KR20200028046A

KR20200028046A - 원격 수술 시스템에서 사용 가능한 기구 수명 증가

Info

Publication number: KR20200028046A
Application number: KR1020207006514A
Authority: KR
Inventors: 데이빗 제이 로사
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2017-08-10
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-03-13
Also published as: JP6964758B2; CN116869664A; US20210369377A1; WO2019032309A2; KR102607089B1; KR20220042477A; JP2022002787A; KR20230163594A; JP2020529901A; KR102378260B1; WO2019032309A3; EP3664740A2; EP3664740A4; CN111093551B; CN111093551A; US11617628B2

Abstract

원격 수술 시스템은 제1 작동 모드 및 제2 작동 모드에서 작동한다. 제1 작동 모드에서, 이동 가능한 구성요소는 작동 파라미터의 제1 범위 내에서 구동된다. 제2 작동 모드에서, 이동 가능한 구성요소는 제1 범위보다 작은 작동 파라미터의 제2 범위로 구동된다. 사용 가능한 기구 수명은 제2 범위에서 작동한 결과로서 이동 가능한 구성요소의 기계적 열화를 감소시킴으로써 증가된다. 외과 의사는 어느 하나의 작동 모드를 선택할 수 있다.

Description

원격 수술 시스템에서 사용 가능한 기구 수명 증가

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2017년 8월 10일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/543,726호의 정규 출원으로서 그 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다.

기술 분야

본 발명의 양태는 원격 조작식 수술 시스템 및 기구의 작동 모드와 관련이 있다.

최소 침습 수술 기술은 진단 또는 수술 절차 동안 조직 손상의 양을 감소시켜, 환자 회복 시간, 불편함, 및 건강에 유해한 부작용을 감소시킬 수 있다. 최소 침습 수술의 일반적인 형태는 내시경술이고, 내시경술의 일반적인 형태는 복강 내에서 최소 침습 검사 및 수술인 복강경이다. 표준 복강경 수술에서, 환자의 복부에 가스가 불어넣어지고, 캐뉼러 슬리브는 작은(약 1/2 인치 이하) 절개부를 통과하여 수술 기구를 위한 입구 포트를 제공한다. 최소 침습 수술의 다른 형태는 흉강경, 관절경, 및 복부, 흉부, 인후, 직장, 관절 등에서 수술 절차를 수행하는 데에 사용되는 유사한 "키홀(keyhole)" 수술을 포함한다.

컴퓨터 지원을 사용하는 원격 조작식 수술 시스템이 공지되어 있다. 이들 수술 시스템은 최소 침습 수술, 및 외과 의사가 수술 부위에 접근하게 하기에 충분히 크게 절개가 이루어지는 "개방" 수술에도 사용된다. 최소 침습 및 개방 수술의 예는 상기 열거된 수술 뿐만 아니라 강성 및 가요성 샤프트 원격 조작식 수술 기구를 모두 사용하는 신경 외과, 관절 대체 수술, 혈관 수술 등과 같은 수술을 포함한다. 원격 조작식 수술 시스템의 예는 캘리포니아주 서니베일 소재의 Intuitive Surgical, Inc.에 의해 상용화된 da Vinci Xi® 수술 시스템(모델 IS4000)이다. 다른 예는 Hansen Medical(Auris Surgical Robotics Inc.)에 의해 상용화된 Sensei® 및 Magellan™ 시스템, Mako Surgical(Stryker Corporation)에 의해 상용화된 RIO™ 시스템, 및 Medrobotics Corporation에 의해 상용화된 Flex® 시스템을 포함한다.

원격 조작식 수술 시스템은 로봇 매니퓰레이터 기술에 의해 구동되는 교체 가능한 수술 기구를 사용할 수 있다. 이들 기구 중 일부는 단일 사용으로만 또는 단일 수술 절차 동안만 사용하도록 의도된다. 이들 기구는 다시 사용되지 않기 때문에 일회용으로 취급된다. 이들 단일 사용 기구 중 일부는 비싸고, 따라서 수술 절차 비용이 증가한다. 다른 기구 유형은 다중 사용을 위해 설계되었으며, 이들 다중 사용 기구는 통상적으로 수술 절차들 사이에서 세정 및 살균된다. 다중 사용 기구의 이점은 수술 절차당 기구 비용이 감소된다는 것이다. 그러나, 케이블 마모와 같은 기계적 한계로 인해 이들 다중 사용 기구를 사용할 수 있는 횟수가 제한된다. 따라서, 다중 사용 기구가 사용될 수 있는 횟수의 증가는 수술 절차당 기구 비용을 추가로 감소시킬 것이다.

일 양태에서, 수술 시스템은 원격 조작식 매니퓰레이터 및 제어 시스템을 포함한다. 기구는 매니퓰레이터에 결합되며, 기구는 이동 가능한 기계적 구성요소를 포함한다. 제어 시스템은 제어 시스템이 기계적 구성요소의 전체 운동 범위와 같은 작동 파라미터의 제1 범위 내에서 이동 가능한 기계적 구성요소를 구동시키는 제1 작동 모드에서 수술 시스템을 작동시킨다. 그리고, 제어 시스템은 또한 제어 시스템이 기계적 구성요소의 전체 운동 범위 미만과 같은, 제1 범위보다 더 제한된 작동 파라미터의 제2 범위 내에서 이동 가능한 기계적 구성요소를 구동시키는 제2 작동 모드에서 수술 시스템을 작동시킨다. 다른 작동 파라미터는 속도, 가속도, 및 기계적 하중을 포함한다. 그리고, 추가적인 작동 모드 및 파라미터 범위가 임의로 사용될 수 있다.

외과 의사는 임상적으로 요구되는 하나 이상의 작동 모드를 선택할 수 있다.

기구의 사용 가능한 수명은 제1 작동 모드 및 제2 작동 모드에서의 작동 정도에 기초하여 감소된다. 대안적으로, 기구의 사용 가능한 수명은 제1 작동 파라미터 범위 및 제2 작동 파라미터 범위에서의 작동 정도에 기초하여 감소된다. 제2, 보다 제한된 파라미터 범위 내에서의 작동은 구성요소에 비교적 적은 기계적 마모를 초래한다. 기구에 남아있는 사용 가능한 수명의 양은 제1 작동 모드에서 또는 제1 파라미터 범위 내에서의 작동에 대응하는 하나의 양만큼 감소하고, 기구에 남아있는 사용 가능한 수명의 양은 제1 작동 모드에서 또는 제1 파라미터 범위 내에서의 작동에 대응하는, 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소된다. 결과적으로, 기구의 사용 가능한 수명이 증가되고, 수술 절차당 전체 비용이 절감된다.

사용 가능한 기구 수명을 대응하여 증가시키도록 기계적 구성요소 작동을 제한하는 추가적인 양태가 제시된다.

도 1은 원격 수술 시스템의 개략도이다.
도 2는 원격 수술 시스템의 기구 및 예시적인 작동 파라미터 범위의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는 기구 구성요소 및 예시적인 관련 작동 파라미터 범위의 개략도이다.

본 발명의 양태, 실시예, 구현 또는 용례를 예시하는 이 설명 및 첨부 도면은 제한적인 것으로 고려되어서는 안된다 - 청구범위는 보호된 발명을 한정한다. 본 설명 및 청구범위의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 기계적, 조성적, 구조적, 전기적, 및 작동적 변경이 이루어질 수 있다. 일부 예에서, 널리 알려진 회로, 구조, 또는 기술은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 2개 이상의 도면에서 동일한 숫자는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다.

또한, 하나 이상의 실시예 및 선택적인 요소 또는 특징을 설명하도록 선택된 특정 단어는 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 단수 형태("a", "an", 및 "the")는 문맥상 달리 지시하지 않는 한, 복수 형태를 또한 포함하도록 의도된다. 그리고, 용어 "구비한다", "포함한다", "갖는다" 등은 언급된 피쳐, 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 동일한, 유사한, 또는 상이한 피쳐, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 설명이 충분히 명확하고, 간결하며, 정확하게 이루어지지만, 꼼꼼하고 철저한 언어적 정밀도가 항상 가능하거나 바람직하지는 않다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 비디오 신호를 고려할 때, 숙련된 독자는, 신호를 표시하는 것으로 설명된 오실로스코프는 신호 자체를 표시하지 않고 신호의 표현을 표시하며, 신호를 표시하는 것으로 설명된 비디오 모니터는 신호 자체를 표시하지 않고 신호가 전달하는 비디오 정보를 표시한다는 것을 이해할 것이다.

