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KR102437404B1 - 수술 기구를 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

수술 기구를 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR102437404B1
KR102437404B1 KR1020187030549A KR20187030549A KR102437404B1 KR 102437404 B1 KR102437404 B1 KR 102437404B1 KR 1020187030549 A KR1020187030549 A KR 1020187030549A KR 20187030549 A KR20187030549 A KR 20187030549A KR 102437404 B1 KR102437404 B1 KR 102437404B1
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브라이언 엠 크루즈
크래그 알 게르비
테일러 제이 모리세트
마가레트 엠 닉슨
조셉 피 3세 오르반
테오도르 더블유 로저스
알레인 사다카
찰스 이 스와인하트
마이클 터너
케리 에스 왕
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인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
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Abstract

원격조종 의료 시스템이 입력 장치 및 기구와 결합되어 기구를 이동시키도록 구성된 머니퓰레이터를 포함하고 있다. 상기 시스템은 또한 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템을 포함하고 있다. 상기 기구가 기구 작업 공간의 시야에 대해 대응하는 방향으로 기구 작업 공간로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 제어 시스템이 제1 매핑에 따라 상기 입력 장치의 운동을 상기 기구의 운동에 매핑시키도록 구성되어 있다. 상기 기구가 기구 작업 공간의 시야에 대해 상응하지 않는하는 방향으로 상기 기구 작업 공간로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 제어 시스템이 제2 매핑에 따라 상기 입력 장치의 운동을 상기 기구의 운동에 매핑시키도록 구성되어 있다. 제2 매핑은 상기 기구의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 제1 매핑의 역을 포함한다.

Description

수술 기구를 제어하는 시스템 및 방법
본 발명은 최소 침습 원격조종 수술에 사용되는 수술 시스템 및 방법을 포함하고, 자궁 처치(uterine manipulation)용 기구를 제어하는 시스템 및 방법을 포함하는 로봇 시스템과 사용 방법에 관한 것이다.
최소 침습 의료 기술은 진단 과정이나 수술 과정에서 손상되는 진단이나 수술과 무관한 조직의 양을 감소시켜서, 환자 회복 시간, 불편함, 그리고 유해한 부작용을 감소시키기 위한 것이다. 외과의사의 솜씨를 향상시키고 종래의 최소 침습 기술에 대한 제한사항들 중의 일부를 회피하도록 최소 침습 원격수술 시스템이 개발되고 있다. 원격수술에서, 외과의사는 손으로 수술 기구를 직접 쥐고 움직이는 것이 아니라, 수술 기구 움직임을 조종하기 위해 원격 제어장치의 몇 가지 형태, 예를 들면, 서보기구 또는 이와 유사한 것을 사용한다. 원격수술 시스템에서, 외과의사는 수술용 워크스테이션(surgical workstation)에서 수술 부위의 영상을 제공받을 수 있다. 외과의사는 디스플레이에 나타난 수술 부위의 2차원 영상 또는 3차원 영상을 관찰하면서, 서보 기계식 작동 기구(servomechanically operated instrument)의 운동을 제어하는 마스터 컨트롤 장치를 조작함으로써 환자에 대해 수술을 수행한다.
로봇 지원형 원격수술에서는, 외과의사가 통상적으로 마스터 컨트롤러를 조작하여 환자로부터 떨어져 있을 수 있는 장소(예를 들면, 수술실의 건너편, 다른 방, 또는 환자가 있는 곳과 완전히 다른 건물)로부터 수술 부위의 수술 기구의 움직임을 제어한다. 상기 마스터 컨트롤러는 보통 환자측 "슬레이브" 수술용 머니퓰레이터에 탈착가능하게 결합되는 수술 기구에 작동가능하게 결합되는, 하나 이상의 수동 입력 장치, 예를 들면, 핸드헬드형 리스트 짐벌(hand-held wrist gimbal), 조이스틱, 외골격 장갑(exoskeletal gloves) 등을 포함하고 있다. 모장치(mater)의 구성과 움직임이 환자측 "슬레이브" 수술용 머니퓰레이터를 통하여 수술 부위에 있는 수술 기구의 위치, 배향, 그리고 관절을 제어한다. 상기 환자측 "슬레이브" 수술용 머니퓰레이터는 수술 기구를 지지하고 제어하기 위해서 함께 연결되어 있는 복수의 아암, 조인트, 링크장치, 서보 모터, 등을 포함하고 있는 전기-기계식 조립체이다. 수술시에, 수술 기구(내시경을 포함함)는 개방된 수술 부위로 직접 삽입될 수 있거나 보다 통상적으로는 캐뉼라를 통하여 체강 속으로 삽입될 수 있다.
최소 침습 수술을 위해서는, 수술용 머니퓰레이터에 의해서 제어되는 수술 기구가 한 개의 수술용 절개부를 통하거나 복수의 밀접 배치된 환자의 신체의 절개부를 통하여 체강 속으로 삽입될 수 있다. 일부 최소 침습 수술을 위해서는, 수술 기구, 특히, 예를 들어, 프로브, 조직 머니퓰레이터, 그리고 견인기(retractor)와 같은 수술 보조 도구가 보다 멀리 떨어져서 배치된 수술용 절개부 또는 자연 개구부(natural orifice)를 통하여 수술 작업 공간으로 삽입될 수도 있다. 개량된 시스템과 방법이 이들 수술 기구를 장착하고 제어하는데 필요하다.
본 명세서에 기술된 기구, 시스템, 그리고 방법은 산업적인 사용, 일반적인 로봇 사용, 비-조직 소재의 조작, 및/또는 미용적인 개선(cosmetic improvement)을 포함하여 비-의료용으로 사용될 수 있다. 다른 비-수술적인 사용은 사람 또는 동물 신체구조로부터 분리된 조직(사람 또는 동물 신체구조로 돌려보내지 않는 조직) 또는 사람 시체 또는 동물 사체에 대한 사용을 포함한다.
미국특허출원공보 US 2006/0241414 A1 미국특허출원공보 US 2007/0083098 A1
본 발명의 실시례들이 아래에 뒤따르는 청구범위에 의해 요약되어 있다.
하나의 실시례에서는, 원격조종 의료 시스템이 입력 장치 및 기구와 결합되어 기구를 이동시키도록 구성된 머니퓰레이터를 포함하고 있다. 상기 의격조종 의료 시스템은 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템도 포함하고 있다. 상기 기구가 기구 작업 공간의 시야에 대해 상응하는 방향으로 기구 작업 공간으로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 제어 시스템이 상기 입력 장치의 운동을 제1 매핑에 따라 상기 기구의 운동에 매핑시키도록 구성되어 있다. 상기 기구가 상기 시야에 대해 상응하지 않는 방향으로 상기 기구 작업 공간으로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 제어 시스템이 상기 입력 장치의 운동을 제2 매핑에 따라 상기 기구의 운동에 매핑시키도록 구성되어 있다. 상기 제2 매핑은 상기 기구의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전(inversion)을 포함하고 있다.
다른 실시례에서는, 마스터 작업 공간에서 마스터 컨트롤러의 운동에 기초하여 마스터 컨트롤 신호를 발생시키는 단계와 기구 작업 공간에서 영상 장치의 시야의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 또한 상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구에 대한 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응하는지 상기 시야의 방향에 상응하지 않는지를 결정하는 단계도 포함하고 있다. 상기 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응한다는 결정에 대응하여, 상기 방법은 상기 마스터 컨트롤러의 운동을 제1 매핑에 따라 슬레이브 기구의 운동에 매핑시키고 상기 제1 매핑에 기초하여 상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구의 운동에 대한 슬레이브 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
상기 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응하지 않는다는 결정에 대응하여, 상기 방법은 상기 마스터 컨트롤러의 운동 제2 매핑에 따라 슬레이브 기구의 운동에 매핑시키고 상기 제2 매핑에 기초하여 상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구의 운동에 대한 슬레이브 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계를 포함한다. 상기 제2 매핑은 상기 슬레이브 기구의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하고 있다.
다른 실시례에서는, 원격조종 기구 시스템이 마스터 작업 공간의 마스터 입력 장치, 기구 작업 공간의 구동식 기구 엔드 이펙터(actuated instrument end effector), 그리고 상기 기구 작업 공간의 구동식 조직 프로브를 포함하고 있다. 상기 원격조종 기구 시스템의 조종 방법은 상기 마스터 입력 장치의 운동에 대응하여 일련의 마스터 컨트롤 신호를 발생시키는 단계와 상기 일련의 마스터 컨트롤 신호에 대응하여, 제1 매핑을 발생시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 제1 매핑은 상기 마스터 입력 장치의 운동을 상기 기구 작업 공간의 상기 구동식 엔드 이펙터의 운동에 매핑시킨다. 상기 일련의 마스터 컨트롤 신호에 대응하여, 상기 방법은 또한 제2 매핑을 발생시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 제2 매핑은 상기 마스터 입력 장치의 운동을 상기 기구 작업 공간의 상기 구동식 조직 프로브의 운동에 매핑시킨다. 상기 마스터 입력 장치가 상기 구동식 기구 엔드 이펙터를 제어할 수 있다는 결정에 대응하여, 상기 방법은 또한 상기 제1 매핑을 이용하여 일련의 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 마스터 입력 장치가 상기 구동식 조직 프로브를 제어할 수 있다는 결정에 대응하여, 상기 방법은 또한 상기 제2 매핑을 이용하여 일련의 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계를 포함하고 있다. 상기 제2 매핑은 상기 구동식 조직 프로브의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하고 있다.
본 발명의 여러 실시형태는 첨부된 도면과 함께 판독하면 아래의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 당해 산업의 표준 관행에 따르면, 다양한 구조들이 일정한 비율로 도시되어 있지 않다는 점이 강조된다. 실제로는, 다양한 구조의 크기가 설명의 명확성을 기하기 위해서 임의로 증가되거나 감소될 수 있다. 또한, 본 발명은 다양한 예에서 참고 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 간단함과 명확성을 기하기 위한 것이고 논의된 다양한 실시례 및/또는 구성 사이의 관계에 본질적으로 영향을 주는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 한 실시례에 따른 원격조종 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시례에 따른 세 개의 환자측 머니퓰레이터와 한 개의 내시경 머니퓰레이터를 포함하는 환자측 카트의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시례에 따른 원격조종 수술 시스템의 외과의사의 콘솔의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시례에 따른 장착된 수술 기구를 가진 환자측 머니퓰레이터 아암의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시례에 따른 자궁 엘리베이터, 캐뉼라, 그리고 수술용 머니퓰레이터의 분해 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시례에 따른 자궁 엘리베이터, 캐뉼라, 그리고 수술용 머니퓰레이터의 분해 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시례에 따른 자궁 엘리베이터, 캐뉼라, 그리고 수술용 머니퓰레이터의 분해 개략도이다.
도 8은 만곡된 캐뉼라와 함께 사용되는 도구 파스너의 측면도이다.
도 9는 도 8의 도구 파스너 및 만곡된 캐뉼라와 함께 사용되는 자궁 엘리베이터의 측면도이다.
도 10은 컨트롤러의 작업 공간에서 컨트롤러의 3차원 데카르트 좌표 기준계에 대한 외과의사의 컨트롤 콘솔의 개략도이다. 도면에 도시된 데카르트 좌표 기준틀은 지면(page)에 대해 수직으로 뻗은 Y-축을 가지고 있고 기준틀 심벌(reference frame symbol)의 중심에 점이 있는 것으로 표시되어 있다. 이러한 표시 약속은 차후의 모든 도면에 대해서 사용된다.
