KR20230125285A - 로봇 기구 구동 제어 - Google Patents

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KR20230125285A
KR20230125285A KR1020237025663A KR20237025663A KR20230125285A KR 20230125285 A KR20230125285 A KR 20230125285A KR 1020237025663 A KR1020237025663 A KR 1020237025663A KR 20237025663 A KR20237025663 A KR 20237025663A KR 20230125285 A KR20230125285 A KR 20230125285A
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지아이 린
차운시 에프. 그래첼
비비안 아라리스
쟈다 아델 알
밍옌 호
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아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Abstract

로봇 시스템은 접근 시스 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 치수설정된 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구; 및 제어 회로를 포함하며, 제어 회로는
세장형 샤프트가 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 후퇴되게 하고,
접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하도록 구성된다.

Description

로봇 기구 구동 제어
관련 출원(들)
본 출원은, 그 개시들이 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된, 2020년 12월 31일자로 출원되고 발명의 명칭이 "위치-기반 기구 이송기 제어(POSITION-BASED INSTRUMENT FEEDER CONTROL)인 미국 가출원 제63/132,771호, 및 2021년 2월 17일자로 출원되고 발명의 명칭이 "위치-기반 기구 이송기 제어"인 미국 가출원 제63/150,277호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시는 로봇 의료 시스템에 관한 것이다. 소정 로봇 의료 절차는 구멍(예컨대, 자연 구멍)을 통해 환자 내로 삽입되고 표적 해부학적 부위까지 전진될 수 있는, 내시경과 같은 샤프트-유형 기구의 사용을 수반할 수 있다. 의료 기구는 환자의 해부학적 구조 내에서 그리고 해부학적 구조 없이 내비게이션(navigation)을 용이하게 하도록 제어가능하고 관절운동가능할(articulable) 수 있다. 기구 이송기 장치 및 시스템은 의료 절차 동안 샤프트-유형 의료 기구의 축방향 이동을 제어할 수 있다.
다양한 실시예가 예시적인 목적으로 첨부 도면에 도시되어 있고, 어떠한 방식으로도 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 상이한 개시된 실시예의 다양한 특징이 조합되어 본 개시의 일부인 추가 실시예를 형성할 수 있다. 도면 전체에 걸쳐, 도면 부호는 참조 요소들 사이의 대응을 나타내기 위해 재사용될 수 있다.
도 1은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 아암(arm) 인터페이스를 통해 제어가능한 기구 이송기 장치를 포함하는 로봇 의료 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 로봇 시스템을 예시한 도면.
도 3은 하나 이상의 실시예에 따른 테이블-기반 로봇 시스템을 예시한 도면.
도 4는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1 내지 도 3의 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는 의료 시스템 컴포넌트를 예시한 도면.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1 내지 도 3의 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는 의료 시스템 컴포넌트를 예시한 도면.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, 환자의 비뇨기 계통의 부분에 그리고 기구 이송기와 구동 맞물림 상태로 배치된, 그의 작업 채널(working channel) 내에 바스켓팅 장치(basketing device)를 포함하는 요관경(ureteroscope)을 예시한 도면.
도 7은 하나 이상의 실시예에 따른, 환자의 비뇨기 계통의 부분에 그리고 기구 이송기와 구동 맞물림 상태로 배치된, 그의 작업 채널 내에 바스켓팅 장치를 포함하는 요관경을 예시한 도면.
도 8은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 아암과 연관된 기구 조작기 조립체의 분해도.
도 9는 하나 이상의 실시예에 따른, 내시경 및 기구 이송기 장치들이 각각 결합된 로봇 아암들의 사시도.
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 세장형 샤프트의 축방향 운동을 구동하도록 구성된 기구 이송기의 평면도.
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프(scope) 위치 결정 이미지 인식 아키텍처를 예시한 도면.
도 12는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 결석 파편을 포획하고 후퇴시키며 수집하기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 13-1, 도 13-2, 도 13-3, 및 도 13-4는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구의 축방향 구동 속도를 자동으로 수정하기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 14-1, 도 14-2, 도 14-3, 및 도 14-4는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 13-1, 도 13-2, 도 13-3, 및 도 13-4의 프로세스와 각각 연관된 다양한 블록, 상태, 및/또는 동작에 대응하는 소정 이미지를 도시한 도면.
도 15는 하나 이상의 실시예에 따른, 각자의 로봇 엔드 이펙터(end effector)들에 부착된 기구 및 기구 구동기/이송기를 포함하는 로봇 시스템을 도시한 도면.
도 16은 하나 이상의 실시예에 따라 소정 속도 구역들이 식별되는, 기구 구동기/이송기 장치와 접근 시스(sheath) 조립체의 조립체를 도시한 도면.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따라 소정 속도 구역들이 식별되는, 기구 구동기/이송기 장치와 접근 시스 조립체의 조립체를 도시한 도면.
도 18은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 시스 위치를 확인하기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 19는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 기구를 삽입하기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 20은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 기구를 후퇴시키기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 21은 횡방향 스코프 기부 병진을 사용하여 시료를 제거하기 위한 프로세스를 예시한 흐름도.
도 22a 및 도 22b는 본 개시의 태양들에 따른, 기구 후퇴를 구현하기 위해 소정 구역들 내에서 병진되도록 구성된 하나 이상의 로봇 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 시스템의 각각 부감도(overhead view) 및 측면도.
도 23-1, 도 23-2, 및 도 23-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프 후퇴와 관련하여 다양한 회전 상태에서의 스코프 기부/손잡이의 부감도.
도 24-1, 도 24-2, 및 도 24-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프 후퇴와 관련하여 다양한 회전 및 횡방향 병진 상태에서의 스코프 기부/손잡이의 부감도.
도 25-1 및 도 25-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 후퇴 및/또는 삽입과 관련하여 다양한 이동 및 병진 상태에서의 기구 기부의 부감도.
본 명세서에 제공된 표제는 단지 편의를 위한 것이고, 청구된 발명의 범주 또는 의미에 반드시 영향을 주는 것은 아니다. 소정의 바람직한 실시예 및 예가 아래에 개시되지만, 본 발명의 요지는 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 용도로 그리고 그의 변형 및 등가물로 확장된다. 따라서, 본 명세서로부터 발생할 수 있는 청구범위의 범주는 후술되는 특정 실시예들 중 임의의 것에 의해 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 임의의 방법 또는 프로세스에서, 방법 또는 프로세스의 작동 또는 동작은 임의의 적합한 시퀀스로 수행될 수 있고, 반드시 임의의 특정한 개시된 시퀀스로 제한되지는 않는다. 다양한 동작이 소정 실시예들을 이해하는 데 도움이 될 수 있는 방식으로 다수의 별개의 동작들로서 차례로 기술되지만, 설명의 순서는 이들 동작이 순서 의존적임을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 추가적으로, 본 명세서에 기술된 구조물, 시스템, 및/또는 장치는 통합된 컴포넌트로서 또는 별개의 컴포넌트로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예를 비교하기 위해, 이들 실시예의 소정 태양 및 이점이 기술된다. 모든 그러한 태양 또는 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 의해 달성되는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어, 다양한 실시예는 반드시 본 명세서에 또한 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 태양 또는 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
소정의 공간적으로 상대적인 용어, 예컨대 "외측", "내측", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평", "상단부", "저부", 및 유사한 용어는 다른 장치/요소 또는 해부학적 구조물에 대한 하나의 장치/요소 또는 해부학적 구조물의 공간 관계를 기술하기 위해 본 명세서에 사용되지만, 이들 용어가 도면의 예시된 배향에 대한 것과 같이 요소(들)/구조물(들) 사이의 위치 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에 사용되는 것으로 이해된다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여, 사용 또는 동작 중인 요소(들)/구조물(들)의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 다른 요소/구조물 "위"에 있는 것으로 기술된 요소/구조물이 대상 환자 또는 요소/구조물의 대안적인 배향과 관련하여 그러한 다른 요소/구조물 아래에 또는 옆에 있는 위치를 표현할 수 있고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 위에서 열거된 것들을 포함한 공간적으로 상대적인 용어가 참조된 도면의 각자의 예시된 배향에 대해 이해될 수 있음이 이해되어야 한다.
하나 이상의 측면에서 유사할 수 있는 특징을 갖는 장치, 컴포넌트, 시스템, 특징부, 및/또는 모듈에 대해 편의상 본 개시의 도면 세트의 상이한 도면들에 걸쳐 소정 도면 부호들이 재사용된다. 그러나, 본 명세서에 개시된 실시예들 중 임의의 것과 관련하여, 도면들에서의 공통 도면 부호들의 재사용은 그러한 특징부, 장치, 컴포넌트, 또는 모듈들이 동일하거나 유사하다는 것을 반드시 나타내는 것은 아니다. 오히려, 당업자는 공통 도면 부호의 사용이 언급된 요지 간의 유사성을 암시할 수 있는 정도와 관련하여 맥락에 의해 알게 될 수 있다. 특정 도면의 설명과 관련하여 특정 도면 부호의 사용은 그 특정 도면에서의 식별된 장치, 컴포넌트, 태양, 특징부, 모듈, 또는 시스템에 관련되는 것으로 이해될 수 있고, 다른 도면에서 동일 도면 부호에 의해 식별되는 임의의 장치, 컴포넌트, 태양, 특징부, 모듈, 또는 시스템에 반드시 관련되는 것은 아니라는 것이 이해될 수 있다. 또한, 공통 도면 부호들로 식별되는 별개의 도면들의 태양들은 특성들을 공유하거나 서로 완전히 독립적인 것으로 해석될 수 있다.
본 개시는 기구 이송기를 사용하여 샤프트-유형 기구의 축방향 이동에 대해 자동 일시정지, 감속, 및/또는 다른 속도 제어/수정을 구현하기 위한 시스템, 장치, 및 방법을 제공하며, 여기서 그러한 속도 제어/수정은 기구 이송기와 맞물리거나 이에 의해 구동되는 기구 및/또는 컴포넌트 또는 부분의 위치의 결정에 적어도 부분적으로 기초한다. 예를 들어, 일부 구현예는 관련 치료 부위에 대한 접근을 제공하는 삽입기(introducer)/접근 시스 또는 체강으로부터 관련 기구가 빠져나올 때의 기구 이송기 액추에이터 메커니즘의 자동 일시정지, 감속, 또는 가속의 구현에 관한 것이다. 본 개시에 관련된 기구 이송기 장치 및 다른 의료 장치와 관련하여, 용어 "장치"는 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 사용되며, 임의의 유형의 도구, 기구, 조립체, 시스템, 서브시스템, 기기, 컴포넌트 등을 지칭할 수 있다. 본 명세서의 일부 맥락에서, 용어 "기구"는 용어 "장치"와 실질적으로 상호교환가능하게 사용될 수 있다.
본 개시의 소정 태양이 신장, 비뇨기과학, 및/또는 신장학 절차, 예컨대 신장 결석 제거/치료 절차의 맥락에서 본 명세서에 상세히 기술되지만, 그러한 맥락이 편의상 그리고 명확성을 위해 제공되고, 본 명세서에 개시된 축방향 구동 제어, 기구 위치 결정/검출, 및 시료 수집 개념은 로봇 기관지경술과 같은 임의의 적합한 의료 절차에 적용가능하다는 것이 이해되어야 한다. 그러나, 언급된 바와 같이, 신장/비뇨기 해부학적 구조 및 연관된 의학적 문제 및 절차의 설명은 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념의 설명을 보조하기 위해 아래에 제시된다.
요관경술 절차와 같은 소정 의료 절차에서, 접근 시스를 통해 치료 부위에 접근하는 세장형 의료 기구는 치료 부위로부터 신장 결석 및 결석 파편 또는 다른 찌꺼기 또는 오염물(들)과 같은 부스러기를 제거하는 데 이용될 수 있다. 요로 결석증으로도 알려진 신장 결석 질환은 "신장 결석", "요로 결석", "신결석", "신장 결석증", 또는 "신석증"으로 지칭되는, 물질의 고체 조각의 요로 내의 형성을 수반하는 의학적 질환이다. 요로 결석은 신장, 요관, 및 방광("방광 결석"으로 지칭됨)에서 형성되고/되거나 발견될 수 있다. 그러한 요로 결석은 요액 중의 무기질 농도의 결과로서 형성될 수 있고, 일단 그러한 결석이 요관 또는 요도를 통한 소변 흐름을 방해하기에 충분한 크기에 도달하면 상당한 복부 통증을 유발할 수 있다. 요로 결석은 칼슘, 마그네슘, 암모니아, 요산, 시스틴, 및/또는 다른 화합물 또는 이들의 조합으로부터 형성될 수 있다.
몇몇 방법은, 관찰, 의학적 치료(예컨대, 배출 요법), 비-침습 치료(예컨대, 체외 충격파 쇄석술(extracorporeal shock wave lithotripsy, ESWL)), 및 수술 치료(예컨대, 요관경술 및 경피 신절석술(percutaneous nephrolithotomy, "PCNL"))를 포함하는, 신장 결석이 있는 환자를 치료하는 데 사용될 수 있다. 수술 접근법(예컨대, 요관경술 및 PCNL)에서, 의사는 결석에 대한 접근을 달성하고, 결석은 더 작은 조각 또는 파편으로 부서지고, 상대적으로 작은 결석 파편/미립자는 바스켓팅 장치 및/또는 흡인을 사용하여 신장으로부터 추출된다.
일부 절차에서, 외과 의사는 방광 및 요관으로부터 요로 결석을 제거하기 위해 요도를 통해 요로 내로 내시경(예컨대, 요관경)을 삽입할 수 있다. 전형적으로, 요관경은 그의 원위 단부에서 요로의 시각화를 가능하게 하도록 구성된 카메라를 포함한다. 요관경은 또한 요로 결석들을 포획하거나 파괴하도록 구성된 쇄석술 장치를 포함하거나 요관경의 작업 채널 내에서의 배치를 허용할 수 있다. 요관경술 절차 동안, 한 명의 의사/전문가가 요관경의 위치를 제어할 수 있고, 한편 다른 한 명의 의사/전문가가 쇄석술 장치(들)를 제어할 수 있다.
상대적으로 큰 결석을 제거하기 위한 절차와 같은 일부 절차에서, 의사는 결석(들)을 부수고 그리고/또는 제거하기 위해 치료 부위에 대한 접근을 제공하도록 피부를 통해(즉, 경피적으로) 신장경을 삽입하고 조직에 개재시키는 것을 포함하는 경피 신절석술(percutaneous nephrolithotomy, "PCNL") 기법을 사용할 수 있다. 표적 해부학적 부위에 대한 접근 채널을 제공하는 데 사용되는 경피 접근 장치(예컨대, 신장경, 시스, 시스 조립체, 및/또는 카테터(catheter))(및/또는 직접-진입 내시경)가 표적 부위에 관주액 흐름을 제공하고/하거나 (예컨대, 수동 유출 및/또는 능동 흡입을 통해) 표적 부위로부터 유체를 흡인하기 위한 하나 이상의 유체 채널을 포함할 수 있다.
요관경술 절차의 경우, 의사는 상대적으로 큰 신장 결석을 상대적으로 더 작은 파편들로 파괴하여 그의 추출을 용이하게 하기 위한 절차를 구현할 수 있다. 예를 들어, 신장 결석에 대한 레이저 조사(lasing)에 의하거나 쪼개기 힘의 다른 적용을 통한 것과 같은 소정 기구가 결석을 더 작은 파편들로 파괴하는 데 이용될 수 있다. 일부 절차에 따르면, 상대적으로 더 작은 결석 파편(들)을 포획하고 이들을 치료 부위로부터 환자 밖으로 추출하는 데 바스켓팅 장치/시스템이 사용될 수 있다. 일반적으로, 결석이 포획된 때, 외과 의사는 결석을 요관 접근 시스를 통해 빠르게 추출한 후에 바스켓을 개방하여 결석을 시료 수집 구조물 또는 영역 내에 침적/낙하시킬 것을 원할 수 있고, 그 후에 바스켓은 폐쇄되고 만약 조금이라도 있다면 남아있는 결석 또는 결석 파편을 추출할 목적을 위해 접근 시스를 통해 (예컨대, 내시경/요관경의 작업 채널 내에) 재삽입될 수 있다.
로봇-보조식 요관경술 절차는 신장 결석 제거 절차와 같은 다양한 의료 절차와 관련하여 구현될 수 있고, 여기서 로봇 도구는 의사/비뇨기과 의사가 내시경 표적 접근뿐만 아니라 경피 접근/치료를 수행할 수 있게 할 수 있다. 유리하게는, 본 개시의 태양은 절차 효율 및 효능을 개선하기 위해 내시경/요관경의 축방향 삽입 및/또는 후퇴를 로봇으로 제어하기 위한 시스템, 장치, 및 방법에 관한 것이다. 일부 요관경술 절차와 관련하여, 전진, 포획, 및 후퇴 시퀀스/트립들을 각각 요구하는 최대 30개의 결석 파편 또는 그 이상을 포획 및 추출하는 것이 필요할 수 있다. 접근 시스를 통해 바스켓 및 스코프를 후퇴시키는 프로세스, 포획된 결석 파편을 낙하/침적시키는 프로세스, 및 스코프/바스켓을 접근 시스 내로 그리고 이를 통해 재삽입하는 프로세스는 이상적으로는 효율적인 방식으로 반복가능할 것이다. 그러나, 그러한 프로세스는 결석 파편 및 바스켓이 접근 시스 외부로 추출되도록 스코프가 접근 시스의 근위 개구로부터 제거될 때를 확인하기 위해 후퇴 동안 의사가 스코프 카메라 이미지/뷰를 모니터링할 것을 요구할 수 있다. 이어서, 포획된 결석 파편을 낙하/침적시키기 위해 바스켓을 개방 및 폐쇄할 때를 확인하기 위하여 다른 기술자와 조정하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 후속적으로, 접근 시스 내로의 스코프/바스켓의 삽입은, 환자 생리학 및/또는 외과용 구조물/장치에 대한 상처 또는 손상을 초래할 수 있는, 접근 시스 외부로의 스코프의 고속 전진을 방지하기 위해 신중한 조작을 요구할 수 있다.
본 명세서에 기술된 예들 중 몇몇에서, 물체 제거 절차는 신장으로부터의 결석의 제거를 위한 로봇 시스템 및 의료 기구/장치의 사용에 관한 것이다. 그러나, 본 개시는 신장 결석 치료에만 제한되지는 않는다. 예를 들어, 하기 설명은 또한, 예를 들어 담낭 결석 제거, 폐(폐/경흉부) 종양 생검, 또는 백내장 제거와 같은, 내시경 및/또는 경피 접근을 통해 치료 부위 또는 환자 공동(예컨대, 식도, 요관, 장, 눈 등)으로부터 제거될 수 있는 임의의 물체를 포함하는, 환자로부터의 물체의 제거와 관련된 절차와 같은, 진단 또는 치료를 위한 다른 외과 또는 의료 수술 또는 의료 절차에 적용가능하다. 본 개시의 소정 실시예는 유리하게는, 스코프의 후퇴 속도 및/또는 후퇴가 중지/일시정지되는 위치에 관하여, 기구 이송기를 사용한 스코프 또는 다른 세장형 샤프트의 후퇴와 연관된 문제를 일소한다.
의료 시스템
도 1은 본 개시의 태양에 따른, 다양한 의료 절차를 수행하기 위한 예시적인 의료 시스템(100)을 예시한다. 의료 시스템(100)은 예를 들어 내시경(예컨대, 요관경) 절차에 사용될 수 있다. 위에서 참조되고 기술된 바와 같이, 소정 요관경술 절차는 신장 결석의 치료/제거를 포함한다. 일부 구현예에서, 신장 결석 치료는 소정 로봇 기술/장치의 도움으로부터 이익을 얻을 수 있다. 로봇 의료 해결책은 엄밀히 수동인 절차에 비해 소정 기구와 관련하여 상대적으로 더 높은 정밀도, 우수한 제어, 및/또는 우수한 손-눈 협응(hand-eye coordination)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일부 절차에 따른 신장에 대한 로봇-보조식 요관경 접근은 유리하게는 비뇨기과 의사가 내시경 제어 및 바스켓팅 제어 둘 모두를 개별적으로 수행할 수 있게 할 수 있다.
도 1의 시스템(100)이 요관경술 절차의 맥락에서 제시되지만, 본 명세서에 개시된 원리는 임의의 유형의 내시경술 절차에서 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에 기술된 몇몇 예는 신장으로부터의 신장 결석의 제거를 포함하는 물체 제거 절차에 관한 것이다. 그러나, 본 개시는 신장 결석 제거에만 제한되지는 않는다. 예를 들어, 하기 설명은 또한, 예를 들어 담낭 결석 제거, 폐(폐/경흉부) 종양 생검, 또는 백내장 제거와 같은, 경피 및/또는 내시경 접근을 통해 치료 부위 또는 환자 공동(예컨대, 식도, 요관, 장, 눈 등)으로부터 제거될 수 있는 임의의 물체를 포함하는, 환자로부터의 물체의 제거와 관련된 다른 외과 또는 의료 수술 또는 의료 절차에 적용가능하다.
의료 시스템(100)은 환자(7)에게 직접-진입 절차를 수행하기 위해 의료 기구(40)(예컨대, 요관경)와 맞물리고/리거나 이를 제어하도록 구성된 로봇 시스템(10)(예컨대, 이동식 로봇 카트)을 포함한다. 용어 "직접-진입"은 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 환자의 신체 내의 자연 또는 인공 개구를 통한 기구장치의 임의의 진입을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 환자(7)의 요로 내로의 스코프(40)의 직접 진입은 요도(65)를 통해 이루어질 수 있다.
직접-진입 기구(40)가 내시경(예컨대, 요관경), 카테터(예컨대, 조향가능 또는 비-조향가능 카테터), 신장경, 복강경, 또는 다른 유형의 의료 기구를 포함하는, 임의의 유형의 의료 기구일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 요관 접근 시스(예컨대, 요관 접근 시스(90))를 통한 신장 결석의 제거를 위한 요관경술 절차와 관한 본 개시의 실시예는 또한 경피 접근을 통한, 예컨대 경피 접근 시스를 통한 물체의 제거를 위한 해결책에 적용가능하다. 예를 들어, 기구(들)는, 예를 들어 신장 결석을 포획 및 제거하기 위한 경피 접근 시스를 통해, 경피적으로 신장에 접근할 수 있고; 그러한 기구의 삽입 및 후퇴 속도들은 본 개시의 태양에 따라 기구 위치에 기초하여 수정/제어될 수 있다. 용어 "경피 접근"은 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 절차와 연관된 표적 해부학적 위치(예컨대, 신장(70)의 신배 네트워크(calyx network))에 도달하는 데 필요한 환자의 피부 및 임의의 다른 신체 층을 통한 기구장치의, 예컨대 천공 및/또는 작은 절개에 의한 진입을 지칭할 수 있다.
의료 시스템(100)은, 로봇 시스템(10)과 인터페이싱하고, 절차에 관한 정보를 제공하고, 그리고/또는 다양한 다른 동작을 수행하도록 구성된 제어 시스템(50)을 포함한다. 예를 들어, 제어 시스템(50)은 의사(5) 및/또는 다른 전문가(들) 또는 개인(들)을 보조하기 위해 소정 정보를 제시하도록 구성된 하나 이상의 디스플레이(들)(56)를 포함할 수 있다. 의료 시스템(100)은 환자(7)를 유지시키도록 구성된 테이블(15)을 포함할 수 있다. 시스템(100)은 전자기(EM)장 발생기(18)를 더 포함할 수 있고, 이는 로봇 시스템(10)의 로봇 아암(12)들 중 하나 이상에 의해 유지될 수 있거나, 독립형 장치일 수 있다. 다양한 로봇 아암이 다양한 위치에 도시되고 다양한 도구/장치에 결합되지만, 그러한 구성은 편의상 그리고 예시 목적을 위해 도시되고, 그러한 로봇 아암은 시간 경과에 따라 그리고/또는 의료 절차 동안의 상이한 지점에서 상이한 구성을 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 로봇 아암(12)은 도 1에 도시된 것과 상이한 장치/기구에 결합될 수 있고, 일부 경우 또는 기간에, 아암들 중 하나 이상은 의료 기구(예컨대, 기구 조작기/커플링)에 결합되지 않거나 이용되지 않을 수 있다.
예시적인 사용 사례에서, 환자(7)가 신장(70) 내에 위치된 신장 결석(또는 결석 파편)(80)을 갖는 경우, 의사는 요로(63, 60, 65)를 통해 결석(80)을 제거하기 위한 절차를 실행할 수 있다. 일부 실시예에서, 의사(5)는 로봇 시스템(10)이 의료 기구(40)(예컨대, 스코프)를 요도(65)로부터, 방광(60)을 통해, 위로 요관(63)으로, 그리고 결석(80)이 위치된 신장(70)의 신우(renal pelvis)(71) 및/또는 신배 네트워크 내로 전진시키고 내비게이팅하게 하도록/이와 같이 로봇 시스템을 제어하도록 제어 시스템(50) 및/또는 로봇 시스템(10)과 상호작용할 수 있다. 의사(5)는 기구(40)의 작업 채널을 통한 바스켓팅 장치(30)의 전진을 유발/제어하도록 제어 시스템(50) 및/또는 로봇 시스템(10)과 추가로 상호작용할 수 있고, 여기서 바스켓팅 장치(30)는 신장 결석의 포획 및 제거를 용이하게 하도록 구성된다. 제어 시스템(50)은 의사(5)가 그러한 기구장치를 내비게이팅/제어하는 것을 보조하기 위해 의료 기구(40) 및/또는 시스템(100)의 다른 기구와 연관된 정보, 예컨대 그에 의해 캡처된 실시간 내시경 이미지를 디스플레이(들)(56)를 통해 제공할 수 있다.
신장 해부학적 구조는 본 발명의 개념의 태양에 관련된 소정 의료 절차와 관련하여 참조를 위해 본 명세서에 기술된다. 도 1의 전형적인 해부학적 위치에서 개략적으로 도시된 신장(70)은 일반적으로 후복막 공간 내에서 각각 좌측 및 우측에 위치된 2개의 콩-형상의 장기를 포함한다. 성인의 경우, 신장은 일반적으로 높이/길이가 약 11 cm이다. 신장은 쌍을 이룬 신동맥(69)들로부터 혈액을 수용하고, 혈액은 쌍을 이룬 신정맥(67)들을 통해 신장을 빠져나간다. 각각의 신장(70)은 각각의 요관(63)과 유체적으로 결합되고, 이는 일반적으로 신장(70)으로부터의 배출된 소변을 방광(60)으로 운반하는 관을 포함한다.
신장(70)은 전형적으로 복강 내에서 상대적으로 높게 위치되고, 약간 비스듬한 각도로 후복막 위치에 놓인다. 일반적으로 간의 위치로 인한, 복강 내에서의 비대칭은 (도 1에 상세히 도시된) 우측 신장이 전형적으로 좌측 신장보다 약간 더 낮고 더 작게 하고, 좌측 신장보다 약간 더 중앙에 배치되게 한다. 각각의 신장의 상부에 (도시되지 않은) 부신이 있다. 신장(70)의 상부 부분은 11번 및 12번 늑골(도시되지 않음)에 의해 부분적으로 보호된다. 각각의 신장은, 그의 부신과 함께, 일반적으로 2개의 지방 층에 의해 둘러싸인다: 신근막(renal fascia)과 신피막(renal capsule) 사이에 존재하는 신장주위 지방(perirenal fat) 및 신근막 위에 있는 신장곁 지방(pararenal fat).
신장(70)은 다양한 체액 구획의 체적, 유체 삼투질농도, 산-염기 균형, 다양한 전해질 농도, 및 독소 제거의 조절에 참여한다. 신장(70)은 소정 물질을 분비하고 다른 물질을 재흡수함으로써 여과 기능을 제공한다. 소변으로 분비되는 물질의 예는 수소, 암모늄, 칼륨 및 요산이다. 또한, 신장은 또한 호르몬 합성 등과 같은 다양한 다른 기능을 수행한다.
신장(70)의 오목한 가장자리 상의 리세스된 영역(recessed area)이 신문(renal hilum)(81)이고, 여기서 (신장(70)의 상세도에 도시되지 않은) 신동맥(69)이 신장(70)으로 들어가고 (상세도에 도시되지 않은) 신정맥(67)과 요관(63)이 나간다. 신장(70)은 강인한 섬유질 조직인 신피막(74)에 의해 둘러싸이고, 이는 그 자체가 신장주위 지방, 신근막, 및 신장곁 지방에 의해 둘러싸인다. 이들 조직의 전방(앞쪽) 표면은 복막이고, 한편 후방(뒤쪽) 표면은 복횡근막이다.
신장(70)의 기능적 물질 또는 실질(parenchyma)은 2개의 주요 구조로 나뉜다: 외측 신피질(renal cortex)(77) 및 내측 신수질(renal medulla)(87). 이들 구조는, 신추체(renal pyramid)(72)로 불리는 수질의 일부분을 둘러싸는 신피질을 각각 포함하는, 복수의 대체로 원추-형상의 신엽(renal lobe)의 형상을 취한다. 신추체(72)들 사이에, 신주(renal column)(73)로 불리는 피질의 돌기가 있다. 신장의 소변-생성 기능적 구조인 네프론(nephron)(도 1에 상세히 도시되지 않음)이 피질(77) 및 수질(87)에 걸쳐 있다. 네프론의 초기 여과 부분은 신소체(renal corpuscle)이고, 이는 피질 내에 위치되며, 그 뒤로, 피질로부터 수질 추체로 깊게 통과하는 신세뇨관(renal tubule)이 이어진다. 신피질의 일부인 수질 방사선(medullary ray)은 단일 집합관으로 배출하는 신세뇨관의 집합이다.
각각의 신추체의 팁/정점 또는 유두(79)는 소변을 각각의 소신배(minor calyx)(75)로 비우고; 소신배(75)는 대신배(major calyx)(76)로 비우고, 대신배(76)는 신우(renal pelvis)(71)로 비우고, 이는 요관(63)으로 이행된다. 소신배 및 대신배의 다양체(manifold)-유형 집합은 본 명세서에서 신장의 "신배 네트워크"로 지칭될 수 있다. 문(81)에서, 요관(63)과 신정맥(67)은 신장에서 빠져나가고 신동맥(69)은 들어간다. 림프절을 가진 림프 조직 및 문 지방(hilar fat)이 이들 구조를 둘러싼다. 문 지방은 신동(renal sinus)으로 불리는 지방-충전 공동과 인접해 있다. 신동은 집합적으로 신우(71) 및 신배(75, 76)를 포함하고, 이들 구조를 신수질 조직으로부터 분리한다. 신배와 연관된 깔때기/관형-형상의 해부학적 구조는 누두/누두들로 지칭될 수 있다. 즉, 누두는 일반적으로 유두가 신배 내에서 노출되는 신배의 종단부로 이어진다.
의료 시스템(100)을 추가로 참조하면, 의료 기구(40)(예컨대, 스코프, 직접-진입 기구 등)는 요로를 통해 신장(70) 내로 전진될 수 있다. 구체적으로, 요관 접근 시스(90)가 요로 내에서 신장(70) 부근의 영역에 배치될 수 있다. 의료 기구(40)는 도시된 바와 같이 신장(70)의 내부 해부학적 구조에 대한 접근을 달성하기 위해 요관 접근 시스(90)로 통과될 수 있다. 일단 신장 결석(80)의 부위에(예컨대, 그것을 통해 결석(80)에 접근가능한 신장(70)의 표적 신배(75) 내에) 있게 되면, 의료 기구(40)는 바스켓팅 장치(30)를 표적 위치로 채널링/지향시키는 데 사용될 수 있다. 일단 결석(80)이 바스켓팅 장치(30)의 원위 바스켓 부분(35) 내에 포획되었으면, 이용된 요관 접근 경로는 환자(7)로부터 신장 결석(80)을 추출하는 데 사용될 수 있다.
시스템(100)의 스코프(40)와 같은, 본 명세서에 개시된 다양한 스코프-유형 기구는 인간 해부학적 구조 내에서, 예컨대 인간 해부학적 구조의 자연 구멍 또는 내강 내에서 내비게이팅하도록 구성될 수 있다. 용어 "스코프" 및 "내시경"은 그들의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 이미지 생성, 관찰, 및/또는 캡처링 기능을 갖고 임의의 유형의 장기, 공동, 내강, 챔버, 또는 신체의 공간 내로 도입되도록 구성된 임의의 유형의 세장형 의료 기구를 지칭할 수 있다. 스코프는 예를 들어 (예컨대, 요로에 접근하기 위한) 요관경, 복강경, (예컨대, 신장에 접근하기 위한) 신장경, (예컨대, 기관지와 같은 기도에 접근하기 위한) 기관지경, (예컨대, 결장에 접근하기 위한) 결장경, (예컨대, 관절에 접근하기 위한) 관절경, (예컨대, 방광에 접근하기 위한) 방광경, (예컨대, 결장 및/또는 직장에 접근하기 위한) 결장경, 보어스코프(borescope) 등을 포함할 수 있다. 스코프/내시경은, 일부 경우에, 적어도 부분적으로 강성이고/이거나 가요성인 튜브를 포함할 수 있고, 외측 시스, 카테터, 삽입기, 또는 다른 루멘(lumen)-유형 장치 내에서 통과되도록 치수설정될 수 있거나, 그러한 장치 없이 사용될 수 있다.
시스템(100)은 유리하게는 본 명세서에 상세히 개시된 바와 같이 결정된/검출된 스코프 위치에 기초하여 소정 스코프 후퇴 속도 제어/수정을 구현하도록 구성될 수 있다. 그러한 스코프 속도 제어는 유리하게는 스코프 삽입 및 후퇴 동안 효율적인 결석 제거 및 조직 및/또는 기구장치에 대한 손상의 방지 또는 감소된 위험을 제공할 수 있다.
도 2는 하나 이상의 실시예에 따른, 진단 및/또는 치료 기관지경술을 위해 배열된 카트-기반 로봇 시스템(101)을 예시한다. 기관지경술 동안, 로봇 시스템(10)의 아암(12)(들)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(52)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(natural orifice access point)(예컨대, 본 예에서 테이블(15) 상에 위치된 환자(7)의 입)을 통해 구동하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 로봇 시스템(10)(예컨대, 카트)은 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경(52)을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 2의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다.
일단 로봇 시스템(10)이 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(52)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 조향가능 내시경(52)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 이송기(11)들의 세트로부터의 별개의 기구 이송기에 결합되고, 각각의 기구 이송기는 각자의 로봇 아암(12)의 원위 단부에 결합된다. 기구 이송기(11)들의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일(virtual rail)"(103)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일/경로는 일반적으로 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지 않는 파선을 사용하여 도면에 도시되어 있다. 가상 레일(103)을 따른 기구 이송기(19)들 중 하나 이상의 병진은 내시경(52)을 환자(7)로 전진시키거나 이로부터 후퇴시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기구 이송기(11)들 중 하나 이상의 하나 이상의 축방향 구동 액추에이터의 구현은 스코프(52)의 축방향 이동을 유발할 수 있다.
내시경(52)은 표적 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템(10)으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 별개의 기구 이송기(19)들의 사용은 내시경/조립체(52)의 별개의 부분들의 독립적인 구동을 허용할 수 있다. 예를 들어, 내시경(52)은, 예를 들어 환자의 폐 내의 병변 또는 결절과 같은 표적에 생검 바늘을 전달하도록 지향될 수 있다. 바늘은 병리학자에 의해 분석될 조직 샘플을 얻기 위해 내시경의 길이를 따라 연장되는 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 병리학 결과에 따라, 추가 도구가 추가 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 예를 들어, 결절이 악성으로 인식된 후에, 내시경(52)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(52)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 경우에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
시스템(101)에서, 환자 삽입기(102)가 포트(도시되지 않음; 예컨대 수술 튜브)를 통해 환자(7)에 부착된다. 삽입기(102)의 곡률은 로봇 시스템(10)이 환자-접근 포트와 직접 축방향 정렬되지 않는 위치로부터 기구(52)를 조작할 수 있게 함으로써, 실내에서의 로봇 시스템(10)의 배치에 더 큰 유연성을 허용할 수 있다. 또한, 삽입기(102)의 곡률은 로봇 시스템(10)의 로봇 아암(12)들이 환자 삽입기(102)와 실질적으로 수평으로 정렬되게 할 수 있으며, 이는 필요한 경우 로봇 아암(12)(들)의 수동 이동을 용이하게 할 수 있다. 제어 시스템(50) 및/또는 로봇 카트(10)는 본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따라 스코프(52) 또는 그의 일부분의 현재 위치에 기초하여 스코프 속도 제어/수정을 구현하도록 구성된 제어 회로를 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른 테이블-기반 로봇 시스템(104)을 예시한다. 시스템(104)은 로봇 컴포넌트(105)들을 테이블(147)과 통합시킴으로써, 일부 카트-기반 로봇 시스템에 비해 수술실 내의 자본 장비의 양이 감소되게 하며, 이는 일부 경우에 환자(7)에 대한 더 큰 접근을 허용할 수 있다. 카트-기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(104)의 로봇 아암(212)과 연관된 기구 장치 조작기 조립체는 일반적으로 가상 레일 또는 경로를 따라 카테터 등과 같은 세장형 의료 기구를 조작하도록 설계된 기구 및/또는 기구 이송기를 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 로봇-인에이블드(robotic-enabled) 테이블 시스템(104)은 하나 이상의 로봇 아암(212)이 그로부터 나올 수 있는 하나 이상의 캐리지(carriage)(141)(예컨대, 링-형상의 가동 구조물)에 결합된 칼럼(column)(144)을 포함할 수 있다. 캐리지(141)(들)는 로봇 아암(212)이 그로부터 환자(7)에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(144)의 길이의 적어도 일부분을 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(141)는, 로봇 아암(212)이 테이블(104)의 다수의 측부에 접근하게 하기 위해, 칼럼(144) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 일부 실시예에서 칼럼(144)을 중심으로 회전할 수 있다. 캐리지(141)(들)의 회전 및/또는 병진은 시스템(104)이 내시경 및 카테터와 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키게 할 수 있다. 수직 조정을 제공함으로써, 로봇 아암(212)은 유리하게는 테이블 시스템(104)의 플랫폼(147) 아래에 콤팩트하게 수납되고 후속하여 절차 동안 상승되도록 구성될 수 있다.
