KR20230169992A

KR20230169992A - 양측 수술용 로봇 시스템

Info

Publication number: KR20230169992A
Application number: KR1020237035158A
Authority: KR
Inventors: 요시 바르
Original assignee: 엘이엠 써지컬 아게
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2022-03-14
Publication date: 2023-12-18
Also published as: EP4308008A1; WO2022195460A1; JP2024510007A; US20240164854A1; US20230380916A1

Abstract

이동식 양측 로봇 수술 시스템이 제공된다. 시스템은 로봇 척추 수술에 최적화될 수 있다. 시스템은 수술용 테이블, 특히 척추 수술용 테이블 아래로 전개 가능하도록 구성된 이동식 카트를 포함한다. 이동식 카트는 바닥이나 수술용 테이블에 부착될 필요는 없다. 카트는 수술용 테이블 아래로의 전개를 허용하도록 카트 옆으로 또는 카트 내로 접힐 수 있는 다수의 로봇 암을 포함한다. 로봇 암은 알려진 시스템에 비해 비교적 짧고 가벼울 수 있으며, 환자의 양측면으로 전개된다. 이를 통해 광범위한 수술 절차의 수행을 매우 정확하게 할 수 있다. 이동식 카트는 시스템이 로봇 암의 위치를 아는 것을 용이하게 하는 중앙 제어 유닛을 더 포함한다. 시스템은 선택적으로 환자의 해부학적 구조의 특징부 및 수술 절차에서 사용되는 도구를 위치시키는 데 있어서 시스템의 능력을 보강하는 로봇 내비게이션 능력을 더 포함한다.

Description

양측 수술용 로봇 시스템

(이전 관련 출원)

본 출원은 2021년 3월 15일에 출원된 미국 가특허 출원 63/161,716 및 2021년 10월 7일에 출원된 미국 가특허 출원 63/253,533의 우선권의 이익을 주장한다.

본 발명은, 로봇식으로 제어되고, 조정된 수술용 내비게이션 시스템을 또한 포함할 수 있는 이동식 양측 수술용 로봇 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이동식 카트가 수술용 테이블(surgical table) 아래로 전개될 수 있는 수술용 테이블의 반대쪽 측면에 배열된 적어도 2개의 로봇 암을 포함하는 저 프로파일(low-profile) 이동식 카트에 관한 것이다. 로봇 암, 엔드 이펙터, 카메라, 이미징 장치, 추적 장치 또는 로봇 수술에 유용한 다른 장치와 같은 다수의 로봇 요소가 포함될 수 있다. 로봇 요소의 배치 및 움직임은 단일 제어 유닛에 의해 제어되고 조정되며, 여기서 모든 로봇 요소는 단일의 강성 섀시에 기초하며, 따라서 단일 기원점(origin point)에서 로봇식으로 조정된다. 구체적으로, 다수의 로봇 요소가 단일 제어 유닛에 부착되고, 단일 제어 유닛에 의해 제어될 수 있으며, 로봇 수술 절차의 일부로서 트래커, 카메라 및 수술 기구를 전개하도록 조정된 방식으로 사용될 수 있다. 보다 특히, 로봇 척추 수술의 맥락에서, 다수의 로봇 요소가 단일 제어 유닛에 부착되고, 단일 제어 유닛에 의해 제어될 수 있으며, 트래커, 수술 기구를 전개하고, 하나 이상의 카메라를 보유하고, 수술 절차를 수행하도록 중앙 집중식으로 조정되는 방식으로 사용될 수 있고, 각각의 로봇 요소의 상대적인 움직임이 중앙 제어 유닛에 의해 조정된다. 원하는 경우, 이 단일 섀시, 다중 암, 로봇식으로 조정된 시스템은 로봇 내비게이션 기술로 보강될 수 있다.

로봇 수술은 척추경 나사 배치와 같은 척추 수술 절차에 대한 로봇 기술의 적용과 마찬가지로 당업계에 잘 알려져 있다. 인튜이티브 서지컬(Intuitive Surgical)의 다빈치 로봇 수술 시스템과 같은 많은 로봇 수술 시스템이 원격 조종된다. 예를 들면 캠브리지 메디컬 로보틱스(Cambridge Medical Robotics)에 의해 제공되는 것과 같은 다중 암 로봇 수술 시스템이 상기 분야에서 이용 가능하지만, 이들 알려진 시스템은 원격 조종되는 경우가 있으며, 모두 원격으로 위치된 제어 유닛에 의해 제공된 일정 레벨의 조정으로 별도로 전개되는 단일 암으로 구성된다. 다수의 카트에 다수의 암을 포함하는 시스템은 수술실에서 바람직하지 않게 큰 풋프린트(footprint)와 함께, 수술 작업 흐름에의 통합과 관련하여 상당한 단점을 갖는다. 또한, 이들 다중 암 시스템이 단일 카트를 활용되는 경우, 여전히 암 간의 조정은 제어 유닛에 앉아 있는 동안 눈과 손으로 "루프를 폐쇄"하는 의사에 의해 행해진다. 또한, 원격으로 위치된 제어 유닛에 의한 원격 조종 유닛의 제어는, 특히 척추 수술의 경우 폭 넓은 수술 절차에 필요한 레벨의 제어를 제공하지 못한다. 필연적으로 모든 로봇 암이, 제어 유닛을 포함하는 단일 섀시에 고정되고 그 단일 섀시에 의해 조정되는 시스템보다 정확도가 떨어질 것이다.

수술용 테이블 아래에 위치한 다중 암 로봇 시스템은, 예를 들면 Hashimoto의 US2018/0193101에 개시되어 있다. 그러나, 이러한 시스템은 이동식이 아니며, 로봇 암 움직임 및 내비게이션의 중앙 집중식 제어에 대한 어떠한 개시도 제공하지 않는다. 또한 베드 장착형 시스템이, 예를 들면 Won의 US2010/0286712에 알려져 있다. 그러나, 이러한 시스템은 정의상 이동식이 아니며, 외과의의 작업 흐름 및 수술실의 이용 가능한 공간에 대해 상당한 장애물이 된다. Zehavi의 W02020/079596은 이미징 및 선택적인 도구 전개를 위한 다수의 암을 포함하는 또 다른 비이동식 로봇 수술 시스템을 개시한다. 그러나, 로봇 암은 바닥에 장착되고 크기가 커서 정확도가 떨어지고 외과의의 작업 흐름을 상당히 방해하고 높은 비용을 부담하게 된다. 이들 알려진 시스템 중 어느 것도 로봇 암 움직임 및 내비게이션을 중앙 집중식으로 제어하는 모바일 솔루션을 제공하지 않으며, 모두는 그들의 크기 및 이동성이 없다는 사실로 인해 정확도가 떨어지고 활용도 및 수용률이 낮을 수 있는 비교적 큰 로봇 암을 전개한다.

폭 넓은 척추 수술 절차(대부분의 절차 중 작은 부분을 포함하는 척추경 나사 배치 제외)의 수행은 매우 정확한 로봇 암을 갖는 양측 시스템을 필요로 하며, 로봇식으로 조정된 내비게이션으로부터 상당한 이점도 얻을 수 있다. 전형적인 절차에는 뼈나 연조직에 다수의 수동 또는 능동 마커 배치, 수술 필드로부터 다양한 거리에 배치될 수 있는 하나 이상의 로봇식으로 제어되고 조작되는 카메라, 및 로봇 암에 의해 전개되는 하나 이상의 엔드 이펙터가 필요할 수 있다. 하나의 이동식 카트에 장착되고 이 이동식 카트에 의해 제어되는 이러한 다중 암/다중 카메라 시스템은 현재 기술 수준에서는 이용할 수 없다. 현재는 불가능한 레벨의 정확도로 로봇식으로 조정된 제어 및 내비게이션을 통해 폭 넓은 척추 수술 절차를 수행할 수 있기 때문에 이러한 시스템에 대한 강력한 필요성을 오랫동안 느끼고 있었다.