일 실시예, 구현, 또는 용례를 참조하여 상세히 설명된 요소는, 임의로, 실용적일 때마다, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 다른 실시예, 구현, 또는 용례에 포함될 수 있다. 예를 들어, 요소가 일 실시예를 참조하여 상세히 설명되고 제2 실시예를 참조하여 설명되지 않으면, 요소는 그럼에도 불구하고 제2 실시예에 포함된 것으로 청구될 수 있다. 따라서, 이하의 설명에서 불필요한 반복을 피하기 위해, 하나의 실시예, 구현, 또는 용례와 관련하여 도시되고 설명된 하나 이상의 요소는, 달리 구체적으로 설명되지 않는 한, 하나 이상의 요소가 실시예 또는 구현을 비기능적으로 만들지 않는 한, 또는 요소들 중 2개 이상이 상충되는 기능을 제공하지 않는 한, 다른 실시예, 구현, 또는 양태에 통합될 수 있다.

결합된 것으로 설명된 요소들은 전기적으로 또는 기계적으로 직접 결합될 수 있거나, 또는 하나 이상의 중간 구성요소를 통해 간접적으로 결합될 수 있다.

본 발명의 양태는 주로 캘리포니아주 서니베일 소재의 Intuitive Surgical, Inc.에 의해 상용화된 da Vinci® 수술 시스템을 사용한 구현의 측면에서 설명된다. 그러한 수술 시스템의 예는 da Vinci Xi® 수술 시스템(모델 IS4000) 및 da Vinci Si® 수술 시스템(모델 IS3000)이다. 그러나, 본 기술 분야의 숙련자는 본 명세서에 개시된 본 발명의 양태가 수동 및 컴퓨터 지원 실시예 및 구현의 컴퓨터 지원 및 하이브리드 조합을 비롯하여 다양한 방식으로 실행되고 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. da Vinci® 수술 시스템(예를 들어, 모델 IS4200, 모델 IS4000, 모델 IS3000, 모델 IS2000, 모델 IS1200)에서의 구현은 단지 예시적이며, 본 명세서에 개시된 본 발명의 양태의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않아야 한다. 적용 가능한 바와 같이, 본 발명의 양태는 비교적 작은 핸드헬드 수동 조작식 디바이스 및 추가적인 기계적 지지부를 갖는 비교적 큰 시스템 모두에서 실행되고 구현될 수 있다.

적어도 부분적으로 컴퓨터 지원으로 작동하는 원격 조작식 수술 시스템("원격 수술 시스템")은 기계적으로-접지된(mechanically-grounded) 디바이스 및 핸드헬드 디바이스 모두를 포함한다. 그러한 원격 수술 시스템은 통상적으로 치료, 진단, 또는 촬상 용도를 위한 하나 이상의 수술 기구를 포함한다. 수술 스테이플러 및 본 툴(bone tool)과 같은 핸드헬드 원격 수술 시스템에서, 기구 및 핸드헬드 부분은 통상적으로 결합된다. 기계적으로-접지된 시스템에서, 기구는 통상적으로 기계적 접지를 참조하여 기계적으로 지지된다.

본 설명은 기계적으로-접지된 원격 수술 시스템에 중점을 두지만, 양태는 핸드헬드 원격 수술 시스템에 적절하게 적용된다. 기계적으로-접지된 원격 수술 시스템의 예는 da Vinci® 수술 시스템이다. 본 기술 분야의 숙련자는 미국 특허 제6,246,200 B1호(1999년 8월 3일 출원), 제6,331,181 B1호(1999년 10월 15일 출원), 및 제6,788,018 B1호(2001년 12월 20일 출원)에 설명된 것과 같은 다양한 원격 수술 시스템 아키텍처에 익숙할 것이다.

도 1은 원격 수술 시스템(100) 및 원격 수술 시스템과 관련된 수술 기구(102)의 개략도이다. 시스템(100) 및 기구(102)는 다양한 원격 수술 시스템 구성의 예시이다. 도시된 바와 같이, 원격 수술 시스템의 주요 구성요소는 원격 조작식 매니퓰레이터(104), 베이스 유닛(106), 및 컴퓨터 제어 시스템(108)을 포함한다. 이들 주요 구성요소 및 그 관련 기능은 단일 유닛으로서 구성될 수 있거나, 2개, 3개 또는 그 이상의 개별적이고 상호 연결된 유닛 사이에 분배될 수 있다. 예를 들어, da Vinci Xi® 수술 시스템은 환자 옆에 위치된 원격 조작식 매니퓰레이터 시스템("환자측 유닛"), 환자측 유닛으로부터 떨어져 위치된 외과 의사 제어 유닛, 및 보조 장비 유닛을 포함한다.

매니퓰레이터(104)는, 조인트에 의해 상호 연결되고 베이스 유닛(106)으로부터 원위 기구 구동 인터페이스(110) - 이 인터페이스 상에 기구(102)가 장착됨 - 까지 연장되는 일련의 연결 장치를 포함한다. 도시된 바와 같이, 매니퓰레이터(104)는 기구(102)를 전체적으로 이동시키거나, 기구(102)의 주요 부분을 정지 상태로 유지하면서 기구(102)의 하나 이상의 개별 구성요소를 이동시키거나, 또는 둘 모두를 수행하는 다양한 원격 조작식 매니퓰레이터 구성의 예시이다. 매니퓰레이터(104)는 제어 시스템(108)에 움직임 제어 및 기구 기능 작동 명령을 입력하는 외과 의사의 제어 하에 작동하며, 제어 시스템은 다시 매니퓰레이터(104)가 대응하는 이동 또는 기능을 실행하도록 명령한다. 그러나, 임의적인 양태에서, 제어 시스템(108)은 의료 절차를 수행하는 것과 관련된 특정 매니퓰레이터(104) 이동 또는 기구(102) 기능을 자율적으로 명령할 수 있다.

도시된 바와 같이, 베이스 유닛(106)은 기계적으로 접지되지만, 예를 들어 핸드헬드 실시예에서 임의로 접지되지 않을 수 있다. 베이스 유닛(106)은 하나 이상의 환자측 유닛(예를 들어, 2개 이상의 매니퓰레이터를 갖는 단일 유닛, 단일 매니퓰레이터를 각각 갖는 2개 이상의 유닛 등), 외과 의사 제어 유닛, 및 하나 이상의 보조 장비 유닛의 다양한 개별 또는 조합된 구성의 예시이다.

컴퓨터 제어 시스템(108)은 원격 수술 시스템 내에 집중 배치되거나 분산될 수 있다. 그리고 아래에서 설명되는 바와 같이, 컴퓨터 제어 시스템(108) 및 컴퓨터 제어 시스템(108)과 관련된 기구 데이터의 양태는 원격 수술 시스템으로부터, 예를 들어 원격 수술 시스템이 이에 결합된 네트워크의 위치에서 원격일 수 있다. 컴퓨터 제어 시스템은 공지되어 있으며, 일반적으로 로직 유닛 및 로직 유닛에 의해 수행될 명령과 로직 유닛에 의해 작동되는 데이터를 저장하는 메모리 시스템을 포함한다. 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,424,885 B1호(1999년 8월 13일 출원)는 원격 수술 시스템을 위한 컴퓨터 제어 시스템의 예이다.

컴퓨터 제어 시스템(108)은, 기구(102) 움직임이 마스터 입력(112) 움직임에 종속되도록 마스터 입력(112)을 통해 사용자의 수술 기구 이동 명령을 수신하고 이에 대응하여 매니퓰레이터(104)를 제어한다. 마스터 입력(112)은 임의로 전기 수술 에너지 어플리케이션, 수술 스테이플 어플리케이션 등과 같은 제어 시스템(108)을 통해 기구(102) 기능을 제어하는 하나 이상의 추가 제어 입력을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 컴퓨터 제어 유닛(108)은 또한 작동 모드 입력(114)을 통해 사용자의 기구 작동 모드 명령을 수신한다. 이들 작동 모드의 양태에 대해 상세히 설명한다. 작동 모드 입력(114)은 마스터 입력(112)과 결합될 수 있거나 또는 별도로 위치될 수 있다. 예를 들어, 작동 모드 입력(114)은 마스터 입력 상의 또는 외과 의사 제어 유닛 터치 패드 또는 유사한 입력 디바이스 상의 스위치일 수 있다.

