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KR102690164B1 - 의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102690164B1
KR102690164B1 KR1020207026388A KR20207026388A KR102690164B1 KR 102690164 B1 KR102690164 B1 KR 102690164B1 KR 1020207026388 A KR1020207026388 A KR 1020207026388A KR 20207026388 A KR20207026388 A KR 20207026388A KR 102690164 B1 KR102690164 B1 KR 102690164B1
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KR
South Korea
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drive mode
distal end
instrument
distance
outer body
Prior art date
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KR1020207026388A
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English (en)
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KR20200122337A (ko
Inventor
천시 에프. 그레첼
알렉산더 제임스 쉬히
Original Assignee
아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Filing date
Publication date
Application filed by 아우리스 헬스, 인코포레이티드 filed Critical 아우리스 헬스, 인코포레이티드
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Publication of KR20200122337A publication Critical patent/KR20200122337A/ko
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Abstract

소정 태양은 내부 본체 및 외부 본체를 갖는 의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 기법에 관한 것이다. 일 태양에서, 시스템은 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구를 포함한다. 시스템은 외부 및 내부 본체의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 기구 조작기들의 세트, 및 구동 모드 변경 명령을 수신하고, 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 페어링 구동 모드로부터 비페어링 구동 모드로 변경하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서들의 세트를 추가로 포함할 수 있다.

Description

의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 2월 13일자로 출원된 미국 가출원 제62/630,112호의 이익을 주장한다.
기술분야
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 내부 본체가 외부 본체의 루멘(lumen)을 통해 구동되도록 구성되는 의료 기구를 구동시키기 위한 기법에 관한 것이다.
내시경술(예컨대, 기관지경술)과 같은 의료 절차는 진단 및/또는 치료 목적을 위해 환자의 루멘 네트워크(luminal network)(예컨대, 기도) 내로의 의료 도구의 삽입을 수반할 수 있다. 수술 로봇 시스템(surgical robotic system)은 의료 절차 동안 의료 도구의 삽입 및/또는 조작을 제어하는 데 사용될 수 있다. 수술 로봇 시스템은 의료 절차 전에 그리고 그 동안에 의료 도구의 위치설정을 제어하는 데 사용될 수 있는 조작기 조립체(manipulator assembly)를 포함하는 적어도 하나의 로봇 아암(robotic arm)을 포함할 수 있다. 소정 의료 도구는 외부 본체, 및 외부 본체의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함할 수 있다. 소정 의료 절차의 경우, 의료 기구의 내부 및 외부 본체를 독립적으로 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시의 시스템들, 방법들 및 장치들은 각각 여러 혁신적인 태양들을 가지며, 그 중 어떠한 단일 태양도 단독으로 본 명세서에 개시된 바람직한 속성들의 원인이 되는 것은 아니다.
일 태양에서, 로봇 수술 시스템으로서, 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구; 외부 및 내부 본체들의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 로봇 아암 조립체들의 기구 조작기들의 세트; 하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트; 하나 이상의 프로세서들의 세트; 및 프로세서들의 세트와 통신하고, 프로세서들의 세트로 하여금, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 구동 모드 변경 명령(change drive mode command)을 수신하고; 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 페어링 구동 모드(paired drive mode)로부터 비페어링 구동 모드(unpaired drive mode)로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리로서, 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 입력 장치들의 세트로부터 구동 명령을 수신하는 것에 응답하여 사전결정된 거리로 유지되는, 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 로봇 수술 시스템이 제공된다.
다른 태양에서, 로봇 수술 시스템으로서, 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구; 외부 및 내부 본체들의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 기구 조작기들의 세트; 하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트; 하나 이상의 프로세서들의 세트; 및 프로세서들의 세트와 통신하고, 프로세서들의 세트로 하여금, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 의료 기구를 관절운동시키라는 관절운동 명령(articulation command)을 수신하고; 외부 및 내부 본체들 중 하나를 1차 본체(primary body)로 취급하고, 외부 및 내부 본체들 중 다른 하나를 2차 본체(secondary body)로 취급하고; 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리를 결정하고; 결정된 거리에 기초하여 공동-관절운동 계수(co-articulation factor)를 결정하고; 기구 조작기들의 세트를 통해, 관절운동 명령에 기초하여 1차 본체를 관절운동시키고; 기구 조작기들의 세트를 통해, 관절운동 명령 및 공동-관절운동 계수에 기초하여 2차 본체를 관절운동시키게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 로봇 수술 시스템이 제공된다.
또 다른 태양에서, 로봇 수술 시스템으로서, 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구; 외부 및 내부 본체들의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 기구 조작기들의 세트; 하나 이상의 피드백 장치(feedback device)들의 세트; 하나 이상의 프로세서들의 세트; 프로세서들의 세트와 통신하고, 루멘 네트워크의 매핑된 부분(mapped portion)의 모델, 모델에 대한 표적의 위치, 및 접근 지점으로부터 표적까지의 모델을 따른 경로를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리로서, 메모리는 프로세서의 세트로 하여금, 파크 보조 시그니처(park assistance signature)와 일치하는 형상을 갖는 경로를 따라 루멘 네트워크의 일부분을 식별하고; 피드백 장치들의 세트 중 적어도 일부분 상에서, 모델에 대해 식별된 부분에 대응하는 위치에 파킹 표시(parking indication)를 생성하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하고, 파킹 표시는 외부 본체의 원위 단부를 파킹할 장소를 나타내는, 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 로봇 수술 시스템이 제공된다.
개시된 태양은, 개시된 태양을 제한하지 않고 예시하기 위해 제공되는 첨부 도면과 함께 본 명세서에 후술될 것이며, 여기에서 유사한 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차(들)를 위해 배열된 카트(cart)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 2는 도 1의 로봇 시스템의 추가의 태양을 도시한 도면.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 4는 혈관 절차를 위해 배열된 도 1의 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 테이블(table)-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 6은 도 5의 로봇 시스템의 대안적인 도면을 제공한 도면.
도 7은 로봇 아암(들)을 적재하도록(stow) 구성된 예시적인 시스템을 예시한 도면.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 10은 피치(pitch) 또는 틸트(tilt) 조절을 갖는 도 5 내지 도 9의 테이블-기반 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 11은 도 5 내지 도 10의 테이블-기반 로봇 시스템의 테이블과 칼럼(column) 사이의 인터페이스(interface)의 상세한 예시를 제공한 도면.
도 12는 예시적인 기구 드라이버(instrument driver)를 예시한 도면.
도 13은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한 도면.
도 14는 구동 유닛의 축이 기구의 긴 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한 도면.
도 15는 예시적인 실시예에 따른, 도 13 및 도 14의 기구의 위치와 같은, 도 1 내지 도 10의 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(localization system)을 예시한 블록도를 도시한 도면.
도 16은 본 개시의 태양에 따른, 외부 및 내부 본체를 갖는 의료 기구를 구동시키도록 구성될 수 있는 수술 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한 도면.
도 17a는 본 개시의 태양에 따른 의료 기구의 일 실시예를 도시한 도면.
도 17b는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 페어링 구동 모드의 일 실시예를 예시한 도면.
도 18은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 19는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 내부 본체 구동 모드의 일 실시예를 예시한 도면.
도 20은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 외부 본체 구동 모드의 일 실시예를 예시한 도면.
도 21은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 기법을 예시한 블록도를 제공한 도면.
도 22는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 자동-페어링(auto-pairing)의 일 실시예를 예시한 도면.
도 23은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 자동-페어링의 다른 실시예를 예시한 도면.
도 24는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 다른 기법을 예시한 블록도를 제공한 도면.
도 25는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 초기 캐치 업(initial catch up)의 일 실시예를 예시한 도면.
도 26은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 초기 캐치 업의 다른 실시예를 예시한 도면.
도 27은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 또 다른 기법을 예시한 블록도를 제공한 도면.
도 28은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 외부 및 내부 본체를 공동-관절운동시키기 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 29a는 본 개시의 태양에 따른, 내부 본체 구동 모드에서 공동-관절운동 비(co-articulation ratio)를 결정하기 위한 기법을 예시한 그래프를 포함한 도면.
도 29b는 본 개시의 태양에 따른, 외부 본체 구동 모드에서 공동-관절운동 비를 결정하기 위한 기법을 예시한 그래프를 포함한 도면.
도 30은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 장력 모니터링(tension monitoring)의 일 실시예를 예시한 도면.
도 31은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 후퇴 동안의 자동 이완(automatic relaxation)의 일 실시예를 예시한 도면.
도 32는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 파크 보조를 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도.
도 33은 본 개시의 태양에 따른 파킹 표시의 일례를 예시한 도면.
1. 개요.
본 개시의 태양은 복강경술과 같은 최소 침습 절차 및 내시경술과 같은 비-침습 절차 둘 모두를 비롯하여 다양한 의료 절차를 수행할 수 있는 로봇식(robotically-enabled) 의료 시스템 내에 통합될 수 있다. 내시경술 절차 중에서, 시스템은 기관지경술, 요관경술, 위장병검사(gastroenterology) 등을 수행할 수 있다.
광범위한 절차를 수행하는 것에 더하여, 시스템은 의사를 보조하기 위한 향상된 이미징 및 안내와 같은 추가의 이점을 제공할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 다루기 어려운 아암 운동 및 위치에 대한 필요 없이 인체공학적 위치로부터 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다. 더욱이, 시스템은, 시스템의 기구들 중 하나 이상이 단일 사용자에 의해 제어될 수 있도록, 개선된 사용 용이성을 갖고서 절차를 수행하는 능력을 의사에게 제공할 수 있다.
다양한 실시예가 예시의 목적으로 도면과 함께 후술될 것이다. 개시된 개념의 많은 다른 구현예가 가능하고, 개시된 구현예로 다양한 이점이 달성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 참조를 위해 그리고 다양한 섹션을 찾는 데 도움을 주기 위해 표제가 본 명세서에 포함된다. 이들 표제는 그와 관련하여 기술되는 개념의 범주를 제한하도록 의도되지 않는다. 그러한 개념은 전체 명세서 전반에 걸쳐 적용될 수 있다.
A. 로봇 시스템 - 카트.
로봇식 의료 시스템은 특정 절차에 따라 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 도 1은 진단 및/또는 치료 기관지경술 절차를 위해 배열된 카트-기반 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 기관지경술 동안, 시스템(10)은 기관지경술을 위한 절차-특정적 기관지경일 수 있는, 조향가능 내시경(13)과 같은 의료 기구를 진단 및/또는 치료 도구를 전달하기 위한 자연 구멍 접근 지점(즉, 본 예에서 테이블 상에 위치된 환자의 입)으로 전달하기 위한 하나 이상의 로봇 아암(12)을 갖는 카트(11)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 접근 지점에 대한 접근을 제공하기 위해 환자의 상체에 근접하게 위치될 수 있다. 유사하게, 로봇 아암(12)은 접근 지점에 대해 기관지경을 위치시키도록 작동될 수 있다. 도 1의 배열은 또한, 위장(gastro-intestinal, GI) 절차를 위한 전문화된 내시경인 위내시경으로 GI 절차를 수행할 때 이용될 수 있다. 도 2는 카트의 예시적인 실시예를 더 상세히 도시한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 일단 카트(11)가 적절하게 위치되면, 로봇 아암(12)은 조향가능 내시경(13)을 로봇으로, 수동으로, 또는 이들의 조합으로 환자 내로 삽입할 수 있다. 도시된 바와 같이, 조향가능 내시경(13)은 적어도 2개의 삽통 부품(telescoping part), 예컨대 내부 리더(leader) 부분 및 외부 시스(sheath) 부분을 포함할 수 있으며, 각각의 부분은 기구 드라이버들(28)의 세트로부터의 별개의 기구 드라이버에 결합되고, 각각의 기구 드라이버는 개별 로봇 아암의 원위 단부에 결합된다. 리더 부분을 시스 부분과 동축으로 정렬시키는 것을 용이하게 하는, 기구 드라이버(28)의 이러한 선형 배열은 하나 이상의 로봇 아암(12)을 상이한 각도 및/또는 위치로 조작함으로써 공간에서 재위치될 수 있는 "가상 레일"(29)을 생성한다. 본 명세서에 기술되는 가상 레일은 파선을 사용하여 도면에 도시되어 있으며, 따라서 파선은 시스템의 임의의 물리적 구조를 도시하지 않는다. 가상 레일(29)을 따른 기구 드라이버(28)의 병진은 외부 시스 부분에 대해 내부 리더 부분을 삽통식으로 이동시키거나, 환자로부터 내시경(13)을 전진 또는 후퇴시킨다. 가상 레일(29)의 각도는 임상 적용 또는 의사 선호도에 기초하여 조절, 병진, 및 피봇될(pivoted) 수 있다. 예를 들어, 기관지경술에서, 도시된 바와 같은 가상 레일(29)의 각도 및 위치는 내시경(13)을 환자의 입 안으로 구부림으로써 발생하는 마찰을 최소화하면서 내시경(13)에 대한 의사 접근을 제공하는 것 사이의 절충을 나타낸다.
내시경(13)은 표적 목적지 또는 수술 부위에 도달할 때까지 로봇 시스템으로부터의 정확한 명령을 사용하여 삽입 후 환자의 기관 및 폐를 따라 지향될 수 있다. 환자의 폐 네트워크(lung network)를 통한 내비게이션(navigation)을 향상시키고/시키거나 원하는 표적에 도달하기 위해, 내시경(13)은 향상된 관절운동 및 더 큰 굽힘 반경을 얻기 위해 외부 시스 부분으로부터 내부 리더 부분을 삽통식으로 연장시키도록 조작될 수 있다. 별개의 기구 드라이버(28)의 사용은 또한 리더 부분과 시스 부분이 서로 독립적으로 구동되도록 허용한다.
예를 들어, 내시경(13)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, 추가의 도구가 추가의 생검을 위해 내시경의 작업 채널을 따라 전개될 수 있다. 결절을 악성으로 확인한 후에, 내시경(13)은 잠재적인 암 조직을 절제하기 위한 도구를 내시경으로 전달할 수 있다. 일부 경우에, 진단 및 치료 처치제(treatment)가 별개의 절차로 전달될 필요가 있을 수 있다. 그들 상황에서, 내시경(13)은 또한 표적 결절의 위치를 "표시"하기 위한 기준점을 전달하는 데에도 사용될 수 있다. 다른 상황에서, 진단 및 치료 처치제는 동일한 절차 동안 전달될 수 있다.
시스템(10)은 또한 이동가능 타워(tower)(30)를 포함할 수 있으며, 이는 카트(11)에 지지 케이블을 통해 연결되어 카트(11)에 제어부, 전자장치, 유체장치, 광학계, 센서, 및/또는 전력에 대한 지원을 제공할 수 있다. 그러한 기능을 타워(30) 내에 두는 것은 수술 의사 및 그/그녀의 스태프에 의해 더 용이하게 조절 및/또는 재위치될 수 있는 더 작은 형태 인자(form factor)의 카트(11)를 허용한다. 추가적으로, 카트/테이블과 지원 타워(30) 사이의 기능의 분할은 수술실의 어수선함을 감소시키고, 임상 작업흐름의 개선을 용이하게 한다. 카트(11)는 환자 가까이에 위치될 수 있지만, 타워(30)는 절차 동안 방해가 되지 않도록 원격 위치에 적재될 수 있다.
전술된 로봇 시스템을 지원하기 위해, 타워(30)는, 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브(persistent magnetic storage drive), 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive) 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장하는 컴퓨터-기반 제어 시스템의 구성요소(들)를 포함할 수 있다. 그들 명령어의 실행은, 실행이 타워(30)에서 이루어지든 또는 카트(11)에서 이루어지든 간에, 전체 시스템 또는 그의 서브-시스템(들)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 시스템의 프로세서에 의해 실행될 때, 명령어는 로봇 시스템의 구성요소로 하여금 관련 캐리지(carriage) 및 아암 마운트(arm mount)를 작동시키고, 로봇 아암을 작동시키고, 의료 기구를 제어하게 할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호의 수신에 응답하여, 로봇 아암의 조인트(joint) 내의 모터는 아암을 소정 자세로 위치시킬 수 있다.
타워(30)는 또한, 내시경(13)을 통해 전개될 수 있는 시스템에 제어된 관주 및 흡인 능력을 제공하기 위해 펌프, 유량계, 밸브 제어부, 및/또는 유체 접근부(fluid access)를 포함할 수 있다. 이들 구성요소는 또한 타워(30)의 컴퓨터 시스템을 사용하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 관주 및 흡인 능력은 별개의 케이블(들)을 통해 내시경(13)으로 직접 전달될 수 있다.
타워(30)는 카트(11)에 필터링되고 보호된 전력을 제공하도록 설계되는 전압 및 서지(surge) 보호기를 포함하여, 그에 의해 카트(11) 내에 전력 변압기 및 다른 보조 전력 구성요소를 배치하는 것을 회피하여, 더 작고 더 이동가능한 카트(11)를 생성할 수 있다.
타워(30)는 또한 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 전개된 센서에 대한 지원 장비를 포함할 수 있다. 예를 들어, 타워(30)는 로봇 시스템(10) 전체에 걸쳐 광학 센서 또는 카메라로부터 수신된 데이터를 검출, 수신, 및 처리하기 위한 광-전자 장비를 포함할 수 있다. 제어 시스템과 조합하여, 그러한 광-전자 장비는 타워(30) 내를 비롯하여, 시스템 전체에 걸쳐 전개된 임의의 수의 콘솔(console)에 디스플레이하기 위한 실시간 이미지를 생성하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 타워(30)는 또한 전개된 전자기(electromagnetic, EM) 센서로부터 수신되는 신호를 수신하고 처리하기 위한 전자 서브시스템을 포함할 수 있다. 타워(30)는 또한 의료 기구 내의 또는 그 상의 EM 센서에 의한 검출을 위한 EM 필드 발생기(field generator)를 수용하고 위치시키는 데 사용될 수 있다.
타워(30)는 또한 시스템의 나머지 부분에서 이용가능한 다른 콘솔, 예컨대 카트의 상부에 장착된 콘솔에 더하여 콘솔(31)을 포함할 수 있다. 콘솔(31)은 의사 조작자를 위한 사용자 인터페이스 및 디스플레이 스크린, 예컨대 터치스크린을 포함할 수 있다. 시스템(10) 내의 콘솔은 일반적으로 로봇 제어뿐만 아니라 절차의 수술전 및 실시간 정보, 예컨대 내시경(13)의 내비게이션 및 위치결정 정보 둘 모두를 제공하도록 설계된다. 콘솔(31)이 의사가 이용가능한 유일한 콘솔이 아닐 때, 그것은 간호사와 같은 제2 조작자에 의해, 환자의 건강 또는 바이탈(vital) 및 시스템의 작동을 모니터링할 뿐만 아니라, 내비게이션 및 위치결정 정보와 같은 절차-특정적 데이터를 제공하는 데 사용될 수 있다.
