KR102623373B1

KR102623373B1 - 통합 수술 테이블 운동을 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102623373B1
Application number: KR1020227043917A
Authority: KR
Inventors: 브랜던 디. 이코위츠; 폴 쥐. 그리피쓰; 니티쉬 스와럽; 캄 지아에이
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2015-10-27
Publication date: 2024-01-11
Also published as: EP3741345A1; US20170333142A1; WO2016069663A1; CN111358652A; US11419687B2; EP3212151A1; US20230263584A1; JP2022171668A; CN111358652B; KR20230003359A; CN107072729B; EP3212151B1; US12035987B2; KR20240007964A; JP2017537751A; US20240315786A1; EP3212151A4; US11672618B2; US10617479B2; JP2020103943A

Abstract

컴퓨터 지원 의료 장치는 엔드 이펙터, 제1 조인트 세트, 및 제2 조인트 세트를 갖는 제1 관절식 암, 그리고 제어 유닛을 포함하고 있다. 상기 제어 유닛은, 상기 제1 조인트 세트중 하나 이상의 조인트를 부동 모드로 구성하고, 상기 수술 테이블의 이동에 의해 유발된 상기 제1 조인트 세트의 이동을 검출하고, 상기 수술 테이블의 이동에 기초하여 상기 제2 조인트 세트를 구동하고, 상기 수술 테이블이 이동하고 있는 동안 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 기기 운동 명령을 수신하고, 상기 기기 운동 명령에 기초하여 상기 엔드 이펙터를 이동시킨다. 일부 실시예에서, 상기 기기 운동 명령은 영상 좌표 프레임과 관련되어 있다. 일부 실시예에서, 상기 영상 좌표 프레임은 상기 수술 테이블의 이동 전에 저장된 영상 장치의 포즈에 기초한다.

Description

통합 수술 테이블 운동을 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR INTEGRATED SURGICAL TABLE MOTION}

본 발명은 일반적으로 관절식 암을 갖는 장치의 동작에 관한 것이고 특히 환자를 이동시킬 때 관절식 암을 재위치지정하는 것과 이동 내시경 뷰 기준 프레임 및 관절식 암으로의 교란 동안 기기 제어를 허용하는 것에 관한 것이다.

점점 보다 많은 장치가 자율 및 반자율 전자 장치로 대체되고 있다. 이것은 특히 수술실, 중재실, 중환자실, 응급실등에서 발견되는 큰 어레이의 자율 및 반자율 전자 장치를 갖는 병원에 적용된다. 예를 들어, 유리 및 수은 기온계는 전자 온도계로 대체되고 있고, 정맥 주사기는 이제 전자 모니터 및 유량 조절기를 포함하고 있고, 전통 휴대형 수술 기기는 컴퓨터 지원 의료 장치로 대체되고 있다.

이러한 전자 장치는 이들을 조작하는 직원에게 장점과 문제를 제공한다. 이들 전자 장치의 다수는 하나 이상의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 자율 또는 반자율 운동이 가능하다. 이러한 하나 이상의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터 각각은 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 운동을 지원하는 링크 및 관절식 조인트의 조합을 포함하고 있다. 많은 경우에, 관절식 조인트는 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터의 링크 및 관절식 조인트의 말단부에 위치된 상응하는 기기의 희망의 위치 및/또는 방향(집합적으로, 희망의 포즈)을 얻도록 조작된다. 기기에 근접한 관절식 조인트의 각각은 상응하는 기기의 방향 및/또는 방향을 조작하는데 사용될 수 있는 적어도 하나의 자유도를 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터에 제공한다. 많은 경우에, 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터는 상응하는 기기의 롤, 피치, 및 요 방향(함께 회전 이동으로 부른다)은 물론 상응하는 기기의 x, y, 및 z 위치(함께 병진 이동으로 부른다)를 제어하는 것을 허용하는 적어도 6개의 자유도를 포함할 수 있다. 상응하는 기기의 포즈의 제어에 있어 보다 큰 유연성을 제공하기 위해, 상응하는 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터는 자주, 잉여 자유도를 포함하도록 설계되어 있다. 잉여 자유도가 제공될 때, 관절식 조인트의 위치 및/또는 방향의 다수의 상이한 조합이 상응하는 기기의 동일한 포즈를 얻기 위해 사용되는 것이 가능하다.

자주, 의사 또는 수술실 직원은 환자의 내부 해부학적 구조로의 접근, 또는 시각화를 향상시키거나 최적화하기 위해 수술 매니퓰레이터 어셈블리로서 사용되는 컴퓨터 지원 장치의 매니퓰레이터 암과 관련하여 수술 테이블 위의 환자를 이동시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 의사는 시술 동안 장기의 중력 지원 수축을 실행하기를 원할 수 있다. 환자의 장기가 수술 테이블이 기울어짐에 따라 이동할 것이기 때문에, 안전을 위해 수술 기기는 수술 테이블을 이동시키기 전에 환자로부터 제거된다. 그다음, 많은 종래의 원격조정 수술 시스템에서, 이러한 수축을 실행하기 위해, 매니퓰레이터 암은 기기가 환자 안으로 삽입되는 신체 개구가 안전하게 이동할 수 있도록 환자를 매니퓰레이터 암에 결합하는 캐뉼라로부터 잠금해제되고 그다음, 수술 테이블은 타겟 장기의 수축에 적합하도록 추정된 새로운 위치로 이동되어야 하고, 그다음, 기기가 신체 개구 안으로 재삽입되어야 한다. 이러한 방법은 시간이 많이 걸리고 번거로울 수 있다. 또한, 이러한 프로세스는 다수의 반복을 수반할 수 있는데, 그 이유는 안전을 향상시키도록 테이블이 이동되기 전에 환자로부터 내시경 역시 일반적으로 제거되어, 수술 작업 공간의 시각화가 사라지고 새로운 위치는 보통 어느 정도 알고 하는 추측(educated guess)이기 때문인데, 이것은 수축을 적절하게 실행하기에는 정확하지 않거나 충분하지 않을 수 있다. 반복을 피하기 위해, 내과의는 자주 "과잉 교정"하고, 희망의 중력 지원 수축이 일어나는 것을 보장하는데 필요한 것 보다 과장된 위치 및 방향을 선택한다. 이러한 과잉 교정은 환자 안전 문제에 이를 수 있는데, 그 이유는 환자의 헤드 다운 방향과 같은 특정 방향은 환자에 의해, 특히 이러한 방향에서 호흡하는 것이 자주 어려운 보다 큰 환자에 의해 견디기 어려울 수 있다. 또한, 기기가 환자로부터 제거되고 매내퓰레이터 암이 캐뉼라로부터 제거되기 때문에, 기기는 전통적인 복강경 수술에서와 같이, 수축을 돕기 위해 내과의에 의해 사용될 수 없다.

관절식 암이 환자에 연결되어 있는 동안 환자 및/또는 관절식 암의 재위치지정을 허용하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 환자 또는 관절식 암이 재위치지정되고 있을 때 관절식 암에 대해 사용자가 일부 제어를 유지하는 것이 바람직할 것이다. 여기에 개시된 시스템 및 방법은 다른 문제와 함께 이러한 문제를 다루고 있다.

일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 의료 장치는 엔드 이펙터, 제1 조인트 세트, 및 제2 조인트 세트를 갖는 제1 관절식 암; 및 제어 유닛을 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 상기 제어 유닛은, 상기 관절식 암 및 수술 테이블에 결합될 때, 상기 제1 조인트 세트중 하나 이상의 조인트를 부동 모드로 구성하고; 상기 수술 테이블의 이동에 의해 유발된 상기 제1 조인트 세트의 이동을 검출하고; 상기 수술 테이블의 이동에 기초하여 상기 제2 조인트 세트를 구동하고; 상기 수술 테이블이 이동하고 있는 동안 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 기기 운동 명령을 수신하고; 상기 기기 운동 명령에 기초하여 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 구성되어 있다. 일부 예에서, 상기 기기 운동 명령은 영상 좌표 프레임과 관련되어 있다. 일부 예에서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 기기 운동 명령을 상기 영상 좌표 프레임으로부터 상기 엔드 이펙터의 좌표 프레임으로 변환한다. 일부 예에서, 상기 영상 좌표 프레임은 상기 수술 테이블의 이동 전에 저장된 영상 장치의 포즈에 기초한다. 일부 예에서, 상기 영상 좌표 프레임은 가상 좌표 프레임이다. 일부 예에서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 영상 좌표 프레임을 상기 수술 테이블의 테이블 상부에 고정 관계로 유지한다. 일부 예에서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 기기 운동 명령에 기초하여 하나 이상의 이동 명령을 상기 제2 조인트 세트중 하나 이상의 조인트에 전송한다. 일부 예에서, 상기 제어 유닛은 또한 상기 수술 테이블의 이동에 기초하여 제2 관절식 암의 제3 조인트 세트를 구동하도록 구성되어 있다. 일부 예에서, 상기 제2 조인트 세트는 상기 수술 테이블의 이동에 기초하여 구동되고, 상기 제어 유닛은 수술 테이블 좌표 프레임의 수술 테이블의 이동을 엔드 이펙터 좌표 프레임의 운동으로 변환하고, 상기 제2 조인트 세트를 상기 엔드 이펙터 좌표 프레임의 운동과 관련하여 이동하도록 구동하기 위해 구성되어 있다.

일부 실시예에서, 의료 장치에서 운동을 제어하는 방법은 상기 의료 장치의 제1 관절식 암의 제1 조인트 세트중 하나 이상의 조인트를 부동 모드로 구성하는 단계, 수술 테이블의 이동에 의해 유발된 상기 제1 조인트 세트의 이동을 검출하는 단계, 상기 수술 테이블의 이동과 관련된 데이터를 수신하는 단계, 상기 수신된 데이터에 기초하여 상기 제1 관절식 암의 제2 조인트 세트를 구동하는 단계, 상기 수술 테이블이 이동하고 있는 동안 상기 제1 관절식 암의 엔드 이펙터를 이동시키는 기기 운동 명령을 수신하는 단계, 및 상기 기기 운동 명령에 기초하여 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 단계를 포함한다.

일부 실시예에서, 비임시 기계 판독가능 매체는 의료 장치와 연관된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 제1 관절식 암의 제1 조인트 세트중 하나 이상의 조인트를 부동 모드로 구성하는 단계, 수술 테이블에 의해 유발된 제1 조인트 세트의 이동을 검출하는 단계, 상기 수술 테이블의 이동과 관련된 데이터를 수신하는 단계, 상기 수술 테이블의 이동과 관련된 데이터에 기초하여 제2 조인트 세트를 구동하는 단계, 상기 수술 테이블이 이동하고 있는 동안 엔드 이펙터를 이동시키는 기기 운동 명령을 수신하는 단계, 및 상기 기기 운동 명령에 기초하여 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 단계를 포함하는 방법을 상기 하나 이상의 프로세서가 실행하도록 구성된 복수의 기계 판독가능 명령어를 포함하고 있다.

일부 실시예에서, 컴퓨터 지원 의료 장치는 엔드 이펙터를 갖는 제1 관절식 암을 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛은, 상기 관절식 암 및 수술 테이블에 결합될 때, 상기 수술 테이블이 이동될 때 상기 수술 테이블의 테이블 상부와 관련하여 상기 엔드 이펙터의 방향 및 위치를 유지하도록 구성되어 있다.

원격수술 및 원격로봇 장치의 실시예들이 미국특허출원공개공보 US 2013/0085510, 유럽특허출원공개공보 EP 2332482, 미국특허출원공개공보 US 2012/0029694, 국제출원공개공보 WO 2006/069288 및 유럽특허출원공개공보 EP 2047805에 기재되어 있다.

도 1은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템의 단순도이다.
도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템을 도시하는 단순도이다.
도 3는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 의료 시스템의 운동학 모델을 도시하는 단순도이다.
도 4a는 카메라 뷰 및 좌표 시스템의 예의 사시도를 도시하는 단순도이다.
도 4b는 센서 또는 디스플레이 및 관련된 좌표 시스템의 관점에서의 카메라 뷰를 도시하는 단순도이다.
도 5는 관절식 암의 하나 이상의 조인트가 부동 상태로 설정될 때 이동되는 동안 하나 이상의 엔드 이펙터에 대한 제어를 유지하는 방법의 단순도이다.
도 6은 테이블 운동 동안 관절식 암 위의 엔드 이펙터에 대한 직관적 제어를 유지하기 위한 방법의 단순도이다.
도 7a 내지 도 7g는 여기에 기술된 일체 컴퓨터 지원 디바이스 및 가동 수술 테이블을 통합하는 다양한 컴퓨터 지원 디바이스 시스템을 도시하는 개략 단순도이다.
도면에서, 동일한 표시를 갖는 부재는 동일하거나 유사한 기능을 갖고 있다.

다음의 설명에서, 본 발명과 일치하는 일부 실시예를 기술하는 특정 세부사항이 제시되어 있다. 그러나, 일부 실시예는 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 모두 없이 실시될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 여기에 개시된 특정 실시예는 설명을 위한 것이고 제한을 위한 것이 아니다. 당업자는 다른 요소가 여기에 구체적으로 기술되지 않았지만, 본 발명의 범위 및 정신 안에 있다는 것을 이해할 수 있다. 또한, 불필요한 반복을 피하기 위해, 하나의 실시예와 연관되어 도시되고 기술된 하나 이상의 특징은 달리 특정되지 않거나 하나 이상의 특징이 실시예를 비기능적으로 한다면 다른 실시예에 통합될 수 있다. 용어 "포함하는"은 포하지만 제한되지 않는 것을 의미하고, 포함된 하나 이상의 개별적인 아이템의 각각은 달리 언급되지 않으면 옵션으로 생각해야 한다. 마찬가지로, 용어 "할 수 있다"는 아이템이 옵션이라는 것을 나타낸다.

도 1은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템(100)의 단순도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 하나 이상의 가동 또는 관절식 암(120)을 구비한 장치(110)를 포함하고 있다. 이러한 하나 이상의 관절식 암(120)의 각각은 하나 이상의 엔드 이펙터를 지원한다. 일부 예에서, 장치(110)는 컴퓨터 지원 수술 장치와 일치할 수 있다. 이러한 하나 이상의 관절식 암(120)은 관절식 암(120)의 적어도 하나의 말단부에 장착되는 하나 이상의 기기, 수술 기기, 이미징 장치 및/또는 그밖에 유사한 것에 대한 지지를 제공한다. 장치(110)는 장치(110)를 작동하기 위한 하나 이상의 마스터 컨트롤, 하나 이상의 관절식 암(120), 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있는 오퍼레이터 워크스테이션(도시되지 않음)에 더 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(110) 및 오퍼레이터 워크스테이션은 캘리포니아, 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 의해 판매되는 da Vinci^®Surgical System에 상응할 수 있다. 일부 실시예에서, 다른 구성, 보다 적거나 많은 관절식 암, 및/또는 그밖의 유사한 것을 구비한 컴퓨터 지원 수술 장치가 옵션으로 컴퓨터 지원 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다.