도 2를 참조하면, 기구(102)의 주요 구성요소는 근위 단부 메커니즘(116), 일 단부가 근위 단부 메커니즘(116)에 결합된 중공 기구 샤프트(118), 기구 샤프트(118)의 원위 단부에 결합된 이동 가능한 수술 엔드 이펙터(120)(movable surgical end effector), 및 샤프트(118)의 원위 단부와 엔드 이펙터(120) 사이에 결합된 임의적인 이동 가능한 손목 메커니즘(122)을 포함한다. 명확성을 위해 근위(환자로부터 멀어지게 위치된) 및 원위(환자를 향해 위치된) 방향이 도면에 지시되어 있다. 기구 샤프트(118)는 직선형 또는 곡선형 또는 관절형일 수 있고, 샤프트는 강성 또는 가요성일 수 있다. 엔드 이펙터(120)는 치료, 진단 또는 촬상 수술 기능, 또는 이들 기능들의 임의의 조합을 수행한다. 다양한 기구 손목 메커니즘 구성은 공지되어 있다 - 예를 들어, 미국 특허 제6,394,998 B1호(1999년 9월 17일 출원), 미국 특허 제6,817,974 B2호(2002년 6월 28일 출원), 미국 특허 제9,060,678 B2호(2007년 6월 13일 출원), 및 미국 특허 제9,259,275 B2호(2010년 11월 12일 출원)를 참조한다(이들 특허의 개시 내용은 본 명세서에 참조로 포함된다).

도시된 바와 같이, 근위 단부 메커니즘(116)은 하우징(126)에 의해 둘러싸인 2개의 예시적인 회전 케이블 구동 캡스턴(124a, 124b)을 포함한다. 제1 쌍의 케이블(128a, 128b)은 캡스턴(124a) 둘레에 랩핑되어 캡스턴(124a)이 회전함에 따라 하나의 케이블이 풀어지고 다른 케이블은 감기며, 그 반대도 마찬가지이다. 유사하게, 제2 쌍의 케이블(130a, 130b)은 캡스턴(124b) 둘레에 랩핑되어 캡스턴(124b)이 회전함에 따라 하나의 케이블이 풀어지고 다른 케이블은 감기며, 그 반대도 마찬가지이다. 캡스턴(124a, 124b)은 전술한 바와 같이 제어 시스템(108)의 제어 하에 기구 구동 인터페이스(110)로부터 구동 입력을 수신한다.

케이블(128a, 128b)은 기구 샤프트(118)를 통해 연장되고, 이동 가능한 조오(jaw), 시저 블레이드, 전기 소작 후크 또는 블레이드 등과 같은 이동 가능한 엔드 이펙터 구성요소(132)에 결합된다. 따라서, 엔드 이펙터 구성요소(132)는 캡스턴(124a) 회전에 대응하여 이동한다. 마찬가지로, 케이블(130a, 130b)은 기구 샤프트(118)를 통해 연장되고 손목(122)에 결합되어 손목(132)은 캡스턴(124b) 회전에 대응하여 이동한다. 손목(122)은 Intuitive Surgical에 의해 상용화된 Endowrist® 수술 기구의 네스트-클레비스(nested-clevis) 및 직렬 링크("스네이크") 구성과 같은 다양한 관절식 기계적 손목 구성의 예시이다.

캡스턴(124a, 124b) 및 그 관련 구동 입력, 케이블 라우팅 가이드 또는 풀리, 베어링 등은 힘 또는 토크 구동 입력을 수신하고 수신된 구동 입력을 손목(122) 또는 엔드 이펙터 구성요소(132)와 같은 원위 기구 구성요소를 제어하는 데에 사용된 대응 운동으로 전달하는 다양한 메커니즘("전달 메커니즘")의 예시이다. 그러한 전달 메커니즘은 회전 디스크 및 다양한 다른 축방향 회전 입력; 회전, 랙 또는 웜 기어 입력; 레버 또는 짐벌 입력; 활주 탭 및 다른 측방향 병진 입력; 핀 및 다른 축방향 병진 입력; 유체 압력 입력 등을 포함한다. 또한, 캡스턴(124a, 124b)은 하나 이상의 모터가 하우징(126) 내에 장착되거나 하우징에 결합되고 하우징(126)을 통해 제어 시스템(108)으로부터 모터 제어 입력을 수신하는 기구 구성의 예시이다. 모터 또는 모터들은 대응하는 전달 메커니즘을 구동시킨다. 따라서, 기구 구성요소는 기구 외부(예를 들어, 기구가 장착되거나 기구에 장착된 매니퓰레이터 내의) 또는 기구 내부의 모터에 의해 이동될 수 있다.

케이블 쌍(128a, 128b 및 130a, 130b)은 전달 메커니즘으로부터 기구의 원위 단부 구성요소로 힘 또는 토크를 전달하는 데에 임의로 사용되는 다양한 구성요소("구동 구성요소")의 예시이다. 그러한 구동 구성요소는 인장 구성요소(예를 들어, 케이블, 케이블-하이포튜브 조합체, 풀 로드 등), 압축 구성요소(예를 들어, 푸시 로드, 보덴 케이블 등), 회전 구성요소(예를 들어, 샤프트, 기어 트레인 등), 및 이들 특성을 결합한 구성요소(예를 들어, 푸시/풀 로드, 회전 및 병진하는 스플라인 샤프트 등)을 포함한다.

추가적인 전달 메커니즘 및 구동 구성요소는 회전 샤프트, 기어, 힌지, 피봇점, 롤링 표면, 회전 또는 활주 부품, 캠 표면 및 캠 핀, 리드 스크류, 범용 또는 등속 조인트, 하중 지지 베어링, 표면, 또는 지점 등을 포함한다.

작동 모드

본 발명의 양태에서, 기구 수명에 영향을 미치는 파라미터는 2개 이상의 범위, 즉 기구 수명에 비교적 덜 영향을 미치는 하나의 범위 및 기구 수명에 비교적 더 많은 영향을 미치는 다른 범위(들)로 분할된다. 기구 수명은 기구 수명에 비교적 덜 영향을 미치는 파라미터 범위 내에서 기구를 작동시킴으로써 연장되지만, 필요한 경우 기구 수명에 비교적 더 많은 영향을 미치는 파라미터 범위(들)가 이용 가능하다. 파라미터의 예는 기계적 구성요소의 운동 범위(range of motion)("ROM")이다. 본 발명의 양태는 일반적으로 사용자 선택에 이용 가능한 2개의 ROM을 갖는 원격 수술 시스템 구성요소에 의해 예시되며, 양태는 사용자 선택에 이용 가능한 3개 이상의 ROM을 갖는 시스템을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 게다가, 본 발명의 양태는 기계적 ROM에 의해 예시되지만, 본 기술 분야의 숙련자는 다른 기구 또는 원격 수술 시스템 파라미터 범위가 후술되는 바와 같이 정의되고 선택될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 2개, 3개 또는 그 이상의 파라미터 범위가 선택될 수 있다.

도 2는 기구(102)의 이동 가능한 원위 단부 구성요소가 각각 ROM을 갖는 것을 예시한다. 그리고, 본 발명의 양태에 따르면, 하나 이상의 원위 단부 구성요소 ROM이 선택적으로 변경될 수 있다. 구성요소의 최대 ROM 내의 임의의 제한된 ROM 또는 ROM들은 대응하는 작동 모드에서 작동함으로써 선택되는 것으로 정의될 수 있다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 엔드 이펙터 구성요소(132)는 제1 선택된 ROM(134a)(예를 들어, ±30°) 내에서 또는 제1 선택된 ROM보다 큰 제2 선택된 ROM(134b)(예를 들어, ±60°) 내에서 축(134)을 중심으로 회전한다. 유사하게, 손목(122)은 제1 선택된 ROM(136a)(예를 들어, ±30°) 내에서 또는 제1 선택된 ROM보다 큰 제2 선택된 ROM(136b)(예를 들어, ±60°) 내에서 축(136)을 중심으로 회전한다. 다양한 선택된 ROM은 임의로 대칭성 또는 비대칭성이다(예를 들어, ±30°, +0°내지 -45°, +45°내지 -15°, +30°내지 +60°등). 그리고, 제1 및 제2 ROM은 완전히 중첩되거나(예를 들어, 기준 각도로부터 제1 ROM ±60°및 제2 ROM ±30°) 또는 부분적으로 중첩될 수 있다(예를 들어, 기준 각도로부터 제1 ROM +15°내지 -45°및 제2 ROM 0°내지 -60°). 선택된 ROM은 조인트의 유형에 대응(예를 들어, 회전 조인트는 선택된 회전 ROM을 갖고, 직동 조인트는 선택된 병진 ROM을 갖는다, 등)할 것이다.

