KR20220049546A - 다수의 의료 기구를 갖는 로봇 의료 시스템 - Google Patents

Abstract

소정 태양은 로봇 의료 기구 시스템에 관한 것이다. 그러한 시스템은 제1 및 제2 의료 기구를 포함할 수 있다. 제1 의료 기구는 기구 기부 및 기구 기부로부터 연장되는 세장형 샤프트와, 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 제1 의료 기구는 기구 입구를 포함할 수 있다. 제2 의료 기구는 기구 기부 및 기구 입구를 통해 연장되는 세장형 샤프트를 포함할 수 있다. 제2 의료 기구는 제2 의료 기구 내의 회전 요소에 결합되는 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 로봇 의료 기구 시스템은 제1 및 제2 로봇 구동 출력부를 갖는 로봇 아암을 포함할 수 있다. 제1 로봇 구동 출력부는 제1 의료 기구의 로봇 구동 입력부를 구동할 수 있고, 제2 로봇 구동 출력부는 제2 의료 기구의 로봇 구동 입력부를 구동할 수 있다.

Description

다수의 의료 기구를 갖는 로봇 의료 시스템

관련 출원(들)의 상호 참조

본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2019년 8월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/887,569호의 이익을 주장한다.

기술분야

본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 의료 기구 시스템(medical instrument system)에 관한 것으로, 더 상세하게는 수동으로 또는 로봇으로 제어가능할 수 있는 의료 기구에 관한 것이다.

내시경술과 같은 의료 절차는 진단 및/또는 치료 목적을 위해 환자의 해부학적 구조의 내측에 접근하여 시각화하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 위장병학, 비뇨기과학, 및 기관지학은 의사가 요관, 위장관, 및 기도(기관지 및 세기관지)와 같은 환자 내강을 검사하는 것을 허용하는 의료 절차를 수반한다. 이들 절차 동안, 내시경으로 알려진 얇은 가요성 튜브형 도구 또는 기구가 (자연 구멍(natural orifice)과 같은) 구멍을 통해 환자 내로 삽입되고 후속 진단 및/또는 치료를 위해 식별되는 조직 부위를 향해 전진된다. 의료 기구는 해부학적 구조를 통한 내비게이션(navigation)을 용이하게 하도록 제어가능하고 관절운동가능할(articulable) 수 있다.

개시된 태양은, 개시된 태양을 제한하지 않고 예시하기 위해 제공되는 첨부 도면과 함께 본 명세서에 후술될 것이며, 여기에서 유사한 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트(cart)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 추가의 태양을 도시한 도면.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 4는 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한 도면.
도 7은 로봇 아암(robotic arm)(들)을 적재하도록(stow) 구성된 예시적인 시스템을 예시한 도면.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 10은 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블-기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스(interface)의 상세한 예시를 제공한 도면.
도 12는 테이블-기반 로봇 시스템의 대안적인 실시예를 예시한 도면.
도 13은 도 12의 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 14는 로봇 아암이 그에 부착된 테이블-기반 로봇 시스템의 단부도를 예시한 도면.
도 15는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한 도면.
도 16은 페어링된(paired) 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한 도면.
도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트(elongated shaft)의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한 도면.
도 18은 기구-기반 삽입 아키텍처(insertion architecture)를 갖는 기구를 예시한 도면.
도 19는 예시적인 제어기를 예시한 도면.
도 20은 예시적인 실시예에 따른, 도 16 내지 도 18의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한 도면.
도 21a 내지 도 21e는 예시적인 의료 기구 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 22a는 하나의 구성에 따른 예시적인 내시경의 저면도를 예시한 도면.
도 22b는 하나의 구성에 따른, 그 내부에 다른 의료 기구의 기능을 포함하는 예시적인 의료 기구 시스템의 사시도를 예시한 도면.
도 23은 예시적인 내시경 기부의 내부 구성요소들 중 일부를 예시한 도면.
도 24는 예시적인 풀리(pulley)의 상부 사시도를 도시한 도면.
도 25는 로봇 기구 구동 어댑터(robotic instrument drive adapter)의 일 실시예에 부착된 의료 기구 시스템(200)의 예시적인 내시경 기부의 도면을 예시한 도면.
도 26은 하나의 구성에 따른 예시적인 의료 기구 시스템의 저면도를 예시한 도면.
도 27은 일 실시예에 따른 예시적인 기구의 평면도를 도시한 도면.
도 28은 일 실시예에 따른, 도 27의 기구의 저부 사시도를 도시한 도면.
도 29는 도 28의 기구의 저면도의 단면을 도시한 도면.
도 30a 및 도 30b는 예시적인 로봇 기구 구동 어댑터의 사시도를 도시한 도면.
도 31은 내시경 및 기구 둘 모두가 로봇 기구 구동 어댑터에 결합된 예시적인 의료 기구 시스템을 도시한 도면.
도 32는 원위에 위치된 바스켓 도구(basket tool)의 확대도를 도시한 도면.

1. 개요.

본 개시의 태양은 복강경술과 같은 최소 침습 절차 및 내시경술과 같은 비-침습 절차 둘 모두를 비롯하여 다양한 의료 절차를 수행할 수 있는 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템 내에 통합될 수 있다. 내시경술 절차 중에서, 시스템은 기관지경술, 요관경술, 위내시경술(gastroscopy) 등을 수행하는 것이 가능할 수 있다.

광범위한 절차를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 보조하기 위한 향상된 이미징 및 안내와 같은 추가의 이점을 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 다루기 어려운 아암 운동 및 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다. 더욱이, 시스템은, 시스템의 기구들 중 하나 이상이 단일 사용자에 의해 제어될 수 있도록, 개선된 사용 용이성을 갖고서 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다.

다양한 실시예가 예시의 목적으로 도면과 함께 후술될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예로 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 데 도움을 주기 위해 표제가 본 명세서에 포함된다. 이들 표제는 그와 관련하여 기술되는 개념의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 그러한 개념은 전체 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.

A. 로봇 시스템 - 카트.

로봇식 의료 시스템은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트-기반 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 기관지경술 동안, 시스템(10)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(13)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(즉, 본 예에서 테이블 상에 위치된 환자의 입)으로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 아암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 1의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시예를 더 상세히 도시한다.

계속해서 도 1을 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(13)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 도시된 바와 같이, 조향가능 내시경(13)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 드라이버들(28)의 세트로부터의 별개의 기구 드라이버에 결합되고, 각각의 기구 드라이버는 개별 로봇 아암의 원위 단부에 결합된다. 리더 부분을 시스 부분과 동축으로 정렬시키는 것을 용이하게 하는, 기구 드라이버(28)의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일(virtual rail)"(29)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일은 파선을 사용하여 도면에 도시되어 있으며, 따라서 파선은 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지 않는다. 가상 레일(29)을 따른 기구 드라이버(28)의 병진은 외부 시스 부분에 대해 내부 리더 부분을 삽통식으로 이동시키거나, 환자로부터 내시경(13)을 전진 또는 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조절, 병진, 및 피봇될(pivoted) 수 있다. 예를 들어, 기관지경술에서, 도시된 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는 내시경(13)을 환자의 입 안으로 구부림으로써 발생하는 마찰을 최소화하면서 내시경(13)에 대한 의사 접근을 제공하는 것 사이의 절충을 나타낸다.

내시경(13)은 표적 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 환자의 폐 네트워크(lung network)를 통한 내비게이션을 향상시키고/시키거나 원하는 표적에 도달하기 위해, 내시경(13)은 향상된 관절운동 및 더 큰 굽힘 반경을 얻기 위해 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 별개의 기구 드라이버(28)의 사용은 또한 리더 부분과 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되도록 허용한다.

예를 들어, 내시경(13)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 바늘을 전달하도록 지향될 수 있다. 바늘은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경의 길이를 따라 연장되는 작업 채널(working channel)을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가 도구가 추가 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 결절을 악성으로 확인한 후에, 내시경(13)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(13)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.

시스템(10)은 또한 이동가능 타워(tower)(30)를 포함할 수 있으며, 이는 카트(11)에 지원 케이블을 통해 연결되어 카트(11)에 제어부, 전자장치, 유체장치, 광학계, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 제공할 수 있다. 그러한 기능을 타워(30) 내에 두는 것은 수술 의사 및 그/그녀의 스태프에 의해 더 용이하게 조절 및/또는 재위치될 수 있는 더 작은 형태 인자(form factor)의 카트(11)를 허용한다. 추가적으로, 카트/테이블과 지원 타워(30) 사이의 기능의 분할은 수술실의 어수선함을 감소시키고, 임상 작업흐름의 개선을 용이하게 한다. 카트(11)는 환자 가까이에 위치될 수 있지만, 타워(30)는 절차 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 적재될 수 있다.

전술된 로봇 시스템을 지원하기 위해, 타워(30)는, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터-기반 제어 시스템의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 그들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 발생하든 또는 카트(11)에서 발생하든 간에, 전체 시스템 또는 그의 서브-시스템(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 구성요소로 하여금 관련 캐리지(carriage) 및 아암 마운트(arm mount)를 작동시키고, 로봇 아암을 작동시키고, 의료 기구를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호를 수신하는 것에 응답하여, 로봇 아암의 조인트(joint) 내의 모터는 아암을 소정 자세로 위치시킬 수 있다.

타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 전개될 수 있는 시스템에 제어된 관주 및 흡인 능력을 제공하기 위해 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근부(fluid access)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 관주 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)으로 직접 전달될 수 있다.

타워(30)는 카트(11)에 필터링되고 보호된 전력을 제공하도록 설계되는 전압 및 서지(surge) 보호기를 포함하여, 그에 의해 카트(11) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 구성요소를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 이동가능한 카트(11)를 생성할 수 있다.

타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 전개된 센서에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타워(30)는 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 광학 센서 또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및 처리하기 위한 광전자 장비를 포함할 수 있다. 제어 시스템과 조합하여, 그러한 광전자 장비는 타워(30) 내를 비롯하여, 시스템 전체에 걸쳐 전개된 임의의 수의 콘솔(console)에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 전개된 전자기(electromagnetic, EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 타워(30)는 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기(field generator)를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.

타워(30)는 또한 시스템의 나머지 부분에서 이용가능한 다른 콘솔, 예컨대 카트의 상부에 장착된 콘솔에 더하여 콘솔(31)을 포함할 수 있다. 콘솔(31)은 의사 조작자를 위한 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 콘솔은 일반적으로 로봇 제어뿐만 아니라 절차의 수술전 및 실시간 정보, 예컨대 내시경(13)의 내비게이션 및 위치결정 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용가능한 유일한 콘솔이 아닐 때, 그것은 간호사와 같은 제2 조작자에 의해, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템(10)의 작동을 모니터링할 뿐만 아니라, 내비게이션 및 위치결정 정보와 같은 절차-특정적 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 콘솔(30)은 타워(30)와 별개인 본체 내에 수용된다.

타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 타워(30)로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 카트(11)에 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력은 단일 전력 케이블을 통해 카트(11)에 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 카트-기반 로봇식 시스템으로부터의 카트(11)의 일 실시예의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 세장형 지지 구조물(14)(흔히 "칼럼"으로 지칭됨), 카트 기부(15), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 2에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(17)(대안적으로 "아암 지지부")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 양호한 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 또한 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.

캐리지 인터페이스(19)는 캐리지(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(20)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 캐리지(17)를 카트 기부(15)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진은 카트(11)가 로봇 아암(12)의 도달범위를 조절하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다.

일부 실시예에서, 슬롯(20)은 캐리지(17)가 수직으로 병진함에 따라 수직 병진 인터페이스 및 칼럼(14)의 내부 챔버 내로 먼지 및 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고 그에 평행한 슬롯 커버로 보완될 수 있다. 슬롯 커버는 슬롯(20)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀(spring spool)들의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버는 캐리지(17)가 상향 및 하향으로 수직으로 병진함에 따라 그들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀 내에 코일링된다. 스풀의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킨다. 커버는 캐리지(17)가 병진함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(19) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수 있다.

칼럼(14)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(17)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.

로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(end effector)(22)를 포함할 수 있으며, 각각의 조인트는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트는 로봇 아암(12)이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 로봇 아암들(12) 각각은 7개의 조인트를 가질 수 있고, 따라서 7 자유도를 제공할 수 있다. 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용한다. 여분의 자유도를 갖는 것은 로봇 아암(12)이 상이한 링크장치 위치 및 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(22)를 위치시키도록 허용한다. 이는 시스템이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고 지향시키도록 허용함과 동시에, 의사가 아암 충돌을 회피하면서 더 우수한 접근을 생성하기 위해 아암 조인트를 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용한다.

카트 기부(15)는 바닥 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 로봇 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 카트 기부(15)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 구성요소뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 카트(11)를 움직이지 못하게 하는 구성요소를 수용한다. 예를 들어, 카트 기부(15)는 절차 전에 카트(11)가 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)-형상의 캐스터(caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(25)는 절차 동안 카트(11)를 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.

칼럼(14)의 수직 단부에 위치되어, 콘솔(16)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린(26)과 같은 이중-목적 장치)를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터(mapping data), 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(16)은 의사가 캐리지(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔(16)에 접근하게 허용하도록 위치되고 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 카트(11) 뒤로부터 콘솔(16)을 작동시키면서 콘솔(16), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)를 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함한다.

도 3은 요관경술을 위해 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 요관경술 절차에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 가로지르도록 설계된 절차-특정적 내시경인 요관경(32)을 환자의 하복부 영역으로 전달하도록 위치될 수 있다. 요관경술에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접 정렬되어 그러한 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰과 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 접근을 위해 요관경(32)을 위치시키게 허용하도록 테이블의 풋(foot)에 정렬될 수 있다. 테이블의 풋으로부터, 로봇 아암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부 내로 직접 삽입할 수 있다.

요도 내로의 삽입 후에, 기관지경술에서와 유사한 제어 기법을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 응용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 내로 내비게이션될 수 있다. 예를 들어, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널을 따라 전개된 레이저 또는 초음파 쇄석술 장치를 사용하여 신장 결석 축적물을 부수기 위해 요관 및 신장 내로 지향될 수 있다. 쇄석술이 완료된 후에, 생성된 결석 파편은 요관경(32)을 따라 전개된 바스켓을 사용하여 제거될 수 있다.

도 4는 혈관 절차를 위해 유사하게 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 혈관 절차에서, 시스템(10)은 카트(11)가 조향가능 카테터(steerable catheter)와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리 내의 대퇴 동맥 내의 접근 지점으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장으로의 상대적으로 덜 우회하고 사행형인 경로 둘 모두를 나타내며, 이는 내비게이션을 단순화한다. 요관경술 절차에서와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 대퇴부/둔부 영역 내의 대퇴 동맥 접근 지점에 대한 직접적인 선형 접근을 갖는 가상 레일(35)을 제공하게 허용하도록 환자의 다리 및 하복부를 향해 위치될 수 있다. 동맥 내로의 삽입 후에, 의료 기구(34)는 기구 드라이버(28)를 병진시킴으로써 지향되고 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들어 어깨 및 손목 부근의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 혈관 접근 지점에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 위치될 수 있다.

B. 로봇 시스템 - 테이블 .

로봇식 의료 시스템의 실시예는 또한 환자의 테이블을 통합할 수 있다. 테이블의 통합은 카트를 제거함으로써 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키며, 이는 환자에 대한 더 우수한 접근을 허용한다. 도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 그러한 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 시스템(36)은 바닥 위에서 플랫폼(platform)(38)("테이블" 또는 "베드(bed)"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조물 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트-기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(36)의 로봇 아암(39)의 엔드 이펙터는 기구 드라이버(42)를 포함하며, 이는 도 5의 기관지경(40)과 같은 세장형 의료 기구를 기구 드라이버(42)의 선형 정렬로부터 형성된 가상 레일(41)을 통해 또는 그를 따라 조작하도록 설계된다. 실제로, 형광투시 이미징(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C-아암이 방출기(emitter) 및 검출기(detector)를 테이블(38) 주위에 배치함으로써 환자의 상복부 영역 위에 위치될 수 있다.

도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 도면을 제공한다. 도시된 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36) 내에 링(ring)-형상으로 도시된 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 로봇 아암(39)이 그로부터 기초할 수 있다. 캐리지(43)는 로봇 아암(39)이 그로부터 환자에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 아암(39)이 예를 들어 환자의 양쪽 측부와 같은 테이블(38)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해, 칼럼(37) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(37)을 중심으로 회전할 수 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시예에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 위치될 수 있고, 다른 캐리지와 독립적으로 병진 및/또는 회전할 수 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러싸거나 심지어 원형일 필요는 없지만, 도시된 바와 같은 링-형상은 구조적 균형을 유지시키면서 칼럼(37)을 중심으로 하는 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진은 시스템(36)이 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용한다. (도시되지 않은) 다른 실시예에서, 시스템(36)은 그 옆으로 연장되는 바아(bar) 또는 레일 형태의 조절가능 아암 지지부(adjustable arm support)를 갖는 환자 테이블 또는 베드를 포함할 수 있다. 하나 이상의 로봇 아암(39)은 (예컨대, 엘보우 조인트(elbow joint)를 갖는 쇼울더(shoulder)를 통해) 조절가능 아암 지지부에 부착될 수 있고, 이는 수직으로 조절될 수 있다. 수직 조절을 제공함으로써, 로봇 아암(39)은 유리하게는 환자 테이블 또는 베드 아래에 콤팩트하게 적재되고, 후속하여 절차 동안 상승될 수 있다.

로봇 아암(39)은 로봇 아암(39)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함하는 아암 마운트들(45)의 세트를 통해 캐리지(43) 상에 장착될 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 아암 마운트(45)가 (도 6에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 측부 상에, (도 9에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에, 또는 테이블(38)의 인접한 측부들 상에(도시되지 않음) 위치될 수 있도록 캐리지(43) 상에 위치될 수 있다.

칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지, 및 캐리지(43)의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지의 수직 병진을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 캐리지(43)의 병진을 기계화하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 칼럼(37)은 또한 캐리지(43) 및 그 상에 장착된 로봇 아암(39)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.

테이블 기부(46)는 도 2에 도시된 카트(11) 내의 카트 기부(15)와 유사한 기능을 하여, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 아암(39)의 균형을 잡기 위해 더 무거운 구성요소를 수용한다. 테이블 기부(46)는 또한 절차 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수 있다. 테이블 기부(46)의 저부로부터 전개되어, 캐스터는 기부(46)의 양쪽 측부 상에서 반대 방향들로 연장될 수 있고, 시스템(36)이 이동될 필요가 있을 때 후퇴될 수 있다.

