KR20230122611A - 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈 - Google Patents

가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈 Download PDF

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KR20230122611A
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부흐노 포흐니에
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로보카슈
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B2017/00367—Details of actuation of instruments, e.g. relations between pushing buttons, or the like, and activation of the tool, working tip, or the like
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Abstract

본 발명은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로서: 케이스; 두 쌍의 이동 가능한 패드로서: 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고, 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여: 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로, 상기 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 손의 손가락처럼, 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고, 설정 회전 방향에 따라서, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로, 상기 가요성 세장형 의학 요소를 사이에서 굴리는 손의 손가락처럼, 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드를 포함하는 카테터 로봇 모듈에 관련된다.

Description

가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈
본 발명은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈의 기술 분야에 관련된다. 이 가요성 세장형 의학 요소는 카테터의 가이드 및/또는 카테터, 및/또는 카테터 가이드일 수 있다. 보통, 이 요소들은 적어도 부분적으로, 즉 각 길이의 일부에서 카테터 가이드가 카테터의 가이드를 자체로 둘러싸는 카테터를 둘러싸도록 배치된다.
EP15733825에 서술되고 동일한 양수인 Robocath에 속하는 선행 기술에 따르면, 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 및 클램핑 해제하도록 구성되는 한 쌍의 이동 가능한 패드를 포함하는 카테터 로봇 모듈이 서술된다. 이 한 쌍의 이동 가능한 패드도 이 가요성 세장형 의학 요소에 병진 이동 및/또는 회전 이동을 부여할 수 있도록 배치된다. 이 한 쌍의 이동 가능한 패드는 두 손의 손가락이 이 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 것처럼 가요성 세장형 의학 요소를 병진시킬 수 있다. 이 한 쌍의 이동 가능한 패드는 손의 손가락이 이 가요성 세장형 의학 요소가 손가락들 사이에 구르는 것처럼 가요성 세장형 의학 요소를 회전시킬 수 있다.
첫째 느리고, 둘째 손으로 가요성 세장형 의학 요소를 조작하는 의사의 두뇌에 의해 보조되는 손 손가락의 수동 움직임과 달리, 카테터 로봇 모듈은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전 이동이 점점 빨라질 때 점점 흥미로워진다. 하지만, 병진 속도와 회전 속도뿐만 아니라 병진 속도 변동과 회전 속도 변동은 급속히 제한되는데, 이동 가능한 패드의 각 쌍의 일측 병진 및 회전 이동 간, 이동 가능한 패드의 쌍의 다른 측 간의 전역 동기화 때문이고, 병진과 회전을 수행하는 각 쌍은 병진과 회전 속도가 증가할 때 및 이 병진 및 회전 속도에 허용되는 변동 속도가 증가할 때 관리가 힘들어진다. 속도와 속도 변화 증가는 카테터 로봇 모듈 효율을 향상시켜 병변을 건너가거나 동맥측 가지를 선택하는 등의 어려운 상황에서 의사에게 민첩성을 제공할 뿐만 아니라, 사고의 경우 또는 위태로운 위험 요소의 경우에 빠른 반응을 가능하게 하는 안전도 증가시킨다.
속도와 속도 변화가 증가할 때 이 동기화 문제를 해결하려 시도하는 선행 기술은 없다. 이를 들여다보면, 이 동기화 문제는 언뜻 보기에 복잡하고 난해한 것으로 보인다.
본 발명의 목적은 상술한 단점을 적어도 부분적으로 완화하는 것이다.
특히, 본 발명의 기술적 기여는 두 가지 종류이다.
▶ 먼저, 이 복잡한 전역 동기화 작업을 다음의 적어도 둘의 보다 단순한 특정 동기화 작업으로 분할 및 정리하였다.
○ 두 쌍의 이동 가능한 패드 간의 반대 페이즈 제어.
○ 두 쌍의 이동 가능한 패드 간의 클램핑 충돌 관리.
▶ 둘째, 다음이 같은 두 특정 동기화 작업 각각을 위해 제공되었다.
○효율적인 기술적 해결책뿐만 아니라,
○ 다른 특정 동기화 작업의 기술적 해결과 호환 가능하고, 동기화될 수 있는 기술적 해결책.
■ 이로써 두 쌍의 이동 가능한 패드 간에 존재하는 복잡한 전역 동기화 작업에 전역 해답을 제공하기 위해 이 기술적 해결책 모두를 사용할 수 있게 한다.
따라서 본 발명의 기술적 기여는 다음을 포함한다.
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드 간의 전역 복잡한 동기화 작업을 첫째 두 쌍의 이동 가능한 패드 간의 페이즈를 반대로 제어 및 유지하고, 둘째 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 가요성 세장형 의학 요소에 항상 클램핑되도록 유지하는 두 특정 더 단순한 동기화 작업으로 분할하기.
▶ 이 두 특정 더 단순한 동기화 작업에 각각 다음의 기술적 해결책을 가져오기.
○ 이 두 특정 더 단순한 동기화 작업의 문제를 해결할 뿐만 아니라,
○ 호환 가능하고 훨씬 더 쉬운 동기화 방식으로 이 문제를 해결하여, 전역 카테터 로봇 모듈을 합리적인 복잡도와 비용으로 유지하며 이 두 특정 더 단순한 동기화 작업 모두의 문제가 동시에 해결될 수 있다.
하지만, 본 발명은 주로 두 쌍의 이동 가능한 패드 간에 존재하는 특정 더 단순한 동기화 작업에 특정 기술적 해결책을 제공하는데 초점을 맞추는데, 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 가요성 세장형 의학 항상 클램핑되도록 유지하는 것을 처리하는 것이고, 처리를 개선하고 이동하는 가요성 세장형 의학 요소의 신속하고 유동적이고 안전한 제어를 지향하는데 유용할 것이다.
본 발명의 주요 기술적 기여는 다음을 다룬다.
▶ 상기 쌍 중 적어도 하나의 제1 병진 주기에서 전방 병진의 이동 범위의 추가 변형, 및/또는 두 쌍의 이동 가능한 패드 중 적어도 하나에 대한 제2 회전 주기에서 전방 병진의 이동 범위 및/또는 기간의 변형.
○ 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 가요성 세장형 의학 요소에 항상 클램핑되도록 유지하기 위하여.
바람직한 실시예에서, 프로세스를 더 개선하고 이동하는 가요성 세장형 의학 요소의 신속하고 유동적이고 안정적인 제어를 얻기 위해, 다음을 다루는 본 발명의 보조적인 기술 기여가 있다.
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드 중 적어도 하나에 대한 제1 병진 주기에서 후방 병진 페이즈의 기간의 변화.
○ 두 쌍의 이동 가능한 패드 간에 페이즈를 반대로 제어 및 유지하기 위하여.
이 목적은 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로 병진을 수행하고,
■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 조합되어 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 적어도 하나의 모드에서, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 적어도 하나에 의하여 수행되되:
■ 상기 병진과 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위를 변화시키고 및/또는 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
○ 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 수행되는 하나 또는 여러 또는 모든 모드에서:
■ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 더 구현된다.
이 목적은 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로 달성될 수 있는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 손의 손가락처럼 병진을 수행하고,
■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 사이에서 굴리는 당기는 손의 손가락처럼 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 조합되어 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 적어도 하나의 모드에서, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 적어도 하나에 의하여 수행되되:
■ 상기 병진과 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위를 변화시키고 및/또는 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
○ 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 수행되는 하나 또는 여러 또는 모든 모드에서:
■ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
이 목적은 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로도 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
■ 설정 회전 방향에 따라서, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 페이즈 반대로 동작하는 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 상기 병진 및 상기 회전이 조합시, 동기화의 충돌은 적어도:
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
이 목적은 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로 달성될 수 있는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 상기 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 손가락처럼, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
■ 설정 회전 방향에 따라서, 사이에서 상기 가요성 세장형 의학 요소를 굴리는 손의 손가락처럼, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 페이즈 반대로 동작하는 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 상기 병진 및 상기 회전이 조합시, 동기화의 충돌은 적어도:
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 하나에 의하여만 수행될 수 있다.
바람직하게는, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍들에 의하여 번갈아 수행될 수 있다. 따라서, 가요성 세장형 의학 요소의 전역 이동은 추가 복잡도, 이동 가능한 패드의 제2 쌍의 가요성 세장형 요소의 회전을 수행하는 능력을 비용으로 더 유동적이고 신속해질 수 있다.
후자의 경우, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 바람직하게 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 페이즈 반대는 적어도 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜, 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어된다.
상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 경우에, 이 목적은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈에 의하여 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로 병진을 수행하고,
■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고,
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은:
○ 적어도:
■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록도 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 페이즈 반대는 적어도,
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 경우에, 이 목적은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈에 의하여 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 손의 손가락처럼 병진을 수행하고,
■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로,
● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 사이에서 굴리는 당기는 손의 손가락처럼 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고,
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은:
○ 적어도:
■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 페이즈 반대는,
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 경우에, 이 목적은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈에 의하여 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
■ 설정 회전 방향에 따라서, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고,
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 페이즈 반대는 적어도,
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 경우에, 이 목적은 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈에 의하여 달성되는데, 다음을 포함한다.
▶ 케이스;
▶ 두 쌍의 이동 가능한 패드로서:
○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 상기 가요성 세장형 의학 요소를 앞으로 당기는 손가락처럼, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
■ 설정 회전 방향에 따라서, 사이에서 상기 가요성 세장형 의학 요소를 굴리는 손의 손가락처럼, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고,
○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함한다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
○ 상기 페이즈 반대는 적어도,
■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현된다.
바람직한 실시예는 다음 특징 중 하나 이상을 포함하는데, 부분 조합 또는 완전한 조합에서 개별적으로 또는 함께 취해질 수 있다.
바람직하게는, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 페이즈 반대는 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜, 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 주로 또는 이에 의하여만 제어된다.
따라서, 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진 기간인 이 키 파라미터의 변화는 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지하기 충분할 수 있다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되도록 구현되고, 상기 병진과 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위를 변화시켜, 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 주로 또는 이에 의하여만 관리되도록 구현된다.
따라서, 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위인 이 키 파라미터의 변화는 이동 가능한 패드의 적어도 하나의 쌍이 항상 상기 가요성 세장형 의학 요소에 클램핑되도록 유지하기 충분할 수 있다.
바람직하게는, 상기 앞 병진 기간은 항상 상기 뒤 병진 기간보다 길다.
따라서, 카테터 로봇 모듈은 더 효율적인데 시간의 주요 부분이 이동 가능한 패드의 쌍을 이 가요성 세장형 의학 요소의 다음 당김을 위해 반대 방향으로 다시 가져오는게 아니라 목표 방향으로 가요성 세장형 의학 요소를 이동시키는데 지정되기 때문이다.
바람직하게는, 상기 쌍 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위의 상기 변화는 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위를 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위에서 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위까지의 값에 도달하도록 확장함으로써 수행된다.
따라서, 이동 가능한 패드의 두 쌍 간에 동기화되어 이동하는 표준 경로로 돌아가기 전의 섭동을 최소화하는 방식으로 추가 이동을 제공함으로써 클램핑 해제 전 지연을 제공하는 간단하고 효율적인 방법이다.
바람직하게는, 상기 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 110% 내지 150%, 바람직하게는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 120% 내지 140%에 포함된다.
따라서, 다음 사이에 좋은 타협이 있다.
▶ 표준 이동만 필요한 대부분의 경우의 전역 효율성,
▶ 두드러지게 추가 이동이 필요할 수 있는 적은 경우의 높은 안정성.
바람직하게는, 상기 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 양끝의 각각 두 동일한 부분으로 분할된다.
따라서, 사용자가 선택한 양 및 음의 목표 속도값 모두 효율적으로 관리될 수 있다.
바람직하게는, 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 하나에 의한 상기 가요성 세장형 의학 요소의 클램핑 및 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 다른 하나에 의한 상기 가요성 세장형 의학 요소의 클램핑 간에 일부 일시적인 중첩이 있고, 상기 일시적인 중첩은 바람직하게는 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간의 10% 내지 95% 동안 지속된다.
따라서, 이동 가능한 클램프의 두 쌍이 동시에 클램핑되는 시간을 증가시킴으로써 안정성이 향상된다.
바람직하게는, 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 클램핑 해제는 상기 앞 병진 이동 범위의 후반 동안 상기 앞 병진 이동 범위의 일부와 동시에 수행되고, 상기 일부는 바람직하게는 상기 앞 병진 이동 범위의 전체 규모의 5% 내지 20% 범위이다.
따라서, 가요성 세장형 의학 요소 클램핑 및 다음 가요성 세장형 의학 요소를 당기기 전 이동 가능한 패드의 쌍을 다시 가져오는 유동성이 향상된다.
바람직하게는, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 클램핑은 상기 앞 병진 이동 범위의 전반 동안 상기 앞 병진 이동 범위의 일부와 동시에 수행되고, 상기 일부는 바람직하게는 상기 앞 병진 이동 범위의 전체 규모의 5% 내지 20% 범위이다.