타워(30)는 하나 이상의 케이블 또는 연결부(도시되지 않음)를 통해 카트(11) 및 내시경(13)에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 타워(30)로부터의 지원 기능은 단일 케이블을 통해 카트(11)에 제공되어, 수술실을 간소화하고 정리할 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 기능은 별개의 케이블류(cabling) 및 연결부로 결합될 수 있다. 예를 들어, 전력은 단일 전력 케이블을 통해 카트에 제공될 수 있지만, 제어부, 광학계, 유체장치, 및/또는 내비게이션에 대한 지원은 별개의 케이블을 통해 제공될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 카트-기반 로봇식 시스템으로부터의 카트의 일 실시예의 상세한 예시를 제공한다. 카트(11)는 일반적으로 긴 지지 구조물(14)(흔히 "칼럼"으로 지칭됨), 카트 기부(15), 및 칼럼(14)의 상부에 있는 콘솔(16)을 포함한다. 칼럼(14)은 하나 이상의 로봇 아암(12)(3개가 도 2에 도시됨)의 전개를 지원하기 위한 캐리지(17)(대안적으로 "아암 지지부")와 같은 하나 이상의 캐리지를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 환자에 대한 더 양호한 위치설정을 위해 로봇 아암(12)의 기부를 조절하도록 수직 축을 따라 회전하는 개별적으로 구성가능한 아암 마운트를 포함할 수 있다. 캐리지(17)는 또한 캐리지(17)가 칼럼(14)을 따라 수직으로 병진하도록 허용하는 캐리지 인터페이스(19)를 포함한다.
캐리지 인터페이스(19)는 캐리지(17)의 수직 병진을 안내하기 위해 칼럼(14)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치되는, 슬롯(slot)(20)과 같은 슬롯을 통해 칼럼(14)에 연결된다. 슬롯(20)은 캐리지를 카트 기부(15)에 대해 다양한 수직 높이에 위치시키고 유지시키기 위한 수직 병진 인터페이스를 포함한다. 캐리지(17)의 수직 병진은 카트(11)가 로봇 아암(12)의 도달범위를 조절하여 다양한 테이블 높이, 환자 크기, 및 의사 선호도를 충족시키도록 허용한다. 유사하게, 캐리지(17) 상의 개별적으로 구성가능한 아암 마운트는 로봇 아암(12)의 로봇 아암 기부(21)가 다양한 구성으로 경사지도록 허용한다.
일부 실시예에서, 슬롯(20)은 캐리지(17)가 수직으로 병진함에 따라 수직 병진 인터페이스 및 칼럼(14)의 내부 챔버 내로 먼지 및 유체가 유입되는 것을 방지하기 위해 슬롯 표면과 동일 평면상에 있고 그에 평행한 슬롯 커버로 보완될 수 있다. 슬롯 커버는 슬롯(20)의 수직 상부 및 저부 부근에 위치된 스프링 스풀들(spring spools)의 쌍을 통해 전개될 수 있다. 커버는 캐리지(17)가 상하로 수직으로 병진함에 따라 그들의 코일링된(coiled) 상태로부터 연장 및 후퇴되도록 전개될 때까지 스풀 내에 코일링된다. 스풀의 스프링-로딩(spring-loading)은 캐리지(17)가 스풀을 향해 병진할 때 커버를 스풀 내로 후퇴시키는 힘을 제공함과 동시에, 또한 캐리지(17)가 스풀로부터 멀어지게 병진할 때 밀폐 시일(tight seal)을 유지시킨다. 커버는 캐리지(17)가 병진함에 따라 커버의 적절한 연장 및 후퇴를 보장하기 위해, 예를 들어 캐리지 인터페이스(19) 내의 브래킷(bracket)을 사용하여 캐리지(17)에 연결될 수 있다.
칼럼(14)은 내부적으로, 사용자 입력, 예컨대 콘솔(16)로부터의 입력에 응답하여 생성된 제어 신호에 응답하여 기계화된 방식으로 캐리지(17)를 병진시키기 위해 수직으로 정렬된 리드 스크류(lead screw)를 사용하도록 설계되는, 기어 및 모터와 같은 메커니즘을 포함할 수 있다.
로봇 아암(12)은 일반적으로, 일련의 조인트(24)에 의해 연결되는 일련의 링크장치(linkage)(23)에 의해 분리되는 로봇 아암 기부(21) 및 엔드 이펙터(end effector)(22)를 포함할 수 있으며, 각각의 조인트는 독립적인 액추에이터(actuator)를 포함하고, 각각의 액추에이터는 독립적으로 제어가능한 모터를 포함한다. 각각의 독립적으로 제어가능한 조인트는 로봇 아암이 이용가능한 독립적인 자유도(degree of freedom)를 나타낸다. 아암들(12) 각각은 7개의 조인트를 가지며, 따라서 7 자유도를 제공한다. 다수의 조인트는 다수의 자유도를 생성하여, "여분의(redundant)" 자유도를 허용한다. 여분의 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.
카트 기부(15)는 바닥 위에서 칼럼(14), 캐리지(17), 및 아암(12)의 중량의 균형을 잡는다. 따라서, 카트 기부(15)는 전자장치, 모터, 전력 공급부와 같은 더 무거운 구성요소뿐만 아니라, 이동을 가능하게 하고/하거나 카트를 움직이지 못하게 하는 구성요소를 수용한다. 예를 들어, 카트 기부(15)는 절차 전에 카트가 수술실을 용이하게 돌아다니도록 허용하는 롤링가능 휠(rollable wheel)-형상의 캐스터(caster)(25)를 포함한다. 적절한 위치에 도달한 후에, 캐스터(25)는 절차 동안 카트(11)를 제위치로 유지시키기 위해 휠 로크(wheel lock)를 사용하여 움직이지 못하게 될 수 있다.
칼럼(14)의 수직 단부에 위치되어, 콘솔(16)은 사용자 입력을 수신하기 위한 사용자 인터페이스, 및 수술전 데이터 및 수술중 데이터 둘 모두를 의사 사용자에게 제공하기 위한 디스플레이 스크린 둘 모두(또는 예를 들어 터치스크린(26)과 같은 이중-목적 장치)를 허용한다. 터치스크린(26) 상의 잠재적인 수술전 데이터는 수술전 계획, 수술전 컴퓨터 단층촬영(computerized tomography, CT) 스캔으로부터 도출된 내비게이션 및 매핑 데이터, 및/또는 수술전 환자 인터뷰로부터의 기록을 포함할 수 있다. 디스플레이 상의 수술중 데이터는 도구, 센서로부터 제공되는 광학 정보 및 센서로부터의 좌표 정보뿐만 아니라, 호흡, 심박수, 및/또는 맥박과 같은 바이탈 환자 통계치를 포함할 수 있다. 콘솔(16)은 의사가 캐리지(17) 반대편에 있는 칼럼(14)의 측부로부터 콘솔에 접근하게 허용하도록 위치되고 틸팅될 수 있다. 이러한 위치로부터, 의사는 카트(11) 뒤로부터 콘솔(16)을 작동시키면서 콘솔(16), 로봇 아암(12), 및 환자를 관찰할 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘솔(16)은 또한 카트(11)를 조작하고 안정시키는 것을 보조하기 위한 손잡이(27)를 포함한다.
도 3은 요관경술을 위해 배열된 로봇식 시스템(10)의 일 실시예를 예시한다. 요관경술 절차에서, 카트(11)는 환자의 요도 및 요관을 가로지르도록 설계된 절차-특정적 내시경인 요관경(32)을 환자의 하복부 영역으로 전달하도록 위치될 수 있다. 요관경술에서, 요관경(32)이 환자의 요도와 직접 정렬되어 그러한 영역 내의 민감한 해부학적 구조에 대한 마찰과 힘을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 도시된 바와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 요도에 대한 직접적인 선형 접근을 위해 요관경(32)을 위치시키게 허용하도록 테이블의 풋(foot)에 정렬될 수 있다. 테이블의 풋으로부터, 로봇 아암(12)은 요관경(32)을 가상 레일(33)을 따라 요도를 통해 환자의 하복부 내로 직접 삽입할 수 있다.
요도 내로의 삽입 후에, 기관지경술에서와 유사한 제어 기법을 사용하여, 요관경(32)은 진단 및/또는 치료 응용을 위해 방광, 요관, 및/또는 신장 내로 내비게이션될 수 있다. 예를 들어, 요관경(32)은 요관경(32)의 작업 채널을 따라 전개된 레이저 또는 초음파 쇄석술 장치를 사용하여 신장 결석 축적물을 부수기 위해 요관 및 신장 내로 지향될 수 있다. 쇄석술이 완료된 후에, 생성된 결석 파편은 요관경(32)을 따라 전개된 바스켓(basket)을 사용하여 제거될 수 있다.
도 4는 혈관 절차를 위해 유사하게 배열된 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 혈관 절차에서, 시스템(10)은 카트(11)가 조향가능 카테터(steerable catheter)와 같은 의료 기구(34)를 환자의 다리 내의 대퇴 동맥 내의 접근 지점으로 전달할 수 있도록 구성될 수 있다. 대퇴 동맥은 내비게이션을 위한 더 큰 직경뿐만 아니라 환자의 심장으로의 상대적으로 덜 우회하고 사행형인 경로 둘 모두를 나타내며, 이는 내비게이션을 단순화한다. 요관경술 절차에서와 같이, 카트(11)는 로봇 아암(12)이 환자의 대퇴부/둔부 영역 내의 대퇴 동맥 접근 지점에 대한 직접적인 선형 접근을 갖는 가상 레일(35)을 제공하게 허용하도록 환자의 다리 및 하복부를 향해 위치될 수 있다. 동맥 내로의 삽입 후에, 의료 기구(34)는 기구 드라이버(28)를 병진시킴으로써 지향되고 삽입될 수 있다. 대안적으로, 카트는, 예를 들어 어깨 및 손목 부근의 경동맥 및 상완 동맥과 같은 대안적인 혈관 접근 지점에 도달하기 위해 환자의 상복부 주위에 위치될 수 있다.
B. 로봇 시스템 - 테이블.
로봇식 의료 시스템의 실시예는 또한 환자의 테이블을 통합할 수 있다. 테이블의 통합은 카트를 제거함으로써 수술실 내의 자본 장비의 양을 감소시키며, 이는 환자에 대한 더 우수한 접근을 허용한다. 도 5는 기관지경술 절차를 위해 배열된 그러한 로봇식 시스템의 일 실시예를 예시한다. 시스템(36)은 바닥 위에서 플랫폼(platform)(38)("테이블" 또는 "베드(bed)"로 도시됨)을 지지하기 위한 지지 구조물 또는 칼럼(37)을 포함한다. 카트-기반 시스템에서와 매우 유사하게, 시스템(36)의 로봇 아암(39)의 엔드 이펙터는 기구 드라이버(42)를 포함하며, 이는 도 5의 기관지경(40)과 같은 긴 의료 기구를 기구 드라이버(42)의 선형 정렬로부터 형성된 가상 레일(41)을 통해 또는 그를 따라 조작하도록 설계된다. 실제로, 형광투시 이미징(fluoroscopic imaging)을 제공하기 위한 C-아암이 방출기(emitter) 및 검출기(detector)를 테이블(38) 주위에 배치함으로써 환자의 상복부 영역 위에 위치될 수 있다.
도 6은 논의 목적을 위해 환자 및 의료 기구가 없는 시스템(36)의 대안적인 도면을 제공한다. 도시된 바와 같이, 칼럼(37)은 시스템(36) 내에 링(ring)-형상으로 도시된 하나 이상의 캐리지(43)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 로봇 아암(39)이 그로부터 기초할 수 있다. 캐리지(43)는 로봇 아암(39)이 그로부터 환자에게 도달하도록 위치될 수 있는 상이한 유리한 지점을 제공하기 위해 칼럼(37)의 길이를 따라 연장되는 수직 칼럼 인터페이스(44)를 따라 병진할 수 있다. 캐리지(들)(43)는, 로봇 아암(39)이 예를 들어 환자의 양쪽 측부와 같은 테이블(38)의 다수의 측부에 접근할 수 있도록 허용하기 위해, 칼럼(37) 내에 위치된 기계식 모터를 사용하여 칼럼(37)을 중심으로 회전할 수 있다. 다수의 캐리지를 갖는 실시예에서, 캐리지는 칼럼 상에 개별적으로 위치될 수 있고, 다른 캐리지와 독립적으로 병진 및/또는 회전할 수 있다. 캐리지(43)가 칼럼(37)을 둘러싸거나 심지어 원형일 필요는 없지만, 도시된 바와 같은 링-형상은 구조적 균형을 유지시키면서 칼럼(37)을 중심으로 하는 캐리지(43)의 회전을 용이하게 한다. 캐리지(43)의 회전 및 병진은 시스템이 내시경 및 복강경과 같은 의료 기구를 환자 상의 상이한 접근 지점으로 정렬시키도록 허용한다.
아암(39)은 로봇 아암(39)에 추가의 구성가능성(configurability)을 제공하기 위해 개별적으로 회전하고/하거나 삽통식으로 연장될 수 있는 일련의 조인트를 포함하는 아암 마운트들(45)의 세트를 통해 캐리지 상에 장착될 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는, 캐리지(43)가 적절하게 회전될 때, 아암 마운트(45)가 (도 6에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 동일한 측부 상에, (도 9에 도시된 바와 같이) 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에, 또는 테이블(38)의 인접한 측부들 상에(도시되지 않음) 위치될 수 있도록 캐리지(43) 상에 위치될 수 있다.
칼럼(37)은 테이블(38)에 대한 지지, 및 캐리지의 수직 병진을 위한 경로를 구조적으로 제공한다. 내부적으로, 칼럼(37)은 캐리지의 수직 병진을 안내하기 위한 리드 스크류, 및 리드 스크류에 기초하여 상기 캐리지의 병진을 기계화하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 칼럼(37)은 또한 캐리지(43) 및 그 상에 장착된 로봇 아암(39)에 전력 및 제어 신호를 전달할 수 있다.
테이블 기부(46)는 도 2에 도시된 카트(11) 내의 카트 기부(15)와 유사한 기능을 하여, 테이블/베드(38), 칼럼(37), 캐리지(43), 및 로봇 아암(39)의 균형을 잡기 위해 더 무거운 구성요소를 수용한다. 테이블 기부(46)는 또한 절차 동안 안정성을 제공하기 위해 강성 캐스터를 통합할 수 있다. 테이블 기부(46)의 저부로부터 전개되어, 캐스터는 기부(46)의 양쪽 측부 상에서 반대 방향들로 연장될 수 있고, 시스템(36)이 이동될 필요가 있을 때 후퇴될 수 있다.
계속해서 도 6을 참조하면, 시스템(36)은 또한 타워(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 테이블의 형태 인자 및 부피(bulk)를 감소시키기 위해 시스템(36)의 기능을 테이블과 타워 사이에서 분할한다. 이전에 개시된 실시예에서와 같이, 타워는 처리, 컴퓨팅, 및 제어 능력, 전력, 유체장치, 및/또는 광학 및 센서 처리와 같은 다양한 지원 기능을 테이블에 제공할 수 있다. 타워는 또한, 의사 접근을 개선하고 수술실을 정리하기 위해 환자로부터 멀리 위치되도록 이동가능할 수 있다. 추가적으로, 타워 내에 구성요소를 배치하는 것은 로봇 아암의 잠재적인 적재를 위한, 테이블 기부 내의 더 많은 보관 공간을 허용한다. 타워는 또한, 키보드 및/또는 펜던트(pendant)와 같은, 사용자 입력을 위한 사용자 인터페이스뿐만 아니라, 실시간 이미징, 내비게이션, 및 추적 정보와 같은 수술전 및 수술중 정보를 위한 디스플레이 스크린(또는 터치스크린) 둘 모두를 제공하는 콘솔을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 테이블 기부는 사용하지 않을 때 로봇 아암을 적재 및 보관할 수 있다. 도 7은 테이블-기반 시스템의 일 실시예에서 로봇 아암을 적재하는 시스템(47)을 예시한다. 시스템(47)에서, 캐리지(48)는 로봇 아암(50), 아암 마운트(51), 및 캐리지(48)를 기부(49) 내에 적재하기 위해 기부(49) 내로 수직으로 병진될 수 있다. 기부 커버(52)는 병진 및 후퇴되어 개방되어 캐리지(48), 아암 마운트(51), 및 아암(50)을 칼럼(53) 주위로 전개시킬 수 있고, 사용하지 않을 때 그들을 적재하여 보호하기 위해 폐쇄될 수 있다. 기부 커버(52)는 그의 개구의 에지를 따라 멤브레인(membrane)(54)으로 밀봉되어, 폐쇄될 때 먼지 및 유체 유입을 방지할 수 있다.
도 8은 요관경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 요관경술에서, 테이블(38)은 환자를 칼럼(37) 및 테이블 기부(46)로부터 벗어난 각도로 위치시키기 위한 스위블 부분(swivel portion)(55)을 포함할 수 있다. 스위블 부분(55)은 스위블 부분(55)의 저부 부분을 칼럼(37)으로부터 멀리 위치시키기 위해 피봇 지점(예컨대, 환자의 머리 아래에 위치됨)을 중심으로 회전 또는 피봇할 수 있다. 예를 들어, 스위블 부분(55)의 피봇팅(pivoting)은 C-아암(도시되지 않음)이 테이블(38) 아래의 칼럼(도시되지 않음)과 공간을 경합함이 없이 환자의 하복부 위에 위치되도록 허용한다. 캐리지(35)(도시되지 않음)를 칼럼(37)을 중심으로 회전시킴으로써, 로봇 아암(39)은 요관경(56)을 가상 레일(57)을 따라 환자의 서혜부 영역 내로 직접 삽입하여 요도에 도달하게 할 수 있다. 요관경술에서, 스터럽(stirrup)(58)이 또한 테이블(38)의 스위블 부분(55)에 고정되어, 절차 동안 환자의 다리의 위치를 지지하고 환자의 서혜부 영역에 대한 명확한 접근을 허용할 수 있다.
복강경술 절차에서, 환자의 복벽 내의 작은 절개부(들)를 통해, 최소 침습 기구(하나 이상의 절개부의 크기를 수용하기 위해 형상이 김)가 환자의 해부학적 구조 내로 삽입될 수 있다. 환자의 복강의 팽창 후에, 흔히 복강경으로 지칭되는 기구는 파지, 절단, 절제, 봉합 등과 같은 수술 작업을 수행하도록 지향될 수 있다.도 9는 복강경술 절차를 위해 구성된 로봇식 테이블-기반 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 시스템(36)의 캐리지(43)는 로봇 아암들(39)의 쌍을 테이블(38)의 서로 반대편에 있는 측부들 상에 위치시키도록 회전되고 수직으로 조절될 수 있어서, 복강경(59)이 환자의 양쪽 측부 상의 최소 절개부로 통과되어 그/그녀의 복강에 도달하도록 아암 마운트(45)를 사용하여 위치될 수 있게 한다.
복강경술 절차를 수용하기 위해, 로봇식 테이블 시스템은 또한 플랫폼을 원하는 각도로 틸팅되게 할 수 있다. 도 10은 피치 또는 틸트 조절을 갖는 로봇식 의료 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 시스템(36)은 테이블(38)의 틸트를 수용하여, 테이블의 하나의 부분을 다른 부분보다 바닥으로부터 더 큰 거리를 두고 위치시킬 수 있다. 추가적으로, 아암 마운트(45)는 틸트와 일치하도록 회전할 수 있어서, 아암(39)이 테이블(38)과 동일한 평면 관계를 유지시키게 한다. 더 급격한 각도를 수용하기 위해, 칼럼(37)은 또한, 칼럼(37)의 수직 연장이 테이블(38)이 바닥에 닿거나 기부(46)와 충돌하지 않게 하도록 허용하는 삽통 부분(60)을 포함할 수 있다.
