KR20230106716A - 환자 삽입기(Introducer) 정렬 - Google Patents
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Abstract
수술 로봇 시스템과 함께 사용되는 환자 삽입기가 개시된다. 일 측면에서, 환자 삽입기는 (i) 포트에 연결될 수 있는 원위 단부와 (ii) 수술 도구를 수용하도록 구성된 근위 단부 사이에 연장되는 삽입기 튜브를 포함할 수 있다. 삽입기 튜브는 수술 도구를 포트 안으로 안내하도록 구성될 수 있다. 환자 삽입기는 또한 삽입기 튜브와 연결되고 제1 모양과 제1 졍렬 마킹을 포함하는 정렬 부재를 포함할 수 있다. 정렬 부재는 로봇 시스템의 조작기 조립체와 인터페이스 하도록 구성될 수 있다. 조작기 조립체는 제2 모양과 제2 정렬 마킹을 포함할 수 있고, 제1 모양은 제2 모양과 상호 보완적이다. 정렬 부재의 제1 정렬 마킹은 정렬 부재와 조작기 조립체의 회전 정렬을 용이하게 할 수 있다.
Description
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2017년 4월 7일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 62/483,279호에 대한 이익을 주장하며, 상기 가출원의 전문이 참조로써 본 명세서에 병합된다.
본 발명은 일반적으로 정렬 장치에 관한 것이고, 보다 상세하게는 로봇 시스템의 조작기 조립체(manipulator assembly)와 환자 삽입기를 정렬하기 위한 정렬 부재를 포함하는 환자 삽입기에 관한 것이다.
내시경 검사 (가령, 기관지 내시경 검사와) 같은 의료 절차는 진단 및/또는 치료를 목적으로 환자의 (가령, 기도와 같은) 관강내 조직망(luminal network)의 내부를 접근하고 시각화하는 작업을 수반할 수 있다. 수술 로봇 시스템은 내시경 절차 동안 예를 들어 내시경과 같은 수술 도구의 삽입 및/또는 조작을 제어하는데 사용될 수 있다. 수술 로봇 시스템은 상기 절차 동안 수술 도구의 위치지정(positioning)을 제어하기 위해 사용되는 조작기 조립체를 포함하는 적어도 하나의 로봇 암(robotic arm)을 포함할 수 있다. 수술 도구는 환자 삽입기를 통해 환자의 관강내 조직망 안으로 삽입될 수 있고, 상기 환자 삽입기는 조작기 조립체로부터 수술 도구를 수용해서 환자의 관강내 조직망 안으로 안내할 수 있다.
본 발명의 시스템, 방법 및 장치는 각각 여러 획기적인 측면을 포함하며, 이들 중 단일의 하나가 본 명세서에 개시된 원하는 속성들에 대해 단독으로 책임지지 않는다.
한 측면에서, 제공되는 환자 삽입기는 (i) 포트와 연결 가능한 원위 단부(distal end) 및 (ii) 수술 도구를 수용하도록 구성된 근위 단부 사이에 연장되는 삽입기 튜브 - 상기 삽입기 튜브는 포트 안으로 수술 도구를 안내하도록 구성됨 -; 및 삽입기 튜브에 연결되며 제1 모양과 제1 정렬 마킹(marking)을 포함하는 정렬 부재 - 상기 정렬 부재는 로봇 시스템의 조작기 조립체와 인터페이스(interface)되도록 구성됨 -를 포함한다. 조작기 조립체는 제2 모양과 제2 정렬 마킹을 포함할 수 있고, 상기 제1 모양은 제2 모양과 상호 보완적이며 정렬 부재의 제1 정렬 마킹은 정렬 부재와 조작기 조립체의 회전 정렬을 용이하게 한다.
또 다른 측면에서, 환자 삽입기와 수술 로봇 시스템의 로봇 암을 위치시키는 방법이 제공된다. 방법은 환자 삽입기를 포트와 정렬시키는 단계를 수반할 수 있고, 상기 환자 삽입기는 (i) 포트와 연결 가능한 원위 단부 및 (ii) 로봇 암으로부터 수술 도구를 수용하도록 구성된 근위 단부(proximal end) 사이에 연장되는 삽입기 튜브 - 상기 삽입기 튜브는 포트 안으로 수술 도구를 안내하도록 구성됨 -, 및 상기 삽입기 튜브에 연결되고 제1 모양과 제1 정렬 마킹을 포함하는 정렬 부재를 포함한다. 상기 방법은 또한 로봇 암을 정렬 자세로 위치시키는 것을 수반하고, 정렬 자세에서 조작기 조립체는 로봇 암의 원위 부분과 연결되고, 상기 조작기 조립체는 제1 모양과 상호 보완적인 제2 모양과 제2 정렬 마킹을 포함한다. 상기 방법은 조작기 조립체의 제2 정렬 마킹과 정렬 부재의 제1정렬 마킹의 정렬을 기초하여 조작기 조립체와 정렬 부재를 회전 정렬하는 단계를 더 수반 할 수 있다.
여전히 또 다른 측면에서, 제공되는 환자 삽입기는 수술 도구를 수용하고 수술 도구를 환자 안으로 안내하도록 구성된 삽입기 튜브; 및 상기 삽입기 튜브와 연결된 정렬 부재 - 상기 정렬 부재는 수술 로봇 시스템의 조작기 조립체와 인터페이스하고 조작기 조립체와의 회전 정렬을 용이하게 하도록 구성됨 - 를 포함한다.
아직도 여전히 또 다른 측면에서, 제공되는 수술 로봇 시스템은 로봇 암; 및 로봇 암의 원위 부분과 부착된 조작기 조립체를 포함하며, 상기 조작기 조립체는 환자 삽입기 안으로 삽입되는 수술 도구를 제어하도록 구성된다. 조작기 조립체는 환자 삽입기의 정렬 부재와 인터페이스하고 환자 삽입기와의 회전 정렬이 용이하도록 구성될 수 있다.
본 개시 내용의 측면들은 이후에 첨부 도면 및 부록과 함께 설명되며, 이는 도시를 위해 제공된 것이고 개시된 측면을 제한하려는 것이 아니며, 동일한 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
도 1A는 본 개시 내용의 측면에 따른 수술 로봇 시스템의 예를 포함하는 수술 환경의 예시를 도시한다.
도 1B는 도1A의 수술 환경에서 항행될 수 있는 관강내 조직망의 예시를 도시한다.
도 1C는 도 1B의 관강내 조직망 안에서 수술 도구의 움직임을 안내하기 위한 로봇 수술 시스템의 로봇 암의 예시를 도시한다.
도 2는 도 1A의 수술 환경의 예시에서 사용될 수 있는 명령 콘솔의 예시를 도시한다.
도 3A는 본 개시 내용의 한 개 이상의 측면에 따른 환자 삽입기의 예시를 도시한다.
도 3B는 본 개시 내용의 측면에 따른 수술 로봇 시스템 카트를 환자 삽입기와 정렬하는 시스템과 접근 방법의 실시예를 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 본 개시 내용의 측면에 따른 정렬 절차 동안 사용되는 정렬 부재의 실시예를 도시한다.
도 5A 내지 도 5H 는 본 개시 내용의 측면에 따른 조작기 조립체와 정렬 부재의 회전 정렬을 지원하기 위해 사용될 수 있는 정렬 마킹의 실시예를 도시한다.
도 6은 본 개시 내용에 따른 수술 로봇 시스템 카트를 환자 삽입기와 정렬하는 방법론의 예시를 도시하는 순서도(flowchart)를 제공한다.
도 7 내지 도 10은 도 6의 정렬 방법론의 추가적인 측면의 예를 도시하는 순서도를 제공한다.
도 1A는 본 개시 내용의 측면에 따른 수술 로봇 시스템의 예를 포함하는 수술 환경의 예시를 도시한다.
도 1B는 도1A의 수술 환경에서 항행될 수 있는 관강내 조직망의 예시를 도시한다.
도 1C는 도 1B의 관강내 조직망 안에서 수술 도구의 움직임을 안내하기 위한 로봇 수술 시스템의 로봇 암의 예시를 도시한다.
도 2는 도 1A의 수술 환경의 예시에서 사용될 수 있는 명령 콘솔의 예시를 도시한다.
도 3A는 본 개시 내용의 한 개 이상의 측면에 따른 환자 삽입기의 예시를 도시한다.
도 3B는 본 개시 내용의 측면에 따른 수술 로봇 시스템 카트를 환자 삽입기와 정렬하는 시스템과 접근 방법의 실시예를 도시한다.
도 4A 및 도 4B는 본 개시 내용의 측면에 따른 정렬 절차 동안 사용되는 정렬 부재의 실시예를 도시한다.
도 5A 내지 도 5H 는 본 개시 내용의 측면에 따른 조작기 조립체와 정렬 부재의 회전 정렬을 지원하기 위해 사용될 수 있는 정렬 마킹의 실시예를 도시한다.
도 6은 본 개시 내용에 따른 수술 로봇 시스템 카트를 환자 삽입기와 정렬하는 방법론의 예시를 도시하는 순서도(flowchart)를 제공한다.
도 7 내지 도 10은 도 6의 정렬 방법론의 추가적인 측면의 예를 도시하는 순서도를 제공한다.
본 개시 내용의 실시예는 환자 삽입기와 수술 로봇 시스템의 정렬을 용이하게 하기 위한 시스템 및 기술에 관한 것이다. 환자 삽입기는 (가령, 내시경 도구와 같은) 수술 도구를 안내하는 역할을 수행할 수 있으며 내시경 도구를 환자 안으로 삽입하기 위해 수술 도구를 (가령, 기관 내관(endotracheal tube)과 같은) 포트 안으로 안내할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "포트(port)"는 환자의 내강(lumen) 안으로 부분적으로 삽입 가능하여 수술 도구를 수술 부위 안으로 안내하도록 구성된 장치를 지칭할 수 있다. 포트의 추가적인 예시는 기관 내관(endotracheal tubes), 위장 내관(gastrointestinal tubes), 캐뉼라(cannulas), 방광경 쉬스(cystoscopy sheaths) 등을 포함하나 그에 제한되지 않는다. 환자 삽입기의 특정 실시예는 수술 도구를 곡선의 경로를 따라 안내할 수 있고, 환자 삽입기의 입구와 출구는 직선보다는 곡선을 따라 형성된다. 환자 삽입기의 상기 곡률(curvature)로 인하여 수술 로봇의 암은 포트로부터 연장되는 직선의 바깥쪽에 위치 될 수 있고, 로봇 암이 부착된 수술 로봇 시스템 카트는 더 실용적이고 및/또는 편리하게 배치 될 수 있다. 즉, 환자 삽입기에 의해 제공되는 곡선의 입구가 없다면, 수술 도구의 적절한 제어를 위해 수술 로봇 시스템의 암이 포트의 축과 대체로 정렬되어야 할 필요가 있을 수 있고, 이는 특정 상황에서 실용적이지 않을 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때, "대략"이라는 용어는 길이, 두께, 양, 기간 또는 그 외 측정 가능한 값의 측정 범위를 지칭한다. 이러한 측정 범위는 특정값에서 +/-10% 이하, 바람직하게는 +/-5% 이하, 더 바람직하게는 +/-1% 이하 및 심지어 더 바람직하게는 +/-0.1% 이하로의 분산을 포함하고 이러한 분산은 본 명세서에 개시된 장치, 시스템, 및 기술이 기능할 수 있는 한도 까지만 적절하다.
