KR101337278B1 - 로봇 수술 시스템의 기구 인터페이스 - Google Patents
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Abstract
로봇 조작기의 기구 인터페이스와 상기 기구 인터페이스를 포함하고 있는 수술 시스템이 제공된다. 일 실시예에 있어서, 기구 인터페이스는 축방향 하중과 토오크를 기구와 작동가능하게 연결될 수 있는 멸균 어댑터에 제공하기 위해 스프링 가압식 입력부를 포함한다. 또 다른 실시예에 있어서, 로봇 수술 조작기 시스템은 조작기 조립체를 포함하며, 상기 조립체는 조작기 암의 말단부와 작동가능하게 연결된 베이스 링크와 길이방향 축을 따라서 베이스 링크와 이동가능하게 연결된 캐리지 링크를 포함하고 있으며, 상기 캐리지 링크는 통합식 기구 인터페이스를 포함하고 있다. 시스템은 기구 인터페이스를 통하여 캐리지 링크와 작동가능하게 연결된 기구와, 상기 기구의 존재를 감지하기 위해 조작기 조립체와 작동가능하게 연결된 프로세서를 더 포함한다.
멸균 어댑터, 스프링 가압식 입력부, 로봇 조작기, 기구 인터페이스, 조작기 암, 베이스 링크, 캐리지 링크, 조작기 어셈블리.
Description
본 발명은 의학 및/또는 로봇 장치, 시스템 그리고 그의 방법에 관한 것이다.
최소 침습성(侵襲性)의 의학 기술은 손상된 이질 조직의 양을 진단이나 수술 과정 동안에 감소시켜, 환자의 회복 시간과 불쾌감 및 해로운 부작용을 감소시킨다. 예를 들면, 최소 침습성 수술의 한 효과는 수술 이후의 병원 회복 시간을 감소시킬 수 있다는 것이다. 통상적인 수술에 대한 평균적인 병원 체류기간이 상기 수술과 유사한 최소 침습성의 수술에 대한 평균적인 병원 체류기간보다 상당히 길기 때문에, 최소 침습성 기술의 사용이 증가되어 매년 병원에서 수백만 달러의 비용이 절감될 수 있다. 매년 미국에서 행해지는 많은 수술이 최소 침습성의 방식으로 잠재적으로 행해지는 한편, 단지 현대의 수술의 일부분만이 상기와 같은 장점이 되는 기술을 사용하고 있는데, 그 이유는 최소 침습성 수술 기구의 제한과 상기 방식을 마스터하는데 필요한 추가 수술 트레이닝 때문이다.
최소 침습성 로봇 수술 시스템 또는 원격 수술 시스템은 외과의의 손재주를 향상시키는데 기여할 것이고 종래의 최소 침습성 기술의 여러 한계를 피하는데 기 여할 것이다. 원격 수술에 있어서, 외과의는 손으로 수술 기구를 직접 파지하여 이동시키기보다는, 예를 들면 자동 제어와 같은 원격 제어의 여러 방식을 사용하여 수술 기구의 이동을 조정할 것이다. 원격 수술 시스템에 있어서, 외과의는 수술하는 장소에서의 수술 부위의 영상을 제공받을 수 있다. 수술 위치의 2차원 영상이나 3차원 영상이 디스플레이에 나타나는 동안에, 외과의 마스터 제어 장치를 조정하고 이에 의하여 자동 제어 작동식 기구의 운동을 제어함으로써 환자에게 수술 절차를 진행한다.
로봇의 도움을 받는 수술에 있어서, 전형적으로 외과의는 환자로부터 먼 위치에서(예를 들면, 수술실 맞은편 다른 방에서, 또는 환자가 없는 완전히 다른 빌딩에서의 방에서) 수술 기구의 운동을 제어하기 위하여 마스터 컨트롤러를 수술 위치에서 작동시킨다. 마스터 컨트롤러는 환자쪽 수술 조작기("슬레이브")에 해제가능하게 연결된 수술 기구와 작동가능하게 연결된 소형 손목 짐발(hand-held wrist gimbals), 죠이스틱, 외골격 글러브(exoskeletal gloves) 등과 같은 하나 이상의 핸드 입력 장치(hand input devices)를 통상적으로 포함한다. 상기 마스터 컨트롤러는 상기 수술 기구의 위치, 방향 및 관절을 수술 부위에서 제어한다. 슬레이브는 복수의 암, 조인트, 연동 장치, 서보 모터 등을 포함하는 전기기계식 조립체이며, 이들 구성요소들은 수술 기구를 지지하고 제어하기 위하여 함께 연결된다. 수술이 진행되는 동안에, 수술 기구(내시경을 포함)는 개방된 수술 부위로 직접 유도될 수 있거나 보다 상세하게는 투관침 슬리브를 통하여 신체의 강(腔)으로 직접 유도될 수 있다. 수술이 진행됨에 따라, 조직 집게, 바늘 드라이버, 전기 수술 커터 리 프로브(electrosurgical cautery probes), 등과 같은 다양한 수술 기구를 이용하여, 외과의는 예를 들면 바늘을 들어 사용하거나, 봉합하거나, 혈액 용기를 파지하거나, 조직을 해부하거나, 소작하거나 응고시키는 것과 같은 여러 동작을 실행한다.
수술용 조작기 조립체는 비멸균 드라이브와 제어 구성요소, 멸균 단부 이펙터나 수술 도구/기구, 및 중간 연결기 구성요소를 포함하는 3개의 메인 구성요소로 나뉘어질 수 있다고 말해진다. 상기 중간 연결기 구성요소는 수술 도구와 구동 구성요소 및 제어 구성요소를 연결시키기 위한, 그리고 구동 구성요소로부터 수술 도구로 이동시키기 위한 기계 요소를 포함한다.
원격로봇 수술 시스템이 갖는 과제는 수술이 진행되는 동안에 외과의가 매우 많은 상이한 수술 기구/도구를 전형적으로 사용한다는 것이다. 조작기 암의 수는 공간적 제약과 비용에 따라 제한되기 때문에, 이러한 많은 수술 도구가 수술 동안에 여러번 조작기 암으로부터 탈부착될 것이다.
원격수술 시스템, 원격수술 장치, 및 이들의 방법은 매우 효과적이고 장점이 된다고 증명되었을지라도, 여전히 더욱 개량되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 수술이 진행되는 동안에 수술 기구의 교환 시간과 어려움을 최소화시키기 위하여 개량된 기구 인터페이스를 조작기 상에 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 로봇 조작기의 기구 인터페이스가 제공된다. 상기 기구 인터페이스는 축방향 하중과 토오크를 기구와 작동가능하게 연결될 수 있는 멸균 어댑터에 제공하기 위하여 스프링 가압식 입력부를 포함한다. 상기 기구 인터페이스는 스프링 플런저와 스프링 가압식 릴리스 레버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 로봇 수술 조작기 시스템이 제공되며, 상기 시스템은 조작기 조립체를 포함하고, 상기 조립체는 조작기 암의 말단부와 작동가능하게 연결된 베이스 링크와 길이방향 축선을 따라서 상기 베이스 링크에 이동가능하게 연결된 캐리지 링크를 포함하고, 상기 캐리지 링크는 상기 기재한 바와 같이 기구 인터페이스를 포함한다. 상기 시스템은 상기 기구 인터페이스를 통하여 상기 캐리지 링크에 작동가능하게 연결된 기구와, 상기 기구 및/또는 멸균 어댑터를 감지하기 위한 조작기 조립체에 작동가능하게 연결된 프로세서를 더 포함한다.