예시된 손목(122) 및 엔드 이펙터 구성요소(132)는 단일의 기계적 자유도(degree of freedom)("DOF")를 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 단일 조인트 또는 조인트 조립체가 연관된 ROM을 각각 갖는 2개 이상의 DOF를 가질 수 있는 경우, DOF 및 DOF와 관련된 ROM은 다양한 방식으로 선택적으로 제한될 수 있다. 예를 들어, 그러한 조인트 또는 조인트 조립체를 위한 하나의 선택된 ROM은 제2 DOF ROM이 아니라 제1 DOF ROM을 제한할 수 있고, 그러한 조인트 또는 조인트 조립체를 위한 제2 선택된 ROM은 제1 DOF ROM 및 제2 DOF ROM을 모두 제한할 수 있다. 다른 예로서, 기구 손목 메커니즘은 2개 이상의 단일 DOF 기계적 조인트를 포함할 수 있지만 다수의 DOF를 갖는 단일 조인트로서 제어되며, 따라서 많은 선택 가능한 손목 메커니즘 ROM이 가능하다(예를 들어, 피치(pitch) ±45°및 요(yaw) ±45°; 피치 ±60° 및 요 ±60°; 피치 +15°내지 -45°및 요 ±45°등). 일부 양태에서, 선택된 ROM은 단일 기계적 조인트에 대한 전체 기계적 ROM(즉, 기계적 정지-정지)에 대응한다.

또한, 하나 초과의 기구를 갖는 원격 수술 시스템에서, 선택된 ROM은 단일 기구 또는 2개 이상의 기구의 그룹에 적용될 수 있다. 예를 들어, 제1 원격 수술 시스템 작동 모드에서, 제1 선택된 ROM은 그 전체 기계적 ROM에서 작동하는 2개 이상의 기구에 대응하고, 제2 선택된 ROM은 제한된 ROM 내에서 작동하는 2개 이상의 기구에 대응한다. 대안적으로, 선택 가능한 ROM은 2개 이상의 개별 기구에 대해 독립적으로 이용 가능하다.

다른 양태에서, 선택을 위해 이용 가능한 2개 이상의 ROM은 매니퓰레이터에 장착된 특정 유형의 기구에 따라 좌우된다. 예를 들어, 제1 기구 유형(예를 들어, 그라스퍼(grasper))은 2개의 선택 가능한 작동 모드, 즉 제1 기구 손목의 전체 피치 및 요 ROM이 이용 가능한 제1 모드, 및 제1 기구 손목의 피치 및 요 ROM이 제한되는(예를 들어, ±45°) 제2 모드를 가질 수 있다. 제2 기구 유형(예를 들어, 단극 소작 절단기(monopolar cautery shear))은 2개의 상이한 선택 가능한 작동 모드, 즉 제2 기구 손목의 전체 피치 및 요 ROM이 이용 가능한 제1 모드, 및 제2 기구 손목의 피치 및 요 ROM이 제한되는(예를 들어, ±30°) 제2 모드를 가질 수 있다. 마찬가지로, 제1 기구 유형은 이용 가능한 선택 가능한 ROM의 1개의 양(예를 들어, 2개)을 가질 수 있고, 제2 기구 유형은 이용 가능한 선택 가능한 ROM의 다른 양(예를 들어, 3개)을 가질 수 있다. 그리고 일부 양태에서, 하나의 특정 기구 유형은 이용 가능한 임의의 선택 가능한 ROM을 갖지 않을 수 있고(즉, 전체 기구 ROM(들)이 항상 이용 가능함), 다른 특정 기구 유형은 이용 가능한 2개 이상의 선택 가능한 ROM을 갖는다.

본 발명의 양태에 따르면, 이들 작동 모드는 아래에 설명되는 바와 같이 원격 수술 시스템에서 기구 수명을 연장시키는 데에 사용된다.

작동 파라미터 범위

제어 시스템(108)이 기구 및 기구 구성요소 이동을 명령하는 환경을 설명하기 위해 다양한 작동 파라미터가 사용될 수 있다. 하나의 파라미터는 전술한 바와 같이 운동 범위 내의 위치 또는 배향이다. 다른 파라미터는 구성요소 속도, 가속도, 정적 힘 또는 토크 인가 및 하중, 동적 힘 또는 토크 인가 및 하중을 포함한다. 따라서, 이들 파라미터 내의 다양한 범위가 전술한 바와 같이 정의되고 선택될 수 있다.

예를 들어, 도 3a 내지 도 3c는 기구 작동 파라미터를 예시한다. 도 3a는 뱀형 원위 단부(예를 들어, 카테터, 가이드 튜브 등)를 갖는 기구(151)의 개략도이다. 양방향 화살표(150)는, 기구 및 관련 구동 구성요소의 물리적 한계에 의해 제약되는 기계적 ROM, 횡력, 원위 선단 속도, 원위 선단 가속도, 구동 케이블 상의 당기는 힘 등과 같은 가요성 기구 구성요소의 이동과 관련된 전체 파라미터 범위를 나타낸다. 양방향 화살표(152)는 제어 시스템에 의해 제약되는 제한된 파라미터 범위를 나타낸다.

도 3b는 직동 조인트(예를 들어, 푸시 로드, 나이프 블레이드, 스테이플러 슬레드 등)에서 병진하는 기구 구성요소(155)의 개략도이다. 양방향 화살표(154)는 조인트, 구성요소 및 관련 구동 구성요소의 물리적 한계에 의해 제약되는 기계적 ROM, 축방향 미는 힘 또는 당기는 힘, 구성요소 속도, 구성요소 가속도 등과 같은 직선형 또는 곡선형 병진과 관련된 전체 파라미터 범위를 나타낸다. 양방향 화살표(156)는 제어 시스템에 의해 제약되는 제한된 파라미터 범위를 나타낸다.

도 3c는 기구 구성요소(159)(예를 들어, 회전 구동 샤프트, 디스크, 기어, 힌지 핀 등)의 단면의 개략도이다. 양방향 화살표(158)는 구성요소 및 관련 구동 구성요소의 물리적 한계에 의해 제약되는 기계적 ROM, 토크, 각속도, 각가속도 등과 같은 회전과 관련된 전체 파라미터 범위를 나타낸다. 양방향 화살표(160)는 제어 시스템에 의해 제약되는 제한된 파라미터 범위를 나타낸다.

원격 수술 시스템의 작동 동안, 이들 파라미터 각각의 값은 범위 내에서 결정될 수 있고, 따라서 제어 시스템은 구성요소가 미리 정해진 파라미터 범위 내에서 소비한 시간의 양을 기록할 수 있다. 마찬가지로, 제어 시스템은 파라미터 범위 또는 값과 관련된 이벤트의 수를 기록할 수 있다.

예를 들어, 제어 시스템은 구성요소가 60-90도 ROM 내에서 작동하는 시간의 양과 같이 이동 가능한 구성요소가 파라미터 범위 내에서 작동하는 시간의 양을 기록할 수 있다. 또는, 구성요소가 60-90도 ROM으로 이동한 횟수 또는 구성요소가 60도를 초과하는 횟수와 같은 이벤트가 기록될 수 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 이들 파라미터 범위 또는 이벤트에 관한 정보는 아래에 설명되는 바와 같이 원격 수술 시스템에서 기구 수명을 연장시키는 데에 사용된다. 이 정보는 선택된 파라미터 작동 범위에 관한 정보와 결합될 수 있다. 또는, 임의의 선택된 작동 파라미터 범위와 독립적으로 사용할 수 있다.

기구 수명

모든 메커니즘과 마찬가지로, 이동 가능한 기구 구성요소는 사용으로 인해 열화될 수 있다. 그러므로, 안전을 위해, 원격 수술 시스템은 통상적으로 기구가 사용될 수 있는 시간을 제한한다. 예를 들어, 기구 설계를 테스트하여 예상 평균 최대 수명을 결정한 다음, 예상 평균 최대 수명보다 짧은 최대 사용 가능한 수명을 정의하기 위해 큰 안전 여유가 도입된다.