다양한 실시예가 예시를 위해 도면과 결합되어 후술된다. 개시된 개념들의 다른 다양한 구현이 가능하며, 개시된 구현들로 다양한 장점이 달성될 수 있다는 것을 인식할 필요가 있다. 본 명세서에는 참조를 위해 또한 여러 섹션의 위치 파악에 도움을 주기 위해 항목들이 포함되어 있다. 이 항목들은 이에 대해 설명된 개념들의 범위를 한정 지으려는 의도가 아니다. 이러한 개념은 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.
예시 수술 로봇 시스템의 개요
본 명세서에서 설명된 실시예는 기관지 내시경의 실시예에 관하여 설명되지만, 심장학(cardiology), 비뇨의학, 소화기학, 복강경 검사 및/또는 예를 들어, 환자의 몸 상에 설치된 및/또는 내부로 부분 삽입된 포트를 통해 수술 도구가 환자 몸 안으로 삽입되는 수술 절차를 포함해 다른 관련된 또는 유사한 수술 로봇 시스템에 의해 수행될 수 있는 다른 의료 또는 수술 절차를 또한 포함시킬 수 있다.
도 1A는 개시된 수술 로봇 시스템 및 기술의 한 개 이상의 측면을 구현하는 예시 수술 환경을 도시한다. 수술 환경(100)은 환자(101), 환자(101)를 눕힐 수 있는 플랫폼 (102) (또한 테이블 또는 침대로 지칭됨), 수술 로봇 시스템(110) (또한 간략하게 로봇 시스템이라고 지칭됨) 수술 도구(115)의 움직임을 안내하는 (예를 들어, 내시경(115)으로 간단하게 지칭되는 내시경 도구), 및 수술 로봇 시스템(110)의 작동을 제어하는 명령 센터(105)를 포함한다. 도 1A 는 또한 도 1B에서 보다 구체적으로 도시된 환자(101) 내부의 관강내 조직망(140) 영역의 윤곽선을 도시한다.
수술 로봇 시스템(110)은 환자(101)의 관강내 조직망(140) 안으로 내시경(115)의 위치를 지정하고 움직임을 안내하는 한 개 이상의 로봇 암을 포함할 수 있다. 명령 센터(105)는 수술 로봇 시스템(110)과 연통식(communicatively) 결합되어 사용자로부터 위치 데이터를 수신하고 및/또는 제어 신호를 제공할 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, “연통식 결합”은 (한 개 이상의 셀룰러망(cellular networks)과 같은) 무선 광역 통신망(WWAN), (IEEE 802.11 (Wi-Fi)와 같은 한 개 이상의 표준으로 구성된) 근거리 무선 통신망(WLAN), 블루투스, 데이터 전송 케이블 등을 포함하지만 이에 한정되지 않는 모든 유선 및/또는 무선 데이터 전송 매체를 지칭한다. 수술 로봇 시스템(110)은 도 1C와 관련해서 더 자세히 설명되며 명령 센터(105)는 도 2와 관련해서 더 자세히 설명된다.
내시경(115)은 예를 들어, 관모양의 연성의 수술 기구로, 사용시 환자의 해부구조 안으로 삽입되어 (인체 조직과 같은) 해부구조의 영상을 촬영하고 표적 조직 부위까지 다른 의료 기구의 삽입을 위한 작업 채널을 제공할 수 있다. 일부 구현에서, 내시경(115)은 기관지 내시경일 수 있다. 내시경(115)은 한 개 이상의 (카메라 또는 다른 종류의 광학 센서와 같은) 촬상 기기를 원위 단부에 포함할 수 있다. 촬상 기기는 광섬유(optical fiber), 광섬유 배열(fiber array), 감광성 기질(photosensitive substrate) 및/또는 렌즈(들)과 같은 한 개 이상의 광학 소자를 포함할 수 있다. 광학 소자는 내시경(115) 선단을 따라 이동하기 때문에 내시경(115) 선단의 움직임에 대응하여 촬상 기기에서 캡쳐되는 화상의 시야도 바뀐다.
도 1B는 도1A의 수술 환경에서 항행될 수 있는 관강내 조직망의 예시를 도시한다. 관강내 조직망(140)은 환자(101)의 기도(150)의 분지형 구조(branched structure)와 본 명세서의 설명된 대로 진단 및/또는 치료를 위해 접근될 수 있는 병변(155)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 병변(155)은 기도(150)의 말초 부위에 위치한다. 내시경(115)은 제1 지름을 가지며 따라서 그 원위 단부는 병변(155) 주변의 더 작은 지름의 기도를 통과하도록 위치될 수 없다. 따라서, 조향가능한 카테터(145)는 내시경(115)의 작업 채널로부터 병변(155)까지 남은 거리만큼 연장된다. 조향가능한 카테터(145)는 내강을 포함할 수 있으며 이를 통해 예를 들어, 생검 바늘(biopsy needle), 생검 브러쉬(cytology brush) 및/또는 조직 샘플링 집게(tissue sampling forceps)와 같은 기구가 병변(155)의 표적 조직 부위까지 통과될 수 있다. 전술한 구현에서, 내시경(115)의 원위 단부와 조향가능한 카테터(145)의 원위 단부에 모두 EM 센서(electro-magnetic sensor)가 제공되어 기도(150) 안에서의 위치를 추적할 수 있다. 다른 실시예에서, 내시경(115)의 전체적인 지름이 조향가능한 카테터(145)없이 말초부위까지 도달할 수 있을 만큼 작거나, 말초부위 근처 (가령, 2.5-3 cm 이내)로 근접 할 수 있을 만큼 작아서 비조향 카테터를 통해 의료 기구를 배치할 수도 있다.
일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 관강내 조직망 3D 모델의 2D 디스플레이 또는 3D 모델의 단면도는 도 1B와 유사할 수 있다.
도 1C는 도 1B의 관강내 조직망 안에서 수술 도구의 움직임을 안내하기 위한 수술 로봇 시스템의 로봇 암의 예시를 도시한다. 수술 로봇 시스템(110)은 로봇 암(175) (또한 간단히 암으로 지칭됨)과 같은 한 개 이상의 로봇 암과 결합된 예를 들어, 수술 로봇 시스템 카트(180) (또한 간단히 카트 또는 베이스(base)로 지칭 됨)를 포함 할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 실시예는 (가령, 로봇 암(175)이 수술 로봇 시스템 카트(180) 상에 위치한 것과 같은) 카트 방식의 특정 실시예와 관련되여 묘사 되지만 본 발명의 다른 실시예의 경우 또 다른 방식, 가령, 예를 들어 환자(101)를 (플랫폼(102)과 같은) 테이블에 눕히고 로봇 암(175) 또한 테이블에 부착된 테이블 방식에 관련된 것일 수도 있다. 로봇 암(175)은 조인트(165)로 결합된 복수의 암 단편(arm segment)(170)을 포함하며, 이는 로봇 암(175)에 복수의 자유도를 제공한다. 예를 들어, 일 구현에서 로봇 암(175)은 7개의 암 단편에 대응되는 7 자유도를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암(175)은 로봇 암(175)의 위치를 그대로 유지하기 위해 브레이크 및 카운터-밸런스(counter-balance)의 조합을 사용하는 셋업 조인트(set up joint)를 포함한다. 카운터-밸런스는 가스 스프링 또는 코일 스프링으로 구성될 수 있다. 페일-세이프(fail safe) 브레이크와 같은 브레이크는 기계적 및/또는 전기적 부품으로 구성될 수 있다. 또한, 로봇 암(175)은 중력 보조식 수동 지원(gravity-assisted passive support) 타입의 로봇 암일 수 있다.
로봇 암(175)은 메커니즘 교환기 인터페이스(Mechanism Changer Interface, MCI)(160)를 사용해 (가령, 기구 장치 조작기(Instrument Device Manipulator, IDM)(190)와 같은) 조작기 조립체 에 결합될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, "조작기 조립체"는 IDM(190) 및 IDM(190)과 연결되거나 통합된 다른 어떤 기구를 지칭할 수 있다. 예를 들어, 멸균 어댑터(sterile adaptor)가 특정 수술 절차를 위해 IDM(190)과 연결될 수 있고, 멸균은 조작기 조립체에 필수적이다. 멸균 어댑터는 예를 들어, 수술 로봇 시스템의 한 개 이상의 멸균 구성요소(들)을 덮는 멸균포(sterile drape)의 부분일 수 있으며, IDM(190)과 로봇 암(175)의 한 개 이상의 구성 요소 또는 수술 도구(115) 사이에 멸균 인터페이스를 유지하는 것을 용이하게 함으로써 로봇 시스템의 비멸균 구성 요소(들)과 멸균인 수술 구역 또는 영역 사이의 경계를 제공한다. 멸균 어댑터는 IDM(190)의 특정 마킹을 가릴 수 있어서, 이에 따라 일부 실시예에서 멸균 어댑터는 그 위에 형성된 마킹을 포함할 수도 있다. 멸균 어댑터 상의 마킹은 IDM(190) 상의 마킹에 대응되는 자리에 위치되어 있을 수 있다. IDM(190)은 제거되고 다른 종류의 IDM, 예를 들어, 내시경을 조작하도록 구성된 제1 타입의 IDM 또는 복강경을 조작하도록 구성된 제2 타입의 IDM으로 대체될 수 있다. MCI(160)는 공기압, 전기 전력, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 로봇 암(175)으로부터 IDM(190)으로 전송하기 위한 커넥터(connector)를 포함한다. MCI(160)는 세트 스크류(set screw) 또는 베이스 플레이트 커넥터(base plate connector) 일 수 있다. IDM(190)은 다이렉트 드라이브(direct drive), 하모닉 드라이브(harmonic drive), 기어 드라이브(gear drive), 벨트 및 도르래, 자기 드라이브(magnetic drive) 등과 같은 기술을 사용해 예를 들어, 내시경(115)과 같은 수술 도구 또는 기구를 조작할 수 있다. 특정 구현에서, MCI(160)는 IDM(190)의 타입을 기반으로 교체 가능하며 특정 수술 절차 종류에 따라 맞춰질 수 있다. 로봇 암(175)은 조인트 단계의 토크 센서(torque sensing)와 원위 단부에 손목(wrist)을 포함 할 수 있다.