유리하게도, 본 발명은 기구 멸균 어댑터(ISA: Instrument Sterile Adapter)의 간단하고도 효과적인 설치 및/또는 결합을 제공하는 한편, 상기 ISA와 멸균 배리어의 효과적이고도 자유로운 설계를 가능하게 한다. 본 발명의 또 다른 장점이 제공된다.
도 1은 수술 기구를 로봇을 이용하여 환자 안의 수술 부위에서 이동시키기 위해 로봇 조작기 시스템과 수술 절차를 입력하기 위한 마스터 외과의의 콘솔 또는 워크스테이션을 포함하고 있는 로봇 수술 시스템을 도시한 수술실의 일부분을 개략적으로 도시한 평면도,
도 2A 및 도 2B는 수술을 위하여 사전에 구성될 환자 측 로봇 조작기 및/또 는 내시경이나 카메라 로봇 조작기를 허용하는 위치결정 연동장치 또는 셋업 조인트를 포함하는 조작기 시스템의 실시예의 사시도와 정면도,
도 3은 도 1의 시스템에서 사용하기 위한 수술 기구의 실시예의 사시도,
도 4는 조작기 암을 각각 지지하는 복수의 위치결정 연동장치를 포함하고 있는 선택적인 조작기 시스템의 사시도,
도 5A~도 5E 및 도 5B1~도 5E1은 본 발명의 실시예에 따른, 텔레스코픽 삽입 축선을 포함하고 있는 조작기 각각의 사시도 및 측면도,
도 6A~도 6E는 본 발명의 실시예에 따른, 캐리지 링크의 기구 인터페이스 구성요소를 상이한 시점으로 도시한 도면,
도 7A~도 7D는 본 발명의 실시예에 따른, 캐리지 링크의 내부를 상이한 시점으로 도시한 도면,
도 8A~도 8B는 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터 결합 레버의 이동을 도시한 도면,
도 9A~도 9E는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 시점의 기구 입력부의 분해도,
도 10A~도 10B는 본 발명의 실시예에 따른, 기구 입력부의 단면도,
도 11A~도 11B는 본 발명의 실시예에 따른, 스프링 플런저의 측면도,
도 12A~도 12C는 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터의 상측 사시도, 하측 사시도 및 단면도,
도 13은 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터의 전기 접속부의 폐쇄 단면 도,
도 14A 및 도 14B는 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터의 디스크의 상측 시점과 하측 시점의 폐쇄 사시도,
도 15A 및 도 15B는 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터의 상부 견인기 플레이트의 상측 사시도 및 하측 사시도, 및
도 16A~도 16F는 본 발명의 실시예에 따른, 멸균 어댑터를 기구 인터페이스로의 설치/결합, 수술 기구를 멸균 어댑터로의 설치/결합, 및 멸균 어댑터로부터 수술 기구의 분리를 도시한 도면.
본 발명은 개량된 로봇식 삽입축, 시스템, 및 기구의 삽입방법을 제공하는 것으로, 보다 상세하게는 보다 큰 강성과 강도, 보다 넓은 이동범위, 및 수술 부위의 향상된 가시성을 제공하기 위한 텔레스코픽 삽입축을 포함한다.
본 발명은 외과의가 환자로부터 멀리 떨어진 위치에서 자동제어장치를 통하여 수술 기구를 조정할 수 있게 하는 텔레로보틱 수술 시스템의 일부분으로서 특히 사용될 수 있다. 로봇식 외과 시스템의 일 실시예는 캐나다 서니베일의 Intuitive Surgical, Inc.로부터 이용가능한 da Vinci®의 수술 시스템이다.
도 1 내지 도 3은 최소 침습성의 로봇 수술을 행하기 위한 로봇식 수술 시스템(1)을 도시하고 있다. 시스템(1)은 미국특허문헌 제6,246,200호에 보다 상세하게 도시된 사항과 유사하며, 상기 문헌은 참조를 위하여 본 명세서에 통합되었다. 시스템 조작자(O, 일반적으로 외과의)는 수술대(T)에 누워있는 환자(P)에게 최소 침습성의 수술 방법을 실시한다. 시스템 조작자(O)는 디스플레이(12)에 나타난 영상을 살펴보고 하나 이상의 입력 장치 즉 마스터(2)를 외과의의 콘솔(3)에서 조작한다. 외과의의 입력 명령어에 응답하여, 콘솔(3)의 컴퓨터 프로세서(4)는 수술 도구나 수술 기구(5)의 이동을 명령하여, 조인트와, 연동장치와, 텔레스코픽 삽입축을 각각 구비한 조작기 암을 포함하고 있는 로봇식 환자-측 조작기 시스템(6, 본 실시예에서는 카트식 시스템(cart-based system))을 통하여 상기 수술 기구의 자동제어 이동을 실행한다. 일 실시예에 있어서, 말단 이펙터(effector)의 이동이 시스템 조작자(O)의 손에 있는 입력 장치의 이동에 따르도록 하기 위하여, 프로세서(4)는 수술 기구(5)의 말단 이펙터의 이동과 관련시킨다.
프로세서(4)는 데이터 처리 하드웨어와 소프트웨어를 전형적으로 포함하며, 상기 소프트웨어는 기기-판독가능한 코드를 전형적으로 포함한다. 상기 기기-판독가능한 코드는 본 명세서에 기재된 모든 방법 또는 임의의 방법을 실시하기 위하여 소프트웨어 프로그래밍 명령어로 구체화될 것이다. 프로세서(4)는 도 1에서 단일 블록으로 개략적으로 도시되었고, 프로세서는 다수의 데이터 처리 회로를 포함하며, 적어도 처리과정의 일부분이 입력 장치와 인접해 행해지고, 조정자 등과 인접하여 행해진다. 이와 유사하게, 프로그래밍 코드가 다수의 별개의 프로그램이나 서브루틴에 의하여 실행될 수 있거나, 본 명세서에 기재된 로봇 시스템의 여러 사항에 통합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 조작기 시스템(6)은 적어도 4개의 로봇식 조작기 조립 체를 포함한다. 3개의 연동장치(7, 본 실시예에서는 카트 측에 장착됨)는, 수술이 진행되는 적어도 일부분 동안에, 연동장치(7)가 조작기(8)의 베이스를 고정된 위치에서 일반적으로 지지되어 조작기(8)를 위치시켜 지지한다. 조작기(8)는 조직의 로봇 조작을 위해 수술 기구(5)를 이동시킨다. 부가된 하나의 연동장치(9, 본 실시예에서는 카트 중앙측에 장착됨)는 체내 수술 부위의 영상(바람직하게는 3차원)을 캡쳐하기 위하여 내시경/카메라 프로브(11)의 이동을 제어하는 조작기(10)를 위치시켜 지지한다. 환자-측 시스템의 위치결정 연동장치(7, 9)의 고정가능한 부분은 때때로 "셋업 암(set-up arm)"으로 본 명세서에서 명명되었다.
