼라(900)는 제1 재료를 포함하는 외부 벽 층(910) 및 제1 재료보다 더 가요성인 제2 재료를 포함하는 내부 벽 층(920)을 포함한다. 내부 벽 층(920)은 수술 기구(150)를 수용하기 위한 루멘을 한정하여, 내부 벽 층(920)이 수술 기구(150)와 외부 벽 층(910) 사이에 배치되게 할 수 있다.
대체적으로, 캐뉼라(900)는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 긴 샤프트는 대체적으로 그의 길이를 따라 균일한 원형 단면을 가질 수 있다. 추가로, 캐뉼라(900)는 전술된 캐뉼라(610)와 유사한 적어도 일부 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 캐뉼라(900)는 로봇 조작기에 결합하기 위한 (전술된 커넥터(612)와 유사한) 커넥터(912)를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 캐뉼라(900)는 캐뉼라 내측에 배치된 수술 도구(150) 둘레를 밀봉하도록 설계된 (전술된 밀봉부 조립체(616)와 유사한) 내부 밀봉부 조립체를 포함할 수 있다.
외부 벽 층(910)은 캐뉼라에 구조적 지지를 제공하는 기능을 한다. 예를 들어, 외부 벽 층(910)은 수술 기구(150)가 실질적인 간섭 없이 회전 및/또는 병진할 수 있는 통로를 유지하기에 적합한 강성의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 벽 층(910)은 강성 또는 반강성 재료(예컨대, 스테인리스강, 알루미늄 등)를 포함할 수 있다. 내부 벽 층(920)은 외부 벽 층(910)에서 발생하는 진동 에너지를 흡수하고 진동을 감쇠시키는 기능을 한다. 예를 들어, 내부 벽 층(920)은 가요성 재료(예컨대, 실리콘 고무와 같은 탄성중합체 재료)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료가 외부 벽 층(910) 및/또는 내부 벽 층(920)에 포함될 수 있다. 내부 벽 층 및 외부 벽 층의 치수가, 예를 들어, 재료 유형, 원하는 감쇠의 양, 및/또는 수술 도구의 크기에 의존할 수 있지만, 예시적인 일 실시예에서, 내부 층 및/또는 외부 층은 두께가 약 0.05 mm 내지 약 0.2 mm, 또는 약 0.1 mm 내지 약 0.15 mm일 수 있다. 내부 벽 층(920)이 캐뉼라(900)의 루멘 내에 수용된 수술 기구(150)와 외부 벽 층(910) 사이에 배치되어 있기 때문에, 가요성 내부 벽 층(920)은 캐뉼라(900)에서 발생하는 진동 에너지의 적어도 일부를 흡수하여, 그에 의해 수술 도구의 원위 단부로 전달되는 진동의 양을 감소시킬 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 내부 벽 층(920)은 (예컨대, 캐뉼라(900)의 전체 길이를 따라서 그리고/또는 캐뉼라(900)의 전체 원주의 둘레에서 연장되는) 외부 벽 층(910)의 전체 내부 표면을 실질적으로 라이닝할 수 있다. 그러나, 다른 변형예에서, 내부 벽 층(920)은 외부 벽 층(910)의 내부 표면의 분리된 별개의 영역들을 간헐적으로 라이닝하는 다수의 세그먼트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 내부 벽 층(920)은 캐뉼라(900)를 따르는 상이한 축방향 위치들에 배열된 일련의 다수의 밴드를 포함할 수 있다. 밴드는 완전 또는 부분 링일 수 있다. 다른 예로서, 내부 벽 층(920)은 캐뉼라(900)의 길이를 따라서 연장되고 캐뉼라(900) 둘레의 상이한 원주방향 위치들에 배열된 일련의 종방향 스트립들을 포함할 수 있다.
전술된 캐뉼라 및 캐뉼라 부착부의 다수의 변형예 중 하나 이상의 변형예의 태양이 로봇 수술 시스템에서 진동을 감쇠하기 위해 임의의 적합한 조합으로 조합될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 2a 내지 도 2c와 관련하여 도시되고 설명된 캐뉼라 스커트 부착부는 도 9와 관련하여 도시되고 설명된 라이닝된 캐뉼라와 조합될 수 있다.
도구 구동기 감쇠기
대체적으로, 로봇 수술 시스템 내의 도구 구동기에 관한 하나 이상의 태양은 도구 구동기에서 발생하는 진동을 감쇠시키는 것을 도울 수 있어서, 그에 의해 도구 구동기에 부착되는 캐뉼라 및/또는 수술 도구로의 진동의 전달을 감소시킬 수 있다. 도구 구동기에서의 진동은, 예를 들어, 캐리지 또는 스테이지에서 발생할 수 있다. 일부 변형예에서, 도구 구동기는 진동에 반대로 이동하도록 튜닝된 진동 부분을 갖는 메커니즘을 포함할 수 있거나 그에 결합될 수 있어서, 그에 의해 도구 구동기에서 발생하는 진동을 상쇄 및 감쇠시킬 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 임의의 도구 구동기 감쇠기가 단독으로 또는 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 감쇠기와 조합하여 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
튜닝형 진동 감쇠기
일 변형예에서, 도 10a에 도시된 바와 같이, 도구 구동기에 결합하기 위한 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 하우징(1010), 하우징(1010) 내의 점성 감쇠 매체(1020), 및 점성 감쇠 매체(1020) 내에서 이동가능하고 적어도 하나의 개구부(1032)를 갖는 관성 질량체(1030)를 포함한다. 대체적으로, 도구 구동기 내의 진동에 대해 수동적으로 응답하여, 관성 질량체(1030)는 점성 감쇠 매체(1020) 내에서 이동하여, 점성 감쇠 매체(1020)의 부분들이 마찰 또는 점성 저항을 갖고서 적어도 하나의 개구부(1032)를 통과하게 할 수 있다. 이러한 마찰 또는 점성 저항은 적어도 일부 진동 에너지를 소산시켜서, 그에 의해 도구 구동기에서의 진동을 상쇄 및 감쇠시키고 캐뉼라(130) 및/또는 도구(150)에서 발생하는 진동의 양을 감소시킨다.