수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)은 세장형 이동 부재를 사용하여 내시경(115)를 조작 할 수 있다. 세장형 이동 부재는 푸쉬 풀 와어어(pull or push wire)라고도 불리는 풀 와이어(pull wire), 케이블(cable), 섬유조직(fiber), 또는 유연한 샤프트(shaft)를 포함 할 수 있다. 예를 들어, 로봇 암(175)은 내시경(115)과 결합된 여러 개의 풀 와이어를 작동시켜서 내시경(115)의 선단의 방향을 바꿀 수 있다. 풀 와이어는 풀스테인리스강(stainless steel), 케블라(Kevelar), 텅스텐(tungsten), 탄소섬유 및/또는 등등과 같은 금속과 비금속 소재를 모두를 포함할 수 있다. 세장형 이동 부재에 의해 힘이 가해지면 내시경(115)은 비선형 행태를 보일 수 있다. 비선형 행태의 원인은 내시경(115)의 강성과 압축성 뿐만 아니라 다른 세장형 이동 부재들 간의 느슨함과 강성의 차이 때문일 수 있다.
베이스(180)는 로봇 암(175)이 환자의 수술 절차를 수행 또는 지원할 수 있도록 접근성을 제공하고, 이와 동시에 의사와 같은 사용자가 수술 로봇 시스템(110)을 명령 콘솔(105)을 통해 편리하게 제어 할 수 있도록 위치 될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(180)는 환자(101)를 눕힐 수 있는 수술대 또는 침대와 결합 될 수 있다. 베이스(180)는 도 1A에 도시된 명령 콘솔(105)과 연통식 결합될 수 있다.
베이스(180)는 전력 공급원(182), 공기압 (186) 및 제어 및 센서 전자기기(184)- 예를 들어, 중앙처리장치 (또한 간단히 프로세서로 칭함), 데이터 버스, 제어전자회로, 및/또는 메모리와 같은 구성 요소를 포함함- 및 로봇 암(175)을 움직이는 모터와 같은 관련 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 전자기기(184)는 항행 제어 기술, 안전 모드, 및/또는 데이터 필터링 기술을 구현할 수 있다. 베이스(180)에 있는 전자기기(184)는 또한 명령 콘솔(105)로부터 통신된 제어 신호를 처리 및 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스(180)는 수술 로봇 시스템(110)을 이동하기 위한 바퀴(188) 및 바퀴(188)를 위한 바퀴 잠금/브레이크(미도시)를 포함한다. 수술 로봇 시스템(110)의 이동성은 공간의 제약이 있는 수술실 환경에 적합할 뿐만 아니라 베이스(180) 및/또는 IDM(190)을 환자와 정렬시키기 위해 수술용 장치의 적절한 위치지정과 이동이 용이하도록 돕는다. 또한, 이동성을 통해 로봇 암(175)이 시술 동안 환자, 의사, 마취과 의사 또는 그 외 어떤 장치와도 방해되지 않도록 로봇 암(175)을 환자(101) 및/또는 플랫폼(102)과 정렬시킬 수 있다. 사용자는 다양한 절차를 수행하기 위해 명령 콘솔과 같은 제어 기기를 사용해서 로봇 암(175)을 제어 할 수 있다.
도 2는 가령, 예시 수술 환경(100)의 명령 콘솔(105)과 같이 사용될 수 있는 예시 명령 콘솔(200)을 도시한다. 명령 콘솔(200)은 콘솔 베이스(201), 모니터와 같은 디스플레이 모듈(202) 및 키보드(203)와 조이스틱(204)과 같은 제어 모듈 또는 입력 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 한 개 이상의 명령 콘솔(200) 기능은 수술 로봇 시스템(110) 또는 수술 로봇 시스템(110)과 연통식 결합된 다른 시스템의 베이스(180)와 통합될 수 있다. 의사와 같은 사용자(205)는 인체공학적인 자세로 명령 콘솔(200)을 사용해서 수술 로봇 시스템(110)을 원격 제어할 수 있다.
콘솔 베이스(201)는 가령, 도 1 내지 도1C에 도시된 내시경(115)으로부터 카메라 영상 데이터 및 트랙킹 센서 데이터와 같은 신호를 분석 및 처리하는 것을 책임지는 중앙 처리 장치, 메모리 장치, 데이터 버스 및 관련 데이터 통신 포트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 부하 분산(load-balancing)을 위해 콘솔 베이스(201)와 베이스(180) 모두 신호 처리를 수행한다. 콘솔 베이스(201)는 또한 제어 모듈(203, 204)을 통해 사용자(205)로부터 입력된 명령과 지시를 처리할 수 있다. 제어 모듈은 도 2에 도시된 키보드(203)와 조이스틱(204)뿐만 아니라 컴퓨터 마우스, 트랙 패드, 트랙 볼, 제어 패드, 비디오 게임 제어기 및 (가령, 동작 센서나 카메라와 같은) 손짓과 손가락 움직임을 캡쳐하는 센서 등과 같은 다른 기기를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 사용자(205)는 속도 모드 또는 위치 제어 모드로 설정된 명령 콘솔(200)을 사용해서 내시경(115)과 같은 수술 기구를 제어할 수 있다. 속도 모드에서 사용자(205)는 제어 모듈을 사용한 직접 수동 제어를 기반으로 내시경(115)의 원위 단부의 피치(pitch), 요(yaw) 움직임을 직접 제어한다. 예를 들어 조이스틱(204)의 움직임은 내시경(115)의 원위 단부의 요, 피치 움직임과 맵핑될 수 있다. 조이스틱(204)은 사용자(205)에게 햅틱 피드백을 전달할 수 있다. 예를 들어, 내시경(115)이 특정 방향으로 더 이상 이동 또는 회전할 수 없는 것을 나타내기 위해 조이스틱(204)에서 진동이 발생할 수 있다. 명령 콘솔(200)은 또한 내시경(115)이 이동 또는 회전의 최대치에 도달 한 것을 나타내기 위해 (팝업메시지와 같은) 시각 피드백 및/또는 (삐 소리 또는 다른 청각경보와 같은) 오디오 피드백을 또한 제공할 수 있다. 더 자세히 후술되듯이 햅틱 및/또는 시각 피드백이 또한 시스템이 안전 모드에서 환자의 호기 중에 작동할 경우 제공될 수 있다.
위치 제어 모드에서, 명령 콘솔(200)은 환자 관강내 조직망의 3차원(3D) 지도와 본 명세서에서 설명된 것과 같은 항행 센서로부터의 입력값을 사용해서 내시경(115)과 같은 수술 도구 또는 장치를 제어한다. 명령 콘솔(200)은 목표 위치까지 내시경(115)을 조작할 수 있도록 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)으로 제어 신호를 보낸다. 위치 제어 모드는 3차원 맵에 의존하고 있기 때문에 환자(101)의 정확한 해부학적 맵핑 정보를 필요로 한다.
일부 실시예에서 사용자(205)는 명령 콘솔(200)을 사용하지 않고 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)을 수동적으로 조작할 수 있다. 예를 들어 IDM(190), 로봇 암, 및/또는 수술 로봇 시스템(110)의 또 다른 부분에 사용자가 누르면 수동으로 한 개 이상의 로봇 암(175)의 제어를 시작 할 수 있는 어드미튼스 버튼(410)(admittance button) (도 4B의 예시에 도시됨)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 사용자가 지속적으로 어드미튼스 버튼(410)을 누르는 동안, 이에 대응되는 로봇 암(175)은 사용자(205)가 IDM(190) 및/또는 로봇 암(175)에 물리적인 힘을 가해 수동적으로 IDM(190)을 위치시킬 수 있도록 허용한다. 상술된 바와 같이 로봇 암(175)은 브레이크(들) 및/또는 카운터-밸란스를 포함하여 로봇 암(175)의 위치 및/또는 배향을 유지하는데 사용할 수 있다. 특정 실시예에서, 어드미튼스 버튼(410)은 (가령, 사용자로부터 입력값을 수신하는 것과 같이) 사용자에 의해 작동되면, 적어도 부분적으로 브레이크를 해제하여 로봇 암(175)이 외부에서 가해지는 힘에 대응하여 움직이도록 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 암(175)은 로봇 암(175)의 공간적 위치지정과 배향을 유지하기 위해 로봇 암(175)에 토크(torque)를 적용하도록 구성된 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있다. 로봇 암(175)은 어드미튼스 버튼(410)이 사용자로부터 입력값을 수신하면 액추에이터로부터 로봇 암(175)에 적용되는 토크를 감소시키도록 구성되어, 로봇 암(175)이 자신에게 가해지는 외부 힘에 대응하여 움직일 수 있도록 허용한다.
수술실을 세팅하는 동안 사용자(205)는 로봇 암(175), 내시경(115) 및 다른 수술 장비들이 환자에 접근할 수 있도록 이동 시킬 수 있다. 상기 세팅은 또한 더 자세히 후술되듯이 수술 로봇 시스템(110)의 부분(들)을 환자(101), 플랫폼(102), 및/또는 환자 삽입기와 정렬시키는 단계를 수반할 수 있다. 수술 로봇 시스템(110)은 로봇 암(175)과 장비를 적절하게 구성하기 위해 사용자(205)의 힘 피드백과 관성제어에 의존할 수 있다.