일 실시예에 있어서, 체내 수술 부위의 영상이 외과의의 콘솔(3)에 있는 3차원 디스플레이(12)에 의하여 조작자(O)에게 나타난다. 체내 수술 위치는 보조 디스플레이(14)에 의하여 보조자(A)에게 동시에 나타난다.
보조자(A)는, 선택가능한 수술 도구나 수술 기구(5')용의 하나 이상의 수술 조작기로부터 수술 기구(5)를 교환하는 경우에; 비로봇식 의학 기구 및 장치와 관련하여 작동하는 경우에; 관련 도구가 상이한 개구를 통하여 체내 수술 부위에 접근하도록 조작기 조립체를 수동으로 이동시키는 경우에; 등, 셋업 연동장치 암(7, 9)을 사용하여 환자(P)와 관련된 사전-위치결정 조작기 조립체(8, 10)를 돕는다.
일반적으로, 연동장치(7, 9)는 환자측 시스템(6)의 셋업동안에 주로 사용되고, 적어도 일부분의 수술 진행과정 동안에 고정된 구성으로 전형적으로 유지된다. 각각의 조작기(8, 10)는 구동식 연동장치를 포함하며 이 연동장치는 외과의의 콘솔(3)의 지시 하에서 활동가능하게 유기적으로 관련된다. 비록 셋업 암의 하나 이 상의 조인트가 부가적으로 구동될 수 있고 로봇식으로 제어될 수 있을지라도, 셋업 암 조인트의 적어도 수개가 보조자(A)에 의해 수동 위치결정되도록 구성될 수 있다.
비록 다른 실시예이지만, 본 발명의 실시예에 따르면 수개의 조작기가 텔레스코픽 삽입축(100)을 포함하면 모든 조작기가 텔레스코픽 삽입축(100)을 포함할 수 있다. 텔레스코픽 삽입축(100)은, 아래에 보다 상세하게 설명한 바와 같이, 종래 설계품에 비해 강성 및 강도를 향상시키고, 이동범위를 더욱 넓히고, 동역학적 성능을 향상시키고 시스템 사용자에게 수술 부위 근처의 가시성을 향상시킨 상태에서, 3개의 작동가능하게 연결된 링크를 통하여, 장착된 수술 기구(5)의 이동을 허용한다.
편리를 위하여, 조직을 조작하는데 사용된 수술 도구를 지지하고 있는 조작기(8)는 때때로 환자측 조작기(PSM: Patient-side manipulator)로 명명되는 한편, 내시경(11)과 같은 영상 캡쳐 장치 또는 데이터 획득 장치를 제어하는 조작기(10)는 내시경-카메라 조작기(ECM: Endoscope-camera manipulator)로 명명될 수 있다. 조작기는 수술에 사용되는 매우 다양한 수술 기구나 도구, 영상 캡쳐 장치 등을 부가적으로 작동시키고, 조정하고, 제어한다.
수술 기구(5)와 내시경(11)은, 수술 진행을 위해 셋팅되었을 때, 서로 다른 단계의 수술 진행을 위해 조작기 시스템(6)을 재구성하였을 때, 선택적인 수술 도구를 분리해 수술 기구(5') 등과 교환하였을 때, 수동으로 위치될 수 있다. 보조자(A)에 의한 조작기 조립체를 수동으로 재구성하는 동안에, 조작기 조립체는 마스 터/슬레이브 원격 수술(telesurgery) 동안에 사용되는 것과 다른 모드에 놓여질 수 있으며, 수동으로 위치가능한 모드는 때때로 클러치 모드라 명명된다. 조작기 조립체는 조작기에 대한 여러 다른 구성요소를 누르거나 또는 조작기(8) 상의 버튼이나 스위치(예를 들면, 도 6A-6C에서 클러치 버튼/스위치(103))를 누르는 것과 같은 입력에 따라 조직 조정 모드와 클러치 모드 사이에서 변경될 수 있어, 보조자(A)가 조작기 모드를 변경할 수 있다.
도 1 및 도 2A-2B에 도시된 바와 같이, 지시기(20)가 조작기 조립체 상에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 지시기(20)는 조작기와 상기 조작기에 장착된 기구(5) 사이의 인터페이스 근처의 조작기(8)에 배치된다. 다른 실시예에 있어서, 지시기(20)는 도구(5) 상의 셋업 조인트(7, 9)에 배치되거나 또는 조작기(8, 10) 등과 같은 곳에 대신 배치될 수 있다. 지시기의 실시예는 2006년 11월 3일 출원된 미국특허출원 11/556,484에 개시되었으며, 상기 특허문헌은 참조를 위하여 본 명세서에 포함되었다.
도 3은 관절식 수술 도구 또는 수술 기구(5)의 사시도이다. 수술 기구(5)는 조작기의 도구 홀더나 기구 인터페이스와 연결된 근접 하우징을 구비하며, 일반적으로 상기 조작기는 멸균 어댑터 또는 인터페이스를 통하여 신속한 해제 장착 기구를 제공하고, 이러한 실시예는 본 명세서에 통합된 미국특허출원 11/314,040(2005년 12월 20일 출원)과 11/395,418(2006년 3월 31일 출원)에 개시되어 있다. 수술 기구(5)는 근접 하우징(24)과 관련하여 말단 이펙터(28)를 지지하는 세장형 샤프트(23)를 포함한다. 근접 하우징(24)은 조작기(8)와 말단 이펙터(28) 사이에서 구 동 신호와 구동 이동을 수용하고 전달한다. 관절식 리스트(29, wrist)는 말단 이펙터(28)와 샤프트(23) 사이에서 2개의 자유도의 운동을 제공하며, 상기 샤프트는 환자의 체내에서 3개의 방향의 자유도를 갖는 말단 이펙터(28)를 제공하기 위하여 샤프트의 축선을 중심으로 근접 하우징(24)과 연관되어 회전될 수 있다.