계속해서 도 6을 참조하면, 시스템(36)은 또한 타워(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 테이블의 형태 인자 및 부피(bulk)를 감소시키기 위해 시스템(36)의 기능을 테이블과 타워 사이에서 분할한다. 이전에 개시된 실시예에서와 같이, 타워는 처리, 컴퓨팅, 및 제어 능력, 전력, 유체장치, 및/또는 광학 및 센서 처리와 같은 다양한 지원 기능을 테이블에 제공할 수 있다. 타워는 또한, 의사 접근을 개선하고 수술실을 정리하기 위해 환자로부터 멀리 위치되도록 이동가능할 수 있다. 추가적으로, 타워 내에 구성요소를 배치하는 것은 로봇 아암(39)의 잠재적인 적재를 위한, 테이블 기부(46) 내의 더 많은 보관 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트(pendant)와 같은, 사용자 입력을 위한 사용자 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 이미징, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술전 및 수술중 정보를 위한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 마스터 제어기(master controller) 또는 콘솔을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 타워는 또한 흡입법(insufflation)을 위해 사용될 가스 탱크를 위한 홀더를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 테이블 기부는 사용하지 않을 때 로봇 아암을 적재 및 보관할 수 있다. 도 7은 테이블-기반 시스템의 일 실시예에서 로봇 아암을 적재하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 아암(50), 아암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 기부(49) 내에 적재하기 위해 기부(49) 내로 수직으로 병진될 수 있다. 기부 커버(52)는 병진 및 후퇴되어 개방되어 캐리지(48), 아암 마운트(51), 및 로봇 아암(50)을 칼럼(53) 주위로 전개시킬 수 있고, 사용하지 않을 때 그들을 적재하여 보호하기 위해 폐쇄될 수 있다. 기부 커버(52)는 그의 개구의 에지를 따라 멤브레인(membrane)(54)으로 밀봉되어, 폐쇄될 때 먼지 및 유체 유입을 방지할 수 있다.

도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 요관경술에서, 테이블(38)은 환자를 칼럼(37) 및 테이블 기부(46)로부터 벗어난 각도로 위치시키기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수 있다. 스위블 부분(55)은 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀리 위치시키기 위해 피봇 지점(예컨대, 환자의 머리 아래에 위치됨)을 중심으로 회전 또는 피봇할 수 있다. 예를 들어, 스위블 부분(55)의 피봇팅(pivoting)은 C-아암(도시되지 않음)이 테이블(38) 아래의 칼럼(도시되지 않음)과 공간을 경합함이 없이 환자의 하복부 위에 위치되도록 허용한다. 캐리지(35)(도시되지 않음)를 칼럼(37)을 중심으로 회전시킴으로써, 로봇 아암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 직접 삽입하여 요도에 도달하게 할 수 있다. 요관경술에서, 스터럽(stirrup)(58)이 또한 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정되어, 절차 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 서혜부 영역에 대한 명확한 접근을 허용할 수 있다.

복강경술 절차에서, 환자의 복벽 내의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구가 환자의 해부학적 구조 내로 삽입될 수 있다. 일부 실시예에서, 최소 침습 기구는 환자 내의 해부학적 구조에 접근하는 데 사용되는, 샤프트와 같은 세장형 강성 부재를 포함한다. 환자의 복강의 팽창 후에, 기구는 파지, 절단, 절제, 봉합 등과 같은 수술 또는 의료 작업을 수행하도록 지향될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구는 복강경과 같은 스코프(scope)를 포함할 수 있다. 도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 아암들(39)의 쌍을 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치시키도록 회전되고 수직으로 조절될 수 있어서, 기구(59)가 환자의 양쪽 측부 상의 최소 절개부로 통과되어 그/그녀의 복강에 도달하도록 아암 마운트(45)를 사용하여 위치될 수 있게 한다.

복강경술 절차를 수용하기 위해, 로봇식 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 원하는 각도로 틸팅되게 할 수 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조절을 갖는 로봇식 의료 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(36)은 테이블(38)의 틸트를 수용하여, 테이블의 하나의 부분을 다른 부분보다 바닥으로부터 더 큰 거리를 두고 위치시킬 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는 틸트와 일치하도록 회전할 수 있어서, 로봇 아암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지시키게 한다. 더 급격한 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 칼럼(37)의 수직 연장이 테이블(38)이 바닥에 닿거나 테이블 기부(46)와 충돌하지 않게 하도록 허용하는 삽통 부분(60)을 포함할 수 있다.

도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서의 직교 축(1, 2)의 위치설정에 의해 가능해질 수 있으며, 각각의 축은 전기 피치 각도 명령에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서의 틸트 조절을 가능하게 할 것인 한편, 다른 하나의 스크류(6)를 따른 회전은 다른 하나의 축(2)을 따른 틸트 조절을 가능하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 볼 조인트(ball joint)가 다중 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 사용될 수 있다.

예를 들어, 피치 조절은, 하복부 수술을 위해, 테이블을 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 위치시키려고 할 때, 즉 환자의 하복부를 환자의 상복부보다 바닥으로부터 더 높은 위치에 위치시키려고 할 때 특히 유용하다. 트렌델렌부르크 자세는 환자의 내부 장기가 중력을 통해 그/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습 도구가 들어가서 복강경 전립선절제술과 같은 하복부 수술 또는 의료 절차를 수행할 복강을 비운다.

도 12 및 도 13은 테이블-기반 수술 로봇 시스템(100)의 대안적인 실시예의 등각도 및 단부도를 예시한다. 수술 로봇 시스템(100)은 테이블(101)에 대해 하나 이상의 로봇 아암(예를 들어, 도 14 참조)을 지지하도록 구성될 수 있는 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 단일 조절가능 아암 지지부(105)가 도시되어 있지만, 추가 아암 지지부가 테이블(101)의 반대편 측부 상에 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 그것이 테이블(101)에 대한 조절가능 아암 지지부(105) 및/또는 그에 장착된 임의의 로봇 아암의 위치를 조절 및/또는 변경하기 위해 테이블(101)에 대해 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 1 이상의 자유도로 테이블(101)에 대해 조절될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는, 하나 이상의 조절가능 아암 지지부(105) 및 그에 부착된 임의의 로봇 아암을 테이블(101) 아래에 용이하게 적재하는 능력을 포함하는, 시스템(100)에 대한 높은 다용도성을 제공한다. 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 아래의 위치로 상승될 수 있다. 다른 실시예에서, 조절가능 아암 지지부(105)는 적재된 위치로부터 테이블(101)의 상부 표면 위의 위치로 상승될 수 있다.

조절가능 아암 지지부(105)는 리프트(lift), 측방향 병진, 틸트 등을 포함하는 여러 자유도를 제공할 수 있다. 도 12 및 도 13의 예시된 실시예에서, 아암 지지부(105)는 도 12에 화살표로 예시된 4 자유도로 구성된다. 제1 자유도는 z-방향으로의 조절가능 아암 지지부(105)의 조절("Z-리프트")을 허용한다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 테이블(101)을 지지하는 칼럼(102)을 따라 또는 그에 대해 상향 또는 하향으로 이동하도록 구성되는 캐리지(109)를 포함할 수 있다. 제2 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 틸팅하도록 허용할 수 있다. 예를 들어, 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)가 트렌델렌부르크 자세에서 베드와 정렬되도록 허용할 수 있는 회전 조인트를 포함할 수 있다. 제3 자유도는 조절가능 아암 지지부(105)가 "상향 피봇(pivot up)"하도록 허용할 수 있으며, 이는 테이블(101)의 측부와 조절가능 아암 지지부(105) 사이의 거리를 조절하는 데 사용될 수 있다. 제4 자유도는 테이블의 길이방향 길이를 따른 조절가능 아암 지지부(105)의 병진을 허용할 수 있다.

도 12 및 도 13의 수술 로봇 시스템(100)은 기부(103)에 장착된 칼럼(102)에 의해 지지되는 테이블을 포함할 수 있다. 기부(103) 및 칼럼(102)은 지지 표면에 대해 테이블(101)을 지지한다. 바닥 축(131) 및 지지 축(133)이 도 13에 도시되어 있다.

조절가능 아암 지지부(105)는 칼럼(102)에 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 아암 지지부(105)는 테이블(101) 또는 기부(103)에 장착될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 캐리지(109), 바아 또는 레일 커넥터(111), 및 바아 또는 레일(107)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 레일(107)에 장착된 하나 이상의 로봇 아암은 서로에 대해 병진 및 이동할 수 있다.

캐리지(109)는 제1 조인트(113)에 의해 칼럼(102)에 부착될 수 있으며, 이는 캐리지(109)가 (예컨대, 제1 또는 수직 축(123)의 상향 및 하향으로와 같이) 칼럼(102)에 대해 이동하도록 허용한다. 제1 조인트(113)는 조절가능 아암 지지부(105)에 제1 자유도("Z-리프트")를 제공할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제2 자유도(틸트)를 제공하는 제2 조인트(115)를 포함할 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제3 자유도("상향 피봇")를 제공할 수 있는 제3 조인트(117)를 포함할 수 있다. 레일 커넥터(111)가 제3 축(127)을 중심으로 회전됨에 따라 레일(107)의 배향을 유지시키기 위해 제3 조인트(117)를 기계적으로 구속하는 (도 13에 도시된) 추가 조인트(119)가 제공될 수 있다. 조절가능 아암 지지부(105)는 제4 축(129)을 따라 조절가능 아암 지지부(105)에 대한 제4 자유도(병진)를 제공할 수 있는 제4 조인트(121)를 포함할 수 있다.

도 14는 테이블(101)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 장착된 2개의 조절가능 아암 지지부(105A, 105B)를 갖는 수술 로봇 시스템(140A)의 단부도를 예시한다. 제1 로봇 아암(142A)이 제1 조절가능 아암 지지부(105B)의 바아 또는 레일(107A)에 부착된다. 제1 로봇 아암(142A)은 레일(107A)에 부착되는 기부(144A)를 포함한다. 제1 로봇 아암(142A)의 원위 단부는 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착될 수 있는 기구 구동 메커니즘(146A)을 포함한다. 유사하게, 제2 로봇 아암(142B)은 레일(107B)에 부착되는 기부(144B)를 포함한다. 제2 로봇 아암(142B)의 원위 단부는 기구 구동 메커니즘(146B)을 포함한다. 기구 구동 메커니즘(146B)은 하나 이상의 로봇 의료 기구 또는 도구에 부착되도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은 7 이상의 자유도를 갖는 아암을 포함한다. 일부 실시예에서, 로봇 아암들(142A, 142B) 중 하나 이상은, 삽입 축(삽입을 포함하는 1-자유도), 리스트(wrist)(리스트 피치, 요(yaw) 및 롤(roll)을 포함하는 3-자유도), 엘보우(엘보우 피치를 포함하는 1-자유도), 쇼울더(쇼울더 피치 및 요를 포함하는 2-자유도), 및 기부(144A, 144B)(병진을 포함하는 1-자유도)를 포함하는, 8 자유도를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 자유도는 로봇 아암(142A, 142B)에 의해 제공될 수 있는 한편, 다른 실시예에서는, 기구 자체가 기구-기반 삽입 아키텍처를 통한 삽입을 제공한다.

C. 기구 드라이버 및 인터페이스.

시스템의 로봇 아암의 엔드 이펙터는 (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합하는 기구 드라이버(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 장치 조작기"로 지칭됨), 및 (ii) 모터와 같은 임의의 전기-기계 구성요소가 없을 수 있는 제거가능 또는 탈착가능 의료 기구를 포함할 수 있다. 이러한 이분법은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성, 및 그들의 복잡한 기계 조립체 및 민감한 전자장치로 인해 고가의 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없음에 의해 주도될 수 있다. 따라서, 의료 기구는 의사 또는 의사의 스태프에 의한 개별적인 멸균 또는 폐기를 위해 기구 드라이버(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 기구 드라이버는 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 드레이핑될(draped) 수 있다.

도 15는 예시적인 기구 드라이버를 예시한다. 로봇 아암의 원위 단부에 위치되어, 기구 드라이버(62)는 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축으로 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)을 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)은 기구와 상호작용하기 위한 개별 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 원하는 토크로 변환시키기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 제어 회로부에 피드백을 제공하기 위한 인코더(encoder)(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)이 독립적으로 제어되고 동력화되기 때문에, 기구 드라이버(62)는 의료 기구에 다수의(예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이 4개의) 독립적인 구동 출력부를 제공할 수 있다. 작동 시에, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신할 것이고, 모터(66)에 모터 신호를 전송할 것이며, 인코더(67)에 의해 측정된 바와 같은 생성된 모터 속도를 원하는 속도와 비교할 것이고, 모터 신호를 변조하여 원하는 토크를 생성할 것이다.

멸균 환경을 필요로 하는 절차의 경우, 로봇 시스템은 기구 드라이버와 의료 기구 사이에 있는, 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결된 멸균 어댑터(sterile adapter)와 같은 구동 인터페이스를 통합할 수 있다. 멸균 어댑터의 주된 목적은 기구 드라이버의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각도 운동을, 구동 샤프트와 구동 입력부 사이의 물리적 분리, 및 그에 따라 멸균을 유지시키면서, 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는 기구 드라이버의 구동 샤프트 및 기구 상의 구동 입력부와 정합되도록 의도되는 일련의 회전 입력부 및 출력부를 포함할 수 있다. 멸균 어댑터에 연결되어, 투명 또는 반투명 플라스틱과 같은 얇은 가요성 재료로 구성된 멸균 드레이프는 기구 드라이버, 로봇 아암, (카트-기반 시스템 내의) 카트 또는 (테이블-기반 시스템 내의) 테이블과 같은 자본 장비를 덮도록 설계된다. 드레이프의 사용은 자본 장비가 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비-멸균 영역) 내에 여전히 위치되면서 환자에게 근접하게 위치되도록 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 하나의 측부 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 영역)에서 환자와 인터페이싱할 수 있다.

D. 의료 기구.

도 16은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계된 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 세장형 샤프트(71)(또는 세장형 본체) 및 기구 기부(instrument base)(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동 상호작용을 위한 그의 의도된 설계로 인해 "기구 손잡이"로 또한 지칭되는 기구 기부(72)는 일반적으로, 로봇 아암(76)의 원위 단부에서 기구 드라이버(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 정합되도록 설계되는 회전가능 구동 입력부(73), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리 또는 스풀을 포함할 수 있다. 물리적으로 연결, 래칭(latched), 및/또는 결합될 때, 기구 기부(72)의 정합된 구동 입력부(73)는 기구 드라이버(75) 내의 구동 출력부(74)와 회전 축을 공유하여, 구동 출력부(74)로부터 구동 입력부(73)로의 토크의 전달을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 정합하도록 설계되는 스플라인(spline)을 포함할 수 있다.

세장형 샤프트(71)는, 예컨대 내시경술에서와 같이, 해부학적 개구 또는 내강, 또는 예컨대 복강경술에서와 같이, 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 세장형 샤프트(71)는 가요성(예컨대, 내시경과 유사한 특성을 가짐) 또는 강성(예컨대, 복강경과 유사한 특성을 가짐)이거나 가요성 부분 및 강성 부분 둘 모두의 맞춤형 조합을 포함할 수 있다. 복강경술을 위해 설계될 때, 강성의 세장형 샤프트의 원위 단부는, 적어도 1의 자유도를 갖는 클레비스(clevis)로부터 형성되는 조인트식 리스트(jointed wrist)로부터 연장되는 엔드 이펙터, 및 구동 입력부가 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 응답하여 회전함에 따라 텐돈(tendon)으로부터의 힘에 기초하여 작동될 수 있는, 예를 들어 파지기 또는 가위와 같은 수술 도구 또는 의료 기구에 연결될 수 있다. 내시경술을 위해 설계될 때, 가요성의 세장형 샤프트의 원위 단부는 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 기초하여 관절운동되고 구부러질 수 있는 조향가능 또는 제어가능 굽힘 섹션을 포함할 수 있다.

기구 드라이버(75)로부터의 토크는 세장형 샤프트(71)를 따른 텐돈을 사용하여 세장형 샤프트(71)를 따라 전달된다. 당김 와이어(pull wire)와 같은 이들 개별 텐돈은 기구 손잡이(72) 내의 개별 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수 있다. 손잡이(72)로부터, 텐돈은 세장형 샤프트(71)를 따른 하나 이상의 당김 루멘(pull lumen)을 따라 지향되고, 세장형 샤프트(71)의 원위 부분에, 또는 세장형 샤프트의 원위 부분에 있는 리스트 내에 고정된다. 복강경술, 내시경술 또는 하이브리드 절차와 같은 수술 절차 동안, 이들 텐돈은 리스트, 파지기, 또는 가위와 같은 원위에 장착된 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈에 장력을 전달하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 일정 방식으로 작동하게 할 것이다. 일부 실시예에서, 수술 절차 동안, 텐돈은 조인트가 축을 중심으로 회전하게 하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하게 할 수 있다. 대안적으로, 텐돈은 세장형 샤프트(71)의 원위 단부에서 파지기의 하나 이상의 조오(jaw)에 연결될 수 있으며, 여기에서 텐돈으로부터의 장력은 파지기가 폐쇄되게 한다.

내시경술에서, 텐돈은 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정을 통해 (예컨대, 원위 단부에서) 세장형 샤프트(71)를 따라 위치된 굽힘 또는 관절운동 섹션에 결합될 수 있다. 굽힘 섹션의 원위 단부에 고정식으로 부착될 때, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈을 따라 전달되어, 더 연질인 굽힘 섹션(때때로 관절운동가능 섹션 또는 영역으로 지칭됨)이 구부러지거나 관절운동하게 할 것이다. 비-굽힘 섹션을 따라, 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 그 내측에서) 개별 텐돈을 지향시키는 개별 당김 루멘을 나선형화 또는 나선화하여, 당김 와이어의 장력으로부터 발생하는 반경방향 힘의 균형을 잡는 것이 유리할 수 있다. 나선(spiraling)의 각도 및/또는 그들 사이의 간격은 특정 목적을 위해 변경 또는 조작될 수 있으며, 여기에서 더 조밀한 나선은 하중 힘 하에서의 더 작은 샤프트 압축을 나타내는 한편, 더 적은 양의 나선은 하중 힘 하에서의 더 큰 샤프트 압축을 가져오지만, 굽힘을 제한한다. 스펙트럼의 다른 단부 상에서, 당김 루멘은 원하는 굽힘 또는 관절운동가능 섹션에서의 제어된 관절운동을 허용하기 위해 세장형 샤프트(71)의 길이방향 축에 평행하게 지향될 수 있다.