도 11은 기구 작업 공간에서 수술용 3차원 데카르트 좌표 기준계에 대한 수술 기구(내시경을 포함함)의 개략도이다.
도 12는 체강 내에 위치된 엘리베이터 기구의 모습이다.
도 13은 반전된 매핑 기술(inverted mapping technique)을 이용하여 엘리베이터 기구와 같은 수술 기구를 제어하는 프로세스이다.
도 14는 자궁 엘리베이터 기구가 조직의 일부분에 대하여 제1 위치에 있는 상태의 기구 작업 공간의 내시경 사용자의 시야이다(자궁 엘리베이터 기구가 시야에서 보이지 않은 것을 나타내기 위해서 가상선으로 표시되어 있다). 이 도 14에서, 자궁 엘리베이터 기구는 조직 뒤에 있으므로 내시경을 통하여 직접 보이지 않는다.
도 15는 프로브 프레임에서 본, 자궁 엘리베이터 기구가 제1 위치에 있는 상태의 도 14의 기구 작업 공간의 모습이다.
도 16은 자궁 엘리베이터 기구(가상선으로 도시되어 있음)가 조직의 일부분에 대해 제2 위치에 있는 상태의 기구 작업 공간의 내시경 사용자의 시야이다.
도 17은 프로브 프레임에서 본, 자궁 엘리베이터 기구가 제2 위치에 있는 상태의 도 16의 기구 작업 공간의 모습이다.
도 18은 자궁 엘리베이터 기구(가상선으로 도시되어 있음)가 조직의 일부분에 대해 제3 위치에 있는 상태의 기구 작업 공간의 내시경 사용자의 시야이다.
도 19는 프로브 프레임에서 본, 자궁 엘리베이터 기구가 제3 위치에 있는 상태의 도 18의 기구 작업 공간의 모습이다.
도 20은 자궁 엘리베이터 기구(가상선으로 도시되어 있음)가 조직의 일부분에 대해 제4 위치에 있는 상태의 기구 작업 공간의 내시경 사용자의 시야이다.
도 21은 프로브 프레임에서 본, 자궁 엘리베이터 기구가 제4 위치에 있는 상태의 도 20의 기구 작업 공간의 모습이다.
도 22는 장착된 자궁 엘리베이터 기구를 가진 자립형 슬레이브 머니퓰레이터의 개략도이다.
도 23은 장착된 자궁 엘리베이터 기구를 가진 침대-장착식 슬레이브 머니퓰레이터의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 한 실시례에 따른 보조 의료 기구의 측면도이다.
도 25는 도 24의 보조 의료 기구의 배면도이다.
도 26은 도 24의 보조 의료 기구의 정면도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시례에 따른 보조 의료 기구의 측면도이다.
도 28은 도 27의 보조 의료 기구의 정면도이다.
도 29는 본 발명의 한 실시례에 따른 힘 전달 조립체와 조인트 조립체를 가진 보조 의료 기구의 개략도이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시례에 따른 힘 전달 조립체와 조인트 조립체를 가진 보조 의료 기구의 개략도이다.
도 31은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 힘 전달 조립체와 조인트 조립체를 가진 보조 의료 기구의 개략도이다.
도 32는 수동 조명원(passive illumination source)을 포함하는 보조 의료 기구를 나타내고 있다.
도 33은 수동 조명원을 포함하는 콜포토마이저 컵(colpotomizer cup)을 나타내고 있다.
도 34는 의료 시술에 사용되고 있는 도 33의 콜포토마이저 컵을 나타내고 있다.
본 발명의 실시례의 아래의 상세한 설명에서는 개시된 실시례의 철저한 이해를 제공하기 위해서 다수의 구체적인 세부사항이 개시되어 있다. 그러나, 당업자에게는 이러한 구체적인 세부사항 없이도 본 발명의 실시례가 실시될 수 있다는 것은 자명할 것이다. 다른 예에서는 본 발명의 실시례의 여러 실시형태를 불필요하게 모호하게 하지 않기 위해서 잘 알려진 방법, 절차, 구성요소, 및 회로는 상세하게 설명되어 있지 않다.
상기 도면 중의 도 1을 참고하면, 원격조종 시스템이 참고 번호 100으로 표시되어 있다. 상기 원격조종 수술 시스템(100)은 수술을 입력하는, 마스터 또는 외과의사의 콘솔이라고도 칭하는, 마스터 콘솔(102)과 환자 내의 수술 부위에서 수술 기구의 원격조종 운동을 위한, 환자측 머니퓰레이터(PSM:patient-side manipulator)라고도 칭하는, 슬레이브 머니퓰레이터(104)를 포함하고 있다. 원격조종 수술 시스템(100)은 최소 침습 원격조종 수술을 시행하기 위해 사용된다. 본 명세서에 개시된 시스템과 기술을 실시하기 위해서 사용될 수 있는 원격조종 수술 시스템의 한 예는 캘리포니아 써니베일의 인튜어티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 제작된 다빈치(da Vinci®) 서지컬 시스템이다. 하나의 실시례에서는, 상기 슬레이브 머니퓰레이터가 자립형(free-standing)(도 2 참고)일 수 있다. 하나의 대체 실시례에서는, 상기 슬레이브 머니퓰레이터가, 예를 들어, 수술대(도 23 참고)를 포함하여, 수술실의 다른 장비에 장착될 수 있다. 또 다른 대체 실시례에서는, 상기 슬레이브 머니퓰레이터가 자립형 구성요소와 침대-장착식 구성요소의 양자를 포함할 수 있다.
상기 원격조종 수술 시스템(100)은 또한 내시경과 같은 영상 포착 장치 및 관련된 영상 처리 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는 영상 포착 시스템(106)을 포함하고 있다. 상기 원격조종 수술 시스템(100)은 또한 제어 시스템(108)을 포함하고 있고, 상기 제어 시스템(108)은 센서, 모터, 액추에이터, 상기 마스터 콘솔(102)의 구성요소, 상기 슬레이브 머니퓰레이터(104)의 구성요소 그리고 상기 영상 포착 시스템(106)에 작동가능하게 연결되어 있다.
상기 원격조종 수술 시스템(100)은 시스템 오퍼레이터, 대체로, 환자에게 최소 침습 수술을 시행하는 외과의사에 의해 사용된다. 상기 시스템 오퍼레이터는 상기 영상 포착 시스템(106)에 의해 포착되어, 상기 마스터 콘솔(102)에서 관찰하기 위해 제공된 영상을 본다. 외과의사의 입력 명령에 대응하여, 상기 제어 시스템(108)이 상기 원격조종 슬레이브 머니퓰레이터(104)에 결합된 수술 기구의 자동 제어식 운동을 실행시킨다.
상기 제어 시스템(108)은 상기 마스터 머니퓰레이터(102), 상기 슬레이브 머니퓰레이터(104), 그리고 상기 영상 포착 시스템(106) 사이의 제어를 실행시키기 위해 적어도 하나의 프로세서를 포함하고 있고 통상적으로는 복수의 프로세서를 포함하고 있다. 상기 제어 시스템(108)은 또한 본 명세서에 기술된 방법의 일부 또는 전부를 실행시키기 위해서 소프트웨어 프로그래밍 명령어(software programming instruction)를 포함하고 있다. 도 1의 개략도에는 제어 시스템(108)이 한 개의 블록으로 도시되어 있지만, 상기 제어 시스템은 다수의 데이터 처리 회로(예를 들면, 상기 외과의사의 콘솔(102) 및/또는 상기 슬레이브 머니퓰레이터 시스템(104)에 대한 데이터 처리 회로)를 포함할 수 있고, 상기 처리의 적어도 일부는 선택적으로 입력 장치에 인접하여 실행되고, 일부는 머니퓰레이터에 인접하여 실행되고, 이하 이와 유사하게 실행된다. 임의의 다양한 집중식 또는 분산식 데이터 처리 아키텍처가 이용될 수 있다. 마찬가지로, 상기 프로그래밍 코드는 다수의 별개의 프로그램 또는 서브루틴으로 실행될 수 있거나, 본 명세서에 기술된 원격조종 시스템의 다수의 다른 실시형태에 통합될 수 있다. 하나의 실시례에서는, 제어 시스템(108)이 Bluetooth, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT, 그리고 Wireless Telemetry와 같은 무선 통신 프로토콜을 지원할 수 있다.
도 2는 원격조종 수술 시스템(100)의 하나의 실시례에 따른 환자측 머니퓰레이터(104)의 정면도이다. 상기 환자측 머니퓰레이터(104)는 바닥에 놓여 있는 베이스(120), 상기 베이스(120)에 장착되어 있는 지지탑(122), 그리고 수술 도구(영상 포착 시스템(106)의 여러 부분을 포함한다)를 지지하는 여러 개의 아암을 포함하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 아암(124a, 124b)은 조직을 처치하는데 사용된 수술 기구를 지지하고 이동시키는 기구 아암이고, 그리고 아암(126)은 내시경을 지지하고 이동시키는 카메라 아암이다. 도 2는 또한 상기 지지탑(122)의 뒤쪽에 지지되어 있으며 수술을 시행하기 위해서 필요에 따라 상기 환자측 머니퓰레이터의 왼쪽 또는 오른쪽에 위치될 수 있는 선택적인 제3 기구 아암(124c)을 나타내고 있다. 도 2는 또한 상기 기구 아암(124a, 124b, 124c)에 각각 장착된 교체가능한 수술 기구(128a, 128b, 128c)를 나타내고 있고, 상기 카메라 아암(126)에 장착된 내시경(130)을 나타내고 있다. 당업자는 상기 수술 기구와 상기 카메라를 지지하는 상기 아암이 천장 또는 벽, 또는 몇몇 예에서는 수술실에 있는 다른 장비(예를 들면, 수술대)에 장착된 베이스 플랫폼(고정된 플랫폼 또는 이동가능한 플랫폼)에 의해 지지될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 마찬가지로, 당업자는 두 개 이상의 별개의 베이스가 사용될 수 있다는 것(예를 들면, 한 개의 베이스가 각각의 아암을 지지하는 구성)을 알 수 있을 것이다. 상기 수술 기구(128a, 128b)는 각각 엔드 이펙터(129a, 129b)를 포함하고 있다(도 11 참고)
도 3은 상기 원격조종 수술 시스템(100)의 하나의 실시례에 따른 마스터 콘솔(102) 구성요소의 정면도이다. 상기 마스터 콘솔(102)은 수술 도구(이 수술 도구는 내시경과 다양한 캐뉼라를 포함한다)를 제어하기 위해서 사용되는 기구학적 사슬(kinematic chain)인 다중 자유도의 왼쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM: master tool manipulator)(132a) 및 다중 자유도의 오른쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(132b)를 구비하고 있다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)는 단순히 "마스터"라고 지칭될 수 있고, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터의 대응 아암(124)과 수술 기구(128)는 단순히 "슬레이브"라고 지칭될 수 있다. 외과의사는 통상적으로 자신의 엄지손가락과 집게손가락으로 각각의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)의 집게 조립체(134a, 134b)를 쥐고, 상기 집게 조립체를 다양한 위치와 방향으로 이동시킬 수 있다. 각각의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a, 132b)는 대체로 복수의 자유도, 통상적으로 6개의 자유도, 즉, 3개의 회전 자유도와 3개의 병진운동 자유도로 마스터 작업 공간 내에서 운동을 가능하게 할 것이다.