로봇 아암(212)은 로봇 아암(212)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함할 수 있는 하나 이상의 아암 마운트(arm mount)(145)를 통해 캐리지(141)(들) 상에 장착될 수 있다. 칼럼(144)은 플랫폼(147)에 대한 지지 및 캐리지(141)(들)의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 칼럼(144)은 또한 캐리지(141)(들) 및/또는 그 상에 장착된 로봇 아암(212)에 전력 및 제어 신호들을 전달할 수 있다. 시스템(104)은 아암(212)들 중 하나의 엔드 이펙터에 결합될 수 있는 기구 이송기(211)를 사용하여 기구(148)의 축방향 구동을 제어하도록 구성된 소정 제어 회로를 포함할 수 있으며, 여기서 기구 이송기(211)는 기구(148)의 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 세장형 기구(예컨대, 내시경)(148)에 대한 축방향 구동 속도를 자동으로 수정하도록 제어된다. 예를 들어, 기구(148)의 원위 단부가 미리 결정된 자동 일시정지 위치에 위치될 때, 기구 이송기(211)는 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 시료 수집을 허용하기 위해 축방향 후퇴를 자동으로 일시정지/중지하도록 제어/구동될 수 있다.
용어 "엔드 이펙터"는 본 명세서에서 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 사용되고, 임의의 유형의 로봇 조작기 장치, 컴포넌트, 및/또는 조립체를 지칭할 수 있다. 멸균 어댑터와 같은 어댑터가 로봇 엔드 이펙터 또는 다른 로봇 조작기에 결합될 때, 용어 "엔드 이펙터"는 어댑터(예컨대, 멸균 어댑터), 또는 임의의 다른 로봇 조작기 장치, 컴포넌트, 또는 엔드 이펙터와 연관되고/되거나 그에 결합된 조립체를 지칭할 수 있다. 일부 맥락에서, 로봇 엔드 이펙터 및 어댑터의 조합은 기구 조작기 조립체로 지칭될 수 있고, 여기서 그러한 조립체는 어댑터 및/또는 엔드 이펙터에 물리적으로 결합된 의료 기구(또는 기구 손잡이/기부)를 또한 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다. 용어 "로봇 조작기" 및 "로봇 조작기 조립체"는 그들의 넓고 통상적인 의미에 따라 사용되며, 집합적으로 또는 개별적으로 엔드 이펙터에 결합된 로봇 엔드 이펙터 및/또는 멸균 어댑터 또는 다른 어댑터 컴포넌트를 지칭할 수 있다. 예를 들어, "로봇 조작기" 또는 "로봇 조작기 조립체"는, 로봇 엔드 이펙터, 멸균 어댑터, 및/또는 다른 컴포넌트(들)에 구현되든 아니든, 하나 이상의 구동 출력부를 포함하는 기구 장치 조작기(instrument device manipulator, IDM)를 지칭할 수 있다. 용어 "로봇 조작기" 및 "로봇 조작기 조립체"는 엔드 이펙터와 연관된 로봇 아암 또는 다른 로봇 병진기를 또한 지칭할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "엔드 이펙터"는 임의의 유형의 로봇 조작기를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
도 1 내지 도 3, 및 도 1 내지 도 3 중 임의의 것의 제어 시스템의 예시적인 실시예를 도시하는 도 4를 참조하면, 관련 제어 시스템(50)은 의료 절차를 수행하는 것을 보조하기 위해 다양한 기능을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(50)은 로봇 시스템(10)에 결합되고, 환자(7)에게 의료 절차를 수행하기 위해 그와 협력하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(50)은 (예컨대, 로봇 시스템(10)을 제어하기 위해) 무선 또는 유선 접속을 통해 로봇 시스템(10)과 통신할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(50)은 로봇 시스템(10)과 통신하여 그로부터 스코프(40)의 원위 단부, 접근 시스(90), 또는 바스켓팅 장치(30)의 위치에 관련된 위치 데이터를 수신할 수 있다. 스코프(40), 접근 시스(90), 또는 바스켓팅 장치(30)의 위치에 관한 그러한 위치 데이터는 각자의 컴포넌트와 연관된 하나 이상의 전자기 센서, 스코프 이미지 처리 기능을 사용하여 그리고/또는 로봇 시스템 데이터(예컨대, 아암 위치 데이터, 다양한 시스템 컴포넌트의 알려진 파라미터/치수 등)에 적어도 부분적으로 기초하여 도출될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 제어 시스템(50)은 테이블(15)과 통신하여 테이블(15)을 특정 배향으로 위치시키거나 달리 테이블(15)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(50)은 EM장 발생기(18)와 통신하여 환자(7) 주위 및/또는 기구 이송기(11) 주위의 영역 내의 EM장의 발생을 제어할 수 있다.
도 4는 도 1 내지 도 3 중 임의의 것의 로봇 시스템의 예시적인 실시예를 또한 도시한다. 로봇 시스템(10)은 의료 절차의 실행을 적어도 부분적으로 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 로봇 시스템(10)은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 로봇 시스템(10)은 절차의 하나 이상의 태양을 수행하기 위해, 예를 들어 스코프(40) 및/또는 바스켓팅 시스템(30)과 맞물리고/리거나 이를 제어하도록 구성된 하나 이상의 로봇 아암(12)을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 로봇 아암(12)은 조인트(joint)(24)에 결합된 다수의 아암 세그먼트(arm segment)(23)를 포함할 수 있고, 이는 다중 이동도/자유도(degrees of movement/freedom)를 제공할 수 있다. 도 1의 예에서, 로봇 시스템(10)은 환자의 다리에 근접하게 위치되고, 로봇 아암(12)은 환자(7)의 요도(65)와 같은 접근 개구 내로의 접근을 위해 스코프(40)와 맞물리고 이를 위치시키도록 작동된다. 로봇 시스템(10)이 적절하게 위치될 때, 스코프(40)는 로봇 아암(12)을 사용하여 로봇으로, 의사(5)에 의해 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자(7) 내로 삽입될 수 있다. 스코프-구동기 기구 커플링(11)(즉, 기구 장치 조작기(IDM))이 스코프(40)의 로봇 제어/전진을 용이하게 하도록 아암들 중 하나(12b)의 원위 단부 이펙터(22)에 부착될 수 있다. 아암들 중 다른 것(12a)은 바스켓팅 장치(30)의 전진 및 동작을 용이하게 하도록 구성된 기구 커플링/조작기(19)와 연관될 수 있다. 기구 커플링(19)은 스코프(40)를 위한 손잡이(31)를 추가로 제공할 수 있으며, 여기서 스코프(40)는 스코프(40)의 근위 단부에서 손잡이(31)에 물리적으로 결합된다. 스코프(40)는 쇄석기(lithotripter), 바스켓팅 장치, 겸자 등과 같은 추가 도구가 그것을 통해 치료 부위 내로 도입될 수 있는 하나 이상의 작업 채널을 포함할 수 있다.
로봇 시스템(10)은 의료 시스템(100)의 임의의 컴포넌트에, 예컨대 제어 시스템(50), 테이블(15), EM장 발생기(18), 스코프(40), 바스켓팅 시스템(30), 및/또는 임의의 유형의 경피-접근 기구(예컨대, 니들, 카테터, 신장경 등)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(10)은 제어 시스템(50)에 통신가능하게 결합된다. 예를 들어, 로봇 시스템(10)은 소정 동작을 수행하기 위해, 예컨대 특정 방식으로 로봇 아암(12)들 중 하나 이상을 위치시키고, 스코프(40)를 조작하고, 바스켓팅 시스템(30)을 조작하는 등을 위해 제어 시스템(50)으로부터 제어 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 이에 응답하여, 로봇 시스템(10)은 동작을 수행하기 위해, 소정 제어 회로(211), 액추에이터(217), 및/또는 로봇 시스템(10)의 다른 컴포넌트를 사용하여, 로봇 시스템(10)의 컴포넌트를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(211)는 기구 이송기(11)에 결합된 엔드 이펙터(22)의 구동 출력부(402)(들)를 작동시킴으로써 스코프(40)의 축방향 운동을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 로봇 시스템(10) 및/또는 제어 시스템(50)은 환자(7)의 내부 해부학적 구조 및/또는 접근 시스 또는 다른 장치 컴포넌트의 부분을 표현하는 이미지 및/또는 이미지 데이터를 스코프(40)로부터 수신하도록 구성된다.
로봇 시스템(10)은 일반적으로 세장형 지지 구조물(14)("칼럼"으로도 지칭됨), 로봇 시스템 기부(25), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(console)(13)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 1에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 하나 이상의 아암 지지부(17)("캐리지"로도 지칭됨)를 포함할 수 있다. 아암 지지부(17)는 환자에 대한 원하는 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조정하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다.
아암 지지부(17)는 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 아암 지지부(17)는 아암 지지부(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치된 슬롯(slot)(20)들을 통해 칼럼(14)에 연결될 수 있다. 슬롯(20)은 아암 지지부(17)를 로봇 시스템 기부(25)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 아암 지지부(17)의 수직 병진은 로봇 시스템(10)이 로봇 아암(12)의 도달범위를 조정하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 아암 지지부(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용할 수 있다.
로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링킹 아암 세그먼트(linking arm segment)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(22)를 포함할 수 있고, 각각의 조인트는 하나 이상의 독립적인 액추에이터(217)를 포함한다. 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함할 수 있다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트(24)는 로봇 아암이 이용가능한 독립적인 자유도를 제공하거나 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 아암(12)들의 각각은 7개의 조인트를 갖고, 따라서 "여분의(redundant)" 자유도를 포함하는, 7 자유도를 제공한다. 여유 자유도는 로봇 아암(12)이 상이한 링크장치 위치 및 조인트 각도를 사용하여 공간에서 특정 위치, 배향, 및 궤적으로 그들 각각의 엔드 이펙터(22)를 위치시키도록 허용한다. 이는 시스템이 의료 기구를 공간에서 원하는 지점으로부터 위치시키고 지향시키도록 허용함과 동시에, 의사가 아암 충돌을 회피하면서 더 우수한 접근을 생성하기 위해 아암 조인트를 환자로부터 떨어진 임상적으로 유리한 위치로 이동시키도록 허용한다.
로봇 시스템 기부(25)는 바닥 위에서 칼럼(14), 아암 지지부(17), 및 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 로봇 시스템 기부(25)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 소정의 상대적으로 더 무거운 컴포넌트뿐만 아니라, 선택적으로 로봇 시스템을 움직이지 못하게 하거나 이동을 가능하게 하는 컴포넌트를 수용할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템 기부(25)는 절차 전에 로봇 시스템이 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 휠-형상의 캐스터(wheel-shaped caster)(28)를 포함할 수 있다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(28)는 절차 동안 로봇 시스템(10)을 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.
칼럼(14)의 상부 단부에 위치되어, 콘솔(13)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사/사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린(16) 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린과 같은 이중-목적 장치)를 제공할 수 있다. 콘솔/디스플레이(16) 또는 디스플레이(56) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터(mapping data), 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구로부터 제공되는 광학 정보, 센서로부터의 센서 및 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(13)은 의사가 아암 지지부(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔에 접근하게 허용하도록 위치되고 기울어질 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 로봇 시스템(10) 뒤로부터 콘솔(13)을 동작시키면서 콘솔(13), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(13)은 또한 로봇 시스템(10)을 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함할 수 있다.
로봇 아암(12)들의 각각의 엔드 이펙터(22)는 일부 경우에 멸균 어댑터 컴포넌트를 사용하여 부착될 수 있는 기구 장치 조작기(IDM)(29)를 포함하거나 그에 결합되도록 구성될 수 있다. 엔드 이펙터(22) 및 연관된 IDM뿐만 아니라 임의의 개재 메커니즘 또는 커플링(예컨대, 멸균 어댑터)의 조합은 조작기 조립체(111)로서 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, IDM(29)은 제거되고 상이한 유형의 IDM으로 교체될 수 있는데, 예를 들어 제1 유형(11)의 IDM이 내시경을 조작하도록 구성될 수 있는 반면, 제2 유형(19)의 IDM이 바스켓팅 장치를 조작하고/하거나 내시경의 근위 단부를 지지할 수 있다. 다른 유형의 IDM은 전자기장 발생기(18)를 유지하도록 구성될 수 있다. IDM가 전력 및 제어 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스는 로봇 아암(12)으로부터 IDM으로 공압, 전력, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 전달하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다. IDM(29)은 스코프(40)와 같은 의료 기구(예컨대, 수술 도구/기구)를, 예를 들어 직접 구동, 하모닉 구동(harmonic drive), 기어식 구동, 벨트 및 풀리, 자기 구동 등을 포함하는 기법을 사용하여 조작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치 조작기(29)는 로봇 아암(12)들 중 각자의 아암들에 부착될 수 있고, 여기서 로봇 아암(12)들은 각자의 결합된 의료 기구들을 치료 부위 내로 또는 그 외부로 삽입하거나 후퇴시키도록 구성된다.
위에서 참조된 바와 같이, 시스템(100)은 로봇 시스템(10)의 제어 회로(211) 및 제어 시스템(50)의 제어 회로(251)를 포함하여, 본 명세서에 기술된 소정 기능을 수행하도록 구성된 소정 제어 회로를 포함할 수 있다. 즉, 시스템(100, 101, 104)의 제어 회로는 로봇 시스템(10), 제어 시스템(50), 또는 이들의 일부 조합의 부분일 수 있다. 따라서, 제어 회로에 대한 본 명세서에서의 임의의 언급은 로봇 시스템, 제어 시스템, 또는 도 1 내지 도 3에 각각 도시된 의료 시스템(100, 101, 104)과 같은 의료 시스템의 임의의 다른 컴포넌트에서 구현되는 회로를 지칭할 수 있다. 용어 "제어 회로"는 그의 넓고 통상적인 의미에 따라 본 명세서에 사용되고, 프로세서, 처리 회로, 처리 모듈/유닛, 칩, 다이(예컨대, 하나 이상의 능동 및/또는 수동 소자 및/또는 접속 회로를 포함하는 반도체 다이), 마이크로프로세서, 마이크로-제어기, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 필드 프로그래머블 게이트 어레이, 프로그래머블 로직 장치, 상태 기계(예컨대, 하드웨어 상태 기계), 로직 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 회로 및/또는 동작 명령어의 하드 코딩에 기초하여 신호(아날로그 및/또는 디지털)를 조작하는 임의의 장치의 임의의 집합을 지칭할 수 있다. 본 명세서에서 참조된 제어 회로는 하나 이상의 회로 기판(예컨대, 인쇄 회로 보드), 전도성 트레이스 및 비아, 및/또는 장착 패드, 커넥터, 및/또는 컴포넌트를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 참조된 제어 회로는 단일 메모리 장치, 복수의 메모리 장치, 및/또는 장치의 내장 회로로 구현될 수 있는 하나 이상의 저장 장치를 더 포함할 수 있다. 그러한 데이터 저장소는 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 데이터 저장 레지스터, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 장치를 포함할 수 있다. 제어 회로가 하드웨어 및/또는 소프트웨어 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 실시예에서, 임의의 연관된 동작 명령어를 저장하는 데이터 저장 장치(들)/레지스터(들)는 상태 기계, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 로직 회로를 포함하는 회로에 내장되거나 회로 외부에 있을 수 있다는 것에 유의하여야 한다.
제어 회로(211, 251)는 본 도면들 중 하나 이상에 예시된 그리고/또는 본 명세서에 기술된 단계들 및/또는 기능들 중 적어도 일부에 대응하는 하드-코딩된 및/또는 동작 명령어를 저장한 그리고/또는 저장하도록 구성된 컴퓨터-판독가능 매체를 포함할 수 있다. 그러한 컴퓨터-판독가능 매체는 일부 경우에 제조 물품에 포함될 수 있다. 제어 회로(211/251)는 전체적으로 로컬에 유지/배치될 수 있거나, 적어도 부분적으로 원격에 위치될 수 있다(예컨대, 근거리 통신망 및/또는 광역 통신망을 통해 간접적으로 통신가능하게 결합됨). 제어 회로(211, 251) 중 임의의 것은 후술되는 바와 같이, 도 12 및 도 13에 도시된 프로세스를 포함하는, 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스의 임의의 태양(들)을 수행하도록 구성될 수 있다.
로봇 시스템(10)과 관련하여, 제어 회로(211)의 적어도 일부분은 로봇 시스템(10)의 기부(25), 칼럼(14), 및/또는 콘솔(13), 및/또는 로봇 시스템(10)에 통신가능하게 결합된 다른 시스템과 통합될 수 있다. 제어 시스템(50)과 관련하여, 제어 회로(251)의 적어도 일부분은 제어 시스템(50)의 콘솔 기부(51) 및/또는 디스플레이 유닛(56)과 통합될 수 있다. 기능 제어 회로 또는 연관된 기능의 본 명세서의 임의의 설명은 로봇 시스템(10), 제어 시스템(50), 또는 이들의 임의의 조합에서, 그리고/또는 적어도 부분적으로 하나 이상의 다른 로컬 또는 원격 시스템/장치에서 구현되는 것으로 이해될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도 4를 추가로 참조하면, 제어 시스템(50)은 의사(5) 또는 다른 사람이 의료 절차를 수행하는 것을 보조하도록 구성된 다양한 I/O 컴포넌트(258)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력/출력(I/O) 컴포넌트(258)는 사용자 입력이 환자(7) 내에서 스코프(40) 및/또는 바스켓팅 시스템을 제어/내비게이팅하게 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 의사(5)는 제어 시스템(50) 및/또는 로봇 시스템(10)에 입력을 제공할 수 있고, 여기서, 그러한 입력에 응답하여, 제어 신호가 로봇 시스템(10)에 송신되어 스코프(40) 및/또는 카테터 바스켓팅 시스템(30)을 조작할 수 있다. 제어 시스템(50)은 절차에 관한 다양한 정보를 제공하기 위한 하나 이상의 디스플레이 장치(56)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이(들)(56)는 스코프(40) 및/또는 바스켓팅 시스템(30)에 관한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(50)은 스코프(40)에 의해 캡처된 실시간 이미지를 수신하고, 디스플레이(56)(들)를 통해 실시간 이미지를 표시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어 시스템(50)은 환자(7)와 연관된 의료용 모니터 및/또는 센서로부터 신호(예컨대, 아날로그, 디지털, 전기, 음향/음파, 공압, 촉각, 수압 등)를 수신할 수 있고, 디스플레이(56)(들)는 환자(7)의 건강 또는 환경에 관한 정보를 제시할 수 있다. 그러한 정보는, 예를 들어 심박수(예컨대, ECG, HRV 등), 혈압/혈류량, 근육 생체-신호(예컨대, EMG), 체온, 혈중 산소 포화도(예컨대, SpO2), CO2, 뇌파(예컨대, EEG), 환경 및/또는 국소 또는 심부 체온 등에 관한 정보를 포함하는, 의료용 모니터를 통해 표시되는 정보를 포함할 수 있다.
제어 시스템(50)의 기능을 용이하게 하기 위해, 제어 시스템은 다양한 컴포넌트(때때로 "서브시스템"으로 지칭됨)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 시스템(50)은 제어 전자장치/회로(251)뿐만 아니라, 하나 이상의 전력 공급부/공급 인터페이스(259), 공압 장치, 광원, 액추에이터, 데이터 저장 장치, 및/또는 통신 인터페이스(254)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(50)은 이동가능하지만, 다른 실시예에서, 제어 시스템(50)은 실질적으로 고정형 시스템이다. 다양한 기능 및 컴포넌트가 제어 시스템(50)에 의해 구현되는 것으로 논의되지만, 그러한 기능 및/또는 컴포넌트들 중 임의의 것이 예를 들어 로봇 시스템(10), 바스켓팅 시스템(30), 테이블(15) 등과 같은 다른 시스템 및/또는 장치에 통합되고/되거나 그에 의해 수행될 수 있다.
도 1을 추가로 참조하면, 의료 시스템(100)은 의사가 절차를 수행하는 것을 보조하기 위한 안내를 제공하는 것(예컨대, 기구 추적, 기구 정렬 정보 등), 의사가 다루기 어려운 아암 운동 및/또는 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행할 수 있게 하는 것, 한 명의 의사가 하나 이상의 의료 기구로 절차를 수행할 수 있게 하는 것, (예컨대, 형광투시법 기법과 연관된) 방사선 노출을 회피하는 것, 절차가 단일 수술 설정으로 수행될 수 있게 하는 것, (예컨대, 신장 결석을 제거하기 위해) 물체를 더욱 효율적으로 제거하기 위한 연속적인 흡입을 제공하는 것 등과 같은, 다양한 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 의료 시스템(100)은 의사가 해부학적 구조(예컨대, 주요 장기, 혈관 등)에 대한 출혈 및/또는 손상을 최소화하면서 표적 해부학적 특징부에 접근하기 위해 다양한 의료 기구를 사용하는 것을 보조하기 위한 안내 정보를 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 방사선에 대한 의사 및 환자 노출을 감소시키고/시키거나 수술실 내의 장비의 양을 감소시키기 위해 비-방사선-기반 내비게이션 및/또는 위치결정 기법을 제공할 수 있다. 또한, 의료 시스템(100)은 독립적으로 이동가능할 수 있는 제어 시스템(50)과 로봇 시스템(10) 사이에 분배되는 기능을 제공할 수 있다. 그러한 기능의 분배 및/또는 이동성은 제어 시스템(50) 및/또는 로봇 시스템(10)이 특정 의료 절차에 최적인 위치에 배치될 수 있게 할 수 있고, 이는 환자(7) 주위의 작업 영역을 최대화하고/하거나, 의사(5)가 절차를 수행하기 위한 최적화된 위치를 제공할 수 있다.
시스템(100)의 다양한 컴포넌트는 무선 및/또는 유선 네트워크를 포함할 수 있는 네트워크를 통해 서로 통신가능하게 결합될 수 있다. 예시적인 네트워크들은 하나 이상의 개인 영역 네트워크(personal area network, PAN), 근거리 네트워크(local area network, LAN), 광역 네트워크(wide area network, WAN), 인터넷 영역 네트워크(Internet area network, IAN), 셀룰러 네트워크, 인터넷, 개인 영역 네트워크(PAN), 인체 영역 네트워크(body area network, BAN) 등을 포함한다. 예를 들어, 도 4의 시스템의 다양한 통신 인터페이스는, 예컨대 무선 및/또는 유선 네트워크 연결을 통해, 하나 이상의 장치/센서/시스템과 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다양한 통신 인터페이스는 블루투스, Wi-Fi, 근접 무선 통신(near-field communication, NFC) 등과 같은 무선 기술을 구현할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 시스템(100)의 다양한 컴포넌트는 하나 이상의 지원 케이블, 튜브 등을 통해 데이터 통신, 유체 교환, 전력 교환 등을 위해 연결될 수 있다.
제어 시스템(50), 바스켓팅 시스템(30)(도 5 참조), 및/또는 로봇 시스템(10)은 하나 이상의 버튼, 키이, 조이스틱, 핸드헬드 제어기(예컨대, 비디오-게임-유형 제어기), 컴퓨터 마우스, 트랙패드, 트랙볼, 제어 패드, 및/또는 손 제스처 및 손가락 제스처를 캡처하는 센서(예컨대, 모션 센서 또는 카메라), 터치스크린, 및/또는 그에 따른 인터페이스/커넥터와 같은, 임의의 유형의 사용자 입력(및/또는 출력) 장치 또는 장치 인터페이스를 포함할 수 있는 소정 사용자 제어부(예컨대, 제어부(55))를 포함할 수 있다. 그러한 사용자 제어부는 각각의 제어 회로에 통신가능하게 그리고/또는 물리적으로 결합된다.
일부 실시예에서, 사용자가 전자 사용자 제어부를 사용함이 없이 로봇 시스템(10)의 로봇 아암(12)을 수동으로 조작할 수 있다. 예를 들어, 외과 수술실에서의 설정 동안, 사용자가 환자에 대한 원하는 접근을 제공하기 위해 로봇 아암(12) 및/또는 임의의 다른 의료 기구를 이동시킬 수 있다. 로봇 시스템(10)은 로봇 아암(12) 및 연관된 기구장치의 적절한 구성을 결정하기 위해 사용자로부터의 힘 피드백 및 관성 제어에 의존할 수 있다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 1 내지 도 3의 의료 시스템들 중 임의의 것에서 구현될 수 있는, 스코프 및/또는 바스켓팅 조립체(519) 및 기구 이송기 조립체(511)를 포함한 의료 시스템 컴포넌트들을 예시한다. 스코프/바스켓 시스템(519)은 다양한 하드웨어 및 제어 컴포넌트를 포함한다. 일부 실시예에서, 스코프/바스켓 시스템(519)은 내시경(40)에 결합된 손잡이(31)를 포함한다. 예를 들어, 내시경(즉, 스코프)은 하나 이상의 조명(49) 및 하나 이상의 카메라 또는 다른 이미징 장치(48)를 포함하는 세장형 샤프트를 포함할 수 있다. 스코프(40)는 스코프(40)의 길이를 따라 연장될 수 있는 하나 이상의 작업 채널(44)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 채널(들)은 스코프(40)를 통한 세장형 바스켓팅 와이어/타인(tine)을 위한 접근을 제공하는 데 이용될 수 있다.
스코프/바스켓 시스템(519)은 하나 이상의 와이어 타인(36)으로 형성된 바스켓(35)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 바스켓팅 시스템(30)은 그의 길이에 걸쳐 바스켓팅 시스(37) 내에 배치된 4개의 와이어 타인을 포함할 수 있고, 여기서 타인은 바스켓 형태(35)를 형성하도록 시스(37)의 원위 단부로부터 돌출된다. 타인(36)은 시스(37)의 근위 단부로부터 추가로 연장된다. 타인(36)은 바스켓팅 시스(37) 내에서 활주가능하여 일정량의 마찰 저항을 받도록 구성될 수 있다. 타인(36) 및 시스(37)는 바스켓 카트리지 컴포넌트(32)의 각자의 액추에이터(75)들에 결합될 수 있다. 바스켓 카트리지(32)는 스코프/바스켓 시스템(519)의 손잡이 부분/컴포넌트(31)에 물리적으로 그리고/또는 통신가능하게 결합될 수 있다. 손잡이 컴포넌트(31)는 수동으로 또는 로봇 제어를 통해 바스켓팅 및/또는 스코프 제어를 보조하기 위해 사용되도록 구성될 수 있다.
스코프/바스켓 시스템(519)은 전력 인터페이스(79)를 통해 전력을 공급받고/받거나 제어 인터페이스(78)를 통해 제어될 수 있고, 이들 각각 또는 둘 모두는 로봇 시스템(10)의 로봇 아암/컴포넌트와 인터페이싱할 수 있다. 스코프/바스켓 시스템(519)은 압력 및/또는 다른 힘-판독 센서와 같은 하나 이상의 센서(72)를 더 포함할 수 있고, 이는 액추에이터(75) 및/또는 스코프/바스켓 시스템(519)의 다른 커플링 중 하나 이상에서/그들이 겪는 힘을 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 그러한 센서 판독치는 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 고착 바스켓 상태를 결정하는 데 사용될 수 있다.
도 5는 기구 이송기/구동기(11)를 포함하는 기구 이송기/구동기 조립체(511), 및 기구 이송기(11)에 물리적으로 결합될 수 있는 접근 시스 조립체(92)를 추가로 예시한다. 용어 "이송기" 및 "구동기"는 일부 맥락에서 실질적으로 상호교환가능하게 본 명세서에서 사용된다. 따라서, 본 명세서에서 스코프 또는 기구 이송기에 대한 언급은 임의의 유형의 스코프 또는 기구 구동기를 지칭하는 것으로 이해될 수 있고, 그 반대도 마찬가지이며, 여기서 그러한 장치/시스템은 축방향 차원에서의 샤프트-유형 기구를 작동시키거나 그의 작동을 유발하도록 구성된다. 기구 이송기 조립체(511)는 내시경 등과 같은 샤프트-유형 기구의 적어도 일부분을 내부에 배치하도록 치수설정되고/되거나 구성된 채널(39)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스코프 등을 배치하여 기구 이송기(11)가 그러한 기구를 축방향으로 구동하게 할 때, 기구는 채널(39) 내에 적어도 부분적으로 넣어질 수 있다. 채널(39)을 갖는 것으로 예시되어 있지만, 일부 실시예에서, 본 개시의 태양에 따른 기구 이송기 장치 및 조립체는 그러한 채널을 포함하지 않을 수 있다.
액추에이터(38)는 일부 실시예에서 이송 롤러를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "이송 롤러"는 그와 맞물린 샤프트의 축방향 이동을 달성하도록 구성된 임의의 개수의 롤러(들)/휠(들)을 포함할 수 있다. "이송 롤러"는 샤프트 채널(39)뿐만 아니라, 롤러(들)/휠(들)의 이동을 직접적으로 또는 간접적으로 유발하는 기구 이송기(11)와 연관된 임의의 입력 또는 출력 구동부를 더 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 접근 시스(92)는 기구 이송기(11)에 도킹되는 것이 아니라, 오히려 로봇 아암, 스탠드, 또는 다른 구조물에 결합된다. 본 명세서에 기술된 소정 실시예들이 포트/삽입기 구조물 및 시스 컴포넌트를 포함하는 접근 시스 조립체를 언급하지만, 본 개시의 실시예들이 통합된 포트 및 시스 컴포넌트를 갖는 접근 시스를 구현할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에서 "접근 시스" 또는 간단히 "시스"에 대한 언급은 접근 시스/조립체의 시스 부분, 포트 부분 또는 둘 모두를 지칭할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 접근 시스 조립체의 임의의 컴포넌트 또는 부분에 대한 언급은 시스 부분/컴포넌트, 포트/삽입기 부분/컴포넌트, 또는 둘 모두를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 본 명세서에 기술된 접근 시스 조립체는 별개의 컴포넌트들의 조립이라기보다는 단일 장치, 형태, 또는 구조물일 수 있다.
기구 이송기 조립체(511)는 하나 이상의 샤프트-맞물림 휠, 컨베이어 벨트, 기어, 트랙, 또는 다른 액추에이터(들)를 포함할 수 있는 축방향 액추에이터 수단 또는 메커니즘(38)을 더 포함한다. 액추에이터(38)는 이와 맞물려 배치된 샤프트-유형 기구가 기구의 축에 대해 이동되게 하도록 구성된다. 액추에이터(들)(38)는, 액추에이터 수단/메커니즘(38)을 작동시키는 기구 이송기(11)의 기계적 컴포넌트와의 물리적 맞물림을 허용할 수 있고/있거나 액추에이터 수단/메커니즘(38)을 직접 작동시킬 수 있는 하나 이상의 구동 입력부(83)와의 맞물림을 통해 제어될 수 있다.
기구 이송기 조립체(511)는 기구 이송기(11)와 연관될 수 있고 접근 시스 조립체(92)의 적어도 일부분을 제자리에 고정시키거나 유지하도록 구성될 수 있는 시스 클립(47)을 더 포함한다. 예를 들어, 클립(47)은 도시된 바와 같이 접근 시스 조립체(92)의 깔때기 포트 구조물(91)의 적어도 일부분 상에 또는 그 위에 클램핑하도록 구성될 수 있다. 접근 시스 조립체(92)는 접근 시스(90) 내로의 적어도 부분적으로 원추형인 삽입기 개구를 제공할 수 있는 깔때기 포트 구조물(91)에 근위 단부에서 물리적으로 결합될 수 있는 접근 시스 튜브 또는 도관(90)을 포함하며, 포트(91)의 근위 개구는 접근 시스(90)의 단면적 또는 직경보다 더 큰 면적 또는 직경을 갖는다. 클립(47)은 하나 이상의 클립 지지 아암(94)에 의해 지지될 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 이송기 조립체(511)는 기구 이송기 조립체(511) 및/또는 기구 이송기(11)의 하나 이상의 컴포넌트에 적어도 부분적으로 고정될 수 있는 시료 수집기 구조물(85)을 포함한다. 시료 수집기(85)는 접근 시스 조립체(92)를 통해 후퇴된 신장 결석 또는 다른 시료 또는 부스러기의 배치 또는 낙하를 허용하도록 구성된 컵-유사 또는 다른 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시료 수집기(85)는 채널(39)의 원위 개구와 깔때기 포트 구조물(91) 사이에 배치되며, 여기서 기구는 결석/시료가 시료 수집기(85)에 낙하되거나 배치될 수 있도록 시료 수집기 위의 일정 위치로 후퇴될 수 있다.
스코프/이송기 제어
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른, 환자의 비뇨기 계통의 부분에 배치된, 그의 작업 채널 내에 바스켓팅 장치(30)를 포함하는 요관경(40)을 예시한다. 위에서 참조된 바와 같이, 요관경술 절차는 인간 요관 내의 이상을 조사하고/하거나 이를 치료하기 위해 구현될 수 있다. 예를 들어, 요관경술 절차는 신장 결석을 치료하고/하거나 제거하기 위해 구현될 수 있다. 그러한 절차는 적어도 부분적으로 수동으로 구현될 수 있고/있거나 적어도 부분적으로 로봇 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 소정 내시경술 절차를 위한 로봇 장치 및/또는 시스템의 사용은 엄밀히 수동인 절차에 비해 상대적으로 더 우수한 정밀도, 제어, 및/또는 협응을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 바스켓팅 장치(30)(예컨대, 바스켓 컴포넌트(35))를 스코프의 원위 단부에서의 수술 영역으로 전개하기 위한 작업 채널(44)을 포함한다.
스코프(40)가 그것을 통해 표적 해부학적 구조에 접근하도록 통과되는 접근 시스(90)는 유리하게는, 물체/결석의 크기가 너무 크지 않을 때 바스켓(35) 내에 포획된 물체에 더하여, 스코프(40)가 그것을 통해 끌어당겨지기에 충분한 직경을 가질 수 있다. 접근 시스(90)는 요관(63)을 통해 신우(71) 및/또는 요관신우 접합부(71) 부근의 위치로 전진될 수 있다. 접근 시스(90)의 원위 단부는 요관(63) 및/또는 신우(71)의 위치에 파킹될 수 있고, 여기서 그러한 파킹 위치는 적어도 부분적으로 해부학적 구조-의존적일 수 있다. 즉, 접근 시스(90)는, 그의 소정 부분에서 다소 사행형(tortuous)일 수 있는 요로 경로에 의해 허용되는 바와 같이, 가능한 한 신장 해부학적 구조 내로 배치될 수 있다. 일반적으로, 접근 시스(90)는 스코프(40)가 관절운동될 수 있는 정도로 관절운동가능하지 않을 수 있고, 따라서 접근 시스(90)를 신장 내로 내비게이팅/구동하는 것이 실용적이지 않을 수 있다.
스코프(40)는 예컨대 스코프의 적어도 원위 부분과 관련하여 관절운동가능할 수 있고, 따라서 스코프는 인간 해부학적 구조 내에서 조향될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 예를 들어, XYZ 좌표 이동뿐만 아니라 피치(pitch) 및 요(yaw)를 포함하는 5 자유도로 관절운동되도록 구성된다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 XYZ 좌표 이동뿐만 아니라 피치, 요, 및 롤(roll)을 포함하는 6 자유도로 관절운동가능하다. 구현되는 경우 스코프(40)의 소정 위치 센서(들)(예컨대, 전자기 센서)는 마찬가지로 그들이 생성/제공하는 위치 정보와 관련하여 유사한 자유도를 가질 수 있다. 본 명세서에 개시된 위치 센서 데이터는 세장형 샤프트 또는 세장형 샤프트의 적어도 일부분 내에 배치된 광섬유 형상 센서의 원위 단부에 위치된 전자기 위치 센서에 의해/이를 사용하여 생성된 데이터를 포함할 수 있다.
로봇 구현예를 위해, 로봇 시스템의 로봇 아암은 스코프(40)를 조작하도록 구성될/구성가능할 수 있다. 예를 들어, 기구 장치 조작기는 로봇 아암의 엔드 이펙터에 결합될 수 있고, 세장형 이동 부재를 사용하여 스코프(40)를 조작할 수 있다. 세장형 이동 부재는 하나 이상의 당김 와이어(예컨대, 당김 또는 밀어냄 와이어), 케이블, 섬유, 및/또는 가요성 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암은 스코프(40)의 팁(42)을 편향시키기 위해 스코프(40)에 결합된 다수의 당김 와이어(도시되지 않음)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 당김 와이어는 임의의 적합한 또는 바람직한 재료, 예컨대 스테인리스 강, 케블라(Kevlar), 텅스텐, 탄소 섬유 등과 같은 금속 및 비-금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 세장형 이동 부재에 의해 인가되는 힘에 응답하여 비선형 거동을 나타내도록 구성된다. 비선형 거동은 스코프의 강직성 및 압축성뿐만 아니라, 상이한 세장형 이동 부재들 사이의 슬랙(slack) 또는 강직성의 변동에 기초할 수 있다.
(예컨대, 손잡이(31) 및 세장형 샤프트(40)를 포함하는) 내시경-유형 기구(19)를 포함하는 실시예에서, 도 6에서와 같이, 바스켓(35)은 기구(19)의 원위 단부로 간주될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에서 스코프 기구의 원위 단부에 대한 언급은 스코프 샤프트의 원위 단부, 스코프 샤프트의 원위 단부로부터 돌출하는 바스켓 또는 바스켓팅 기구의 원위 단부, 조합된 스코프 샤프트와 바스켓팅 기구의 원위 단부, 또는 스코프/샤프트와 연관되고/되거나 이로부터 돌출하고/하거나 그의 작업 채널 내에 배치된 임의의 다른 유형의 기구 또는 도구의 원위 단부를 지칭할 수 있다.
스코프(예컨대, 내시경/요관경)(40)는 해부학적 구조의 이미지를 캡처하고 그의 하나 이상의 작업 채널을 사용하여 소정 작업을 수행하기 위해 환자의 해부학적 구조 내로 삽입되도록 구성되는 튜브형이고 가요성인 의료 샤프트/기구를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 광학 카메라와 같은 이미징 장치(48)를 포함할 수 있는, 광학 조립체 및 스코프(40)의 원위 단부(42)로/로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 스코프(40)는 LED 또는 광섬유 광원/렌즈와 같은 광원(49)을 더 포함할 수 있다.