내시경술에서, 세장형 샤프트(71)는 로봇 절차를 보조하기 위한 다수의 구성요소를 수용한다. 샤프트(71)는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구(또는 의료 기구), 관주, 및/또는 흡인을 전개시키기 위한 작업 채널을 포함할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 광학 카메라를 포함할 수 있는, 원위 팁(distal tip)에 있는 광학 조립체로/그로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근위에 위치된 광원으로부터 샤프트(71)의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용할 수 있다.

기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한, 진단 및/또는 치료, 관주, 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수 있다. 원위 팁은 또한, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하기 위한, 섬유경 또는 디지털 카메라와 같은 카메라를 위한 포트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원위 팁은 또한, 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다.

도 16의 예에서, 구동 샤프트 축, 및 그에 따라 구동 입력부 축은 세장형 샤프트(71)의 축에 직교한다. 그러나, 이러한 배열은 세장형 샤프트(71)에 대한 롤 능력을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정적으로 유지시키면서 세장형 샤프트(71)를 그의 축을 따라 롤링시키는 것은 텐돈이 구동 입력부(73)로부터 연장되고 세장형 샤프트(71) 내의 당김 루멘에 들어감에 따라 텐돈의 바람직하지 않은 엉킴을 야기한다. 그러한 텐돈의 결과적인 엉킴은 내시경술 절차 동안 가요성의 세장형 샤프트(71)의 이동을 예측하도록 의도된 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수 있다.

도 17은 구동 유닛의 축이 기구의 세장형 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시된 바와 같이, 원형 기구 드라이버(80)는 그들의 구동 출력부(81)가 로봇 아암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 4개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)는 기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83) 내에 수용되며, 이는 조립체(83) 내의 구동 유닛들 중 하나에 의해 구동된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 조립체(83)는 회전 조립체(83)를 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호가 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)으로부터, 브러시형 슬립 링 연결부(brushed slip ring connection)(도시되지 않음)에 의해 회전을 통해 유지될 수 있는 전기 접촉부를 통해 회전 조립체(83)로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 조립체(83)는, 비-회전가능 부분(84) 내에 통합되어, 그에 따라 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수 있다. 회전 메커니즘(83)은 기구 드라이버(80)가 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 단일 유닛으로서 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전시키도록 허용한다.

이전에 개시된 실시예와 마찬가지로, 기구(86)는 세장형 샤프트 부분(88), 및 기구 드라이버(80) 내의 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 (리셉터클, 풀리, 및 스풀과 같은) 복수의 구동 입력부(89)를 포함하는 기구 기부(87)(논의 목적을 위해 투명 외부 스킨으로 도시됨)를 포함할 수 있다. 이전에 개시된 실시예와 달리, 기구 샤프트(88)는 축이 도 16의 설계에서와 같이 직교하기보다는 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 상태로 기구 기부(87)의 중심으로부터 연장된다.

기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83)에 결합될 때, 기구 기부(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 회전 조립체(83)와 조합하여 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 기부(87)의 중심에 위치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착될 때 기구 드라이버 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 조립체(83)의 회전은 기구 샤프트(88)가 그 자체의 길이방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 더욱이, 기구 기부(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 기부(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결된 임의의 텐돈은 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은 임의의 제어 텐돈을 엉키게 하지 않고서 샤프트 회전을 허용한다.

도 18은 일부 실시예에 따른, 기구 기반 삽입 아키텍처를 갖는 기구를 예시한다. 기구(150)는 위에서 논의된 기구 드라이버들 중 임의의 것에 결합될 수 있다. 기구(150)는 세장형 샤프트(152), 샤프트(152)에 연결되는 엔드 이펙터(162), 및 샤프트(152)에 결합되는 손잡이(170)를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 근위 부분(154) 및 원위 부분(156)을 갖는 튜브형 부재를 포함한다. 세장형 샤프트(152)는 그의 외부 표면을 따라 하나 이상의 채널 또는 홈(158)을 포함한다. 홈(158)은 그를 통해 하나 이상의 와이어 또는 케이블(180)을 수용하도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 케이블(180)이 세장형 샤프트(152)의 외부 표면을 따라 이어진다. 다른 실시예에서, 케이블(180)은 또한 세장형 샤프트(152)를 통해 이어질 수 있다. (예컨대, 기구 드라이버를 통한) 하나 이상의 케이블(180)의 조작이 엔드 이펙터(162)의 작동을 유발한다.

기구 기부로 또한 지칭될 수 있는 기구 손잡이(170)는 일반적으로, 기구 드라이버의 부착 표면 상의 하나 이상의 토크 커플러(torque coupler)와 상호 정합되도록 설계되는 하나 이상의 기계적 입력부(174), 예컨대 리셉터클, 풀리 또는 스풀을 갖는 부착 인터페이스(172)를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 기구(150)는 세장형 샤프트(152)가 손잡이(170)에 대해 병진하는 것을 가능하게 하는 일련의 풀리 또는 케이블을 포함한다. 다시 말하면, 기구(150) 자체가 기구의 삽입을 수용하는 기구-기반 삽입 아키텍처를 포함하여, 그에 의해 기구(150)의 삽입을 제공하기 위한 로봇 아암에 대한 의존성을 최소화한다. 다른 실시예에서, 로봇 아암이 기구 삽입을 주로 담당할 수 있다.

E. 제어기.

본 명세서에 기술된 로봇 시스템들 중 임의의 것은 로봇 아암에 부착된 기구를 조작하기 위한 입력 장치 또는 제어기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어기는 제어기의 조작이 예컨대 마스터 슬레이브 제어(master slave control)를 통해 기구의 대응하는 조작을 유발하도록 기구와 (예컨대, 통신가능하게, 전자적으로, 전기적으로, 무선으로, 그리고/또는 기계적으로) 결합될 수 있다.

도 19는 제어기(182)의 일 실시예의 사시도이다. 본 실시예에서, 제어기(182)는 임피던스 및 어드미턴스 제어(impedance and admittance control) 둘 모두를 가질 수 있는 하이브리드 제어기를 포함한다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 임피던스 또는 수동 제어(passive control)를 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(182)는 단지 어드미턴스 제어를 이용할 수 있다. 하이브리드 제어기임으로 인해, 제어기(182)는 유리하게는 사용 중인 동안 더 낮은 인지 관성(perceived inertia)을 가질 수 있다.

예시된 실시예에서, 제어기(182)는 2개의 의료 기구의 조작을 허용하도록 구성되고, 2개의 손잡이(184)를 포함한다. 손잡이들(184) 각각은 짐벌(gimbal)(186)에 연결된다. 각각의 짐벌(186)은 위치설정 플랫폼(188)에 연결된다.

도 19에 도시된 바와 같이, 각각의 위치설정 플랫폼(188)은 직선형 조인트(prismatic joint)(196)에 의해 칼럼(194)에 결합되는 SCARA 아암(선택적 순응형 조립 로봇 아암(selective compliance assembly robot arm))(198)을 포함한다. 직선형 조인트(196)는 손잡이들(184) 각각이 z-방향으로 병진되는 것을 허용하여 제1 자유도를 제공하기 위해 칼럼(194)을 따라(예컨대, 레일(197)을 따라) 병진하도록 구성된다. SCARA 아암(198)은 x-y 평면 내에서의 손잡이(184)의 운동을 허용하여, 2의 추가 자유도를 제공하도록 구성된다.

일부 실시예에서, 하나 이상의 로드 셀(load cell)이 제어기 내에 위치된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 로드 셀(도시되지 않음)이 짐벌들(186) 각각의 본체에 위치된다. 로드 셀을 제공함으로써, 제어기(182)의 부분들은 어드미턴스 제어 하에서 작동할 수 있어서, 그에 의해 유리하게는 사용 중인 동안 제어기의 인지 관성을 감소시킨다. 일부 실시예에서, 위치설정 플랫폼(188)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 짐벌(186)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 다른 실시예에서, 짐벌(186)은 어드미턴스 제어를 위해 구성되는 한편, 위치설정 플랫폼(188)은 임피던스 제어를 위해 구성된다. 따라서, 일부 실시예의 경우, 위치설정 플랫폼(188)의 병진 또는 위치 자유도는 어드미턴스 제어에 의존할 수 있는 한편, 짐벌(186)의 회전 자유도는 임피던스 제어에 의존할 수 있다.

F. 내비게이션 및 제어.

전통적인 내시경술은 (예컨대, C-아암을 통해 전달될 수 있는 바와 같은) 형광투시법 및 다른 형태의 방사선-기반 이미징 기법의 사용을 수반하여, 조작자 의사에게 관내 안내를 제공할 수 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은 비-방사선-기반 내비게이션 및 위치결정 수단을 제공하여, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 장비의 양을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치결정"은 기준 좌표계에서 물체의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수 있다. 수술전 매핑, 컴퓨터 비전(computer vision), 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터와 같은 기법은 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 방사선-기반 이미징 기법이 여전히 사용되는 다른 경우에, 수술전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터는 방사선-기반 이미징 기법만을 통해 획득된 정보를 개선하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.

도 20은 예시적인 실시예에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(90)을 예시한 블록도이다. 위치결정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 장치들의 세트일 수 있다. 컴퓨터 장치는 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소 내의 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터-판독가능 메모리에 의해 구현될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 장치는 도 1에 도시된 타워(30), 도 1 내지 도 4에 도시된 카트(11), 도 5 내지 도 14에 도시된 베드 등 내에 있을 수 있다.

도 20에 도시된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하도록 입력 데이터(91 내지 94)를 처리하는 위치결정 모듈(95)을 포함할 수 있다. 위치 데이터(96)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 배향을 나타내는 데이터 또는 논리일 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조 또는 알려진 물체, 예컨대 EM 필드 발생기(EM 필드 발생기에 대해서는 아래의 논의 참조)에 대한 기준 프레임일 수 있다.

이제, 다양한 입력 데이터(91 내지 94)가 더 상세히 기술된다. 수술전 매핑은 저 선량 CT 스캔의 집합의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수술전 CT 스캔은 3차원 이미지로 재구성되며, 이는, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 절결도의 "슬라이스(slice)"로서 시각화된다. 전체적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의 해부학적 공동, 공간 및 구조에 대한 이미지-기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)과 같은 기법이 CT 이미지로부터 결정되고 근사화되어, 모델 데이터(91)로 지칭되는(수술전 CT 스캔만을 사용하여 생성될 때 "수술전 모델 데이터"로 또한 지칭됨), 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 사용은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있으며, 기관지경술에 특히 적절하다.

일부 실시예에서, 기구는 비전 데이터(또는 이미지 데이터)(92)를 제공하기 위한 카메라를 구비할 수 있다. 위치결정 모듈(95)은 하나 이상의 비전-기반(또는 이미지-기반) 위치 추적 모듈 또는 특징부를 가능하게 하도록 비전 데이터(92)를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)는 비전 데이터(92)와 함께 사용되어 의료 기구의 컴퓨터 비전-기반 추적을 가능하게 할 수 있다(예컨대, 내시경 전진 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진). 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 예상 이동 경로에 기초하여 모델로부터 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있으며, 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술중에, 이러한 라이브러리는, 카메라(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지를 이미지 라이브러리 내의 이미지와 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 로봇 시스템에 의해 참조될 수 있다.

다른 컴퓨터 비전-기반 추적 기법은 특징부 추적(feature tracking)을 사용하여 카메라, 및 그에 따라 내시경의 운동을 결정한다. 위치결정 모듈(95)의 일부 특징부는 해부학적 내강에 대응하는 수술전 모델 데이터(91) 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 내강이 선택되었는지뿐만 아니라 카메라의 상대 회전 및/또는 병진 운동을 결정할 수 있다. 위상 맵(topological map)의 사용은 비전-기반 알고리즘 또는 기법을 추가로 향상시킬 수 있다.

다른 컴퓨터 비전-기반 기법인 광학 흐름(optical flow)은 비전 데이터(92) 내의 비디오 시퀀스(video sequence)에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진을 분석하여 카메라 이동을 추론할 수 있다. 광학 흐름 기법의 예는 모션 검출(motion detection), 객체 분할 계산(object segmentation calculation), 휘도(luminance), 모션 보상 인코딩(motion compensated encoding), 스테레오 디스패리티 측정(stereo disparity measurement) 등을 포함할 수 있다.다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라(및 그에 따라 내시경)의 이동 및 위치가 결정될 수 있다.

위치결정 모듈(95)은 수술전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 전역 좌표계에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예컨대, 내시경 도구) 내에 하나 이상의 위치 및 배향으로 내장된 하나 이상의 센서 코일을 포함하는 EM 센서(또는 추적기)가 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성되는 EM 필드의 변화를 측정한다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 내장된 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에 소전류(small current)를 유도하며, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및 배향은 좌표계 내의 단일 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델 내의 위치와 정렬시키는 기하학적 변환을 결정하기 위해 수술중에 환자 해부학적 구조(예컨대, 수술전 모델)에 "정합될" 수 있다. 일단 정합되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예컨대, 내시경의 원위 팁)에 있는 내장된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시(real-time indication)를 제공할 수 있다.

로봇 명령 및 운동학(kinematics) 데이터(94)가 또한 위치결정 모듈(95)에 의해 사용되어, 로봇 시스템에 대한 위치결정 데이터(96)를 제공할 수 있다. 관절운동 명령으로부터 발생하는 장치 피치 및 요는 수술전 보정 동안 결정될 수 있다. 수술중에, 이들 보정 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 기구의 위치를 추정할 수 있다. 대안적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 네트워크 내의 의료 기구의 위치를 추정할 수 있다.

도 20이 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시되어 있지 않지만, 형상-감지 섬유를 이용하는 기구가, 위치결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하는 데 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.

위치결정 모듈(95)은 입력 데이터(91 내지 94)를 조합(들)으로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 조합은 위치결정 모듈(95)이 입력 데이터(91 내지 94) 각각으로부터 결정된 위치에 신뢰 가중치(confidence weight)를 할당하는 확률적 접근법(probabilistic approach)을 사용할 수 있다. 따라서, (EM 간섭이 있는 경우 그러할 수 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰가능하지 않을 수 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정된 위치의 신뢰도가 감소될 수 있고, 위치결정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 명령 및 운동학 데이터(94)에 더 많이 의존할 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 로봇 시스템은 위의 기법들 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수 있다. 타워, 베드 및/또는 카트에 기반한 로봇 시스템의 컴퓨터-기반 제어 시스템은 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수 있으며, 이는, 실행 시에, 시스템으로 하여금 센서 데이터 및 사용자 명령을 수신 및 분석하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하고, 전역 좌표계, 해부학적 맵 등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치결정 데이터를 디스플레이하게 한다.

2. 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구.

본 개시의 실시예는 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구를 위한 장치, 시스템, 및 기법에 관한 것이다. 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구는 일부 실시예에서, 도 1 내지 도 20을 참조하여 전술된 것과 같은 로봇식 의료 시스템과 함께 사용될 수 있다. 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구는 수동 제어, 로봇 제어, 또는 둘 모두를 위해 구성될 수 있다. 그러한 의료 기구는 또한 그들이 수동 및 로봇 제어 둘 모두를 위해 구성되기 때문에 하이브리드 의료 기구로 고려될 수 있다. 의료 기구의 예는 내시경, 카메라(예컨대, 광섬유를 구비함), 바스켓팅 도구(basketing tool), 블레이드 도구(blade tool), 레이저 도구(laser tool)(예컨대, 광섬유를 구비함), 및/또는 본 명세서에 기술된 다른 기구를 포함할 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구는 내시경술 절차를 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구는 검뇨(uroscopy), 요관경술, 위내시경술, 기관지경술, 또는 다른 내시경술 절차를 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 의료 기구는 복강경술 절차 또는 다른 유형의 의료 절차(예컨대, 개복 절차)를 위해 구성될 수 있다.

A. 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구에 대한 도입.

일부 실시예에서, 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구는 의료 기구를 물리적으로 취급하고 수동으로 조작하는 의사 또는 다른 조작자에 의해 제1 모드(수동 모드)로 작동될 수 있으며, 또한 로봇식 의료 시스템에 의해 제2 모드(로봇 모드)로 작동될 수 있다. 수동 모드로 작동될 때, 의사는 의료 기구를 제어하기 위해 하나 이상의 수동 구동 입력부를 수동으로 조작할 수 있다. 로봇 모드로 작동될 때, 의료 기구는 로봇 아암 또는 다른 기구 위치설정 장치의 단부 상에 위치되는 기구 구동 메커니즘에 부착될 수 있다. 기구 구동 메커니즘은 의료 기구를 로봇으로 제어하기 위해 하나 이상의 로봇 구동 입력부(robotic drive input)와 맞물리는 하나 이상의 로봇 구동 출력부(robotic drive output)를 포함할 수 있다. 의사는 로봇식 시스템을 제어하기 위해 (예를 들어, 도 19에 도시된 바와 같은) 제어기를 사용할 수 있다.

의료 기구는 세장형 샤프트 및 기구 손잡이(또는 기구 기부)를 포함할 수 있다. 세장형 샤프트는 의료 절차 동안 환자의 해부학적 구조 내로의 삽입을 위해 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트는 자연 구멍을 통해 환자의 해부학적 구조 내로 삽입된다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트는 절개부 또는 다른 수술 개구를 통해 환자의 해부학적 구조 내로 삽입된다. 세장형 샤프트는 가요성일 수 있다. 세장형 샤프트는 관절운동가능하고 제어가능할 수 있다. 이는 의사와 같은 조작자가 세장형 샤프트의 관절운동을 제어하여 의료 기구를 환자의 해부학적 구조를 통해 내비게이션하고 조향하도록 허용할 수 있다. 세장형 샤프트의 관절운동을 제어하는 것은 세장형 샤프트의 관절운동가능 부분을 편향시키거나 구부리는 것, 및 소정 실시예에서 샤프트의 길이방향 축을 중심으로 한 세장형 샤프트의 롤 또는 회전을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 관절운동가능 부분은 세장형 샤프트의 원위 부분일 수 있다. 관절운동가능 부분은 1 이상의 자유도로 관절운동가능할 수 있다. 자유도는 선형 또는 회전이거나, 평면을 따라 관절운동을 포함할 수 있다. 세장형 샤프트의 작동은 기구 기부에서 제어될 수 있다.