따라서, 가요성 세장형 의학 요소 클램핑의 유동성이 향상된다.
바람직하게는, 상기 가요성 세장형 의학 요소(10) 클램핑은 상기 뒤 병진 이동 범위의 종료 후 및 다음의 상기 앞 병진 이동 범위의 시작 후 시작한다.
따라서, 가요성 세장형 의학 요소 클램핑의 유동성이 향상된다.
바람직하게는, 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지하기 위한 상기 쌍 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간의 상기 변화는 표준 뒤 병진 기간에 대하여 기간(및 따라서 속도)을 감소 또는 확장함으로써 수행된다.
따라서, 이동 가능한 패드의 두 쌍 간에 동기화되어 이동하는 표준 경로로 돌아가기 전의 섭동을 최소화하는 방식으로 표준 기간에 증가 또는 감소를 주는 추가 기간 범위를 제공함으로써 재동기화를 제공하는 간단하고 효율적인 방법이다.
바람직하게는, 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지하기 위한 상기 쌍 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간의 상기 변화는 페이즈 반대 목표로 돌아가기 위한 더 높은 수의 주기를 비용으로 안정성을 향상시키기 위하여 최적의 페이즈 반대 제어 및 유지에 요구되는 것보다 덜 표준 뒤 병진 기간에 대하여 기간을 감소 또는 확장함으로써 수행되고, 0 내지 1에 포함되는 교정 감쇠의 인자 α가 적용된다.
따라서, 완전하고 완벽한 페이즈 반대 제어에 필요한 것보다 적은 양만큼 기간을 감소 또는 확장함으로써, 이러한 안정성이 마지막 불안정에서 즉시 재획득이 안 된다 하더라도 안정성에 이득이 얻어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 교정 감쇠의 인자 α는 0.3 내지 0.7에 포함되고, 바람직하게는 약 0.5이다.
따라서, 마지막 불안정성 후 안정성을 재획득하기 위한 안정성 레벨과 신속함 간의 타협이 최적화될 수 있다.
바람직하게는, 상기 표준 뒤 병진 기간은 병진 및/또는 회전을 위한 사용자 명령 속도 목표값(들), 바람직하게는 두 속도 목표값 중 최소값의 감소 함수로, 적용 가능한 경우 선택된 사용자 명령 속도 목표값이 된다.
따라서, 표준 동작에서의 편차를 교정하는 신속함이 사용자가 요청한 병진 및 회전 속도에 더 잘 적응된다.
바람직하게는, 상기 감소 함수는 위를 향한 오목함을 보이고 두 수평 부분 사이에 위치하는 중앙 곡선 부분을 나타낸다.
따라서, 두 수평 부분은 교정의 유동적이고 올바른 동작을 가능하게 한다. 실제로, 상부 수평 부분은 클램핑 충돌이 일어나는 횟수를 늘리는 긴 클램핑 해제 기간을 회피한다. 실제로, 하부 수평 부분은 속도가 제한되는 액추에이터의 응답 시간의 너무 많은 의존을 회피한다.
바람직하게는, 상기 중앙 곡선 부분은 상기 선택된 사용자 명령 속도 목표값에 반비례하고, 상기 수평 부분은 상기 선택된 사용자 명령 속도 목표값과 일치한다.
따라서, 표준 동작에서의 편차를 교정하는 신속함이 사용자가 요청한 병진 및 회전 속도에 더 잘 적응된다.
바람직하게는, 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향은 상기 사용자에 의하여 계속하여 변경될 수 있고, 및/또는 상기 사용자 설정 회전 방향은 상기 사용자에 의하여 계속하여 변경될 수 있다.
따라서, 카테터 로봇 모듈은 더 유연성 있고 이로써 사용자에게 더 유용하다.
바람직하게는, 패드의 상기 쌍 중 제1 쌍을 위한 종방향의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 제1 유한 상태 장치에 의하여 제어되는 여러 단계를 사용하여 수행되고, 패드의 상기 쌍 중 제1 쌍을 위한 상기 케이스에 대한 종방향 축 주위의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 제2 유한 상태 장치에 의하여 제어되는 여러 단계를 사용하여 수행되고, 패드의 상기 쌍 중 제2 쌍을 위한 종방향의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 제3 유한 상태 장치에 의하여 제어되는 여러 단계를 사용하여 수행되고, 패드의 상기 쌍 중 제2 쌍을 위한 상기 케이스에 대한 종방향 축 주위의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 제4 유한 상태 장치에 의하여 제어되는 여러 단계를 사용하여 수행된다.
따라서, 복잡도와 효율성 사이의 타협이 향상된다.
바람직하게는, 상기 유한 상태 장치 각각은 상기 앞 병진에서 상기 뒤 병진으로 점진적으로 가기 위해 상기 앞 병진과 상기 뒤 병진 간의 전환 기간을 결정하되: 상기 전환 기간의 시작, 상기 전환 기간의 길이, 상기 전환 기간의 종료를 결정한다.
따라서, 가요성 세장형 의학 요소를 이동시키는 전역 프로세스가 더 유동적이다.
바람직하게는, 상기 유한 상태 장치 각각은 5ms 미만이고, 바람직하게는 0.5ms 내지 2ms에 포함되고, 더 바람직하게는 약 1ms인 주기(Δt)로 주기적으로 그 상태 변수를 업데이트한다.
따라서, 가요성 세장형 의학 요소를 이동시키는 전역 프로세스가 더 반응성이며, 그 유동성을 잃지 않는다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 추가 특징과 이점이 아래 나열되는 첨부 도면을 참조하여 비제한적 예시로 주어지는 본 발명의 실시예의 다음 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시 내에서 각각 두 이동 가능한 두 쌍의 패드를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에 의하여 재현되는 의사의 손의 동작을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시의 의사의 손과 이동 가능한 패드의 쌍의 대응을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 따른 카테터 로봇 모듈의 예시의 한 쌍의 이동 가능한 패드에 속하는 상이한 페이즈를 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상의 예시를 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상 및 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 실제 위치를 시간의 함수로 주는 그래프의 형상의 대응의 예시를 개략적으로 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 보다 현실적인 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상의 예시를 개략적으로 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 이동 가능한 패드 쌍 중 하나의 두 이동 가능한 패드 간의 가요성 세장형 의학 요소의 클램핑 곡선의 변화를 개략적으로 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 수평면 내에서 이동 가능한 패드 쌍 중 두 패드의 이동을 개략적으로 도시한다.
도 10은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 한 쌍의 이동 가능한 패드 중 두 패드 간의 가요성 세장형 의학 요소의 회전의 상이한 페이즈를 개략적으로 도시한다.
도 11은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 12는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 느린 회전을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 빠른 병진을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 14는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 쌍 중 하나의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 15는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 쌍 중 다른 하나의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 16은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 두 쌍의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 17은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 갑작스런 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 18은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 변화와 함께 U턴의 고정 기간을 가지는 비동기화 문제와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 19는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 20은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진의 사용과 함께 양의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 21은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진의 사용과 함께 음의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 22는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제2 마진의 사용과 함께 양의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 23은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 동기화 및 비동기화된 이동과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 24는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제1 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 25는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제2 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 26은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제3 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 27은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제4 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 28은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 원하는 U턴 기간의 변화의 사용자 설정값의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 29는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 클램핑 충돌의 관리의 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 30은는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 클램핑 충돌의 관리의 다른 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 31은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 점진적인 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 32는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 U턴 동안 사용자 속도 설정값의 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 33은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치의 시간적 변화를 개략적으로 도시한다.
도 34는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치의 주기의 12개의 상태를 개략적으로 도시한다.
도 35는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치의 주기를 나타내는 개요를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 가이드와이어 또는 임의의 가요성 세장형 의학 요소를 이동시키도록 설계되는 로봇 모듈에서 액추에이터의 동작을 조정하는데 사용되는 프로세스를 구현하는 카테터 로봇 모듈을 다룬다. 다양한 영역에서 혈관 중재(중재적 심장학, 중재적 신경 방사선학, 말초 혈관 중재 등)을 위한 가요성 세장형 의학 요소(가이드와이어, 풍선 또는 스텐트 카테터, 가이딩 카테터 등)을 조작하는 로봇의 일부로 의도된다. 이러한 카테터 로봇 모듈은 본 명세서에 참조로 통합되는 WO2015189531에 더 자세히 서술된다.
본 발명의 실시예는 혈관 분야에서 적어도 하나의 가요성 세장형 의학 요소의 조작을 위해 설계된 로봇 플랫폼의 동작을 제어하는 프로세스에 관련되는데, 상기 로봇 플랫폼은 다음을 포함한다.
● 사용자가 연속적인 방식으로 적어도 하나의 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및/또는 회전 속도 설정값을 설정할 수 있게 하는 제어 유닛.
● 실시간으로 상기 병진 및/또는 회전 속도 설정값을 수신하기 위해 제어 유닛과 통신할 수 있고 적어도 하나의 로봇 모듈을 포함하는 로봇으로, 상기 로봇 모듈은 다음을 포함한다.
○ 적어도 하나의 가요성 세장형 의학 요소를 조작하는 적어도 두 쌍의 손가락으로서:
■ 각 손가락은 x, y, z축을 따라 이동할 수 있고,
■ 손가락 각 쌍은 각 축을 따르는 연결된 움직임을 가진다.
● X축(병진 제어): 동일한 움직임.
● Y축(클램핑 제어): 분리된 범위에서 반대의 움직임으로, 낮은 범위의 손가락의 최대 위치와 높은 범위의 손가락의 최소 위치 사이의 거리는 가요성 세장형 의학 요소의 직경과 대략 동일하다.
● Z축(회전 제어): 동일한 범위에서 반대의 움직임, 즉 한 손가락이 최대 위치에 있을 때 다른 손가락은 최소 위치에 있고 그 반대도 마찬가지이다.
사용자에 의해 정의된 상기 병진 및/또는 회전 속도 설정값에 따라 상기 가요성 세장형 의학 요소를 병진 및/또는 회전으로 이동시키기 위하여.
○ 모터.
○ 모터와 적어도 두 쌍의 손가락 간의 기계적 인터페이스.
○ 적어도 두 쌍의 손가락과 적어도 하나의 가요성 세장형 의학 요소 간에 배치된 멸균 인터페이스.
○ 모터를 제어하는 전자 장치 및 내장된 소프트웨어.
○ 모터의 제어를 통해 및 기계적 인터페이스의 동작 전송 덕분에 적어도 두 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 4개의 FSM(Finite State Machine).
■ x 및 y 축을 따라 제1 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제1 FSM(가요성 세장형 의학 요소의 병진).
■ z 및 y 축을 따라 제1 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제2 FSM(가요성 세장형 의학 요소의 회전).
■ x 및 y 축을 따라 제2 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제3 FSM(가요성 세장형 의학 요소의 병진).
■ z 및 y 축을 따라 제2 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제4 FSM(가요성 세장형 의학 요소의 회전).
○ 각 FSM은:
■ 적어도 다음 4개의 페이즈를 가지는데:
1. 클램핑 페이즈: 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑.
2. 활성 페이즈: 사용자 정의된 병진 및/또는 회전 속도 설정값에 따라 병진(제1 및 제3 FSM) 또는 회전(제2 및 제4 FSM)으로 가요성 세장형 의학 요소를 이동.
3. 클램핑 해제 페이즈: 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제.
4. U턴 페이즈: 클램핑 해제를 유지하며, 페이즈 1의 초기 위치로(또는 근처로) 돌아감.
■ "마진 메커니즘"을 가지는데, 페이즈 1 동안 활성화되고, "표준" 이동 범위와 "확장" 이동 범위를 사용하고, 한 쌍의 손가락은 일반적으로 "표준" 범위를 사용하지만 다른 손이 일시적으로 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하지 못하는 경우 두 쌍의 손가락 중 적어도 하나가 항상 클램핑하도록 보장하기 위하여 "확장" 범위를 계속하여 사용한다.
■ "U턴 기간 적응 메커니즘"을 가지는데, 페이즈 4 동안 활성화되고, 상기 "U턴 페이즈"의 기간의 적응에 기반하고, 두 쌍 간에 최적화된 협업이 있도록 손가락 쌍의 x 축(제1 및 제3 FSM의 경우)이나 z 축(제2 및 제4 FSM의 경우)을 따르는 동작이 다른 쌍의 동일 동작과 반대 페이즈로 유지됨을 보장한다.
○ 여기서 y 축을 따르는 제1 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제1 및 제2 FSM 둘 모두 및 y 축을 따르는 제2 쌍의 손가락의 동작을 제어하는 제3 및 제4 FSM 둘 모두로 인한 잠재적 충돌은 다음 방식으로 해결되는데, 한 FSM이 클램핑을 요청하고 다른 것이 클램핑 해제를 요청하는 경우, 클램핑 해제한다.
도 1은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시 내에서 각각 두 이동 가능한 두 쌍의 패드를 개략적으로 도시한다.