장치(110)는 인터페이스를 통해 제어 유닛(130)에 결합되어 있다. 이러한 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 커넥터, 및/또는 버스를 포함할 수 있고 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 라우팅 장치를 구비한 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 제어 유닛(130)은 메모리(150)에 결합된 프로세서(140)를 포함하고 있다. 제어 유닛(130)의 동작은 프로세서(140)에 의해 제어된다. 제어 유닛(130)이 오직 하나의 프로세서(140)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 프로세서(140)는 제어 유닛(130) 내의 하나 이상의 중앙 처리 유닛, 멀티코어 프로세서, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서, 전계 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 그밖의 것을 나타낼 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제어 유닛(130)은 컴퓨팅 장치에 더해진 독립형 서브시스템 및/또는 보드 또는 가상 머신으로서 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 유닛은 오퍼레이터 워크스테이션의 일부로서 포함되고 및/또는 오퍼레이터 워크스테이션으로부터 떨어져 동작되지만 함께 동작될 수도 있다. 제어 유닛(130)과 같은 제어 유닛의 일부 예는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(140))에 의해 실행될 때 이러한 하나 이상의 프로세서가 방법들(500, 600)의 프로세스를 실행하도록 할 수 있는 실행가능한 코드를 포함하는 비임시, 유형, 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다.

메모리(150)는 제어 유닛(130)에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 제어 유닛(130)의 동작 동안 사용되는 하나 이상의 데이터 구조를 저장하는데 사용된다. 메모리(150)는 하나 이상 타입의 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 일부 공통 형태의 기계 판독가능 매체는 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 구성된 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다.

도시된 바와 같이, 메모리(150)는 장치(110)의 자율 및/또는 반자율 제어를 지원하는 모션 제어 애플리케이션(160)을 포함하고 있다. 모션 제어 애플리케이션(160)은 장치(110)로부터 위치, 모션, 및/또는 센서 정보를 수신하고, 수술 테이블 및/또는 이미징 장치와 같은 다른 장치에 대해 다른 제어 유닛과 위치, 모션, 및/또는 충돌 회피 정보를 교환하고, 및/또는 장치(110), 관절식 암(120), 및/또는 장치(110)의 엔드 이펙터에 대한 모션을 계획하고 및/또는 모션의 계획을 돕기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 그리고 모션 제어 애플리케이션(160)이 소프트웨어 애플리케이션으로서 도시되어 있지만, 모션 제어 애플리케이션(160)은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 사용하여 구현될 수 있다.

일부 실시예에서, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 동작실 및/또는 조정실에서 발견될 수 있다. 그리고 컴퓨터 지원 시스템(100)이 2개의 관절식 암(120)을 갖는 오직 하나의 장치(110)를 포함하고 있지만, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 장치(110)와 유사하고 및/또는 상이한 설계의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터를 갖는 임의의 수의 장치를 포함할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 일부 예에서, 이러한 장치의 각각은 보다 적거나 보다 많은 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다.

컴퓨터 지원 시스템(100)은 수술 테이블(170)을 더 포함한다. 하나 이상의 관절식 암(120)과 같이, 수술 테이블(170)은 수술 테이블(170)의 베이스와 상대적인 테이블 상부(180)의 관절식 이동을 지원한다. 일부 예에서, 테이블 상부(180)의 관절식 이동은 테이블 상부(180)의 높이, 틸트, 슬라이드, 트렌델렌부르크 방향등을 변경하기 위한 서포트를 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 수술 테이블(170)은 테이블 상부(180)의 위치 및/또는 방향을 제어하기 위한 수술 테이블 명령 유닛과 같은 하나 이상의 제어 입력부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 테이블(170)은 독일의 Trumpf Medical Systems GmbH에 의해 판매되는 수술 테이블의 하나 이상에 상응할 수 있다.

수술 테이블(170)은 또한 상응하는 인터페이스를 통해 제어 유닛(130)에 결합되어 있다. 이러한 인터페이스는 하나 이상의 무선 링크, 케이블, 커넥터, 및/또는 버스를 포함할 수 있고, 하나 이상의 네트워크 스위칭 및/또는 라우팅 장치를 갖는 하나 이상의 네트워크를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 수술 테이블(170)은 제어 유닛(130)과 상이한 제어 유닛에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)과 연관된 위치, 운동, 및/또는 다른 센서 정보를 수신하기 위한 하나 이상의 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 수술 테이블(170) 및/또는 수술 상부(180)에 대한 모션을 계획하고 및/또는 계획하는 것을 도울 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 관절식 암, 기기, 엔드 이펙터, 수술 테이블 구성요소 등의 이동, 조인트 및 링크의 운동 제한 범위를 피하여 관절식 암, 기기, 엔드 이펙터, 수술 테이블 구성요소등의 다른 운동을 보상하고, 내시경과 같은 뷰잉 장치를 조정하여 관심의 영역 및/또는 하나 이상의 기기 또는 엔드 이펙터를 뷰잉 장치의 시야 안에 유지 및/또는 배치하도록 구성된, 충돌 회피와 연관된 운동 계획에 기여할 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 수술 테이블 명령 유닛을 사용함으로써 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)의 이동을 방지하는 것과 같이 하여 수술 테이블(170) 및/또는 테이블 상부(180)의 모션을 방지할 수 있다. 일부 예에서, 모션 제어 애플리케이션(160)은 레지스터 장치(110)와 수술 테이블(170) 사이의 기하학적 관계를 알도록 수술 테이블(170)과 함께 레지스터 장치(110)를 도울 수 있다. 일부 예에서, 기하학적 관계는 레지스터 장치(110) 및 수술 테이블(170)에 대해 유지되는 좌표 프레임들 사이에 병진 및/또는 하나 이상의 회전을 포함할 수 있다.

제어 유닛(130)은 또한 인터페이스를 통해 오퍼레이터 워크스테이션(190)에 결합될 수 있다. 오퍼레이터 워크스테이션(190)은 관절식 암(120) 및 엔드 이펙터의 이동 및/또는 운전을 제어하기 위해 의사와 같은 운전자에 의해 사용될 수 있다. 관절식 암(120) 및 엔드 이펙터의 운전을 지원하기 위해, 오퍼레이터 워크스테이션(190)은 관절식 암(120) 및/또는 엔드 이펙터중 하나 이상의 적어도 일부의 영상을 표시하기 위한 디스플레이 시스템(192)을 포함하고 있다. 예를 들어, 디스플레이 시스템(192)은 관절식 암(120) 및/또는 엔드 이펙터가 사용되고 있을 때 이들을 운전자가 보는 것이 비현실적이고 및/또는 불가능할 때 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 시스템(192)은 관절직 암(120)중 하나, 또는 제3 관절식 암(도시되지 않음)에 의해 제어되는, 내시경과 같은, 비디오 포착 장치로부터 비디오 영상을 표시할 수 있다.

오퍼레이터 워크스테이션(190)은 레지스터 장치(110), 관절식 암(120), 및/또는 이러한 관절식 암(120)에 장착된 엔드 이펙터를 운전하는데 사용될 수 있는 하나 이상의 입력 컨트롤(195; 또는 "마스터 컨트롤(195)")을 가진 콘솔 워크스테이션을 더 포함할 수 있다. 이러한 입력 컨트롤(195)의 각각은 이들 자체의 관절식 암의 말단부에 결합되어 입력 컨트롤(195)의 이동은 오퍼레이터 워크스테이션(190)에 의해 검출되고 제어 유닛(130)에 통신될 수 있다. 향상된 인체공학을 제공하기 위해, 콘솔 워크스페이스는 또한 운전자가 입력 컨트롤(195)을 조작하는 동안 그들의 팔을 쉬게 할 수 있는 암 레스트(197)과 같은 하나 이상의 레스트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 디스플레이 시스템(192) 및 입력 컨트롤(195)은 관절식 암(120) 및/또는 이러한 관절식 암(120)에 장착된 엔드 이펙터를 원격조정하기 위해 운전자에 의해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 장치(110), 오퍼레이터 워크스테이션(190), 및 제어 유닛(130)은 캘리포니아, 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 의해 판매되는 da Vinci^®Surgical System에 상응할 수 있다.

일부 실시예에서, 다른 구성 및/또는 구조가 컴퓨터 지원 시스템(100)과 함께 사용될 수 있다. 일부 예에서, 제어 유닛(130)은 오퍼레이터 워크스테이션(190) 및/또는 장치(110)의 일부로서 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 지원 시스템(100)은 수술실 및/또는 중재실에서 발견될 수 있다. 컴퓨터 지원 시스템(100)이 2개의 관절식 암(120)을 갖는 오직 하나의 장치(110)를 포함하고 있지만, 당업자중 하나는 컴퓨터 지원 시스템(100)이 장치(110)와 유사하고 및/또는 상이한 설계의 관절식 암 및/또는 엔드 이펙터를 갖는 임의의 수의 장치를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 예에서, 이러한 장치의 각각은 보다 적거나 많은 관절식 암(120) 및/또는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 추가로, 장치(110)에 부착될 수 있는 추가의 암을 제어하는 추가의 워크-스테이션(190)이 존재할 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 워크-스테이션(190)은 수술 테이블(170)을 제어하기 위한 컨트롤을 가질 수 있다.

도 2는 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 시스템(200)을 도시하는 단순도이다. 예를 들어, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 컴퓨터 지원 시스템(100)과 일치할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 시스템(200)은 하나 이상의 관절식 암을 갖는 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)을 포함하고 있다. 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)은 하나 이상의 인터페이스 및 하나 이상의 제어 유닛을 사용하여 함께 결합될 수 있어서, 적어도 수술 테이블(280)에 대한 운동학 정보가 컴퓨터 지원 장치(210)의 관절식 암의 모션을 실행하는데 사용되는 모션 제어 애플리케이션에 알려진다.

컴퓨터 지원 장치(210)는 다양한 링크 및 조인트를 포함하고 있다. 도 2의 실시예에서, 컴퓨터 지원 장치는 일반적으로 3개의 상이한 세트의 링크 및 조인트로 분리된다. 먼저 모바일 카트(215; 또는 "환자측 카트(215)")의 인접 단부에 셋업 구조부(220)가 있다. 이러한 셋업 구조부의 말단부에는 관절식 암을 형성하는 일련의 링크 및 셋업 조인트(240)가 결합되어 있다. 그리고 이러한 셋업 조인트(240)의 말단부에는 다관절 매니퓰레이터(260)가 결합되어 있다. 일부 예에서, 일련의 셋업 조인트(240) 및 매니퓰레이터(260)는 관절식 암(120)중 하나에 대응할 수 있다. 그리고 컴퓨터 지원 장치가 오직 하나의 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 당업자는 컴퓨터 지원 장치가 하나 보다 많은 일련의 셋업 조인트(240) 및 상응하는 매니퓰레이터(260)를 포함할 수 있어서 컴퓨터 지원 장치는 다수의 관절식 암을 장착할 수 있음을 이해할 것이다.

도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(210)는 이동 카트(215)에 장착되어 있다. 이러한 이동 카트(215)에 의해 컴퓨터 지원 장치(210)는 컴퓨터 지원 장치를 수술 테이블(280)에 근접하여 보다 더 잘 위치지정하도록 수술실 사이에서 또는 수술실 안에서와 같이 위치 이동될 수 있다. 셋업 구조부(220)는 이동 카트(215)에 장착되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셋업 구조부(220)는 컬럼 링크(221, 222)를 포함하는 2파트 컬럼을 포함하고 있다. 컬럼 링크(222)의 상단부 또는 말단부에는 쇼울더 조인트(223)가 결합되어 있다. 쇼울더 조인트(223)에는 붐 링크(224, 225)를 포함하는 2-파트 붐이 결합되어 있다. 붐 링크(225)의 말단부에는 팔목 조인트(226)가 있고, 팔목 조인트(226)에는 암 장착 플랫폼(227)이 결합되어 있다.

셋업 구조부(220)의 링크 및 조인트는 암 장착 플랫폼(227)의 위치 및 방향(즉, 포즈)을 변경하기 위한 다양한 자유도를 포함하고 있다. 예를 들어, 2-파트 컬럼이 축(232)을 따라 쇼울더 조인트(223)를 이동시킴으로써 암 장착 플랫폼(227)의 높이를 조정하는데 사용될 수 있다. 이러한 암 장착 플랫폼(227)은 쇼울더 조인트(223)를 사용하여 이동 카트(215), 2-파트 컬럼, 및 축(232)에 대해 추가로 회전될 수 있다. 암 장착 플랫폼(227)의 수평 위치 역시 2-파트 붐을 사용하여 축(234)를 따라 조정될 수 있다. 그리고 암 장착 플랫폼(227)의 방향 역시 팔목 조인트(226)를 사용하여 암 장착 플랫폼 배향 축(236)에 대해 회전함으로써 조정될 수 있다. 따라서, 셋업 구조부(220)의 링크 및 조인트의 모션 리미트에 의해, 암 장착 플랫폼(227)의 위치는 2-파트 컬럼을 사용하여 이동 카트(215) 위로 수직으로 조정될 수 있다. 암 장착 플랫폼(227)의 위치 역시 각각 2-파트 붐 및 쇼울더 조인트(223)를 사용하여 이동 카트(215)에 대해 방사형으로 그리고 각지게 조정될 수 있다. 그리고 암 장착 플랫폼(227)의 각도 방향 역시 팔목 조인트(226)를 사용하여 변경될 수 있다.

암 장착 플랫폼(227)은 하나 이상의 관절식 암을 위한 장착점으로서 사용될 수 있다. 이동 카트(215)에 대해 암 장착 플랫폼(227)의 높이, 수평 위치, 및 방향을 조정하는 기능은 수술 또는 시술이 시행되는 이동 카트(215) 근방에 위치된, 환자와 같은, 작업 공간에 대해 하나 이상의 관절식 암을 위치지정하고 배향하기 위한 유연한 셋업 구조부를 제공한다. 예를 들어, 암 장착 플랫폼(227)이 환자 위에 위치지정되어 다양한 관절식 암 및 이들의 상응하는 매니퓰레이터 및 기기가 환자에게 시술을 실행하기에 충분한 범위의 운동을 가질 수 있다. 도 2는 제1 셋업 조인트(242; 또는 "플렉스 조인트(242)")를 사용하여 암 장착 플랫폼(227)에 결합된 단일 관절식 암을 도시하고 있다. 그리고, 오직 하나의 관절식 암이 도시되어 있지만, 당업자는 다수의 관절식 암이 추가 제1 셋업 조인트를 사용하여 암 장착 플랫폼(227)에 결합될 수 있음을 이해할 것이다.