카메라/이미징 장치(48)는 신장(70)의 내부 신배와 같은, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있다. 스코프(40)는 발광 다이오드와 같은, 근위에 위치된 광원으로부터 스코프의 원위 단부(42)로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용하도록 추가로 구성될 수 있다. 스코프(40)의 원위 단부(42)는 카메라/이미징 장치를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위해 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 도 1, 도 2 및 도 3에 각각 도시된 로봇 시스템(100, 101, 104)들과 하나 이상의 측면에서 유사한 로봇 시스템에 의해 제어되도록 구성된다. 이미징 장치(48)는 광섬유, 섬유 어레이, 및/또는 렌즈를 포함할 수 있다. 광학 컴포넌트는 스코프(40)의 팁과 함께 이동하여, 스코프의 팁의 이동이 이미징 장치(48)(들)에 의해 캡처되는 이미지에 대한 변화를 생성하게 한다.
일부 실시예에서, 의료 기구(예컨대, 스코프)(40)는 센서 위치 데이터를 생성하고/하거나 그것을 다른 장치에 송신하도록 그리고 전자기장 내의 검출가능한 왜곡 또는 시그너처(signature)를 생성하도록 구성된 센서를 포함한다. 센서 위치 데이터는 의료 기구(40)(예컨대, 그의 원위 단부(42))의 위치 및/또는 배향을 나타낼 수 있고/있거나 의료 기구의 위치/배향을 결정/추정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 센서(때때로 "위치 센서"로 지칭됨)가 전도성 재료의 코일, 또는 안테나의 다른 형태/실시예를 가진 전자기(EM) 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)는 스코프(40)의 원위 단부(42)에 포팅된(potted) 전자기 센서를 포함한다. 전자기 센서(도시되지 않음)는 전자기장의 존재 시에 전류를 유도하도록 구성된 와이어 또는 다른 전도성 요소의 종단부를 포함할 수 있다. 또한, 의료 기구/스코프(40) 및/또는 바스켓팅 장치(30)는 형상 감지 섬유, 가속도계(들), 자이로스코프(들), 무선-주파수 송수신기(들) 등과 같은 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 의료 기구 상의 센서가 센서 데이터를 제어 시스템에 제공할 수 있고, 이는 이어서 의료 기구의 위치 및/또는 배향을 결정하는 데 사용된다. 스코프(40) 또는 바스켓팅 장치(30)와 연관된 하나 이상의 위치 센서를 사용하여 도출된 위치 데이터는, 스코프 및/또는 바스켓(35)이 본 개시의 태양에 따른 자동 스코프 삽입 또는 후퇴 속도 수정과 연관된 자동 스코프 일시정지 위치 및/또는 다른 위치 임계점/영역 내에 또는 그 근처에 있을 때를 결정하는 데 사용될 수 있다.
본 개시의 실시예는 기구 이송기 장치/시스템을 사용한 기구/스코프의 축방향 구동 속도의 수정/변경의 구현에 관한 것이며, 이는 하나 이상의 다른 구조물, 해부학적 구조, 또는 장치에 대한 기구의 현재 위치에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 태양에 따른 로봇 기구 이송기는 기구 이송기, 로봇 시스템, 및/또는 다른 컴포넌트, 장치, 또는 시스템과 연관된 제어 회로에 의해 결정된 바와 같은 기구의 위치에 기초하여 기구의 구동 속도를 증가 또는 감소시키는 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다. 도 7은 환자의 비뇨기 계통의 부분에 배치된 요관경(40)을 예시하며, 여기서 스코프(40)는 하나 이상의 실시예에 따라 스코프 위치에 기초하여 상이한 구역/영역을 통해 그리고/또는 다양한 속도로 후퇴 및/또는 전진하도록 제어된다.
도 6에서처럼, 도 7의 예시된 시스템(700)은 환자의 요로 해부학적 구조 내로 삽입되는 접근 시스(90)를 포함하고, 접근 시스는 의료 기구(19)(예컨대, 내시경 기구 조작기/손잡이)의 샤프트(40)가 통과하여 삽입될 수 있는 도관을 제공한다. 의료 기구(19)는 샤프트(40)(예컨대, 내시경)의 근위 부분에 결합된 기구 기부/손잡이(31)를 포함한다. 샤프트(40)는 기부/손잡이(31)로부터 또는 이를 통해 연장될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 기구(19)는 다수의 의료 기구를 지지할 수 있고, 구동 장치(11)는 다수의 의료 기구 중 임의의 하나 이상의 운동을 구동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 기구(19)는 내시경 또는 카테터와 같은, 작업 채널을 갖는 제1 의료 기구, 및 생검 도구, 바스켓팅 도구, 레이저 섬유 도구, 절제 도구, 또는 환자의 해부학적 구조 내의 표적을 조작하거나 이와 상호작용하도록 구성된 다른 도구와 같은, 작업 채널 내에서 연장되는 작업 채널 기구일 수 있는 제2 의료 기구를 지지할 수 있다.
기구 기부/손잡이(31)는 로봇 아암(도시되지 않음)에 부착, 장착, 또는 달리 연결되거나 결합되도록 구성될 수 있다. 로봇 아암은 기구 구동 메커니즘을 포함할 수 있고, 기구 기부/손잡이(31)는 기구 구동 메커니즘에 부착될 수 있다. 기구 구동 메커니즘은 의료 기구(19)를 조작하기 위해 기구 기부/손잡이(31) 상의 대응하는 구동 입력부와 맞물리고 그것을 작동시키도록 구성된 구동 출력부를 포함할 수 있다. 로봇 아암은 또한 공간 내에서의 기구 기부/손잡이(31)의 위치를 조작하기 위해 이동하도록 구성될 수 있다.
샤프트(40)는 구동 장치(11)와 맞물릴 수 있다. 예시된 실시예에서, 구동 장치(11)는 샤프트(40)와 맞물리거나 접촉할 수 있는 롤러(38)를 포함한다. 일부 실시예에서, 롤러(38)는 롤러(38)와 샤프트(40) 사이의 파지, 마찰, 견인 또는 압력을 제공하는 변형가능 재료를 포함하거나 구비할 수 있다. 일부 실시예에서, 변형가능 재료는 실리콘 고무를 포함한다. 예시된 실시예에서, 롤러(38)가 회전함에 따라, 샤프트(40)는 구동 장치(11)를 통해 축방향으로 당겨지거나, 밀리거나, 달리 구동될 수 있다. 롤러(38)를 제1 방향으로 회전시키는 것은 (예컨대, 환자를 향한 원위 방향으로의) 샤프트(40)의 삽입을 유발할 수 있고, 롤러(38)를 제2 반대 방향으로 회전시키는 것은 (예컨대, 환자로부터 멀어지는 근위 방향으로의) 샤프트(40)의 후퇴를 유발할 수 있다. 여기서, 롤러(40)의 방향은 샤프트(40)와 맞물리는 롤러(8) 또는 다른 축방향 액추에이터 수단/메커니즘의 부분의 방향을 지칭한다. 예를 들어, 샤프트(40)의 삽입을 위한 제1 방향으로의 회전은 원위 방향으로의 롤러(38)의 맞물림 부분의 회전을 지칭하고, 후퇴를 위한 회전은 근위 방향으로의 롤러(38)의 맞물림 부분의 회전을 지칭한다. 도 7에서 보이는 바와 같은 롤러(38)의 도면과 관련하여, 이는 롤러(38)를 원위 방향으로 회전시키기 위해 좌측 롤러(701)가 반시계 방향으로 회전하는 반면 우측 롤러(702)가 시계 방향으로 회전하는 것, 및 롤러(38)를 근위 방향으로 회전시키기 위해 그 반대로 회전하는 것을 의미한다. 위에서 언급된 바와 같이, 롤러(38) 대신에 또는 그에 더하여, 다른 액추에이터 수단/메커니즘이 사용될 수 있다.
샤프트(40)는 구동 장치(11)의 채널(39)을 통과할 수 있다. 채널(39)은 폐쇄 채널 및/또는 개방 채널을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같은 개방 채널의 사용은 의료 기구(19)의 샤프트(40)를 구동 장치(11) 내로 로딩하는 것을 용이하게 할 수 있는데, 이는 장치의 사용을 단순화하고 수술 시간을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 개방 채널은 샤프트(40)를 환자 내에서 완전히 후퇴시킬 필요 없이 사용자가 의료 기구(19)를 수동으로 조정하도록 허용하기 위해, 수술중에 또는 의료 절차 동안 의료 기구(19)의 로딩 및/또는 언로딩을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 장치(11)는 요구되는 대로 구동 장치에 대한 샤프트의 로딩 또는 구동 장치 상에서의 샤프트의 유지를 용이하게 하기 위해 채널(39)이 선택적으로 개방되거나 폐쇄되도록 허용하는 로봇-작동식 커버를 포함할 수 있다.
구동 장치(11)는 제2 로봇 아암(도시되지 않음)에 부착, 장착 또는 달리 연결되거나 결합될 수 있다. 제2 로봇 아암은 구동 장치(11)를 작동시키거나 동작시키기 위해 구동 장치 상의 대응하는 구동 입력부(예컨대, 도 8의 구동 입력부(334, 338) 참조)와 맞물리고 이를 작동시키도록 구성된 구동 출력부를 포함하는 기구 구동 메커니즘을 포함할 수 있다. 로봇 아암은 또한 공간 내에서의 구동 장치(11)의 위치를 조작하기 위해 이동하도록 구성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 구동 장치(11)는 (예컨대, 클립(47)을 사용하여) 접근 시스 조립체(92)에 부착되도록 구성될 수 있다. 구동 장치(300)를 접근 시스 조립체(92)에 부착하는 것은 구동 장치(11) 또는 연관된 로봇 아암(204)의 이동 또는 재위치를 통해 원하는 대로 접근 시스의 이동 또는 재위치설정을 용이하게 할 수 있다.
접근 시스 조립체(92)의 접근 시스(90) 부분은 샤프트(40)가 통과하여 삽입될 수 있는 튜브 또는 다른 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스(90)는 해부학적 내강 내로 삽입되도록 구성된 세장형이고 가요성인 접근 시스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스가 사용되지 않고, 의료 기구(19)의 세장형 샤프트(40)는 (예를 들어, 자연 환자 구멍 또는 다른 수술 접근 포트 또는 절개부를 통해) 환자 내로 직접 삽입될 수 있다.
도 7은 또한 구동 장치(11)가 수집기 구조물(85)을 포함할 수 있다는 것을 예시한다. 의료 기구(19)를 사용하여 환자로부터 제거된 물체는 수집기(85) 내로 침적될 수 있다. 예를 들어, 요관경술의 경우, 의료 기구(19)는 환자 내에서 결석 또는 결석 파편을 포획하고 회수하도록 구성된 바스켓팅 장치(30)를 포함할 수 있다. 일단 결석 파편이 포획되면, 샤프트(40)는 원위 단부(42)가 수집기(85) 위에 위치될 때까지 후퇴될 수 있다. 바스켓(35)이 이어서 개방되어 결석을 수집기(85) 내로 낙하시킬 수 있다. 수집기(85)는 구동 장치 상에 위치될 필요가 없다.
의료 기구(19)의 샤프트(40)는 기구 기부/손잡이(31)와 구동 장치(11) 사이에서 직접 연장된다. 그러한 구성에서, 구동 장치(11)가 세장형 샤프트의 축방향 운동을 구동함에 따라, 기부/손잡이(31)를 지지하는 로봇 아암은 샤프트(40)의 축방향 운동의 속도에 대응하는 속도 및 방향으로 기구 기부/손잡이(31)를 이동시킬 수 있다. 따라서, 샤프트(40)의 삽입 속도는 기부/손잡이(31)에 결합된 로봇 아암이 이동할 수 있는 속도로 제한될 수 있다. 이는 상대적으로 느린 속도에 적합할 수 있다.
일부 구성에서, 의료 기구(19)의 세장형 샤프트(40)는 의료 기구(19)와 기구 이송기(14) 사이에 그리고/또는 연관된 로봇 아암들 사이에 서비스 루프(49)를 형성하도록 배열된다. 서비스 루프(49)는 기구 기부/손잡이(31)와 구동 장치(11) 사이의 샤프트(40)의 길이를 포함할 수 있다. 샤프트(40)의 길이가 기구 기부/손잡이(31)와 구동 장치(11) 사이의 거리를 초과할 때, 샤프트(40)는 하향으로 (그리고/또는 옆으로) 매달려, 기구 기부/손잡이(31)와 구동 장치(11) 사이에 서비스 루프(49)를 형성할 수 있다. 서비스 루프(49)는 더 빠른 삽입 및/또는 후퇴를 허용하기 위해 사용될 수 있는 샤프트(40) 내의 슬랙을 제공할 수 있다. 예를 들어, 삽입 동안, 서비스 루프(49) 내의 슬랙은 줄어들 수 있다(서비스 루프(49)를 단축시키거나 수축시킴). 후퇴 동안, 서비스 루프(49)가 생성될 수 있다(길이를 증가시키거나 확장시킴). 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 서비스 루프(49)를 확장시키거나 수축시키는 것은 가요성 샤프트에 대한 축방향 자유도를 제공하기 위해 서비스 루프(49)에서 이용가능한 추가 길이의 양을 증가시키거나 감소시키는 것을 수반할 수 있다. 예로서, 서비스 루프(49)에 의해, 구동 장치(11)는 기구(19)에 결합된 로봇 아암이 이동할 수 있는 속도보다 더 빠른 속도로 삽입을 구동할 수 있다.
일부 실시예에서, 서비스 루프(49)의 사용은 기구 이송기(11)가 초당 약 100 내지 300 mm의 속도에서, 예컨대 초당 130 내지 190 mm의 속도에서 샤프트(40)의 상대적으로 빠른 삽입 및/또는 후퇴를 위해 구성되게 할 수 있다. 이들 범위 외부의 상대적으로 빠른 삽입 또는 후퇴를 위한 다른 속도가 또한 가능하다. 이러한 유형의 빠른 삽입 또는 후퇴는 예를 들어 접근 시스(90)가 환자의 주변 조직을 보호할 수 있기 때문에 샤프트(40)의 원위 팁(42)이 접근 시스(90) 내에 위치될 때 적합할 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트(40)의 원위 팁(42)이 접근 시스(90)를 지나/그 외부로 연장될 때, 기구 이송기(11)의 동작을 제어하는 관련 제어 회로는 상대적으로 더 느린 삽입 또는 후퇴 속도로 자동으로 전이할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 태양에 따른 상대적으로 더 느린 삽입 및/또는 후퇴 속도는 초당 약 5 내지 80 mm, 예컨대 초당 20 내지 50 mm의 속도일 수 있다. 이들 범위 외부의 느린 삽입 또는 후퇴를 위한 다른 속도가 또한 가능하며, 여기에서 느린 삽입/후퇴 속도는 상대적으로 빠른 삽입/후퇴 속도보다 더 느리다. 더 느린 삽입/후퇴 속도들은 예를 들어 도 12 및 도 13과 관련하여 후술되는 바와 같이 동작할 수 있다.
후퇴 동안, 구동 장치(11)는 샤프트(40)의 원위 팁이 스코프 위치(705)로서 도시된 바와 같이 접근 시스를 지나 위치될 때 상대적으로 느린 속도로 스코프(40)의 후퇴를 구동할 수 있다. 샤프트(220)의 팁(42)이 예컨대 스코프 위치(706)에 대하여 접근 시스(90)에 들어갈 때, 기구 이송기(11)는 스코프를 더 빠른 속도로 후퇴시키는 것으로 자동으로 전이할 수 있다. 구동 장치(11)의 조정된 동작 및 저속에서의 기구(19)에 결합된 로봇 아암의 이동은 샤프트(40)의 축방향 운동이 로봇 아암 운동 단독에 의해 수행되었다면 부정확한 구동 응답으로 이어질 수 있는 샤프트 좌굴을 완화시키는 것을 도울 수 있다.
로봇 요관경술 절차와 관련하여, 수술 의사가 요관경 손잡이(19)를 잡고 스코프(40)를 수동으로 후퇴시켜 환자로부터 스코프(40)를 인출하는 것이 일반적으로 필요하지 않을 수 있다. 그러나, 일부 해결책에 따르면, 소정 사용자 제어부가 스코프(40)의 후퇴를 달성/개시하기 위해 관여될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 펜던트 후퇴 조이스틱(59)이 소정 방식으로, 예컨대 기구 손잡이(19)가 근위방향으로 이동되게 하고/하거나 기구 이송기(11)의 축방향 액추에이터 수단(38)(예컨대, 샤프트-맞물림 휠(들)/롤러(들))에 의해 스코프(40)의 근위 축방향 작동을 유발하기 위해 (예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이) 하향 또는 다른 방향으로 당기고/당기거나 유지함으로써, 맞물릴 수 있다.
스코프(40)의 후퇴를 로봇에 의해 유발하는 동안, 스코프(40)가 너무 멀리 후퇴되는 것을 방지하면서 스코프(40)가 접근 시스(90)를 통해 상대적으로 높은 속도로 후퇴되게 하도록 의사가 스코프 카메라 이미지를 모니터링하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스코프(40)의 원위 단부(42), 예컨대 스코프(40)의 원위 단부(42)로부터 돌출하는 바스켓(35)이 축방향 액추에이터 메커니즘/수단(38)(예컨대, 휠(들)/롤러(들)) 내로 끌어당겨지는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스코프(40)의 원위 단부(42) 및/또는 바스켓(35)이 구동기 스코프 채널(39)의 개구/임계점(33)에 도달하는 것 및 추가로 채널(39) 내의 축방향 액추에이터 수단(38)에 도달하는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 의사가 스코프(40)를 지나치게 조심스럽게 후퇴시키는 경우, 의사는 이상적인 것보다 더 조기에 스코프(40)의 후퇴를 중지하기 쉬울 수 있거나, 스코프(40)의 원위 단부(42)가 접근 시스(90) 내에 있는 동안 스코프 후퇴를 바람직하지 않게 느려지게 할 수 있음으로써, 전체 절차 시간을 증가시킬 수 있다. 또한, 의사가 후퇴에 충분히 세심한 주의를 기울이지 않거나 후퇴 프로세스 동안에 산만하게 되면, 스코프(40)는 너무 멀리 후퇴될 수 있고/있거나 결석/바스켓이 구동 채널(39) 내부에 고착될 수 있어, 잠재적으로 기구 손상 및/또는 절차 시간의 연장을 초래할 수 있다.
본 개시의 실시예는 유리하게는 요관경 또는 다른 장치와 같은 세장형 샤프트의 구동에 대해 기구 이송기에 의해 구현된 바와 같은 자동 후퇴 (및/또는 삽입) 속도 변형의 구현을 허용한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 본 개시는 스코프/카테터가 통과하여 후퇴되는 접근 시스 조립체로부터 빠져나올 때 스코프/카테터 후퇴의 자동 로봇 일시정지를 제공한다. 그러한 일시정지는 관련 의료 절차와 관련하여 포획된 시료(예컨대, 신장으로부터 추출된 신장 결석 파편)의 낙하/침적과 같은 절차 동작의 실행을 위한 스코프/카테터의 편리한 위치를 제공하는, 관련 접근 시스 외부의 영역에서의 소프트 스톱(soft stop)으로서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 스코프 후퇴 속도 수정에 대한 언급이 달리 언급되지 않는 한 스코프 전진 속도 수정에 관한 것으로 이해될 수 있음이 이해되어야 한다.
세장형 기구의 후퇴 속도의 자동 일시정지 및/또는 다른 수정은 관련 로봇 시스템과 연관된 소정 조건 및/또는 정보에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 예를 들어, 기구 이송기(11) 및 기구(19)가 로봇 시스템의 로봇 아암들의 각자의 엔드 이펙터들에 동작가능하게 결합되는 실시예에서, 시스템(예컨대, 로봇 카트 및/또는 통신가능하게 결합된 타워)은 스코프 위치 결정을 위한 기초를 제공할 수 있는 소정 로봇 시스템 파라미터를 결정 및/또는 생성하도록 구성될 수 있으며, 이는 스코프 후퇴/삽입 속도를 변경하는 시기 및 방식을 결정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 그러한 파라미터들은, 가능하게는 다른 것들 중에서, 현재 스코프 삽입 위치, 현재 스코프 및/또는 기구 이송기 치수(들), 및 접근 시스 길이를 포함할 수 있다.
도 7의 신장 해부학적 구조의 상세한 이미지에 도시된 바와 같이, 스코프 바스켓(35)이 먼저 접근 시스(90)의 원위 개구(93) 내로 후퇴될 수 있다. 접근 시스(90) 내로의 후퇴와 관련하여, 접근 시스(90) 내에서의 스코프(40)의 원위 단부(42) 및/또는 바스켓(30)의 위치 또는 존재를 확인하기 위해 확인 프로세스 또는 서브프로세스가 구현될 수 있다. 예를 들어, 사용자 인터페이스는 스코프(40) 및/또는 바스켓(35)이 접근 시스(90) 내부에 있다는 사용자로부터의 확인을 요청하도록 사용자에게 주의를 환기시킬 수 있다. 사용자는 카메라 이미지 및/또는 이용가능한 다른 위치 정보에 기초하여 스코프(40) 및/또는 그의 원위 단부(42)의 위치를 결정할 수 있다.
일단 접근 시스(90) 내에서의 스코프(40)의 위치가 확인되면, 로봇 기구 이송기 시스템(예컨대, 로봇 카트, 제어 타워/시스템, 및/또는 기구 이송기(11))과 연관된 제어 회로는 빠른 후퇴 모드를 인에이블하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, (예컨대, 조이스틱(59)을 하향으로 당김으로써) 후퇴 명령, 즉 상대적으로 빠른 후퇴를 나타내는 방식으로의, 펜던트 조이스틱(59) 등과 같은 소정 사용자 제어부(55)의 사용자에 의한 관여는, 관련 제어 회로가 스코프(40)의 축방향 이동/후퇴의 자동 일시정지/중지를 구현할 수 있는 지점인 미리 결정된 자동 일시정지 위치(101)에 스코프가 도달되었음이 결정될 때까지, 스코프를 상대적으로 빠른 속도로 시스를 통해 자동으로 후퇴시키도록 구현될 수 있다.
일부 구현예에서, 일단 자동 일시정지가 구현되면, 의사/사용자는 사용자 제어부의 후퇴-신호전달 조이스틱을 해제하고, 카메라 뷰를 통해 또는 접근 시스 조립체(92) 및/또는 기구 이송기(11)의 근위 단부를 직접 관찰하는 것을 통해, 스코프(40)가 결석 파편 수집을 위해 원하는 위치에 있는지 여부를 확인하거나 결정할 수 있다. 그러한 경우, 사용자는 내부에 포획된 결석 파편이 바스켓으로부터 낙하하게 하는 방식으로 개방될 것을 바스켓(35)에 명령하기 위해 소정 사용자 제어부에 관여할 수 있다. 일부 구현예에서, 일단 사용자가 후퇴 조이스틱을 해제하면, 원하는 결석 수집 위치에 도달하기 위해 사용자가 스코프의 위치의 미세 조정을 구현할 수 있도록 자동 일시정지 기능이 비활성화될 수 있다. 스코프의 그러한 미세 위치 조정은 펜던트 삽입 조이스틱 조작을 사용하여 구현될 수 있다.
도 8은 하나 이상의 실시예에 따른, 로봇 아암(12)과 연관된 기구 장치 조작기 조립체(150)의 분해도를 도시한다. 기구 장치 조작기 조립체(150)는 로봇 아암(12)의 원위 단부와 연관된 엔드 이펙터(6)를 포함한다. 기구 조작기 조립체(150)는 기구 이송기(11)를 더 포함한다. 기구 이송기(11)는 내시경 또는 다른 샤프트-유형 기구와 같은 기구(40)를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합할 수 있다. 본 명세서에서 상향-대면 및 하향-대면 표면들, 플레이트, 면, 컴포넌트, 및/또는 다른 특징부 또는 구조물의 설명은 도 8에 도시된 기구 장치 조작기 조립체(150)의 특정 배향을 참조하여 이해될 수 있다. 즉, 엔드 이펙터(6)가 일반적으로 방향 및 배향의 범위 내에서 대면하고/하거나 배향되도록 구성가능할 수 있지만, 편의상, 본 명세서에서 그러한 컴포넌트의 설명은 도 10에 도시된 엔드 이펙터(6)의 대체로 수직 대면하는 배향의 맥락에서 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 장치 조작기 조립체(150)는 엔드 이펙터(6)와 기구 이송기(11) 사이에 구동기 인터페이스를 제공하도록 구성된 어댑터 컴포넌트(8)를 더 포함한다. 어댑터(8) 및/또는 기구 이송기(11)는 로봇 아암(12)으로부터 제거가능하거나 분리가능할 수 있고, 일부 실시예에서 모터와 같은 임의의 전기-기계 컴포넌트가 없을 수 있다. 이러한 이분법은 의료 절차에 사용되는 의료 기구를 멸균할 필요성 및 그들의 복잡한 기계 조립체 및 민감한 전자장치로 인해 고가의 자본 장비를 적절하게 멸균할 수 없음에 의해 주도될 수 있다. 따라서, 기구 이송기(11) 및/또는 어댑터(8)는 개별 멸균 또는 폐기를 위해 엔드 이펙터(6)(및 이에 따라 시스템)으로부터 분리, 제거, 및 상호교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 엔드 이펙터(6)는 일부 경우에 변경 또는 멸균될 필요가 없거나 보호를 위해 (예컨대, 드레이프(drape)(301)를 사용하여) 드레이핑될 수 있다.
어댑터(8)는 로봇 아암(12) 및/또는 엔드 이펙터(6)로부터 기구 이송기(11)로 공압, 전력, 전기 신호, 및/또는 광학 신호를 전달하는 커넥터를 포함할 수 있다. 로봇 아암(12)은 결합된 기구 이송기(11)를 치료 부위 내로 또는 그 밖으로 전진/삽입 또는 후퇴시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 기구 이송기(11)는 제거되고 상이한 유형의 기구로 교체될 수 있다. 로봇 아암(12)의 엔드 이펙터(6)는 어댑터(8), 기구 이송기(11), 접근 시스 조립체(92), 및/또는 기구(40)의 컴포넌트에 연결 및/또는 정렬되도록 구성된 다양한 컴포넌트/요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터(6)는 의료 기구를 제어하는/관절운동시키는 구동 출력부(302)(예컨대, 맞물림 특징부를 갖는 구동 스플라인, 기어, 또는 회전가능 디스크), 의료 기구로부터 데이터를 판독하는 판독기(304)(예컨대, 의료 기구로부터 일련 번호를 판독하는 무선 주파수 식별(radio-frequency identification, RFID) 판독기), 기구 이송기(11) 및/또는 어댑터(8)를 기구 이송기(6)에 부착하는 하나 이상의 체결구(306), 환자에 수동으로 부착되는 기구(예컨대, 접근 시스(90))와 정렬하고/하거나 장치 조작기 조립체(150)의 전방 표면을 한정하는 마커(308)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 어댑터(8)의 일부분(예컨대, 플레이트)(315)은 엔드 이펙터(6)에 결합된 때 어댑터(8) 및/또는 엔드 이펙터(6)의 하나 이상의 다른 컴포넌트와 독립적으로 회전/스핀하도록 구성될 수 있다.
일부 구성에서, 로봇 아암(12)과 기구 이송기(11) 사이의 멸균 장벽을 제공하기 위해, 플라스틱 시트 등과 같은 멸균 드레이프(301)가 엔드 이펙터(6)와 어댑터(8) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 드레이프(301)는 엔드 이펙터(6)로부터 어댑터(8)로의 기계적 토크의 전이를 허용하는 방식으로 어댑터(8)에 결합될 수 있다. 어댑터(8)는 일반적으로 어댑터(8)가 멸균 장벽 자체를 제공하도록 그의 작동 컴포넌트 주위에 시일(seal)을 유지하도록 구성될 수 있다. 장치 조작기 조립체(19)의 어댑터(8) 및/또는 더 많은 다른 컴포넌트(들)에 결합된 드레이프(301)의 사용은 로봇 아암(12)과 수술 영역 사이에 멸균 장벽을 제공함으로써, 멸균 수술 영역에서 아암(12)과 연관된 로봇 카트의 사용을 허용할 수 있다. 엔드 이펙터(6)는 로봇 아암(12)의 엔드 이펙터(6) 상으로 로딩되고/되거나 그로부터 제거될 수 있는 다양한 유형의 멸균 어댑터에 결합되도록 구성될 수 있다. 아암(12)이 플라스틱으로 드레이핑된 상태에서, 의사 및/또는 다른 기술자(들)는 절차 동안 아암(12) 및/또는 로봇 카트의 다른 컴포넌트(예컨대, 스크린)와 상호작용할 수 있다. 드레이핑은 장비 생물학적위험 오염물로부터 추가로 보호하고/하거나 절차 후의 세정을 최소화할 수 있다.
기구 이송기(11)는 기구 이송기(11)의 하우징의 하부 표면(336) 상에 복수의 구동 입력부(334, 338)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 기구 이송기(11)는 3개의 구동 입력부(334, 338)를 포함하지만, 다른 실시예에서 다른 개수의 구동 입력부가 포함될 수 있다. 구동 입력부는 기구 이송기(11)의 하부 정합 표면(336)을 따라 이격된 고정 위치에 있을 수 있고, 이는 다양한 다른 기구에 대한 부착 및 모듈식 사용을 위해 설계된 대응하는 정합 표면을 따라 이격된 고정 위치에 있을 수 있는 엔드 이펙터(6)의 대응하는 구동 출력부(302)에 구동 입력부(334, 338)를 결합시키는 것을 용이하게 한다.
기구 이송기(11) 내에서의 기계적 조립은 구동 입력부(334, 338)가 샤프트의 로딩을 허용하거나 다른 사용 사례를 허용하기 위해 대향하는 롤러들의 위치의 변화뿐만 아니라, 의료 기구 샤프트의 축방향 운동을 위한 대향하는 롤러들 또는 다른 액추에이터 수단/메커니즘의 회전을 구동하는 데 사용되게 할 수 있다. 예시된 실시예에서, 3개의 구동 입력부는 2개의 롤러 구동 입력부(334) 및 개방/폐쇄 구동 입력부(338)를 포함한다. 구동 입력부(334, 338)들의 각각은 로봇 아암(12) 상의 대응하는 구동 출력부(302)와 맞물리도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 구동 입력부는 스플라인으로서 구성된 구동 출력부와 정합하도록 구성된 리셉터클을 포함할 수 있다. 구동 입력부와 구동 출력부는 그들 사이에서 운동을 전달하기 위해 맞물리도록 구성될 수 있다. 따라서, 구동 출력부는 기구 이송기(11)의 다양한 기능을 제어하기 위해 구동 입력부(334, 338)의 대응하는 회전을 유발하도록 회전될 수 있다.
본 명세서에서 "기구 장치 조작기 조립체", "기구 조작기 조립체", "조작기", "조작기 조립체"뿐만 아니라 그의 다른 변형에 대한 언급은, 로봇 아암, 로봇 아암의 엔드 이펙터, 로봇 엔드 이펙터에 결합되도록 구성된 어댑터, 엔드 이펙터 및/또는 어댑터에 결합되도록 구성된 기구 이송기, 기구 이송기에 결합되도록 구성된 기구 이송기, 기구 이송기의 액추에이터(예컨대, 이송 롤러(들)), 샤프트 채널, 및/또는 기구 이송기와 연관된 다른 액추에이터 컴포넌트(들), 수단, 및/또는 메커니즘을 포함한, 도 8에 도시된 조립체(150)의 컴포넌트들의 임의의 서브세트를 지칭할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "액추에이터"에 대한 언급이 기구 이송기와 맞물리거나 이에 결합되거나 이에 의해 달리 작동가능한 기구의 이동을 직접적으로 또는 간접적으로 유발하거나 이에 영향을 미치는, 도 8에 도시된 조립체(150)의 임의의 컴포넌트를 지칭할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 개시된 실시예에 따르면, "액추에이터"는 하기 장치들 또는 컴포넌트들의 임의의 세트 또는 서브세트를 포함할 수 있다: 이송 롤러(들), 샤프트-작동식 휠(들)/롤러(들), 이송 롤러 채널(들), 기구 이송기 구동 입력(들), 어댑터 구동 출력부(들), 어댑터 구동 입력부(들), 엔드 이펙터 구동 출력부(들), 및/또는 이들의 작동을 유발하도록 구성된 제어 회로.
도 9는 하나 이상의 실시예에 따른, 내시경 및 기구 이송기 장치들이 각각 결합된 로봇 아암들의 사시도이다. 본 명세서에서 상세히 기술된 바와 같이, 도 1 내지 도 8을 참조하여 전술된 것과 같은 로봇 의료 시스템은 환자로부터 물체, 시료, 또는 샘플을 제거하는 것, 예컨대 신장 결석 파편 제거를 수반하는 로봇 의료 절차에 사용될 수 있다. 로봇 신장 결석 회수 절차 동안, 의사는 제어기 및/또는 소정 제어 회로를 사용하여 (예컨대, 전술된 내시경 및 복강경과 같은) 다양한 로봇 의료 기구를 동작시킬 수 있다. 의사는 내시경의 작업 채널 내에 배치된 바스켓팅 장치로 신장 결석을 포획하도록 시스템을 제어할 수 있다. 결석 파편이 포획되었을 때, 로봇 요관경은 환자로부터 신장 결석을 제거하기 위해 후퇴될 수 있다. 일단 환자의 신체의 외측에 위치되면, 바스켓팅 장치는 결석을 방출하기 위해 개방될 수 있다. 로봇 요관경은 이어서, 필요할 경우, 추가 결석을 회수하기 위해 신체 내로 재삽입될 수 있다.
시료 수집기(85)는 로봇 의료 시스템이 로봇으로 그 내부에 시료를 침적시킬 수 있도록 구성될 수 있고, 이는 수동 또는 물리적 상호작용을 최소화할 수 있다. 시료 수집기(85)는, 로봇 제어식 의료 기구가 시료를 신속하고 효율적으로 침적시킬 수 있는 위치에서, 기구 이송기(11)와 같은 로봇 의료 시스템의 컴포넌트와 통합되고/되거나 그에 의해 지지되도록 구성될 수 있다. 시료/결석은 접근 시스 삽입기(91) 내의 개구와 축방향 액추에이터(38) 사이의 위치(101), 예컨대 축방향 액추에이터(38)와 연관된 기구 이송 채널의 원위 단부(43)와 삽입기(91) 또는 시스(90)의 개구 사이의 대략 중간 위치에서 침적될 수 있다. 일부 실시예에서, 시료 수집기(85)는 시스템의 다양한 로봇 컴포넌트를 덮도록 구성된 멸균 드레이프(901)와 통합될 수 있다. 시료 수집기는 바스켓팅 장치가 환자 및/또는 접근 시스 삽입기(91) 밖으로 후퇴될 때 로봇 제어식 바스켓팅 장치 바로 아래에 있는 위치에 위치될 수 있다. 그러한 위치에서, 바스켓팅 장치는 회수된 물체를 시료 수집기(85) 내로 낙하시키기 위해 간단히 개방될 수 있다. 시료 수집기(85)는 그 내부에 침적된 물체를 보유하면서 유체가 그를 통해 배출될 수 있게 하는 적어도 하나의 다공성 부분을 갖고서 구성될 수 있다.
도 9의 시스템(900)은 기구 기부/손잡이(31) 및 세장형 샤프트(40)를 포함하는 의료 기구(19)를 포함한다. 예시된 실시예의 경우, 세장형 샤프트(40)의 근위 단부는 기구 기부(31)로부터 연장된다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트(40)는 가요성 샤프트 및/또는 관절운동 샤프트를 포함한다. 세장형 샤프트(40)의 원위 단부는 접근 시스 삽입기(91) 내로 삽입되도록 구성된다. 본 개시의 다른 도면에서처럼, 기구 이송기(11)는 세장형 샤프트(40)의 원위 단부가 접근 시스(90) 내로 삽입되고 그로부터 후퇴될 수 있도록 세장형 샤프트(40)의 삽입 및/또는 후퇴를 구동하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 기구(19)는 세장형 샤프트(40)의 원위 단부가 환자(90) 외부로 후퇴된 위치에서 예시되어 있다. 본 명세서에 기술된 예가 신장 결석 제거에 관한 것이지만, 의료 기구(19)는 환자 내에서 다른 유형의 물체, 시료, 또는 샘플을 수집 및 회수하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 의료 기구(19)는 환자 해부학적 구조로부터 생검 샘플을 취하도록 구성된다.
기구 이송기(11)는 의료 기구(19)의 세장형 샤프트(40)와 맞물리고, 접근 시스(90) 내외로의 세장형 샤프트(40)의 원위 팁의 축방향 운동(예컨대, 삽입 및/또는 후퇴)을 구동하도록 구성된다. 예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 기구 이송기(11)는 세장형 샤프트(40)와 맞물리거나 접촉할 수 있는 롤러(38) 또는 다른 축방향 액추에이터 수단/메커니즘을 포함한다. 일부 실시예에서, 롤러(38)는 롤러(38)와 세장형 샤프트(40) 사이의 파지를 제공하는 변형가능 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 재료는 실리콘 고무를 포함한다. 예시된 실시예에서, 롤러(38)가 회전함에 따라, 세장형 샤프트(40)는 기구 이송기(11)를 통해 축방향으로 당겨지거나, 밀리거나, 달리 구동될 수 있다. 롤러(38)를 제1 방향으로 회전시키는 것은 세장형 샤프트(40)의 삽입을 유발할 수 있고, 롤러(38)를 제2 반대 방향으로 회전시키는 것은 세장형 샤프트(40)의 후퇴를 유발할 수 있다. 일부 실시예에서, 롤러(38) 대신에 또는 그에 더하여, 다른 구동 수단/메커니즘이 사용될 수 있다. 예시된 실시예에서, 세장형 샤프트(40)는 기구 이송기(11)의 채널(39)을 통과한다. 채널(39)은 폐쇄 및/또는 개방 채널을 포함한다. 예시된 실시예에서, 멸균 어댑터(8a, 8b)는 로봇 아암(12a, 12b)과 각자의 결합된 기구/장치(19, 11) 사이에 위치된다.