디스플레이 모듈(202)은 (LCD 디스플레이, LED 디스플레이, 터치-감응(touch-sensitive) 디스플레이와 같은) 전자 모니터, 고글, 안경과 같은 가상 현실 관찰 장치 및/또는 다른 디스플레이 기기 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 모듈(202)은 예를 들어 터치스크린이 있는 테블릿 기기와 같은 제어 모듈과 통합된다. 일부 실시예에서, 디스플레이(202)중 하나는 환자의 관강내 조직망의 3D 모델과 (가령, EM 센서 위치를 기반으로 모델 내 내시경 선단의 가상 표현과 같은) 가상의 항행 정보를 보여줄 수 있고 또 다른 디스플레이(202)는 내시경(115)의 단부에 있는 카메라 또는 다른 감지 장치로부터 수신한 화상 정보를 보여줄 수 있다. 일부 구현에서, 사용자(205)는 통합된 디스플레이(202)와 제어 모듈을 이용해서 데이터를 볼 수 있을 뿐만 아니라 수술 로봇 시스템(110)에 명령을 입력할 수도 있다. 디스플레이(202)는 3D 이미지를 2D로 렌더링(rendering)한 이미지 및/또는 3차원 이미지를 바이저(visor) 또는 고글과 같은 입체 장치를 사용해서 보여 줄 수 있다. 3차원 이미지는 환자의 해부학의 컴퓨터 3D 모델인 “엔도뷰(endo view)”즉 내시경적 시야를 제공한다. “엔도뷰”는 환자의 몸 안의 가상 환경 및 환자 내부에서 내시경(115)의 예상 위치를 제공한다. 사용자(205)는 “엔도뷰” 모델을 실제 카메라로 캡쳐된 이미지와 비교함으로써 환경에 대해 적응하고 내시경(115)이 환자 내부에서 정확한 위치 또는 거의 정확한 위치에 있는지 여부를 확인할 수 있다. “엔도뷰”는 내시경(115)의 원위 단부 주변의 환자의 기도, 순환 혈관 또는 창자 또는 결장의 모양과 같은 해부학 구조에 대한 정보를 제공한다. 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 원위 단부 주변의 해부학적 구조에 대해 3D 모델과 컴퓨터 단층 촬영(CT)을 동시에 보여줄 수 있다. 뿐만 아니라 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 기 결정된 항행 경로를 3D 모델과 CT 스캔에 중첩시켜 보여줄 수 있다.
일부 실시예에서, 내시경(115)의 모델은 수술 절차의 상태를 나타낼 수 있도록 3D모델과 함께 보여진다. 예를 들어 CT스캔을 통해 해부학 구조에서 생검(biopsy)이 필요한 병변(lesion)을 확인한다. 수술이 진행되는 동안 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 현 위치에 대응되는 내시경(115)이 캡쳐한 이미지를 참고로 보여줄 수 있다. 디스플레이 모듈(202)은 사용자 설정 및 특정 수술 절차에 따라 자동으로 내시경(115) 모델의 다른 시야(view)를 보여줄 수 있다. 예를 들어 내시경(115)이 환자의 수술 부위로 근접해 가는 항행 절차 중에 디스플레이 모듈(202)은 내시경(115)의 오버 헤드 형광투시 뷰(overhead fluoroscopic view)를 보여준다.
환자 삽입기 예시의 개요
도 3A는 본 개시 내용의 한 개 이상의 측면에 따른 환자 삽입기(301)의 예시를 도시한다. 도 3A의 예시에서 환자 삽입기(301)는 포트(320)를 통해 환자(101)에 부착된다. 도 3A에 도시된 실시예에서, 포트(320)는 수술용 튜브일 수 있다. 환자 삽입기(301)는 환자 삽입기 홀더(325)를 통해 플랫폼(102)에 유지될(secured) 수 있다. 환자 삽입기 홀더(325)는 플랫폼(102)에 대한 환자 삽입기(301)의 위치를 유지시킬 수 있고, 또한 환자 삽입기(301) 무게의 적어도 일부를 지탱해 줌으로써 환자 삽입기(301)가 환자(101)에 가하는 힘을 감소시킬 수 있다. 환자 삽입기 홀더(325)는 플랫폼(102)상에서 환자 삽입기(301)와 같은 쪽에 있는 것으로 도시되지만, 일부 실시예에서, 환자 삽입기 홀더(325)는 플랫폼(102)의 반대쪽, 또는 플랫폼(102)의 머리 부분이나 환자 위에 매달린 또 다른 플랫폼과 같이 그 외 다른 적당한 곳에 위치될 수 있다. 특정 절차 동안 환자 삽입기 홀더(325)의 배치는 플랫폼(102)에서 환자 삽입기(301)와 반대쪽에 있는 것이 바람직 할 수 있는데 왜냐하면 상기 배치가 로봇 암(175)의 움직임을 덜 제한할 수 있기 때문에다. 예를 들어 환자 삽입기 홀더(325)가 도 3A에서 도시된 것과 같이 위치해 있을 때 로봇 암(175)이 환자 삽입기 홀더(325)에 의해 차지된 공간으로 움직이는 것이 제한될 수 있다. 하지만 설명 및 도시된 환자 삽입기 홀더(325)의 배치는 단지 사례에 불과하며 환자 삽입기 홀더(325)는 환자 삽입기(301)의 적어도 일부가 환자 삽입기 홀더(325)에 의해 지탱될 수 있는 어떤 장소(들)에 위치될 수 있다.
환자 삽입기(301)는 근위 단부(303) 및 원위 단부(305) 뿐만 아니라 둘 사이의 삽입기 튜브(307)를 포함할 수 있다. 환자 삽입기(301)의 근위 단부(303)는 (내시경과 같은) 수술 도구(115)를 수용하도록 구성될 수 있는 제1 오프닝(또한 구멍으로 지칭됨)을 형성하고, 환자 삽입기(301)의 원위 단부(305)는 수술 도구(115)를 포트(320)까지 안내하도록 구성될 수 있는 제2 오프닝을 형성한다. 삽입기 튜브(307)는 환자 삽입기(301)의 근위와 원위 단부(303, 305)를 연결하며 수술 도구(115)를 환자 삽입기(301)의 근위 단부(303)로부터 원위 단부(305)까지 안내한다.
환자 삽입기(301)의 근위 단부(303)에 형성된 제1 오프닝과 환자 삽입기(301)의 원위 단부(305)에 형성된 제2 오프닝 사이에 삽입기 튜브(307)는 정의된 곡률을 가지고 있어서 수술 도구(115)가 삽입기 튜브(307)의 근위 단부(303)에서 부터 원위 단부(305)로 전진될 때 삽입기 튜브(307)를 따라 수술 도구(115)의 원위 단부를 안내할 수 있다. 이는 수술 로봇 시스템(110)이 포트(320)와 축 방향 정렬이 아닌 위치에서 수술 도구(115)를 조작 할 수 있도록 해 주기 때문에 수술실 안에서 수술 로봇 시스템(110)의 카트(180) 배치가 더 유연해질 수 있다. 즉, 삽입기 튜브(307)의 곡률 없이는, 로봇 암은 환자의 머리 위 수술 도구의 장축(major axis)과 대체로 정렬이 되어야만 할 수 있다.또한, 삽입기 튜브(307)의 곡률은 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)이 환자 삽입기(301)와 대체로 수평 정렬 될 수 있도록 허용하며, 이는 필요할 시 로봇 암(175)의 수동적 움직임을 용이하게 할 수 있다.
도 3B는 본 개시 내용의 측면에 따른 수술 로봇 시스템 카트(180)를 환자 삽입기(301)와 정렬하는 예시 시스템과 방법의 실시예를 도시한다. 상기 실시예에서, 환자 삽입기(301)는 로봇 시스템 카트(180)와 환자 삽입기(301)의 정렬을 지원할 수 있는 정렬 부재(309)를 또한 포함 한다. 수술 로봇 시스템(110)의 로봇 암(175)은 도 3B에 점선 화살표로 개념이 도시된 가상 레일(330)을 형성하기 위해 정렬되도록 구성될 수 있다. 가상 레일(300)은 환자 삽입기(301)의 근위 단부(303)의 제1 오프닝과 정렬될 수 있는 장축을 가질 수 있다 (도 3A 참고). 추가로, 가상 레일은 (가령, 수술 절차 동안과 같은) 수술 도구(115)의 조작 동안 (가령, IDM(190)과 같은) 조작기 조립체들이 정렬되도록 구성될 수 있는 공간의 용적을 정의할 수 있다. 따라서, IDM(190)에 의해 정의된 가상 레일(330)과 환자 삽입기(301)의 정렬은 상술된 바와 같은 수술 절차 동안 수술 도구(115)의 운영 제어를 향상 시킬 수 있다.
다양한 실시예와 연결되어 설명되는 바와 같이, 정렬 부재(309)는 정렬 부재(309)를 포함하지 않는 환자 삽입기에 비해 다수의 장점을 환자 삽입기(301)에 제공한다. 예를 들어, IDM(190)을 정렬 부재(309)와 물리적으로 정렬함으로써 다른 정렬 기술과 비교해서 더 정확하고 빠른 정렬을 가능케 할 수 있다. 정렬 부재(309)의 사용을 통해 환자 삽입기(301)와 IDM(190)을 올바르게 정렬하면 예를 들어, 수술 절차 동안에 상승되는 마찰 수치 또는 수동 지원이 필요한 상황과 같은 수술 절차 동안 발생할 수 있는 문제들을 방지할 수 있다. 방지 가능한 부 정렬(misalignment)에 의해 발생할 수 있는 또 다른 결과는 로봇 암(175)의 스트로크(stroke) 길이가 제한되어 수술 로봇 시스템(110)이 수술 도구(115)의 원위 단부를 바람직한 움직임의 범위만큼 제어할 수 있는 능력이 제한되는 것이다. 움직임의 완전한 범위 없이 수술 도구(115)는 관강내 조직망(140) 내 표적 위치에 접근하지 못할 수 있고, 이는 수술 절차를 다시 수행하기 전에 수술 로봇 시스템 카트(180)를 환자 삽입기(301)와 재정렬해야 할 수 있다.
추가로, 상술된 바와 같이 환자 삽입기(301)의 정렬 부재(309)는 수술 로봇 시스템(110)의 구성 요소와 환자 삽입기(301)의 정렬을 지원하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 정렬 부재(309)는 하나의 IDM(190)과 물리적으로 접촉하도록 구성될 수 있고 및/또는 정렬을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 IDM(190)에 형성된 마킹과 상호 보완적인 마킹(또한 마커로 지칭됨)을 포함할 수 있다.
정렬 부재(309)를 이용한 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 정렬은 3차원 공간에서 본체(body)의 6 자유도 움직임으로 기하학적인 정의가 될 수 있다. 즉, 만약 환자 삽입기(301)가 공간에서 고정점이라면, IDM(190)을 환자 삽입기(301)와 정렬시키는 것은 구체적으로 환자 삽입기(301)에 대하여 IDM(190)에 6 자유도의 움직임을 제공하는 것이다. 상기 자유도는 IDM(190)의 (도 3B에 도시된 바와 같이 앞/뒤 (X축), 왼쪽/오른쪽 (Y축), 상/하 (Z축)와 같은) 위치 및/또는 (피치(pitch) (Y축 중심 회전), 요(yaw) (Z축 중심 회전) 및 롤 (roll) (X축 중심 회전)과 같은) 배향을 포함할 수 있다. 위치 결정 축 (X축, Y축 및 Z축)은 다양한 방식으로 정의, 위치 및/또는 배향될 수 있지만, 본 명세서는 개시 내용 전체에 걸쳐서 도 3B에 도시된 축을 참조 한다. 본 명세서의 측면은 IDM(190)을 환자 삽입기(301)와 정렬시키기 위해 IDM(190)을 환자 삽입기(301)에 대하여 정렬 위치/배향으로 배치시키는 방법 및 기술에 관한 것이다. 수술 로봇 시스템(110)은 수술 절차 동안 수술 로봇 시스템(110)이 환자 삽입기(301)의 공간적 위치 및/또는 배향을 인지할 수 있도록 정렬이 되는 동안 IDM(190)의 공간적 위치 및/또는 배향을 기록 할 수 있다.