도구 컨트롤 모드가 선택되면, 각각의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)가 상기 환자측 머니퓰레이터(104)에 대한 상응하는 기구 아암(124)을 제어하기 위해서 상응하는 기구 아암(124)에 결합된다. 예를 들어, 왼쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)는 기구 아암(124a)과 기구(128a)를 제어하기 위해서 기구 아암(124a)과 기구(128a)에 결합될 수 있고, 오른쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132b)는 기구 아암(124b)과 기구(128b)를 제어하기 위해서 기구 아암(124b)과 기구(128b)에 결합될 수 있다. 제3 기구 아암(124c)이 수술하는 동안 사용되고 왼쪽에 위치되면, 왼쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 아암(124a)과 기구(128a)를 제어하는 것과 아암(124c)과 기구(128c)를 제어하는 것 사이에서 전환될 수 있다. 마찬가지로, 제3 기구 아암(124c)이 수술하는 동안 사용되고 오른쪽에 위치되면, 오른쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 아암(124b)과 기구(128b)를 제어하는 것과 아암(124c)과 기구(128c)를 제어하는 것 사이에서 전환될 수 있다. 대체 실시례에서는, 상기 제3 기구 아암이 수술 편의를 제공하기 위해서 왼쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)나 오른쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)에 의해서 제어될 수 있다. 몇몇 예에서는, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a, 132b)와의 아암(124a)/기구(128a) 결합체와 아암(124b)/기구(128b) 결합체 사이의 제어 할당(control assignment)이 서로 바뀔 수도 있다. 이것은, 예를 들어, 내시경이 180도 회전되어, 내시경의 시야에서 이동하는 기구가 외과의사에 의해 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)가 이동하는 쪽과 동일한 쪽에 있는 것으로 보이는 경우, 행해질 수 있다.
외과의사의 콘솔(102)은 또한 입체 영상 디스플레이 시스템(136)을 포함하고 있다. 입체 내시경(130)에 의해 포착된 왼쪽 영상과 오른쪽 영상이 대응하는 왼쪽 디스플레이와 오른쪽 디스플레이에 출력되고, 이것을 외과의사는 상기 입체 영상 디스플레이 시스템(136)에서 3차원 영상으로 인식한다. 하나의 구성에 있어서, 상기 디스플레이에 표시된 수술 도구의 영상이 상기 디스플레이의 아래에 있는 외과의사의 손과 같은 장소에 배치되게 보이도록 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)가 디스플레이 시스템(136)의 아래에 위치되어 있다. 이러한 특징은 외과의사로 하여 마치 자신의 손을 직접 보는 것처럼 상기 3차원 디스플레이의 다양한 수술 도구를 직관적으로 제어할 수 있게 해준다. 따라서, 대응하는 기구 아암과 기구의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM) 서보 컨트롤이 내시경 영상 기준틀(endoscopic image reference frame)에 기초하여 이루어진다.
상기 내시경 영상 기준틀(다시 말해서, "영상 프레임" 또는 "제1 기구 프레임")은 또한 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)가 카메라 제어 모드로 전환되면 사용된다. 예를 들어, 카메라 제어 모드가 선택되면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM) 중의 하나 또는 양자 모두를 함께 이동시키는 것(두 개의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 부분들이 한 개의 장치로 함께 이동하는 것으로 보이도록 두 개의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 부분들이 서보 기구로 결합될 수 있다)에 의해서 내시경의 원위 단부를 이동시킬 수 있다. 외과의사는 마치 상기 영상을 손에 보유하고 있는 것처럼 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)를 이동시키는 것에 의해서 표시된 입체 영상을 직관적으로 이동(예를 들면, 상하/좌우로 회전시키기(pan), 상하로 기울이기(tilt), 급속히 확대/축소 시키기(zoom))시킬 수 있다.
콘솔을 조작하는 외과의사가 살균 구역의 외측에 있도록 외과의사의 콘솔이 위치되어 있지만, 외과의사의 콘솔(102)은 통상적으로 환자측 머니퓰레이터(104)가 배치되어 있는 수술실과 동일한 수술실에 배치되어 있다. 통상적으로 한 명 이상의 보조자가 살균 수술 구역 내에서 작업(예를 들면, 환자측 카트의 도구들을 교체하는 것, 손으로 오므리기를 수행하는 것 등)함으로써 외과의사를 도와준다. 따라서, 외과의사는 상기 살균 구역으로부터 떨어져서 수술하므로, 상기 콘솔은 수술실과 별개의 방이나 수술실이 있는 곳과 다른 건물에 배치될 수 있다. 몇몇 구현예에서는, (같은 장소에 배치되어 있거나 서로 이격되는 있는)두 개의 콘솔(102)이 두 명의 외과의사가 수술 부위에 있는 도구들을 동시에 관찰하고 제어할 수 있도록 통신망으로 함께 연결될 수 있다.
도 22는 수술을 위해 환자(P)가 위치된 상태의 슬레이브 머니퓰레이터(104)를 나타내고 있다. 이 실시례에서는, 상기 슬레이브 머니퓰레이터(104)가 자립형이고 수술 기구와 자궁 엘리베이터가 모두 자립형 베이스(120)와 지지탑(122)에 장착되어 있다. 명확성을 기하기 위해서, 기구 아암과 기구의 일부는 생략되어 있다.
도 4는 장착된 수술 기구(128c)를 가진 컨트롤 아암(124c)의 일부분의 사시도이다. 수술하는 동안 통상적으로 사용되는 살균 드레이프 및 관련 기구가 명확성을 기하기 위해서 생략되어 있다. 상기 머니퓰레이터(140)가 요 서보 액추에이터(142), 피치 서보 액추에이터(144), 그리고 삽입 및 물러나기("I/O") 액추에이터(146)를 포함하고 있다. 상기 수술 기구(128c)가 장착 캐리지(149)를 포함하는 기구 스파(instrument spar)(148)에 장착된 것으로 도시되어 있다. 하나의 예시적인 일자형 캐뉼라(150)가 캐뉼라 장착부(152)에 장착된 것으로 도시되어 있다. 기구(128c)의 샤프트(154)가 캐뉼라(150)를 통하여 뻗어 있다. 머니퓰레이터(140)는 기구 샤프트를 따라서 배치된 정지되어 있는 원격 운동 중심(156)("원격 운동 중심(156)"이라고도 함)의 둘레로 기구(128c)를 이동시키도록 기계적으로 제한되어 있다. 요 액추에이터(142)는 원격 운동 중심(156)에 대해서 요 운동(158)을 제공하고, 피치 액추에이터(144)는 원격 운동 중심(156)에 대해서 피치 운동(160)을 제공하고, I/O 액추에이터(146)는 원격 운동 중심(156)에 지나서 삽입과 물러나기 운동(162)을 제공한다. 통상적으로 상기 원격 운동 중심(156)은 수술하는 동안 환자의 체벽의 절개부에 고정되어 있으며 의도한 수술 작업을 수행하기 위해서 충분한 요 운동과 피치 운동을 이용할 수 있게 해준다. 대체 실시형태로서, 상기 원격 운동 중심은 환자와 접촉하지 않고 더 넓은 운동 범위를 허용하기 위해서 환자의 신체의 외측에 배치될 수 있다. 원격 운동 중심에 대한 운동이 소프트웨어의 사용에 의해서 또는 기계적인 조립체에 의해 한정된 물리적인 제한사항에 의해서 제한될 수 있다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
만곡된 샤프트(154)의 원위 단부에 장착된 조직 프로브(166)를 위치시키고 배향시키기 위해서 장착 캐리지(149)와 기구 힘 전달 조립체(164)의 힘 전달 디스크를 일치시키면 머니퓰레이터(140)의 액추에이터들로부터의 작동력들을 결합시켜서 기구(128c)의 다양한 부분을 이동시킨다. 이러한 작동력은 통상적으로 기구 샤프트(154)를 롤링운동시킨다(이런 식으로 원격 운동 중심(156)에 대한 다른 자유도를 제공한다). 힘 전달 조립체의 여러 실시례는 미국 특허 제6,331,191호(1999년 10월 15일자로 출원되고; "수술 로봇 도구, 데이터 아키텍쳐, 그리고 사용법(Surgical Robotic Tools, Data Architecture, and Use)"을 개시하고 있음)와 미국 특허 제6,491,701호(2001년 1월 12일자로 출원되고; "로봇 수술 도구용 기계적인 액추에이터 인터페이스 시스템(Mechanical Actuator Interface System for Robotic Surgical Tools)"를 개시하고 있음), 상기 특허 문헌들은 그것의 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있다. 대체 실시례에서는, 상기 기구(128c)가 추가적인 요 자유도와 피치 자유도를 제공하는 샤프트의 원위 단부에 손목 관절부(wrist)를 포함할 수 있다. 상기 조직 프로브(166)는, 예를 들어, 일반적인 조직 머니퓰레이터, 조직 엘리베이터, 또는 조직 견인기일 수 있다. 대체 실시례에서는, 상기 기구(128c)가 영상 구성요소를 포함할 수 있다.
도 5는 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 두 부분으로 구성된 수술 기구(170)의 개략적인 분해도를 나타내고 있다. 이 실시례에서는, 일자형 캐뉼라(150)가 기구 스파(148)에 장착되어 있다. 상기 기구(170)는 힘 전달 조립체(172), 샤프트(174), 그리고 조직 프로브(176)를 포함하고 있다. 이 실시례에서는, 상기 샤프트(174)가 만곡된 부분(178)을 가진 잘 구부러지지 않는 봉이다. 대체 실시례에서는, 상기 샤프트가 캐뉼라 형태이거나 및/또는 유연한 것일 수 있다. 상기 샤프트(174)는 살균가능하게 될 수 있고 후방 탑재가능한 조직 프로브(back-loadable tissue probe) 또는 코넥티컷주 트럼불(Trumbull)의 쿠퍼 서지컬사(Cooper Surgical, Inc.)에 의해 생산된 KOH Cup과 같은 질원개 묘사기(vaginal fornices delineator)를 포함할 수 있다. 상기 조직 프로브(176)는 상기 샤프트와 일체로 될 수 있거나 분리가능하고 사용후 폐기할 수 있게 될 수 있다. 상기 기구(170)는 상기 샤프트(174)를 상기 캐뉼라(150)의 원위 단부(180)를 통하여 상기 힘 전달 조립체(172)와 결합되게 탑재함으로써 조립된다. 상기한 구성에 의하면, 모든 기구 삽입 또는 제거 운동이 상기 기구 스파(148)와 관련된 기구 축을 따라서 이루어질 수 있다. 상기 샤프트의 만곡된 부분을 가진 특성은 상기 기구에게 일자형 기구로 도달하기 어려운 조직을 처치하는 융통성을 허용한다. 하나의 실시례에서, 상기 조직 프로브(176)가 자궁내 처치를 위한 자궁 엘리베이터 팁(uterine elevator tip)일 수 있지만, 질원개 묘사기, 견인기, 작동 기구, 비-작동 기구, 또는 영상 장치와 같은 다른 기구가 자궁 수술 또는 다른 해부학적 위치에서의 수술에 사용될 수도 있다.