로봇 모듈은 4개의 패드(11, 12, 13, 14)로 구성되고, 각각은 3 방향(x, y, z)으로 움직일 수 있다. 제1 쌍(15)의 패드(11, 12), 제2 쌍(16)의 패드(13, 14)가 있다. 패드(11-14)는 먼저 가요성 세장형 의학 요소(10)를 클램핑하고, 둘째 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진 및/또는 회전시킨다.
도 2는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에 의하여 재현되는 의사의 손의 동작을 개략적으로 도시한다.
이 패드(11-14)는 도 2에 도시된 바와 같이 튜브(10)를 조작하는 4개의 손가락(21, 22, 23, 24)과 동등하다. 튜브는 왼손(25)의 손가락(21, 22)뿐만 아니라 오른손(26)의 손가락(23, 24)이 하는 것처럼 병진 및 회전된다.
도 3은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시의 의사의 손과 이동 가능한 패드의 쌍의 대응을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 두 쌍(15, 16)이 있고, 각각 패드(11, 12) 및 패드(13, 14)이다. 이 두 쌍(15, 16)은 "왼손"(15)과 "오른손"(16)으로 불릴 수 있다. 보다 일반적으로 말하면, "손"은 패드 쌍을 지칭할 것이다.
도 4는 본 발명의 따른 카테터 로봇 모듈의 예시의 한 쌍의 이동 가능한 패드에 속하는 상이한 페이즈를 개략적으로 도시한다.
병진 동작은 x 및 y 방향의 패드의 동작 조합 덕분에 얻어진다. 도 4는 한 손에서, 즉 한 쌍의 패드에서 이 동작을 도시한다.
다음 단계가 반복된다.
▶ 페이즈 a: y축 동작에 의하여 패드(41, 42)의 클램핑.
▶ 페이즈 b: x축 동작에 의하여 패드(43, 44)의 병진.
▶ 페이즈 c: y축 동작에 의하여 패드(45, 46)의 클램핑 해제.
▶ 페이즈 d: x축 동작에 의하여 패드(47, 48)의 초기 동작으로 돌아가기 또는 "U턴".
도 5는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상의 예시를 개략적으로 도시한다.
"활성" 페이즈(51) 동안, 예컨대 패드(11, 12) 및/또는 경우에 따라 패드(13, 14)는 클램핑되고 x축을 따른 이 패드의 속도는 예컨대 조이스틱을 사용하여 제어 유닛에서 사용자가 정의한 대로 원하는 가요성 세장형 의료 요소 속도에 대응한다. 이것은 도 4의 페이즈 b에 대응한다.
"U턴" 페이즈(52) 동안, 패드(11, 12)는 클램핑 해제되고, x축을 따라 반대 방향으로 이동하여 초기 위치로 돌아가고 다음 활성 페이즈(51)를 준비한다. 이것은 도 4의 페이즈 c, d, a에 대응한다.
여기서, 활성 및 U턴 페이즈의 두 페이즈를 가지는 주기가 설명된다. 이것은 명확성을 위해 단순화된 주기이다. 이것은 아래에 세밀하게 구분되는데, 주기는 실제로 둘 이상의 페이즈로 나뉘기 때문이다.
이 예시에서, U턴 페이즈(52)를 선형 경로로 표현하였다. 실제로 어떠한 물리적 시스템도 이러한 경로를 따를 수 없는데, 급작스런 속도 변화는 무한대의 가속도를 가져오기 때문이다.
도 6은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상 및 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 실제 위치를 시간의 함수로 주는 그래프의 형상의 대응의 예시를 개략적으로 도시한다.
도 6은 패드(11, 12)의 실제 위치를 활성 페이즈(63)와 U턴 페이즈(62)와 함께 도시하는데, 활성 페이즈(63)와 U턴 페이즈(62)는 곡선 연결부(64)로 연결된다. 이것은 이론적인 삼각 경로(61)와 비교된다.
도 7은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 길이 방향 축 x를 따르는 한 쌍의 이동 가능한 패드의 보다 현실적인 목표 위치를 시간의 함수로 주되, 가요성 세장형 의학 요소가 이 길이 방향 축 x를 따라 이동하는 그래프의 형상의 예시를 개략적으로 도시한다.
명확성을 위하여, 본 발명의 실시예는 삼각 곡선인 액추에이터의 목표 경로로 설명될 것이다. 다른 실시예가 가능하고, 더 나을 수 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이 U턴 페이즈가 더 "곡선" 형상을 가진다. 도 7은 활성 페이즈(71) 후 U턴 페이즈(72)를 도시하는데, 둘 모두 곡선 부분(74)으로 함께 연결된다. 이러한 곡선은 기계의 더 적은 스트레스뿐만 아니라 액추에이터의 더 적은 노력 요구 조건을 야기할 것이다.
도 8은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 이동 가능한 패드 쌍 중 하나의 두 이동 가능한 패드 간의 가요성 세장형 의학 요소의 클램핑 곡선의 변화를 개략적으로 도시한다.
x축을 따르는 가요성 세장형 의학 요소를 병진시키는 것을 목표로 하는 패드(11, 12)의 동작을 구현하기 위해, 패드는 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 및 클램핑 해제하기 위해 y축을 따라서도 이동할 필요가 있다. 패드(11, 12)의 원하는 동작을 생성하기 위하여, 도 8에 도시된 바와 같이 두 상이한 축을 따르는 이 동작이 동기화되어야 한다. 도 8에서, 한 손의 두 패드(첫번째 패드 1 & 두번째 패드 2)의 동작을 볼 수 있는데, 쌍(15)의 패드(11, 12) 또는 쌍(16)의 패드(13, 14)이다. 주기에는 다음의 연속적인 페이즈가 있는데, 활성 페이즈(81), 클램핑 해제 페이즈(82), U턴 페이즈(83), 클램핑 페이즈(84), 다시 다음 주기의 활성 페이즈(81)이다.
두 패드(11, 12)는 클램핑 페이즈(84) 동안 더 가까워진다. 하지만 서로 접촉하지 않는데, 가요성 세장형 의학 요소가 사이에 있기 때문이고, 가장 가까운 거리는 가요성 세장형 의학 요소의 직경에 대응하고, 도 8에서 "장치 직경"으로 표기된다.
쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는데, 이 가요성 세장형 의학 요소 주위로 클램핑된 패드(11, 12) 모두로 가요성 세장형 의학 요소를 병진시키는 활성 페이즈(85), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(86), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(87), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(88), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(85)이다.
도 9는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 수평면 내에서 이동 가능한 패드 쌍 중 두 패드의 이동을 개략적으로 도시한다.
패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(11, 12) 모두로 가요성 세장형 의학 요소를 병진시키는 활성 페이즈(91), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(92), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(93), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(94), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(91)이다.
도 8은 U턴 페이즈(87) 후 재클램핑이 페이즈(83) 후 작은 지연으로 시작함을 도시한다. 이것은 도 6에 설명된 액추에이터의 응답 시간을 고려하기 위한 원하는 효과이다. 이것은 도 9에 도시된 바와 같이 패드 경로 왼쪽의 작은 "부록"(95)을 낳는다.
클램핑 해제 동안 y축을 따르는 두 패드(11, 12) 사이의 최대 거리는 더 나은 가독성을 위해 자발적으로 과장되었다. 실제로, 클램핑 해제 거리는 전력 소비를 줄이고 성능을 높이기 위해 최소화되어야 한다.
도 10은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 한 쌍의 이동 가능한 패드 중 두 패드 간의 가요성 세장형 의학 요소의 회전의 상이한 페이즈를 개략적으로 도시한다.
동작이 RT(오른쪽 병진)과 LT(왼쪽 병진) 대신 RR(오른쪽 회전)과 LR(왼쪽 회전) 액추에이터를 사용하는 것을 제외하면 회전은 병진과 같은 원리에 기반한다. 가요성 세장형 의학 요소는 도 10에 도시된 바와 같이 한 손의 두 패드 사이에서 구른다.
회전 주기는 도 10의 왼쪽에 오른쪽으로 다음 페이즈를 가진다.
▶ 먼저, 패드(11, 12) 쌍(15)은 가요성 세장형 의학 요소(10)를 클램핑한다.
▶ 그리고, 손가락이 튜브나 담배를 사이에서 구르게 하는 것처럼 패드(11, 12) 쌍(15)은 반대 방향으로 병진하여 가요성 세장형 의학 요소(10)가 사이에서 회전하게 한다.
▶ 그리고, 패드(11, 12) 쌍(15)은 가요성 세장형 의학 요소(10)를 클램핑 해제한다.
▶ 그리고, 패드(11, 12) 쌍(15)은 가요성 세장형 의학 요소(10)에 대해 초기 위치로 돌아간다.
▶ 그리고, 패드(11, 12) 쌍(15)은 가요성 세장형 의학 요소(10)를 클램핑함으로써, 새 회전 주기를 시작한다.
병진과 회전 동작이 독립적이기 때문에, 조합하여 가요성 세장형 의학 요소(10)를 동시에 병진 및 회전시킬 수 있다. 병진은 x축을 따라 액추에이터와 동시에 z축을 따라 액추에이터를 사용하여 회전을 가능하게 한다.
따라서 각 손이 두 패드, 즉 패드(11, 12) 쌍(15)(왼손), 패드(13, 14) 쌍(16)(오른손)을 가지고, 각각은 3의 자유도를 가진다. 이것은 얼핏 보기에 손당 6의 자유도, 총 12의 자유도를 낳는 것으로 보인다.
하지만, 일부 동작은 연결되므로, 총 자유도를 낮춘다.
● x축에서, 같은 손의 두 패드(11, 12)는 같은 동작을 가진다.
● z축에서, 같은 손의 두 패드(11, 12)는 반대 동작을 가지는데, 패드(11, 12) 사이의 가요성 세장형 의학 요소(10)를 굴리기 위하여, 하나는 위로 가는 한편 하나는 아래로 가서, 가요성 세장형 의학 요소(10)가 패드(11, 12) 사이에서 구르게 한다.
● y축에서, 같은 손의 두 패드(11, 12)는 반대 동작을 가지는데, 클램핑을 위하여, 서로 가까이 가야하고, 클램핑 해제를 위하여, 서로로부터 멀리 이동할 필요가 있다.
각 축에서 두 패드 간에 연결이 있기 때문에, 자유도의 수를 6으로 감소시킨다.
액추에이터는 표 1에 기재되는 다음 약자를 사용하여 명명된다.
약자 의미 축 가요성 세장형 의학 요소 병진에 사용됨 가요성 세장형 의학 요소 회전에 사용됨
RT 오른쪽 병진 X V
RR 오른쪽 회전 Z V
RC 오른쪽 클램핑 Y V V
LT 왼쪽 병진 X V
LR 왼쪽 회전 Z V
LC 왼쪽 클램핑 Y V V
이 표 1은 6행을 가지는데, 상술한 6의 자유도에 대응한다. 따라서 각 행은 한 축을 따르는 한 손의 두 패드(11, 12)(또는 13, 14)(쌍(15) 또는 쌍(16)에 대응)의 동작을 나타낸다.
한 손의 두 패드(11, 12)의 동작 간에 고정된 연결이 있기 때문에, 도 8과 같이 양 손의 두 패드의 동작을 보여줄 필요가 없고, 각 손의 한 패드의 동작을 보여주면 충분한 것으로 간주된다.
도 11은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기에는 다음의 연속적인 페이즈가 있는데, 활성 페이즈(101), 클램핑 해제 페이즈(102), U턴 페이즈(103), 클램핑 페이즈(104), 다시 다음 주기의 활성 페이즈(101)이다.
패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기에는 다음의 연속적인 페이즈가 있는데, 활성 페이즈(111), 클램핑 해제 페이즈(112), U턴 페이즈(113), 클램핑 페이즈(114), 다시 다음 주기의 활성 페이즈(111)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이즈(105), 그리고 두 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(106), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(107), 그리고 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(108), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(105)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이(115), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(116), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(117), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(118), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(115)이다.
도 5를 고려하면, 손(15)은 활성 페이즈(111) 동안, 즉 두 패드(11, 12)가 클램핑될 때만 가요성 세장형 의학 요소(10)를 이동시킬 수 있는 것으로 볼 수 있다. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 연속적인 움직임을 얻기 위하여, 두 쌍의 패드(15, 16)가 협력할 필요가 있다. 한 쌍(15)이 U턴 페이즈(113)에 있을 때, 다른 쌍(16)은 활성 페이즈(101)에 있어야 하므로 가요성 세장형 의학 요소(10)가 어떤 때에도 적어도 한 쌍의 패드에 의하여 클램핑되고 이동됨을 보장한다.
도 11은 병진을 위한 이러한 협력을 도시한다. 양 손(15, 16)의 클램핑/클램핑 해제와 조합된 양 손(15, 16)의 병진(RT, LT)을 도시한다. 가능한 최고의 협력을 얻기 위하여, 한 손의 곡선은 정확한 페이즈 반대에 가까워야 한다.