일부 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 진동으로 인한 가장 큰 변위량을 경험하는 도구 구동기의 일부분에 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 진동의 진폭은 도구 구동기(120)의 근위 단부에서(예컨대, 스테이지(122)의 근위 단부, 스테이지(122)의 근위 단부에 위치될 때의 캐리지(124), 등에서) 비교적 클 수 있다. 따라서, 도 10b에 도시된 바와 같은 일 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 도구 구동기(120) 내의 캐리지(124)의 근위 단부에 결합될 수 있다. 도 10c에 도시된 바와 같은 다른 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 (예컨대, 튜닝형 진동 흡수기(1000)가 스테이지(122)를 따르는 캐리지(124)의 이동을 간섭하지 않는 스테이지(122)의 표면 상에서) 도구 구동기(120) 내의 스테이지(122)의 근위 단부에 결합될 수 있다. 하우징의 배향은 관성 질량체의 이동 방향이 진동 방향과 실질적으로 정렬되도록(예컨대, 진동 모드 형상의 변위 벡터와 정렬되도록) 있을 수 있다. 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 체결구, 에폭시 또는 다른 접합제, 도구 구동기에 결합된 하우징 내의 억지 끼워맞춤 등을 통해 도구 구동기에 결합될 수 있다. 다른 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 진동을 감쇠시키기 위해 로봇 시스템의 임의의 적합한 부분(예컨대, 로봇 아암의 원위 단부)에 결합될 수 있다.
하우징(1010)은, 일부 변형예에서, 점성 오일(예를 들어, 실리콘 오일), 또는 임의의 적합한 점성 유체 또는 다른 매체를 포함할 수 있는 점성 감쇠 매체를 포함하는 챔버를 포함할 수 있다. 챔버는 점성 감쇠 매체의 누설을 방지하도록 밀봉될 수 있고, 매체로 (예컨대, 실질적으로 공기 기포 없이) 완전히 충전될 수 있다. 추가로, 하우징(1010)은, 일부 변형예에서, 관성 질량체(1030)의 하나 이상의 특정 방향으로의 이동을 안내하기 위한 적어도 하나의 가이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 관성 질량체(1030)가 환형이고 챔버 내에서 축방향으로 (도 10a에 도시된 바와 같이 좌우로) 이동하는 도 10a에 도시된 예시적인 실시예에서, 하우징(1010)은 관성 질량체(1030)의 중심 루멘을 통과하는 가이드샤프트(1040)를 포함할 수 있다. 따라서, 관성 질량체(1030)는 가이드샤프트(1040)를 따라 챔버 내에서 이동한다. 가이드의 다른 예에는 하우징 및/또는 관성 질량체 상의 종방향 홈, 스플라인, 또는 다른 특징부가 포함된다. 일부 예시적인 변형예에서, 하우징은 대체로 직사각형인 프리즘형일 수 있고, 길이 및 폭이 약 4 cm 내지 약 6 cm이고, 높이가 약 3 cm 내지 약 5 cm일 수 있고, 벽 두께가 약 2 mm 내지 약 4 mm인 벽에 의해 수용된 챔버를 한정한다. 다른 변형예에서, 하우징은 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다.
전술된 바와 같이, 관성 질량체(1030)는 관성 질량체(1030)가 챔버 내에서 이동함에 따라 점성 감쇠 매체(1020)가 통과하는 적어도 하나의 개구부(1032)를 가질 수 있다. 관성 질량체(1030)는 개구부(1032)들의 임의의 적합한 개수, 크기, 또는 배열을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같이, 관성 질량체(1030)는 관성 질량체(1030)를 따라서 가변하는 종방향 위치들에 배열되는 다수의 루멘을 포함할 수 있다. 루멘은 원형 단면 또는 임의의 다른 적합한 단면(예컨대, 타원형, 정사각형, 불규칙형 등)을 가질 수 있으며, 이는 균일하거나 불균일할 (예를 들어, 테이퍼질) 수 있다. 대안적으로, 관성 질량체(1030)는 동심 환형 개구들, 또는 개구들 또는 임의의 적합한 형상을 포함할 수 있다. 추가로, 하나 이상의 개구부(1032)는 바브(barb), 불규칙한 표면 등과 같은, 튜닝형 진동 흡수기(1000)의 마찰 특성을 향상시키고 감쇠 특성을 증가시키기 위한 내부 특징부를 포함할 수 있다. 관성 질량체(1030)는 점성 감쇠 매체(1020) 내에서 중립적으로 부력성인 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 일부 변형예에서, 관성 질량체(1030)는 점성 매체의 밀도와 거의 동일한 밀도를 갖는다. 예를 들어, 관성 질량체(1030)의 재료는 점성 감쇠 매체(1020)의 밀도에 좌우될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 관성 질량체의 기하학적 형상은 점성 감쇠 매체에 대한 관성 질량체의 밀도를 증가 또는 감소시키도록 튜닝될 수 있다(예컨대, 관성 질량체(1030)는 중공 몸체, 중실 몸체 등을 포함할 수 있다). 하나의 예시적인 변형예에서, 관성 질량체(1030)는 도구 구동기 질량의 약 1% 내지 약 5%의 질량을 갖는다.
일부 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 하나 초과의 관성 질량체(1030)를 포함할 수 있다. 대체적으로, 상이한 변위 벡터들을 따르는 상이한 자유도 또는 진동은 (예컨대, 동일한 하우징 내의) 상이한 관성 질량체들(예컨대, 상이한 하우징들 내의 적어도 몇몇 다수의 관성 질량체들 등)에 의해 감쇠될 수 있다. 예를 들어, 다수의 관성 질량체(1030)는 상이한 방향으로 변위 벡터를 갖는 진동을 감쇠시키기 위해 상이한 다수의 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 관성 질량체는 제1 방향으로 이동가능할 수 있고, 제2 관성 질량체는 제2 방향으로 이동가능할 수 있는데, 여기서 제1 방향은 진동 모드의 제1 변위 벡터와 정렬되고, 제2 방향은 제1 변위 벡터와는 상이한 진동 모드의 제2 변위 벡터와 정렬된다(예컨대, 제2 변위 벡터는 제1 변위 벡터로부터 횡방향 또는 각방향으로 오프셋될 수 있다). 추가로, 일부 변형예에서, 하나 이상의 관성 질량체(1030)가 회전가능하여, 회전 진동을 상쇄 및 감쇠시킬 수 있다.