도 11은 테이블(38)과 칼럼(37) 사이의 인터페이스의 상세한 예시를 제공한다. 피치 회전 메커니즘(61)은 다수의 자유도로 칼럼(37)에 대한 테이블(38)의 피치 각도를 변경하도록 구성될 수 있다. 피치 회전 메커니즘(61)은 칼럼-테이블 인터페이스에서의 직교 축(1, 2)의 위치설정에 의해 가능해질 수 있으며, 각각의 축은 전기 피치 각도 명령에 응답하여 별개의 모터(3, 4)에 의해 작동된다. 하나의 스크류(5)를 따른 회전은 하나의 축(1)에서의 틸트 조절을 가능하게 할 것인 한편, 다른 하나의 스크류(6)를 따른 회전은 다른 하나의 축(2)을 따른 틸트 조절을 가능하게 할 것이다.
예를 들어, 피치 조절은, 하복부 수술을 위해, 테이블을 트렌델렌부르크 자세(Trendelenburg position)로 위치시키려고 할 때, 즉 환자의 하복부를 환자의 하복부보다 바닥으로부터 더 높은 위치에 위치시키려고 할 때 특히 유용하다. 트렌델렌부르크 자세는 환자의 내부 장기가 중력을 통해 그/그녀의 상복부를 향해 미끄러지게 하여, 최소 침습 도구가 들어가서 복강경 전립선절제술과 같은 하복부 수술 절차를 수행할 복강을 비운다.
C. 기구 드라이버 및 인터페이스.
시스템의 로봇 아암의 엔드 이펙터는 (i) 의료 기구를 작동시키기 위한 전기-기계 수단을 통합하는 기구 드라이버(대안적으로 "기구 구동 메커니즘" 또는 "기구 장치 조작기"로 지칭됨), 및 (ii) 모터와 같은 전기-기계 구성요소가 없을 수 있는 제거가능 또는 탈착가능 의료 기구를 포함한다. 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, 의료 기구는 의사 또는 의사의 스태프에 의한 개별적인 멸균 또는 폐기를 위해 기구 드라이버(및 그에 따라 시스템)로부터 탈착, 제거, 및 교환되도록 설계될 수 있다. 대조적으로, 기구 드라이버는 변경 또는 멸균될 필요가 없고, 보호를 위해 드레이핑될(draped) 수 있다.
도 12는 예시적인 기구 드라이버를 예시한다. 로봇 아암의 원위 단부에 위치되어, 기구 드라이버(62)는 구동 샤프트(64)를 통해 의료 기구에 제어된 토크를 제공하기 위해 평행 축으로 배열되는 하나 이상의 구동 유닛(63)으로 구성된다. 각각의 구동 유닛(63)은 기구와 상호작용하기 위한 개별 구동 샤프트(64), 모터 샤프트 회전을 원하는 토크로 변환시키기 위한 기어 헤드(65), 구동 토크를 생성하기 위한 모터(66), 모터 샤프트의 속도를 측정하고 제어 회로부에 피드백을 제공하기 위한 인코더(encoder)(67), 및 제어 신호를 수신하고 구동 유닛을 작동시키기 위한 제어 회로부(68)를 포함한다. 각각의 구동 유닛(63)이 독립적으로 제어되고 동력화되기 때문에, 기구 드라이버(62)는 의료 기구에 다수의(도 12에 도시된 바와 같이 4개의) 독립적인 구동 출력을 제공할 수 있다. 작동 시에, 제어 회로부(68)는 제어 신호를 수신할 것이고, 모터(66)에 모터 신호를 전송할 것이며, 인코더(67)에 의해 측정된 바와 같은 생성된 모터 속도를 원하는 속도와 비교할 것이고, 모터 신호를 변조하여 원하는 토크를 생성할 것이다.
멸균 환경을 필요로 하는 절차의 경우, 로봇 시스템은 기구 드라이버와 의료 기구 사이에 있는, 멸균 드레이프(sterile drape)에 연결된 멸균 어댑터(sterile adapter)와 같은 구동 인터페이스를 통합할 수 있다. 멸균 어댑터의 주된 목적은 기구 드라이버의 구동 샤프트로부터 기구의 구동 입력부로 각도 운동을, 구동 샤프트와 구동 입력부 사이의 물리적 분리, 및 그에 따라 멸균을 유지시키면서, 전달하는 것이다. 따라서, 예시적인 멸균 어댑터는 기구 드라이버의 구동 샤프트 및 기구 상의 구동 입력부와 정합되도록 의도되는 일련의 회전 입력부 및 출력부로 구성될 수 있다. 멸균 어댑터에 연결되어, 투명 또는 반투명 플라스틱과 같은 얇은 가요성 재료로 구성된 멸균 드레이프는 기구 드라이버, 로봇 아암, (카트-기반 시스템 내의) 카트 또는 (테이블-기반 시스템 내의) 테이블과 같은 자본 장비를 덮도록 설계된다. 드레이프의 사용은 자본 장비가 멸균을 필요로 하지 않는 영역(즉, 비-멸균 영역) 내에 여전히 위치되면서 환자에게 근접하게 위치되도록 허용할 것이다. 멸균 드레이프의 다른 하나의 측부 상에서, 의료 기구는 멸균을 필요로 하는 영역(즉, 멸균 영역)에서 환자와 인터페이스할 수 있다.
D. 의료 기구.
도 13은 페어링된 기구 드라이버를 갖는 예시적인 의료 기구를 예시한다. 로봇 시스템과 함께 사용하도록 설계된 다른 기구와 마찬가지로, 의료 기구(70)는 긴 샤프트(71)(또는 긴 본체) 및 기구 기부(72)를 포함한다. 의사에 의한 수동 상호작용을 위한 그의 의도된 설계로 인해 "기구 손잡이"로 또한 지칭되는 기구 기부(72)는 일반적으로, 로봇 아암(76)의 원위 단부에서 기구 드라이버(75) 상의 구동 인터페이스를 통해 연장되는 구동 출력부(74)와 정합되도록 설계되는 회전가능 구동 입력부(73), 예컨대 리셉터클(receptacle), 풀리(pulley) 또는 스풀을 포함할 수 있다. 물리적으로 연결, 래칭(latched), 및/또는 결합될 때, 기구 기부(72)의 정합된 구동 입력부(73)는 기구 드라이버(75) 내의 구동 출력부(74)와 회전 축을 공유하여, 구동 출력부(74)로부터 구동 입력부(73)로의 토크의 전달을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 출력부(74)는 구동 입력부(73) 상의 리셉터클과 정합하도록 설계되는 스플라인(spline)을 포함할 수 있다.
긴 샤프트(71)는, 예컨대 내시경술에서와 같이, 해부학적 개구 또는 루멘, 또는 예컨대 복강경술에서와 같이, 최소 침습 절개부를 통해 전달되도록 설계된다. 긴 샤프트(66)는 가요성(예컨대, 내시경과 유사한 특성을 가짐) 또는 강성(예컨대, 복강경과 유사한 특성을 가짐)이거나 가요성 부분 및 강성 부분 둘 모두의 맞춤형 조합을 포함할 수 있다. 복강경술을 위해 설계될 때, 강성의 긴 샤프트의 원위 단부는, 회전 축을 갖는 클레비스(clevis)로부터 형성되는 조인트식 리스트(jointed wrist), 및 구동 입력부가 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 응답하여 회전함에 따라 텐돈(tendon)으로부터의 힘에 기초하여 작동될 수 있는, 예를 들어 파지기 또는 가위와 같은 수술 도구를 포함하는 엔드 이펙터에 연결될 수 있다. 내시경술을 위해 설계될 때, 가요성의 긴 샤프트의 원위 단부는 기구 드라이버(75)의 구동 출력부(74)로부터 수신된 토크에 기초하여 관절운동되고 구부러질 수 있는 조향가능 또는 제어가능 굽힘 섹션을 포함할 수 있다.
기구 드라이버(75)로부터의 토크는 샤프트(71) 내의 텐돈을 사용하여 긴 샤프트(71)를 따라 전달된다. 풀 와이어(pull wire)와 같은 이들 개별 텐돈은 기구 손잡이(72) 내의 개별 구동 입력부(73)에 개별적으로 고정될 수 있다. 손잡이(72)로부터, 텐돈은 긴 샤프트(71) 내의 하나 이상의 풀 루멘(pull lumen)을 따라 지향되고, 긴 샤프트(71)의 원위 부분에서 고정된다. 복강경술에서, 이들 텐돈은 리스트, 파지기, 또는 가위와 같은 원위에 장착된 엔드 이펙터에 결합될 수 있다. 그러한 배열 하에서, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈에 장력을 전달하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 일정 방식으로 작동하게 할 것이다. 복강경술에서, 텐돈은 조인트가 축을 중심으로 회전하게 하여, 그에 의해 엔드 이펙터가 하나의 방향 또는 다른 방향으로 이동하게 할 수 있다. 대안적으로, 텐돈은 긴 샤프트(71)의 원위 단부에서 파지기의 하나 이상의 조오(jaw)에 연결될 수 있으며, 여기에서 텐돈으로부터의 장력은 파지기가 폐쇄되게 한다.
내시경술에서, 텐돈은 접착제, 제어 링, 또는 다른 기계적 고정을 통해 (예컨대, 원위 단부에서) 긴 샤프트(71)를 따라 위치된 굽힘 또는 관절운동 섹션에 결합될 수 있다. 굽힘 섹션의 원위 단부에 고정식으로 부착될 때, 구동 입력부(73)에 가해진 토크는 텐돈을 따라 전달되어, 더 연질인 굽힘 섹션(때때로 관절운동가능 섹션 또는 영역으로 지칭됨)이 구부러지거나 관절운동하게 할 것이다. 비-굽힘 섹션을 따라, 내시경 샤프트의 벽을 따라(또는 그 내측에서) 개별 텐돈을 지향시키는 개별 풀 루멘을 나선형화 또는 나선화하여, 풀 와이어의 장력으로부터 발생하는 반경방향 힘의 균형을 잡는 것이 유리할 수 있다. 나선(spiraling)의 각도 및/또는 그들 사이의 간격은 특정 목적을 위해 변경 또는 조작될 수 있으며, 여기에서 더 조밀한 나선은 하중 힘 하에서의 더 작은 샤프트 압축을 나타내는 한편, 더 적은 양의 나선은 하중 힘 하에서의 더 큰 샤프트 압축을 가져오지만, 또한 한계 굽힘을 나타낸다. 스펙트럼의 다른 단부 상에서, 풀 루멘은 원하는 굽힘 또는 관절운동가능 섹션에서의 제어된 관절운동을 허용하기 위해 긴 샤프트(71)의 길이방향 축에 평행하게 지향될 수 있다.
내시경술에서, 긴 샤프트(71)는 로봇 절차를 보조하기 위한 다수의 구성요소를 수용한다. 샤프트는 샤프트(71)의 원위 단부에서 수술 영역에 수술 도구, 관주, 및/또는 흡인을 전개시키기 위한 작업 채널로 구성될 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 광학 카메라를 포함할 수 있는, 원위 팁(distal tip)에 있는 광학 조립체로/그로부터 신호를 전달하기 위한 와이어 및/또는 광섬유를 수용할 수 있다. 샤프트(71)는 또한, 발광 다이오드와 같은 근위에 위치된 광원으로부터 샤프트의 원위 단부로 광을 전달하기 위한 광섬유를 수용할 수 있다.
기구(70)의 원위 단부에서, 원위 팁은 또한, 진단 및/또는 치료, 관주, 및 흡인을 위한 도구를 수술 부위로 전달하기 위한 작업 채널의 개구를 포함할 수 있다. 원위 팁은 또한, 내부 해부학적 공간의 이미지를 캡처하기 위한, 섬유경 또는 디지털 카메라와 같은 카메라를 위한 포트를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 원위 팁은 또한, 카메라를 사용할 때 해부학적 공간을 조명하기 위한 광원을 위한 포트를 포함할 수 있다.
도 13의 예에서, 구동 샤프트 축, 및 그에 따라 구동 입력부 축은 긴 샤프트의 축에 직교한다. 그러나, 이러한 배열은 긴 샤프트(71)에 대한 롤(roll) 능력을 복잡하게 한다. 구동 입력부(73)를 정적으로 유지시키면서 긴 샤프트(71)를 그의 축을 따라 롤링시키는 것은 텐돈이 구동 입력부(73)로부터 연장되고 긴 샤프트(71) 내의 풀 루멘에 들어감에 따라 텐돈의 바람직하지 않은 엉킴을 야기한다. 그러한 텐돈의 결과적인 엉킴은 내시경술 절차 동안 가요성의 긴 샤프트의 이동을 예측하도록 의도된 임의의 제어 알고리즘을 방해할 수 있다.
도 14는 구동 유닛의 축이 기구의 긴 샤프트의 축에 평행한 기구 드라이버 및 기구에 대한 대안적인 설계를 예시한다. 도시된 바와 같이, 원형 기구 드라이버(80)는 그들의 구동 출력부(81)가 로봇 아암(82)의 단부에서 평행하게 정렬되는 4개의 구동 유닛을 포함한다. 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)는 기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83) 내에 수용되며, 이는 조립체(83) 내의 구동 유닛들 중 하나에 의해 구동된다. 회전 구동 유닛에 의해 제공되는 토크에 응답하여, 회전 조립체(83)는 회전 조립체(83)를 기구 드라이버의 비-회전 부분(84)에 연결하는 원형 베어링을 따라 회전한다. 전력 및 제어 신호가 기구 드라이버(80)의 비-회전 부분(84)으로부터, 브러시형 슬립 링 연결부(brushed slip ring connection)(도시되지 않음)에 의해 회전을 통해 유지될 수 있는 전기 접촉부를 통해 회전 조립체(83)로 전달될 수 있다. 다른 실시예에서, 회전 조립체(83)는, 비-회전 부분(84) 내에 통합되어, 그에 따라 다른 구동 유닛에 평행하지 않은 별개의 구동 유닛에 응답할 수 있다. 회전 메커니즘(83)은 기구 드라이버(80)가 구동 유닛, 및 그들 각각의 구동 출력부(81)를 단일 유닛으로서 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전시키도록 허용한다.
이전에 개시된 실시예와 마찬가지로, 기구(86)는 긴 샤프트 부분(88), 및 기구 드라이버(80) 내의 구동 출력부(81)를 수용하도록 구성되는 (리셉터클, 풀리, 및 스풀과 같은) 복수의 구동 입력부(89)를 포함하는 기구 기부(87)(논의 목적을 위해 투명 외부 스킨으로 도시됨)로 구성될 수 있다. 이전에 개시된 실시예와 달리, 기구 샤프트(88)는 축이 도 13의 설계에서와 같이 직교하기보다는 구동 입력부(89)의 축에 실질적으로 평행한 상태로 기구 기부(87)의 중심으로부터 연장된다.
기구 드라이버(80)의 회전 조립체(83)에 결합될 때, 기구 기부(87) 및 기구 샤프트(88)를 포함하는 의료 기구(86)는 회전 조립체(83)와 조합하여 기구 드라이버 축(85)을 중심으로 회전한다. 기구 샤프트(88)가 기구 기부(87)의 중심에 위치되기 때문에, 기구 샤프트(88)는 부착될 때 기구 드라이버 축(85)과 동축이다. 따라서, 회전 조립체(83)의 회전은 기구 샤프트(88)가 그 자체의 길이방향 축을 중심으로 회전하게 한다. 더욱이, 기구 기부(87)가 기구 샤프트(88)와 함께 회전함에 따라, 기구 기부(87) 내의 구동 입력부(89)에 연결된 임의의 텐돈은 회전 동안 엉키지 않는다. 따라서, 구동 출력부(81), 구동 입력부(89), 및 기구 샤프트(88)의 축의 평행성은 임의의 제어 텐돈을 엉키게 하지 않고서 샤프트 회전을 허용한다.
E. 내비게이션 및 제어.
전통적인 내시경술은 (예컨대, C-아암을 통해 전달될 수 있는 바와 같은) 형광투시법 및 다른 형태의 방사선-기반 이미징 기법의 사용을 수반하여, 조작자 의사에게 관내 안내를 제공할 수 있다. 대조적으로, 본 개시에 의해 고려되는 로봇 시스템은 비-방사선-기반 내비게이션 및 위치결정 수단을 제공하여, 방사선에 대한 의사의 노출을 감소시키고 수술실 내의 장비의 양을 감소시킬 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "위치결정"은 기준 좌표계에서 물체의 위치를 결정 및/또는 모니터링하는 것을 지칭할 수 있다. 수술전 매핑, 컴퓨터 비전(computer vision), 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터와 같은 기법은 방사선이 없는 수술 환경을 달성하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다. 방사선-기반 이미징 기법이 여전히 사용되는 다른 경우에, 수술전 매핑, 컴퓨터 비전, 실시간 EM 추적, 및 로봇 명령 데이터는 방사선-기반 이미징 기법만을 통해 획득된 정보를 개선하기 위해 개별적으로 또는 조합으로 사용될 수 있다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른, 기구의 위치와 같은, 로봇 시스템의 하나 이상의 요소의 위치를 추정하는 위치결정 시스템(90)을 예시한 블록도이다. 위치결정 시스템(90)은 하나 이상의 명령어를 실행하도록 구성되는 하나 이상의 컴퓨터 장치들의 세트일 수 있다. 컴퓨터 장치는 위에서 논의된 하나 이상의 구성요소 내의 프로세서(또는 프로세서들) 및 컴퓨터-판독가능 메모리에 의해 구현될 수 있다. 제한이 아닌 예로서, 컴퓨터 장치는 도 1에 도시된 타워(30), 도 1 내지 도 4에 도시된 카트, 도 5 내지 도 10에 도시된 베드 등 내에 있을 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 위치결정 시스템(90)은 의료 기구의 원위 팁에 대한 위치 데이터(96)를 생성하도록 입력 데이터(91 내지 94)를 처리하는 위치결정 모듈(95)을 포함할 수 있다. 위치 데이터(96)는 기준 프레임(frame of reference)에 대한 기구의 원위 단부의 위치 및/또는 배향을 나타내는 데이터 또는 논리일 수 있다. 기준 프레임은 환자의 해부학적 구조 또는 알려진 물체, 예컨대 EM 필드 발생기(EM 필드 발생기에 대해서는 아래의 논의 참조)에 대한 기준 프레임일 수 있다.
이제, 다양한 입력 데이터(91 내지 94)가 더 상세히 기술된다. 수술전 매핑은 저 선량 CT 스캔의 집합의 사용을 통해 달성될 수 있다. 수술전 CT 스캔은 3차원 이미지로 재구성되며, 이는, 예컨대 환자의 내부 해부학적 구조의 절결도의 "슬라이스(slice)"로서 시각화된다. 전체적으로 분석될 때, 환자 폐 네트워크와 같은 환자의 해부학적 구조의 해부학적 공동, 공간 및 구조에 대한 이미지-기반 모델이 생성될 수 있다. 중심선 기하학(center-line geometry)과 같은 기법이 CT 이미지로부터 결정되고 근사화되어, 수술전 모델 데이터(91)로 지칭되는, 환자의 해부학적 구조의 3차원 볼륨(three-dimensional volume)을 개발할 수 있다. 중심선 기하학의 사용은 그 내용이 전체적으로 본 명세서에 포함되는 미국 특허 출원 제14/523,760호에서 논의된다. 네트워크 위상 모델(network topological model)이 또한 CT-이미지로부터 도출될 수 있으며, 기관지경술에 특히 적절하다.