도 6은 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 두 부분으로 구성된 수술 기구(190)의 개략적인 분해도를 나타내고 있다. 이 실시례에서는, 만곡된 캐뉼라(192)가 기구 스파(148)에 장착되어 있다. 상기 기구(190)는 힘 전달 조립체(194), 샤프트(196), 그리고 조직 프로브(176)를 포함하고 있다. 이 실시례에서는, 상기 샤프트(196)가 유연한 봉이다. 하나의 실시례에서, 상기 조직 프로브(176)가 자궁내 처치를 위한 자궁 엘리베이터 팁일 수 있지만, 질원개 묘사기, 견인기, 작동 기구, 비-작동 기구, 또는 영상 장치와 같은 다른 기구가 자궁 수술 또는 다른 해부학적 위치에서의 수술에 사용될 수도 있다. 상기 조직 프로브(176)는 상기 샤프트와 일체로 될 수 있거나 분리가능하고 사용후 폐기할 수 있게 될 수 있다. 상기 기구(190)는 상기 샤프트(196)를 상기 만곡된 캐뉼라(192)의 원위 단부(200)를 통하여 상기 힘 전달 조립체(194)와 결합되게 탑재함으로써 조립된다. 상기 샤프트의 유연한 특성은 상기 만곡된 캐뉼라를 통하여 삽입하기 위해 상기 샤프트를 구부러지게 할 수 있다.
도 7은 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 한 개로 이루어진 수술 기구(202)의 개략도를 나타내고 있다. 이 실시례에서, 상기 기구(202)는 조직 프로브(176), 만곡된 샤프트 부분(204), 그리고 캐뉼라 대신에 스파(148)에 직접 장착될 수 있는 일자형 샤프트 부분(203)을 포함하고 있다. 이 실시례에서는, 샤프트(203)가 잘 구부러지지 않는 만곡된 샤프트 부분(204)을 가진 잘 구부러지지 않는 봉이다. 하나의 실시례에서, 상기 조직 프로브(176)가 자궁내 처치를 위한 자궁 엘리베이터 팁일 수 있지만, 질원개 묘사기, 견인기, 작동 기구, 비-작동 기구, 또는 영상 장치와 같은 다른 기구가 자궁 수술 또는 다른 해부학적 위치에서의 수술에 사용될 수도 있다. 작동 기구를 수용하기 위해서, 상기 샤프트는 캐뉼라 형태이거나 및/또는 유연한 것일 수 있다. 상기 조직 프로브(176)는 상기 샤프트와 일체로 될 수 있거나 분리가능하고 사용후 폐기할 수 있게 될 수 있다. 도 4의 힘 전달 조립체(194) 대신에, "더미" 힘 전달 조립체(205)가 스파(148)에 부착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 상기 기구(202)는 상기 샤프트(203)를 캐뉼라 대신에 스파(148)에 직접 부착시키는 것에 의해서 조립된다. 상기 "더미" 힘 전달 조립체는 상기 시스템이 상기 힘 전달 조립체(205) 하우징에 내장된 전자 식별 메카니즘을 통하여 부착되는 기구의 종류를 알아낼 수 있도록 하기 위해서 작동 중에 설치될 수 있다. 따라서 상기 "더미" 힘 전달 조립체는 상기 조직 프로브가 다음 모드에서 사용할 준비가 되어 있다는 신호를 보낼 수 있다. "더미" 또는 "모형" 기구의 보다 상세한 설명은, 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 미국 가출원 61/594,130호(2012년 2월 2일자로 출원되었으며; "로봇 수술 시스템을 제어하는 시스템 및 방법(Systems and Methods for Controlling a Robotic Surgical System)"을 개시하고 있음)에 제공되어 있다. 다른 대체 실시례에서는, 상기 스파(148)에 대한 무작위 회전(random rotation)을 방지하기 위해서 샤프트(203)가 정지 구조를 포함할 수 있다. 대체 실시형태로서, 샤프트(203)가 상기 샤프트의 축에 회전식으로 표시되는 특성을 가질 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 힘 전달 조립체가 상기 조직 프로브(176) 위치를 계산하는데 도움을 주기 위해서 상기 샤프트(203)의 회전 위치를 결정하는 마커를 포함할 수 있다.
수술 기구의 다른 실시례가 도 8과 도 9에 도시되어 있다. 이 실시례에서는, 조직 프로브는 상기한 바와 같이 I/O 삽입 스파에 장착가능한 캐뉼라형 샤프트(cannulated shaft)의 원위 단부에 부착가능하다. 구체적으로는, 도 8은 만곡된 캐뉼라형 샤프트(210)와 상기 만곡된 캐뉼라형 샤프트의 원위 단부(214)에 삽입될 수 있는 크기의 팁 파스너(212)를 나타내고 있다. 상기 팁 파스너(212)는 예를 들어, 나사식 결합, 스냅 결합, 마찰 결합, 또는 다른 알려진 기계적인 결합을 통하여 만곡된 캐뉼라(210)에 기계적으로 결합될 수 있다. 적절한 캐뉼라형 샤프트는, 예를 들어, 5mm 또는 8mm 캐뉼라형 샤프트를 포함할 수 있다. 환자의 해부학적 구조의 제한사항 내에서 더 크거나 더 작은 캐뉼라형 샤프트가 적합할 수도 있다. 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 조직 프로브(216)가 상기 팁 파스너(212)에 기계적으로 결합되어 있다. 상기 조직 프로브(216)는 관(220)에 연결된 원위 개구(218)를 포함하고 있다. 상기 관(220)은 상기 조직 프로브(216)를 통하여 수술 부위를 세정하고 흡입하기 위해서 사용된다. I/O 운동이 필요하지 않은 대체 실시례에서는, 조직 프로브가 상기 삽입 스파에 장착된 캐뉼라(예를 들어, 도 5와 도 6에 도시된 캐뉼라)에 직접 장착될 수 있다 .
상기 실시례에서는, 상기 캐뉼라와 상기 기구 샤프트가 스테인레스 강 또는 유리 에폭시 복합물(glass-epoxy composite)과 같은 잘 구부러지지 않는 재료로 형성될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 캐뉼라와 상기 기구 샤프트가 유연한 재료, 예를 들어, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 유리 또는 탄소가 함유된 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 또는 유리-섬유-에폭시(glass-fiber-epoxy) 또는 탄소-섬유-에폭시 복합 구성물과 같은 고탄성률의 플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 샤프트 또는 캐뉼라의 내측 직경 및 외측 직경과 물리적인 구조는, 사용하는 동안 신체에 가해질 수 있는 힘의 크기를 제한하기 위해서 또는 상기 구조가 사용하는 동안 상기 기구 또는 캐뉼라 내의 만곡된 안내 경로를 뒤따라갈 수 있게 충분히 잘 휘어질 수 있게 하기 위해서 각각의 재료 선택에 대해서 독특하게 선택된다. 재료 조성과 유연성에 관한 정보를 포함하여, 상기 캐뉼라와 기구 샤프트에 관한 추가적인 정보는, 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 미국 특허출원 제 12/618,608호(2009년 11월 13일자로 출원되어 있으며; "만곡된 캐뉼라 기구(Curved Cannula Instrument)"를 개시하고 있음)에 상세하게 제공되어 있다.
도 10은 상기 마스터 콘솔(102)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 11은 상기 슬레이브 머니퓰레이터(104)의 구성요소들(기구(130, 128a, 128b, 128c)를 포함함)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 외과의사는 상기 디스플레이 시스템(136)의 뷰어를 통하여 기구 작업 공간(226)을 관찰한다. 상기 기구 스파(148)에 지지된 조직 프로브(166)는 마스터 작업 공간(228)("마스터 작업 공간(228)"라고 한다)에서 해당 마스터 컨트롤에 대한 운동과 동작 입력에 대응하여 기구 작업 공간(226) 내에서 위치 운동과 방향 운동을 수행하게 된다. 상기한 바와 같이, 상기 기구 아암(124c)은 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)나 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132b)에 의해서 제어될 수 있다. 이 구체적인 실시례에서는, 상기 기구 아암(124c)이 상기 조직 프로브(166)를 포함하는 상기 수술 기구(128c)와 함께 왼쪽 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)에 의해서 제어될 것이다. 상이한 마스터 좌표계(X1, Y1, Z1)가 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 각각과 관련된다. 마스터 작업 공간 내에 다른 좌표계가 정해질 수 있다고 생각된다. 예를 들어, 뷰어 좌표계(X4, Y4, Z4)가 디스플레이 시스템(136)의 뷰어와 관련될 수 있다. 마스터 작업 공간에서 좌표계들 사이의 관계는 일정한 기구학적 관계(fixed kinematic relationship), 센서, 또는 다른 알려진 관계에 의해서 확립될 수 있다.
도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 수술 준비 절차(surgical set-up procedure) 동안, 상기 수술 기구(128c)는 체강(230) 내에 위치되어 있고 상기 조직 프로브(166)는 상기 체강(230)의 조직 벽(232)에 접촉한 상태로 위치되어 있다. 상기 체강은 수술로 만들어진 것이거나 자연적으로 형성된 체강일 수 있다. 하나의 실시례에서는, 예를 들어, 상기 체강이 환자의 자궁이고 상기 기구가 자궁 경관을 통하여, 자궁 속으로 삽입되어, 자궁 벽과 접촉하고 있다. 산부인과적인 수술 동안, 자궁 엘리베이터일 수 있는 조직 프로브가, 수술 기구와 결합된 엔드 이펙터가 접근할 수 있게 자궁 조직 벽이 적절하게 위치되도록 자궁 조직 벽을 들어올리고 이동시키는 역할을 한다. 도 12는 조직 프로브(166)가 조직 벽(232)에 접촉한 상태로 위치된, 체강(230) 내부에서 본 모습이다. 조직 프로브(166)의 근위 단부의 한 위치에서 본 이 모습은 기구 작업 공간(226) 내에서 "프로브 프레임" 또는 "제2 기구 프레임"(X3, Y3, Z3)으로 표현될 것이다. 상기 기구 프레임이 상기 체강 내의 다른 장소 또는 상기 기구(128c)의 샤프트를 따르는 방향의 다른 장소에서 정해질 수도 있다.
수술하는 동안, 상기 엔드 이펙터(129a, 129b)와 주위의 기구 작업 공간의 영상이 시야(131)를 가진 내시경(130)에 의해서 포착된다. 시점(viewpoint) 또는 내시경의 시야(131)에서 본 이들 영상은, 외과의사가 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)와 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132b)의 각각에 의해 엔드 이펙터(129a, 129b)의 대응하는 운동과 동작을 제어할 때 외과의사가 엔드 이펙터(129a, 129b)의 대응하는 운동과 동작을 볼 수 있도록 디스플레이 시스템(136)에 나타내어진다.
내시경(130)에 의해 포착된 시야(131)는 기구 작업 공간(226) 내에 내시경 좌표계(X2, Y2, Z2)를 가지고 있다. 이 시야에서, 상기 조직 프로브(166)의 시각화는 조직 벽(232)에 의해 방해된다. 하지만, 조직 벽(232)의 돌출과 조직 벽의 반대쪽에서의 조직 프로브(166)의 움직임으로 인한 상기 돌출의 움직임이 내시경(130)의 시야(131)에 시각화될 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 마스터 머니퓰레이터(102)의 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 방향적인 움직임과 위치적인 움직임에 의해서 매핑될 디스플레이 시스템(136)의 뷰어에서의 영상으로 보았을 때, 제어 시스템(108)은 조직 프로브(166)의 방향적인 움직임과 위치적인 움직임을 일으키도록 배치되어 있다.