(예를 들어, 도 15 내지 도 18을 참조하여) 전술된 바와 같이, 일부 실시예에서, 의료 기구는 세장형 샤프트를 따라(예컨대, 그 상에서 또는 그를 통해) 연장되는 하나 이상의 당김 와이어를 포함할 수 있다. 당김 와이어는 기구 손잡이 내에서, 풀리 및/또는 캡스턴(capstan)과 같은 작동 메커니즘에 부착될 수 있다. 작동 메커니즘은 이어서 수동 및 로봇 구동 입력부에 연결될 수 있어서, 수동 및 로봇 구동 입력부의 작동이 당김 와이어를 당겨 세장형 샤프트의 관절운동을 유발하도록 작동 메커니즘을 작동시킨다. 일부 실시예에서, 수동 구동 입력부들 중 하나 이상 및 로봇 구동 입력부들 중 하나 이상이 각각 기구 손잡이 내에서 동일한 작동 메커니즘(예컨대, 풀리, 캡스턴, 및/또는 풀리 조립체)에 연결되어, 수동 구동 입력부 및 로봇 구동 입력부 둘 모두가 동일한 작동 메커니즘을 작동시키는 데 사용될 수 있다. 수동 구동 입력부는 로봇 구동 입력부와 별개일 수 있다. 예를 들어, 수동 구동 입력부는 손으로 작동가능하도록 구성되고 위치될 수 있는 한편, 로봇 구동 입력부는 로봇식 의료 시스템에 의해 작동가능하도록 로봇 구동 출력부와 맞물리게 구성되고 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 수동 구동 입력부는 기구 손잡이가 기구 구동 메커니즘에 부착될 때에도 노출되거나 접근가능하게 유지된다.

로봇 및/또는 수동 제어 둘 모두를 위해 구성된 의료 기구는 일부 실시예에서 하나 이상의 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 절차 동안, 의료 기구는 먼저 수동으로 환자 내로 삽입될 수 있다. 의사가 먼저 의료 기구를 환자의 해부학적 구조를 통해 안내하기 위해 세장형 샤프트의 관절운동을 제어하도록 수동 구동 입력부를 사용하여 의료 기구를 물리적으로 취급하여 환자 내로 수동으로 삽입할 수 있다. 의사에게 먼저 수동 삽입을 수행하는 능력을 제공할 수 있는 의료 기구가 일부 경우에 로봇 삽입보다 신속하고 용이할 수 있다. 수동 삽입은 예를 들어 의사에게 환자의 내부 해부학적 구조로부터의 미세한 피드백을 제공할 수 있다. 이는 예를 들어 소정의 비뇨기과 절차, 예컨대 비뇨기과 내시경술, 방광경술, 요관경술, 또는 신장학, 및 위장 내시경술 절차에서 그러할 수 있다. 초기 수동 삽입 후에, 기구 손잡이는 기구 구동 메커니즘, 예컨대 로봇 아암 또는 다른 기구 위치설정 장치의 단부 상에 위치되는 기구 구동 메커니즘 또는 로봇식 의료 시스템에 부착될 수 있다. 로봇식 의료 시스템에 부착될 때, 의료 기구의 세장형 샤프트의 관절운동 및 제어가 이어서 로봇으로 제어될 수 있다. 로봇 제어는 치료 부위에서 의료 기구의 정밀하고 정확한 제어를 허용할 수 있다. 의료 절차의 소정 태양이 수동 제어에 더 잘 적합할 수 있고 의료 절차의 다른 태양이 로봇 제어에 가장 적합할 수 있기 때문에, 본 명세서에 기술된 하이브리드 의료 기구는 유리하게는 의료 절차의 특정 상황 또는 단계에 따라 요구되는 바와 같은 수동 또는 로봇 제어 모드들 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 그러한 의료 기구는 의사에게 우수한 유연성을 제공하고 의료 절차의 수행을 용이하게 한다.

추가적으로, 일부 로봇식 의료 시스템은 절대 삽입 깊이 또는 스트로크(stroke)에서 제한될 수 있다. 의사가 기구(예컨대, 기구 헤드)의 근사한 또는 대략적인 위치를 설정하기 위해 기구를 수동으로 삽입하는 한편, 로봇 특징부가 기구 위치의 더 미세한 조정을 제공할 수 있는 것이 유리할 수 있다. 따라서, 로봇 시스템의 유한 삽입 깊이 또는 스트로크가 진단 또는 치료의 영역에서 유리하게 이용될 수 있도록 의료 기구를 먼저 수동으로 삽입하는 것이 유리할 수 있다. 본 명세서에 기술된 의료 기구는 로봇으로 수행하기에는 번거로울, 긴 거리에 걸친 기구의 수동 배치를 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구의 수동 제어는 의료 기구에 대한 초기 전반적 위치설정(initial gross positioning)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 수동 제어는 의료 기구를 환자의 해부학적 구조 내에서 치료 부위에 또는 그 부근에 위치시키기 위해 사용될 수 있고, 기구의 로봇 제어는 절차 동안 미세 위치 제어(fine position control)를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 의사는 의료 기구가 기구 구동 메커니즘에 부착되기 전에 수동 구동 입력부를 작동시킴으로써 의료 기구를 수동으로 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 의사는 의료 기구가 기구 구동 메커니즘에 부착되어 있는 동안 수동 구동 입력부를 작동시킴으로써 의료 기구를 수동으로 제어할 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 의료 기구는 수동 및 로봇 구동 입력부 둘 모두를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수동 구동 입력부들 중 하나는 의료 기구의 세장형 샤프트를 위한 2-방향 편향 제어를 제공하도록 구성된다. 2-방향 편향 제어는 2개의 방향으로의 세장형 샤프트의 편향을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 방향은 상향 및 하향 또는 좌측 및 우측과 같은 반대 방향들일 수 있다. 이는 또한 상향-하향 평면 또는 좌측-우측 평면과 같은 단일 평면 내에서의 2-방향 편향 제어로 지칭될 수 있다. 본 출원에서의 방향 용어(예컨대, 상향, 하향, 좌측, 우측 등)는 의료 기구의 배향에 대한 상이한 방향을 지시하기 위해 광범위하게 사용된다. 의료 기구가 매우 다양한 배향으로 빈번하게 재위치될 수 있기 때문에, 방향 용어는 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다. 예를 들어, 상향, 하향, 좌측, 및 우측으로 지칭되는 방향은 기구의 배향에 따라 변화할 수 있다. 2-방향 편향 제어를 위해 구성된 수동 구동 입력부는 예를 들어 레버, 슬라이더, 휠, 또는 다른 유형의 수동으로 작동가능한 구동 입력부일 수 있다. 일부 실시예에서, 수동 구동 입력부를 제1 방향으로 조작하는 것은 제1 방향(예컨대, 상향)으로의 세장형 샤프트의 편향을 유발하고, 수동 구동 입력부를 제2 방향으로 조작하는 것은 제2 방향(예컨대, 하향)으로의 세장형 샤프트의 편향을 유발한다.

의료 기구는 또한 세장형 샤프트에 대한 롤 제어를 허용하도록 구성되는 수동 구동 입력부를 포함할 수 있다. 이는 수동 롤 입력부로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 의료 기구는 세장형 샤프트가 기구 손잡이에 대해 세장형 샤프트의 축을 중심으로 회전되도록 허용하는 수동 구동 입력부를 포함할 수 있다. 이러한 수동 구동 입력부는 기구 손잡이에 대한 세장형 샤프트의 롤을 허용하도록 구성될 수 있다(이 경우 샤프트는 샤프트의 길이방향 축을 중심으로 회전됨). 일부 실시예에서, 수동 롤 제어는 양쪽 회전 방향으로, 적어도 90, 적어도 100, 적어도 110, 적어도 120, 적어도 130, 적어도 140, 적어도 150, 적어도 160, 적어도 170, 적어도 180, 적어도 190, 적어도 200, 적어도 210, 적어도 220, 적어도 230, 적어도 240, 적어도 250, 적어도 260, 적어도 270, 적어도 280, 적어도 290, 적어도 300, 적어도 310, 적어도 320, 적어도 330, 적어도 340, 적어도 350, 적어도 360도, 또는 그 초과의 세장형 샤프트의 회전을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 롤 제어를 위해 구성된 수동 구동 입력부는 생략될 수 있고, 의사는 세장형 샤프트의 롤을 수동으로 제어하기 위해 전체 의료 기구를 물리적으로 롤링(예컨대, 손잡이 및 세장형 샤프트를 함께 롤링)시킬 수 있다.

2-방향 편향 및 롤 제어를 사용하여 의료 기구를 수동으로 제어하는 것은 단지 수동 제어를 위해 구성된 의료 기구로 작업하는 데 익숙한 많은 의사에게 친숙하고 직관적이도록 배치될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구는 추가 2-방향 편향 제어를 허용하도록 구성되는 추가 구동 입력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 수동 구동 입력부는 상향 및 하향 방향으로의 2-방향 편향 제어를 허용할 수 있고, 제2 수동 구동 입력부는 좌측 및 우측 방향으로의 2-방향 편향 제어를 허용할 수 있다. 이는 2개의 수동 구동 입력부를 사용하여 세장형 샤프트에 대한 4-방향 편향 제어를 허용할 것이다.

일부 실시예에서, 로봇 구동 입력부는 4-방향 편향 제어를 허용하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 4-방향 편향 제어는 4개의 상이한 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 허용한다. 일부 실시예에서, 방향은 상향, 하향, 좌측, 및 우측과 같은 4개의 직교 방향일 수 있다. 일부 실시예에서, 4-방향 편향 제어를 위해 구성된 로봇 구동 입력부는 2개의 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 2개의 로봇 구동 입력부는 기구 구동 메커니즘 상의 2개의 대응하는 로봇 구동 출력부와 맞물리도록 구성될 수 있다. 각각의 로봇 구동 입력부는 2개의 반대 방향들, 예를 들어 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전가능할 수 있다. 하나의 방향(예컨대, 시계 방향)으로의 2개의 로봇 구동 입력부들 중 제1 로봇 구동 입력부의 회전은 4개의 방향 중 하나의 방향(예컨대, 상향)으로의 관절운동을 허용할 수 있다. 반대 방향(예컨대, 반시계 방향)으로의 2개의 로봇 구동 입력부들 중 제1 로봇 구동 입력부의 회전은 4개의 방향들 중 다른 방향(예컨대, 하향)으로의 관절운동을 허용할 수 있다. 하나의 방향(예컨대, 시계 방향)으로의 2개의 로봇 구동 입력부들 중 제2 로봇 구동 입력부의 회전은 4개의 방향들 중 다른 방향(예컨대, 우측)으로의 관절운동을 허용할 수 있다. 또한, 반대 방향(예컨대, 반시계 방향)으로의 2개의 로봇 구동 입력부들 중 제2 로봇 구동 입력부의 회전은 4개의 방향 중 다른 방향(예컨대, 좌측)으로의 관절운동을 허용할 수 있다. 따라서, 4-방향 편향 제어는 2개의 로봇 구동 입력부를 사용하여 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 구동 입력부는 2-방향 편향 제어, 3-방향 편향 제어 등과 같은 다른 수의 방향의 편향 제어를 제공하도록 구성된다.

의료 기구는 의료 기구의 세장형 샤프트를 위한 로봇 롤 제어를 제공하도록 구성되는 추가 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 의료 기구는 세장형 샤프트가 기구 손잡이에 대해 세장형 샤프트의 축을 중심으로 회전되도록 허용하는, 기구 구동 메커니즘 상의 대응하는 로봇 구동 출력부와 맞물리도록 구성되는 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 이러한 로봇 구동 입력부는 기구 손잡이에 대해 반경방향으로의 세장형 샤프트의 재배향을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 방향(예컨대, 시계 방향)으로의 이러한 로봇 기구 구동 입력부의 회전은 시계 방향으로의 세장형 샤프트의 회전을 유발하고, 제2 방향(예컨대, 반시계 방향)으로의 이러한 로봇 기구 구동 입력부의 회전은 반시계 방향으로의 세장형 샤프트의 회전을 유발한다. 일부 실시예에서, 로봇 롤 제어는 양쪽 회전 방향으로, 적어도 90, 적어도 100, 적어도 110, 적어도 120, 적어도 130, 적어도 140, 적어도 150, 적어도 160, 적어도 170, 적어도 180, 적어도 190, 적어도 200, 적어도 210, 적어도 220, 적어도 230, 적어도 240, 적어도 250, 적어도 260, 적어도 270, 적어도 280, 적어도 290, 적어도 300, 적어도 310, 적어도 320, 적어도 330, 적어도 340, 적어도 350, 적어도 360도, 또는 그 초과의 세장형 샤프트의 회전을 허용할 수 있다.

일부 경우에서, 4-방향 편향 제어 및 롤 제어를 사용하여 의료 기구를 로봇으로 제어하는 것은 단지 로봇 제어를 위해 구성된 로봇 기구로 작업하는 데 익숙한 많은 의사에게 친숙하고 직관적일 수 있다. 예를 들어, 4 방향 편향 제어는 의료 기구를 제어하기 위해 제어기를 작동시킬 때 직관적일 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예에서, 의료 기구는 수동 2-방향 편향 제어 및 롤 제어(롤 제어는 기구 손잡이에 대해 세장형 샤프트를 롤링시키도록 구성되는 수동 구동 입력부로 또는 전체 의료 기구를 물리적으로 롤링시킴으로써 수동으로 달성될 수 있음)를 허용하는 수동 제어, 및 로봇 4-방향 편향 제어 및 롤 제어를 허용하는 로봇 제어를 위해 구성된다. 다른 유형의 수동 및 로봇 제어가 또한 가능하다. 예를 들어, 의료 기구는 수동 4-방향 편향 제어 및 롤 제어를 허용하는 수동 제어, 및 로봇 4-방향 편향 제어 및 롤 제어를 허용하는 로봇 제어를 위해 구성될 수 있다. 다른 예로서, 의료 기구는 수동 2-방향 편향 제어 및 롤 제어를 허용하는 수동 제어, 및 로봇 2-방향 편향 제어 및 롤 제어를 허용하는 로봇 제어를 위해 구성될 수 있다.

일부 구성에서, 복수(예컨대, 2개, 3개, 4개 등)가 의사에 의한 더 용이한 사용을 위해 함께 결합될 수 있다(예컨대, 제거가능하게 결합될 수 있음). 예를 들어, 내시경이 다른 기구에 결합될 수 있다. 다른 기구는 본 명세서에 기술된 임의의 기구(예컨대, 레이저 도구, 바스켓팅 도구, 겸자, 블레이드 등)일 수 있다. 다른 기구는 내시경의 입구를 통해 내시경에 결합하는 세장형 샤프트를 포함할 수 있다. 일부 구성에서, 입구는 다른 기구의 세장형 샤프트가 내시경의 작업 채널 내로 진입하도록 허용할 수 있다. 따라서, 다른 기구의 샤프트를 내시경의 작업 채널에 통합시키는 것이 가능할 수 있다. 이러한 방식으로, 내시경과 다른 기구는 그들의 작업 채널 내에서 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경의 기부와 다른 기구의 기부가 또한 함께 결합될 수 있다. 기부의 이러한 결합은 결합 메커니즘(예컨대, 클립, 스냅, 자석, 버튼 등)을 통해 달성될 수 있다.

일부 실시예에서, 복수의 기구는 완전 수동 작동, 완전 로봇 작동, 또는 수동 및 로봇 작동의 하이브리드의 사용을 위해 함께 결합될 수 있다. 예를 들어, 복수의 기구가 의사의 손에 유닛으로서 보유되도록 (예컨대, 그들의 기부에서 그리고/또는 입구를 통해 등으로) 함께 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 유닛은 로봇 기구 구동 시스템에 유닛으로서 결합되도록 구성될 수 있다. 기구들 중 하나 또는 둘 모두는 이후에, 예를 들어 로봇 기구 구동 시스템으로부터 그리고/또는 복수의 기구의 다른 기구로부터 분리될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 기구가 수동으로 사용되는(있을 경우), 로봇으로 사용되는(있을 경우), 그리고 하이브리드로서 사용되는(있을 경우) 우수한 유연성이 달성될 수 있다. 하나 이상의 의료 기구는 원격으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 로봇 기능은 로봇 기구 구동 시스템으로부터 원격에서 취급될 수 있다.

B. 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구의 예시적인 실시예.

이제, 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구의 위에서 언급된 그리고 다른 특징이 도 21a 내지 도 31에 예시된 실시예를 참조하여 기술될 것이다. 이들 실시예는 예로서 제공되며, 본 개시를 제한함이 없이 본 개시의 원리를 예시하는 것으로 의도된다. 당업자는, 본 개시를 고려할 때, 예시된 실시예의 다양한 수정이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 이들 수정은 본 개시의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

도 21a는 예시적인 의료 기구 시스템(100)의 개략도를 예시한다. 근위 방향(142) 및 원위 방향(144)이 참조를 위해 도시된다. 의료 기구 시스템(100)은 내시경(110), 기구(120), 및/또는 원위 구동 유닛(130)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기구(120)는 기구 기부(121) 및 기구 샤프트(124)를 포함할 수 있다. 내시경(110)은 내시경 기부(111) 및 내시경 샤프트(132)를 포함할 수 있다. 기구 샤프트(124)는 기구 기부(121)의 원위 단부에서 기구 기부(121)에 결합될 수 있다. 기구 샤프트(124)는 기구 입구(128)를 통해 내시경 샤프트(132)의 작업 채널(도시되지 않음) 내로 삽입될 수 있다. 따라서, 기구(120)는 때때로 본 명세서에서 작업 채널 기구로 지칭되지만, 작업 채널 기구와 관련하여 본 명세서에 기술된 특징은 다른 실시예에서 다른 유형의 수동, 로봇, 및/또는 가요성 기구에 적용될 수 있다. 기구 입구(128)는 예를 들어 기구 입구(128) 내로의 삽입 지점에서 기구 샤프트(124)의 의도하지 않은 병진 및/또는 회전을 방지하도록 기구 샤프트(124)를 지지할 수 있다. 내시경 기부(111)는 예컨대 결합 메커니즘을 통해 기구 기부(121)에 결합될 수 있다.

원위 구동 유닛(130)은 내시경 샤프트(132)의 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 원위 구동 유닛(130)은 내시경 샤프트(132)를 근위로 그리고/또는 원위로 병진시킬 수 있다. 원위 구동 유닛(130)은 로봇으로 그리고/또는 원격으로 제어될 수 있다. 원위 구동 유닛(130)은 예를 들어 공급 롤러, 랙 및 피니언 메커니즘(rack and pinion mechanism), 핀처(pincher), 그리퍼(gripper), 또는 내시경 샤프트(130)의 삽입 또는 후퇴를 구동하도록 구성되는 다른 메커니즘을 포함할 수 있다. 대안적으로, 원위 구동 유닛(130)은 로봇 제어식 또는 조향식 시스로 대체될 수 있거나, 원위 구동 유닛(130)은 생략될 수 있다.

