KR20200115518A - 수술 로봇에 의해 가이드된 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터, 시스템 및 방법 - Google Patents
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- A61F2002/4687—Mechanical guides for implantation instruments
Abstract
수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터. 엔드 이펙터는 임팩터 조립체 및 가이드를 포함할 수 있다. 임팩터 조립체는 충격력을 수용하기 위한 헤드, 보철물에 분리 가능하게 부착하기 위한 인터페이스, 헤드와 인터페이스 사이의 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 헤드와 인터페이스 사이에 배치된 임팩터 결합 표면을 가질 수 있다. 가이드는 수술 로봇에 부착되도록 구성되며, 가이드 축을 따라 연장되고 임팩터 조립체의 샤프트 일부를 수용하도록 배열된 개구부, 임팩터 결합 표면과 맞닿도록 형성된 가이드 결합 표면, 및 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 축의 동축 정렬을 용이하게 하기 위해 가이드 결합 결합 표면과 임팩터 결합 표면의 맞닿을 유지하는 리미터를 포함할 수 있다.
Description
수술 로봇에 의해 가이드된 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드이펙터, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
수술 로봇은 의료 전문가가 다양한 기존 외관 수술을 수행하는데 도움을 주기 위해 사용된다. 이를 위해, 외과 의사는 수술 동안에 다양한 도구, 구성 요소, 보철물 등을 가이드, 배치, 이동, 동작 또는 조작하기 위해, 수술 로봇을 사용할 수 있다.
수술 로봇은 다수의 상이한 외과 수술들을 수행하는 외과 의사를 보조하기 위해 사용될 수 있으며, 환자의 기동성을 향상시키고 고통을 줄이기 위해, 퇴행성 관절의 교정, 절제 또는 교체와 관련된 수술에 일반적으로 사용된다. 예시적으로, 고관절 수술에서, 외과 의사는 환자의 고관절의 부분들을 인공 보철 구성 요소로 대체한다. 이를 위해, 고관절 치환술에서, 외과 의사는 일반적으로, 헤드를 포함하는 보철 대퇴골 구성 요소를 수용하기 위해 환자의 대퇴골의 일부를 제거하고, 보철 대퇴골 구성 요소의 헤드를 수용하도록 성형된 보철 컵의 설치가 용이하게 하도록 골반의 관골구를 리머(reamer)로 표면을 재처리 합니다.
수행되는 특정 수술에 따라, 수술 로봇은 외과 의사가 수술 부위에 접근, 관절 및/또는 뼈의 일부 제거, 보철 구성 요소 설치 등을 돕기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 보철 컵을 골반의 관골구에 설치하기 위해, 외과 의사는(예를 들어, 나무 망치 같은) 힘을 가하기 위해 임팩터 도구를 타격함으로써 상기 컵을 리미드된(reamed) 관골구에 주입하기 위해, 상기 컵을 상기 컵을 임팩터 도구에 연결할 수 있다. 상기 컵의 설치를 용이하게 하기 위해, 수술 로봇은 수술 부위에 대해 정렬된 임팩터 도구를 유지하는 것을 돕고, 외과 의사는 리미드된 관골구에 상기 컵이 적절한 정렬이 되는 것을 보장하기 위해, 충격(impaction) 동안 상기 컵의 궤적과 깊이를 면밀히 모니터링 할 수 있다. 여기서, 관골구를 리밍(reaming)하는 것은 일반적으로 상기 컵의 의도된 위치를 정의하고, 이어서 충격의 궤적을 정의한다.
보철 구성 요소, 임팩터 도구 및 수술 로봇의 구성에 따라, 상기 컵이 적절하게 이식되도록 하는 것은 부술 부위에 대한 가시성 부족 및 제한된 접근성으로 인해 복잡해 질 수 있다. 더욱이, 특정 접근 및 수술 기술로는 정해진 계도를 유지하는 것이 어려울 수 있으며, 이에 따라 상기 컵 도는 다른 보철 구성 요소들의 정렬 불량이 적절하지 않은 정렬 및/또는 충격 힘의 적용으로 인해 종종 초래된다. 또한, 수술 로봇은 일반적으로 충격 동안 궤적에 대해 임팩터 도구의 이동을 제한하기 때문에, 상기 컵이 임팩터 도구에 연결 상태로 리미드된 관골구에 접근하는 것은 때때로, 임팩터 도구를 궤적에 정렬하는 것을 용이하게 하기 위해, 수술 로봇 및/또는 환자의 신체를 반복적으로 재배치하거나, 외과 의사에게 노출된 수술 부위를 확대를 요하거나 및/또는 외가 의사가 임팩터 도구 및/또는 수술 로봇의 일부를 분해를 요구할 수 있다.
따라서, 해당 기술분야에는 이들 결함들 중 하나 이상을 해결하기 위한 요구가 남아 있다.
본 발명은 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터(end effector)를 제공하며, 엔드 이펙터는 임팩터 조립체 및 가이드를 갖는다. 임팩터 조립체는 충격력을 수용하도록 배열된 헤드, 보철물과 분리 가능하게 부착되는 인터페이스, 헤드와 인터페이스 사이의 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 헤드와 인터페이스 사이에 배치되는 임팩터 결합 표면을 가질 수 있다. 가이드는 수술 로봇에 부착되도록 구성되고, 가이드 축을 따라 연장되고 임팩터 조립체의 샤프트의 일부를 수용하도록 배치된 개구부를 형성하는 채널, 임팩터 결합 표면에 맞닿도록 형성된 가이드 결합 표면, 및 가이드 결합 표면과 임팩트 결합 표면이 맞닿는 것을 유지하고 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 축의 동축 정렬을 용이하게 하는 리미터를 가질 수 있다.
본 개시는 또한, 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 워크피스(workpiece)를 배치하기 위한 엔드 이펙터를 제공하며, 엔드 이펙터는 제1 조립체 및 제2 조립체를 가질 수 있다. 제1 조립체는 근위 단부, 워크피스와 분리 가능하게 부착되도록 구성된 인터페이스를 갖는 원위 단부, 근위 단부와 원위 단부 사이에 제1 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 근위 단부와 원위 단부 사이에 배치된 제1 결합 표면을 가질 수 있다. 제2 조립체는 수술 로봇에 부착되는 마운트 및 제2 축을 따라 연장되는 채널로 마운트에 동작 가능하게 부착되는 가이드를 가질 수 있다. 채널은 제1 조립체의 샤프트 일부를 수용하도록 배열된 개수를 형성할 수 있다. 가이드는 또한, 제2 결합 표면 및 리미터를 가질 수 있다. 제2 결합 표면은 제1 결합 표면과 맞닿도록 형성될 수 있다. 리미터는 제1 결합 표면과 제2 결합 표면이 맞닿는 것을 유지하고, 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 축의 동축 정렬을 용이하게 할 수 있다.
본 개시는 또한, C-형 채널을 갖는 가이드를 가지는 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 보철물에 충격을 가하는데 사용되는 임팩터 조립체를 제공하며, C-형 채널은 궤적 방향으로 연장되는 개구부에 의해 묘사되는 가이드 결합 표면을 정의한다. 임팩터 조립체는 충격력을 수용하도록 배열된 헤드 및 보철물에 분리 가능하게 부착되는 구성되는 인터페이스를 가질 수 있다. 샤프트는 헤드와 인터페이스 사이의 임팩터 축을 따라 연장되며, 가이드의 개구부를 통과하도록 형성될 수 있다. 플랜지(flange)는 헤드와 인터페이스 사이의 샤프트에 연결되며, 가이드에 대한 임팩터 조립체의 회전을 동시적으로 허용하고 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 임팩터 축의 동축 정렬을 용이하게 하기 위해, 가이드 결합 표면에 맞닿고 회전 가능하게 결합되도록 형성되는 임팩터 결합 표면을 정의할 수 있다.
본 개시는 또한, 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 임팩터 조립체를 지지하도록 구성된 수술 로봇에 부착되도록 구성되는 가이드, 보철물에 충격을 가하도록 구성되며 임팩터 결합 표면을 갖는 임팩터 조립체 및 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트를 제공한다. 가이드는 수술 로봇에 부착되는 마운트 및 가이드 축을 따라 연장되는 채널로 동작 가능하게 마운트에 부착되는 바디를 가질 수 있다. 채널은 이를 통해 임팩터 조립체의 샤프트 일부를 수용하도록 배열된 개구부를 형성할 수 있다. 가이드는 또한, 가이드 결합 표면 및 리미터(limiter)를 가질 수 있다. 가이드 결합 표면은 임팩터 결합 표면과 맞닿도록 형성될 수 있다. 리미터는 가이드 결합 표면이 임팩터 결합 표면이 맞닿는 것을 유지하고, 임팩터 축이 임팩터 축 및 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 동축 정렬을 용이하게 할 수 있다.
본 개시는 또한, 제1 조립체를 가지며 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 워크피스를 타겟에 배치하기 위한 엔드 이펙터 및 제2 조립체를 제공할 수 있다. 제1 조립체는 근위 단부, 워크피스에 분리 가능하게 부착되도록 구성되는 인터페이스를 갖는 원위 단부, 및 근위 단부와 원위 단부 사이에서 제1 축을 따라 연장되는 샤프트 및 근위 단부와 원위 단부 사이에 배열되고 제1 결합 표면을 정의하는 플랜지를 가질 수 있다. 제2 조립체는 수술 로봇에 부착되도록 구성되는 마운트 및 채널로 마운트에 동작 가능하게 부착되는 가이드를 포함하며, 채널은 제1 및 제2 축 채널 단부 사이에서 제2 축을 따라 연장되고 제1 결합 표면과 맞닿도록 형성되는 제2 결합 표면을 정의할 수 있다. 가이드는 또한, 제1 결합 표면이 제2 결합 표면이 맞닿는 것을 유지하는 리미터를 가지며, 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 축의 동축 정렬을 용이하게 할 수 있다. 센서는 제1 채널 단부와 제2 채널 단부 사이에서 상대적인 축 방향 위치를 결정하기 위해 가이드에 결합될 수 있다. 센서는 가이드 축을 따라 개구부를 향하여 연장되는 적어도 하나의 코일을 갖는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer, LVDT) 코일 조립체를 가질 수 있다.
본 개시는 또한, 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하는 방법을 제공할 수 있다. 상기 방법은, 헤드 인터페이스, 헤드와 인터페이스 사이의 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 임팩터 결합 표면을 갖는 임팩터 조립체를 제공하는 단계; 가이드 축을 따라 연장되고 개구부 가이드 결합 표면, 및 리미터를 정의하는 가이드를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 보철물을 수술 부위에 배치하기 위해 임팩터 조립체를 배치하는 단계; 가이드의 개구부를 통해 채널 내로 임팩터 조립체의 샤프트를 배치하는 단계; 임팩터 조립체의 임팩터 결합 표면을 가이드의 가이드 결합 표면과 맞닿게 하는 단계; 임팩터 결합 표면과 가이드 결합 표면이 맞닿는 것을 유지하기 위해 가이드의 리미터를 임팩터 조립체에 대해 이동시키는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한, 임팩터 축 및 가이드 축을 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 동축 정렬하는 단계; 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하기 위해 임팩터 조립체의 헤드에 충격력을 가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예의 다른 특징 및 이점은 도면과 함께 기술된 설명을 읽은 후에 더 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 수술 로봇, 내비게이션 시스템 및 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터를 포함하고, 엔드 이펙터는 보철물에 결합된 임팩터 조립체를 가지며 수술 로봇에 부착된 가이드에 의해 궤적을 따라 지지되는 수술 시스템의 사시도이다.
도 2는 보철물로부터 이격되어 도시된 도 1의 임팩터 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 보철물이 임팩터 조립체에 부착된 상태로, 임팩터 조립체를 지지하는 가이드와 함께 도시된 도 1의 엔드 이펙터의 사시도이다.
도 4는 도 3의 엔드 이펙터 및 보철물의 측면도이다.
도 5a는 도 4의 선 5A-5A을 따라 절취된 단면도이다.
도 5b는 도 4의 선 5B-5B를 따라 절취된 단면도이다..
도 6은 도 3 내지 도 5b의 가이드의 분해 사시도이다. .
도 7은 도 6의 가이드의 다른 분해도 사시도이다.
도 8a는 도 3 내지 도 5b의 일반적으로 설명되는 수술 부위에 배치된 보철물 및 보철물에 부착되고 가이드로부터 멀어지게 연결된 임팩터 조립체의 사시도이다.
도 8b는 가이드에 연결된 임팩터 어셈블리와 함께 도시된 도 8a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 8c는 궤적을 따라 임팩터 어셈블리와 맞물리고 지지하는 가이드와 함께 도시된, 도 8a 및 도8b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 9a는 수술 부위와 정렬되고 궤적을 따라 이동하도록 배열된 가이드 축을 정의하는 가이드 및 보철물에 부착되고 수술 부위와 가이드 둘 다로부터 이격된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 8a 내지 도8c의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적이 개략도이다.
도 9b는 보철물 및 수술 부위에 인접하여 배치된 엔드 임팩터와 함께 도시된, 도 9a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9c는 수술 부위에 배치된 보철물과 함께 도시된, 도 9a 및 9b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9d는 가이드에 부분적으로 표시된 보철물과 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9v의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9e는 가이드에 연결된 보철물 및 임팩터 조립체가 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9d의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9f는 귀도를 따라 수술 부위로부터 멀어지고 임팩터 조립체의 테이퍼와 맞물리는 가이드와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9e의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9g는 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀리 이동하고 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9f의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9h는 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동된 가이드 및 가이드에 연결된 센서와 인접한 임팩터 조립체의 플랜지와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9g의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9i는 도 9h의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 대안적인 예시의 개략도이다.
도9 j는 궤적을 정의하는 수술 부위와 동축 정렬로부터 이격된 가이드 축을 정의하는 가이드와, 보철물에 부착되고 가이드 축 및 궤적 모두와 동축 정렬로 이격된 임팩터 축을 정의 하는 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 8a 내지 8c의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 9k는 가이드에 부분적으로 연결된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 9j의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9l은 수술 부위에서 멀어지면서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드와, 궤적 T와의 동축 정렬이 벗어난 가이드 축을 함께 도시한, 도 9j 및 9k의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9m은 임팩터 축 및 가이드 축이 궤적과 동축 정렬을 향하도록 더 이동하고 궤적에 대해 결합되는 가이드와 함께 도시된, 도 9j 내지 9l의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9n은 가이드 축 및 궤적과 임팩터 축이 동축 정렬로 위치시키기 위해 이동되고 결합되는 가이드와 함께 도시된, 도 9j 내지 9m의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 10은 보철물이 부착된 임팩터 조립체를 지지하는 가이드를 갖는 것으로 도시된, 본 개에 따른 엔드 이펙터의 다른 실시예의 사시도이다.
도 11은 도 10의 엔드 이펙터 및 보철물의 측면도이다.
도 12a는 도 11의 선 12A-12A에 따라 절취된 단면도이다.
도 12b는 도 11의 선12B-12B에 딸 절취된 단면도이다.
도 13은 도 10 내지 도 12b의 가이드의 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 가이드의 다른 분해도이다.
도 15a는 일반적으로 설명되는 수술 부위에 배치된 보철물과, 보철물에 부착되고 가이드에 멀리 떨어진 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 10 내지 도 12b의 엔드 이펙터 및 보철물의 사시도이다.
도 15b는 가이드에 연결된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 15a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 15c는 궤적을 따라 임팩터 조립체와 맞물려 지지되는 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 15a 및 15b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 16a는 보철물과 이격되어 도시된 본 발명에 따른 임팩터 어셈블리의 다른 실시예의 사시도이다.
도 16b는 도 16a의 임팩터 조립체의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16a 및 도 16b의 임팩터 조립체를 지지하는 가이드와 임팩터 조립체에 부착된 보철물과 함께 도시된, 본 개시에 따른 엔드 이펙터의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 18a는 도 17의 가이드의 사시도이다.
도 18b는 채널을 정의하는 바디를 포함하고, 팔로워 서브 조립체, 센서 서브 조립체 및 입력 모듈로부터 격리되는 바디와 함께 도시된, 도 17 내지 도 18a의 가이드의 분해 사시도이다.
도 19a는 18b의 팔로워 서브 조립체의 사시도이다.
도 18b는 제1 및 제2 푸시로드(pushrod)를 이동시키도록 배열된 제1 및 제2 트리거와 함께 도시된, 도 19a의 팔로워 서브 조립체의 분해 사시도이다.
도 20은 도 17 내지 도 18b의 엔드 이펙터의 가이드의 상면도이다.
도 21은 도 20의 선 21-21을 따라 절취된 단면도이다.
도 22a는 궤적을 따라 충격을 가하기 위해 수술 부위에 배치된 보철물에 부착되는 샤프트 및 인터페이스를 포함하는 임팩터 조립체와, 가이드 축을 정의하고 궤적에 평행하게 배치되는 가이드를 갖는 임팩터 조립체와 이격된 가이드의 채널과 함께 도시된, 도 17의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 22b는 임팩터 조립체의 샤프트를 가이드의 채널 내로 가져오기 위해 임팩터 조립체쪽으로 이동되고, 궤적과 동축 정렬로 가이드 축과 도시되는 가이드와 함께 도시된, 도 22a의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22c는 채널이 샤프트에 인접한 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물린 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 멀어지게 이동하는 가이드, 제1 푸시로드 센서를 센서 서브 조립체의 제1 푸시로드 센서 쪽으로 제1 푸시로드를 이동시키기 위해 팔로워 서브 조립체의 제1 트리거에 맞물리는 것으로 도시된 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 및 도 22b의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22d는 플랜지가 여전히 채널 및 제1 트리거와 결합된 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀어지게 이동된 가이드와, 센서 서브 조립체의 제2 푸시로드 센서를 향해 제2 푸시로드를 이동시키기 위해 팔로워 조립체의 제2 트리거와 맞물리는 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22c의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
플랜지가 여전히 채널, 제1 트리거 및 제2 트리거와 맞물린 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀어지게 이동하는 가이드와, 가이드의 채널의 수직 중심에 배치된 임팩터 조립체의 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22d의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22f는 플랜지가 여전히 채널, 제1 트리거 및 제2 트리거와 연결된 상태로 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동하는 가이드와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22e의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22g는 플랜지가 여전히 채널 및 제2 트리거와 연결되고 제2 트리거와 맞물리지 않게 배치된 상태에서 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동하는 가이드와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22f의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
플랜지가 채널 내에 부분적으로 배치된 상태에서 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동된 가이드와, 제1 및 제2 트리거와 맞물리지 않게 배치된 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22g의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 23은 도 22a 내지 도 22h에 도시된 제1 및 제2 트리거의 상대적인 상태에 대응하는 제1 및 제2 푸시로드 센서에 의해 생성된 신호의 그래픽 표현이다.
도 24a는 수술 부위에 대한 초기 가이드-타겟 거리에 배열된 가이드의 채널의 가이드 기준점과, 초기 가이드-타겟 거리와 동일한 초기 플랜지-타겟 거리에 배열된 임팩터 조립체의 플랜지의 임팩터 기준점고 함께 도시된, 가이드의 채널의 수직 중심에 배치되고 제1 및 제2 트리거와 결합되는 임팩터 조립체의 플랜지와 도 22e에 도시된 바와 같이 배열된 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 24b는 수술 부위에 대한 초기 가이드-타겟 거리에 여전히 배치되는 가이드와 함께 도시되며, 초기 플랜지-타겟 거리 보다 작은 수술 부위에 대해 임팩터 기준점이 제2 플랜지-타겟 거리에 배치되는 결과를 초래하는 임팩터 조립체에 대한 충격력의 적용에 대응하여 수술 부위 쪽으로 궤적을 따라 진행된 임팩터 조립체 및 보철물을 묘사하는, 도 24a의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 24c는 여전히 수술 부위에 대해 제2 플랜지-타겟 거리에 배치된 임팩터 조립체와, 가이드 기준점이 수술 수위에 더 가까이 배치되는 결과를 초래하는 수술 부위 방향으로 궤적을 따라 진행된 가이드의 묘사와 함께 도시된, 도 24a 및 도 24b의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 24d는 여전히 수술 부위에 대해 제2 플랜지-타겟 거리에 배치되는 임팩터 조립체와 함께 도시되고, 제2 플랜지-타겟 거리와 동일한 수술 부위에 대한 다른 가이드-타겟 거리에 배열되는 가이드 기준점을 초래하는 수술 부위를 향해 궤적을 따라 더 진행된 가이드를 묘사한, 도 24a 도 24c의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 25a는 임팩터 조립체로부터 이격된 가이드 축을 정의하는 채널을 갖는 가이드 및 도 16a의 보철물을 보여주는, 본 발명의 개시에 따른 엔드 이펙터의 또 다른 실시예의 사시도이며, 임팩터 조립체는 가이드 축으로부터 이격된 임팩터 축 주위에 정렬된 플랜지에 인접하는 샤프트를 포함할 수 있다.
도 25b는 임팩터 조립체의 샤프트를 가이드의 채널 내로 가져오기 위해 임팩터 조립체 쪽으로 이동된 가이드를 보여주고, 임팩터 축과 동축 정렬로 가이드 축과 함께 도시되는, 도 25a의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 25c는 수직 중심에서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드의 채널과 함께 임팩터 축을 따라 보철물로부터 멀리 이동된 가이드를 보여주는, 도 25a 내지 도 25b의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 25d는 가이드 축과 임팩터 축 사이의 동축 정렬을 유지하는 동안 임팩터 조립체에 대해 회전식으로 재배치된 가이드와 채널의 수직 중심에서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드의 채널을 보여주는, 도 25a 내지 도 25c의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 26a는 도 25a 내지 도 25d의 가이드의 사시도이다.
도 26b는 센서 조립체 및 입력 모듈로부터 격리된 제1 및 제2 바디 구성 요소를 갖는 바디 및 코일 조립체를 포함하는, 도 25a 내지 도 26a의 분해 사시도이다.
도 27a는 일반적으로 근위 수신 코일 및 원위 수신 코일 사이에 배열된 전송 코일을 포함하는 일반적으로 묘사된 코일 배열(1012)을 지지하는 코일 프레임을 보여주는, 도 26b의 코일 조립체의 사시도이다.
도 27b는 각각 예시적인 목적을 위해 가상 개요로 도시되어 있는, 코일 프레임, 전송 코일, 근위 수신 코일, 및 원위 수신 코일을 갖는 도 27a와 동일한 관점을 보여주는, 도 27a의 코일 조립체의 다른 사시도이다.
도 28a는 근위 수신 코일 및 일반적으로 전송 코일 내에 배치되는 원위 수신 코일을 포함하는 일반적으로 묘사된 코일 배열(1012)을 지지하는 코일 프레임을 갖는 것을 보여주는 코일 조립체의 다른 실시예의 사시도이다.
도 28b는 각각 예시적인 목적으로 가상 개요로 묘사된 코일 프레임, 전송 코일, 근위 수신 코일 및 원위 수신 코일을 갖는 도 28a와 동일한 관점으로부터 보여진, 도 28a의 코일 조립체의 다른 사시도이다.
도면 전체에 걸쳐 도시된 하나 이상의 실시예는 예시적인 목적을 위해 특정 구성 요소, 구조적 특징 및/또는 조립체가 제거되고, 개략적으로 도시되거나 가상으로 도시될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 2는 보철물로부터 이격되어 도시된 도 1의 임팩터 조립체의 분해 사시도이다.
도 3은 보철물이 임팩터 조립체에 부착된 상태로, 임팩터 조립체를 지지하는 가이드와 함께 도시된 도 1의 엔드 이펙터의 사시도이다.
도 4는 도 3의 엔드 이펙터 및 보철물의 측면도이다.
도 5a는 도 4의 선 5A-5A을 따라 절취된 단면도이다.
도 5b는 도 4의 선 5B-5B를 따라 절취된 단면도이다..
도 6은 도 3 내지 도 5b의 가이드의 분해 사시도이다. .
도 7은 도 6의 가이드의 다른 분해도 사시도이다.
도 8a는 도 3 내지 도 5b의 일반적으로 설명되는 수술 부위에 배치된 보철물 및 보철물에 부착되고 가이드로부터 멀어지게 연결된 임팩터 조립체의 사시도이다.
도 8b는 가이드에 연결된 임팩터 어셈블리와 함께 도시된 도 8a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 8c는 궤적을 따라 임팩터 어셈블리와 맞물리고 지지하는 가이드와 함께 도시된, 도 8a 및 도8b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 9a는 수술 부위와 정렬되고 궤적을 따라 이동하도록 배열된 가이드 축을 정의하는 가이드 및 보철물에 부착되고 수술 부위와 가이드 둘 다로부터 이격된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 8a 내지 도8c의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적이 개략도이다.
도 9b는 보철물 및 수술 부위에 인접하여 배치된 엔드 임팩터와 함께 도시된, 도 9a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9c는 수술 부위에 배치된 보철물과 함께 도시된, 도 9a 및 9b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9d는 가이드에 부분적으로 표시된 보철물과 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9v의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9e는 가이드에 연결된 보철물 및 임팩터 조립체가 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9d의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9f는 귀도를 따라 수술 부위로부터 멀어지고 임팩터 조립체의 테이퍼와 맞물리는 가이드와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9e의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9g는 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀리 이동하고 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9f의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9h는 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동된 가이드 및 가이드에 연결된 센서와 인접한 임팩터 조립체의 플랜지와 함께 도시된, 도 9a 내지 도 9g의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9i는 도 9h의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 대안적인 예시의 개략도이다.
도9 j는 궤적을 정의하는 수술 부위와 동축 정렬로부터 이격된 가이드 축을 정의하는 가이드와, 보철물에 부착되고 가이드 축 및 궤적 모두와 동축 정렬로 이격된 임팩터 축을 정의 하는 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 8a 내지 8c의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 9k는 가이드에 부분적으로 연결된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 9j의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9l은 수술 부위에서 멀어지면서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드와, 궤적 T와의 동축 정렬이 벗어난 가이드 축을 함께 도시한, 도 9j 및 9k의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9m은 임팩터 축 및 가이드 축이 궤적과 동축 정렬을 향하도록 더 이동하고 궤적에 대해 결합되는 가이드와 함께 도시된, 도 9j 내지 9l의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 9n은 가이드 축 및 궤적과 임팩터 축이 동축 정렬로 위치시키기 위해 이동되고 결합되는 가이드와 함께 도시된, 도 9j 내지 9m의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 예시적인 개략도이다.
도 10은 보철물이 부착된 임팩터 조립체를 지지하는 가이드를 갖는 것으로 도시된, 본 개에 따른 엔드 이펙터의 다른 실시예의 사시도이다.
도 11은 도 10의 엔드 이펙터 및 보철물의 측면도이다.
도 12a는 도 11의 선 12A-12A에 따라 절취된 단면도이다.
도 12b는 도 11의 선12B-12B에 딸 절취된 단면도이다.
도 13은 도 10 내지 도 12b의 가이드의 분해 사시도이다.
도 14는 도 13의 가이드의 다른 분해도이다.
도 15a는 일반적으로 설명되는 수술 부위에 배치된 보철물과, 보철물에 부착되고 가이드에 멀리 떨어진 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 10 내지 도 12b의 엔드 이펙터 및 보철물의 사시도이다.
도 15b는 가이드에 연결된 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 15a의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 15c는 궤적을 따라 임팩터 조립체와 맞물려 지지되는 임팩터 조립체와 함께 도시된, 도 15a 및 15b의 엔드 이펙터, 보철물 및 수술 부위의 다른 사시도이다.
도 16a는 보철물과 이격되어 도시된 본 발명에 따른 임팩터 어셈블리의 다른 실시예의 사시도이다.
도 16b는 도 16a의 임팩터 조립체의 분해 사시도이다.
도 17은 도 16a 및 도 16b의 임팩터 조립체를 지지하는 가이드와 임팩터 조립체에 부착된 보철물과 함께 도시된, 본 개시에 따른 엔드 이펙터의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 18a는 도 17의 가이드의 사시도이다.
도 18b는 채널을 정의하는 바디를 포함하고, 팔로워 서브 조립체, 센서 서브 조립체 및 입력 모듈로부터 격리되는 바디와 함께 도시된, 도 17 내지 도 18a의 가이드의 분해 사시도이다.
도 19a는 18b의 팔로워 서브 조립체의 사시도이다.
도 18b는 제1 및 제2 푸시로드(pushrod)를 이동시키도록 배열된 제1 및 제2 트리거와 함께 도시된, 도 19a의 팔로워 서브 조립체의 분해 사시도이다.
도 20은 도 17 내지 도 18b의 엔드 이펙터의 가이드의 상면도이다.
도 21은 도 20의 선 21-21을 따라 절취된 단면도이다.
도 22a는 궤적을 따라 충격을 가하기 위해 수술 부위에 배치된 보철물에 부착되는 샤프트 및 인터페이스를 포함하는 임팩터 조립체와, 가이드 축을 정의하고 궤적에 평행하게 배치되는 가이드를 갖는 임팩터 조립체와 이격된 가이드의 채널과 함께 도시된, 도 17의 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 22b는 임팩터 조립체의 샤프트를 가이드의 채널 내로 가져오기 위해 임팩터 조립체쪽으로 이동되고, 궤적과 동축 정렬로 가이드 축과 도시되는 가이드와 함께 도시된, 도 22a의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22c는 채널이 샤프트에 인접한 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물린 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 멀어지게 이동하는 가이드, 제1 푸시로드 센서를 센서 서브 조립체의 제1 푸시로드 센서 쪽으로 제1 푸시로드를 이동시키기 위해 팔로워 서브 조립체의 제1 트리거에 맞물리는 것으로 도시된 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 및 도 22b의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22d는 플랜지가 여전히 채널 및 제1 트리거와 결합된 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀어지게 이동된 가이드와, 센서 서브 조립체의 제2 푸시로드 센서를 향해 제2 푸시로드를 이동시키기 위해 팔로워 조립체의 제2 트리거와 맞물리는 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22c의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
플랜지가 여전히 채널, 제1 트리거 및 제2 트리거와 맞물린 상태로 궤적을 따라 수술 부위로부터 더 멀어지게 이동하는 가이드와, 가이드의 채널의 수직 중심에 배치된 임팩터 조립체의 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22d의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22f는 플랜지가 여전히 채널, 제1 트리거 및 제2 트리거와 연결된 상태로 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동하는 가이드와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22e의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 22g는 플랜지가 여전히 채널 및 제2 트리거와 연결되고 제2 트리거와 맞물리지 않게 배치된 상태에서 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동하는 가이드와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22f의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
플랜지가 채널 내에 부분적으로 배치된 상태에서 궤적을 따라 수술 부위에서 더 멀리 이동된 가이드와, 제1 및 제2 트리거와 맞물리지 않게 배치된 플랜지와 함께 도시된, 도 22a 내지 도 22g의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 23은 도 22a 내지 도 22h에 도시된 제1 및 제2 트리거의 상대적인 상태에 대응하는 제1 및 제2 푸시로드 센서에 의해 생성된 신호의 그래픽 표현이다.