IDM(190)을 환자 삽입기(301)와 정렬하는 것은 또한 IDM(190)의 한 개 이상의 축을 환자 삽입기(301)의 한 개 이상의 축과 정렬하는 것으로 정의 될 수 있다. 예를 들어 환자 삽입기(301)는 (본 명세서에서 수신축으로 지칭될 수 있는) 축을 정의 할 수 있고, 환자 삽입기(301)는 상기 축을 따라 수술 도구(115)를 수용하도록 구성된다. 유사하게, IDM(190)은 (기 설명된) 가상 레일(330)에 의해 정의된 축을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 정렬은 환자 삽입기(301)의 수신축이 IDM(190)의 가상 레일(330)과 대체로 정렬될 때 형성될 수 있다.
정렬 부재 구현의 예시
도 4A 내지 B 및 도 5A 내지 H는 본 개시 내용의 측면에 따른 정렬 부재(309)와 IDM(190)의 정렬의 다른 실시예를 도시한다. 도 4A와 4B는 각각 단독으로 있는 정렬 부재(309)의 실시예와 정렬 절차 동안 IDM(190)과 접촉한 정렬 부재(309)를 도시한다.
도 4A 및 도 4B와 관련하여 환자 삽입기(301)는 본체 또는 환자 삽입기(301)의 지지 구조에 부착된 정렬 부재(309)를 포함한다. 정렬 부재(309)는 삽입기 튜브(307)의 근위 단부(303)의 근위에 위치될 수 있다. 이러한 정렬 부재(309)의 위치는 정렬 부재(309)와 IDM(190)사이에 물리적인 접촉을 통해 근위 단부(303)에 형성된 오프닝과 IDM(190)의 정렬을 용이하게 할 수 있다. 하지만 다른 실시예에서 정렬 부재(309)는 환자 삽입기(301)의 다른 위치에 부착되거나 환자 삽입기 홀더(325)에 부착될 수도 있다. 예를 들어, 정렬 부재(309)와 삽입기 튜브(307)의 근위 단부(303)에 형성된 오프닝 사이의 거리를 알면, 수술 로봇 시스템(110)은 IDM(190)과 정렬 부재(309)의 정렬에 대한 반응으로 환자 삽입기(301)의 근위 단부(303)에 형성된 오프닝에 대한 IDM(190)의 위치지정을 정확하게 산정할 수 있다.
정렬 부재(309)는 IDM(190)과 정렬을 지원하기 위해 물리적인 특징, 마킹 및/또는 그 외 정렬 구성요소를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 정렬 부재(309)는 제1 곡선 표면(311)과 세장형 돌출부(313)를 포함할 수 있다. 제1 곡선 표면(311)으로 정의된 모양과 세장형 돌출부(313)는 IDM(190)의 외부 표면과 상호 보완적인 모양을 갖출 수 있다. 이처럼 IDM(190)은 도 4B에 도시된 바와 같이 IDM(190)을 정렬 부재(309)와 (인터페이스하는 것과 같은) 가까운 물리적 접촉을 통해 정렬 부재(309)와 적어도 부분적으로 정렬될 수 있다. 예를 들어, IDM(190)의 외부 곡선 표면이 제1 곡선 표면(311)과 접촉하고 IDM(190)의 상부 표면이 세장형 돌출부(313)와 접촉한 후, 정렬 부재(309)에 대한 IDM(190)의 공간에서의 위치지정은 IDM(190)이 제1 곡선 표면(311)과 세장형 돌출부(313)를 지나 더 나아가는 움직임을 제한함으로써 정의될 수 있다. 추가로, 도 4B에 도시된 바와 같이 세장형 돌출부(313)와 접촉하는 IDM(190)의 상부 표면은 IDM(190)의 외곽에서 가장 높은 표면이 아닐 수 있으며, 오목한 부분(recess)으로 정의될 수 있다. 다른 실시예에서 세장형 돌출부(313)와 접촉하는 IDM(190)의 상부 표면은 IDM(190)의 상부 표면의 돌출부로 정의될 수도 있고 또는 상부 표면의 나머지 부분과 동일한 높이일 수 있다. 유사하게, 제1 곡선 표면(311)과 접촉하는 IDM(190)의 외부 곡선 표면은 오목하게 형성되거나 또는 돌출부로 형성된 IDM의 외부 표면과 같은 높이일 수 있다. 추가의 모범적인 실시예가 이하 더 자세하게 후술된다.
정렬 부재(309)의 제1 곡선 표면(311)과 IDM(190)의 외부 곡선 표면의 접촉한 상태 (가령, 제1 곡선 표면(311)의 대부분이 외부 곡선 표면과 접촉 또는 밀접한 상태)가 유지되는 동안, 정렬 부재(309)와 IDM(190)의 정렬은 (가령, X 와 Y축 뿐만 아니라 피치와 롤 배향과 같은) 4 자유도로 제한된다. 세장형 돌출부(313)는 IDM(190)과 정렬 부재(309)의 배향을 Z축 자유도로 제한하기 위해 사용될 수 있다.
IDM(190)과 정렬 부재(309) 의 물리적 접촉은 정렬 부재(309)에 대한 IDM(190)의 공간적인 위치지정을 정의하는데 충분할 수 있지만, 일부 실시예에서 물리적 접촉은 둘 사이의 (요 배향 같은) 각각의 회전 자유도에 대한 회전 정렬을 완성 시키기에는 충분하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도4B의 실시예에서 IDM(190)은 정렬 부재(309)와 접촉한 상태를 유지하면서도 Z축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서 정렬 부재(309) 및/또는 IDM(190)은 IDM(190)과 정렬 부재(309)의 회전 정렬을 정의하기 위한 정렬 마킹을 더 포함할 수 있다.
도 5A 내지 도 5H는 (가령, IDM(190)과 같은) 조작기 조립체를 정렬 부재(309)와 회전 정렬 시키기 위해 사용될 수 있는 정렬 마킹의 다수의 실시예를 도시한다. 도 5A 및 5B의 실시예에서 정렬 부재(309)는 제1 정렬 마킹 세트(505)를 포함하고 IDM(190)은 제1 정렬 마킹 세트(505)에 대응되는 제2 정렬 마킹 세트(510)를 포함한다. (도 5B와 같이) 정렬 부재(309)가 IDM(190)과 접촉하도록 놓여진 후에, IDM(190)과 정렬 부재(309)는 제1 및 제2 정렬 마킹 세트 (505, 510)를 정렬함으로써 (가령, IDM(190)의 요와 같은) Z축 중심 회전에 있어서 회전 정렬될 수 있다. 도 5A와 5B의 실시예에서 제1 및 제2 정렬 마킹 세트 (505, 510)는 띠(band)로 형성될 수 있다. 정렬 띠는 IDM(190)과 정렬 부재(309)의 요 배향 정렬을 돕기 위해 여러 다른 모양, 크기, 차원(dimensions), 공차(tolerances) 등으로 구현될 수 있다. 띠의 특정 실시예가 도 5A, 5B 및 5E 내지 H에 도시된다; 하지만 띠의 디자인은 이에 한정되지 않으며 띠는 요 배향을 정렬하기 위해 어떤 모양, 크기, 차원, 공차 등을 가질 수 있다.
도 5C 와 5D의 실시예에서 제1 및 제2 정렬 마킹 세트 (505, 510)는 서로 상반되는 세모로 형성될 수 있다. 해당 실시예에서, 세모의 점을 서로 맞춰서 IDM(190)과 정렬 부재(309)가 회전 정렬되었다는 것을 확인시켜줄 수 있다. 도 5C 및 5D에 도시된 바와 같이 정렬 마킹(505)은 세장형 돌출부(313)에 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 도 5E및 5F에 도시된 바와 같이 단일의 제1 정렬 마킹(505)과 단일의 제2 정렬 마킹(510)을 포함한다. 상기 실시예의 제1 및 제2 정렬 마킹 (505, 510)은 도 5A와 도 5B의 실시예보다 더 넓은 띠를 포함한다. 여기서, IDM(190)과 정렬 부재(309)의 회전 정렬은 띠의 끝 부분이 대체적으로 서로 정렬될 때 성취될 수 있다. 하지만 또 다른 실시예에서, 도 5G와 도 5H에 도시된 바와 같이, 제1 정렬 마킹(505)은 제2 정렬 마킹(510)보다 넓을 수 있다. 상기 실시예에서, 제2 정렬 마킹(510)이 제1 정렬 마킹(505)의 띠로 형성된 폭 안쪽에 있을 때 IDM(190)은 정렬 부재(309)와 회전 정렬될 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 정렬 마킹 (505, 510) 간의 넓이 차이는 Z축 중심의 회전에 대한 회전 정렬의 허용 오차 범위에 대응될 수 있다. 정렬 마킹 (505, 510)의 넓이로 정의된 허용 오차 범위는 수술 로봇 시스템이 허용 범위 안 어떤 위치에서도 수술 도구를 완전히 조작할 수 있도록 보장해 줄 수 있다. 추가로 다른 실시예에서, IDM(190)에 형성된 제 2 정렬 마킹(510)은 제1 정렬 마킹(505) 보다 넓을 수 있다. 허용 오차 범위는 정렬 부재(309) 상의 정렬 마킹(505)의 넓이에 따라 허용 오차 범위가 결정되는 실시예와 관련하여 설명되었지만, 허용 오차 범위의 표시는 다른 실시예와 마킹에 따라 다르고 상이할 수 있다. 예를 들어, 허용 오차 범위는 정렬 부재(309) 상의 제1 정렬 마킹(505), IDM(190) 상의 제2 정렬 마킹(510) 및/또는 이 둘의 조합에 의해 정의될 수 있다. 추가로, 오차 허용 범위의 표시는 환자 삽입기(301), IDM(190), 멸균 어댑터 등에 위치될 수 있다.