도 21b는 기구 샤프트(124)가 기구 기부(121)의 근위 부분(136)으로부터 근위로 연장되는, 도 21a를 참조하여 전술된 실시예와 유사한 특징을 가질 수 있는 의료 기구 시스템(100)의 개략도를 예시한다. 일부 구성에서, 기구 샤프트가 기구 기부(121)로부터 (원위로 대신에) 근위로 연장되게 함으로써 기구 샤프트(124)의 부분 루프(partial loop)를 형성하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 이러한 구성은 기구 샤프트(124)의 더 용이한 수동 조작을 허용할 수 있다. 일부 구성에서, 기구 액추에이터(138)가 기구 샤프트(124)를 길이방향으로(예컨대, 근위로, 원위로) 수동으로 그리고/또는 로봇으로 병진시키기 위해 포함될 수 있다. 기구 액추에이터(138)는 선형 액추에이터(linear actuator)일 수 있다. 기구 액추에이터(138)는 기구 샤프트(124)가 기구 액추에이터(138)에 결합되는 곳에서 기구 샤프트(124)의 활주 및/또는 회전을 방지하기 위해 기구 샤프트(124)에 고정식으로 결합될 수 있다. 따라서, 기구 액추에이터(138)는 기구 샤프트(124)의 길이방향 위치 및 그에 따라 기구 액추에이터(138)의 원위 부분(예컨대, 환자 내에 삽입된 부분)을 제어할 수 있다. 도시된 바와 같이, 기구 샤프트(124)는 입구(128)를 통해 내시경 샤프트(132)에 진입하기 전에 기구 기부(121)에 재진입한다. 그러나, 일부 구성에서, 기구 샤프트(124)는 기구 입구(128)에 직접(예컨대, 기구 기부(121)에 재진입하지 않고서) 결합될 수 있다.

기구 샤프트(124)에 의해 형성된 부분 루프는 반경을 갖는 곡률을 형성할 수 있다. 반경은 기구 액추에이터(138)의 병진에 응답하여 변경될 수 있다. 반경은 약 1 mm, 약 2 mm, 약 3 mm, 약 5 mm, 약 8 mm, 약 10 mm, 약 12 mm, 약 15 mm, 약 20 mm, 약 25 mm, 약 30 mm, 약 35 mm, 약 40 mm, 약 45 mm, 약 50 mm, 약 60 mm, 약 70 mm, 약 80 mm, 약 90 mm, 100 mm, 이들 사이의 임의의 거리이거나, 이들 내에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 있을 수 있다.

도 21c 내지 도 21e는 로봇 기구 구동 메커니즘(150)과의 수직 및/또는 수평 배향을 포함하는 예시적인 의료 기구 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 도 21c에 도시된 바와 같이, 내시경(110)은 기구(120)와 로봇 기구 구동 메커니즘(150) 사이에 배치될 수 있다. 도 21d에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 기구(120)는 내시경(110)과 로봇 기구 구동 메커니즘(150) 사이에 배치될 수 있다. 로봇 아암이 로봇 기구 구동 메커니즘(150)에 결합될 수 있다. 본 명세서에 기술된 일부 실시예가 예를 들어 도 21e에 도시된 바와 같이 나란한 구성으로 기구(120) 및 내시경(110) 둘 모두에 직접 결합되는 로봇 기구 구동 메커니즘(150)을 포함하지만, 도 21c 및 도 21d에 도시된 로봇 기구 구동 메커니즘(150)은 적층된 구성으로 내시경(110) 또는 기구(120) 중 어느 하나에 직접 결합된다. 이들 예에서, 직접 결합은 멸균 어댑터를 통한 결합을 포함하고, 이 경우 로봇 구동 출력부(154)는 로봇 자본 장비에 장착될 수 있는 멸균 어댑터의 구동 출력부이다. 로봇 기구 구동 메커니즘(150)은 내시경 기부(111) 및/또는 기구 기부(121)의 대응하는 로봇 구동 입력부(도시되지 않음)에 결합할 수 있는 하나 이상의 로봇 구동 출력부(154)를 포함할 수 있다. 도 21c에 도시된 것과 같은 일부 실시예에서, 내시경(110)은, 그 자체로 또한 기구(120)의 대응하는 로봇 구동 입력부에 결합하는 로봇 구동 출력부로서의 역할을 하는 (예컨대, 구동 출력부(154)에 결합하는) 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기구(120)는, 도 21d에 도시된 실시예에서와 같이, 내시경(110)의 대응하는 로봇 구동 입력부에 결합하는 로봇 구동 출력부로서의 역할을 하는 (예컨대, 구동 출력부(154)에 결합하는) 로봇 구동 입력부를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 하나의 의료 기구(예컨대, 내시경(110))에 대한 구동 입력부가 또한 상이한 의료 기구(예컨대, 기구(120))에 대한 구동 출력부를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 기구(120)는, 기구 기부(121)가 로봇 기구 구동 메커니즘(150)에 직접 결합되지 않은 경우에도, 로봇 기구 구동 메커니즘(150)에 의해 간접적으로 제어될 수 있다.

일부 구성에서, 로봇 기구 구동 메커니즘(150)은 예를 들어 (예컨대, 내시경(110)을 통해) 대응하는 로봇 구동 출력부에 직접 결합하는 로봇 구동 입력부를 통해 기구(120)에 직접 결합될 수 있다. 예를 들어, 기구(120)의 로봇 구동 입력부는 로봇 기구 구동 메커니즘(150)의 대응하는 로봇 구동 출력부와 결합하는 (예컨대, 내시경(110)을 통해 적어도 부분적으로 연장되는) 세장형 구동 입력부일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 로봇 기구 구동 메커니즘(150)은 기구(120)의 로봇 구동 입력부와 결합하도록 내시경(110)을 통해 적어도 부분적으로 연장되는 연장된(예컨대, 세장형) 로봇 구동 출력부를 포함할 수 있다. 따라서, 다양한 실시예는 도 21c 및 도 21d에 도시된 수직 구성에서도 로봇 기구 구동 메커니즘(150)과 기구(120) 사이의 로봇 구동 입력부/출력부의 직접 결합을 허용한다. 다른 변형이 가능하다.

도 22a는 도 21a 및 도 21b를 참조하여 전술된 실시예와 유사한 기구 시스템(100)에 결합되고 그와 함께 사용될 수 있는, 하나의 구성에 따른 예시적인 내시경(210)의 저면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 내시경(210)은 내시경 기부(211)(또는 내시경 손잡이) 및 세장형 샤프트(도시되지 않음)를 포함한다. 세장형 샤프트는 내시경 출구(242)로부터 원위로 연장될 수 있다. 세장형 샤프트는 의료 절차 동안 환자 내로 삽입되도록 구성된다. 세장형 샤프트는 관절운동가능하고 제어가능하도록 구성될 수 있어서, 세장형 샤프트가 환자의 해부학적 구조를 통해 내비게이션되고 조향될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 세장형 샤프트는 요도, 요관, 위장관, 식도, 폐의 기도 등과 같은 환자 내강 내로 삽입되고 그를 통해 안내되도록 구성되는 얇은 가요성 본체를 포함한다. 전술된 바와 같이, 당김 와이어는 세장형 샤프트의 관절운동을 제어하기 위해 세장형 샤프트 내에 또는 그 상에 포함될 수 있다. 세장형 샤프트는 원위 단부와 근위 단부 사이에서 연장될 수 있다. 원위 단부는 환자 내로 삽입되도록 구성될 수 있다. 근위 단부는 내시경 출구(242)를 통해 내시경 기부(211)에 부착될 수 있다. 세장형 샤프트는 추가 기구 또는 도구가 원위 단부(205)로의 전달을 위해 통과할 수 있는 (예시되지 않은) 작업 채널을 포함할 수 있다. 내시경(210)은 작업 채널에 대한 접근을 허용하도록 구성된 (예시되지 않은) 작업 채널 진입 포트를 포함할 수 있다. 기구 샤프트 입구(228)는 (후술되는) 기구 샤프트가 그 내부에 삽입되어 작업 채널 진입 포트 내로 그리고 작업 채널 내로 결합되도록 결합하는 것을 허용할 수 있다.

내시경 기부(211)는 내시경(210)의 수동 제어 및 로봇 제어 둘 모두를 허용하도록 구성된다. 예를 들어, 내시경 기부(211)는 수동 제어를 제공하기 위해 물리적으로 보유되고 수동으로 조작되도록, 그리고 로봇 제어를 제공하기 위해 기구 구동 메커니즘(아래 참조)에 결합하도록 구성된다. 일부 실시예에서, 멸균 어댑터가 의료 절차 동안 멸균 영역을 유지하기 위해 내시경 기부(211)와 기구 구동 메커니즘 사이에 위치될 수 있다.

예시된 바와 같이, 내시경 기부(211)는 하우징(212)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 하우징(212)은 또한 그에 결합되는 기구를 포함하도록 형상화될 수 있다. 내시경 기부(211)는 하나 이상의 내시경 수용 요소(276)를 포함한다. 내시경 수용 요소(276)는 다른 기구(예컨대, 후술되는 기구(220))의 대응하는 요소와 결합하도록 구성된다. 내시경 기부(211)의 하우징(212)은 의사의 손에서의 기구 손잡이를 위한 그리고/또는 다른 기구의 결합을 위한 인체공학적 맞춤을 제공하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 하우징(212) 형상은 내시경 기부(211)가 수동 제어 동안 더욱 용이하게 또는 편안하게 보유되도록 허용할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하우징(212) 형상은 후술될 바와 같이 기구 구동 메커니즘 상의 하나 이상의 미사용 로봇 구동 출력부에 대한 접근을 제공할(또는 차단하지 않을) 수 있다. 내시경 기부(211)는 의료 기구 시스템(200)의 하나 이상의 기구에 전력을 공급하기 위해 전력 유닛에 연결하기 위한 전력 접근부(214)를 포함할 수 있다. 전력 접근부(214)는 내시경(210)에 대한 전기적 및/또는 시각적 연결부를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 전력 접근부(214)는 타워에 있는 커넥터로 이어지는 엄빌리컬 케이블(umbilical cable)을 위한 변형 완화부(strain relief)로서 예시되어 있다.

내시경 기부(211)는 기구(예컨대, 후술되는 기구(220))의 삽입을 허용하는 기구 샤프트 입구(228)를 포함할 수 있다. 기구 샤프트 입구(256)는 기구 입구 액추에이터(229)를 포함할 수 있다. 기구 입구 액추에이터(229)는 기구의 샤프트의 수동 제어를 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 입구 액추에이터(229)는 기구 샤프트와 내시경(210) 사이의 연결을 개선하기 위해 조여질 수 있다. 기구 입구 액추에이터(229)는 루어 로크 조립체(Luer lock assembly)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 입구 액추에이터(229)는 기구 샤프트 입구(228) 내에서의 기구 샤프트의 의도하지 않은 미끄러짐(예컨대, 병진, 회전)을 방지할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기구 입구 액추에이터(229)는 의사가 기구 샤프트를 수동으로 회전시키는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.

내시경 기부(211)는 수동 액추에이터(236)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 수동 액추에이터(236)는 레버로서 구성되지만, 슬라이더 또는 휠과 같은 다른 기계적 구조물이 가능하다. 더 상세히 후술될 바와 같이, 수동 액추에이터(236)는 내시경(210)을 위한 수동 2-방향 편향 제어를 제공하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 수동 액추에이터(236)는 전후로 조작되거나 회전되도록 구성된다. 수동 액추에이터(236)를 제1 방향으로 이동시키는 것은 제1 관절운동 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있고, 수동 액추에이터(236)를 (제1 방향과 반대인) 제2 방향으로 이동시키는 것은 제2 관절운동 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있다. 제1 및 제2 관절운동 방향은 실질적으로 반대(예컨대, 상향 및 하향)일 수 있지만, 이는 모든 실시예에서 그러할 필요는 없다.

내시경 기부(211)는 또한 내시경 출구(242)에 의해 제어가능한 수동 롤 입력부를 포함할 수 있다. 도시되지 않지만, 내시경(210)의 세장형 샤프트의 근위 단부는 내시경 출구(242)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트는 내시경 출구(242)를 통해 그리고 내시경(210)의 하우징(212) 내로 연장된다. 내시경 출구(242)는 세장형 샤프트가 내시경 기부(211)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 내시경 출구(242)는 하우징(212)에 대해 회전할 수 있는 트위스터(twister) 또는 회전가능 손잡이 또는 그립(grip)일 수 있다. 예를 들어, 내시경 출구(242)는 시계 방향 및/또는 반시계 방향 운동으로 회전할 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경 출구(242)는 시계 방향 및 반시계 방향 둘 모두로 회전한다. 세장형 샤프트는 내시경 출구(242)에 대해 회전적으로 고정될 수 있어서, 내시경 출구(242)의 회전이 세장형 샤프트의 회전을 유발한다. 세장형 샤프트의 회전은 내시경 출구(242)의 대응하는 운동과 동등하고 동일한 방향일 수 있지만, 이는 모든 실시예에서 그러할 필요는 없다. 세장형 샤프트는 적어도 90, 적어도 100, 적어도 110, 적어도 120, 적어도 130, 적어도 140, 적어도 150, 적어도 160, 적어도 170, 적어도 180, 적어도 190, 적어도 200, 적어도 210, 적어도 220, 적어도 230, 적어도 240, 적어도 250, 적어도 260, 적어도 270, 적어도 280, 적어도 290, 적어도 300, 적어도 310, 적어도 320, 적어도 330, 적어도 340, 적어도 350, 또는 적어도 360도로 양쪽 회전 방향으로 회전(예컨대, 롤링)하도록 허용될 수 있다. 이러한 롤 제어는 선택적이고, 소정 실시예에서, 롤은 예를 들어 내시경(210)을 회전시킴으로써 수동으로 제어될 수 있다.

계속해서 도 22a를 참조하면, 내시경(210)은 복수의 로봇 내시경 구동 입력부(262)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 내시경(210)은 3개의 로봇 내시경 구동 입력부(262)를 포함하지만, 다른 실시예에서 다른 수의 로봇 내시경 구동 입력부(262)가 사용될 수 있다. 로봇 내시경 구동 입력부(262)는 내시경 기부(211)가 기구 구동 메커니즘에 부착될 때 기구 구동 메커니즘 상의 대응하는 로봇 구동 출력부와 맞물리도록 구성된다. 예시적인 로봇 구동 출력부 및 기구 구동 메커니즘이 (전술된) 도 15 내지 도 17 및 (후술되는) 도 25 및 도 30에 도시되어 있다. 기구 구동 메커니즘의 로봇 구동 출력부는 로봇 내시경 구동 입력부(262)와 맞물려 로봇 내시경 구동 입력부로 토크를 전달하거나 로봇 내시경 구동 입력부를 회전시킨다. 일부 실시예에서, 로봇 내시경 구동 입력부들(262) 각각은 시계 방향 및 반시계 방향 둘 모두로 회전가능하다. 예시된 실시예에서, 로봇 내시경 구동 입력부(262)는 홈형(grooved) 또는 키이형(keyed) 리세스(recess)로서 구성되고, 돌출 스플라인으로서 구성되는 로봇 구동 출력부와 맞물리도록 구성된다. 로봇 구동 출력부는 시계 방향 및 반시계 방향으로 회전하도록 모터에 의해 구동될 수 있다. 로봇 구동 출력부가 로봇 내시경 구동 입력부(262)와 맞물릴 때, 로봇 구동 입력부는 로봇 내시경 구동 입력부(262)로 회전 운동을 전달한다. 일부 실시예에서, 로봇 구동 출력부는 로봇 내시경 구동 입력부(262)를 구동한다. 일부 실시예에서, 이러한 배열은 역전될 수 있거나, 다른 유형 및 구성의 로봇 구동 입력부 및 출력부가 사용될 수 있다.

내시경(210)의 예시된 실시예는 적어도 로봇 4-방향 편향 제어 및 로봇 롤 제어를 위해 구성된다. 이러한 실시예에서, 로봇 구동 입력부들(262) 중 2개는 편향 제어를 위해 구성되고, 로봇 구동 입력부들(262) 중 다른 것은 롤 제어를 위해 구성된다. 편향 제어를 위해 구성된 로봇 구동 입력부들(262) 중 2개 각각은 2-방향 편향 제어를 허용할 수 있어서, 함께 4-방향 편향 제어가 달성될 수 있다.

더 상세히 후술될 바와 같이, 일부 실시예에서, 로봇 내시경 구동 입력부들(262) 중 하나의 제1 로봇 구동 입력부의 작동은 수동 구동 입력부의 작동과 동일한 세장형 샤프트의 관절운동을 유발하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 로봇 구동 입력부 및 수동 액추에이터(236) 둘 모두는 상향 및 하향 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발하도록 구성될 수 있다. 이는, 후술될 바와 같이, 제1 로봇 구동 입력부 및 수동 액추에이터(236) 둘 모두가 내시경 기부(211)의 하우징(212) 내에서 동일한 관절운동 메커니즘(예컨대, 대응하는 풀리)에 연결될 수 있기 때문이다. 일부 실시예에서, 수동 액추에이터(236)에 의해 제공되는 2-방향 편향 제어는 제1 로봇 구동 입력부에 의해 제공되는 2-방향 편향 제어와 동일하다.

도 22b는 하나의 구성에 따른, 그 내부에 내시경 및 다른 의료 기구(예컨대, 바스켓팅 도구)의 기능을 포함하는 예시적인 의료 기구 시스템(200)의 사시도를 예시한다. 의료 기구 시스템(200)은 내시경 기부(211), 내시경 출구(242), 내시경 샤프트(244), 수동 액추에이터(236), 제1 기구 구동 부재(354), 및 제2 기구 구동 부재(356)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)는 원형 기어와 같은 회전 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)는 대응하는 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)에 결합된다. 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356) 및 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)는 도 29를 참조하여 후술되는 대응하는 요소의 기능을 공유한다. 내시경 기부(211)는 복수의 자유도로 내시경 샤프트(244)를 관절운동시키기 위한 회전 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 회전 요소는 도 23을 참조하여 후술되는 풀리(310)의 기능을 공유할 수 있다. 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)는 일부 실시예에서 대응하는 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)로부터 수동으로 맞물림해제될 수 있다. 이는 의사가 필요할 때 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)를 내시경 기부(211)에 더욱 용이하게 결합시키도록 그리고/또는 신속하고 용이한 수동 조작을 위해 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)를 그로부터 분리하도록 허용할 수 있다. 따라서, 도 22b는 내시경 및 다른 의료 기구 둘 모두의 기능이 단일 내시경 기부(211) 내로 조합되는 일부 실시예를 도시한다. 수동 액추에이터(236)는 아래의 도 23에 기술된 수동 액추에이터(236)와 기능을 공유할 수 있다.