도 24a는 수술 부위에 대한 초기 가이드-타겟 거리에 배열된 가이드의 채널의 가이드 기준점과, 초기 가이드-타겟 거리와 동일한 초기 플랜지-타겟 거리에 배열된 임팩터 조립체의 플랜지의 임팩터 기준점고 함께 도시된, 가이드의 채널의 수직 중심에 배치되고 제1 및 제2 트리거와 결합되는 임팩터 조립체의 플랜지와 도 22e에 도시된 바와 같이 배열된 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 예시적인 개략도이다.
도 24b는 수술 부위에 대한 초기 가이드-타겟 거리에 여전히 배치되는 가이드와 함께 도시되며, 초기 플랜지-타겟 거리 보다 작은 수술 부위에 대해 임팩터 기준점이 제2 플랜지-타겟 거리에 배치되는 결과를 초래하는 임팩터 조립체에 대한 충격력의 적용에 대응하여 수술 부위 쪽으로 궤적을 따라 진행된 임팩터 조립체 및 보철물을 묘사하는, 도 24a의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 24c는 여전히 수술 부위에 대해 제2 플랜지-타겟 거리에 배치된 임팩터 조립체와, 가이드 기준점이 수술 수위에 더 가까이 배치되는 결과를 초래하는 수술 부위 방향으로 궤적을 따라 진행된 가이드의 묘사와 함께 도시된, 도 24a 및 도 24b의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 24d는 여전히 수술 부위에 대해 제2 플랜지-타겟 거리에 배치되는 임팩터 조립체와 함께 도시되고, 제2 플랜지-타겟 거리와 동일한 수술 부위에 대한 다른 가이드-타겟 거리에 배열되는 가이드 기준점을 초래하는 수술 부위를 향해 궤적을 따라 더 진행된 가이드를 묘사한, 도 24a 도 24c의 수술 부위, 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 예시적인 개략도이다.
도 25a는 임팩터 조립체로부터 이격된 가이드 축을 정의하는 채널을 갖는 가이드 및 도 16a의 보철물을 보여주는, 본 발명의 개시에 따른 엔드 이펙터의 또 다른 실시예의 사시도이며, 임팩터 조립체는 가이드 축으로부터 이격된 임팩터 축 주위에 정렬된 플랜지에 인접하는 샤프트를 포함할 수 있다.
도 25b는 임팩터 조립체의 샤프트를 가이드의 채널 내로 가져오기 위해 임팩터 조립체 쪽으로 이동된 가이드를 보여주고, 임팩터 축과 동축 정렬로 가이드 축과 함께 도시되는, 도 25a의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 25c는 수직 중심에서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드의 채널과 함께 임팩터 축을 따라 보철물로부터 멀리 이동된 가이드를 보여주는, 도 25a 내지 도 25b의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 25d는 가이드 축과 임팩터 축 사이의 동축 정렬을 유지하는 동안 임팩터 조립체에 대해 회전식으로 재배치된 가이드와 채널의 수직 중심에서 임팩터 조립체의 플랜지와 맞물리는 가이드의 채널을 보여주는, 도 25a 내지 도 25c의 보철물 및 엔드 이펙터의 다른 사시도이다.
도 26a는 도 25a 내지 도 25d의 가이드의 사시도이다.
도 26b는 센서 조립체 및 입력 모듈로부터 격리된 제1 및 제2 바디 구성 요소를 갖는 바디 및 코일 조립체를 포함하는, 도 25a 내지 도 26a의 분해 사시도이다.
도 27a는 일반적으로 근위 수신 코일 및 원위 수신 코일 사이에 배열된 전송 코일을 포함하는 일반적으로 묘사된 코일 배열(1012)을 지지하는 코일 프레임을 보여주는, 도 26b의 코일 조립체의 사시도이다.
도 27b는 각각 예시적인 목적을 위해 가상 개요로 도시되어 있는, 코일 프레임, 전송 코일, 근위 수신 코일, 및 원위 수신 코일을 갖는 도 27a와 동일한 관점을 보여주는, 도 27a의 코일 조립체의 다른 사시도이다.
도 28a는 근위 수신 코일 및 일반적으로 전송 코일 내에 배치되는 원위 수신 코일을 포함하는 일반적으로 묘사된 코일 배열(1012)을 지지하는 코일 프레임을 갖는 것을 보여주는 코일 조립체의 다른 실시예의 사시도이다.
도 28b는 각각 예시적인 목적으로 가상 개요로 묘사된 코일 프레임, 전송 코일, 근위 수신 코일 및 원위 수신 코일을 갖는 도 28a와 동일한 관점으로부터 보여진, 도 28a의 코일 조립체의 다른 사시도이다.
도면 전체에 걸쳐 도시된 하나 이상의 실시예는 예시적인 목적을 위해 특정 구성 요소, 구조적 특징 및/또는 조립체가 제거되고, 개략적으로 도시되거나 가상으로 도시될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
관련 출원에 대한 상호 참조.
본 특허출원은 2018년 1월 26일에 출원된 미국 특허 출원 제62/622,303호의 우선권 및 모든 이점을 주장하며, 그 개시 내용은 전문이 본 출원에 참조로 포함된다.
이제 도 1을 참조하면, 수술 로봇(32)을 포함하는 수술 시스템(30)이 도시되어 있다. 수술 로봇(32)은 일반적으로 베이스(34), 로봇 팔(36) 및 커플링(38)을 포함할 수 있다. 로봇 팔(36)은 베이스(34)에 의해 지지되며, 사용 중에 베이스(34)에 대한 커플링(38)의 위치 및/또는 방향을 이동, 구동, 유지 또는 그 밖의 다른 제어를 하도록 구성될 수 있다. 커플링(38)은 엔드 이펙터(40)를 분리 가능하게 고정하도록 구성되며, 엔드 이펙터(40)는 일반적으로 42로 표시된 도구(42)를 지지하거나 포함할 수 있다. 도구(42)(예를 들어, 임팩터)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다양한 외과 수술 관련하여 사용되는 워크피스(44)(예를 들어, 비구(acetabula) 컵)를 지지, 배치 또는 그 밖의 구동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 일 부 실시예에서, 수술 시스템(30)은 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)을 따라 또는 이와 관련하여 일반적으로 46으로 표시된 타겟(46)에 대해 워크피스(44)를 가이드 하도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 예시된 대표적인 실시예에서, 타겟(46)은 환자의 신체(B)상의 수술 부위(S)이고, 워크피스(44)는 엔드 이펙터(40)에 의해 지지되는(예를 들어, 도구(42)을 통해)보철물(P)이고, 궤적(T)(예를 들어, 임팩 궤적)을 따라 수술 부위(S)에서 이식에 적합할 수 있다. 수술 로봇(32)은 무엇 보다, 엔드 이펙터(40), 도구(42) 및/또는 워크피스(44)의 이동 및 위치에 대한 정밀한 제어를 통해 의료 전문가가 다양한 유형의 외과 수술을 수행하는 것을 돕기 위해, 로봇 팔(36)을 통해 타겟(46)에 대해 엔드 이펙터(40)를 이동시킬 수 있다.
로봇 팔(36)의 하나의 예시적인 배열은 “Surgical Robotic arm Capable of Controlling a Surgical Instrument in Multiple Modes”라는 명칭을 갖는 미국 특허 제9,119,655호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 그 전체가 여기에 참고로 포함된다. 로봇 팔(36) 및 수술 로봇(32)의 다른 부분들은 다수의 상이한 구성으로 배열될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
수술 시스템(30)은 다양한 유형의 추적기(60)(예, 다중 자유도 광학, 관성 및/또는 초음파 감지 장치), 내비게이션 시스템(50)(예, 머신 비전 시스템, 전하 결합 장치 카메라, 추적기 센서, 표면 스캐너 및/또는 거리 측정기), 해부학적 컴퓨터 모델(예, 환자의 해부학적 자기 공명 영상 스캔), 이전 수술 절차 및/또는 이전에 수행된 수술 기수로부터의 데이터(예를 들어, 후속적으로 보철물(P)에 충격을 주기 위해 사용되는 관골구를 리밍하는 동안 기록된 데이터) 등을 활용하여, 공통 좌표계 내에서, 수술 로봇(32)의 하나 이상의 부분, 로봇 팔(36), 엔드 이펙터(40), 공구 및/또는 공작물뿐만 아니라 환자의 신체(B)의 다양한 부분들의 상대적인 위치 및/또는 방향의 변화를 모니터링, 추적 및/또는 결정할 수 있다. 이를 위해 그리고 도 1에 개략적으로 묘사된 바와 같이, 수술 시스템(30)은 일반적으로 로봇 제어 시스템(48) 및 수술 로봇(32)이 궤적(T)에 대한 엔드 이펙터(40)의 정렬을 유지하게 하게할 뿐만 아니라 일반적으로 수술 로봇(32)이 수술 부위(S) 및 수술 시스템(30)의 다른 부분들에 대해 엔드 이펙터(40)를 이동하게 할 수 있도록 협력하는 내비게이션 시스템(50)을 포함할 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 로봇 제어 시스템(48)은 로봇 제어기(52)를 포함하고, 내비게이션 시스템(50)은 내비게이션 제어기(54)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 로봇 제어기(52)와 내비게이션 제어기(54)는, 물리적 전기 연결(예, 테더링 와이어 하니스) 및/또는 하나 이상의 유형의 무선 통신(예, WiFi 네트워크, Bluetooth, 무선 네트워크 등)을 통해, 서로 및/또는 수술 시스템(30)의 다른 구성 요소와 통신하도록 배치될 수 있다. 로봇 제어기(52) 및/또는 내비게이션 컨트롤러는 컴퓨터, 프로세서, 제어 장치 등의 다양한 배열로 또는 이와 함께 실현될 수 있고, 개별 구성 요소를 포함하거나 통합(예를 들어, 하드웨어, 소프트웨어, 입력, 출력 등을 공유함)될 수 있다. 다른 구성들이 고려될 수 있다. 수술 시스템(30)은 특히, 수술 부위(S)에 대해 엔드 이펙터(40)를 위치시키기 위한 로봇 팔(36)을 연결, 궤적(T) 유지 등을 위해, 로봇 제어 시스템(48)을 사용할 수 있다. 여기서, 로봇 제어 시스템(48)의 로봇 컨트롤러는 로봇 팔(36)의 관절에 배치된 다양한 액츄에이터, 모터 등(미도시)를 구동함으로써 로봇 팔(36)을 표현하도록 구성될 수 있다. 로봇 제어기(52)는 또한 로봇 팔(36)을 따라 위치된 인코더(도시되지 않음)와 같은 다양한 센서로부터 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 수술 로봇(32) 및 엔드 이펙터(40)의 각 구성 요소의 특정 기하학적 구조가 이미 알려져 있기 때문에, 이러한 데이터는 로봇 제어기(52)에 의해 조작기 좌표계(MNPL) 내에 엔드 이펙터(40)의 위치 및/또는 방향을 확실하게 조정하기 위해 사용될 수 있다. 조작기 좌표계(MNPL)는 원점을 가지며, 원점은 도시된 실시예에서 로봇 팔(36)에 대해 위치될 수 있다. 이러한 유형의 조작기 좌표계(MNPL)의 일 예는 이전에 참조된 ““Surgical Robotic Arm Capable of Controlling a Surgical Instrument in Multiple Modes” 명칭의 미국 특허 제9,119,655호에 기술되어 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
수술 시스템(30)은 특히, 수술 부위(S)에 대해 엔드이펙터를 위치, 궤적(T) 유지 등을 위한 로봇 팔(36)의 표현을 위해 로봇 제어 시스템(48)을 사용할 수 있다. 여기서, 로봇 제어 시스템(48)의 로봇 제어기(52)는 로봇 팔(36)의 관절에 배치된 다양한 액츄에이터, 모터 등(미도시)을 구동함으로써, 로봇 팔(36)을 표현하도록 구성될 수 있다. 로봇 제어기(52)는 또한 로봇 팔(36)을 따라 위치된 인코더(미도시)와 같은 다양한 센서로부터 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 수술 로봇(32) 및 엔드 이펙터(40)의 각각의 구성 요소의 특정 기하학적 구조가 이미 알려져 있기 때문에, 이러한 데이터는 로봇 제어기(52)에 의해 조작기 좌표계(MNPL) 내에서 엔드 이펙터(40)의 위치 및/또는 방향을 확실하게 조정하기 위해 사용될 수 있다. 조작기 좌표계(MNPL)는 원점을 가지며, 원점은 도시된 실시예에서 로봇 팔(36)에 대해 위치될 수 있다. 이러한 유형의 조작기 좌표계(MNPL)의 일 예는 이전에 참조된 ““Surgical Robotic Arm Capable of Controlling a Surgical Instrument in Multiple Modes” 명칭의 미국 특허 제9,119,655호에 기술되어 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
내비게이션 시스템(50)은 특히, 예를 들어 엔드 이펙터(40), 포인터(56) 및 환자의 신체(B)의 일부(예를 들어, 수술 부위(S)에서 또는 인접한 부위의 뼈 또는 다른 해부학적 구조)와 같은 다양한 물체의 움직임을 추적하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 내비게이션 시스템(50)은 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 추적기(60)의 위치 및/또는 방향을 감지하도록 구성된 로컬라이저를 사용할 수 있다. 내비게이션 컨트롤러는 로컬라이저와 통신하여 배치되고, 로컬라이저 좌표계(LCLZ)에서 로컬라이저의 시야 내에서 감지된 각각의 추적기(60)에 대한 위치 및/또는 방향 데이터를 수집할 수 있다.
로컬라이저(58)는 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 대응하는 다수의 객체를 추적하기 위해, 다수 추적기(60)의 위치 및/또는 방향을 감지할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 도 1에 도시된 예로서, 추적기(60)는 포인터(56)에 연결된 포인터 추적기(60P), 하나 이상의 엔드 이펙터 추적기(60G, 60I), 제1 환자 추적기(60A) 및 제2 환자 추적기(60B)뿐만 아니라, 추가적인 환자 추적기, 추가적인 의학적 추적기 및/또는 수술 도구 등도 포함할 수 있다.
일부 실시예 및 도1에 도시된 바와 같이, 서로에 대해 이동하도록 구성될 수 있는 같은 하나 이상의 엔드이펙터 추적기(60G, 60I)는 각각 엔드 이펙터(40)의 상이한 부분에 부착될 수 있다. 비 제한적인 예 및 아래 더 상세히 설명되는 바와 같이, 임팩터 추적기는 가이드 추적기가 부착된 가이드에 대한 이동을 위해 구성되는 임팩터(또는 다른 유형의 도구(42))에 부착될 수 있다. 여기서, 가이드 추적기는 로봇 팔(36)을 통해 커플링(38)과 동시에 이동할 수 있으며, 반면 임팩터 추적기는 아래 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 자유도로 커플링(38)에 대해 이동할 수 있다. 도 1에 도시된 가이드 추적기 및 임팩터 추적기는 내비게이션 시스템(50)에 의해 로컬라이저(58)를 통해 엔드 이펙터(40)의 상이한 부분의 상대 위치 및/또는 방향을 용이하게 결정하기 위해 사용될 수 있지만, 본 개시의 특정 실시예는 다른 방식(예를 들어, 하나 이상의 센서와 같은)으로 이러한 결정을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 구성들이 본 개시에 의해 고려되며, 추적기, 센서 및 미리 결정된 기하학적 관계 등의 다양한 조합 등이 특정 물체를 추적하기 위해 이용될 수 있음이 이해될 수 있다.
도 1을 계속하여 참조하면, 제1 환자 추적기(60A)는 수술 부위(S)에서 또는 인접하는 환자의 신체(B)(예를 들어, 관골구)에 단단히 부착되고, 그리고 제2 환자 추적기(60B)는 다른 뼈(예를 들어, 대퇴골의 일부)에 단단히 부착될 수 있다. 상세하게 도시되지 않았으나, 환자 추적기는 스레드 결합, 클램핑 또는 다른 기술에 의해 다양한 방식으로 환자의 신체(B)에서 다수의 상이한 뼈에 결합될 수 있다고 이해될 수 있다. 유사하게, 가이드 추적기 및/또는 임팩터 추적기는 예를 들어, 제조 동안 통합 또는 외과 수술 이전 또는 수술 과정 중에 분리 가능하게 부착과 같이 다양한 방식으로 엔드 이펙터(40) 및/또는 도구(42)의 부분에 고정될 수 있다. 다양한 추적기가 여러 가지 방식으로 다른 유형의 추적된 물체(예를 들어, 별개의 뼈, 도구, 포인터 등)에 단단히 부착될 수 있다고 이해될 수 있다.
부착된 물체 또는 해부학적 구조에 대한 이들에 부착된 추적기(60)의 위치는 공지된 등록 기술들에 의해 결정될 수 있다. 환자의 신체(B)의 위치에 대한 이들에 부착된 환자 추적기들(60A, 60B)의 위치는 예를 들어, 로컬라이저(58)가 포인터 추적기(60P)의 위치와 방향을 모니터링할 때 포인터(56)의 원위 팁이, 특정 해부학적 랜드마크(예를 들어, 뼈의 특정 부분과 접촉)에 맞물리거나 표면 기반 등록을 위해 뼈의 여러 부분을 맞물리는 경우와 같이, 환자의 신체(B)의 부분이 부착된 부분에 대한 다양한 형태의 포인트기반 등록으로 달성될 수 있다. 이어서, 환자 추적기들(60A, 60B)의 자세를 환자의 해부학적 구조(예를 들어, 각 대퇴골 및 관골구)에 상관시키기 위해 종래의 등록 기술이 이용될 수 있다. 예를 들어, 뼈에 부착되고 클램프가 부착된 뼈의 형상을 결정하기 위해 촉각 센서(미도시)를 갖는 기계적 클램프를 갖는 환자 추적기들(60A, 60B)을 사용하는 등의 다른 유형의 등록도 가능할 수 있다. 그런 다음 뼈의 형상은 등록을 위해 뼈의 3D 모델에 매칭될 수 있다. 이러한 알려진 관계를 바탕으로 환자의 해부학적 구조에 대한 마커의 위치가 결정될 수 있다. 위치 및/또는 방향 데이터는 로컬라이저 좌표 시스템(LCLZ) 내에서 각각의 추적기(60)의 좌표를 결정하기 위해 다수의 상이한 등록/탐색 기술을 용하는 내비게이션 제어기(54)에 의해 수집, 결정 또는 달리 처리될 수 있다. 이들 좌표는 로봇 팔(36)의 관절을 용이하게 하기 위해 및/또는 그 외 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 외과 의사가 수술 절차를 수행하는데 도움을 주기 위해 로봇 제어 시스템(48)에 전달될 수 있다.
여기에 예시된 대표적인 실시예에서, 로봇 제어기(52)는 수술 로봇(32)에 동작 가능하게 부착되고, 내비게이션 제어기(54) 및 로컬라이저(58)는 수술 로봇(32)의 베이스(34)에 대해 이동 가능한 이동 카트(62) 상에 지지될 수 있다. 이동 카트(62)는 또한 외과 의사 또는 다른 사용자에게 정보를 표시하거나 및/또는 외과 의사 또는 다른 사용자로부터 정보를 수신함으로써 수술 시스템(30)의 작동을 용이하게 하기 위해 사용자 인터페이스(일반적으로 64로 도시됨)를 지원할 수 있다. 사용자 인터페이스(64)는 내비게이션 시스템(50) 및/또는 로봇 제어 시스템(48)과 통신하도록 배치되고, 외과 의사 또는 다른 사용자(예를 들어, 이미지, 비디오, 데이터, 그래픽, 탐색 가능한 메뉴 등) 및 하나 이상의 입력 장치(68)(예를 들어, 버튼, 터치 스크린, 키보드, 마우스, 제스처 또는 음성 기반)에 정보를 제시하기 위해 하나 이상의 출력 장치(66)(예를 들어, 모니터, 표시기, 디스플레이 스크린 등)을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 내비게이션 시스템(50)에 이용되는 한 가지 유형의 이동 카트(62) 및 사용자 인터페이스(64)는 “Surgery System,” 명칭의 미국 특허 제7,725,162호에 기술되어 있으며, 그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
수술 로봇(32)의 이동 카트(62) 및 베이스(34)는 서로에 대해 그리고 또한 환자의 신체(B)에 대해 위치될 수 있기 때문에, 수술 시스템(30)의 하나 이상의 부분은 공통 좌표계 내에서(예를 들어, 조작기 좌표계(MNPL), 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 또는 다른 공통 좌표계) 로봇 팔(36)의 관절이 특정 추적기(60)의 상대 위치 및/또는 방향에 적어도 부분적으로 기반하여 수행될 수 있도록, 로컬라이저 좌표계(LCLZ)에서 조작기 좌표계(MNPL)로 또는 그 반대로, 일반적으로 로컬라이저(58)을 통해 감지된 각각의 추적기(60)의 좌표를 변환하도록 구성될 수 있다. 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내의 좌표는 다수의 상이한 변환 기술을 사용하여 조작기 좌표계(MNPL) 내의 좌표로 변환 될 수 있고, 그 반대도 가능하다는 것이 이해될 것이다. 좌표 시스템들 간의 데이터의 변환 또는 변환의 일례는 “Registration of Anatomical Data Sets” 명칭의 미국 특허 제8,675,939호에 기술되어 있으며, 그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
도시된 실시예에서, 로컬라이저(58)는 광학 로컬라이저고, 하나이상의 광학 위치 센서(72)를 갖는 카메라 유닛(70)을 포함할 수 있다. 내비게이션 시스템(50)은 카메라 유닛(70)의 광학 위치 센서(72)를 이용하여 로컬라이저 좌표 계(LCLZ) 내에서 추적기(60)의 위치 및/또는 방향을 감지할 수 있다. 여기에 예시된 대표적인 실시예에서, 추적기(60)는 각각 카메라 유닛(70)의 광학 위치 센서(72)에 의해 감지될 수 있는 마커(74)를 사용할 수 있다. 이러한 유형의 내비게이션 시스템(50)의 일례는 “Navigation System Including Optical and Non-Optical Sensors” 명칭의 미국 특허 제9,008,757호에 기술되어 있으며, 그 개시 내용은 전체로서 본 명세서에 참조된다. 일부 실시예에서, 마커(74)는 광학 위치 센서(72)에 의해 감지되는 광을 방출하는 능동 마커(예를 들어, 발광 다이오드 “LED”)이다. 다른 실시예에서, 추적기(60)는 카메라 유닛(70) 또는 다른 광원으로부터 방출된 광을 반사하는 수동 마커(예를 들어, 반사기)를 사용할 수 있다. 내비게이션 시스템(50)의 일 실시예가 도면 전체에 걸쳐 도시되어 있지만, 내비게이션 시스템(50)은 추적기(60)를 모니터링하기 위한 임의의 다른 적합한 구성을 가질 수 있으며, 이는 후술하는 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 다양한 유형 및 구성일 수 있다. 예를 들어, 내비게이션 시스템(50)은 다른 유형의 로컬라이저(58) 및/또는 추적기(60)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예들에서, 내비게이션 시스템(50) 및/또는 로컬라이저(58)는 무선 주파수(RF) 기반일 수 있다. 예를 들어, 내비게이션 시스템(50)은 내비게이션 제어기(54) 및/또는 다른 컴퓨팅 장치, 컨트롤러 등에 연결된 RF 송수신기를 포함 할 수 있다. 여기서, 추적기(60)는 수동적이거나 능동적으로 활성화 될 수 있는 RF 이미터 또는 트랜스 폰더를 포함 할 수 있다. RF 송수신기는 RF 추적 신호를 전송하고, RF 이미터는 추적된 상태가 내비게이션 제어기(54)와 통신(또는 해석)되도록 RF 신호에 응답할 수 있다. RF 신호는 임의의 적절한 주파수 일 수 있다. RF 송수신기는 RF 신호를 효과적으로 사용하여 물체를 추적하기 위해 임의의 적절한 위치에 위치 될 수 있다. 또한, RF 기반 내비게이션 시스템(50)의 실시 예는 여기에 예시 된 능동 마커 기반 내비게이션 시스템(50)과는 다른 구조적 구성을 가질 수 있음이 이해될 것이다.
일부 실시 예에서, 내비게이션 시스템(50) 및/또는 로컬라이저(58)는 전자기(EM) 기반일 수 있다. 예를 들어, 내비게이션 시스템(50)은 내비게이션 제어기(54) 및/또는 다른 컴퓨팅 장치, 컨트롤러 등에 연결된 EM 송수신기를 포함 할 수 있다. 여기서, 추적기(60)는 수동적이거나 능동적으로 활성화 될 수 있는 EM 구성 요소(예를 들어, 다양한 유형의 자기 추적기, 전자기 추적기, 유도 성 추적기 등)를 부착 할 수 있다. EM 송수신기는 EM 필드를 생성하고, EM 구성 요소는 추적 된 상태가 내비게이션 제어기(54)와 통신(또는 해석)되도록 EM 신호로 응답할 수 있다. 내비게이션 제어기(54)는 수신된 EM 신호를 분석하여 상대 상태를 연관시킬 수 있다. 여기에서도, EM 기반 내비게이션 시스템(50)의 실시예는 본 명세서에 예시된 능동 마커 기반 의 내비게이션 시스템(50)과는 다른 구조적 구성을 가질 수 있음이 이해될 수 있다.
일부 실시예에서, 내비게이션 시스템(50) 및/또는 로컬라이저(58)는 추적기가 그와 관련된 위치 데이터를 결정하기 위해 객체를 고정될 필요가 없는 하나 이상의 유형의 이미징 시스템에 기초할 수 있다. 예를 들어, 초음파 기반의 이미징 시스템은 추적된 상태들(예를 들어, 위치, 방향 등)이 초음파 이미지들에 기초하여 내비게이션 제어기(54)와 통신(또는 해석)되도록, 초음파 이미지(예를 들어, 추적된 물체의 특정 알려진 구조적 특징, 추적된 물체에 고정된 마커 또는 스티커 등)의 획득을 용이하게 하도록 제공될 수 있다. 초음파 영상은 2D, 3D 또는 이들의 조합일 수 있다. 내비게이션 제어기(54)는 추적된 상태를 결정하기 위해 초음파 이미지를 거의 실시간으로 처리할 수 있다. 초음파 영상 장치는 임의 적합한 구성을 가질 수 있고, 도 1에 도시된 바와 간이, 카메라 유닛(70)과 상이할 수 있다. 추가 예로서, 형광 투과 기반의 이미징 시스템은 추적된 상태가 X-이미지에 기초하여 내비게이션 제어기(54)와 통신(또는 해석)되도록, 방사선 불투과성 마커(예를 들어, 추적된 물체 부착된 알려진 구조적 특징을 갖는 스티커, 태그 등)의 X-선 이미지를 획득하는 것을 용이하게 하도록 제공될 수 있다. 내비게이션 컨트롤러(54)는 추적된 상태를 결정하기 위해 X-선 이미지를 거의 실시간으로 처리할 수 있다. 이와 유사하게 다른 유형의 광학 기반 이미징 시스템이 추적된 상태가 디지털 이미지에 기초하여 내비게이션 제어기(54)와 통신(또는 해석)되도록, 알려진 특정 대상(예를 들어, 추적된 객체 또는 그 구조적 구성 요소 또는 특징의 가상 표현과의 비교에 기초함) 및/또는 마커(예, 추적된 물체에 부착된 스티커, 태그 등)의 디지털 이미지, 비디오 등을 용이하게 획득하기 위해 제공될 수 있다. 내비게이션 제어기(54)는 추적된 상태를 결정하기 위해 거의 실시간으로 디지털 이미지를 처리할 수 있다.
따라서, 동일하거나 상이한 유형의 다수의 이미징 시스템을 포함하는 다양한 유형의 이미징 시스템이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 내비게이션 시스템(50)의 일부를 형성 할 수 있음이 이해될 수 있다. 통상의 기술자는 내비게이션 시스템(50) 및/또는 로컬라이저(58)가 본 명세서에 구체적으로 언급되지 않은 임의의 다른 적합한 구성 요소 또는 구조를 가질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 내비게이션 시스템(50)은 단독 관성 추적 또는 추적 기술의 임의의 조합을 이용할 수 있다. 또한, 도 1에 도시 된 내비게이션 시스템(50)과 관련된 임의의 기술, 방법 및/또는 컴포넌트는 다수의 상이한 방식으로 구현 될 수 있으며, 다른 구성이 본 개시에 의해 고려될 수 있다.