제1 정렬 마킹(505)과 제2 정렬 마킹(510)은 또한 정렬 부재(309)와 IDM(190) 상에서 로봇 수술 시스템의 사용자가 여러 다른 관점에서 회전 정렬을 시각적으로 확인할 수 있는 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어 도 4B에 도시된 바와 같이, IDM(190)은 IDM(190)의 상부 표면으로부터 돌출된 여러 구성 요소를 포함할 수 있다. 이러한 돌출부 및/또는 환자 삽입기 자체와 같은 다른 물체들은 사용자가 서 있는 위치에 따라 제1 및 제2 정렬 마킹(505, 510) 중 한 개 이상의 시야를 방해할 수도 있다. 따라서, 제1 및 제2 정렬 마킹(505, 510)은 사용자가 여러 관점 중 한 지점에서 보았을 때, 적어도 제1 및 제2 정렬 마킹(505, 510)중 하나가 사용자에게 보여질 수 있도록 정렬 부재(309)와 IDM(190) 상의 다른 위치에 배치될 수 있다. 이는 사용자가 제1 및 제2 정렬 부재(505, 510)를 보기 위해 이동하지 않아도 사용자가 IDM(190)과 정렬 부재(309)의 회전 정렬을 시각적으로 확인할 수 있도록 한다.
추가로, 조작기 조립체가 멸균 어댑터와 같은 IDM(190)에 부착된 추가 구성 요소를 포함하는 경우, 추가 구성 요소에 제 3 정렬 마킹 세트(미도시)가 형성되어 추가 구성 요소가 정렬 부재와 정렬될 수 있도록 할 수 있다. 제 3 마킹은 도 5A 내지 도 5H에 도시된 제2 마킹(510)과 유사한 방식으로 추가 구성 요소에 형성될 수 있다. 상기 실시예에서, 멸균 어댑터는 정렬 부재(309)의 모양과 상호 보완적인 표면을 적어도 일부 포함할 수 있다. 멸균 어댑터는 IDM(190)과 로봇 암(175) 간의 인터페이스가 멸균상태여야 하는 수술 절차를 위해 IDM(190)에 물리적으로 부착되도록 구성될 수 있는 어댑터이다. 특정 실시예에서, 멸균 어댑터는 외부 표면 및/또는 IDM(190)과 수술 도구(115)사이의 인터페이스와 대체로 동일하거나 또는 유사한 수술 도구 인터페이스를 가질 수 있다.
추가 정렬 기술
본 발명의 특정 측면에서, 추가 정렬 기술이 도 4 및 도5와 관련하여 설명된 물리적인 정렬 실시예를 대신해 또는 추가적으로 적용될 수 있다. 이런 기술은 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 수동 또는 자동 정렬을 지원할 수 있다.
일 예시에서, 전파 식별(radio-frequency identification, RFID) 리더기 및 RFID 태그가 정렬을 지원하기 위해 사용될 수 있다. 환자 삽입기(301)는 정렬 부재(309) 또는 환자 삽입기(301) 상의 다른 곳에 위치한 RFID 태그를 포함할 수 있다. IDM(190)은 RFID 태그로부터 전송된 무선 신호를 인식하는 RFID 리더를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, RFID 태그와 RFID 리더의 위치는 서로 교체될 수 있다.
RFID 태그는 수동형 장치로 RFID 리더로부터 방출된 에너지를 수집하고 RFID 리더로부터 수집한 전기를 사용해서 RFID 신호를 전송할 수 있다. RFID 태그로부터 전송된 신호를 감지해서 RFID 리더는 RFID 태그에 대한 RFID 리더의 위치를 결정할 수 있다. 추가로, RFID 리더가 RFID 태그에 가까워 질수록, RFID 리더에 의해 감지된 신호가 더 강해질 수 있다. 따라서, RFID 리더는 RFID 태그로부터 수신한 신호의 강도가 최대(또는 최고)치로 나타나면, RFID 리더는 RFID 태그가 RFID 리더에 있을 수 있는 가장 가까운 위치에 있다고 추정할 수 있다. IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 수동 정렬을 지원하기 위해, 수신한 RFID 신호의 강도는 예를 들어, 디스플레이 모듈(202)을 통해 사용자에게 디스플레이 될 수 있다. 대안적으로, RFID 신호는 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 자동 정렬을 위해 수술 로봇 시스템의 프로세서에 의해 입력값으로 사용될 수 있다.
또 다른 예시에서, 수술 로봇 시스템(110)은 정렬을 지원하기 위해 레이저 추적 시스템을 포함 할 수 있다. 예를 들어, IDM(190)은 레이저 방사기와 (간단히 레이저로 또한 지칭됨) 레이저 광 센서를 포함하고 동시에 레이저 반사체(reflector)는 (가령, 정렬 부재(309) 위 같이) 환자 삽입기(301) 상에 위치될 수 있다. 레이저, 레이저 반사체 및 레이저 광 센서는 IDM(190)이 환자 삽입기(301)와 올바로 정렬될 때 레이저 광이 센서 위로 반사될 수 있도록 위치될 수 있다. 이처럼, 레이저 반사체에 대한 레이저와 레이저 광 센서의 위치지정을 통해 수술 로봇 시스템(110)은 IDM(190)이 환자 삽입기(301)와 정렬되었는지 여부를 결정할 수 있다.
대안적인 실시예에서, IDM(190)은 적어도 한 개의 레이저를 포함하고 환자 삽입기(301) 또는 정렬 부재(309)는 레이저와 대응되는 적어도 한 개의 정렬 마킹을 포함한다. 수술 로봇 시스템(110)의 사용자가 레이저 광이 적어도 한 개의 정렬 마킹을 비추는 것을 시각적으로 확인하면 그때 IDM(190)이 환자 삽입기(301)와 정렬되었다라고 결정할 수 있다. 상기 실시예에서, 레이저, 레이저 반사체, 레이저 광 센서 및 적어도 한 개의 마킹의 배치는 IDM(190)과 환자 삽입기(301) 간에 서로 교체될 수 있다. 특정 실시예에서, IDM(190)과 환자 삽입기(301) 간의 정렬이 모든 자유도로 정의될 수 있도록 적어도 세 개의 레이저와 세 개의 마킹/센서가 있을 수 있다. 특정 실시예에서, IDM(190)과 환자 삽입기(301) 간의 정렬이 모든 자유도로 정의될 수 있도록 적어도 한 개의 레이저와 적어도 한 개의 마킹/센서가 있을 수 있다.
또 다른 예시에서, 정렬 부재(309)는 IDM(190) 상에 배치된 포토다이오드(photodiode)에 대한 발광 다이오드 (LED)의 위치지정을 기초하여 광선을 방출하도록 구성된 LED를 포함할 수 있다. 예를 들어, 정렬 부재(309)에 대한 IDM(190)의 정렬 여부를 결정하기 위해 IDM(190)에 배치된 포토다이오드는 LED로부터 방출된 광선을 감지할 수 있다. 추가로 특정 실시예에서, 정렬 부재(309)는 IDM(190)에 배치된 복수의 포토다이오드와 각각 대응되는 복수의 LED를 포함할 수 있다. 포토다이오드가 각각의LED에서 수신된 광선을 감지하면, IDM(190)은 IDM(190)이 정렬 부재와 정렬되었다는 것을 감지할 수 있다. 또한, LED들은 각기 다른 색상을 포함하고 동시에 포토다이오드는 대응되는 색상 필터를 포함할 수 있다. 따라서, LED중 하나의 광선은 대응되는 포토다이오드에 의해서만 감지될 수 있다.
또 다른 예시에서, IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 정렬은 음향 반사(acoustic reflection)의 사용을 포함할 수 있다. 예를 들어, IDM(190)은 음향 방출기와 음향 센서를 포함하는 한편 환자 삽입기(301) 및/또는 정렬 부재(309)는 음향 반사체를 포함한다. IDM(190)은 음향 센서에 감지된 신호를 기반으로 배치될 수 있고 측정된 신호의 최대값은 IDM(190)이 환자 삽입기(301)와 정렬된 것을 나타낸다.
또 다른 예시에서, 자기장 센서가 IDM(190)에 배치되고, 자석은 환자 삽입기(301) 및/또는 정렬 부재(309)에 배치된다. 자기 센서에 의해 측정된 신호는 IDM(190)과 환자 삽입기의 위치 정렬을 결정하는데 사용될 수 있다. 상기 요소들의 배치는 IDM(190)과 환자 삽입기(301) 간에 서로 교체될 수 있다.
일 구현에서, IDM(190)을 환자 삽입기(310)와 정렬시키는 것은 EM 생성기와 하나의 EM 센서 또는 여러 EM 센서들의 사용을 추가로 수반할 수 있다. 예를 들어서, 조작기 조립체는 EM 센서를 포함하고 EM 생성기는 플랫폼(102) 상에 또는 인접해 정렬되어 있을 수 있다. 수술 로봇 시스템(110)은 EM 생성기에 대한 IDM(190)의 위치를 결정하기 위해 EM 센서에 의해 감지된 신호를 사용할 수 있다.
하지만 추가 실시예에서, 정렬 부재(309)와 IDM(190)의 물리적인 모양은 도 4 및 도 5와 관련해 설명된 실시예와는 다르게 변형될 수 있다. 예를 들어, 환자 삽입기(301)의 3개의 포인트와 이에 대응되는 IDM(190)의 3개의 포인트의 정렬은 그 둘 사이의 정렬을 정의하기에 충분할 수 있다. 따라서 일 예시에서, 환자 삽입기(301)는 3개의 세장형 돌출부를 포함하며 동시에 IDM(190)은 이에 대응되는 3개의 마킹을 포함할 수 있다. 세장형 돌출부가 대응되는 IDM(190)의 마킹과 접촉하게 될 때, 환자 삽입기(301)는 IDM(190)과 정렬될 수 있다. 대안적으로, 세장형 돌출부가 IDM(190)에, 마킹은 환자 삽입기(301)에 형성되거나 또는 IDM(190)과 환자 삽입기는 각각 상대 요소의 대응되는 돌출부와 공간에서 접촉하도록 구성된 세 개의 돌출부를 포함할 수 있다.
여러 다른 센서의 예시가 사용되어 사용자가 IDM(190)을 환자 삽입기(301)와 정렬할 수 있도록 지원하거나 및/또는 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 자동 정렬이 수술 로봇 시스템(110)에 의해 수행될 수 있지만, 그 외 종류의 센서 또한 본 명세서에서 설명된 센서를 대체하여 또는 그와 더불어 사용될 수 있다. 예를 들어, 정렬은 (카메라(들)와 같은) 광학 센서(들), 초음파 센서(들), 가속도계(들), 용량성 결합 센서(들) 등을 사용하는 비전 모양 매칭을 포함하는 하지만 그에 제한되지 않는 여느 다른 센서의 양태(modality)를 사용해 수행될 수 있다.