상기 프로브 프레임, 상기 내시경 프레임, 상기 엔드 이펙터(129a, 129b)의 각각에 대한 기준틀, 그리고 상기 기구 작업 공간(226) 내에 정해진 임의의 다른 기준틀이 일정한 기구학적 연결(fixed kinematic connection) 또는 센서에 의해 확립된 알려진 관계를 가질 수 있다.
아래의 설명에서는, 상기 제어 시스템이 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)와 수술 기구(128c)를 가진 기구 아암(124c)에 관하여 기술될 것이다. 마스터 운동과 슬레이브 운동 사이의 제어는 마스터 데카르트 좌표 기준계(master Cartesian coordinate reference system)를 가진 마스터 작업 공간(228)에서의 마스터 위치와 방향을 서지컬 데카르트 좌표 기준계(surgical Cartesian coordinate reference system)를 가진 기구 작업 공간(226)에서의 슬레이브 위치와 방향과 비교함으로써 달성된다. 용어의 이해의 편의와 경제성을 기하기 위해서, 본 명세서의 나머지 부분에서는 상기 용어 "데카르트 좌표 기준계"를 단순히 "프레임(frame)"이라고 지칭할 것이다. 따라서, 상기 제어 시스템(108)은 내시경 프레임 내에서의 슬레이브 위치와 방향을 마스터 프레임(및/또는 뷰어 프레임)에서의 마스터 위치와 방향과 비교하는 역할을 하고 마스터 프레임(및/또는 뷰어 프레임)에서의 마스터의 위치 및/또는 방향과 상응하는 내시경 프레임에서의 위치 및/또는 방향으로 슬레이브를 작동시킬 것이다. 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)가 3차원 공간에서 병진운동하고 회전함에 따라, 마스터 프레임이 이에 상응하여 병진운동하고 회전한다. 이러한 마스터 프레임 병진운동과 회전은 감지될 수 있고, 잘 알려진 기구학적 연산(kinematic calculations)을 이용함으로써 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)와 상기 작업 공간의 결합된 기구 및/또는 프로브 사이의 제어 관계를 제공하기 위해서, 상기 마스터 프레임 병진운동과 회전은, 프로브 프레임을 포함하여, 기구 작업 공간에서의 기준틀으로 변환(매핑)될 수 있다. 마스터 프레임 위치와 방향이 변경됨에 따라, 상기 결합된 기구의 프레임이 이에 상응하게 변경되므로, 상기 결합된 기구 운동이 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM) 운동에 종속되어 제어된다.
상기한 바와 같이, 상기 제어 시스템(108)은 적어도 하나, 통상적으로는 복수의 프로세서를 포함하고 있고, 상기 프로세서는 상기 제어 시스템의 처리 사이클 비율(processing cycle rate)에 의해 결정된 마스터 운동 입력 명령에 대응하여 슬레이브의 새로운 상응하는 위치와 방향을 계속적으로 계산한다.
도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 마스터 작업 공간을 통과하는 마스터 프레임의 Z1-축이 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)와 함께 이동한다. 당연히, X1-축과 Y1-축은 상기 Z1-축으로부터 수직으로 뻗어 있다. 또한 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 마스터 작업 공간을 통과하는 뷰어 프레임의 Z4-축은, 디스플레이 시스템(136)의 뷰어를 통하여 수술 부위를 관찰할 때, 축 242로 표시된, 외과의사의 시선이 향하는 방향을 따라서(또는 상기 방향과 평행하게) 뻗어 있다. 당연히, X4-축과 Y4-축은 상기 Z4-축으로부터 수직으로 뻗어 있다. 편리하게도, 상기 Y4-축은 상기 디스플레이 시스템(136)의 뷰어에 대해 대체로 수직으로 뻗어 있도록 선택되고 상기 X4-축은 상기 뷰어에 대해 대체로 수평으로 뻗어 있도록 선택된다.
도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 내시경 프레임의 Z2-축은 내시경(130)의 관찰축(244)을 따라서(또는 상기 관찰축과 평행하게) 축방향으로 뻗어 있다. 비록 도 11에서는, 상기 관찰축(244)이 내시경(130)의 샤프트 축과 동축으로 일렬로 정렬되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 상기 관찰축은 상기 내시경(130)의 샤프트 축에 대해 경사지게 뻗어 있을 수 있다는 것을 알아야 한다. 따라서, 내시경은 일자형 관찰경 또는 끝부분이 경사진 관찰경(angled-tip scope)의 형태로 될 수 있다. X2-축과 Y2-축은 Z2-축과 수직인 평면에 위치되어 있다. 또한 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 프로브 프레임의 Z3-축은 상기 기구(128c)의 길이방향의 축을 따라서(또는 상기 길이방향의 축과 평행하게) 축방향으로 뻗어 있다. X3-축과 Y3-축은 Z3-축과 수직인 평면에 위치되어 있다.
마스터 작업 공간에서의 마스터의 위치와 방향의 기구 작업 공간에서의 기구의 위치와 방향과의 매핑에 관한 정보를 포함하여, 인용된 제어 시스템에 관한 추가적인 정보는, 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는, 미국 특허 제US 6,424,885 B1호(1999년 8월 13일자로 출원되었으며; "최소 침습 수술 장치에서 카메라 기준 제어(Camera Referenced Control in a Minimally Invasive Surgical Apparatus)"를 개시하고 있음)에 상세하게 제공되어 있다. 대체로, 수술용 원격조종 매핑 방법(surgical teleoperational mapping method)은 복수의 마스터 조인트를 관절운동시키는 것에 의해서 마스터 작업 공간에서 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)를 이동시키는 것을 포함하고 있다. 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 위치, 방향, 그리고 속도에 상응하는 마스터 컨트롤 신호가 상기 제어 시스템으로 전달된다. 일반적으로, 상기 제어 시스템은 마스터 작업 공간에서의 마스터의 데카르트 위치(Cartesian position)를 변환에 따라 기구 작업 공간에서의 엔드 이펙터 또는 조직 프로브의 데카르트 위치와 매핑시키기 위해서 상응하는 슬레이브 모터 신호를 발생시킬 것이다. 상기 제어 시스템은, 상기 디스플레이 시스템의 엔드 이펙터 또는 조직 프로브의 영상이 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)에 실질적으로 연결된 것으로 보이도록 상기 영상 포착 시스템으로부터 제공된 상대 가변 신호(state variable signal)에 대응하여 상기 변환을 이끌어낼 것이다. 추가적으로, 상기 마스터 작업 공간에서의 위치와 속도는 스케일 변환기(scale converter)와 오프셋 변환기(offset converter)를 이용하여 상기 기구 작업 공간에서의 위치와 속도로 변환된다. 상기 변환의 보다 상세한 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 미국 특허 제6,424,885호에 제공되어 있다. 슬레이브 모터 신호에 대응하여 복수의 슬레이브 조인트를 관절운동시킴으로써 수술용 조직 프로브 또는 엔드 이펙터가 상기 기구 작업 공간에서 이동된다. 상기 슬레이브 모터 신호는, 상기 디스플레이에서 상기 엔드 이펙터 또는 조직 프로브의 영상이 상기 마스터 작업 공간에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)와 실질적으로 연결된 것으로 보이도록 상기 마스터를 이동시키는 것에 대응하여 상기 제어 시스템에 의해서 발생된다.
외과의사가 디스플레이 시스템(136)을 통하여 조직 프로브(166)의 원위 단부가 전방으로 향한 모습(distal end-on view)을 가지고 있으므로, 슬레이브에 대한 마스터의 종래의 매핑은 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 외과의사에게 되돌아오는 지점으로 인체공학적으로 불편한 위치와 방향으로 비틀어질 것을 필요로 할 것이다. 따라서, 슬레이브에 대한 마스터의 매핑을 좌표값의 적어도 하나를 따라서 반전시키는 방법이 외과의사로 하여 마치 상기 기구(128c)가 조직 프로브로부터 외과의사쪽으로 후방으로 뻗어 있는 것처럼 조직 프로브(166)를 제어할 수 있게 해줄 것이다. 다시 말해서, 아래에서 상세하게 설명하겠지만, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)의 운동이 프로브 프레임의 적어도 하나의 좌표를 따라서 반전된 방향으로 조직 프로브(166)에 매핑된다.
종래의 매핑 기술에서는, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 +X4 방향의 운동이 내시경 프레임의 기구 작업 공간에서 기구(128a)의 +X2 방향의 상응하는 운동(스케일링 요인(scaling factor)과 오프셋 요인(offset factor)을 포함하여)을 초래한다. 사용자가 기구(128a)의 제어를 포기하고 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 이용하여 기구(128c)의 제어를 시작하기를 원한다면, 사용자는 그 지시(indication)를 제어 시스템(108)에 등록하고 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 제어는 기구(128c)로 이전된다.
도 13은 반전된 매핑 기술을 이용하여, 자궁 엘리베이터 기구와 같은, 수술 기구(128c)를 제어하는 프로세스 250의 한 예를 제공한다. 상기 반전된 매핑 기술을 실시하기 전에, 상기 제어 시스템(108)은 종래의 매핑 기술이 아니라 반전된 매핑 기술이 필요하다는 정보를 통보 받게될 것이다. 이 정보는, 예를 들면, 반전된 매핑 기술이 사용자에게 보다 편안한 조작을 제공하는, 끝부분이 전방을 향한 모습(end-on view)과 같은, 배치형태로 슬레이브 기구 또는 슬레이브 아암이 배열된 것으로 확인하는 사용자 입력, 센서 입력, 또는 다른 피드백에 기초할 수 있다. 상기한 바와 같이, 마스터 작업 공간(228) 내에서 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132)는 통상적으로 6개의 자유도, 즉 3개의 회전 자유도와 3개의 병진운동 자유도를 가지고 있다. 상기 프로세스 250은 6개의 자유도 모두가 사용가능한 상태로 실행될 수 있다. 하나의 대체 실시례에서는, 조직 프로브의 팁의 위치가 상기 조직 프로브의 방향을 유사하게 매핑하지 않고서 매핑될 수 있다. 다시 말해서, 회전/방향 매핑이 사용할 수 없게 된다. 보다 구체적으로는, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 조직 프로브를 끌고 가는 것을 외과의사로 하여 인식할 수 있게 하는 인터페이스를 만들어 내기 위해서 회전 자유도(요잉 운동(yaw), 피칭 운동(pitch), 그리고 롤링 운동(roll))가 없어질 수 있다. 따라서, 조직 프로브는 3차원 좌표계 전체에 걸쳐서 병진운동하는 것으로 보일 것이지만, 회전 능력이 사용 불가능하게 될 것이고, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 회전이 억제된다. 대체 실시형태로서, 플로트(float)하기 위해서 마스터 회전이 허용될 수 있고, 이 경우에 조직 프로브 조작의 변환에서 회전이 무시된다. 또 다른 대체 실시례에서는, 병진운동이 회전 자유도의 전부보다 적은 수의 자유도와 매핑된다. 예를 들면, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 병진운동이, X-축과 Y-축에 대한 회전운동과는 매핑하지 않고, Z-축에 대한 회전운동과 매핑될 수 있다. 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)의 재매핑(remapping)에 대한 필요를 피하기 위해서 비-활동 축(non-active axis)에 대한 마스터와 프로브 사이의 오차는 디스플레이로부터 생략될 수 있다.