제1 셋업 조인트(242)는 환자측 카트(215)에 최근접한 관절식 암의 셋업 조인트(240) 섹션의 최근접부를 형성한다. 셋업 조인트(240)는 일련의 조인트 및 링크를 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 셋업 조인트(240)는 적어도, (뚜렷이 도시되지 않은) 하나 이상의 조인트를 통해 결합된 링크(244, 246)를 포함할 수 있다. 셋업 조인트(240)의 조인트 및 링크는 제1 셋업 조인트(242)를 사용하여 축(252)에 대해 암 장착 플랫폼(227)에 상대적으로 셋업 조인트(240)를 회전시키고, 제1 셋업 조인트(242)와 링크(246) 사이의 방사형 또는 수평 거리를 조정하고, 축(254)을 따라 배향 플랫폼에 상대적으로 링크(246)의 말단부에서 매니퓰레이터 마운트(262)의 높이를 조정하고, 매니퓰레이터 마운트(262)를 축(254)에 대해 회전시키는 기능을 포함하고 있다. 일부 예에서, 셋업 조인트(240)는 암 장착 플랫폼(227)에 상대적으로 매니퓰레이터 마운트(262)의 포즈를 변경하기 위한 추가 자유도를 허용하는 추가적인 조인트, 링크 및 축을 더 포함할 수 있다.

매니퓰레이터(260)는 매니퓰레이터 마운트(262)를 통해 셋업 조인트(240)의 말단부에 결합되어 있다. 매니퓰레이터(260)는 매니퓰레이터(260)의 말단부에 장착된 기기 캐리지(268)와 함께 추가 조인트(264) 및 링크(266)를 포함하고 있다. 기기 또는 매니퓰레이터 기기(270)가 기기 캐리지(268)에 장착되어 있다. 이러한 기기(270)는 삽입축을 따라 정렬된 샤프트(272)를 포함하고 있다. 샤프트(272)는 보통 매니퓰레이터(260)과 연관된 원격 운동 중심(274)을 통해 통과되도록 정렬되어 있다. 운동의 원격 운동 중심(274)의 위치는 보통 매니퓰레이터 마운트(262)에 대해 고정 병진 관계로 유지되어서 매니퓰레이터(260)의 조인트(264)의 동작에 의해 운동의 원격 운동 중심(274)에 대해 샤프트(272)가 회전한다. 이러한 실시예에 따라, 매니퓰레이터 마운트(262)에 대한 운동의 원격 운동 중심(274)의 고정 병진 관계는 매니퓰레이터(262)의 조인트(264) 및 링크(266)의 물리적 제약을 사용하여, 조인트(264)에 대해 허용된 운동에 대한 소프트웨어 제약을 사용하여, 및/또는 이 둘의 조합에 의해 유지된다. 조인트 및 링크의 물리적 제약을 사용하여 조작되는 원격 운동 중심을 사용하는 컴퓨터 지원 수술 장치의 대표적인 예가 2013년 5월 13일에 출원된, "Redundant Axis and Degree of Freedom for Hardware-Constrained Remote Center Robotic Manipulator" 표제의 미국 특허 출원 번호 13/906,888에 기술되어 있고, 소프트웨어 제약에 의해 조작되는 운동의 원격 센서를 사용하여 컴퓨터 지원 수술 장치의 대표적인 실시예가 2005년 5월 10일에 출원된, "Software Center and Highly Configurable Robotic Systems for Surgery and Other Uses" 표제의 미국 특허 번호 8,004,229에 기술되어 있고, 이들의 내용은 그 전체가 여기에 언급되어 통합되어 있다. 일부 예에서, 원격 운동 중심(274)은 샤프트(272)가 환자(278) 안으로 삽입될 때 환자(278)의 수술 포트, 신체 개구, 도는 절개 사이트의 위치에 상응할 수 있다. 원격 운동 중심(274)이 수술 포트에 상응하기 때문에, 기기(270)가 사용될 때에, 원격 운동 중심(274)은 환자(278)에 대해 고정된 상태가 되어 운동의 원격 운동 중심(274)에서 환자(278)의 인체에 대한 스트레스를 제한한다. 일부 예에서, 샤프트(272)는 옵션으로 수술 포트에 위치된 캐뉼라(도시되지 않음)를 통과할 수 있다. 일부 예에서, 비교적 더 큰 샤프트 또는 가이드 튜브 외경(예를 들어, 4-5 mm 이상)를 갖는 기기는 캐뉼라를 사용하여 신체 개구를 통과할 수 있고, 이러한 캐뉼라는 비교적 더 작은 샤프트 또는 가이트 튜브 외경(예를 들어, 2-3 mm 이하)을 갖는 기기에 옵션으로 생략될 수 있다.

샤프트(272)의 말단부에 엔드 이펙터(276)가 있다. 조인트(264) 및 링크(266)으로 인한 매니퓰레이터(260)의 자유도에 의해 적어도 매니퓰레이터 마운트(262)에 대해 샤프트(272) 및/또는 엔드 이펙터(276)의 롤, 피치, 및 요를 제어할 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터(260)의 자유도는 기기 캐리지(268)를 사용하여 샤프트(272)를 전진 및/또는 후퇴시키는 기능을 더 포함하여 엔드 이펙터(276)는 삽입축을 따라 그리고 운동의 원격 운동 중심(274)에 상대적으로 전진 및/또는 후퇴될 수 있다. 일부 예에서, 매니퓰레이터(260)는 캘리포니아, 서니베일의 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 판매되는 da Vinci^®Surgical System와 함께 사용하기 위한 매니퓰레이터와 일치할 수 있다. 일부 예에서, 기기(270)는 내시경과 같은 이미징 장치, 그립퍼, 소작 또는 메스와 같은 수술 기기 등일 수 있다. 일부 예에서, 엔드 이펙터(276)는 샤프트(272)의 말단부에 대해 엔드 이펙터(276)의 일부의 추가 국부적인 조작을 가능하게 하는 롤, 피치, 요소, 그립 등과 같은 추가 자유도를 포함할 수 있다.

수술 또는 다른 의료 시술 동안, 환자(278)는 보통 수술 테이블(280) 위에 위치되어 있다. 수술 테이블(280)은 테이블 베이스(282)가 이동 카트(215)에 근접하여 위치된 상태로 테이블 베이스(282) 및 테이블 상부(284)를 포함하여 기기(270) 및/또는 엔드 이펙터(276)는 기기(270)의 샤프트(272)가 환자(278)의 신체 개구에 삽입되어 있는 동안 컴퓨터 지원 장치(210)에 의해 조작될 수 있다. 수술 테이블(280)은 테이블 베이스(282)와 테이블 상부(284) 사이에 하나 이상의 조인트 또는 링크를 포함하는 관절식 구조부(290)를 더 포함하여, 테이블 베이스(282)에 대한, 테이블 상부(284), 그래서 환자(278)의 상대 위치가 제어될 수 있다. 일부 예에서, 관절식 구조부(290)는 테이블 상부(284) 위의 포인트에 위치될 수 있는 가상 규정된 테이블 운동 이소(iso) 센터(286)에 상대적으로 테이블 상부(284)가 제어되도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 이소센터(286)는 환자(278)의 내부에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 이소센터(286)는 원격 운동 중심(274)에 상응하는 신체 개구와 같은, 신체 개구중 하나에 또는 근방에 환자의 인체 벽과 연어될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 관절식 구조부(290)는 테이블 상부(824)가 테이블 베이스(282)에 상대적으로 상승 및/또는 하강될 수 있도록 높이 조정 조인트(292)를 포함하고 있다. 관절식 구조부(290)는 이소센터(286)에 대해 테이블 상부(284)의 틸트(296) 및 트렌델렌부르크(296) 방향 모두를 변경하기 위해 조인트 및 링크를 더 포함하고 있다. 이러한 틸트(294)에 의해 테이블 상부(284)가 좌우로 기울어질 수 있어서 환자(278)의 좌측 또는 우측이 환자(278)의 타측에 대해 상방으로 (즉, 테이블 상부(284)의 종방향으로, 두개골-미골부, 또는 상하(두개골-미골부) 축에 대해) 회전될 수 있다. 트렌델렌부르크(296)에 의해 테이블 상부(284)는 회전되어 환자(278)의 발이 상승되거나(트렌델렌부르크) 환자(278)의 머리가 상승된다(역 트렌델렌부르크). 일부 예에서, 틸트(294) 및/또는 트렌델렌부르크(296) 회전은 이소센터(286)에 대한 회전을 발생시키도록 조정될 수 있다. 관절식 구조부(290)는 도 2에 도시된 바와 같이 대략 좌측 및/또는 우측 운동으로 테이블 상부(284)가 테이블 베이스(282)에 대해 종방향(두개골-미골부) 축 전후를 따라 미끄러지도록 추가 링크 및 조인트(298)를 더 포함하고 있다.

도 7a 내지 도 7g는 여기에 기술된 통합 컴퓨터 지원 장치 및 가동 수술 테이블 특징부를 포함하는 다양한 컴퓨터 지원 장치 시스템 구조를 도시하는 단순 개략도이다. 이러한 다양한 도시된 시스템 구성요소는 여기에 기술된 원리에 따르고 있다. 이러한 도면에서, 구성요소는 이해를 위해 단순화되어 있고, 개별적인 링크, 조인트, 매니퓰레이터, 기기, 엔드 이펙터 등과 같은 다양한 세부요소는 도시되어 있지 않지만, 이들은 다양한 구성요소에 포함되어 있는 것으로 이해해야 한다.

이러한 구조에서, 하나 이상의 수술 기기 또는 기기의 클러스터와 연관된 캐뉼라는 도시되어 있지 않고, 캐뉼라 및 다른 기기 가이드 장치가 비교적 더 큰 샤프트 또는 가이드 튜브 외경(예를 들어, 4-5 mm 이상)을 갖는 기기 또는 기기 클러스터에 옵션으로 사용될 수 있고 비교적 더 작은 샤프트 또는 가이드 튜브 외경(예를 들어, 2-3 mm 이하)을 갖는 기기에 대해 옵션으로 생략될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

또한, 이러한 구조에서, 원격조정 매니퓰레이터는 수술 동안 하드웨어 제약(예를 들어, 고정 교차 기기 피치, 요, 및 롤 축) 또는 소프트웨어 제약(예를 들어, 소프트웨어 제약된 교차 기기 피치, 요, 롤 축)을 사용함으로써 원격 운동 중심을 규정하는 매니퓰레이터를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 이러한 기기 회전축의 하이브리드가 규정되는 것(예를 들어, 하드웨어 제약된 롤 축 및 소프트웨어 제약된 피치 및 요 축) 역시 가능하다. 또한, 일부 매니퓰레이터 시술 동안 어떤 회전의 수술 기기 축도 규정하고 제약할 수 없고, 일부 매니퓰레이터는 시술 동안 오직 하나 이상의 회전의 기기 축을 규정하고 제약할 수 있다.

도 7a는 가동 수술 테이블(1100) 및 단일 기기 컴퓨터 지원 장치(1101a)를 도시하고 있다. 수술 테이블(1100)은 가동 테이블 상부(1102) 및 말단부에서 테이블 상부(1102)를 지지하기 위해 기계적으로 접지된 테이블 베이스(1104)로부터 뻗은 테이블 지지 구조부(1103)를 포함하고 있다. 일부 예에서, 수술 테이블(1100)은 수술 테이블(170 및/또는 280)과 일치할 수 있다. 컴퓨터 지원 장치(1101a)는 원격조정 매니퓰레이터 및 단일 기기 어셈블리(1105a)를 포함하고 있다. 컴퓨터 지원 장치(1101a)는 또한 근접 베이스(1107a)에서 기계적으로 접지되어 있고 말단부에서 매니퓰레이터 및 기기 어셈블리(1105a)를 지지하도록 뻗은 지지 구조부(1106a)를 포함하고 있다. 지지 구조부(1106a)는 어셈블리(1105a)가 수술 테이블(1100)에 대해 이동되고 다양한 고정 자세로 유지될 수 있도록 구성되어 있다. 베이스(1107a)는 옵션으로 수술 테이블(1100)에 대해 영구 고정되거나 이동가능하다. 수술 테이블(1100) 및 컴퓨터 지원 장치(1101a)는 여기에 기술된 바와 같이 함께 작동한다.

도 7a는 또한 상응하는 지지 구조부(1106b)에 의해 지지되는 상응하는 개별적인 원격조정 매니퓰레이터 및 단일-기기 어셈블리(1105b)를 갖는, 2, 3, 4, 5개 이상의 개별적인 컴퓨터 지원 장치가 포함될 수 있다는 것을 도시한 옵션의 제2 컴퓨터 지원 장치(1101b)를 도시하고 있다. 컴퓨터 지원 장치(1101b)는 기계적으로 접지되어 있고, 어셈블리(1105b)는 컴퓨터 지원 장치(110a)와 유사한 포즈를 갖고 있다. 수술 테이블(1100) 및 컴퓨터 지원 장치(1101a, 1101b)는 함께 멀티-기기 수술 시스템을 만들고, 이들은 여기에 기술된 대로 함께 작동한다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치(110a 및/또는 1101b)는 컴퓨터 지원 장치(110 및/또는 210)와 일치할 수 있다.

도 7b에 도시된 바와 같이, 다른 가동 수술 테이블(1100) 및 컴퓨터 지원 장치(1111)가 도시되어 있다. 컴퓨터 지원 장치(1111)는 대표적인 매니퓰레이터 및 기기 어셈블리(1105a, 1105b)에 의해 도시된 바와 같이, 2, 3, 4, 5개 이상의 개별적인 원격조정 매니퓰레이터 및 단일-기기 어셈블리를 포함하는 멀티-기기 장치이다. 컴퓨터 지원 장치(1111)의 어셈블리(1105a, 1105b)는 결합 지지 구조부(1112)에 의해 지지되어, 어셈블리(1105a, 1105b)는 수술 테이블(1100)에 대해 그룹으로서 함께 이동되고 포즈를 가질 수 있다. 컴퓨터 지원 장치(1111)의 어셈블리(1105a, 1105b)는 또한 상응하는 개별적인 지지 구조부(1113a, 1113b)에 의해 각각 지지되어, 각각의 어셈블리(1105a, 1105b)는 수술 테이블(1100) 및 하나 이상의 다른 어셈블리(1105a, 1105b)에 대해 개별적으로 이동되고 포즈를 가질 수 있다. 각각의 멀티-기기 수술 시스템 구조부의 예는 인튜어티브 서지컬 인코퍼레이티드에 의해 판매되는, da Vinci Si® Surgical System 및 da Vinci® Xi™ Surgical System이다. 예시적인 컴퓨터 지원 장치(1111)를 포함하는 수술 매니퓰레이터 시스템 및 수술 테이블(1100)은 여기에 기술된 바와 같이 함께 작동한다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치(1111)는 컴퓨터 지원 장치(110 및/또는 210)와 일치한다.