일부 실시예에서, 기구는 비전 데이터(92)를 제공하기 위한 카메라를 구비할 수 있다. 위치결정 모듈(95)은 하나 이상의 비전-기반 위치 추적을 가능하게 하도록 비전 데이터를 처리할 수 있다. 예를 들어, 수술전 모델 데이터는 비전 데이터(92)와 함께 사용되어 의료 기구의 컴퓨터 비전-기반 추적을 가능하게 할 수 있다(예컨대, 내시경 전진 또는 내시경의 작업 채널을 통한 기구 전진). 예를 들어, 수술전 모델 데이터(91)를 사용하여, 로봇 시스템은 내시경의 예상 이동 경로에 기초하여 모델로부터 예상 내시경 이미지의 라이브러리(library)를 생성할 수 있으며, 각각의 이미지는 모델 내의 일정 위치에 링크된다. 수술 중에, 이러한 라이브러리는, 카메라(예컨대, 내시경의 원위 단부에 있는 카메라)에서 캡처된 실시간 이미지를 이미지 라이브러리 내의 이미지와 비교하여 위치결정을 보조하기 위해 로봇 시스템에 의해 참조될 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 추적 기법은 특징부 추적(feature tracking)을 사용하여 카메라, 및 그에 따라 내시경의 운동을 결정한다. 위치결정 모듈(95)의 일부 특징은 해부학적 루멘에 대응하는 수술전 모델 데이터(91) 내의 원형 기하학적 구조를 식별하고 그들 기하학적 구조의 변화를 추적하여, 어느 해부학적 루멘이 선택되었는지뿐만 아니라 카메라의 상대 회전 및/또는 병진 운동을 결정할 수 있다. 위상 맵의 사용은 비전-기반 알고리즘 또는 기법을 추가로 향상시킬 수 있다.
다른 컴퓨터 비전-기반 기법인 광학 흐름(optical flow)은 비전 데이터(92) 내의 비디오 시퀀스에서 이미지 픽셀의 변위 및 병진을 분석하여 카메라 이동을 추론할 수 있다. 다수의 반복에 걸친 다수의 프레임의 비교를 통해, 카메라(및 그에 따라 내시경)의 이동 및 위치가 결정될 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 수술전 모델에 의해 표현되는 환자의 해부학적 구조에 정합될 수 있는 전역 좌표계에서 내시경의 실시간 위치를 생성하기 위해 실시간 EM 추적을 사용할 수 있다. EM 추적에서, 의료 기구(예컨대, 내시경 도구) 내에 하나 이상의 위치 및 배향으로 내장된 하나 이상의 센서 코일로 구성되는 EM 센서(또는 추적기)가 알려진 위치에 위치된 하나 이상의 정적 EM 필드 발생기에 의해 생성되는 EM 필드의 변화를 측정한다. EM 센서에 의해 검출된 위치 정보는 EM 데이터(93)로서 저장된다. EM 필드 발생기(또는 전송기)는 내장된 센서가 검출할 수 있는 저 강도 자기장을 생성하기 위해 환자 가까이에 배치될 수 있다. 자기장은 EM 센서의 센서 코일에 소전류(small current)를 유도하며, 이는 EM 센서와 EM 필드 발생기 사이의 거리 및 각도를 결정하기 위해 분석될 수 있다. 이들 거리 및 배향은 좌표계 내의 단일 위치를 환자의 해부학적 구조의 수술전 모델 내의 위치와 정렬시키는 기하학적 변환을 결정하기 위해 수술 중에 환자 해부학적 구조(예컨대, 수술전 모델)에 정합될 수 있다. 일단 정합되면, 의료 기구의 하나 이상의 위치(예컨대, 내시경의 원위 팁)에 있는 내장된 EM 추적기는 환자의 해부학적 구조를 통한 의료 기구의 진행의 실시간 표시를 제공할 수 있다.
로봇 명령 및 운동학(kinematics) 데이터(94)가 또한 위치결정 모듈(95)에 의해 사용되어, 로봇 시스템에 대한 위치결정 데이터(96)를 제공할 수 있다. 관절운동 명령으로부터 발생하는 장치 피치 및 요(yaw)는 수술전 보정 동안 결정될 수 있다. 수술 중에, 이들 보정 측정치는 알려진 삽입 깊이 정보와 조합하여 사용되어 기구의 위치를 추정할 수 있다. 대안적으로, 이들 계산치는 EM, 비전, 및/또는 위상 모델링과 조합하여 분석되어 네트워크 내의 의료 기구의 위치를 추정할 수 있다.
도 15가 도시하는 바와 같이, 다수의 다른 입력 데이터가 위치결정 모듈(95)에 의해 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시되어 있지 않지만, 형상-감지 섬유를 이용하는 기구가, 위치결정 모듈(95)이 기구의 위치 및 형상을 결정하는 데 사용할 수 있는 형상 데이터를 제공할 수 있다.
위치결정 모듈(95)은 입력 데이터(91 내지 94)를 조합(들)으로 사용할 수 있다. 일부 경우에, 그러한 조합은 위치결정 모듈(95)이 입력 데이터(91 내지 94) 각각으로부터 결정된 위치에 신뢰 가중치(confidence weight)를 할당하는 확률적 접근법(probabilistic approach)을 사용할 수 있다. 따라서, (EM 간섭이 있는 경우 그러할 수 있는 바와 같이) EM 데이터가 신뢰가능하지 않을 수 있는 경우, EM 데이터(93)에 의해 결정된 위치의 신뢰도가 감소될 수 있고, 위치결정 모듈(95)은 비전 데이터(92) 및/또는 로봇 명령 및 운동학 데이터(94)에 더 많이 의존할 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에서 논의되는 로봇 시스템은 위의 기법들 중 하나 이상의 조합을 통합하도록 설계될 수 있다. 타워, 베드 및/또는 카트에 기반한 로봇 시스템의 컴퓨터-기반 제어 시스템은 예를 들어 영구 자기 저장 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브 등과 같은 비-일시적 컴퓨터-판독가능 저장 매체 내에 컴퓨터 프로그램 명령어를 저장할 수 있으며, 이는, 실행 시에, 시스템으로 하여금 센서 데이터 및 사용자 명령을 수신 및 분석하고, 시스템 전체에 걸쳐 제어 신호를 생성하고, 전역 좌표계, 해부학적 맵 등 내에서의 기구의 위치와 같은 내비게이션 및 위치결정 데이터를 디스플레이하게 한다.
2. 의료 기구 구동.
본 개시의 실시예는 내부 본체 및 외부 본체를 갖는 의료 기구를 구동시키기 위한 시스템 및 기법에 관한 것이다. 예를 들어, 의료 기구는 시스템의 사용자로부터 수신된 명령에 기초하여 독립적으로 구동(예컨대, 전진, 후퇴, 관절운동, 회전 등)될 수 있는 2개 이상의 삽통 본체를 포함할 수 있다. 개별적으로 제어가능한 본체의 수가 증가함에 따라, 의료 기구의 구동을 제어하는 데 독립적으로 매핑될 수 있는 명령의 수가 또한 증가하여, 그에 의해 시스템의 복잡성을 증가시킨다. 추가적으로, 각각의 본체에는 해당 본체를 제어하는 데 이용가능한 다수의 지유도가 제공되어, 제어 변수의 수에 있어서 훨씬 더 큰 복잡성으로 이어질 수 있다. 더 높은 의료 기구 제어 복잡성은 덜 복잡한 구동 시스템으로는 달성할 수 없을 수 있는 더 많은 수의 이용가능한 구동 기법과 연관될 수 있다.
예를 들어, 표준 단일 본체 내시경은 다양한 방향으로의 삽입, 롤, 및 관절운동과 같은 다수의 자유도를 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다. 내부 본체 및 외부 본체를 포함하는 예시적인 다중본체 내시경에서, 시스템은 10 자유도를 제공할 수 있다(예컨대, 각각의 본체에 대해, 자유도는 1 삽입 자유도, 및 각각이 독립적인 관절운동 자유도를 제공하는 4개의 독립적인 풀 와이어를 포함할 수 있음). 다른 구현예는 더 많거나 더 적은 자유도를 포함할 수 있으며, 이는, 예를 들어 외부 및 내부 본체들 중 하나 이상의 롤을 제공할 수 있다. 10 자유도의 경우, 유사한 구동 기능을 달성하기 위한 기법의 다수의 상이한 조합이 있을 수 있다. 추가적으로, 소정 기법은 다른 기법에 비해 이점을 가질 수 있는데, 예컨대 의료 기구에 대한 응력 또는 마모를 감소시켜, 그에 의해 의료 기구, 또는 그의 부분들이 교체가 요구되기 전에 더 긴 지속기간 동안 사용되도록 허용할 수 있다.
본 개시의 소정 태양이 외부 본체 및 내부 본체를 포함하는 2 본체 시스템에 따라 기술될 수 있지만, 본 개시는 2 본체 의료 기구로 제한되지 않는다. 예를 들어, 의료 기구는 내부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 로봇 제어식 수술 기구를 추가로 포함할 수 있다. 수술 기구는 제3 로봇 아암 조립체에 연결되어, 그에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 따라서, 당업자는 외부 본체 및 내부 본체를 포함하는 의료 기구에 일반적으로 적용되는 것으로 후술되는 개념이 또한 3 본체 시스템, 또는 더 많은 수의 독립적으로 구동되는 본체를 포함하는 시스템에 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
시스템의 사용자의 인지 부하(cognitive load)를 감소시키기 위해, 시스템은 의료 기구의 구조에 기초하여 달성가능한 것보다 적은 자유도로 입력 명령을 수신하도록 구성되는 사용자 입력 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자 입력 장치는 3 자유도(예컨대, 삽입, 요, 및 피치)에 매핑되는 사용자 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 이어서, 시스템은 이들 사용자 명령을 의료 기구의 내부 및 외부 본체를 제어하는 데 사용되는 물리적 자유도에 대응하는 로봇 명령에 매핑할 수 있다. 이러한 매핑은, 특히, 내부 및 외부 본체들 중 어느 것에 명령을 적용할지를 결정하는 것을 수반할 수 있으며, 이는 소정 응용에서 내부 및 외부 본체 둘 모두를 구동시키는 것 및/또는 내부 및 외부 본체의 이동을 순차적인 또는 조정된 방식으로 조정하는 것을 수반할 수 있다.
도 16은 본 개시의 태양에 따른, 외부 및 내부 본체를 갖는 의료 기구를 구동시키도록 구성될 수 있는 수술 로봇 시스템의 일 실시예를 예시한다. 도 16이 로봇 아암(들) 및/또는 기구 조작기가 카트에 부착되는 실시예에 관한 것이지만, 본 개시는 그에 제한되지 않으며, 본 명세서에 기술되는 기법은, 도 6에 도시된 바와 같이 환자 플랫폼을 지지하는 칼럼에 부착될 수 있는 적용가능 로봇 아암(들) 및/또는 기구 조작기이다.
다시 도 16을 참조하면, 카트(105), 하나 이상의 기구 조작기(115, 125), 및 의료 기구(130)를 포함할 수 있는 시스템(100)이 예시되어 있다. 카트(105)는 프로세서(예시되지 않음), 메모리(예시되지 않음), 의료 기구(130)의 내비게이션 및/또는 구동과 관련된 인코딩된 데이터를 렌더링하도록 구성되는 디스플레이(107), 및 하나 이상의 사용자 입력 장치들(150)(예컨대, 펜던트, 마스터 제어기, 또는 다른 사용자 입력 제어기)의 세트를 포함할 수 있다. 그러나, 실시예에 따라, 프로세서, 메모리, 및 디스플레이(107) 중 하나 이상은 다른 장치 상에 또는 그 내에, 예컨대 도 1에 예시된 이동가능 타워(30) 상에 위치될 수 있다. 추가적으로, 다른 구현예에서, 디스플레이(107) 이외의 피드백 장치가 디스플레이(107) 대신에 또는 그에 더하여 사용될 수 있다. 채용될 수 있는 다른 피드백 장치는 햅틱 장치(haptic device), 스피커, 기구 조작기들(115, 125) 중 하나 이상을 통해 작동되는 포스-피드백(force-feedback), 하나 이상의 발광 다이오드(LED)(들) 등을 포함한다.
소정 구현예에서, 하나 이상의 사용자 입력 장치(150)는 하나 이상의 조이스틱(151) 및 토글 입력부(toggle input)(153)(예컨대 버튼)를 포함한다. 하나 이상의 조이스틱은 의료 기구의 삽입 및/또는 후퇴와 의료 기구(130)의 관절운동 부분의 관절운동을 위한 명령을 생성하는 데 사용될 수 있는 입력부로서 기능할 수 있다. 토글 입력부(153)는 의료 기구(130)의 다양한 구동 모드 사이에서 변경하기 위한 구동 모드 변경 명령(예컨대, 구동 모드 토글 명령(toggle drive mode command))을 생성하기 위해 시스템에 의해 사용될 수 있다. 구동 모드 및 구동 모드들 사이에서 변경 또는 토글링하기 위한 조건에 관한 추가의 상세사항이 아래에서 제공될 것이다.
기구 조작기(115, 125)는 제1 로봇 아암(110) 및 제2 로봇 아암(120)에 의해 각각 구동되는 제1 기구 조작기 및 제2 기구 조작기(125)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 개시의 태양은 또한, 제1 및 제2 로봇 아암(110, 120) 이외의 다른 작동 메커니즘(들)에 의해 구동될 수 있는 하나 이상의 기구 조작기(115, 125)를 갖는 시스템에 적용가능하다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 기구 조작기(또한 기구 장치 조작기(instrument device manipulator, IDM)로 지칭됨)는 일반적으로, 의료 기구(또는 그의 일부분)에 검출가능 연결을 제공하는 조립체를 지칭할 수 있다. IDM(예컨대, 도 12에 예시된 구동 유닛(63))은, 그에 부착된 임의의 엔드 이펙터를 비롯하여, 의료 기구의 이동 및/또는 조작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 기구 조작기(115)는 제1 로봇 아암(110)의 원위 단부에 연결될 수 있고, 제2 기구 조작기는 제2 로봇 아암(120)의 원위 단부에 연결될 수 있다. 제1 로봇 아암(110)의 모터(들)를 작동시킴으로써, 모터(들)는, (예컨대, 제1 아암의 하나 이상의 조인트(113)의 위치 및/또는 배향을 조절함으로써) 제1 로봇 아암(110), 및 그에 따라 기구 조작기(115)의 자세 또는 포즈(pose)를 조절하고, 그에 의해 기구 조작기(115)에 부착된 조향가능 기구(130)를 제어하도록 작동가능할 수 있다. 제1 로봇 아암(110)과 유사하게, 제2 로봇 아암(120)은, 제2 기구 조작기(125)를 구동시켜 조향가능 기구(130)를 작동시키도록 작동가능할 수 있다.
도 16의 실시예의 의료 기구(130)는 제1 기구 조작기(115)에 부착되는 외부 본체(131), 및 제2 기구 조작기(125)(120)에 부착되는 내부 본체(133)를 포함한다. 그러나, 도 16의 예시된 예는 단지 하나의 예시적인 의료 기구(130)이고, 다른 실시예는 단일 기구 조작기(115)에 의해 제어되는 의료 기구(130) 또는 작동을 위해 3개 이상의 기구 조작기를 필요로 하는 의료 기구(130)를 포함할 수 있다. 실시예 및 수행되는 의료 절차에 따라, 제1 및 제2 의료 기구들 각각은 내부 리더 부분, 외부 시스 부분, 바늘, 겸자, 브러시 등 중 하나를 포함할 수 있다.
외부 및 내부 본체(131, 133)는 제1 축(140)을 따라 환자 내로 전진/삽입(또는 그로부터 후퇴)되도록 구성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 제1 축(140)은 가상 레일로 지칭될 수 있다. 가상 레일은 기구 조작기(115, 125)의 정렬 축에 의해 한정될 수 있고, 따라서 또한 의료 기구(130)의 중심 축과 일치할 수 있다. 가상 레일(140)을 따른 제1 및 제2 기구 조작기(115, 125)의 이동은 환자 내외로의 외부 및 내부 본체(131, 133)의 전진 및 후퇴를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 조이스틱들(151) 중 하나는 내부 및 외부 본체들(131, 133) 중 하나 이상을 비롯하여, 의료 기구(130)의 관절운동을 제어하는 데 사용되고, 조이스틱들(151) 중 다른 것은 내부 및 외부 본체들(131) 중 하나 이상을 비롯하여, 의료 기구(130)의 관절운동을 제어하는 데 사용된다. 구동 모드에 따라, 조이스틱(151)으로부터 수신된 입력(들)은 내부 및 외부 본체(131, 133) 둘 모두에 매핑될 수 있거나, 한 번에 내부 및 외부 본체들(131, 133) 중 하나에만 매핑될 수 있다.
A. 예시적인 의료 기구 및 구동 모드.
도 17a는 본 개시의 태양에 따른 의료 기구의 일 실시예를 도시한다. 예시된 의료 기구(200)는 외부 본체(210)(또한 시스로 지칭됨) 및 내부 본체(220)(또한 리더로 지칭됨)를 포함한다. 소정 구현예에서, 로봇 수술 시스템은 외부 및 내부 본체의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 로봇 아암 조립체들의 세트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 외부 본체(210) 및 내부 본체(220)는 로봇 아암에 연결된 기구 조작기에 각각 결합될 수 있다(예를 들어, 도 16 참조). 따라서, 외부 및 내부 본체(210, 220)는 대응하는 로봇 아암 및 그에 연결된 기구 조작기의 조작을 통해 독립적으로 구동될 수 있다. 외부 본체(210)는 내부 본체(220)가 그것을 통해 구동되도록 구성되는 루멘(215)을 추가로 한정할 수 있다.
도 17b는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 페어링 구동 모드의 일 실시예를 예시한다. 시스템은 페어링 구동 모드 및 적어도 하나의 비페어링 구동 모드를 포함할 수 있는 복수의 구동 모드들 중 하나로 의료 기구를 구동시키도록 구성될 수 있다.
도 18은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 18에 예시된 방법(1600)의 단계는 수술 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(1600)은 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(1600)은 블록(1601)에서 시작된다. 프로세서는 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구, 외부 및 내부 본체의 이동을 제어하도록 구성되는 (예컨대, 로봇 아암 조립체에 결합될 수 있는) 하나 이상의 기구 조작기들의 세트, 하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트, 하나 이상의 프로세서들의 세트, 및 프로세서들의 세트와 통신하고 프로세서들의 세트로 하여금 방법(1600)을 수행하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는 시스템의 일부로서 포함될 수 있다.
블록(1605)에서, 프로세서는, 사용자 입력 장치(예컨대, 도 16의 사용자 입력 장치(150))를 통해, 구동 모드 변경 명령을 수신한다. 시스템은, 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구(200)의 구동 모드를 페어링 구동 모드로부터 비페어링 구동 모드로 변경하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서, 블록(1610)에서, 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여, 프로세서는 의료 기구의 구동 모드를 페어링 구동 모드로부터 비페어링 구동 모드로 변경한다. 페어링 구동 모드에 있는 동안 입력 장치들의 세트로부터 구동 명령을 수신하는 것에 응답하여 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리로 유지된다. 방법(1600)은 블록(1615)에서 종료된다.