일부 실시예에서, 수술 시스템(30)은, 예를 들어 하나 이상의 출력 장치(66)상에 제시된 환자의 신체(B)의 해부학 구조, 엔드 이펙터(40), 도구(42), 워크피스(44) 등의 이미지 또는 그래픽적인 표현 등과 함께, 외과 의사 또는 수술 시스템(30)의 다른 사용자에게 추적된 대상의 상대 위치 및 방향의 가상 표현을 표시할 수 있다. 로봇 제어기(52) 및/또는 내비게이션 제어기(54)는, 의사 또는 다른 사용자가 로봇 팔(36)의 관절을 용이하게 하기 위해 로봇 제어 시스템(48)과 상호작용하도록, 또한 명령을 표시하거나 정보를 요청하기 위해 사용자 인터페이스(64)를 이용할 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
로봇 제어 시스템(48) 및 내비게이션 시스템(50)은 상이한 방식으로 엔드 이펙터(40) 및/또는 도구(42)의 위치 및/또는 배향에 대한 제어를 용이하게 하도록 협력할 수 있다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 로봇 제어 시스템(48), 수술 로봇(32) 및/또는 수술 시스템(30)의 다른 부분은 로봇 팔(36)의 관절, 궤적(T) 유지 등을 용이하게 하기 위해, 제한 없는 임피던스 제어 및/또는 어드미턴스 제어를 포함하는 여러 가지 상이한 제어 방법론을 사용할 수 있다. 예시적인 수술 로봇(32) 제어 방법론은 은 “Robotic System and Method for Backdriving the Same” 명칭의 미국 특허 출원 공보 US20170128136A1에 기술되어 있으며, 그 개시 내용은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다. 일부 실시예에서, 로봇 제어기(52)는 로봇 팔(36)을 통해 외과 의사에게 햅틱 피드백을 제공하기 위해, 로봇 팔(36)을 제어(예를 들어, 관절 모터를 구동함으로써)하도록 구성될 수 있다. 여기서, 햅틱 피드백은 외과 의사가 외과 수술과 관련된 미리 정의된 가상 경계를 넘어서 엔드 이펙터(40) 및/또는 도구(42)를 수동으로 이동시키는 것을 제한하거나 억제하는데 도움이 될 수 있다(예를 들어, 도구(42) 및/또는 워크피스(44)를 궤적(T)에 따른 정렬을 유지). 가상 경계를 정의하는 예시적인 유형의 햅틱 피드백 시스템 및 관련 햅틱 객체가 예를 들어, “Haptic Guidance System and Method” 명칭의 미국 특허 제8,010,180호 및 “Guidance System and Method for Surgical Procedures With Improved Feedback” 명칭의 미국 특허 제7,831,292호 에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 전체로서 본 명세서에 참고 포함된다. 일부 실시예에서, 수술 시스템(30)은 미국 플로리다 주에 있는 포트로더데일에 있는 MAKO Surgical Corp에 의해 제조된 “RIO™ Robotic Arm Interactive Orthopedic System”을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 대표적인 실시예에서, 도구(42)는 수술 로봇(32)과 함께 환자의 신체(B)로 이식에 적합한 보철물(P)로 구현되는 워크피스(44)를 위치시키기 위해 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 예시된 보철물(P)는 일반적으로 아래에 자세히 설명될 것과 같이 환자의 관골구에 충격을 가하기에 적합한 인공 고관절의 일부를 형성하는 반구형 컵일 수 있다. 충격을 가하기 전, 수술 부위(S)에서 타겟(46)을 정의하기 위해 환자의 관골구가 리밍되거나 다른 방식으로 준비될 수 있다. 출원인은 리밍, 준비 및 충격 과정을 “Depth of Impaction” 명칭의 미국 특허 제8,979,859호 및 “Tool, Kit-of-Parts for Multi-Functional Tool, and Robotic System for Same” 명칭의 미국 특허 제8,753,346 호에 더 상세히 기술했으며, 그 기재내용은 전체로서 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 개시는 고관절을 포함하는 다양한 정형 외과 수술을 설명하지만, 본 명세서에 기술된 주제는 예를 들어, 어깨, 팔꿈치, 손목, 척추, 무릎, 발목 등과 같이 환자의 신체(B)의 다른 관절에 적용할 수 있다고 이해될 수 있다.
도 1a 내지 도 9n을 참조하면, 엔드 이펙터(40)의 도시된 실시예는 워크피스(44)(예를 들어, 관골구 컵)을 분리 가능하게 고정하기 위해 도구(42)를 형성하는 제1 조립체(76)(예를 들어, 임팩터) 및 특히 로봇 팔(36)의 커플링(38)에 부착되도록 구성된 제2 조립체(78)(예를 들어, 임팩터 가이드)를 포함할 수 있다. 이 구성은 외과 의사가 워크피스(44)를 제1 조립체(76)에 분리 가능하게 고정할 수 있게 하고, 그리고 나서 유리한 위치에서 불필요한 가시성 방해 없이 타겟(46)(예를 들어, 리밍된 관골구)에 접근하기 위해 제1 조립체(76)를 수동으로 핸들링할 수 있다. 아래에 더 설명될 바와 같이, 접근이 수동으로 완료되고 워크피스(44)가 타겟(46)에 배치된 후에, 외과 의사는 후속하여, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 워크피스(44)의 정렬을 용이하게 하기 위해 빠르고 효율적이며 신뢰할 수 있는 방식으로, 워크피스(44) 및 제1 조립체(76)를 제2 조립체(78)과 맞물리도록 관절로 연결할 수 있다.
엔드 이펙터(40)의 도구(42)를 정의하는 제1 조립체(76)는 일반적으로 근위 단부(80)와 원위 단부(82) 사이에서 연장될 수 있다. 원위 단부(82)에 제공된 인터페이스(84)는 상술한 바와 같이, 본 명세서에 기술된 실시예에 워크피스(44)를 정의하는 보철물(P)에 분리 가능하게 부착되도록 구성될 수 있다. 제1 조립체(76)는 또한 근위 단부(80)와 원위 단부(82) 사이에서 제1 축(A1)을 따라 연장되는 샤프트(86)를 포함할 수 있다. 일반적으로 88로 도시된(도 2 참조) 제1 결합 표면(88)은 근위 단부(80)와 원위 단부(82) 사이에 배치될 수 있다.
엔드 이펙터(40)의 제2 조립체(78)는 일반적으로 수술 로봇(32)에 부착되도록 구성된 마운트(90)를 포함하고, 마운트(90)에 동작 가능하게 부착되고 제2 축(A2)을 따라 연장되는 채널(94)을 갖는 바디(92)를 포함할 수 있다. 채널(94)는 이를 관통하는 제1 조립체(76)의 샤프트(86)의 일부를 수용하도록 배열된 개구부(96)를 정의할 수 있다. 제2 조립체(78)는 또한 일반적으로 98로 도시된(도 3 참조) 제2 결합 표면 및 리미터(100)을 포함할 수 있다. 아래 후술할 바와 같이, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)와 축(A1, A2)의 동축 정렬을 용이하게 하기 위해, 제2 결합 표면(98)은 제1 결합 표면(88)과 맞닿도록 형성되고, 리미터(100)는 결합 표면(88, 98)과의 맞닿는 것을 유지하도록 구성될 수 있다. 위에서 소개된 제1 및 제2 조립체(76, 78)의 각 구성 요소 및 구조적 특징은 아래에서 보다 상세하게 설명된다.
본 명세서에 기술된 다양한 엔드 이펙터(40) 실시예는 일반적으로 임팩터 조립체(102)(제1 조립체(76)를 정의하고 도구(42)로서 기능함) 및 가이드(104)(제2 조립체(78)를 정의함)를 포함할 수 있다. 임팩터 조립체(102) 및 가이드(104)는 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)을 따라 환자의 신체(B)에 대한 수술 부위(S)(타겟(46)을 정의함)에서 보철물(P)(워크피스(44)를 정의함)에 충격을 가하는 것을 용이하게 하는데 협력할 수 있다. 그러나 본 명세서에 도시된 임팩터 조립체(102) 및 가이드(104) 및 엔드 이펙터(40) 및/또는 도구(42)는 수술 로봇(32)과 관련하여 사용되는 다수의 상이한 의료 및/또는 외과 수술과 함께 사용되기 위해 구성될 수 있으며, 여기서 수동 위치 결정은 수술 로봇(32)에 부착되기 전에 이점이 될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 엔드 이펙터(40) 및/또는 도구(42)는 회전식 수술 기구를 수용하기 위해 드릴 비트 또는 리머 헤드 및 홀더 또는 드릴 가이드에 분리 가능하게 고정 및 구동하기 위한 척(chuck) 조립체를 사용하는 회전식 수술 기구와 관련하여 사용될 수 있다. 여기 예시적인 예에서, 회전식 수술 기구 및 드릴 비트 또는 리머 헤드는 수술 부위(S)에 수동으로 위치될 수 있고, 그리고 나서 회전식 수술 기구는 홀더 도는 드릴 가이드를 가져오는 로봇 팔(36), 회전식 수술 기구 및 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)와 정렬되는 드릴 비트 또는 리머 헤드에 결합되는 홀더 또는 드릴 가이드와 분리 가능하게 결합될 수 있다. 수술 로봇(32)은 그리고 나서 드릴 비트 또는 리머 헤드의 커팅 단부를 수술 부위(S)에 대하여 선형 또는 비선형 궤적(T)(회전식 수술 기구, 척 조립체, 홀더/드릴 가이드 및 드릴 비트/리머 헤드는 도시되지 않았지만 일반적으로 관련 기술분야에서 공지됨)을 따라 구동, 가이드, 배치 및/또는 이동시킬 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 예시적인 임팩터 조립체(102) 및 가이드(104) 이외의 다른 구성이 고려될 수 있고, 본 개시는 다수의 상이한 유형의 엔드 이펙터(40)에 관한 것으로 이해도리 수 있다. 그러나 명확성 및 일관성을 위해, 엔드 이펙터(40) 및 도구(42)의 후속 설명은, 전술한 바와 같이 수술 부위(S)에서 보철물(P)에 영향을 미치는 예시된 실시예와 관련하여 기술된다.
도 2에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 임팩터 조립체(102)의 도시된 실시예는 충격력(F)를 수용하도록 구성된 근위 단부(80)에 배열된 헤드(106)를 포함할 수 있다. 인터페이스(84)는 원위 단부(82)에 배치되고, 이 대표적인 실시예에서, 보철물(P)에 분리 가능하게 부착되도록 구성될 수 있다. 샤프트(86)는 헤드(106)와 인터페이스(84) 사이의 임팩터 축(A1)을 따라 연장된다. 임팩터 축(A1)은 이 실시예(및 여기에 기술된 다른 실시예)에서 제1 축(A1)와 동일한 용어이다. 임팩터 조립체(102)는 또한 헤드(106)아 인터페이스(84) 사이에 배치된 임팩터 결합 표면(88)을 포함할 수 있다. 임팩터 결합 표면(88)은 이 실시예(및 본 명세서 기술된 다른 실시예)에서 제1 결합 표면(88)과 동일한 용어이다.
도 3을 참조하면, 도시된 가이드(104)는 일반적으로 마운트(90) 및 바디(92)를 포함할 수 있다. 마운트(90)는 수술 로봇(32)에 부착되고 바디(90)에 결합되도록 구성될 수 있다. 채널(94)은 가이드 축(A2)을 따라 바디(92)를 통해 연장될 수 있다(도 6참조). 가이드 축(A2)은 본 실시예(및 본 명세서에 기술된 다른 실시예)에서 제2 축(A2)와 동일한 용어이다. 채널(94)는 이를 통해 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)의 일부를 수용하도록 배열되는 개구부(96)을 정의할 수 있다. 가이드(104)는 또한 임팩터 결합 표면(88)과 맞닿도록 형성된 가이드 결합 표면(98)을 포함할 수 있다. 가이드 결합 표면(98)은 이 실시예(및 본 명세서에 기술된 다른 실시예)에서 제2 결합 표면(98)과 동일한 용어이다. 가이드(104)는 가이드 결합 표면(98)과 임팩터 결합 표면(88)의 맞닿는 것을 유지하도록 구성 리미터(100)를 추가로 포함할 수 있다. 리미터(100)는 수술 부위(S)에서 보철물(P)의 충격 동안 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 축(A1, A2)의 동축 정렬을 용이하게 하도록 추가로 구성될 수 있다. 위에서 소개된 엔드 이펙터(40) 및 도구(42)의 각각의 구성 요소는 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 2를 참조하면, 임팩터 조립체(102)는 인터페이스(84)에 인접한 임팩터 축(A1)을 따라 보철물(P)로부터 이격되어 도시되어있다. 전술한 바와 같이, 임팩터 조립체(102)는 일반적으로 임팩터 축(A1)을 따라 연장되고 인터페이스(84), 헤드(106), 샤프트(86) 및 임팩터 결합 표면(88)을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 임팩터 조립체(102)에는 플랜지(112)와 헤드(106) 사이에서 연장되는 그립(110)을 포함하는 핸들(일반적으로 108로 표시됨)이 제공될 수 있다. 도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 핸들(108)은 일반적으로 헤드(106), 그립(110) 및 플랜지(112)를 정의하는 단일 일체형 구성 요소로서 형성될 수 있다. 그러나, 이하의 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 핸들(108)은 동시 이동을 위해 함께 고정되는 개별 구성 요소로서 형성되거나 다르게 정의 될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 그립(110)은 샤프트(86)의 일부에 의해 정의 될 수 있고, 헤드(106) 및/또는 플랜지(112)는 고정, 부착 또는 고정 또는 다르게 형성된 분리된 구성 요소로서 실현 될 수 있다. 다른 구성이 고려 될 수 있다.
도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 핸들(108)에는 샤프트(86)의 일부를 수용하는 블라인드 보어(blind bore, 114)가 제공된다. 여기서, 블라인드 보어(114)와 샤프트(86) 사이의 압입 결합에 의해 핸들(108)은 샤프트(86)에 견고하게 고정될 수 있다. 그러나, 핸들(108)과 샤프트(86)는 이에 한정되는 것은 아니나 핸들(108)을 샤프트(86)에 "피닝(pinning)"하는 것(예를 들어, 임팩터 축(A1)을 가로 지르는 것), 핸들(108)과 샤프트(86)를 용접 또는 접합하는 것, 핸들(108)을 샤프트(86)에 "수축 끼워 맞춤"하는 것, 및/또는 키홈/키 배열 또는 나사식 체결과 같은 구조적 특징을 통해 핸들(108)을 샤프트(86)에 고정하는 것 포함하는 다수의 상이한 방식으로 서로 동작 가능하게 부착 될 수 있다는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 전술 한 바와 같이 샤프트(86)의 적어도 일부가 핸들(108)과 일체로 형성될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
도 3a에 도시된 실시예에서, 핸들(108)의 그립(110)은 헤드(106)와 플랜지(112) 사이의 임팩터 축(A1)을 따라 연장되는 일반적으로 테이퍼 원통형 모양을 가지며, 외과 의사가 임팩터 조립체(102)를 수동으로 핸들링하고 배치시키는 것을 돕기 위한 형상을 가질 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명할 바와 같이, 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)는 수술 부위(S)에서 보철물(P)에 충격을 가하기 위해, 나무 망치 또는 쇠 망치에 의해 가해지는 것과 같은 외부 충격력(F)를 수용하도록 구성될 수 있다. 헤드(106)는 그립(110) 보다 반경 방향으로 더 큰 대체 원통형 모양을 가질 수 있다. 이러한 구성은 외과 의사가 한 손으로 그립(110)을 안전하게 잡고 다른 손으로 고정된 나무 망치 또는 쇠 망치로 헤드(106)를 타격할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 도 5a에 도시된 임팩터 조립체(102)는 또한 플랜지(112)와 인터페이스(84) 사이에 축 방향으로 배열되는 테이퍼(일반적으로 116로 표시됨)를 포함할 수 있다. 테이퍼(116)는 테이퍼(116)와 가이드(104)의 채널(94)의 일부들 사이에서 접촉이 발생한 것에 응답하여 플랜지(112)를 가이드(104)의 채널(94)로 가이드 하는 것을 돕기 위해, 플랜지(112)와 샤프트(86) 사이에서 일반적으로 절두 원추형 모양 천이를 가질 수 있다. 도 9a 내지 도 9i와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명할 바와 같이, 가이드(104)가 수술 부위(S)로부터 멀어지는 방향으로 이동함에 따라 상술한 유형의 접촉이 발생할 수 있다.
도 5a를 계속하여 참조하면, 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)는 전술 한 바와 같이 핸들(108)과 인터페이스(84) 사이에서 연장되고, 일반적으로 원통형인 근위 샤프트 영역(118), 원위 샤프트 영역(120) 및 샤프트 그립 영역(122)을 가질 수 있다. 근위 샤프트 영역(118)은 핸들(108)에 결합되고, 플랜지(112)에 인접한 블라인드 보어(114) 내로 연장될 수 있다. 원위 샤프트 영역(120)은 전술한 바와 같이 임팩터 조립체(102)와 보철물(P)이 부착 될 때 함께 이동하도록 보철물(P)에 분리 가능하게 부착되도록 구성된 인터페이스(84)에 결합될 수 있다. 이를 위해, 인터페이스(84)와 보철물(P)에는 보철물(P)가 임팩터 조립체(102)에 해제 가능하게 부착될 수 있게 하는 각각의 스레드 결합이 제공될 수 있다. 원위 샤프트 영역(120)은 또한 도시된 실시 예에서 샤프트 그립 영역(122)을 정의할 수 있다. 아래의 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 샤프트 그립 영역(122) 및 핸들(108)은 임팩터 조립체(102)를 수동으로 핸들링하는 것을 도와줄 수 있다.
인터페이스(84)는 샤프트(86)와 별도로 형성되고도 5a에 도시된 실시 예에서 원위 샤프트 영역(120)에 작동 가능하게 부착되지만, 인터페이스(84) 및/또는 샤프트(86)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다수의 상이한 방식으로 구성 될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 비 제한적인 예시로서, 본 명세서에 도시된 인터페이스(84)는 수술 부위(S)에서 보철물(P)에 충격을 가하는 것을 용이하게 하도록 구성되지만, 샤프트(86)의 일부는 일부 실시예에서 인터페이스(84)를 정의 할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)의 샤프트 그립 영역(112)는 샤프트(86)의 근위 및 원위 샤프트 영역들(118, 120) 사이에 배치되며, 예를 들어 보철물(P)이 인터페이스(84)에 부착된 상태에서 수술 부위(S)에 접근하는 것과 같이 외과 의사가 임팩터 조립체(102) 수동으로 핸들링하고 배치하는 것을 돕도록 형성되는 모양을 가질 수 있다. 근위 샤프트 영역(118), 원위 샤프트 영역(120) 및 샤프트 그립 영역(112)에는 도시된 실시예에서 각각 다른 형상 및 크기로 제공되지만, 핸들(108)과 인터페이스(84) 사이의 임팩터 축(A1)을 따라 연장하는 대체로 일정한 반경을 갖는 대체로 원통형 모양을 포함할 수 있다. 따라서, 샤프트(84)는 일부 실시예에서 이산 샤프트 그립(122) 없이 구성될 수 있다고 이해될 수 있다. 본 명세서에 도시된 임팩터 조립체(102)의 실시예는 일반적으로 본 명세서에 도시된 가이드(104)의 실시예에 와 상호 교환적으로 사용될 수 있지만, 특정 임팩터 조립체(102)는 일부 실시예에서 특정 가이드(104)와 맞물리도록 구성될 수 있음이 이해될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 임팩터 조립체(102)의 임팩터 결합 표면(88)은 가이드(104)의 가이드 결합 표면(98)과 맞물리도록 형상 및 배열될 수 있다. 아래 엔드 이펙터(40)의 실시예에 대한 후속 설명으로부터 알 수 있듯이, 임팩터 결합 표면(88)은 가이드(104) 및/또는 가이드 결합 표면(98)의 다른 실시예 및/또는 구성에 대응하는 임팩터 조립체(102)의 상이한 부분들에 의해 정의될 수 있다. 구체적으로, 임팩터 결합 표면(88)은 도 3 내지 도 9n에 도시된 가이드(104)의 제1 실시예와 관련하여 사용될 때, 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)에 의해 정의 될 수 있으며, 반면 임팩터 결합 표면(88)은 도 10 내지 도 15c에 도시된 가이드의 제2 실시예와 관련하여 사용되는 경우, 샤프트(86)의 근위 샤프트 영역(118)의 일부에 의해 정의될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 도 1 내지 도 15c를 참조하면, 엔드이펙터(40)의 가이드(104)에는, 로봇 팔(36)이 엔드 이펙터(40) 및 도구(42)의 배치 및/또는 방향을 이동, 구동, 유지 및/또는 그 밖의 제어를 하도록 수술 로봇(32)의 로봇 팔(36)의 커플링(38)에 대한 해제 가능한 부착을 용이하게 하기 위해, 마운트(90)가 제공될 수 있다. 본 명세서에 도시된 대표적인 실시예에, 그리고 도 5a, 6 및7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 마운트(90)는 직접 또는 간접적으로 커플링(38)에 해제 가능하게 부착되도록 구성된 마운트 플레이트(126)를 포함할 수 있다(도 1 참조, 부착은 자세히 도시되지 않음). 마운트(90)에는 또한 마운트 플레이트(126)에 동작 가능하게 부착된 수용부(128)가 제공될 수 있다. 수용부(128)는 바디(92)에 형성된 버팀대(130)를 수용하고 고정하도록 구성될 수 있다(도 6 내지 도 7 참조). 채널(94) 및 버팀대(130)는 가이드(104)의 바디(92)의 대향 단부에 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 마운트(90)의 수용부(128) 및 바디(92)의 버팀대(130)는 체결구와 같이(미도시), 가이드(104)의 마운트(90)와 바디(92)가 함께 고정되어 정렬될 수 있도록, 서로 맞물리거나 서로 정렬되도록 형성될 수 있다. 그러나, 가이드(104)는 수술 로봇(32)의 커플링(38)에 부착하기에 충분한 다수의 상이한 방식으로 구성될 수 있음이 이해될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 바디(92)의 수용부(128) 체결구로 마운트(90)의 버팀대(130)에 고정시키는 대신에, 바디(92) 및 마운트(90)는 단일 구성 요소로서 형성되거나 용접 등과 같은 다른 방식으로 고정될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 가이드(104)의 특정 실시예에서, 채널(94)은 가이드(94)의 바디(92) 내에 또는 달리 형성될 수 있으며, 차례로 이를 통해 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)의 일부를 수용하도록 배열된 개구부(96)를 정의하기 위해 가이드 축(A2)을 따라 연장될 수 있다. 따라서, 도 3 내지 도 9n에 도시된 실시예에서, 가이드(104)의 가이드 결합 표면(98)은 플랜지(112)와 맞닿도록 형성 및 배열되고, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)를 따라 임팩터 축(A1)과 가이드 축(A2)의 정렬을 유지하기 위해 리미터(100)와 협력할 수 있다.
도 3 내지 도 8c에 도시된 실시예를 구체적으로 참조하면, 가이드(104)의 개구부(94)는, 임팩터 축(A1)을 가이드 축(A2)과 정렬시키는 것을 용이하게 하기 위해 가이드(104)가 플랜지(112)와 임팩터 조립체(102)의 인터페이스(84) 사이에 배치될 때(도 8a 내지 도 8c 참조), 이를 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)가 통과하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 도 2에 가상 라인으로 표시된 것과 같이, 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)는 제1 둘레(132)를 가지며, 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)는 제1 둘레(132)보다 큰 제2 둘레(134)를 가질 수 있다. 다르게 말하면, 도 9a 내지 도 9i와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 개구부(96)를 통해 샤프트(86)를 이동 시키기 위해 임팩터 조립체(102)로서의 가이드(104)가 수술 부위(S)에 대해 선회할 때, 플랜지(112)는 샤프트(86) 보다 크고 가이드(104)의 개구부(96)를 통과할 수 없으나, 샤프트(86)는 개구부(96)를 통과할 수 있는 크기일 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 가이드(104)의 리미터(100)는 충격을 가하는 동안 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이의 접촉을 유지하도록 구성되고, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)와 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 달성하는 것을 도울 수 있다. 이를 위해, 도 3 내지 도 8c에 도시된 실시예의 리미터(100)는 채널(94)에 인접하여 배치되는 한 쌍의 핑거(finger)(일반적으로 136으로 표시됨)를 포함할 수 있다. 핑거(136)는 가이드(104)의 바디(92)로부터 그들 사이에 개구부(96)를 형성하기 위해 서로 이격된 각각의 핑거 단부(138)까지 연장될 수 있다(도 5b 참조). 핑거(136)는 또한 각각의 아크형 표면(일반적으로 140으로 표시됨)을 정의할 수 있다. 아크형 표면(104)은, 가이드 결합 표면(98)과 임팩터 결합 표면(88)이 맞닿는 것을 유지하고 후술하는 바와 같이 가이드(104)에 대한 임팩터 조립체(102)의 이동을 제한하는 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98)이 맞닿을 때, 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)와 접촉하도록 배열될 수 있다.
리미터(100)의 아크형 표면(140)은 가이드(104)의 가이드 결합 표면(98)과 실질적으로 연속적이며, 가이드 결합 표면(98) 및 아크형 표면(140) 모두는 본 실시예에서 채널(94)에 의해 정의 될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 리미터(100)의 아크형 표면(140)과 가이드(104)의 가이드 결합 표면(98)은, 채널(94)이 연속적이고 대체로 원통형인 C-형상의 모양을 가지며 가이드 결합 표면(98)과 아크형 표면(140) 모두를 형성하도록, 공통 반경(142)으로, 각각 가이드 축(A2)로부터 이격되어 있다. 또한, 가이드 결합 표면(98) 및 리미터(100)의 아크형 표면(140)을 정의하는 가이드(104)의 부분들은 제1 및 제2 아크 단부(114A, 114B)를 정의하도록 협력할 수 있다. 제1 및 제2 아크 단부(114A, 114B)는 180도 보다 큰 아크 기준 각도(146)에서 가이드 축(A2) 주위에 반경 방향으로 서로 이격되어 있다. 도 9a 내지 도 9i와 관련하여 아래 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 구성은, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 달성하는 것을 돕는 동안, 동시에, 임팩터 조립체(102)가 축들(A1, A2)을 중심으로 회전할 수 있도록, 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)가 가이드(104)의 채널(94)과 회전 가능하게 맞물리게 할 수 있다. 유사하게, 이 배열은 또한 가이드(104)가 축들(A1, A2)울 중심으로 임팩터 조립체(102)에 대해 회전 가능하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 수술 로봇(32)은 수술 부위(S)에 대한 엔드 이펙터(40) 를 위치시키도록 구성되고, 도시된 실시예에서 도구(42)(예를 들어, 임팩터 조립체(102))가 궤적(T)을 따라 대응하여 위치되게 하기 위한 일반적으로 선형이며 축들(A1, A2)과 정렬되는 궤적(T)를 유지하도록 구성될 수 있다. 여기서, 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 가해진 외부 충격력(F)는 임팩터 조립체(102)를 통해 보철물(P)에 전달되어, 보철물(P)가 궤적(T)를 따라 수술 부위(S)로 진행할 수 있다. 보철물(P)에 충격을 가하는 절차가 도 9a 내지 도 9i와 관련하여 아래에 더 상세히 설명되지만, 궤적(T)을 유지하는 것은 특정 조건에서 수술 부위(S)에 대해 가이드(104)의 모든 또는 특정 유형의 움직임을 제한하는 수술 로봇(32)을 포함할 수 있고, 및/또는 일부 실시예에서 수술 부위(S)에 대한 궤적(T)을 따라 이동하도록 가이드(104)의 이동을 제한하거나 지시하는 것을 포함할 수 있다. 수술 로봇(32)은, 특히 전술한 바와 같이, 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)를 가이드(104)의 개구부(96)를 통해 통과하는 것을 용이하게 하도록, 외과 의사가 궤적(T)를 따라 가이드(104)를 병진 이동시키는 것을 허용할 수 있다. 특정 단계의 수술 절차는 상이한 방식으로 수술 로봇(32)을 제어하는 것을 포함할 수 있음이 이해될 수 있다.
수행되는 외과 수술의 유형 및 수술 로봇(32)의 특정 구성에 따라, 로봇 팔(36)을 통한 엔드 이펙터(40)의 이동은, 특정 작동 조건에세 특정 방향으로 이동하도록 특히 외과 의사가 로봇 팔(36)의 다른 부분에 닿거나 다른 방식으로 맞물리게 하기 위해, 어드미턴스 제어를 통해 수행될 수 있다. 어드미턴스 제어를 활용할 때와는 다르게, 수술 로봇(32)은 외력(예를 들어, 힘 토크 센서를 통해 결정되는)을 로봇 팔(36)을 제어하기 위해 사용되는 입력을 외력으로 해석할 수 있다. 따라서, 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 가하는 충격력(F)은, 힘의 상당량을 수술 로봇(32)이 가이드(104)를 궤적(T) 밖으로 이동시킴 없거나 또는 결합 표면(98)을 임팩터 결합 표면(88)과의 맞닿음을 벗어나게 하는 방식으로, 가이드(104)에 대해 임팩터 조립체(102)의 축 방향으로의 이동을 야기할 수 있다.
임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 외부 충격력(F)을 인가하는 과정에서 궤적(T)를 따라 가이드(104)의 의도하지 않은 이동을 방지하기 위해, 엔드 이펙터(40)의 도시된 실시예는 가이드(104)에 대해 및/또는 그 반대로 일반적으로 임팩터 조립체(102)의 회전을 허용하도록 구성될 수 있다. 이러한 상대적인 회전은 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이에서 발생하는 베어링 타입 접촉(예를 들어, 슬라이딩 접촉)에 의해 달성될 수 있다.