하우징(1010), 점성 감쇠 매체(1020), 및/또는 관성 질량체(1030)의 다양한 적합한 특징부들이 특정 감쇠 계수를 달성하도록 선택 또는 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 점성 감쇠 매체(1020)의 더 낮은 점도는 대체적으로 더 낮은 감쇠 계수를 야기할 수 있는 반면, 점성 감쇠 매체(1020)의 더 높은 점도는 대체적으로 더 높은 감쇠 계수를 야기할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 개구부(1032)의 개수, 개구부(1032)의 크기(예컨대, 직경), 및/또는 개구부(1032)의 길이는 특정 감쇠 계수를 달성하도록 선택 또는 튜닝될 수 있는 예시적인 파라미터이다. 다른 예시적인 파라미터는 관성 질량체(1030)의 재료 및 크기(예컨대, 질량)를 포함한다. 추가로, 챔버의 길이는 관성 질량체(1030)의 가능한 이동 정도를 적어도 부분적으로 결정할 수 있는데, 이는 튜닝형 진동 흡수기(100)가 상쇄할 수 있는 최대 진동 진폭을 제한할 수 있다. 따라서, 챔버의 길이는 로봇 수술 시스템에서의 예상되는 최대 진동에 기초하여 조절될 수 있다.
일부 변형예에서, 튜닝형 진동 흡수기(1000)는 관성 질량체(1030)를 중립 위치로 복원하기 위한 하나 이상의 상쇄 요소를 포함할 수 있다. 중립 위치에서, 관성 질량체(1030)는 정지되고 진동 감쇠에 있어서 "비활성"이다. 도구 구동기가 진동을 겪을 때, 관성 질량체(1030)는 중립 위치로부터 변위된다(예컨대, 중립 위치 주위에서 진동한다). 중립 위치는, 예를 들어, 챔버 내의 축방향 중심 위치 및 반경방향 중심 위치일 수 있다(예컨대, 도 10a에 도시된 예시적인 실시예에서 가이드샤프트(1040)를 따라서 그리고 그 둘레에 중심설정될 수 있다).
일 변형예에서, 상쇄 요소는 관성 질량체(1030)의 이동 방향을 따라 작용하는 하나 이상의 스프링 또는 다른 편의 요소(예를 들어, 저강성 압축 스프링)를 포함한다. 예를 들어, 도 11a에 도시된 바와 같이, 제1 압축 스프링(1050a)이 챔버의 제1 단부로부터, 챔버의 축을 따라서, 관성 질량체(1030)의 제1 단부(예컨대, 가이드샤프트(1040) 둘레에 배치된 코일 스프링)로 연장될 수 있다. 유사하게, 제2 압축 스프링(1050b)이 챔버의 제2 단부로부터, 챔버의 축을 따라서, 관성 질량체(1030)의 제2 단부로 연장될 수 있다. 압축 스프링(1050a, 1050b)은, 관성 질량체(1030)를 챔버 내에 중심설정된 중립 위치로 가압하기 위해, 강성 및 길이가 대체로 동일할 수 있다. 대안적으로, 압축 스프링은, 관성 질량체(1030)를 임의의 다른 적합한 중립 위치로 가압하기 위해, 상이한 강성 및/또는 길이를 가질 수 있다.
다른 변형예에서, 상쇄 요소는 관성 질량체(1030)의 이동 방향을 따라 관성 질량체(1030)에 작용하는 자기력을 발생시키는 자석 또는 자성 재료(예컨대, 강자성체)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 11b에 도시된 바와 같이, 제1 자성 배열에서, 적어도 하나의 자석(1050a')이 챔버의 제1 단부에 결합될 수 있고(또는 챔버의 제1 단부가 자성 재료를 포함할 수 있음), 자석(1050a')과 동일한 극성을 갖는 적어도 하나의 자석(1050b')이 관성 질량체(1030)의 제1 단부에 결합될 수 있다(또는 관성 질량체가 자성 재료를 포함할 수 있음). 자석(1050a', 1050b')은 자석(1050a')이 관성 질량체(1030)를 밀어내도록 동일한 극성을 가질 수 있다. 유사한 제2 자성 배열이 챔버의 제2 단부에 배치되어, 관성 질량체(1030)를 챔버 내에 중심설정된 중립 위치로 가압하기 위해, 제1 및 제2 자성 셋업(setup)이 대체로 동일한 자기 반발력을 반대 방향으로부터 관성 질량체(1030)에 가할 수 있게 할 수 있다. 대안적으로, 자성 셋업은 관성 질량체(1030)를 임의의 다른 적합한 중립 위치로 가압하기 위해 관성 질량체(1030)에 상이한 크기의 자기 반발력을 가할 수 있다.
자성 상쇄 요소의 다른 예로서, 자기 인력을 발생시키는 자석이 중립 위치에 인접한 챔버에 결합될 수 있다(예컨대, 챔버의 내부 표면에 결합되거나, 챔버의 벽 내에 통합되거나, 또는 챔버의 외부 표면에 결합될 수 있다). 예를 들어, 상쇄 요소는 챔버를 축방향으로 따르는 중립(예컨대, 중심) 위치에서, 챔버의 내부 벽 둘레에 배치된 환형 자석을 포함할 수 있다. 자석은 관성 질량체(1030)를 자기 인력을 통해 중립 위치로 편의시키기 위해 관성 질량체(1030)와 반대 극성을 가질 수 있다. 그러나, 다른 변형예에서, 관성 질량체(1030)는 임의의 적합한 방식으로 중립 위치로 복귀되도록 구성될 수 있다.