계속해서 도 16, 도 17a, 및 도 17b를 참조하면, 소정 구현예에서, 페어링 구동 모드에서, 내부 본체(220)의 원위 단부와 외부 본체(210)의 원위 단부 사이의 거리는 사전결정된 거리(240)로 유지된다. 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리(240)는 입력 장치들의 세트로부터 구동 명령을 수신하는 것에 응답하여 유지될 수 있다. 구동 명령은 의료 기구를 조작하기 위한 하나 이상의 명령을 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 명령은 (예컨대, 의료 기구를 전진 또는 후퇴시키기 위한) 삽입 명령 및/또는 (예컨대, 의료 기구의 원위 단부의 굽힘 또는 관절운동을 증가 또는 감소시키기 위한) 관절운동 명령 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 용어 "거리"가, 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단일 길이(예컨대, 5 mm) 또는 길이들의 범위(5 mm 내지 8 mm)를 지칭할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
다시 도 17b를 참조하면, 의료 기구(200)가 삽입 방향(230)을 따라 삽입됨에 따라 의료 기구(200)의 다수의 스냅샷(snapshot)이 위에서 아래로 순서대로 도시되어 있다. 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리(240)의 초기 위치에 대해 파선이 제공된다. 예시된 스냅샷에서 의료 기구(200)가 전진됨에 따라, 사전결정된 거리(240)는 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이에서 유지된다. 페어링 구동 모드에서, 사전결정된 거리(240)는 또한 다른 조작 명령에 대해 유지될 수 있다. 예를 들어, 사전결정된 거리(240)는 후퇴 명령에 응답하여 그리고 관절운동 명령에 응답하여 유지될 수 있다.
도 17a 및 도 17b에 예시된 바와 같이, 내부 본체(220) 및 외부 본체(210)의 원위 단부는 챔퍼링될(chamfered) 수 있다. 이들 챔퍼링된 에지는 의료 절차 동안 내부 본체(220) 및 외부 본체(210)의 원위 단부가 루멘 네트워크를 통해 더 용이하게 전진하도록 허용할 수 있다. 추가적으로, 내부 본체(220)가 챔퍼링된 에지를 포함할 때, 내부 본체(220)의 원위 단부가 외부 본체(210)의 원위 단부로부터 연장되도록 사전결정된 거리(240)를 유지시키는 것에 소정 이점이 있을 수 있다. 예를 들어, 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 각각 상의 챔퍼는 원위 단부가 루멘 네트워크의 벽의 특징부에 걸림이 없이 루멘 네트워크를 따라 더 용이하게 전진하도록 허용할 수 있다. 내부 본체(220)의 원위 단부가 외부 본체(210)의 원위 단부로부터 연장되지 않는 경우, 내부 본체(220)의 원위 단부 상의 챔퍼와 연관된 이점은 이용될 수 없다.
사전결정된 거리(240)는 의료 기구(240) 및/또는 로봇 아암의 물리적 구조의 하나 이상의 고려사항에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 외부 및 내부 본체들(210, 220) 각각의 길이는 소정량의 제조 변동을 가질 수 있으며, 이는 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리가 그러한 제조 변동을 갖지 않는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 대응하는 거리로부터 오프셋되는 것으로 이어질 수 있다. 외부 및 내부 본체(210, 200)의 길이는 또한 시간 경과에 따라 변할 수 있는데, 예를 들어 길이가 축소될 수 있으며, 이는 시스템에 의해 계산된 바와 같은, 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리와 실제의 원위 단부들 사이의 거리 사이의 차이를 야기할 수 있다.
추가적으로, 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리가 임계 거리 미만일 때, 내부 본체의 원위 단부 상에 형성된 카메라에 의해 캡처된 이미지 데이터는 외부 본체(210)에 의해 가려질 수 있으며, 이는 카메라에 의해 캡처된 이미지에서 볼 수 있다. 따라서, 캡처된 이미지에서 외부 본체(220)의 원위 단부가 보이지 않도록 외부 본체(210)의 원위 단부로부터 내부 본체(220)의 원위 단부를 연장시키는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 사전결정된 거리(240)는 내부 본체(210)의 원위 단부가 로봇 아암의 기구 조작기 상에 로딩될 때 외부 본체(220)의 원위 단부로부터 연장되도록 길이의 그러한 제조 차이에 대한 공차(tolerance)보다 크게 선택될 수 있다. 다른 구현예에서, 사전결정된 거리(240)는 또한, 위치설정에 대한 허용 오차(tolerance error)를 가질 수 있는 명령된 위치설정으로부터의 기구 조작기의 위치설정의 임의의 차이를 처리하도록 선택될 수 있다. 따라서, 사전결정된 거리(240)는 또한, 기구 조작기의 위치설정과 명령된 위치의 차이로 인해 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리에 도입된 차이를 처리할 수 있다.
사전결정된 거리(240)를 선택하는 데 사용될 수 있는 다른 고려사항은, 그것을 넘어서는 경우 의료 기구(200)의 삽입이 방해될 수 있는 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 논의되는 바와 같이, 외부 및 내부 본체(210, 220)는 본체들(210, 200) 중 하나만에 의해 달성가능한 것보다 더 많은 관절운동을 제공하기 위해 함께 관절운동될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 동일한 방향으로의 외부 및 내부 본체(210, 220)의 협동 관절운동은 일반적으로 "공동-관절운동"으로 지칭될 수 있다. 내부 본체(220)의 원위 단부가 외부 본체(210)의 원위 단부로부터 너무 멀리 연장될 때, 의료 기구(200)의 공동-관절운동은 바람직하지 않은 스위핑(sweeping) 운동을 유발할 수 있으며, 이는 사용자가 효과적으로 조작하기 어려울 수 있다. 따라서, 사전결정된 거리(240)는 공동-관절운동이 바람직하지 않은 스위핑 운동을 야기하는 임계치 미만으로 선택될 수 있다.
소정 실시예에서, 내부 본체(220)의 원위 단부는 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리로 유지되도록 외부 본체(210) 내로 후퇴될 수 있다. 내부 본체(220)의 원위 단부를 외부 본체(210) 내에 한정된 루멘 내에 유지시킴으로써, 내부 본체(220)에 대한 마모가 감소되어, 그에 의해 내부 본체(220)의 수명을 증가시킬 수 있다. 소정 구현예에서, 내부 본체(220)의 원위 단부가 외부 본체(210) 내로 후퇴된 상태에서 의료 기구(200)를 구동시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 내부 본체(220)가 바늘과 같은 날카로운 에지를 포함할 때, 내부 본체(220)가 외부 본체(210)로부터 연장된 상태에서 구동시키는 것은 환자에게 우발적인 손상을 입힐 수 있다. 내부 본체(220)가 후퇴된 상태에서 구동시킬 때, 의료 기구(200)는 관절운동 동안 스위핑을 덜 겪을 수 있고, 더 급격한 회전 반경(tighter turn radius)을 가질 수 있으며, 내부 본체(220)의 원위 단부를 보호할 수 있다. 그러나, 이러한 후퇴 구동은 또한, 내부 본체(220)의 원위 단부 상에 위치된 카메라의 시야의 가림을 야기할 수 있다. 또한, 더 급격한 회전 반경은 내부 본체(220)에 대한 조기 손상을 야기할 수 있다.
페어링 모드로 구동시키는 동안 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이에서 유지될 수 있는 사전결정된 거리(240)는 거리들의 범위를 포함할 수 있다. 예를 들어, 거리들의 범위는, 의료 기구(200)를 구동시키는 것이 원위 단부들 사이의 너무 작은 거리 또는 원위 단부들 사이의 너무 큰 거리와 연관된 불리한 영향을 받지 않도록, 페어링 모드에서의 의료 기구(200)의 구동에 영향을 미치는 위에서 논의된 고려사항에 기초하여 선택될 수 있다. 시스템은 페어링 모드로 구동시키는 동안 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리를 모니터링할 수 있고, 측정된 거리가 제1 임계 거리 미만이거나 제2 임계 거리 초과인 것에 응답하여 그들 사이의 거리를 조절할 수 있다. 원위 단부들 사이의 거리를 거리들의 범위 내로 유지시킴으로써, 시스템은 기구 조작기 위치의 오차, 절차 동안의 또는 그 전의 외부 및 내부 본체들(210, 220) 중 하나 이상의 연장 또는 수축 등으로 인해 도입될 수 있는 측정 오차를 보상하는 것이 가능할 수 있다.
소정 실시예에서, 시스템은 페어링 모드로 구동시키기 위해 그로부터 특정 사전결정된 거리가 선택될 수 있는 복수의 사전결정된 거리를 저장할 수 있다. 사전결정된 거리는 사용자의 선호도, 수행되는 의료 절차의 유형(예컨대, 기관지경술, 요관경술, 위장병검사 등), 및/또는 각각의 개별 의료 기구와 연관될 수 있다. 시스템은 사전결정된 거리의 값에 대한 선호도를 식별하는 선택을 수신할 수 있다. 이러한 선택은 시스템의 사용자의 식별을 포함할 수 있고, 식별된 사용자는 사용자의 선호도에 따라 사전선택된 주어진 사전결정된 거리와 연관될 수 있다. 시스템은 수신된 선택에 기초하여 사전결정된 거리를 조절할 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 상이한 성능 프로파일이, 가능하게는 사용자 선호도에 기초하여 선택되도록 허용하기 위해, 스포트 모드(sport mode) 또는 보존 모드(conservative mode)와 같은 다양한 모드를 가질 수 있다. 각각의 모드는 사전결정된 거리 및/또는 관절운동 계수에 대해 상이한 파라미터를 가질 수 있다. 사전결정된 거리 및 공동-관절운동 계수는 관절운동 프로파일 및 역으로, 의료 장치의 마멸(wear and tear)에 영향을 미칠 수 있다.
소정 실시예에서, 시스템은 의료 기구의 구동 모드가 페어링 구동 모드로부터 비페어링 구동 모드로 또는 그 반대로 변경될 때 환자의 루멘 네트워크에 대한 외부 본체의 원위 단부의 위치에 기초하여 사전결정된 거리를 조절할 수 있다. 관절운동 프로파일을 달성하기 위해 사전결정된 거리 및 공동-관절운동 계수를 변경하는 것은 주어진 해부학적 구조에 바람직할 수 있다.
페어링 모드로 구동시킬 때 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리를 유지시킴에 있어서, 시스템은 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리와 동일하지 않다고(또는 거리들의 범위 내에 있지 않다고) 결정할 수 있다. 소정 실시예에서, 시스템은 내부 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리를 내부 및 외부 본체의 각각의 길이, 및 대응하는 내부 또는 외부 본체가 환자 내로 삽입된 거리를 결정하는 데 사용될 수 있는 로봇 삽입 데이터에 기초하여 결정할 수 있다. 일 구현예에서, 시스템은 내부 및 외부 본체의 일부분 상에 설치될 수 있는 메모리 장치에 내부 및 외부 본체의 길이를 저장할 수 있다. 예를 들어, RFID 태그(tag)가 내부 및 외부 본체들 각각 내에 설치될 수 있고, 시스템은 RFID 태그로부터 내부 및 외부 본체의 길이를 판독하도록 구성될 수 있다. 내부 및 외부 본체의 길이는 제조 후에 측정될 수 있고, 측정된 값은 메모리 장치에 저장될 수 있다.
시스템은, 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리와 동일하지 않다고 결정하는 것에 응답하여, 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리로 유지될 때까지 외부 및 내부 본체들 중 하나를 전진 또는 후퇴시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 거리가 사전결정된 거리와 실질적으로 동일할(예컨대, 그의 한정된 공차 범위 내에 있을) 때까지, 외부 본체(210)를 전진시키기 위해 외부 본체 구동 모드로 전환될 수 있거나, 내부 본체(220)를 후퇴시키기 위해 내부 본체 구동 모드로 전환될 수 있다. 시스템은, 기구 조작기들의 세트를 통해, 거리를 다시 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있게 하는 것에 응답하여 사전결정된 거리를 유지시키도록 외부 및 내부 본체 둘 모두를 구동시키기 위해 다시 페어링 모드로 전환될 수 있다.
특히, 시스템은 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리 미만만큼 연장된다고 결정할 수 있으며, 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리 미만만큼 연장된다고 결정하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 내부 본체 구동 모드로 변경할 수 있고, 사용자로부터 수신된 삽입 명령에 기초하여, 내부 본체를 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리만큼 연장될 때까지 전진시킬 수 있다. 이어서, 시스템은 구동 모드를 페어링 구동 모드로 변경할 수 있다. 대안적으로, 시스템은 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리 초과만큼 연장된다고 결정할 수 있으며, 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리 초과만큼 연장된다고 결정하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 외부 본체 구동 모드로 변경할 수 있고, 사용자로부터 수신된 삽입 명령에 기초하여, 외부 본체를 내부 본체의 원위 단부가 외부 본체의 원위 단부로부터 사전결정된 거리만큼 연장될 때까지 전진시킬 수 있다. 이어서, 시스템은 구동 모드를 페어링 구동 모드로 변경할 수 있다.
시스템은 내부 본체 구동 모드(또한 리더 구동 모드로 지칭됨)로 작동하도록 추가로 구성될 수 있다. 내부 본체 구동 모드에서, 시스템은, 외부 본체에 추가의 명령을 제공함이 없이, 사용자 입력 장치로부터 수신된 입력을 내부 본체에 대한 구동 명령에 매핑하도록 구성될 수 있다. 소정 구현예에서, 시스템은, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 내부 본체 구동 모드 명령을 수신하고, 내부 본체 구동 모드 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 외부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 내부 본체가 전진 또는 후퇴되는 내부 본체 구동 모드로 변경하도록 구성될 수 있다. 내부 본체 구동 모드는 또한 관절운동 명령을 내부 본체에 매핑할 수 있다. 소정 실시예에서, 시스템은 또한 내부 본체 구동 모드에서 외부 본체를 관절운동시킬 수 있다. 구동 모드에 따라 관절운동 명령을 내부 및 외부 본체에 매핑하기 위해 사용되는 기법이 아래에서 더 상세히 논의될 것이다.
도 19는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 내부 본체 구동 모드의 일 실시예를 예시한다. 시스템은, 사용자 입력 장치를 통해, 내부 본체 구동 모드 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 내부 본체 구동 모드 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구(300)의 구동 모드를 내부 본체 구동 모드로 변경하도록 추가로 구성될 수 있다. 내부 본체 구동 모드에서, 외부 본체가 실질적으로 정지 상태로 유지되는 동안 삽입 및 후퇴 명령이 내부 본체에 매핑될 수 있다.
도 19에서, 외부 본체(310)의 위치가 실질적으로 유지되는 동안 내부 본체(320)가 삽입 방향(330)을 따라 삽입됨에 따라 의료 기구(300)의 다수의 스냅샷이 위에서 아래로 순서대로 도시되어 있다. 외부 및 내부 본체(310, 320)의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리(340)의 초기 위치에 대해 파선이 제공된다. 예를 들어, 페어링 구동 모드로부터 내부 본체 구동 모드로 스위칭할 때, 외부 및 내부 본체(310, 320)의 원위 단부는 초기에, 사전결정된 거리(340)의 임계 범위 내의 거리만큼 분리될 수 있다. 예시된 스냅샷에서 내부 본체(320)가 전진 명령에 응답하여 전진됨에 따라, 외부 본체(310)는 실질적으로 정지 상태로 유지된다. 외부 본체(310)의 원위 단부의 위치가 정지 상태에 있는 것으로 예시되어 있지만, 환경(예컨대, 환자의 호흡 운동) 및/또는 내부 본체(320)의 이동으로 인해 외부 본체(310)에 가해지는 힘의 변화가 외부 본체(310)의 위치를 최소로 변경되게 할 수 있다. 전진 명령이 도 19에 예시되어 있지만, 외부 본체(310)가 실질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 내부 본체(320)가 외부 본체(310)의 원위 단부를 향해 후퇴되는 후퇴 명령이 또한 내부 본체 구동 모드에서 수행될 수 있다.
시스템은 외부 본체 구동 모드(또한 시스 구동 모드로 지칭됨)로 작동하도록 추가로 구성될 수 있다. 외부 본체 구동 모드에서, 시스템은, 내부 본체에 추가의 명령을 제공함이 없이, 사용자 입력 장치로부터 수신된 입력을 외부 본체에 대한 구동 명령에 매핑하도록 구성될 수 있다. 소정 구현예에서, 시스템은, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 외부 본체 구동 모드 명령을 수신하고, 외부 본체 구동 모드 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구의 구동 모드를 내부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 외부 본체가 전진 또는 후퇴되는 외부 본체 구동 모드로 변경하도록 구성될 수 있다. 외부 본체 구동 모드는 또한, 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 관절운동 명령을 내부 본체에 매핑할 수 있다.
도 20은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 외부 본체 구동 모드의 일 실시예를 예시한다. 시스템은, 사용자 입력 장치를 통해, 외부 본체 구동 모드 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 외부 본체 구동 모드 명령을 수신하는 것에 응답하여, 의료 기구(300)의 구동 모드를 외부 본체 구동 모드로 변경하도록 추가로 구성될 수 있다. 외부 본체 구동 모드에서, 내부 본체가 실질적으로 정지 상태로 유지되는 동안 삽입 및 후퇴 명령들이 외부 본체에 매핑될 수 있다.
도 20에서, 내부 본체(420)의 위치가 실질적으로 유지되는 동안 외부 본체(410)가 삽입 방향(430)을 따라 전진됨에 따라 의료 기구(400)의 다수의 스냅샷이 위에서 아래로 순서대로 도시되어 있다. 외부 본체(410)의 추가의 전진이 페어링 모드로 자동으로 스위칭할, 외부 및 내부 본체(410, 420)의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리(440)의 위치에 대해 파선이 제공된다. 예시된 스냅샷에서 외부 본체(410)의 원위 단부가 전진 명령에 응답하여 전진됨에 따라, 내부 본체(420)는 실질적으로 정지 상태로 유지된다. 내부 본체(420)의 원위 단부의 위치가 정지 상태에 있는 것으로 예시되어 있지만, 환경(예컨대, 환자의 호흡 운동) 및/또는 외부 본체(410)의 이동으로 인해 내부 본체(420)에 가해지는 힘의 변화가 내부 본체(420)의 위치를 최소로 변경되게 할 수 있다. 전진 명령이 도 20에 예시되어 있지만, 내부 본체(420)가 실질적으로 정지 상태로 유지되는 동안, 외부 본체(410)의 원위 단부가 내부 본체(420)의 원위 단부로부터 멀어지게 후퇴되는 후퇴 명령이 또한 외부 본체 구동 모드에서 수행될 수 있다.
도 21은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 기법을 예시한 블록도를 제공한다. 예시된 실시예에서, 의료 기구는 페어링 구동 모드(505), 내부 본체 구동 모드(510), 및 외부 본체 구동 모드(515) 중 하나로 구동될 수 있다. 소정 구현예에서, 사용자 입력 장치는 현재 구동 모드를 변경하라는 시스템의 사용자로부터의 명령을 수신하도록 구성되는 버튼을 포함할 수 있다. 시스템은 시스템의 현재 상태에 따라 구동 모드 변경 명령에 상이하게 응답할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 페어링 구동 모드(505) 명령으로 의료 기구를 구동시키고 있고 구동 모드 변경 명령을 수신할 때, 시스템은 구동 모드를 내부 본체 구동 모드(510)로 변경할 수 있다. 이러한 변경은 시스를 파킹하는 것 및 내부 본체의 구동을 개시하는 것을 수반할 수 있다.
내부 본체 구동 모드(510)에 있을 때, 구동 모드 변경 명령의 수신에 대한 시스템의 응답은 내부 본체 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리의 임계 거리 내에 있는지 여부에 의존할 수 있다(예컨대, 의료 기구는 페어링 위치에 있음, 도 17a 참조). 내부 본체 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리의 임계 거리 내에 있을 때, 시스템은 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여 구동 모드를 페어링 구동 모드(505)로 변경할 수 있다. 내부 본체 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리의 임계 거리 내에 있지 않을 때, 시스템은 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여 구동 모드를 외부 본체 구동 모드(515)로 변경할 수 있다.