본원에 제공된 것은 양측 로봇 수술 시스템이다. 양측 로봇 수술 시스템은 수술용 테이블 아래, 특히 척추 수술용 테이블 아래에 선택적으로 배치되도록 구성되는 이동식 카트를 포함한다. 이동식 카트는 작동 시 수술용 테이블 양측면에 위치하도록 구성된 적어도 2개의 로봇 암을 포함한다.

이동식 카트는 종래에 알려진 시스템보다 현저히 낮은 프로파일을 갖고, 여기서 로봇 암은 전개 상탤에서 수술용 테이블의 측면으로 접힐 수 있거나 또는 실제로 카트 자체 안쪽으로 접힐 수 있다. 이동식 카트의 저 프로파일 및 카트 안쪽 또는 측면으로 암을 접을 수 있는 능력은, 수술용 테이블 아래로의 이동식 카트의 선택적인 전개를 가능하게 한다. 이는 수술실의 공간을 절약하고 시스템과 암이 외과의의 작업 흐름을 방해하지 않도록 하는 데 있어 중요한 능력이다.

이동식 카트의 설계는 비교적 짧고 가벼운 로봇 암을 수술용 테이블 양측면에 전개할 수 있도록 한다. 이 양측 접근 방식은 보다 광범위한 로봇 수술 절차, 특히 척추 로봇 수술 절차의 수행을 허용할 뿐만 아니라 로봇 암의 정확도도 향상시킨다. 현재 발명의 시스템의 비교적 짧고 가벼운 로봇 암은 본질적으로 당업계에 알려진 시스템의 더 큰 암보다 더 정확하다. 특히, 하나의 도구 전개식 로봇 암만을 갖는 시스템은 본 시스템의 더 작은 암보다 훨씬 더 넓은 수술 필드를 커버해야 하며, 여기서 각각의 암은 도구를 운반하고 훨씬 더 작은 수술 필드를 커버할 수 있다.

또한, 그 도달 범위의 가장 먼 범위까지 뻗어 있는 단일 로봇 암은 더 많이 접힌 전개에 사용되는 동일한 로봇 암보다 작업을 수행하는 데 있어서 정확도가 떨어진다는 것이 당업계에 알려져 있다.

현재 발명의 시스템의 주요 특징은 로봇 암이 공통 베이스로부터 유래한다는 것이다. 공통 베이스는 또한 중앙 제어 유닛을 포함한다. 이 설계에 있어서, 로봇 암의 움직임은 공통 베이스의 제어 유닛에 의해 중앙 집중식으로 조정된다. 단일 기원점을 갖는 암의 이점은 시스템의 모든 요소의 공간에서의 위치 및 궤적, 그리고 서로에 대한 위치 및 궤적이 시스템에 알려져 있다는 것이다. 따라서, 제공된 로봇 시스템은 엄밀히 말하면, 내비게이션(로컬라이제이션(localization) 방법)이 필요하지 않지만, 내비게이션으로 시스템을 보강하기 위한 선택적 선택은 할 수 있다.

발명의 시스템의 대안적인 실시형태에 있어서, 이동식 카트는, 양측면으로부터 수술용 테이블에 접근할 수 있고 수술용 테이블 아래로 전개될 때 함께 결합될 수 있는 2개의 구성요소 이동식 유닛을 선택적으로 포함할 수 있다. 이 실시형태에 있어서, 적절한 기계적 및 전기적 연결부는 2개의 구성요소 이동식 유닛이 수술용 테이블 아래에서 함께 결합되어 하나의 이동식 카트를 형성할 수 있게 한다. 각각의 구성요소 이동식 유닛은 유닛의 측면 또는 상부로부터 전개될 수 있는 하나 이상의 로봇 암을 수용한다. 또한, 이 실시형태에 있어서, 구성요소 이동식 유닛 중 하나는, 이동식 유닛이 함께 결합될 때, 구성요소 이동식 유닛 사이의 기계적 및 전기적 연결부를 통해 모든 로봇 암의 전개 및 이동을 제어하는 중앙 제어 유닛을 수용한다. 이러한 방식으로, 단일 섀시 이동식 로봇 수술 시스템은 2개의 구성요소 부품으로부터 생성되고, 단일 제어 유닛에 의해 중앙 집중식으로 제어된다.

또한 본원에는 양측 로봇 수술 시스템을 보강하기 위한 로봇식으로 제어되는 수술 내비게이션 시스템이 제공된다. 구체적으로 본원에 제공된 것은 로봇 척추 수술을 위한 로봇식으로 제어되는 수술 내비게이션 시스템이다. 시스템은 현재 알려진 로봇 시스템에 의해 수행되는 척추경 나사 배치와 같은 간단한 단계를 넘어 로봇 척추 수술 절차의 모든 양태를 수행하도록 구성된다.

대표적인 실시형태에 있어서, 시스템은 수술용 카트에 의해 수용되는 중앙 제어 유닛을 포함한다. 적어도 2개의 암 또는 다른 홀더가 카트에 장착될 수 있다. 적어도 2개의 암 또는 홀더는 수술, 보다 특히 척추 수술에 사용되는 카메라, 엔드 이펙터 또는 다른 기구를 보유하도록 구성된다. 적어도 2개의 암 또는 홀더는 연조직 또는 경조직, 특히 우선적으로 척추 뼈에 부착되는 수술 필드에서 수동 또는 능동 마커를 추적하는 데에도 사용될 수 있으며, 여기서 상기 마커는 통상적으로 수술 절차가 시작될 무렵 의사나 외과의에 의해 전개된다. 능동 또는 수동 마커는 또한 선택적으로 수술용 테이블, 수술 및 보조 폴이나 스탠드 그리고 또한 암 또는 홀더 자체와 같은 다양한 관련 표면에 부착될 수 있다.

발명의 로봇식으로 조정되는 수술 내비게이션 시스템은 수술용 카트에 수용된 제어 유닛에 의해 암 또는 다른 홀더가 중앙 집중식으로 조정되는 것을 제공한다. 단지 예로서, 이는 하나의 암 또는 홀더가 뼈 마커와 관련하여 수술 기구를 전개하는 것을 허용하고 다른 암 또는 홀더가 적절한 거리 및 각도로 내비게이션/추적 카메라를 전개하는 것을 허용하며, 이 모두를 통해 기구의 조정된 전개 및 마커의 추적을 허용한다. 추가 예로서, 단일 카트에 수용된 제어 유닛에 의한 다수의 암 또는 홀더의 중앙 제어 및 조정은, 적절한 거리 및 각도로 전개된 하나 이상의 카메라가 수술 절차 동안 내비게이션을 위해 사용될 수 있게 하고, 여기서 하나 이상의 로봇 암에 의해 보유된 하나 이상의 엔드 이펙터는 수동 또는 능동 마커와 관련한 다수의 수술 기구 및 장치의 배치에 용이해진 안내를 이용하여 수술 필드에서 작동하게 된다.