아암 감쇠기
대체적으로, 로봇 수술 시스템에서 로봇 아암에 관한 하나 이상의 태양은 로봇 아암에서 발생하는 진동을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 일부 변형예에서, 로봇 아암은 진동이 도구 구동기 또는 캐뉼라로 전파되기 전에 아암에서 발생하는 진동을 감쇠시키는 수동 감쇠 특징부를 포함하여, 그에 의해 도구 구동기에 부착되는 캐뉼라 및/또는 수술 도구로의 진동의 전달을 감소시킨다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 변형예에서, 로봇 아암은, 진동이 로봇 아암 전체에 걸쳐 그리고 로봇 시스템의 상이한 부분들 사이에서 전파되는 경향을 감소시키기 위해, 구동되는 로봇 운동에 의해 생성되는 시스템 내의 전형적인 가진 주파수(excitation frequency)보다 대체적으로 높은 그리고/또는 시스템 내의 다른 로봇 아암의 공진 주파수와는 상이한 특정 공진 주파수(또는 모드 주파수(modal frequency)) 및/또는 특정 전체 강성을 갖도록 선택적으로 설계될 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 로봇 아암은 로봇 아암의 모드 주파수를 변경하는 것에 관한 특징부와 조합하여 하나 이상의 수동 감쇠 특징부를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 임의의 아암 감쇠기가 단독으로 또는 본 명세서에서 설명되는 임의의 다른 감쇠기와 조합하여 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
감쇠 아암 덮개
일부 변형예에서, 도 12a의 예시적인 개략도에 대체적으로 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템은 복수의 작동가능 링크(1210) 및 복수의 링크 덮개(1220)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 아암(1200)을 포함할 수 있는데, 여기서 각각의 링크 덮개(1220)는 링크(1210)의 외부 표면에 결합된다. 복수의 링크 덮개(1220)는 진동 에너지를 흡수하고 그에 의해 링크(1210)에서 발생하는 진동을 감쇠시키기 위한 가요성 재료를 포함할 수 있다. 추가로, 일부 변형예에서, 로봇 아암 내의 링크들 중 적어도 일부는 상이한 강성(예컨대, 굽힘, 비틀림 등에 대한 저항)을 가질 수 있고, 상이한 강성을 갖는 링크는 링크 강성에 대응하는 상이한 감쇠 계수를 갖는 링크 덮개에 결합될 수 있다. 대체적으로, 더 강성인 링크는 더 높은 감쇠 계수를 갖는 링크 덮개(예컨대, 더 두꺼운 그리고/또는 더 긴 덮개 등)에 의해 적어도 부분적으로 덮일 수 있다. 예를 들어, 도 12b의 예시적인 개략도에 대체적으로 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템은 적어도 제1 링크(1210a) 및 제2 링크(1210b)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 아암(1200')을 포함할 수 있는데, 여기서 제2 링크(1210b)는 제1 링크(1210a)보다 덜 강성이다. 제1 감쇠 계수를 갖는 제1 링크 덮개(1220a)가 제1 링크(1210a)의 외부 표면에 결합될 수 있고, 제2 감쇠 계수를 갖는 제2 링크 덮개(1220b)가 제2 링크(1210b)의 외부 표면에 결합될 수 있는데, 여기서 제2 감쇠 계수는 제1 감쇠 계수보다 낮다. 유사하게, 로봇 아암(1200')은 제1 및 제2 링크(1210a, 1210b)보다 덜 강성인 제3 링크(1210c), 및 제3 링크(1210c)의 외부 표면을 덮고 제1 및 제2 감쇠 계수보다 낮은 제3 감쇠 계수를 갖는 제3 링크 덮개(1220c)를 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 적어도 하나의 링크 덮개(1220)는 로봇 아암 링크를 실질적으로 둘러싸거나 둥글게 둘러쌀 수 있다. 하나의 링크 덮개(1220)가 로봇 아암 링크(1210)의 노출된 외부 표면의 실질적 전부를 덮을 수 있거나, 다수의 링크 덮개(1220)가 로봇 아암 링크(1210)의 노출된 외부 표면의 일부 또는 실질적 전부를 덮는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 12a 및 도 12b에 그리고 도 13a의 축방향 단면 개략도에 도시된 바와 같이, 링크 덮개(1220)는 로봇 링크(1210)의 외주연부(예를 들어, 원주)를 덮거나 실질적으로 덮는 슬리브(또는 밴드, 링 등)를 포함할 수 있다. 그러한 슬리브는, 예를 들어, 대체로 원형 단면, 원호 길이 세그먼트의 단면(예컨대, "C" 형상) 등을 가질 수 있다. 다른 예로서, 슬리브는 로봇 아암 링크를 둘러싸기 위해 결합된 다수의 원호 세그먼트 슬리브를 포함할 수 있다(예컨대, 반원형 단면을 갖는 2개의 덮개가 조합될 수 있다). 다른 예로서, 도 13b에 도시된 바와 같이, 링크 덮개는 나선형 또는 와선형 권선 패턴을 갖는 것과 같이 로봇 아암 링크(1210) 둘레에 감기는 감쇠 재료의 적어도 하나의 스트립을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 링크 덮개(1220')가 로봇 아암 링크의 외주연부의 일부분 상에 선택적으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 13c에 도시된 바와 같이, 링크 덮개(1220')는 적어도 하나의 감쇠 세그먼트를 포함할 수 있다. 감쇠 세그먼트는, 예를 들어, 동작 동안 진동에서 비교적 높은 편향(예컨대, 스트레인)을 경험하는 로봇 아암 링크(1210)의 부분들을 따라 배치되는 감쇠 재료의 스트립을 포함할 수 있다.
로봇 아암 링크(1210)와 링크 덮개(1220) 사이의 확실한 기계적 부착부는 진동 에너지의 전달 및 진동의 결과적인 감쇠를 개선하는 것을 도울 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 링크 덮개는 열 수축 공정, 화학적 접합 공정(예컨대, 에폭시 또는 다른 접착제), 초음파 용접, 기계적 결합(예컨대, 나사와 같은 체결구) 및/또는 (예컨대, 억지 끼워맞춤을 통한) 링크(1210)와 링크 덮개의 적합한 상대 치수의 결과로서 로봇 링크(1210)의 외부 표면에 밀착하여 순응할 수 있다.
링크 덮개(1220)의 두께는 원하는 진동 감쇠 수준을 달성하도록 선택 또는 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 링크 덮개들 중 적어도 하나는 두께가 대체적으로 약 0.002 인치(약 0.05 mm) 내지 약 0.5 인치(약 13 mm)일 수 있다. 링크 덮개(1220)의 두께는 링크 덮개의 길이 및/또는 윤곽을 따라서 균일할 수 있거나 균일하지 않을 수 있다.