도 11의 하단에 컬러 바로 도시된 바와 같이, 한 손(15 또는 16)이 클램핑되는 기간, 즉 각각 기간(109 또는 119)과 두 손(15, 16)이 클램핑되는 기간(110)이 있다. "중첩 기간"(110)으로로 불리는 후자의 기간(110)은 가요성 세장형 의학 요소의 움직임이 꽤 또는 심지어 완벽하게 유동적임을 보장하는데 아주 유용하다.
도 12는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 느린 회전을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
패드(13, 14) 쌍(16)의 경우, 각각이 활성 페이즈(121) 후 U턴 페이즈(122)의 연속을 포함하는 주기의 연속이 있다.
패드(11, 12) 쌍(15)의 경우, 각각이 활성 페이즈(123) 후 U턴 페이즈(124)의 연속을 포함하는 주기의 연속이 있다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전과 관련하여, 패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 회전시키는 활성 페이즈(105), 그리고 두 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(106), 그리고 패드(13, 14)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(107), 그리고 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(108), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(105)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전과 관련하여, 패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(11, 12) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 회전시키는 활성 페이즈(115), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(116), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(117), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(118), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(115)이다.
전술한 바와 같이, 동일한 패드 쌍, 즉 패드(11, 12) 쌍(15) 또는 패드(13, 14) 쌍(16)은 x와 z축을 따르는 동작 덕분에 가요성 세장형 의학 요소의 병진과 회전을 동시에 처리한다.
나아가, 병진과 회전 속도는 사용자 정의되고 서로 완전히 독립적인 방식으로 설정될 수 있음을 알 수 있다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 동시의 계속적인 병진 및 회전 동안 두 손의 양 패드(15, 16)를 고려할 때, 다양한 축을 따르는 패드(11, 12)(또는 13, 14)의 동작 원리의 결과는 다음 규칙을 도입한다.
▶ 패드(11, 12)(또는 13, 14)가 x축(병진의 경우) 또는 z축(회전의 경우)을 따르는 최대 위치에 도달할 때 클램핑 해제가 완료되어야 한다.
▶ 양손(15, 16)의 클램핑 해제는 피해야 하는데 가요성 세장형 의학 요소(10)의 움직임을 정지시키기 때문이다. 나아가, 양손(15, 16)의 클램핑 해제는 가요성 세장형 의학 요소(10)의 원하지 않고 따라서 안전하지 않은 이동으로 이어질 수 있다.
문제는 이 점들의 잠재적인 수축에 있다. 이것은 도 12에서와 같이 느린 회전과 패드(13, 14) 쌍(16)의 경우 연속적인 활성 페이즈(131)과 U턴 페이즈(132)의 주기 및 패드(11, 12) 쌍(15)의 경우 연속적인 활성 페이즈(133)와 U턴 페이즈(134)의 주기를 가지는 도 13에서와 같이 빠른 병진 모두를 고려할 때 알 수 있다.
도 13은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 빠른 병진을 위한 두 쌍의 이동 가능한 패드의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이즈(105), 그리고 두 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(106), 그리고 패드(13, 14)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(107), 그리고 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(108), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(105)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이(115), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(116), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(117), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(118), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(115)이다.
이제 이 두 움직임이 조합되면 어떤 일이 벌어질 것인가? x 및 z축을 따르는 움직임은 독립적이고 서로 방해하지 않는다. 하지만, y축을 따르는 움직임(클램핑)은 상이한 상태를 가진다. 실제로, 클램핑 움직임은 병진과 회전 모두에 연결되는데, 손(15)을 클램핑 해제할 때 이 손(15)의 병진과 회전 모두가 방해된다. 따라서, 병진(예컨대)이 최대 위치에 도달하고 클램핑 해제 동작을 요청할 때 회전에 부작용을 가지는데, 이 때 클램핑 해제가 필요하지 않을 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 쌍 중 하나의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이즈(105), 그리고 두 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(106), 그리고 패드(13, 14)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(107), 그리고 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(108), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(105)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전과 관련하여, 패드(13, 14)의 쌍(16)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 회전시키는 활성 페이즈(145), 그리고 두 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(146), 그리고 패드(13, 14)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(147), 그리고 패드(13, 14)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(148), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(145)이다.
하지만, 첫 접근법에서, 각 U턴 페이즈(107, 147)를 하기 위해 병진과 회전 모두를 허용하기 위하여, 클램핑 해제는 병진이나 회전이 필요로 한다면 수행될 것이다.
이를 위하여 도 14에서, 회전만의 경우 한 클램핑 곡선(RC)가 병진만의 경우 같은 곡선과 조합된다. 조합된 회전 및 병진의 경우, 이 두 곡선이 조합될 것이다. 이 경우 클램핑 해제 위치가 가장 낮기 때문에, 조합은 이 두 곡선의 최저값 계산으로 구성될 것이다.
이 조합의 결과가 도 14의 가장 아래 곡선인데, 클램핑 위치(141)와 클램핑 해제 위치(143), 클램핑 중(144)와 클램핑 해제 중(142)을 가진다.
영역(140)에서 회전과 병진 모두가 클램핑 해제를 요청한다면, 클램핑 해제가 우선된다. 영역(149)에서 회전과 병진 모두가 클램핑을 요청한다면, 클램핑이 우선된다.
도 15는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 쌍 중 다른 하나의 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 관련하여, 패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(13, 14) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 병진시키는 활성 페이(115), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(116), 그리고 패드(13, 14)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(117), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(118), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(105)이다.
가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전과 관련하여, 패드(11, 12)의 쌍(15)의 주기는 다음 페이즈를 포함하는 것으로 볼 수 있는데, 이 가요성 세장형 의학 요소(10) 주위로 클램핑된 패드(11, 12) 모두로 가요성 세장형 의학 요소(10)를 회전시키는 활성 페이즈(155), 그리고 두 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)를 해방하는 클램핑 해제 페이즈(156), 그리고 패드(11, 12)가 초기 위치로 돌아가는 U턴 페이즈(157), 그리고 패드(11, 12)가 이 가요성 세장형 의학 요소(10)에 접촉할 때까지 가까워지고 유지하는 클램핑 페이즈(158), 그리고 다시 다음 주기의 활성 페이즈(155)이다.
이 조합의 결과가 도 14의 가장 아래 곡선인데, 클램핑 위치(151)와 클램핑 해제 위치(153), 클램핑 중(154)와 클램핑 해제 중(152)을 가진다.
도 14의 병진과 회전 조합의 경우의 클램핑의 RC 곡선과 도 15의 병진과 회전 조합의 경우의 클램핑의 LC 곡선이 이제 발췌되는데, 도 16으로 이어진다.
도 16은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 가요성 세장형 의학 장치의 병진 및 회전 조합을 위한 이동 가능한 패드 두 쌍의 원하는 클램핑 상태의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
이 도 16에서, 왼손(15)과 오른손(16) 모두가 클램핑 해제되는(RC와 LC가 낮음) 기간(160)이 강조되었다. 이것은 피해야 하는 두 쌍(15, 16)의 동시 클램핑 해제에 대응하기 때문에 문제인데, 이 기간(160)이 가요성 세장형 의학 요소(10)의 제어 손실 및 병진 동작이나 회전 동작이든 아무 동작도 가요성 세장형 의학 요소(10)에 전달될 수 없는 유휴 기간(160)으로 이어지기 때문이다.
병진과 회전이 조합된 동안, x 및 z축을 따른 패드의 경로는 사용자 속도 설정값만 고려하고 불편함 없이 독립적으로 행동할 수 없다. 하지만, 반면 병진(x축을 따르는)은 회전(z축을 따르는)에서 일어나는 것을 고려해야 하고, 반대도 마찬가지이다.
도 17은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 갑작스런 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
한 손의 패드 쌍의 병진은 다른 손의 패드와 페이즈 반대여야 한다(RT와 LT). 회전에도 동일하게 적용된다(RR과 LR).
사용자 속도 설정값이 변하는 경우에도 참으로 유지되어야 한다.
이 문제에 대한 명백하게 간단한 해결책은 다음과 같은데, U턴 페이즈 동안 속도는 활성 페이즈의 속도로 비례하여 변하여야 하고, 이 후자의 속도는 사용자에 의해 결정된다. 병진을 위한 두 손(16, 15)의 패드의 조정된 동작(RT와 LT)이 도 17에서 알 수 있다.
패드(13, 14)의 쌍(16)의 경우, 활성 페이즈(171) 후 U턴 페이즈(172)가 있다.
패드(11, 12)의 쌍(15)의 경우, 활성 페이즈(173) 후 U턴 페이즈(174)가 있다.
곡선 중간의 시간(170)에서, 사용자는 속도 설정값을 더 느린 값(178)에서 더 빠른 값(179)으로 변경한다. 더 완만한 기울기(176)에서 더 가파른 기울기(177)로 기울기(175)의 변화에 대응하고, 주기의 기간은 더 짧아진다.
활성 페이즈 속도에 비례하는 U턴 속도를 사용하는 것은 사용자 속도 설정값 변경 후에 유지되는 손(16, 15) 간의 동기화를 야기한다.
하지만, 이 방법은 두 가지 문제를 가진다.
첫번째 문제는 더 낮은 속도에 관련된다. 앞에서 이미 본 바와 같이, U턴 페이즈(172 또는 174)의 속도가 활성 페이즈(171 또는 173)의 속도에 비례할 때, 예컨대 빠른 병진 속도와 조합되는 낮은 회전 속도로 결합할 때 클램핑 충돌이 발생하고, 따라서 효율적으로 동작하지 않는다.
두번째 문제는 더 빠른 속도에 관련된다. 이 경우, 액추에이터가 제한될 것인데, 아주 높은 액추에이터 속도와 가속도는 더 많은 열 발산이 있는 더 큰 액추에이터를 의미하기 때문이다. 합리적인 한계 내에서 치수와 냉각 조치를 유지하기 위하여, U턴 페이즈(172 또는 174)에 최대 속도 제한을 두는 것이 필요하다.
이 두 가지 문제는 한 문장으로 합쳐질 수 있는데, U턴 속도를 활성 속도에 비례하는 값으로 설정하는 것은 적어도 큰 불편 없이는 어렵고 심지어 불가능해질 수 있다.
도 18은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 변화와 함께 U턴의 고정 기간을 가지는 비동기화 문제와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
잠정적인 해결책은 일정한 U턴 속도를 사용하는 것일 수 있다. 잠정적으로 클램핑 충돌을 최소화하기 위하여 이것은 가능한 한 높게 설정될 수 있다. 그럼 도 17의 곡선은 도 18의 곡선으로 바뀐다.
하지만, 이것은 손들 간의 동기화 손실로 이어지는데, 시작시 손(16, 15)은 동기화되지만(t1=t2), 사용자 속도 설정값 변경 후, 양손(16, 15) 간의 동기화를 잃는다(t'1≠t'2).
따라서, 두 손(16, 15) 간의 동기화를 제어 및 유지하는 메커니즘이 필요하다.
도 19는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
주기에서, 활성 페이즈(191) 후 U턴 페이즈(192)가 있다. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 방향인 x축을 따른 이동 범위 확장은 보통 표준 범위(195)이지만, 일부 경우 마진을 더한 최대 범위(196) 내에서 이동할 수 있는데, 상부 반마진(193)과 하부 반마진(194)의 두 반마진으로 나누어지고, 표준 범위(195)의 각 끝에 더해진다.
가요성 세장형 의학 요소(10)에 회전을 전달하는데 사용되는 축인 z축을 따르는 이동 범위의 확장에도 유사한 마진이 있다.
클램핑 충돌을 피하기 위해, x 및 z축을 따르는 이동 범위는 표준 범위(195)와 최대 범위(196)으로 나뉘는데, 둘 간의 차이가 마진이다. 한 움직임, 예컨대 RT에 대한 곡선을 고려한다. 이 예시에서, 표준 범위(195)가 사용된다.
도 20은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진의 사용과 함께 양의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
이것은 병진을 위한 마진을 준다. 표준 범위(195)의 최대값에 도달할 때, 다른 손이 클램핑되면, U턴은 보통으로 시작할 수 있다. 하지만 다른 손이 클램핑 해제되면, 도 20에서 볼 수 있듯이 다른 손이 U턴 페이즈를 끝낼 시간을 주기 위해 최대 범위(196)와 표준 범위(195) 간의 상부 반마진(193)이 사용될 수 있다.
이 도 20에서, 다른 손이 U턴을 할 시간을 주기 위해 x축을 따라 패드가 더 이동하는 "특별" 주기를 볼 수 있다. 그럼 U턴이 다음 주요 특성과 함께 완료된다.
▶ U턴 페이즈의 이동 범위는 언제나 같은데, 표준 범위(195)의 진폭과 동일한 진폭을 가진다는 것을 의미한다.
▶ 후술되는 바와 같이 U턴 페이즈의 길이는 손(16, 15) 간에 동기화를 유지하도록 정의된다.
그 결과, 여기서 손 동기화가 유지되는데, RT 신호는 "특별" 주기가 끝나면 원래의 경로로 돌아오기 때문이다.
그러므로, 이것은 손 동기화 제어의 방해 없이 클램핑 충돌을 해결할 수 있게 하는데, 이제 후술된다.