도 7a 및 도 7b의 컴퓨터 지원 장치는 각각 플로어에 기계적으로 접지되어 도시되어 있다. 그러나, 이러한 하나 이상의 컴퓨터 지원 장치는 옵션으로 벽 또는 천장에 기계적으로 접지될 수 있고 이러한 벽 또는 천장에 대해 영구 고정되거나 이동가능할 수 있다. 일부 예에서, 컴퓨터 지원 장치는 컴퓨터 지원 시스템의 지지 베이스가 수술 테이블에 대해 이동될 수 있도록 하는 트랙 또는 격자 시스템을 사용하여 벽 또는 천장에 장착될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 고정되거나 해제가능한 장착 클램프는 각각의 지지 베이스를 이러한 트랙 또는 격자 시스템에 장착하는데 사용될 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(1121a)는 벽에 기계적으로 접지되고, 컴퓨터 지원 장치(1121b)는 천장에 기계적으로 접지되어 있다.

추가로, 컴퓨터 지원 장치는 가동 수술 테이블(1100)을 통해 간접적으로 기계적으로 접지될 수 있다. 도 7d에 도시된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(1131a)는 수술 테이블(1100)의 테이블 상부(1102)에 결합되어 있다. 컴퓨터 지원 장치(1131a)는 도 7d에 점선 구조부로 도시한 바와 같이, 테이블 지지 구조부(1103) 또는 테이블 베이스(1104)와 같은, 수술 테이블(1100)의 다른 부분에 옵션으로 결합될 수 있다. 테이블 상부(1102)가 테이블 지지 구조부(1103) 또는 테이블 베이스(1104)에 대해 이동할 때, 컴퓨터 지원 장치(1131)는 마찬가지로 테이블 지지 구조부(1103) 또는 테이블 베이스(1104)에 대해 이동한다. 그러나, 컴퓨터 지원 장치(1131a)가 테이블 지지 구조부(1103) 또는 테이블 베이스(1104)에 결합될 때, 컴퓨터 지원 장치(1131a)의 베이스는 테이블 상부(1102)가 이동할 때 그라운드에 대해 고정된 상태로 있게 된다. 테이블 운동이 발생함에 따라, 환자에게 기기가 삽입되는 신체 개구 역시 이동할 수 있는데, 그 이유는 환자의 신체가 이동하고 테이블 상부(1102)에 대해 신체 위치를 변경할 수 있기 때문이다. 따라서, 컴퓨터 지원 장치(1131a)가 테이블 상부(1102)에 결합되는 실시예에 있어서, 테이블 상부(1102)는 로컬 기계 그라운드로서 기능하고, 신체 개구는 테이블 상부(1102)에 대해 이동하고, 컴퓨터 지원 장치(1131a)에 대해서도 이동한다. 도 7d는 또한 멀티-기기 시스템을 생성하기 위해 컴퓨터 지원 장치(1131a)와 마찬가지로 구성된, 제2 컴퓨터 지원 장치(1131b)가 옵션으로 추가될 수 있다는 것을 보여주고 있다. 이러한 수술 테이블에 결합된 하나 이상의 컴퓨터 지원 장치를 포함하는 시스템은 여기에 개시된 바와 같이 작동한다.

일부 실시예에서, 동일하거나 하이브리드 기계적 접지를 갖는 컴퓨터 지원 장치의 다른 조합이 가능하다. 예를 들어, 플로어에 기계적으로 접지된 하나의 컴퓨터 지원 장치 및, 수술 테이블을 통해 이러한 플로어에 기계적으로 접지된 제2 컴퓨터 지원 장치를 포함할 수 있다. 이러한 하이브리드 기계적 접지 시스템은 여기에 개시된 바와 같이 작동한다.

본 특징은 또한 2개 이상의 수술 기기가 단일 신체 개구를 통해 신체에 들어가는 단일-신체 개구 시스템을 포함하고 있다. 이러한 시스템의 예는 여기에 언급되어 통합된, 2010년 8월 12일에 출원된, "Surgical System Instrument Mounting" 표제의 미국 특허 번호 8,852,208 및, 2007년 6월 13일에 출원된 "Minimally Invasive Surgical System" 표제의 미국 특허 번호 9,060,678에서 볼 수 있다. 도 7e는 상술된 바와 같이 수술 테이블(1100)과 함께 원격조정 멀티-기기 컴퓨터 지원 장치(1141)를 도시하고 있다. 2개 이상의 기기(1142)는 각각 상응하는 매니퓰레이터(1143)에 결합되어 있고 기기(1142) 및 기기 매니퓰레이터(1143)의 클러스터는 시스템 매니퓰레이터(1145)에 의해 함께 이동한다. 이러한 시스템 매니퓰레이터(1144)는 시스템 매니퓰레이터(1144)가 이동되고 다양한 포즈에서 고정될 수 있도록 하는 지지 어셈블리(1145)에 의해 지지된다. 지지 어셈블리(1145)는 상기 설명과 일치하는 베이스(1146)에 기계적으로 접지되어 있다. 2개 이상의 기기(1142)는 단일 신체 개구에서 환자에게 삽입된다. 옵션으로, 기기(1142)는 단일 가이드 튜브를 통해 함께 뻗고, 가이드 튜브는 옵션으로, 상술된 문헌에서 기술된 바와 같이, 캐뉼라를 통해 뻗어 있다. 컴퓨터 지원 장치(1141) 및 수술 테이블(1100)은 여기에 기술된 바와 같이 함께 작동한다.

도 7f는 옵션으로 테이블 상부(1102), 테이블 지지 구조부(1103), 또는 테이블 베이스(1104)에 결합되어, 수술 테이블(1100)을 통해 기계적으로 접지된 다른 멀티-기기, 단일 신체 개구 컴퓨터 지원 장치(1151)를 도시하고 있다. 도 7d에 대한 상기 설명 역시 도 7f에 도시된 기계적 접지 옵션에 적용된다. 컴퓨터 지원 장치(1151) 및 수술 테이블(1100)은 여기에 기술된 바와 같이 함께 작동한다.

도 7g는 하나 이상의 원격조정 멀티-기기, 단일 신체 개구 컴퓨터 지원 장치(1161) 및 하나 이상의 원격조정 단일-기기 컴퓨터 지원 장치(1162)가 여기에 기술된 바와 같이 수술 테이블(1100)과 함께 작동하도록 결합될 수 있음을 도시하고 있다. 컴퓨터 지원 장치(1161, 1162)의 각각은 직접 또는 다른 구조부를 통해, 여기에 기술된 다양한 방식으로 기계적으로 접지될 수 있다.

도 3은 일부 실시예에 따른 컴퓨터 지원 의료 시스템의 운동학 모델(300)의 단순도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 운동학 모델(300)은 많은 소스 및/또는 장치와 연관된 운동학 정보를 포함할 수 있다. 이러한 운동학 정보는 컴퓨터 지원 의료 장치 및 수술 테이블의 링크 및 조인트에 대한 공지된 운동학 모델에 기초할 수 있다. 이러한 운동학 정보는 또한 컴퓨터 지원 의료 장치 및 수술 테이블의 조인트의 위치 및/또는 방향과 연관된 정보에 기초할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 조인트의 위치 및/또는 방향과 연관된 정보는 프리즘 조인트의 선형 위치 및 회전 조인트의 회전 위치를 측정하는, 인코더와 같은, 하나 이상의 센서로부터 유도될 수 있다.

이러한 운동학 모델(300)은 다수의 좌표 프레임 또는 좌표계 및, 좌표 프레임의 하나로부터 좌표 프레임의 다른 것으로 위치 및/또는 방향을 변환하기 위한 동종 변환과 같은 변환을 포함하고 있다. 일부 예에서, 운동학 모델(300)은 도 3에 포함된 변환 링크에 의해 표시된 순방향 및/또는 반전/역방향 변환을 구성함으로써 좌표 프레임중 임의의 다른 것에서 좌표 프레임중 하나의 위치 및/또는 방향의 순방향 및/또는 역방향 맵핑을 허용하도록 사용될 수 있다. 일부 예에서, 변환이 행렬 형태로 동종 변환으로서 모델화될 때, 이러한 구성은 행렬 승산을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 좌표 기준 프레임을 이러한 운동학 체인의 하나 이상의 포인트에 부착하고 운동학 모델(300)의 하나의 기준 프레임으로부터 다른 프레임으로 변환하기 위해 Denavit-Hartenberg 파라미터 및 컨벤션을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 운동학 모델(300)은 도 2의 컴퓨터 지원 장치(210) 및 수술 테이블(280)의 운동학 관계를 모델화하는데 사용될 수 있다.

운동학 모델(300)은 수술 테이블(170) 및/또는 수술 테이블(280)과 같은, 수술 테이블의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 테이블 베이스 좌표 프레임(305)을 포함하고 있다. 일부 예에서, 이러한 테이블 베이스 좌표 프레임(305)은 수술 테이블과 연관된 기준점 및/또는 방향에 대한 수술 테이블의 다른 점을 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기준점 및/또는 방향은 테이블 베이스(282)와 같은, 수술 테이블의 테이블 베이스와 연관될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 베이스 좌표 프레임(305)은 컴퓨터 지원 시스템을 위한 글로벌 좌표 프레임으로서 사용되기에 적합할 수 있다.

운동학 모델(300)은 테이블 상부(284)와 같은, 수술 테이블의 테이블 상부를 나타내는 좌표 프레임에서의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 테이블 상부 좌표 프레임(310)을 더 포함하고 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)은 회전 센터 또는 이소센터(286)와 같은, 테이블 상부의 이소 센터에 센터링될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 z축은 수술 테이블이 놓인 표면 또는 플로어에 대해 수직으로 및/또는 테이블 상부의 표면에 직교하는 방향을 가질 수 있다. 일부 예에서, 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 x축과 y축은 테이블 상부의 종방향(상하) 및 측방향(좌우) 주축을 포착하도록 배향될 수 있다. 일부 예에서, 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 테이블 베이스 좌표 프레임(305) 상의 위치 및/또는 방향을 맵핑하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 관절식 구조부(290)와 같은, 수술 테이블의 관절식 구조부의 하나 이상의 운동학 모델은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)을 결정하는데 사용된다. 일부 예에서, 도 2의 실시예와 일치하여, 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)이 수술 테이블과 연관된 높이, 틸트, 트렌델렌부르크, 및/또는 슬라이드 세팅의 합성 효과를 모델화한다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치(110) 및/또는 컴퓨터 지원 장치(210)와 같은 컴퓨터 지원 장치의 위치 및/또는 방향을 모델화하는데 사용될 수 있는 장치 베이스 좌표 프레임을 더 포함하고 있다. 일부 예에서, 장치 베이스 좌표 프레임(320)은 컴퓨터 지원 장치와 연관된 기준점 및/또는 방향에 대해 컴퓨터 지원 장치의 다른 포인트를 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기준점 및/또는 방향은 이동 카트(215)와 같은, 컴퓨터 지원 장치의 장치 베이스와 연관될 수 있다. 일부 예에서, 장치 베이스 좌표 프레임(320)은 컴퓨터 지원 시스템에 대한 글로벌 좌표 프레임으로서 사용되기에 적합할 수 있다.

수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이의 위치 및/또는 방향 관계를 추적하기 위해, 수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이에 등록을 실행하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 등록은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이에서 등록 변환(325)을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 등록 변환(325)은 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 일부 또는 전체 변환일 수 있다. 이러한 등록 변환(325)은 수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이의 구조적 배열에 기초하여 결정된다.

컴퓨터 지원 장치가 테이블 상부(1102)에 장착된 도 7d 및 도 7f의 예에서, 등록 변환(325)은 테이블 베이스-테이블 상부 좌표 변환(315)으로 결정되고 컴퓨터 지원 장치가 테이블 상부(112)에 어디에 장착되는지를 안다.

이러한 컴퓨터 지원 장치가 플로어에 배치되거나 벽 또는 천장에 장착되는 도 7a 내지 도 7c, 도 7e 및 도 7f의 예에서, 등록 변환(325)의 결정은 장치 베이스 좌표 프레임(320) 및 테이블 베이스 좌표 프레임(305)을 일부 제한함으로써 단순화된다. 일부 예에서, 이러한 제한은 장치 베이스 좌표 프레임(320) 및 테이블 베이스 좌표 프레임(305)이 동일한 수직상향 또는 z축에 일치하는 것을 포함한다. 수술 테이블이 바닥에 위치되었고 (예를 들어, 바닥에 수직인) 방의 벽 및 (예를 들어, 바닥에 평행한) 천장의 상대 방향이 알려져 있다는 가정하에, 공통 수직상향 또는 z 축(또는 적절한 방향 변환)이 장치 베이스 좌표 프레임(320) 및 테이블 베이스 좌표 프레임(305) 모두 또는 적절한 방향 변환에 대해 유지되는 것이 가능하다. 일부 예에서, 공통 z 축 때문에, 등록 변환(325)은 옵션으로, 테이블 베이스 좌표 프레임(305)의 z축에 대한 장치 베이스-테이블 베이스의 회전 관계 만을 모델화할 수 있다(예를 들어, θz 등록). 일부 예에서, 등록 변환(325)은 또한 테이블 베이스 좌표 프레임(305)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 수평 오프셋을 모델화할 수 있다(예를 들어, XY 등록). 이것은 컴퓨터 지원 장치 및 수술 테이블 사이의 수직(z) 관계가 알려져 있기 때문에 가능하다. 따라서, 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)의 테이블 상부의 높이의 변화는 장치 베이스 좌표 프레임(320)의 수직 조정과 유사한데, 그 이유는 테이블 베이스 좌표 프레임(305) 및 장치 베이스 좌표 프레임(320)의 수직축이 동일하거나 거의 동일하여서 테이블 베이스 좌표 프레임(305)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이의 높이의 변화가 서로 적절한 허용오차내에 있기 때문이다. 일부 예에서, 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)에서의 틸트 및 트렌델렌부르크 조정은 테이블 상부(또는 그 이소 센터)의 높이 및 θz 및/또는 XY 등록을 앎으로써 장치 베이스 좌표 프레임(320)에 맵핑될 수 있다. 일부 예에서, 등록 변환(325) 및 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)은 컴퓨터 지원 수술 장치가 구조적으로 그러한 경우가 아닐때도 테이블 상부에 부착된 것처럼 컴퓨터 지원 수술 장치를 모델화하는데 사용될 수 있다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치의 관절식 암의 가장 인접한 포인트와 연관된 공유 좌표 프레임에 대한 적절한 모델로서 사용되는 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)을 더 포함하고 있다. 일부 실시예에서, 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)은 암 장착 플랫폼(227)과 같은, 암 장착 플랫폼 상의 가까운 포인트와 연관될 수 있다. 일부 예에서, 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)의 중심점은 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)의 z축이 암 장착 플랫폼 방향 축(236)과 정렬된 상태에서 암 장착 플랫폼 방향 축(236)에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 장치 베이스-암 장착 플랫폼 좌표 프레임(335)은 장치 베이스 좌표 프레임(320)과 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330) 사이의 위치 및/또는 방향을 맵핑하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 셋업 구조부(220)와 같은, 장치 베이스와 암 장착 플랫폼 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께 장치 베이스-암 장착 플랫폼 좌표 프레임(335)을 결정하는데 사용될 수 있다. 도 2의 실시예와 일치하는 일부 예에서, 장치 베이스-암 장착 플랫폼 좌표 변환(335)은 컴퓨터 지원 장치의 셋업 구조부의 2-파트 컬럼, 쇼울더 조인트, 2-파트 붐, 및 팔목 조인트의 합성 효과를 모델화할 수 있다.