재료 두께에 추가적으로 또는 그에 대안적으로, 링크 덮개(1220)의 재료는 원하는 진동 감쇠 수준(예를 들어, 적합한 점탄성 특성)을 달성하도록 선택 또는 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 링크 덮개의 재료는 관심 주파수 및/또는 관심 온도에서의 손실 인자에 기초하여 선택될 수 있는데, 이는 예를 들어 후보 재료에 대한 감소된 주파수 노모그램(nomogram)으로부터 얻어지는 바와 같다. 예를 들어, 일부 변형예에서, 링크 덮개 재료는 약 3 ㎐ 내지 약 6 ㎐의 주파수 및/또는 약 20℃ 내지 약 30℃의 작동 온도(또는 다른 적합한 관심 주파수 및/또는 관심 온도)에서의 그의 바람직한 손실 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 다른 특성들은 생체적합성, 기계적 강도 및 인성(toughness)(예컨대, 링크 덮개는, 일부 변형예에서, 로봇 아암 링크에 대한 보호를 제공할 수 있음), 안전성(예컨대, 낮은 인화성, 내화학성 등), 및/또는 심미감을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 링크 덮개는 음향 감쇠 특성, 내화학성, 및 생체적합성을 특징으로 하는 Q-Flex®(Flexan에 의해 제조된 탄성중합체 화합물)을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 하나 이상의 링크 덮개는 기계적 강도 및 인성을 특징으로 하는 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP)을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 하나 이상의 링크 덮개는 고도로 점탄성인 중합체(예를 들어, 가교결합된 가황 고무 재료인 Akton® 점탄성 중합체), 실리콘 고무, 니트릴 고무, 코르크, 폼(foam), 또는 충분히 높은 감쇠 계수를 갖는 다른 재료를 포함할 수 있다.
조인트 감쇠기
대체적으로, 일부 변형예에서, 하나 이상의 수동 감쇠 구성요소가 로봇 조작기 내의 조인트 또는 다른 접합부 내에, 예컨대 로봇 아암 내의 로봇 아암 링크들 사이, 로봇 아암과 도구 구동기 사이, 도구 구동기와 수술 도구 사이, 도구 구동기와 캐뉼라 사이 등에 포함될 수 있다.
로봇 아암의 예시적인 실시예가 도 14에 도시되어 있다. 대체적으로, 로봇 아암은 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 제1 세그먼트(1410), 및 (제1 세그먼트(1410)의 원위 단부에 결합된) 근위 단부 및 원위 단부를 갖는 제2 세그먼트(1450)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 도구 구동기(120)는 제2 세그먼트(1450)의 원위 단부에 결합될 수 있고, 캐뉼라(130)를 통과하는 수술 도구(150)를 보유 및 작동시키도록 구성될 수 있다.
외과 시술에 로봇 아암을 사용하는 동안, 제1 세그먼트(1410)의 근위 단부는 외과 시술 동안 환자 근처의 장착 지점에서 구조체(예컨대, 수술 테이블 또는 카트)에 장착되거나 또는 다른 방식으로 결합될 수 있다. 일부 변형예에서, 제1 세그먼트(1410)는 "직교형 아암"으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 제1 세그먼트(1410)가 제1 세그먼트(1410)의 장착 지점에 대한 3차원 공간(예컨대, x-y-z 좌표)에서 기계적 원격 운동 중심을 위치설정할 수 있기 때문이다. 추가로, 제2 세그먼트(1450)는 "구면형 아암"으로 지칭될 수 있는데, 그 이유는 제2 세그먼트(1450)가 제2 세그먼트(1450)의 운동의 범위에 의해 한정되는 바와 같이 대략 구형 체적부의 공간 내에서 도구 구동기에 의해 보유되는 수술 도구의 팁을 이동시킬 수 있기 때문이다. 일부 변형예에서, 제2 세그먼트(1450)는 평행사변형 링크 장치(1452)를 포함할 수 있는데, 이는 풀리 시스템(도시되지 않음)을 통해 오프셋 위치로부터 원격 운동 중심 둘레에서 도구 구동기(120)의 피치 이동을 작동시킬 수 있다. 일부 변형예에서, 직교형 아암 및 구면형 아암은 로봇 아암의 이러한 세그먼트에 대해 상이한 하중 및 응력을 최상으로 수용하기 위해 상이한 최적 강성을 가질 수 있다. 직교형 아암과 구면형 아암의 조합은 다양한 시술 유형 및 환자 유형에 대하여 수술 도구를 조작하기 위한 높은 정도의 셋업 유연성 및 기민성을 제공한다.
일부 변형예에서, 수동 감쇠 구성요소는 제1 세그먼트(1410)(직교형 아암)와 제2 세그먼트(1450)(구면형 아암) 사이의 조인트(도 14에 A로 라벨링됨)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 수동 감쇠 구성요소는 도 12a, 도 12b 및 도 13a 내지 도 13c를 참조하여 전술된 로봇 아암 링크 덮개용 재료들 중 임의의 재료(예를 들어, 실리콘 고무, 코르크 등)와 같은 감쇠 재료의 층 또는 다른 질량체를 포함할 수 있다. 로봇 아암이 활성화된(예를 들어, 동작되는 작동 상태인) 경우, 로봇 아암의 조인트(A)에 배치된 감쇠 구성요소는, 예를 들어, 구면형 아암 내의 적어도 일부의 진동을 격리시키는 것을 도와서, 구면형 아암에 의해 발생되는 진동의 적어도 일부가 직교형 아암으로 그리고 수술 테이블(또는 로봇 아암을 지지하는 다른 구조체)을 통해 로봇 시스템 내의 다른 로봇 아암으로 진동 크로스-토크로 근위방향으로 전파되는 것을 방지하게 할 수 있다. 일부 변형예에서, 구면형 아암 내의 진동을 격리시키고 진동을 직교형 아암으로부터 차폐하는 것은 직교형 아암 세그먼트 및 구면형 아암 세그먼트가 잠재적인 진동 전파 및 진동 크로스-토크의 효과를 고려할 필요가 적은 이상적인 강성을 위해 최적화될 수 있게 하는 것을 도울 수 있다.