프로세스 252에서는, 마스터 작업 공간(228)에서 제1 방향으로의 마스터 입력 장치, 다시 말해서, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 검출된다. 프로세스 254에서는, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 마스터 컨트롤 신호를 발생시킨다. 프로세스 256에서는, 마스터 작업 공간(228)에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 기구 작업 공간에서 조직 프로브(166)에 매핑된다. 프로세스 258에서는, 상기 조직 프로브(166)를 기구 작업 공간에서, 반전된 제1 방향으로 이동시키기 위해서 슬레이브 컨트롤 신호가 발생된다. 반전된 방향이 역전되거나 데카르트 좌표계의 적어도 하나의 축을 따라서 크기가 반대로 된다. 운동, 속도, 그리고 작업 공간의 크기의 스케일(scale)이 사용된 조직 프로브에 기초하여 조절될 수 있다. 조직, 예를 들면, 자궁의 움직임에 대한 제한사항은 상기 시스템 또는 외과의사의 시각적인 신호에 의해 미리 정해지고 설정될 수 있다.
도 14 내지 도 21에 도시된 예와 관련하여 보다 상세하게 설명되어 있는 것과 같이, 마스터 작업 공간에서의 마스터 입력 장치의 운동은 슬레이브 기구 삽입 방향의 결정에 기초하여 기구 작업 공간에서의 기구에 매핑될 수 있다. 예를 들어, 상기 슬레이브 기구가 시야의 방향과 상응하는 방향으로 기구 작업 공간으로 삽입되면, 상기 시야의 방향과 관련된 매핑이 사용될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 슬레이브 기구가 시야의 방향과 상응하지 않는 방향으로 기구 작업 공간으로 삽입되면, 다른 매핑, 예를 들어, 슬레이브 기구 운동의 적어도 하나의 방향에 대한 반전 방향을 포함하는 매핑이 사용될 수 있다.
슬레이브 기구 삽입 방향은 알려진 기구학적 관계 또는 센서 피드백에 의해서 결정된 것과 같은 슬레이브 기구와 영상 기구의 관찰축 사이의 기하학적 관계에 기초하여 "상응하는(corresponding)" 것으로 간주될 수 있다. 상응하는 슬레이브 기구 방향은 상기 관찰축(예를 들면 축(244))으로부터 90도보다 작거나 같은(또는, 다른 실시례에서는, 90도보다 작은) 방향이 될 수 있다. 도 11에서, 기구(128a)와 기구(128b)는 상기 관찰축(244)에 대한 자신들의 방향 때문에 상응하는 방향으로 삽입되는 것으로 간주될 수 있다. 슬레이브 기구 방향은 영상 기구의 관찰축과 슬레이브 기구 사이의 기하학적 관계에 기초하여 "상응하지 않는(non-corresponding)" 것으로 간주될 수도 있다. 상응하지 않는 슬레이브 기구 방향은 상기 관찰축으로부터 90도보다 큰(또는, 다른 실시례에서는, 90도보다 크거나 같은) 방향이 될 수 있다. 도 11에서, 기구(128c)는 상기 관찰각(244)으로부터 대략 180°의 삽입 방향을 가지고 있고 상기 관찰각(244)과 영상 기구(130)의 원위 팁과 수직인 평면 사이에 뻗어 있지 않으므로 상응하지 않는 방향으로 삽입되는 것으로 간주될 수 있다. 따라서 도 11에서, 기구(128a, 128b)는 상기 관찰축(244)을 따라서 시야에 상응하는 상응하는 매핑을 가질 수 있고, 기구(128c)는 상기 기구(128c)에 대한 적어도 하나의 운동 방향(예를 들면, X3 방향)에서 상기 상응하는 매핑의 반전(inversion)을 포함하는 매핑을 가질 수 있다. 상기 반전은, 예를 들어, 상기 상응하는 매핑으로부터 방향에 있어서 반대 또는 180°변화일 수 있다.
이제 도 14를 참고하면, 내시경(130), 다시 말해서, 내시경 프레임을 통하여 보여진 기구 작업 공간(226)의 모습은, 마스터 콘솔(102)에 있는 사용자로 하여 조직 벽(232)의 일부분, 엔드 이펙터(129a)를 가진 상기 기구(128a), 그리고 엔드 이펙터(129b)를 가진 상기 기구(128b)를 볼 수 있게 해준다. 상기 기구 작업 공간에서 사이에 놓인 조직(232)으로 인해 조직 프로브(166)를 직접 볼 수는 없지만, 상기 조직 프로브의 팁의 대체적인 위치는, 상기 조직(232)에서 상기 조직 프로브의 팁에 의해 들어 올려진 구역과 관련된 돌출, 팽창, 또는 다른 특징에 의해 확인할 수 있다. 하나의 실시례에서, 상기 조직 프로브의 팁의 위치를 나타내기 위해서 오버레이 영상(overlay image)이 표시될 수 있다. 이 오버레이 영상은 제어가 조직 프로브로 전환될 때 촉발될 수 있다. 영상 프로브가 사용되면, 조직이 직접 시각화되어, 환자 신체의 내부 모습을 제공할 수 있다. 이 예의 프레임에서, +X2 방향은 지면(page)의 오른쪽으로 향하고, -X2 방향은 지면의 왼쪽으로 향하고, +Y2 방향은 지면의 위쪽으로 향하고, -Y2 방향은 지면의 아래쪽으로 향하고, +Z2 방향은 지면으로부터 수직으로 나오는 쪽으로 향하고, -Z2 방향은 지면으로 수직으로 들어가는 쪽으로 향한다. 하나의 대체 실시례에서는, 외과의사가 상기 프로브에 의해 달성된 조직 신장(tissue stretch)의 양에 주로 관심이 있을 수 있고 내시경 프레임의 영상이 관심의 대상인 조직이 외과의사의 명세사항(specifications)까지 신장되어 있는 것을 나타낼 때까지 상기 프로브를 이동시킬 것이다.
도 15를 참고하면, 상기 조직 벽(232)의 반대측으로부터(예를 들면, 자궁 경관으로부터 자궁쪽으로 보았을 때, 상기 기구(128c)의 근위 단부로부터) 본 상기 기구 작업 공간(226)의 프로브 프레임은 내시경 프레임(X2, Y2, Z2)에 비하여 X 축과 Z 축을 반전시킨다. 구체적으로는, 이 예의 프레임에서, -X3 방향은 지면(page)의 왼쪽으로 향하고, +X3 방향은 지면의 오른쪽으로 향하고, +Y3 방향은 지면의 위쪽으로 향하고, -Y3 방향은 지면의 아래쪽으로 향하고, -Z3 방향은 지면으로 수직으로 들어가는 쪽으로 향하고, +Z3 방향은 지면으로부터 수직으로 나오는 쪽으로 향한다.
도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 조직 프로브(166)를 이동시키기 위해서 조직 프로브(166)에 결합되어 있고, 외과의사가 상기 조직 프로브(166)를 상기 엔드 이펙터(129b)의 위치쪽으로 이동시키기를 원하면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 +X4 방향으로(마스터 작업 공간(228)에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132b)쪽으로) 이동시킨다. 상기 기구(128c)가 반전된 위치(상응하지 않는 방향)에 있기 때문에, 종래의 비-반전된 매핑 체계에서는, 마스터 작업 공간(228)에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132b)를 향하여 오른쪽으로의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 도 17의 그림에서 상기 조직 프로브(166)도 오른쪽으로 -- 엔드 이펙터(129a)쪽으로 +X3 방향으로 이동시킨다. 이러한 반대의 결과를 피하고 상기 조직 프로브(166)를 의도한 엔드 이펙터(129b)쪽으로 이동시키기 위해서, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 매핑이 반전된다. 따라서, 도 16에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 마스터 작업 공간(228)에서 +X4 방향으로의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 프로브 프레임에서 반전되어, 상기 조직 프로브(166)를 내시경 프레임에서 -X3 방향으로(다시 말해서, +X3 방향과 반대쪽으로) 엔드 이펙터(129b)쪽으로 이동시킨다.
보다 구체적으로는, 상기 제어 시스템(108)은, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 기구(128a, 128b, 130)(다시 말해서, 조직 프로브(166)가 아닌 기구)와 통신가능하게 결합되어 있는지, 그리고 만일 그렇다면 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 제1 매핑에 따라 내시경 프레임에서의 슬레이브 기구의 운동에 매핑되는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 매핑은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어의 오른쪽인, +X4 방향)의 운동을 상기 내시경 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 내시경의 오른쪽인, +X2 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하지 않는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 상기 조직 프로브(166)를 포함하는 반전된 기구(128c)와 통신가능하게 결합되어 있으면, 상기 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동은 제2 매핑에 따라 상기 프로브 프레임에서의 상기 반전된 기구의 운동에 매핑된다. 상기 제2 매핑은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어의 오른쪽인, +X4 방향)의 운동을 상기 프로브 프레임에서의 반전된 제1 방향(예를 들면, 상기 기구(128c)의 샤프트를 따르는 방향으로 근위 위치에서 보았을 때, 조직 프로브의 왼쪽인, -X3 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 프로브 프레임에서 반전된 제1 방향(예를 들면, -X3 방향)은 상기 뷰어 프레임과 상기 내시경 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, +X4 방향)과 반대이다. 이 실시례에서, 상기 프로브 프레임의 반전된 제1 방향의 기구(128c)의 운동은 상기 내시경 프레임에서의 상기 기구(128a)의 제1 방향과 기구 작업 공간에서 동일한 방향이다. 다시 말해서, 상기 기구 작업 공간(226)에서, 내시경 프레임의 제1 방향 +X2과 프로브 프레임의 반전된 제1 방향 -X3은 동일하다.
이제 도 18과 도 19를 참고하면, 다른 예에서, 조직 프로브(166)의 시작 위치가 도 14 및 도 15에서와 같은 것으로 가정되어 있다. 외과의사가 상기 조직 프로브(166)를 위로 이동시키기를 원하면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 +Y4 방향으로(도 10의 마스터 작업 공간(228)에서 지면으로부터 수직으로 나오는 방향으로) 이동시킨다. 이 예에서는, 종래의 매핑 체계가 사용될 수 있는데, 그 이유는 마스터 작업 공간(228)에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 위쪽 방향의 운동이 도 19의 그림에서 상기 조직 프로브(166)도 위쪽으로 -- +Y3 방향으로 이동시킬 것이기 때문이다. 다시 말해서, "위쪽" 방향의 운동이 도 18의 내시경 그림과 도 19의 상기 기구 그림에서 동일하다. 따라서, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 +Y4 방향으로 이동되면 종래의 매핑은 +Y2 방향과 +Y3 방향으로 상기 조직 프로브(166)의 운동을 일으킬 것이다.