최대 사용 가능한 수명은 다양한 방식으로, 예를 들어 최대 기구 허용 가능한 개별 사용("수명")을 정의하거나 사용 시에 최대 기구 허용 가능 시간을 정의함으로써 정의될 수 있다. 예를 들어, 새로운 개별 기구에는 허용된 10개의 이용 가능한 개별 수명이 할당될 수 있고, 남아있는 사용 가능한 개별 수명의 수는 기구의 메모리, 원격 수술 시스템, 또는 네트워크 장소에 저장되어, 제어 시스템(108)이 저장된 정보에 액세스할 수 있다. 마찬가지로, 새로운 개별 기구에 허용된 사용 가능한 시간이 할당될 수 있고, 남아있는 허용 가능한 사용은 기구의 메모리, 원격 수술 시스템, 또는 네트워크 장소에 저장되어, 제어 시스템(108)이 저장된 정보에 액세스할 수 있다. 최대 기구 허용 가능한 개별 사용 또는 최대 기구 허용 가능한 사용 가능한 시간이 할당되면, 의료 치료 중에 기구가 사용됨에 따라 남아있는 개별 사용 횟수 또는 남아있는 사용 가능한 시간이 감소된다.

하나의 변형예에서, 0의 사용 가능한 개별 수명이 남을 때까지 기구가 사용되는 각각의 수술 절차(단일 환자-시작부터 완료까지)에 대해 하나의 사용 가능한 개별 수명이 감소되며, 이때 수술 시스템은 개별 기구의 추가 사용을 하지 못한다.

다른 변형예에서, 하나의 사용 가능한 개별 수명은, 개별 기구가 0의 사용 가능한 개별 수명이 남을 때까지 매니퓰레이터에서 장착 및 초기화될 때마다 감소된다.

다른 예시적인 변형에서, 기구가 사용됨에 따라, 수술 시스템은 남아있는 사용 가능한 시간이 0이 될 때까지 남아있는 사용 가능한 시간을 감소시킨다. 사용 가능한 시간이 0이 될 때, 수술 시스템은 임의로 (a) 기구의 추가 사용을 방지하고 교체 기구가 필요하다는 신호를 보내거나; (b) 기구가 매니퓰레이터로부터 제거될 때까지 기구의 사용이 계속되도록 하고, 기구가 매니퓰레이터로부터 제거된 후에 기구의 추가 사용을 방지하거나; 또는 (c) 하나 이상의 제거 및 매니퓰레이터에 대한 하나 이상의 후속 장착을 비롯하여, 전체 수술 절차 동안 기구의 사용이 계속되도록 한 다음, 수술 절차 후에 기구의 추가 사용을 방지한다.

따라서, 기구의 사용 가능한 수명은 정의된 초기 최대 사용 가능한 수명에서 시작하며, 기구의 사용 가능한 수명은 0의 사용 가능한 수명이 기구에 대해 남을 때까지 기구가 사용됨에 따라 감소된다. 기구의 사용 가능한 수명은 이 설명에서 남아있는 개별 수명 또는 남아있는 사용 시간에 의해 예시되지만, 남아있는 사용 가능한 수명의 동적 표시로서 기구 성능 측정(예를 들어, 명령된 구성요소 위치와 관련하여 감지된 실제 구성요소 위치, 감지된 전기 수술 에너지, 수술 스테이플 형성을 위한 감지된 토크 등)과 같은 사용 가능한 수명의 다른 측정값이 적용될 수 있다.

허용 가능한 개별 수명 또는 남아있는 사용 시간과 같은 개별 기구의 사용 가능한 수명은 임의로 기구 자체, 원격 수술 시스템, 또는 원격 수술 시스템과 통신하는 네트워크 장소에 저장될 수 있다. 그리고, 이용 가능 수명에 대한 업데이트는 임의로 다양한 시간에 이루어질 수 있다. 예를 들어, 남아있는 시간은 기구가 사용되는 동안에 지속적으로 업데이트될 수 있거나, 제어 시스템이 기구가 사용된 총 시간을 기록하고 기구가 환자로부터 인출될 때 남아있는 사용 가능한 시간을 업데이트할 수 있다. 유사하게, 남아있는 사용 가능한 개별 수명은 기구가 사용되는 동안에 감소될 수 있거나, 제어 시스템이 사용된 개별 수명을 결정하고 기구가 인출될 때 남아있는 개별 수명을 업데이트할 수 있다. 다른 예로서, 사용된 시간 또는 개별 수명은 기구가 매니퓰레이터에 장착되는 시간 동안 기구에 대해 기록될 수 있고, 기구가 다시 매니퓰레이터에 결합될 때 남아있는 시간 또는 수명이 업데이트된다.

다시 도 2를 참조하면, 일 양태에서, 수술 기구(102)는 메모리(138)를 포함하고, 메모리는 일부 실시예에서 기구 유형, 기구에 고유한 일련 번호, 남아있는 사용 가능한 수명(예를 들어, 허용 가능한 개별 수명의 수 또는 남아있는 허용 가능한 시간) 등과 같은 저장된 정보를 포함한다. 메모리(138)에 저장된 이 정보는 구동 인터페이스(110)를 통해 제어 시스템(108)으로 전달된다(140). 임의로, 업데이트된 허용 가능한 개별 수명 또는 남아있는 시간과 같은 정보는 제어 시스템(108)로부터 구동 인터페이스(110)를 통해 메모리(138)로 전달되어(140), 기구가 원격 조작식 수술 시스템에서 사용된 다음 시기에 정보에 액세스될 수 있다. 기구 메모리 및 구동 인터페이스를 통한 전달의 예는, 본 명세서에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,331,181 B1호(1999년 10월 15일 출원)에서 확인된다. 마찬가지로, 기구의 개별 수명 또는 시간 정보는 원격 수술 시스템의 제어 시스템(108)에 의해 액세스되는 네트워크 장소에 저장될 수 있다.

많은 상황에서 기구 성능의 열화 정도는 기구가 사용되는 작동 파라미터 범위에 따라 다르다. 예를 들어, 기구 구성요소가 관련 DOF ROM 내에서 이동함에 따라, ROM의 중심 근방보다 ROM의 극단에서 구성요소에 더 큰 기계적 열화가 예상될 수 있다. 보다 구체적으로, 엔드 이펙터 조오를 이동시키는 데에 사용되는 케이블은 케이블이 조오를 정해진 중앙 위치(예를 들어, 근위 단부와 원위 단부 사이의 기구의 길이방향 축)로부터 ±30도 이동시키도록 하나 이상의 풀리 또는 안내 표면 둘레에서 경로 설정될 때 시간이 지남에 따라 비교적 적은 열화를 경험할 수 있고, 케이블은 케이블이 조오를 정해진 중앙 위치로부터 ±60도 이동시키도록 하나 이상의 풀리 또는 안내 표면 둘레에서 경로 설정될 때 시간이 지남에 따라 비교적 많은 열화를 경험할 수 있으며, 케이블은 케이블이 조오를 정해진 중앙 위치로부터 ±90도 이동시키도록 하나 이상의 풀리 또는 안내 표면 둘레에서 경로 설정될 때 시간이 지남에 따라 비교적 매우 많은 열화를 경험할 수 있다.

또한, 열화 정도는 파라미터 값의 범위 내에서 파라미터 값의 선형 함수가 아닐 수 있다. 예를 들어, 전달 메커니즘 구성요소 또는 구동 구성요소 열화는 관련 원위 단부 구성요소의 ROM 위치의 선형 함수가 아닐 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 조오의 최대 ROM 근방(예를 들어, 90도 근방)에서 엔드 이펙터 조오 움직임에 대한 구성요소 열화는 정해진 중앙 위치 근방에서 또는 제한된 ROM 내(예를 들어, ±30도)에서 조오 움직임에 비해 현저히 높을 수 있다(예를 들어, 3X 초과) - 90은 30의 3배일지라도 -.

게다가, 이동 가능한 구성요소는 그 속도 또는 가속도가 증가함에 따라 비교적 더 빨리 열화될 수 있다. 예를 들어, 구성요소는 그 속도가 구성요소의 최대 가능한 구동 속도에 의해서만 속도가 제한되는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 높은 열화를 경험할 수 있으며, 구성요소는 그 속도가 구성요소의 가능한 최대 가능한 구동 속도보다 작은 값으로 제한되는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 낮은 열화를 경험할 수 있다. 유사하게, 구성요소는 그 가속도가 구성요소의 최대 가능한 구동 가속도에 의해서만 속도가 제한되는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 높은 열화를 경험할 수 있으며, 구성요소는 그 가속도가 구성요소의 가능한 최대 가능한 가속도보다 작은 값으로 제한되는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 낮은 열화를 경험할 수 있다.