마지막으로, 외부 본체 구동 모드(515)에 있을 때, 시스템은 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여 구동 모드를 내부 본체 구동 모드(510)로 변경할 수 있다. 이러한 구동 모드의 변경은 외부 본체의 현재 위치에서 외부 본체를 파킹하는 것 및 내부 본체의 구동을 개시하는 것을 수반할 수 있다. 시스템은, 아래에서 논의되는 바와 같이, 시스템이 소정 조건 하에서 이러한 구동 모드의 변경을 자동으로 수행할 수 있기 때문에, 외부 본체 구동 모드(515)로부터 페어링 구동 모드(505)로 직접 전환하라는 명령을 필요로 하지 않을 수 있다.
소정 실시예에서, 시스템은 의료 기구를 내부 본체 구동 모드(510) 또는 외부 본체 구동 모드(515) 중 어느 하나에서보다 페어링 구동 모드(505)에서 더 빠른 속도로 구동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 접근 지점에 더 가까운 루멘 네트워크의 초기 부분을 통한 의료 기구의 구동은 사용자가 내부 본체 또는 외부 본체 구동 모드(510 또는 515)를 선택할 수 있는 표적 부근의 루멘 네트워크의 일부분보다 낮은 정밀도를 필요로 할 수 있다. 따라서, 시스템은 더 낮은 정밀도가 요구될 때 의료 기구를 페어링 구동 모드(505)에서 더 빠른 속도로 구동시킬 수 있다. 대안적으로, 시스템은 접근 지점으로부터의 임계 삽입 거리 내에 있을 때 의료 기구를 더 빠른 속도로 구동시킬 수 있고, 삽입 거리가 임계 삽입 거리보다 큰 후에 속도를 제한할 수 있다. 구동 속도는 관절운동 속도, 이완 속도, 삽입 속도, 및 후퇴 속도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
시스템은 또한, 현재 구동 모드에서의 구동이 페어링 위치에 접근할 때 구동 모드를 페어링 구동 모드(505)로 변경함으로써 "자동-페어링"(예컨대, 내부 본체 구동 모드(510) 또는 외부 본체 구동 모드(515) 중 어느 하나로부터 자동으로 전환됨)을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 22는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 자동-페어링의 일 실시예를 예시한다. 구체적으로, 도 22에서, 내부 본체(620)가 후퇴 방향(630)을 따라 후퇴됨에 따라 의료 기구(600)의 다수의 스냅샷이 위에서 아래로 순서대로 도시되어 있다. 이러한 경우에, 시스템은 내부 본체(620)를 내부 본체 구동 모드로 구동시키고 있고, 내부 본체(620)의 원위 단부는 외부 본체(610)의 원위 단부로부터 파선으로 예시된 사전결정된 거리(640)보다 큰 거리만큼 연장된다. 예를 들어, 시스템은, 내부 본체 구동 모드에서의 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 후퇴시키라는 후퇴 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 후퇴 명령을 수신하는 것에 응답하여, 시스템은 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해 내부 본체(620)를 후퇴시킬 수 있다.
소정 실시예에서, 일단 내부 본체(620)의 원위 단부가 외부 본체(610)의 원위 단부로부터의 사전결정된 거리(640)에 도달하면(예컨대, 의료 기구(600)는 페어링 위치에 있음), 시스템은 자동으로 페어링 구동 모드에 진입할 수 있다. 즉, 시스템은 내부 본체(620)의 원위 단부와 외부 본체(610)의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리(640)의 공차 범위 내에 있다고 결정할 수 있다. 내부 본체(620)의 원위 단부와 외부 본체(610)의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리(640)의 공차 범위 내에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 의료 기구(600)의 구동 모드를 페어링 구동 모드로 변경할 수 있다. 그 후에, 추가의 구동 명령이 페어링 구동 모드에 따라 외부 및 내부 본체(610, 620) 둘 모두에 시스템에 의해 매핑될 수 있다. 도 22에 예시된 예에서, 후퇴 명령은 유지되고, 외부 및 내부 본체(610, 620) 둘 모두는 그들 사이의 사전결정된 거리(640)를 유지시키도록 후퇴된다.
시스템은 외부 본체 구동 모드로부터 "자동-페어링"을 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 도 23은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 자동-페어링의 다른 실시예를 예시한다. 구체적으로, 도 23에서, 외부 본체(710)가 삽입 방향(730)을 따라 삽입됨에 따라 의료 기구(700)의 다수의 스냅샷이 위에서 아래로 순서대로 도시되어 있다. 이러한 경우에, 시스템은 외부 본체(710)를 외부 본체 구동 모드로 구동시키고 있고, 내부 본체(720)의 원위 단부는 외부 본체(710)의 원위 단부로부터 파선으로 예시된 사전결정된 거리(740)보다 큰 거리만큼 연장된다. 예를 들어, 시스템은, 외부 본체 구동 모드에서의 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 삽입하라는 삽입 명령을 수신하도록 구성될 수 있다. 삽입 명령을 수신하는 것에 응답하여, 시스템은 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해 외부 본체(710)를 삽입할 수 있다.
소정 실시예에서, 일단 외부 본체(710)의 원위 단부가 내부 본체(720)의 원위 단부로부터의 사전결정된 거리(740)에 도달하면(예컨대, 의료 기구(700)는 페어링 위치에 있음), 시스템은 자동으로 페어링 구동 모드에 진입할 수 있다. 즉, 시스템은 내부 본체(720)의 원위 단부와 외부 본체(710)의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리(740)의 공차 범위 내에 있다고 결정할 수 있다. 내부 본체(720)의 원위 단부와 외부 본체(710)의 원위 단부 사이의 거리가 사전결정된 거리(740)의 공차 범위 내에 있다고 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 의료 기구(700)의 구동 모드를 페어링 구동 모드로 변경할 수 있다. 그 후에, 추가의 구동 명령이 페어링 구동 모드에 따라 외부 및 내부 본체(710, 720) 둘 모두에 시스템에 의해 매핑될 수 있다. 도 23에 예시된 예에서, 삽입 명령은 유지되고, 외부 및 내부 본체(710, 720) 둘 모두는 그들 사이의 사전결정된 거리(740)를 유지시키도록 삽입된다.
도 24는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 다른 기법을 예시한 블록도를 제공한다. 구체적으로, 도 24는 위에서 도 22 및 도 23과 관련하여 논의된 "자동-페어링" 전환을 예시한다. 제1 자동-페어링 기법(820)에서, 시스템은 내부 본체의 원위 단부를 페어링 위치로(예컨대, 사전결정된 거리의 공차 범위 내로) 후퇴시키는 것에 응답하여 내부 본체 구동 모드(810)로부터 페어링 구동 모드(805)로 자동으로 전환될 수 있다. 제2 자동-페어링 기법(825)에서, 시스템은 외부 본체의 원위 단부를 페어링 위치로(예컨대, 사전결정된 거리의 공차 범위 내로) 삽입하는 것에 응답하여 외부 본체 구동 모드(815)로부터 페어링 구동 모드(805)로 자동으로 전환될 수 있다.
소정 구현예에서, 시스템은 제1 및 제2 자동-페어링 기법들(820, 825) 중 하나를 수행할 때 타이밍 조건(timing condition)이 만족되는지 여부를 결정할 수 있다. 예를 들어, 내부 본체 구동 모드(810)에 있을 때, 사용자는 내부 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 페어링 위치에 있을 때까지 내부 본체를 후퇴시킬 수 있다. 페어링 위치에 도달할 때, 시스템은 타이머를 시작할 수 있거나, 페어링 위치에 도달한 이후 내부 기구가 후퇴하도록 명령된 지속기간을 달리 추적 또는 측정할 수 있다. 경과된 시간이 임계 기간 미만인 동안 시스템이 의료 기구를 후퇴시키는 것을 중지하거나 그것을 전진시키라는 명령을 수신한 경우, 시스템은 내부 본체 구동 모드(810)로 복귀하거나 그것으로 유지될 수 있다. 그렇지 않으면, 시간 조건이 만족된 경우, 시스템은 구동 모드를 페어링 모드로 변경할 수 있다. 그러한 시간 조건은 사용자가 페어링 구동 모드(805)에 진입할 의도가 없을 때 시스템이 하나의 모드로부터 페어링 구동 모드(805)로 자동으로 변경되는 것을 방지하기 위한 기법의 역할을 할 수 있다.
유사하게, 시간 조건은 외부 기구 삽입 명령이 시스템으로 하여금 시스 구동 모드로부터 페어링 구동 모드로 전환되게 할지 여부를 결정하는 데 사용될 수 있다.
시스템은 또한, 내부 본체 및 외부 본체의 원위 단부의 오정렬을 해결하기 위해 의료 절차의 시작 후에 초기 조절을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 25는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 초기 캐치 업의 일 실시예를 예시한다. 소정 구현예에서, 시스템은 페어링 구동 모드에서 절차를 자동으로 시작하도록 구성될 수 있다. 그러나, 로봇 수술 시스템의 초기 설정 후에, 외부 및 내부 본체(910, 920)의 원위 단부는 페어링 위치에(예컨대, 사전결정된 거리(940)의 임계 거리 내에) 위치되지 않을 수 있다. 이는, 예를 들어, 외부 및 내부 본체들(910, 920) 각각의 길이가 소정량의 제조 차이를 가짐으로 인해 발생할 수 있으며, 이는 외부 및 내부 본체(210, 220)의 원위 단부들 사이의 거리가 로봇 아암의 로딩 위치에 기초하여 사전결정된 거리로부터 오프셋되는 것으로 이어질 수 있다. 시스템은 내부 및 외부 본체(910, 920)에 각각 부착된 RFID 태그를 제조한 후에 측정된 바와 같은 내부 및 외부 본체(910, 920)의 길이를 저장할 수 있다. 따라서, 시스템은 제조 후에 측정되었던 제조 차이를 고려하여 내부 및 외부 본체(910, 920)의 길이를 판독하는 것이 가능할 수 있다. 하나의 가능한 오정렬 초기 조건이 도 25에 예시되어 있으며, 여기에서 외부 및 내부 본체(910, 920)의 원위 단부들 사이의 거리는 사전결정된 거리(940) 미만이다.
삽입 명령을 수신하는 것에 응답하여, 시스템은 외부 본체(910)와 내부 본체(920) 사이의 거리가 사전결정된 거리(940)에 도달할 때까지 내부 본체(920)만을 구동시킬 수 있다. 그 후에, 시스템은 페어링 모드에서 외부 및 내부 본체(910, 920)를 함께 구동시킬 수 있다.
도 26은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 초기 캐치 업의 다른 실시예를 예시한다. 예를 들어, 발생할 수 있는 다른 오정렬은 외부 및 내부 본체(1010, 1020)의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리(1040) 초과인 것을 포함한다. 전술된 바와 같이, 시스템은 페어링 구동 모드에서 절차를 자동으로 시작하도록 구성될 수 있다. 그러나, 로봇 수술 시스템의 초기 설정 후에, 외부 및 내부 본체(1010, 1020)의 원위 단부는 페어링 위치에(예컨대, 사전결정된 거리(940)의 임계 거리 내에) 위치되지 않을 수 있다. 다른 가능한 오정렬 초기 조건이 도 26에 예시되어 있으며, 여기에서 의료 기구(1000)의 외부 및 내부 본체(1010, 1020)의 원위 단부들 사이의 거리는 사전결정된 거리(1040) 초과이다.
삽입 명령을 수신하는 것에 응답하여, 시스템은 외부 본체(1010)와 내부 본체(1020) 사이의 거리가 사전결정된 거리(1040)에 도달할 때까지 외부 본체(1010)만을 구동시킬 수 있다. 그 후에, 시스템은 페어링 모드에서 외부 및 내부 본체(1010, 1020)를 함께 구동시킬 수 있다.
도 27은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 구동 모드를 변경하기 위한 또 다른 기법을 예시한 블록도를 제공한다. 구체적으로, 도 27은 위에서 도 25 및 도 26과 관련하여 논의된 "초기 캐치-업" 전환을 예시한다. 제1 초기 캐치-업 기법(1120)에서, 시스템은 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리 미만인 것에 응답하여 내부 본체 구동 모드(1110)로부터 페어링 구동 모드(1105)로 자동으로 전환될 수 있다. 제2 초기 캐치-업 기법(1125)에서, 시스템은 외부 및 내부 본체의 그리고 의료 기구의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리 초과인 것에 응답하여 외부 본체 구동 모드(1115)로부터 페어링 구동 모드(1105)로 자동으로 전환될 수 있다.
B. 의료 기구 본체들 사이의 공동-관절운동.
환자의 루멘 네트워크를 통해 전진하기 위해, 루멘 네트워크 내의 원하는 루멘을 따라 의료 기구의 삽입 방향을 조절하도록 원위 단부 부근의, 의료 기구의 일부분이 관절운동하는 것이 필요할 수 있다. 시스템이 다양한 구동 모드(예컨대, 페어링 구동 모드, 내부 본체 구동 모드, 및 외부 본체 구동 모드)로 의료 기구를 구동시키도록 구성될 때, 시스템은 현재 구동 모드에 기초하여 하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트를 통해 수신된 관절운동 명령을 매핑할 수 있다.
도 28은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 외부 및 내부 본체를 공동-관절운동시키기 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 28에 예시된 방법(1700)의 단계는 수술 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(1700)은 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(1700)은 블록(1701)에서 시작된다. 프로세서는 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구, 외부 및 내부 본체의 이동을 제어하도록 구성되는 (예컨대, 로봇 아암 조립체에 결합되는) 하나 이상의 기구 조작기들의 세트, 하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트, 하나 이상의 프로세서들의 세트, 및 프로세서들의 세트와 통신하고 프로세서들의 세트로 하여금 방법(1700)을 수행하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는 시스템의 일부로서 포함될 수 있다.
블록(1705)에서, 프로세서는, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 의료 기구를 관절운동시키라는 관절운동 명령을 수신한다. 소정 실시예에서, 관절운동 명령은 관절운동을 위한 의료 기구의 외부 또는 내부 본체의 선택을 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 시스템은 현재 구동 모드에 기초하여 관절운동 명령을 외부 및 내부 본체들 중 하나 또는 둘 모두에 매핑하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 본체 구동 모드에 있을 때, 사용자는 내부 본체의 원위 단부를 관절운동시키기를 원할 수 있다. 그러나, 내부 및 외부 본체의 원위 단부들 사이의 거리에 따라, 추가의 관절운동(예컨대, 더 작은 곡률 반경(radius of curvature))을 제공하거나 내부 및 외부 본체의 관절운동이 서로 상쇄되는 것을 회피하기 위해, 내부 및 외부 본체 둘 모두를 관절운동시키는 것이 바람직할 수 있다.
한 번에 외부 및 내부 본체들 중 하나만을 관절운동시킬 때 발생할 수 있는 하나의 잠재적인 문제는 "머슬링(muscling)"이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 머슬링은 일반적으로, 외부 및 내부 본체들 중 하나에 적용되는 관절운동이 다른 본체의 관절운동과 반대되는 상황을 지칭한다. 이는, 예를 들어, 제1 힘이 외부 본체의 현재 관절운동을 유지시키기 위해 외부 본체 내의 텐돈에 인가되는 한편, 제2 힘이 관절운동 명령에 응답하여 내부 본체에 인가될 때 발생할 수 있다. 따라서, 머슬링은 제1 힘과 제2 힘 사이에서 발생할 수 있으며, 이는 반대 힘들이 외부 본체와 내부 본체 사이에 생성되는 결과를 가져올 수 있다.
바람직하지 않은 머슬링을 방지하고 의료 기구에 의해 달성가능한 관절운동의 양을 개선하기 위해, 시스템은 관절운동 명령을 수신하는 것에 응답하여 외부 및 내부 본체를 "공동-관절운동"시킬 수 있다. 소정 구현예에서, 공동-관절운동의 양은 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리에 의존할 수 있고, 또한 현재 구동 모드에 의존할 수 있다. 도 28의 방법(1700)에서, 블록(1701)에서, 프로세서는 외부 및 내부 본체들 중 하나를 1차 본체로 취급하고, 외부 및 내부 본체들 중 다른 하나를 2차 본체로 취급한다. 이어서, 시스템은 관절운동 명령을 1차 본체에 적용할 수 있고, 2차 본체를 공동-관절운동시킬 수 있다. 시스템은 현재 구동 모드에 기초하여 1차 및 2차 본체를 선택할 수 있다. 아래의 표는 1차 및 2차 본체를 선택하기 위한 하나의 기법을 요약한다.
[표 1]
1차 및 2차 본체를 선택하기 위한 위의 기법은 단지 하나의 실시예일 뿐이며, 예를 들어 페어링 구동 모드에서 내부 본체를 1차 본체로 선택하고 외부 본체를 2차 본체로 선택함으로써 다른 기법이 채용될 수 있다.
공동-관절운동을 수행함에 있어서, 블록(1715)에서, 프로세서는 내부 본체의 원위 단부와 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리를 결정한다. 시스템은, 예를 들어 기구 조작기의 위치를 한정하는 로봇 데이터에 기초하여 다수의 상이한 기법들 중 하나에 의해 원위 단부들 사이의 거리를 결정하는 것이 가능할 수 있다. 블록(1720)에서, 프로세서는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 결정된 거리에 기초하여 공동-관절운동 계수를 결정한다. 소정 실시예에서, 공동-관절운동 계수는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다. 다른 실시예에서, 공동-관절운동 계수는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리들의 범위 내에 있을 때 적용되는 정적 값일 수 있다.
블록(1725)에서, 프로세서는, 기구 조작기들의 세트를 통해, 관절운동 명령에 기초하여 1차 본체를 관절운동시킨다. 즉, 시스템은 관절운동 명령에서 수신된 관절운동의 전체 양을 1차 본체에 적용할 수 있다. 그러나, 본 개시는 그에 제한되지 않으며, 시스템은 소정 상황에서 1차 본체에 적용되는 관절운동의 양을 조절할 수 있다. 블록(1730)에서, 프로세서는, 기구 조작기들의 세트를 통해, 관절운동 명령 및 공동-관절운동 계수에 기초하여 2차 본체를 관절운동시킨다. 공동-관절운동 계수는 관절운동 명령, 1차 본체에 적용되는 관절운동의 양, 및 현재 구동 모드 중 하나 이상에 기초하여 2차 본체에 적용할 관절운동의 양을 결정하기 위한 기법을 한정할 수 있다. 방법은 블록(1735)에서 종료된다.
소정 실시예에서, 공동-관절운동 계수는 1차 본체에 적용되는 관절운동의 양을 2차 본체에 적용되는 관절운동의 양과 관련시키는 공동-관절운동 비를 포함한다. 즉, 공동-관절운동 비는 1차 본체에 적용될 관절운동의 양에 기초하여 2차 본체에 적용될 관절운동의 양을 결정하는 데 사용되는 비를 한정할 수 있다. 일부 구현예에서, 공동-관절운동 비는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리에 기초하여 결정된다. 따라서, 2차 본체에 적용되는 관절운동의 양은 원위 단부들 사이의 거리에 기초하여 달라질 수 있다. 추가적으로, 공동-관절운동 비를 결정하기 위해 사용되는 기법은 현재 구동 모드에 의존할 수 있다.
시스템이 페어링 구동 모드에 있을 때 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리를 유지시키기 때문에, 공동-관절운동 비는 실질적으로 일정할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 공동-관절운동 비는, 예를 들어 사용자 입력 장치들의 세트를 통해 수신된 명령에 기초하여 페어링 구동 모드에서 조절될 수 있다. 따라서, 소정 구현예에서, 사용자는 의료 기구에 의해 달성가능한 관절운동의 양을 조절하기 위해 공동-관절운동 비를 선택하는 것이 가능할 수 있다. 이들 구현예에서, 사용자는 또한 다른 구동 모드(예컨대, 외부 구동 모드 및 내부 구동 모드)에서 공동-관절운동 비를 수동으로 선택하는 것이 가능할 수 있다.