수술 기구는 와이어 링크, 편심 캠, 푸쉬-로드 또는 다른 기구에 의해 구동될 수 있는 조(jaw), 가위, 집게, 바늘 홀더, 마이크로-해부 기구, 스테이플 적용기(staple appliers), 태커(tacker), 흡입 관주기(irrigators) 도구, 클립 적용기(clip appliers)와 같은 다양한 관절식 말단 이펙터를 포함할 수 있다. 게다가, 수술 기구는 절단날, 프로브, 관주기, 카테터(catheters) 및 흡입 오리피스와 같은 비관절식 기구를 포함할 수 있다. 선택적으로, 수술 기구는 조직을 제거하고, 잘라내고, 절단하거나 응고시키기 위한 전기 수술 프로브를 포함할 수 있다. 적용가능한 어댑터, 공구 즉 기구, 및 악세사리의 실시예가 본 명세서에서 참조한 미국특허 제6,331,181호, 제6,491,701호 및 제6,770,081호에 개시되어 있다. 적용가능한 수술 도구가 또한 미국 캘리포니아 써니베일의 Intuitive Surgical, Inc.로부터 상업적으로 이용가능하다.
도 4를 살펴보면, 도 4는 수술실의 천장에 장착될 수 있는 선택적인 모듈러 조작기 지지 조립체(30)의 사시도이다. 모듈러 조작기 지지부(30)는 환자의 몸에서 원하는 수술 절개 부위의 설정과 관련하여 로봇 조작기 시스템을 지지하여 정렬시킨다. 모듈러 조작기 지지부(30)는 일반적으로 방향설정 플랫폼(36)과 상기 방향설정 플랫폼과 연결될 수 있고 복수로 구성할 수 있는 셋업 연동장치 암(38, 40, 42, 44)을 포함한다. 각각의 암은 관련 조작기(32, 34)를 이동가능하게 지지하고, 이로서 관련 도구나 영상 캡쳐 장치를 이동가능하게 지지한다. 또한, 방향설정 플랫폼(36)은 수술 진행 등을 보기 위하여, 수술 기구 변경의 셋업에 사용될 수 있는 보조자 디스플레이(104)를 지지한다. 모듈러 조작기 지지 조립체(30)의 임의의 구성요소의 구성과 사용은 상기 기재한 조작기 시스템(6)에 관한 것과 유사하며, 본 명세서에 통합된 "로봇 수술용 모듈러 조작기 지지부"란 명칭의 미국특허출원 11/043,688(2005년 1월 24일 출원)에 보다 상세하게 기재되어 있다. 상기 기재한 바와 같이, 모듈러 조작기 지지부(30)의 각각의 조작기(32, 34)는 또한 삽입축(100)을 포함한다.
도 5A~도 5E1을 살펴보면, 텔레스코픽 삽입축(100)을 포함한 조작기(8)가 본 발명의 실시예에 따라 보다 상세하게 도시되어 있다. 본 발명의 삽입축은 베어링을 통하여 서로 이동가능하게 연결된, 일 실시예로서, 레일, 풀리 및 케이블의 3개의 링크를 포함하는 3단 텔레스코픽 선형축으로 이루어지며, 상기 링크는 폭이 좁거나 형상 인자(foam factor)가 근접 링크로부터 말단 링크쪽으로 이동한다. 유리하게도, 본 발명은 한 손으로 쓰는 포트와 기구 클러칭, 보다 넓은 범위의 운동, 보다 협폭의 삽입 암, 및 삽입 깊이의 함수로서 감소된 관성을 갖는 보다 큰 삽입축 강성 및 강도를 제공하여, 4분의 2 정도의 수술이 단일 셋업(예를 들면, 결장 수술)으로 가능하도록 조력하고, 수술실 근처의 공간과 다용도성을 더욱 증대시킨다.
도 5A~도 5E 및 도 5B1~도 5E1은 본 발명의 실시예에 따라 조작기 암(50)과, 암(50)의 말단부에 작동가능하게 연결된 텔레스코픽 삽입축(100)을 포함한 조작기(8)의 사시도와 측면도를 도시하고 있다. 텔레스코픽 삽입축(100)은 제 1 링크 즉 베이스 링크(102)와, 상기 베이스 링크(102)와 작동가능하게 연결된 제 2 링크 즉 아이들러 링크(104)와, 상기 아이들러 링크(104)와 작동가능하게 연결된 제 3 링크 즉 캐리지 링크(106)를 포함한다.
베이스 링크(102)는 조작기 암(50)의 말단부와 작동가능하게 연결되고, 일실시예에 있어서 상기 베이스 링크(102)의 말단부에 부착된 악세사리 클램프(108)를 구비한다. 캐뉼러와 같은 악세사리(110)는 악세사리 클램프(108)에 장착될 수 있다. 적용가능한 악세사리 클램프 및 악세사리의 실시예는 본 명세서에 포함된 미국특허출원 11/240,087(2005년 9월 30일 출원)에 개시되어 있다. 적용가능한 멸균 어댑터와 기구 하우징의 실시예는 본 명세서에 포함된 미국특허출원 11/314,040(2005년 12월 20일 출원) 및 11/395,418(2006년 3월 31일 출원)에 개시되어 있다.
캐리지 링크(106)는 기구 멸균 어댑터(ISA: Instrument Sterile Adaptor)와 작동가능하게 연결하기 위한 기구 인터페이스(101)를 포함하며, 이 어댑터는 기구(예를 들면, 도 3 및 도 6의 하우징(24))과 작동가능하게 연결될 수 있고, 환자 내측으로 상기 기구의 깊이를 제어한다. 일 실시예에 있어서, 멸균 어댑터는 로봇 수술 시스템, 보다 상세하게는 조작기 시스템을 멸균한 천으로 덮을 수 있는 드레이프(drape)와 통합되어, 수술 동안의 멸균 구역과 비멸균 PSM 암 사이에 멸균 베리어를 만든다. 적용가능한 드레이프와 어댑터의 실시예가 본 명세서에서 참조한 미국특허 11/240,113(2005년 9월 30일 출원)에 개시되어 있다.
아이들러 링크(104)는 베이스 링크(102)와 캐리지 링크(106) 사이에서 이동가능하도록 연결되어, 상기 링크(102, 104 및 106)가 텔레스코핑 방식으로 길이방향 축선(예를 들면 축선 C)을 따라서 서로에 대해 이동하게 된다. 일 실시예에 있어서, 링크(102)는 링크(104)보다 협폭의 형상 인자를 구비하고, 링크(104)는 링크(106)보다 협폭의 형상 인자를 구비하여, 수술 부위 근처의 가시성을 더욱 향상시킨다.
도 5A 및 도 5A1에 도시된 바와 같이, 조작기(8)에서 축선(C 내지 G)을 따르는 운동이 본 발명에 따른 근접 링크와 말단 링크 사이에서 적어도 뻗어있는 케이블에 의하여 제공된다. 로봇 암은 상기 암에 작동가능하게 연결된 기구나 도구를 제어할 수 있다. 케이블은 전기 모터에 의해 구동되는 구동 풀리, 캡스턴, 아이들러 풀리, 및/또는 출력부 풀리를 포함한 전동 시스템의 구성요소이다. 풀리 뱅크(pulley bank)는 조작기 시스템(6)의 조작기 암(50)과 삽입축(100) 사이의 케이블과 전기 와이어를 가압하기 위한 베이스 링크(102)의 아래면에 위치된다. 다른 구성요소 이외에, 복수의 운동 이동-통로가 운동을 전달하기 위해 제공될 수 있다.