본 발명의 다양한 실시형태의 주요 특징 중 하나는 하나 이상의 내비게이션 카메라가 하나 이상의 로봇 암에 장착될 수 있고, 이의 움직임이 중앙 제어 유닛에 의해 조정된다는 것이다. 따라서, 카메라 각도는 마커가 적절한 거리 및 각도로 시각화될 수 있도록 로봇 시스템 및 마커에 의해 제어되고 조정된다. 이 접근 방식은 다수의 로봇 카트를 수술실로 가져옴으로써 발생하는 외과의의 작업 흐름에 방해가 되는 것을 방지한다. 이 접근 방식은 또한 카메라를 수술 필드로부터 더 먼 거리(예를 들면, 2미터 이상)에 두고, 그 지점에서 척추 및/또는 수술 필드의 다양한 측면을 가리는 더 큰 마커를 사용해야 하는 척추 수술에서 흔히 발견되는 문제를 해결한다. 더 큰 마커는 또한 수술 중에 해부학적 구조가 시프트되고고, 큰 마커가 자체 편향되어 다시 정확도를 잃기 때문에 뼈 해부학적 구조와 관련하여 바람직하지 않게 움직일 수 있다.

본 발명에 따른 로봇식으로 조정된 수술 내비게이션 시스템에 있어서, 다수의 피드백 루프가 존재한다. 예를 들면, 제 1 피드백 루프에서, 상술한 바와 같이 다양한 기구를 보유하는 다수의 로봇 암이 동일한 카트로부터 전개된다. 이들 로봇 암은, 방사선 불투과성 마커가 뼈에 부착되어 있는 동안 및/또는 적어도 하나의 로봇 암에 부착된 적어도 하나의 마커가 스캔된 이미지 내부에 있는 동안, 예를 들면 환자를 스캔(x-레이, CT)함으로써 서로 조정되고 해부학적 구조 상의 방사선 불투과성 마커(예를 들면, 텅스텐 재료로 제조)와도 조정된다.

로봇 암은 단일 제어 유닛을 가진 단일 섀시 상에서 전개되기 때문에, 로봇 암의 움직임이 조정될 수 있고 암 사이의 피드백 루프가 폐쇄된다. 보다 구체적으로, 2개의 로봇 암 모두는, 축의 동일한 공통 기원을 공유하고 로컬라이제이션 방법으로서 내비게이션의 도움 없이 로봇 운동학을 이용함으로써 뼈 해부학적 구조와 관련하여 로봇식으로 정확할 수 있다.

예시적인 제 2 피드백 루프에서, 예를 들면 로봇 내비게이션 카메라, 엔드 이펙터 및 수술용 내비게이션 마커 또는 기구의 임의의 원하는 조합을 보유하는 다수의 로봇 암 모두는 로봇 암의 움직임을 조정하는 단일 제어 유닛을 포함하는 단일 섀시 상에 배치되고, 따라서 이 피드백 루프를 폐쇄한다.

이 점에서, 이들 로봇식으로 조작된 내비게이션 카메라는 표준 내비게이션 마커를 맹목적으로 찾는 것이 아니라, 원하는 마커 또는 위치를 능동적으로 타겟팅하는데, 그 이유는 중앙 컨트롤러가 이미지(예를 들면, CT)로부터 타겟이 어디에 있는지를 알고 있고, 중앙 컨트롤러가 로봇 내비게이션 시스템의 움직임을 조정하여 최적의 거리 및 각도로 타겟에 도달하기 때문이다.

피드백 루프의 또 다른 예에 있어서, 로봇 내비게이션 카메라 또는 엔드 이펙터를 보유할 수 있는 다른 로봇 암과 함께 단일 섀시 상에서 전개되는 로봇 암 상에 능동 또는 수동 마커가 배치될 수 있다. 피드백 루프의 이러한 제 3 예는 단일 섀시가 로봇 암의 움직임을 조정하는 제어 유닛을 갖기 때문에 폐쇄되어 있고, 예를 들면 로봇 내비게이션 카메라가 로봇 암들 중 하나의 로봇 암 또는 모든 로봇 암 상의 마커를 시각화하고, 그에 따라 로봇 암들 중 하나 이상의 위치가 변경되면, 피드백 루프가 폐쇄된다.

이들 모든 요구와 요소는 발명의 단일 카트, 다중 암, 비원격 조종 로봇 시스템의 중앙 조정 및 제어로부터 다대한 이점을 얻는다.

도 1의 a-h는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술 로봇 시스템의 다양한 측면도 및 상면도를 나타낸다.
도 2의 a-b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술 로봇 시스템의 측면 도어 작동의 2개의 측면도를 나타낸다.
도 3의 a-c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템의 휠 전개의 대안적인 측면도를 나타낸다.
도 4의 a-g는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템의 로봇 암 전개의 다양한 상면도, 측면도 및 단면도(end view)를 나타낸다.
도 5는 a-d는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템의 수술 도구 전개의 다양한 상면도 및 측면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템의 내비게이션 모달리티(navigation modality)의 전개를 나타낸다.
도 7의 a-b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템의 로봇 암 전개의 대안적인 방법론의 측면도를 나타낸다.

이제 본 발명의 도면 및 몇몇 대표적인 실시형태를 참조하여, 다음의 상세한 설명이 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 적어도 2개의 로봇 암을 포함하는 이동식 카트가 제공되고, 여기서 적어도 하나의 암은 수술용 테이블의 각각의 측면에 위치된다. 이동식 카트는 종래에 알려진 시스템보다 현저히 낮은 프로파일을 가지므로, 로봇 암이 접힐 때, 로봇 암이 수술용 테이블과 그 위에 누워 있는 환자의 양측면에 전개될 수 있도록 하기 위해 전체 시스템이 임의의 공통의 수술용 테이블 아래(예를 들면, 약 1m 높이)로 전개될 수 있다. 전체 로봇 시스템을 수술용 테이블 아래에 배치하는 것은, 고가의 수술실 바닥 공간을 절약하고 수술 팀과 그들의 작업 흐름을 방해하지 않는 데 있어서 상당한 가치가 있다.

다양한 실시형태에 있어서, 로봇 암은 다양한 방식으로 이동식 카트의 옆 또는 안쪽으로 접힐 수 있다. 암은 선택적으로 카트 옆으로 접힐 수 있거나, 카트의 측면으로든 카트의 상부 표면 아래로든 카트 내로 접힐 수 있다. 접힘 모달리티에 관계없이, 원하는 최종 결과는 접힘 가능한 암을 갖는 이동식 카트가 수술용 테이블 아래로 쉽게 전개될 수 있도록 하는 것이다.

카트에는 수술용 테이블 아래로 이동식 카트를 쉽게 전개하고 제거할 수 있는 적어도 2쌍의 휠이 장착되어 있다. 한 쌍의 휠은 척추 수술용 테이블 아래에 있는 길이방향 바와 같은 장애물을 내비게이팅하고 횡단할 수 있도록 선택적으로 접히거나 및/또는 후퇴될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 카트에는 3쌍의 휠이 장착되어 있고, 쌍들 중 2쌍은 카트가 척추 수술용 테이블 아래로 전개될 수 있도록 선택적으로 후퇴 가능하다.

대안적인 실시형태에 있어서, 이동식 카트는, 양측면으로부터 수술용 테이블에 접근할 수 있고 수술용 테이블 아래로 전개될 때 함께 결합될 수 있는 2개의 구성요소 이동식 유닛을 선택적으로 포함할 수 있다. 이는 한 쌍의 휠이 접히거나 후퇴될 필요가 없는 수술용 테이블 아래로의 전개를 위한 대안적인 방법론을 제공한다.