도 29a는 본 개시의 태양에 따른, 내부 본체 구동 모드에서 공동-관절운동 비를 결정하기 위한 기법을 예시한 그래프를 포함한다. 도 29a의 실시예에서, 공동-관절운동 비는 곡선 또는 기울기(1205)에 의해 예시되어 있다. 내부 본체 삽입 깊이(이는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리와 관련됨)가 X-축을 따라 플로팅되고, 공동-관절운동 비의 값이 y-축을 따라 플로팅된다. 그래프는 페어링 위치를 예시한 파선(1210), 공동-관절운동 구역의 시작을 나타내는 지점(1215), 및 공동-관절운동 구역의 끝을 나타내는 지점(1220)을 포함한다. 소정 구현예에서, 지점(1215)은 외부 및 내부 본체의 원위 단부가 정렬되는(예컨대, 원위 단부들 사이의 거리가 없는) 지점일 수 있고, 지점(1220)은, 그것을 넘어서는 경우 공동-관절운동 비가 0으로 떨어지는 내부 본체 삽입 깊이를 나타낼 수 있다.
예시된 실시예에서, 공동-관절운동은 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 사전결정된 거리들의 범위 밖에서 비활성화된다(이는 공동-관절운동 값을 0으로 설정하는 것을 포함할 수 있음). 사전결정된 거리들의 범위는 지점들(1215, 1220) 사이의 내부 본체 삽입 깊이에 의해 예시된다. 이러한 범위 밖에서, 시스템은 2차 장치를 공동-관절운동시키지 않아서, 1차 장치에만 관절운동 명령을 제공할 수 있다. 지점(1215)에서의 공동-관절운동 구역의 시작 시에, 공동-관절운동 비는 사전결정된 값으로 설정될 수 있다. 또한, 공동-관절운동 비는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리가 사전결정된 거리들의 범위 내에 있을 때 결정된 거리를 공동-관절운동 비와 관련시키는 사전결정된 함수에 기초하여 결정될 수 있다. 도 29a에 도시된 바와 같이, 사전결정된 함수에 기초하여 결정된 공동-관절운동 비는 결정된 거리(예컨대, 내부 본체 삽입 깊이)가 증가함에 따라 감소할 수 있다. 함수에 의해 한정된 곡선은 공동-관절운동 구역(1215)의 시작으로부터 공동-관절운동 구역(1220)의 끝까지의 점진적인 전환을 한정하는 매끄러운 곡선(1205)일 수 있다. 소정 구현예에서, 사전결정된 함수는 곡선(1205)의 속도 및 형상을 제어하기 위해 선택될 수 있는 파라미터를 갖는 시그모이드 함수(sigmoid function)에 의해 한정될 수 있다.
시스템은 내부 본체 구동 모드에서 수신된 관절운동 명령에 기초하여 외부 본체에 적용될 관절운동(예컨대, 외부 본체의 하나 이상의 텐돈에 인가될 장력)의 양을 결정하기 위해 도 29a에 예시된 곡선(1205)을 한정하는 함수에 기초하여 결정된 공동-관절운동 계수를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 관절운동 비를 사용하여 결정된 바와 같이, 관절운동 명령의 전체 양을 내부 본체에 적용하고 관절운동 명령의 일부 부분을 외부 본체에 적용할 수 있다.
도 29b는 본 개시의 태양에 따른, 외부 본체 구동 모드에서 공동-관절운동 비를 결정하기 위한 기법을 예시한 그래프를 포함한다. 도 29a의 실시예에서, 공동-관절운동 비는 도 29a에 예시된 곡선(1205)과 유사한 곡선 또는 기울기(1225)에 의해 예시되어 있다. 그래프는 페어링 위치를 예시한 파선(1230), 공동-관절운동 구역의 시작을 나타내는 지점(1235), 및 공동-관절운동 구역의 끝을 나타내는 지점(1240)을 포함한다. 소정 구현예에서, 지점(1235)은 외부 및 내부 본체의 원위 단부가 정렬되는(예컨대, 원위 단부들 사이의 거리가 없는) 지점일 수 있고, 지점(1240)은, 그것을 넘어서는 경우 공동-관절운동 비가 0으로 떨어지는 내부 본체 삽입 깊이를 나타낼 수 있다.
곡선(1225)은 내부 본체 구동 모드에서 곡선(1205)과 유사한 방식으로 한정될 수 있다. 그러나, 소정 구현예에서, 외부 본체 구동 모드에 대한 공동-관절운동 구역의 시작(1235)에서의 초기 값은 내부 본체 구동 모드의 그것보다 낮은 값을 가질 수 있다. 대안적으로, 곡선(1225)의 특징(예컨대, 곡선의 속도 및 형상)을 한정하는 파라미터는 내부 본체 구동 모드에서와 상이한 방식으로 조절될 수 있다.
시스템은 외부 본체 구동 모드에서 수신된 관절운동 명령에 기초하여 내부 본체에 적용될 관절운동(예컨대, 내부 본체의 하나 이상의 텐돈에 인가될 장력)의 양을 결정하기 위해 도 29a에 예시된 곡선(1225)을 한정하는 함수에 기초하여 결정된 공동-관절운동 계수를 사용할 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 관절운동 비를 사용하여 결정된 바와 같이, 관절운동 명령의 전체 양을 외부 본체에 적용하고 관절운동 명령의 일부 부분을 내부 본체에 적용할 수 있다.
시스템은 또한, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해 수신된 의료 기구를 이완시키라는 이완 명령에 기초하여 (위의 실시예들 중 하나에 따라 결정된 바와 같은) 공동-관절운동 계수를 사용하도록 구성될 수 있다. 소정 실시예에서, 시스템은, 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해, 이완 명령에 기초하여 1차 본체를 이완시킬 수 있고, 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해, 이완 명령 및 공동-관절운동 계수에 기초하여 2차 본체를 이완시킬 수 있다. 공동-관절운동 계수는 외부 및 내부 본체의 원위 단부들 사이의 거리, 현재 구동 모드, 및 이완 명령 중 하나 이상에 기초하여 결정될 수 있다. 이완 명령은 이전에 외부 및/또는 내부 본체를 관절운동시키는 데 사용된 텐돈들 중 하나 이상의 장력을 이완시키라는 명령을 포함할 수 있다. 추가적으로, 외부 및 내부 본체는, 위에서 논의된 공동-관절운동 실시예와 유사하게, 표 1에 따라 1차 및 2차 본체로 취급될 수 있다.
소정 상황에서, 일단 1차 본체가 이완되면(예컨대, 1차 본체 내의 텐돈에 더 이상 장력이 인가되지 않으면), 2차 본체는 여전히 그 내부의 텐돈들 중 하나 이상의 장력을 가질 수 있다. 따라서, 1차 본체가 이완되었다고 결정하는 것에 응답하여, 시스템은, 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해, 공동-관절운동 계수와는 관계없이 이완 명령에 기초하여 2차 본체를 이완시킬 수 있다. 예를 들어, 일단 1차 장치가 이완되면 2차 장치에 대한 관절운동을 조절할 필요가 없을 수 있는데, 그 이유는 1차 본체의 텐돈에 장력이 없을 때 머슬링과 같은 소정 문제가 더 이상 발생하지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 1차 본체가 이완된 후에 시스템이 이완 명령을 수신하는 경우, 시스템은 공동-관절운동 비에 기초하여 이완 명령을 조절하지 않고서 2차 본체에 이완 명령을 적용할 것이다.
소정 구현예에서, 시스템은 또한, 사용자 입력 장치들의 세트를 통해 공동-관절운동 비활성화 명령(disable co-articulation command)을 수신하도록 구성될 수 있다. 시스템은, 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트를 통해, 공동-관절운동 비활성화 명령을 수신하는 것에 응답하여 2차 본체를 관절운동시키지 않고서 관절운동 명령에 기초하여 1차 본체를 관절운동시킴으로써 공동-관절운동 비를 비활성화시킬 수 있다. 이는 더 복잡한 관절운동 조작을 수행하는 데 사용될 수 있는, 외부 및 내부 본체들 각각에 대한 수동 제어를 위한 추가의 옵션을 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자는, 외부 본체의 관절운동에 기초하여 내부 본체에 추가의 지지를 제공하기 위해, 외부 본체와 내부 본체 사이에 소정량의 머슬링을 적용할 수 있다.
도 30은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 장력 모니터링의 일 실시예를 예시한다. 특히, 도 30은 외부 및 내부 본체들 중 하나의 텐돈들 중 하나 이상에서 측정된 장력을 4개의 임계 장력 값과 비교하는 것에 기초하여 시스템에 의해 취해질 수 있는 다수의 관절운동 동작(1300)을 예시한다. 장력 모니터링은 개별적으로 외부 및 내부 본체들 각각에 적용될 수 있지만, 장력 모니터링의 일례는 설명의 용이함을 위해 내부 본체에 대해 기술될 것이다. 장력 임계 값에 대해 동일하거나 상이한 값을 포함할 수 있는 유사한 기법이 외부 본체에 적용될 수 있다. 소정 구현예에서, 시스템은 주어진 내부 또는 외부 본체 내의 각각의 텐돈의 장력 값을 개별적으로 모니터링할 수 있다. 그러나, 다른 구현예에서, 시스템은 대응하는 내부 또는 외부 본체의 텐돈들 각각에서 장력 값의 표준을 결정할 수 있다.
예시된 구현예에서, 내부 본체의 텐돈의 측정된 장력이 제1 임계 값 미만일 때, 시스템은 내부 본체를 정상 관절운동 속도로 관절운동시킬 수 있다(1305). 예를 들어, 장력이 임계 값 미만일 때, 시스템은 내부 본체에 적용되는 관절운동을 변경하지 않을 수 있다. 측정된 장력이 제1 임계 값 초과이지만 제2 임계 값 미만일 때, 시스템은 관절운동 속도를 늦출 수 있다(1310). 관절운동 속도를 늦춤으로써, 시스템은 내부 본체의 관절운동이 환자의 루멘에 추가의 힘을 빠르게 인가하는 것을 방지하여, 그에 의해 환자의 부상의 가능성을 감소시킬 수 있다.
측정된 장력이 제2 임계 값 초과이지만 제3 임계 값 미만일 때, 시스템은 관절운동의 양을 상한설정할(cap) 수 있다(1315). 관절운동의 양이 상한설정될 때, (예컨대, 추가의 관절운동을 통해) 환자의 루멘에 인가되는 힘이 방지되어, 부상의 위험을 낮춘다. 측정된 장력이 제3 임계 값 초과이지만 제4 임계 값 미만일 때, 시스템은 내부 본체를 자동으로 이완시킬 수 있다(1320). 관절운동이 상한설정된 후에, 텐돈의 장력은, 내부 본체를 루멘의 일부분 내로 후퇴시키거나, 루멘이 형상을 변화시키고 텐돈에 힘을 인가할 때와 같은 소정 상황에서 증가할 수 있다. 시스템은 통상적으로, 텐돈에 인가되는 외력에 응답하여 텐돈에 인가되는 힘을 조절할 수 있고, 그에 의해, 현재의 관절운동의 양을 유지시키기 위해 텐돈에 대한 힘을 증가시킬 수 있다. 장력이 제3 임계 값 초과일 때 자동-이완 기능(1320)을 제공함으로써, 시스템은 내부 본체에 의해 루멘에 인가되는 힘이 환자에게 부상을 입힐 수 있는 수준에 도달하는 것을 방지할 수 있다.
측정된 장력이 제4 임계 값 초과일 때, 시스템은 폴트(fault)(1325)를 생성할 수 있다. 자동-이완 기능(1320)은 장력이 위험한 수준에 도달하는 것을 방지하도록 의도되지만, 제4 임계 값은, 시스템이 오작동하거나 충분히 빠르게 이완되지 않는 경우를 포착하거나, 임의의 다른 예상치 못한 사건을 포착하도록 설정될 수 있다. 생성된 폴트에 응답하여, 시스템은 로봇 시스템의 작동을 비활성화시킬 수 있다. 또한, 시스템은 의료 절차가 중단될 것을 요구할 수 있고, 의료 기구가 환자로부터 제거될 것을 요구할 수 있다. 이어서, 시스템은 의료 절차가 재개될 수 있도록 재설정될 수 있다.
시스템은 감속된 관절운동 속도 기능(1310) 및/또는 상한설정된 관절운동 기능(1315)을 자동으로 비활성화시키도록 추가로 구성될 수 있다. 소정 실시예에서, 감속된 관절운동 속도 기능(1310) 또는 상한설정된 관절운동 기능(1315) 중 어느 하나가 활성화되는 것에 응답하여, 시스템은 텐돈의 측정된 장력이 임계 기간보다 오랫동안 대응하는 임계 값(예컨대, 제1 또는 제2 임계 값) 미만으로 유지되는 것에 응답하여 대응하는 기능(1310 또는 1315)을 비활성화시킬 수 있다. 시스템은 감속된 관절운동 속도 기능(1310) 및 상한설정된 관절운동 기능(1315) 각각을 비활성화시키기 위한 상이한 임계 기간을 저장할 수 있다.
도 31은 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구에 대한 후퇴 동안의 자동 이완의 일 실시예를 예시한다. 도 31의 실시예에서, 의료 기구(1400)는 외부 본체(1410), 및 제1 위치(1420) 또는 제2 위치(1425)에 있을 수 있는 내부 본체를 포함한다. 내부 본체가 제1 관절운동 위치(1420)에 있을 때, 내부 본체는 파선에 의해 예시된 임계 곡률 반경(1430) 미만인 곡률 반경을 갖도록 관절운동될 수 있다. 내부 본체가 제2 관절운동 위치(1425)에 있을 때, 내부 본체는 임계 곡률 반경(1430) 초과인 곡률 반경을 갖도록 관절운동될 수 있다.
후퇴 동안 의료 기구를 자동으로 이완시키기 위한 하나의 기법은 후퇴 이외의 사용자 명령을 수신함이 없이 후퇴 거리에 기초한다. 예를 들어, 시스템은 또한, 의료 기구가 임계 거리 초과만큼 후퇴된 후에 후퇴 시에 의료 기구(1400)를 자동으로 이완시킬 수 있다. 예를 들어, 시스템은 의료 기구가 후퇴한 거리가 임계 거리를 초과한다고 결정할 수 있고, 의료 기구가 후퇴한 거리가 임계 거리를 초과한다고 결정하는 것에 응답하여, 의료 기구를 자동으로 이완시킬 수 있다. 임계 거리 초과만큼의 후퇴는 임의의 삽입 또는 관절운동 명령을 수신함이 없이 의료 기구의 후퇴를 포함할 수 있다. 시스템이 관절운동 또는 삽입 명령을 수신할 때, 시스템은 자동-이완 명령을 방지 및/또는 종료하여, 그에 의해 사용자가 자동 이완을 중단시키도록 허용할 수 있다. 시스템은 구동 모드들(예컨대, 페어링 구동 모드, 내부 본체 구동 모드, 외부 본체 구동 모드) 중 임의의 것에서 자동 이완을 수행할 수 있으며, 결정된 후퇴 거리는 현재 구동 모드에 대응하는 1차 본체에 기초하여 측정될 수 있다.
후퇴 거리에 기초한 자동 이완은 의료 기구가 긴 거리에 걸쳐 후퇴되고 있을 때(예컨대, 의료 절차가 완료된 후에 의료 기구를 제거할 때) 사용자가 의료 기구를 이완시키는 것을 보조할 수 있다. 일반적으로, 긴 거리에 걸쳐 후퇴시킬 때 의료 기구를 이완시켜서, 사용자가 의료 기구를 수동으로 이완시키는 것을 잊었을 때 시스템이 사용자를 보조할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
자동 이완의 다른 구현예는 의료 기구(1400)의 곡률 반경의 측정을 수반할 수 있다. 사용자 입력 장치의 세트로부터 후퇴 명령을 수신하는 것에 응답하여, 시스템은 의료 기구의 곡률(예컨대, 도 31의 예에서 제1 위치(1420)에서의 내부 본체의 곡률)이 임계 곡률(1430) 미만이라고 결정하도록 구성될 수 있다. 의료 기구의 곡률이 임계 곡률(1430) 미만이라고 결정하는 것에 응답하여, 시스템은 의료 기구를 후퇴시키는 동안 의료 기구를 자동으로 이완시킬 수 있다. 의료 기구(1400)를 자동으로 이완시킴으로써, 시스템은 외부 본체(1410) 내로 후퇴되는 내부 본체(1420)의 부분의 장력으로 인한 의료 기구의 머슬링을 방지할 수 있다. 머슬링이 외부 및/또는 내부 본체(1410, 1420)에 대한 조기 마모로 이어질 수 있기 때문에, 이러한 자동 이완은 의료 기구(1400)에 대한 더 긴 수명으로 이어질 수 있다. 소정 실시예에서, 이러한 자동 이완의 구현은 후퇴 거리를 측정함이 없이 후퇴 시에 즉시 이루어질 수 있다. 대안적으로, 곡률 반경 자동-후퇴는 관절운동된 부분(예컨대, 그의 원위 단부 부근의 내부 본체(1420)의 길이)이 외부 본체(1410) 내로 후퇴되고 있을 때에만 이루어질 수 있다. 내부 본체(1420)의 곡률 반경은 내부 본체(1420)에 대한 명령된 각도(또는 대안적으로 명령된 관절운동의 양) 및 명령된 삽입량에 기초하여 결정될 수 있다.
의료 기구의 자동 이완은 또한, 위에서 논의된 바와 같이 명령된 이완에 대한 공동-관절운동 비를 사용할 수 있다. 그러나, 소정 실시예에서, 자동 이완 동안, 일단 1차 본체가 이완되면, 시스템은 2차 본체를 관절운동시키는 데 공동-관절운동 비를 계속 사용할 수 있다. 이러한 공동-관절운동의 지속적인 사용은 자동 이완 동안 외부 본체가 너무 일찍 내부 본체에 대한 지지를 잃는 것을 방지할 수 있다.
C. 외부 본체 파킹.
구동 모드가 페어링 구동 모드, 외부 본체 구동 모드, 및 내부 본체 구동 모드 사이에서 선택되고 변경될 수 있게 함으로써, 시스템은 루멘 네트워크의 부분들에 대한 더 용이한 접근을 허용할 수 있다. 예를 들어, 특히 급격한 회전은 관절운동 동안 작은 곡률 반경을 필요로 할 수 있으며, 이는 내부 본체 구동 모드에서 공동-관절운동을 통해 달성될 수 있다. 또한, 외부 본체의 직경으로 인해, 의료 기구를 외부 본체의 직경 미만인 직경을 갖는 루멘 내에 맞추기 위해 외부 본체를 파킹하고 내부 본체 구동 모드에서 루멘 네트워크 내로 계속 전진시키는 것이 필요할 수 있다.
시스템은 의료 기구가 그것을 통해 전진되고 있는 루멘 네트워크의 수술전 및/또는 수술중 모델에 접근할 수 있다. 모델은 메모리에 저장될 수 있고, 루멘 네트워크의 매핑된 부분을 포함할 수 있다. 메모리는 모델에 대한 표적의 위치, 및 접근 지점으로부터 표적까지의 모델을 따른 경로를 추가로 저장할 수 있다. 모델, 표적의 위치, 및/또는 경로를 사용함으로써, 시스템은 경로를 따르고/따르거나 표적에 도달하기 위해 시스가 파킹될 수 있는 위치를 결정하는 것이 가능할 수 있다.