유사하게, 다른 변형예에서, 수동 감쇠 구성요소는 추가적으로 또는 대안적으로 직교형 아암 내의, 구면형 아암 내의, 로봇 아암과 도구 구동기 사이의, 도구 구동기와 수술 도구 사이의, 그리고/또는 도구 구동기와 캐뉼라 사이의 임의의 다른 적합한 조인트 또는 연결부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 평행사변형 링크 장치(1452) 내의 풀리 및 링크에 상호 결합된 (또는 그들 사이에 개재된) 감쇠 재료의 층과 같은 수동 감쇠 구성요소가 평행사변형 링크 장치(1452) 내에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 수동 감쇠 구성요소는 제2 세그먼트(1450)(구면형 아암)의 원위 단부와 도구 구동기(120) 사이의 조인트(도 14에 B로 라벨링됨)에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 도구 구동기와 수술 도구 사이의 멸균 어댑터는 도구 구동기와 수술 도구 사이의 진동을 감쇠시키기 위해 수동 감쇠 재료 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
추가로, 본 명세서에서 설명되는 감쇠 재료들 중 임의의 재료가 추가적으로 또는 대안적으로 로봇 아암 링크 내에 배치되거나 매설될 수 있다. 예를 들어, 작동 동안 전형적으로 많은 양의 진동을 경험하는 로봇 아암 내의 임의의 로봇 아암 링크는 감쇠 재료를 포함하기 위한 양호한 후보일 수 있다. 도 14에 도시된 예시적인 로봇 아암에서, 제1 세그먼트(1410)(직교형 아암)의 원위 링크는 제2 세그먼트(1450)(구면형 아암)의 운동 동안 비교적 큰 변위를 경험할 수 있고, 감쇠 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감쇠 폼 재료가 로봇 아암 링크의 내부 공동 내로 주입될 수 있거나, 또는 탄성중합체 재료를 포함하는 벌집형 구조체가 로봇 아암 링크 내에 매설될 수 있다.
모드 주파수 분리
대체적으로, 로봇 수술 시스템이 다수의 로봇 아암들을 포함하는 변형예에서, 진동 크로스-토크로서의 로봇 아암들 사이의 원하지 않는 진동의 전달은, 전형적으로, 로봇 아암들이 대략 동일한 모드(외력의 부재 하에서도 아암이 진동하는 공진 주파수 또는 모드 주파수)를 갖는 경우에 용이해지거나 향상된다. 일부 변형예에서, 시스템 내의 로봇 아암들 중 적어도 일부가 충분히 상이한 모드들을 갖는 경우 진동 크로스-토크는 감소될 수 있다. 따라서, 로봇 수술 시스템 내의 로봇 아암들 사이의 (또는 로봇 아암의 그룹들 사이의) 공진 주파수들 또는 모드 주파수들의 그러한 분리는 진동이 수술 도구로 바람직하지 않게 전파되는 경향을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 일부 변형예에서, 로봇 아암들 사이의 적어도 1 내지 2 ㎐의 모드 분리는 충분할 수 있다.
예를 들어, 도 15a의 예시적인 개략도에 도시된 바와 같이, 로봇 수술 시스템은, 제1 아암(1500a), 제2 아암(1500b), 제3 아암(1500c), 및 제4 아암(1500d)을 포함하는, 테이블에 결합된 적어도 4개의 로봇 아암을 포함할 수 있다.
일부 변형예에서, 도 15a의 개략도에서의 각각의 로봇 아암은 로봇 시스템 내의 다른 아암에 비해 고유한 모드 주파수를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 15b의 테이블에서 예 1로서 요약된 바와 같이, 제1 로봇 아암(1500a)은 모드 주파수가 약 7 ㎐일 수 있고, 제2 로봇 아암(1500b)은 모드 주파수가 약 6 ㎐일 수 있고, 제3 로봇 아암(1500c)은 모드 주파수가 약 5 ㎐일 수 있고, 제4 로봇 아암(1500d)은 모드 주파수가 약 4 ㎐일 수 있다. 이들 주파수는 단지 예시적인 것이고, 수술 시스템 내의 로봇 아암은 임의의 적합한 모드 주파수를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
일부 변형예에서, 적어도 제1 그룹의 로봇 아암은 제2 그룹의 로봇 아암과는 상이한 모드 주파수를 가져서, 로봇 아암의 2개의 그룹들 사이의 진동 에너지의 전달이 감소되게 할 수 있다. 예를 들어, 도 15b의 테이블에서 예 2로서 요약된 바와 같이, 제1 그룹의 제1 및 제3 로봇 아암(1500a, 1500c)은 모드 주파수가 약 6 ㎐일 수 있는 한편, 제2 그룹의 제2 및 제4 로봇 아암(1500b, 1500d)은 모드 주파수가 약 4 ㎐일 수 있다. 다른 예로서, 도 15b의 테이블에서 예 3으로서 요약된 바와 같이, 제1 그룹의 제1 및 제4 로봇 아암(1500a, 1500d)은 모드 주파수가 약 6 ㎐일 수 있는 한편, 제2 그룹의 제2 및 제3 로봇 아암(1500b, 1500c)은 모드 주파수가 약 4 ㎐일 수 있다. 따라서, 두 가지 예 모두에서, 더 적은 진동이 로봇 아암의 제1 그룹과 제2 그룹 사이에서 전파될 수 있다. 다시, 이들 주파수는 단지 예시적인 것이고, 수술 시스템 내의 로봇 아암은 임의의 적합한 모드 주파수를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
하나 이상의 로봇 아암은 하나 이상의 설계 파라미터의 고려에 기초하여 원하는 모드 주파수를 갖도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(또는 아암 링크)의 강성(및 그에 따른 모드 주파수)은 로봇 아암(또는 아암 링크)의 관성 모멘트를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 관성 모멘트를 증가시키는 한 가지 방식은 로봇 아암의 단면적을 변경하는 것에 의한 것이다. 주어진 일정한 길이의 로봇 아암의 경우, (예컨대, 아암의 벽 두께 및/또는 아암의 직경을 증가시킴으로써) 로봇 아암의 단면적을 증가시키는 것은 로봇 아암의 증가된 단면적으로부터 기인하는 증가된 질량보다 더 빠른 속도로 로봇 아암의 강성을 증가시켜서, 그에 의해 로봇 아암에 대한 더 높은 모드 주파수를 야기할 수 있다. 일부 변형예에서, 동일한 로봇 아암 내의 개별 로봇 아암 링크들은 대략 동일한 관성 모멘트를 가질 수 있는 한편, 다른 변형예에서, 동일한 로봇 아암 내의 로봇 아암 링크들의 적어도 일부는 다른 로봇 아암 링크와는 별개인 고유 관성 모멘트를 가질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
다른 예로서, 로봇 아암의 모드 주파수는 추가적으로 또는 대안적으로 로봇 아암 내의 재료 또는 재료들의 선택에 기초하여 증가 또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 로봇 아암이 높은 모드 주파수를 갖도록 저밀도 및 고강성 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 상이한 로봇 아암들은, 적어도 부분적으로 그들이 상이한 재료들을 포함하기 때문에, 상이한 모드 주파수들을 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 실시예에서, 제1 로봇 아암은 적어도 부분적으로 탄소 섬유로 형성될 수 있는 한편, 제2 로봇 아암은 적어도 부분적으로 알루미늄 또는 강철로 형성될 수 있고, 그에 의해 제1 및 제2 로봇 아암들에 걸쳐 상이한 모드 분리를 부여할 수 있다.