시스템(900)의 예시된 실시예가 의료 기구(204)의 세장형 샤프트(40)의 축방향 운동을 구동하기 위한 기구 이송기(11)를 포함하지만, 다른 실시예에서 다른 유형의 로봇 조작기가 축방향 운동을 구동하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 축방향 운동은 의료 기구(19)의 기부/손잡이(31)가 부착되는 로봇 아암(12a)을 이동시킴으로써 구동된다. 따라서, 본 명세서에서 기구 위치에 기초한 기구 후퇴/삽입 속도 수정의 설명은 기구에 직접적으로 또는 간접적으로 결합된 로봇 아암의 공간에서의 이동 속도의 수정에 관한 것일 수 있다.
시료 수집기(85)는 시료가 내부에 침적될 수 있는 리셉터클, 컨테이너, 용기, 또는 저장소를 제공한다. 시료 수집기(85)는 플라스틱 시트와 같은 가요성 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수집기(85)는 가요성 백(bag)을 포함한다. 시료 수집기(85)는 멸균 영역 내에 위치될 수 있다. 수집기(85)는 멸균 어댑터(8b)에, 접근 시스 삽입기(91)에, 또는 기구 이송기(11)에 부착될 수 있다. 예시된 실시예에서, 시료 수집기(85)는 원위 팁(42)이 접근 시스 삽입기(91)로부터 인출될 때 의료 기구(19)의 세장형 샤프트(40)의 원위 팁(42) 아래에(예컨대, 바로 아래에) 있는 위치에 위치된다. 이러한 위치에서, 시료를 수집기(85) 내에 침적시키는 것은 시료를 방출하고(예컨대, 바스켓팅 장치를 개방함) 시료가 중력에 의해 수집기(85) 내로 떨어지게 함으로써 달성될 수 있다. 시료 수집기(85)의 이러한 위치는 또한, 시료가 수집기(85) 내에 침적된 후에, 세장형 샤프트(40)의 원위 팁(42)이 절차를 계속하기 위해 접근 시스(90) 내로 신속하게 재삽입될 수 있도록 세장형 샤프트(40)와 접근 시스(90) 사이의 정렬을 유지할 수 있다. 이는 절차의 전체 길이를 감소시켜, 환자 결과를 개선할 수 있다.
예시된 실시예에서, 미리 결정된 자동 스코프 일시정지/중지 위치는 시료 수집기(85) 바로 위의 위치에 설정된다. 예를 들어, 그러한 자동 일시정지/중지 위치(101)는 기구 이송기(11) 및/또는 축방향 액추에이터(38)의 원위(즉, 환자 대면) 측(43) 상에 위치될 수 있다. 이러한 위치는 샤프트(40)의 원위 팁(42)을 시료 수집기(85) 위에 위치시키는 데 필요한 이동량을 유리하게 최소화할 수 있다. 역시, 이는 절차의 전체 길이를 감소시킬 수 있다. 샤프트(40)의 이동 축을 따라 공간에서 식별가능한 위치일 수 있는 자동 일시정지/중지 위치 및 시료 수집기(85)는 접근 시스(90) 및/또는 접근 시스 삽입기(91)의 바로 근위에 위치된다.
도 10은 도 9에 도시된 기구 이송기(11)의 일 실시예의 평면도이며, 여기서 기구 이송기는 의료 기구의 세장형 샤프트의 축방향 운동을 구동하도록 구성된다. 도 10은 기구 이송기(11) 및 접근 시스(90)를 도시하고, 본 명세서에 기술된 바와 같이 자동 후퇴 속도 및/또는 일시정지 기능을 위한 기초를 제공할 수 있는 소정 파라미터 특징들을 식별한다. 도 9 및 도 10은 접근 시스 삽입기(91)의 근위 개구와 축방향 액추에이터(38)(들) 및/또는 그와 연관된 구동 채널(39) 사이의 자동 일시정지 위치(101)에서 일시정지된 스코프(40)의 원위 팁(42)을 도시한다. 도 10은 대체로 자동 일시정지/중지 위치(101) 아래에 위치된 수집기(85)를 도시한다. 일부 실시예에서, 수집기(85)는 부착 탭(89)에 결합된다. 부착 탭(89)은 시료 수집기(85)를 지지하는 기구 이송기(11) 및/또는 시스템(900)의 컴포넌트에 부착하도록 구성될 수 있다.
도 10은 본 명세서에 개시된 바와 같은 스코프 후퇴/삽입 속도 수정에 따라 스코프 위치 결정을 위한 기초로서 역할할 수 있는 다양한 치수를 예시한다. 예를 들어, 제1 치수(d1)는 접근 시스 조립체(92)의 근위 개구/깔때기 컴포넌트(91)를 제위치에 유지하고 고정하도록 구성된 기구 이송기(11)와 연관된 클립 컴포넌트(47)의 근위 단부 또는 중심과 스코프 채널(39)로의 개구(43) 사이의 거리에 대응할 수 있다. 일부 구현예에서, 원하는 자동 일시정지 위치(101)는 도 10에 도시된 바와 같이 클립(47)의 근위 단부와 채널(43)의 개구 사이의 중간 위치로서 결정될 수 있다. 즉, 본 개시의 실시예는 접근 시스 클립과 스코프 채널 및/또는 축방향 액추에이터 메커니즘/수단 사이에서 후퇴된 스코프의 축방향 이동에 대한 자동 일시정지 실행을 제공한다. 자동 일시정지 및/또는 다른 속도 수정 기능을 위해 스코프 위치를 결정함에 있어서, 그의 원위 단부(42)에 대한 스코프(40)의 위치는 소정 위치 결정/계산을 위한 기초로서 역할할 수 있다. 예를 들어, 도 10은 스코프 채널(39)에의 개구(43)와 접근 시스(90)의 원위 단부(93) 사이의 거리를 나타내는 치수(d3)를 도시하며, 이 치수는 스코프의 위치를 계산하는 데 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 채널 개구(43)와 클립(47) 사이의 거리(d1)는 접근 시스 팁(93)에서의 스코프 삽입 길이를 나타내는 치수(d3)로부터 알려진 또는 선택된 접근 시스 길이(d2)를 감산함으로써 적어도 부분적으로 결정될 수 있다. 일부 시스템에서, 거리(d1)는 기구 이송기(11)의 기계적 치수들로부터 직접 도출될 수 있다. 일시정지 위치(101)는 채널(43)의 개구와 클립(47) 사이의 거리(d1)의 절반을 감산함으로써 또한 결정될 수 있다. 예를 들어, 자동 스코프 일시정지 위치(101)는 하기에 열거된 수학식 1에 따라 결정될 수 있다:
[수학식 1]
일시정지 위치 = 시스 팁 - d2 - 0.5*d1
여기서, '일시정지 위치'가 자동 스코프 일시정지/중지 위치(101)를 나타내는 경우, '시스 팁'은 스코프(40)의 팁(42)이 접근 시스(90)의 팁(93)에 있을 때 스코프 삽입 구성을 나타내며, 여기서, d1 및 d2는 도 10에 도시된 그러한 파라미터들에 대한 가능한 치수들 중 임의의 것을 나타낸다. '시스 팁'은, 스코프(40)의 팁(42)이 접근 시스(90)의 원위 팁(93)에 위치될 때, 스코프의 롤러 작동 및/또는 스코프 서비스 길이를 고려하여 스코프 손잡이(19)의 상대 삽입/위치를 나타낼 수 있다. 일부 구현예에서, 상기 수학식 1은, 자동 일시정지 위치에 대해 예시된 바와 같은 위치(101)를 결정하기 위해, 치수(d1, d2)가 어떻게 정의되는지에 따라, 수학식의 우변에서 치수(d4)의 감산을 더 포함한다.
본 개시의 태양에 따른 자동 삽입 또는 후퇴 속도 수정은 접근 시스, 시료 수집기, 및/또는 다른 컴포넌트와 같은 하나 이상의 다른 시스템 컴포넌트에 대한 스코프 위치를 나타내는 임의의 유형의 로봇 시스템 데이터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 스코프의 현재 스코프 삽입을 나타내는 데이터는 스코프 또는 그의 컴포넌트의 현재 위치를 결정/검출하는 데 사용될 수 있다. 현재 스코프 삽입 데이터는 스코프가 소정의 교정된 위치로부터 병진되는 정도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스코프 길이가 (예컨대, 스코프와 연관된 RFID 식별에 기초하여) 알려진 경우, 기구 이송기(11) 및 스코프 손잡이(19)에 각각 결합된 로봇 아암들의 엔드 이펙터들 사이의 거리에 기초하여 현재 스코프 삽입이 결정될 수 있다. 예를 들어, 도 1, 도 7, 및 도 9는 2개의 로봇 아암의 엔드 이펙터들의 중심점들 사이의 거리를 나타내는 치수 콜아웃(Da)을 포함하고, 여기서 로봇 아암들 중 하나는 스코프 기부/손잡이(19)에 고정된다. 따라서, 자동 스코프 삽입 또는 후퇴 속도 수정 또는 중지/일시정지의 트리거링은 관련 의료 절차에 사용되는 2개 이상의 로봇 아암 사이의 알려진 상대 거리들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 자동 스코프 후퇴/삽입 속도 수정은 롤러/휠(38)의 중심과 시스 클립(47)의 중심 사이의 미리 결정된 거리에 적어도 부분적으로 기초할 수 있으며, 여기서 그러한 거리는 도 10에서 거리(d1)의 변형으로서 도시되어 있다. 또한, 클립(47)의 중심과 시스(90)의 근위 단부 사이의 거리가 미리 결정될 수 있으며, 여기서 그러한 거리는 도 10에서 거리(d4)로서 도시되어 있다. 그러한 데이터 점들은 기구 이송기(11)에 대한 시스(90)의 원위 단부(93)의 위치를 결정하기 위해 예컨대 접근 시스(90)의 알려진 길이(d2)와 함께 사용될 수 있으며, 여기서 그러한 위치 정보는 본 개시의 태양에 따른 자동 속도 수정을 트리거링하는 목적을 위해 스코프(40)의 위치를 결정하기 위한 기초로서 역할할 수 있다. 일반적으로, 스코프(40)의 위치의 결정은 기구 이송기(11)와 스코프(19)를 지지하는 각자의 로봇 아암들 사이의 현재 거리(DA)에 추가로 기초할 수 있다.
일부 실시예에서, 스코프 위치의 결정/검출은 접근 시스 길이(d2)에 적어도 부분적으로 기초하며, 여기서 그러한 길이는 일반적으로 접근 시스(90)의 원위 팁(93)과 시스(90)의 근위 단부, 클립(47)의 중심, 또는 깔때기 포트/삽입기 구조물(91)의 근위 단부 사이의 길이인 것으로 이해될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스(90)는 약 55 cm의 길이를 갖는 반면, 깔때기 포트/삽입기 구조물(91)은 약 2 cm의 길이를 갖는다. 그러나, 시스템의 임의의 길이의 시스, 스코프, 포트, 또는 컴포넌트가 본 개시의 태양에 따라 이용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
일부 경우에, 접근 시스(90)의 길이(d2)가 추가로 알려져 있을 수 있다. 예를 들어, 그러한 길이 데이터 점은 관련 교정 또는 초기화 프로세스 동안 일부 시점에 의사/사용자에 의해 입력될 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스(90)의 길이(d2)는 이와 연관된 하나 이상의 센서, 예컨대 자기 태그(tag) 또는 센서 등에 의해 나타내어질 수 있다. 기구 이송기(11)가 접근 시스 조립체(92)에 물리적으로 결합되는 경우, 도 6, 도 7, 및 도 10에서처럼, 접근 시스(90)의 원위 단부(93)의 위치는 기구 이송기(11)에 결합된 로봇 아암에 관한 위치 데이터 및 접근 시스 길이(d2)뿐만 아니라 시스 클립(47) 및/또는 깔때기 포트 구조물(91)의 위치 및/또는 치수(들)에 관한 정보로부터 결정/도출될 수 있으며, 이들의 각각은 본 개시의 태양에 따른 자동 후퇴 또는 삽입 속도 수정을 위한 기초로서 역할할 수 있다.
일부 구현예에서, 스코프(40)의 팁(42)의 현재 위치는 초기에 로봇 아암들 중 하나 이상의 위치 및 스코프 팁(42)의 위치를 교정함으로써 결정되며, 여기서 로봇 아암(들)의 후속적인 상대 또는 절대 이동은 로봇 아암(들)의 초기 위치로부터의 편차 및/또는 롤러(38)의 작동의 양/정도에 기초하여 스코프 팁(42)의 현재 위치를 나타낼 수 있다. 특히, 스코프-연결된 로봇 아암(12a)의 이동은 스코프 위치를 결정하기 위해 모니터링될 수 있는데, 이는 기구-구동기-결합된 아암(12b)이 일반적으로 요관 접근 시스(90)에 클립핑된 대로 고정될 수 있기 때문이다. 접근 시스 조립체(92)를 기구 이송기(11)에 클립핑하는 것은 유리하게는 인열 또는 접근 시스(90)와 인접한 해부학적 구조 사이의 다른 마찰 또는 무딘 접촉으로 인한 환자에 대한 상처의 위험을 감소시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 깔때기 포트 구조물(91)의 근위 단부에서의 임계점과 연관된 지점(153)은 교정 프로세스 동안 스코프(40)의 팁(42)에 대해 정합될 수 있다. 일부 실시예에서, 일시정지 위치(101)는 스코프(19)를 보유하는 로봇 아암(12a)의 위치에 대해 정합될 수 있으며, 여기서 스코프(40)의 원위 팁(42)이 자동 일시정지/중지 영역(101)에 있는 위치에서의 스코프(19)의 위치는 시각적 확인 및/또는 다른 수단 또는 메커니즘을 통해 결정될 수 있다. 그러한 정합/교정 후에, 스코프의 위치의 결정은 정합 위치 정보에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
기구 이송기 조립체/장치에 의한 자동 후퇴 또는 삽입 속도 수정을 트리거링하는 목적을 위해 스코프의 적어도 일부분의 위치를 결정/검출하기 위해 로봇 시스템 데이터를 사용하는 것에 더하여 또는 그 대안으로서, 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같은 자동 후퇴 일시정지/중지를 포함한 속도 수정을 트리거링하는 목적을 위해 스코프 및/또는 바스켓 위치를 결정하도록 다른 메커니즘(들)이 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 하나 이상의 위치 센서에 의해 생성된 신호는 스코프 조립체의 스코프, 바스켓, 및/또는 다른 컴포넌트가 특정 위치에 도달할 때를 검출하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 본 개시의 태양에 따른 속도 수정은 그러한 결정된/검출된 위치에 의해 트리거링된다. 예를 들어, 관련 시스템(예컨대, 도 1에 도시된 시스템(100)의 실시예)은 현재 시점에서의 스코프의 원위 팁의 위치들, 접근 시스의 들어감 및/또는 빠져나감 위치들 등을 나타내는 데이터를 생성하도록 구성된 하나 이상의 센서(예컨대, 전자기 위치 센서 등)를 포함할 수 있고, 여기서 시스템의 제어 회로는 위치 검출/결정에 응답하여 속도 수정(예컨대, 후퇴 일시정지)을 구현하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 검출된/결정된 위치는 접근 시스 또는 접근 시스 조립체의 하나 이상의 컴포넌트 또는 부분에 대한 스코프의 하나 이상의 컴포넌트 또는 부분의 상대 위치를 나타내는 데이터에 기초할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예와 관련하여 기술된 바와 같이, 본 개시의 태양에 따른 기구 이송기 장치/도구에 의한 스코프의 후퇴 및/또는 삽입 속도의 수정은 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 장치/도구에 의해 구동되는 스코프의 부분의 위치의 결정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 그러한 위치 결정은 스코프의 원위 단부가 접근 시스의 근위 개구로부터 근위방향으로 인출되었음을 결정하는 것을 수반할 수 있다. 그러한 결정/검출은 스코프의 원위 단부 및/또는 스코프의 원위 단부로부터 돌출한 바스켓팅 장치가 접근 시스 샤프트의 개구 및/또는 시스 조립체의 근위 단부와 연관된 깔때기 포트 구조물의 근위 개구로부터 제거된 때를 결정하는 것을 수반할 수 있다.
일부 구현예에서, 스코프 또는 다른 샤프트-유형 기구의 축방향 구동 속도의 수정은 스코프 및/또는 바스켓팅 장치/조립체의 컴포넌트 또는 부분이 접근 시스 조립체 내로 전진되었다는 결정/검출에 기초할 수 있으며, 이 시점에서 빠른 삽입 모드가 트리거링될 수 있고, 여기서 스코프의 원위 단부는 상대적으로 높은 속도율로 접근 시스를 통해 전진될 수 있다. 그러한 결정/검출은 이러한 스코프의 원위 단부 및/또는 그로부터 돌출하는 바스켓팅 장치가 접근 시스 조립체와 연관된 깔때기 포트 구조물, 또는 깔때기 포트 구조물에 물리적으로 결합된 접근 시스의 근위 개구로 들어갔음을 결정 또는 검출하는 것을 수반할 수 있다.
도 16은 기구 이송기(11) 및 이에 클립핑된 연관된 접근 시스 조립체(92)를 도시하며, 여기서 접근 시스 조립체(92) 및 기구 이송기(11)와 연관된 상이한 스코프 삽입/후퇴 속도 구역(Z0 내지 Z3)들이 식별된다. 다양한 구역은 시스(90) 및/또는 시스 조립체(92) 내의 그리고/또는 이것이 없는 영역들이며, 여기서 후퇴 및/또는 삽입의 상이한 속도들은 본 개시의 태양에 따라 자동으로 구현/트리거링될 수 있다. 기구 이송기(11)에 의해 구동되는 스코프 장치(도시되지 않음)의 팁이 시스(90)의 빠른 후퇴 구역(Z2) 내부에 있을 때, 스코프는 상대적으로 높은 속도로 후퇴되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 그러한 빠른 후퇴는 사용자가 스코프를 후퇴시키기 위해 관련 사용자 입력 장치의 제어 조이스틱을 하향으로 유지하는 동안 구현될 수 있으며, 여기서 후퇴 속도는 스코프 팁이 빠른 후퇴 구역(Z2) 내에 있다는 결정에 응답하여 증가할 수 있다.
일부 구현예에서, 빠른 후퇴 모드 동안, 시스템의 하나 이상의 컴포넌트의 제어 회로는 현재 스코프 삽입/위치를 결정된 자동 일시정지 위치(101)와 비교하여 스코프 후퇴의 자동 일지정지/중지를 개시할지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 느린 후퇴 구역(Z3)은 접근 시스 조립체(92)의 근위 부분과 연관되어, 일시정지 위치(101)에서의 일시정지/중지 전에 근위방향으로 접근 시스(90)를 빠져나갈 때 스코프의 후퇴가 먼저 느려진다. 일부 구현예에서, 현재 스코프 위치와 일시정지 위치(101) 사이의 비교가 일치하지 않거나 충분히 가까운 근접 내에 있지 않다면, 빠른 후퇴가 자동으로 계속될 수 있다. 일단 스코프 팁이 일시정지 위치(101)에 또는 그 부근에 있는 것으로 결정되면, 관련 제어 회로는 유리하게는 구동 메커니즘(들)의 제어를 통해 그 위치에서 스코프의 일시정지/중지를 개시/실행할 수 있다.
도 16을 추가로 참조하면, 일부 구현예에서, 느린 후퇴 구역(Z3)이 구현될 수 있고, 여기서 일단 스코프의 원위 단부 및/또는 이로부터 돌출된 바스켓이 시스 진입 위치(151)에 도달하였음이 결정/검출되면 스코프의 후퇴 속도가 감속되며, 시스 진입 위치는 시스(90)의 근위 단부에, 클립(47)의 중심점에, 또는 깔때기 포트 구조물(91)의 근위 단부에, 또는 임의의 다른 위치에 위치될 수 있다. 즉, 일부 구현예에서, 스코프의 후퇴는, 자동 일시정지/중지 영역 또는 위치(101)에 도달할 때 완전히 중지/일시정지되기 전에, 느린 후퇴 구역(Z3)에서 먼저 느려질 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 및/또는 바스켓이 시스(90)의 근위 단부의 바로 원위에 있는 영역에서 접근 시스(90) 내에 여전히 있는 동안, 느린 후퇴가 자동으로 트리거링될 수 있다. 스코프 또는 그의 컴포넌트의 위치의 결정/검출의 임의의 언급 또는 설명이 스코프의 원위 단부로부터 돌출하는 바스켓 형태/장치의 위치의 결정/검출을 나타낼 수 있음이 이해되어야 한다.
스코프(40)를 시스(90)를 통해 원위방향으로 전진/삽입할 때, 축방향 삽입/전진의 속도 수정은 시스(90)의 원위 영역 내의 위치(152)에 도달한 스코프(및/또는 연관된 바스켓)의 결정/검출 시 그러한 스코프 속도를 늦추도록 트리거링될 수 있다. 예를 들어, 삽입/전진 속도는 시스(90)로부터 빠져나갈 때 조직에 대한 손상의 위험을 감소시키기 위해 임계점(152)을 지나 자동으로 감소될 수 있다. 일부 구현예에서, 그러한 속도 감소는 미리 결정된 임계 삽입력보다 더 큰 삽입력의 결정에 의해 트리거링될 수 있다. 그러한 힘은 기구 이송기(11)의 액추에이터(들) 또는 다른 컴포넌트와 연관된 하나 이상의 토크 센서에서의 판독에 의해 나타내어질 수 있다. 일부 실시예에서, 위치(152)는 접근 시스(90)의 축방향 단부(93)로부터 약 20 mm 이하이다.
접근 시스(90) 내로의 스코프(40)의 삽입 동안, 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓이 임계 지점(151) 또는 시스(90)의 근위 영역 내의 다른 지점을 통과할 때 빠른 삽입 모드가 자동으로 트리거링되고 개시될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프 팁 및/또는 바스켓이 빠른 삽입/후퇴 구역(Z2)에 진입했다는 결정은 스코프의 원위 단부(42) 및/또는 그로부터 돌출된 바스켓이 접근 시스 조립체(92)를 기구 이송기(11)에 고정하는 클립(47)을 통과하였다는 결정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 접근 시스(90) 및/또는 빠른 삽입/후퇴 구역(Z2) 내로의 진입의 결정은 깔때기 포트/삽입기 구조물(91)의 축방향 길이 및/또는 깔때기 포트 구조물(91)의 원위 단부의 알려진 거리를 나타내는 정보에 기초할 수 있다. 예를 들어, 스코프 및/또는 바스켓의 팁이 접근 시스 조립체(92)의 튜브형 구조물(90) 내로 임계점을 가로지를 때까지, 스코프 및/또는 바스켓이 깔때기 포트 구조물(91)의 내부 채널 내에 있는 동안 느린 삽입 속도를 유지하는 것이 유리할 수 있다.
도 1의 예시된 시스템(100)뿐만 아니라 본 명세서에 개시된 다른 시스템과 관련하여, 기구 이송기(11)가 배치된 영역을 커버하는 전자기장을 산포하도록 구현된 전자기장 발생기(18)가 구성된 경우에, 그러한 전자기장은 본 명세서에 기술된 바와 같은 전자기 위치설정에 기초하여 스코프(40)의 팁(42)의 위치를 결정하기 위해 의존될 수 있다. 일부 구현예에서, 전자기 위치 센서(들)는 접근 시스(90)의 팁(93)에서의 스코프 팁(45)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 위에서 상세히 기술된 바와 같이, 시스 조립체 및/또는 기구 이송기(11)에 관한 미리 결정된 데이터 점들 중 하나 이상이 자동 일시정지/중지 위치(101)에 대한 스코프(40)의 원위 팁(42)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 즉, 전자기 위치 센서 정보는 시스 조립체(92) 및/또는 기구 이송기(11)에 대한 스코프의 팁(42)의 위치를 교정하는 데 사용될 수 있으며, 여기서 그러한 교정은 스코프 조립체(19)에 결합된 로봇 아암(12a) 및/또는 액추에이터(38)(들)의 교정후 이동에 기초하여 자동 중지/일시정지 위치(101)에 대한 스코프의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 그러한 교정은 도 16에 도시된 바와 같이 다른 속도 임계 지점들을 가로지름에 따라 스코프 위치들을 결정하는 데 추가로 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스코프(40)의 팁(42)은 그러한 목적들을 위해 사용될 수 있는 전자기 센서를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 기구 이송기 장치/조립체에 의한 스코프의 축방향 구동의 수정은, 스코프(예컨대, 스코프의 원위 단부) 및/또는 그로부터 돌출하는 바스켓이 시료 수집 구역, 영역, 위치 등에 도달하였다는 결정/검출에 응답하여 스코프의 축방향 이동을 중지 또는 일시정지시키는 것을 수반하였다. 예를 들어, 그러한 위치는 스코프의 구동 축에 대해 기구 이송기 장치/조립체와 연관된 축방향 액추에이터(예컨대, 롤러(들)) 및/또는 스코프 채널과의 계면 또는 원위 개구와 접근 시스 및/또는 연관된 깔때기 포트 구조물의 근위 개구 사이의 대략 중간 지점에 위치된 영역 또는 위치(101)일 수 있다. 도 7, 도 10, 및 도 15에 도시된 예시된 자동 일시정지/중지 영역/위치(101)는 예시적인 위치를 나타내며, 여기서 그러한 위치에서의 스코프의 일부분 및/또는 연관된 바스켓의 검출은 본 개시의 실시예와 관련하여 자동 후퇴 일시정지를 트리거링할 수 있다. 전기, 광학, 또는 다른 유형의 센서를 포함한 임의의 유형의 센서가 스코프 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 위치 결정/검출의 증가된 정확도를 제공하기 위해 다수의 센서가 사용될 수 있다. 본 명세서에 기술된 위치 결정에 영향을 미칠 수 있는 스코프(40)와 구동기 액추에이터(38)(들) 사이의 상대 미끄러짐과 같은 예상치 못한 문제를 고려하기 위해 센서 정보에 의존할 수 있다.
도 10을 추가로 참조하면, 기구 이송기(11)는 의료 기구의 샤프트의 축방향 운동을 구동하도록 구성된 롤러(38) 또는 다른 축방향 액추에이터 수단을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 롤러(38)들은 샤프트(40)가 기구 이송기(11) 내로 로딩될 때 의료 기구(19)의 샤프트(40)의 대향 측들에 위치되도록 채널(39)의 대향 측들에 위치될 수 있다. 따라서, 롤러(38)들은 대향 롤러들로 간주될 수 있다. 롤러(38)들은 의료 기구의 샤프트의 삽입을 구동하기 위해 제1 방향으로 그리고 의료 기구의 샤프트의 후퇴를 구동하기 위해 제2 방향으로 회전할 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 이송기(11)는 롤러들이 세장형 샤프트(40)와 맞물리는 폐쇄 위치를 향해 롤러(38)들을 편의시키도록 구성된 스프링(88)들을 포함한다. 롤러(38)를 채널(39)을 향해 내향으로 편향시키는 것에 더하여, 스프링(88)은 또한 롤러(38)가 의료 기구의 샤프트(40)와 맞물리게 하는 데 필요한 압력 또는 마찰력을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 스프링(88)은 롤러(38)가 의료 기구의 샤프트(40) 내로 얼마나 강하게 가압할지를 결정한다. 스프링(88)의 힘은 의료 기구의 샤프트(40)에 대해 원하는 압력 또는 마찰을 제공하도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 스프링(88)의 스프링력은 의료 기구의 샤프트가 삽입 및 후퇴 동안 환자의 해부학적 구조에 부여할 수 있는 압력 또는 힘을 제어하거나 제한하기 위해 사용될 수 있다. 이는 롤러(38)의 마찰 구동력에 대응하는 스프링력을 선택하거나 설정함으로써 달성될 수 있고, 따라서 롤러(38)는 규정된 하중에서 의료 기구의 샤프트 상에서 미끄러지기 시작할 것이다. 이러한 구동력을 조정함으로써, 시스템은 환자에게 허용가능하거나 안전한 것으로 간주되거나 정의되는 인가된 힘의 수준을 유지할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템의 제어 회로는 스코프 위치를 결정하는 목적을 위해 롤러(38)와 샤프트(40) 사이의 미끄러짐이 발생했을 때를 결정하도록 구성된다.
비전-기반 스코프 위치 결정
전반에 걸쳐 언급된 바와 같이, 스코프 삽입 및/또는 후퇴를 위한 자동 속도 수정은 삽입 또는 후퇴 프로세스 동안 현재 스코프 위치의 결정 또는 검출에 의해 트리거링될 수 있다. 일부 구현예에서, 현재 스코프 위치의 결정(예컨대, 원위 팁 위치 검출/결정)은 스코프의 하나 이상의 카메라에 의해 그리고/또는 이를 사용하여 생성된 카메라 데이터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 시스템의 제어 회로는 접근 시스 조립체 및/또는 기구 이송기의 접근 시스 및/또는 다른 컴포넌트에 대한 스코프의 환경을 인식하기 위해 이미지 처리 기능을 구현하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 후퇴 또는 삽입 동안 스코프 카메라에 의해 캡처된 카메라 이미지들은 서로 및/또는 소정 기준 이미지들과 비교되어, 스코프가 접근 시스 내에 있는지 또는 접근 시스 없이 있는지 여부 및/또는 스코프가 접근 시스의 어느 부분 내에 또는 근처에 있는지에 대해 스코프의 위치를 분류/결정할 수 있다. 그러한 위치 결정은 본 개시의 태양에 따라 자동 속도 수정 또는 중지/일시정지를 트리거링하기 위한 기초로서 역할할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템의 제어 회로에 의해 구현되는 이미지 인식 기능을 사용하여 식별가능한 접근 시스의 다양한 표면 또는 부분/컴포넌트 상에 소정 마킹이 적용 및/또는 형성될 수 있다. 예를 들어, 소정 색상 코딩이 구현되어 그러한 색상-코딩된 특징부의 식별에 기초한 스코프의 위치를 시스템 제어 회로에 나타낼 수 있으며, 색상-코딩된 특징부는 시스템의 접근 시스 또는 다른 컴포넌트의 소정 구조물 및/또는 부분/컴포넌트와 연관될 수 있다. 예를 들어, 시각적 마킹이 기구 이송기(11)의 지지 아암/구조물(96) 및/또는 깔때기 포트 구조물(91)의 내부에 적용되고/되거나 존재할 수 있다.
일부 실시예에서, 위치 결정/검출은 시스템의 제어 회로에 의해 구현된 신경망 프레임워크로부터의 출력에 적어도 부분적으로 기초할 수 있는 이미지 인식 기능에 기초할 수 있다. 예를 들어, 내시경 카메라 이미지는 스코프 위치 결정을 위한 기초를 제공할 수 있다. 그러한 비전-기반 스코프 위치 결정 기능은 소정 이미지-처리 기법을 사용하여 의료 시스템의 제어 회로에 의해 구현될 수 있다.
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프 위치 결정 이미지 인식 아키텍처(1100)를 예시한다. 아키텍처(1100)는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 카메라 이미지의 특성에 기초하여 스코프 위치를 동적으로 결정하기 위해 내시경 카메라 이미지에서 하나 이상의 기구 및/또는 해부학적 특징부를 식별하기 위한 프레임워크를 제공한다. 프레임워크(1100)는 하나 이상의 프로세서, 데이터 저장 장치, 접속 특징부, 기판, 수동 및/또는 능동 하드웨어 회로 장치, 칩/다이 등을 포함하는, 소정 제어 회로에서 구현될 수 있다. 예를 들어, 프레임워크(1100)는 적어도 부분적으로 도 4에 도시되고 전술된 제어 회로(251) 및/또는 제어 회로(211)에서 구현될 수 있다. 프레임워크(1100)는, 예를 들어 내부 신장 해부학적 구조, 접근 시스 컴포넌트의 내부 등의 요관경 이미지에 대해 자동 스코프 위치 결정/검출을 수행하기 위한 기계 학습 기능을 채용할 수 있다.
프레임워크(1100)는 하나 이상의 의료 절차 및/또는 그러한 절차(들)에 사용되는 기구 컴포넌트와 연관된 치료 부위의 적어도 일부분을 나타내는 이미지 데이터와 같은, 소정 이미지-유형 데이터 구조에서 동작하도록 구성될 수 있다. 그러한 입력 데이터/데이터 구조는 프레임워크(1100)의 이미지-처리 부분과 연관된 소정 변환 회로(1120)에 의해 일부 방식으로 동작될 수 있다. 변환 회로(1120)는 임의의 적합한 또는 바람직한 인공 신경망 아키텍처와 같은, 임의의 적합한 또는 바람직한 변환 및/또는 분류 아키텍처를 포함할 수 있다.
변환 회로(1120)는 알려진 이미지 데이터에 따라 훈련될 수 있다. 예를 들어, 이미지 데이터는 입력/출력 쌍으로서 의료 기구 컴포넌트의 표현 및 각자의 이미지(1112)에 대응하는 표적 라벨(1132)을 포함할 수 있고, 여기서 변환/분류 프레임워크(1120)는 알려진 입력 및 출력 이미지 데이터를 상관시키기 위해 하나 이상의 파라미터 또는 그와 연관된 가중치를 조정하도록 구성된다. 예를 들어, 변환 회로(1120)(예컨대, 컨볼루션 신경망)는 라벨링된 데이터세트 및/또는 기계 학습을 사용하여 훈련될 수 있다. 기계 학습 프레임워크는 임의의 적합한 또는 바람직한 방식으로 학습/훈련을 실행하도록 구성될 수 있다.
알려진 표적 라벨(1132)은 이미지를 소정 스코프 위치와 연관되는 것으로 수동으로 라벨링함으로써 적어도 부분적으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 수동 라벨은 관련 의료 전문가 또는 다른 기술자에 의해 결정 및/또는 적용되어, 예를 들어 스코프의 원위 단부가 알려진 스코프 이미지/데이터에서 접근 시스 조립체에 관련되는 경우를 라벨링할 수 있다. 알려진 입력/출력 쌍은 변환 회로(1120)의 파라미터를 나타낼 수 있고, 이는 일부 실시예에서 동적으로 업데이트가능할 수 있다.
프레임워크(1100)는 변환 회로(1120)의 훈련된 버전을 사용하여 실시간 스코프 이미지(1115)와 연관된 실시간 표적 라벨(1135)을 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 의료 절차 동안의 의료 기구(예컨대, 스코프)의 후퇴 동안, 의료 기구를 보여주는 실시간 스코프 이미지는 실시간 이미지가 캡처되었을 때 실시간 표적 라벨(1135)을 생성하기 위해 변환 회로(1120)를 사용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 요관경 이미지가 스코프 위치를 식별하기 위해 변환 회로(1120)에 의해 처리될 수 있다. 스코프 위치의 사용자 통지가 실시간 스코프 위치 라벨 결정(1135)에 응답하여 제공될 수 있다. 일부 구현예에서, 프레임워크(1100)로부터의 출력은 기구 이송기에 의한 스코프의 후퇴 또는 삽입 속도의 변화를 트리거링할 수 있고, 기구 이송기는 출력에 적어도 부분적으로 기초하여 속도 또는 일시정지/중지 후퇴 또는 삽입을 수정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임워크(1100)는 특정 이미지가 스코프가 자동 일지정지/중지 위치에 위치됨을 나타내는지 여부를 이진 방식으로 나타내는 방식으로 실시간 표적 라벨(1135)을 생성하도록 구성될 수 있다.
변환 프레임워크(1120)는 컨볼루션 신경망과 같은 인공 신경망을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프레임워크(1120)는, 입력 이미지에서 이루어지고, 서로 구별하기 위해 이미지에서 다양한 양태/객체에 학습가능 가중치를 할당하고/그로 바이어싱되는 딥 러닝 아키텍처(deep learning architecture)를 구현할 수 있다. 프레임워크(1120)의 필터/특성은 핸드-엔지니어링될(hand-engineered) 수 있거나 기계 학습을 통해 학습될 수 있다.
프레임워크(1120)는 입력 이미지의 시각 영역을 커버하는 입력 이미지의 중첩 영역에 대응하는 복수의 뉴런(1125)(예컨대, 도 11에 도시된 바와 같은 뉴런의 계층)을 포함할 수 있다. 프레임워크(1120)는 일부 방식으로 입력 이미지 또는 그의 부분(들)을 평탄화하도록 추가로 동작할 수 있다. 프레임워크(1120)는 소정 필터의 적용을 통해 입력 이미지(1115)에서 공간적 및/또는 시간적 의존성을 캡처하도록 구성될 수 있다. 그러한 필터는 원하는 출력 데이터를 달성하기 위해 다양한 컨볼루션 동작에서 실행될 수 있다. 그러한 컨볼루션 동작은 에지, 윤곽 등과 같은 특징부를 추출하기 위해 사용될 수 있다. 프레임워크(1120)는 임의의 개수의 컨볼루션 계층을 포함할 수 있고, 여기서 더 많은 계층은 더 높은 레벨의 특징부의 식별을 제공할 수 있다. 프레임워크(1120)는, 소정 해부학적 특징부에서와 같이, 회전 및/또는 위치 불변인 특징부를 추출하는 데 유용할 수 있는, 컨볼브된(convolved) 특징부의 공간적 크기를 감소시키도록 구성될 수 있는 하나 이상의 풀링 계층(pooling layer)을 더 포함할 수 있다. 일단 평탄화, 풀링, 및/또는 다른 프로세스를 통해 준비되면, 이미지 데이터는 다중-레벨 퍼셉트론(perceptron) 및/또는 피드-포워드(feed-forward) 신경망에 의해 처리될 수 있다. 또한, 역전파가 각각의 훈련의 반복에 적용될 수 있다. 프레임워크는 입력 이미지에서 우세 및 소정 저-레벨 특징부들을 구별하고, 임의의 적합한 또는 바람직한 기법을 사용하여 그들을 분류하는 것이 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 신경망 아키텍처는 하기의 알려진 컨볼루션 신경망 아키텍처들 중 임의의 것을 포함한다: LeNet, AlexNet, VGGNet, GoogLeNet, ResNet, 또는 ZFNet.