도 3 내지 8c에 도시된 제1 실시예에서, 플랜지(112)는 임팩터 결합 표면(88)을 정의하는 대체로 구형인 모양을 가질 수 있으며, 채널(94)은 상기 언급된 바와 같이, 가이드 결합 표면(98)을 정의하는 대체로 원통형인 모양을 가질 수 있다. 이 배열은 충격을 가하는 동안 플랜지(112)가 채널(94) 내에서 회전할 수 있게 하며, 이는 수술 로봇(32)으로의 충격력(F)을 전이를 방지하는데 도움이 될 수 있다. 이 배열은 또한, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)에 대한 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 손상시키지 않으면서 수술 부위(S)에서의 보철물(P)의 충격을 용이하게 하기 위해, 플랜지(112)가 채널(94)을 따라 이동하는 것을 허용할 수 있다. 달리 말하면, 이러한 구성은, 임팩터 축(A1)과 가이드 축(A2)과 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)의 동축 결합을 유지하는 동안 동시에, 횡력(T)을 전이하거나 궤적(T)에 따른 가이드(104)의 이동을 초래할 수 있는 임팩터 조립체(102)의 회전을 제한 없이, 충격력(F)가 채널(94)를 따라 플랜지(112)의 동축 방향 이동으로 전이될 수 있도록 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 가해지는 것을 허용할 수 있다. 또한, 이하 도 9j 내지 도 9n의 후속되는 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 구성은 또한 수술 로봇(32)이 축들(A1, A2)이 서로 및 충격을 받은 보철물(P)의 의도된 위치에 의해 정의되는 궤적(T)과 동축 정렬을 가져올 때, 플랜지(112)와 채널(94) 사이에서 선회가 발생하게 할 수 있으며, 이는 초기에 가이드 축(A2)과 궤적(T)의 동축적으로 정렬되는 것이 비실현 가능할 수 있거나 및/또는 로봇 팔(36)이 특정 방향에서 충격 이전에 관절식으로 움직이거나 가이드 축(A2)이 궤적(T)으로부터 멀리 이동하는 것을 요구하는 특정 방식으로 배치되는 것이 요구되는 상황에서 이점이 될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 가이드(104)의 가이드 결합 표면(98) 및 임팩터 조립체(102)의 임팩터 결합 표면(88)은, 임팩터 조립체(102)가 가이드(104)에 대해 회전할 수 있도록, 서로를 베어링함으로써 서로에 대해 회전하도록 형성될 수 있다. 그러나 전술한 임팩터 조립체(102)의 회전은, 가이드 결합 표면(98) 및 임팩터 결합 표면(88)이 회전을 용이하게 하기 위해 서로를 지지할 필요 없이 달성될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 비 제한적인 예시로, 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이의 맞닿음은 스플라인, 쐐기로 죈, 또는 회전을 방지하는 다른 배열 등과 같이 달성될 수 있는 것과 같은 일부 실시예에서 정적일 수 있으며, 임팩터 조립체(102)는, 임팩터 축(A1)에 대한 임팩터 결합 표면(88)에 대해 샤프트(86)의 회전을 용이하게 하기 위해, 샤프트(86)와 임팩터 결합 표면(88) 사이에 배치되는 베어링 또는 구형 조인트(미도시)를 포함할 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
상술한 바와 같이, 충격력(F)이 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 인가될 때, 보철물(P) 및 임팩터 조립체(102)는 궤적(T)를 따라 천이할 수 있다. 가이드(104) 및 임팩터 조립체(102)는 플랜지(112)가 채널(94) 내에서 이동할 때(예를 들어, 외과 의사가 나무 망치로 헤드(106)를 연속적으로 타격할 때) 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이의 맞닿음이 유지되는 것을 보장하도록 구성될 수 있음은 이해될 수 있다. 이를 위해, 그리고 도 3 내지 도 8c에 도시된 가이드(104)의 실시예에서, 가이드(104)의 채널(94)은, 가이드 축(A2)를 따라 채널 깊이(145)로 서로 이격된 제1 및 제2 축 방향 채널 단부들(94A, 94B) 사이에 연장될 수 있다. 채널 깊이(148)은 플랜지(112)의 플랜지 두께(150) 보다 크고, 이는 실시예(도 5a 참조)에서 테이퍼(116)와 핸들(108)의 그립(110) 사이에 축 방향으로 정의될 수 있다. 상술한 바와 같이, 플랜지(112)는 대체로 구형인 모양을 갖기 때문에, 가이드 결합 표면(98)이 임팩터 결합 표면(88)과 맞물릴 때 임팩터 결합 표면(88)을 정의 하는 플랜지(112)의 일부만 실제로 원통형 채널(94)과 결합할 수 있다. 따라서, 채널 깊이(148)는, 플랜지(112)가 채널(94) 내에 용이하게 위치될 있고 충격을 가하는 종안 채널(94)과 맞닿게 유지되는 것을 확보하기에 충분이 유리하게 클 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 그러나, 후술할 바와 같이, 가이드 결합 표면(98)과 임팩터 결합 표면(88) 사이의 맞물림을 유지하는 것은, 예를 들어 충격을 가하는 동안 수술 로봇(32)과 함께 궤적(T) 및 수술 부위(S)를 따라 진행하는 것과 같이, 다른 방법으로 달성될 수 있습니다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
일부 실시예에서, 엔드이펙터(40)는 일반적으로 152로 표시되는 센서(또는 센서 서브 조립체)를 더 포함하고, 이는 가이드(104)에 결합되고 채널(94)에 대한 임팩터 조립체(102)의 결합을 결정하도록 구성될 수 있다. 여기서, 센서(152)는, 센서(152)에 의해 결정되는 바와 같이 채널(94)을 따라 플랜지(112)의 축 방향 위치의 변화에 대응하는 것에 기반하여 수술 부위(S)에서의 충격을 가하는 동안 궤적(T)을 따라 보철물(P)의 “추적(tracking)”을 용이하게 하는 것과 같이, 제1 축 방향 채널 단부(94A)와 제2 축 방향 채널 단부(94B) 사이의 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)의 상대적인 축 방향 위치를 결정하는데 사용될 수 있다.
후술할 바와 같이, 센서(152)는 또한 특정 조건하에서 수술 로봇(32)이 어떻게 제어되는지를 변경하는데 이용될 수 있는 채널(94) 내에서 임팩터 조립체(102)의 존재(또는 결여)를 결정하는 데 이용될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 수술 로봇(32)은, 특히 축들(A1, A2)이 서로 및 궤적(T)과 동축 정렬될 때 로봇 팔(36)의 적절한 관절 움직임을 촉진하는 돕기 위해, 센서(152)가 임팩터 조립체(102)의 일부도 가이드(104)의 채널(94) 내에 배치되지 않음을 결정할 때 특정 방식으로 제어될 수 있으나, 샤프트(86)가 개구부(96)를 통해 채널(94)로 반입되었다는 것을 센서(152)가 결정할 때는 다른 방식으로 제어될 수 있다. 또한, 예를 들어, 축 방향 채널 단부들(94A, 94B) 사이의 플랜지(112)의 상대 위치를 앎으로써, 수술 로봇(32)은, 수술 부위(S)에 대해 임팩터 조립체(102)를 선회시키고 축들(A1, A2)이 궤적(T) 쪽으로 또는 떨어지는 쪽으로 이동 할 때 플랜지(112)의 측면 이동을 초래하는 가이드(104)의 이동 동안, 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이에 일관된 맞물림이 있음을 보장할 수 있다. 또한, 도 16a 내지 도 22b에 도시된 실시예들과 관련하여, 센서(152)는 또한, 충격을 가하는 동안, 궤적(T)를 따라 가이드(104)의 진행을 용이하게 하는 데 이용될 수 있다(예를 들어, 충격력(F)을 헤드(106)에 가한 후 플랜지(112)의 움직임을 감지함으로써). 다른 구성이 고려될 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 센서(152)는 채널(94)에 인접한 가이드(104)의 바디(92)에 결합되는 핀(156)에 의해 회전 가능하게 지지되는 트리거(154)와 연통하여 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 트리거(154)는 스프링 또는 다른 바어싱 요소(미도시)에 의해 채널(94) 내로 적어도 부분적으로 바이어싱될 수 있고, 임팩터 조립체(102)의 상대적인 이동 및/또는 위치를 결정하기 위해 임팩터 조립체(102)의 다른 부분과 접촉할 수 있다. 아래에서 더 자세히 설명된다.
일부 실시예에서, 샤프트(86)가 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 가이드(104)의 개구부(96)를 통과할 때, 트리거(154)는, 센서(150)가 샤프트(86)가 채널(94) 내에 위치되는 것을 지시하는 “스위치”와 같이 행동하도록, 샤프트(86)에 접촉할 수 있다. 채널(94) 내에 샤프트(86)의 존재를 결정하는 것은, 플랜지(112)를 채널(94)로 전진시키기 위해 외과 의사가 궤적(T)을 따라 가이드(104)를 후속적으로 이동시키는 것을 허용하기 위한 것과 같이, 수술 로봇(32)을 특정한 방식으로 또는 특정 모드로 제어하는 것을 용이하게 하기 위해 사용될 수 있다. 추가 또는 대안적으로, 센서(152)는, 플랜지(112)가 제1 및 제2 축 방향 채널 단부들(94A, 94B) 사이를 이동할 때 트리거(154)가 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)와의 접촉에 응답하여 이동할 경우, 가이드(104)의 바디(92)에 대해 트리거(104)의 상대적인 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 다르게 말하면, 트리거(154) 및/또는 센서(152)는 특정 실시예에서 “접촉 스위치” 및/또는 “변위 센서”로서 행동하도록 구성될 수 있다.
따라서, 센서(152) 및/또는 트리거(154)는 본 명세서의 범위를 벗어나지 않고 다수의 상이한 구성, 유형, 배열 등일 수 있다. 비 제한적인 예로서, 그리고 도 5a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 센서(152)는 동시적인 이동을 위해 트리거(154)에 연결된 이미터(160)를 포함할 수 있고, 가이드(104)의 바디(92)에 결합되고 이미터(160)의 위치 변화에 응답하도록 구성된 검출기(160)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 센서(152)는 트리거(154)와 핀(156)(미도시) 사이에 삽입된 회전 전위차계를 포함할 수 있다. 또한, 임팩터 조립체(102)와의 물리적 접촉에 응답하여 트리거(154)의 이동에 의존하기 보다, 센서(152)는, 물리적 접촉 필요 없이 임팩터 조립체(102)의 임의 적절한 부분의 근접 및/또는 가이드(104)에 대한 상대 위치를 감지하기 위해, 홀 효과 센서, 근접 센서, 광학 센서 등으로 구성될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있으며, 추가적인 센서 배열이 도 16 a 내지 도 28b와 관련하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 9a 내지 도 9i를 참조하면, 보철물(P)을 수술 부위(S)로 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터(40)를 이용하는 특정 단계가 순차적으로 도시되어 있다. 도 9a에서, 엔드 이펙터(40)의 마운트(90) 및 가이드(104)는 궤적(T)에 정렬된 가이드 축(A2)와 함께 수술 부위(S)에 인접하여 위치될 수 있다. 예시된 실시예에서, 궤적(T)는, 전술한 바와 같이 관골구에 이식된 후 보철물(P)의 의도된 위치에 기초하여, 수술 부위(S)에 의해 정의될 수 있다. 또한, 궤적(T) 및 보철물(P)의 의도된 위치 둘 다는 추적기(60), 센서, 카메라 등의 다양한 조합과 같은 표면 로봇(32)에 의해 모니터링, 알려짐 또는 다르게 결정될 있다. 명확성을 위해, 가이드(104)는, 보철물(P)의 의도된 위치에 의해 정의되는 궤적(T)와 동축 정렬되기 위해, 초기에 도 9에 위치될 수 있다. 그러나, 이전 시나리오가 설명적이고, 궤적(T)은 다수의 상이한 방식으로 정의, 결정 또는 다르게 설정될 수 있음이 이해될 수 있다. 구체적으로, 이하 도 9j 내지 도 9n의 후속 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 가이드(104)는 가이드 축(A2)이 궤적(T)와 반드시 동축이될 필요가 없는 위치에 초기에 위치할 수 있다.
도 9a-도 9n에 도시된 바와 같이, 근육, 연골, 골반 뼈 등과 같이 수술 부위(S)에 인접한 환자의 신체(B)의 일부는 충격을 가하기 전에 수술 부위(S)에 보철물(P)을 위치시키기 위해 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)에 직접 접근하는 외과 의사의 능력을 제한할 수 있다. 본 명세서의 수술 시스템(30) 및 엔드 이펙터(40)는, 수술 부위(S)에서 수술 부위(S)에 접근을 용이하게 하기 위해 요구되는 과도한 뼈/조직 제거를 필요로 하지 않으면서, 외과 의사가 수술 부위(S)에 접근하고 초기에 보철물(P)을 배치시키는 게 할 수 있다. 게다가, 본 명세서의 수술 시스템(30) 및 엔드 이펙터(40)는 또한, 궤적(T)로부터 가이드(104) 및/또는 로봇 팔(36)이 후속적인 조작을 반드시 요구하지 않고, 외과 의사가 궤적(T)을 설정하고, 보철물(P)로 수술 부위(S)에 접근할 수 있게 할 수 있다. 이는 또한 외과 의사가 환자의 신체(B)의 조작을 최소화하여 보철물(P)로 수술 부위(S)에 접근이 용이하게 할 수 있다. 또한, 이하 후속하는 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 수술 시스템(30) 및 엔드 이펙터(40)는, 임팩터 조립체(102)가 가이드(104)에 결합되지 않고 보철물(P)을 수동으로 위치시키고 수술 부위(S)에 접근하는데 사용되는 특정 시나리오에서 보철물(P)을 배치하고 수술 부위(S)에 접근에 관련된 상당한 이점을 제공할 수 있다. 일단 보철물(P)가 수술 부위(S)에 처음 위치되면, 임팩터 조립체(102)는, 샤프트(86)를 가이드(104)의 개구부(96)내로 이동시키기 위해, 수술 부위(S)에 대해 선회하거나 다르게 배향될 수 있다. 이는 궤적(T)에 대한 축들(A1, A2)의 정렬이 신속하고 효율적이며, 임팩터 조립체(102) 및/또는 가이드(104)의 일부가 충격을 가하기 전에 분해 및 재조립되는 것 없이, 달성될 수 있게 할 수 있다.
도 9a를 계속하여 참조하면, 상술한 바와 같이, 실시예에서, 엔드 이펙터(40)의 가이드(104)는 초기에 궤적(T)를 따라 위치되어, 가이드 축(A2)은 예를 들어 관골구를 리밍함으로서 결정되는 충격이 가해진 보철물(P)의 의도된 위치에 의해 정해지는 궤적(T)과 동축이 되도록 할 수 있다. 여기서, 임팩터 조립체(102) 및 보철물(P)는 수술 부위(S)에 인접하지만 아직 위치하지는 않을 수 있다. 궤적(T)가 알려져 있기 때문에 일부 구체적 예에서, 수술 로봇(32)은, 외과 의사가 임팩터 조립체(102)에 부착된 보철물(P)을 수동으로 수술 부위(S)에 접근시킬 때, 수술 부위(S)에 대해여 궤적(T)를 따라 가이드(104)의 위치 및 방향을 유지할 수 있다(도 9b 참조, 도 9a와 비교).
도 9c에 도시된 바와 같이, 보철물(P) 및 임팩터 조립체(102)는 궤적(T)으로부터 가이드(104)의 이동을 필요로 하지 않고 수동으로 수술 부위(S)를 향해 가져올 수 있다(도 9c와 도 9b 비교). 그러나, 위에서 언급되고 도 9j 내지 도 9n과 관련하여 아래 자세히 설명되는 바와 같이, 수술 로봇(32)은 외과 수술의 특정 단계 동안 궤적(T)을 벗어난 가이드(104)의 이동을 허용하도록 구성될 수 있다. 유사하게 일부 실시예에서, 수술 로봇(32)은, 궤적(T)에 대해 가이드(104)의 회전 운동을 가져오는(도 25a 내지 도 25d 참조), 로봇 팔(36)의 특정 관절 움직임을 허용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, “null space”). 도 9c에 도시된 바와 같이, 외가의사가 수동으로 수술 부위(S)에 보철물(P)를 접근 시키면, 임팩터 조립체(102)는 가이드(104)의 개구부(96)를 통해 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)를 가져오게 하기 위해, 수술 부위(S)에 대해 피봇될 수 있다(eh 9d 참조, 도 9c와 비교, 또한 도 8a 및 8b 참조).
외과 의사가 샤프트(86)가 채널(94) 내에 일반적으로 배치되도록 개구부(96)을 통해 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)을 이동시키면(도 9e 참조), 외과 의사는 수술 부위(S)로부터 멀리 및 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112) 방향으로 가이드(102)를 이동시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 수술 로봇(32)은, 외과 의사의 어떠한 조건에서 힘 제어를 용이하게 하기 위해 방향 력을 건드리거나 달리 가하는 것에 응답하여, 가이드(104)의 제한된 움직임을 허용하도록 구성될 수 있다. 수술 로봇(32)의 구성, 수행되는 외과 수술 및/또는 외과 의사의 선호도에 따라, 수술 로봇(32)은 예를 들어, 센서(152)가 임팩터 조립체(102)의 샤프트(102)가 개구부(96)를 통과 및/또는 채널(94) 내에 적절하게 위치되었다고 결정할 때까지 등의 특정 조건이 충족될 때까지 가이드(104)가 궤적(T)을 따라 이동하는 것을 허용하지 않을 수 있다. 상술되고 더 상세히 후술할 바와 같이, 센서(152)는 다수의 상이한 방식으로 이러한 결정을 할 수 있지만, 도 9e에 도시된 실시예에서, 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)는 샤프트(86)가 채널(94) 내에서 이동되었다는 센서(152)를 통한 결정을 나타내기 위해, 트리거(154)와 물리적으로 접촉하는 것으로 도시되어 있다.
또한, 수술 로봇(32)은, 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 도시되고 설명된 위치에서의 수술 부위(S)에 대한 가이드(104)의 모든 또는 특정 유형의 움직임을 방지하도록 구성될 수 있고, 센서(152)가 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)가 가이드(104)의 개구부(96)를 통과한 것으로 결정할 때 궤적(T)을 따라 가이드(104)가 수술 부위(S)로부터 멀어지도록 하는(또는 일부 실시예에서는 수술 부위(S)로부터 멀어지거나 및/또는 수술 부위(S)) 천이를 후속적으로 허용하도록 구성될 수 있음이 이해될 수 있다. 그러나, 수술 로봇(32)은 또한 도 9a 내지 도 9d와 관련하여 도시되고 설명된 각각의 위치에서 수술 부위(S)에 대해 하나 또는 두 방향으로 궤적(T)을 따라 이동하도록 허용될 수 있으며, 센서(152)는 채널(94)을 따라 플랜지(112)의 위치를 추적하기 위해 사용되고, 샤프트(86)의 존재 및/또는 근접을 결정하기 위해 반드시 사용되지 않을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 센서(152)가 채널(94)에 대한 샤프트(86)의 존재 및/또는 근접을 결정하기 위해 사용되는 경우, 수술 로봇(32)은 다수의 상이한 방식으로 가이드(104)의 이동을 허용 및/또는 제한 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 센서(152)가 샤프트(86)의 개구부(96)를 통해 채널(94)을 통과한 것으로 판단하면, 수술 로봇(32)은 궤적(T)을 따라가 아닌 다른 방향 예를 들어, 수술 부위(S)로부터 멀어지는 이동을 용이하게 하는 다른 방향으로 가이드(104)의 이동을 허용할 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 9e는 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)로부터 멀어지게 가이드(104)를 이동시키기 위해 가이드(104)의 바디(92)를 파지하거나 다른 방식으로 힘을 가하는 외과 의사가 도시되어 있다. 도 9f에서 가이드(104)는, 가이드(104)의 채널(94)의 제1 축 방향 채널 단부(94A)가 임팩터 조립체(102)의 테이퍼(116)과 접촉을 가져오기 위해, 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)로부터 멀어지는 것으로 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 테이퍼(116)는 샤프트(86)와 플랜지(112) 사이의 임팩터 축(A1)을 따라 연장되는 대체로 절두 원추형 모양을 가지며, 테이퍼(116)와 채널(94)의 제1 축 방향 채널 단부(94A) 사이의 접촉에 응답하여, 이 형상 및 배열은 플랜지(112)를 채널(94)로 안내하는데 도움을 줄 수 있다. 따라서, 도 9a 내지 도 9i에 도시된 예시적인 시나리오에서 가이드 축(A2)이 궤적(T)과 동축으로 정렬되기 때문에, 외과 의사는 가이드(104)를 테이퍼(116)쪽으로 가져갈 때, 테이퍼(116)와 채널(94) 사이에서 발생하는 접촉은 또한 임팩터 축(A1)기 가이드 축(A2) 및 궤적(T)과 동축 정렬이 되도록 할 수 있다.
외과 의사는 특정 조건에서 수술 부위(S)로부터 멀어지게 궤적(T)을 따라 가이드(104)의 이동을 제어할 수 있기 때문에, 임팩터 축(A1)은, 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 유지하기 위해 임팩터 결합 표면(88)이 가이드 결합 표면(98) 및 아크형 표면(140)들과 맞닿는 것을 야기하는, 효율적이고 제어된 방식으로 가이드 축(A2)과 동축 정렬될 수 있다. 축들(A1, A2)의 정렬 후, 외과 의사는 도 9g에 도시된 바와 같이 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)를 트리거(154)와의 접촉을 야기하기 위해, 궤적(T)을 따라 가이드(104)를 수술 부위(S)로부터 더 멀리 이동시킬 수 있다. 여기서, 엔드 이펙터(40), 수술 로봇(32)의 특정 구성, 수행되는 외과 수술 및/또는 외과 의사의 선호도에 따라, 플랜지(112)와 트리거(154) 사이에서 발생하는 일정량의 접촉은, 플랜지(112)가 충격을 가하기 전에 채널(94)을 따라 축 방향으로 적절하게 위치되는 것을 보장하기 위해 궤적(T)을 따라 가이드(104)의 후속 이동을 늦추거나 제한하거나 그 외 제한하는데 사용되는 방식으로, 센서(152)에 의해 해석될 수 있다.
도 9h에서, 플랜지(112)는 채널(94)로부터 트리거 구멍(158) 내로 트리거(154)를 완전히 변위 시키는 방식으로 트리거(154)와 접촉하는 것으로 도시되어 있다. 이 위치에서, 센서(152)는 궤적(T)를 따라 가이드(104)의 후속 이동 제한, 채널(94)을 따라 플랜지(112)의 깊이를 추적하는 추적 및/또는 감도를 증가시키기 위해 어드미턴스 제어에 가해진 힘을 다르게 반응하여 수술 로봇(32)의 동작 방식 변경, 충격을 가하는 것이 안전하게 진행될 수 있음을 나타내는 플랜지(112)의 위치에 대한 피드백을 외과 의사에게 제공 등에 사용될 수 있다. 다음으로 도 9i에 개략적으로 도시된 바와 같이, 외부 충격력(F)은 수술 부위(S)에서 임팩트 축(A1)을 따라 보철물(P)을 진행시키기 위해 임팩터 조립체(102)의 헤드(106)에 가해질 수 있다. 도 22a 내지 도 22d에 도시된 실시에의 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 및 제2 축 방향 채널 단부(94A, 94B)들 사이의 플랜지(112)의 상대 위치는, 보철물(P)이 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)를 향해 진행할 때 임팩터 결합 표면(88)과 가이드 결합 표면(98) 사이의 결합이 유지되도록 채널(94) 내에 플랜지(112)를 중앙에 위치시키는 것 같이, 도 9h 및 도9i에 도시된 것과 다르게 배열될 수 있다. 달리 말하면, 도 9h 및 도9i에 도시된 바와 같이, 채널(94)에 따른 플랜지(112)의 위치(또한 도 9n에서)는 예시적인 것이며, 반드시 충격력(F)을 가하기 전에 제1 및 제2 축 방향 채널 단부(94A, 94B) 사이에 위치하는 플랜지(112)의 이상적인 상대 위치에 대응하는 것은 아닐 수 있다.
도 9a 내지 도 9i에 도시된 예시적인 예는 가이드 축(A2)이 궤적(T)와 동축으로 초기에 정렬되는 위치에서 궤적(T)를 따라 가이드(104)의 제한된 움직임을 나타내지만, 수술 로봇(32)은 또한, 가이드 축(A2)이 궤적(T)와 동축으로 초기에 정렬되는 것 이외의 다른 지향 및 방향을 포함하는 다른 방식으로, 가이드(104)의 위치 및 이동을 수용하도록 구성될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 아래 도 9i 내지 도9n의 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 이는 특정 상황에서 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)를 개구부(96)를 통해 위치시키고 이동시키는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 9j에서, 보철물(P)은 임팩터 조립체(102)에 부착되고 수술 부위(S)에 수동으로 위치될 수 있다. 여기서, 수술 부위(S)는 충격을 가하는 것에 대해 궤적(T)를 정의하며, 이는 전술한 바와 같이 수술 로봇(32)에 의해 공지될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 로봇 팔(36)은 임팩터 조립체(102)의 샤프트(86)를 향해 가이드(104)를 이동시키며, 그러나 가이드 축(A2)은 궤적(T)과 동축으로 정렬되지 않을 수 있다(도 9j 및 9c에서 가이드(104)의 상대 위치를 비교).
도 9K에서, 임팩터 조립체(102)는 샤프트(86)를 개구부(96)를 통해 채널(94) 내로 이동시키기 위해 수술 부위(S)에 대해 피봇되어 있다. 여기서, 임팩터 축(A1)은 채널(94)을 통과하는 것으로 도시되며, 임팩터 축(A1) 및 가이드 축(A2)은 적(T)와 동축 정렬을 벗어난 상태로 유지될 있다.
상술한 바와 같이, 샤프트(86)가 개구부(96)를 통하여 채널(94) 내에 배치되면, 수술 로봇(32)은 가이드(104)가 수술 부위(S)로부터 멀어지도록 하기 위해 가이드(104)에 대한 임팩터 조립체(102)의 위치에 관한 센서(152)로부터의 정보를 사용할 수 있다. 도 9l에서, 임팩터 결합 표면(88)이 가이드 결합 표면(98)과 맞닿게 배치되도록 가이드(104)는 수술 부위(S)로부터 멀어지고 임팩터 조립체(102)의 플랜지(112)는 가이드(104)의 채널(94) 내에 배치될 수 있다. 여기서, 플랜지(112)의 구형 모양 및 채널(94)의 원통형 모양으로 인해, 플랜지(112)가 상술한 바와 같이 채널(94)를 따라 이동하거나 그렇지 않으면 회전할 때, 회전이 임팩터 조립체(102)와 가이드(104) 사이에서 일어 날 수 있다.
수술 로봇(32)은 임팩터 조립체(102) 및 보철물(P)의 구조적 구성뿐만 아니라 가이드 축(A2) 및 궤적(T)의 방향을 알고 있고 센서(152)를 사용하여 채널(94) 내의 플랜지(112)의 존재 및/또는 위치를 결정할 수 있기 때문에, 수술 로봇(32)은 궤적(T)에 대한 임팩터 축(A1) 및/또는 상대 위치에 기반한 가이드 축(A2)의 배향과, 채널(94)에 따른 수술 부위(S) 및 가이드(104)의 배향 및 플랜지(112)의 상대 위치를 유도하도록 구성될 수 있다. 대안 또는 추가적으로, 임팩터 조립체(102) 및/또는 가이드(104)는, 임팩터 축(A1)의 방향을 용이하게 결정하기 위해, 하나 이상의 센서뿐만 아니라 가이드 추적기(60G) 및/또는 임팩터 추적기(60i)를 구비할 수 있다고 이해될 수 있다. 여기서, 수술 로봇(32)은 임팩터 축(A1), 가이드 축(A2) 및 궤적(T)의 상대 방향을 알고 있거나 결정할 수 있기 때문에, 수술 로봇(32)은, 충격을 가하기 전에 임팩터 축(A1) 및 가이드 축(A2)을 궤적(T)과 동축 정렬로 가이드 하기 위해, 로봇 팔(36)을 구동시키거나 외과 의사가 로봇 팔(36)을 관절식으로 연결하도록 구성될 수 있다. 이러한 유형은 관절은 도 9l 내 지 도 9n에 순차적으로 도시되어 있다.
엔드 이펙터의 제2 실시예가 도 10 내지 도 15c에 도시되어 있다. 후술할 내용으로 이해되는 바와 같이, 이 실시예는 전술한 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예와 유사한 특징 및 장점뿐만 아니라 유사한 구조 및 구성 요소를 공유할 수 있다. 따라서, 제1 실시예의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 다른 대응하는 제2 실시예의 구조 및 구성 요소는 도면 및 이하의 설명에서 200만큼 증가된 참조 번호로 제공될 수 있다.
엔드 이펙터(40)의 제2 실시예는 도 10 내지 도 15c에 도시되어 있으며, 상술한 바와 같이, 도 3 내지 도8c에 도시된 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예와 유사하다. 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예와 엔드 이펙터(40)의 제2 실시예 사이의 구체적인 차이점은 명확, 일관 및 간결성을 위해 이하에서 상세히 설명되지만, 이들 사이에 공통적인 구조 및 구성 요소는 대부분 이하에서 재 도입되거나 설명되지 않을 수 있다.
이와 같이, 아래에 달리 설명되자 않는 한, 상술한 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예의 설명은 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예와 관련하여 제한 없이 포함될 수 있음이 이해될 수 있다. 게다가, 도 10 내지 도 15c에 도시된 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예의 도면은 일반적으로 도 3 내지 도 8c에 도시된 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예의 도면에 대응하기 때문에, 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예와 관련하여 본 명세서에서 논의된 구조 및 구성 요소만이 도 10 내지 도 15c에서 참조 번호로 식별될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이펙터(40)의 제1 실시예의 설명에 대응하는 도 3 내지 도 8c에 도시된 도면 부호는, 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예에 대해 도 10 내지 도 15c에 도시된(그러나 반드시 도면 부호로 식별될 필요는 없음) 대응하거나 공통되는 구조 및 구성 요소를 쉽게 식별하고 이해하는데 사용될 수 있습니다.
도 10 내지 도 15c를 참조하면, 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예가 다양한 관점에서 도시되어 있다. 상술한 바와 같이, 제2 실시예에서, 임팩터 조립체(302)는 전술한 임팩터 조립체(102)의 제1 실시예와 구조적으로 동등하다. 그러나, 제2 실시예에서, 임팩터 결합 표면(288)은제1 실시예와 관련하여 상술한 바와 같이, 플랜지(312)의 일부에 대향하여 샤프트(286)의 일부에 의해 정의될 수 있다. 여기에서도, 샤프트(286)는 임팩터 축(A1) 주위에 정렬된 대체로 원통형인 모양을 가질 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 임팩터 결합 표면(288)은 샤프트(286)의 대체로 원통형인 표면의 일부로서 상응하게 구현될 수 있다.