마진은 패드가 최대 범위(196)의 최대 위치에 도달할 때 클램핑 충돌이 여전히 해결되지 않는 상황을 피하도록 크기가 정해져야 한다. 이것은 시스템 파라미터에 따르는데, 최대 병진 속도, 최대 회전 속도, 최소 및 최대 U턴 속도(병진과 회전을 위한) 등이다.
도 8에서, 클램핑 해제는 패드가 최대 위치에 도달하기 전에 시작하여야 함을 알 수 있다. 이 작은 지연은 클램핑/클램핑 해제 액추에이터의 응답 시간에 의해 필요로 한다. 따라서, U턴을 시작하는 결정도 같은 지연으로 예견되어야 한다.
도 21은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제1 마진의 사용과 함께 음의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 20은 양의 사용자 속도 설정값의 경우를 도시한다. 마진은 하부 반마진(194)과 상부 반마진(193)으로 나누어진다. 이 경우, 상부 반마진(193)만 사용된다. 음의 사용자 속도 설정값의 경우, 하부 반마진(194)이 사용되는데, 도 21에서 알 수 있다.
도 22는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 제2 마진의 사용과 함께 양의 사용자 설정값과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
요약하면, 시스템은 U턴 페이즈 시작 시간에 허용 오차를 가져서, 이상적인 시작 시간과 비교하면 지연을 가질 수 있게 한다.
다른 실시예에서, 시스템이 미리 U턴 페이즈를 시작할 수 있게도 할 수 있다. 한 손의 움직임을 고려하면, x(병진) 및 z(회전) 축을 따르는 움직임은 도 12 및 13의 예시에서 알 수 있듯이 보통 동기화되지 않는데, 도 15에서 알 수 있듯이 잠재적으로 더 긴 클램핑 해제 기간으로 이어지고, 결국 도 16에 도시된 바와 같이 클램핑 충돌을 야기할 수 있다. U턴을 예견할 수 있는 것은 클램핑 해제 기간을 제한하는데 도움을 줄 것이다. 만약, 예컨대 z 움직임이 U턴을 시작하고, 따라서 손의 클램핑 해제를 유발하고, 동시에 x 움직임이 클램핑되지만 그 범위의 끝, 즉 U턴을 시작하는 지점에 "충분히" 가깝지 않다면, x 움직임이 손을 클램핑 해제하여 자신의 U턴을 시작한다는 사실을 활용하여 손이 클램핑 해제되는 전체 시간을 줄이는 것이 현명할 수 있다.
이것이 도 22에 도시되는데, 최소 범위(229)의 개념이 추가되었다. 따라서, 최소 범위(229)와 표준 범위(225) 간에, 손이 이미 클램핑 해제되었다면(다른 움직임, 즉 z의 경우 x 또는 x의 경우 z) U턴을 시작하게 되는 규칙이 될 수 있다. 표준 범위(225)와 최대 범위(226) 간의 동작은 전술한 것과 동일하게 유지된다. 도 22에서, 최소 범위(229)는 표준 범위(225) 빼기 제1 마진(상부 반마진(223)과 하부 반마진(224)의 합)과 같고, 최대 범위(226)는 표준 범위(225) 더하기 제2 마진(상부 반마진(227)과 하부 반마진(228)의 합)과 같다. 제1 마진과 제2 마진은 도 22에서 같지만, 서로 다를 수도 있다.
도 23은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 동기화 및 비동기화된 이동과 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
패드(13, 14) 쌍(16)은 활성 페이즈(231)와 U턴 페이즈(232)를 따른다.
패드(11, 12) 쌍(15)은 활성 페이즈(233)와 U턴 페이즈(234)를 따른다.
쌍(16, 15)은 서로 동기화되고 그 경로 교차(235)는 주기적이고 이동 범위 절반에서 일어나거나, 쌍(16, 15)은 서로 동기화되지 않고 그 경로 교차(236)는 주기적이지 않고 이동 범위 절반에서 일어나지 않는다.
손(16, 15) 간의 동기화 적응은 마스터 신호의 페이즈로부터 슬레이브 신호의 페이즈를 제어하는 것을 목표로 하는 PLL(phase lock loop control) 메커니즘과 비교될 수 있다. 요컨대, 슬레이브 신호를 위한 알고리즘은 대략 다음과 같을 수 있는데, "늦으면 가속하고, 앞선다면 감속해라".
활성 페이즈(231 또는 233) 동안 x(병진) 및 z(회전) 축을 따르는 패드의 속도는 선택될 수 없는데 사용자 속도 설정에 의해 부과되기 때문이다. 하지만, U턴 속도는 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이 U턴 페이즈의 이동 범위는 일정하기 유지되어야 하므로, 쌍(16, 15) 간에 동기화를 제어하기 위해 U턴 길이가 다양할 것이다.
그러므로, 필요할 때 "가속" 또는 "감속"이 U턴 길이의 조절에 기반할 것이다.
손(16 또는 15)가 U턴 페이즈를 시작할 때마다, 자신을 마스터인 다른 손(15 또는 16)과 동기화하여야 하는 슬레이브의 역할을 한다. 따라서, 마스터-슬레이브 방식은 여기서 다른데, 각 손(16 또는 15)가 번갈아 마스터와 슬레이브 역할을 하기 때문이다.
이 U턴 길이의 계산은 후술될 것이다.
먼저, 동기화된(경로 교차(235) 대 비동기화된(경로 교차(236) 신호를 관찰하면, 먼저 동기화된 경우에 곡선은 언제나 같은 값(경로 교차(235))에서 교차하는 반면 비동기화된 곡선은 높고 낮은 수준(경로 교차(236))에서 번갈아 교차하는 것을 볼 수 있다.
도 24는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제1 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
도 24에 도시된 바와 같이 비동기화된 상황(경로 교차(236))에서 시작할 때, LT 곡선이 최대값에 도달했고, 클램핑 충돌이 없어 U턴 페이즈가 이제 시작할 수 있음을 알 수 있다. tU-turn은 이제 계산되어야 한다. 상이한 점선(237 또는 238 또는 239)으로 표현된 바와 같이 상이한 값이 상이한 경로를 도출한다.
도 25는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제2 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
먼저, RT 곡선이 다음 주기 동안 어떻게 보여야 하는지에 대해 외삽법이 수행되는데, 활성 페이즈의 나머지에 대한 점선(251)과 중간 이동 범위에서 LT 곡선과의 추정된 경로 교차(255)를 가지는 U턴 페이즈에 대한 점선(252)이다.
도 26은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제3 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
이를 위해 다음 주기의 tU-turn 값도 외삽되는데, tideal U-turn으로 불린다. tideal U-turn의 계산은 더 자세히 후술될 것이다.
LT 곡선의 다음 활성 페이즈는 이제 점선(253)으로 그려질 수 있는데, 기울기를 알고 있기 때문인데, 사용자 속도 설정값에만 의존하기 때문이고, 추정된 경로 교차(255)와 교차하여야 하는데 LT 곡선과 RT 곡선의 재동기화를 통해 쌍(16, 15) 간의 재동기화를 가능하게 할 것이기 때문이다.
도 27은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 비동기화의 교정의 제4 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
기존 세그먼트(233, 253)를 연결하면 U턴 페이즈(254)의 경로가 주어지고 이로부터 tU-turn의 값이 직접 얻어질 수 있다(U턴 페이즈(254)의 이동 범위에 대한 시간 축 투영).
도 28은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 원하는 U턴 기간의 변화의 사용자 설정값의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
다음 tideal U-turn을 계산하기 위해, 사용자 병진 및 회전 속도 설정값에만 의존하는 임의의 함수가 사용된다. 다시 말해, 두 손(16, 15)을 재동기화할 필요 없는 경우에 얻어지는 tU-turn 값이다. 이 함수는 임의의 방식으로 선택될 수 있다. 실시예의 예시는 도 28에 표현된 것과 같은 것일 수 있다.
이 예시에서, 사용자 속도 설정값이 빠를수록 tideal U-turn이 짧다. 실제로, 높은 속도의 경우, U턴을 빠르게 할 필요가 있다.
곡선 부분(280)에서, tideal U-turn은 사용자 속도 설정값과 반비례한다. 이것은 U턴 속도가 사용자 속도 설정값에 비례할 것을 의미한다.
두 수평 부분(281, 282)은 각 특정 기능을 가진다. 낮은 사용자 속도 설정값에서, 낮은 수평 부분(282)은 알고리즘이 너무 높은 tideal U-turn 값을 사용하는 것을 막는데, 한 손이 클램핑 해제되는 긴 기간으로 이어져, 따라서 클램핑 충돌을 다루기 어렵게 된다. 곡선의 다른 쪽의 경우, 상부 수평 부분(281) 덕분에, 필요한 최소의 tideal U-turn 값이 있는데 tideal U-turn이 너무 작은 경우 액추에이터가 속도에 제한이 있고 요구되는 경로를 따르지 못하고, 적어도 쉽지 않기 때문이다.
다른 곡선도 가능하지만 사용자 속도 설정값의 함수로 감소해야 한다.
도 29는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 클램핑 충돌의 관리의 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
마지막 RT 주기가 클램핑 충돌을 가지고 따라서 표준 범위보다 큰 진폭을 사용하는 경우, 외삽된 RT 곡선(점선(292))을 사용하는 경로 교차(236)의 위치, 즉 충돌이 없는 경우 RT 곡선이 어떠해야 하는지 계산되어야 한다.
도 30은는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 클램핑 충돌의 관리의 다른 단계와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
현재 LT 주기가 충돌을 가지는 경우에도 유사한 외삽법이 필요하다. 따라서, 마지막 LT 주기가 클램핑 충돌을 가지고 따라서 표준 범위보다 큰 진폭을 사용하는 경우, 외삽된 LT 곡선(점선(302))을 사용하는 경로 교차의 위치, 즉 충돌이 없는 경우 LT 곡선이 어떠해야 하는지 계산되어야 한다.
이제 tU-turn이 계산되는데, 최저값과 최대값이 적용되어야 한다. 실제로, 상술한 계산 단계는 과도하게 작거나 높은 값을 방지하지 않는데, 도 28에서 수평 부분(281, 282)을 정당화하기 위해 상술한 것과 같은 단점을 가질 수 있다. 바람직한 실시예에서, 최소값은 도 28에 표현된 함수의 최소보다 더 작게 선택되고, 최대는 그 함수 최대보다 크게 선택된다.
이 최소 및 최대 제한에 도달하면, 결과 tU-turn 값이 즉시 다시 동기화를 제공하지 않는 것을 볼 수 있는데, 이 경우 따라잡는데 여러 주기가 필요하기 때문이다.
용어 "사용자 속도 설정값"은 병진이나 회전을 명시하지 않고 사용되었다. 실제로, 둘을 조합한다. 병진과 회전이 조합된 경우, tU-turn 값은 병진과 회전 모두에 대해 도 28의 함수(또는 다른 함수의 실시예)를 사용하여 계산되어, 두 tU-turn 값인 tU-turn_T와 tU-turn_R을 도출한다.
둘의 최소 tU-turn=min(tU-turn_T, tU-turn_R)이 사용된다.
이는 같은 클램핑 해제 움직임이 병진과 회전을 위해 사용되기 때문이다. 느린 활성 페이즈는 빠른 U턴 페이즈와 조합될 수 있지만, 반대는 그렇지 않은데, 상대적으로 긴 클램핑 해제 기간을 야기하고 더 많은 클램핑 충돌 가능성을 만들기 때문이다. U턴 페이즈가 활성 페이즈보다 긴 극단적인 상황에서, 영구적인 클램핑 충돌을 가지게 될 위험이 있다.
전체 동기화 프로세스는 대략 다음과 같이 요약될 수 있다. 왼손(15)이 오른손(16)과 동기화되고, 오른손(16)이 왼손(15)과 동기화되는 등이다. 이 프로세스는 무한하게 반복되고 두 손(16, 15)이 서로 "싸우는" 일부 불안정성으로 이어질 수 있다. 그 결과, 동기화는 완전히 얻어지지 않을 위험이 있고 "진행"과 "지연" 간에 어느 정도 진동할 수 있다. 이 문제를 극복하기 위하여, 바람직한 실시예에서, 보정의 일부만이 적용될 수 있다. tcalculated U-turn은 상술한 방법에 따라 계산된 tU-turn 값이다. 그리고, 보정 인자는 tcorrection=tcalculated U-turn-tideal U-turn이다. 보정의 일부를 적용하는 것은 이 식 tU-turn=tideal U-turn+α.tcorrection를 사용함을 의미하는데, 이 때 a는 임의의 인자 0<α≤1이다. 어떤 a 값도 가능하다. 값이 낮을수록 더 나은 안정성을 제공하고, 값이 높을수록 동기화를 되돌리는데 더 적은 주기를 필요로 한다. 바람직한 실시예에서 α=½이 선택된다. 이 계산은 tU-turn이 최소 및 최대값 사이에서 제한되는 마지막 단계 전에 적용된다.