프레임워크(1100)는 내시경 이미지 데이터와 같은 충분한 양의 구동 데이터로 훈련될 수 있고, 여기서 진리표(truth table)가 스코프 위치 상태의 알려진 라벨에 기초하여 생성될 수 있다. 동작 동안, 실시간 이미지(1115) 및/또는 다른 구동 정보는 출력(1135)으로서 실시간 스코프 위치 결정 결과를 제공하기 위해 시스템(1120)에 대한 입력으로서 사용될 수 있다.
결석 회수 프로세스
도 12는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 요관경술 절차와 관련하여 결석 파편을 포획하고 후퇴시키며 수집하기 위한 프로세스(1200)를 예시한 흐름도이다. 블록(1202)에서, 프로세스(1200)는 신장 결석이 존재하는 내부 해부학적 부위로, 예컨대 신장의 내부 신배 네트워크 또는 다른 해부학적 구조 내에서 결석 파편화 도구를 전진시키는 단계를 수반한다. 예를 들어, 파편화 도구는 상대적으로 큰 결석 또는 다른 물체를 파편화하는 데 사용되도록 구성된 쇄석술 도구 또는 다른 도구를 포함할 수 있다. 파편화 도구는 본 명세서에 기술된 바와 같은 요도 접근 시스와 같은 접근 시스를 통해 전진될 수 있다. 파편화 도구는 카테터, 내시경 등과 같은 세장형 샤프트-유형 기구와 연관될 수 있고, 파편화 도구는 그러한 기구의 원위 단부와 연관될 수 있고/있거나 그의 작업 채널 내에 배치될 수 있다.
블록(1202)에서, 프로세스(1200)는 파편화 도구를 사용하여 결석을 둘 이상의 더 작은 결석 파편으로 파괴하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 프로세스(1200)는 결석을 레이저로 블라스팅(blasting)하거나, 결석을 드릴링하거나, 달리 결석을 절단하거나 손상시켜 이로부터 상대적으로 더 작은 파편들을 생성하는 단계를 수반할 수 있다. 블록(406)에서, 프로세스(1200)는 결석-포획 장치를 신장 내로 그리고 결석 파편들 중 하나 이상이 위치되는 영역에 삽입하는 단계를 수반한다. 일부 구현예에서, 바스켓은 내시경(예컨대, 요관경)의 작업 채널을 통해 포획 부위로 삽입될 수 있으며, 여기서 바스켓은 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 확장 및 수축하도록 구성된 와이어폼(wireform) 바스켓과 같은, 내부에 결석 파편을 포획하기 위한 수단을 포함한다. 블록(1208)에서, 프로세스(1200)는 바스켓으로 표적 결석 파편을 포획하는 단계를 수반한다. 바스켓은 스코프의 원위 팁/단부로부터 돌출되고, 바스켓이 표적 결석 파편에 걸쳐 배치되게 하도록 확장될 수 있으며, 여기서 바스켓의 수축은 바스켓 내에 결석 파편을 확보하여 바스켓 내에서 그의 제거를 허용할 수 있다.
블록(1210)에서, 프로세스(1200)는 스코프의 바스켓 및 원위 단부를 접근 시스 내로 후퇴시키는 단계를 포함하며, 이는 일부 구현예에서 요관신우 접합부에 또는 그 근처에 위치/배치될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예는 접근 시스의 원위 단부의 원위에 있는 영역에서 자동적인 느린 후퇴를 제공한다. 즉, 관련 시스템의 제어 회로는 접근 시스 내로의 진입 전에 스코프 및 바스켓의 후퇴 속도를 제한하도록 구성될 수 있다.
블록(1212)에서, 프로세스(1200)는 바스켓 및 스코프를 접근 시스를 통해 후퇴시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 일부 구현예에 따르면, 상대적으로 빠른 후퇴 속도는, 스코프의 원위 단부 및/또는 바스켓이 접근 시스 내로 진입되었거나 접근 시스 내로 임계 거리로 삽입/후퇴되었다는 결정 또는 검출에 응답하여 자동으로 트리거링되고 구현될 수 있다.
블록(1214)에서, 프로세스(1200)는 스코프의 원위 단부 및/또는 바스켓을 접근 시스의 근위 개구를 통해 인출하는/후퇴시키는 단계를 수반한다. 일부 실시예에 따르면, 스코프의 원위 단부 및/또는 바스켓이 접근 시스 조립체의 근위 개구/단부와 연관된 임계 지점을 가로질렀다는 결정 또는 검출이 스코프/바스켓의 후퇴 속도의 감속을 트리거링할 수 있다. 그러한 임계 위치/지점은 접근 시스의 근위 단부, 접근 시스에 결합된 깔때기 포트 구조물의 근위 단부, 깔때기 포트 구조물의 중간점, 또는 접근 시스의 근위 단부 근처에 있는 접근 시스 내의 일부 지점과 연관될 수 있다.
블록(1216)에서, 프로세스(1200)는 포획된 결석 파편을 수집기 구조물에 수집하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 수집기는 스코프를 후퇴시키는 데 사용되는 기구 이송기 장치/조립체의 일부분 아래에 일부 방식으로 배치될 수 있으며, 바스켓의 개구는 포획된 결석 파편이 수집기 내로 낙하하게 한다. 결정 블록(1218)에서, 프로세스(1200)는 치료 부위로부터 제거될 추가의 결석 파편이 남아있는지 여부를 결정하는 단계를 수반한다. 그렇다면, 프로세스는 블록(1206)으로 되돌아가며, 여기서 스코프 및/또는 바스켓은 추가의 결석 파편 포획 및 제거를 위해 신장 내의 치료 부위로 다시 삽입된다.
도 13-1, 도 13-2, 도 13-3, 도 13-4 및 도 13-5는 하나 이상의 실시예에 따른, 의료 기구를 정렬시키기 위한 프로세스를 예시한 흐름도를 도시한다. 도 14-1, 도 14-2, 도 14-3, 도 14-4 및 도 14-5는 하나 이상의 실시예에 따른, 도 13-1, 도 13-2, 도 13-3, 도 13-4 및 도 13-5의 프로세스와 각각 연관된 다양한 블록, 상태, 및/또는 동작에 대응하는 소정 이미지들을 도시한다.
블록(1302)에서, 프로세스(1300)는 도 14-1의 이미지(1401)에 예시된 바와 같이 바스켓팅 장치(30)의 바스켓(35)으로 결석 파편(80)을 포획하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 바스켓팅 장치(30)는 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 내시경(40)의 작업 채널을 통해 표적 치료 부위에 접근할 수 있다. 표적 결석 파편(80)은 본 명세서에 기술된 바와 같이 요도(65), 방광(60), 요관(63), 및 요관신우 접합부(78)를 통해 접근되는 환자의 신장 해부학적 구조 내에 배치될 수 있다. 접근 시스(90)가 치료 부위에 대한 접근을 스코프(40)에 제공하기 위해 요로 해부학적 구조 내에 초기에 배치될 수 있으며, 여기서 스코프(40)는 접근 시스(90)를 통해 삽입 및 후퇴된다. 접근 시스(90)의 원위 단부(93)는 도시된 바와 같이 요관신우 접합부에 배치될 수 있다.
블록(1304)에서, 프로세스(1300)는 스코프(40)를 접근 시스(90)의 원위 단부/개구(93)로 후퇴시키는 단계를 수반한다. 일부 구현예에서, 스코프가 요관신우 접합부 내에 그리고/또는 접근 시스(90)의 개구(93)의 원위에 있다는 결정은 자동 속도 조절 또는 수정을 유발하여, 장비 및/또는 해부학적 구조에 대한 손상 또는 상처를 방지하는 일부 방식으로 접근 시스(90) 내로의 진입 전의 후퇴 속도가 제한 또는 감소되는 것을 보장할 수 있다.
블록(1306)에서, 프로세스(1300)는 접근 시스(90)의 원위 단부(93)에서의 스코프(40) 및/또는 바스켓(35)의 위치를 확인하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 그러한 확인은 스코프의 원위 단부(42) 및/또는 바스켓(35)이 접근 시스(90)의 원위 단부(93) 바로 외부에, 접근 시스의 원위 단부(93)에, 또는 접근 시스(90)의 원위 단부(93) 내에 배치됨을 나타낼 수 있다. 확인은 사용자 입력을 통해 제공될 수 있으며, 여기서 의사/사용자는 스코프(40)와 연관된 카메라에 의해 생성된 스코프 이미지를 통해 또는 CT 등과 같은 다른 이미징 기술/양식을 통해 스코프(40) 및/또는 바스켓의 위치를 시각적으로 확인할 수 있다. 대안적으로, 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)의 위치는 본 명세서에 기술된 위치 결정/검출 프로세스들 또는 메커니즘들 중 임의의 것에 따라 실질적으로 자동으로 결정/검출될 수 있다.
스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 접근 시스(90) 내에 또는 그에 근접한 영역에 배치된다는 결정/검출이 스코프에 대한 후퇴 속도의 수정을 자동으로 트리거링할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 스코프 및/또는 바스켓이 접근 시스 내에 배치된다는 결정은 상대적으로 높은 후퇴 속도의 인에이블먼트를 트리거링할 수 있다. 블록(1308)에서, 프로세스(1300)는 스코프 및/또는 바스켓의 위치의 확인에 의해 인에이블되는 바와 같이, 접근 시스를 통해 스코프(40)를 빠르게 후퇴시키는 단계를 수반한다. 일부 구현예에서, 사용자는 스코프가 접근 시스의 외부에 있을 때 후퇴 명령을 제공하기 위해 후퇴 제어 메커니즘에 관여하며, 그러한 명령에 응답하여, 관련 시스템 제어 회로는 스코프(40가 접근 시스에 진입하였음이 결정/검출될 때까지 기구 이송기가 스코프(40)를 제1의 상대적으로 더 느린 속도로 후퇴시키게 하도록 구성될 수 있으며, 이 시점에서 제어 회로는 시스(90)를 통한 빠른 후퇴를 위한 속도를 증가시키기 위해 후퇴 속도를 수정할 수 있다. 즉, 일부 구현예에서, 사용자에 의한 후퇴 제어 메커니즘의 단 하나의 관여(예컨대, 조이스틱을 하향으로 당김)는 후퇴를 개시할 수 있으며, 여기서 후퇴 속도는 후퇴 경로를 따른 위치 결정(들)에 따라 수정된다. 대안적으로, 접근 시스(90) 내에서의 빠른 후퇴는 사용자에 의한 후퇴 제어 입력 메커니즘의 별개의 관여를 통해 개시될 수 있다. 즉, 스코프 및/또는 바스켓의 위치를 확인한 후에, 사용자는 후속적으로 후퇴 제어 메커니즘에 관여하여 접근 시스로 후퇴하도록 명령을 전송할 수 있으며, 여기서 후퇴 속도는 접근 시스 내의 확인된 위치에 기초하여 상대적으로 높은 속도율로 인에이블될 수 있다.
본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 스코프의 후퇴는 구동기 장치(11)의 축방향 액추에이터 메커니즘(38)(예컨대, 하나 이상의 휠)에 의해 제어될 수 있다. 후퇴 동안, 프로세스(1300)는, 결정 블록(1310)에 나타낸 바와 같이 현재 스코프 및/또는 바스켓이 미리 결정된 일시정지/중지 위치(101)에 있는지 여부를 결정하기 위해, 결정된/검출된 현재 스코프 위치를 미리 결정된 수집 일시정지/중지 위치(101)와 비교하는 단계를 수반할 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 일시정지 위치(101)(도 14-2의 이미지(1407) 참조)는 접근 시스 조립체의 개구(예컨대, 접근 시스(90) 및/또는 깔때기 포트 구조물(91)의 개구)와 스코프 작동 메커니즘(38) 및/또는 채널(39) 사이의 지점일 수 있다. 현재 스코프 위치는 본 명세서에 개시된 위치 결정/검출 수단들, 메커니즘들, 및/또는 프로세스들 중 임의의 것에 따라 결정될 수 있다.
스코프가 아직 미리 결정된 일시정지 위치(101)에 있지 않은 경우, 프로세스(1300)는 블록(1308)과 관련하여 접근 시스를 통해 스코프를 계속 빠르게 후퇴시키는 단계, 및 블록(1310)과 관련하여 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 일시정지 위치(101)에 있는지 여부를 결정하기 위해 현재 위치를 추가로 결정하고 이를 미리 결정된 일시정지 위치와 비교하는 단계를 수반한다. 일부 구현예에서, 미리 결정된 일시정지 위치(101)에 도달하기 전에, 시스템 제어 회로는 미리 결정된 일시정지 위치(101)에 도달하기 전에 후퇴 속도를 빠른 후퇴 속도로부터 더 느린 속도로 감소시키기 위해 후퇴 속도 수정을 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 그러한 수정 속도는 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 접근 시스 조립체의 근위 부분과 연관된 임계점을 가로질렀다는 결정에 의해 자동으로 트리거링될 수 있다. 예를 들어, 임계점은 접근 시스(90)의 근위 부분, 깔때기 포트 구조물(91)의 내부, 또는 깔때기 포트 구조물(91)의 근위 단부의 근위에 있는 영역과 연관될 수 있다. 그러한 구현예에서, 블록(1310)에서의 위치 비교 단계는 현재 스코프 위치가 스코프 및/또는 바스켓이 후퇴 감속 임계점을 가로질렀는지를 나타내는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있다.
현재 스코프가 미리 결정된 일시정지 위치(101)에 있다고 결정되는 경우, 프로세스(1300)는 도 14-2의 이미지(1409)에 나타낸 바와 같이 블록(1312)과 관련하여 일시정지 위치/영역(101)에서/에 걸쳐 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)에 의한 후퇴를 자동으로 일시정지/중지시키는 단계를 수반한다. 예를 들어, 시스템 제어 회로는 액추에이터(38)가 위치 결정/검출에 응답하여 자동으로 후퇴를 중단하게 할 수 있다. 자동 일시정지/중지 위치 또는 영역(101)은 시료 수집기 구조물(85) 위에 위치될 수 있어, 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 자동 일시정지 위치(101)에 위치될 때, 바스켓(35)의 개방이 포획된 결석 파편이 수집기(85) 내로 떨어지게 할 수 있다.
일부 구현예에서, 스코프가 자동 일시정지 위치(101)에서 일시정지된 후에, 프로세스(1300)는 블록(1313)에 나타낸 바와 같이 사용자가 후퇴 제어 메커니즘(예컨대, 조이스틱)을 해제하는 단계를 수반할 수 있다. 즉, 시스템 제어 회로는 후퇴 제어/명령의 관여해제 또는 해제를 나타내는 신호를 수신할 수 있다(또는 신호의 손실을 검출할 수 있다). 후퇴 제어 메커니즘의 해제는 사용자에 의한 스코프의 미세 조정/위치설정을 인에이블할 수 있다. 일부 구현예에서, 블록(1308)과 연관된 후퇴 명령의 첫 번째 중단 후에 새로운 후퇴 명령이 수신될 수 있다. 이에 응답하여, 관련 제어 회로는 스코프의 후퇴를 재개하도록 구성될 수 있다.
결정 블록(1314)에서, 프로세스(1300)는 현재 스코프 위치가 결석 수집에 적합한지 여부를 결정하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 사용자는 스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 결석 파편 수집을 위한 적절한 위치에 있는지 여부를 시각적으로 확인할 수 있다. 현재 스코프 위치가 적합하지 않은 경우, 프로세스(1300)는, 블록(1315)에서, 시각적 모니터링/확인에 기초할 수 있는, 스코프 위치에 대한 미미한 조정(들)을 사용자에 의해 구현하는 단계를 수반하다. 스코프 및/또는 바스켓의 위치가 적합한 경우(예컨대, 블록(1315)에서의 조정 후), 프로세스(1300)는 블록(1316)으로 진행하며, 여기서 바스켓 내에 포획된 결석 파편은 도 14-3의 이미지(1413)에 나타낸 바와 같이 시료 수집기(85)에 수집된다.
결석 파편(80)을 수집기(85)에 침적시킨 후에, 결정 블록(1318)에서 결정된 바와 같이 수집될 추가의 결석 파편이 남아있는 경우, 프로세스(1300)는 블록(1319)으로 진행하며, 여기서 스코프는 접근 시스(90) 내로 상대적으로 천천히 삽입된다. 예를 들어, 프로세스(1300)는 접근 시스(90) 및/또는 깔때기 포트 구조물(91) 내에서의 스코프의 위치가 결정되거나 검출될 때까지 스코프(40)의 삽입 속도를 자동으로 제한하는 단계를 수반할 수 있으며, 여기서 그러한 결정/검출은 삽입 속도의 자동 증가를 트리거링할 수 있다. 예를 들어, 프로세스(1300)의 블록(1320)에 나타낸 바와 같이, 접근 시스(90)에서, 스코프는 프로세스(1300)의 효율적인 성능을 허용하기 위해 상대적으로 빠르게 삽입될 수 있다. 스코프(40)를 접근 시스(90) 내로 그리고 이를 통해 삽입할 때, 바스켓(35)은 도시된 바와 같이 스코프(40)의 원위 팁(42)으로부터 돌출될 수 있거나, 스코프의 작업 채널 내에서 당겨질 수 있다.
스코프 팁(42) 및/또는 바스켓(35)이 접근 시스(90)의 원위 단부 부분과 연관된 임계점을 가로질렀다는 결정 또는 검출에 의해 추가의 자동 삽입 속도 수정이 트리거링될 수 있다. 예를 들어, 그러한 임계점은 접근 시스의 원위 부분에서 접근 시스(90) 내부의 일정 위치와 연관될 수 있거나, 접근 시스(90)의 바로 원위에 있고 그 외부에 있는 영역과 연관될 수 있다. 일단 임계점을 가로질렀다면, 시스템 제어 회로는 기구 및/또는 해부학적 구조에 대한 손상 또는 상처를 피하기 위해 삽입 속도를 상대적으로 느린 속도로 자동으로 감소시키고/시키거나 제한할 수 있다.
스코프 위치 결정에 응답하여 자동 스코프 후퇴 및/또는 삽입 속도 수정을 제공함으로써, 본 개시의 태양은 유리하게는 스코프를 위한 시료 낙하 위치를 결정하는 사용자/의사에 대해 상대적으로 더 적은 인지 부하(cognitive load)를 요구할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시예는 사용자가 스코프의 후퇴 및/또는 삽입을 개시하기 위해 후퇴/삽입 입력 제어를 유지하게 하는 전자동 및/또는 반자동 해결책을 제공하며, 여기서 그러한 후퇴/삽입 속도의 수정은 장비 및/또는 환자 해부학적 구조에 대한 손상을 방지하고/하거나 소정 절차들의 효율을 개선하기 위해 사용자로부터 추가의 입력을 요구함이 없이 자동으로 구현될 수 있다. 일부 실시예는 유리하게는, 절차를 구현하는 로봇 시스템의 하나 이상의 컴포넌트에 대해 미리 결정된 위치에 스코프가 도달할 때, 스코프 삽입 또는 후퇴의 자동 중지/일시정지를 제공한다. 일부 실시예는 자동 중지/일시정지 위치에 대해 위치를 조정하는 사용자 유연성을 제공하기 위해 자동 속도 수정(예컨대, 자동 일시정지/중지) 후에 사용자가 스코프 위치를 미세 조정하는 것을 추가로 허용한다. 의료 절차와 관련하여 스코프의 후퇴 및/또는 삽입을 구현할 때 의사에 대한 더 적은 인지 부하를 요구함으로써, 의사가 예를 들어 신장 결석 포획, 및/또는 다른 프로세스에 관한 상대적으로 더 복잡한 작업에 집중할 수 있게 할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예는 의료 절차 동안 스코프 이동의 감속, 중지, 및/또는 가속과 관련한 사용자 오류를 감소시킬 수 있다.
전술된 바와 같이, 요관경술 절차에서, 의사는 예를 들어 레이저 조사 또는 다른 수단에 의해 상대적으로 큰 결석을 상대적으로 작은 파편으로 파괴할 수 있으며, 그 후에 바스켓팅 장치/시스템이 각각의 작은 파편을 포획하고 이를 환자 외부로 추출하는 데 사용될 수 있다. 신장 결석 파편이 포획된 후에, 의사는 요관 접근 시스를 통해 결석/파편을 상대적으로 신속하게 추출하고 바스켓을 개방하여 결석을 수집 구조물에 낙하시킬 것을 원할 수 있다. 수집 후, 바스켓은 폐쇄될 수 있고, 스코프는 더 많은 결석/파편을 추출하기 위해 접근 시스 내부에 재삽입될 수 있다. 일반적으로, 결석 추출 프로세스 동안 걸리는 시간의 대부분은 결석 포획과 연관될 수 있고; 일단 스코프 팁이 결석 크기로 인해 접근 시스 개구에 고착되는 어떠한 문제도 없이 접근 시스의 원위 단부 내로 안전하게 후퇴되면, 접근 시스를 통한 후퇴 프로세스는 거의 순간적인 방식으로 구현될 수 있다.
소정 로봇 요관경술 절차에서, 스코프가 부착되는 로봇 엔드 이펙터(예컨대, 로봇 아암의 원위 단부) 및 스코프/샤프트 이송기 둘 모두가 스코프/샤프트를 병진시키는 데 사용될 수 있다. 도 15는 제1 로봇 아암(12a)과 연관된 세장형 샤프트(40)를 포함하는 제1 의료 기구(19)(예컨대, 내시경/요관경 등)를 포함하는 로봇 시스템(1500)을 도시한다. 도 15의 설명에서, 본 명세서에 개시된 임의의 다른 실시예에서처럼, 로봇 아암은 편의상 기술되고; 로봇 아암 및 로봇 아암의 원위 단부와 연관된 엔드 이펙터의 설명이 예컨대 삽입/후퇴 경로/레일을 따라 공간에서 병진할 수 있는 임의의 유형의 로봇 조작기(예컨대, 엔드 이펙터)일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에서 로봇 아암에 대한 언급은 임의의 유형의 로봇 삽입 메커니즘, 선형 액추에이터/병진기, 레일 구동부 등과 같은 임의의 유형의 로봇 조작기를 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
기구(19)는 로봇 아암(12a)과 연관된 엔드 이펙터(6a) 및/또는 어댑터 컴포넌트(8a)에 부착되거나 장착될 수 있는 손잡이(31)를 포함할 수 있다. 시스템(1500)은 도 15에 도시된 바와 같이 구성될 때 기구(19)의 세장형 샤프트(40)를 축방향으로 후퇴시키고/시키거나 삽입하도록 구성된 기구 이송기 장치(11)를 더 포함한다. 기구 이송기(11)는 제2 로봇 아암(12b)과 연관된다. 예를 들어, 기구 이송기(11)는 본 개시에 기술되고 예시된 바와 같이, 로봇 아암(12b)과 연관된 엔드 이펙터(6b) 및/또는 어댑터 컴포넌트(8b)에 부착 또는 장착될 수 있다.
시스템(1500)은 접근 시스 조립체(92)의 시스(90)를 통해 그리고/또는 적어도 부분적으로 시스 내에서 세장형 샤프트(40)를 후퇴시키고 삽입하도록 구성될 수 있다. 접근 시스 조립체(92)는 기구 이송기(11)의 클립(47) 또는 다른 특징부에 고정될 수 있는 삽입기 포트(91)를 포함할 수 있다. 그러한 삽입 및/또는 후퇴를 달성하기 위해, 기구 이송기(11)의 액추에이터 수단/메커니즘(38)(예컨대, 이송-롤러 휠(들), 트랙, 벨트 등)은 세장형 샤프트(40)를 이송기 장치(11)에 대해 축방향으로 이동시킬 수 있다. 또한, 도 15에 나타낸 바와 같이, 삽입 및/또는 후퇴는 시스(90)의 축(1501) 및/또는 세장형 샤프트(40)의 적어도 일부분과 평행한 방향으로의 로봇 아암(12a) 및/또는 엔드 이펙터(6a)의 이동에 의해 용이하게 될 수 있다. 예를 들어, 세장형 샤프트(40)를 후퇴시킬 때, 이송기 장치(11)의 축방향 액추에이터 수단/메커니즘(38)은 근위 방향으로의 샤프트(40)의 후퇴를 유발할 수 있다. 게다가 또는 대안으로서, 로봇 아암(12a)은 축/레일(1501)을 따라 근위 방향으로 엔드 이펙터(6a)를 이동시켜 샤프트(40)의 적어도 일부분을 근위방향으로 인출하도록 작동됨으로써, 그렇지 않으면 이송기(11)가 로봇 아암(12a, 12b)들 사이의 거리(Da)를 증가시킴이 없이 샤프트(40)를 후퇴시키는 경우에 형성될 수 있는, 이송기(11)와 손잡이(31) 사이의 샤프트(40)의 서비스 루프(49)의 양을 감소시킬 수 있다. 또한, 삽입 동안, 삽입이 로봇 아암(12a, 12b)들 사이의 거리(Da)의 임의의 증가 없이 기구 이송기에 의해 구현되는 경우에 일어날 수 있는 바와 같이, 기구 이송기(11)가 샤프트(40)를 삽입할 때 서비스 루프(49)에서의 슬랙 밖으로 연장되는 것을 피하기 위해 로봇 아암(12a)이 이송기(11)를 향해 원위방향으로 이동하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 서비스 루프(49)에서의 슬랙이 삽입 동안 완전히 고갈되고 이에 따라 거리(Da)가 감소되지 않는 경우에, 슬랙의 부재는 이송기 장치(11)가 샤프트(40)를 추가로 삽입하는 능력을 제한할 수 있다. 또한, 기구 이송기(11)와 기구 손잡이(31) 사이에서 샤프트(40)에서의 임의의 이용가능한 슬랙 없이 추가 삽입이 시도될 때 샤프트(40), 액추에이터 수단/메커니즘(38), 기구(19), 로봇 아암(12a/12b)(들), 및/또는 다른 기구장치에 손상이 유발될 수 있다.
기구 이송기(11)(예컨대, 스코프 구동기) 및 기구 엔드 이펙터(6a)가 결석 삽입 또는 후퇴 프로세스 전체에 걸쳐 동일한 속도로 동작되는 경우, 프로세스는 이송기의 샤프트 액추에이터(들)의 동작 속도에 비해 엔드 이펙터 병진을 위한 상대적으로 제한된 동작 속도로 인해 바람직하지 않게 느릴 수 있다. 그러한 병진 속도 제한은 환자 및/또는 기구장치에 대한 안전성 및/또는 손상 염려로 인한 것일 수 있거나, 다른 물리적 및/또는 환경 제약에 기초할 수 있고; (예컨대, 기구 아암(12a)에 대한) 빠른 로봇 엔드 이펙터 이동은 상대적으로 위험한 것으로 인지될 수 있고 다른 물체와의 충돌을 유발할 수 있다. 동시에, 큰 후퇴 거리/길이는 달성하기 어려울 수 있는 아암/엔드 이펙터 운동을 위한 상대적으로 큰 작업 공간을 필요로 할 수 있다. 그러한 고려사항에 비추어, 삽입 또는 후퇴 프로세스의 하나 이상의 단계 동안 상이한 속도들로 이송기 액추에이터(들) 및 스코프/기구 엔드 이펙터(6a)를 구동하는 것이 유리하게는 절차를 더 효율적이며 안전하고/하거나 유지가능하게 할 수 있다. 결석 추출/후퇴 프로세스와 관련하여, 결석 추출 동안 이송기 액추에이터(38)(들)를 상대적으로 고속으로 구동하는 것이 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 엔드 이펙터(6a)(및/또는 엔드 이펙터(6b))를 공간 내에서 병진시키는 것으로부터의 로봇 아암들 사이의 거리(Da)의 상응하는 증가 없이, 기구/스코프 이송기(11)와 기구 엔드 이펙터(6a) 사이의 서비스 루프(49)에서 상대적으로 큰 곡률이 형성될 수 있으며, 이는 스코프 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 결석 추출(예컨대, 삽입 및/또는 후퇴) 동안 (예컨대, 로봇 엔드 이펙터(6a)의 병진을 통한) 이송기 동작과 기구 손잡이 병진 사이의 조화는 본 명세서에 개시된 다양한 실시예와 관련하여 개선된 효율을 제공하고 기구에 대한 손상을 피하기 위해 중요할 수 있다.
일부 시스템에서, 작업 공간 제한에 기초한 로봇 아암(12a) 및/또는 엔드 이펙터(6a)의 이동/병진의 근위 또는 원위 속도 및/또는 거리를 제한하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 예를 들어, 아암(12a)은 로봇 시스템의 물리적 파라미터들 내에서 제한된 운동 범위를 가질 수 있다. 즉, 아암(12a) 및/또는 엔드 이펙터(6a)는 가상 레일일 수 있는 레일(1501)을 따른 제한된 이동 범위만을 허용할 수 있고, 가상 레일을 따라 엔드 이펙터(6a)는 샤프트(40)를 실질적으로 축방향으로 그리고/또는 이송기 장치(11)의 채널(39) 및/또는 접근 시스(90)와 일렬로 유지하게 작동되도록 구성된다. 또한, 로봇 아암(12a)의 이동 속도는 기계적 제약에 의해 그리고/또는 로봇 시스템의 안전한 동작을 유지하는 수단으로서 제한될 수 있다. 예를 들어, 로봇 아암(12a) 및/또는 엔드 이펙터(6a)가 너무 높은 속도로 병진될 때 이동 및/또는 위치에서의 정확성이 손상될 수 있다.
일반적으로, 기구 구동기(11)의 축방향 액추에이터 수단/메커니즘(38)은 로봇 아암(12a), 엔드 이펙터(6a), 및/또는 기구 손잡이(31)의 최대 원위 및/또는 근위 병진 속도보다 더 큰 속도로 세장형 샤프트(40)를 축방향으로 이동시키도록(예컨대, 삽입하고/하거나 후퇴시키도록) 구성될 수 있다. 절차의 실행을 위한 바람직하고/하거나 개선된 효율을 제공하기 위해 후퇴 및/또는 삽입 프로세스의 소정 부분들 동안 그러한 상대적으로 높은 속도로 샤프트(40)를 삽입하고/하거나 후퇴시키는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 기구 이송기(11)에 의한 샤프트(40)의 축방향 작동을 기구 손잡이(31)와 연관된 로봇 아암(12a)의 최대 후퇴 및/또는 삽입 속도로 제한하는 것이 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 프로세스는 세장형 샤프트(40)를 신속하게 삽입하고/하거나 후퇴시키기 위해 이용되는 기구 이송기(11)의 상대적으로 높은 후퇴/삽입 속도를 허용하는 수단으로서 삽입 및/또는 후퇴 동안 소정 서비스 루프 구성 및/또는 조건을 유지 및/또는 이용하는 단계를 수반할 수 있다.
소정 의약/수술 기구의 세장형 샤프트의 삽입 및/또는 후퇴에 관한 소정 실시예가 본 명세서에 개시되며, 여기서 그러한 삽입/후퇴는 기구 이송기 장치 및/또는 그의 액추에이터 컴포넌트(들)를 사용하여 구현된다. 그러나, 세장형 샤프트 또는 다른 기구의 삽입 또는 후퇴의 본 명세서에서의 임의의 설명이 도 15의 예시적인 구현예에 나타낸 바와 같이 기구 이송기 작동 및/또는 로봇 아암/엔드 이펙터 병진을 사용하여 달성/수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 도 15 및 다른 도면은 로봇 아암의 원위 단부와 연관된 엔드 이펙터에 부착된 기구 손잡이 및 구동기/이송기를 도시하지만, 기구 삽입 및/또는 후퇴 프로세스/기능과 관련된 로봇 엔드 이펙터 병진이, 로봇 아암과 연관되든 그렇지 않든 간에 임의의 유형의 엔드 이펙터를 사용하여 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 시스템은 트랙 또는 다른 구조물 상에 배치된 로봇 엔드 이펙터를 포함할 수 있으며, 그러한 엔드 이펙터의 병진은 트랙 또는 다른 구조물을 따른 활주/운행에 의해 달성될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예와 관련하여 안전성 및 효율을 촉진하는 수단으로서, 기구 샤프트(40)는 유리하게는, 본 명세서에 개시된 위치 결정 수단들/메커니즘들 중 임의의 것에 따른 샤프트(40)의 원위 단부의 현재 위치의 결정에 따라 상이한 속도들로 후퇴되거나 삽입될 수 있다. 예를 들어, 접근 시스(90)의 팁(93)에 대한 샤프트 팁(42)의 위치 및/또는 자동 일시정지 위치(101)(도 15에 도시되지 않음)는 이송기 액추에이터(38)(들) 및/또는 엔드 이펙터(6a) 병진의 동작 속도를 지배하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 위치 결정 및/또는 후퇴/삽입 속도 제어는 사용자에 의해 일부 방식으로 시스템 내로 입력될 수 있는 소정 시스템 데이터에 기초한다. 예를 들어, 스코프 길이(d4), 시스 길이(d2), 스코프 아암 엔드 이펙터(6a)와 스코프 이송기 엔드 이펙터(6b) 사이의 거리(Da)에 관한 데이터가 시스템으로부터 획득되고/되거나 사용자에 의해 입력될 수 있다. 그러한 정보는 샤프트(40)의 원위 단부의 위치에 대한 시스(90)의 원위 단부(93)의 위치를 결정/계산하는 데 사용될 수 있다. 수집 위치(예컨대, 자동 일시정지 위치)가 (예컨대, 일부 완충량을 가지고) 접근 시스 조립체(92)의 근위 단부 외부에 있도록 설정되는 경우, 일단 접근 시스의 위치가 결정되면, 수집 위치는 그러한 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 계산될 수 있다.
(예컨대, 내시경과 같은 의료 기구와 연관된 엔드 이펙터를 위한) 엔드 이펙터 병진이 이송기 채널 및/또는 시스 축과 일렬로 있는 레일을 따라 대체로 있는 것으로서 본 명세서에 개시되지만, 그러한 병진은 그러한 레일을 따라 있을 필요가 있고, 오히려 그러한 기준 라인들에 대해 경사진 경로를 따라 있을 수 있다. 또한, 이펙터들/기구들 사이의 원하는 거리를 달성하기 위해 본 명세서에 개시된 다양한 프로세스와 관련하여 상하 병진이 구현될 수 있다. 게다가, 엔드 이펙터 또는 엔드 이펙터 어댑터의 플레이트 또는 다른 컴포넌트가 회전되어 샤프트 서비스 루프를 위한 원하는 거리를 제공하고/하거나 그러한 서비스 루프에 존재하는 곡률을 감소시킬 수 있다.
도 16은 하나 이상의 실시예에 따라 소정 스코프 후퇴 속도 구역들이 식별되는 기구 구동기/이송기 장치(11)와 접근 시스 조립체(92)의 조립체를 도시한다. 삽입 후에 결석 파편이 수집된 후에 구현될 수 있는 바와 같은, 스코프(40)를 접근 시스 조립체(92) 내로 그리고 이를 통해 후퇴시키기 위한 프로세스와 관련하여, 삽입 및 후퇴 프로세스(들)는 유리하게는 단일 수술 설정에서 다수회 반복될 수 있다. 접근 시스 조립체(92)의 시스(90) 내로의 스코프(40)의 후퇴는, 시스의 원위 단부(93) 외부에서의 과도하게 공격적인 후퇴로부터 초래될 수 있는, 환자, 스코프 조립체(92), 및/또는 다른 기구장치에 대한 손상을 피하는 목적을 위해 의사가 세심한 주의를 하고/하거나 후퇴를 상대적으로 낮은 속도로 동작시킬 것을 요구할 수 있다.
본 개시의 일부 위치-기반 후퇴 속도 제어 방식에 따르면, 관련 기구 샤프트(40)의 원위 단부의 총 이동 경로는 2개, 3개, 4개, 또는 그 초과의 상이한 구역들로 분할될 수 있으며, 여기서 후퇴 속도는 샤프트 팁이 현재 어느 구역에 있는지에 기초하여 상이하게 실행/결정될 수 있다. 예를 들어, 그러한 구역들은 느린 후퇴 구역(Z1, Z3), 정상/빠른-후퇴-완충 구역(ZB1, ZB2), 고속 후퇴 구역(Z2), 및/또는 일시정지/중지 구역/위치(101) 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 여기서 각자의 구역들에서 구현된 후퇴 속도들은 자동으로 구현될 수 있다.
초기에 스코프 또는 다른 세장형 샤프트 기구(40)의 원위 단부를 접근 시스(90) 내로 후퇴시킬 때, 후퇴는 스코프의 원위 단부(42)를 접근 시스(90)의 원위 개구(93) 내로 가져오는 것을 수반한다. 도 16의 방식에 따르면, 접근 시스(90)의 바로 원위에 있는 영역은 느린 후퇴 구역(Z1) 내에 있을 수 있다. 시스템 제어 회로는 접근 시스(90)의 원위 단부(93) 내로의 샤프트(40)의 원위 단부(42)의 후퇴를 허용하도록 샤프트(40)의 후퇴 속도를 상대적으로 느린 속도로 제어하고, 샤프트의 원위 단부(42) 및/또는 바스켓(35) 또는 이와 연관된 다른 작업 기구의 성공적인 진입을 확인하는 확인 입력을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 구현예에 따르면, 시스 진입 확인 구역(Z0)은 시스(90)의 원위 단부(93)의 원위에 있고 또한 시스(90)의 원위 부분을 커버하는 영역을 나타내며, 이 영역에서 조작자/기술자는 일단 샤프트(40)의 원위 팁(42)이 접근 시스(90)에 성공적으로 들어가면 접근 시스(90) 내로의 확인된 성공적인 진입의 표시를 제공할 수 있다. 샤프트(40)가 확인 구역(Z0)에 있는 동안, 팝업 윈도우 또는 다른 그래픽 인터페이스가 생성되고 조작자/기술자에게 제시되어 접근 시스(90)의 원위 단부(93)의 위치를 확인할 수 있다. 예를 들어, 안전성을 보장하기 위해, 빠른 후퇴 모드는 사용자가 (예컨대, 기구 카메라의 카메라 이미지 상에서 보이는 바대로) 시스 팁(93) 위치를 확인한 후에만 인에이블될/허용될 수 있다. 시스(90)의 팁(93)의 위치 및/또는 시스(90) 내로의 샤프트(40)의 성공적인 진입이 확인될 때까지, 샤프트(40)의 후퇴는 상대적으로 더 낮은 속도(예컨대, "정상" 속도)로 구현될 수 있다. 시스템의 임의의 제어 회로를 사용하여 구현되는 바와 같은, 샤프트(40)의 후퇴 속도의 제어는 도 16(및 후술되는 도 17)에 도시된 다양한 구역 중 임의의 구역 내에서의 샤프트(40)의 팁(42)의 존재/위치 결정에 기초할 수 있다.