환자 삽입기(301)와 IDM(190)간의 물리적인 정렬의 또 다른 방법으로 돌출부와 중공 공동(hollow cavity)을 사용할 수 있다. 요컨대, 돌출부가 중공 공동 안으로 삽입되면, 환자 삽입기(301)와 IDM(190)은 정렬될 수 있다. 단순한 원통형 돌출부와 중공 공동은 장축을 중심으로 돌출부의 회전 정렬을 정의할 수 없기 때문에, 돌출부/중공 동공을 고정시켜서(keyed) 둘 사이의 단 한번의 회전 정렬을 통해 돌출부가 공동 안으로 삽입되도록 할 수 있다.
정렬 방법의 예시
수술 로봇 시스템 카트와 환자 삽입기를 정렬시키는 방법의 예시가 도 6 내지 도10과 관련하여 이제부터 설명된다. 도 6은 시스템 카트와 환자 삽입기의 정렬의 개요를 제공한다. 방법 600 내지 방법 1000과 같이 이하 개시된 각 방법의 측면들은 IDM(190) 또는 수술 로봇 시스템의 다른 구성 요소를 수동으로 조작하는 인간 작동자, 인간 작동자의 지시에 따라 또는 독자적으로IDM(190)을 기계적으로 조작하는 (기 설명된 시스템(110)과 같은) 수술 로봇 시스템 자체로, 또는 그 둘의 조합으로 구현될 수 있다.
방법 (600)은 블록(601)에서 시작한다. 블록(605)에서 환자 삽입기(301)는 포트(320)에 부착된다. 포트(320)는 사전에 의료 직원에 의해 환자(101) 안에 배치될 수 있다. 블록(610)에서 로봇 암(175)은 정렬 자세로 배치된다. 이는 사용자의 명령어 입력에 반응하여 수술 로봇 시스템(110)에 의해 자동으로 수행되거나 또는 사용자가 수동으로 로봇 암(175)을 정렬 자세로 안내할 수 있다. 사용자에 의해 안내될 때, 수술 로봇 시스템은 로봇 암(175)이 정렬 위치의 기준(threshold) 거리에 또는 그 안에 있는 것을 나타내는 피드백을 사용자에게 제공할 수 있다.
블록(615)에서 사용자는 로봇 암(175)이 환자 삽입기(301)에 인접하도록 (시스템 카트를 활용하는 실시예의 경우) 시스템 카트(180)를 선택적으로 옮길 수 있다. 상기 단계에서 시스템 카트(180)는 환자 삽입기와 대략적으로 정렬된 것으로 고려될 수 있다. 로봇 암(175)은 움직임의 범위가 제한되어 있으므로, 만약 정렬 이전에 시스템 카트(180)가 환자 삽입기에 충분히 가깝게 배치되어 있지 않으면, 로봇 암(175)은 정렬을 위해 환자 삽입기에 도달하지 못할 수 있다. 블록(620)은 로봇 암(175)의 (IDM(190)과 같은) 조작기 조립체를 환자 삽입기(301)의 정렬 부재(309)와 (공간적으로 및/또는 회전적으로) 정렬하는 것을 수반한다. 상기 단계는 사용자에 의해 수동적으로, 수술 로봇 시스템(110)에 의해 자동적으로 또는 수동 및 자동 절차의 조합으로 완료될 수 있다. 수술 로봇 시스템(110)은IDM(190)이 환자 삽입기(301)와 정렬되면 그에 반응하여 (가령, 정렬 위치와 같은) IDM(190)의 위치를 저장할 수 있다. 수술 로봇 시스템(110)이 사용자로부터 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 정렬 확인을 수신하면 그에 반응하여 IDM(190)의 정렬 위치가 저장될 수 있다.
특정 실시예에서, 환자 삽입기(301)는 IDM(190)과 정렬되도록 이동될 수 있다. 예를 들어, 환자(101)를 눕히는 플랫폼(102)은 IDM(190)과 정렬을 용이하게 하기 위해 수술 환경(100) 안에서 (가령, 잠금/잠금해제 가능한 바퀴를 포함하는 것과 같이) 이동 가능 및/또는 조절 가능 할 수 있다. 따라서, 플랫폼(102)은 환자 삽입기(301)가 IDM(190)과 정렬될 수 있는 위치로 이동 될 수 있다. 일부 실시예에서, IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 정렬은 IDM(190)과 환자 삽입기(301)를 모두 이동시키는 단계를 수반 할 수 있다. 조작기 조립체(190)가 환자 삽입기(301)와 정렬되면, 블록(625)에서 사용자는 선택적으로 수술 로봇 시스템 카트(180)를 고정 시킬 수 있다. 대안적으로, 만약 수술 로봇 시스템 카트(180)가 카트(180)를 이동시키기 위한 자동 브레이크 및/또는 액추에이터를 포함하면, 수술 로봇 시스템(110)은 자동으로 시스템 카트(180)를 고정시킬 수 있다. 일부 실시예에서, (가령, 로봇 암(175)이 테이블에 위치하는 것과 같이) 로봇 암(175)이 시스템 카트(180)에 위치하지 않는 경우, 블록(615)과 블록(625)은 수행 되지 않을 수 있다. 방법 (600)은 블록(630)에서 끝난다.
도 7은 도 6의 블록(605)과 관련된 추가적 측면을 제공하는 방법(700)을 도시하는 순서도를 제공한다. 방법(700)은 블록 (701)에서 시작한다. 블록(705)에서 포트(320)는 환자 안에 설치된다. 블록(705)은 수술 로봇 시스템(110)에 의해 수행되거나/사용하는 수술 절차를 준비하는 의료 직원에 의해 수행될 수 있다. 블록(710)에서 의료 직원은 환자 삽입기 홀더(325)를 침대 레일 또는 플랫폼(102)의 다른 부착 부분에 부착 및/또는 고정시킬 수 있다. 환자 삽입기 홀더(325)가 부착될 수 있는 플랫폼(102)의 부착 부분의 예로 침대 프레임, 지지대, 환자(101) 밑에 깔리는 패드 등이 포함된다. 이는 환자 삽입기(301)를 고정시켜주고 정렬 또는 수술 절차 동안 환자 삽입기(301)가 움직이거나 위치에서 벗어날 가능성을 감소 시킨다. 블록(715)에서, 의료 직원은 환자 삽입기(301)를 환자 삽입기 홀더(325)와 연결한다. 다른 실시예에서, 환자 삽입기(301)는 포트(320)와 직접적으로 연결되지 않은 상태로, 예를 들어, 환자 삽입기(301)가 포트(320)와 인접한 곳에서 정렬된 상태로 고정되는 것과 같이 정렬될 수 있다.
블록(720)에서 의료 직원은 환자 삽입기(301)를 포트(320)에 부착한다. 이 단계는 블록(715)과 동시에 수행될 수 있어서, 가령, 고정된 환자 삽입기 홀더(325)의 최종 위치는 환자 삽입기(301)가 포트(320)와 연결될 때까지 정해지지 않을 수 있다. 방법(700)은 블록(725)에서 종료된다.
도 8은 도 6의 블록(610)에 관련된 추가 측면을 제공하는 방법(800)을 도시하는 순서도이다. 방법(800)은 블록(801)에서 시작한다. 블록(805)에서 사용자는 엄빌리컬 케이블(umbilical cable)을 수술 로봇 시스템 카트(180)에 연결한다. 엄빌리컬 케이블은 수술 로봇 시스템 카트(180)로 통신 및/또는 전기를 제공할 수 있다. 블록(810)에서 사용자는 로봇 수술 시스템 카트(180)의 전원을 켠다. 블록(815)에서 사용자는 로봇 수술 시스템 카트(180)의 복수의 로봇 암(175) 중 하나를 선택해 환자 삽입기(301)와 정렬을 하는데 사용할 수 있다. 선택된 로봇 암(175)은 환자(101) 및/또는 침대(102)와 가장 가까운 암(175)일 수 있다. 블록(820)에서 사용자는 선택된 로봇 암(175)을 정렬 자세로 배치한다. 다른 실시예에서, 사용자는 수술 로봇 시스템(110)에 명령어를 입력해서 수술 로봇 시스템(110)이 자동으로 로봇 암(175)을 정렬 자세로 배치하도록 할 수 있다. 방법(800)은 블록(825)에서 종료된다.
도 9는 도 6의 블록(620)과 관련된 추가 측면을 제공하는 방법(900)의 순서도를 제공한다. 방법(900)은 블록(901)에서 시작한다. 블록(905)에서 사용자 및/또는 수술 로봇 시스템(110)은 수술 로봇 시스템 카트(180)의 제트리프트(z-lift)를 조절한다. 이는 시스템 카트(180)의 높이를 플랫폼(102)의 높이와 적합한 수준까지 조절하는 단계를 수반할 수 있다. 블록(910)의 수동 실시예에서, 사용자는 선택된 로봇 암(175)의 (가령, IDM(190)과 같은) 조작기 조립체를 환자 삽입기(301)의 정렬 부재(309)와 접촉하도록 배치한다. 사용자는 로봇 암(175)의 수동 조작을 허용하는 어드미턴스 버튼을 누르도록 요구될 수 있다.
실시예에 따라 블록(910)은 정렬이 되는 동안 한 개 이상의 센서의 피드백을 입력값으로 사용해 수술 로봇 시스템(110)에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 조작기 조립체와 환자 삽입기(301)의 정렬은 둘 사이의 물리적인 접촉을 수반하지 않을 수 있다. 예를 들어, IDM(190)이 레이저와 레이저 광산 센서를 포함하는 실시예에서, 수술 로봇 시스템(110)은 레이저에서 방출되고 정렬 부재(309)로부터 반사된 후 레이저 광 센서에 의해 감지되는 레이저 광선의 감지를 사용해서 IDM(190)이 정렬 부재(309)와 정렬되었는지 여부를 자동으로 결정할 수 있다. LED(들)의 사용을 포함하는 일부 실시예에서, 로봇 수술 시스템은 IDM(190) 상의 포토다이오드가 LED로부터 수신한 광선을 감지하면 IDM(190)이 정렬 부재(309)와 정렬되었다고 결정할 수 있다. 추가로, 기 설명된 정렬 기능 및/또는 센서 중 어느 것이든지 수술 로봇 시스템(110)에 의한 IDM(190)과 환자 삽입기(301)의 자동 정렬에서도 또한 사용될 수 있다.