명확성을 위하여, 많은 도면에서 사용자 속도 설정값이 일정하다고 가정하였다. 실제로, 사용자가 빈번하게 조작되는 가요성 세장형 의학 요소의 병진 및 회전 속도를 변경할 수 있기 때문에 그렇지 않을 수 있다. 덧붙여, 휴먼-맨 인터페이스는 사용자가 이 속도를 계속적인 방식으로 변경할 수 있게 한다.
도 31은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 사용자 속도 설정값의 점진적인 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
패드(13, 14)의 쌍(16)의 경우, 활성 페이즈(311) 후 U턴 페이즈(312)가 있다. 곡선 중간에, 기간(318) 동안, 사용자는 속도 설정값을 더 느린 값(317)에서 더 빠른 값(319)으로 점진적으로 변경한다. 활성 페이즈(313)의 기울기에 완만한 대응하는 변화가 있는데, 활성 페이즈(311)와 U턴 페이즈(312)를 나타내는 과거 주기는 더 부드러운 기울기를 가지는 반면, 미래 주기는 더 가파른 기울기를 가지는 활성 페이즈(315)와 U턴 페이즈(316)를 나타낼 것이고, 주기의 기간은 더 짧아진다.
도 32는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 U턴 동안 사용자 속도 설정값의 변화와 함께 가요성 세장형 의학 장치의 병진의 변화의 시간의 함수의 그래프를 개략적으로 도시한다.
패드(13, 14)의 쌍(16)의 경우, 활성 페이즈(231) 후 U턴 페이즈(232)가 있다.
패드(11, 12)의 쌍(15)의 경우, 활성 페이즈(233) 후 U턴 페이즈(234)가 있다.
곡선 중간의 시간(328)에서, 사용자는 속도 설정값을 더 느린 값(327)에서 더 빠른 값(329)으로 갑자기 변경한다.
U턴 페이즈(234)의 기울기에 갑작스런 대응하는 변화가 있고, 과거 주기는 다음을 나타낸다.
▶ 쌍(16)의 경우, 활성 페이즈(231)와 U턴 페이즈(232)는 더 가파른 기울기를 가지는 반면, 미래 주기는 더 부드러운 기울기를 가지는 활성 페이즈(321)와 U턴 페이즈(322)를 나타낼 것이고, 주기의 기간은 더 길어진다.
▶ 쌍(15)의 경우, 활성 페이즈(233)와 U턴 페이즈(234)는 더 가파른 기울기를 가지는 반면, 미래 주기는 더 부드러운 기울기를 가지는 활성 페이즈(323)와 U턴 페이즈(324)를 나타낼 것이고, 주기의 기간은 더 길어진다.
▶ 두 쌍(16, 15)은 동기화된 새 경로 교차(325)에서 알 수 있듯이 재동기화되는 반면, 이전에는 비동기화된 옛 경로 교차(236)에서 알 수 있듯이 비동기화되었다.
도 31에서, 사용자 속도 설정각 변화는 곡선에 적용되는데, 이 변화가 활성 페이즈(311) 동안 일어나는 경우 곡선의 기울기는 이에 따라 수정되어야 한다.
이 변화가 U턴 페이즈(312) 동안 일어나는 경우, 외삽 곡선이 새 설정값을 고려해야 하는 것을 제외하면 동일한 계산 단계(도 25, 26, 27과 관련하여 이미 보인 바와 같은)가 사용될 수 있다. 이것은 도 32에 도시되는데, 병진 속도 설정값의 감소의 경우이다.
페이즈 반대 제어와 동기화 충돌의 이중 문제를 해결하기 위해 사용되는 두 메커니즘이 상술되었다.
이 두 메커니즘은 각 패드 쌍, 즉 패드(13, 14) 쌍(16) 또는 패드(11, 12) 쌍(15)과 각 타입의 동작, 즉 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 회전을 생성하는데 적용된다.
이것은 이 두 메커니즘이 실제로 다음 네 동작에 동시에 적용됨을 의미한다.
▶ 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진을 위한 패드(11, 12)의 제1 쌍(15)의 동작.
▶ 가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전을 위한 패드(11, 12)의 제1 쌍(15)의 동작.
▶ 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진을 위한 패드(13, 14)의 제2 쌍(16)의 동작.
▶ 가요성 세장형 의학 요소(10)의 회전을 위한 패드(13, 14)의 제2 쌍(16)의 동작.
이것은 4개의 FSM(Finite States Machine) 덕분에 얻어진다. 각 FSM은 다음과 같아야 한다.
● 클램핑될 때(즉, 활성 페이즈 동안) 패드가 선형 동작을 가지고 가요성 세장형 의학 요소(10)에 올바른 속도(즉, 사용자 설정값 속도)를 전달함을 보장하여야 한다.
● 도 19 내지 22에 설명된 바와 같이 "마진 메커니즘"을 사용하여 활성 페이즈를 종료하고 U턴 페이즈를 시작할 때를 선택해야 한다.
● 상술한 "U턴 기간 적응 메커니즘"을 사용하여 초기 U턴 기간, 따라서 U턴 속도를 결정하여야 한다.
● 상술한 같은 "U턴 기간 적응 메커니즘"을 사용하여 U턴 속도 계산을 새로 고침으로써 U턴 페이즈 동안 실시간으로 U턴 속도를 적응시켜야 한다.
표 2가 이 네 FSM의 특성을 아래에 나열한다.
FSM 이름
패드 쌍
가요성 세장형 의학 요소의 동작		 FSM RT
오른쪽
병진		 FSM RR
오른쪽
회전		 FSM LT
왼쪽
병진		 FSM LR
왼쪽
회전
상태 변수 StateRT StateRR StateLT StateLR
상태 기간 TRT TRR TLT TLR
위치 xR zR xL zL
클램핑 yR yL
각 FSM의 상태는 "3 ½" 변수로 나타나는 것에 의하여 정의되는 것으로 보인다. 실제로 이 변수는 다음과 같다.
▶ 상태, 여기까지 제1 근사에서 두 상태 "활성"과 "U턴"을 설명하였다. 후술하는 바와 같이, 실제로 전체 주기 내에 더 많은 상태가 있다.
▶ 현재 상태에 진입한 이후의 기간, 실시예에 따라서, 이 변수는 사용되거나 사용되지 않을 수 있다.
▶ FSM이 제어하는 동작에 따라서 x 또는 z축을 따른 한 패드의 위치.
▶ 클램핑 상태(클램핑됨/클램핑 해제됨)를 제어하는 y축을 따른 한 패드의 위치. 이것은 "반 변수"인데 두 FSM 간에 공유되기 때문이다. 예를 들어, 왼손의 클램핑 상태(yL)(15)는 FSMLT와 FSMLR 모두에 관련된다. 이 공유되는 변수는 패드 쌍을 클램핑 해제하는 것은 x와 z축을 따른 동작 모두를 클램핑 해제한다는, 즉 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진과 회전을 정지시킨다는 사실의 결과이다. y에 관한 두 FSM 간의 불일치의 경우, 우선권은 클램핑 명령보다 클램핑 해제 명령에 주어진다.
각 FSM은 모든 Δt마다 변경된다. Δt는 시스템의 원하는 반응성 및 액추에이터 특성에 따라 선택된다. 바람직한 실시예에서, Δt=1ms이다.
VT는 사용자 병진 속도 설정값으로 불리고 VR은 사용자 회전 속도 설정값으로 불린다(VR에서, "R"은 "회전"을 의미한다. xR, yR, zR에서 "오른쪽"을 의미한다).
도 33은 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치의 시간적 변화를 개략적으로 도시한다.
네 FSM(331, 332,333, 334)의 시간적 변화가 도 33에 도시된다.
오른쪽 병진, 즉 패드(13, 14) 쌍(16)의 병진에 지정된 FSM(finite state machine)(331)에서, 다음과 같다.
▶ 시간 t에서 입력(하향식)은 다음과 같다.
○ 사용자 병진 속도 설정값(VT(t)).
○ 사용자 회전 속도 설정값(VR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 병진을 위한 상태의 타입(StateRT(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 병진을 위한 상기 상태의 기간(TRT(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 x 위치(XR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t)).
▶ 시간 t+Δt에서 출력(하향식)은 다음과 같다.
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 병진을 위한 상태의 타입(StateRT(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 오른쪽 병진을 위한 상기 상태의 기간(TRT(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 x 위치(XR(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t+Δt)).
오른쪽 회전, 즉 패드(13, 14) 쌍(16)의 회전에 지정된 FSM(finite state machine)(332)에서, 다음과 같다.
▶ 시간 t에서 입력(하향식)은 다음과 같다.
○ 사용자 병진 속도 설정값(VT(t)).
○ 사용자 회전 속도 설정값(VR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 회전을 위한 상태의 타입(StateRR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 회전을 위한 상기 상태의 기간(TRR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 z 위치(ZR(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t)).
▶ 시간 t+Δt에서 출력(하향식)은 다음과 같다.
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 회전을 위한 상태의 타입(StateRR(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 회전을 위한 상기 상태의 기간(TRR(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 z 위치(ZR(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t+Δt)).
왼쪽 병진, 즉 패드(11, 12) 쌍(15)의 병진에 지정된 FSM(finite state machine)(333)에서, 다음과 같다.
▶ 시간 t에서 입력(하향식)은 다음과 같다.
○ 사용자 병진 속도 설정값(VT(t)).
○ 사용자 회전 속도 설정값(VR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 병진을 위한 상태의 타입(StateLT(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 병진을 위한 상기 상태의 기간(TLT(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 x 위치(XL(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t)).
▶ 시간 t+Δt에서 출력(하향식)은 다음과 같다.
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 병진을 위한 상태의 타입(StateLT(t+Δt)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)의 오른쪽 병진을 위한 상기 상태의 기간(TLT(t+Δt)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 x 위치(XL(t+Δt)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t+Δt)).
왼쪽 회전, 즉 패드(11, 12) 쌍(15)의 회전에 지정된 FSM(finite state machine)(334)에서, 다음과 같다.
▶ 시간 t에서 입력(하향식)은 다음과 같다.
○ 사용자 병진 속도 설정값(VT(t)).
○ 사용자 회전 속도 설정값(VR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 회전을 위한 상태의 타입(StateLR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 회전을 위한 상기 상태의 기간(TLR(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 z 위치(ZL(t)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t)).
○ 패드(13, 14) 쌍(16)을 위한 클램핑(YR(t)).
▶ 시간 t+Δt에서 출력(하향식)은 다음과 같다.
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 회전을 위한 상태의 타입(StateLR(t+Δt)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)의 회전을 위한 상기 상태의 기간(TLR(t+Δt)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 z 위치(ZL(t+Δt)).
○ 패드(11, 12) 쌍(15)을 위한 클램핑(YL(t+Δt)).
도 34는 본 발명에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치의 주기의 12개의 상태를 개략적으로 도시한다.
FSMRT(331)의 모든 상태(즉, StateRT의 가능한 값)가 이제 설명된다. 통상의 기술자는 3개의 다른 FSM(332, 333, 334)에 대해 쉽게 전환할 것이다.
총 12개의 상태가 있다. 이 12개의 상태는 두 그룹으로 나뉘는데, 상태 1 내지 6은 양의 사용자 설정값 병진 속도에 대응하고 상태 7 내지 12는 음의 사용자 설정값 병진 속도에 대응한다.
▶ 상태 341 UP_LINEAR: 이것은 활성 페이즈이다.
▶ 상태 342 UP_FROZEN: 패드의 동작, 따라서 가요성 세장형 의학 요소가 정지된다.
▶ 상태 343 UP_UNCLAMP: y축을 따르는 패드에 "클램핑 해제" 명령을 보내며 사용자 속도 설정값에 따라 x축을 따라 선형 동작을 계속 전달한다.
▶ 상태 344 UP_DOWN: 이것은 U턴 페이즈이다.
▶ 상태 345 UP_WAIT_CLAMP: 이 상태 동안, x축을 따르는 패드 쌍의 속도는 1 - UP_LINEAR 페이즈에서와 같이 사용자 병진 속도 설정값과 동일하여야 한다.
▶ 상태 346 UP_CLAMP: 이 상태 동안, 사용자 병진 속도 설정값과 동일한 x축을 따르는 패드의 속도를 유지하며 패드는 재클램핑된다.
▶ 상태 347 DOWN_LINEAR: 이것은 활성 페이즈이다.
▶ 상태 348 DOWN_FROZEN: 패드의 동작, 따라서 가요성 세장형 의학 요소가 정지된다.
▶ 상태 349 DOWN_UNCLAMP: y축을 따르는 패드에 "클램핑 해제" 명령을 보내며 사용자 속도 설정값에 따라 x축을 따라 선형 동작을 계속 전달한다.
▶ 상태 350 DOWN_UP: 이것은 U턴 페이즈이다.
▶ 상태 351 DOWN_WAIT_CLAMP: 이 상태 동안, x축을 따르는 패드 쌍의 목표 속도는 7 - DOWN_LINEAR 페이즈에서와 같이 사용자 병진 속도 설정값과 동일하여야 한다.