이 실시형태에 있어서, 적절한 기계적 및 전기적 연결부는 2개의 구성요소 이동식 유닛이 수술용 테이블 아래에서 함께 결합하고 중앙 집중식 제어 및 통신 능력을 갖는 하나의 이동식 카트를 형성할 수 있게 한다. 두 구성요소 유닛과 중앙 집중식 제어부 사이의 연결부에 의해, 로봇 암이 단일 섀시를 기반으로 할 수 있고, 따라서 진정한 중앙 집중식 로봇 제어의 이점을 얻을 수 있다.

각각의 구성요소 이동식 유닛은 유닛의 측면 또는 상부로부터 전개될 수 있는 하나 이상의 로봇 암을 수용한다. 또한 이 실시형태에 있어서, 구성요소 이동식 유닛 중 하나는, 이동식 유닛이 함께 결합될 때, 구성요소 이동식 유닛 간의 기계적 및 전기적 연결부를 통해 모든 로봇 암의 전개 및 이동을 제어하는 중앙 제어 유닛을 수용한다. 이러한 방식으로, 단일 섀시 이동식 로봇 수술 시스템은 2개의 구성요소 부품으로부터 생성되고, 단일 제어 유닛에 의해 중앙 집중식으로 제어된다. 로봇 암은 공통의 기원으로 인해 각각의 암이 3차원 공간에서 어디에 있는지를 "알고 있는" 로봇 시스템의 수반하는 모든 이점을 가지고 단일 기원으로부터 작동한다.

현재 발명의 양측 로봇 수술 시스템의 다양한 실시형태에 있어서, 카트 또는 로봇 수술 암이 수술용 테이블 또는 바닥에 부착될 필요가 없다. 이동식 카트의 휠은 움직이지 않도록 로킹될 수 있다. 또한, 선택적으로, 카트가 수술용 테이블 아래로 전개될 때 카트의 요소가 수술용 테이블의 바닥을 위로 누르도록 전개될 수 있으며, 따라서 환자 움직임이 고려되고 및/또는 외부 힘이 환자 또는 테이블에 가해질 때에도 수술용 테이블을 안정화시킨다.

카트는 로봇 암에 대해 공통의 강성 베이스의 역할을 하며, 다수의 로봇 암 간의 정확한 위치, 궤적 및 관계가 알려져 있다. 각각의 로봇 암은 로봇 베이스의 높이 조정(Z축)을 포함하여 몇몇 자유도를 가질 수 있다. 로봇 베이스에는 또한 강성의 정확한 레일을 장착하여 특정 경우에 따라 로봇 베이스를 조정하기 위해 2개의 추가 자유도(X-Y 모션)를 제공할 수 있다. 이에 의해 로봇 베이스가 환자 신체 근처의 최적의 위치(예를 들면, 환자 신체로부터 약 10cm)에 있을 수 있다.

다음의 로봇 시스템의 핵심적인 새로운 요소 중 하나는, 2개의 비교적 작고 짧은 로봇 암(예를 들면, 최대 1미터의 암 길이)만을 사용하면서, 척추 수술과 같은 일부 수술 영역에서 중요한 매우 큰 수술 볼륨(operating volume)(지정된 장기(organ) 주위로 최대 360도의 궤적 커버리지)을 제공할 수 있다는 것이다. 이는, 각각의 테이블 측 상에서 환자 신체의 일부분만 자체적으로 커버하도록 각각의 암으로부터 요구되기 때문에 가능하며, 예를 들면 오른쪽 측 로봇 암은 환자의 오른쪽 측/부분 상의 위치만 커버하는 역할을 담당하고 왼쪽 측 로봇 암은 환자의 왼쪽 측/부분의 궤적에만 도달해야 한다. 각각의 로봇 암 자체로는 필요한 전체 수술 볼륨을 커버하기에는 불충분하지만, 2개의 암 모두가 서로 협력하는 것만으로 전체 수술 볼륨 커버리지를 제공하기에 충분하다. 또한, 특정 작업의 경우 1미터 길이의 하나의 암이 테이블의 한쪽 측으로부터 다른쪽 측까지의 필요한 거리를 커버할 수 있더라도 암을 전체 길이로 신장하는 것보다 정확도가 현저히 감소할 것이다. 로봇 암은 접힌 위치에서 훨씬 더 강성이고 따라서 더 정확하며, 확장된/신장된 위치에서 강성 및 정확도가 떨어진다는 것이 당업계에 잘 알려져 있다. 상당한 수술 필드 커버리지를 원하는 경우, 더 크고, 더 무겁고, 덜 정확한 로봇 암을 전개하기 위해 단일 작동(논-내비게이션) 로봇 암을 갖는 다른 시스템이 요구된다.

본 로봇 시스템은 수술 타겟(예를 들면, 사람의 척추)과 관련하여 로봇의 위치에 대한 필요한 좌표를 로봇 컨트롤러에 제공하기 위해 몇몇 로컬라이제이션 기술과 통합될 수 있다. 예를 들면: 제안된 로봇 시스템을 내비게이션 시스템과 통합 - 제3자 시스템으로서 로봇 시스템과 독립적으로 또는 이 시스템 내에 통합된다. 다른 옵션은, 로봇이 관심의 필드에 마커를 보유하고 있거나 유사한 마커가 뼈 해부학적 구조에 고정되어 있는 동안 x-레이 스캔 또는 CT 스캔을 수행하여, 지정된 장기와 관련한 로봇 엔드 이펙터의 위치를 획득하는 것이다.

추가 실시형태에 있어서, 이 양측 로봇 설계는 지금까지 다른 수술 시스템에 의해, 특히 척추 수술에서 해결 못했던 몇몇 과제를 해결할 수 있다. 첫째로, 로봇 암은 (당업계에 알려진 일부 현재 시스템에서와 같이) 테이블 레일에 부착되지 않아, 환자에게 너무 가까워서 환자에게 상처를 입히거나 및/또는 환자 신체와의 충돌에 의해 로봇 움직임을 제한할 수 없다. 다른 한편으로, 테이블 옆에 세워진 카트에 로봇 암이 조립되어, 같은 위치로부터 환자의 양측면(신체의 왼쪽 및 오른쪽 부분)에 도달하기 위해 로봇 암이 길고, 무겁고, 다루기 어렵도록 요구되는 다른 기존의 로봇 시스템에서 발생하는 것처럼 환자로부터 너무 멀리 떨어져 있지도 않다.

또한, 시스템은 테이블의 각각의 측면에 전개된 적어도 하나의 로봇 암을 갖고 있기 때문에, 각각의 암에는 테이블의 한쪽 측면 상에서만 작업을 수행해야 하므로, 이 시스템에는 비교적 작고/짧고 그리고 강성의 로봇 암이 장착되어 있을 수 있다. 이 사실은 정확도의 관점에서 매우 중요하며, 이들 강성 암은 매우 높은 힘을 요구하는 척추 수술(예를 들면, 척추골 조작)에서 추가 작업을 수행할 수 있을 것이며, 이 주제는 다음의 섹션에서 추가로 논의될 것이다.

로봇 수술에서, 높은 정확도를 달성하고 유지하기 위해 로봇 베이스, 로봇 엔드 이펙터 및 수술을 받는 장기 사이의 거리를 가능한 한 작게 유지하는 것이 중요하다. 다음의 설계에 의해 환자의 한쪽 측면뿐만 아니라 양쪽 측면에서도 동시에 정확히 가능하게 할 수 있다. 이 설계로 인해, 중요한 양측성 "정확도의 삼각형(triangle of accuracy)"은 다른 모든 사용 가능한 시스템보다 현저히 작다.