블록(915)에서 사용자/수술 로봇 시스템은 조작기 조립체의 마킹을 정렬 부재의 마킹과 정렬시킨다. 도 5A 내지 5H 실시예에서, 이는 마킹이 정렬될 때까지 조작기 조립체(190)를 Z축을 중심으로 회전시키는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시예에서, 조작기 조립체의 마킹을 정렬 부재(309)의 마킹과 정렬시키는 것은 조작기 조립체의 마킹이 정렬 부재(309)의 마킹과 정렬될 때까지 조작기 조립체를 정렬 부재(309)에 대해 이동시키는 것을 수반할 수 있다. 블록(920)에서 사용자/수술 로봇 시스템은 조작기 조립체의 윗면을 정렬 부재(309)의 세장형 돌출부(313)와 정렬시킨다. 특정 실시예에서, 블록(920)은 블록(915) 이전에 또는 동시에 수행될 수 있다.
블록(925)에서 수술 로봇 시스템(110)은 사용자로부터 정렬 과정이 완료되었음을 수신한다. 다른 실시예에서 수술 로봇 시스템(110)은 정렬이 완료되었음을 자동으로 확인할 수 있고, 따라서 사용자로부터 사용자 입력을 요구하지 않거나 또는 수술 로봇 시스템(110)이 자동적으로 정렬을 수행하며, 정렬에 대한 확인 또는 수행에 대한 어떠한 사용자 입력도 요구하지 않을 수 있다. 블록(930)에서, 수술 로봇 시스템(110)은 (가령, 정렬 절차 후 IDM(190)의 최종 위치를 정의하는 6 자유도와 같은) IDM(190)의 정렬 위치와 배향을 메모리에 저장한다. 저장된 정렬 위치는 이하 수술 절차 동안 IDM(190)의 제어 및/또는 움직임을 조정(calibrate)하기 위해 수술 로봇 시스템(110)에 의해 사용될 수 있다. 방법(900)은 블록(935)에서 종료된다.
도 10은 블록(625)과 관련된 추가 측면을 제공하는 방법(1000)의 순서도를 제공한다. 방법(1000)은 블록(1001)에서 시작한다. 블록(1005)에서 사용자는 환자 삽입기(301)의 위치를 더 고정시키기 위해 환자 삽입기(301)를 조절함으로써, 정렬 절차 후에 환자 삽입기가 움직이는 것을 방지한다. 예를 들어 환자 삽입기 홀더(325) 상에 클램프(clamp)(미도시)를 조여서 환자 삽입기(301)가 고정될 수 있다. 블록(1010)에서 사용자는 로봇 암(175)을 기구 로드 (load instruments) 자세로 움직인다. 블록(1010)은 또한 수술 로봇 시스템(110)에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 블록(1015)에서 사용자는 수술 절차 동안 사용되는 기구를 로봇 암(175) 위에 로드한다. 블록(1020)에서 사용자는 수술 절차를 계속 한다. 방법(1000)은 블록(1025)에서 종료된다.
시스템 구현 및 용어
본 명세서에 개시된 구현은 수술 로봇 시스템 카트를 환자 삽입기와 정렬시키기 위한 시스템, 방법, 장치를 제공한다.
본 명세서에서 사용될 때 용어 “결합,” “결합하는,” “결합된” 또는 단어 결합의 다른 변이는 간접적인 연결 또는 직접적인 연결 중 하나를 나타낸다. 예를 들어, 만약 제1 구성요소가 제2 구성요소에 “결합”되어 있다면, 제1 구성요소는 또 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되어 있거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수 있다.
본 명세서에서 설명된 로봇 동작 작동 함수는 프로세서 판독 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로 저장될 수 있다. 용어 “컴퓨터 판독 가능 매체”는 컴퓨터나 프로세서에 의해 접근될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체를 지칭한다. 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서, 이러한 매체는 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM이나 다른 광 디스크 저장소, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 디바이스 또는 컴퓨터에 의해 접근가능한 명령어나 데이터 구조(data structure) 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하기 위해 사용될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 주목해야 하는 것은 컴퓨터 판독 가능 매체는 유형이며 비일시적일 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 용어 “코드”는 컴퓨터 장치나 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 개시된 방법은 설명된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작들은 청구항의 범위를 벗어나지 않고 서로 대체될 수 있다. 즉, 기술된 방법의 올바른 실행에 요구되는 단계 또는 동작의 특정순서가 명시되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구항의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 용어 “복수”는 두 개 이상을 의미한다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 두 개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 “결정”은 광범위한 동작을 포함하며, 따라서, “결정”은 산출, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, (표, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조의 검색과 같은) 검색, 확인 등을 포함할 수 있다. 또한 “결정”은 (정보를 수신하는 것과 같은) 수신, (메모리 안의 데이터에 접근하는 것과 같은) 접근 등을 포함할 수 있다. 또한 “결정”은 해결, 설정, 선택, 확보 등을 포함할 수 있다.
“기초하여(based on)”라는 구는 달리 언급하지 않는 한 “이에 한하여 기초하여(based only on)”를 의미하지 않는다. 즉, 구 “기초하여”는 “이에 한하여 기초하여” 및 “적어도 이에 기초하여(based at least on)”를 모두 설명한다.
개시된 구현의 이전 설명은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있도록 제공된다. 상기 구현들의 다양한 변경이 가능하다는 것은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 매우 명백할 것이며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 사상은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 구현에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자는 여러 개의 상응하는 대안적 또는 동일한 구조적 세부사항, 가령 도구 구성요소를 고정, 탑재, 결합, 또는 정합하는 동일한 방식, 특정 작동 움직임을 일으키는 동일한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동일한 메커니즘을 적용할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에 설명된 구현에만 한정 지으려는 의도가 아니며 본 명세서에 개시된 원리 및 새로운 기술과 일관되는 폭넓은 범위에 부합하기 위한 것이다.
Claims (20)
- 로봇 시스템에 있어서,
(i) 원위 단부와 (ii) 상기 원위 단부를 통해 환자 안으로 통과하기 위한 기관지 내시경을 수용하도록 구성된 근위 단부 사이에서 연장되는 삽입기 튜브;
상기 기관지 내시경과 결합되도록 구성된 로봇 암으로서, 상기 로봇 암은 상기 기관지 내시경의 제어를 용이하게 하기 위한 조작기 조립체와 상기 로봇 암이 수동으로 제어될 수 있게 하는 어드미튼스 버튼(admittance button)을 포함하는, 상기 로봇 암;
상기 삽입기 튜브의 근위 단부에 연결되도록 구성되는 정렬 부재로서, 상기 정렬 부재는 상기 로봇 암과 결합되도록 구성되고, 상기 정렬 부재 또는 상기 로봇 암 중 적어도 하나는 상기 어드미튼스 버튼이 작동되는 동안 상기 정렬 부재와 상기 로봇 암 사이의 정렬을 용이하게 위한 자석을 포함하는, 로봇 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암은 브레이크를 추가로 포함하고, 상기 로봇 암은 브레이크를 해제하도록 구성되어, 상기 로봇 암에게 가해지는 외부 힘에 대응하여 상기 로봇 암의 움직임을 허용하는, 로봇 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암은 토크를 상기 로봇 암에 인가하도록 구성된 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 로봇 암은 상기 액추에이터에 의해 인가된 토크를 감소시키도록 구성되어, 상기 로봇 암에게 가해지는 외부 힘에 대응하여 상기 로봇 암의 움직임을 허용하는, 로봇 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암은 제 1 표면을 추가로 포함하고;
상기 정렬 부재는 상기 로봇 암의 제 1 표면에 상호 보완적인 제 2 표면을 추가로 포함하는, 로봇 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 적어도 하나의 차원에서 움직임을 제한하는, 로봇 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 표면은 제 1 곡면을 포함하고 상기 제 2 표면은 제 2 곡면을 포함하는, 로봇 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암의 공간적 위치 또는 배향에 관한 데이터를 기록하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 추가로 포함하고, 상기 기록된 데이터는 절차 동안 환자 삽입기의 공간적 위치 또는 배향을 식별하는, 로봇 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 로봇 암과 상기 정렬 부재 사이의 정렬 과정이 완료되었다는 사용자로부터의 확인을 수신하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 추가로 포함하는, 로봇 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 로봇 암과 상기 정렬 부재 사이의 정렬 과정이 완료되었음을 결정하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 추가로 포함하는, 로봇 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 정렬 부재와 로봇 암 각각은 상기 정렬 부재와 상기 로봇 암을 서로 정렬하는 데 사용할 수 있는 정렬 마킹들을 포함하는, 로봇 시스템. - 환자 삽입기와 로봇 시스템의 위치지정 방법으로서, 상기 로봇 시스템은 기관지 내시경을 제어하도록 구성되는 로봇 암을 포함하고, 상기 방법은,
정렬 부재를 환자 삽입기의 근위 단부에 연결하는 단계;
상기 로봇 암의 작동된 어드미튼스 버튼에 응답하여, 상기 로봇 암이 상기 정렬 부재에 대해 재배치되도록하는 단계;
자석에 기초하여 상기 로봇 암과 상기 정렬 부재 사이의 적절한 정렬을 확인하는 단계를 포함하고, 상기 자석은 상기 로봇 암 또는 상기 정렬 부재 중 적어도 하나 내에 배치되는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암은 브레이크를 포함하고,
상기 방법은,
상기 로봇 암에게 가해지는 외부 힘에 대응하여 상기 로봇 암의 움직임을 허용하도록 상기 브레이크를 해제하는 단계를 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암은 토크를 상기 로봇 암에 인가하도록 구성된 액추에이터를 포함하고,
상기 방법은,
상기 로봇 암에게 가해지는 외부 힘에 대응하여 상기 로봇 암의 움직임을 허용하도록 상기 액추에이터에 의해 인가된 토크를 감소시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암은 제 1 표면을 추가로 포함하고;
상기 정렬 부재는 상기 로봇 암의 제 1 표면에 상호 보완적인 제 2 표면을 추가로 포함하는, 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 적어도 하나의 차원에서 움직임을 제한하는, 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 표면은 제 1 곡면을 포함하고 상기 제 2 표면은 제 2 곡면을 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암의 공간적 위치 또는 배향에 관한 데이터를 기록하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 기록된 데이터는 절차 동안 상기 환자 삽입기의 공간적 위치 또는 배향을 식별하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암과 상기 정렬 부재 사이의 정렬 과정이 완료되었다는 사용자로부터의 확인을 수신하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 로봇 암과 상기 정렬 부재 사이의 정렬 과정이 완료되었음을 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 정렬 부재와 로봇 암 각각은 상기 정렬 부재와 상기 로봇 암을 서로 정렬하는 데 사용할 수 있는 정렬 마킹들을 포함하는, 방법.
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