▶ 상태 352 DOWN_CLAMP: 이 상태 동안, 사용자 병진 속도 설정값과 동일한 x축을 따르는 패드의 속도를 유지하며 패드는 재클램핑된다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른 카테터 로봇 모듈의 예시에서 4개의 유한 상태 장치(331, 332, 333, 334)의 주기를 나타내는 개요를 개략적으로 도시한다.
상태 347은 음의 값의 경우의 상태 341와 동일한 등이다. 따라서, 상태 347 내지 352와 유사한 상태 341 내지 346에 대한 상세한 설명이 있다.
상태 341 내지 352는 다음과 같다.
▶ 상태 341 UP_LINEAR: 이것은 활성 페이즈이다. x축을 따르는 패드 쌍의 목표 속도는 사용자 병진 속도 설정값과 같다. 마진 메커니즘이 활성화된다. 이 메커니즘은 입력 데이터로서, 다음 페이즈(343)(UP_UNCLAMP)의 최종 위치를, 이 페이즈로 지금 전환하는 경우 사용한다. 이것을 positionfinal(403)으로 부른다. 만약 positionfinal(403)이 표준 범위의 최대값에 도달했다면, 다른(왼) 손이 클램핑됐다면 UP_UNCLAMP 상태(343)로 전환한다. 다른 손이 클램핑되지 않았다면, positionfianl이 최대 범위의 최대값에 도달할 때까지 UP_LINEAR 상태(341)를 유지한다. 다른 손이 이 지점(400)에서 여전히 클램핑 해제되어 있다면, UP_FROZEN 상태(342)로 전환한다. 이것은 클램핑 충돌을 해결하기에 마진이 충분하지 않은 경우의 응급 조치로, 잘 설계된 시스템은 이 상태에 들어가지 않고 대신 UP_UNCLAMP 상태(343)로 직접 가야 한다.
패드는 UP_LINEAR 페이즈(341) 동안 정상적으로 클램핑되어야 한다. 하지만, 클램핑 상태는 병진과 회전 간에 공유되기 때문에, FSMRR은 패드를 클램핑 해제(400)하기로 결정할 수 있다. 이 클램핑 해제 시간 동안, x축을 따르는 패드의 동작(병진의 경우)은 정상적으로 계속될 것이지만, 물론 가요성 세장형 의학 요소에는 영향을 미치지 않고, 병진은 다른 패드 쌍 덕분에 얻어질 것이다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈 동안 음이 된다면(401), DOWN_LINEAR(347)로 전환된다.
▶ 상태 342 UP_FROZEN: 패드의 동작, 따라서 가요성 세장형 의학 요소가 정지된다. 다른 손이 다시 클램핑되자마자(400), UP_UNCLAMP(343)로 전환된다.
이 열화 모드에서, 원하는 동작은 가요성 세장형 의학 요소에 전달될 수 없다. 하지만, 적어도 가요성 세장형 의학 요소가 시스템에 의해 다뤄지고, 위험할 수 있는 환자 속에서 자유롭게 움직일 수 없음을 보장하기 위하여 여전히 클램핑한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈 동안 음이 된다면(401), 페이즈 DOWN_LINEAR(347)로 전환된다. DOWN_FROZEN(348)으로 전환이 없는데, 이 경우 상황이 다르기 때문이고, 위치가 최대에 가깝고 위치가 감소된다. 따라서, 클램핑 해제할 필요가 없고 충돌이 없다.
▶ 상태 343 UP_UNCLAMP: y축을 따르는 패드에 "클램핑 해제" 명령을 보내며 사용자 속도 설정값에 따라 x축을 따라 선형 동작을 계속 전달한다. 패드가 FSMRR 때문에 이미 클램핑 해제됐다면, 아무것도 할 필요가 없다. 바람직한 실시예에서, UP_UNCLAMP 기간은 고정된다. 이것은 UP_LINEAR(341) 동안 positionfinal의 계산을 가능하게 한다. 다른 바람직한 실시예에서, UP_UNCLAMP 이동 범위는 고정된다. 이 두 실시예는 흥미롭지만 UP_LINEAR 상태(341) 동안(더 이른 시간에) 계산이 가능한 한 다른 실시예가 놓일 수 있다.
UP_UNCLAMP 상태(343)이 종료되면(410), UP_DOWN(344)로 전환한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(401) 동안 음이 된다면, 페이즈 DOWN_CLAMP(352)로 전환된다.
▶ 상태 344 UP_DOWN: 이것은 U턴 페이즈이다. 패드는 이 페이즈 동안 클램핑 해제되어야 한다. "U턴 기간 적응 메커니즘"은 이 페이즈 동안 활성화되는데, 그 기간을 결정하기 위함이다. 이 메커니즘은 활성화되어 기간을 끊임없이 새로 고쳐야 하는데, 사용자 속도 설정값에 따라 변화할 수 있다.
UP_DOWN 상태(346)가 종료되면(420)(계산된 나머지 기간이 0 또는 음) UP_WAIT_CLAMP(345)로 전환한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(401) 동안 음이 된다면, DOWN_UP(350)로 전환된다.
▶ 상태 345 UP_WAIT_CLAMP: 이 상태 동안, x축을 따르는 패드 쌍의 속도는 341 UP_LINEAR 페이즈에서와 같이 사용자 병진 속도 설정값과 동일하여야 한다. 하지만, 액추에이터와 기계 장치로 인하여, 시스템은 UP_DOWN(344)에서 UP_LINEAR(341) 속도로 전환하는 응답 시간을 가진다. 따라서, 이 페이즈 동안, 액추에이터는 UP_LINEAR 속도에서 선형 동작을 얻기 위해 제어 신호를 수신하지만, 패드는 그 속도에 아직 도달하지 않았다. 이 단계에서, 따라서 다시 클램핑하기에는 너무 이르고, 패드는 클램핑 해제로 유지되어야 한다.
바람직한 실시예에서, UP_WAIT_CLAMP 기간은 고정된다. 다른 바람직한 실시예에서, UP_WAIT_CLAMP 이동 범위는 고정된다. 세번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 실제 속도가 원하는 속도에 충분히 가까운 때 종료될 수 있다. 바람직한 실시예에서, "충분한"은 퍼센티지로 차이의 절대값이 기결정된 임계치보다 작은 것으로 정의될 수 있다.
상태가 종료될 때(430), 상술한 기준 중 하나에 따라서, UP_CLAMP(346)로 전환된다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(401) 동안 음이 된다면, DOWN_UNCLAMP(349)로 전환된다.
▶ 상태 346 UP_CLAMP: 이 상태 동안, 사용자 병진 속도 설정값과 동일한 x축을 따르는 패드의 속도를 유지하며 패드는 재클램핑된다.
바람직한 실시예에서, UP_CLAMP 기간은 고정된다. 다른 바람직한 실시예에서, UP_CLAMP 이동 범위는 고정된다. 세번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 y축을 따르는 위치가 기결정된 값에 도달할 때 종료될 수 있다. 네번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 y축을 따라 인가되는 미는 힘이 기결정된 값에 도달할 때 종료될 수 있다.
상태가 종료될 때(410), 상술한 기준 중 하나에 따라서, UP_LINEAR(341)로 전환된다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(401) 동안 음이 된다면, DOWN_UNCLAMP(349)로 전환된다.
▶ 상태 347 DOWN_LINEAR: 이것은 활성 페이즈이다. x축을 따르는 패드 쌍의 목표 속도는 사용자 병진 속도 설정값과 같다. 마진 메커니즘이 활성화된다. 이 메커니즘은 입력 데이터로서, 다음 페이즈(349)(DOWN_UNCLAMP)의 최종 위치를, 이 페이즈로 지금 전환하는 경우 사용한다. 이것을 positionfinal(404)으로 부른다. 만약 positionfinal(404)이 표준 범위의 최소값에 도달했다면, 다른(왼) 손이 클램핑됐다면 DOWN_UNCLAMP 상태(349)로 전환한다. 다른 손이 클램핑되지 않았다면, positionfinal이 최대 범위의 최소값에 도달할 때까지 DOWN_LINEAR 상태(347)를 유지한다. 다른 손이 이 지점(400)에서 여전히 클램핑 해제되어 있다면, DOWN_FROZEN 상태(348)로 전환한다. 이것은 클램핑 충돌을 해결하기에 마진이 충분하지 않은 경우의 응급 조치로, 잘 설계된 시스템은 이 상태에 들어가지 않고 대신 DOWN_UNCLAMP 상태(349)로 직접 가야 한다.
패드는 DOWN_LINEAR 페이즈(347) 동안 정상적으로 클램핑되어야 한다. 하지만, 클램핑 상태는 병진과 회전 간에 공유되기 때문에, FSMRR은 패드를 클램핑 해제(400)하기로 결정할 수 있다. 이 클램핑 해제 시간 동안, x축을 따르는 패드의 동작(병진의 경우)은 정상적으로 계속될 것이지만, 물론 가요성 세장형 의학 요소에는 영향을 미치지 않고, 병진은 다른 패드 쌍 덕분에 얻어질 것이다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈 동안 양이 된다면(402), UP_LINEAR(341)로 전환된다.
▶ 상태 348 DOWN_FROZEN: 패드의 동작, 따라서 가요성 세장형 의학 요소가 정지된다. 다른 손이 다시 클램핑되자마자(400), DOWN_UNCLAMP(349)로 전환된다.
이 열화 모드에서, 원하는 동작은 가요성 세장형 의학 요소에 전달될 수 없다. 하지만, 적어도 가요성 세장형 의학 요소가 시스템에 의해 다뤄지고, 위험할 수 있는 환자 속에서 자유롭게 움직일 수 없음을 보장하기 위하여 여전히 클램핑한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈 동안 양이 된다면(402), 페이즈 UP_LINEAR(341)로 전환된다. UP_FROZEN(342)으로 전환이 없는데, 이 경우 상황이 다르기 때문이고, 위치가 최소에 가깝고 위치가 증가된다. 따라서, 클램핑 해제할 필요가 없고 충돌이 없다.
▶ 상태 349 DOWN_UNCLAMP: y축을 따르는 패드에 "클램핑 해제" 명령을 보내며 사용자 속도 설정값에 따라 x축을 따라 선형 동작을 계속 전달한다. 패드가 FSMRR 때문에 이미 클램핑 해제됐다면, 아무것도 할 필요가 없다. 바람직한 실시예에서, DOWN_UNCLAMP 기간은 고정된다. 이것은 DOWN_LINEAR(347) 동안 positionfianl의 계산을 가능하게 한다. 다른 바람직한 실시예에서, DOWN_CLAMP 이동 범위는 고정된다. 이 두 실시예는 흥미롭지만 DOWN_LINEAR 상태(347) 동안(더 이른 시간에) 계산이 가능한 한 다른 실시예가 놓일 수 있다.
DOWN_UNCLAMP 상태(349)이 종료되면(410), DOWN_DOWN(350)로 전환한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(402) 동안 양이 된다면, 페이즈 UP_CLAMP(356)로 전환된다.
▶ 상태 350 DOWN_UP: 이것은 U턴 페이즈이다. 패드는 이 페이즈 동안 클램핑 해제되어야 한다. "U턴 기간 적응 메커니즘"은 이 페이즈 동안 활성화되는데, 그 기간을 결정하기 위함이다. 이 메커니즘은 활성화되어 기간을 끊임없이 새로 고쳐야 하는데, 사용자 속도 설정값에 따라 변화할 수 있다.
DOWN_UP 상태(350)가 종료되면(420)(계산된 나머지 기간이 0 또는 음) DOWN_WAIT_CLAMP(351)로 전환한다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(402) 동안 양이 된다면, 페이즈 UP_DOWN(344)로 전환된다.
▶ 상태 351 DOWN_WAIT_CLAMP: 이 상태 동안, x축을 따르는 패드 쌍의 목표 속도는 347 DOWN_LINEAR 페이즈에서와 같이 사용자 병진 속도 설정값과 동일하여야 한다. 하지만, 액추에이터와 기계 장치로 인하여, 시스템은 DOWN_UP(350)에서 DOWN_LINEAR(347) 속도로 전환하는 응답 시간을 가진다. 따라서, 이 페이즈 동안, 액추에이터는 DOWN_LINEAR 속도에서 선형 동작을 얻기 위해 제어 신호를 수신하지만, 패드는 그 속도에 아직 도달하지 않았다. 이 단계에서, 따라서 다시 클램핑하기에는 너무 이르고, 패드는 클램핑 해제로 유지되어야 한다.
바람직한 실시예에서, DOWN_WAIT_CLAMP 기간은 고정된다. 다른 바람직한 실시예에서, DOWN_WAIT_CLAMP 이동 범위는 고정된다. 세번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 실제 속도가 원하는 속도에 충분히 가까운 때 종료될 수 있다. 바람직한 실시예에서, "충분한"은 퍼센티지로 차이의 절대값이 기결정된 임계치보다 작은 것으로 정의될 수 있다.
상태가 종료될 때(430), 상술한 기준 중 하나에 따라서, DOWN_CLAMP(352)로 전환된다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(402) 동안 양이 된다면, UP_UPCLAMP(343)로 전환된다.