또 다른 예로서, 로봇 아암의 모드 주파수는 추가적으로 또는 대안적으로 로봇 아암 상에의 질량체의 추가, 제거, 또는 재위치설정에 기초하여 증가 또는 감소될 수 있다. 따라서, 상이한 로봇 아암들은, 적어도 부분적으로 그들이 그들의 길이를 따라 상이한 질량들 및/또는 질량 분포를 갖기 때문에, 상이한 모드 주파수들을 가질 수 있다. 예를 들어, 질량이 로봇 아암에 추가되어 그의 모드 주파수를 감소시킬 수 있다. 질량은, 예를 들어, 하나 이상의 아암 링크의 적절한 부분에 추(weight)를 결합시키는 것에 의해(예컨대, 로봇 아암 링크 둘레에 무게가 있는 링(weighted ring)을 부착하는 것, 로봇 아암 링크에 추를 클램핑하는 것 등에 의해) 추가될 수 있다. 질량은 로봇 아암 링크를 따라 종방향으로 추를 이동시킴으로써 재위치설정되어, 그에 의해 로봇 아암 링크에서의 질량 분포에 영향을 미치고 전체 로봇 아암의 모드 주파수를 변경할 수 있다. 그러나, 질량은 임의의 적합한 방식으로 추가, 제거, 및/또는 재위치설정될 수 있다.
추가로, 질량은, 수술 도구의 선택, 수행될 관련 외과 시술, 환자 크기 또는 유형(예를 들어, 이는 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같이 진동을 감쇠시키기 위해 환자 조직을 사용하는 것의 충분성에 영향을 미칠 수 있음)에 기초하여 그리고/또는 임의의 적합한 수술 파라미터에 기초하여 로봇 아암 상에 추가, 제거, 및/또는 재위치설정될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 질량체의 그러한 추가, 제거, 및/또는 재위치설정은 로봇 수술 시스템에 의해 (예컨대, 파라미터들의 입력 시에) 자동으로 또는 수동으로 수행될 수 있다.
상기 설명은, 설명의 목적 상, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 특정 용어를 사용하였다. 그러나, 본 발명을 실시하기 위해 특정 상세 사항이 요구되지 않는다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 특정 실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 이들은 총망라하거나 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하고자 하는 것은 아니며, 명백하게는, 상기 교시 내용을 고려하여 많은 수정 및 변형이 가능하다. 실시예들은 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용을 가장 잘 설명하기 위해 선택 및 설명되었으며, 이에 의해 본 기술 분야의 다른 기술자들이, 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 변형을 갖고서 본 발명 및 다양한 실시예를 가장 잘 이용할 수 있게 한다. 하기 청구범위 및 그의 등가물은 본 발명의 범주를 한정하는 것으로 의도된다.

Claims (25)

  1. 수술 동안 사용하기 위한 장치로서,
    로봇 아암;
    상기 로봇 아암에 결합되는 도구 구동기;
    근위 부분 및 원위 부분을 포함하는 캐뉼라(cannula) - 상기 근위 부분은 상기 도구 구동기에 결합됨 -; 및
    상기 로봇 아암, 상기 도구 구동기 및 상기 캐뉼라 중 하나에 결합되는 감쇠 요소를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 캐뉼라에 결합되고, 상기 감쇠 요소는 스커트(skirt)를 포함하고, 상기 스커트는 상기 캐뉼라의 일부분을 둘러싸는 제1 개구 및 상기 스커트의 원위 단부를 한정하는 상기 제1 개구의 반대편에 있는 제2 개구를 포함하고, 상기 제2 개구는 상기 제1 개구보다 넓고, 상기 스커트의 원위 단부는 수술 동안 상기 캐뉼라 주위에 위치될 때 환자의 피부에 순응하도록 작동가능한, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스커트는 상기 제1 개구의 위치에서 상기 캐뉼라에 결합되고, 상기 스커트의 제1 개구는 상기 스커트의 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에 배치되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 캐뉼라에 결합되는 근위 몸체, 원위 몸체, 및 상기 근위 몸체와 상기 원위 몸체 사이에 배치되는 압축가능 편의 요소를 포함하고, 상기 근위 몸체 및 상기 원위 몸체의 각각은 그를 통과하는 루멘을 갖고, 상기 루멘을 통하여 상기 캐뉼라가 배치되는, 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 원위 몸체는 가요성 탄성중합체 재료를 포함하는, 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 편의 요소는 적어도 하나의 스프링을 포함하는, 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 편의 요소는 유체를 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 캐뉼라의 근위 부분은 제1 긴 샤프트를 포함하고, 상기 캐뉼라의 제2 근위 부분은 제2 긴 샤프트를 포함하고, 상기 제1 긴 샤프트의 외경은 상기 제2 긴 샤프트의 외경과 상이하고, 상기 제1 긴 샤프트와 상기 제2 긴 샤프트는 상기 2개의 샤프트들 사이에 한정되는 변형가능 접합부(juncture)에서 서로 포개지고(nested), 상기 감쇠 요소는 상기 변형가능 접합부 내에 배치되는 유체를 포함하는, 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 변형가능 접합부는 제1 밀봉부와 제2 밀봉부 사이의 거리에 의해 한정되는 길이 치수를 포함하고, 상기 제1 밀봉부 및 상기 제2 밀봉부의 각각은 상기 제1 긴 샤프트와 상기 제2 긴 샤프트를 원주방향으로 결합시키는, 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 제1 체적으로부터 상기 제1 체적보다 큰 제2 체적으로 확대되도록 작동가능한, 상기 캐뉼라의 외부에 결합되는 반경방향 확대가능 요소를 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 반경방향 확대가능 요소는 상기 캐뉼라의 길이를 따라 제1 위치에서 상기 캐뉼라에 결합되는 제1 반경방향 확대가능 요소를 포함하고, 상기 감쇠 요소는 상기 캐뉼라의 길이를 따라 상이한 제2 위치에서 상기 캐뉼라에 결합되는 제2 반경방향 확대가능 요소를 추가로 포함하는, 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 캐뉼라는 긴 샤프트를 포함하고, 상기 감쇠 요소는 상기 캐뉼라 내에 배치되는 라이닝(lining)을 포함하고, 상기 라이닝은 상기 캐뉼라의 재료보다 더 가요성인 재료를 포함하는, 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 도구 구동기에 결합되고, 상기 감쇠 요소는 내부에 유체를 포함하는 챔버, 및 상기 도구 구동기 내의 진동에 응답하여 상기 유체 내에서 이동하도록 작동가능한 관성 질량체를 포함하는, 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 로봇 아암의 일부분 상에 배치되는 가요성 덮개를 포함하는, 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암의 일정 길이를 따르는 제1 조인트 및 상기 도구 구동기에 대한 상기 결합에서의 제2 조인트를 포함하고, 상기 감쇠 요소는 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트 중 적어도 하나의 주위에 결합되는 가요성 탄성중합체 재료를 포함하는, 장치.