제안된 설계에 의해, 설명된 바와 같이 매우 낮은 프로파일 카트에 위치된 짧은 로봇 암이 수술 팀을 물리적으로 방해할 가능성이 적고, 그들의 뷰/시야를 가리지 않을 것이다. 이 제안된 설계에 의해, 로봇 암은 가장 높은 위쪽 작업 위치에서도 외과의의 시선(line of sight)을 거의 가리지 않을 것이다.

새로운 양측 로봇 수술 시스템은 그것의 설계로 인해 단지 예로서 다음의 로봇 수술 활동을 용이하게 하고 가능하게 할 수 있다.

- 환자의 양측면 상에서 동시에 및/또는 순차적으로 양측 및 병렬 수술 작업을 수행하는 것(예를 들면, 척추골 드릴링, 임플란트 삽입 등). 이 병렬 작업은 정확도 관점에서 추가적인 중요성을 갖는다. 척추 수술에서는 (예를 들면) 하나의 척추골에서 다른 척추골 사이의 상대적인 움직임으로 인해 하나의 척추골에서 다음 척추골로 척추를 따라 작업할 때 정확도를 유지하기가 어렵다는 것은 잘 알려져 있다. 하나의 이유는 내비게이션 마커로 마킹된 척추골로부터 더 멀리 이동할 때(예를 들면 로봇 로컬라이제이션을 위해 내비게이션 시스템을 사용할 때) 정확도가 감소하기 때문이다.

두 번째 이유는 하나의 척추골을 터치하거나 드릴링할 때 물리적으로 회전하고 그 자체와 관련하여 움직이며 척추의 다른 척추골과 관련해서도 움직이기 때문이다. 제안된 시스템은 예시적인 다음의 순서에 설명된 바와 같이 이러한 과제를 극복할 수 있다:

- 하나의 로봇 암은 제 1 척추경(내비게이션 시스템 마커 또는 이미징 스캔 마커 또는 이 시스템과 함께 사용되는 임의의 다른 로컬라이제이션 방법에 가장 가까운 것으로 선택된 제 1 척추골)을 드릴링하고 척추경 나사를 높은 정확도로 배치한다. 로봇 암을 현재 잘 고정된 드릴/임플란트에 연결한 상태로 두면, 이제 이 암은, 척추골에 강고하게 연결되어 있는 동안 동일한 척추골 또는 다음 척추골(위 또는 아래)에서 다음 척추골/척추경 드릴링을 위한 안정화 장치로서 사용된다. 그 후, 시스템은 "지그재그" 패턴(왼쪽 및 오른쪽/위 및 아래)으로 나사를 계속 드릴링하고 배치할 수 있으며 왼쪽 드릴링은 오른쪽 그립에 의해 안정화되고, 그 반대의 경우도 마찬가지이다.

본 시스템의 로봇 암이 짧고, 강하며, 동일한 강성 플랫폼(카트)에 강고하게 연결되어 있다는 사실로 인해, 이들 암은 척추골(예를 들면)의 척추경에 강고하게 삽입된 임플란트를 양측면에서 잡고 척추골을 서로에 대해 조작할 수 있다. 이 기술은 2개의 척추골을 조작(예를 들면, 간접 감압, 압박, 신연(distraction) 등)하거나 여러 척추골을 함께, 심지어는 전체 척추를 조작하는 데 사용될 수 있다. 하나의 암이 다른 암 앞에 위치된 이들 암을 가지면, 외과의가 척추골 사이에서 섬세한 수술 작업(예를 들면 디스크 제거, 감압 등)을 수행하는 동안 2개의 척추골을 수 밀리미터만큼 신연시킬 수 있으며, 이러한 신연을 일정하고 안전하게 유지할 수 있다.

대안적인 실시형태에 있어서, 각각의 측면 상의 추가적인 암을 시스템에 추가하는 것이 가능하므로, 상술한 바와 같이 2개의 척추골을 후퇴시킴으로써 2개의 대향하는 암이 점유되는 동안 제 3 및 제 4 암은 사람인 외과의의 안내/제어에 의해, 또는 소프트웨어 및 알고리즘 안내에 의해 로봇식으로 제어되는 추가적인 수술 작업을 수행하는 데 이용 가능하다. 또한, 이들 암은 짧고, 강하며, 동일한 강성 베이스를 공유하기 때문에, 기기의 일부이고 나사를 연결하는 금속 로드(예를 들면)에 선택적으로 부착될 수 있고, 상기 로드를 구부려 원하는 척추 자세를 달성함으로써 그들에 대한 조작을 수행할 수 있다. 이는 이용 가능한 임의의 다른 수술용 로봇 시스템으로는 달성할 수 없다. 이 수술적 접근 방식에 있어서, 로봇 암이 환자의 양측면으로부터 전개되고, 비교적 저 프로파일이며, 서로 떨어져 있지만 공통 베이스로부터 유래하고, 각각의 암의 위치를 알고 있는 중앙 컨트롤러에 의해 제어된다는 사실은, 상기 로드를 안전하게 구부려 생체 내에서 척추를 조작할 수 있도록 높은 힘과 높은 정확도가 적용될 수 있음을 의미한다.

정확하고 강건한 로봇식 뼈 조작의 유사한 기술은 고관절/슬관절 치환술 등과 같은 추가적인 수술 영역과 관련이 있다. 로봇식으로 조정되는 2개의 강한 암은 2개의 뼈 부분(예를 들면 대퇴골, 경골 등)을 잡고 조작할 수 있으며, 로봇식으로 동기화된 제 3 암은 수술을 보강하거나 및/또는 외과의가 중간에 일부 수술 작업을 수행하는 동안 여러 작업을 보조하기 위해 이미징, 내비게이션 등을 제공한다. 제 3 암은 또한 일종의 수술 도구를 보유할 수 있으며, 이들 3개 또는 4개의 수술용 암은 사람의 모니터링 유무에 관계없이 로봇 수술 작업을 수행하도록 자동으로 협력할 수 있다. 다음은 이들 모든 암이 단일의 강성 섀시를 사용하여 로봇식으로 조정되고 통상의 경제성 및 인간-기계-인터페이스(HMI) 고려 하에서 여전히 취급이 용이하다는 사실로 인해 주로 달성된다.

그 후, 해부학적 타겟(들) 및 마커는 수술 중(intra-operative) 이미징(예를 들면, 수술 중 CT)에 의해 획득될 수 있다. 이 예에 있어서, 제어 유닛을 가진 단일 섀시에 부착된 로봇 암 상에 장착되는 로봇 내비게이션 카메라가 사용된다. 단일 섀시에는 수술 작업에 사용되는 하나 이상의 로봇 암이 장착되어 있을 수 있다. 제어 유닛은 다중 로봇 암의 움직임을 조정하여 내비게이션 카메라를 해부학적 타겟으로 향하게 하여 폐쇄형 피드백 루프를 생성한다. 내비게이션 카메라의 사용은 관심의 해부학적 타겟에 대한 정보의 중복성과 다양성 모두를 제공하며, 이는 정보의 정확성과 전반적인 적절성에 있어서 매우 중요하다. 카메라는 다양한 기술, 예를 들면 적외선 및 광학(RGB) 모달리티를 채용할 수 있다. 상이한 모달리티의 사용은 또한 정보의 다양성을 제공하여, 제공된 정보의 전반적인 정확성 및 품질을 증가시킨다.