운동학 모델(300)은 컴퓨터 지원 장치의 관절식 암의 각각과 연관된 일련의 좌표 프레임 및 변환을 더 포함하고 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 운동학 모델(300)은 3개의 관절식 암에 대한 좌표 프레임 및 변환을 포함하고 있지만, 당업자는 상이한 컴퓨터 지원 장치가 (예를 들어, 1, 2, 4, 5 이상의) 보다 적은 및/또는 보다 많은 관절식 암을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 2의 컴퓨터 지원 장치(210)의 링크 및 조인트의 구성과 일치하여, 관절식 암의 각각은 관절식 암의 말단부에 장착된 기기의 타입에 따라, 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임, 원격 중심 좌표 프레임, 및 기기 또는 카메라 좌표 프레임을 사용하여 모델화된다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암중 첫번째 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341), 원격 중심 좌표 프레임(342), 기기 좌표 프레임(343), 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(344), 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(345), 및 원격 운동 중심-기기 변환(346)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(344)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 장착 플랫폼과 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초한다.

원격 운동 중심 좌표 프레임(342)은 보통, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 원격 운동 중심(274)과 같은, 매니퓰레이터에 장착된 기기의 원격 운동 중심과 연관되어 있다. 그다음, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(345)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 운동 중심 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 운동 중심이 도 2의 실시예와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(345)은 본질적으로, 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하지 않는 정적 병진 요소와, 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하는 동적 회전 요소를 포함하고 있다.

기기 좌표 프레임(343)은 보통 상응하는 기기(270) 상의 상응하는 엔드 이펙터(276)와 같은, 관절식 암에 장착된 기기 상의 엔드 이펙터 및/또는 기기 상의 포인트와 연관되어 있다. 그다음, 원격 운동 중심-기기 변환(346)은 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 기기, 엔드 이펙터 및 상응하는 원격 운동 중심을 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-기기 변환(346)은 상응하는 샤프트(272)와 같은 샤프트가 원격 운동 중심을 통과하는 방향 및 이러한 샤프트가 원격 운동 중심에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-기기 변환(346)은 기기의 샤프트의 삽입 축이 원격 운동 중심을 통과하는 것을 반영하도록 더 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 축에 대해 샤프트 및 엔드 이펙터의 회전을 처리할 수 있다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암의 제2 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351), 원격 운동 중심 좌표 프레임(352), 기기 좌표 프레임(353; 또는 "기기 기준 프레임(353)"), 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(354), 마운트-원격 운동 중심 변환(355), 및 원격 운동 중심-기기 변환(356)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(351)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(354)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 장착 플랫폼와 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다.

원격 운동 중심 좌표 프레임(352)은 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 운동의 원격 운동 중심(274)와 같은, 관절식 암에 장착된 매니퓰레이터의 원격 운동 중심과 연관되어 있다. 그다음, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(355)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 운동 중심 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 운동 중심이 도 2의 실시예에서와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 대해 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(355)은 본질적으로, 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하지 않는 정적 병진 요소 및 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하는 동적 회전 요소를 포함할 수 있다.

기기 좌표 프레임(353)은 엔드 이펙터 상의 포인트, 기기, 및/또는, 엔드 이펙터(276) 및/또는 상응하는 기기(270) 상의 상응하는 엔드 이펙터(276)와 같은, 관절식 암에 장착된 기기 상의 엔드 이펙터와 연관되어 있다. 그다음, 원격 운동 중심-기기 변환(356)은 과거 및/또는 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 기기, 엔드 이펙터 및 원격 운동 중심을 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-기기 변환(356)은 상응하는 샤프트(272)와 같은, 샤프트가 원격 운동 중심을 통과하는 방향 및, 샤프트가 원격 운동 중심에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-기기 변환(356)은 기기의 샤프트의 삽입축이 원격 운동 중심을 통과하는 것을 반영하기 위해 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 삽입축에 대한 샤프트 및 엔드 이펙터의 회전을 처리할 수 있다.

운동학 모델(300)에서, 관절식 암의 제3 관절식 암의 운동학 관계는 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361), 원격 운동 중심 좌표 프레임(362), 카메라 좌표 프레임(363), 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(364), 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(365), 및 원격 운동 중심-기기 변환(366)을 사용하여 포착된다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)은 매니퓰레이터(260)와 같은 매니퓰레이터와 연관된 위치 및/또는 방향을 나타내기 위한 적절한 모델을 나타낸다. 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)은 보통 상응하는 관절식 암의 매니퓰레이터 마운트(262)와 같은 매니퓰레이터 마운트와 연관되어 있다. 그다음, 암 장착 플랫폼-매니퓰레이터 장착 변환(364)은 상응하는 셋업 조인트(240)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 셋업 조인트(240)와 같은, 암 장착 플랫폼와 상응하는 매니퓰레이터 마운트 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다.

원격 운동 중심 좌표 프레임(362)은 보통 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 운동의 원격 운동 중심(274)와 같은, 관절식 암의 매니퓰레이터의 원격 운동 중심과 연관되어 있다. 그다음, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(365)은 상응하는 조인트(264)의 과거 및/또는 현재 조인트 센서 판독값과 함께, 상응하는 매니퓰레이터(260)의 상응하는 조인트(264), 상응하는 링크(266), 및 상응하는 캐리지(268)와 같은, 상응하는 매니퓰레이터 마운트와 상응하는 원격 운동 중심 사이의 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 상응하는 원격 운동 중심이 도 2의 실시예에서와 같이, 상응하는 매니퓰레이터 마운트에 대해 고정된 위치 관계로 유지되고 있을 때, 매니퓰레이터 마운트-원격 운동 중심 변환(365)은 본질적으로, 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하지 않는 정적 병진 요소 및 매니퓰레이터 및 기기가 작동될 때 변하는 동적 회전 요소를 포함할 수 있다.

카메라 좌표 프레임(363)은 보통 관절식 암에 장착된, 내시경과 같은 이미징 장치와 연관되어 있다. 그다음, 원격 운동 중심-카메라 변환(366)은 과거 및/또는 조인트 센서 판독값과 함께, 이미징 장치 및 상응하는 원격 운동 중심을 이동시키고 및/또는 배향시키는 컴퓨터 지원 장치의 링크 및 조인트의 하나 이상의 운동학 모델에 기초하고 있다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-카메라 변환(366)은 상응하는 샤프트(272)와 같은, 샤프트가 원격 운동 중심을 통과하는 방향 및, 샤프트가 원격 운동 중심에 대해 진행하고 및/또는 후퇴하는 거리를 처리한다. 일부 예에서, 원격 운동 중심-카메라 변환(366)은 이미징 장치의 샤프트의 삽입축이 원격 운동 중심을 통과하는 것을 반영하기 위해 억제될 수 있고 샤프트에 의해 규정된 축에 대한 이미징 장치의 회전을 처리할 수 있다.

일부 실시예에서, 카메라 좌표 프레임(363)과 연관된 이미징 장치는 사용자가 카메라 좌표 프레임(363)으로부터 비디오 스트림을 볼 수 있도록 오퍼레이터 워크스테이션에 비디오를 스트리밍할 수 있다. 예를 들어, 이러한 영상 장치에 의해 포착된 비디오는 도 1의 오퍼레이터 워크스테이션(190)의 디스플레이 시스템(192)에 중계되고 표시될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 이미징 장치는 기기 좌표 프레임(343)과 연관된 기기 및/또는 기기 좌표 프레임(353)과 연관된 기기의 비디오 및/또는 영상을 포착하도록 배향될 수 있다. 기기 좌표 프레임(343)과 연관된 기기 및/또는 기기 좌표 프레임(353)과 연관된 기기는 도 1의 입력 또는 마스터 컨트롤(195)과 같은 컨트롤러를 통해 사용자에 의해 운전될 수 있다. 일부 실시예에서, 기기 및/또는 엔드 이펙터의 직관 조작을 허용하기 위해, 이러한 컨트롤로부터의 사용자 명령은 카메라 좌표 프레임(363)의 좌표계와 상관될 수 있다. 예를 들어, 이러한 컨트롤러를 사용한 상하, 좌우, 및 안팎의 명령은 카메라 좌표 프레임(363)과 관련되어 기기 상하, 좌우, 및 안팎의 이동으로 전환될 수 있다. 상하, 좌우, 및 안팎은 좌표계(363)의 x, y, 및 z 변환 축에 의해 표현될 수 있다. 마찬가지로, 롤, 피치, 및 요 명령에 의해 기기는 카메라 좌표 프레임과 관련하여 롤, 피치, 및 요할 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1의 프로세서(140)와 같은, 하나 이상의 프로세서는 카메라 좌표 프레임(363)으로부터의 사용자 명령을 기기 좌표 프레임(343, 353)의 각각의 명령 및 운동으로 변환할 수 있다. 이러한 변환 명령은 운동학 관계를 통할 수 있다. 예를 들어, 기기 좌표 프레임(343)와 연관된 기기로의 명령은 변환(366)을 사용하여 카메라 좌표 프레임(363)으로부터 운동 기준 프레임(362)의 원격 중심으로, 그다음, 변환(365)을 사용하여 운동 기준 프레임(362)의 원격 중심으로부터 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)으로, 변환(364)을 사용하여 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(361)으로부터 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)으로, 변환(344)을 사용하여 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330)으로부터 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)으로, 변환(345)을 사용하여 매니퓰레이터 마운트 좌표 프레임(341)으로부터 운동 좌표 프레임(342)의 원격 중심으로, 그리고 변환(346)을 사용하여 운동 좌표 프레임(342)의 원격 중심으로부터 기기 좌표 프레임(343)으로 갈 수 있다. 이러한 방식으로, 하나의 기준 프레임에서 알려진 임의의 운동 명령이 하나 이상의 다른 좌표 프레임의 상응하는 명령으로 변환될 수 있다.

상술되고 여기에 더 강조된 바와 같이, 도 3은 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 수정, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 수술 테이블과 컴퓨터 지원 장치 사이의 등록은 대안의 등록 변환을 사용하여 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 장치 베이스 좌표 프레임(320) 사이에서 결정될 수 있다. 대안의 등록 변환이 사용될 때, 등록 변환(325)은 테이블 베이스-테이블 상부 변환(315)의 반전/역방향으로 대안의 등록 변환을 구성함으로써 결정된다. 일부 실시예에 따라, 컴퓨터 지원 장치를 모델화하는데 사용된 좌표 프레임 및/또는 변환은 컴퓨터 지원 장치, 그 관절식 암, 그 엔드 이펙터, 그 매니퓰레이터, 및/또는 그 기기의 링크 및 조인트의 특정 구성에 따라 상이하게 배치될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 운동학 모델(300)의 좌표 프레임 및 변환은 하나 이상의 가상 기기 및/또는 가상 카메라와 연관된 좌표 프레임 및 변환을 모델화하는데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 가상 기기 및/또는 카메라는 이전에 저장되고 및/또는 래치된 기기 위치, 운동으로 인한 기기 및/또는 카메라의 투사, 의사 및/또는 다른 직원에 의해 규정된 기준점 등과 연관될 수 있다.

컴퓨터 지원 장치(110 및/또는 210)와 같은 컴퓨터 지원 장치가 작동되고 있을 때, 목표중 하나는 관절식 암의 하나 이상의 조인트 및/또는 링크로부터 기기, 링크, 및/또는 조인트의 하나 이상의 포인트의 위치로의 교란 및/또는 이동의 전파를 최소화하고 및/또는 제거하는 것이다. 예를 들어, 도 2에서, 조인트(242) 및/또는 링크(246)중 하나 이상에 대한 교란에 의해, 환자(278)의 내측에 있는 동안 엔드 이펙터(276)(엔드 이펙터(276)는 관심의 포인트의 예이다)에 교란이 전파되면 환자(278)가 다칠 수 있다.

컴퓨터 지원 시스템을 위한 하나의 운전 모드에서, 수술 테이블의 하나 이상의 조인트 및 관절식 암의 조인트는 조인트의 운동이 제한되고 및/또는 완전히 금지되도록 서보 제어 및/또는 제동을 사용하여 정위치에 잠금되고 및/또는 유지될 수 있다. 일부 예에서, 이로 인해, 매니퓰레이터의 조인트는 희망의 절차를 달성할 때 다른 조인트로부터의 운동에 의해 교란되지 않도록 기기를 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 매니퓰레이터는 원격 운동 중심을 유지하도록 물리적으로 억제될 수 있고, 이러한 매니퓰레이터를 구성하지 않는 하나 이상의 조인트의 운동에 의해 원치않게 이러한 원격 운동 중심이 이동할 수도 있다. 이러한 예에서, 매니퓰레이터를 구성하지 않는 조인트는 물리적 및/또는 서보 제어 제동 시스템을 통해 정위치에 잠금되는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 운동의 원격 중심의 이동을 허용하는 것이 바람직하여서, 운동의 원격 중심의 위치에 영향을 줄 수 있는 조인트중 하나 이상의 제동 잠금의 해제를 허용하는 경우가 존재할 수 있다.

일부 예에서, 이러한 기기는 시술 동안 환자 안으로 삽입될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기기의 위치는 도 1의 워크-스테이션(190)과 같은 운전자 콘솔에서 의사에 의한 원격조정을 통해 제어될 수 있다. 그러나, 기기가 환자 안으로 삽입되어 있는 동안 관절식 암의 이동을 허용하는 컴퓨터 지원 시스템을 위한 다른 운전 모드를 지원하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 다른 운전 모드는 기기가 환자의 신체 개구 안으로 삽입되지 않을 때의 운전 모드와 비교하여 위험을 증가시킬 수 있다. 일부 예에서, 이러한 위험은 기기가 환자에 상대적으로 이동할 수 있을 때의 환자의 부상, 살균 필드의 파괴, 관절식 암 사이의 충돌 등을 포함할 수 있다.