엔드 이펙터(240)의 제2 실시예에서, 가이드(304)의 리미터(300)도 가이드 결합 표면(298)과 임팩터 결합 표면(298) 사이의 접촉을 유지하기 위해 사용될 수 있고, 축들(A1, A2) 서로 또는 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 동축 정렬을 촉진하도록 도울 수 있다(예를 들어, 도 12b 참조). 그러나, 이 실시예에서, 임팩터 결합 표면(288)은 샤프트(288)의 일부에 의해 정의되기 때문에, 여기서 리미터(300)는 가이드(304)의 바디(292)와 별개로 형성된 개별 구성 요소로 구현될 수 있다. 구체적으로, 이 실시예에서, 리미터(300)는 제3 래치 위치(264A)와 제2 래치 위치(364B) 사이에서 가이드(304)의 바디(292)에 대해 이동 가능한 래치(364로 표시됨)를 포함할 수 있다. 제1 래치 위치(364A)에서, 리미터(300)는, 임팩터 결합 표면(288)에 인접하는 가이드 결합 표면(298)과 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 유지하기 위해(도 15b 참조), 바디(292)의 개구부(296) 밖으로 임팩터 조립체(302)의 이동을 억제할 수 있다. 제2 래치 위치(364B)에서, 리미터(300)는 개구부(296)를 가로질러 임팩터 조립체(302)의 이동을 허용할 수 있다(도 15b 참조).
순차적으로 볼 때, 도 15a 내지 도 15c는 임팩터 조립체(302)가, 샤프트(286)가 개구부(296)를 향하여 개구부(296)을 통해 바디(292)의 가이드 결합 표면(298)에 접근하고 촉진하게 하기 위해, 수술 부위(S)를 중심으로 어떻게 선회될 수 있는지를 도시한다. 여기서, 제1 및 제2 래치 위치(264A, 264B) 사이에서 래치(364)의 이동은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 샤프트(286)와 래치(364)에 대한 접촉에 기인할 수 있다. 그러나, 제1 래치 위치(364A)는, 임팩터 결합 표면(288)에 맞닿는 가이드 결합 표면(298)과 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 유지하도록 개구부(296)f부터 임팩터 조립체(302)의 이동을 억제하기 위해, 리미터(300)에 충분한 임의 적절한 방식으로 정의될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 유사하게, 제2 래치 위치(364B)는, 가이드 결합 표면(298)과 맞닿음 밖으로 이동하기 위한 채널(294) 밖으로 이동뿐만 아니라, 가이드 결합 표면(298)과 맞닿는부를 향해 이동하기 위해 채널(294) 내로 이동을 포함하는 개구부(296)을 가로 지르는 임팩터 조립체(302)의 이동을 허용하기 위해, 리미터(300)에 충분한 임의 적절한 방식으로 정의될 수 있다.
도 12a 내지 도 14에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 가이드(304)의 바디(292)도, 마운트(290)에 부착되도록 구성되고, 개구부(296) 및 가이드 결합 표면(298)을 정의할 수 있다. 그러나 이 실시예에서, 가이드 결합 표면(298)은 대체로 U형 모양을 가지며(도 12b참조), 바디(292)는, 각각의 팔 단부들(368)가 그 사이에 개구부(296)을 정의하기 위해 서로 이격되도록, 가이드 결합 표면(298)으로부터 멀리 연장되는 한 쌍의 팔(366)을 포함할 수 있다. 팔(366) 각각은 팔 단부(268)와 가이드 결합 표면(298) 사이에서 연장되는 팔 표면(370)을 정의할 수 있다. 여기서, 팔 표면(370)들은 축들(A1, A2)을 동축 정려로 만드는 것을 돕기 위해, 개구부(296)와 가이드 결합 표면(298) 사이에 테이퍼링하는 일반적으로 V 형으로 구성으로 배열될 수 있다. 이 구성은 또한, 가이드 축(A2)이 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 동축으로 초기에 정렬되지 않은 시나리오에서, 샤프트(286)의 임팩터 결합 표면(288)을 가이드 결합 표면(298)과 맞닿도록 가이드하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 여기서도 엔드 이펙터(204)의 제2 실시예에서, 외과 의사는, 임팩터 결합 표면(288)을 가이드 결합 포면(298)과 맞닿게 하고 리미터(300)에 의해 유지되게, 샤프트(286) 및/또는 가이드(304)를 연계할 수 있고, 수술 로봇(32)은 축들(A1, A2)이 궤적(T)과 동축 정렬되도록 가이드(304)를 후속적으로 연계할 수 있다.
도 13에 가장 잘 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(240)의 제2 실시예의 채널(294)도 유사하게 제1 및 제2 축 방향 채널 단부들(294A, 294B) 사이에서 연장될 수 있다. 그러나, 이 실시예에서, 채널(294)는 또한, 제2 축 방향 채널 단부(294) 및 바디(292)의 인접 부분 사이에서 사이드 축(A2)으로부터 테이퍼될 수 있다. 이러한 배열은 또한, 임팩터 결합 표면(288)과 가이드 결합 표면(298) 사이의 맞닿음을 용이하게 하기 위해 샤프트(286) 및/또는 가이드(304)가 이동할 때, 축들(A1, A2)을 동축 정렬로 만들고 넓은 범위의 이동 및 방향이 활용되는 것을 허용할 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있음이 이해될 수 있다.
도 13을 계속하여 참조하면, 제1 및 제2 래치 위치들(364A, 364B) 사이에서 래치(364)의 이동을 용이하게 하기 위해, 도시된 실시예에서, 체결구(374)를 통해 바디(292)에 대한 이동을 위해 래치를 회전식으로 지지하게 하기 위해, 구멍(374)이 래치(364)를 통하여 연장되어 형성될 수 있다. 체결구(374)는 바디(292)에 형성된 보스(376)에 의해 단단히 고정될 수 있다. 따라서, 래치(364)는 제1 및 제2 래치 위치들(364A, 364B) 사이에서 체결구(376)에 대해 선회할 수 있다. 도시된 실시예에서, 보스(376)는 바디(292)에 형성된 포켓(378) 안에 배치될 수 있다. 포켓(378)은 또한 여기서는 비틀림 스프링으로 구현된 바이어싱 요소(380)를 수용하고, 이는 보스(376)에 대해 지지되고 래치(365)를 제1 래치 위치(364A)를 향해 가압시키기 위해 래치(365)와 가이드(304)의 바디(292) 사이에 삽입될 수 있다. 그러나, 래치(364)는 본 명세서의 범위를 벗어남 없이, 제1 및 제2 래치 위치들(364A, 364B) 사이에서 바디(292)에 대해 다수의 상이한 방식으로 이동하도록 배열될 수 있음이 이해될 수 있다.
이제 도 12a 내지 도 15c를 참조하면, 래치(364)는, 개구부(296) 밖으로 임팩터 조립체(302)의 이동이 억제되는 제1 래치 위치에 있을 때, 가이드(304)의 바디(292)의 채널(294)을 적어도 부분 적으로 횡단하도록 형상되고 배열될 수 있다(예를 들어, 도 12b 참조). 이러한 배열은, 축들(A1, A2)의 동축 정렬이 가이드 결합 표면(298)과 맞닿는 임팩터 결합 표면(288)과 함께 리미터(300)에 의해 유지되는 것을 보장하는데 도움이 될 수 있음이 이해될 수 있다.
도시된 실시예에서, 그리고 도 12b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 래치(364)는 제1 래치 위치(364A)에 있을 때 임팩터 조립체(302)의 샤프트(286)에 맞물리도록 형성되고 배열되는 유지면(282로 도시됨)을 포함할 수 있다. 따라서, 래치(364)의 보유면(382)은, 가이드 결합 표면(298)에 인접한 임팩터 결합 표면(288)과 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 위해, 샤프트(286)에 인접하여 리미터(300)의 일부를 형성할 수 있다. 여기서, 바이어싱 요소(380)는 또한 가이드 결합 표면(298)에 대한 임팩터 결합 표면(288)의 맞닿음을 유지하기에 충분한 힘을 갖고, 유지면(382)와 샤프트(286) 사이에 맞닿음을 유지하기 유리하게 구성될 수 있음이 이해될 수 있다. 일부 실시예에서, 잠금 메커니즘(미도시)이 제1 래치 위치(364A) 밖으로 래치(364)의 이동을 제한하기 위해 제공될 수 있음이 이해될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
래치(364)는 또한 가이드 결합 표면(298)으로부터 떨어져 대면하는 캠부(일반적으로 384로 표시됨)가 제공될 수 있다. 캡부(384)는, 제1 래치 위치(364A) 및 제2 래치 위치(364B)를 향해 래치(364)의 이동을 용이하게 하도록, 임팩터 조립체(302)의 일부(도 15b참조)에 인접하도록 배치될 수 있다. 이는 임팩터 조립체(302)의 샤프트(286)가 가이드(304)의 개구부(296)를 통해 가이드 결합 표면(298)을 통과하여 임팩터 결합 표면(288)이 가이드 결합 표면(298)과 맞닿게 할 수 있다. 또한, 래치(364)는, 임팩터 조립체가 가이드(304)의 바디(296)의 개구부(296)를 빠져 나가게 하기 위해 외과 의사 또는 사용자에 의해 동작되어 래치(364)를 제1 래치 위치(364A)에서 제2 래치 위치(364B)로 이동시키도록 배결되는 해제부(일반적으로 386으로 표시된)을 더 포함할 수 있다. 그러나, 래치(364)가 다수의 상이한 방식으로 형성될 수 있고, 제1 및 제2 래치 위치들(364A, 364B) 사이에서 이동하기에 충분한 다수의 상이한 형상, 모양 및/또는 구성을 가질 수 있다.
엔드 이펙터의 제3 실시예는 일반적으로 도 16a 내지 도 24d에 도시되어 있다. 이하 수속 설명으로 알 수 있는 바와 같이, 이 실시예는 상술한 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예와 유사한 구조, 구성 요소뿐만 아니라 유사한 특징, 장점 및 동작 사용을 공유할 수 있다. 따라서, 제 1 실시 예의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 그 외 대응하는 제 3 실시예의 구조 및 구성 요소에 도면 및 이하의 설명에서 400만큼 증가된 도면 부호가 제공된다. 또한, 제 3 실시예는 또한 상술 한 엔드 이펙터(240)의 제 2 실시 예와 유사한 특징, 장점 및 동작 사용뿐만 아니라 특정의 유사한 구조 및 구성 요소를 공유할 수 있다. 따라서, 제 2 실시 예의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 그 외 대응하는 제 3 실시예의 구조 및 구성 요소에 도면 및 이하의 설명에서 200만큼 증가된 도면 부호가 제공된다.
엔드 이펙터(440)의 제3 실시예는 도 16a 내지 도 24d에 도시되어 있으며, 본 명세서에 기술되고 도시된 다른 실시예와 유사할 수 있다. 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예와 다른 실시예 사이의 특정 차이점이 명학성, 일관성 및 간결성을 위해 이하 상세히 설명되지만, 실시예들 사이에서 공통된 구조 및 구성 요소의 대부분은 이하에서 재 도입되거나 설명되지 않을 수 있다. 이와 같이, 그리고 아래에서 달리 지시하지 안는 한, 상기 다른 실시예의 설명은 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예와 관련하여 제한 없이 통합될 수 있음이 이해될 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예의 다양한 양태가 본 발명의 다른 실시예에서도 적용될 수 있음이 이해될 수 있다.
이제 도 16a 내지 도 16b를 참조하면, 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예의 임팩터 조립체(502)가 도시되어 있다. 여기서도, 임팩터 조립체(502)는, 임팩터 축(A1)을 따라 충격력(F)를 수용하기 위해 핸들(508)의 근위 단부(480)에 헤드(506a)를 사용하고, 핸들(508)의 샤프트(486)와 그립(510) 사이에 배치되고 임팩터 결합 표면(488)을 정의하는 일반적으로 구형인 구성이 제공되는 플랜지(512)를 포함할 수 있다. 그러나, 이 제3 실시예에서, 샤프트(486)의 원위 단부(482)에 인접한 보철물(P)에 분리 가능하게 부착되는 인터페이스(484)는 캐리어 샤프트(일반적으로 588 표시됨)에 의해 정의될 수 있다(도 16 b 참조). 캐리어 샤프트(588)는 샤프트(486) 및 핸들(508)에 대한 임팩터 축(A1)을 중심으로 회전하도록 지지되며, 또한 아래 상세히 설명되는 바와 같이, 임팩터 축(A1)을 따라 제한된 양의 전이가 지지될 수 있다. 이를 위해, 샤프트(486) 및 핸들(508)의 제3 실시예는 일반적으로 중공이고, 캐리어 샤프트(588)을 수용하기 위해 하나 이상의 원통형 영역(상세히 도시되지 않음)을 포함할 수 있으며, 회전 및/또는 천이 등을 용이하게 할 수 있다. 캐리어 샤프트(588)는 일반적으로 근위 샤프트 단부(590)와 원위 샤프트 단부(592) 사이에서 임팩터 축(A1)을 따라 연장되고, 회전 및 힘 분배를 용이하게 하기 위해 그들 사이에 하나 이상의 베어링 영역(594)가 제공될 수 있다.
이 제3 실시예의 인터페이스(484)는 캐리어 샤프트(588)의 원위 샤프트 단부(524)에 샤프트(486) 자체의 원위 단부(482)에 대향하여 배열된 나사식 결합부(524)에 의해 구현될 수 있다. 오히려, 이 실시예에서 샤프트(484)의 원위 단부(482)에는 보처물(P)에 형성된 대응하는 형상의 노치(notch)부와 맞물리도록 형성되는 대체로 직사각형 모양을 갖는 키(key) 부(596)가 제공될 수 있다(도 16a 참조, 가상 선으로 도시됨). 이 구성은 보철물(P)이 샤프트(486)(및 이에 따라 핸들(508))에 대해 색인되도록 허용하며, 이는 보철물(P)이 수술 부위(S)에 대해 정렬될 필요가 있는 특정 특징을 갖는 응용에 이점이 될 수 있다. 또한, 이 구성은, 임팩터 축(A1)을 중심으로 샤프트(486)를 회전시키지 않고 나사식 결합부(524)를 해제하기 위해 샤프트(486)에 대한 캐리어 샤프트(588)의 회전 및 병진 이동이 사용될 수 있다는 점에서, 보철물(P)와 임팩터 조립체(502) 사이의 분리 가능한 부착을 용이하게 할 수 있다. 이를 위해, 핸들(508)은 또한, 캐리어 샤프트(588)의 근위 샤프트 단부(509)에 동작 가능하게 부착되는, 손잡이(602) 에 대한 접근을 수용하고 용이하게 하도록 형성된 헤드(506)와 그립(510) 사이에 배치된 케이지(600)가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 손잡이(602)는 임팩터 축(A1)을 따라 형성된 축 방향 손잡이 구멍(604); 및 임팩터 축(A1)에 횡방향으로 형성되고 축 방향 손잡이 구멍(604)와 연통하여 배치되는 횡 방향 손잡이 구멍(606)을 포함할 수 있다. 축 방향 손잡이 구멍(604)는 캐리어 샤프트(588)의 근위 샤프트 단부(590)를 수용하도록 형성되며, 횡 방향 손잡이 구멍(606)은 캐리어 샤프트(588)(도 16b 참조)에 형성된 횡 샤프트 구멍(610) 내에 또한 수용되는 횡 핀(608)을 또한 수용하도록 형성될 수 있다. 캐리어 샤프트(588)의 유지를 보장할 뿐만 아니라, 이 구성은 또한 손잡이(602) 및 캐리어 샤프트(588)가 임팩터 축(A1)을 중심으로 회전 및 병진 이동하는 것을 허용할 수 있다. 여기서, 핸들(508)의 케이지(600)은 일반적으로 U형 모양을 가지며, 임팩터 축(A1)을 따라 손잡이(602)의 제한된 이동을 허용하면서 또한 외과 의사에게 손잡이(602)에 대한 액세스를 제공하도록 구성될 수 있다.
도 17 내지 도21을 참조하면, 엔드 이펙터(40)의 제3 실시예의 가이드(504)가 일반적으로 도시되고, 마찬가지로 수술 로봇(32)의 커플링(38)에 대한 분리 가능한 부착을 용이하게 하기 위해, 마운트(490)에 동작 가능하게 부착된 바디(492)(상세히 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 여기서도, 바디(492)는 일반적 채널(494), 개구부(496), 가이드 결합 표면(498) 및 리미터(500)을 포함할 수 있다. 도 18b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 가이드(504)의 바디(492)는 특히, 센서 서브 조립체(612), 팔로워 서브 조립체(614), 및 입력 모듈(616)을 수용하기 위해, 이 실시예에서 포켓(578)을 사용할 수 있으며, 이들 각각은 아래에서 더 상세히 설명된다.
이 제3 실시예에서, 센서 서브 조립체(612)는 일반적으로 복수의 센서들(552)을 지지하는 센서 하우징(618)을 포함하고, 체결구(574)를 통해 가이드(504)의 바디(492)에 고정될 수 있다. 보다 구체적으로 도 18b에 가장 도시된 바와 같이, 센서 서브 조립체(612)는 제1 푸시로드 센서(552A), 제2 푸시로드 센서(552B) 및 인력 센서(552I) 를 포함하고, 이들 각각은 로봇 제어 시스템(48)(예를 들어, 로봇 제어기(52) 또는 수술 시스템(30)의 다른 구성 요소와 통신(유선 또는 무선 전기 통신)하도록 배치될 수 있다. 입력 센서(552I)는 입력 모듈(616)에 의해 맞물리거나 다른 방식으로 통신하도록 배치될 수 있고, 제1 및 제2 푸시로드 센서(552A, 552B)는 팔로워 서브 조립체(614)에 의해 맞물리거나 통신하도록 배치될 수 있다. 아래 후속 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 센서 서브 조립체(612)의 각각의 센서(552)는 다수의 상이한 유형, 스타일, 구성 등 및 기타 구성일 수 있으며, 본 명세서에 구체적으로 예시된 것들 이외에도 본 명세서에 고려될 수 있다. 도 18b에 도시된 바와 같이, 입력 모듈(616)은 의사에 의한 선택적 동작 위해 구성되고, 일반적으로 입력 프레임(620) 및 입력 버튼(622)를 포함할 수 있다. 입력 프레임(620)은 하나 이상의 체결구(574)를 통해 가이드(504)의 바디(492)에 고정되고, 이에 대한 이동을 위한 입력 버튼(622)을 지지할 수 있다. 입력 버튼(622)은(예를 들어, 입력 버튼(622)을 누름으로써) 의사에 의한 동작에 응답하여 입력 센서(522I)와 맞물리도록 배열된 도출부(624)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 입력 버튼(622)은 스프링(도시되지 않음)에 의해 입력 프레임으로부터 탄성적으로 바이어스될 수 있다. 그러나 다른 구성이 고려될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 입력 모듈(616)은 외과 수술 동안 상이한 방식으로 수술 로봇(32)을 동작시키는 것을 용이하게 하도록 구성될 있다.
센서 서브 조립체(612)와 같이 팔로워 서브 조립체(614)는 가이드(504)의 바디(492)에 형성된 포켓(578) 내에 수용되도록 구성되며, 체결구(574)로 바디(492)에 고정될 수 있다. 이 제3 실시예에서, 포켓(578)은 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 팔로워 서브 조립체(614)의 부착을 용이하게 하기 위해, 채널(494)과 연통하여 연장될 수 있고, 채널(494)에 인접한 포켓(578)에 위치하는 팔로워 하우징(626)을 포함할 수 있고, 개구부(496)를 통과할 수 있도록 크기 및 형상일 수 있다. 이 구성은 가이드(504)의 조립을 용이하게 하고 센서 서브 조립체(612)가 채널(494)에 대해 적절하게 위치되도록 할 수 있다(도 18a 참조). 포켓(578)은 제3 실시예에서 채널(494) 내로 연장되기 때문에, 가이드 결합 표면(498)은 바디(492) 및 팔로워 하우징(626)의 일부에 의해 정의될 수 있다. 달리 말하면, 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)에 의해 정의되는 임팩터 결합 표면(488)은 이 실시예에서 바디(492) 및 팔로워 하우징(626) 둘 다에 맞닿을 수 있다.
센서 서브 조립체(614)와 같이 팔로워 서브 조립체(614)는 가이드(504)의 바디(492)에 형성된 포켓(578) 내에 수용되도록 구성되며, 체결구(574)로 바디(492)에 고정될 수 있다. 이 제3 실시예에서, 포켓(578)은 팔로워 서브 조립체(614)의 부착을 용이하게 하기 위해 채널(494)과 연통될 수 있으며, 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 팔로워 서브 조립체(614)는 채널(494)에 인접한 포켓(578)에 위치하며 개구부(496)를 통과할 수 있는 크기 및 형상을 갖는 팔로워 하우징(626)을 포함할 수 있다. 이 구성은 가이드(504)의 조립을 용이하게 하고 센서 서브 조립체(612)가 채널494)에 대해 적절하게 위치되도록 할 수 있다(도 18a 참조). 포켓(578)은 이 제3 실시에에서 채널(494) 내로 연장되기 때문에, 가이드 결합 표면(498)은 바디(492) 및 팔로워 하우징(626)의 일부에 의해 정의될 수 있다. 다르게 말하면, 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)에 의해 정의된 임팩터 결합 표면(488)은 이 실시예에서 바디(492)와 팔로워 하우징(626) 모두에 인접할 수 있다.
팔로워 하우징(626)에 추가하여 도 18a 내지 도 19b 및 도 21을 참조하면, 팔로워 서브 조립체(614)는 또한 일반적으로 제1 및 제2 트리거(628, 630), 제1 및 제2 트리거 핀(632, 634), 제1 및 제2 푸시로드(636, 634), 제1 스프링 및 제2 스프링(640, 642), 제1 및 제2 시트(seat)(644, 646), 제1 및 제2 키퍼(keeper)(648, 650) 및 매니 폴드 바디(652)를 포함할 수 있다. 이들 각각의 구성 요소는 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 22a 내지 도 24d와 관련하여 설명된 바와 같이, 팔로워 하우징(626)은 일반적으로 제1 및 제2 트리거 핀(632, 634) 각각에 대한 이동을 피봇하기 위해 제1 및 제2 트리거(628, 630)를 지지할 수 있다. 이를 위해, 팔로워 하우징(625)은 매니 폴드 바디(652)에 맞닿도록 대체로 편평한 모양을 갖는 플랜지 표면(654) 및 채널(494)에 상보적이고 가이드 결합 표면(498)의 일부를 형성하는 만곡된 모양을 갖는 대향 결합 표면(656)을 정의할 수 있다(도 18a, 도 18b 및 도 20 참조). 체결구(574)는 매니 폴드 바디(652)를 팔로워 하우징(626)에 동작하게 부착될 수 있다(부착은 도시되지 않음). 각각 일반적으로 직사각형 모양(상세히 도시되지 않음)을 갖는 제1 및 제2 트리거 슬롯(658, 660) 은 플랜지 표면(654)을 향하여 종 방향으로 연장되는 결합 표면(656)에 의해 정의되고, 제1 미 제2 트리거(628, 630)를 각각 수용하도록 형상되고 배치될 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 핀 보어(bore)(662, 664)는 또한 제1 및 제2 트리거 슬롯(658, 660) 각각을 통해 그리고 팔로워 하우징(626)의 측면을 통해 측 방향으로 연장되는 팔로워 하우징(626)에 정의될 수 있다. 제1 및 제2 핀 보어(662, 664)는 각각 제1 및 제2 트리거(628, 630)를 통해 연장되는 제1 및 제2 트리거 핀(632, 634)을 수용하도록 형상 및 배열될 수 있다.
트리거(628, 630)는, 플랜지(512)와의 결합에 응답하여 채널(494) 내로 연장되고 센서를 향해 편향되도록 구성되어 있다는 점에서, 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예와 관련하여 전술한 트리거(154)와 유사하다. 보다 구체적으로, 제1 및 제2 트리거(628, 630)는, 트리거(628)의 트리거 보어(666)는 제1 트리거 핀(632)에 대해 회전 가능하게 지지되고 제2 트리거(630)의 트리거 보어(666)가 제2 트리거 핀(634) 주위에서 회전 가능하게 지지되게, 트리거 보어(666) 및 트리거 슬롯(668)을 정의할 수 있다. 또한, 제2 트리거 핀(634)은 제1 트리거(628)의 트리거 슬롯(668)을 통해 연장되고, 제1 트리거 핀(632)은 제2 티리거(630)의 트리거 슬롯(668)을 통해 연장될 수 있다.
트리거 슬롯(668)은 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)와의 결합에 응답하여 각각의 트리거 핀들(632, 634)에 대한 각 트리거(628)의 제한된 이동을 허용하기 위해 형상되고 배열될 수 있다. 더 구체적으로, 제1 트리거(628)는, 임팩터 조립체(502)(도 22a, 도 22b, 도 22g 및 도 22f 참조), 수축된 제1 위치(628R)(도 22 및 도 22e 참조) 및 연장된 제1 위치(628E)과 수축된 제1 위치(628R) 사이의 적어도 하나의 중간 제1 위치(628I) 사이에서 이동을 위해 배열될 수 있다. 유사하게, 제2 트리거(630)는 연장된 제2 위치(630E)(도 22a 내지 도 22c 및 도 22h 참조), 수축된 제2 위치(630R)(도 22e 및 도 22f 참조), 및 연장된 제2 위치(630E)와 수축된 제2 위치(630R) 사이의 하나 이상의 중간 제2 중간 위치(630I)(도 22d 및 도 22g 참조) 사이에서 이동을 위해 배치될 수 있다.
제1 및 제2 트리거들(628, 630)은 각각 플랜지 영역(672) 및 푸시로드 영역(674)을 형성하는 엣지(edge) 표면(670)을 포함할 수 있다. 플랜지 영역(672)은 트리거들(628, 630)이 확장된 위치(628E, 630E)에 있을 때 채널(494) 내에 배치되고, 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)에 맞닿거나 맞물리거나 접촉하고 각각의 트리거 핀(632, 634)에 대한 피봇 운동을 촉진하기 위해 형성되고 배열될 수 있다. 플랜지 영역(672)은 플랜지(512)와의 결합을 통해 완전히 피봇될 때 채널(494)의 곡선 모양을 보완하기 위한 곡선 및/또는 각진 모양(도 20 참조)을 가질 수 있다. 제1 및 제2 트리거들(628, 630)의 푸시로드 영역(674)은, 제1 및 제2 트리거들(628, 630)의 회전 이동을 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 축 방향 이동으로 천이하기 위해, 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 각각의 스템(stem)에 인접하도록 형상될 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 제1 및 제2 푸시로드(628, 638)은 화장된 위치(628E, 630E)로부터 각각의 트리거들(628, 630)의 이동에 응답하여 센서들(552A, 552B)를 결합하기 위해 제1 및 제2 트리거들(628, 630)과 제1 및 제2 푸시로드 센서들(552A, 552B) 각각의 사이에 힘 천이 관계로 삽입될 수 있으며, 이는 채널(595)의 제1 및 제2 축 방향 채널 단부들(494A, 484B) 사이의 플랜지(512)의 상대 축 방향 위치가 결정되는 것을 허용할 수 있다.
제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 스템(676)은 제1 및 제2 트리거들(628, 630)의 푸시로드 영역(674)과의 맞닿음을 용이하게 하기 위해 각각 제1 및 제2 트리거(628, 630)과 각각 연통하는 팔로워 하우징(626)의 플랜지 면(654)에 의해 정의되는 스템 보어(678) 내에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)는 또한 스템(676)으로부터 축 방향으로 연장되는 각각의 생크(shank)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 생크(680)는 제1 및 제2 시트(644, 646)에 형성된 각각의 생크 보어(682)를 통해 연장되고, 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 스템(676)과 제1 및 제2 시트(644, 646)의 브림(brim)(도 19b 참조) 사이에서 각각 제1 및 제2 스프링(640, 642)을 지지(또는 적어도 이동을 제한)할 수 있다. 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 생크(680)의 부분뿐만 아니라 제1 및 제2 시트들(644, 646)의 부분도 매니 폴드 바디(652)를 통해 종 방향으로 형성된 시트 보어(686)를 통해 연장될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 키퍼(648, 650)는 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 푸시로드 단부(690)에 인접한 각각의 제1 및 제2 푸시로드(636, 638)에 형성된 노치(688)에 안착될 수 있으며, 이는 제1 및 제2 푸시로드 센서(552A, 552B)와 각각 맞물리거나 상호작용할 수 있다. 이 구성은 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)을 유지하고, 일부 실시예에서, 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)은 각각 제1 및 제2 트리거들(628, 630)와 맞물리도록 각각 독립적으로 바이싱되도록 스템(676) 및 브림(684) 사이에서 제1 및 제1 스프링들(640, 642)을 예입할 수 있다. 따라서, 각각의 연장 및 수축 위치(628E, 630E, 628R, 630R) 사이에서 제1 및 제2 트리거(628, 630)의 회전 이동은 제1 및 제2 푸시로드들(636, 638)의 푸시로드 단부(690)의 축 방향 이동으로 천이될 수 있고, 이는 푸시로드 센서(552A, 552B)를 통해 감지되거나 달리 결정될 수 있다.
도 22a 내지 도 22h 및 도 24a 내지 도 24d를 참조하면, 엔드 이펙터(440)의 보철물(P) 및 수술 부위(S)의 제3 실시예의 일부는 개략적인 윤곽으로 도시되며, 일부 개략적인 윤곽은 가상으로, 및/또는 설명을 위해 과장된 기하학을 사용하였다. 도 22a 내지 도 22h는 특히 아래 더 상세히 설명되는 바와 같이, 센서 서브 조립체(612)의 동작을 설명하기 위해, 엔드 이펙터(440)에 대한 가이드(504)의 다양한 위치를 나타낸다. 여기서, 보철물(P) 및 수술 부위(S)는 명확성 및 다양한 유형의 워크피스(44) 및/또는 타겟(46)을 포함하는 다수의 상이한 유형의 외과 수술과 관련하여 사용될 수 있다는 것을 반복하기 위해 일반적으로 표현될 수 있다.