▶ 상태 352 DOWN_CLAMP: 이 상태 동안, 사용자 병진 속도 설정값과 동일한 x축을 따르는 패드의 속도를 유지하며 패드는 재클램핑된다.
바람직한 실시예에서, DOWN_CLAMP 기간은 고정된다. 다른 바람직한 실시예에서, DOWN_CLAMP 이동 범위는 고정된다. 세번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 y축을 따르는 위치가 기결정된 값에 도달할 때 종료될 수 있다. 네번째 바람직한 실시예에서, 기간은 가변이고, 상태는 패드의 y축을 따라 인가되는 미는 힘이 기결정된 값에 도달할 때 종료될 수 있다.
상태가 종료될 때(410), 상술한 기준 중 하나에 따라서, DOWN_LINEAR(347)로 전환된다.
사용자 병진 속도 설정값이 이 페이즈(402) 동안 양이 된다면, UP_UPCLAMP(343)로 전환된다.
추가 상태가 필요한데, 도 35에는 도시되지 않으며 초기화 상태이다. 바람직한 실시예에서, 모든 변수를 초기화하고 UP_LINEAR 상태(341)로 분기할 것이다. 바람직한 실시예에서, x축을 따르는 왼손(15)의 위치는 표준 범위의 ¼인 반면, 오른손(16)의 위치는 표준 범위의 ¾이다. z축에 동일하게 적용된다. y축에 관하여, 양손이 클램핑된다.
병진 속도 설정값(VT)가 변화하면, UP_에서 DOWN_ 상태로 점프하고 그 반대도 마찬가지이다. 하지만 값이 0으로 가면, 상태는 변경되지 않는다. VT=0일 때, 끝까지 계속되는 UP_DOWN 및 DOWN_UP 상태를 제외하면 상태 장치가 그 자리에서 멈춘다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 서술되었다. 하지만, 많은 변형이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

Claims (30)

  1. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로서:
    ▶ 케이스;
    ▶ 두 쌍(15, 16)의 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)로서:
    ○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
    ○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
    ■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
    ● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
    ● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
    ● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
    ● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로 병진을 수행하고,
    ■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
    ● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
    ● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
    ● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
    ● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
    ○ 조합되어 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 적어도 하나의 모드에서, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 적어도 하나에 의하여 수행되되:
    ■ 상기 병진과 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
    ● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위를 변화시키고 및/또는 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
    ○ 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함하는 카테터 로봇 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버는:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진이 수행되는 하나 또는 여러 또는 모든 모드에서:
    ■ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
    ● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현되는 카테터 로봇 모듈.
  3. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로서:
    ▶ 케이스;
    ▶ 두 쌍(15, 16)의 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)로서:
    ○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
    ○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
    ■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
    ■ 설정 회전 방향에 따라서, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
    ○ 페이즈 반대로 동작하는 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되는 상기 병진 및 상기 회전이 조합시, 동기화의 충돌은 적어도:
    ■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
    ● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함하는 카테터 로봇 모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
    ● 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ○ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현되는 카테터 로봇 모듈.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 상기 회전은 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)의 상기 쌍(15, 16)에 의하여 번갈아 수행되는 카테터 로봇 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    ▶ 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 상기 회전은 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)의 상기 쌍(15, 16)에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 페이즈 반대는 적어도:
    ○ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ■ 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되는 카테터 로봇 모듈.
  7. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로서:
    ▶ 케이스;
    ▶ 두 쌍(15, 16)의 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)로서:
    ○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
    ○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
    ■ 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하되:
    ● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
    ● 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 방향으로 동기화하여 상기 패드를 앞의 종방향으로 병진시키고,
    ● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
    ● 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 같은 역방향으로 동기화하여 상기 패드를 뒤의 종방향으로 병진시키는 제1 병진 주기로 병진을 수행하고,
    ■ 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하되:
    ● 상기 패드 사이로 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑하고,
    ● 설정 회전 방향에 대응하는 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대 방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 앞 병진을 수행하고,
    ● 상기 가요성 세장형 의학 요소를 클램핑 해제하고,
    ● 상기 설정 회전 방향에 대응하는 상기 횡 병진 방향에 대하여, 상기 케이스에 대하여 반대의 역방향으로 상기 패드를 종으로 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 수행되고,
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
    ○ 상기 병진과 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
    ■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
    ● 상기 제1 병진 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 회전 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함하는 카테터 로봇 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
    ○ 상기 페이즈 반대는 적어도:
    ■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 상기 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현되는 카테터 로봇 모듈.
  9. 가요성 세장형 의학 요소(10)의 병진 및 회전을 위한 카테터 로봇 모듈로서:
    ▶ 케이스;
    ▶ 두 쌍(15, 16)의 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)로서:
    ○ 동일 쌍의 상기 패드는 적어도 부분적으로 서로 대항하고,
    ○ 각 쌍의 이동 가능한 패드는 개별적으로 또는 조합하여:
    ■ 사용자 설정 종방향 병진 방향에 따라서, 클램핑, 앞으로 병진, 클램핑 해제, 뒤로 병진하는 제1 병진 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향으로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 병진을 수행하고,
    ■ 설정 회전 방향에 따라서, 클램핑, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 앞 병진을 수행하고, 클램핑 해제, 반대 방향으로 상기 패드의 상대적 뒤 병진을 수행하는 제2 회전 주기로 상기 케이스에 대하여 종방향 축 주위로 상기 가요성 세장형 의학 요소의 회전을 수행하도록 구성되는 패드; 및
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 드라이버로서:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 상기 쌍 둘 모두는 페이즈 반대로 작동하고,
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
    ○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은 적어도:
    ■ 상기 쌍 둘 모두를 위한 상기 제1 병진 주기에서 및/또는 상기 제2 회전 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위 및/또는 기간을 변화시켜,
    ● 상기 병진 동안 및 상기 회전 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 관리되도록 구현되는 드라이버를 포함하는 카테터 로봇 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드의 상기 쌍의 상기 드라이버는:
    ○ 상기 페이즈 반대는 적어도:
    ■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기 및 제2 회전 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 제어되도록 구현되는 카테터 로봇 모듈.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)의 상기 쌍(15, 16)의 드라이버는:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 상기 병진은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고, 두 쌍 모두는 페이즈 반대로 동작하고, 상기 페이즈 반대는:
    ■ 상기 쌍 중 적어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간을 변화시켜,
    ● 상기 쌍 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지함으로써 주로 또는 이에 의하여만 제어되는 카테터 로봇 모듈.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서,
    ▶ 이동 가능한 패드(11, 12, 13, 14)의 상기 쌍(15, 16)의 상기 드라이버는:
    ○ 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 상기 회전은 이동 가능한 패드의 상기 쌍에 의하여 번갈아 수행되고,
    ○ 상기 병진 및 상기 회전 간의 동기화의 충돌은:
    ■ 상기 쌍 중 저어도 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위를 변화시켜,
    ● 상기 제1 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간 동안뿐만 아니라 상기 제2 주기에서 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전의 전체 기간 동안 상기 가요성 세장형 의학 요소에 적어도 한 쌍의 이동 가능한 패드가 클램핑되도록 항상 유지함으로써 주로 또는 이에 의하여만 관리되는 카테터 로봇 모듈.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 앞 병진 기간은 항상 상기 뒤 병진 기간보다 긴 카테터 로봇 모듈.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 쌍 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 앞 병진의 이동 범위의 상기 변화는 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위를 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위에서 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위까지의 값에 도달하도록 확장함으로써 수행되는 카테터 로봇 모듈.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 110% 내지 150%, 바람직하게는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 120% 내지 140%에 포함되는 카테터 로봇 모듈.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서,
    상기 기결정된 최대 앞 병진 이동 범위는 상기 기결정된 표준 앞 병진 이동 범위의 양끝의 각각 두 동일한 부분으로 분할되는 카테터 로봇 모듈.
  17. 청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나의 항에 있어서,
    이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 하나에 의한 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 클램핑 및 이동 가능한 패드의 상기 쌍 중 다른 하나에 의한 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 클램핑 간에 일부 일시적인 중첩이 있고, 상기 일시적인 중첩은 바람직하게는 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진의 전체 기간의 10% 내지 95% 동안 지속되는 카테터 로봇 모듈.
  18. 청구항 1 내지 청구항 17 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 클램핑 해제는 상기 앞 병진 이동 범위의 후반 동안 상기 앞 병진 이동 범위의 일부와 동시에 수행되고, 상기 일부는 바람직하게는 상기 앞 병진 이동 범위의 전체 규모의 5% 내지 20% 범위인 카테터 로봇 모듈.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 클램핑은 상기 앞 병진 이동 범위의 전반 동안 상기 앞 병진 이동 범위의 일부와 동시에 수행되고, 상기 일부는 바람직하게는 상기 앞 병진 이동 범위의 전체 규모의 5% 내지 20% 범위인 카테터 로봇 모듈.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가요성 세장형 의학 요소(10) 클램핑은 상기 뒤 병진 이동 범위의 종료 후 및 다음의 상기 앞 병진 이동 범위의 시작 후 시작하는 카테터 로봇 모듈.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 쌍(15, 16) 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지하기 위한 상기 쌍(15, 16) 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간의 상기 변화는 표준 뒤 병진 기간에 대하여 기간을 감소 또는 확장함으로써 수행되는 카테터 로봇 모듈.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 쌍(15, 16) 둘 모두 간의 상기 페이즈 반대를 제어 및 유지하기 위한 상기 쌍(15, 16) 중 하나를 위한 상기 제1 병진 주기에서 상기 뒤 병진의 기간의 상기 변화는 페이즈 반대 목표로 돌아가기 위한 더 높은 수의 주기를 비용으로 안정성을 향상시키기 위하여 최적의 페이즈 반대 제어 및 유지에 요구되는 것보다 덜 표준 뒤 병진 기간에 대하여 기간을 감소 또는 확장함으로써 수행되고, 0 내지 1에 포함되는 교정 감쇠의 인자 α가 적용되는 카테터 로봇 모듈.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 교정 감쇠의 인자 α는 0.3 내지 0.7에 포함되고, 바람직하게는 약 0.5인 카테터 로봇 모듈.
  24. 청구항 1 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 표준 뒤 병진 기간은 병진 및/또는 회전을 위한 사용자 명령 속도 목표값(들), 바람직하게는 두 속도 목표값 중 최소값의 감소 함수로, 적용 가능한 경우 선택된 사용자 명령 속도 목표값이 되는 카테터 로봇 모듈.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 감소 함수는 위를 향한 오목함을 보이고 두 수평 부분(281, 282) 사이에 위치하는 중앙 곡선 부분(280)을 나타내는 카테터 로봇 모듈.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 중앙 곡선 부분(280)은 상기 선택된 사용자 명령 속도 목표값에 반비례하고, 상기 수평 부분(281, 282)은 상기 선택된 사용자 명령 속도 목표값과 일치하는 카테터 로봇 모듈.
  27. 청구항 1 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
    ▶ 상기 사용자 설정 종방향 병진 방향은 상기 사용자에 의하여 계속하여 변경될 수 있고,
    ▶ 및/또는 상기 사용자 설정 회전 방향은 상기 사용자에 의하여 계속하여 변경될 수 있는 카테터 로봇 모듈.
  28. 청구항 1 내지 청구항 27 중 어느 하나의 항에 있어서,
    ▶ 패드(13, 14)의 상기 쌍 중 제1 쌍(16)을 위한 종방향의 상기 가요성 세장형 의학 요소(10)의 상기 병진은 제1 유한 상태 장치(331)에 의하여 수행되고,
    ▶ 패드(13, 14)의 상기 쌍 중 제1 쌍(16)을 위한 상기 케이스에 대한 종방향 축 주위의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 제2 유한 상태 장치(332)에 의하여 수행되고,
    ▶ 패드(11, 12)의 상기 쌍 중 제2 쌍(15)을 위한 종방향의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 병진은 제3 유한 상태 장치(333)에 의하여 수행되고,
    ▶ 패드(11, 12)의 상기 쌍 중 제2 쌍(15)을 위한 상기 케이스에 대한 종방향 축 주위의 상기 가요성 세장형 의학 요소의 상기 회전은 제4 유한 상태 장치(334)에 의하여 수행되는 카테터 로봇 모듈.
  29. 청구항 28에 있어서,
    ▶ 상기 유한 상태 장치 각각은 상기 앞 병진에서 상기 뒤 병진으로 점진적으로 가기 위해 상기 앞 병진과 상기 뒤 병진 간의 전환 기간을 결정하되:
    ○ 상기 전환 기간의 시작,
    ○ 상기 전환 기간의 길이,
    ○ 상기 전환 기간의 종료를 결정하는 카테터 로봇 모듈.
  30. 청구항 28 또는 청구항 29에 있어서,
    상기 유한 상태 장치 각각은 5ms 미만이고, 바람직하게는 0.5ms 내지 2ms에 포함되고, 더 바람직하게는 약 1ms인 주기(Δt)로 주기적으로 변화하는 카테터 로봇 모듈.
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