일반적인 경우에, 이러한 다른 운전 모드는 하나 이상의 조인트의 위치 및/또는 방향의 변화(즉, 이동)를 유발하는 교란을 기기에 근접한 하나 이상의 조인트가 받을 때 환자에 대한 기기의 포인트를 유지하는 목표를 갖는 특징을 가질 수 있다. 기기에 근접한, 교란 조인트로 부를 수 있는 하나 이상의 조인트의 교란이 기기의 위치를 변동시키기 때문에, 교란된 조인트의 이동에 의해 유발된 기기의 이동을 보상하는 하나 이상의 제2 또는 보상 조인트의 이동을 도입하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 교란의 정도 및 보상량의 결정은 이러한 교란이 수술 테이블 또는 환자의 이동과 연관되어 있는지 여부, 또는 이러한 교란이 기기를 제어하는데 사용된 관절식 암에 국한되어 있는지 여부와 같은, 교란의 타입 및 속성에 따라 다르다.

기기의 위치를 유지하는 이러한 다른 동작 모드와 연관된 교란은 기기 및/또는 엔드 이펙터의 위치가 로컬 좌표 프레임에서 감시되도록 환자가 이동하고 있을 때 발생할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 교란은 수술 테이블에 대한 환자의 이동 도는 수술 테이블의 관절식 구조부의 운동(즉, 테이블 이동)의 운동을 허용함으로써 유발된 교란을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 일반적으로, 환자에 대한 기기의 위치가 변하지 않도록 관절식 암과 기기가 환자와 함께 이동하도록 하는 것이 바람직하다. 일부 예에서, 이것은 환자가 이동함에 따라 관절식 암의 하나 이상의 조인트를 해제 및/또는 잠금해제하고 신체 개구의 환자의 신체 벽이 기기 및 운동의 원격 중심을 드래그할 수 있도록 하는 단계를 포함할 수 있는 기기 드래깅을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 운동의 원격 중심이 이동함에 따라 이러한 운동의 원격 중심에 대한 기기의 방향은 변하기 시작하여 환자에 대한 기기의 위치 사이에 변화가 나타날 수 있다. 수술 테이블 운동 동안 시술의 능동적인 지속을 허용하는 시스템의 예는 2015년 3월 17일에 출원된 "System and Method for Integrated Surgical Table" 표제의 미국 특허 가출원 번호 62/134,207 및 동시에 출원된, ISRG006930PCT / 70228.498WO01 대리인 번호를 갖는 "System and Method for Integrated Surgical Table" 표제의 PCT 특허 출원에 보다 상세하게 기술되어 있고, 양측 모두가 여기에 언급되어 전체가 통합되어 있다.

도 4a 및 도 4b는 2개의 상이한 관점에서의 카메라 뷰(400)의 예를 도시하고 있다. 도 4a는 오버헤드 사시도이고, 영상 장치(410)의 센서의 사시도이다. 도 4b의 관점의 카메라 뷰(400)는 영상 장치(410)로부터의 스트리밍 이미지 포착을 수신하는, 도 1의 오퍼레이터 워크-스테이션(190)의 디스플레이 시스템(192)과 같은 디스플레이로부터 볼 수 있다. 일부 실시예에서, 영상 장치(410)는 내시경이고, 도 1의 관절식 암(102) 및/또는 도 2의 관절식 암과 같은 관절식 암에 의해 제어된다. 도 4a에서, 카메라 뷰(400)는 영상 장치(410)에 대한 초점 영역과 시야의 예를 나타낼 수 있는 점선에 의해 도시되어 있다. 도 4b에서, 카메라 뷰(400)의 예가 도 1의 오퍼레이터 워크-스테이션(190)의 디스플레이 시스템(192)과 같은, 디스플레이 상의 영상 장치(410)로부터의 비디오 스트림을 보는 사용자의 관점으로 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 영상 장치(410)에 의해 제공된 비디오 스트림은 입체적일 수 있다. 영상 장치(410)는 입체 비디오 스트림을 제공하기 위한 하나 이상의 센서를 사용할 수 있다. 이러한 방식으로, 운전자는 도 1의 컴퓨터 지원 시스템(100)과 같은 시스템을 사용할 때 깊이감을 가질 수 있다. 카메라 좌표 프레임(411)은 영상 장치(410)의 좌표 프레임을 도시하고 있다. 도 4a에서, 카메라 좌표 프레임(411)은 Y축(도시되지 않음)이 페이지의 안팎으로 들어가는 카메라 좌표 프레임(411)의 Z1 및 X1 축을 도시하고 있다. 도 4b에서, Z1축(도시되지 않음)이 페이지의 안팎으로 들어가는 카메라 좌표 프레임(411)의 Y1 및 X1 축이 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 카메라 좌표 프레임(411)은 도 3의 카메라 좌표 프레임(363)일 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 또한 도 1의 관절식 암(102) 및/또는 도 2의 관절식 암과 같은, 하나 이상의 관절식 암에 의해 제어되는 기기(420, 430)를 포함하고 있다. 기기(420, 430)는 카메라 뷰(400) 안에 있을 수 있고, 도 1의 입력 컨트롤(195)과 같은 컨트롤을 사용하여, 그리고 도 4b의 관점에서 기기(420, 430)를 보면서 하나 이상의 사용자 또는 운전자에 의해 조작될 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 상이한 관점의, 기기(420, 430)의 좌표 프레임(421, 431)을 각각 도시하고 있다. 일부 예에서 좌표 프레임(421, 431)은 도 3의 기기 좌표 프레임(343, 353)과 동일할 수 있다.

기기(420, 430)를 원격조정하는 사용자가 카메라 뷰(400)의 도 4b의 관점에서 기기를 볼 수 있기 때문에, 사용자 명령이 카메라 기준 프레임(411)에서 실행되는 것이 도움이 될 수 있다. 카메라 좌표 프레임(411)에 제공된 임의의 명령은 도 3의 운동학 모델(300)과 같은 운동학 모델을 사용하여 기기의 좌표 프레임(421, 431)의 명령으로 전환될 수 있다. 이러한 방식으로, 상하는 카메라 뷰와 관련되어 있고, 이것은 대략 사용자의 시선에 있을 수 있다. 기기(420, 430)를 상하로 이동시키는 사용자 명령은 카메라 좌표 프레임(411)의 X1 축을 따른 기기 이동으로 전환될 수 있다. 마찬가지로, 다른 병진 운동을 위한 사용자 명령은 카메라 좌표 프레임(411)의 Y1 및 Z1 축을 따를 수 있다. 일부 실시예에서, 롤, 피치, 및 요와 같은 회전 운동을 위한 명령 역시 카메라 좌표 프레임(411)으로부터 기기의 좌표 기준 프레임(421, 431)으로 전환될 수 있다.

일부 실시예에서, 카메라 좌표 프레임(411)은 물리적 영상 장치(410)로부터 분리될 수 있다. 예를 들어, 카메라 좌표 프레임(440)은 영상 장치(410)의 이동(441) 전의 영상 장치(410)의 이전 위치에 대한 저장된 카메라 좌표 프레임일 수 있다. 카메라 좌표 프레임(440)의 위치는 도 1의 메모리(15)와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장될 수 있다. 일부 예에서, 좌표 프레임(440)은 도 3의 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330), 테이블 상부 좌표 프레임(310), 원격 운동 중심 좌표 프레임(342) 등과 같은, 기준 좌표 프레임으로부터의 변환으로서 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 카메라 좌표 프레임(440)은 하나 이상의 조인트의 위치에 기초하여 관절식 암의 구성으로서 저장될 수 있다.

카메라 좌표 프레임(440)을 실제 카메라로부터 분리되게 하는 것은 기기 운동이 좌표 프레임(440)과 관련하여 결정될 때 유리할 수 있다. 예를 들어, 기기(420, 430)의 위치가 카메라 좌표 프레임(411)과 관련하여 명령되었고 카메라 좌표 프레임(411)이 영상 장치(410)에 고정되었다면, 영상 장치(410)로의 원치않는 교란이 기기(420, 430)로의 원치않는 교란으로 변환될 것이다. 대신에, 기기(420, 430)의 위치가 카메라 좌표 프레임(440)과 같은, 저장된 좌표 프레임과 관련하여 명령된다면, 이러한 문제는 카메라 좌표 프레임(440)이 영상 장치(410)의 임의의 이동과 잠재적으로 독립적인 저장된 좌표 프레임이기 때문에 일어나지 않을 것이다.

일부 실시예에서, 도 3의 테이블 상부 좌표 프레임(310), 원격 운동 좌표 프레임(342) 등과 같은, 기준 프레임과 관련하여 카메라 좌표 프레임(440)을 래치하는 것이 유리할 수 있다. 카메라 좌표 프레임(440)은 기준 프레임이 이동할 때, 카메라 좌표 프레임(440) 역시 기준 좌표 프레임과 관련하여 거리, 방향, 및/또는 위치를 이동시키고 유지하도록 기준 좌표 프레임에 관련하여 래치될 수 있다. 예를 들어, 카메라 좌표 프레임(440)이 도 3의 테이블 상부 좌표 프레임(310)과 관련하여 래치된다면, 이러한 테이블 상부가 물리적으로 위로 이동될 때(테이블 상부 좌표 프레임이 이동된다), 카메라 좌표 프레임(440) 역시 위로 이동할 것이다. 마찬가지로, 테이블 상부가 회전되면, 카메라 좌표 프레임(440) 역시 이러한 테이블과 동일한 축을 따라 회전할 수 있다. 아래에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 이것은 테이블 이동을 허용할 때 유리하다. 일부 실시예에서, 원격 운동 중심 좌표 프레임(342)과 같이, 테이블 운동이 다른 좌표 프레임의 이동으로 변환하지 않는 상황이 존재할 수 있기 때문에 테이블 운동 동안 카메라 좌표 프레임(440)을 테이블 상부 좌표 프레임에 래치하는 것이 유리할 수 있다.

일부 실시예에서, 사용자는 카메라 좌표 프레임(440)을 영상 장치(410) 및 카메라 좌표 프레임(411)과 함께 이동하고 및/또는 재정렬하는 옵션을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 영상 장치(410)가 카메라 좌표 프레임(440)으로부터 너무 멀리 표류하여 기기 이동이 사용자에게 덜 직관적이게 될 때, 사용자는 카메라 좌표 프레임(440)을 리셋할 수 있다.

상술된 바와 같이, 컴퓨터 지원 장치(110 및/또는 210)와 같은 컴퓨터 지원 장치가 동작되고 있을 때, 수술 테이블(170 및/또는 280)과 같은 수술 테이블의 운동이 허용되는 동안 기기 및/또는 엔드 이펙터를 계속 제어할 수 있는 것이 바람직할 것이다. 일부 예에서, 이로 인해, 수술 테이블 운동과 같은 보다 적은 시간을 소비하는 절차는 환자 안으로 삽입되는 기기를 제거할 필요없이 일어날 수 있다. 일부 예에서, 이로 인해 보다 최적의 수술 테이블 포즈를 얻기 위해 수술 테이블 운동이 일어나는 동안 의사 및/또는 다른 의료진이 해부학적 구조 이동을 감시할 수 있다. 일부 예에서, 또한, 이로 인해 수술 테이블 운동 동안 시술을 능동적으로 지속할 수 있다.

도 5는 관절식 암의 하나 이상의 조인트가 외부 힘에 의해 이동되고 있는 동안 관절식 암 상의 엔드 이펙터에 대한 직관적인 제어를 유지하기 위한 방법(500)예의 단순도이다. 일부 실시예에 따라, 방법 500은 적어도 일부, 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 도 1의 제어 유닛(130)의 프로세서(140))에서 실행될 때 이러한 하나 이상의 프로세서가 프로세스 510-595중 하나 이상을 실행하도록 할 수 있는 비임시, 유형, 기계 판독가능 매체에 저장된 실행가능한 코드의 형태로 구현될 수 있는 프로세스 510-595의 하나 이상을 포함할 수 있다.

프로세스 510에서, 영상 장치를 위한 좌표 프레임 및/또는 구성이 도 1의 메모리(150)와 같은 메모리에 저장되어 가상 좌표 프레임을 생성할 수 있다. 이러한 가상 좌표 프레임은 하나 이상의 행렬의 형태 등으로 동종 변환을 표현할 수 있는 임의의 적절한 데이터 구조에 저장될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 영상 장치를 제어하는 관절식 암에 대한 운동학 모델에 기초한 변환의 형태로 메모리에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 관절식 암의 하나 이상의 운동학 모델을 사용하여 변환이 재계산될 수 있는 관절식 암 상의 조인트 각도, 위치 및/또는 구성으로서 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 도 3의 암 장착 플랫폼 좌표 프레임(330) 및/또는 장치 베이스 좌표 프레임(320)과 같은, 기준 좌표 프레임과 관련된 위치 및 방향으로서 메모리에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 브레이크 해제 전 또는 하나 이상의 관절식 암에 대한 하나 이상의 조인트가 부동 상태로 설정되기 전과 같은, 특정 시점에서의 영상 장치의 위치에 기초할 수 있다. 부동 상태로 설정된 조인트는 일반적으로 부동 조인트로서 부를 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임의 다수의 카피가 저장되어 각각의 가상 좌표 프레임은 특정 관절식 암 및/또는 상이한 관절식 암에 대한 다수의 상황과 관련되어 수정될 수 있다. 예를 들어, 다수의 기기를 단일 영상 장치의 뷰 안에서 제어하는 다수의 관절식 암이 존재할 수 있다. 이러한 다수의 관절식 암의 각각은 상이한 방식으로 위치될 수 있고, 관절식 암의 원격 운동 중심과 같이, 관절식 암과 관련되고 각각의 관절식 암에 대한 메모리에 저장된 하나 이상의 가상 카메라 좌표 프레임이 존재할 수 있다. 이러한 가상 카메라 좌표 프레임은 관절식 암중 하나 이상으로의 운동에 기초하여 수정될 수 있다.

프로세스 520에서, 엔드 이펙터 및/또는 기기를 잡고 있는 관절식 암(이후로 "기기 암")에 대한 부동 조인트 세트를 구성하는 하나 이상의 조인트가 부동 상태에 놓일 수 있다. 조인트가 부동 상태로 설정될 때, 부동 조인트는 힘이 들어올 때 자유롭게 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 영상 장치에 대한 관절식 암(이후로 "영상 암") 역시 부동 상태로 놓이는 조인트 세트를 가질 수 있다. 이러한 부동 조인트는, 부동 상태에 있을 때, 중력 보상되어 중력에 의한 하나 이상의 조인트로의 이동이 방지되고 감소될 수 있다. 도 2에 따라, 셋업 조인트(240)는 기기 암 및/또는 영상 암에 대한 부동 조인트 세트를 구성할 수 있다.