도 32는 본 개시의 태양에 따른, 의료 기구의 파크 보조를 위해 수술 로봇 시스템 또는 그의 구성요소(들)에 의해 작동가능한 예시적인 방법을 예시한 흐름도이다. 예를 들어, 도 32에 예시된 방법(1800)의 단계는 수술 로봇 시스템의 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 편의상, 방법(1800)은 시스템의 프로세서에 의해 수행되는 것으로 기술된다.
방법(1800)은 블록(1801)에서 시작된다. 프로세서는 외부 본체 및 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구, 외부 및 내부 본체의 이동을 제어하도록 구성되는 (예컨대, 로봇 아암 조립체에 결합되는) 하나 이상의 기구 조작기들의 세트, 하나 이상의 피드백 장치들의 세트, 하나 이상의 프로세서들의 세트, 및 프로세서들의 세트와 통신하고 프로세서들의 세트로 하여금 방법(1800)을 수행하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어를 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는 시스템의 일부로서 포함될 수 있다.
블록(1805)에서, 프로세서는 파크 보조 시그니처와 일치하는 형상을 갖는 경로를 따라 루멘 네트워크의 일부분을 식별한다. 파크 보조 특징은, 예를 들어 임계 값 미만인 곡률 반경을 갖는 루멘 네트워크의 일부분, 임계 값 미만인 루멘 네트워크의 직경, 또는 외부 본체를 파킹하기 위한, 선택적으로 사용자에 의해 선택되는 사전계획된 위치를 포함할 수 있다. 블록(1810)에서, 프로세서는, 피드백 장치들의 세트 중 적어도 일부분 상에서, 모델에 대해 식별된 부분에 대응하는 위치에 파킹 표시를 생성하며, 파킹 표시는 외부 본체의 원위 단부를 파킹할 장소를 나타낸다. 방법(1800)은 블록(1815)에서 종료된다.
도 33은 본 개시의 태양에 따른 파킹 표시의 일례를 예시한다. 도 33에 예시된 모델(1500)은 디스플레이 상에 렌더링될 수 있고, 의료 기구를 표적(예시되지 않음)을 향해 내비게이션하기 위한 사전계획된 경로일 수 있는 경로(1505), 및 파킹 표시(1510)를 추가로 포함할 수 있다. 파킹 표시는, 외부 본체를 파킹하고, 내부 본체를 추가로 전진시키기 위해 구동 모드를 내부 본체 구동 모드로 변경할 모델 내의 위치의 시각적 표현일 수 있다. 다른 실시예에서, 파킹 표시를 디스플레이 상에 렌더링하는 것보다는 또는 그에 더하여, 시스템은 디스플레이, 햅틱 피드백 장치, 및 스피커 중 적어도 하나를 포함하는 하나 이상의 피드백 장치들의 세트를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템은 위에 열거된 피드백 메커니즘들 중 하나 이상을 통해 사용자에게 파킹 표시를 제공할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 의료 기구의 원위 단부가 파킹 표시의 임계 거리 내에 있을 때 사용자에게 가청 및/또는 햅틱 피드백을 제공할 수 있고, 의료 기구의 원위 단부가 파킹 표시의 위치에 도달할 때 상이한 유형의 피드백을 제공할 수 있다.
소정 실시예에서, 시스템은 내부 본체 구동 모드에서 표적에 도달가능할 때까지 파킹 표시를 제공하지 않을 수 있다. 예를 들어, 내부 본체는 단지, 외부 본체의 원위 단부로부터 임계 삽입 거리만큼 연장되는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 시스템은 식별된 부분으로부터 표적까지의 거리가 내부 본체에 대한 임계 삽입 거리 미만이라고 결정할 수 있고, 식별된 부분으로부터 표적까지의 거리가 내부 본체에 대한 임계 삽입 거리 미만이라고 결정하는 것에 응답하여, 파킹 표시의 렌더링을 유발할 수 있다. 의료 기구의 원위 단부가 표적으로부터 임계 삽입 거리 내에 있을 때까지 파킹 표시의 제공을 지연시킴으로써, 시스템은 사용자가 내부 본체가 표적에 도달하도록 허용하지 않을 위치에 외부 본체를 조기에 파킹하는 것을 방지할 수 있다.
시스템은 현재 위치에 외부 본체를 파킹하라는 외부 본체 파크 명령어를 수신하도록 추가로 구성될 수 있다. 시스템은 현재 위치로부터 표적까지의 거리가 내부 본체에 대한 임계 삽입 거리보다 크다고 결정할 수 있고, 현재 위치로부터 표적까지의 거리가 내부 본체에 대한 임계 삽입 거리보다 크다고 결정하는 것에 응답하여, 디스플레이들의 세트 중 적어도 일부분 상에서, 외부 본체가 현재 위치에 파킹된 상태에서 내부 본체에 의해 표적에 도달가능하지 않다는 표시의 렌더링을 유발할 수 있다. 따라서, 시스템은 의료 절차의 나머지 부분 동안 현재 위치에 외부 본체를 파킹하는 것이 표적에 도달할 수 없게 할 수 있다는 경고를 사용자에게 제공하는 것이 가능할 수 있다. 사용자는 그러한 정보를 사용하여, 외부 본체를 파킹함이 없이 페어링 모드에서 계속할지 여부, 또는 루멘 네트워크의 일부분을 통해 전진시킨 후에 외부 본체가 내부 본체를 따라가게 하기 위해 외부 본체 구동 모드를 사용할지 여부를 결정하는 것이 가능할 수 있다.
시스템은 또한, 이전에 수행된 의료 절차로부터 수집된 데이터에 기초하여 파크 보조 특징을 결정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 파크 보조 시그니처는 파크 보조 시그니처와 일치하는 형상을 갖는 경로를 각각 포함하는 이전에 수행된 의료 절차에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 시스템은 사용자가 파크 보조 시그니처와 일치하는 형상을 갖는 소정 경로를 따라 외부 본체를 파킹할 가능성이 더 높았다고 결정할 수 있다. 이어서, 시스템은 이전에 수행된 의료 절차의 이러한 분석에 기초하여 파킹 위치의 표시를 제공할 가능성이 더 높을 수 있다. 시스템은 또한, 루멘 네트워크의 부분을 식별하는 선택을 수신하고 수신된 선택을 파킹 표시를 제공하는 데 사용하도록 구성될 수 있다.
소정 실시예에서, 시스템은 루멘 네트워크 내의 루멘의 직경이 외부 본체의 직경의 임계 범위 내에 있는 경로를 따른 위치를 식별하도록 구성될 수 있다. 시스템은 경로를 따른 식별된 위치에 기초하여 루멘 네트워크의 부분을 식별할 수 있다. 이와 같이, 시스템은 루멘 네트워크가 외부 본체를 추가로 전진시키기 어려울 수 있는 지점으로 좁아지는 루멘 네트워크 내의 위치에 기초하여 파킹 표시를 결정할 수 있다.
다른 실시예에서, 시스템은, 의료 기구가 탈출하고 있음(prolapsing)을 검출하고, 디스플레이들의 세트 중 적어도 일부분 상에서, 의료 기구가 탈출하고 있다는 표시의 렌더링을 유발하도록 추가로 구성될 수 있다. 이러한 피드백은 절차를 계속하기 전에 사용자에 의해 탈출을 바로잡는 데 사용될 수 있다. 탈출을 검출하는 데 사용될 수 있는 하나의 기법은 의료 기구의 명령된 전진을 의료 기구의 원위 단부의 위치의 하나 이상의 측정치(예컨대, 의료 기구의 카메라로부터의 시각 정보, EM 센서로부터 수신된 위치 데이터 등)와 비교하는 것을 포함할 수 있다. 측정된 위치 데이터가 의료 기구를 전진시키라는 명령에 응답하여 의료 기구의 원위 단부가 이동하지 않았음을 나타낼 때, 시스템은 의료 기구가 탈출하고 있다고 결정하는 것이 가능할 수 있다. 시스템은 또한, 탈출의 심각도에 따라 탈출을 완화시키기 위한 기법의 임의의 표시를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 임계량 미만인 탈출은 외부 본체 구동 모드에서 외부 본체를 전진시킴으로써 해결될 수 있는 한편, 임계량 초과인 더 심각한 탈출은 의료 기구의 후퇴를 필요로 할 수 있다.
일 실시예에서, 시스템은 내부 본체를 전진시키라는 내부 본체 전진 명령어를 수신하는 것에 응답하여 탈출을 검출하도록 구성될 수 있다. 시스템은 내부 본체를 전진시키도록 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트에 지시할 수 있고, 내부 본체를 전진시키도록 로봇 아암 조립체의 기구 조작기들의 세트에 지시하는 것에 응답하여, 하나 이상의 센서로부터의 출력에 기초하여 내부 본체의 원위 단부의 위치가 이동하지 않았다고 결정할 수 있다. 시스템은 내부 본체의 원위 단부의 위치가 이동하지 않았다고 결정하는 것에 기초하여 의료 기구가 탈출하고 있음을 검출할 수 있다.
3. 구현 시스템 및 용어.
본 명세서에 개시된 구현예는 내부 본체 및 외부 본체를 갖는 의료 기구를 구동시키기 위한 시스템, 방법 및 장치를 제공한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "결합하다", "결합하는", "결합된" 또는 단어 결합하다의 다른 변형은 간접적인 연결 또는 직접적인 연결을 나타낼 수 있다는 것에 유의하여야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소가 제2 구성요소에 "결합된" 경우, 제1 구성요소는 다른 구성요소를 통해 제2 구성요소에 간접적으로 연결되거나 제2 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있다.
본 명세서에 기술된 의료 기구를 구동하기 위한 기능은 프로세서-판독가능 또는 컴퓨터-판독가능 매체 상에 하나 이상의 명령어로서 저장될 수 있다. 용어 "컴퓨터-판독가능 매체"는 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용가능한 매체를 지칭한다. 제한이 아닌 예로서, 그러한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독-전용 메모리(ROM), 전기적 소거가능 프로그램가능 판독-전용 메모리(EEPROM), 플래시 메모리, 콤팩트 디스크 판독-전용 메모리(CD-ROM) 또는 다른 광학 디스크 저장 장치, 자기 디스크 저장 장치 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 명령어 또는 데이터 구조의 형태로 원하는 프로그램 코드를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 유형적이고 비-일시적일 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "코드"는 컴퓨팅 장치 또는 프로세서에 의해 실행가능한 소프트웨어, 명령어, 코드 또는 데이터를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 기술된 방법을 달성하기 위한 하나 이상의 단계 또는 동작을 포함한다. 방법 단계 및/또는 동작은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 서로 교환될 수 있다. 다시 말하면, 기술되는 방법의 적절한 작동을 위해 특정 순서의 단계 또는 동작이 요구되지 않는 한, 특정 단계 및/또는 동작의 순서 및/또는 사용은 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 수정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "복수"는 2개 이상을 나타낸다. 예를 들어, 복수의 구성요소는 2개 이상의 구성요소를 나타낸다. 용어 "결정하는"은 매우 다양한 동작을 포함하며, 따라서 "결정하는"은 계산, 컴퓨팅, 처리, 도출, 조사, 검색(예컨대, 테이블, 데이터베이스 또는 다른 데이터 구조에서의 검색), 확인 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 수신(예컨대, 정보를 수신함), 액세스(예컨대, 메모리의 데이터에 액세스함) 등을 포함할 수 있다. 또한, "결정하는"은 해석, 선택, 선정, 설정 등을 포함할 수 있다.
어구 "~에 기초한"은, 달리 명백히 명시되지 않는 한, "단지 ~에 기초한"을 의미하지는 않는다. 다시 말하면, 어구 "~에 기초한"은 "단지 ~에 기초한" 및 "적어도 ~에 기초한" 둘 모두를 기술한다.
개시된 구현예의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 제조하거나 사용하는 것을 가능하게 하도록 제공된다. 이들 구현예에 대한 다양한 수정은 당업자에게 용이하게 명백해질 것이고, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다른 구현예에 적용될 수 있다. 예를 들어, 당업자가 다수의 대응하는 대안적인 그리고 동등한 구조적 상세사항, 예컨대 도구 구성요소를 체결, 장착, 결합, 또는 맞물리게 하는 동등한 방식, 특정 작동 운동을 생성하기 위한 동등한 메커니즘, 및 전기 에너지를 전달하기 위한 동등한 메커니즘을 채용할 수 있을 것임이 인식될 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 도시된 구현예로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리 및 신규한 특징과 일치하는 가장 넓은 범주에 따른다.

Claims (40)

  1. 로봇 수술 시스템(robotic surgical system)으로서,
    외부 본체 및 상기 외부 본체 내의 루멘(lumen)을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구;
    상기 외부 및 내부 본체들의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 기구 조작기(instrument manipulator);
    하나 이상의 사용자 입력 장치들의 세트;
    하나 이상의 프로세서들의 세트; 및
    상기 프로세서들의 세트와 통신하고, 상기 프로세서들의 세트로 하여금,
    상기 사용자 입력 장치들의 세트를 통해, 구동 모드 변경 명령(change drive mode command)을 수신하고;
    상기 구동 모드 변경 명령을 수신하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 페어링 구동 모드(paired drive mode)로부터 비페어링 구동 모드(unpaired drive mode)로 변경하되, 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리는 상기 페어링 구동 모드에 있는 동안 상기 하나 이상의 사용자 입력 장치로부터 구동 명령을 수신하는 것에 응답하여 사전결정된 거리로 유지되고;
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리와 동일하지 않다고 결정하며;
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리와 동일하지 않다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 비페어링 구동 모드로 변경하며; 그리고
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리 내에 있을 때까지 상기 외부 본체 또는 내부 본체 중 하나를 전진 또는 후퇴시키기 위한 컴퓨터 실행가능 명령어들을 저장하는, 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 로봇 수술 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부 본체 및 상기 외부 본체의 원위 단부들 각각은 챔퍼링되는(chamfered), 로봇 수술 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리의 미만으로 연장된다고 결정하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리의 미만으로 연장된다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 내부 본체 구동 모드로 변경하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리만큼 연장될 때까지 상기 내부 본체를 전진시키고;
    상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 페어링 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 페어링 구동 모드에 진입하기 전에, 상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리를 초과하여 연장된다고 결정하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리를 초과하여 연장된다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 외부 본체 구동 모드로 변경하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부가 상기 외부 본체의 원위 단부로부터 상기 사전결정된 거리만큼 연장될 때까지 상기 외부 본체를 전진시키고;
    상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 페어링 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 의료 기구의 구동 모드를, 상기 외부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 상기 내부 본체가 전진 또는 후퇴되는 내부 본체 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 의료 기구의 구동 모드를, 상기 내부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 상기 외부 본체가 전진 또는 후퇴되는 외부 본체 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 내부 본체 구동 모드에서의 상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 후퇴시키라는 후퇴 명령을 수신하고;
    상기 후퇴 명령을 수신하는 것에 응답하여, 상기 하나 이상의 기구 조작기를 통해, 상기 내부 본체를 후퇴시키고;
    (a) 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위(tolerance range) 내에 있고, (b) 타이밍 조건(timing condition)이 만족되었다고 결정하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있고, 상기 타이밍 조건이 만족되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 페어링 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 외부 본체 구동 모드에서의 상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 전진시키라는 전진 명령어를 수신하고;
    상기 전진 명령어를 수신하는 것에 응답하여, 상기 하나 이상의 기구 조작기를 통해, 상기 외부 본체를 전진시키고;
    (a) 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있고, (b) 타이밍 조건이 만족되었다고 결정하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있고, 상기 타이밍 조건이 만족되었다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 페어링 구동 모드로 변경하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  9. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 의료 기구의 구동 모드를, 상기 내부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 상기 외부 본체가 전진 또는 후퇴되는 외부 본체 구동 모드로 변경하고;
    상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 상기 의료 기구의 구동 모드를 토글링하라는 구동 모드 토글 명령(toggle drive mode command)을 수신하고;
    상기 구동 모드 토글 명령을 수신하는 것에 응답하여, 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있지 않다고 결정하고;
    상기 구동 모드 토글 명령 및 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리의 공차 범위 내에 있지 않다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 내부 본체 구동 모드와 상기 외부 본체 구동 모드 사이에서 토글링하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  10. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 의료 기구의 구동 모드를, 상기 내부 본체가 정지 상태로 유지되는 동안 상기 외부 본체가 전진 또는 후퇴되는 외부 본체 구동 모드로 변경하고;
    상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 상기 의료 기구의 구동 모드를 토글링하라는 구동 모드 토글 명령을 수신하고;
    상기 구동 모드 토글 명령을 수신하는 것에 응답하여, 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리와 동일하다고 결정하고;
    상기 구동 모드 토글 명령 및 상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리가 상기 사전결정된 거리와 동일하다고 결정하는 것에 응답하여, 상기 의료 기구의 구동 모드를 상기 내부 본체 구동 모드와 상기 페어링 구동 모드 사이에서 토글링하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기구 조작기는 적어도 3개의 기구 조작기들을 포함하고,
    상기 의료 기구는 상기 내부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 로봇 제어식 수술 기구를 추가로 포함하고, 그리고
    상기 외부 본체, 상기 내부 본체, 및 상기 로봇 제어식 수술 기구는 상기 적어도 3개의 기구 조작기들에 각각 결합되는, 로봇 수술 시스템.
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  17. 로봇 수술 시스템으로서,
    외부 본체 및 상기 외부 본체 내의 루멘을 통해 구동되도록 구성되는 내부 본체를 포함하는 의료 기구;
    상기 외부 및 내부 본체들의 이동을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 기구 조작기;
    하나 이상의 사용자 입력 장치;
    하나 이상의 프로세서; 및
    상기 하나 이상의 프로세서와 통신하고, 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 상기 의료 기구를 관절운동시키라는 관절운동 명령을 수신하고;
    상기 외부 및 내부 본체들 중 하나를 1차 본체(primary body)로 취급하고, 상기 외부 및 내부 본체들 중 다른 하나를 2차 본체(secondary body)로 취급하고;
    상기 내부 본체의 원위 단부와 상기 외부 본체의 원위 단부 사이의 거리를 결정하고;
    상기 결정된 거리에 기초하여 공동-관절운동 계수(co-articulation factor)를 결정하고;
    상기 하나 이상의 기구 조작기를 통해, 상기 관절운동 명령에 기초하여 상기 1차 본체를 관절운동시키고;
    상기 하나 이상의 기구 조작기를 통해, 상기 관절운동 명령 및 상기 공동-관절운동 계수에 기초하여 상기 2차 본체를 관절운동시키게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 저장한 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리를 포함하는, 로봇 수술 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 컴퓨터-판독가능 메모리는 상기 하나 이상의 프로세서로 하여금,
    상기 하나 이상의 사용자 입력 장치를 통해, 복수의 구동 모드들 중 하나로 상기 의료 기구를 구동시키기 위한 구동 모드 명령을 수신하고,
    상기 구동 모드 명령에 기초하여 상기 1차 및 2차 본체들을 취급하게 하기 위한 컴퓨터-실행가능 명령어들을 추가로 저장하는, 로봇 수술 시스템.
  19. 제17항에 있어서, 상기 공동-관절운동 계수는 상기 1차 본체에 적용되는 관절운동의 특성의 양을 상기 2차 본체에 적용되는 상기 관절운동의 특성의 양과 관련시키는 공동-관절운동 비(co-articulation ratio)를 포함하는, 로봇 수술 시스템.
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