스코프 팁(42)이 시스 팁(93) 내로 후퇴된 후에, 스코프 팁(42)은 '정상' 또는 '완충' 후퇴 구역(ZB1 및/또는 ZB2; 편의상 및/또는 명확성을 위해 일부 맥락에서 '빠른 후퇴 완충 구역(들)'으로도 지칭됨)에 들어갈 수 있다. 빠른 후퇴 완충 구역(들)은 샤프트(40)로부터 돌출되는 바스켓 팁(35)(또는 다른 작업 기구)이 고착됨이 없이 또한 시스(90) 내로 안전하게 후퇴되는 것을 보장하도록 구현될 수 있다. 추가의 고려사항으로서, 기구 손잡이와 연관된 로봇 엔드 이펙터(예컨대, 로봇 아암 엔드 이펙터)와 기구 이송기(11)와 연관된 엔드 이펙터 사이의 거리는 또한, 기구 샤프트(40)에 손상을 유발할 수 있는, 샤프트의 서비스 루프와 연관된 곡률이 너무 급격함이 되지 않는 것을 보장하기 위하여, 빠른 후퇴가 개시될 때 소정 임계 거리보다 더 클 필요가 있을 수 있다. 그 결과, 접근 시스(90)의 길이(d2)에 따라, 일단 샤프트 팁(42)이 빠른 후퇴 구역(Z2)의 원위 경계와 연관된 임계점(152)을 통과하면 빠른 후퇴가 개시될 수 있다. 일부 구현예에서, 추가의 빠른 후퇴 완충 구역(ZB2)이 초기 빠른 후퇴 완충 구역(ZB1)과 빠른 후퇴 구역(Z2) 사이에 존재할 수 있으며, 여기서 샤프트 후퇴 속도는 제1 완충 구역(ZB1)에서보다 상대적으로 더 높은 속도 그러나 빠른 후퇴 구역보다 더 느린 속도로 구동되어 빠른 후퇴를 시작하기 위해 요구되는 최소 거리를 충족시킬 때까지 이송기와 기구 손잡이 사이의 거리를 증가시킨다. 스코프 팁(42)이 빠른 후퇴 구역(Z2) 내로 후퇴한 후에, 기구 이송기 액추에이터(들)는 최대 동작 속도로 가속될 수 있다. 일부 실시예에서, 일단 빠른 후퇴가 개시되었다면, 자동 일시정지 위치(101)가 도달될 때까지 기구 샤프트는 빠른 후퇴 속도로 후퇴될 수 있다. 후퇴 프로세스 동안, 기구 손잡이 엔드 이펙터가 후퇴 작업 공간 한계에 도달하면, 기구 엔드 이펙터의 후퇴 병진이 일시정지되어, 후퇴는 기구 이송기(11)에 의한 샤프트(40)의 축방향 작동을 통해서만 달성될 수 있다.
일부 구현예에서, 시스-진입 확인 구역(Z0)은 접근 시스(90)의 원위에 있는 영역뿐만 아니라 접근 시스(90)의 원위 부분에 걸쳐 있을 수 있는 느린 후퇴 구역(Z1)과 중첩될 수 있다. 일부 구현예에서, 느린 후퇴 구역(Z1)만이 접근 시스(90)의 원위 단부(93)의 원위에 있는 영역을 포함하는 반면, 접근 시스(90)의 원위 단부(93)는 다른 더 근위인 구역으로의 임계 전이를 나타낸다. 느린 후퇴 구역(Z1) 내에서, 후퇴 속도는 상대적으로 느린 속도, 예컨대 대략 5 mm/s, 또는 도 16 및/또는 본 개시의 임의의 다른 실시예와 연관된 후퇴 방식과 관련하여 구현된 다른 후퇴 속도들에 비해 상대적으로 느린 다른 속도로 제한될 수 있다.
일부 후퇴(및/또는 삽입) 방식에 따르면, 예를 들어 관련 후퇴/삽입 방식의 가장 느린 속도 또는 속도 한계를 나타낼 수 있는 느린 삽입/후퇴 속도를 포함한 복수의 속도와 관련하여 후퇴(또는 삽입)의 제어가 구현될 수 있다. 본 개시의 태양에 따른 '느린' 삽입 또는 후퇴 속도는 10 mm/s 이하의 속도, 예컨대 5 내지 10 mm/s, 약 5 mm/s, 3 내지 5 mm/s, 또는 3 mm/s 미만의 속도일 수 있다. '정상' 삽입/후퇴 속도는 느린 속도보다 더 큰 후퇴/삽입 속도를 나타낼 수 있고, 디폴트 후퇴/삽입 속도, 또는 삽입 또는 후퇴 프로세스의 소정 절차 단계들에 전형적인 다른 속도를 나타낼 수 있다. 정상 삽입/후퇴 속도는 대략 10 내지 30 mm/s, 예컨대 20 내지 30 mm/s 또는 10 내지 20 mm/s의 속도일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 후퇴/삽입의 정상 속도는 약 11 mm/s일 수 있다. '중간' 속도('중간-빠른'으로도 지칭됨)는 정상 속도보다 더 큰 후퇴/삽입의 속도를 나타낼 수 있다. 중간 삽입/후퇴 속도는 대략 30 내지 100 mm/s, 예컨대 50 내지 100 mm/s 또는 30 내지 50 mm/의 속도일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 후퇴/삽입의 중간 속도는 약 30 mm/s일 수 있다. 일부 구현예에서, 후퇴/삽입의 중간 속도는 전술된 바와 같이 로봇 아암 병진 속도와 같은 최대 바람직한 또는 허용가능한 로봇 엔드 이펙터 병진 속도에 대응할 수 있다. '빠른' 삽입/후퇴 속도는 중간 속도보다 더 큰 후퇴/삽입 속도를 나타낼 수 있고, 최대 가능한 또는 허용가능한 후퇴/삽입 속도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 그러한 빠른 후퇴/삽입 속도는 기구장치 및/또는 환자 해부학적 구조에 대한 손상을 피하기 위해 접근 시스 내에서 엄격하게 구현될 수 있다. 빠른 삽입/후퇴 속도는 대략 100 내지 200 mm/s, 예컨대 100 내지 150 mm/s 또는 150 내지 200 mm/s의 속도일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 후퇴/삽입의 빠른 속도는 약 170 mm/s일 수 있다.
도 16의 후퇴 속도 구역 방식에 따르면, 느린 후퇴 구역(Z1)의 일부분은 접근 시스(90) 내에서의 빠른 후퇴 완충 구역(ZB1)으로 간주될 수 있다. 예를 들어, 접근 시스(90)의 원위 단부(93)와 접근 시스의 원위 단부(93)로부터 소정 거리에 있는 임계점(155) 사이에서의 샤프트(40)의 원위 단부(42)의 위치 결정은 샤프트(40)와 연관된 바스켓(35) 또는 다른 작업 기구가 또한 접근 시스(90) 내에 가져와졌음을 보장하기 위해 샤프트(40)가 접근 시스(90) 내에 있지만 접근 시스(90) 내에서 충분히 먼 거리에 있지 않음을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 빠른 후퇴 완충 구역(ZB1)들의 근위 경계와 연관된 임계점(155)은 느린 후퇴 구역(Z1)의 근위 단부와 연관된 임계점(152)에 대응할 수 있다. 일부 구현예에서, 느린 후퇴 구역(Z1) 및/또는 빠른 후퇴 완충 구역(ZB1) 내에서의 후퇴 속도는 정상 후퇴 속도(예컨대, 약 11 mm/s의 속도)로 제한될 수 있다.
느린 후퇴 구역(Z1) 및/또는 빠른 후퇴 완충 구역(ZB1)의 근위에 있는 시스(90) 내의 영역은, 후퇴 속도가 시스템을 위한 최대 후퇴 속도를 나타낼 수 있는 약 170 mm/s 또는 다른 속도와 같은 상대적으로 빠른 속도로 증가될 수 있는 빠른 후퇴 구역(Z2)으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 저속 후퇴 구역(Z1)의 근위 임계점(152)과 빠른 후퇴 구역(Z2)의 원위 임계점 사이에 구역(ZB2)가 존재할 수 있다. 그러한 실시예에서, 구역(ZB2)에서의 후퇴는 정상 속도보다 더 빠르지만 빠른 후퇴 속도보다 더 작은 중간 속도로 구현될 수 있다. 예를 들어, 중간('중간-빠른'으로도 지칭됨) 속도는 약 30 mm/s일 수 있고, 일부 실시예에서, 후퇴되는 기구의 손잡이 또는 기부에 부착된 로봇 엔드 이펙터와 연관된 최대 로봇 병진 속도에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 고속 후퇴 구역(Z2)은 접근 시스(92)의 시스(90) 및/또는 삽입기 컴포넌트(91)의 근위 단부를 지나 근위방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 빠른 후퇴 구역(Z2)은 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 자동 일시정지/중지 위치(101)로 연장될 수 있다. 예를 들어, 시스템 제어 회로는 접근 시스 조립체(92)의 근위 단부를 통한 빠른 후퇴를 구현하고 위치(101)에서 자동으로 중지/일시정지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 접근 시스 조립체(92)의 근위 부분과 자동 일시정지 위치(101) 사이에 느린 후퇴 구역(Z3)이 구현될 수 있어, 스코프의 후퇴가 빠른 후퇴 구역(Z2)을 통해 최대 속도로 진행할 수 있지만 자동 일시정지 위치(101)에서 궁극적으로 중지/일시정지하기 전에 상대적으로 더 느린 속도(예컨대, 위에서 정의된 바와 같은 중간, 정상, 또는 느린 속도)로 감속할 수 있다.
도 17은 하나 이상의 실시예에 따라 소정 스코프 삽입 속도 구역들이 식별되는 기구 이송기 장치(11)와 접근 시스 조립체(92)의 조립체를 도시한다. 후퇴 후에 결석 파편이 침적된 후에 구현될 수 있는 바와 같은, 스코프(40)를 접근 시스 조립체(92) 내로 그리고 이를 통해 삽입하기 위한 프로세스와 관련하여, 삽입 및 후퇴 프로세스는 유리하게는 단일 수술 설정에서 다수회 반복될 수 있다. 시스(90) 내로의 스코프(40)의 재삽입은, 시스의 원위 단부(93) 외부에서의 과도하게 공격적인 삽입의 결과일 수 있는 조직 손상을 피하기 위해, 접근 시스(90)의 원위 출구(93)에 접근할 때 스코프 삽입을 감속시키도록 의사를 안내하는 목적을 위해 의사가 스코프 카메라 뷰에 세심한 주의를 할 것을 요구할 수 있다.
의사/조작자가 펜던트 조이스틱 또는 다른 사용자 입력 제어부를 사용하여 스코프/샤프트(40)를 삽입하는 로봇 시스템과 관련하여, 의사는 접근 시스(90)를 통한 빠른 삽입을 구현하기 위해 제어부를 삽입 위치/맞물림에서 유지할 수 있다. 의사가 너무 조심스러운 경우, 의사는 접근 시스(90) 내부에서 너무 조기에 감속시킴으로써, 전체 절차 시간의 증가를 유발할 수 있다. 의사가 삽입 프로세스 동안 매우 주의깊지 않거나 산만하게 되는 경우, 의사는 과도한 삽입의 위험을 무릅쓰고 잠재적으로 조직 손상을 유발할 수 있다. 빠른 삽입 속도/모드로부터 상대적으로 더 느린 삽입 속도/모드로 전이하기 위한 정확한 타이밍을 얻을 필요성에 더하여, 의사는 스코프 팁에/상에 상대적으로 높은 삽입력이 있음/있는 때를 나타내는 피드백으로부터 이익을 얻을 수 있다. 스코프로부터의 수동 피드백이 의사의 손에 제공되지 않는 시스템에서, 예를 들어 스코프가 의사의 손에 의해 유지되는 대신 기구 이송기 롤러를 통해 삽입되는 소정 로봇 해결책과 관련하여, 스코프/샤프트가 강제되고 있어 팁에서 높은 힘을 겪음을 나타낼 수 있는, 높은 힘이 구동 롤러로부터 감지될 때를 나타내는 표시를 시스템이 의사에 제공하는 것이 유리할 수 있다.
조작자/의사가 자동 일시정지 위치(101) 근처에서 시료(예컨대, 결석 파편)를 수집한 후에, 조작자는 샤프트(40)를 시스(90) 내로 다시 재삽입함으로써 진행할 수 있다. 시스 입구가 일반적으로 상대적으로 좁기 때문에, 빠른 삽입을 너무 빨리 시작하는 것은 조작자가 입구를 놓치게 하여, 아마도 기구 및/또는 해부학적 구조에 손상을 유발할 수 있다. 따라서, 시스(90)의 근위에 있는(그리고/또는 시스(90) 내의 근위 부분을 커버하는) 구역(Z4)에서 샤프트(40)를 정상 삽입 속도로 구동하는 것이 바람직할 수 있다. 샤프트 팁(42)이 시스(90)의 근위 단부(161)를 지나 삽입됨에 따라, 샤프트 팁은 스코프가 그의 최대 속도로 가속되는 빠른 삽입 구역(Z5)에 들어간다.
일반적으로, 접근 시스(90)의 지지에 의해, 샤프트의 관절 섹션(예컨대, 샤프트(40)의 원위 부분)은 접근 시스(90)의 원위 단부(93)의 바로 원위에 있는 영역에서 완전히 노출되지 않을 수 있다. 즉, 샤프트(40)는 샤프트(40)의 원위 단부(42)가 접근 시스(90)의 단부(93) 밖으로 전진될 때 상대적으로 강성이고 좌굴될 가능성이 더 적을 수 있다. 따라서, 접근 시스(90)의 단부(93)의 바로 원위에 있는 영역은 요관 박리(ureter avulsion)를 유발하는 고위험 영역으로 간주될 수 있고, 이와 같이 빠른 삽입 속도는 바람직하지 않은 위험을 제기할 수 있다. 스코프 삽입력을 제한하고 환자에 대한 피해를 방지하기 위해, 일반적으로 고속으로 접근 시스(90)의 원위 단부(93)를 지나 삽입되지 않도록 의사에 의해 주의가 기울여져야 한다. 본 개시의 태양에 따른, 스코프 위치 결정/검출에 의해 트리거링된 자동 속도 수정을 통해 인에이블되는 바와 같이, 샤프트(40)를 시스(90)의 원위 출구(93)를 통해 상대적으로 느린 속도로 구동/삽입하는 것은 의사가 구동으로부터의 임의의 강제를 감지하는 시점에 삽입을 중단하는 것을 도와 박리를 피할 수 있다.
샤프트(40)가 시스(90) 밖으로 빠른 속도로 삽입되는 것을 방지하기 위해, 느린 삽입 구역(Z6)으로 전이하는 임계점(162)이 시스(90)의 원위 단부(93)에 또는 그 근처에 설정된다. 느린 삽입 구역(Z6)으로의 전이는, 기구 엔드 이펙터와 이송기 엔드 이펙터 사이의 거리가 너무 근접한 거리로 감소하는 것을 방지하여 샤프트 서비스 루프에서 너무 급격한 곡률을 방지하는 것을 돕도록 느린 삽입을 위한 완충을 제공할 수 있다. 빠른 삽입 동안, 샤프트 팁(42) 및 기구 엔드 이펙터 위치 둘 모두가 모니터링될 수 있으며, 여기서 기구(40)의 기부/손잡이와 연관된 엔드 이펙터의 병진은 서비스 루프(또는 그의 임계량)가 더 이상 남아있지 않을 때까지 샤프트(40)의 팁(42)이 빠른 삽입 구역(Z5)의 원위 경계에 도달할 때 자동으로 일시정지될 수 있다. 일부 구현예에서, 이송기(11)와 기구 기부/손잡이 사이의 샤프트(40)에서 더 이상의 서비스 루프가 남아있지 않을 때(도 17에 도시되지 않음; 도 15 참조), 빠른 삽입은 자동으로 종료될 수 있고 동작은 (예컨대, 느린 삽입 구역(Z6)에서) 더 느린 삽입 속도로 전이할 수 있다. 즉, 빠른 삽입 구역(Z5)의 원위 경계는 서비스 루프가 고갈될(또는 돌출되어 고갈될) 때에 기초하여 동적으로 변경될 수 있다. 시스(90)의 길이(d2)에 따라, 빠른 삽입 구역(Z5)의 단부(162b)와 느린 삽입 구역(Z6)의 시작부(162a) 사이의 삽입을 위해 상대적으로 더 높은 삽입 속도 구역이 구현될 수 있다. 샤프트 팁(40)이 시스 원위 팁(93) 근처에서 느린 삽입 구역(Z6)에 들어갈 때, 조작자가 샤프트(40)를 시스 팁(93) 밖으로 상대적으로 천천히 그리고 안전하게 구동할 수 있도록 삽입 속도가 떨어질 수 있으며, 그 시간 동안 조직 손상을 방지하기 위해 삽입력이 모니터링될 수 있다.
현재 샤프트 위치를 결정하기 위해 본 명세서에 제시된 다양한 해결책은 샤프트 팁(42)이 느린 삽입 구역(Z6)에 들어갈 때를 결정하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(40)의 원위 팁(42)의 위치를 결정하기 위해 로봇 데이터를 사용하는 것 외에도, 다른 해결책은 샤프트(40)가 접근 시스(90)의 원위 팁(93)에 도달할 때를 검출하기 위해 다른 센서의 사용을 수반할 수 있다. 샤프트가 느린 삽입 구역(Z6)에 들어가고 있을 때를 결정하기 위한 임의의 메커니즘이 구현될 수 있다. 본 명세서에 상세히 개시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 기구(40)의 카메라는 샤프트(40)의 팁(42)의 위치를 검출하기 위해 활용될 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 비전 알고리즘(들)이 시스(90)의 팁(93) 근처의 환경을 인식하는 데 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트(40)의 원위 팁(42)이 전자기 센서를 포함하고 전자기장 발생기에 의해 발생된 전자기장 내에 위치되는 시스템에서 전자기 센서가 사용될 수 있다. 예를 들어, 샤프트 삽입 동안, 시스템의 제어 회로는 접근 시스(90)의 팁(93)의 위치(예컨대, 전자기 센서에 의해 결정된 위치)에 대한 전자기 센서 위치 데이터를 비교하고, 느린 삽입 구역(Z6)에 들어갈 때 상대적으로 더 느린 삽입 속도로의 전이를 자동으로 개시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 센서로부터의 신호들/데이터가 조합/이용되어 스코프 위치 결정을 제공할 수 있다.
느린 삽입 구역(Z6)에서의 삽입 속도 제어와 관련하여, 본 개시의 일부 실시예는 하나 이상의 파라미터에 기초한 동적 속도 조정을 제공한다. 예를 들어, 느린 삽입 구역(Z6)을 통해 구동하는 동안 고정 속도를 구현하기보다는, 시스템의 제어 회로는 기구 이송기(11)의 축방향 액추에이터(예컨대, 롤러(들))에 대해 또는 이와 관련하여 감지된/결정된 힘의 양에 기초하여 삽입(또는 후퇴) 속도를 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트(40)는 먼저 상대적으로 빠른 삽입 속도로부터 상대적으로 더 느린 삽입 속도로 전이하며, 여기서 그러한 상대적으로 더 낮은 속도는 구동 액추에이터 롤러(들) 상에서의 힘이 미리 결정된 임계치 미만으로 유지되는 경우에 접근 시스(90)의 단부(93)를 통해 유지될 수 있다. 구동 액추에이터 롤러(들) 상에서의 힘이 미리 결정된 임계치를 넘어 증가하는 경우, 삽입(또는 후퇴) 속도는 자동으로 추가로 감소되어, 잠재적인 높은 힘을 검출하고 이에 반응하며 상대적으로 갑작스러운 힘 피크를 피하도록 더 많은 시간을 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 샤프트(40)의 팁(42)은 힘 센서를 포함하거나 이와 연관될 수 있다. 그러한 실시예에서, 샤프트(40)가 소정 삽입 메커니즘(예컨대, 접근 시스 조립체(92))을 통해 삽입되는 경우, 팁 힘 센서(들)로부터의 신호(들)에 의해 나타내어지는 바와 같이, 상대적으로 높은 팁(42) 삽입력으로 인한 힘 프로파일의 변화를 검출하기 위해 삽입 메커니즘에서의 힘 감지가 또한 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 상대적으로 높은 삽입력을 검출하기 위해 형상 감지가 구현될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(40)의 관절운동 부분의 적어도 일부분이 접근 시스(90)의 원위 단부(93)의 원위에 배치된 상황에서, 샤프트(40)는 상대적으로 높은 힘에 직면할 때 좌굴되는 경향을 가질 수 있다. 그러한 좌굴은 좌굴된 스코프 부분의 형상 감지를 통해 캡처될 수 있다. 형상 감지는 스코프 카메라 이미지, 또는 임의의 유형의 이미징 또는 위치-검출 양식, 예컨대 컴퓨터 단층촬영(CT), 초음파, 전자기 위치 감지 등을 사용하여 구현될 수 있다.
일부 구현예에서, 기구 이송기(11)는 샤프트 팁(42)이 접근 시스(90)를 빠져나가거나 시스(90)의 출구/개구에 접근할 때, 예컨대 샤프트 팁(42)이 시스(90)의 원위 단부(93)를 빠져나갈 때, 샤프트 삽입 속도를 자동으로 감속시키도록 구성된다. 감속 삽입/후퇴 구역(Z6)은 그의 근위 임계점(162)이 시스(90)의 원위 부분 내부에서 소정 거리에 있도록 설정될 수 있다. 감속 삽입/후퇴 구역(Z6)의 원위 임계점(163)은 시스 단부(93) 외부에서 원위방향으로 일정 거리에 있을 수 있다. 본 개시의 실시예들에 따른 자동 스코프 속도 수정을 위한 기초로서 역할할 수 있는 도 16 및 도 17에 도시된 다양한 임계점은 각각 일부 구현예에 따라 둘 모두가 아닌 삽입 또는 후퇴 중 어느 하나에 대해 오직 활성이거나 속도 수정 트리거로서 역할할 수 있다. 삽입을 위해, 느린 삽입 구역(Z6)의 입구/임계점(152)은 빠른 삽입으로부터 느린 삽입으로 전이할 때 의사가 스코프 카메라 이미지 상의 시스(90)의 팁(93)을 시각적으로 보게 하는 위치에 설정될 수 있다. 느린 삽입 구역(Z6)의 출구는 샤프트(40)의 관절운동 부분의 적어도 일부분을 커버하는 위치에 설정될 수 있다. 삽입 동안 느린 삽입 구역(Z6)을 빠져나온 후, 스코프의 관절운동 부분은 완전히 시스(90) 외부에 있을 수 있다. 그러한 위치에서, 샤프트(40)는 접근 시스(90)에 의해 더 이상 실질적으로 지지되지 않을 수 있고, 따라서 샤프트(40)의 노출된 부분은 스코프 관절 부분이 대부분 시스(90) 내에 배치될 때보다 상대적으로 더 가요성일 수 있고 팁(42)에서 높은 삽입력을 유발할 가능성이 더 적을 수 있다. 따라서, 임계점(163)의 원위에서, 기구 이송기(11)는, 예컨대 정상 삽입 속도 모드로, 스코프의 삽입 속도를 자동으로 증가시키도록 구성될 수 있다.
사용자가 스코프 삽입 명령을 전송하도록 삽입 제어를 활성화할 때(예컨대, 조이스틱 또는 다른 제어부를 상향/전방 방향으로 이동시킴), 기구 이송기(11)는 샤프트(40)를 접근 시스(90)를 통해 삽입하도록 구성될 수 있으며, 여기서 시스템 제어 회로는 삽입 동안 샤프트 팁(42) 위치를 모니터링하도록 구성된다. 접근 시스 팁(93)에 대한 샤프트 팁(42) 위치는 기구 이송기의 삽입 거리, 접근 시스 길이, 스코프/샤프트 길이, 및/또는 기구-연결된 로봇 아암과 기구-이송기-연결된 로봇 아암 사이의 거리와 같은 소정의 알려진 파라미터들을 사용하여 시스템으로부터 결정될 수 있으며, 여기서 그러한 파라미터들/치수들은 도 10 및 다른 도면들과 관련하여 상세히 전술되어 있다. 샤프트 팁(42) 위치가 느린 삽입 구역(Z6) 내에 있는 것으로 결정될 때, 시스템 제어 회로 및/또는 기구 이송기(11)는 삽입 속도를 스코프를 위한 정상 구동 속도보다 더 낮은 속도로 자동으로 떨어뜨리도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 기구 이송기 축방향 액추에이터(예컨대, 롤러(들)) 상에서의 토크가 또한 삽입 동안 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 샤프트(40)가 이송기(11)의 액추에이터 롤러를 통해 구동됨에 따라, 샤프트 팁(42)에서 샤프트(40)가 겪는 상대적으로 높은 힘이 있는 경우, 그 팁 힘의 일부가 검출가능할 수 있고/기구 이송기(11)의 축방향 액추에이터 메커니즘의 구동 축들로 다시 전이될 수 있다. 일부 실시예에서, 그러한 힘은 기구 이송기(11)의 구동 축들과 연관된 하나 이상의 토크 센서를 사용하여 검출될 수 있다. 상대적으로 느린 구동 속도에 의해, 샤프트(40)의 팁(42) 상에서의 힘은 힘 스파이크(들)로서 나타나기보다는 상대적으로 점진적으로 증가할 수 있으며, 이는 힘이 문제가 되기에 충분히 높아지기 전에 높은 삽입력을 검출하고 이에 반응하도록 상대적으로 더 많은 시간을 시스템에 제공할 수 있다. 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 기구 이송기(11)의 축방향 액추에이터/구동기 수단이 2개의 롤러를 포함하는 실시예의 경우, 2개의 구동 롤러 상에서의 힘의 합은 샤프트(40)의 삽입 동안 연속적으로, 주기적으로, 또는 산발적으로 결정될 수 있다. 구동 롤러/휠 힘들의 합이 미리 결정된 힘 임계치를 가로지를 때, 시스템 제어 회로 및/또는 기구 이송기(11)는 샤프트(40)가 중지되거나 느려지게 할 수 있다. 그러한 경우에서, 높은 삽입력 결함이 발생되어, 검출된 높은 팁 힘에 대해 사용자에게 통지할 수 있다. 그러한 구현예는 유리하게는 소정 수동 절차 동안 사용자를 위한 스코프 샤프트 상의 텍스타일 감지에 비해 대안적인 피드백 메커니즘을 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예는 다른 스코프 삽입 및/또는 후퇴 해결책에 비해 소정 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 시스템, 장치, 및 방법은 스코프 및 다른 샤프트-유형 기구를 접근 시스를 통해 그리고 그 밖으로 삽입하고 후퇴시키기 위한 상대적으로 효율적이고 편안하고 안전한 수단을 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에 제시된 기구 삽입/후퇴 속도 수정 해결책의 자동 특성은 사용자가 접근 시스 및/또는 접근 시스 조립체의 원위 및/또는 근위 단부/개구에서 감속할 때를 결정하는 사용자에 대해 상대적으로 더 적은 인지 부하를 필요로 할 수 있다. 본 개시의 태양에 따른 상대적으로 빠른 삽입/후퇴 속도로부터 상대적으로 더 느린 삽입/후퇴 속도로의 자동 전이는 접근 시스의 주요 부분을 통해 구동할 때 최대/높은 삽입/후퇴 속도의 구현을 허용할 수 있고, 또한 접근 시스 외부에서 스코프를 삽입/후퇴시킬 때 신중하게 감속 및 구동 시 수동 절차와 대체로 연관된 자연적인 사용자 거동을 시뮬레이션할 수 있다.
본 개시의 실시예에 의해 제공되는 안전성 이점과 관련하여, 예를 들어 요관 박리의 상대적으로 높은 위험과 연관된 영역과 연관된 미리 결정된 구역 및 검출된 구역에서 상대적으로 느린 속도로 스코프를 구동하는 것은, 구동되는 샤프트의 부분(들)과 연관된 상대적으로 높은 힘 신호의 존재를 검출/결정하고 임의의 잠재적인 손상을 방지하기에 충분히 신속하게 반응하도록 더 많은/충분한 시간을 관련 로봇 시스템에 제공할 수 있다. 또한, 관련 사용자/의사는 예를 들어 로봇 시스템 인터페이싱을 통해 펜던트 조이스틱 제어를 통하여, 삽입/후퇴 프로세스를 제어하는 것이 가능하게 될 수 있다. 이는 상대적으로 긴 기간 동안 스코프를 수동으로 유지함으로써 유발되는 피로를 감소시킬 수 있고, 의사가 절차와 연관된 다른 작업에 집중하는 것을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 개시의 실시예는 의사/사용자가 스코프 팁 상에 존재하는 상대적으로 높은 삽입력을 확인하도록 피드백을 경험하게 할 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 로봇 시스템은 사용자/의사가 하나 이상의 측면에서 소정 수동 절차와 유사한 방식으로 스코프 기구를 유지하고 수동으로 취급하는 목적을 위해 스코프 기기를 도킹해제하게 할 수 있다.
도 18은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 시스 위치를 확인하기 위한 프로세스(1800)를 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 시스 위치 확인은 본 개시의 태양에 따른 결석 파편 회수 사이클을 위한 빠른 후퇴 및/또는 삽입 속도를 인에이블하기 위한 수단으로서 구현될 수 있다. 프로세스(1800)는 적어도 부분적으로 관련 시스템의 제어 회로에 의해 그리고/또는 의사 및/또는 다른 사용자/기술자에 의해 수행될 수 있다.
프로세스(1800)는 적어도 사용자가 수술 절차와 관련하여 기구를 접근 시스 내로 적어도 처음으로 후퇴시킬 때에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 접근 시스에 대한 기구의 결정된 위치에 응답하여 다양한 기구 삽입/후퇴 속도 수정이 구현될 수 있다. 그러한 위치 결정은 소정 시스템/로봇 데이터에 기초할 수 있다. 실제 시스 길이/치수의 잠재적인 변동으로 인해, 사용자가 접근 시스의 원위 단부(및/또는 다른 부분(들))의 위치를 (예컨대, 시각적으로) 확인하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 그러한 확인은 사용자 입력/출력 메커니즘(들)(예컨대, 전자 디스플레이 관여/상호작용)을 통해 획득될 수 있다.
블록(1802)에서, 프로세스(1800)는 길이, 브랜드, 및/또는 다른 특성들과 같은, 관련 접근 시스와 연관된 하나 이상의 파라미터를 나타내는 단계를 수반한다. 예를 들어, 그러한 파라미터들을 나타내는 사용자 입력을 허용하도록 사용자 인터페이스가 구현될 수 있다. 일례로서, 도 1에 도시된 의료 시스템(100)의 제어 시스템(50)은 블록(1802)과 관련하여 시스 파라미터 등록을 위한 관련 사용자 입력/출력을 구현하는 데 사용될 수 있다. 블록(1802)과 연관된 동작(들)은 샤프트-유형 기구 및/또는 기구 이송기를 각자의 로봇 엔드 이펙터들에 연결하기 전에 수행될 수 있다.
블록(1804)에서, 프로세스(1800)는 관련 의료 절차에 이용될 소정 기구들을 로딩 및/또는 구성하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 그러한 기구는 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 내시경 등과 같은 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구, 및 기구 이송기 장치 등을 포함할 수 있다. 그러한 로딩은 본 명세서에 기술된 바와 같이 기구들을 각자의 로봇 엔드 이펙터들에 부착하는 것을 수반할 수 있다. 일부 실시예에서, 블록(1804)과 연관된 동작들은 바스켓 카트리지/시스템을 로봇 엔드 이펙터에 부착하고, 그의 하나 이상의 컴포넌트를 의료 기구 샤프트의 작업 채널 내로 로딩하는 것을 수반할 수 있다. 블록(1804)은 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 의료 기구의 세장형 샤프트를 기구 이송기 장치의 작동 채널 내로 로딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
블록(1806)에서, 프로세스(1800)는 접근 시스에 대한 의료 기구(예컨대, 샤프트 팁)의 소정 상대 위치에 대응할 수 있는 하나 이상의 기구 속도 수정 임계치를 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 임계치는 빠른 후퇴/삽입 구역의 근위 및/또는 원위 경계들과 연관된 것으로 나타내어질 수 있다.
블록(1808)에서, 프로세스는 의료 기구(예컨대, 샤프트)를 접근 시스를 통해 적어도 부분적으로 삽입하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 내시경과 같은 세장형 샤프트가 신장 결석 제거 절차와 같은 의료 절차와 관련하여 시스를 통해 삽입될 수 있다. 그러한 기구 삽입 프로세스의 태양은 도 19와 관련하여 후술되는 특징부를 포함할 수 있다.
블록(1810)에서, 프로세스(1800)는 신장 결석 또는 신장 결석 파편과 같은, 접근 시스를 통해 추출될 생물학적 시료를 포획하는 단계를 수반한다. 그러한 포획은 샤프트의 원위 단부로부터 돌출되고 그의 작업 채널 내에 적어도 부분적으로 배치된 바스켓 장치를 사용하여 달성될 수 있다. 블록(1812)에서, 프로세스(1800)는 의료 기구 샤프트를 포획된 시료와 함께 접근 시스의 원위 단부를 향해 후퇴시키는 단계를 수반한다. 예를 들어, 접근 시스의 원위 단부는 환자의 요관, 방광, 요도, 및/또는 요관신우 접합부와 같은 내부 도관, 혈관, 챔버, 또는 다른 해부학적 영역 내에 위치될 수 있다. 접근 시스를 향한 그러한 후퇴는 유리하게는 접근 시스 및/또는 주변 해부학적 구조에 대한 손상을 피하기 위해 상대적으로 느린 속도로 구현될 수 있다.
블록(1814)에서, 프로세스(1800)는 접근 시스의 원위 단부 내의 의료 기구 샤프트의 원위 단부의 위치가 결정되었거나 확인되었는지 여부를 결정하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 그러한 위치의 확인은 샤프트의 원위 단부가 예를 들어 도 16에 도시된 구역(Z0)과 같은 확인 구역 내에 있는 동안 수행될 수 있다. 결정 블록(1816)으로부터 나오는 흐름 경로에 의해 나타내어지는 바와 같이 샤프트의 원위 단부가 확인 구역 내에 있을 때, 블록(1824)에서 나타낸 바와 같이 조작자로부터의 확인 표시를 요청하도록 사용자 출력이 제시될 수 있다. 접근 시스 내의 샤프트의 원위 단부의 위치를 확인하기 위한 임의의 다른 적합한 또는 바람직한 수단 또는 메커니즘이 프로세스(1800)와 관련하여 구현될 수 있다. 사용자 확인 출력은 전자 디스플레이 상에 제시되는 팝업 윈도우를 포함할 수 있다. 사용자는 시스의 길이를 확인하기 위해 확인 입력 특징부(예컨대, 버튼)에 관여할 수 있다.
일단 접근 시스의 원위 단부 내의 샤프트의 원위 단부의 위치가 확인되었다면, 블록(1822)에서 나타낸 바와 같이 빠른 후퇴 속도가 인에이블될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 접근 시스의 원위 단부/개구에서의 샤프트의 위치의 확인은 접근 시스의 원위 단부의 위치를 나타낼 수 있고, 여기서 접근 시스의 원위 단부의 그러한 결정된 위치는 기구 샤프트 원위 단부가 접근 시스 내에 있다는 결정에 적어도 부분적으로 기초하여 후퇴 및/또는 삽입 속도의 후속 제어에 사용될 수 있다.
빠른 후퇴 속도가 인에이블된 상태에서, 프로세스(1800)는 접근 시스를 통한 그리고 접근 시스 조립체의 근위에 있는 시료 수집 영역으로의 기구 후퇴를 위한 서브프로세스(1820)로 진행할 수 있다. 그러한 후퇴 프로세스의 태양이 도 20과 관련하여 후술된다. 시스 길이/위치가 확인되지 않았고 기구 샤프트의 원위 단부가 확인 구역 외부에 있는 경우, 블록(1818)에서 나타낸 바와 같이, 빠른 후퇴 속도가 디스에이블될 수 있거나 디스에이블된 상태로 남아있을 수 있다. 그러한 경우에, 프로세스(1800)는 블록(1812)으로 복귀할 수 있거나, 기구는 접근 시스의 원위 개구를 향해 계속 후퇴될 수 있다.
프로세스(1800)는 길이와 같은 시스 정보의 사용자 입력을 통해 시스 정보를 획득하기 위해 사용자를 위한 수단/메커니즘을 제공하고, 샤프트가 시스 내에 위치될 때 사용자가 시스 길이를 확인하게 한다. 일부 구현예에서, 시스템 제어 회로는 사용자가 시스의 팁에서 후퇴를 중지할 것을 요구하는 출력을 사용자에게 제공하고, 시스의 원위 단부의 위치를 마킹하기 위해 확인 입력(예컨대, 버튼 또는 다른 사용자 인터페이스 특징부 관여)을 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 시스템 제어 회로는 카메라 이미지(들)를 기초하여 시스 팁을 식별하기 위해 컴퓨터 비전 알고리즘(들)을 구현함으로써 시스 위치를 자동으로 확인하도록 구성된다.
도 19는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 기구를 삽입하기 위한 프로세스(1900)를 예시한 흐름도이다. 프로세스(1900)는 적어도 부분적으로 관련 시스템의 제어 회로에 의해 그리고/또는 의사 및/또는 다른 사용자/기술자에 의해 수행될 수 있다. 프로세스(1900)는 블록(1902)에서 나타내어지는 바와 같이, 의료 기구의 샤프트의 원위 단부가 접근 시스의 근위 개구 또는 단부의 근위에 배치되거나 위치된 상태로 시작할 수 있다.