구동 조립체는 회전을 위하여 암과 연결된 복수의 구동 모터를 더 포함할 수 있다. 요(yaw)와 피치 모터는 축선(A)과 축선(B)을 중심으로 암의 운동을 각각 제어하고(도 5A), 구동 모터는 리스트 유닛의 운동과 삽입 위치를 제어한다. 일 실시예에 있어서, 4개의 구동 모터는 암 근처에 장착되어 암의 말단에 장착된 도구의 4개 자유도(축선 D, E, F 및 G)를 제어한다. 또한, 근접하여 장착된 모터는 암 말 단의 공구의 삽입 위치를 제어한다(축선 C를 따라서). 구동 모터는 자동 제어 기구를 작동시키기 위하여 엔코더 및 포텐션미터(도시 생략)와 연결되는 것이 바람직하다. 구동 조립체, 암, 및 다른 적용가능한 부품의 실시예가 본 명세서에서 참조한 미국특허 제6,331,181호, 제6,491,701호, 및 제6,770,081호에 개시되어 있다. 조작기 암과 구동 조립체는 넓은 범위의 위치결정 장치를 사용할 수 있다. 원격 중앙 위치결정 장치의 보다 상세한 기재는 본 명세서에서 참조한 미국특허출원 08/504,301(1995년 7월 20일 출원), 현재는 미국특허 제5,931,832호에 개시되어 있다.
도 6A~도 6E를 살펴보면, 기구 멸균 어댑터와 기구(예를 들면, 수술 기구(5))를 궁극적으로 수용하기 위한 캐리지 링크(106)의 기구 인터페이스(101)의 사시도가 본 발명의 실시예에 따라 도시되었다. 기구 인터페이스(101)는 (예를 들면, 우연한 접속에 의한) 전기 접속부(510)를 절연시키기 위하여 슈라우드(502)와, 예하중을 ISA 디스크에 제공하고 토오크를 수술 기구에 전달하기 위해 보스를 구비한 스프링 가압식 입력부(504), 예하중을 ISA의 견인기 플레이트에 제공하기 위한 스프링 플런저(506), ISA(109)를 제 위치에 유지하기 위한 브래킷(508), 상기 ISA를 체결/분리하기 위한 레버(511), 및 로봇 조작기와 관련하여 멸균 어댑터의 위치를 고정하는데 사용되는 기준점(512)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 기구 인터페이스(101)는 4개의 스프링 가압식 입력부(504)를 포함하며, 각각의 입력부는 2개의 보스(505), 4개의 스프링 플런저(506), 및 7개의 전기 접속부(510)를 구비한다.
도 7A~도 7D를 살펴보면, 캐리어 링크가 본 발명의 실시예에 따른 캐리지 링 크의 나머지부로부터 분리된 기구 인터페이스 커버(101a)로써 도시되어 있다. 본 발명은 컴팩트한 장치와 방법을 제공하여 수술 로봇의 출력부 단부 상의 기구 인터페이스 구성요소를 효과적으로 팩키지한다. 이러한 구성요소는 회로 보드, 케이블 전송 요소, 센서 및 레버를 포함하나 이들 구성요소로 한정되는 것은 아니다. 도 7A는 캐리지 링크(106)의 기구 인터페이스 커버(101a)와 내부 기구 인터페이스 구성요소(101b)를 포함한다. 커버(101a)는 기준점(512), 전기 접속부(510)용 개구(522)를 포함한 슈라우드(502), 장착 브래킷(508), 레버(511)용 개구(520), 스프링 플런저(506)용 개구(524), 및 스프링 가압식 입력부(504)용 개구(526)를 포함한다. 이러한 기구 인터페이스용 "클램쉘(clamshell)" 또는 커버 디자인은 필요할 때, 내부 기구, 회로 보드, 및 삽입축의 케이블 전달 요소로의 접근을 용이하게 한다.
또한 도 7A~도 7C는 인쇄 회로 조립체(PCA, 516)에 작동가능하게 장착된 전기 접속부(510)와 홀-이펙트 센서(514)를 도시하고 있다. 전기 접속부(510)는 전기 신호가 ISA(109)와 PCA 사이에서 통하도록 인터페이스를 제공하고, 일 실시예에 있어서 "포고 핀(pogo pins)"을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 원격 PCA(516)는 동력을 공급하고 및/또는 LEDs, 홀 이펙트 센서, 멸균 어댑터, 기구, 및 사용자 인터페이스 버튼(예를 들면, 클러치 작동용)과 연통하기 위한 입력부와 출력부를 구비한다. 또한 원격 PCA(516)은 동력을 받기 위한 입력부와, 메인 PCA(예를 들면, 도 1의 프로세서(4))와 연통하기 위한 입력부/출력부를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 메인 PCA는 동력을 공급하고 및/또는 시리얼 커뮤니케이션 버스를 통 하여 모터, 센서, 사용자 인터페이스 버튼, 원격 PCA, 및 환자측 카트 시스템 상의 인쇄된 다른 회로 기판(예를 들면, 메인 PCA는 위치 제어를 모터에 전송하고 포텐션미터와 엔코더 신호를 처리한다.)과 연통하기 위한 입력부와 출력부를 구비한다. 적용가능한 PCA의 입력부와 출력부의 실시예는 2006년 12월 20일 미국에 출원된 특허문헌(대리인 문서 번호: M-16315-5 US)에 개시되어 있으며, 상기 특허문헌의 제목은 "로봇 수술 시스템에서의 무선 통신"이고, 이 문헌은 참조를 위하여 본 명세서에 통합되었다. 일 실시예에 있어서, 원격 PCA는 기구 인터페이스(ESII) PCA용 삽입식 시리얼라이저를 포함하고, 메인 PCA는 일 실시예에 있어서 삽입식 시리얼라이저 환자 조작기(ESPM) PCA를 포함하며, 이들 PCA는 캘리포니아 서니베일의 Intuitive Surgical, Inc.로부터 이용가능하다.