또한, 이동 가능한 전달 메커니즘 구성요소 또는 구동 구성요소는 부품 상의 정적 힘 또는 토크 하중, 동적 기계적 구동력 또는 토크 하중, 또는 결합된 정적 하중 및 동적 구동 하중이 증가함에 따라 비교적 더 빨리 열화될 수 있다. 예를 들어, 구성요소는 그 최대 허용 구동 하중이 최대 가능한 구동 하중(예를 들어, 구성요소에 최대 그립력, 최대 굽힘력, 또는 최대 토크를 유발하는; 구성요소의 탄성 변형 범위 또는 그 근방에서의 작동)인 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 높은 열화를 경험할 수 있고 최대 허용 구동 하중이 최대 가능한 구동 하중보다 작은 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 낮은 열화를 경험할 수 있다. 하중은 (예를 들어, 부품에 결합된 힘 또는 토크 센서를 사용하여) 직접 측정되거나 (예를 들어, 구성요소를 이동시키거나 구성요소를 하중을 받는 위치에 유지하는 데에 사용되는 모터의 모터 전류를 감지한 다음, 사용된 모터 전류로부터 하중을 추론하여) 간접적으로 측정될 수 있다.

유사하게, 지속적으로 존재하는 예하중력 또는 토크가 구성요소(예를 들어, 케이블) 상에 있는 기구에서, 구성요소는 예하중력 또는 토크가 구동력 또는 토크가 인가될 때 제1 값에 있는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 높은 열화를 경험할 수 있고, 구동력 또는 토크가 인가될 때 예하중력 또는 토크가 제1 값보다 작은 제2 값에 있는 경우 시간이 지남에 따라 비교적 더 낮은 열화를 경험할 수 있다. 그러한 예하중력의 예는 케이블이 느슨해 지거나 그 정해진 경로를 벗어나지 않도록 하기 위한 기구의 구동 케이블 상에 일정한 예하중 인장력이다. 예하중력의 다른 예는 적대적인 제어 쌍에서 간극(백래시)에 의해 유발되는 손실된 운동을 제거하는 데에 사용되는 전달 메커니즘 또는 구동 구성요소에서 경험되는 힘인데, 제어 쌍에서 쌍 중 하나는 한 방향(예를 들어, 업 피치/히브, 좌측 요/동요, 시계 방향 롤, 근위 방향 서지)으로 기구 구성요소를 이동시키고 쌍 중 다른 구동 트레인은 다른 방향(예를 들어, 다운 피치/히브, 우측 요/동요, 시계 반대 방향 롤, 원위 방향 서지)으로 기구 구성요소를 이동시킨다. 따라서, 구성요소는 비교적 높은 예하중력과 구동력의 조합으로 시간이 지남에 따라 비교적 더 높은 열화를 경험할 수 있고, 비교적 낮은 예하중력과 동일한 구동력의 조합으로 시간이 지남에 따라 비교적 더 낮은 열화를 경험할 수 있다. 게다가, 장기적인 정적 하중만으로도 수개월 동안 높은 예하중 인장 하에 케이블이 늘어나는 것과 같은 기계적 열화가 초래될 수 있다. 기구가 제조된 시점(예를 들어, 정적 예하중력이 처음 인가된 시점)과 기구가 사용된 시간 사이의 시간의 양은 기구 성능과 관련이 있을 수 있다.

기구 수명 결정

일 양태에서, 제어 시스템은 파라미터가 상이하게 제한되는 2개 이상의 작동 모드 각각에서 소비된 시간의 양을 기록하고, 이어서 이들 시간은 남아있는 사용 가능한 기구 수명을 결정하는 데에 사용된다. 예를 들어, 제어 시스템은 ROM이 제한되는 제1 선택된 모드에서 소비된 시간 및 ROM이 제한되지 않은 제2 선택된 모드에서 소비된 시간을 기록한다.

다른 양태에서, 제어 시스템은 2개 이상의 파라미터 범위에서 소비된 시간의 양을 기록하고, 이어서 이들 시간은 남아있는 사용 가능한 기구 수명을 결정하는 데에 사용된다. 예를 들어, 제어 시스템은 제1 미리 정해진 기계적 ROM(예를 들어, 0-30도) 내에서 소비된 시간 및 제1 미리 정해진 기계적 ROM을 초과한 제2 미리 정해진 기계적 ROM(예를 들어, 30-60도) 내에서 소비된 시간을 기록한다.

다른 양태에서, 2개 이상의 작동 모드 각각에서 소비된 시간 및 하나 이상의 파라미터 범위에서 소비된 시간은 결합되어 남아있는 사용 가능한 기구 시간을 결정한다. 예를 들어, 제어 시스템은 ROM이 제한되는(예를 들어, 0-45도) 제1 선택된 모드에서 소비된 시간 및 ROM이 제한되지 않은(예를 들어, 0-90도) 제2 선택된 모드에서 소비된 시간을 기록하고, 제어 시스템은 또한 미리 정해진 ROM(예를 들어, 70-90도)에서 소비된 시간의 양을 기록한다. 그 후, 제어 시스템은 이 결합된 정보를 사용하여 기구의 남아있는 사용 가능한 수명을 결정할 수 있다.

다시, 기계적 ROM은 예시적인 파라미터로 사용되지만, 시간이 지남에 따라 기계적 열화에 영향을 미치고 하나의 값으로부터 제2 값으로 또는 하나의 값들의 범위로부터 다른 값들의 범위로 모니터링되거나 변경될 수 있으며, 대응하여 시간이 지남에 따라 기계적 열화를 변화시키는 임의의 파라미터를 대표한다. 게다가, 상기 예는 ROM, 속도, 가속도, 구동력 또는 토크, 및 예하중력 또는 토크와 같은 개별 파라미터이지만, 이들 파라미터 중 2개 이상은 시간이 지남에 따라 기구 구성요소 열화를 추가로 감소시키도록 제한될 수 있다. 따라서, 용어 "선택된 파라미터 범위"는 단일 파라미터의 범위 및 2개 이상의 파라미터의 범위를 포함한다.

전술한 바와 같이, 일부 경우에, 개별 구성요소의 열화는 2개 이상의 파라미터 값에 따라 좌우된다. 예를 들어, 카덴 조인트(Carden joint)가 제로 굽힘 각도에 있다면, 카덴 조인트의 시간에 따른 열화는 주로 최대 허용 속도 또는 구동 하중에 의해 야기될 수 있다. 그러나, 카덴 조인트가 높은 굽힘 각도(예를 들어, 60도)에, 이 굽힘 각도와 최대 허용 각속도 또는 구동 하중의 조합에, 또는 이 굽힘 각도와 최대 허용 각속도 및 구동 하중의 조합에 있다면, 굽힘 각도는 시간이 지남에 따라 조인트의 열화에서 우성 파라미터가 될 수 있다. 따라서, 시간이 지남에 따른 기구 구성요소 열화와 관련된 파라미터는 단일 치수를 갖거나 2개, 3개 또는 그 이상의 치수를 가질 수 있다. 그리고, 하나의 파라미터의 값 또는 파라미터의 하나의 치수는 구성요소의 시간이 지남에 따른 열화에 대한 제2 파라미터의 또는 제2 치수의 영향을 결정할 수 있다.

흔히, 하나 이상의 기구 구성요소는 다른 것보다 빨리 시간이 지남에 따라 열화되므로, 이들 하나 이상의 기구 구성요소는 기구 유형의 예상 평균 최대 수명 및 이에 따라 기구 유형에 대해 정해진 최대 사용 가능한 수명을 결정한다. 이들 하나 이상의 구성요소의 시간에 따른 열화를 제한하면 기구 유형의 예상 평균 최대 수명 및 기구 유형의 관련된 정해진 최대 사용 가능한 수명이 증가된다.

따라서, 일 양태에서, 최대 사용 가능한 기구 수명은, 기구 작동 파라미터의 범위를 제한하지 않는 모드에서 최대 사용 가능한 기구 수명과 비교하여, 하나 이상의 이동 가능한 기구 구성요소에 대한 하나 이상의 기구 작동 파라미터(예를 들어, 작동 범위)의 범위를 제한하는 모드에서 연장된다. 원격 수술 시스템의 컴퓨터 제어 유닛은 제한된 작동 파라미터(예를 들어, 제한된 파라미터 작동 모드에서 소비한 시간)의 함수로서 연장된 허용 가능한 개별 수명 또는 시간을 결정하고, 기구의 남아있는 허용 가능한 수명 또는 시간을 조절하며, 하나 이상의 후속 수술 절차에서 액세스하도록 조절된 허용 가능한 남아있는 개별 수명 또는 시간을 저장한다.