보다 구체적으로는, 상기 제어 시스템(108)은, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 기구(128a, 128b, 130)(다시 말해서, 조직 프로브(166)가 아닌 기구)와 통신가능하게 결합되어 있는지, 그리고 만일 그렇다면 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 제1 매핑에 따라 내시경 프레임에서의 제1 슬레이브 기구의 운동에 매핑되는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 매핑은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어의 위쪽인, +Y4 방향)의 운동을 상기 내시경 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 내시경의 위쪽인, +Y2 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하지 않는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 상기 조직 프로브(166)를 포함하는 기구(128c)와 통신가능하게 결합되어 있으면, 상기 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동은 제2 매핑에 따라 상기 프로브 프레임에서의 상기 슬레이브 기구의 운동에 매핑된다. 제2 변환도 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어의 위쪽인, +Y4 방향)의 운동을 상기 프로브 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 상기 기구(128c)의 샤프트를 따르는 방향으로 근위 위치에서 보았을 때, 조직 프로브의 위쪽인, +Y3 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 프로브 프레임에서 제1 방향(예를 들면, +Y3 방향)은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, +Y4 방향)과 동일하다. 이 실시례에서, 상기 프로브 프레임의 제1 방향의 기구(128c)의 운동은 상기 내시경 프레임에서의 상기 기구(128a)의 제1 방향과 기구 작업 공간에서 동일한 방향이다. 다시 말해서, 상기 기구 작업 공간(226)에서, 내시경 프레임의 제1 방향 +Y2과 프로브 프레임의 반전된 제1 방향 +Y3은 동일하다.
이제 도 20과 도 21을 참고하면, 다른 예에서, 조직 프로브(166)의 시작 위치가 도 14 및 도 15에서와 같은 것으로 가정되어 있다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상기 조직 프로브(166)를 이동시키기 위해서 결합되어 있고 외과의사가 상기 조직 프로브(166)를 조직 벽(232)으로부터 멀어지게 이동시키기를 원하면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 -Z4 방향을 따라서 그리고 도 10에서 디스플레이 시스템(136)의 뷰어로부터 멀어지게 이동시킨다. 상기 기구(128c)가 반전된 위치(상응하지 않는 방향)에 있기 때문에, 종래의 매핑 체계하에서는, 마스터 작업 공간(228)에서 -Z4 방향으로 외과의사로부터 멀어지는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 도 21의 그림에서 상기 조직 프로브(166)를 지면으로 들어가는 방향으로 -- -Z3 방향으로 상기 조직 벽(232)으로 더 이동시킬 것이다. 이러한 반대의 결과를 피하고 상기 조직 프로브(166)를, 의도한 대로, 상기 조직 벽(232)으로부터 멀어지게 이동시키기 위해서, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 매핑이 반전된다. 따라서, 도 20에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 마스터 작업 공간(228)에서 -Z4 방향으로의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 반전되어, 상기 조직 프로브(166)를 지면으로부터 수직으로 나오고 상기 조직 벽(232)으로부터 멀어지게(상기 프로브 프레임에서 자궁 경관 쪽으로) +Z3 방향으로(다시 말해서, -Z4 방향과 반대 방향으로) 이동시킨다.
보다 구체적으로는, 상기 제어 시스템(108)은, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 기구(128a, 128b, 130)(다시 말해서, 조직 프로브(166)가 아닌 기구)와 통신가능하게 결합되어 있는지, 그리고 만일 그렇다면 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 제1 매핑에 따라 내시경 프레임에서의 제1 슬레이브 기구의 운동에 매핑되는지 여부를 결정하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 매핑은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어로부터 멀어지는 쪽인, -Z4 방향)의 운동을 상기 내시경 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 내시경으로부터 멀어지는 쪽인, -Z2 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 상응하지 않는 방향의 슬레이브 기구, 예를 들면, 상기 조직 프로브(166)를 포함하는 기구(128c)와 통신가능하게 결합되어 있으면, 상기 뷰어 프레임에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동은 제2 매핑에 따라 상기 프로브 프레임에서의 상기 슬레이브 기구의 운동에 매핑된다. 제2 매핑은 상기 뷰어 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, 뷰어로부터 멀어지는 쪽인, -Z4 방향)의 운동을 상기 프로브 프레임에서의 반전된 제1 방향(예를 들면, 상기 기구(128c)의 샤프트를 따르는 방향으로 근위 위치에서 보았을 때, 상기 조직 벽(232)으로부터 멀어지는 위쪽인, +Z3 방향)의 운동으로 변환시킨다. 상기 프로브 프레임에서 반전된 제1 방향(예를 들면, +Z3 방향)은 상기 뷰어 프레임과 상기 내시경 프레임에서의 제1 방향(예를 들면, -Z4 방향)과 반대이다. 이 실시례에서, 상기 프로브 프레임의 반전된 제1 방향의 기구(128c)의 운동은 상기 내시경 프레임에서의 상기 기구(128a)의 제1 방향과 기구 작업 공간에서 동일한 방향이다. 다시 말해서, 상기 기구 작업 공간(226)에서, 내시경 프레임의 제1 방향 -Z2과 프로브 프레임의 반전된 제1 방향 +Z3은 동일하다.
상기한 예들은 X 축, Y 축, 또는 Z 축 방향의 직선 운동을 기술하고 있지만, 매핑이 좌표축의 하나 이상에 대하여 반전되고 좌표축의 하나 이상에 대하여 종래의 형태가 되도록 3차원 작업 공간(228)에서의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 각운동(angular movemnet)이 상기 3차원 기구 작업 공간에 매핑될 수도 있다고 생각된다. 예를 들어, 뷰어 프레임과 내시경 프레임에서의 +X4 방향과 +Y4 방향의 운동은 프로브 프레임에서의 -X3 방향과 +Y3 방향의 운동에 상응하도록 매핑될 수 있다.
도 23의 실시례는 대체형태의 슬레이브 머니퓰레이터 시스템(300)를 나타내고 있다. 상기 시스템(300)은 별개의 원격조종식 머니퓰레이터 구성요소(302)와 머니퓰레이터 구성요소(304)를 포함하고 있다. 상기 양 머니퓰레이터 구성요소(302, 304)는 공통의 마스터 머니퓰레이터와 제어 시스템을 통하여 조종될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 양 머니퓰레이터 구성요소(302, 304)는 상이한 마스터 머니퓰레이터, 직결 머니퓰레이터(direct manipulator), 및/또는 제어 시스템에 의해 조종될 수 있다. 머니퓰레이터 구성요소(302)는, 마스터 컨트롤하에서 조종되는 수술 기구를 포함하는, 도 2에 대하여 기술된 환자측 머니퓰레이터와 대체로 유사하다. 머니퓰레이터 구성요소(304)는 별개의 서보-조종식 머니퓰레이터이고 조직 프로브(308)를 가진 장착된 기구(306)를 포함하고 있고, 위에서 설명한 실시례들 중의 임의의 실시례와 유사하다. 이 실시례에서, 상기 머니퓰레이터 구성요소(304)는 환자 침대(312)의 침대 가로널(bed rail)(310)에 장착되어 있다. 상기 머니퓰레이터 구성요소(304)의 처음 배치는 수동으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 머니퓰레이터 구성요소(304)는 침대 가로널(310)을 따라서 이동될 수 있고 마찰 잠금 장치에 의해 제자리에 고정될 수 있다. 제자리에 고정된 후에는, 상기 머니퓰레이터 구성요소(304)는 마스터 머니퓰레이터와 중앙 제어 시스템의 제어하에서 배치될 수 있다. 상기 머니퓰레이터 구성요소(304)가 제자리에 고정된 상태에서는, 조직 프로브(308)를 가진 장착된 기구(306)가 이전의 실시례에 대해서 기술되어 있는 것과 같이 조종될 수 있다. 다른 대체 실시례에서는, 상기 머니퓰레이터 구성요소가 환자 침대 또는 수술실의 다른 이동가능하거나 고정된 구성요소의 임의의 측면에 장착될 수 있다.
도 24 내지 도 26은 보조 의료 기구(400), 예를 들면, 다른 실시례에 따른, 자궁 엘리베이터를 나타내고 있다. 원격조종 제어장치와 함께 사용하기 위해서, 상기 보조 의료 기구(400)는 도 4의 기구 스파(148)에 부착될 수 있다. 상기 보조 의료 기구(400)는 근위 단부(402)와 원위 단부(404)를 가지고 있다. 상기 근위 단부는 상기 기구 스파(148)로부터 분리되는 경우 상기 보조 의료 기구를 수동으로 조작하는데 사용될 수 있는 핸들(406)을 포함하고 있다. 상기 핸들(406)은 상기 보조 의료 기구가 원격조종 제어하에 있지 않을 때 상기 보조 의료 기구를 사용자가 쥐고 조작할 수 있게 하는 인체공학적인 그립을 가지고 있다. 상기 보조 의료 기구(400)는 캐뉼라 장착부(152)와 결합하도록 크기와 형상이 정해져 있는 장착 부분(408)을 더 포함하고 있다. 상기 장착 부분(408)은 크기 및 형상과 같은 상기 보조 의료 기구의 특징을 나타내는 식별 정보를 제공하는 오목한 면(410)을 포함하고 있다. 대체 실시례에서는, 상기 식별 정보가 상기 보조 의료 기구의 다른 부분에 배치될 수 있다. 또 다른 대체 실시례에서는, 상기 식별 정보가 상기 기구 스파(148)에서 판독되거나 다른 방식으로 감지될 수 있고 상기 보조 의료 기구로부터 제어 시스템(108)으로 전자적으로 전달될 수 있다.
상기 보조 의료 기구(400)는 대략 90°의 원호와 일정한 곡률 반경을 가진 일정한 만곡된 샤프트 부분(412)을 더 포함하고 있다. 이 실시례에서는, 상기 만곡된 샤프트 부분은 원호 길이를 가지고 있다. 상기 보조 의료 기구(400)의 상기 만곡된 샤프트 부분(412)과 다른 부분은 스테인레스 강 또는 티타늄과 같은 금속, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 폴리머, 또는 세라믹스(ceramics)를 포함하는 잘 구부러지지 않는 재료로 형성될 수 있다. 적절한 재료는 무게가 가볍지만 환자 신체의 조직을 처치하기 위해서 상기 보조 의료 기구에 힘이 가해질 때 상당한 굽힘 또는 파괴를 견디기에 충분한 강도를 가질 수 있다. 상기 만곡된 부분(412)는 중실체 샤프트를 가지지만 대체 실시례에서는 무게를 감소시키거나 유체 유동 또는 다른 의료 도구를 위한 통로를 제공하기 위해서 캐뉼라 형태로 될 수 있다.
상기 보조 의료 기구(400)의 원위 단부(404)는 팁 파스너(414)를 포함하고 있고 상기 만곡된 샤프트 부분(412)은 채널, 홈, 파스너 및 다른 결합 구조(416)를 포함하고 있다. 상기 팁 파스너(414)와 결합 구조(416)는 의료용 부대용품(418)과 결합할 수 있는 크기와 형상으로 되어 있다. 상기 의료용 부대용품(418)은 조직 프로브(419)를 포함하고 있다. 상기 조직 프로브(419)는 둥글게 될 수 있고, 유연하게 될 수 있고, 팽창가능하게 될 수 있고, 및/또는 상기 조직 프로브가 조직을 찢거나 조직을 문질러 벗겨지게 하거나, 다른 방식으로 조직을 손상시키지 않고 조직과 맞닿아서 조직에 힘을 작용할 수 있게 하는 다른 비외상성 팁 특성(atraumatic tip characteristics)을 가질 수 있다. 상기 보조 의료 기구(400)와 함께 사용하기에 적합한 다양한 의료용 부대용품은 코넥티컷주 트럼불(Trumbull)의 쿠퍼 서지컬사(Cooper Surgical, Inc.)로부터 구입할 수 있고 RUMI®와 Koh 제품군으로부터의 자궁 머니퓰레이터 부대용품을 포함할 수 있다.