홀 이펙트 센서(514)는 ISA(109)에 장착된 기구의 존재를 탐지하기 위한 확실한 장치와 방법을 제공하는데 사용된다. 홀-이펙트 센서는 부품을 이동시키지 않는 솔리드-상태의 장치이기 때문에 바람직하다. 도 7A 및 도 7C는 보호 커버가 없는 홀-이펙트 센서(514)를 도시하고 있고, 도 7B는 보호 커버를 구비한 홀-이펙트 센서(514)의 측면도를 도시하고 있다. 일 실시예에 있어서, 2개의 인접한 홀-이펙트 센서는 기구 섀시(chassis)에서 자석이 존재한 상태를 변경하는데 사용될 수 있다. 기구 자석이 홀-이펙트 센서에 매우 근접한 범위 내에 있을 때, 센서의 전기 출력 상태가 변경된다. PCA(516)는 또한, 존재 탐지 회로를 통하여 ISA 또는 기구와 같은 다른 시스템 구성요소의 존재를 탐지할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 홀-이펙트 센서 이외에, 제 3 입력부는 장착된 기구 를 인식하기 위하여 시스템을 필요로 할 수 있다. 홀 이펙트 센서(514)의 출력부는 기구에 직면하여 폐쇄되는 전기 회로(예를 들면, 루프백 회로(loopback circuit))와 접속되어 사용되어 존재를 중복 확인한다. PCA(516)는 또한 이러한 회로의 폐쇄를 탐지한다. 도 7D는 ISA를 체결/분리 하기 위한 레버(511)를 도시하고 있다. 레버(511)는 샤프트(511C)를 장착하기 위하여 레버 보디(511a)와 장착 나사(511b)를 포함하며 상기 샤프트를 중심으로 레버 보디(511a)가 회전할 수 있다. 비틀림 스프링(511e)과 경질의 스톱(511d)은, ISA가 장착될 때 레버 보디(511a)를 정지 업 위치(rest up position)에 위치시키도록 작동하고 ISA가 설치되거나 분리될 때 레버 보디(511a)를 회전 위치에 위치시키도록 작동한다. 레버 보디(511a)는 수평선으로부터 대략 25도 만큼 하향으로 회전한다. 도 8A 및 도 8B는 레버(511)가 정지 위치와 회전된 위치에 있는 상태를 각각 도시하고 있다.
도 9A-도 9E는 분리된 상태의 기구 입력부(504)의 상이한 시점의 도면들이고, 도 10A-도 10B는 본 발명의 실시예에 따른 기구 입력부의 단면도이다. 도 9A, 도 9B 및 도 9D는 입력부가 정지 (확장된) 위치에 있는 것을 도시하고 있고, 도 9C 및 도 9E는 입력부(504)가 후퇴된 위치에 있는 것을 도시하고 있다. 입력부(504)는 스프링(504a), 반경방향 볼 베어링(504b), 출력부 풀리(504c), 선형 볼 스플라인 미끄럼 유닛(504d), 볼 스플라인 샤프트(504e), 나사(504f), 및 보스(505)를 포함한 입력바(504g)를 포함한다. 또한 다른 수단이 선형 슬라이드, v-롤러, 슬라이딩 부싱, 볼 나사 등처럼, 선형 운동과 토오크 전달을 달성하는데 이용된다.
스프링(504a)은 스프링력(축선방향 하중)을 샤프트(504e)의 축선방향(도 9D 에서 이중 화살표로써 도시됨)으로 가하여, 입력바(504g)가 축선방향으로 선형 이동하게 한다. 반경방향 볼 베어링(504b)은 조립체가 샤프트(504e)의 길이방향(또는 세로방향)을 중심으로 회전운동하게 하고, 볼 스플라인 미끄럼 유닛(504d)은 조립체의 회전 운동, 특히 샤프트(504e)의 회전 운동을 지지하여 입력바(504g)가 토오크를 출력부 풀리(504c)로부터 기구로 디스크(304)를 통해 전달하게 한다(도 12A). 일 실시예에 있어서, 볼 스플라인 미끄럼 유닛(504d)은 출력부 풀리에 클램프되고, 롤링 요소가 스플라인 샤프트(504e)의 운동 방향으로 사용되는 재순환 볼의 2개의 트랙을 포함한다. 출력부 풀리(504c)는, 본 명세서에서 참조한, 2006년 12월 20일 출원되고 "로봇 수술 시스템에서의 케이블 텐션잉"이라 명명된 미국특허 출원(대리인 문서 번호 M-16315-1 US)에 개시된 바와 같이 케이블에 의하여 구동된다. 일 실시예에 있어서, 스플라인 샤프트(504e)는 그 길이방향을 따르는 2개의 홈을 포함하며 재순환 볼이 거기에 얹혀있다. 나사(504f)가 축선방향으로 경질의 스톱을 제공하기 위하여 스플라인 샤프트(504e)에 나사결합된다. 일 실시예에 있어서, 입력바(504g)는 스플라인 샤프트(504e)에 가압되고, 멸균 어댑터 디스크에 있는 구멍과 결합되는 보스(505)를 제공한다.
도 11A-도 11B는 본 발명의 실시예에 따른 스프링 플런저의 측면도이다. 도 11B는 스프링 플런저(506)가 정지(확장된) 위치에 있는 것을 도시하고 있고 도 11C는 ISA(109)의 견인기 플레이트쪽으로 가압할 때 스프링 플런저(506)가 후퇴된 위치에 있는 것을 도시하고 있다.
스프링 가압식 입력부(504), 스프링 플런저(506), 및 레버(511)는 스프링 요 소를 조작기에 제공하여, ISA와 멸균 베리어용 1회용 설계품을 가능하게 한다. 유리하게도, 조작기와 ISA 설치 및 결합이 사용하기에 보다 쉽고, 보다 더 신뢰할 수 있으며, 노력을 덜 필요로 하는 한편 비용이 저렴하고 ISA와 멸균 베리어 드레이프용 1회용 설계품을 가능하게 한다.
도 12A, 도 12B 및 도 12C를 살펴보면, 이들 도면은 각각 ISA(109)의 사시도, 바닥부 사시도, 단면도이며, 본 발명의 실시예에 따라 도시되어 있다. ISA(109)는 하우징(302), 디스크(304), 상부 견인기 플레이트(306), 하우징(302)의 기구 스톱 특징부(308), 하우징(302)의 레일 특징부(301), 접촉부(310), 및 바닥부 견인기 플레이트(312)를 포함한다. 상부 견인기 플레이트(306)와 바닥부 견인기 플레이트(312)는 하우징(302)에 대해 이동하는 견인기 플레이트 조립체(313)를 형성한다. 디스크(304)는 견인기 플레이트 조립체(313)의 내부에 구속되어 견인기 플레이트 조립체에 대해 이동한다.
도 13은 일 실시예로서 하우징에 삽입 몰드성형된 접촉부(310)의 확대 단면도를 도시하고 있다.
도 14A와 도 14B는 디스크(304)의 상부 시점과 하부 시점의 확대 사시도를 도시하고 있으며, 상기 디스크는 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디스크(304)의 베이스에서의 치형상부(304), 수술 기구(5)의 핀(253)을 수용하기 위한 디스크(304)의 보디에 있는 구멍(316)(도 16D 및 도 16E 참조), 스프링 가압식 입력부(504)의 보스(505)를 수용하기 위한 디스크(304)의 바닥부에 있는 구멍(317)(도 9 및 도 10 참조), 및 디스크(304)를 데드존(dead zone) 밖으로 이동시키기 위한 탭(315)을 포 함한다. 일 실시예에 있어서, ISA(109)는 4개의 디스크(304)를 포함하며 각각의 디스크(304)가 4개의 치형상부(314)와 2개의 구멍(316)을 포함하고 있다. 4개의 치형상부(314)는 일 실시예에 있어서 90도 정도 떨어져 놓여진다. 다른 실시예에 있어서, 보다 많거나 적은 수의 디스크, 치형상부 및 슬롯이 가능하나 조작기와 수술 기구 상의 어댑터 수용부와 작동가능하게 연결할 필요가 있다.