남아있는 허용 가능한 개별 수명은 임의로 개별 수명의 분율로 감소될 수 있으므로, 2개 이상의 절차에 대한 기구 작동 파라미터를 제한하는 모드에서의 작동이 전체 개별 수명에 의해 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명을 연장하기 위해 필요하다.

예를 들어, 제한된 파라미터 범위가 선택된 제1 수술 절차의 결과로서, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명이 절반만큼 감소된다. 그리고, 제한된 파라미터 범위가 선택되는 제2 수술 절차의 결과로서, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명이 다른 절반만큼 감소된다. 따라서, 제1 및 제2 수술 절차 후, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명은, 2개의 개별 수명이 감소되는 대신에(각 절차당 하나), 2개의 절차 후에 단일의 개별 수명만 감소되기 때문에, 전체 개별 기구 수명에 의해 연장된다. 원격 수술 시스템은 남아있는 전체 개별 기구 수명의 수를 결정하므로, 추가적인 전체 개별 기구 수명이 후속 수술 절차에 사용되게 한다.

작동 모드에서 소비된 시간은 임의로 허용 가능한 남아있는 개별 기구 수명 또는 시간을 연장시키는 것에 상관될 수 있다. 예를 들어, 제1 수술 절차 동안, 제한된 작동 파라미터 범위는 기구가 사용되는 시간의 절반 동안 선택되므로, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명은 3/4만큼 감소된다. 그 후, 제2 수술 절차 동안, 전체 수술에 대해 제한된 작동 파라미터 범위가 선택되므로, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명은 절반만큼 감소된다. 그리고, 제3 수술 절차 동안, 제한된 작동 파라미터 범위가 절차의 3/4 동안 선택되므로, 남아있는 허용 가능한 개별 기구 수명은 5/8만큼 감소된다. 따라서, 이들 세 가지 절차를 수행한 후, 총 개별 수명이 2 미만 만큼 감소되었으므로, 추가 개별 기구 수명이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 제1 수술 절차 동안, 제한된 작동 파라미터 범위가 기구가 사용되는 시간의 절반 동안 선택되므로, 남아있는 사용 가능한 시간은 기구가 사용되는 전체 시간의 3/4만큼 감소된다. 이들 예에서의 상관 관계는 임의로 예시로서 선택된다. 실제로, 상관 관계는 실제 기구 수명주기 테스트에 기초하여 작용되며, 이는 기구 유형에 따라 다를 수 있으며 선택한 파라미터 범위에 기초하여 다를 수 있다.

다른 양태에서, 최대 사용 가능한 기구 수명은, 하나 이상의 이동 가능한 기구 구성요소가 하나 이상의 작동 파라미터(예를 들어, 운동 범위)에서 작동하는 발생 또는 소비 시간을 감지 및 기록하고, 기구의 남아있는 허용 가능한 개별 수명 또는 시간을 조절하며, 하나 이상의 후속 수술 절차에서 액세스하도록 조절된 남아있는 수명 또는 시간을 저장하는 제어 시스템에 의해 연장된다. 조절은 작동 모드가 별개로 선택될 때 조절이 수행되는 방식과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.

다른 양태에서, 파라미터 범위는 남아있는 사용 가능한 기구 수명과 관련될 수 있다. 기구는 임의로 남아있는 기구 수명의 초기 부분 동안 전체 파라미터 범위로 디폴트된 다음, 남아있는 기구 수명의 이후 부분 동안 제한된 파라미터 범위로 디폴트되는 데, 필요한 경우 전체 파라미터 범위 또는 증가된 파라미터 범위가 이용 가능하다. 예를 들어, ±90°ROM을 갖는 기계적 DOF를 갖는 기구의 경우, 기구가 처음 사용될 때 ±60°ROM이 디폴트로 이용 가능할 수 있으며, 외과 의사는 필요한 경우 전체 ±90°ROM을 선택할 수 있다. 그러나, 사용 가능한 기구 수명이 특정값을 초과하여 소비되면, 디폴트 ROM이 ±45°ROM으로 변경되고 외과 의사는 필요한 경우 전체 ±90°ROM을 선택할 수 있다. 다른 예로서, 사용 가능한 기구 수명이 특정값을 초과하여 소비되면, 디폴트 ROM이 ±45°ROM으로 변경되고, 필요시 선택을 위해 ±60°및 ±90°ROM이 이용 가능하게 된다. 또 다른 예로서, 사용 가능한 기구 수명이 특정값을 초과하여 소비되면, 디폴트 ROM이 ±45°ROM으로 변경되고, 외과 의사는 필요한 경우 덜 제한된 ±60°ROM을 선택할 수 있지만, 전체 ±90°ROM은 선택을 위해 이용될 수 없다. 이 상황에서, 전체 파라미터 범위가 필요한 경우, 제한되지 않은 전체 파라미터 범위를 갖는 기구가 사용되어야 한다.

이 양태의 변형에서, 파라미터 범위는 2개 이상의 선택 가능한 파라미터 범위를 갖지 않고 남아있는 사용 가능한 기구 수명과 관련된다. 사용 가능한 기구 수명이 소비됨에 따라, 파라미터 범위가 이에 따라 제한된다. 예를 들어, 사용 가능한 기구 수명의 초기 부분 동안, 전체 파라미터 범위가 이용 가능하며, 사용 가능한 기구 수명의 이후 부분 동안에는 제한된 파라미터 범위만이 이용 가능하다. 다시, 전체 파라미터 범위가 필요한 경우, 제한되지 않은 전체 파라미터 범위를 갖는 기구가 사용되어야 한다.

작동 모드 선택

도 1을 다시 한번 참조하면, 일 양태에서, 외과 의사는 외과 의사 제어 유닛 상의 작동 모드 입력(114)을 통해 선택을 입력함으로써 전술한 바와 같이 2개 이상의 기구 작동 파라미터 한계 중 하나를 선택한다. 일반적으로, 하나의 작동 모드에서, 임상적으로 필요한 경우, 외과 의사에게 전체 파라미터 범위가 이용 가능하다. 파라미터 범위는 제2 작동 모드에서 제한된다. 원격 수술 시스템은 임의로 하나의 파라미터 범위를 추가로 제한하거나, 하나 이상의 추가 파라미터 범위를 제한하거나, 또는 둘 모두를 수행하는 다양한 다른 작동 모드(제3, 제4, 제5 등)에서 작동할 수 있다.

일 양태에서, 원격 조작식 수술 시스템은 기구 작동 파라미터 범위가 제1 범위로 제한되는 제1 작동 모드로 디폴트되고, 외과 의사는 기구 작동 파라미터 범위가 제1 범위보다 크거나 제한되지 않는 제2 범위로 제한되는 제2 작동 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 원격 조작식 수술 시스템은 기구 손목 피치 및 요 ROM이 ±45°로 제한되는 제1 작동 모드에서 초기화되고, 이어서 외과 의사는 기구 피치 및 요 ROM이 제한되지 않거나 전체 가능한 물리적 ROM 또는 그 근방으로 제한된 제2 작동 모드를 선택할 수 있다. 제한된 범위의 디폴트는 시스템 시작 시에, 기구 설치 시에, 중단 후 마스터-슬레이브 관계를 재설정할 때에, 미리 결정된 시간 동안 제한된 범위 내에서의 작동을 감지할 때에, 또는 임의의 다른 관련 시스템 이벤트 시에 발생할 수 있다.

일 양태에서, 원격 조작식 수술 시스템은 기구 작동 파라미터 범위가 제한되지 않거나 파라미터의 전체 범위 근방으로 제한되는 제1 작동 모드로 디폴트되고, 외과 의사는 기구 작동 파라미터 범위가 제한되는 제2 작동 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 원격 조작식 수술 시스템은 기구 손목 피치 및 요 ROM이 제한되지 않거나 전체 가능한 물리적 ROM 또는 그 근방으로 제한된 상태로 초기화되고, 이어서 외과 의사는 기구 피치 및 요 ROM이 ±45°로 제한되는 제2 작동 모드를 선택할 수 있다. 무제한 범위 디폴트는, 시스템 시작 시에, 기구 설치 시에, 중단 후 마스터-슬레이브 관계를 설정할 때에, 파라미터에 대한 마스터 햅틱 한계에 도달한 미리 결정된 시구간 내에 미리 결정된 횟수를 감지할 때에, 또는 임의의 다른 관련 시스템 이벤트 시에 발생할 수 있다.