블록(1904)에서, 프로세스(1900)는 기구 샤프트의 원위 단부를 접근 시스의 근위 단부/개구 내로 정상 속도로 삽입하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 정상 속도는 느린 삽입 속도(예컨대, 약 5 mm/s 이하)보다 더 크지만 최대/빠른 삽입 속도(예컨대, 150 mm/s 초과; 약 170 mm/s)보다 더 작은 속도일 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서 정상 삽입 속도는 약 11 mm/s일 수 있다. 도 19(및 도 20)와 관련하여 기술된 다양한 속도는 위에서의 상대 삽입 및/또는 후퇴 속도의 설명에 따라 해석될 수 있다. 샤프트를 정상 속도로 삽입하기 위해, 프로세스(1900)는 기구 이송기 장치의 축방향 액추에이터 메커니즘/수단을 정상 속도로 작동시키는 단계를 수반할 수 있다. 게다가, 의료 기구의 기부/손잡이가 부착되는 로봇 엔드 이펙터는 정상 속도로 원위 방향으로 추가로 동작/병진될 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터는 로봇 아암의 원위 단부 컴포넌트, 또는 임의의 다른 유형의 로봇 엔드 이펙터일 수 있다.
결정 블록(1906)에서, 프로세스(1900)는 샤프트의 원위 단부가 빠른 삽입 구역 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있다. 예를 들어, 블록(1906)과 연관된 결정은 본 명세서에 기술되거나 당업자에게 알려진 임의의 위치 결정 프로세스 또는 기능을 수반할 수 있다. 또한, 빠른 삽입 구역은, 도 17에 도시되고 전술한 것과 같이, 접근 시스와 연관된 영역 또는 공간에 대응할 수 있다(예컨대, 빠른 삽입 구역은 접근 시스의 내부의 일부분일 수 있다).
기구 샤프트가 빠른 삽입 구역 내에 있는 경우, 프로세스(1900)는 블록(1908)으로 진행할 수 있으며, 여기서 프로세스(1900)는 기구 샤프트를 빠른 속도로 삽입하는 단계를 수반한다. 그러한 빠른 삽입을 수행하기 위해, 기구 이송기는 그의 축방향 액추에이터 메커니즘/수단이 일부 실시예에서 이송기 및/또는 축방향 액추에이터(들)의 최대 동작 속도일 수 있는 빠른 속도로 샤프트를 전진시키도록/삽입하도록 동작될 수 있다. 일반적으로, 빠른 삽입 속도는 정상 삽입 속도보다 더 클 수 있다. 일부 구현예에서, 빠른 삽입 속도는 약 150 mm/s 초과, 예컨대 약 170 mm/s일 수 있다. 또한, 빠른 속도로의 삽입을 위한 충분한 슬랙을 제공하기 위해, 기구 기부/손잡이에 결합된 엔드 이펙터는 정상 속도보다 더 큰 중간 속도로 병진/전진될 수 있다. 예를 들어, 중간 속도는 정상 속도와 빠른 속도 사이의 속도일 수 있고, 일부 실시예에서 엔드 이펙터의 최대 병진 속도에 대응할 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 속도는 약 30 mm/s이다. 프로세스(1900)의 다른 부분들처럼, 엔드 이펙터 병진의 동작은 작업 공간 제한 및/또는 다른 제약으로 인해 엔드 이펙터의 병진이 일시정지되지 않은 경우에만 구현될 수 있다.
기구 샤프트가 결정 블록(1906)에서 빠른 삽입 구역에 있지 않은 것으로 결정되는 경우, 프로세스는 기구 기부/손잡이와 연관된 로봇 아암 또는 엔드 이펙터가 일시정지 위치에 위치되는지 및(/또는) 샤프트의 서비스 루프가 기구 이송기와 로봇 엔드 이펙터 사이에 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있다. 서비스 루프가 존재하는지 여부의 결정과 관련하여, 블록(1910)과 연관된 결정은 소정 길이 또는 양/정도의 서비스 루프가 존재하는지 여부를 결정하는 것을 수반할 수 있다. 즉, 기구 샤프트에서 일부 양의 서비스 루프의 존재는 블록(1910)에서 긍정적 결정을 반드시 초래하는 것은 아닐 수 있으며, 오히려 삽입 속도 및/또는 다른 고려사항(들)에 대해 임계량의 서비스 루프가 존재한다는 결정만을 초래할 수 있다. 블록(1910)과 연관된 결정이 긍정적인 경우, 프로세스(1900)는 로봇 엔드 이펙터의 추가 삽입 병진이 디스에이블되도록 로봇 엔드 이펙터 병진을 일시정지시키는 단계(예컨대, 기구 기부/손잡이가 결합되는 로봇 아암을 일시정지시키는 단계)를 수반할 수 있다. 예를 들어, 소정의 미리 결정된 임계 길이 또는 정도보다 더 큰 서비스 루프가 존재하는 경우, 샤프트의 삽입을 용이하게 하기 위해 엔드 이펙터를 병진시키는 것이 필요하지 않을 수 있다. 또한, 엔드 이펙터가 기구 이송기에 상대적으로 가까운 경우, 일부 양의 서비스 루프가 존재할 때 로봇 엔드 이펙터를 기구 이송기에 너무 가까이 근접하게 가져가는 것으로부터 기인할 수 있는, 기구 이송기와의 충돌 및/또는 원치 않은 뒤틀림 또는 기구에 대한 다른 손상을 피하기 위해 엔드 이펙터 병진을 일시정지시키는 것이 바람직하거나 필요할 수 있다. 엔드 이펙터 병진을 일시정지시키는 것은 빠른 삽입이 중지되는 시점에서 샤프트 팁이 여전히 시스 내부에 머무를 수 있음을 추가로 촉진하거나 보장할 수 있다.
결정 블록(1910)은 도 19의 흐름도에서 특정 지점에 도시되어 있지만, 엔드 이펙터 병진을 일시정지시킬지 여부 및/또는 일시정지시킬 때의 결정이 프로세스(1900) 내의 임의의 지점에서 발생할 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 그러한 결정은 삽입의 임의의 개시 및/또는 삽입 속도의 변화 전에 이루어질 수 있다.
결정 블록(1914)에서, 프로세스(1900)는 기구 샤프트가 느린 삽입 구역 내에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 느린 삽입 구역은, 예컨대 접근 시스의 원위 단부에 있고/있거나 그의 원위에 있는 영역에서, 빠른 삽입 구역의 원위에 있을 수 있다.
샤프트가 느린 삽입 구역 내에 있는 것으로 결정되지 않는 경우, 프로세스(1900)는 정상 속도와 빠른 속도 사이에 있을 수 있는 중간 속도로 기구를 삽입하는 단계를 수반할 수 있다. 일부 맥락에서, 중간 속도는 정상 삽입 속도보다 더 빠른 속도로 인해 중간-빠른 속도로 지칭될 수 있다. 일부 실시예에서, 중간 속도는 약 30 mm/s일 수 있고, 로봇 엔드 이펙터를 위한 최대 병진 속도에 대응할 수 있거나 대응하지 않을 수 있다. 기구 샤프트를 중간 속도로 삽입할 때, 기구 이송기는 샤프트를 중간 속도로 작동시키도록 구성될 수 있으며, 여기서 엔드 이펙터는 마찬가지로 엔드 이펙터가 일시정지되어 있지 않다고 가정하면 - 이 경우에 엔드 이펙터 병진이 구현되지 않을 수 있음 - 중간 속도로 병진하도록 구성될 수 있다.
기구 샤프트가 느린 삽입 구역 내에 있다고 블록(1914)에서 결정되는 경우, 프로세스(1900)는 블록(1918)으로 진행할 수 있으며, 여기서 기구 샤프트는 정상 속도보다 더 느린 속도로 삽입될 수 있다. 예를 들어, 느린 속도는 약 10 mm/s 미만일 수 있다. 느린 속도는 접근 시스의 원위 단부의 원위에 있는 기구장치 및/또는 해부학적 구조에 대한 손상 또는 상처의 위험을 감소시키기 위해 구현될 수 있다. 기구 샤프트를 느린 속도로 삽입할 때, 기구 이송기는 샤프트를 느린 속도로 전진시킬 수 있도록 축방향 액추에이터 수단/기구를 구현할 수 있으며, 여기서 로봇 엔드 이펙터는 마찬가지로 블록(1912)과 관련하여 이전에 일시정지되지 않은 경우 느린 속도로 병진할 수 있다. 일부 구현예에서, 사용자가 시스 원위 튜브 내로 천천히 삽입하기 위해 시스의 단부 사이에 일부 완충량이 또한 있을 수 있다.
블록(1920)에서, 프로세스(1900)는 환자의 신장의 신배 네트워크 내에서 신장 결석 또는 결석 파편과 같은 시료를 포획하는 단계를 수반할 수 있다. 예컨대 기구 샤프트의 작업 채널 내에 적어도 부분적으로 배치된 바스켓팅 장치를 사용함으로써 시료가 포획된 후에, 프로세스(1900)는 도 20에 도시되고 후술되는 후퇴 프로세스(2000)와 연관된 하나 이상의 동작을 수반할 수 있는 기구 후퇴 서브프로세스(1922)로 진행할 수 있다.
도 20은 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 기구를 후퇴시키기 위한 프로세스(2000)를 예시한 흐름도이다. 프로세스(2000)는 적어도 부분적으로 관련 시스템의 제어 회로에 의해 그리고/또는 의사 및/또는 다른 사용자/기술자에 의해 수행될 수 있다. 프로세스(2000)는 예컨대 환자의 신장 내에서 환자의 해부학적 구조의 내부 챔버, 혈관, 또는 영역 내로부터 시료를 포획한 후에 구현될 수 있다. 예를 들어, 프로세스(2000)는 전술된 도 19의 프로세스(2000)의 하나 이상의 태양의 구현 후에 구현될 수 있다. 프로세스(2000)는 환자 해부학적 구조(예컨대, 환자의 해부학적 구조의 요도, 방광, 요관, 골반 접합부의 요관) 내에 위치되고/되거나 고정된 접근 시스의 원위 단부 내부에서 기구 샤프트의 원위 단부가 후퇴되어 있는 상태로 시작한다.
블록(2004)에서, 프로세스(2000)는 샤프트와 연관된 의료 기구의 기부 또는 손잡이에 결합된 로봇 엔드 이펙터가 병진 한계에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반한다. 예를 들어, 그러한 제한은 로봇 시스템과 연관된 동작가능한 작업 공간 및/또는 로봇 시스템의 도달범위 또는 다른 경계에 의해 한정될 수 있다. 예를 들어, 로봇 엔드 이펙터의 한계는 후퇴 경로/레일을 따른 로봇 아암의 이동의 물리적 한계일 수 있다. 로봇 엔드 이펙터가 작업 공간 한계에 있는 경우, 프로세스(2000)는 로봇 엔드 이펙터의 병진을 일시정지 및/또는 디스에이블시키는 단계를 수반할 수 있다.
로봇 엔드 이펙터가 작업 공간 한계에 있지 않은 경우, 프로세스(2000)는, 결정 블록(2008)에서, 일부 맥락에서 편의상 또는 명확성을 위해 본 명세서에서 '완충 구역', '완충 후퇴 구역', 또는 '빠른 후퇴 완충 구역'으로 지칭될 수 있는 정상 후퇴 구역 내에 기구 샤프트의 원위 단부가 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있다. 예를 들어, 정상 후퇴 구역(즉, '빠른 후퇴 완충 구역')은 도 16을 참조하여 이해될 수 있다. 또한, 연관된 서면 설명에 기술되고 도 20에 도시된 다른 후퇴 속도 구역들이 도 16에 예시되고 상세히 전술된 방식을 참조하여 이해될 수 있다. 일부 실시예에서, 정상 후퇴/빠른 후퇴 완충 구역은 접근 시스의 원위 단부의 원위에 있고/있거나 접근 시스의 원위 부분 내에 있는 영역을 커버할 수 있다.
기구 샤프트가 수직 후퇴 구역 내에 있는 경우, 프로세스(2000)는 기구를 본 명세서에서 후퇴 삽입 속도의 관련 설명에 따라 이해될 수 있는 정상 속도로 후퇴시키는 단계를 수반할 수 있다. 예를 들어, 정상 속도는 약 11 mm/s일 수 있다. 기구 샤프트를 정상 속도로 후퇴시키는 단계는 기구 이송기의 액추에이터 수단/메커니즘을 정상 속도로 동작시킴으로써, 샤프트를 기구 이송기를 통해 정상 속도로 후퇴시키는 단계를 수반할 수 있다. 게다가, 엔드 이펙터 병진이 일시정지되지 않은 경우, 기구 샤프트를 정상 속도로 후퇴시키는 단계는 또한 로봇 엔드 이펙터를 정상 속도로 병진시키는 단계를 수반할 수 있다.
기구 샤프트가 정상 후퇴 구역 내에 있지 않은 경우, 프로세스(2000)는, 결정 블록(2012)에서, 기구 샤프트가 (예컨대, 정상 후퇴 구역의 근위에 있는) 정상 후퇴 구역과 빠른 후퇴 구역 사이에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있으며; 정상 후퇴 구역(즉, 빠른 후퇴 완충 구역)과 빠른 후퇴 구역 사이의 그러한 중간 구역은 본 명세서에서 일부 맥락에서 '중간 후퇴 구역'으로 지칭될 수 있다. 즉, 블록(2012)에서, 프로세스(2000)는 기구 샤프트의 원위 단부가 정상 후퇴 구역의 근위에 그러나 빠른 후퇴 구역의 원위에 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있으며, 여기서 그러한 조건 하에서, 프로세스는 블록(2014)으로 진행할 수 있고, 여기서 기구 샤프트는 중간 속도로 후퇴된다. 일부 구현예에서, 중간 속도는 정상 속도보다 더 빠를 수 있지만, 최대 엔드 이펙터 병진 속도를 초과하지 않을 수 있다. 샤프트를 중간 속도로 후퇴시킬 때, 기구 이송기는 샤프트를 중간 속도로 축방향으로 작동시키도록 동작할 수 있다. 또한, 이전에 일시정지되지 않은 경우, 엔드 이펙터는 중간 속도로 유사하게 병진될 수 있다. 중간 후퇴 구역은 빠른 후퇴 전에 임의의 바스켓 또는 다른 작업 기구가 완전히 시스 내부에 있음을 보장하는 것을 도울 수 있다.
기구 샤프트가 결정 블록(2012)에서 중간 후퇴 구역에 있는 것으로 결정되지 않는 경우, 프로세스(2000)는 결정 블록(2016)에 나타내어진 바와 같이 기구 샤프트가 빠른 후퇴 구역 내에 현재 배치되어 있는지 여부를 결정하는 단계를 수반할 수 있다. 그러한 경우, 프로세스(2000)는 블록(2018)으로 진행할 수 있으며, 여기서 기구 샤프트의 후퇴는 정상 속도 및 중간 속도보다 더 빠를 수 있는 빠른 후퇴 속도로 수행될 수 있다. 예를 들어, 빠른 후퇴 속도는 150 mm/s 초과, 예컨대 약 170 mm/s일 수 있다. 빠른 후퇴를 구현하기 위해, 기구 이송기는 축방향 액추에이터 수단/메커니즘을 빠른 속도로 동작시킬 수 있다. 반대로, 로봇 엔드 이펙터는, 일시정지되지 않는 경우, 물리적 능력 및/또는 상처/손상 방지에 관한 제약에 따라 엔드 이펙터의 최대 병진 속도를 나타낼 수 있는 중간 속도로 근위방향으로 후퇴될 수 있다. 이송기의 빠른 후퇴 속도는 이송기의 근위에서 샤프트 내에 서비스 루프를 구축할 수 있다. 기구 손잡이와 연관된 엔드 이펙터의 병진은 서비스 루프 구축량을 감소시키는 것을 도울 수 있다. 기구 엔드 이펙터와 이송기 엔드 이펙터 사이에 충분한 거리가 있어 서비스 루프의 곡률이 너무 크지 않도록 하는 것을 보장하는 것이 바람직할 수 있으며, 곡률이 너무 큰 것은 빠른 후퇴가 너무 조기에 시작되는 경우에 기구 샤프트에 손상을 유발할 수 있다. 일단 2개의 엔드 이펙터/아암 사이에 충분한 안전 간극이 존재하면, 빠른 후퇴가 인에이블될 수 있다.
프로세스(2000)는 결정 블록(2016) 결과가 부정적이어서 기구 샤프트의 원위 단부가 빠른 후퇴 구역의 근위 임계점에 도달하였음을 나타낼 때까지 기구 샤프트를 빠른 속도로 계속 후퇴시키는 단계를 수반할 수 있다. 그러한 시점에서, 프로세스(2000)는 블록(2020)으로 진행할 수 있고, 여기서 기구 샤프트의 후퇴는 느려지거나 일시정지될 수 있다. 예를 들어, 상세히 전술된 바와 같이, 빠른 후퇴 구역을 빠져나갈 때 자동 일시정지가 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 빠른 후퇴 구역의 근위 임계점은 기구 샤프트가 이송기 내에서 축방향으로 작동되는 채널의 원위 개구와 접근 시스 조립체의 근위 개구 사이의 지점에 있을 수 있으며, 여기서 그러한 위치는 상세히 전술된 바와 같이 자동 일시정지/중지 위치로 간주될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 블록(2020)에서, 후퇴 속도는 시료 수집 위치로의 최종 후퇴를 위해 그리고/또는 수집을 위한 기구 샤프트의 미세-조정 위치설정을 구현하기 위해 5 mm/s 이하(예컨대, 3 mm/s)와 같은 느린 속도로 감속될 수 있다.
블록(2022)에서, 프로세스(2000)는 수집기 구조물 또는 다른 장치 또는 구조물 내의 포획된 시료를 수집하는 단계를 수반한다. 수집 후, 수집될 추가의 시료(예컨대, 결석 파편)가 남아있는 경우, 프로세스(2000)는 하나 이상의 측면에서 도 19의 프로세스(1900)와 유사할 수 있는, 블록(2026)에서의 기구 삽입 서브프로세스로 진행할 수 있다. 수집될 추가의 시료가 남아있지 않는 경우, 프로세스(2000)는 종료될 수 있다.
본 개시의 실시예는 유리하게는 로봇 결석 추출 프로세스를 상대적으로 안전하고 효율적으로 만들 수 있다. 예를 들어, 시스 원위 팁으로부터 결석 낙하 위치까지의 동작가능 영역을 다수의 하위 영역으로 분할하는 것은 임상 요구에 적어도 부분적으로 기초할 수 있고, 안전한 기구 구동을 보장할 수 있다. 또한, 스코프 팁이 어떤 영역에 있는지를 식별하기 위해 시스템 및/또는 사용자로부터 획득된 정보를 이용하고, 빠른 후퇴 및 삽입 속도들이 시간에 따라 활성화 및 비활성화될 수 있도록 상이한 속도들로 구동하기 위해 기구 엔드 이펙터 및 기구 이송기를 조화시킬 때, 환자 또는 기구장치에 대한 손상이 방지될 수 있다. 본 명세서에 개시된 샤프트 작동 속도 수정들 중 임의의 것이 자동으로 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자는 결석 추출 버튼을 누를 수 있어 시스템이 추가의 입력 없이 자동으로 빠른 후퇴, 결석 낙하, 및/또는 빠른 삽입 프로세스들을 구현하게 할 수 있다.
횡방향 기구 기부 병진을 사용한 기구 응력 감소
상세히 전술된 도 15를 다시 참조하면, 스코프 또는 다른 기구의 빠른 후퇴의 일부 구현예는, 접근 시스(90)의 축, 기구/스코프 이송기 채널(39), 및/또는 스코프 구동기/이송기(11)와 연관된 엔드 이펙터(8b)와 엔드 이펙터(6a) 사이의 정렬과 정렬된 가상 레일(1501)에 대체로 평행하고/하거나 이와 일렬인 방향으로의, 스코프 손잡이/기부(31)에 결합된 로봇 엔드 이펙터(6a)(예컨대, 로봇 아암의 원위 엔드 이펙터)의 병진을 수반한다. 즉, 아암(12a) 및/또는 엔드 이펙터(6a)의 로봇 이동/병진은 일반적으로 스코프(40)의 빠른 후퇴 및/또는 삽입 동안 방향/차원(1502)(기준 좌표계에서 'x' 차원으로서 또한 식별됨)으로 있을 수 있으며, 여기서 그러한 이동은 유리하게는 상대적으로 빠른 후퇴/삽입을 용이하게 하고/하거나 스코프(40)에 형성된 서비스 루프(49)의 크기 및/또는 서비스 루프(49)와 연관된 스코프(40)에 형성된 굽힘 반경을 감소시킬 수 있다.
스코프 후퇴 동안 근위 방향으로의 엔드 이펙터(6a)의 병진은 유리하게는 스코프 구동기/이송기(11)와 스코프 기부(31) 사이의 거리(Db)를 증가시킴으로써, 근위 스코프 손잡이/기부 병진이 일어나지 않는 구현예에 비해 서비스 루프(49)를 형성하기 위해 함께 모여들도록 경사지는 스코프의 길이를 감소시킬 수 있다. 엔드 이펙터(6a)의 근위 병진이 본 명세서에서 편의상 일부 맥락에서 'x' 차원으로 지칭되는 선형 정렬/차원(1502/1501)으로 제약되는 경우, 엔드 이펙터(6a)의 병진으로부터 야기되는 스코프(40)의 기부(31)와 스코프 구동기(11) 사이의 거리(Db)의 증가는 'x'/선형 차원에서의 병진 거리와 대체로 동일할 수 있다. 'x'/선형 차원으로의 그러한 병진은 엔드 이펙터(6a) 및/또는 연관된 로봇 아암/시스템의 기계적 제약에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 도 15에 도시된 바와 같이 스코프 손잡이(31)의 선형(즉, x-차원) 병진에 의해 제공되는 변형률 완화량(amount of strain relief)은 또한 그러한 기계적 제약에 의해 제한될 수 있다.
전술된 바와 같이, 스코프 구동기/이송기(11)와 스코프 손잡이/기부(31) 사이에 배치된 스코프(40)의 길이가 스코프 엔드 이펙터(6a)의 후퇴 병진 속도보다 더 큰 속도로의 스코프 구동기(11)의 후퇴로 인해 증가할 때 서비스 루프(49)가 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 서비스 루프(49)는 정점 굽힘부(99b)의 양측에서 기부 굽힘부(99a, 99c)들을 포함하는 U-굽힘부 형태로 형성되도록 경사질 수 있다. 일반적으로, 서비스 루프(49)를 형성하는 스코프의 길이가 클수록, 서비스 루프(49)의 횡방향 편향(dt). 서비스 루프(49)의 편향(dt)이 증가함에 따라, 일반적으로 스코프에 형성된 굴곡부(99)의 곡률 반경은 감소됨으로써, 스코프 샤프트(40)에서 상대적으로 더 예리한/더 급격한 굴곡부를 생성한다.
본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 기계적 응력으로 인한 스코프에 대한 손상을 피하기 위해 스코프(40)에서 상대적으로 급격한/예리한 굽힘부의 형성을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 도 15는 스코프 구동기/이송기(11)와 서비스 루프(49)의 정점(1504) 사이의 제1 굽힘부(99a)를 포함한 3개의 굽힘부(99)를 형성하는 서비스 루프(49)를 도시하며, 여기서 그러한 굽힘부(90a)는 스코프 엔드 이펙터(6a)의 근위 후퇴에 관한 이송-롤러 후퇴 속도가 바람직하지 않게 높은 일부 구현예에서 바람직하지 않게 짧을 수 있는 곡률 반경(r1)을 갖는 것으로 예시되어 있다. 정점 굴곡부(99b)는 r2로 라벨링된 곡률 반경을 갖는 것으로 도시되어 있는 반면, 스코프(40)의 기부(62)와 서비스 루프(49)의 정점(1504) 사이의 제3 굽힘부는 r3으로 라벨링된 곡률 반경을 갖는다. 본 개시의 실시예들은 유리하게는 스코프 구동기 후퇴 동안 횡방향 및/또는 근위 스코프 기부 병진의 결과로서 그러한 굴곡부들의 곡률 반경들을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 더 상세히 기술되는 바와 같이, 후퇴 프로세스의 기간(들) 동안 스코프 구동기(예컨대, 이송-롤러)(11)에 의한 후퇴 속도 구현은 150 mm/s 초과, 예컨대 약 170 mm/s일 수 있다. 한편, 가상 레일 경로(1501)를 따른 스코프 엔드 이펙터(6a)의 선형 병진은 그러한 기간들 동안 약 30 mm/s 미만, 예컨대 약 20 mm/s 또는 10 mm/s일 수 있다. 일반적으로, 가상 레일(1501)을 따른 스코프 구동기(11)의 후퇴 속도와 엔드 이펙터(6a)의 선형 병진 속도 사이의 차이는 스코프(40)가 서비스 루프(49)를 형성하게 할 수 있으며, 여기서 서비스 루프(49)의 다양한 굴곡부에 의해 부과된 기계적 응력/변형률의 심각도는 스코프 구동기(11)의 후퇴 이송 동안 횡단된 근위 병진 거리에 적어도 부분적으로 의존할 수 있다.
일반적으로, 서비스 루프(49)의 일부로서 스코프에 형성된 굴곡부의 굽힘 반경을 최대화하는 스코프 후퇴 해결책을 구현하는 것이 바람직할 수 있으며, 여기서 이러한 굽힘 반경 최대화는 로봇 시스템/구성과 연관된 특정 작업 공간 제약 및 후퇴 속도를 고려하여 달성된다. 일부 실시예에서, 스코프 서비스 루프와 연관된 굽힘부의 굽힘 반경이 스코프/기구의 소정 실시예에 대해 70 mm 미만으로 떨어지는 것을 방지하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 구현예에서, 스코프에 대한 손상을 초래하지 않고/않거나 기구의 변형률 한계를 초과함이 없이, 50 mm 미만, 예컨대 약 45 mm의 굽힘 반경을 수용할 수 있는 스코프 기구가 이용될 수 있다.
도 15는 가상 레일(1501)을 따른 'x' 차원으로의 선형 스코프 병진을 도시하지만, 일부 구현예에서, 본 개시와 연관된 스코프 후퇴 해결책은 가상 레일(1501)에 대해 횡방향인/기울어진 방향/차원으로의 스코프 단부 이펙터 병진을 수반할 수 있다. 예를 들어, 예시된 'y' 및/또는 'z' 차원들로의 스코프 기부 병진은, 개별적으로 또는 서로 조합되고/되거나 'x' 차원으로의 병진과 조합되어, 스코프 기부(31)와 스코프 구동기(11) 사이의 거리(Db)(도 15 및 도 25-1에 도시됨)를 증가시키고/시키거나 서비스 루프와 연관된 하나 이상의 영역에서 굽힘 곡률 반경을 감소시키는 스코프(40)의 다양한 부분의 각도/배향 위치를 생성할 수 있다.
도 21은 횡방향 스코프 기부 병진을 사용하여 환자의 표적 해부학적 구조로부터 시료를 제거하기 위한 프로세스(2100)를 예시하는 흐름도이다. 예를 들어, 프로세스(2100)는 그러한 목적을 위한 스코프의 후퇴 및/또는 삽입 동안, 결석 파편 등과 같은 시료를 제거할 때 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, '횡방향' 병진은 스코프가 통과하여 구동되는 접근 시스/삽입기 및/또는 스코프 구동기(예컨대, 이송-롤러)를 통해 이송되는 스코프 부분의 축 및/또는 가상 레일로부터 멀리 편향된 방향/각도로의 병진으로서 이해될 수 있다. 예를 들어, 도 15의 예시된 좌표 기준과 관련하여 횡방향 병진은, 배타적으로 'x' 차원(1502)이라기보다는, 'y' 및/또는 'z' 차원으로 적어도 부분적으로 투영되는 벡터와 연관될 수 있다.
블록(2102)에서, 프로세스(2100)는 본 명세서에 기술된 바와 같이 환자의 표적 해부학적 구조 영역 내에서, 예컨대 환자의 신장의 신배 네트워크 내에서 결석 및/또는 그의 파편을 포획하는 단계를 수반할 수 있다. 결석/파편을 포획하는 단계는, 예컨대 바스켓팅 도구의 사용을 통해, 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에 따라 구현될 수 있으며, 여기서 그러한 바스켓팅 도구는 일부 구현예에서 로봇으로 제어될 수 있다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 바스켓팅 도구의 바스켓은 내시경(예컨대, 요관경)의 원위 단부로부터 전개될 수 있고, 여기서 일단 포획되면, 결석 및 바스켓은 스코프의 원위 단부를 향해 근위방향으로 끌어당겨지고 후퇴를 위해 그에 인접하게 유지될 수 있다.
블록(2104)에서, 프로세스(2100)는 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이 바스켓 및 포획된 결석과 함께 스코프를 접근 시스의 원위 개구로 후퇴시키는 단계를 수반한다. 그러한 후퇴는 외과 의사/기술자에 의해 수동으로 수행될 수 있고/있거나 본 개시의 태양에 따른 자동 로봇 후퇴를 사용하여 구현될 수 있다.
블록(2106)에서, 프로세스(2100)는, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 환자의 요로 또는 다른 해부학적 구조로부터 접근 시스의 근위 개구까지 걸쳐 있을 수 있는 접근 시스의 적어도 일부분을 통해 스코프, 바스켓, 및 포획된 시료를 상대적으로 신속하게 후퇴시키기 위해 빠른 후퇴를 구현하는 단계를 수반한다. 접근 시스를 통한 빠른 후퇴는 시료 수집과 연관된 전체 왕복 시간(round-trip time)을 감소시키는 데 바람직할 수 있다. 그러한 후퇴 속도는 빠른 후퇴를 달성하도록 이송-롤러 액추에이터(들)를 상대적으로 높은 속도로 구동함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 위에서 언급된 바와 같이, 이송-롤러(또는 다른 스코프 구동기 메커니즘) 후퇴 속도가 스코프의 기부와 연관된 로봇 엔드 이펙터의 병진 속도를 초과하는 경우, 그러한 영역에 배치된 스코프의 길이에 비해 스코프 손잡이/기부와 스코프 구동기 사이의 거리의 감소로 인하여 스코프 기부와 구동기/이송-롤러 채널 사이의 스코프의 부분에 서비스 루프 굽힘부가 형성될 수 있다. 서비스 루프를 형성하는 스코프 길이의 양 및/또는 스코프 구동기와 스코프 손잡이/기부의 상대 위치 및/또는 배향이 스코프에서 상대적으로 예리한 굽힘부 및/또는 전단 응력이 나타나는 것을 방지하는 방식으로 관리되지 않으면, 스코프 및/또는 다른 기구장치에 대한 바람직하지 않은 손상 위험이 초래될 수 있다.
서비스 루프 형성 영역에서 스코프 상의 전단 응력을 감소시키도록 스코프 손잡이/기부와 스코프 구동기 사이의 상대 거리 및 배향을 관리하기 위해, 스코프 기부 및/또는 연관된 로봇 엔드 이펙터를 선형 가상 레일을 따라 단순히 병진시키기보다는, 프로세스(2100)의 블록(2106)과 연관된 동작(들)은 선형 가상 레일(예컨대, 도 15의 선형 가상 레일(1501) 참조)에 대해 경사진(예컨대, 직교하는) 하나 이상의 차원으로 횡방향 병진을 구현하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 그러한 횡방향 병진은 가상 레일과 동일한 수직 평면 내에서(예컨대, 지면과 평행한 평면 내에서) 가상 레일로부터 멀어지는, 예컨대 로봇 아암(들)/엔드 이펙터가 나오는 로봇 카트를 향하는 방향으로 있을 수 있으며, 여기서 그러한 평면내 편향(예컨대, 직교) 병진은 적어도 부분적으로 'y' 방향/차원(예컨대, 도 15에서 예시된 좌표 프레임의 'y' 차원 참조)으로 있는 것으로 간주될 수 있는데, 'y' 방향/차원은 가상 레일에 의해 한정되고/되거나 그와 평행한 'x' 방향/차원에 직교한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스코프 손잡이/기부의 횡방향 병진은 가상 레일의 수직 평면 위에서 수직으로 상승하는 형태일 수 있으며, 여기서 그러한 수직 병진은 'z' 방향/차원으로 있는 것으로 본 명세서에서 기술될 수 있다.
일부 구현예에서, 프로세스(2100)는, 블록(2106)과 연관된 횡방향 병진과 동시에, 엔드 이펙터 및 이에 따라 스코프와 연관된 손잡이/기부를 수직 축을 중심으로(즉, 도 15의 예시된 배향에 대해 페이지 밖으로) 회전시키는 단계(블록(2107) 참조)를 수반하며, 여기서 그러한 회전은 스코프/서비스 루프 내의 하나 이상의 응력 지점/굽힘부에서 변형률을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 그러한 회전은 일반적으로 'y' 방향/차원으로의 횡방향 병진 방향에 대해 반대 방향일 수 있다. 예를 들어, 도 15의 예시된 사시도와 관련하여, 좌측으로의 횡방향 병진이 엔드 이펙터의 시계방향 회전과 결합될 수 있는 반면, 우측으로의 횡방향 병진은 반시계방향 회전과 결합될 수 있다.
블록(2108)에서, 프로세스(2100)는 포획된 결석/시료를 바스켓팅 장치로부터 수집기 또는 다른 구조물 내로 방출하는 단계를 수반한다. 블록(2110)에서, 프로세스(2100)는 추가의 결석/파편 수집을 위해 스코프 및/또는 바스켓을 표적 해부학적 구조로 복귀시키기 위해 스코프를 접근 시스를 통해 다시 빠르게 삽입하는 단계를 수반한다. 일부 구현예에서, 블록(2110)과 연관된 빠른 삽입 동작(들)은, 블록(2106 및/또는 2107)과 관련하여 구현된 스코프 손잡이/기부의 병진 및/또는 회전을 효과적으로 역전시킴으로써, 스코프 및 관련 엔드 이펙터를 가상 레일을 따른 스코프 구동부(예컨대, 이송-롤러)와의 일렬 구성으로 복귀시키는 것을 수반할 수 있다.
블록(2112)에서, 프로세스(2100)는 스코프 및/또는 바스켓을 표적 해부학적 구조 영역 내로 재삽입하는 단계를 수반할 수 있으며, 여기서 프로세스(2100)는 표적 해부학적 구조로부터 원하는 개수의 결석/파편들을 성공적으로 회수/제거하기 위해 임의의 횟수로 반복될 수 있다.
도 22a 및 도 22b는 본 개시의 태양들에 따른, 기구 후퇴를 구현하기 위해 소정 구역들 내에서 병진되도록 구성된 하나 이상의 로봇 엔드 이펙터를 포함하는 로봇 시스템의 각각 부감도 및 측면도를 도시한다. 특히, 도 22a는 본 개시의 태양에 따른 빠른 스코프 후퇴를 구현하도록 구성된 복수의 로봇 아암(12)을 도시한다. 도 22a의 이미지는, 시스템의 기계적 속성이 스코프 손잡이/기부(31)와 연관된 엔드 이펙터(6a)의 병진/이동을 허용할 수 있는 영역들에 대응할 수 있는 소정의 운동학적 작업 공간 영역(2201, 2203)들을 도시한다. 구체적으로, 운동학적 작업 공간 영역(2201)은, 접근 시스(90)의 근위 부분, 이송-롤러 채널(39) 내에 있는 스코프의 부분, 및/또는 단부 이펙터(6a, 6b)들이 도 22a에 도시된 구성으로 정렬되는 정렬 축 중 적어도 하나와 대체로 동축인 가상 레일(1501)을 따라 로봇 엔드 이펙터(6a)가 병진될 수 있는 영역을 나타낸다. 즉, 스코프 기부 병진이 도 22a의 이미지의 라벨링된 좌표 프레임과 관련하여 'x' 방향/차원으로 제한되는 스코프 후퇴의 구현예의 경우, 스코프 후퇴 동안의 엔드 이펙터(6a)의 병진은 작업 공간(2201) 내의 영역으로 제한될 수 있다. 'x' 차원에서의 작업 공간 영역(2201)의 경계는 로봇 시스템과 연관된 관련 로봇 특이성(singularity) 및/또는 임상 작업 공간 한계에 기초할 수 있다. 예를 들어, 로봇 시스템의 예시된 작업 공간의 한계는 로봇 아암 컴포넌트들 사이 그리고/또는 로봇 아암과 카트(10) 사이의 바람직하지 않은 충돌 위험이 그 외부에 있는 영역을 나타낼 수 있다. 그러한 한계는 관련 로봇 아암의 물리적 길이에 추가로 기초할 수 있다.
전술된 바와 같이, 스코프 기부 병진이 가상 레일 차원(1501)으로 제한되는 경우, 상대적으로 높은 속도의 스코프 구동기 후퇴 동안의 서비스 루프 형성(49)은 스코프 구동기(11)(예컨대, 이송-롤러)와 스코프 기부/손잡이(31) 사이의 스코프 샤프트 내에 굽힘부들이 형성되게 할 수 있다. 따라서, 그러한 구현예에서, 스코프 구동기 후퇴 속도는 스코프 기계적 샤프트 설계의 관련 굽힘 반경 상용성에 의해 제한될 수 있다. 그러한 스코프 구동기 속도 한계를 증가시키기 위해, 본 개시의 실시예들은 비선형/횡방향 스코프 기부 병진을 허용한다. 예를 들어, 그러한 병진은 'y' 차원/방향으로 로봇 시스템/카트(10)를 향해 연장되는 운동학적 작업 공간(2203) 내에 있을 수 있다. 일반적으로, 도 22a에 도시된 횡방향 작업 공간(2203)은 선형 작업 공간(2201)과 공통 수직 평면 내에 있을 수 있다.