동일한 작업예에 있어서, 추가의 로봇 내비게이션 카메라는 동일한 단일 섀시에 장착된 추가의 로봇 암 상에 장착될 수 있고, 여기서 추가의 카메라는 전체 수술 필드가 이미징될 수 있도록 수술 필드로부터 종래의 거리(예를 들면, 1-2미터)에 위치된다. 추가의 로봇 암은 단일 섀시 상에 배치될 수 있고, 마커 또는 엔드 이펙터를 보유할 수 있다. 모든 로봇 암이 동일한 섀시 상에 배치되고 그들의 움직임이 섀시에 담겨 있는 제어 유닛에 의해 조정된다는 사실로 인해, 당업자는 다양한 암 각각의 움직임이 폐쇄형 피드백 루프에서 다른 로봇 암의 움직임과 관련되어 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 로봇 암들 중 하나가 마커의 위치에 기초하여 그것의 해부학적 관심 영역(예를 들면, 특정 척추골)에 근접하게 내비게이션 카메라를 보유하고 있으면, 종래 거리에 보유된 내비게이션 카메라는 전체 수술 필드를 시각화하고, 그들의 해부학적 관심 영역(예를 들면, 마커가 이미 배치되어 있는 인접한 척추)에 인접한 다른 근접 내비게이션 카메라의 배치를 보조할 수 있다. 그 후, 이 폐쇄형 피드백 루프는, 단일 섀시에 장착된 로봇 암 상의 엔드 이펙터로서 로봇식으로 수술 필드로 가져올 수 있거나 또는 외과의에 의해 수동으로 수술 필드로 가져올 수 있는 수술 도구의 전개를 안내하는 데 사용될 수 있다. 로봇 또는 비로봇 시나리오 중 어느 것에 있어서, 수술 필드로부터 종래 거리에 보유된 로봇 내비게이션 카메라는 각각의 그리고 모든 특정 시나리오에 대한 최적의 거리 및 각도로 전체 수술 필드를 관찰하고, 그것의 경로를 가리는 장애물 및 간섭을 극복하기 위해 로봇식으로 스스로 기동할 수 있는 고유한 능력으로 인해 수술 도구의 전개를 보조할 수 있다.

당업자는 본원에 구체적으로 개시된 광학 내비게이션 모달리티가 현재 발명의 시스템에 대한 내비게이션 능력의 보강을 위한 하나의 가능성일 뿐이라는 것을 이해할 것이다. 당업자는 단지 예로서 EM 내비게이션 및 초음파 내비게이션과 같은 다른 내비게이션 모달리티를 알고 있을 것이며, 이들 각각은 당업계에 알려진 기술에 따라 유사한 방식으로 현재 발명의 시스템에 통합될 수 있다.

본 출원인은 2개의 수술 암(즉, 수술 도구를 전개하는 로봇 암) 및 1개의 내비게이션 암(즉, 내비게이션 카메라를 보유하는 로봇 암)을 갖는 발명의 시스템의 실시형태를 개시했지만, 하나의 수술 암과 하나의 내비게이션 암을 갖는 본 발명의 시스템의 실시형태를 갖는 것도 가능하다. 이러한 2-암 실시형태는 양측 시스템을 제공하기 위해 내비게이션 암과 수술 암을 카트의 반대쪽 단부 상에 배치할 수 있지만, 내비게이션 암과 수술 암은 또한 카트의 동일한 단부 상에 배치될 수 있다. 이러한 2-암 시스템에서의 암 배치의 어느 시나리오에서, 현재 발명의 시스템의 이동식 카트는 설명된 바와 같이 여전히 수술용 테이블 아래로 전개될 것이므로, 외과의의 작업 흐름에 대한 간섭의 결여 및 이동성의 개시된 이점을 제공할 것이다.

이제 첨부된 도면을 구체적으로 참조한다. 당업자는 첨부된 도면이 본 발명의 실시형태를 단지 대표할 뿐이라는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 당업자는 설명된 실시형태에 대한 변형이 그들의 사상 또는 의도로부터 벗어나는 일 없이 쉽게 이루어질 수 있고, 이러한 변형이 여전히 본 개시의 범위 내에 속할 것이라는 것을 이해할 것이다. 단지 예로서, 첨부된 도면들 중 대부분은 3개의 로봇 암을 갖는 이동식 로봇 시스템을 나타내지만, 당업자는 더 많거나 더 적은 로봇 암이 전개될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가의 예로서, 첨부된 도면들 중 대부분은 수술용 테이블 아래로의 이동식 로봇 카트의 전개를 용이하게 하는 3세트의 후퇴 가능한 휠을 갖는 이동식 로봇 시스템을 나타낸다. 그러나, 당업자는 이동식 카트가 수술용 테이블, 특히 척추 수술용 테이블 아래로 전개될 수 있도록 하는 휠 또는 유사한 메커니즘의 임의의 조합이 본 발명의 범위 내에 속할 것임을 인식할 것이다.

당업자는 또한 본 발명에 따른 임의의 알려진 이용 가능한 수술용 로봇 암이 이동식 로봇 시스템 상에서 전개될 수 있음을 인식할 것이다. 본 발명자는 특정 로봇 암에 대한 독점적 권리를 주장하는 것이 아니라, 다중 로봇 암이 공통 베이스로부터 전개되고 제어되는 이동식 수술용 로봇 시스템을 발명했으며, 따라서 본원에 설명된 바와 같이 당해 기술의 현재 상태에 비해 상당한 이점을 제공한다. 당업자는 본 발명과 함께 사용될 수 있는 로봇 암의 유형을 이해하고 선택할 수 있을 것이다.

당업자는 또한 현재 개시 내용을 검토할 때 현재 발명의 시스템을 조립하도록 요구되는 재료의 유형 및 규모를 이해하고 선택할 수 있을 것이다. 당업자는 수술용 로봇 시스템에서 상업적으로 허용 가능한 재료의 유형을 알 수 있으며, 현재 개시된 발명의 시스템을 조립하고 작동시키는 데 필요한 제어 시스템 및 관련 소프트웨어를 알고 있을 것이다.

도 1a-h는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(100)의 다양한 측면도 및 평면도를 나타낸다. 이동식 수술용 로봇 시스템(100)은 이동식 카트(101)로 구현되어 나타내어져 있다. 카트(101)는, 예를 들면 수술실 주위에서 카트(101)의 움직임을 용이하게 하도록 선택적으로 후퇴 가능한 3세트의 휠(102, 103, 104)을 갖는다. 휠(102, 103, 104)의 후퇴 가능한 특성은 카트(101)가 장애물, 예를 들면 척추 수술용 테이블 아래에 있는 길이방향 바에 걸쳐 내비게이팅할 수 있게 한다.

도 1a-h의 카트(101)는 하나 이상의 로봇 암(107, 108, 109)의 봉입(enclosure) 및 전개를 위해 일단부에 도어(105)의 세트 및 타탄부에 도어(106)의 세트를 갖는다. 나타내어진 바와 같이, 카트(101)는 선택적으로 카트(101) 내로 접히거나 또는 도어가 개방되면 카트(101)의 단부로부터 전개될 수 있는 3개의 로봇 암(107, 108, 109)을 봉입하고 있다. 본원에서 이미 논의된 바와 같이, 카트(101)는 로봇 암(107, 108, 109)에 대해 공통 베이스를 형성한다. 로봇 암(107, 108, 109)은 공통 베이스로부터 유래하고, 이들의 선택적인 전개는 카트(101)에도 위치한 중앙 제어 유닛에 의해 관리된다.