도 15A 및 도 15B는 본 발명의 실시예에 따른 상부 견인기 플레이트(306)의 상부 시점의 사시도와 하부 시점의 사시도를 도시하고 있다. 견인기 플레이트(306)는 기구 섀시(24)와 결합하기 위한 바(318)와, 상대 위치에 따라 디스크(304)의 치형상부(314)와 맞물리게 하기 위한 치형상부(319)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상부 견인기 플레이트(306)는 4개의 디스크(304)용 4개의 개구(307)를 포함한다.
도 16A 내지 도 16F를 살펴보면, 기구 인터페이스(101)에 기구 멸균 어댑터의 설치/결합(도 16A), ISA(109)에 수술 기구(5)의 설치/결합(도 16B-도 16E), 및 ISA(109)로부터의 수술 기구(5)의 분리(도 16F)가 본 발명의 실시예를 따라서 도시되어 있다.
도 16A는 조작기(8)의 어댑터 수용부(101)와 설치되어 결합되어 있는 ISA(109)를 도시하고 있다. ISA 접촉부(310)는 조작기 접촉부(510)와 결합되고, 디스크(304)는 스프링 가압식 입력부(504)와 결합되고, 바닥부 견인기 플레이트(312)는 스프링 플런저(506)와 결합되고, 혀형상 특징부(305, tongue feature)(도 16A 및 16F)는 브래킷(508)과 맞물리게 된다. 기구 스톱 특징부(308) 는, 사용자가 기구를 ISA에 설치할 때 레일(301)을 맞추지 못하면 기구(환자의 안전을 위해서)를 멈추게 한다. 기구는 상부 견인기 플레이트(306) 상에서 설치된 바(318)에 의해 완전히 멈춰진다. 설치되기 전에, 스프링 가압식 입력부(504)와 스프링 플런저(506)는 그들의 최대로 확장된 위치에 있고 ISA의 디스크(304)는 견인기 플레이트 조립체 내의 임의의 랜덤 위치로 자유롭게 회전한다. 일 실시예에 있어서, 인터페이스(101)의 어댑터-수용부 상에 ISA(109)를 설치하기 위하여, 사용자는 ISA 하우징의 혀형상부를 브래킷에 배치하고 뒤쪽 아래를 회전시켜 레버/랫치(511)와 결합시킨다.
이와 같이 설치되었으나 예비 결합된 위치에 있어서, 디스크(304)는 스프링 가압식 입력부(504)에 의하여 상부 견인기 플레이트(306) 쪽으로 상향 가압되고, 견인기 플레이트 조립체(313)는 스프링 가압식 입력부(504)와 스프링 플런저(506)에 의해 상향 가압된다. 각각의 디스크 위치(견인기 플레이트(306)의 개구(307))에 있어서, 디스크(304)의 치형상부(314)와 결합하는 견인기 플레이트(306) 상에 하나의 치형상부(319)가 있다. 치형상부는 다수의 기능을 구비하며, 이 기능 중 한 기능은 디스크(304)를 "데드 존" 외측으로 가압하는 것이고 상기 데드 존은 스프링 가압식 입력부(504)가 360도로 완전히 회전하지 않기 때문에 디스크(304)의 바닥부에 있는 구멍(317)이 스프링 가압식 입력부(504)의 보스(505)와 결합하지 않는 위치에 있는 각도 방향이다. 치형상부 구성의 다른 기능은 디스크(304)가 멸균 어댑터의 결합 과정 중에 90도 이상 회전하는 것을 방지하는 것이다.
결합 과정 중에, 스프링 가압식 입력부(504)가 보스(505)와 디스크(304)의 바닥부 면 사이의 마찰을 통하여 그리고 탭(315)과의 접촉을 통하여 디스크(304)의 이동을 부여하도록 기동됨에 따라 디스크 치형상부(314)는 견인기 플레이트 치형상부(319)와 맞물린다. 스프링 가압식 입력부(504)가 회전 방향으로 역전할 때, 4개의 치형상부(314)가 있어서 디스크(304)의 이러한 회전 이동이 멈춰지고, 보스(505)는 디스크(304)의 구멍(317)과 맞춰짐에 따라 스프링 가압식 입력부(504)는 디스크(304)에 대해 회전한다. 디스크(304)의 바닥부에 있는 구멍(317)과 스프링 가압식 입력부(504)의 보스(505)가 정렬됨에 따라, 디스크(304)는 스프링 가압식 입력부(504) 상에 떨어진다. 이 지점에서, 상부 견인기 플레이트(306)의 치형상부(319)는 디스크(304)의 치형상부(314)와 분리됨에 따라 디스크(304)는 아래로 떨어져, 디스크(304)가 견인기 플레이트(306)에 대해 자유롭게 회전하게 한다. 디스크(304)가 스프링 가압식 입력부(504) 상에서 결합될 때, ISA(109)는 어댑터 수용부(101)와 결합된다.
일 실시예에 있어서, 어댑터 수용부(101) 상에 ISA(109)가 설치된 이후에 결합 과정이 밀리세컨드 내에 발생한다. ISA(109)가 하향 위치로 회전함에 따라, 전기 접촉부(310)는 전기 접촉부(510, 예를 들면 포고핀(pogo pins))과 결합함에 따라 조작기(8) 상의 초기 개방 회로가 폐쇄되며, 이것은 ISA 결합 시퀀스를 기동시킨다. 하우징(302)에 있는 삽입 몰드 성형된 접촉부(310)는 어댑터 수용부(101) 상의 접촉부와 결합하고, 기구 전기 접촉부(255)를 통하여 수술 기구(5)와 연통하도록 사용되는 다중 전기 경로(vias)를 구비할 수 있다(도 16C 및 도 16D).
도 16B는 부분적으로 설치된 수술 기구(5)를 나타내고 있고, 도 16C는 ISA(109)와 완전히 결합되어 설치된 수술 기구(5)를 나타내고 있다. 처음에, 사용자가 ISA(109)에 수술 기구(5)를 설치함에 따라, 견인기 플레이트 조립체(313)는 어댑터 수용부(101) 쪽으로 아래로 가압되어 상부 견인기 플레이트(306)가 중앙바(318)와 결합한 수술 기구(5)에 의해 아래로 가압된다. 수술 기구(5)와 ISA(109) 사이를 전기 결합을 하기 전에, 바(318)의 챔퍼는 수술 기구(5)의 바닥부 상의 챔퍼와 결합하고, 이들 두 챔퍼가 정렬됨에 따라, 상기 수술 기구는 스프링 가압식 입력부와 스프링 플런저의 스프링력 때문에 원래의 위치로 당겨진다. 수술 기구가 원래의 위치로 당겨짐에 따라, 견인기 플레이트 조립체(313)는 수술 기구까지 상승되기 시작하고, 실질적으로 동일한 운동으로, 수술 기구(5)의 전기 접촉부(255)는 ISA(109)의 전기 접촉부(310)와 접촉하게 된다. 수술 기구(5)가 ISA(109)에 설치될 때, 상부 견인기 플레이트(306)는 기구의 바닥부를 가압하고 바(318)는 기구 하우징에 있는 클리어런스 슬롯 내측에 있게 된다. 수술 기구의 설치 전에, 디스크(304)와 스프링 가압식 입력부(504)는, 수술 기구 상의 입력부가 디스크(304)의 상부에 있는 구멍(316)과 결합되지 않기 때문에 기구로부터 멀어지도록 가압된다.