일부 예에서 이러한 부동 조인트 세트는 물리적 운동 피드백을 받을 수 있다. 일부 예에서, 이러한 물리적 운동 피드백은 도 2의 수술 테이블(280)과 같은, 장치에 의해 간접적으로 유발될 수 있다. 예를 들어, 관절식 암의 원격 운동 중심이 환자의 신체 개구에 놓일 수 있다. 이러한 환자는 이러한 수술 테이블에 안착되어 테이블이 이동할 때 환자가 이동될 수 있다. 이러한 환자의 이동에 의해 환자의 신체 개구가 이동하여, 간접적으로 관절식 암으로의 이동을 유발한다. 그다음, 이러한 힘에 의해 조인트 세트의 부동 조인트의 하나 이상이 이동할 수 있다. 이것은 때로 기기 드래깅(dragging)으로 부른다.

그러나, 이러한 부동 조인트는 다른 소스로부터 운동 피드백을 받을 수 있다. 일부 예에서, 이러한 물리적 운동 피드백의 소스는 관절식 암을 밀고 및/또는 당기는 운전자로부터 나올 수 있다. 예를 들어, 운전자는 관절식 암의 원격 운동 중심을 당겨 부동 조인트 세트가 물리적 운동 피드백을 받을 수 있다. 일부 예에서, 운전자는 환자가 이동되고 있는 동안 환자와 관련하여 하나 이상의 관절식 암을 안정화시키도록 도울 수 있다. 당업자중 하나는 여기에서 모두 고려되는, 부동 조인트의 위치 및/또는 방향의 변화를 유발할 수 있는 다수의 물리적 운동 피드백의 소스가 존재한다는 것을 인식할 것이다.

방법 500에 대한 다음의 예에서, 이러한 물리적 운동 피드백을, 관절식 암과 임의의 방식으로 연통식 연결되고 및/또는 등록되는 이동 수술 테이블과 관련하여 설명한다. 예를 들어, 도 1에서, 수술 테이블(170)은 제어 유닛(130) 및 장치(110)를 통해 암(120)에 연통식 결합되어 있다. 그러나, 당업자는 대상이 관절식 암과 임의의 방식으로 연통식 연결되고 및/또는 등록되는지에 관계없이 관절식 암을 대상이 직간접으로 이동시키는 임의의 상황에 방법 500이 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 수술 테이블로부터의 일부 연통을 사용하는 방법 500의 임의의 프로세스는 방법 500이 등록되지 않은 대상에 적용될 때 무시/생략될 수 있다. 또한, 관절식 암이 수술 테이블에 의해 이동되는 대신에, 관절식 암은 다른 교란에 의해 이동될 수 있다.

프로세스 530에서, 수술 테이블과 같은 대상은 기기 암 및/또는 영상 암의 부동 조인트중 하나를 직간접으로 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 수술 테이블은 상하, 좌우, 전후, 틸트, 트렌델렌부르크, 슬라이드, 롤, 피치, 요 등과 같은, 이동에 대한 다수의 자유도를 가질 수 있다. 이러한 테이블 이동은 도 1의 제어 유닛(130)과 같은 컨트롤러에 의해 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 컨트롤러는 사용자 입력에 기초하여 테이블의 이동을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 컨트롤러는 사전 프로그램된 테이블 이동에 기초하여 테이블을 이동시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 수술 테이블은 이러한 테이블에 안착하고 있는 환자를 이동시키도록 구성될 수 있다. 상기 예가 부동 조인트를 직간접으로 운동시키는 수술 테이블이지만, 다른 실시예에서, 다른 장치 및/또는 대상이 관절식 암을 직간접으로 운동시킬 수 있다.

프로세스 540에서, 테이블 이동에 의해 유발된 기기 암 및/또는 영상 암의 하나 이상의 부동 조인트의 운동이 검출된다. 일부 실시예에서, 이러한 기기 암 및/또는 영상 암은 기기 암 및/또는 영상 암의 원격 운동 중심을 환자 신체 개구에 배치할 수 있다. 프로세스 530의 이동은 기기 암 및/또는 영상 암의 원격 운동 중심을 이동시켜 각각의 암의 부동 조인트중 하나를 교란시킨다. 일부 실시예에서, 이러한 운동의 원격 중심의 이동은 기기 드래깅을 유발하는 환자를 이동시키는 수술 테이블과 같이 간접적일 수 있다. 제어 유닛(130)과 같은 제어 유닛은 이러한 기기 암 및/또는 영상 암의 부동 조인트의 하나 이상이 이동하였음의 표시를 수신한다. 이러한 표시는 조인트 위치지정 데이터를 제공하는 부동 조인트의 센서로부터 나올 수 있다.

일부 실시예에서, 검출된 운동은 로컬 좌표 프레임으로부터 프로세스 510 동안 생성된 가상 좌표 프레임으로 변환된다. 일부 실시예에서, 이러한 변환된 운동은 가상 좌표 프레임에서 병진 및 회전 운동과 같은 상이한 성분으로 분리될 수 있다.

프로세스 550에서, 수술 테이블로부터의 운동 판독값, 데이터 및/또는 리포트는 수신되어 가상 좌표 프레임으로 변환된다. 이러한 변환된 운동은 일단 가상 좌표 프레임으로 변환되면, 병진 및 회전 성분으로 분리될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 따라, 테이블 상부 좌표 프레임(310)은 테이블의 이동에 기초하여 변할 수 있다. 이러한 변화 또는 이동은 좌표 프레임(310)으로부터 원격 운동 중심 좌표 프레임(342)과 같은 다른 좌표 프레임으로 변환될 수 있다. 이동을 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 기준 프레임으로부터 원격 운동 중심 좌표 프레임(342)으로 변환하는 것은 도 3에 따라, 변환(325, 344, 345)을 통해 결정된다. 그다음, 이러한 테이블의 이동은 프로세스 510에서 저장된 변환을 사용하여 원격 운동 중심의 좌표 프레임으로부터 가상 좌표 프레임(도시되지 않음)으로 변환된다.

일부 실시예에서, 이러한 방법 500의 프로세스는 생략될 수 있다. 예를 들어, 프로세스 550은 수술 테이블 또는 다른 대상이 운동 판독값을 제공 및/또는 보고하지 않거나 부정확한 판독값을 제공할 때 생략될 수 있다.

일부 실시예에서, 프로세스 540 또는 550은 적절한 운동 데이터가 하나 또는 다른 운동/위치지정 데이터로부터 유도될 때 생략될 수 있다. 예를 들어, 이러한 수술 테이블은 기기 암 및/또는 영상 암에 대해 완벽한 등록을 가질 수 있다. 일부 예에서, 수술 테이블이 부동 암과 동일한 자유도 또는 운동을 가질 때, 조인트 위치지정 데이터는 충분할 수 있다.

옵션의 프로세스 560에서, 기기 암은 수술 테이블의 운동을 추적하고 보상하기 위해, 부동 조인트와 상이할 수 있는, 조인트의 제2 세트를 사용하여, 엔드 이펙터 상의 포인트 및/또는 원격 운동 중심과 같은, 기기 암의 관심의 포인트를 이동시킬 수 있다. 이러한 조인트의 제2 세트 역시 기기 암의 보상 조인트로 부를 수 있다. 보상 조인트는 일반적으로 다른 운동에 대해 구동되거나 보상할 수 있는 조인트를 가리킬 수 있다. 일부 경우에, 이러한 보상 조인트는 부동 조인트로부터 상호 배타적일 수 있다. 다수의 보상 조인트는 보상 조인트의 세트 및/또는 보상 조인트 세트로 부를 수 있다. 이것은 부동 조인트가 수술 테이블과 관련하여 하나 이상의 운동 자유도가 결여되어 있을 때 유리할 수 있다. 예를 들어, 부동 조인트는 수술 테이블이 이동될 때 수술 테이블 및/또는 환자에 대해 방향을 유지하기 위해 운동, 기기, 및/또는 엔드 이펙터의 원격 운동 중심을 회전 및/또는 병진시킬 수 없다. 기기 암이 이동되는 환자와 관련하여 이동할 수 없을 때, 기기 샤프트 및/또는 엔드 이펙터는 환자에 대해 이동할 수 있어 환자 및/또는 기기를 다치게 할 수 있다.

일부 예에서, 제2 조인트 세트는 테이블 운동 데이터를 테이블 좌표 프레임으로부터 관심의 포인트의 좌표 프레임으로 변환함으로써(변환된 운동 데이터), 회전 운동과 같은, 부동 조인트가 이동시킬 수 없는 변환된 운동 데이터의 부분을 분리함으로써, 그리고 병진된 운동 데이터의 분리된 부분에 기초하여 이동하도록 제2 조인트 세트를 구동함으로써 부동 조인트의 운동 부족을 보상할 수 있다.

예를 들어, 도 3에 따라, 테이블 상부 좌표 프레임(310)의 이동은 원격 운동 중심 좌표 프레임(342)으로 변환된다. 이러한 부동 조인트가 보상할 수 없는 (원격 운동 중심 좌표 프레임(342)의) 변환된 이동은 변환된 이동으로부터 분리된다. 예를 들어, 이러한 변환된 이동은 행렬로서 표현될 수 있다. 이러한 부동 조인트가 원격 운동 중심을 병진시킬 수 있지만 원격 운동 중심을 회전시킬 수 없을 때, 병진 이동을 나타내는 행렬의 부분은 제로 아웃되고 행렬의 회전 부분만 남는다. 이것은, 실제로, 변환된 이동을 회전 이동만으로 이격한다. 그다음, 이러한 조인트는 이격된 변환된 이동에 기초하여 원격 운동 중심을 이동시키도록 구동된다.

마찬가지로, 영상 장치 역시 수술 테이블의 운동을 추적하기 위해 제2 조인트 세트를 사용하여, 원격 운동 중심 및/또는 영상 장치와 같은, 영상 암의 관심의 포인트를 이동시킬 수 있다. 이러한 방법은 운동이 영상 장치와 관련된 좌표 프레임, 예를 들어, 원격 운동 중심 좌표 프레임(352)으로 변환될 것이라는 것을 제외하면, 기기 암과 동일할 것이다. 이러한 방식으로, 기기 암의 기기는 테이블 및 영상 암의 영상 장치에 대해 이들의 방향을 유지한다. 그 결과, 영상 장치에 의해 제공된 영상을 통해 기기를 보는 운전자는 환자 장기가 이동하는 것을 볼 것이지만 기기, 카메라 및 환자는 테이블 상부와 고정된 방식으로 이동하여 고정 및/또는 비교적 고정된 것으로 보일 수 있다. 이것은 전체 카메라 및 기기가 서로 및/또는 테이블 상부와 일직선을 이루거나 거의 일직선을 이루어 이동할 수 있기 때문이다.

프로세스 570에서, 가상 좌표 프레임이 기기 암의 이동과 관련하여 이동된다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 원격 운동 중심과 같은, 기기 암 상의 관심의 포인트와 관련하여 이동된다.

일부 예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 기기 암의 원격 운동 중심과 같은, 관심의 포인트에 연결되어 있다. 이러한 방식으로, 기기 암의 관심의 포인트가 테이블에 의해 이동되고 및/또는 이동되어 테이블 운동을 보상한다. 이러한 가상 좌표 프레임은 이러한 가상 좌표 프레임을 원격 운동 중심과 연결하는 강성 물체가 존재하는 것처럼 관심의 포인트와 관련하여 이동된다.

일부 예에서, 이러한 가상 좌표 프레임의 위치지정은 조인트 운동 데이터를 사용하여 관심의 포인트를 추적하도록 이동된다. 예를 들어, 이러한 가상 좌표 프레임은 프로세스 540에서의 조인트 위치지정 데이터의 가상 좌표 프레임의 좌표 프레임으로의 변환에 기초하여 이동된다.

마찬가지로, 이러한 가상 좌표 프레임의 위치지정은 수술 테이블 운동 데이터를 사용하여 관심의 포인트를 추적하도록 이동된다. 예를 들어, 이러한 가상 좌표 프레임은 프로세스 550에서의 테이블 운동 데이터의 가상 좌표 프레임의 좌표 프레임으로의 변환에 기초하여 이동된다.

일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 조인트 운동 데이터와 테이블 운동 데이의 조합을 사용하여 이동될 수 있다. 예를 들어, 가상 좌표 프레임으로 변환된 프로세스 540의 조인트 운동 데이터 및, 이러한 가상 좌표 프레임으로 변환되고 부동 암에서 결여된 운동 자유도에 대해 이격된 프로세스 550의 테이블 운동이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 테이블 운동으로부터의 이격된 운동은 가상 좌표 프레임에서 회전 이동일 수 있다.

일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 테이블 상부와 같은, 다른 관심의 포인트의 이동과 관련하여 이동된다. 이러한 가상 좌표 프레임은 테이블 상부와 관련하여 가상 좌표 프레임의 위치를 변경하기 위해 테이블 운동 데이터를 사용한다. 이것은 테이블이 실질상 관절식 암의 원격 운동 중심의 상당량을 도입하지 않고 방향을 변경할 수 있을 때 유용할 수 있다. 예를 들어, 이소센터 운동.

이러한 테이블 및/또는 부동 조인트의 이동에 기초하여 가상 좌표 프레임을 이동시킴으로써, 가상 좌표 프레임은 영상 장치에 대해 좌표 프레임의 정확한 예측된 위치를 유지한다. 기기를 조작하는 사용자가 영상 장치를 통해 기기를 볼 수 있고 가상 좌표 프레임이 영상 장치의 위치의 좋은 예측자이기 때문에, 사용자는 가상 좌표 프레임을 사용하여 적용된 기기 운동 명령과 영상 장치의 실제 좌표 프레임을 사용하여 적용된 기기 운동 명령 사이의 차이를 구별할 수 없다. 이것은 영상 장치가 가상 좌표 프레임과 함께 완벽하게 위치지정되고 및/또는 배향되지 않을 때에도, 영상 장치의 기준 프레임에서 기기 운동 명령을 효과적으로 근사화한다.

그러나, 이러한 가상 좌표 프레임이 영상 장치로부터 너무 멀리 표류하여 이러한 명령이 더 이상 영상 장치의 좌표 프레임에 있지 않다고 사용자가 말할 수 있는 경우에, 사용자는 가상 좌표 프레임의 위치를 영상 장치의 실제 위치로 리셋할 수 있다.

프로세스 580에서, 기기 암의 엔드 이펙터 및/또는 기기를 이동시키는 명령이 수신될 수 있다. 이러한 기기 운동 명령은 입력 컨트롤(195)과 같은 입력 컨트롤을 조작하는 사용자로부터 나올 수 있다. 일부 예에서, 이러한 기기 운동 명령은 테이블 운동 동안 수신될 수 있다.