도 2a-b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(200)의 측면 도어 작동의 2개의 측면도를 나타낸다. 도 2a 및 b에 나타내어진 바와 같이, 이동식 수술용 로봇 시스템(200)의 카트(201)는 카트(201)의 각각의 단부에 위치된 도어(202, 203)의 세트를 갖는다. 여기에 제공된 도면들에서, 하나 이상의 로봇 암(204)은 카트(201)의 각각 단부 내로 접히고, 도어(202, 203)는 로봇 암(204)의 전개를 허용하기 위해 선택적으로 개방될 수 있다.

도 3a-c는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(300)의 휠 전개의 대안적인 측면도를 나타낸다. 도 3a-c에 있어서, 이동식 수술용 로봇 시스템(300)의 카트(301)는 카트(301)의 일단부 근처에 제 1 세트의 휠(302), 카트(301)의 타단부 근처에 제 2 세트의 휠(303) 및 제 1 세트의 휠(302)과 중앙선의 동일 측면 상에 제 3 세트의 휠(304)를 갖는다. 이러한 설계 설정에 의해, 현재 발명의 이동식 카트(301)는 거의 모든 종래의 척추 수술용 테이블에 세워진 길이방향 바(306)와 같이 방해가 되는 장애물을 가질 수 있는 수술용 테이블(305) 아래로 전개될 수 있다. 도 3a에 나타내어진 바와 같이, 카트(301)가 척추 수술용 테이블 아래의 길이방향 바(306)에 접근함에 따라, 제 1 세트의 휠(302)은 후퇴될 수 있는 반면, 다른 2세트의 휠(303, 304)은 바닥과 접촉된 채로 유지된다.

그 후, 도 3b에 나타내어진 바와 같이, 제 1 세트의 휠(302)의 수직 평면이 바(306)를 넘으면, 제 1 세트의 휠(302)은 바닥과 접촉하도록 복귀될 수 있다. 마지막으로, 도 3c에 나타내어진 바와 같이, 그 후, 제 3 세트의 휠(304)은 수술용 테이블(305) 아래에서 이동식 카트(301)의 전진 및 센터링을 허용하도록 후퇴될 수 있다. 2세트의 휠이 항상 바닥과 접촉하고 있기 때문에, 카트(301)는 이동성 및 안정성을 유지한다.

도 4a-g는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(400)의 로봇 암 전개의 다양한 상면도, 측면도 및 단면도를 나타낸다. 이러한 일련의 도면들에서 발견된 다양한 도면들은 카트(401)의 개방된 도어를 통해 전개될 때의 다수의 로봇 암의 부분적인 및 전체적인 전개를 나타낸다. 예를 들면, 도 4c는 전개된 3개의 로봇 암(402, 403, 404)을 갖는 현재 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템(400)의 실시형태를 나타낸다. 로봇 암(403, 404) 중 2개는 수술 도구(405)를 보유하고, 제 3 로봇 암(402)은 내비게이션 카메라(406)를 보유하고 있다. 또한, 사용자가 발명의 시스템(400)과 인터페이스할 수 있는 다양한 옵션을 제공하는 2개의 스크린(407)이 도 4c에 나타내어져 있다.

도 4d-g는 본 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템(400)의 이동식 카트로부터의 로봇 암의 전개에 대한 더 많은 풀-어웨이(pull-away) 상면도를 나타낸다. 이들 도면은 발명의 시스템을 사용할 때의 암 및 스크린 전개의 다양한 단계에 대한 보다 전체적인 뷰를 제공한다. 도 4d-g는 전개되는 3개의 로봇 암(402, 403, 404), 수술 도구(405)를 보유하고 있는 2개의 암(403, 404) 및 내비게이션 카메라(406)를 보유하고 있는 1개의 암(402)과 함께, 사용자가 시스템과 상호작용할 수 있는 2개의 스크린(407)을 나타낸다. 물론 당업자는 로봇 암 및 스크린의 수의 변화가 현재 개시 내용의 정신 및 본질을 벗어나는 일 없이 가능할 것이라는 것을 이해할 것이다.

도 5는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(500)의 수술 도구 전개에 대한 다양한 상면도 및 측면도를 나타낸다. 도 5a-d에 있어서, 2개의 로봇 암(501, 502)은 수술 도구(504)를 보유하고 있는 것으로 나타내어져 있고, 하나의 로봇 암(503)은 내비게이션 카메라(505)를 보유하고 있는 것으로 나타내어져 있다. 시스템(500)과 상호작용하기 위한 2개의 스크린(506)이 또한 나타내어져 있다. 이들 도면은 비교적 짧고 강건한 로봇 암이 환자의 각각의 측면으로부터 하나씩 전개될 수 있으며, 각각의 로봇 암은 환자의 타겟 해부학적 구조를 향해 수술 도구를 독립적으로 전진시킬 수 있음을 보여준다. 본원에서 논의된 바와 같이, 이는 로봇 암의 도달, 안정성 및 정확도의 관점에서 상당한 이점을 제공하고 훨씬 더 광범위한 수술 절차가 수행될 수 있게 한다. 로봇 암 모두는 카트 상의 동일한 기원으로부터 유래하므로, 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템이 공간에서의 로봇 암의 위치 및 서로에 대한 로봇 암의 위치를 항상 알 수 있게 한다. 따라서, 추가적인 내비게이션 능력이 절대적으로 필요한 것은 아니다.

도 5a-d는 또한 환자의 해부학 구조에 부착되어 있는 단일 수술용 마커(507)를 나타낸다. 로봇 암들 중 하나의 로봇 암(503)에 장착되는 내비게이션 카메라(505)는 마커(507)를 시각화할 수 있다. 다른 로봇 암(501, 502)과 동일한 공통 지점(카트)으로부터 유래하는 로봇 암(503) 상에 내비게이션 카메라(505)가 장착되기 때문에, 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템(500)은 수술 도구(504)를 보유하고 있는 수술용 로봇 암(501, 502)의 안내에 있어서 내비게이션 카메라(505)로부터의 정보를 통합할 수 있다. 본원에서 논의된 바와 같이, 발명의 시스템의 중앙 제어 유닛에 의한 3개의 모든 로봇 암의 조정은, 중앙 집중식 로봇 조정을 제공하며, 이는 결과적으로 증가된 정확도 및 유용성을 제공한다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(600)의 내비게이션 모달리티의 전개를 나타낸다. 도 6에 있어서, 방사선 불투과성 수술용 마커(601)가 환자의 뼈 해부학적 구조에 부착되어 있다. 현재의 이동식 수술용 로봇 시스템(600)의 로봇 암들 중 하나의 로봇 암(602)은 환자의 타겟 뼈 해부학적 구조에 걸쳐 추가적인 마커(603)를 보유하고 있고, 수술 중 CT 시스템(604)은 상술한 마커(601, 603)를 포함하는 수술 필드의 이미지를 획득하기 위해 전개된다. 이 점에서, 마커(603)를 보유하는 로봇 암(602)의 엔드 이펙터의 위치와 함께, 환자의 뼈의 해부학적 구조의 공간에서의 위치가 획득된다. 본원에 설명된 바와 같이, 현재 시스템의 모든 로봇 암이 시스템의 카트 상의 동일한 공통 기원으로부터 유래하기 때문에, 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템은 이제 환자의 타겟 해부학적 구조에 정합(registered)되고, 중앙 제어 유닛은 내비게이션 카메라로부터 획득한 정보(카트의 동일한 공통 베이스로부터 유래한 로봇 암에 장착되기 때문에 또한 동시 정합됨)를 사용하여 수술 절차의 수행 동안 로봇 암(부착된 도구 및 엔드 이펙터와 함께)의 움직임을 타겟 구조로 안내할 수 있다. 정합 단계는, 예를 들면 타겟 해부학적 구조가 시프트되거나 또는 외과의가 해부학 구조의 상이한 영역 상에서 수술하기를 원할 때, 수술 절차 동안 원하는 대로 반복될 수 있다.