도 23은 내시경 기부(211)의 내부 구성요소들 중 일부를 예시한다. 내부 구성요소들 중 일부를 보여주기 위해 하우징(212)의 일부분이 제거된 내시경 기부(211)의 제1 측면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 2개의 풀리(또는 풀리 조립체), 즉 제1 풀리(310a) 및 제2 풀리(310b)가 하우징(212) 내에 위치된다. 이러한 실시예에서, 제1 풀리(310a) 및 제2 풀리(310b) 각각은 세장형 샤프트의 4개의 관절운동 방향들 중 2개와 연관된다. 일부 실시예에서, 각각의 관절운동 평면(예컨대, 상향-하향 또는 좌측-우측)은 하나의 풀리 조립체에 링크될 수 있다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 상향 및 하향 관절운동은 제1 풀리(310a)와 연관될 수 있고, 세장형 샤프트의 좌측 및 우측 관절운동은 제2 풀리(310b)와 연관될 수 있다.

예시된 실시예에서, 제1 풀리(310a)는 기구 기부에 회전가능하게 장착되고 대응하는 제1 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합된다. 제2 풀리(310b)는 기구 기부에 회전가능하게 장착되고 대응하는 제2 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합된다. 따라서, 제1 로봇 구동 입력부의 회전은 제1 풀리(310a)의 대응하는 회전을 유발할 수 있고, 제2 로봇 구동 입력부의 회전은 제2 풀리(310b)의 대응하는 회전을 유발할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 제1 풀리(310a)의 회전은 상향 및 하향 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있고, 제2 풀리(310b)의 회전은 좌측 및 우측 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 대해, 로봇 4-방향 편향 제어는 제1 및 제2 로봇 구동 입력부 및 제1 및 제2 풀리 조립체(310a, 310b)로 달성될 수 있다. 대안적으로, 4개의 별개의 풀리가 4개의 대응하는 로봇 구동 입력부와 함께 사용될 수 있다.

위에서 언급된 바와 같이, 수동 액추에이터(236)는 또한 기구 기부에 회전가능하게 장착되고 제1 풀리(310a)에 작동식으로 결합될 수 있어서, 수동 액추에이터(236)가 제1 풀리(310a)를 회전시키는 데 사용될 수 있다. 제1 풀리(310a)의 회전은 상향 및 하향 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있다. 따라서, 예시된 실시예에서, 수동 액추에이터(236) 및 제1 로봇 구동 입력부(227a) 둘 모두는 각각 제1 풀리(310a)에 결합되어, 둘 모두가 예를 들어 상향 및 하향 방향으로의 세장형 샤프트의 관절운동을 유발할 수 있다. 예시된 실시예에서, 수동 액추에이터(236)는 제1 풀리(310a)에 고정식으로 부착되는 레버로서 구성된다. 예를 들어, 수동 액추에이터(236)의 단부(237)가 제1 풀리(310a)의 샤프트에 부착될 수 있다. 따라서, 수동 액추에이터(236)의 임의의 운동이 제1 풀리(310a)로 직접 전달될 수 있다. 따라서, 내시경(210)은 (수동 액추에이터(236)에 의한) 수동 2-방향 편향 제어 및 (제1 및 제2 로봇 구동 입력부에 의한) 4-방향 편향 제어를 위해 구성된다.

예시된 실시예에서, 제2 풀리(310b)는 제2 로봇 구동 입력부(227b)에 의해서만 관절운동가능하다. 일부 실시예에서, (예시되지 않은) 제2 수동 액추에이터가 제2 풀리(310b)에 결합되어, 예를 들어 좌측 및 우측 방향으로의 세장형 샤프트의 수동 제어를 추가로 허용할 수 있다.

로봇 샤프트 롤은 제1 베벨 기어(bevel gear)(320) 및 제2 베벨 기어(330)에 의해 달성될 수 있다. 제1 베벨 기어(320)는 제3 로봇 구동 입력부에 부착되거나 달리 작동식으로 결합될 수 있어서, 제3 로봇 구동 입력부의 회전이 제1 베벨 기어(320)의 회전을 유발할 수 있다. 제2 베벨 기어(330)는 내시경(210)의 세장형 샤프트의 근위 단부에 부착될 수 있어서, 제2 베벨 기어(330)의 회전이 내시경 기부(211)에 대한 세장형 샤프트의 회전을 유발할 수 있다. 제1 및 제2 베벨 기어(320, 330)는 제3 로봇 구동 입력부의 회전 이동을 내시경(210)의 세장형 샤프트로 전달하도록 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 구동 벨트(324)가 제1 베벨 기어(320)를 제3 로봇 구동 입력부(도시되지 않음)에 멀리 떨어져 작동식으로 결합시키기 위해 사용될 수 있다. 제3 구동 입력부는 제1 베벨 기어(320)의 근위에 있을 수 있다. 제3 구동 입력부는 내시경(210)의 제1 및 제2 로봇 구동 입력부들 사이에 배치될 수 있다. 제3 로봇 구동 입력부의 회전 운동을 내시경(210)의 세장형 샤프트로 전달하기 위한 다른 방법 및 메커니즘이 또한 가능하다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트가 롤링됨에 따라, (코일 파이프, 당김 와이어, 전기 와이어, 및 광섬유와 같은) 내부 구성요소는 그들이 내시경(210)의 세장형 샤프트의 근위 및 원위 단부 둘 모두에 고정될 수 있으므로 비틀리도록 허용된다. 내부 구성요소의 비틀림은 세장형 샤프트의 길이의 대부분 전체에 걸쳐 달성되어, 근위 및 원위 종단부에 인가되는 결과적인 힘/토크를 최소화할 수 있다.

내시경(210)은 또한 전자 제어기(328)를 포함할 수 있다. 전자 제어기(328)는 전력 접근부(214)를 통해 전력에 결합될 수 있다. 전자 제어기(328)는 내시경(210)의 세장형 채널의 작업 채널 내측에 배치되는 하나 이상의 요소에 대한 전자 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내시경(210)은 카메라, 광원, 마이크, 다른 센서, 및/또는 의료 절차 동안 사용하기 위한 다른 도구를 포함할 수 있다. 전자 제어기(328)는 이러한 도구들 중 하나 이상에 대한 전력 및/또는 신호를 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 전자 제어기(328)는 이러한 도구들 중 하나 이상으로부터 신호를 수신하고 그러한 정보를 컴퓨터(도시되지 않음)로 전달할 수 있다. 예를 들어, 전자 제어기(328)는 수술 동안 의사를 보조하기 위해 비디오 및/또는 오디오 신호를 원격 디스플레이로 전달할 수 있다.

내시경(210)은 하나 이상의 안내 요소(332)를 포함할 수 있다. 안내 요소(332)는 그를 통해 하나 이상의 당김 와이어를 수용하도록 그리고 내시경(210)의 세장형 샤프트의 작업 채널을 통한 그들의 통과를 증진시키도록 위치되고 크기설정될 수 있다. 안내 요소(332)는 유리하게는 당김 와이어가 세장형 샤프트를 관절운동시킴에 따라 당김 와이어에 대한 마찰의 손상 효과를 감소시킬 수 있다. 안내 요소(332)는 제1 및/또는 제2 풀리 조립체(310a, 310b)와 내시경 출구(242) 사이에서 당김 와이어를 안내할 수 있다. 제1 레벨의 안내 요소(332)가 제1 풀리(310a)로부터의 당김 와이어를 안내하도록 구성될 수 있고, 제2 레벨의 안내 요소(332)가 제2 풀리(310b)로부터의 당김 와이어를 안내하도록 구성될 수 있다. 제1 레벨과 제2 레벨은 (예컨대, 제1 및/또는 제2 풀리 조립체들(310a, 310b) 중 하나 이상의 회전 축에 대략 평행한 축을 따라) 서로 이격될 수 있다.

풀리들(310a, 310b) 중 하나 또는 각각은 도 23에 도시된 것과 같은, 대응하는 풀리 래칫(pulley ratchet)(314a, 314b) 및/또는 풀리 로크 메커니즘(pulley lock mechanism)(318a, 318b)을 포함할 수 있다. 명료함을 위해, 제1 풀리(310a)를 참조할 것이지만, 동일한 기능이 제2 풀리(310b)에 적용될 수 있다. 풀리 래칫(314a, 314b)은 예컨대 제조 동안 대응하는 풀리(310a, 310b)에 초기 장력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 일단 당김 와이어가 풀리 래칫(314a, 314b)을 회전시킴으로써 적절하게 인장되면, 풀리 로크 메커니즘(318a, 318b)은 풀리 래칫(314a, 314b)이 반대 방향으로 회전하는 것을 방지한다.

예시적인 풀리(310)가 도 24에 예시되어 있다. 그러한 풀리(310)는 위에서 논의된 풀리들(310a, 310b) 중 하나 또는 둘 모두에 사용될 수 있다. 예시된 바와 같이, 풀리(310)는 2개의 당김 와이어 스풀 요소(342)를 포함한다. 각각의 당김 와이어 스풀 요소는 대응하는 당김 와이어를 다른 것과 반대인 방향으로 스풀링하도록(spool) 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 당김 와이어 스풀 요소가 당김 와이어를 시계 방향으로 스풀링할 수 있는 한편, 제2 당김 와이어 스풀 요소가 대응하는 당김 와이어를 반시계 방향으로 스풀링할 수 있다. 따라서, 각각의 풀리(310)는 제1 방향으로 회전하여, 당김 와이어들 중 하나가 스풀링해제되게(예컨대, 연장되게) 하는 한편, 당김 와이어들 중 다른 것이 스풀링되게(예컨대, 후퇴되게) 할 수 있다. 일부 실시예에서, 수동 액추에이터(예컨대, 수동 액추에이터(236))가 풀리(310)에 결합될 수 있어서, 수동 액추에이터의 이동(예컨대, 회전)이 풀리(310)의 회전을 유발한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 풀리(310)의 회전(예컨대, 로봇으로)은 또한 수동 액추에이터의 이동을 유발할 수 있다. 풀리 래칫(314)과 풀리 로크 메커니즘(318)은 풀리(310)의 당김 와이어가 사용 전에 인장되도록 허용하기 위해 함께 작동할 수 있다. 풀리 래칫(314)은 예컨대 제조 동안 풀리(310)에 초기 장력을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 풀리 로크 메커니즘(318)은 풀리 래칫(314)이 반대 방향으로 회전하는 것을 방지한다.

위에서 언급된 바와 같이, 내시경(210)은 세장형 샤프트를 관절운동시키기 위한 당김 와이어를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 당김 와이어가 세장형 샤프트의 각각의 관절운동 방향과 연관될 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경(210)은 4개의 당김 와이어를 포함하여, 4-방향 편향 제어가 가능하다. 그러한 경우에, 예를 들어, 제1 당김 와이어가 상향 방향으로의 편향과 연관될 수 있고, 제2 당김 와이어가 하향 방향으로의 편향과 연관될 수 있고, 제3 당김 와이어가 우측 방향으로의 편향과 연관될 수 있고, 제4 당김 와이어가 좌측 방향으로의 편향과 연관될 수 있다. 당김 와이어는 제1 및 제2 풀리(310a, 310b)와 내시경(210)의 세장형 샤프트의 원위 단부 사이에서 연장될 수 있다. 세장형 샤프트의 원위 단부에서, 당김 와이어는 그에 연결될 수 있다.

제1 및 제2 풀리(310a, 310b)에서, 당김 와이어들 각각은 2개의 풀리 조립체의 풀리들 중 하나 상에 권취되거나 감기거나 달리 장착되거나, 그에 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 24의 풀리(310)를 고려하면, (예컨대, 상향 편향과 연관되는) 제1 당김 와이어는 제1 당김 와이어 스풀 요소 내에 권취될 수 있고, (예컨대, 하향 편향과 연관되는) 제2 당김 와이어는 제2 당김 와이어 스풀 요소 내에 권취될 수 있다. 2개의 당김 와이어의 반대 스풀링은 풀리(310)가 회전되는 방향에 따라 풀리(310)의 회전이 (예컨대, 상향 편향을 유발하도록) 제1 당김 와이어를 또는 (예컨대, 하향 편향을 유발하도록) 제2 당김 와이어를 당기도록 허용할 수 있다. 제3 및 제4 당김 와이어는 유사하게, 예를 들어 좌측 및 우측 편향 제어를 위해 제2 풀리(예컨대, 제2 풀리(310b)) 상에 권취될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 당김 와이어에 장력을 인가하기 위해 스프링이 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다.

도 25는 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 일 실시예에 부착된 의료 기구 시스템(200)의 내시경 기부(211)의 도면을 예시한다. 의료 기구 시스템(200)은 세장형 샤프트(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 내시경 기부(211)가 부착될 수 있는 결합 면을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 멸균 어댑터로서 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, (멸균 어댑터와 같은) 별개의 어댑터가 내시경 기부(211)와 로봇 기구 구동 어댑터(250) 사이에 위치될 수 있다. 멸균 어댑터는 내시경 기부(211)와 로봇 기구 드라이버 사이의 멸균 경계를 제공할 수 있다. 결합 면은 그 상에 위치된 로봇 구동 출력부, 예컨대 기구 구동 출력부(272)(또는 후술되는 내시경 구동 출력부(274))를 포함할 수 있다. 로봇 구동 출력부들 중 하나 이상은 내시경 기부(211)의 그리고/또는 기구 기부(221)의 대응하는 로봇 구동 입력부와 맞물릴 수 있다. 로봇 기구 드라이버는 로봇 구동 출력부를 구동하기 위한 하나 이상의 모터를 포함할 수 있다. 로봇 구동 출력부는 기어, 돌출 스플라인 등으로서 구성될 수 있다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 예를 들어 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이 로봇 아암 또는 다른 기구 위치설정 장치에 부착되도록 구성될 수 있다.

일부 실시예에서, 내시경 기부(211)가 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 부착될 때, 수동 액추에이터(236) 및/또는 다른 액추에이터는 노출되고 접근가능하게 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 기구(200)는 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 대한 내시경 기부(211)의 연결이 수동 액추에이터(236)의 맞물림해제를 유발하도록 구성될 수 있다.

내시경 기부(211)의 형상은 기구 구동 출력부들(272) 중 하나 이상을 노출되게 할 수 있다. 따라서, 노출된 기구 구동 출력부(272)는 다른 도구(예컨대, 바스켓팅 도구, 레이저 도구 등)에 연결되도록 접근가능하게 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경 기부(211)를 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 연결하기 전에, 수동 액추에이터(236)는 수동 액추에이터(236)가 전술된 바와 같이 기구(200)의 관절운동을 유발하기 위해 작동될 수 있도록 풀리 조립체(229)에 작동가능하게 연결된다. 일부 실시예에서, 내시경 기부(211)가 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 연결된 후에, 수동 액추에이터(236)는 내시경 기부(211)가 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 연결되어 있는 동안 수동 액추에이터(236)가 기구(200)를 관절운동시키는 데 사용가능하지 않도록 풀리 조립체(229)로부터 맞물림해제된다.

일부 실시예에서, 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 대한 내시경 기부(211)의 연결은 수동 구동 메커니즘의 맞물림해제를 유발한다. 맞물림해제는 자동일 수 있다. 예를 들어, 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 기구 구동 출력부(272)를 기구(예컨대, 아래에서 논의되는 기구(220))의 대응하는 입력부 내로 삽입하는 것은 예를 들어 수동 액추에이터(236)를 제1 풀리(310a)로부터 맞물림해제시킴으로써 맞물림해제를 유발할 수 있다. 일부 실시예에서, 수동 액추에이터(236)는 의료 기구 시스템(200)의 하나 이상의 기구가 로봇 기구 구동 어댑터(250)로부터 제거될 때 다시 맞물릴 수 있다.

로봇 기구 구동 어댑터(250)의 소정의 구동 출력부는 계단식 기어장치(tiered gearing)를 제공할 수 있다. 그러한 계단식 기어장치는 로봇 기구 구동 어댑터(250)와의 의료 기구의 호환성에 있어서 더 우수한 다양성을 허용할 수 있다. 예를 들어, 기구 구동 출력부들(272) 각각은 제1 기어형 섹션(272a) 및 제2 기어형 섹션(272b)을 포함할 수 있다. 제1 기어형 섹션(272a)은 특정 도구 요소와 결합하도록 구성될 수 있는 한편, 제2 기어형 섹션(272b)은 상이한 도구 요소와 결합하도록 구성될 수 있다. 제1 기어형 섹션(272a)은 제2 기어형 섹션(272b)의 반경보다 큰 반경에 대한 기어를 가질 수 있다. 따라서, 소정 구현예에 대해, 제1 기어형 섹션(272a)은 (제2 기어형 섹션(272b)과 비교하여) 대응하는 구동 입력부에 더 큰 토크를 부여하기 위해 사용될 수 있는 한편, 제2 기어형 섹션(272b)은 (제1 기어형 섹션(272a)과 비교하여) 대응하는 구동 입력부에 상대적으로 더 큰 회전 속도를 부여할 수 있다. 동일한 기구 내에서도, 기구의 제1 구동 입력부가 제1 기어형 섹션(272a)의 기어 반경을 위해 구성될 수 있는 한편, 제2 구동 입력부가 제2 기어형 섹션(272b)을 위해 구성될 수 있다.

로봇 기구 구동 어댑터(250)는 견부(248)를 포함할 수 있다. 견부(248)는 본 명세서에 기술된 결합의 더 양호한 맞춤을 증진시키도록 그리고 헐거운 맞춤을 감소시키도록 내시경(210)에 대한 추가 지지를 제공할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예에서, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 다른 기구를 위한 대응하는 견부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 견부(248)는 생략된다.

도 26은 하나의 구성에 따른 예시적인 의료 기구 시스템(200)의 저면도를 예시한다. 예시된 바와 같이, 의료 기구 시스템(200)은 내시경(210) 및 기구(220)를 포함한다. 기구(220)는 기구 기부(221) 및 세장형 샤프트(224)를 포함한다. 세장형 샤프트(224)는 기구 기부(221)의 근위 부분으로부터 근위로 연장될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 세장형 샤프트(224)는 기구 기부(221)로부터 원위로 연장될 수 있다. 세장형 샤프트(224)는 내시경(210)의 기구 샤프트 입구(228) 내로 결합하도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 세장형 샤프트(224)는 내시경(210)의 세장형 샤프트의 작업 채널(도시되지 않음) 내로 수용될 수 있다.