프로세스 590에서, 580에서의 명령이 도 3의 운동학 모델과 같은 운동학 모델을 사용하여 가상 좌표 프레임의 이동 명령으로부터 기기 및/또는 엔드 이펙터의 좌표 프레임으로 변환된다. 일부 예에서, 기기 암에 대한 보상 조인트 변화가 기기 및/또는 엔드 이펙터의 좌표 프레임의 이동 명령에 기초하여 결정된다. 일부 예에서, 이러한 기기 및/또는 엔드 이펙터의 좌표 프레임의 이동 명령은 이러한 엔드 이펙터의 좌표 프레임으로부터 보상 조인트의 각각과 연관된 하나 이상의 로컬 좌표 프레임으로 맵핑된다. 실제, 이것은 운동 명령을 가상 카메라 좌표 프레임으로부터 기기 및/또는 엔드 이펙터 좌표 프레임으로, 그다음, 엔드 이펙터 좌표 프레임으로부터 기기 암의 보상 조인트와 관련된 이동 명령으로 변환한다. 일부 예에서, 하나 이상의 운동학 모델이 이러한 이동 명령을 이러한 좌표 프레임의 각각으로 변환하는데 사용된다. 일부 예에서, 이러한 보상 조인트는 제1 조인트 세트의 일부가 아닌 매니퓰레이터 및/또는 관절식 암의 조인트중 하나를 포함할 수 있다. 일단 각각의 조인트의 각각의 좌표 프레임에 대한 이동 명령이 결정되면, 이들은 보상 조인트의 각각에 대한 이동을 결정하는데 사용된다. 일부 예에서, 이러한 이동 명령을 보상 조인트의 이동으로 맵핑하는데 역 자코비안이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 이러한 보상 조인트의 이동은 보상 조인트에 적용된 조인트 속도로서 적용될 수 있다.

프로세스 595에서, 조인트의 제2 세트가 프로세스 580에서 결정된 변환된 명령에 따라 기기 및/또는 엔드 이펙터를 이동시키기 위해 구동된다. 일부 실시예에서, 이러한 기기는 테이블이 운동하고 있는 동안 이동되고 및/또는 구동될 수 있다. 일부 실시예에 따라, 프로세스 510-590중 하나 이상이 동시에 실행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 조인트를 구동하는 사용자 명령은 테이블 운동에 기초하여 조인트를 구동하는 명령에 겹쳐, 테이블이 이동하는 동안, 부동 조인트가 이러한 테이블에 의해 이동되고, 보상 조인트 역시 프로세스 580-590에 따라 이동하고 있는 동안 프로세스 560에 따라 이동할 수 있다.

상술되고 여기에 더 강조된 바와 같이, 도 5는 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 수정, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 프로세스 510-595의 하나 이상은 도 5에서 제시한 순서와 상이한 순서로 실행될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스 510-595의 하나 이상은 임의의 순서로 실행되고 및/또는 일부 또는 전체가 병렬로 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 프로세스 510-595는 생략/무시될 수 있다.

도 6은 테이블 운동 동안 관절식 암 상의 엔드 이펙터에 대한 직관적 제어를 유지하기 위한 방법 600의 단순도이다. 일부 예에서, 사용자는 컨트롤러를 사용하여 하나 이상의 관절식 암의 하나 이상의 엔드 이펙터를 작동할 수 있다. 일부 예에서, 이러한 하나 이상의 관절식 암의 엔드 이펙터는 도 1의 관절식 암(120)의 엔드 이펙터일 수 있다. 일부 예에서, 사용자는 도 1의 오퍼레이터 워크스테이션(190)을 통해 엔드 이펙터와 관절식 암을 제어할 수 있다. 일부 예에서, 사용자는 관절식 암 상의 영상 장치로부터의 영상 포착을 표시할 수 있는 디스플레이 시스템(192)을 통해 하나 이상의 엔드 이펙터를 볼 수 있다.

프로세스 610에서, 사용자 컨트롤은 엔드 이펙터를 이동시키는 제어 명령이 영상 장치의 가상 좌표 프레임과 관련하여 실행될 수 있도록 설정되어 있다. 일부 실시예에서, 이러한 가상 좌표 프레임은 도 5의 프로세스 510을 사용하여 생성된다. 일부 예에서, 수신된 사용자 명령은 도 3의 운동학 모델과 같은 운동학 모델을 사용하여 가상 카메라 좌표 프레임의 이동 명령으로부터 기기 및/또는 엔드 이펙터의 좌표 프레임으로 변환된다.

프로세스 620에서, 수술 테이블이 이동되어, 테이블 위에 안착한 환자, 관절식 암, 엔드 이펙터 및/또는 영상 장치를 직간접으로 물리적으로 이동시킬 수 있다. 이러한 수술 테이블 이동은 이러한 테이블을 병진 및/또는 회전시키는 사용자 명령에 응답할 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 관절식 암은 이러한 테이블이 부동 조인트를 직간접으로 이동시킬 수 있도록 부동 상태에 있는 조인트의 세트를 가질 수 있다.

프로세스 630에서, 이러한 엔드 이펙터, 영상 장치 및/또는 가상 좌표 프레임은 수술 테이블이 이동할 때 수술 테이블의 테이블 상부와의 상대적인 거리 및 방향을 유지하도록 이동된다. 예를 들어, 테이블 상부가 위로 이동하면, 프로세스 630에서 엔드 이펙터, 영상 장치 및 가상 좌표 프레임 역시 위로 이동한다. 또한, 테이블 상부가 회전하면, 엔드 이펙터, 영상 장치 및 가상 좌표 프레임은 테이블 상부의 축과 동일한 축을 따라 회전된다. 이러한 방식으로, 영상 장치에 의해 포착된 영상을 보는 사용자는 이동하는 테이블 운동 동안 테이블 상부와의 방향을 유지하지 않는 어떤 것도 인식할 것이다(예를 들어, 불안정한 환자 해부학적 구조). 반대로, 사용자는 테이블 상부 및 이러한 테이블 상부에 억제되거나 이러한 테이블 상부에 고정된 상태로 방향을 유지하는 대상을 인식할 것이다.

일부 예에서, 엔드 이펙터 및 영상 장치로의 이동은 기기 드래깅을 통한 근사값일 수 있다. 일부 예에서, 이러한 엔드 이펙터 및 영상 장치로의 이동은 테이블 운동 동안 테이블 상부에 대한 엔드 이펙터의 상대 위치를 유지하는 하나 이상의 조인트의 보상 이동일 수 있다. 일부 예에서, 가상 좌표 프레임의 이동은 테이블 운동 동안의 테이블 및/또는 테이블 상부 운동에 기초한다. 예를 들어, 이러한 가상 좌표 프레임은 테이블 상부에 대해 래치될 수 있고, 테이블 상부가 이동할 때, 이러한 가상 좌표 프레임 역시 이동되어 테이블 상부와의 방향 및 위치를 유지한다. 프로세스 630은 프로세스 540-570과 같은 도 5의 하나 이상의 프로세스를 구현할 수 있다.

프로세스 640에서, 수술 테이블이 프로세스 620에 따라 이동될 때 가상 좌표 프레임, 엔드 이펙터 및/또는 영상 장치가 수술 테이블과 함께 프로세스 630에 따라 이동할 때, 사용자 컨트롤 및 명령이 가상 좌표 프레임과 관련하여 엔드 이펙터를 이동시키도록 끊임없이 구성된다. 일부 실시예에서, 프로세스 640는 도 5의 프로세스 590-595를 사용하여 구현될 수 있다.

상술되고 여기에 더 강조된 바와 같이, 도 6은 청구범위를 제한하지 않는 예에 불과하다. 당업자는 많은 수정, 대안, 및 수정을 이해할 것이다. 일부 실시예에 따라, 프로세스 610-640의 하나 이상은 도 6에서 제시한 순서와 상이한 순서로 실행될 수 있다. 일부 예에서, 프로세스 610-640의 하나 이상은 임의의 순서로 실행되고 및/또는 일부 또는 전체가 병렬로 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 프로세스 610-640는 생략/무시될 수 있다.

제어 유닛(130)과 같은 제어 유닛의 일부 예는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 프로세서(140))에 의해 실행될 때 이러한 하나 이상의 프로세서가 방법 500의 프로세스를 실행하도록 할 수 있는 실행가능한 코드를 포함하는 비임시, 유형, 기계 판독가능 매체를 포함할 수 있다. 방법 500의 프로세스를 포함할 수 있는 일부 공통 형태의 기계 판독가능 매체는 예를 들어, 플로피 디스크, 플렉시블 디스크, 하드 디스크, 자기 테이프, 임의의 다른 자기 매체, CD-ROM, 임의의 다른 광학 매체, 펀치 카드, 페이퍼 테이프, 구멍의 패턴을 갖는 임의의 다른 물리적 매체, RAM, PROM, EPROM, FLASH-EPROM, 임의의 다른 메모리 칩 또는 카트리지, 및/또는 프로세서 또는 컴퓨터가 판독하도록 구성된 임의의 다른 매체이다.

실시예가 도시되고 설명되어 있지만, 광범위한 수정, 변경 및 대안이 본원에 가능하고 일부 예에서, 이러한 실시예의 일부 특징은 다른 특징의 상응하는 사용 없이 채용될 수 있다. 당업자는 많은 변형, 대안 및 수정을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 다음의 청구범위에 의해서만 제한되어야 하고, 청구범위는 넓게 그리고 여기에 개시된 실시예의 범위와 일치하는 방식으로 해석되는 것이 적절하다.

Claims

컴퓨터 지원 장치이며,
엔드 이펙터를 지지하도록 구성된 제1 관절식 암과,
상기 제1 관절식 암에 결합된 제어 유닛을 포함하고,
상기 제어 유닛은,
상기 엔드 이펙터의 작업 공간의 영상을 포착하는 영상 장치의 가상 좌표 프레임을 결정하고, 상기 가상 좌표 프레임은 상기 영상 장치의 실제 영상 좌표 프레임으로부터 분리되고,
사용자에 의해 조작되도록 구성된 입력 컨트롤로부터 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 제1 기기 운동 명령을 수신하고,
상기 제1 기기 운동 명령에 기초하여 상기 가상 좌표 프레임에 대해 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 상기 제1 관절식 암을 구동하도록 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서,
상기 가상 좌표 프레임은 상기 제1 관절식 암의 하나 이상의 제1 조인트가 부동 모드가 되기 이전에 결정되고,
상기 제어 유닛은 상기 하나 이상의 제1 조인트가 상기 부동 모드가 되게 하도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서,
상기 가상 좌표 프레임은 상기 영상 장치의 포즈에 기초하는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항에 있어서,
테이블의 이동이 상기 영상 장치를 이동시키는,
컴퓨터 지원 장치.
제4항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 테이블로부터 수신된 운동 데이터에 기초하고 상기 영상 장치를 지지하도록 구성된 제2 관절식 암의 하나 이상의 제2 조인트를 이용하여, 상기 테이블의 상부 및 상기 영상 장치 사이의 상대적인 거리 및 상대적인 방향을 유지하도록 상기 영상 장치를 이동시키도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제4항에 있어서,
상기 영상 장치의 이동은 상기 영상 장치가 내부로 삽입되는 환자의 이동에 의해 유발되고, 상기 환자는 상기 테이블 상에 위치하고, 상기 환자의 이동은 상기 테이블의 이동에 기인하는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
테이블로부터 수신되는 운동 데이터에 기초하여 테이블의 상부에 대해 고정된 상기 가상 좌표 프레임을 유지하도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 사용자로부터 수신된 명령에 대한 응답으로서, 갱신된 가상 좌표 프레임을 생성하도록 상기 가상 좌표 프레임의 위치를 상기 영상 장치의 실제 위치로 리셋하고,
상기 입력 컨트롤로부터 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 제2 기기 운동 명령을 수신하고,
상기 제2 기기 운동 명령에 기초하여 상기 갱신된 가상 좌표 프레임에 대해 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 상기 제1 관절식 암을 구동하도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동을 검출하고,
상기 하나 이상의 제1 조인트의 이동에 기초하여 상기 제1 관절식 암의 하나 이상의 제2 조인트를 구동하도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
제9항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
테이블의 이동을 결정하고,
상기 테이블의 이동에 추가로 기초하여 상기 하나 이상의 제2 조인트를 구동하도록 추가로 구성되는,
컴퓨터 지원 장치.
복수의 기계 판독가능 명령어를 포함하는 비임시 기계 판독가능 매체이며,
상기 복수의 기계 판독가능 명령어는, 컴퓨터 지원 장치와 연관된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
가상 좌표 프레임을 결정하는 단계이며, 상기 가상 좌표 프레임은 엔드 이펙터의 작업 공간의 영상의 포착하는 영상 장치의 가상 좌표 프레임이며, 상기 가상 좌표 프레임은 상기 영상 장치의 실제 영상 좌표 프레임으로부터 분리되는, 가상 좌표 프레임을 결정하는 단계와,
사용자에 의해 조작되도록 구성된 입력 컨트롤로부터 엔드 이펙터를 이동시키는 제1 기기 운동 명령을 수신하는 단계와,
상기 제1 기기 운동 명령에 기초하여 상기 가상 좌표 프레임에 대해 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 제1 관절식 암을 구동하는 단계를 포함하는 방법을 수행하게 하도록 구성되는,
비임시 기계 판독가능 매체.
제11항에 있어서,
상기 가상 좌표 프레임은 상기 제1 관절식 암의 하나 이상의 제1 조인트가 부동 모드가 되기 이전에 결정되고,
상기 방법은 상기 하나 이상의 제1 조인트가 상기 부동 모드가 되게 하는 단계를 추가로 포함하는,
비임시 기계 판독가능 매체.
제12항에 있어서,
상기 방법은,
테이블로부터 수신된 운동 데이터에 기초하고 상기 영상 장치를 지지하도록 구성된 제2 관절식 암의 하나 이상의 제2 조인트를 이용하여, 상기 테이블의 상부 및 상기 영상 장치 사이의 상대적인 거리 및 상대적인 방향을 유지하도록 상기 영상 장치를 이동시키는 단계를 추가로 포함하는,
비임시 기계 판독가능 매체.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
테이블로부터 수신되는 운동 데이터에 기초하여 테이블의 상부에 대해 고정된 상기 가상 좌표 프레임을 유지하는 단계를 추가로 포함하는,
비임시 기계 판독가능 매체.
제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 사용자로부터 수신된 명령에 대한 응답으로서, 갱신된 가상 좌표 프레임을 생성하도록 상기 가상 좌표 프레임의 위치를 상기 영상 장치의 실제 위치로 리셋하는 단계와,
상기 입력 컨트롤로부터 상기 엔드 이펙터를 이동시키는 제2 기기 운동 명령을 수신하는 단계와,
상기 제2 기기 운동 명령에 기초하여 상기 갱신된 가상 좌표 프레임에 대해 상기 엔드 이펙터를 이동시키도록 상기 제1 관절식 암을 구동하는 단계를 추가로 포함하는,
비임시 기계 판독가능 매체.