도 7a-b는 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 다중 암 이동식 수술용 로봇 시스템(700)의 로봇 암 전개에 대한 대안적인 방법론의 측면도를 나타낸다. 도 7a는 발명의 이동식 수술용 로봇 시스템의 이동식 카트(701) 내로 접힌 로봇 암(702)을 나타낸다. 카트(701)의 각각의 측면 상의 로봇 암(702)은, 선택적으로 카트(701)의 내부 또는 상측 외부로 전개되도록 수직 평면에서 선택적으로 움직일 수 있는 플랫폼(703, 704) 상에서 전개된다. 도 7b는 카트(701)로부터 상승된 플랫폼(703, 704) 및 이에 따라 카트(701)의 외부로 전개된 로봇 암(702)을 나타낸다. 당업자는 이러한 전개 전략이 일부 사용 사례에서 이점을 제공할 수 있음을 인식할 것이다. 이러한 방식으로의 로봇 암(702)의 전개는 다중수의 측면 도어가 필요로 되지 않기 때문에 기계적 관점에서 더 간단할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로의 암(702)의 전개는 또한 로봇 암이 전개된 후에 상부 도어가 보다 용이하게 폐쇄되도록 허용하여, 수술 절차 동안 존재할 수 있는 유체 및 잔해로부터 카트의 내부를 보호할 수 있다.

당업자는 개시된 실시형태에 대한 몇몇 변형이 현재 발명의 범위 내에 유지되는 동안 가능함을 인식할 것이다. 단지 예로서, 내비게이션 카메라, 로봇 암, 마커 및 엔드 이펙터의 수의 다양한 변화가 본 발명으로부터 벗어나는 일 없이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 다양한 크기의 마커가 사용될 수 있다. 제공된 실시형태가 사실상 대표적이다.

Claims

이동식 수술용 로봇 시스템으로서,
단일 섀시;
상기 단일 섀시 상에 배치된 적어도 2개의 로봇 암; 및
상기 적어도 2개의 로봇 암의 움직임을 로봇식으로 조정하기 위한, 상기 단일 섀시 상에 배치된 중앙 제어 유닛을 포함하고,
상기 이동식 수술용 로봇 시스템은, 수술 절차 전, 수술 절차 동안 또는 수술 절차 후에 수술용 테이블 아래에 선택적으로 위치되고, 수술용 테이블 아래로부터 선택적으로 제거되도록 구성되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 적어도 2개의 로봇 암이, 보관 동안 및 상기 수술용 테이블 아래에 위치되는 동안 상기 단일 섀시 내에 담겨 있을 수 있도록 구성되고, 상기 적어도 2개의 로봇 암은 수술 절차 동안 사용하기 위해 상기 수술용 테이블 아래에 위치된 후에 상기 단일 섀시로부터 전개될 수 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 적어도 2개의 로봇 암은, 적어도 하나의 로봇 암이 상기 수술용 테이블의 일측면 상에서 전개되고 적어도 하나의 로봇 암이 상기 수술용 테이블의 타측면 상에서 전개되도록 수술 절차 동안 사용하기 위해 전개되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 적어도 2개의 로봇 암은, 보관 동안 및 상기 시스템을 상기 수술용 테이블 아래에 위치시키는 동안 상기 단일 섀시의 각각의 측면으로 접히는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 적어도 2개의 로봇 암은 상기 단일 섀시 내의 플랫폼 상에 배치되고, 상기 플랫폼은 상기 단일 섀시의 각각의 측면으로부터 상기 로봇 암을 선택적으로 전개하도록 상승되거나 하강될 수 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동식 수술용 로봇 시스템과의 사용자 인터페이스를 위한 모니터 스크린을 더 포함하는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 시스템은 내비게이션 카메라 또는 다른 이미징 장비의 도움 없이 다양한 양측 척추 수술 절차를 수행할 수 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 6에 있어서,
적어도 3개의 로봇 암을 더 포함하고, 상기 적어도 3개의 로봇 암 중 적어도 하나에는 로봇 내비게이션 카메라가 장착되어 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 8에 있어서,
환자의 해부학적 구조 상에 배치된 방사선 불투과성 마커를 더 포함하는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 9에 있어서,
상기 적어도 3개의 로봇 암 중 하나는 상기 방사선 불투과성 마커와 상기 로봇 내비게이션 카메라 사이에 마커를 위치시켜, 상기 이동식 수술용 로봇 시스템을 상기 환자의 해부학적 구조에 정합(registering)시키는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 환자의 상기 이동식 수술용 로봇 시스템의 정합 후, 상기 중앙 제어 유닛은 수술 도구를 보유하는 적어도 2개의 로봇 암 및 로봇 내비게이션 카메라가 장착된 적어도 하나의 암의 움직임을 수술 절차의 수행 동안 로봇식으로 조정하는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이동식 수술용 로봇 시스템을 움직이게 하기 위한 적어도 3세트의 휠을 더 포함하고, 상기 적어도 3세트의 휠 중 하나 이상은 선택적으로 후퇴 가능할 수 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 12에 있어서,
상기 시스템은, 상기 시스템을 상기 수술용 테이블 아래에 위치시키는 동안 상기 하나 이상의 후퇴 가능한 세트의 휠이 후퇴되고 재전개될 수 있도록 구성되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수술용 테이블에 대해 상기 시스템의 위치를 고정하기 위해 상기 수술용 테이블의 밑면에 압력을 가하는 모달리티(modality)를 더 포함하는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시스템은 원격 조종 또는 원격 제어가 되지 않는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
이동식 수술용 로봇 시스템으로서,
단일 섀시;
상기 단일 섀시 상에 배치된 2개의 로봇 암으로서, 상기 로봇 암 중 하나가 수술 도구를 보유하도록 구성되고, 상기 로봇 암 중 하나가 내비게이션 모달리티를 제공하도록 구성되는, 상기 2개의 로봇 암; 및
적어도 2개의 상기 로봇 암의 움직임을 로봇식으로 조정하기 위한, 상기 단일 섀시 상에 배치된 중앙 제어 유닛을 포함하고,
상기 이동식 수술용 로봇 시스템은, 수술 절차 전, 수술 절차 동안 또는 수술 절차 후에 수술용 테이블 아래에 선택적으로 위치되고, 수술용 테이블 아래로부터 선택적으로 제거되도록 구성되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 16에 있어서,
상기 2개의 로봇 암이, 보관 동안 및 상기 수술용 테이블 아래에 위치되는 동안 상기 단일 섀시 내에 담겨 있을 수 있도록 구성되고, 상기 2개의 로봇 암은 수술 절차 동안 사용하기 위해 상기 수술용 테이블 아래에 위치된 후에 상기 단일 섀시로부터 전개될 수 있는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 2개의 로봇 암은, 하나의 로봇 암이 상기 수술용 테이블의 일측면 상에서 전개되고 하나의 로봇 암이 상기 수술용 테이블의 타측면 상에서 전개되도록 수술 절차 동안 사용하기 위해 전개되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.
청구항 17에 있어서,
상기 2개의 로봇 암은, 2개의 로봇 암 모두가 상기 수술용 테이블의 동일 측면 상에서 전개되도록 수술 절차 동안 사용하기 위해 전개되는, 이동식 수술용 로봇 시스템.