기구(220)는 하나 이상의 로봇 기구 구동 입력부(264)를 포함할 수 있다. 로봇 기구 구동 입력부들(264) 중 하나 이상은 로봇 기구 구동 메커니즘(예컨대, 로봇 기구 구동 어댑터(250))의 대응하는 구동 출력부(예컨대, 기구 구동 출력부(272))와 결합하도록 구성될 수 있다. 세장형 샤프트(224)는 의료 절차 동안 환자 내로 삽입되도록 구성된다. 세장형 샤프트(224)는 관절운동가능하고/하거나 제어가능하도록 구성될 수 있어서, 세장형 샤프트가 환자의 해부학적 구조를 통해 내비게이션되고 조향될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 소정 기구(220)는 추가 기능을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 바스켓팅 도구가 환자 내에서 물질(예컨대, 석회화된 결석)을 수집하기 위해 전개되도록 그리고 수축되도록 구성될 수 있다. 그러한 기능은 로봇 구동 입력부들 중 하나 이상에 의해 로봇으로 제어될 수 있다.

일부 구성에서, 기구(220)는 로봇 제어에 추가적으로 또는 대안적으로 수동으로 제어될 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같이, 기구(220)는 제1 기구 액추에이터(252) 및 제2 기구 액추에이터(254)를 포함할 수 있다. 제1 기구 액추에이터(252)는 제1 운동도(degree of motion)(예컨대, 근위 또는 원위 이동)를 제어하도록 구성될 수 있다. 제2 기구 액추에이터(254)는 제2 운동도(예컨대, 도구의 전개/수축 또는 개방/폐쇄)를 제어하도록 구성될 수 있다. 세장형 샤프트(224)가 (예컨대, 기구 샤프트 입구(228)를 통해) 내시경(210)의 세장형 샤프트 내로 결합될 수 있기 때문에, 세장형 샤프트(224)의 추가 관절운동은 전술된 바와 같이 내시경(210)의 세장형 샤프트를 직접 제어함으로써 가능할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 세장형 샤프트(224)는 5 자유도: 좌측-우측, 상향-하향, 회전(예컨대, 롤), 근위-원위 이동, 및 전개-후퇴(예컨대, 바스켓 전개)로 제어되도록 구성될 수 있다. 이들 자유도는 내시경(210)과 기구(220) 사이에서 공유될 수 있다. 그러나, 내시경(210)과 기구(220)가 도시된 바와 같이 함께 결합될 수 있기 때문에, 의료 기구 시스템(200)의 인체공학적 형상은 의사가 세장형 샤프트(224)를 필요한 대로 로봇으로 그리고/또는 수동으로 용이하게 제어하도록 허용할 수 있다.

도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 세장형 샤프트(224)는 기구(220)의 근위 부분으로부터 근위로 연장될 수 있다. 예를 들어, 레이저 도구가 유리하게는 서비스 루프(service loop)를 포함하는 섬유를 포함할 수 있다. "서비스 루프"는 가요성 샤프트의 샤프트 축을 따른 병진 및/또는 축방향 운동(예컨대, 연장, 후퇴)을 위한 자유도를 제공하는 세장형 및 가요성 샤프트의 추가의 길이를 포함할 수 있다. 서비스 루프는 예를 들어 더 용이한 수동 접근성 및/또는 이동의 자유를 허용하기 위해 세장형 샤프트(224)의 추가의 길이를 포함할 수 있다. 서비스 루프는 반드시 원형 또는 360도 루프를 형성할 필요는 없지만, 가요성 샤프트의 임의의 구부러진 추가의 길이일 수 있다. 일부 실시예에서, 서비스 루프는 의료 기구 기부의 외부에서 넓은 반경으로 가요성 샤프트의 루프를 형성함으로써 형성될 수 있다. 서비스 루프의 반경은 기구 기부의 근위 부분 부근에 그리고/또는 내시경 기부의 입구로부터 근위로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 서비스 루프는 기구, 내시경, 또는 둘 모두의 세장형 샤프트의 근위 부분으로부터 근위로 형성될 수 있다. 서비스 루프는 반드시 특정 길이를 필요로 하지는 않는다. 서비스 루프는 최소 호 길이로 연장될 필요도 있다. 예를 들어, 서비스 루프는 약 5도, 약 10도, 약 20도, 약 30도, 약 45도, 약 60도, 약 75도, 약 100도, 약 120도, 약 140도, 약 160도, 약 180도, 약 200도, 약 225도, 약 250도, 약 275도, 약 300도, 약 315도, 약 330도, 약 350도, 약 360도, 이들 사이의 임의의 수의 각도, 또는 이들 내에 종점을 갖는 임의의 범위 내에 있는 각도로 연장될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 바스켓은 시스에 대한 바스켓의 제1 방향으로의 이동(예컨대, 바스켓의 상대 전진)에 의해 전개되고/되거나 시스에 대한 반대 방향으로의 이동(예컨대, 바스켓의 상대 후퇴)에 의해 수축된다. 레이저 도구와 관련하여, 레이저 도구는 레이저 섬유 및 보호 시스를 포함할 수 있다. 기구(220)에서 다른 예 및 도구가 가능하다. 세장형 샤프트(224)는 도 21b를 참조하여 기술된 바와 같이 그리고 후술되는 바와 같이 루프를 형성할 수 있다.

도 27은 일 실시예에 따른 예시적인 기구(220)의 평면도를 도시한다. 기구 기부(221)는 일부 실시예에서 제1 하우징 요소(282) 및 제2 하우징 요소(284)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 하우징 요소(282, 284)는 기구 기부(221)의 하우징을 형성하도록 함께 결합될 수 있다. 제2 하우징 요소(284)는 내시경(210)과 결합하기 위한 결합 요소를 포함할 수 있다. 기구 버튼(218)은 기구(220)를 내시경(210)으로부터 분리하도록 작동될 수 있다. 작동되지 않는 한, 기구 버튼(218)은 내시경(210)에 결합된 기구(220)를 유지하도록 편향될 수 있다. 기구 버튼(218)은 기구(220)를 내시경(210)으로부터 분리하도록 조작될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 사용자는 기구(220)를 내시경(210)으로부터 맞물림해제시키도록 기구 버튼(218)을 활주시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 버튼(218)은 대신에, 내시경(210)을 통해 사용자가 내시경(210)을 기구(220)로부터 분리하도록 허용하기 위해 내시경(210) 상에 배치될 수 있다.

도 28은 일 실시예에 따른, 도 27의 기구(220)의 저부 사시도를 도시한다. 기구(220)는 기구 샤프트 커플러(256)를 포함할 수 있다. 기구 샤프트 커플러(256)는 세장형 샤프트(224)의 상대 회전 및/또는 병진을 방지하기 위해 세장형 샤프트(224)에 고정식으로 결합될 수 있다. 일부 설계에서, 기구 샤프트 커플러(256)는 세장형 기구(224)의 오버몰딩된(overmolded) 부분을 포함한다. 기구 샤프트 커플러(256)는 의사가 기구 기부(221)를 제어하지 않고서 세장형 샤프트(224)를 수동으로 조작하도록 허용하기 위해 제1 기구 액추에이터(252)로부터 분리될 수 있다. 일단 그의 사용을 끝내면, 의사는 기구 샤프트 커플러(256)를 제1 기구 액추에이터(252)에 다시 결합할 수 있다. 기구 샤프트 커플러(256)는 제1 기구 액추에이터(252)의 수용 요소에 의해 수용되는 삽입 요소를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 기구 액추에이터(252)는 기구 샤프트 커플러(256)의 수용 요소에 의해 수용되는 삽입 요소를 포함할 수 있다. 제1 기구 액추에이터(252)는 의사가 세장형 샤프트(224)의 길이방향 위치(예컨대, 근위/원위)를 수동으로 제어하도록 허용할 수 있다. 제2 기구 액추에이터(254)는 의사가 세장형 샤프트(224)를 전개 및/또는 후퇴시키도록 허용할 수 있다. 제1 및 제2 기구 액추에이터들(252, 254) 각각은 선형 액추에이터로서 도시된다. 그러나, 다른 유형의 액추에이터(예컨대, 휠, 레버, 버튼 등)가 사용될 수 있다.

도 29는 도 28의 기구(220)의 저면도의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 기구(220)는 제1 기구 구동 부재(354) 및 제2 기구 구동 부재(356)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)는 대응하는 로봇 기구 구동 입력부(264)(도 28에 도시됨)에 결합된다. 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)는 대응하는 로봇 기구 구동 입력부(264)에 고정식으로 결합될 수 있다. 제1 및 제2 기구 구동 부재(354, 356)는 대응하는 제1 및 제2 기구 액추에이터(252, 254)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 기구 구동 부재(354)는 원형 기어이고, 선형 기어(linear gear)로 도시된 제1 선형 기구 액추에이터(360)에 결합된다. 다른 옵션이 가능하다. 따라서, 제1 기구 구동 부재(354)가 회전함에 따라, 제1 선형 기구 액추에이터(360)는 (예컨대, 길이방향으로) 병진한다. 도시된 바와 같이, 제1 선형 기구 액추에이터(360)의 병진은 또한 제1 기구 액추에이터(252)를 구동한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 기구 액추에이터(252)는 제1 선형 기구 액추에이터(360)의 병진을 구동하는 것이 가능할 수 있고, 이는 이어서 제1 기구 구동 부재(354)의 회전을 구동한다.

제2 기구 구동 부재(356)는 키이형 요소인 것으로 도시된다. 제2 기구 구동 부재(356)는 제2 선형 기구 액추에이터(364)에 결합된다. 제2 기구 구동 부재(356)가 회전함에 따라, 제2 선형 기구 액추에이터(364)는 병진한다. 이러한 병진은 소정 실시예에서 기구의 전개를 유발할 수 있다. 제2 선형 기구 액추에이터(364)가 병진함에 따라, 제2 기구 액추에이터(254)는 또한, 제2 선형 기구 액추에이터(364)가 로봇으로 구동될 때에도, 병진하게 될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제2 선형 기구 액추에이터(364)가 (예컨대, 제2 기구 액추에이터(254)를 통해) 수동으로 구동될 때, 그러면 이러한 작동은 제2 기구 구동 부재(356)의 회전을 구동할 수 있다. 수동 및 로봇 작동은 함께 또는 단독으로 사용될 수 있다. 일부 설계에서, 세장형 샤프트(224)의 일부분이 기구 기부(221) 내측에서 제2 선형 기구 액추에이터(364)와의 결합부에서 종단된다.

제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364)가 소정 자유도를 제어하는 것으로 위에서 논의되었지만, 다른 옵션이 가능하다. 예를 들어, 제1 선형 기구 액추에이터(360)는 세장형 샤프트(224)의 병진을 제어하도록 구성될 수 있는 한편, 제2 선형 기구 액추에이터(364)는 세장형 샤프트(224)의 일부분(예컨대, 그의 외부 시스)의 병진을 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, (전개 없이) 세장형 샤프트(224)의 병진이 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터(360, 364) 둘 모두의 동시 병진을 통해 달성될 수 있다. 그러면, 세장형 샤프트(224)의 전개 또는 후퇴는 기구의 외부 부분에 대한 세장형 샤프트(224)의 대응하는 전진 또는 후퇴에 의해 달성될 수 있다. 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터들(360, 364) 중 어느 것이든 어느 자유도가 원하는 대로 역전될 수 있는지를 제어한다. 따라서, 제1 및 제2 선형 기구 액추에이터들(360, 364) 각각에 의해 어느 자유도가 제어되는지를 변경함으로써 다양한 제어 구성이 달성될 수 있다.

도 30a는 예시적인 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 상부 사시도를 도시한다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 하나 이상의 기구 구동 출력부(272) 및/또는 하나 이상의 내시경 구동 출력부(274)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 기구(220)와 결합하기 위한 2개의 기구 구동 출력부(272) 및 내시경(210)과 결합하기 위한 내시경 구동 출력부(274)를 포함한다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 하나 이상의 구동 메커니즘 결합 요소(292)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 구동 메커니즘 결합 요소(292)를 포함한다. 하나 이상의 구동 메커니즘 결합 요소(292)는 기구(220) 및/또는 내시경(210)의 하나 이상의 대응하는 결합 요소(예컨대, 내시경 결합 요소(266))와 결합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 메커니즘 결합 요소(292)는 내시경(210) 또는 기구(220) 둘 모두가 아니라, 어느 하나와만 결합하도록 구성된다. 그러나, 일부 실시예에서, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 내시경(210) 및 기구(220) 둘 모두와 결합하도록 구성되는 구동 메커니즘 결합 요소(292)를 포함한다. 다른 구성이 가능하다. 내시경(210)과의 더 양호한 결합을 증진시킬 수 있는 견부(248)가 또한 도시되어 있다. 해제 부재(288)가 로봇 기구 구동 어댑터(250) 내에 포함될 수 있다. 해제 부재(288)는 예를 들어 로봇 아암 상의 기구 구동 메커니즘으로부터의 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 분리를 허용하도록 눌릴 수 있다. 일부 실시예에서, 해제 부재(288)는 내시경 결합 요소(266)를 대응하는 구동 메커니즘 결합 요소(292)로부터 분리한다.

로봇 기구 구동 어댑터(250)는 사용자가 내시경(210)을 로봇 기구 구동 어댑터(250)로부터 분리하는 것을 허용하도록 구성되는 내시경 해제 액추에이터(290)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경 해제 액추에이터(290)는 구동 메커니즘 결합 요소(292)에 결합되어, 내시경 해제 액추에이터(290)가 눌릴 때, 구동 메커니즘 결합 요소(292)가 대응하는 작동(예컨대, 눌림 또는 병진)을 겪는다. 따라서, 일부 실시예에서, 사용자가 내시경 해제 액추에이터(290)를 누름으로써 내시경(210)을 로봇 기구 구동 어댑터(250)로부터 맞물림해제시킬 수 있다. 내시경 해제 액추에이터(290)는 폐쇄 위치로 편향될 수 있다. 일부 실시예에서, 내시경 해제 액추에이터(290)는 내시경(210)을 통해 사용자가 내시경(210)을 로봇 기구 구동 어댑터(250)로부터 분리할 수 있도록 내시경(210) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 기구(220)와 내시경(210)을 위한 래칭 방식은 개선된 사용성 및/또는 안전성을 제공할 수 있다. 도시된 실시예에서, 로봇 기구 구동 어댑터(250) 상의 해제 액추에이터(290)는 작업 채널 도구가 먼저 내시경(210)으로부터 분리될 때까지 작동될 수 없어서, 안전성 제약을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 해제 액추에이터(290)는, 예를 들어 사용자가 그들의 손가락으로 해제 액추에이터(290)에 접근하도록 허용하는 절결부 또는 리세스를 작업 채널 도구에 제공함으로써, 작업 채널 도구가 여전히 내시경에 부착되어 있는 동안 작동될 수 있다.

로봇 기구 구동 어댑터(250)는 기구 구동 메커니즘(예컨대, 도 15의 기구 드라이버(62), 도 16의 기구 드라이버(75), 도 14의 기구 구동 메커니즘(146A, 146B))에 결합하기 위한 입력부 및/또는 출력부(예컨대, 도 30b에 도시된 어댑터 구동 입력부(296))를 가질 수 있다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 멸균 절차에서 사용할 수 있도록 멸균 라이너(sterile liner)(예컨대, 멸균 드레이프)를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 멸균 어댑터로 지칭될 수 있다. 멸균 라이너는 소정 절차(예컨대, 수술) 동안 멸균 환경을 증진시킬 수 있다.

도 30b는 도 30a에 도시된 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 저부 사시도를 도시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 대응하는 기구 구동 출력부(272) 및/또는 내시경 구동 출력부(274)를 구동하는 하나 이상의 어댑터 구동 입력부(296)를 포함할 수 있다. 어댑터 구동 입력부(296)는 기구 구동 메커니즘(예컨대, 도 15의 기구 드라이버(62), 도 16의 기구 드라이버(75), 도 14의 기구 구동 메커니즘(146A, 146B))에 결합하도록 구성된다. 어댑터 구동 입력부(296)는 기구 구동 메커니즘의 대응하는 구동 출력부의 돌출부에 결합하는 수용 요소를 포함할 수 있다(도 30b에 도시되지 않음). 일부 실시예에서, 어댑터 구동 입력부(296)는 기구 구동 메커니즘의 구동 출력부의 대응하는 수용 요소에 결합하는 돌출부를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 기구 구동 어댑터(250)는 로봇 기구 구동 어댑터(250)를 기구 구동 메커니즘으로부터 분리하기 위해 사용자에 의해 조작될(예컨대, 눌리거나 압착됨) 수 있는 하나 이상의 해제 부재(288)를 포함할 수 있다. 로봇 기구 구동 어댑터(250)의 하나 이상의 어댑터 결합 요소(286)는 예컨대 스냅 끼워맞춤, 나사 끼워맞춤, 또는 일부 다른 기계적 결합 배열에 의해 기구 구동 메커니즘에 결합할 수 있다. 해제 부재(288)의 작동은 어댑터 결합 요소(286)를 기구 구동 메커니즘으로부터 분리할 수 있다.

도 31은 내시경(210) 및 기구(220) 둘 모두가 로봇 기구 구동 어댑터(250)에 결합된 예시적인 의료 기구 시스템(200)을 도시한다. 내시경(210) 및/또는 기구(220) 중 하나 또는 둘 모두는 수동으로 사용되도록 로봇 기구 구동 어댑터(250)로부터 (예컨대, 일시적으로) 분리될 수 있다.

다양한 의료 기구가 의료 기구(예컨대, 기구(220))에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 도 32는 원위에 위치된 바스켓 헤드(175)의 확대도를 도시한다. 바스켓 헤드(175)는 결석을 포획하기 위해 기구 샤프트(178) 내에서 전진될 수 있다. 기구 샤프트(178)는 전술된 임의의 세장형 기구의 외부 샤프트(예컨대, 세장형 샤프트(224))일 수 있다. 그러한 전진은 전술된 작업 채널을 통한 바스켓 도구와의 수동 접촉에 의해, 또는 전술된 로봇-기반 시스템과 같은, 삽입/후퇴 및/또는 작동 수단과의 작동가능한 결합을 통해 수행될 수 있다. 그러한 작동은 샤프트의 원위 부분 또는 원위 단부를 활성화시키고, 이는 이러한 예에서 외부 시스 또는 기구 샤프트(178)에 대해 바스켓 헤드를 전개 또는 인출함으로써 바스켓 헤드(175)를 확장 또는 수축시키는 것을 수반할 수 있다. 다른 의료 기구는 레이저 도구(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 이는 결석 내로의 레이저-기반 에너지의 제어된 방출을 통해 결석을 점증적으로 파괴하는 데 이용될 수 있다. 레이저 도구는 기구 기부(221)와 인터페이싱하도록 구성된 근위 결합 요소 및 신장 결석과 같은 물품을 파괴하기 위해 레이저-기반 에너지를 방출하도록 구성된 원위 팁을 갖는 레이저 섬유를 포함할 수 있다. 결석은 미임계(sub-critical) 기하학적 구조의 더 작은 조각으로 결석을 점증적으로 부수기 위해 일정 패턴으로 레이저 팁에 의해 공격을 받을 수 있다. 예를 들어, 레이저 팁이 다수의 지점에서 결석을 어드레싱하는(address) "페인팅(painting)" 패턴이 이용될 수 있다.