도 16D 및 도 16F는 기구(5)와 디스크(304)의 결합 절차를 도시하고 있다. 도 16D에 있어서, 디스크(304)가 처음에 랜덤 위치에 있는 기구 디스크(251)와 정렬되어 회전할 때까지 디스크(304)는 기구(5)와 결합되지 않는다. ISA(109)와 어댑터 수용부(101) 사이의 결합 절차에 대하여 상기 기재한 바와 같이, 기구의 전기 접촉부가 ISA(109)의 접촉부(310)와 결합함에 따라, 회로 기판에 인쇄된 ESII와 기 구 사이의 정상 개방 회로는 기구 결합 절차를 기동시키는 ISA를 통하여 폐쇄된다. 스프링 가압식 입력부(504)와 디스크(304)는, 디스크(304)의 구멍(316)이 기구 디스크(251)의 핀(253)과 결합할 때까지 조립체로서 함께 회전한다. 구멍이 핀과 정렬될 때, 디스크(304)와 스프링 가압식 입력부(504)는 상향 이동하게 된다. 도 16E는 ISA 디스크(304)의 구멍(316)과 결합하는 핀(253)을 구비한 기구 디스크(251)를 도시하고 있다. ISA(109)상의 다른 접촉부가 수술 시스템과 기구 "리포즈가능한 공구 인터페이스(RTI: Reposable Tool Interface)" 보드 사이에서 전기 신호를 전달할 수 있음을 알 수 있다.
기구가 완전히 설치되었을 때, 기구는 하우징을 따라서 3개의 지점에 유지된다. 2개의 지점은 기구의 측면을 따라서 레일 특징부(301)에 있으며 3번째 지점은 기구의 전방 중심점을 따라 중심 유지 아래쪽 탭(309)에 있게 된다. 유리하게도, 3개의 위치에서 기구를 아래로 유지시킴으로써, 기구가 과도하게 구속되어 설치되지 않아 분리가 보다 용이하게 된다.
도 16F는 ISA(109)로부터의 수술 기구(5, 도시 생략)의 분리를 도시하고 있다. 사용자가 기구를 분리하기를 원할 때, 기구 섀시의 양 측면 중 어느 한 측면에 있는 레버가 밀어 넣어지고 상기 기구는 ISA의 외측으로 뒤로 당겨진다. 기구상의 레버가 상부 견인기 플레이트의 중심 바(318)에 작용하고, 차례로 상기 바는 견인기 플레이트를 상기 기구로부터 떨어져 아래로 가압한다. 견인기 플레이트가 더욱 멀리 운동함에 따라, 디스크(304)는 기구의 제거를 허용하는 기구의 핀으로부터 분리된다.
상술한 실시예는 예시적인 것이며 본 발명을 제한하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 원리에 따라 다양한 개량 및 변경이 가능하다. 예를 들어 시스템은 4개의 로봇 조작기 조립체로 한정되지 않고, 다른 실시예에 있어서 2개 이상의 조립체를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 범주는 다음 청구범위에 의해서만 한정된다.
Claims (22)
- 수술 기구와 작동가능하게 연결될 수 있는 멸균 어댑터에 축방향 하중과 토오크를 제공하는 스프링 가압식 입력부 및 멸균 어댑터 장착 브래킷을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스프링 가압식 입력부는 입력바를 포함하며, 상기 입력바는 출력부 풀리와 작동가능하게 연결된 샤프트와 연결되는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 입력바는 멸균 어댑터와 결합하는 보스를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 멸균 어댑터와 작동가능하게 결합하는 복수의 스프링 가압식 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 멸균 어댑터를 부착하거나 분리하는 스프링 가압식 릴리스 레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 5 항에 있어서, 상기 릴리스 레버는 레버 보디를 가압하는 토션 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기구의 존재를 감지하는 홀-이펙트 센서를 더포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 7 항에 있어서, 상기 홀-이펙트 센서는 상기 기구 내측에 장착된 자석을 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 로봇 조작기에 대해 멸균 어댑터의 위치를 고정하는 기준점을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 멸균 어댑터에 축방향 힘을 가하는 스프링 플런저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 멸균 어댑터와 인쇄 회로 조립체 사이의 인터페이스하는 전기 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 12 항에 있어서, 상기 전기 인터페이스를 둘러싸는 보호식 슈라우드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 기구는 조, 가위, 집게, 바늘 홀더, 마이크로-해부 기구, 스테이플 적용기, 태커, 흡입 관주기 도구, 클립 적용기, 절단날, 커터리 프로브, 관주기, 카테터 및 흡입 오리피스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 로봇 조작기의 통합식 수술 기구 인터페이스.
- 조작기 암의 말단부와 작동가능하게 연결된 베이스 링크; 및 길이방향 축선을 따라서 상기 베이스 링크와 이동가능하게 연결되고, 수술 기구와 작동가능하게 연결될 수 있는 멸균 어댑터에 축방향 하중과 토오크를 제공하기 위한 스프링 가압식 입력부를 구비한 통합식 기구 인터페이스를 포함한 캐리지 링크;를 포함하고 있는 조작기 조립체;기구 인터페이스를 통하여 캐리지 링크와 작동가능하게 연결된 기구; 및상기 기구의 존재를 감지하기 위해 조작기 조립체와 작동가능하게 연결된 프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 스프링 가압식 입력부는 입력바를 포함하며, 상기 입력바는 출력부 풀리와 작동가능하게 연결된 샤프트와 연결된 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 기구 인터페이스는 상기 멸균 어댑터와 작동가능하게 결합되는 복수의 스프링 가압식 입력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 기구 인터페이스는 상기 기구의 존재를 감지하는 홀-이펙트 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 18 항에 있어서, 상기 홀-이펙트 센서는 상기 기구 내측에 장착된 자석을 감지할 수 있는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 기구는 조, 가위, 집게, 바늘 홀더, 마이크로-해부 기구, 스테이플 적용기, 태커, 흡입 관주기 도구, 클립 적용기, 절단날, 커터리 프로브, 관주기, 카테터 및 흡입 오리피스로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조작기 어셈블리를 포함하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 멸균 어댑터는 로봇 수술 시스템의 일부분을 수술부위로부터 분리하는 멸균 드레이프와 통합되는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 기구 인터페이스는 상기 멸균 어댑터를 부착하거나 분리하는 스프링 가압식 구속해제 레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 로봇 수술 조작기 시스템.
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