일 양태에서, 원격 수술 시스템이 기구 작동 파라미터가 제한되는 모드에서 작동하는 경우, 원격 수술 시스템의 컴퓨터 제어 시스템은 대응하는 마스터 입력 파라미터를 제한하여 외과 의사가 파라미터가 제한됨을 이해하는 데에 일조한다. 예를 들어, 이동 가능한 기구 구성요소 ROM이 제한되는 원격 수술 시스템 작동 모드에서, 대응하는 마스터 ROM이 제한된다. 제1 작동 모드가 기구 ROM 구성요소를 ±45°로 제한하면, 제어 시스템은 대응하는 마스터 DOF를 ±45°로 제한하는 햅틱 제한을 마스터에 배치한다. 이는 외과 의사가 제한된 ROM을 감지한 다음, 추가 기구 구성요소 ROM이 필요한 경우 ROM이 제한되지 않는 제2 작동 모드를 선택하게 한다. 전술한 바와 같이, 외과 의사는 다양한 방식으로, 예를 들어, 마스터 또는 외과 의사 제어 유닛 상의 개별 선택에 의해, 햅틱 감각 신호(예를 들어, 햅틱 "벽")를 통해 이동함으로써, 또는 임의의 다른 적절한 제어 입력(예를 들어, 풋 페달, 음성, 시선 주시 메뉴 선택 등)에 의해 제2 작동 모드를 선택할 수 있다.

일 양태에서, 제어 시스템은 이동 가능한 기계적 구성요소가 미리 결정된 시간의 양 동안 제한된 파라미터 범위 내에서 작동된 후에 제한된 파라미터 범위와 관련된 작동 모드를 자동으로 선택한다. 예를 들어, 제어 시스템은 기구가 처음 설치될 때 제1, 제한된 파라미터 범위(예를 들어, ±60°ROM) 작동 모드를 초기에 선택할 수 있다. 이어서, 외과 의사는 임상 요건으로 인해 제2 제한되지 않은 파라미터 범위(예를 들어, ±90°ROM) 작동 모드를 선택하여 사용한다. 외과 의사가 정해진 시간 동안 계속 작업하면, 제어 시스템은 외과 의사가 더 이상 제한되지 않은 파라미터 범위를 사용하지 않는다고 결정하고, 이에 따라 제어 시스템은 다시 한번 제1, 제한된 파라미터 범위를 선택하여 외과 의사가 구성요소의 기계적 열화를 증가시키는 제2 파라미터 범위에서 우발적으로 작동하지 못하게 한다. 외과 의사는 필요한 경우 다시 한번 제2 작동 모드를 선택할 수 있다.

Claims

원격 수술 시스템이며,
원격 조작식 매니퓰레이터; 및
제어 시스템을 포함하고,
상기 제어 시스템은 제1 작동 모드에서 원격 수술 시스템을 작동시키고, 제1 작동 모드에서 제어 시스템은 매니퓰레이터에 결합된 수술 기구의 기계적 구성요소를 작동 파라미터의 제1 범위 내에서 구동하고,
상기 제어 시스템은 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템을 작동시키고, 제2 작동 모드에서 제어 시스템은 매니퓰레이터에 결합된 수술 기구의 기계적 구성요소를 작동 파라미터의 제1 범위보다 작은 작동 파라미터의 제2 범위 내에서 구동하는 는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 기계적 자유도의 운동의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 기계적 자유도의 운동의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 제1 기계적 자유도의 운동의 제1 범위 및 제2 기계적 자유도의 운동의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 제1 기계적 자유도의 운동의 제2 범위 및 제2 기계적 자유도의 운동의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 수술 기구의 구성요소의 속도의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 수술 기구의 구성요소의 속도의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 수술 기구의 구성요소의 가속도의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 수술 기구의 구성요소의 가속도의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 수술 기구의 구성요소 상의 기계적 하중의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 수술 기구의 구성요소 상의 기계적 하중의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템이 수술 절차 동안 제1 작동 모드에서만 원격 수술 시스템을 작동시키는 조건에서, 제어 시스템은 수술 기구의 남아있는 사용 가능한 수명을 제1 양만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템이 수술 절차 동안 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템을 작동시키는 조건에서, 제어 시스템은 수술 기구의 상기 남아있는 사용 가능한 수명을 상기 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 제1 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 사용 가능한 시간을 제1 양만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 상기 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 상기 사용 가능한 시간을 상기 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템은 상기 제1 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 제1 양만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 상기 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 상기 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템은 전체 수술 절차 동안 상기 제1 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 하나의 개별 수명만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 상기 전체 수술 절차 동안 상기 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 하나 미만의 개별 수명만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어 시스템은 미리 결정된 시간의 양에 대해 상기 제1 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 하나의 개별 수명만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 미리 결정된 시간의 양에 대해 상기 제2 작동 모드에서 원격 수술 시스템이 작동한 결과로서 상기 수술 기구에 남아있는 허용 가능한 다수의 개별 수명을 하나 미만의 개별 수명만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제1항에 있어서,
작동 모드 입력을 더 포함하고;
상기 제어 시스템은 상기 작동 모드 입력에서 수신된 사용자 입력에 응답하여 원격 수술 시스템을 상기 제2 작동 모드에서 작동시키는 것으로부터 원격 수술 시스템을 상기 제1 작동 모드에서 작동시키는 것으로 변경하는, 원격 수술 시스템.
제12항에 있어서,
상기 제어 시스템이 사용자 입력에 응답하여 원격 수술 시스템을 제2 작동 모드에서 작동시키는 것으로부터 원격 수술 시스템을 제1 작동 모드에서 작동시키는 것으로 변경한 후, 제어 시스템은, 제어 시스템이 미리 결정된 양의 시간 동안 작동 파라미터의 제2 범위 내에서만 수술 기구의 기계적 구성요소를 구동시켰다는 결정에 응답하여 원격 수술 시스템을 제1 작동 모드에서 작동시키는 것으로부터 원격 수술 시스템을 제2 작동 모드에서 작동시키는 것으로 변경하는, 원격 수술 시스템.
원격 수술 시스템이며,
이동 가능한 구성요소를 포함하는 수술 기구; 및
제어 시스템을 포함하고,
상기 제어 시스템은 제1 시간의 양 동안 작동 파라미터의 제1 범위 내에서 수술 기구의 구성요소를 작동시키며,
상기 제어 시스템은 제2 시간의 양 동안 작동 파라미터의 제1 범위보다 작은 작동 파라미터의 제2 범위 내에서 수술 기구의 구성요소를 작동시키고,
상기 제어 시스템은 상기 제1 시간의 양에 기초하여 상기 수술 기구에 남아있는 사용 가능한 시간을 제1 양만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 상기 제1 시간의 양에 기초하여 상기 수술 기구에 남아있는 사용 가능한 시간을 상기 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
원격 수술 시스템이며,
이동 가능한 구성요소를 포함하는 수술 기구; 및
제어 시스템을 포함하고,
상기 제어 시스템은 제1 시간의 양 동안 작동 파라미터의 제1 범위 내에서 수술 기구의 구성요소를 작동시키며,
상기 제어 시스템은 제2 시간의 양 동안 작동 파라미터의 제1 범위보다 작은 작동 파라미터의 제2 범위 내에서 수술 기구의 구성요소를 작동시키고,
상기 제어 시스템은 상기 제1 시간의 양에 기초하여 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 제1 양만큼 감소시키며,
상기 제어 시스템은 상기 제2 시간의 양에 기초하여 상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명을 상기 제1 양보다 작은 제2 양만큼 감소시키는, 원격 수술 시스템.
제15항에 있어서,
상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명의 제1 양은 전체 개별 수명보다 작은, 원격 수술 시스템.
제15항에 있어서,
상기 수술 기구에 남아있는 다수의 개별 수명의 제2 양은 전체 개별 수명보다 작은, 원격 수술 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 구성요소의 속도의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 구성요소의 속도의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 구성요소의 가속도의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 구성요소의 가속도의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.
제14항 또는 제15항에 있어서,
상기 작동 파라미터의 제1 범위는 구성요소 상의 기계적 하중의 제1 범위를 포함하고,
상기 작동 파라미터의 제2 범위는 구성요소 상의 기계적 하중의 제2 범위를 포함하는, 원격 수술 시스템.