도 22a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 수술 부위(S)는 궤적(T)를 따라 타겟 기준점(TRP)를 정의하고, 보철물(P)은 보철물(P)이 분리 가능하게 부착되는 임팩터 조립체(502)의 임팩터 축(A1)을 따라 워크피스 기준점(WRP)를 정의할 수 있다. 여기서도, 임팩터 조립체(502)는 플랜지(512)의 중심(예를 들어 임팩터 결합 표면(488)을 정의하는 구형 모양의 기하학적 중심)에 배치된 임팩터 축(A1)을 따라 플랜지 기준점(FRP)을 정의할 수 있다. 유사하게 가이드(504)는 채널(494)의 중심에 배치된 가이드 축(A2)을 따라 가이드 기준점(GRP)을 정의할 수 있다(예를 들어, 제1 축 방향 채널 단부(494A) 및 제2 축 방향 채널 단부(494B) 사이에 등거리로 이격됨).
도 22a에 도시된 예시적인 예에서, 보철물(P)는 워크피스 기준점(WRP)에 의해 정의되는 타겟 기준점(TRP)과 일치한 후에 보철물(P)의 의도된 위치로, 워크피스 기준점(WRP)이 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격되게, 궤적(T)를 따라 정렬된 임팩터 축(A1)으로 수술 부위(S)에서 충격을 받도록 배치될 수 있다. 도 22a 및 도 22b는 워크피스 기준점(WRP)이 제1 워크피스-타겟 거리(692A)에서 타겟 기준점(TRP)으로부 이격된 것을 나타내고, 여기서, 로컬라이저 좌표계(LCLZ)내에서 워크피스 기준점(WRP)의 좌표점과 타겟 기준점(TRP)사이의 거리로 표현될 수 있다. 또한, 도 22a 및 도 22b는 플랜지 기준점(FRP)이 제1플랜지-타겟 거리(694A)에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격된 것을 도시하고, 여기서는 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 플랜지 기준점(FRP)의 좌표점과 타겟 기준점(TRP)사이의 거리로 표현될 수 있다. 또한, 도 22b는 제1 가이드-타겟 거리(696A)에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 가이드 기준점(GRP)을 도시할 수 있으며, 여기서, 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 가이드 기준점(GRP)의 좌표점고 타겟 기준점(TRP)사이의 거리로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 “점”으로 설명되었지만, 가이드 기준점(GRP), 플랜지 기준점(FRP), 타겟 기준점(TRP) 및 워크피스 기준점(WRP) 중 하나 이상이 좌표계와 같은 다른 방식으로 정의될 수 있음(예를 들어, 위치 및 방향을 나타내는)이 이해될 수 있다.
도 22a 및 도 22b에 도시되지 않았으나, 도 1에 도시된 가이드 추적기(60G), 임팩터 추적기(60I) 및 제1 환자 추적기(60A)는 가이드 기준점(GRP), 플랜지 기준점(FRP) 및 타겟 기준점(TRP)은 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 모니터링되는 하나의 방법을 보여준다. 여기서, 보철물(P)는 임팩터 조립체(502)의 인터페이스(484)에 분리 가능하게 고정되기 때문에, 워크피스 기준점(WRP)은 임팩터 조립체(502)와 보철물(P) 사이의 공지된 기하학적 관계에 기초하여 플랜지 기준점(FRP)을 변환함으로써 결정될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 내비게이션 시스템(50)은 추적기(60)를 사용하여 로컬라이저 좌표계(LCLZ) 내에서 가이드 기준점(GRP), 플랜지 기준점(FRP), 타겟 기준점(TRP) 및 워크피스 기준점(WRP)을 모니터링하는데 사용될 수 있음이 이해될 수 있다. 그러나, 다양한 추적 기술이 이용될 수 있고, 특정 응용에서 수술 시스템(30)의 특정 구성 요소와 함께 특정 추적기(60)를 사용하는 것이 불필요하거나 비현실적 일 수 있음이 이해될 수 있다.
비 제한적인 예로서, 가이드 기준점(GRP)는 예를 들어, 가이드(504)와 커플링(38) 사이의 공지된 기하학적 관계와 함께 고려되는 로봇 팔(36)의 특정 구성 및 배치(예를 들어, 조인트의 센서에 해 결정)에 기초하는 바와 같이, 가이드 추적기(60G)를 사용하지 않고 결정될 수 있다. 추가적인 비 제한적인 예로서, 임팩터 추적기(60I)를 이용하면서 내비게이션 시스템(50)이 타겟 기준점(TRP)에 대해 워크피스 기준점(WRP)을 모니터링할 수 있게 하는 한편, 임팩터 조립체(502)의 특정 실시예(예를 들어, 도 22a 내지 도 22h와 관련하여 도시된 바와 같이)는 임팩터 추적기(60I)를 생략할 수 있다. 이러한 경우에, 그리고 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 임팩터 조립체(502)가 가이드(504)에 대해 공지된 방식으로 배치, 배열 또는 그 외 배향되는 것을 지시하는 신호를 센서(552)가 생성하게 하는 하나 이상의 센서(552)와 미리 결정된 상호 작용을 야기하는 임팩터 조립체(502)와 가이드(504) 사이의 공지된 기하학적 관계에 기초하야 가이드 기준점(GRP)을 변환함으로써, 플랜지 기준점(FRP)(및 따라서 워크피스 기준점(WRP))을 결정하기 위해 하나 이상의 센서(552)가 이용될 수 있다.
도 22a 내지 도 24d는 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예(본 명세서의 다른 실시예뿐만 아니라)의 가이드(504)에 연결된 하나 이상의 센서(552)가 임팩터 조립체(502)의 위치를 결정(또는 다른 방식으로 변화에 응답)하는데 어떻게 사용될 수 있는지를 포함하는 다양한 실시예를 도시한다. 도 22a 내지 도 22d와 관련하여 본 명세서에 기술된 대표적인 실시예에서, 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b)는 순간적으로 스위치로서 구현되지만, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 다른 유형 및 구성일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 명학성 및 일관성을 위해, 도 22a 내지도 도 22d의 전술한 설명은 제2 푸시로드 센서(552b)가 결합 해제된 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)와 결합된 결합된 제2 센서 상태(S2B) 사이에서 동작 가능한 것에 기초할 뿐만 아니라 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)와 결합된 결합된 제1 센서 상태(S1B) 사이에서 작동 가능한 제1 푸시로드 센서(552A)에 기초할 수 있다.
제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b)의 결합/분리가 도 22a 내지 도 22h와 관련하여 아래에서 상세히 설명될 것이지만, 도 23 또한 수술 시스템(30)의 다른 부분과 통신될 수 있는 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b)에 의해 생성된 신호(SN1, SN2)의 그래픽적 표현을 나타낸다. 도 23에서, 수직선 A, B, C, D, E, F, G 및 H는 각각 도 22A, 22B, 22C, 22D, 22E, 22E, 22G 및 도 22H에 도시된 것에 대응한다. 또한, 23에서 대시-점-대시(dash-dot-dash) 선은 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A) 및 결합된 제1 센서 상태(S1B)(여기서는 수평선으로 표시됨) 사이의 제1 신호(SN1)를 나타내고, 대시-점-점-대시(dash-dot-dot-dash) 선은 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A) 및 결합된 제2 센서 상태(S2B)(여기서는 수평선으로 표시됨) 사이의 제2 신호(SN2)를 나타낸다.
도 22a에서, 가이드(504)는 임팩터 조립체(502)로부터 수평으로 이격되어 도시되어 있으며, 도 22b는 가이드(504)의 채널(494) 내에 임팩터 조립체(502)의 샤프트(486)를 위치시키기 위해 가이드(504)가 좌측으로 수평 이동된 것을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 22b에서, 수술 로봇(32)는 가이드 축(A2)을 궤적(T)과 정렬시키기 위해 수술 부위(S)에 대해 가이드(504)를 이동시켰다. 본 명세서에 설명되지 않았지만, 수술 로봇(32)는 궤적(T)와 가이드 축(A2)의 정렬을 유지하기 위해 로봇 팔(36)을 제어하거나 달리 구동함으로써 수술 부위(S)의 이동을 보완할 수 있음이 이해될 수 있다.
도 22b는 보철물(P)과 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512) 사이에 수직으로 배치되는 가이드(504)의 채널(494) 내에 배열된 임팩터 조립체(502)의 샤프트(486)을 도시한다. 상술한 바와 같이, 이러한 배열은 외과 의사가 가이드(504)와 독립적으로 임팩터 조립체(502)를 연계, 조작 또는 그 외 방식으로 다룰 수 있게 할 수 있으며, 일단 채널(494) 내에 위치되면 외과 의사는 궤적(T)을 따라 가이드(504)를 수술 부위(S)로부터 멀어지고 플랜지(512)를 향하여 이동할 수 있다(예를 들어, 수직으로). 도 22b(및 도 22a)는 또한 제1 트리거(628) 및 제2 트리거(630)이 각각의 확장된 위치(628E, 630E)에 배열된 것을 도시한다. 명확성과 일관성을 위해 달리 설명하지 않는 한, 제1 푸시로드 센서(552A)는 628E에서 제1 트리거(628)와 맞물리지 않는 것으로 간주되고, 638R 또는 중간 제1 위치(628I) 중 하나에서 제1 트리거(628)와 맞물리는 것으로 간주될 수 있다. 마찬가지로 달리 명시하지 않는 한, 제2 푸시로드 센서(552b)는 확장된 위치(630E)에서 제2 트리거(630)와 맞물리지 않는 것으로 간주되고, 수축된 제2 위치(630R) 또는 중간 제2 위치(630I) 중 하나에서 제2 트리거(630)와 맞물리는 것으로 간주될 수 있다. 달리 말하면, 확장된 위치(628E, 630E)는 임팩터 조립체(502)와의 결합 부재에 의해 정의되고, 수축된 위치(628R, 630R)(및 중간 위치(628I, 630I))는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)와의 결합에 의해 정의될 수 있다. 그러나 다른 구성이 고려될 수 있다.
도 22c는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494)에 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)가 제2 가이드-타겟 거리(696B)에 배치되도록 가이드(504)가 이동되는 것을 도시한다. 달리 말하면, 이 배열에서, 임팩터 결합 표면(488)은 가이드 결합 표면(498)가 접하고 있으며(여기서는 미도시), 가이드 기준점(GRP)은 플랜지 기준점(FRP) 아래에 수직으로 배열 될 수 있다. 도 22c는 또한 제1 트리거(628)의 플랜지 영역(672)에 인접하는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 확장된 위치(628E)로부터 떨어지고 중간 제1 위치(628I) 중 하나로 제1 트리거 핀(632)에 대해 회전할 수 있다. 이는 결국 제1 푸시로드(636)을 제1 푸시로드 센서(552A) 와 결합되도록 진행시킬 수 있다(도 22c와 도 22b 비교). 그러나, 이러한 방식으로 제2 가이드-타겟 거리(696B)에 배치될 때, 제2 트리거(630)의 플랜지 영역(672)은 플랜지(512)와 맞닿지 않고 확장된 위치(630E)에 배치된 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 제2 푸시로드(638)는 제2 푸시로드 센서(552b)와 결합되지 않고 유지될 수 있다. 따라서, 도 23은 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)에서 결합된 제1 센서 상태(S1B) 로 이동된 제1 신호(SN1)(수직선 c에서)를 도시하고, 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)로 유지된 제2 신호(SN2)를 도시한다.
도 22d는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494)에 추가로 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)가 제3 가이드-타겟 거리(696C)에 배열되도록 이동된 가이드(504)를 도시한다. 도 22에서도 가이드 기준점(GRP)는 플랜지 기준점(FRP) 아래에 수직으로 배열된다. 도 22는 또한 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 제1 트리거(628)의 플랜지 영역(672)에 맞닿아 있고, 이는 제1 트리거 핀(632)을 수축된 수축된 제1 위치(628R)로 더 회전된 것을 도시한다. 이는 팔로워 하우징(626)을 제1 푸시로드 센서(552A)아 결합되도록 추가로 진행시켰다(도 22d와 도 22c 비교). 여기서, 스위치 이외의 다른 유형의 센서(552)는 푸시로드들(636, 638)과 결합/분리를 나타내는 디지털 신호에 대항하는, 푸시로드들(636, 638)의 상대 위치를 나타내는 아날로그 신호를 생성하는데 이용될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 22d는 또한, 제2 트리거(630)의 플랜지 영역(672)에 대해 맞닿는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 확장된 위치(630E)로부터 멀리 및 중간 제2 위치(630I) 중 어느 하나로 634에 대해 회전되었다. 이는 제2 푸시로드(638)가 제2 푸시로드 센서(552b) 방향으로 그리고 이와 결합하도록 진행되었다(도 22d와 도 22c 비교). 따라서, 도 23은 결합된 제1 센서 상태(S1B)로 유지되는 제1 신호(SN1)(수직선 D에서)를 도시하고, 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)로부터 결합된 제2 센서 상태(S2B)로 이동된 제2 신호(SN2)(수직선 D에서)를 도시한다.
도 22e는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494)에 추가로 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)가 696d에 배열되도록 이동된 가이드(504)를 도시한다. 더 구체적으로, 도 22e에서 가이드 기준점(GRP)는 플랜지 기준점(FRP)와 일치하도록 배열될 수 있다. 도 22e는 또한 제1 트리거(628)의 플랜지 영역(672)에 맞닿는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 특히 제1 트리거(628) 및 플랜지(512)의 기하학적 구조에 기반하여 도 22d에 도시된 바와 같이 일반적으로 동일한 배열로 유지될 수 있다. 이와 같이, 제1 푸시로드(636)은 제1 푸시로드 센서(552A)와 결합된 상태와 유사하게 유지될 수 있다. 도 22e는 또한 제2 트리거(630)의 플랜지 영역(672)에 맞닿는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 수축된 제2 위치(630R)로 634에 대해 더 회전되었다. 이에 따라, 제2 푸시로드(638)가 센서(552)와 결합되게 진행되었다(도 22e와 도22d 비교). 따라서, 도 23은 결합된 제1 센서 상태(S1B)로 유지되는 제1 신호(SN1)을 도시하고, 결합된 제2 센서 상태(S2B) 상태로 유지되는 제2 신호(SN2)를 도시한다.
도 22는임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494)에 추가로 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)이 696e에 배열되도록 가이드(504)가 이동되는 것을 도시한다. 보다 구체적으로 도 22f에서 가이드 기준점(GRP)은 플랜지 기준점(FRP)위에 수직으로 배열될 수 있다. 도 22는 또한 제1 트리거(628)의 플랜지 영역(672)에 맞닿는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 수축된 제1 위치(628R)로부터 멀어지고 중간 제1 위치(628I)중 하나로 제1 트리거 핀(632)를 중심으로 회전하기 시작한다. 이와 같이, 제1 푸시로드(636)은 약간 수축되지만 여전히 제1 푸시로드 센서(552A)와 결합된 상태로 유지될 수 있다(도 22f와 도 22e 비교). 도 22f는 또한 제2 트리거(630)의 플랜지 영역(672)에 맞닿는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하며, 이는 특히 도 22e에 도시된 바와 같이, 제2 트리거(630) 및 플랜지(512)의 기하학적 구조에 기초하여 일반적으로 동일한 배열로 유지된다. 이와 같이, 제2 푸시로드(638)이 제2 푸시로드 센서(552b)와 결합된 상태로 유사하게 배치되어 유지될 수 있다(도 22f와 도 22e 비교). 따라서, 도 23은 결합된 제1 센서 상태(S1B)로 유지되는 제1 신호(SN1)(수직선 F에서)를 도시하고, 결합된 제2 센서 상태(S2B)로 유지되는 제2 신호(SN2)(수직선 F에서)를 도시한다.
도 22g는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494)에 추가로 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)가 696f에 배열되도록 이동되는 가이드(504)를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 22g에서 가이드 기준점(GRP)은 플랜지 기준점(FRP) 위에 수직으로 배열될 수 있다. 도 22g는 또한, 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 제1 트리거(628)과 맞닿음로부터 나오고, 이는 확장된 위치(628E)로 제1 트리거 핀(632)에 대해 회전된다. 이와 같이, 제1 푸시로드(636)는 또한 수축되고, 이제 제1 푸시로드 센서(552A)와 결합되어 배치된다(도 22g와 도 22f 비교). 도 22g는 또한, 제2 트리거(630)의 플랜지 영역(672)에 맞닿아 있는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)를 도시하고, 이는 수축된 제2 위치(630R)로부터 중간 제2 위치(630I) 중 하나로 634에 대해 회전을 시작한다. 이와 같이 제2 푸시로드(638)은 약간 수축되지만 여전히 제2 푸시로드 센서(552b)와 결합으로 배치된 상태로 유지될 수 있다(도 22g와 도 22f 비교). 따라서, 도 23은 결합된 제1 센서 상태(S1B)로부터 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)로 이동된 제1 신호(SN1)(수직선 G에서)를 도시하고, 결합된 제2 센서 상태(S2B)로 유지되는 제2 신호(SN2)(수직선 G에서)를 도시한다.
도 22h는 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 맞닿음 없이 가이드(504)의 채널(494) 내로 약간 배치된 상태로, 가이드 기준점(GRP)이 696g에 배열되도록 이동되는 가이드(504)를 도시한다. 도 22h에도 마찬가지로 가이드 기준점(GRP)은 플랜지 기준점(FRP) 위에 수직으로 배열된다. 도 22h는 또한 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 확장된 위치(628E)에서 628와 맞닿지 않은 상태로 유지되는 것을 도시한다. 이와 같이 제1 푸시로드(636)는 제1 푸시로드 센서(552A)와 결합되지 않은 배치로 유지될 수 있다(도 22h와 도 22g 비교). 도 22h는 또한 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 제2 트리거(630)과 맞닿음 밖으로 나오는 것을 도시하고, 이는 확장된 위치(630E)로 634에 대해 회전된다. 이와 같이, 제2 푸시로드(638)는 수축되고 이제 제2 푸시로드 센서(552b)와 결합 밖으로 배치될 수 있다(도 22h와 도 22g 비교). 따라서, 도 23은 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)로 유지되는 제1 신호(SN1)(수직선 H에서)를 도시하고, 결합된 제2 센서 상태(S2B)로부터 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)로 이동된 제2 신호(SN2)(수직선 H에서)를 도시한다.
상술한 바와 같이, 도 23은 도 22a 내지 도 22h에 도시된 각각의 위치에 대한 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b)에 의해 각각 생성된 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2) 각각의 그래픽적 표현을 도시한다. 신호(SN1, SN2)는 상술한 바와 같이 결합 해제 상태(결합된 제1 센서 상태(S1B), 결합된 제2 센서 상태(S2B))와 결합 상태(결합된 제1 센서 상태(S1B), 결합된 제2 센서 상태(S2B)) 사이의 이동을 나타내는 “사각파”를 각각 포함하는 것으로 도시되어 있다. 신호들(SN1, SN2)은 특히 센서(552)의 구성 및/또는 센서 서브 조립체(612), 가이드(504), 및/또는 임팩터 조립체(502)의 다양한 다른 구성에 기반하여 다른 방식으로 구현될 수 있다. 다른 구성이 고려될 수 있다.
도 23을 계속하여 참조하면, 수직선 A, B, C, D, E, F, G 및 H 사이의 수평 간격은 임의적일 수 있다. 그럼에도 불구하고, 각각의 수직선 A, B, C, D, E, F, G 및 H과 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)의 교차점은 도 22a 내지 도 22h의 상술한 설명과 일치하는 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b) 각각의 상태에 대응한다. 엔드 이펙터(440)의 이러한 대표적인 실시예에서, 임팩터 조립체(502)의 헤드(506)은 가이드(504)의 채널(494)에 맞지 않게 너무 크고, 이에 따라 외과 의사는 가이드 결합 표면(498)을 임팩터 결합 표면(488)과 맞닿게 하기 위해, 가이드(504)를 수술 부위(S)로부터 멀리 이동시킬 필요가 있다. 다른 구성이 본 명세서에 의해 고려되지만(예를 들어, 채널(494) 내에 맞을 수 있는 헤드(506)을 갖는), 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예와 관련하여 도시된 구성은가이드(504)가 수술 부위(S)로부터 점진적으로 더 멀리 이동함에 따라 제1 트리거(628)과 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512) 사이의 맞닿음은 제2 트리거(630)과 플랜지(512)의 맞닿음 전에 발생할 수 있다(도 22 b 내지 도 22h를 순차적으로 비교). 특히, 궤적(T)과 가이드 축(A2)의 정렬을 유지하기 위해 수술 시스템(30)이 가이드(504)의 수술 부위(S)에 대한 배열을 결정할 수 있기 때문에, 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 공지된 위치의 가이드(504)를 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)의 상태와 비교함으로써, 가이드(504)에 대한 임팩터 조립체(502)의 위치가 결정될 수 있다.
임팩터 조립체(502)의 도시된 실시예는 상술한 바와 같이 헤드(506)가 가이드(504)의 채널(494)에 들어갈 수 없도록 구성되지만, 그럼에도 불구하고 임팩터 조립체(502)는, 개구부(496)를 통해 채널(494)을 통과할 수 있는 더 좁은 영역(예를 들어, 샤프트(486)와 유사한 크기)에 의해 플랜지(512)가 핸들(508)로부터 이격되는 것과 같은 다른 방식으로 구성될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 달리 말하면, 플랜지(512)는 도 22 a 내지 도22h에 도시된 것과 같이 다른 방식으로 채널(494)에 진입할 수 있다. 여기서, 이하 후술될 설명으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 도 23에 도시된 충격 범위(698)를 정의하기 위해 서로에 대해 미리 결정된 방식으로 배열된 두 개의 플랜지(512)(예를 들어, 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b))를 이용하는 것은, 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2) 중 어느 것이 먼저 상태를 변경하는지에 기초하여 플랜지(512)가 채널(494)로 진입하는 방법을 결정하는 것을 용이하게 하는데 이용될 수 있다.
플랜지(512)를 채널(494)로 초기에 가져오기 위해 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예로 도시된 실시예는 가이드(504)가 수술 부위(S)로부터 멀어지도록 구성되었기 때문에, 각각 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A) 및 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)에 있는 두 신호 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)는 일반적으로 가이드(504) 아래 배치되거나 임팩터 결합 표면(488)과 가이드 결합 표면(498) 사이의 충분한 맞닿음를 제공하는 방식으로 채널(494) 내에 완전히 배치되지 않는 플랜지(512)를 나타낸다(도 22c 참조).
또한, 결합된 제1 센서 상태(S1B)에 있는 제1 신호(SN1) 및 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A)에 있는 제2 신호(SN2)는 일반적으로 임팩터 결합 표면(488) 및 가이드 결합 표면(498) 사이에 충분한 맞닿음과 함께 가이드(504)의 채널(494) 내에 배치되는 플랜지(512)를 나타내며 또한, 일반적으로 가이드 기준점(GRP) 위에 수직으로 배치되어 있는 플랜지 기준점(FRP)을 나타낸다(도 22d 참조). 유사하게, 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)에 있는 제1 신호(SN1) 및 결합된 제2 센서 상태(S2B) 있는 제2 신호(SN2)는 일반적으로 임팩터 결합 표면(488)과 가이드 결합 표면(498) 사이에 충분한 맞닿음과 함께 가이드(504)의 채널(494) 안으로 배치된 플랜지(512)를 나타내고, 또한, 일반적으로 가이드 기준점(GRP) 아래에 수직으로 배열된 플랜지 기준점(FRP)을 나타낸다(도 22f 참조). 그러나 보철물(P), 가이드(504) 및/또는 임팩터 조립체(502)의 특정 구성에 따라, 충격을 가하는 것을 시작하기 전 플랜지(512)가 채널(494) 내에 추가로 배치되는 것을 보장하는데 유리할 수 있다. 이를 위해, 각각 결합된 제1 센서 상태(S1B) 및 결합된 제2 센서 상태(S2B)에 있는 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)는 충격을 가하는 것을 개시하기 전에 채널(494) 내로 충분히 멀리 위치된 플랜지(512)를 나타낸다. 일부 실시예에서, 각각 결합된 제1 센서 상태(S1B) 및 결합된 제2 센서 상태(S2B)에 있는 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2) 둘 다는, 특히 임팩터 결합 표면(488)과 가이드 결합 표면(498) 사이에 발생하는 맞닿음에 기초하는 충격 범위 및 플랜지 기준점(FRP)을 가이드 기준점(GRP)로부터 분리하는 미리 결정된 양의 거리를 정의할 수 있다.
수술 부위(S)에 대한 가이드(504)의 위치는 알려져 있고 시간이 지남에 따라 모니터링되거나 달리 기록될 수 있기 때문에, 하나 이상의 컨트롤러(예를 들어, 로봇 제어기(52), 내비게이션 제어기(54) 등) 또는 수술 시스템(30)의 다른 구성 요소는 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)를 결합 해제 상태(결합 해제된 제1 센서 상태(S1A), 결합 해제된 제2 센서 상태(S2A))와 결합 상태(결합된 제1 센서 상태(S1B), 결합된 제2 센서 상태(S2B)) 사이에 변화에 대해 모니터링하도록 구성되고, 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)에 변화가 있을 때마다 가이드(504)의 위치를 기록할 수 있다. 여기서, 가이드(504) 및 임팩터 조립체(502)의 다양한 구성 요소들의 공지된 기하학적 파라미터에 기초하여, 수직선 C, D, F 및 G에 인접하여 발생하는 “단계”가 각각 플랜지 기준점(FRP)에 대한 가이드 기준점(GRP)의 특정 위치를 나타낼 때 상태 변경은 도 23에 도시되어 있다. 또한, 수직선 D 및 F에 인접하여 발생하는 “단계” 각각은 이들 사이의 차이가 플랜지 기준점(FRP)와 가이드 기준점(GRP)의 일치하는 정렬에 대응하도록 충격 범위(698)의 외부 한계를 나타낼 수 있다(예를 들어, 도 22e에 도시됨).
이제 도 24a를 참조하면, 가이드(504)는, 가이드 기준점(GRP)가 플랜지 기준점(FRP)와 일치하게 배열되고 임팩터 축(A1) 및 가이드 축(A2) 각각이 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)에 정렬된 상태로, 상술한 도 22e와 동일한 방식으로 위치된 것으로 도시되어 있다. 여기서도, 보철물(P)는 임팩터 조립체(502)에 고정되고 충격을 가하기 앞서 수술 부위(S)에 위치될 수 있다. 더 구체적으로, 도 24a는 제1 워크피스-타겟 거리(692A)에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격되는 워크피스 기준점(WRP)를 도시하고, 제1플랜지-타겟 거리(694A)에서 타겟 기준점(TRP)로부터 이격되는 플랜지 기준점(FRP)를 도시하며, 696d에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격된 가이드 기준점(GRP)를 도시한다. 여기서, 임팩터 조립체(502)의 플랜지(512)가 가이드(504)의 채널(494) 내 중심에 위치되기 때문에(달리 말하면, 가이드 기준점(GRP) 및 플랜지 기준점(FRP)가 일치한다) 제1플랜지-타겟 거리(694A)는 696d와 동일하다. 상세히 설명되지 않았지만, 도 24a는 또한, 각각 그들의 푸시로드들(636, 638)에 의해 결합되는 제1 푸시로드 센서(552A) 및 제2 푸시로드 센서(552b) 둘 다를 도시함이 이해될 수 있다.
도 24a 부터 도24b까지 계속하여, 가이드(504)는 이동하지 않으나, 임팩터 조립체(502) 및 보철물(P)는 충격력(F)이 헤드(506)에 가해지는 것에 대응하여 수술 부위(S)에 대해 궤적(T)를 따라 진행된다. 여기서도, 워크피스 기준점(WRP)가 692b에서 타겟 기준점(TRP)로부터 이격되고 플랜지 기준점(FRP)가 694b에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격되도록, 워크피스 기준점(WRP) 및 플랜지 기준점(FRP)가 타겟 기준점(TRP)에 더 가까이 이동된다. 임팩터 조립체(502)의 이동은 제1 트리거(628)의 플랜지 영역(672) 사이의 맞닿음에서 변화를 가져오며, 제1 트리거(628)이 제1 트리거 핀(632) 주위로 회전하게 하고, 제1 푸시로드(636)를 도 23의 상기 논의와 일치하게 결합 해제된 제1 센서 상태(S1A)에 있는 제1 신호(SN1)을 초래하는 제1 푸시로드 센서(552A)와 맞물리게 한다. 여기서, 제2 신호(SN2)는 결합된 제2 센서 상태(S2B)로 유지되므로 가이드 기준점(GRP)는 플랜지 기준점(FRP)의 어딘가에 위치하며, 플랜지(512)는 채널(494)과 맞닿아 있지만 충격 범위(698)를 벗어날 수 있다.
이제 도 24c를 참조하면, 가이드(504)는 궤적(T)을 따라 제1 신호(SN1)이 결합된 제1 센서 상태(S1B)로 다시 변경되는 지점까지 수술 부위(S)를 향하여 진행할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 24c에서 가이드 기준점(GRP)는 제4 가이드-타겟 거리(696D) 보다 작은 제8 가이드-타겟 거리(696H) 에서 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격될 수 있다. 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2) 는 각각 결합된 제1 센서 상태(S1B) 및 결합된 제2 센서 상태(S2B)에 있기 때문에, 플랜지(512)는 채널(494)과 맞닿아 있고 충격 범위(698) 내에 있다. 또한, 가이드 기준점(GRP) 및 타겟 기준점(TRP)은 모두 수술 시스템(30)에 의해(예를 들어, 로봇 제어 시스템(48) 및/또는 내비게이션 시스템(50)을 통해) 모니터링되고 임팩터 조립체(502) 및 가이드(504)가 상술한 바와 같이 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2)의 변화에 기초하여 충격 범위(698)의 외부 한계가 공지되도록 구성되기 때문에, 플랜지 기준점(FRP)의 위치는 가이드 기준점(GRP)에 대해 결정될 수 있다.