본 개시의 태양들에 따른 횡방향 스코프 기부/엔드 이펙터 병진은 일부 구현예에서 수직/'z' 차원으로 있을 수 있다. 예를 들어, 도 22b는 스코프 엔드 이펙터(6a)가 본 명세서에 기술된 바와 같이 빠른 후퇴 스코프 샤프트 응력 완화를 위한 목적을 위해 수직으로 병진될 수 있는 운동학적 작업 공간(2205)의 표현을 포함하는, 로봇 카트(10)의 측면도를 도시한다. 도 22a 및 본 명세서의 다른 도면들의 예시된 좌표 프레임에 따른 'z' 차원이 일부 맥락에서 수직 차원으로서 기술되지만, 그러한 용어가 편의를 위해 사용되고, 다른 로봇 시스템에서 그러한 차원이 진수직(true vertical) 차원이 아닐 수 있음이 이해되어야 한다. 즉, 본 명세서에서 수직 차원에 대한 언급은 도시된 바와 같이 선형 운동학적 작업 공간(2201)에 대체로 직교하는 차원을 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서의 횡방향/비선형 스코프 기부/손잡이 병진의 임의의 설명이 'y' 차원 및/또는 'z' 차원에서 일 수 있음이 이해되어야 한다. 일반적으로, 수직/'z'-차원 스코프 기부 병진은 스코프 엔드 이펙터(6a)가 상승하는(즉, 도 22b의 예시된 배향과 관련하여 상향으로 이동하는) 방식으로 구현될 수 있으며, 여기서 스코프 기부/손잡이 및/또는 엔드 이펙터(6a)의 하강은 기계적 제약에 의해 제약될 수 있고/있거나 동작 환경에 존재할 수 있는 멸균 장벽과의 간섭을 방지하도록 회피될 수 있다. 예를 들어, 멸균 장벽은 대략 환자가 배치되는 침대/플랫폼의 높이에 존재할 수 있으며, 여기서 엔드 이펙터(6a)가 그러한 레벨 아래로 하강하는 것이 바람직하지 않거나 성립가능하지 않을 수 있다.
빠른 스코프 후퇴 동안 수직/'z'-차원 스코프 손잡이/기부 병진이 구현되는 구현예에서, 스코프 손잡이/기부(31)가 가상 레일(1501)의 평면 위에서 상승될 때 스코프(40)에서의 굽힘 응력을 감소시키기 위해 엔드 이펙터(6a)의 평면(P1)이 스코프 구동기(11)를 향해 하향으로 기울어지도록, 엔드 이펙터(6a)가 협력하여 기울어질 수 있다. 그러한 기울어짐은 엔드 이펙터가 가상 레일(1501)의 평면 위로 상승함에 따라 점진적으로 구현될 수 있다.
도 22b에 예시된 바와 같이, 스코프 샤프트(40)의 서비스 루프(49)는 예시된 좌표 프레임과 관련하여 임의의 차원으로, 예컨대 'z' 차원 및/또는 'y' 차원으로 형성 및/또는 돌출될 수 있다. 즉, 서비스 루프(49)는 임의의 각도 및/또는 임의의 차원/벡터로 가상 레일/축(1501)으로부터 대체로 멀어지게 돌출되는 정점을 갖는 U-굽힘부 형태를 포함할 수 있다.
도 23-1, 도 23-2, 및 도 23-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프 후퇴와 관련하여 다양한 회전 상태에서의 스코프 기부/손잡이(31)의 부감도를 도시한다. 스코프 기부/손잡이(31)는 로봇 아암(12a)의 엔드 이펙터(6a)에 결합되고, 여기서 기부/손잡이(31)는 스코프 구동기(11)를 통해 이송되는 스코프 샤프트(40)의 근위 단부에 결합된다. 스코프 구동기(11)는 로봇 아암(12b)의 엔드 이펙터(6b)에 결합된다. 위에서 언급된 바와 같이, 스코프의 후퇴 동안, 선형/일렬 및/또는 횡방향 차원(들)으로의 스코프 기부 병진에 더하여 또는 이에 대한 대안으로서, 스코프를 위한 변형률 완화를 제공하도록 스코프 기부 회전이 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 23-1 내지 도 23-3은 가상 레일(1501)을 가로지르는 축(A1)을 중심으로 한 스코프 손잡이/기부(31)의 순차적 회전 상태들을 예시한다. 기부/손잡이(31)는 스코프 구동기/이송기(11)가 스코프(40)를 근위 방향으로 후퇴시킴에 따라 회전될 수 있다. 일부 구현예에서, 90° 회전(θb)은 스코프 후퇴 동안 점진적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 도 23-3은 도 23-1에 도시된 스코프 기부의 시작 위치에 대해 90° 회전에서의 스코프 손잡이(31)의 최종 회전 상태를 도시한다. 도 23-1 내지 도 23-3에서 구현된 특정 회전 방식은 스코프(40)의 기부(62)가 로봇 아암(12a) 및/또는 연관된 로봇 시스템/카트로부터 멀어지게 회전되도록 하는 스코프 기부(31)의 회전을 도시하지만, 회전이 임의의 방향으로(예컨대, 예시된 배향에 대해 반시계방향 또는 시계방향으로) 있을 수 있음이 이해되어야 한다.
도 23-1 내지 도 23-3에 따른 그리고/또는 개시된 실시예들 중 임의의 것과 관련한 스코프 기부(31)의 회전은 유리하게는 후퇴 프로세스 동안, 그러한 회전이 구현되지 않는다면 달리 존재할 수 있는 것보다 더 큰 곡률 반경(ra, rb)을 생성할 수 있다. 따라서, 횡방향 축(A1)을 중심으로 한 스코프 기부/손잡이(31)의 회전은 빠른 후퇴 동안 스코프(40)에 대한 손상 위험을 감소시킬 수 있다.
도 24-1, 도 24-2, 및 도 24-3은 하나 이상의 실시예에 따른, 스코프 후퇴와 관련하여 다양한 회전 및 횡방향 병진 상태에서의 스코프 기부/손잡이(31)의 부감도를 도시한다. 스코프 기부/손잡이(31)는 로봇 아암(12a)의 엔드 이펙터(6a)에 결합되고, 여기서 기부/손잡이(31)는 로봇 아암(12b)의 엔드 이펙터(6b)에 결합된 스코프 구동기(11)를 통해 이송되는 스코프(40)의 근위 단부에 결합된다. 도 24-1 내지 도 24-3에 예시된 구현예에서, 횡방향 축(A1)을 중심으로 한 스코프 기부/손잡이(31)의 회전은 도 23-1 내지 도 23-3과 관련하여 도시되고 기술된 것과 유사한 방식으로 수행된다. 게다가, 24-1 내지 24-3에 나타낸 구현예는 스코프 기부(31)를 회전시키면서 엔드 이펙터(6a)의 동시 횡방향 병진을 수반한다.
스코프 회전을 횡방향 병진과 조합하는 것은 유리하게는 빠른 후퇴 동안, 스코프 기부 회전 또는 횡방향 병진 없이 형성될 수 있는 것보다 더 큰 스코프의 곡률 반경(rc)이 얻어지게 할 수 있다. 엔드 이펙터(6a)의 횡방향 병진은 일반적으로, 본 명세서에 상세히 기술된 바와 같이, 로봇 시스템의 소정의 기계적 제약을 고려하여 한정된 운동학적 작업 공간(2203)의 경계 내에 있을 수 있다. 횡방향 병진(2401)은 도 24-1 내지 도 24-3과 연관된 도면 시트 상에서 식별되는 특정 좌표 프레임에 따른 'y' 차원으로 있는 것으로 간주될 수 있고, 여기서 스코프 구동기/이송-롤러(11)를 통한 스코프의 후퇴는 대체로 'y' 방향에 실질적으로 직교하는 축 차원/방향으로 있다.
'y' 방향으로의 횡방향 병진을 수반하는 것으로 도시되어 있지만, 예시된 횡방향 병진이 추가적으로 또는 대신에 'z' 차원으로 적어도 부분적으로 구현될 수 있음이 이해되어야 하는데, 'z' 차원은 예시된 배향과 관련하여 페이지 밖으로의 방향을 나타내고, 그러한 차원은 예시된 기준 프레임에서 식별된 바와 같이 'x' 및 'y' 차원들에 직교한다. 즉, 스코프 손잡이/기부(31)를 회전시키면서, 스코프 엔드 이펙터(6a)는 수평 평면(2203) 위에서 수직으로 상승될 수 있다. 그러한 'z' 차원 병진은 일부 실시예에서 'y' 차원 병진과 동시에 구현될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 'x' 차원 병진은 일부 양의 'y' 차원 및/또는 'z' 차원 병진과 조합하여 구현될 수 있다. 즉, 스코프 엔드 이펙터 병진은 스코프 후퇴 동안, 방향들의 임의의 조합으로 그리고/또는 운동학적 작업 공간들의 임의의 조합 내에서 구현될 수 있다.
도 25-1 및 도 25-2는 하나 이상의 실시예에 따른, 기구 후퇴 및/또는 삽입과 관련하여 다양한 회전 및 병진 상태에서의 기구 기부(31)의 부감도를 도시한다. 도 25-1은 본 명세서의 다양한 실시예와 관련하여 기술된 바와 같은 빠른 후퇴 프로세스에 따라 병진되는 스코프 기부(31)의 애니메이션을 예시한다. 특히, 도 25-1은 순차적인 시간적 기간들에 대응하는 병진/후퇴 프로세스의 4개의 단계를 도시하는데, 이 순차적인 시간적 기간들에 걸쳐, 스코프/기구의 기부(31)에 결합된 엔드 이펙터(6a)가 로봇 시스템과 연관된 운동학적 작업 공간(2503) 내에서 거리(Dy)로 횡방향 차원('y')(및/또는 일부 구현예에서 'z')으로 병진된다. 엔드 이펙터(6a) 및/또는 기구 기부(31)의 횡방향 병진에 더하여, 엔드 이펙터(6a)의 축(A1)을 중심으로 한 엔드 이펙터(6a) 및/또는 기부(31)의 회전은 횡방향 및/또는 일렬(예컨대, 가상 레일 라인(1501)을 따름) 병진과 동기식으로 구현될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이, 빠른 후퇴 스코프 기부 병진은 일렬 'x' 및 횡방향('y' 및/또는 'z') 차원들/방향들 둘 모두로 있을 수 있다. 따라서, 그러한 병진은 가상 레일(1501) 및/또는 'x' 차원에 대해 경사진 병진 경로(2505)가 얻어지게 할 수 있다. 예를 들어, 예시된 구현예에서, 병진 경로(2505)는 병진의 'x' 벡터(Dx)뿐만 아니라 병진의 'y' 벡터(Dy)를 갖는 경로를 따른다. 즉, 초기 상태/위치(2501a)와 최종 상태/위치(2501d) 사이에서의 병진은 'x'-차원 거리(Dx) 및 횡방향/'y'-차원 거리(Dy) 둘 모두에 걸칠 수 있다. 그러한 병진의 벡터들은 가상 레일(1501)에 대해 편향각(θ1)을 갖는 경로(2505)가 얻어지게 할 수 있다. 예시적인 구현예로서, 병진 경로(2505)의 편향각(θ1)은 대략 15° (이하), 35°, 45°, 60°, 75°, 90°(이 경우에, 'x'-차원 병진이 구현되지 않음), 또는 열거된 숫자들의 임의의 쌍 사이의 임의의 편향각 값일 수 있다. 도 25-1의 특정의 예시된 구현예에서, 병진 경로(2505)의 편향각(θ1)은 대략 45°여서, 병진 거리(Dx, Dy)들이 유사하고/하거나 동일하다.
'x' 차원 및 'y' 차원 둘 모두에서의 이동/병진의 상대 속도가 초기 위치(2501a)로부터 최종 위치(2501d)까지의 병진 전체에 걸쳐 비례하는 직선형 병진 경로(2505)가 도시되어 있지만, 일부 실시예에서 가변/비직선형 병진 경로가 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도 25-1은, 'y' 차원에 비해 'x' 차원으로의 병진 속도가 병진의 초기 기간에서 더 크고 병진이 최종 상태(2501d)에 접근함에 따라 감소되는 경로를 나타내는 제1 만곡형 병진 경로(2506)를 도시한다. 대안적으로, 다른 예시적인 가변/비직선형 병진 경로(2507)가 도시되어 있으며, 여기서 'y' 차원에 대한 'x' 차원으로의 상대 병진 속도는 병진의 초기 기간에서 상대적으로 더 적고, 병진이 최종 위치/구성(2501d)에 접근함에 따라 증가한다. 본 명세서에서 병진의 초기 기간에 대한 언급은 초기 상태(25)와 하나 이상의 후속 상태(2501b 및/또는 25013) 사이의 병진을 지칭할 수 있다. 일부 맥락에서, 초기 병진 기간은 초기 상태(2501a)로부터의 병진의 개시 후의 즉각적인 순간을 언급하는 것으로 이해될 수 있다.
경사진 병진 경로(2505)는 'x' 차원으로의 병진 거리(Dx)보다 더 큰 길이를 가짐으로써, 스코프의 근위 단부(62)와 스코프 구동기(11)(및/또는 구동기 채널(39)) 사이의 거리(Db)를 증가시킬 수 있다. 거리(Db)는 스코프 기부(31)의 회전에 의해 추가로 증가되고; 횡방향 병진(2505) 및 스코프 롤이 없으면, 스코프의 근위 단부(62)와 스코프 구동기(11) 사이의 거리(Db)는 도 25-1에 도시된 거리(Db)보다 더 작은 조합된 거리(D0, Dx)들과 대략 동일할 것이다.
후퇴 프로세스를 위해 선택된 특정 편향각(θ1)은 엔드 이펙터(6a)의 횡방향('y' 또는 'z') 차원으로의 병진 거리 및/또는 이용가능한 병진 속도에 대한 기계적 제약 또는 제한에 기초할 수 있다. 예를 들어, 횡방향 병진 거리(Dy)가 소정의 기계적 제약에 의해 제한되는 경우, 편향각(θ1)은 스코프 구동기(11)의 후퇴의 중단과 동시에 'y' 제한에 도달하도록 엔드 이펙터(6a)의 최대 요구/유지가능 병진 속도에 기초하고/하거나 이를 허용하도록 선택되어, 이에 의해 스코프(40)의 상대적으로 균일한 병진 및 후퇴를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 'y'-차원 한계(Dy)는 약 3 인치(약 7 내지 8 cm), 5 인치(약 12 내지 13 cm), 7 인치(약 17 내지 18 cm) 또는 그러한 양들 사이 또는 그 초과의 다른 거리일 수 있다.
일부 구현예에서, 엔드 이펙터(6a)의 회전은 병진 경로(예컨대, 경로(2505))를 가로질러 일정한 회전 속도로 구현될 수 있다. 그러한 구현예에서, 엔드 이펙터(6a)가 병진 경로의 거리의 정확히 절반을 가로지른 시점에서의 상태/위치(예컨대, 위치(2501c))는 초기 위치/상태(2501a)와 최종 위치/상태(2501d) 사이에 구현된 총 회전 각도의 대략 절반을 나타내는 엔드 이펙터(6a)의 회전과 연관될 수 있다. 즉, 도 25-1에 도시된 바와 같은 90° 회전과 관련하여, 병진 경로(2505)의 중간 지점에서의 회전각(θc)은 대략 45°일 수 있다.
일부 구현예에서, 대안적으로, 회전 속도는 가변적일 수 있고, 병진 기간의 후반부의 적어도 부분(들)에서보다 병진 경로의 전반부의 적어도 부분(들)에서 초기에 더 클 수 있다. 예를 들어, 도 25-1에 도시된 특정 구현예에서, 회전 속도는 병진 경로(2505)를 따른 거리의 약 1/3에서 각회전(θb)이 대략 45°인 반면, 상태(2501c)에 의해 표현되는 바와 같은, 병진 거리의 약 절반에서 각회전은 대략 60°일 수 있도록 하는 것일 수 있고, 여기서 초기 상태(2501a)와 최종 상태(2501d) 사이에서 총 90° 회전이 구현된다. 병진의 초기 기간(들)에서의 그러한 상대적으로 더 높은 회전 속도는 후퇴 동안 스코프 샤프트(40)에 형성된 하나 이상의 굽힘부에서 곡률 반경을 감소시킴으로써 스코프 샤프트(40) 상에 감소된 전단을 제공하는 데 바람직할 수 있다. 엔드 이펙터/스코프 기부의 회전을 90° 이하의 일부 각도까지 제한하는 것이 유익할 수 있는데, 그 이유는 90° 미만의 회전이 스코프의 근위 단부(62)의 영역에서 스코프 샤프트(40)에 상대적으로 예리한 각도/전단 응력을 도입할 수 있기 때문이다. 또한, 일부 구현예에서, 스코프 구동기/이송기(11)의 빠른 후퇴의 시작/초기 기간(들)에서 상대적으로 더 심각한 서비스 루프 굽힘 반경이 형성될 수 있다. 따라서, 회전 속도 및/또는 횡방향 병진 속도는 유리하게는 병진 프로세스/거리에서 더 조기에 상대적으로 더 높은 속도로 구현될 수 있다. 일부 구현예에서, 총 후퇴 기간은 약 3초일 수 있고, 그러한 기간 동안의 스코프 구동기/이송기 후퇴 속도는 약 50 mm/s일 수 있다. 스코프 구동기(11)의 채널(39) 내에서 스코프 샤프트(40)의 바람직하지 않은 미끄러짐을 초래하지 않는 속도로 회전 속도를 제한하는 것이 추가로 바람직할 수 있다.
엔드 이펙터/기부의 횡방향 병진 및 회전이 도 25-1에 도시되어 있지만, 본 개시의 태양들에 따른 후퇴 프로세스가 일부 구현예에서 둘 모두가 아니라 횡방향 병진 또는 회전 중 어느 하나를 포함할 수 있음이 이해되어야 한다.
일부 실시예에서, 스코프 기부/손잡이는 기부/손잡이의 질량 중심이 엔드 이펙터의 축방향 중심으로부터 오프셋되도록 로봇 아암의 기구 조작기와 같은 로봇 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 25-1에 도시된 바와 같이, 스코프(40)의 기부(62)에서 스코프 샤프트(40)와 일렬인 가상 레일(1501)은 엔드 이펙터(6a)의 중심(A1)의 일측으로 거리(d0)만큼 오프셋된다. 따라서, 스코프 손잡이/기부를 최종 회전 상태(2501d)에서 90° 회전으로 반시계방향으로 회전시킬 때, 스코프 오프셋(d0)은 'x' 차원과 관련하여 스코프 구동기(11) 측일 수 있다. 도 25-2는 빠른 후퇴 스코프 기부 횡방향 병진 프로세스의 대안적인 구현예를 도시한다. 특히, 도 25-2에서, (도시된 예시에서 시계방향으로의) 스코프 기부(31)의 회전은 스코프의 오프셋 위치(d0)가 축방향 중심(A1)에 대해 스코프 구동기(11)로부터 멀어지게 하며, 이는 유리하게는 스코프 기부(62)와 스코프 구동기(11) 사이의 거리를 증가시킴으로써, 스코프 샤프트(40)에서 굽힘 곡선 반경 및/또는 전단 응력을 잠재적으로 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 스코프 기부/손잡이(31)를 위해 구현된 바람직한 회전 방향은, 스코프 기부/손잡이의 횡방향 병진이 구현될 때 스코프(40)의 기부(62)가 가상 레일(1501)을 향해 이동하고/하거나 가상 레일을 향한 엔드 이펙터(6a)의 측에 위치되도록 하는 것일 수 있으며, 이는 유리하게는 스코프 샤프트(40) 상에서의 전단을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 도 25-1 및 도 25-2의 예시된 배향/투시와 관련하여, 우측으로의 횡방향 병진은 스코프의 반시계방향 회전과 연관될 수 있는 반면, (도 25-2에서와 같은) 좌측으로의 병진은 시계방향 회전과 연관될 수 있다. 시계방향 회전 위치이든 반시계방향 회전 위치이든 간에, 'x' 차원으로의 엔드 이펙터(6a)의 축방향 중심(A1)에 대한 스코프 구동기(11)를 향한 또는 그로부터 멀어지는 스코프의 오프셋 정렬(1501)은 일반적으로 스코프 기부(31)가 초기 위치(2501a, 2502a)에서 중심(A1)의 어느 측에서 엔드 이펙터(6a)에 기계적으로 결합되는지에 좌우될 수 있다. 도 25-1 및 도 25-2에 비추어, 스코프 회전이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 구현될 수 있고, 추가로 본 개시의 임의의 실시예와 관련된 스코프 기부/손잡이가 엔드 이펙터의 중심에 대한 임의의 측에서 또는 임의의 배향으로 오프셋 구성으로 각자의 로봇 엔드 이펙터에 장착될 수 있음이 이해되어야 한다.
추가 실시예 및 설명
소정 의료 절차와 관련하여 기구 이송기 장치/시스템의 제어를 통해 샤프트-유형 의료 기구의 효율적이고 안전한 축방향 구동을 용이하게 하기 위한 시스템, 장치, 및 방법이 본 명세서에 기술된다. 특히, 본 개시의 하나 이상의 태양에 따른 시스템, 장치, 및 방법은 기구 위치 결정/검출에 응답하여 자동 축방향 속도 수정 및/또는 일시정지/중지를 구현하도록 기구 이송기 제어를 용이하게 할 수 있으며, 이는 유리하게는 환자 해부학적 구조 및/또는 의료 장비에 대한 손상의 위험을 감소시키고 절차 효율을 개선할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 접근 시스 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 치수설정된 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구 및 제어 회로를 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다. 제어 회로는 세장형 샤프트가 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 후퇴되게 하고, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하도록 구성된다.
제어 회로는, 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된 액추에이터가 세장형 샤프트를 후퇴시키게 하고, 의료 기구가 부착된 로봇 조작기가 접근 시스로부터 멀어지게 이동하게 함으로써, 세장형 샤프트가 적어도 부분적으로 후퇴되게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로는 로봇 조작기의 위치를 결정하고 로봇 조작기의 결정된 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 로봇 조작기의 이동을 일시정지시키도록 추가로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치는 접근 시스의 원위 완충 부분 내에 있으며, 여기서 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도로 후퇴시키게 하고 로봇 조작기가 제1 속도로 이동하게 하는 것을 수반한다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 원위 완충 부분의 근위에 있는 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 후퇴하게 하고, 로봇 조작기가 제1 속도보다 더 크지만 제2 속도보다 더 작은 제3 속도로 이동하게 하는 것을 수반한다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 원위 완충 부분과 빠른 후퇴 부분 사이에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제3 속도로 후퇴시키게 하고 로봇 조작기가 제1 속도로 이동하게 하는 것을 수반한다. 일부 실시예에서, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 근위 단부의 근위에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트의 후퇴를 중지시키게 하는 것을 수반한다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 근위 단부의 근위에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 로봇 조작기의 이동을 중시키는 것을 추가로 수반할 수 있다.
세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도로 후퇴시키게 하고 로봇 조작기가 제2 속도보다 더 작은 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반할 수 있다.
일부 실시예에서, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 원위 완충 부분 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 세장형 샤프트의 후퇴 속도가 제1 속도로 증가하게 하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 원위 완충 부분의 근위에 있는 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 후퇴시키게 하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 빠른 후퇴 부분과 원위 완충 부분 사이에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도보다 더 크지만 제2 속도보다 더 작은 제3 속도로 후퇴하게 하는 것을 수반할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 접근 시스 내에서 전진되도록 치수설정된 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구 및 제어 회로를 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다. 제어 회로는 세장형 샤프트가 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 삽입되게 하고, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 세장형 샤프트의 삽입 속도를 수정하도록 구성된다.
제어 회로는, 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된 액추에이터가 세장형 샤프트를 삽입되게 하고, 의료 기구가 부착된 로봇 조작기가 접근 시스를 향해 이동하게 함으로써, 세장형 샤프트가 적어도 부분적으로 삽입되게 하도록 구성될 수 있다.
제어 회로는 로봇 조작기의 위치를 결정하고 로봇 조작기의 결정된 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 로봇 조작기의 이동을 일시정지시키도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제어 회로는 로봇 조작기의 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 서비스 루프가 세장형 샤프트에 존재함을 결정하도록 추가로 구성되며, 로봇 조작기의 이동을 일시정지시키는 것은 서비스 루프가 존재한다는 결정에 적어도 부분적으로 기초한다.
일부 실시예에서, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 일부분과 연관된 빠른 삽입 구역 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 삽입 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제1 속도로 삽입하게 하고 로봇 조작기가 제1 속도보다 더 느린 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반한다. 예를 들어, 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 접근 시스의 원위 단부를 포함하는 원위 느린 삽입 구역 내에 있을 때, 세장형 샤프트의 삽입 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 제1 속도 및 제2 속도 둘 모두보다 더 느린 제3 속도로 세장형 샤프트를 삽입하게 하고 로봇 조작기가 제3 속도로 이동하게 하는 것을 수반할 수 있다. 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치가 빠른 삽입 구역과 느린 삽입 구역 사이에 있을 때, 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하는 것은 액추에이터가 세장형 샤프트를 제2 속도로 후퇴시키게 하고 로봇 조작기가 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반할 수 있다.
일부 구현예에서, 본 개시는 의료 기구의 손잡이에 물리적으로 결합되는 의료 기구 병진 수단; 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 작동시키도록 구성된 액추에이터 수단; 및 액추에이터 수단이 세장형 샤프트를 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 후퇴시키게 하고, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며, 접근 시스에 대한 세장형 샤프트의 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 세장형 샤프트의 원위 단부의 후퇴 속도를 수정하도록 구성된 제어 수단을 포함하는 로봇 시스템에 관한 것이다.
본 개시를 요약하기 위해, 소정 태양, 이점 및 신규한 특징이 기술되었다. 모든 그러한 이점이 반드시 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님이 이해되어야 한다. 따라서, 개시된 실시예는 반드시 본 명세서에 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 이점을 달성하지 않고서 본 명세서에 교시된 바와 같은 하나의 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다.
실시예에 따라, 본 명세서에 기술된 프로세스들 또는 알고리즘들 중 임의의 것의 소정 동작, 이벤트, 또는 기능은 상이한 시퀀스로 수행될 수 있고, 추가되거나, 병합되거나, 완전히 생략될 수 있다. 따라서, 소정 실시예에서, 프로세스의 실행을 위해 모든 기술된 동작 또는 이벤트가 필요하지는 않다.
구체적으로 달리 언급되지 않는 한 또는 사용된 바와 같은 맥락 내에서 달리 이해되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 조건부 언어, 예컨대, 그 중에서도, "할 수 있다", "할 수 있을 것이다", "할 수도 있을 것이다", "할 수도 있다", "예컨대" 등은 그의 통상적인 의미로 의도되고 일반적으로, 소정 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하는 반면, 다른 실시예가 소정 특징부, 요소 및/또는 단계를 포함하지 않음을 전달하도록 의도된다. 따라서, 그러한 조건부 언어는 일반적으로, 특징부, 요소 및/또는 단계가 임의의 특정 실시예에 포함되는지 또는 임의의 특정 실시예에서 수행될 것인지 여부를, 입안자 입력 또는 촉구를 가지고 또는 이를 가짐이 없이, 결정하기 위한 로직을 하나 이상의 실시예(들)가 필연적으로 포함한다는 것, 또는 이들 특징부, 요소, 및/또는 단계가 하나 이상의 실시예(들)에 대해 요구되는 임의의 방식으로 있다는 것을 의미하도록 의도되지 않는다. 용어 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등은 동의어이고, 그들의 통상적인 의미로 사용되고, 포괄적으로 개방형 방식으로 사용되며, 추가의 요소, 특징부, 동작, 작동 등을 배제하지 않는다. 또한, 용어 "또는"은 그의 포괄적인 의미로 사용되어(그리고 그의 배타적인 의미로 사용되지 않음), 예를 들어 요소의 목록을 연결하기 위해 사용될 때, 용어 "또는"이 목록 내의 요소들 중 하나, 일부, 또는 전부를 의미하도록 한다. 문구 "X, Y 및 Z 중 적어도 하나"와 같은 접속적 언어는, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 항목, 용어, 요소 등이 X, Y 또는 Z일 수 있음을 전달하기 위해 일반적으로 사용되는 바와 같은 맥락으로 이해된다. 따라서, 그러한 접속적 언어는 일반적으로 소정 실시예가 X 중 적어도 하나, Y 중 적어도 하나 및 Z 중 적어도 하나가 각각 존재할 것을 요구함을 암시하도록 의도되지 않는다.
실시예의 위의 설명에서, 다양한 특징부가 때때로 본 개시를 간소화하고 다양한 본 발명의 태양 중 하나 이상의 이해를 돕기 위해 단일 실시예, 도면, 또는 그의 설명에서 함께 그룹화된다는 것이 인식되어야 한다. 그러나, 본 개시의 이러한 방법은 임의의 청구항이 그러한 청구항에서 명백하게 인용되는 것보다 많은 특징부를 필요로 한다는 의도를 반영하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서의 특정 실시예에서 예시되고/되거나 기술된 임의의 컴포넌트, 특징부, 또는 단계는 임의의 다른 실시예(들)에 적용되거나 그와 함께 사용될 수 있다. 또한, 컴포넌트, 특징부, 단계, 또는 컴포넌트, 특징부, 또는 단계의 그룹이 각각의 실시예에 필요하거나 필수적이지는 않다. 따라서, 본 명세서에서 개시되고 아래에 청구된 본 발명의 범주는 전술된 특정 실시예에 의해 제한되어야 하는 것이 아니라, 하기의 청구범위의 타당한 판독에 의해서만 결정되어야 하는 것으로 의도된다.
소정 서수 용어(예컨대, "제1" 또는 "제2")는 참조의 용이함을 위해 제공될 수 있고 반드시 물리적 특성 또는 순서를 의미하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 구조물, 컴포넌트, 동작 등과 같은 요소를 변형시키는 데 사용되는 서수 용어(예컨대, "제1", "제2", "제3" 등)는 반드시 임의의 다른 요소에 대한 그러한 요소의 우선 순위 또는 순서를 나타내는 것이 아니라, 오히려 일반적으로 유사하거나 동일한 명칭을 갖는(그러나 서수 용어의 사용을 위한) 다른 요소로부터 그러한 요소를 구별할 수 있다. 또한, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 부정 관사("a" 및 "an")는 "하나"보다는 "하나 이상"을 나타낼 수 있다. 또한, 조건 또는 이벤트에 "기초하여" 수행되는 동작은 또한 명시적으로 언급되지 않은 하나 이상의 다른 조건 또는 이벤트에 기초하여 수행될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 및 과학 용어 포함)는 예시적인 실시예가 속하는 분야의 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 통상적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어가 관련 기술의 맥락에서의 그들의 의미와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 명세서에서 명확히 그렇게 정의되지 않는 한 이상화된 또는 과도하게 공식적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 또한 이해되어야 한다.
공간적으로 상대적인 용어 "외측", "내측", "상부", "하부", "아래", "위", "수직", "수평" 및 유사한 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 요소 또는 컴포넌트와 다른 요소 또는 컴포넌트 사이의 관계를 기술하기 위한 설명의 용이함을 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 동작 시에 장치의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시된 장치가 뒤집힌 경우, 다른 장치 "아래" 또는 "밑"에 위치된 장치는 다른 장치 "위"에 배치될 수 있다. 따라서, 예시적인 용어 "아래"는 하부 및 상부 위치들 둘 모두를 포함할 수 있다. 장치는 또한 다른 방향으로 배향될 수 있고, 따라서 공간적으로 상대적인 용어는 배향에 따라 상이하게 해석될 수 있다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, "더 적은", "더 많은", "더 큰" 등과 같은 비교적인 및/또는 정량적인 용어는 균등의 개념을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, "더 적은"은 가장 엄격한 수학적 의미에서 "더 적은"뿐만 아니라, "더 적거나 같은"을 의미할 수 있다.

Claims (33)

  1. 로봇 시스템으로서,
    접근 시스(access sheath) 내에 적어도 부분적으로 배치되도록 치수설정된 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구; 및
    제어 회로를 포함하며,
    상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트가 상기 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 후퇴되게 하고,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 상기 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 후퇴시키게 하고,
    상기 의료 기구가 부착된 로봇 조작기가 상기 접근 시스로부터 멀어지게 이동하게 함으로써, 상기 세장형 샤프트가 적어도 부분적으로 후퇴되게 하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로는 상기 로봇 조작기가 상기 액추에이터에 의해 상기 세장형 샤프트의 축방향 이동의 축에 대해 횡방향으로 이동하게 함으로써 상기 세장형 샤프트가 적어도 부분적으로 후퇴되게 하도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 횡방향은 상기 로봇 시스템의 로봇 카트를 향하는 방향으로 있고, 상기 로봇 조작기는 상기 로봇 카트와 연관되는, 로봇 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 횡방향은 수직 방향으로 있는, 로봇 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 로봇 조작기의 위치를 결정하고,
    상기 로봇 조작기의 결정된 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 로봇 조작기의 이동을 일시정지시키도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 원위 완충 부분 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 제1 속도로 후퇴시키게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제1 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 상기 원위 완충 부분의 근위에 있는 상기 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 상기 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 후퇴시키게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제1 속도보다 더 크지만 상기 제2 속도보다 더 작은 제3 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 상기 빠른 후퇴 부분과 상기 원위 완충 부분 사이에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 상기 제3 속도로 후퇴시키게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제3 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 근위 단부의 근위에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은 상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트의 후퇴를 중지시키게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 상기 근위 단부의 근위에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은 상기 로봇 조작기의 이동을 중지시키는 것을 추가로 수반하는, 로봇 시스템.
  12. 제2항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 제1 속도로 후퇴시키게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제2 속도보다 더 작은 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 원위 완충 부분 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도가 제1 속도로 증가하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 상기 원위 완충 부분의 근위에 있는 상기 접근 시스의 빠른 후퇴 부분 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은 상기 세장형 샤프트가 상기 제1 속도보다 더 큰 제2 속도로 후퇴되게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 상기 빠른 후퇴 부분과 상기 원위 완충 부분 사이에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은 상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 상기 제1 속도보다 더 크지만 상기 제2 속도보다 더 작은 제3 속도로 후퇴하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  16. 로봇 시스템으로서,
    접근 시스 내에서 전진되도록 치수설정된 세장형 샤프트를 포함하는 의료 기구; 및
    제어 회로를 포함하며,
    상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트가 상기 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 삽입되게 하고,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 상기 세장형 샤프트의 삽입 속도를 수정하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 세장형 샤프트를 축방향으로 이동시키도록 구성된 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 삽입하게 하고,
    상기 의료 기구가 부착된 로봇 조작기가 상기 접근 시스를 향해 이동하게 함으로써, 상기 세장형 샤프트가 적어도 부분적으로 삽입되게 하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제어 회로는,
    상기 로봇 조작기의 위치를 결정하고,
    상기 로봇 조작기의 결정된 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 로봇 조작기의 이동을 일시정지시키도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제어 회로는 상기 로봇 조작기의 상기 위치에 적어도 부분적으로 기초하여 상기 세장형 샤프트에 서비스 루프(service loop)가 존재하는지를 결정하도록 추가로 구성되고,
    상기 로봇 조작기의 이동의 상기 일시정지는 상기 서비스 루프가 존재한다는 결정에 적어도 부분적으로 기초하는, 로봇 시스템.
  20. 제17항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 일부분과 연관된 빠른 삽입 구역 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 삽입 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 제1 속도로 삽입하게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제1 속도보다 더 느린 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  21. 제20항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 접근 시스의 원위 단부를 포함하는 원위 느린 삽입 구역 내에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 삽입 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 상기 제1 속도 및 상기 제2 속도 둘 모두보다 더 느린 제3 속도로 삽입하게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제3 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  22. 제21항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 상기 위치가 상기 빠른 삽입 구역과 상기 느린 삽입 구역 사이에 있을 때, 상기 세장형 샤프트의 상기 후퇴 속도의 상기 수정은,
    상기 액추에이터가 상기 세장형 샤프트를 상기 제2 속도로 후퇴시키게 하는 것, 및
    상기 로봇 조작기가 상기 제2 속도로 이동하게 하는 것을 수반하는, 로봇 시스템.
  23. 로봇 시스템으로서,
    의료 기구의 손잡이에 물리적으로 결합되는 의료 기구 병진 수단;
    상기 의료 기구의 세장형 샤프트를 축방향으로 작동시키도록 구성된 액추에이터 수단; 및
    제어 수단을 포함하고,
    상기 제어 수단은,
    상기 액추에이터 수단이 상기 세장형 샤프트를 접근 시스 내에서 적어도 부분적으로 후퇴시키게 하고,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 원위 단부의 위치를 결정하며,
    상기 접근 시스에 대한 상기 세장형 샤프트의 상기 원위 단부의 결정된 위치에 기초하여 상기 세장형 샤프트의 후퇴 속도를 수정하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  24. 로봇 시스템으로서,
    의료 기구의 기부에 결합되도록 구성된 로봇 엔드 이펙터(end effector)로서, 상기 의료 기구는 제1 차원으로 구동기 장치에 의해 축방향으로 구동되도록 구성된 샤프트를 포함하는, 상기 로봇 엔드 이펙터; 및
    제어 회로를 포함하고,
    상기 제어 회로는, 상기 구동기 장치가 상기 제1 차원으로 상기 의료 기구의 상기 샤프트를 후퇴시키고 있는 동안,
    상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 제1 차원에 대해 횡방향인 제2 차원으로 병진되게 하도록 구성되는, 로봇 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 제2 차원으로 병진되는 동안, 상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 구동기 장치로부터 멀어지게 상기 제1 차원으로 병진되게 하도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 제2 차원으로 병진되는 동안, 상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 제1 차원 및 상기 제2 차원 둘 모두에 직교하는 제3 차원으로 병진되게 하도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제2 차원은 상기 제1 차원과 공통 수직 평면 내에 있는, 로봇 시스템.
  28. 제24항에 있어서, 상기 제2 차원은 수직 차원인, 로봇 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 상기 제어 회로는, 상기 로봇 엔드 이펙터가 상기 제2 차원으로 병진되는 동안, 상기 로봇 엔드 이펙터를 축을 중심으로 회전시키도록 추가로 구성되는, 로봇 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 축은 상기 제1 차원에 대해 횡방향인, 로봇 시스템.
  31. 제29항에 있어서, 상기 축은 수직 축인, 로봇 시스템.
  32. 제29항에 있어서, 상기 로봇 엔드 이펙터의 상기 회전은 상기 제1 차원으로 상기 구동기 장치와 정렬된 가상 레일을 향해 상기 의료 기구의 상기 샤프트의 근위 단부를 이동시키는 방향으로 있는, 로봇 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 상기 로봇 엔드 이펙터의 병진은 30 내지 60°인 상기 가상 레일에 대한 각도로 있는, 로봇 시스템.
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