3. 구현 시스템 및 용어.

본 명세서에 기술된 시스템의 일부 비제한적인 예가 후술된다.

제1 예에서, 로봇 의료 기구 시스템(robotic medical instrument system)이 기구 기부 및 기구 기부로부터 연장되는 세장형 샤프트를 포함하는 제1 의료 기구로서, 기구 기부는 로봇 구동 입력부 및 로봇 구동 입력부에 결합되는 제1 회전 요소를 포함하고, 제1 의료 기구의 로봇 구동 입력부는 제1 의료 기구의 세장형 샤프트의 원위 단부를 관절운동시키도록 구성되고, 제1 의료 기구는 제1 의료 기구를 통해 연장되는 작업 채널과 연통하는 기구 입구를 추가로 포함하는, 제1 의료 기구; 기구 기부 및 기구 입구를 통해 그리고 부분적으로 제1 기구의 세장형 샤프트 내에서 연장되도록 구성되는 세장형 샤프트를 포함하는 제2 의료 기구로서, 로봇 구동 입력부를 포함하는, 제2 의료 기구; 및 제1 및 제2 로봇 구동 출력부들을 포함하는 로봇 아암으로서, 제1 로봇 구동 출력부는 제1 의료 기구의 로봇 구동 입력부를 구동하도록 구성되고, 제2 로봇 구동 출력부는 제2 의료 기구의 로봇 구동 입력부를 구동하도록 구성되는, 로봇 아암을 포함한다.

제2 예에서, 예 1의 로봇 시스템에 있어서, 제1 회전 요소는 제1 회전 요소에 결합되는 당김 와이어의 초기 인장을 허용하도록 구성되는 인장 래칫(tensioning ratchet)을 포함한다.

제3 예에서, 예 1 및 예 2 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구의 세장형 샤프트는 제2 의료 기구의 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장된다.

제4 예에서, 예 3의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구는 결합 요소를 포함하고, 결합 요소는 제2 의료 기구의 세장형 샤프트를 제2 의료 기구의 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합시키고, 제2 의료 기구의 로봇 구동 입력부는 기구 기부의 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 제2 의료 기구의 세장형 샤프트에 작동식으로 결합된다.

제5 예에서, 예 4의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구는 결합 요소에 결합되는 선형 액추에이터를 추가로 포함하고, 선형 액추에이터는 제2 의료 기구의 세장형 샤프트를 길이방향으로 조작하도록 구성된다.

제6 예에서, 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구는 레이저 도구 또는 바스켓팅 도구를 포함한다.

제7 예에서, 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제1 액추에이터가 제2 의료 기구의 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 길이방향 위치를 제어한다.

제8 예에서, 예 7의 로봇 시스템에 있어서, 제2 액추에이터가 제2 의료 기구의 세장형 샤프트의 원위 부분의 활성화를 제어한다.

제9 예에서, 예 1 내지 예 8 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구의 로봇 구동 입력부는 제2 의료 기구의 세장형 샤프트의 시스에 결합된다.

제10 예에서, 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구는 제2 로봇 구동 입력부를 추가로 포함하고, 제2 로봇 구동 입력부는 제2 의료 기구의 세장형 샤프트의 내부 부분에 결합된다.

제11 예에서, 예 1 내지 예 10 중 어느 한 예의 로봇 시스템에 있어서, 제2 의료 기구의 세장형 샤프트는 서비스 루프를 형성한다.

제12 예에서, 예 11의 로봇 시스템에 있어서, 서비스 루프는 제1 의료 기구의 기구 입구와 제2 의료 기구의 기구 기부 사이에서 적어도 45도로 연장된다.

제13 예에서, 의료 시스템이 세장형 샤프트가 연장되는 내시경 기부로서, 제1 로봇 구동 입력부 및 제1 수동 액추에이터를 갖는, 내시경 기부; 및 내시경의 세장형 샤프트 내에서 연장되도록 구성되는 세장형 샤프트를 갖는 작업 채널 기구로서, 제2 로봇 구동 입력부 및 제2 수동 액추에이터를 갖는, 작업 채널 기구를 포함하고, 제1 및 제2 로봇 구동 입력부들은 로봇 아암의 대응하는 제1 및 제2 로봇 구동 출력부들에 결합하도록 구성되고, 제1 및 제2 수동 액추에이터들은 제1 및 제2 로봇 구동 입력부들이 로봇 아암의 제1 및 제2 로봇 구동 출력부들로부터 분리될 때 수동으로 작동되도록 구성된다.

제14 예에서, 예 13의 의료 시스템에 있어서, 작업 채널 기구는 결합 요소를 갖는 기구 기부를 포함하고, 결합 요소는 내시경 기부에 대한 기구 기부의 제거가능한 결합을 허용하도록 구성된다.

제15 예에서, 예 13 및 예 14 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 내시경은 내시경의 세장형 샤프트의 원위 단부를 제1 자유도로 관절운동시키도록 구성되는 제1 회전 요소를 추가로 포함하고, 제1 수동 액추에이터는 제1 회전 요소의 수동 회전을 허용하도록 구성된다.

제16 예에서, 예 13 내지 예 15 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 작업 채널 기구는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트에 결합되는 기구 기부를 추가로 포함하고, 작업 채널 기구의 세장형 샤프트는 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장된다.

제17 예에서, 예 13 내지 예 16 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 작업 채널 기구는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트를 제2 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합시키는 결합 요소를 포함하고, 작업 채널 기구의 제2 로봇 구동 입력부는 기구 기부의 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 작업 채널 기구의 세장형 샤프트에 작동식으로 결합된다.

제18 예에서, 예 17의 의료 시스템에 있어서, 작업 채널 기구는 결합 요소에 결합되는 선형 액추에이터를 추가로 포함하고, 선형 액추에이터는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트를 길이방향으로 조작하도록 구성된다.

제19 예에서, 예 13 내지 예 18 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 작업 채널 기구는 레이저 도구 또는 바스켓팅 도구를 포함한다.

제20 예에서, 예 13 내지 예 19 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 제2 로봇 구동 입력부는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 길이방향 위치를 제어한다.

제21 예에서, 예 13 내지 예 20 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 제2 수동 액추에이터는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트의 원위 부분의 활성화를 제어한다.

제22 예에서, 예 13 내지 예 21 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 제2 로봇 구동 입력부는 작업 채널 기구의 세장형 샤프트의 시스에 결합된다.

제23 예에서, 예 13 내지 예 22 중 어느 한 예의 의료 시스템에 있어서, 기구의 세장형 샤프트는 내시경의 입구와 작업 채널 기구의 기구 기부 사이에 서비스 루프를 형성한다.

제24 예에서, 의료 기구가 로봇 구동 입력부 및 로봇 구동 입력부에 결합되는 선형 액추에이터를 포함하는 기구 기부로서, 로봇 구동 입력부는 로봇 아암의 대응하는 로봇 구동 출력부에 결합하도록 구성되는, 기구 기부; 및 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장되는 세장형 샤프트를 포함하고, 선형 액추에이터는 기구 기부의 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 세장형 샤프트의 일부분에 결합한다.

제25 예에서, 예 24의 로봇 시스템에 있어서, 선형 액추에이터는 세장형 샤프트의 길이방향 위치를 조작하도록 구성되는 선형 기어를 포함한다.

제26 예에서, 예 24 및 예 25 중 어느 한 예의 의료 기구에 있어서, 기구는 제2 로봇 구동 입력부를 추가로 포함하고, 제2 로봇 구동 입력부는 기구의 원위 단부를 작동시키도록 구성된다.

제27 예에서, 예 26의 의료 기구에 있어서, 기구의 원위 단부의 작동을 추가로 제어하는 수동 액추에이터를 추가로 포함한다.

제28 예에서, 예 26 및 예 27 중 어느 한 예의 의료 기구에 있어서, 제2 로봇 구동 입력부는 기구의 원위 단부를 확장 또는 수축시키도록 구성된다.

제29 예에서, 예 24 내지 예 28 중 어느 한 예의 의료 기구에 있어서, 기구는 레이저 도구 또는 바스켓팅 도구를 포함한다.

제30 예에서, 예 24 내지 예 29 중 어느 한 예의 의료 기구에 있어서, 세장형 샤프트는 기구 기부의 근위 부분으로부터 근위 부분에 대해 원위인 지점까지 연장되는 서비스 루프를 형성한다.

본 명세서에 개시된 구현예는 수동 및 로봇 제어가능 의료 기구에 관련된 시스템, 방법 및 장치를 제공한다. 위에서 논의된 바와 같이, 의료 기구는 장치가 수동으로 그리고 로봇으로 둘 모두로 사용되도록 허용하는 수동 및 로봇 구동 입력부에 의해 제어될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합하다", "결합하는", "결합된" 또는 단어 결합하다의 다른 변형은 간접적인 연결 또는 직접적인 연결을 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 "결합된" 경우, 제1 구성요소는 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있다.

어구가 참조하는 본 명세서에 기술된 특정 컴퓨터-구현 프로세스 및 기능은 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 유형적이고 비-일시적일 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "코드"는 컴퓨팅 장치 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.

본 명세서에 개시된 방법은 기술된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 서로 교환될 수 있다. 다시 말하면, 기술되는 방법의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 수정될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 2개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 "결정하는"은 매우 다양한 동작을 포함하며, 따라서 "결정하는"은 계산, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, 검색(예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 검색), 확인 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신(예컨대, 정보를 수신함), 액세스(예컨대, 메모리의 데이터에 액세스함) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해석, 선택, 선정, 설정 등을 포함할 수 있다.

어구 "~에 기초한"은, 달리 명백히 명시되지 않는 한, "단지 ~에 기초한"을 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초한"은 "단지 ~에 기초한" 및 "적어도 ~에 기초한" 둘 모두를 기술한다.

개시된 구현예의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 제조하거나 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 구현예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 다수의 대응하는 대안적인 그리고 동등한 구조적 상세사항, 예컨대 도구 구성요소를 체결, 장착, 결합, 또는 맞물리게 하는 동등한 방식, 특정 작동 운동을 생성하기 위한 동등한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동등한 메커니즘을 채용할 수 있을 것임이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 구현예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주에 따른다.

Claims (30)

1. 로봇 의료 기구 시스템(robotic medical instrument system)으로서,
   기구 기부(instrument base) 및 상기 기구 기부로부터 연장되는 세장형 샤프트(elongate shaft)를 포함하는 제1 의료 기구로서, 상기 기구 기부는 로봇 구동 입력부(robotic drive input) 및 상기 로봇 구동 입력부에 결합되는 제1 회전 요소를 포함하고, 상기 제1 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부는 상기 제1 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부를 관절운동(articulate)시키도록 구성되고, 상기 제1 의료 기구는 상기 제1 의료 기구를 통해 연장되는 작업 채널(working channel)과 연통하는 기구 입구를 추가로 포함하는, 상기 제1 의료 기구;
   기구 기부 및 상기 기구 입구를 통해, 상기 제1 기구의 상기 세장형 샤프트 내에서 부분적으로 연장되도록 구성되는 세장형 샤프트를 포함하고, 로봇 구동 입력부를 포함하는 제2 의료 기구; 및
   제1 및 제2 로봇 구동 출력부들(robotic drive outputs)을 포함하는 로봇 아암(robotic arm)으로서, 상기 제1 로봇 구동 출력부는 상기 제1 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부를 구동하도록 구성되고, 상기 제2 로봇 구동 출력부는 상기 제2 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부를 구동하도록 구성되는, 상기 로봇 아암을 포함하는, 로봇 의료 기구 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 회전 요소는 상기 제1 회전 요소에 결합되는 당김 와이어(pull wire)의 초기 인장을 허용하도록 구성되는 인장 래칫(tensioning ratchet)을 포함하는, 로봇 의료 기구 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트는 상기 제2 의료 기구의 상기 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장되는, 로봇 의료 기구 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 결합 요소를 포함하고, 상기 결합 요소는 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트를 상기 제2 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합시키고, 상기 제2 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부는 상기 기구 기부의 상기 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트에 작동식으로 결합되는, 로봇 의료 기구 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 상기 결합 요소에 결합되는 선형 액추에이터(linear actuator)를 추가로 포함하고, 상기 선형 액추에이터는 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트를 길이방향으로 조작하도록 구성되는, 로봇 의료 기구 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 레이저 도구(laser tool) 또는 바스켓팅 도구(basketing tool)를 포함하는, 로봇 의료 기구 시스템.
7. 제1항에 있어서, 제1 액추에이터가 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 길이방향 위치를 제어하는, 로봇 의료 기구 시스템.
8. 제7항에 있어서, 제2 액추에이터가 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 부분의 활성화를 제어하는, 로봇 의료 기구 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구의 상기 로봇 구동 입력부는 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 시스(sheath)에 결합되는, 로봇 의료 기구 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구는 제2 로봇 구동 입력부를 추가로 포함하고, 상기 제2 로봇 구동 입력부는 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트의 내부 부분에 결합되는, 로봇 의료 기구 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2 의료 기구의 상기 세장형 샤프트는 서비스 루프(service loop)를 형성하는, 로봇 의료 기구 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 서비스 루프는 상기 제1 의료 기구의 상기 기구 입구와 상기 제2 의료 기구의 상기 기구 기부 사이에서 적어도 45도로 연장되는, 로봇 의료 기구 시스템.
13. 의료 시스템으로서,
    세장형 샤프트가 연장되는 내시경 기부로서, 제1 로봇 구동 입력부 및 제1 수동 액추에이터를 갖는, 상기 내시경 기부; 및
    내시경의 상기 세장형 샤프트 내에서 연장되도록 구성되는 세장형 샤프트를 가지며, 제2 로봇 구동 입력부 및 제2 수동 액추에이터를 갖는 작업 채널 기구를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 로봇 구동 입력부들은 로봇 아암의 대응하는 제1 및 제2 로봇 구동 출력부들에 결합하도록 구성되고,
    상기 제1 및 제2 수동 액추에이터들은 상기 제1 및 제2 로봇 구동 입력부들이 상기 로봇 아암의 상기 제1 및 제2 로봇 구동 출력부들로부터 분리될 때 수동으로 작동되도록 구성되는, 의료 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 작업 채널 기구는 결합 요소를 갖는 기구 기부를 포함하고, 상기 결합 요소는 상기 내시경 기부에 대한 상기 기구 기부의 제거가능한 결합을 허용하도록 구성되는, 의료 시스템.
15. 제13항에 있어서, 상기 내시경은 상기 내시경의 상기 세장형 샤프트의 원위 단부를 제1 자유도(degree of freedom)로 관절운동시키도록 구성되는 제1 회전 요소를 추가로 포함하고, 상기 제1 수동 액추에이터는 상기 제1 회전 요소의 수동 회전을 허용하도록 구성되는, 의료 시스템.
16. 제13항에 있어서, 상기 작업 채널 기구는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트에 결합되는 기구 기부를 추가로 포함하고, 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트는 상기 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장되는, 의료 시스템.
17. 제13항에 있어서, 상기 작업 채널 기구는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트를 상기 제2 로봇 구동 입력부에 작동식으로 결합시키는 결합 요소를 포함하고, 상기 작업 채널 기구의 상기 제2 로봇 구동 입력부는 기구 기부의 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트에 작동식으로 결합되는, 의료 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 작업 채널 기구는 상기 결합 요소에 결합되는 선형 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 선형 액추에이터는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트를 길이방향으로 조작하도록 구성되는, 의료 시스템.
19. 제13항에 있어서, 상기 작업 채널 기구는 레이저 도구 또는 바스켓팅 도구를 포함하는, 의료 시스템.
20. 제13항에 있어서, 상기 제2 로봇 구동 입력부는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트의 적어도 일부분의 길이방향 위치를 제어하는, 의료 시스템.
21. 제13항에 있어서, 상기 제2 수동 액추에이터는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트의 원위 부분의 활성화를 제어하는, 의료 시스템.
22. 제13항에 있어서, 상기 제2 로봇 구동 입력부는 상기 작업 채널 기구의 상기 세장형 샤프트의 시스에 결합되는, 의료 시스템.
23. 제13항에 있어서, 상기 기구의 상기 세장형 샤프트는 상기 내시경의 입구와 상기 작업 채널 기구의 기구 기부 사이에 서비스 루프를 형성하는, 의료 시스템.
24. 의료 기구로서,
    로봇 구동 입력부 및 상기 로봇 구동 입력부에 결합되는 선형 액추에이터를 포함하는 기구 기부로서, 상기 로봇 구동 입력부는 로봇 아암의 대응하는 로봇 구동 출력부에 결합하도록 구성되는, 상기 기구 기부; 및
    상기 기구 기부의 근위 부분으로부터 연장되는 세장형 샤프트를 포함하고,
    상기 선형 액추에이터는 상기 기구 기부의 상기 근위 부분에 대해 원위인 지점에서 상기 세장형 샤프트의 일부분에 결합하는, 의료 기구.
25. 제24항에 있어서, 상기 선형 액추에이터는 상기 세장형 샤프트의 길이방향 위치를 조작하도록 구성되는 선형 기어(linear gear)를 포함하는, 의료 기구.
26. 제24항에 있어서, 상기 기구는 제2 로봇 구동 입력부를 추가로 포함하고, 상기 제2 로봇 구동 입력부는 상기 기구의 원위 단부를 작동시키도록 구성되는, 의료 기구.
27. 제26항에 있어서, 상기 기구의 상기 원위 단부의 작동을 추가로 제어하는 수동 액추에이터를 추가로 포함하는, 의료 기구.
28. 제26항에 있어서, 상기 제2 로봇 구동 입력부는 상기 기구의 상기 원위 단부를 확장 또는 수축시키도록 구성되는, 의료 기구.
29. 제24항에 있어서, 상기 기구는 레이저 도구 또는 바스켓팅 도구를 포함하는, 의료 기구.
30. 제24항에 있어서, 상기 세장형 샤프트는 상기 기구 기부의 상기 근위 부분으로부터 상기 근위 부분에 대해 원위인 상기 지점까지 연장되는 서비스 루프를 형성하는, 의료 기구.

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