상술한 구성은 또한 제2 워크피스-타겟 거리(692B) 뿐만 아니라 제2 플랜지-타겟 거리(694B)가 쉽게 결정될 수 있음이 이해될 수 있다. 달리 말하면, 임팩터 조립체(502)와 보철물(P)이 충격력(F)의 적용에 응답하여 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)를 향해 진행된 후에(도 24a 및 도 24b 비교), 가이드(504)는, 제1 신호(SN1) 및 제2 신호(SN2) 중 어느 하나가 플랜지(512)가 가이드 기준점(GRP)과 플랜지 기준점(FRP) 사이의 공지된 위치 관계에 대응하여 충격 범위(698)의 알려진 외부 한계 중 하나를 횡단했음을 나타내도록 변화할 때까지, 궤적(T)를 따라 수술 부위(S)를 향해 이동될 수 있다(도 24b 및 도 24c 비교). 따라서, 이 구성으로 예를 들어, 제1 워크피스-타겟 거리(692A)(도 24a 참조) 및 제2 워크피스-타겟 거리(692B)(도 24b 내지 도 24d 참조) 사이의 차이에 기초하여 결정되도록, 보철물(P)의 위치를 변경할 수 있다.
이제 도 24d를 참조하면, 가이드 기준점(GRP)을 플랜지 기준점(FRP)과 재정렬하기 위해, 가이드(504)가 궤적(T)을 따라 수술 부위(S)를 더 진행될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 24c에서 제8 가이드-타겟 거리(696H)보다 작고 제2 플랜지-타겟 거리(694B)와 동일한 제9 가이드-타겟 거리(696I)에서 가이드 기준점(GRP)은 타겟 기준점(TRP)으로부터 이격될 수 있다. 여기서, 플랜지(512)는 충격 범위(698)의 중간에서 채널(494) 내에서 다시 중심에 위치하고, 외과 의사는 다시 충격력(F)을 가하여 궤적(T)을 따라 보철물(P)을 수술 부위(S)를 향해 워크피스 기준점(WRP)가 타겟 기준점(TRP)와 일치할 때까지 전진시킬 수 있다(상세히 도시되지 않음). 일부 구체적 예에서, 수술 시스템(30)은 특히 신호(SN1, SN2) 변화 및/또는 다른 유형의 센서(예를 들어, 힘 토크)의 데이터에 기초하여 충격력(F)의 적용을 감지하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 힘-토크 센서). 여기서, 수술 로봇(32)은, 가이드 기준점(GRP)을 플랜지 기준점(FRP)과 재정렬하고 및/또는 워크피스 기준점(WRP)의 위치 변화를 결정하기 위해, 충격력(F)의 적용을 검출한 후에 궤적(T)을 따라 가이드(504)를 진행시킬 수 있다.
예시적인 예로서, 보철물(P)가 수술 부위(S)에 완전히 이식될 때까지 나무 망치(미도시)로 여러 번 임팩터 조립체(502)의 헤드(506)를 연속적으로 타격함으로써 외과 의사가 수술 절차로 충격력(F)를 가해야 하는 경우, 수술 시스템(30)은 궤적(T)을 따라 가이드(504)를 진행시키도록 수술 로봇(32)을 제어하도록 구성될 수 있고 타겟 기준점(TRP)과 워크피스 기준점(WRP) 사이의 차이에 기초하여 각각의 연속적인 타격 후(예를 들어, 도 1의 출력 장치(66) 상에 표시된 값) 업데이트된 “타겟까지의 깊이” 거리를 외과 의사에게 제시한다. 이것은 특히 외과 의사가 필요에 따라 충격력(F)의 적용을 조절할 수 있게 한다(예를 들어, 다음 타격 동안 다소의 충격력(F)를 가함).
상술한 바와 같이, 엔드 이펙터(440)의 제3 실시에는 플랜지(512)가 궤적(T)을 따라(및 그와 정렬된 축(A1, A2)을 따라) 수술 부위(S)로부터 멀어지도록 가이드(504)를 이동시킴으로써 채널(494)로 진입할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러나, 헤드(506)는 너무 커서 채널(494)에 들어가기 어렵고, 그립(510)이 개구부(496)를 통과하기에는 너무 커서, 핸들(508)은 일반적으로 플랜지(512)에 너무 가깝게 배치되어 플랜지(512)가 반대 방향(예를 들어, 궤적(T)을 따라 가이드(504)를 플랜지(512) 및 수술 부위(S) 모두를 향해 이동시킴으로써)으로부터 채널(494)에 진입하도록 허용할 수 있다. 임팩터 조립체(502)의 다른 구성이 상술된 바와 같이 고려될 수 있지만, 오직 하나의 방향으로부터 채널(494)에 진입하도록 임팩터 조립체(502)를 구성하는 것은 도 22a 내지 도 22d에 도시된 실시예와 관련하여 설명된 특정 개념이 다른 방식으로 구현되거나 다르게 구성될 될 수 있게 할 수 있다. 비 제한적인 예로서, 단일 트리거 및 센서 배열은 플랜지가 한 방향으로만 채널에 들어갈 수 있도록 엔드 이펙터가 구성되는데 이용될 수 있다는 것이 고려될 수 있다. 다른 구성들이 고려될 수 있다.
다시 도 22a 내지 도 22h를 참조하면, 수술 로봇(32)는 가이드 축(A2)과 궤적(T)를 다수의 상이한 방식으로 초기 정렬을 얻기 위해, 가이드(504)를 임팩터 조립체(502)를 향해 이동시키는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있음이 이해될 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇(32)는 임팩터 축(A1)이 수술 부위(S)에 너무 가까이 접근하기 전에 궤적(T)에 평행하거나 가이드(504)가 수술 부위(S)를 향해 이동할 때 임팩터 축(A1)이 궤적(T)과 정렬되도록 가이드(504)의 초기 배향을 용이하게 하기 위해 로봇 팔(36)을 동작시키도록 구성될 수 있다. 수술 로봇(32)는 또한, 가이드(504)를 임팩터 조립체(502)의 샤프트(486)의 예기된 위치(예를 들어, 도 22a에 도시된 위치)로 이동하는 것을 용이하게 하기 위해, 로봇 팔(36)을 동작시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 로봇(32)는 외과 의사가 밀어서 가이드(504)가 이동하도록 구성될 수 있고, 특히 가이드 축(A2)을 궤적(T)과 정렬되도록 가이드하기 위해 가상 물체, 경계 등에 기초하여 이동을 제어하는 것을 돕도록 햅틱 피드백(예를 들어, attractive/repulsive haptic force)을 이용할 수 있다.
또한, 수술 로봇(32)은 궤적(T)와 가이드 축(A2)의 정렬을 유지하면서 궤적(T)를 따라 가이드(504)를 이동시키는 것을 용이하게 하기 위해 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 수술 로봇(32)는 햅틱 피드백(예를 들어, 인력/반발력)을 이용하면서 가이드(504)를 수술 부위(S)로부터 멀리 궤적(T)를 따라 이동시키는 것을 용이하게 하기 위해 로봇 팔(36)을 동작시키도록 구성되고, 가이드 기준점(GRP)를 플랜지 기준점(FRP)와 초기 정렬되도록 하며 및/또는 충격을 가하는 동안 정렬을 유지하도록 할 수 있다. 수술 로봇(32)이 나무 망치 타격들 사이의 궤적(T)을 따라 가이드(504)를 진행시킴으로써 충격을 가하는 동안 플랜지 기준점(FRP)과 가이드 기준점(GRP)의 정렬을 유지하도록 구성된 특정 실시예에서, 수술 로봇(32)은 의사가 입력 모듈(616)의 입력 버튼(622)에 맞닿는 때까지와 같은 특정 조건이 충족될 때까지 궤적(T)를 따라 하나 또는 두 방향으로 가이드(504)의 수동 이동을 방지하도록 구성될 수 있고, 이 시점에서 수술 로봇(32)은 궤적(T)를 따라 가이드(504)의 이동을 허용할 수 있다. 여기서, 궤적(T)에 따른 이동은, 수술 로봇(32)가 가이드(504)가 궤적(T)로부터 멀어지도록(예를 들어, 도 22a에 도시된 위치)로 이동할 수 있게 하는, 가이드(504)가 임팩터 조립체(502)로부터 적절하게 제거될 수 있는 위치(예를 들어, 도 22b에 도시된 위치)에 도달할 때까지, 가이드(504)의 천이로 제한될 수 있다(및 또한 궤적(T)에 대해 가이드(504)를 회전시키는 것을 허용할 수 있다). 다른 구성이 고려될 수 있다.
엔드 이펙터의 제4 실시예는 일반적으로 도 25a 내지 도 28b에 도시되어 있다. 이하 설명으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 이 실시예는 전술한 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예와 유사한 구조, 구성 요소뿐만 아니라 유사한 특징, 장점 및 동작 사용을 공유할 수 있다. 따라서, 제1 실시예의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 달리 상응하는 제4의 실시예의 구조 및 구성 요소는 아래 도면 및 설명의 도면부호가 700이 증가한 상태로 제공될 수 있다. 또한, 제4 실시예는 또한 전술한 240의 제2 실시예와 유사한 특징, 장점 및 동작 사용뿐만 아니라 특정한 유사한 구조 및 구성 요소를 공유할 수 있다. 따라서, 제2 실시에의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 그 외 제4 실시예의 구조 및 구성 요소는 이하 도면 및 설명에서 500이 증가된 도면부호로 제공된다. 또한, 제4 실시예는 전술한 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예와 유사한 특징, 장점 및 동작뿐만 아니라 특정의 유사한 구조 및 구성 요소를 공할 수 있다. 따라서, 제3 실시예의 구조 및 구성 요소와 동일하거나 그 외 상응하는 제4 실시예의 구조 및 구성 요소는 도면 이하의 설명에서 300이 증가된 참조 번호가 제공된다.
엔드 이펙터(740)의 제4 실시예는 일반적으로 도 25a 내지 도 28b에 도시되어 있으며, 본 명세서에 기술되고 도시된 다른 실시예와 유사하다. 엔드 이펙터(740)의 제4 실시예와 다른 실시예 사이의 특정 차이점이 명확성, 일관성 및 간결성을 위해 이하에서 상세하게 설명되지만, 실시예들 사이에서 공통인 구조 및 구성 요소의 대부분은 이하에서 다시 언급되거나 설명되지 않을 수 있다. 이와 같이, 그리고 아래에 달리 언급되지 않는 한, 상술한 다른 실시예의 설명은 엔드 이펙터(740)의 제4 실시예와 관련하여 제한 없이 통합될 수 있음이 이해될 수 있다. 또한, 엔드 이펙터(740)의 제4 실시예의 다양한 양태가 본 명세서의 다른 실시예에도 적용될 수 있음이 이해될 수 있다.
이제 도 25a를 참조하면, 엔드 이펙터(740)의 제4 실시예의 임팩터 조립체(802) 및 가이드(804)는 서로 이격되어 도시되어 있다. 여기서, 임팩터 조립체(802)는 예를 들어 도 16a 및 도 16b에 도시된 제3 실시예와 관련하여 상술한 임팩터 조립체(502)와 동일할 수 있다. 가이드(804)는 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 이 실시예에서 다르게 구성될 수 있지만, 가이드(804)를 임팩터 조립체(802)와 결합시키는 일반적인 과정은 유사할 수 있다. 여기서도, 가이드(804)는 마찬가지로 임팩터 조립체(802)의 샤프트(786)가 개구부(796)를 통해 채널(794) 내로 통과할 수 있도록 구성될 수 있고(도 25b 참조), 임팩터 결합 표면(788)이 가이드 결합 표면(798)과 맞닿게 되도록(도 25c 참조) 가이드(804)는 플랜지(812)를 향해 이동될 수 있고(예를 들어, 궤적(T)를 따라 수술 부위(S)로부터 멀어지도록), 여기서 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)과 축들(A1, A2)의 정렬은 리미터(800)를 통해 유효하게 될 수 있다. 여기서도, 수술 로봇(32)이 가이드(804)의 이동을 제어하도록 구성되는 방법에 따라, 가이드 축(A2)과 궤적(T)의 정렬을 계속 유지하면서 로봇 팔(36)의 하나 이상의 조인트를 제어함으로써 가이드(804)와 임팩터 조립체(802)사이의 상대적인 회전이 일반적으로 수행될 수 있다(도 25c와 비교).
도 26a 및 도 26b를 참조하면, 엔드 이펙터(740)의 제4 실시예와 관련하여 도시된 가이드(804)는 체결구(874)를 통해 함께 고정되는 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)에 의해 정의되는 상이하게 구성되는 바디(792)를 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 바디(792)는 수술 로봇(32)의 커플링(38)에 분리 가능하게 부착될 수 있도록 마운트(790)(상세히 도시되지 않음)에 동작 가능하게 부착될 수 있다(도 1참조). 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)가 이 실시예에서 개구부(796)를 형성하도록 협력하는 동안, 코일 조립체(1004)는 일반적으로 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이, 채널(794), 가이드 결합 표면(798) 및 리미터(800)를 포함(또는 그 외 중요 부분을 정의)할 수 있다.
도 26b에 도시된 바와 같이, 바디 구성 요소(1000, 1002) 각각은 본 실시예에서 센서 서브 조립체(912) 및 입력 모듈(916)을 수용하고 코일 조립체(1004)를 수용하는 포켓(878)의 일부를 정의할 수 있다. 상세히 도시되지 않았지만, 입력 모듈(916)은 입력 버튼(922)를 지지하고 체결구(874)를 통해 가이드(804)의 제1 바디 구성 요소(1000)에 고정되며 외과 의사의 행동에 응답하여 입력 센서(852I)와 맞물리도록 배치되는 입력 프레임(920)을 유사하게 포함할 수 있다.
입력 센서(852I)는 유사하게 센서 하우징(918)에 커플링되고, 이는 체결구(874)를 통해 가이드(804)의 제2 바디 구성 요소(1002)에 고정될 수 있다. 이 실시예에서, 회로 보드(1006)은 또한 센서 하우징(918)에 결합되고, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 1004에 유선 연결되고 수술 시스템(30)의 다양한 구성 요소(예를 들어, 로봇 제어기(52), 내비게이션 제어기(54) 등)으로 통신(예를 들어, 유선 또는 무선 전기 통신)되도록 배치되는 센서 제어기(1008)을 지지할 수 있다. 일부 실시예에서, 센서 제어기(1008)은 다른 위치에 배치될 수 있고 수술 시스템(30)의 다른 부분으로 구현될 수 있다.
이 실시예에서, 코일 조립체(1004)는 제1 축 방향 채널 단부(794A) 및 제2 축 방향 채널 단부(794B) 사이의 플랜지(812)의 상대 위치를 결정하도록 구성된 입력 센서(852)를 정의할 수 있다. 이를 위해, 코일 조립체(1004)는 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이 채널(794)에 인접한 가이드(804)에 커플링되는 LVDT 코일 조립체(linear variable differential transformer(LVDT) coil assembly)(1004)로 구현될 수 있다. 아래 후술될 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 코일 조립체(1004)는 본 명세서에 의해 고려될 수 있다. 보다 구체적으로, 코일 조립체(1004)의 하나의 스타일이 도 26a 및 도 27b에 도시되고, 코일 조립체(1004)의 다른 스타일이 도 28a 및 도 28b에 도시된다. 도 26a 및 도 26b에 도시된 코일 조립체(1004)가 유사하기 유사하기 때문에, 각 도면에 공통인 구조 및 구성 요소를 지칭하기 위해 도면 및 이하의 설명에서 동일한 도면 부호가 사용되며, 구체적인 차이점은 상세하게 설명되며 추가적은 도면 부호로 식별된다. 여기서, 도 26a 내지 도 26b에 도시된 코일 조립체(1004)는 각각 아래에서 더 상세히 설명되는 전송 코일(1014), 근위 수신 코일(1016) 및 원위 수신 코일(1018)을 갖는 코일 프레임(1010)을 일반적으로 포함할 수 있다.
도 26b를 계속하여 참조하면, 제4 실시예에서, 포켓(878)은 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)가 함께 고정될 때 내부에 코일 조립체(1004)를 수용하도록 형성되고 배열될 수 있다. 포켓(878)은 또한 코일 배열(1012)와 회로 보드(1006) 사이에서 연장되는 와이어 하이니스(1020)(일반적으로 도시됨)를 수용하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 센서 제어기(1008)와 통신하는 다수의 와이어를 구비함).
코일 조립체(1004)의 코일 프레임(1010)은 836의 핑거 단부(838)에 인접한 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)에 의해 정의되는 채널(794)의 부분에 상보적인 모양을 가질 수 있다. 다르게 말하면, 코일 프레임(1010)은 각각 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)에 의해 정의되는 제1 축 방향 채널 단부(794A) 및 제2 축 방향 채널 단부(794B)에 각각 인접하여 배치되어 대향하는 제1 프레임 단부(1010A) 및 제2 프레임 단부(1010B) 사이에서 가이드 축(A2)을 따라 수직으로 연장되는 일반적으로 C-형 모양을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 코일 프레임(1010)은 채널(794)의 적어도 일부(예를 들어, 제1 프레임 단부(1010A) 및 제2 프레임 단부(1010B) 사이에서 연장되는 부분)를 정의할 수 있고, 이는 연속적이고 일반적으로 원통형인 C-형 모양을 가질 수 있다. 따라서, 코일 프레임(1010)은 또한 공통 반경(842)에서 가이드 축(A2)으로부터 이격된 798의 부분을 정의할 수 있다. 또한, 코일 프레임(1010)은 여기서 또한 공통 반경(842)에서 가이드 축(A2)으로부터 이격된 아크형 표면(840)의 적어도 일부를 포함(도 27a 참조, 상세하게 도시되진 않음)하는 리미터(800)의 일부(예를 들어, 836의 일부)를 정의할 수 있다. 그러나, 이 실시예에서, 코일 프레임(1010)에 의해 정의되는 리미터(800)의 핑거(836)의 부분은 핑거 단부(838)을 정의하지 않으며, 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 개구부(796)을 정의하지 않는다. 오히려, 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)의 핑거 단부(838)는 가이드(804)의 개구부(796)을 정의할 수 있다. 반면에, 코일 프레임(1010)에 의해 정의되는 리미터(800)의 핑거(836)의 부분은 도시된 실시예에서 제1 바디 구성 요소(1000) 및 제2 바디 구성 요소(1002)에 의해 정의되는 개구부(796) 보다 더 넓은 프레임 개구부(1024)를 정의하기 위해 서로 이격되는 프레임 핑거 단부(1022)를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 구성이 고려될 수 있음이 이해될 수 있다.
예시된 실시예에서, 코일 프레임(1010)은 특히 코일 배열(1012)를 지지하고 코일들(1014, 1016, 1018)의 형상 및 배열을 정의하는 다양한 슬롯을 정의할 수 있다. 슬롯의 다른 구성이 본 명세서에 의해 고려될 수 있으나, 도 27a 및 도 27b에도시된 코일 프레임(1010)은 각각 권선 슬롯(1026), 제2 근위 수신 권선 슬롯(1028), 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030), 제2 원위 수신 권선 슬롯(1032), 제1 전송 권선 슬롯(1034), 제2 전송 권선 슬롯(1036), 액세스 라우팅 슬롯(1038), 제1 링크 슬롯(1040) 및 제2 링크 슬롯(1042)를 일반적으로 정의할 수 있다. 도 28a 및 도 28b에 도시된 코일 프레임(1010)은 또한 제3 연결 슬롯(1044) 및 제4 연결 슬롯(1046)를 정의할 수 있다.
권선 슬로들(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038)은 각각 코일 프레임(1010)에 코일들(1014, 1016, 1018)을 서로 격리시키기 위해 제1 프레임 단부(1010A) 및 제2 프레임 단부(1010B) 사이에서 서로 수직으로 이격된(예를 들어, 가이드 축(A2)를 따라) 아크형 도출부로서 형성될 수 있다. 액세스 라우팅 슬롯(1038)은 각각의 권선 슬롯(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038)을 통해(예를 들어, 통신으로) 연장되는 제1 프레임 단부(1010A) 및 제2 프레임 단부(1010B) 사이의 코일 프레임(1010)에 형성될 수 있다. 상세하게 도시되진 않았으나, 액세스 라우팅 슬롯(1038)은 특히 코일들(1014, 1016, 1018)(예를 들어, 와이어 하이니스(1020)를 통해)의 회로 보드(1006)으로 라우팅 단부를 용이하게 하도록 제공될 수 있다. 제1 링크 슬롯(1040) 및 제2 링크 슬롯(1042)은 권선 슬롯(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038)을 통해(예를 들어, 연통) 연장될 수 있다. 도 28에 도시된 바와 같이, 제3 연결 슬롯(1044) 및 제4 연결 슬롯(1046)은 또한 제1 프레임 단부(1010A) 및 제2 프레임 단부(1010B) 사이의 코일 프레임(1010)에 형성되지만, 제1 전송 권선 슬롯(1034) 및 제2 전송 권선 슬롯(1036)을 통해서만 연장될 수 있다(도 27a 및 도 28a 비교). 이는 특히, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 서로에 대한 그리고 링크 슬롯(1040, 1042, 1044, 1046) 및 프레임 핑거 단부(1022)에 대한 근접성에 기초할 수 있다. 도시된 실시예에서, 링크 슬롯(1040, 1042, 1044, 1046)은 또한 권선 슬롯(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038)에 인접하여(또는 그 일부로서 형성되는) 훅(1048)를 형성할 수 있다. 후술하는 코일들(1014, 1016, 1018)에 대한 후속 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 훅(1048)은 코일들(1014, 1016, 1018)의 적절한 구성(및 간격)을 보장하기 위해 다양한 슬롯들 내에 라우팅, 권선 또는 다른 방식으로 와이어를 형성하는 것을 용이하게 하도록 제공될 수 있다. 코일들(1014, 1016, 1018)은 예시 목적으로 도면 전체에 일반적으로 도시되지만, 각각의 코일(1014, 1016, 1018)은 아래에서 더 상세히 설명될 바와 같이 특정 권선 슬롯(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038) 및 링크 슬롯(1040, 1042, 1044)에 걸쳐 미리 정해진 방식으로 루프로 감긴 각각의 와이어를 일반적으로 포함한다는 것이 이해될 수 있다. 통상의 기술자는 코일들(1014, 1016, 1018)이 다양한 크기, 다양한 루프 양으로 감김 등을 이해할 수 있다. 도 27b 및 도 28b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 코일들(1014, 1016, 1018)은 일반적으로 각각의 근위 코일 부분(1050), 원위 코일 부분(1052) 및 제2 링크 부분(1056)을 포함하고, 이들은 각각은 연속 와이어 루프 또는 권선의 “세그먼트”를 나타낸다.
코일들(1014, 1014, 1018)은 예시 목적으로 도면 전체에 일반적으로 도시되어 있지만, 각 코일들(1014, 1016, 1018)은 아래에서 상세히 설명될 바와 같이, 특정 권선 슬롯들(1026, 1028, 1030, 1032, 1034, 1038) 및 링크 슬롯들(1040, 1042, 1044, 1046)에 걸쳐 미리 결정된 방식으로 루프로 감긴 각각의 와이어를 포함할 수 있다. 통상의 기술자는 코일들(1014, 1016, 1018)이 다양한 크기, 다양한 루프 양으로 감긴 등의 와이어를 포함함을 이해할 수 있다. 도 27b 및 도 28b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 각각의 코일들(1014, 1016, 1018)은 일반적으로 각각의 근위 코일 부분(1050), 원위 코일 부분(1052), 제1 링크 부분(1054) 및 제2 링크 부분(1056)을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 연속적인 와이어 루프 또는 권선의 “세그먼트”를 나타낸다.
도 27a 및 도 27b에 도시된 코일 조립체(1004)를 참조하면, 이 실시예에서, 코일 배열(1012)는 근위 수신 코일(1016)이 제1 프레임 단부(1010A)에 인접하게 배치되고, 원위 수신 코일(1018)은 제2 프레임 단부(1010B)에 인접하게 배치되며, 전송 코일(1014)는 원위 수신 코일(1018) 사이에 수직으로 배열되도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 27a에 도시된 코일 프레임(1010)은 제1 전송 권선 슬롯(1034), 제2 전송 권선 슬롯(1036), 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030) 및 제2 원위 수신 권선 슬롯(1032)에 의해 순차적으로 권선 슬롯(1026)이 제1 프레임 단부(1010A)에 가장 근접하게 정의될 수 있다.
따라서, 도 27a 및 도 27b에 도시된 코일 배열(1012)에서: 근위 수신 코일(1016)은 권선 슬롯(1026)을 따라 루프로 감겨 있고, 제1 링크 슬롯(1040)은 권선 슬롯(1026), 제1 링크 슬롯(1040), 제2 근위 수신 권선 슬롯(1028), 제2 링크 슬롯(1042)등을 따라 권선 슬롯(1026)으로 감김; 전송 코일(1014)은 제1 전송 권선 슬롯(1034), 제1 링크 슬롯(1040), 제2 전송 권선 슬롯(1036), 제2 링크 슬롯(1042), 다시 제1 전송 권선 슬롯(1034) 등을 따라 루프로 감김; 및 원위 수신 코일(1018)은 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030), 제1 링크 슬롯(1040), 제2 원위 수신 권선 슬롯(1032), 제2 링크 슬롯(1042), 다시 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030) 등을 따라 루프로 감김. 이런 방식으로 구성되면, 도 27a 및 도 27b에 도시된 코일 배열(1012)은 근위 코일 부분(1050)과 실질적으로 유사한 코일들(1014, 1016, 1018) 각각에 대해 실질적으로 유사한 원위 코일 부분(1052)뿐만 아니라 코일들(1014, 1016, 1018) 각각에 대해 실질적으로 유사한 근위 코일 부분들(1050)을 포함할 수 있다. 여기서도, 전송 코일(1014)의 1054 및 제2 링크 부분(1056)은 실질적으로 유사하지만, 수신 코일들(1016, 1018)의 제1 링크 부분(1054) 및 제2 링크 부분(1056)과는 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 근위 수신 코일(1016)의 1054은 원위 수신 코일(1018)의 제1 링크 부분(1054) 및 제2 링크 부분(1056) 둘 다 뿐만 아니라 근위 수신 코일(1016)의 제2 링크 부분(1056)과 실질적으로 유사할 수 있다.
도 27b를 참조하면, 이 실시예에서, 전송 코일(1014)는 근위 수신 코일(1016) 및 원위 수신 코일(1018) 사이에 실질적으로 등거리로 배치될 수 있다. 여기서, 근위 수신 코일(1016) 및 원위 수신 코일(1018)은 서로 실질적으로 동일한 구성이지만, 전송 코일(1014)과는 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 전송 코일(1014)의 코일부분들(1050, 1052)은 수신코일들(1016, 1018)의 코일부분들(1050, 1052) 보다 가이드 축(A2)을 따라 서로 더 멀리 이격될 수 있다. 달리 말하면, 전송 코일(1014)의 링크부분들(1054, 1056)은 수신 코일들(1016, 1018)의 링크 부분들(1054, 1056) 보다 클 수 있다. 상술한 바와 같이, 이 예시적인 실시예에서, 각각의 코일들(1014, 1016, 1018)에 대한 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052)은 이들이 가이드 축 주위에서 개구부(796)를 향해 연장되는(예를 들어, 제1 링크 슬롯(1040) 및 제2 링크 슬롯(1042)으로 연장되는) 아크형 모양을 포함한다는 점에서 서로 실질적으로 유사할 수 있다.
도 28a 및 도 28b에 도시된 코일 조립체(1004)를 참조하면, 이 실시예에서, 코일 배열(1012)는, 수신 코일들(1016, 1018)이 전송 코일(1014) 내에 배치되고 근위 수신 코일(1016)이 제2 프레임 단부(1010B) 보다 제1 프레임 단부(1010A)에 더 가깝게 배치되며 2018이 제1 프레임 단부(1010A) 보다 제2 프레임 단부(1010B)에 더 가깝게 배치된 상태로, 전송 코일(1014)이 제2 프레임 단부(1010B)뿐만 아니라 제1 프레임 단부(1010A)에 인접하게 배치되도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 28a에 도시된 코일 프레임(1010)은 권선 슬롯(1026), 제2 근위 수신 권선 슬롯(1028), 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030), 제2 원위 수신 권선 슬롯(1032) 및 제2 전송 권선 슬롯(1036)에 의해 수차적으로 제1 전송 권선 슬롯(1034)이 제1 프레임 단부(1010A)에 가장 근접하도록 정의될 수 있다.
따라서, 도 28a 및 도 28b에 도시된 코일 배열(1012)에서: 근위 수신 코일(1016)은 권선 슬롯(1026), 제1 링크 슬롯(1040), 제2 근위 수신 권선 슬롯(1028), 제2 링크 슬롯(1042), 다시 권선 슬롯(1026) 등을 따라 루프로 감김; 전송 코일(1014)은 제1 전송 권선 슬롯(1034), 제3 연결 슬롯(1044), 제2 전송 권선 슬롯(1036), 제4 연결 슬롯(1046), 다시 제1 전송 권선 슬롯(1034) 등을 따라 루프로 감김; 및 원위 수신 코일(1018)은 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030), 제1 링크 슬롯(1040), 제2 원위 수신 권선 슬롯(1032), 제2 링크 슬롯(1042) 다시 제1 원위 수신 권선 슬롯(1030) 등을 따라 루프로 감김.