  16. 방법으로서,
    로봇 아암에 결합되는 수술 도구를 환자 내로 안내하는 단계 - 상기 수술 도구는 캐뉼라를 통해 배치되고 상기 로봇 아암의 원위 부분에 결합되는 도구 구동기에 결합됨 -; 및
    상기 로봇 아암에 의해 상기 도구 구동기를 조작하는 단계 - 상기 조작에 의해 발생되는 진동은 상기 로봇 아암, 상기 도구 구동기 및 상기 캐뉼라 중 하나에 결합되는 감쇠 요소에 의해 억제됨 - 를 포함하는, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 제1 개구 및 상기 제1 개구보다 넓은 원위 단부 제2 개구를 갖는 가요성 탄성 재료를 포함하는 스커트를 포함하고, 상기 캐뉼라는 상기 제1 개구를 통해 배치되고, 상기 방법은 상기 제1 개구에 대해 원위에 있는 상기 스커트의 일부분을 상기 환자의 피부와 순응시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 캐뉼라에 결합되는 근위 몸체, 원위 몸체, 및 상기 근위 몸체와 상기 원위 몸체 사이에 배치되는 압축가능 편의 요소를 포함하고, 상기 캐뉼라는 상기 근위 몸체 및 상기 원위 몸체를 통해 배치되고, 상기 방법은 상기 원위 몸체의 일부분을 상기 환자의 피부와 순응시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제16항에 있어서, 상기 캐뉼라의 근위 부분은 제1 긴 샤프트를 포함하고, 상기 캐뉼라의 제2 근위 부분은 제2 긴 샤프트를 포함하고, 상기 제1 긴 샤프트의 외경은 상기 제2 긴 샤프트의 외경과 상이하고, 상기 제1 긴 샤프트와 상기 제2 긴 샤프트는 상기 2개의 샤프트들 사이에 한정되는 변형가능 접합부에서 서로 포개지고, 상기 감쇠 요소는 상기 변형가능 접합부 내에 배치되는 유체를 포함하는, 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 수술 도구를 환자 내로 안내하는 단계는 상기 캐뉼라의 일부분을 상기 환자 내로 안내하는 단계를 포함하고, 상기 감쇠 요소는 상기 환자 내로 안내되는 위치에서 상기 캐뉼라의 외부에 결합되는 반경방향 확대가능 요소를 포함하고, 상기 방법은 상기 반경방향 확대가능 요소를 제1 체적으로부터 상기 제1 체적보다 큰 제2 체적으로 확대시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  21. 제16항에 있어서, 상기 로봇 아암은 상기 로봇 아암의 일정 길이를 따르는 제1 조인트 및 상기 도구 구동기에 대한 상기 결합에서의 제2 조인트를 포함하고, 상기 감쇠 요소는 상기 제1 조인트 및 상기 제2 조인트 중 적어도 하나의 주위에 결합되는 가요성 탄성중합체 재료를 포함하는, 방법.
  22. 수술 로봇 시스템으로서,
    제1 로봇 아암 및 제2 로봇 아암;
    상기 2개의 로봇 아암 각각의 원위 부분에 개별적으로 결합되는 도구 구동기; 및
    상기 대응하는 로봇 아암의 각각의 도구 구동기에 개별적으로 결합되는 캐뉼라를 포함하고,
    상기 제1 로봇 아암의 제1 모드 주파수(modal frequency)는 상기 제2 로봇 아암의 제2 모드 주파수와는 상이한, 수술 로봇 시스템.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 로봇 아암과 상기 제2 로봇 아암 사이의 모드 주파수의 차이는 상기 로봇 아암들의 강성의 차이, 상기 로봇 아암들의 재료의 차이, 또는 상기 로봇 아암들의 질량 또는 이들을 따르는 질량 분포의 차이의 결과인, 수술 로봇 시스템.
  24. 제22항에 있어서, 상기 2개의 로봇 아암, 또는 상기 2개의 로봇 아암에 결합되는 상기 도구 구동기 또는 상기 캐뉼라 중 적어도 하나에 결합되는 감쇠 요소를 추가로 포함하는, 수술 로봇 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 감쇠 요소는 상기 2개의 로봇 아암 중 상기 적어도 하나의 로봇 아암의 일부분 상에 배치되는 가요성 덮개를 포함하거나, 상기 로봇 아암의 일정 길이를 따르는 제1 조인트 또는 상기 연관되는 도구 구동기를 상기 로봇 아암에 결합시키는 제2 조인트 중 적어도 하나의 주위에 결합되는 가요성 탄성중합체 재료를 포함하는, 수술 로봇 시스템.
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