이런 방식으로 구성될 때 도 28a 및 도 28b에 도시된 코일 배열(1012)은 수신 코일들(1016, 1018)의 근위 코일 부분들(1050)과 실질적으로 유사한 각각의 수신 코일들(1016, 1018)에 대해 실질적으로 유사한 원위 코일 부분들(1052)뿐만 아니라 각각의 수신 코일들(1016, 1018)에 대해 실질적으로 유사한 근위 코일 부분들(1050)을 포함할 수 있다. 또한, 전송 코일(1014)의 근위 코일 부분(1050)은 전송 코일(1014)의 원위 코일 부분(1052)과 실질적으로 유사하지만, 이 실시예에서 전송 코일(1014)의 코일 부분들(1050, 1052)은 수신 코일들(1016, 1018)의 코일 부분(1052)과 상이할 수 있다. 여기서도, 전송 코일(1014)의 1054 및 제2 링크 부분(1056)은 실질적으로 서로 유사하나, 수신 코일들(1016, 1018)의 1054 및 제2 링크 부분(1056)과 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 근위 수신 코일(1016)의 1054는, 근위 수신 코일(1016)의 1054 및 제2 링크 부분(1056) 모두에 뿐만 아니라, 제2 링크 부분(1056)과 실질적으로 유사할 수 있다.
도 28b를 참조하면, 이 실시예에서, 전송 코일(1014)는, 수신 코일들(1016, 1018)이 실질적으로 서로 등거리로 이격된 전송 코일(1014) 내에 배치되도록, 구성될 수 있다. 여기서, 근위 수신 코일(1016)의 근위 코일 부분(1050)은, 원위 수신 코일(1018)의 원위 코일 부분(1052)이 전송 코일(1014)의 원위 코일 부분(1052)으로부터 이격되는 방법과 실질적으로 동일한 방법으로, 전송 코일(1014)의 근위 코일 부분(1050)으로부터 이격될 수 있다. 여기서도, 수신 코일들(1016, 1018)은 서로 실질적으로 동일한 구성이나, 전송 코일(1014)과는 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 전송 코일(1014)의 코일 부분들(1050, 1052)은 수신 코일들(1016, 1018)의 코일 부분들(1050, 1052) 보다 가이드 축(A2)을 따라, 서로 더 멀리 이격될 수 있다. 달리 말하면, 전송 코일(1014)의 링크 부분들(1054, 1056)은 수신 코일들(1016, 1018)의 링크 부분들(1054, 1056) 보다 클 수 있다. 그러나,
이 예시적인 실시예에서, 수신 코일들(1016, 1018) 각각에 대한 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052)은 모드 가이드 축(A2) 주위에서 개구부(796)을 향해 연장되는 아크형 모양을 포함한다는 점에서 서로 실질적으로 유사(예를 들어, 제1 링크 슬롯(1040) 및 제2 링크 슬롯(1042) 사이)하나, 전송 코일(1014)의 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052)와 상이할 수 있다. 여기서, 전송 코일(1014)의 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052)은, 가이드 축(A2) 주위에서 개구부(796)을 향해 연장되는 아크형 모양을 포함(예를 들어, 제3 연결 슬롯(1044) 및 제4 연결 슬롯(1046) 사이) 한다는 점에서, 실질적으로 서로 유사할 수 있다. 그러나, 제3 연결 슬롯(1044) 및 제4 연결 슬롯(1046)이 제1 링크 슬롯(1040) 및 제2 링크 슬롯(1042)에 대해 배치되기 때문에, 전송 코일(1014)의 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052)은 수신 코일들(1016, 1018)의 근위 코일 부분(1050) 및 원위 코일 부분(1052) 보다 개구부(796)을 향해 더 연장될 수 있다.
일반적으로 도 25a 내지 28b를 참조하면, 통상의 기술자는, 여기에 도시된 코일 조립체(1004)의 코일들(1014, 1016, 1018)이 가이드 축(A2)에 수직으로 보았을 때 아크형 모양으로 개구부(796)을 향해 가이드 축(A2) 주위로 연장되도록 형상 및 배열됨을 이해할 수 있다. 달리 말하면, 코일 부분들(1050, 1052)은 각각 아크형(예를 들어, 일반적으로 C-형 또는 U 형)이고, 개구부(796)를 가로지르거나 가로지르지 않으면서 가이드 축(A2)을 포함하도록 배열될 수 있다. 또한, 각각의 코일들(1014, 1016, 1018)의 링크 부분들(1054, 1056)은 각각의 코일 부분들(1050, 1052) 사이에서 연장되도록 형성 및 배열되고, 단지 예시적인 목적을 위해 일반적으로 원통형 모양을 갖는 것으로 도시되어 있다. 따라서, 코일들(1014, 1016, 1018)은 본 명세서에 따른 다른 다수의 상이한 방식으로 구성될 수 있다.
코일들(1014, 1016, 1018)의 특정 구성 및 배열에 관계없이, 코일 조립체(1004)는 가이드(804)의 채널(794) 내에 임팩터 조립체(802)의 존재를 결정하는 것을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 코일 조립체(1004)는 채널(794)의 제1 축 방향 채널 단부(794A) 및 제2 축 방향 채널 단부(794B) 사이에서 플랜지(812)의 상대 축 방향 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 센서 제어기(1008)는 일반적으로 각각의 코일들(1014, 1016, 1018)과 전기적으로 통신하게 배치될 수 있고, 센서 제어기(1008)에 의해 모니터링되는 수신 신호를 생성하기 위해(예를 들어, 수신 코일들(1016, 1018)에 걸친 차동 전압) 수신 코일들(1016, 1018)에서 전압을 유도하는 전자기장이 생성되게, 전송 코일(1014)에 송신 신호(예를 들어, 교류)를 생성(또는 다른 통신)하도록 구성될 수 있다. 상기는 예시적인 예이며, 다른 구성이 고려될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 수술 시스템(30)의 다수의 상이한 구성 요소가 전송 신호를 생성 및/또는 수신 신호를 모니터링하는데 이용될 수 있다.
수신 코일들(1016, 1018)이 어떻게 배열(예를 들어, 가이드 기준점(GRP)에 대해 동일한 방식)되고 구성(예를 들어, 동일한 수의 권선을 갖고 서로 직렬로 배선됨)되기 때문에, 각각의 수신 코일들(1016, 1018)에 유도된 전압은 강자성 물체가 수신 코일들(1016, 1018) 사이에 등거리로 배치될 때 상쇄되나, 강자성 물체가 하나의 수신 코일에서 다른 쪽으로 이동하면 변경될 수 있다. 여기서, 예를 들어, 임팩터 조립체(802)의 플랜지(812)는 강자성 재료로 제조될 수 있고(또는 도시되지 않은 강자성 삽입물을 포함할 수 있다), 플랜지 기준점(FRP)가 가이드 기준점(GRP)와 일치하는 경우 전송 코일(1014)을 통해 수신 코일들(1016, 1018)에 유도된 전압이 소거 되도록, 형상 및 배열될 수 있다. 그러나, 가이드(804)와 임팩터 조립체(802) 사이의 상대 이동은 플랜지 기준점(FRP)을 가이드 기준점(GRP)과 일치하는 정렬에서 벗어나게 할 수 있다. 여기서, 플랜지(812)가 근위 수신 코일(1016)으로부터 원위 수신 코일(1018)을 향해 이동하면, 수신 신호는 응답하여 그리고 플랜지(812)의 위치 변화와 상관되는 방식으로 변경될 수 있다. 마찬가지로, 플랜지(812)가 원위 수신 코일(1018)로부터 근위 수신 코일(1016)을 향해 이동하면, 수신 신호를 응답하여 플랜지(812)의 위치 변화와 상관되는 방식으로 변화할 수 있으나, 수신 신호는 위상이 반대가 될 수 있다. 달리 말하면, 수신 신호의 진폭이 플랜지 기준점(FRP)가 가이드 기준점(GRP)에서 얼마나 멀리 이동했는지를 결정하는데 이용될 수 있고, 수신 신호(예를 들어, 전송 신호의 위상과 비교)는 플랜지 기준점(FRP)이 가이드 기준점(GRP)으로부터 어느 방향으로 이동했는지를 결정하는데 이용될 수 있다. 따라서, 코일 조립체(1004)는 엔드 이펙터(440)의 제3 실시예와 관련하여 상술한 바와 유사한 방식으로 제1 축 방향 채널 단부(794A) 및 제2 축 방향 채널 단부(794B) 사이의 플랜지(812)의 상대 축 방향 위치를 결정하기 위해 이용될 수 있다.
본 명세서는 또한 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)을 따라 s에서 보철물(P)에 충격을 가하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 헤드(106, 306, 506, 806)을 갖는 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802), 인터페이스(84, 284, 484, 784), 헤드(106, 306, 506, 806) 및 인터페이스(84, 284, 484, 784) 사이에서 임팩터 축(A1)을 따라 연장되는 샤프트(86, 284, 484, 784) 및 임팩터 결합 표면(88, 288, 488, 788)을 제공하는 단계를 포함하는 상이한 단계로 구성될 수 있다. 이 방법은 또한, 보철물(P)를 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)의 인터페이스(84, 284, 484, 748)에 부착하는 단계 및 마운트(90, 290, 490, 790)을 갖는 가이드(104, 304, 504, 804), 가이드 축(A2)를 따라 연장되고 개구부(96, 296, 496, 796), 가이드 결합 표면(98, 298, 498, 798)을 정의하는 채널(94, 294, 494, 794) 및 리미터(100, 300, 500, 800)을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은 가이드(104, 304, 504, 804)의 마운트(90, 290, 490, 790)을 수술 로봇(32)에 부착하는 단계, 수술 로봇(32)에 의해 유지되는 궤적(T)에 대해 가이드(104, 304, 504, 804)를 정렬 및/또는 이동시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이 방법은 또한, 보철물(P)를 수술 부위(S)에 위치시키기 위해 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)를 배치하는 단계, 가이드(104, 304, 504, 804)의 개구부(96, 296, 496, 796)를 통해 채널(94, 294, 494, 794) 를 향해 샤프트(86, 286, 486, 786)를 이동시키기 위해 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)를 연계시키는 단계 및 임팩터 축(A1)을 가이드 축(A2)과 정렬시키기 위해 가이드(104, 304, 504, 804)의 가이드 결합 표면(98, 298, 498, 798)과 맞닿도록 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)의 임팩터 결합 표면(88, 288, 488, 788)을 가져오는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 가이드(104, 304, 504, 804)의 리미터(100, 300, 500, 800)을, 임팩터 결합 표면(88, 288, 488, 788)이 가이드 결합 표면(98, 298, 498, 798)과 맞닿는 상태로, 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)에 대해 축들(A1, A2)의 동축 정렬을 유지하기 위해, 궤적(T)를 따라 이동시키는 단계, 및 수술 부위(S)에서 보철물(P)에 충격을 가하기 위해 충격력(F)를 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)의 헤드(106, 306, 506, 806)에 가하는 단계를 포함할 수 있다.
상술한 방법에서, 특정 단계는 특히 엔드 이펙터(40, 240, 440, 740)의 특정 구성에 기초하여 순서 및/또는 정의에서 변화될 수 있다. 비 제한적인 예로서, 본 명세서에 설명된 엔드 이펙터(40)의 제1 실시예에서, 임팩터 결합 표면(88)을 따라 가이드 결합 표면(98)과 맞닿게 하고 리미터(100)를 이동시키는 단계는 플랜지(112)가 채널(94)의 제1 방향 채널 단부(94A)와 맞닿도록 궤적(T)를 따라 그리고 보철물(P)로부터 멀어지도록 가이드(104)를 이동시키고, 플랜지(112)가 제1 축 방향 채널 단부(94A) 및 제2 축 방향 채널 단부(94B) 사이의 채널(94) 내에 위치 될 때까지 궤적(T)을 따라 가이드(104)를 계속 이동시키는 것으로 정의될 수 있다. 반면, 이러한 동일한 단계들은 본 명세서에 설명된 엔드 이펙터(204)의 제2 실시예에 대해 샤프트(286)을 래치(364)의 캠 부분(384)와 맞물리도록 개구부(296)를 가로 지르도록 수술 부위(S)에 인접한 임팩터 조립체(302)를 회전시키고 샤프트(286)를 가이드 결합 표면(298)과 유지면(382) 둘 다와 맞닿게 하는 것과 같이, 다르게 정의될 수 있다. 여기서, 샤프트(286)와 래치(364) 사이의 접촉은 리미터(300)이 임팩터 조립체(302)에 대해 제1 래치 위치(364A)(샤프트(286)가 캠 부분(384)와 접촉하기 시작함에 따라)로부터 제2 래치 위치(364B)(샤프트(286)가 개구부(296)를 통과함에 따라)로 다시 제1 래치 위치(364A)(바이어싱 요소(380)로부터 래치(264)에 가해지는 힘에 응답하여)로 이동하게 할 수 있음이 이해될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 구성이 고려될 수 있음이 이해될 수 있다.
이러한 방식으로, 여기에 설명된 상기 방법들, 수술 로봇(30) 및 엔드 이펙터(40, 240, 440, 740)은 광범위한 외과적인 기술 및 수술을 수행하기 위해 사용되는 수술 로봇(32)와 관련하여 상당한 이점을 제공할 수 있다. 특히, 엔드 이펙터(40, 240, 440, 740)에 의해 제공되는 정렬 및 분리 가능한 부착은 로봇 팔(36)을 궤적(T)로부터 반드시 이동시키지 않고 환자의 신체(B) 및/또는 수술 부위(S) 자체를 크게 조작할 필요 없이, 의사가 궤적(T)를 설정하고 보철물(P)를 사용하여 수술 부위(S)에 접근하도록 할 수 있다. 또한, 센서들(152, 352, 552, 852)의 다양한 배열 및 엔드 이펙터(40, 240, 440, 740) 및/또는 수술 시스템(30)의 실시예의 다른 구성 요소들(로봇 제어 시스템(48), 내비게이션 시스템(50), 센서 서브 조립체(612, 912), 팔로워 서브 조립체(614) 및 코일 조립체(1004)를 포함하지만 이에 제한되지 않음)이 가이드 기준점(GRP)와 플랜지 기준점(FRP)의 정렬을 다수의 상이한 방식으로 유지하는 것을 용이하게 하는데 사용될 수 있음이 이해될 수 있다. 또한, 본 명세서의 다양한 양태는 추적기(60)이 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)에 결합될 필요 없이 수술 부위(S)에 대한 보철물(P)의 위치를 모니터링하는데 사용될 수 있는, 채널(94, 294, 494, 794)에 따른 플랜지(112, 312, 512, 812)또는 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)의 다른 부분의 상대 축 위치를 결정하는 것을 용이하게 하는데 이용될 수 있다.
또한, 본 명세서에 설명된 가이드(104, 304, 504, 804) 및 임팩터 조립체(102, 302, 502, 802)의 다양한 양태는 보철물(P)에 충격을 수반하는 절차에 대해 상당한 이점을 제공하지만, 통상의 기술자는, 엔드 이펙터(40, 240, 440, 740)에 의해 제공되는 정렬 및 분리 가능한 부착 이점들이 위치, 가이드, 제어, 모니터링 및/또는 다수의 상이한 타입의 보철물(P), 수술 도구, 장비, 워크피스 등의 제한된 움직임을 위해, 광범위한 외과 수술 및 다양한 유형의 수술 기구, 도구 등에 이점이 될 수 있음을 이해할 수 있다.
통상의 기술자는 여기에 설명되고 도시된 실시예들의 양상들이 상호 교환되거나 달리 조합될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
용어 “include”, “includes” 및”including”은 용어 “comprise”, “comprises” 및 “comprising”가 동일한 의미를 가질 수 있다. 또한, 용어 “제1”, “제2”, “제3” 등은 여기서 명확성 및 일관적이고 비 제한적인 예시적인 목적을 위해, 특정 구조적 특징 및 구성 요소를 구별하기 위해 본 명세서에서 사용됨이 이해될 수 있다
상술한 설명에서 여러 구성이 논의 되었다. 그러나, 논의된 구성이 본 발명의 총 형태이거나 특정 구성으로 한정 하려는 것이 아니다. 사용된 용어는 제한적인 것이 아니라 설명의 특성상 의도된 것이다. 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하며, 본 발명은 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수 있다.
Claims (31)
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하기 위한 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는,
충격력을 받도록 받도록 배열된 헤드, 상기 보철물에 분리 가능하게 부착되는 인터페이스, 상기 헤드와 상기 인터페이스 사이에서 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트 및 상기 헤드, 및 상기 인터페이스 사이에 배치되는 임팩터 결합 표면을 포함하는 임팩터 조립체; 및
가이드 축을 따라 연장되고 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트의 일부를 수용하도록 배치되는 개구부를 정의하는 채널, 상기 임팩터 결합 표면에 맞물리도록 형성된 가이드 결합 표면, 및 상기 임팩터 결합 표면이 상기 가이드 결합 표면과 맞닿는 것을 유지하고 상기 축들과 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적의 동축 정렬을 용이하게 하기 위한 리미터를 포함하며, 상기 수술 로봇에 부착되는 가이드
를 포함하는 엔드 이펙터.
- 제1항에 있어서,
상기 임팩터 조립체와 상기 채널의 맞물림을 결정하기 위해 상기 가이드에 결합되는 센서를 더 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제2항에 있어서,
상기 가이드의 상기 채널은 제1 및 제2 축 방향 채널 단부들 사이에서 연장되고,
상기 센서는 상기 제1 축 방향 채널 단부 및 상기 제2 축 방향 채널 단부 사이에서 상기 임팩터 조립체의 상대 축방향 위치를 결정하도록 추가적으로 구성되는,
엔드 이펙터.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 임팩터 조립체는 상기 샤프트에 결합되는 플랜지를 더 포함하며, 상기 플랜지는 상기 임팩터 결합 표면을 정의하는, 엔드 이펙터.
- 제4항에 있어서,
상기 센서와 연통하여 배치되는 상기 가이드에 결합되고, 상기 임팩터 조립체와 결합 부재로 형성되는 확장된 위치와 상기 임팩터 조립체의 상기 플랜지와 결합으로 형성되는 수축된 위치 사이에서 이동하기 위해 배열되는 트리거를 더 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제5항에 있어서,
상기 확장된 위치로부터 상기 트리거의 이동에 응답하여, 상기 센서를 결합시키기 위해, 상기 트리거와 상기 센서 사이의 힘 변환 관계에 개입하는 푸시로드를 더 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제4항에 있어서,
상기 센서는 상기 채널에 근접하여 상기 가이드에 결합되는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer, LVDT) 코일 조립체를 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제7항에 있어서,
상기 선형 가변 차동 변압기 코일 조립체는 상기 개구를 향하여 상기 가이드 축 주위로 연장하는 아크 형 모양을 갖는 적어도 하나의 코일을 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제1항 내지 제8항에 있어서,
상기 임팩터 조립체는 상기 샤프트에 결합되는 플랜지를 더 포함하되 상기 플랜지는 상기 임팩터 결합 표면을 정의하고,
상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트는 제1 둘레를 가지고, 상기 플랜지는 상기 제1 둘레 보다 큰 제2 둘레를 갖는, 엔드 이펙터.
- 제9항에 있어서,
상기 가이드가 상기 플랜지 및 상기 임팩터 조립체의 상기 인터페이스 사이에서 축방향으로 배치되는 때, 상기 가이드의 상기 개구는 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트가 상기 개구를 통과하도록 배열되는, 엔드 이펙터.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 리미터는, 상기 가이드 결합 표면이 상기 임팩터 결합 표면과 맞닿을 때 상기 플랜지와 접촉하기 위해 배열되는 한 쌍의 아크 형상의 표면을 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제11항에 있어서,
상기 리미터의 상기 아크형 표면들은 상기 가이드의 상기 가이드 결합 표면과 실질적으로 연적속인, 엔드 이펙터.
- 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 리미터의 상기 아크형 표면들 및 상기 가이드의 상기 가이드 결합 표면은 각각 상기 가이드 축으로부터 공통 반경으로 이격되는, 엔드 이펙터.
- 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리미터의 상기 아크형 표면들 및 상기 가이드의 상기 가이드 결합 표면은, 상기 가이드 축에 대해 1800도 보다 더 큰 아크 기준 각도로 서로로부터 방사상으로 이격된 제1 및 제2 아크 단부들 을 정의하기 위해, 협력하는, 엔드 이펙터.
- 제9항 내지 제14항에 있어서,
상기 임팩터 조립체는 상기 플랜지 및 상기 인터페이스 사이에 축 방향으로 배치된 테이퍼를 더 포함하고,
상기 테이퍼는, 상기 가이드가 상기 채널 내에 배치된 상기 샤프트와 함께 상기 수술 부위로부터 멀어지게 이동함에 따라 일어난 상기 테이퍼 및 상기 가이드의 접촉에 응답하여, 상기 플랜지를 상기 가이드의 상기 채널로 향하게 하기 위해 상기 플랜지와 상기 샤프트 사이를 천이하는, 엔드 이펙터.
- 제9항 내지 제15항에 있어서,
상기 임팩터 조립체의 상기 플랜지는 상기 임팩터 결합 표면의 정의하는 대체로 구형인 모양을 갖는, 엔드 이펙트.
- 제1항 내지 제16항에 있어서, 상기 채널은 상기 가이드 결합 표면을 정의하는 대체로 C형 모양을 갖는, 엔드 이펙터.
- 제1항 내지 제17항에 있어서,
상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트는 일반적으로 원통형인 모양을 갖는, 엔드이펙터.
- 제1항에 있어서, 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트는 상기 임팩터 결합 표면의 정의하는, 엔드 이펙터.
- 제19항에 있어서, 상기 가이드의 상기 리미터는,
상기 리미터가 상기 임팩터 결합 표면과 상기 가이드 결합 표면의 맞닿음을 유지하기 위해 상기 개구부 밖으로 상기 임팩터 조립의 이동을 억제하는 제1 래치 위치; 및 상기 리미터가 상기 개구를 가로질러 상기 임팩터 조립체의 이동을 허용하는 제2 래치 위치 사이에서 이동 가능 가능한 래치를 더 포함하는 엔드 이팩터.
- 제20항에 있어서, 상기 래치는, 상기 개구부 밖으로 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트의 이동을 억제하기 위해, 적어도 부분적으로 상기 제1 래치 위치에서 상기 가이드의 상기 채널을 가로지는, 엔드 이펙터.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 래치는, 상기 제1 래치 위치에서 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트와 맞물리기 위해 정렬되는 유지면을 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제20항 내지 제22항에 있어서,
상기 리미터는, 상기 래치를 상기 제1 래치 위치를 향하여 가압하기 위해 상기 래치 및 상기 가이드 사이에 삽입된 바이어싱 요소를 더 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제20항 내지 제23항에 있어서,
상기 래치는,
상기 임팩터 결합 표면을 상기 가이드 결합 표면과 맞닿게 하는, 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트가 상기 가이드의 상기 개구부를 통해 통과하는 것을 허용하기 위해, 상기 래치를 상기 제2 래치 위치로 이동시키도록, 상기 가이드 결합 표면으로부터 멀리 향하고 상기 임팩터 조립체의 일부와 맞닿도록 배치되는 캠(cam)부를 포함하는, 엔드 이펙터.. . 제20항 내지 제24항에 있어서,
상기 래치는, 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트가 상기 가이드의 상기 개구부를 통과하는 것을 허용하기 위한, 사용자에 의해 상기 래치를 상기 제1 래치 위치로부터 상기 제2 래치 위치로 이동시키는 동작을 위해 배열되는 해제부를 포함하는 엔드 이펙터.
- 제20항 내지 제25항에 있어서,
상기 가이드 결합 표면은 일반적으로 U 형 모양을 가지며, 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트의 원통형 부분은 상기 임팩터의 결합 표면을 정의하는, 엔드 이펙터.
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 보철물에 충격을 가하는데 사용되는 임팩터 조립체로서, 상기 수술 로봇은 가이드 결합 표면을 정의하는 C형 채널을 갖는 가이드를 가지고, 상기 가이드 결합 표면은 상기 궤적 방향으로 연장되는 개구부에 의해 묘사되며, 상기 임팩터 조립체는
충격력을 수용하도록 배열된 헤드;
분리 가능하게 상기 보철물에 부착되도록 구성되는 인터페이스;
상기 헤드 및 상기 인터페이스 사이에서 임팩터 축을 따라 연장하고, 상기 가이드의 상기 개구부를 통과하도록 형성된 샤프트; 및
상기 헤드 및 상기 인터페이스 사이에서 상기 샤프트와 결합되고, 상기 가이드에 대한 상기 임팩터 조립체의 회전을 동시에 허용하고 상기 임팩터 조립체와 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적의 동축 정렬을 용이하게 하기 위해 상기 가이드 결합 표면과 맞닿고 회전 가능한 형상의 임팩터 결합 표면을 정의하는, 플랜지
를 포함하는 임팩터 조립체.
- 수술 로봇에 부착되도록 구성되는 가이드로서, 상기 수술 로봇은 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 임팩터 조립체를 지지하도록 구성되고, 상기 임팩터 조립체는 보철물에 충격을 가하도록 구성되고 임팩터 결합 표면 및 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트를 가지되, 상기 가이드는,
상기 수술 로봇에 부착되는 마운트;
가이드 축을 따라 연장되는 채널과 함께 상기 마운트에 동작 가능하게 부착되는 바디-상기 채널은 임팩터 조립체의 샤프트의 일부를 수용하도록 배열되는 개구부를 정의함-;
상기 임팩터 결합 표면과 맞닿도록 형상된 가이드 결합 표면; 및
상기 임팩터 결합 표면과 상기 가이드 결합 표면의 맞닿음을 유지하지 하고, 임팩터 축 및 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 가이드 축의 동축 정렬을 용이하게 하기 위한 리미터를 포함하는 가이드.
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 타겟에 워크피스를 위치시키기 위한 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는,
근위 단부, 상기 워크피스에 분리 가능하게 부착되도록 구성되는 인터페이스를 갖는 원위 단부, 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에서 제1 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 상기 근위 단부 및 상기 원위 단부 사이에 배치되는 제1 결합 표면을 포함하는 제1 조립체; 및
상기 수술 로봇에 부착되도록 구성되는 마운트,
제2 축을 따라 연장되며 상기 제1 조립체의 상기 샤프트의 일부를 수용하도록 배열되는 개구부를 정의하는 채널 포함하되 상기 마운트에 동작 가능하게 부착되는 가이드, 상기 제1 결합 표면에 맞닿도록 형성되는 제2 결합 표면, 및 상기 제2 결합 표면과 상기 제1 결합 표면의 맞닿음을 유지하고 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적과 상기 축들의 동축 정렬을 용이하게 하는 리미터를 포함하는 제2 조립체를 포함하는, 엔드 이펙터.
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 타겟에 워크피스를 위치시키기 위한 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는,
근위 단부, 상기 워크피스에 분리 가능하게 부착되도록 구성된 인터페이스를 갖는 원위 단부, 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에서 제1 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에 배치되고 제1 결합 표면을 정의하는 플랜지를 포함하는 제1 조립체; 및
상기 수술 로봇에 부착되도록 구성되는 마운트,
상기 제1 결합 표면과 맞닿도록 형성되는 제2 결합 표면의 정의하되 제1 및 제2 동축 채널 단부를 따라 연장되며 상기 제1 조립체의 상기 샤프트의 일부를 수용하도록 배열되는 개구부를 정의하는 채널, 상기 제1 결합 표면과 상기 제2 결합 표면의 맞닿음을 유지하고 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적과 상기 축들의 동축 정렬을 용이하게 하는 리미터, 및 상기 제1 채널 단부와 제2 채널 단부 사이에서 상기 플랜지의 상대 축 방향 위치를 결정하기 위해 상기 가이드에 커플링되는 센서를 포함하되, 상기 마운트
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 타겟에 워크피스를 위치시키기위한 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는,
근위 단부, 상기 워크피스에 분리 가능하도록 구성되는 인터페이스를 갖는 원위 단부, 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에서 제1 축을 따라 연장된느 샤프트, 및 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에 배치되며 제1 결합 표면을 정의하는 플랜지를 포함하는 제1 조립체; 및
상기 수술 로봇에 부착되는 마운트, 상기 제1 결합 표면에 맞닿도록 형성되는 제2 결합 표면을 정의하고 제1 및 제2 축 방향 채널 단부 사이에서 제2 축을 따라 연장되며 상기 제1 조립체의 상기 샤프트의 일부를 수용하도록 배열되는 채널을 포함하되 상기 마운트에 동작 가능하게 부착되는 가이드, 상기 제2 결합 표면과 상기 제1 결합 표면의 맞닿음을 유지하고 상기 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적과 상기 축들의 동축 정렬을 용이하게 하는 리미터, 및 상기 제1 채널 단부와 상기 제2 채널 단부 사이에 상기 플랜지의 상대 축 방향 위치를 결정하기 위해 상기 가이드에 연결되며, 상기 개구부를 향해 상기 가이드 축 주위로 연장되는 적어도 하나의 코일을 갖는 선형 가변 차동 변압기(linear variable differential transformer, LVDT) 코일 조립체를 포함하는 센서를 포함하는 제2 조립체
를 포함하는 엔드 이펙터.
- 수술 로봇에 의해 유지되는 궤적을 따라 수술 부위에서 보철물에 충격을 가하는 방법으로서, 상기 방법은,
헤드, 인터페이스, 상기 헤드와 상기 인터페이스 사이의 임팩터 축을 따라 연장되는 샤프트, 및 임팩터 결합 표면을 갖는 임팩터 조립체를 제공하는 단계;
가이드축을 따라 연장되고, 개구부, 가이드 결합 표면 및 리미터를 정의하는 채널을 갖는 가이드를 제공하는 단계;
상기 보철물을 상기 수술 부위에 배치하기 위해 상기 임팩터 조립체를 위치시키는 단계;
상기 가이드의 상기 개구부를 통해 상기 채널 내로 상기 임팩터 조립체의 상기 샤프트를 위치시키는 단계;
상기 임팩터 조립체의 상기 임팩터 결합 표면을 상기 가이드의 상기 가이드 결합 표면과 맞닿게 하는 단계;
상기 가이드 결합 표면과 상기 임팩터 결합 표면의 맞닿음을 유지하기 위해 상기 임팩터 조립체에 대해 상기 가이드의 상기 리미터를 이동시키는 단계;
상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적과 상기 임팩터 죽 및 상기 가이드 축을 동축 정렬하는 단계; 및
상기 수술 로봇에 의해 유지되는 상기 궤적을 따라 상기 수술 부위의 상기 보철물에 충격을 가하기 위해 상기 임팩터 조립체의 상기 헤드에 충격력을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
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