상기 보조 의료 기구(400)가 기구 스파(148)에 부착되면, 상기 보조 의료 기구(400)는 상기 보조 의료 기구(400)와 교차하지 않는 (도 24에서 지면에 대해 수직인) 축(A1)을 따라서 배치된 회전 중심(C1)에 대해서 피벗운동하도록 제어될 수 있다. 상기 보조 의료 기구(400)는 단일 회전 자유도(예를 들면, 피칭운동(pitch))로 제한될 수 있다. 통상적으로 상기 회전 중심(C1)은 수술하는 동안 환자 구멍에 고정되어 있고 의도한 수술적인 조작을 수행하기 위해서 충분한 피칭운동을 이용할 수 있게 한다. 대체 실시형태로서, 상기 회전 중심은 환자와 접촉하지 않고 보다 넓은 운동 범위를 허용하기 위해서 환자의 신체 외측에 배치될 수 있다. 회전 중심 둘레로의 운동이 소프트웨어의 사용 또는 기계적인 조립체에 의해 한정된 물리적인 제한사항에 의해 제한될 수 있다는 것을 당업자는 알 수 있을 것이다.
상기 보조 의료 기구의 상기 만곡된 부분이 환자 신체의 내부에 배치되어서 사용자에게 보이지 않을 때에 상기 기구 곡률의 방향을 사용자에게 나타내기 위해서 배치 구조(420)가 상기 장착 부분(408)에 제공되어 있다. 상기 배치 구조(420)는 또한 상기 보조 의료 기구(400)가 상기 장착 부분(408)을 통과하여 뻗어 있는 축(A2)에 대해서 회전하는 것을 방지시켜서, 상기 회전 중심(C1)을 상기 기구 스파(148)에 대해 일정한 위치에 유지시키는 역할을 수행할 수도 있다. 이 실시례에서는, 상기 배치 구조(420)가 돌출부이지만, 대체 실시례에서는 마킹, 오목한 부분 또는 다른 표시 구조로 될 수 있다.
초기 수술 준비 절차 동안, 상기 보조 의료 기구(400)는 상기 캐뉼라 장착부(152)에 부착되어 있다. 상기한 바와 같이, 상기 시스템으로 하여 상기 기구 스파에 부착된 의료 기구의 종류를 알아볼 수 있도록 하기 위해서, 힘 전달 조립체 대신에, "더미(dummy)" 힘 전달 조립체(도 7)가 설치될 수 있다. 상기 의료용 부대용품(418)은 상기 만곡된 샤프트 부분(412)과 결합되어 상기 원위 단부(404)에 결합된다. 조립된 상기 보조 의료 기구(400)는 체강의 조직 벽과 접촉하여 위치된 조직 프로브(419)와 함께 상기 체강 내에 위치된다. 상기 조직 프로브는, 예를 들어, 유체에 의해 부풀어지는 것에 의해 팽창될 수 있다. 하나의 대체 실시례에서는, 상기 보조 의료 기구가 먼저 환자 구멍을 통하여 위치될 수 있고 그 다음에 상기 보조 의료 기구가 제자리에 위치된 후에 머니퓰레이터에 결합될 수 있다. 상기한 바와 같이, 다양한 실시례에서, 상기 머니퓰레이터(140)는 환자 침대, 이동가능한 지지 구조, 또는 수술실 내의 다른 고정되거나 이동가능한 구성요소에 부착될 수 있다.
이 실시례에서는, 상기 회전 중심(C1)에 대한 상기 보조 의료 기구(400)의 제한된 회전 운동으로 인해 (도 24에서 지면에 대해 수직인) X3 축 방향의 상기 보조 의료 기구(400)의 운동이 제한되고 Y3 축 방향과 Z3 축 방향의 상기 보조 의료 기구(400)의 운동이 결합된다. 예를 들어, 상기 보조 의료 기구(400)의 원위 단부(404)가 상기 회전 중심(C1)에 대해서 정방향으로(도 24에서 시계방향으로) 피벗운동(다시 말해서, 축 A1에 대한 피치 운동)할 때, 상기 원위 단부(404)는 +Y3, -Z3 방향으로 이동한다. 상기 원위 단부(404)가 상기 회전 중심(C1)에 대하여 역방향으로(도 24에서 반시계 방향으로) 피벗운동할 때, 상기 원위 단부(404)는 -Y3, +Z3 방향으로 이동한다. 상기 조직 프로브의 운동을 제어하는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동은 Y1 방향과 Z1 방향으로 유사하게 결합될 수 있다. 대체 실시형태로서, 상기 조직 프로브의 운동을 제어하는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동은 Y1 방향과 Z1 방향으로 분리될 수 있다. 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 운동이 분리되면, 상기 기구의 결합된 운동을 수용하면서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 분리된 운동이 대략적인 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM) 운동에 매핑된다.
하나의 예로서, 외과의사가 상기 조직 프로브(419)를 +Y3 방향으로 이동시키기를 원하면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 +Y1 방향(도 10의 마스터 작업 공간(228)에서 지면으로부터 수직으로 나오는 방향)을 따라서 이동시킨다. 이 예에서는, 종래의 매핑 체계가 사용될 수 있는데, 그 이유는 상기 마스터 작업 공간(228)에서 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 위쪽 방향의 운동이 상기 조직 프로브(166)도 위쪽으로 -- +Y3 방향으로 이동시킬 것이기 때문이다. 다시 말해서, "위쪽" 방향의 운동이 상기 내시경 그림과 상기 기구 그림에서 동일하다. 따라서, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)가 +Y1 방향으로 이동되면 종래의 매핑은 +Y3 방향으로 상기 조직 프로브(419)의 운동을 일으킬 것이다. 외과의사가 상기 조직 프로브(419)를 조직 벽(232)(도 11)으로부터 멀어지게 이동시키기를 원하면, 외과의사는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)를 -Z1 방향을 따라서 그리고 도 10에서 외과의사로부터 멀어지게 이동시킨다. 상기 기구(128c)가 반전된 위치에 있기 때문에, 종래의 매핑 체계하에서는, 마스터 작업 공간(228)에서 -Z1 방향으로 외과의사로부터 멀어지는 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 상기 조직 프로브(419)를 -Z3 방향으로 상기 조직 벽(232)으로 더 이동시킬 것이다. 이러한 반대의 결과를 피하고 상기 조직 프로브(419)를, 의도한 대로, 상기 조직 벽(232)으로부터 멀어지게 이동시키기 위해서, 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 매핑이 반전된다. 따라서, 상기 마스터 작업 공간(228)에서 +Z1 방향으로의 상기 마스터 툴 머니퓰레이터(MTM)(132a)의 이동은 반전되어, 상기 조직 프로브(166)를 상기 조직 벽(232)으로부터 멀어지게(상기 프로브 프레임에서 자궁 경관 쪽으로) +Z3 방향으로 이동시킨다.
도 27과 도 28은 보조 의료 기구(450), 예를 들면, 다른 실시례에 따른, 자궁 엘리베이터를 나타내고 있다. 이 보조 의료 기구(450)는 상기 보조 의료 기구(400)와 구성과 작동에 있어서 유사할 수 있고, 몇 가지 구별되는 특징을 아래에서 설명할 것이다. 상기 보조 의료 기구(400)는 상기 보조 의료 기구(450)는 근위 단부(452), 원위 단부(454), 그리고 상기 근위 단부와 상기 원위 단부의 사이에 뻗어 있는 만곡된 샤프트 부분(456)을 포함하고 있다. 이 실시례에서는, 일자형 샤프트 부분(458)이 상기 근위 단부(452)와 상기 만곡된 샤프트 부분(456) 사이에 뻗어 있다. 상기 보조 의료 기구(450)가 기구 스파(148)에 부착되면, 상기 보조 의료 기구(450)는 회전 중심(C2)에 대해서 피벗운동할 수 있다. 상기 일자형 샤프트 부분이 상기 회전 중심(C2)을 상기 보조 의료 기구(400)와 비교하여 상기 기구 스파(148)로부터 멀리 이동시킨다. 특정 수술에 사용하기 위한 적절한 기구의 선택은 환자의 크기와 처치될 조직과 상기 기구가 삽입되는 자연적인 구멍 또는 수술에 의해 만들어진 구멍 사이의 거리에 기초할 수 있다.
도 29는 조직 프로브에 대해 추가적인 운동 자유도를 제공하는 구성의 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 보조 의료 기구(460)의 개략도이다. 이 실시례에서는, 상기 보조 의료 기구(460)가 근위 단부(462), 원위 단부(464), 만곡된 샤프트 부분(466), 그리고 일자형 샤프트 부분(468)을 가지고 있다. 조직 프로브(469)는 상기 원위 단부(464)에 장착되어 있다. 축(A3)이 상기 일자형 샤프트 부분(468)을 통과하여 뻗어 있다. 상기 머니퓰레이터(140)의 기구 스파(148)가 기구 앵커(470)를 포함하고 있다. 상기 기구 앵커(470)는 상기 보조 의료 기구(460)를 상기 기구 스파(148)에 결합시키기 위해서 상기 일자형 샤프트 부분(468)을 수용할 수 있는 크기로 된 통로를 포함하고 있다. 상기 기구 앵커(470)는, 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 미국 특허 제8,182,469호(2005년 9월 30일자로 출원되었으며; "수술용 보조 클램프 및 방법(Surgical Accessory Clamp and Method)"을 개시하고 있음)에 아주 상세하게 기술되어 있는 것과 같은 보조 클램프(accessory clamp)일 수 있다. 상기 기구 앵커(470)는, 상기 축(A3)에 대해 수직 방향의 상기 보조 의료 기구(460)의 병진 운동은 제한하면서, 상기 축(A3)을 따르는 방향으로의 상기 보조 의료 기구(460)의 직선 운동과 상기 축(A3)에 대한 상기 보조 의료 기구(460)의 회전 운동을 가능하게 하는 베어링으로서 역할을 할 수 있다.
힘 전달 조립체(472)(상기한 힘 전달 조립체(164)와 대체로 유사하다)는 만곡된 샤프트(466)의 원위 단부에 장착된 조직 프로브(469)를 위치시키고 배향시키기 위해서 상기 보조 의료 기구(460)의 다양한 부분을 이동시키기 위해 머니퓰레이터(140)의 액추에이터들로부터 작동력을 결합시킨다. 퀵 디스커넥트 장치(quick disconnect mechanism)와 같은, 조인트(474)가 상기 보조 의료 기구(460)의 근위 단부와 원위 단부 사이에 뻗어 있다. 이 실시례에서는, 상기 조인트(474)가 상기 기구 앵커(470)와 상기 힘 전달 조립체(472)의 사이에 있다. 대체 실시형태로서, 상기 조인트가 상기 보조 의료 기구(460)의 근위 단부와 상기 힘 전달 조립체의 사이에 뻗어 있을 수 있다. 상기 조인트(474)는 상기 조직 프로브(469)가 상기 조인트에서 상기 축(A3)에 대하여 회전할 수 있게 해준다. 대체 실시형태로서, 상기 조인트(474)는 상기 조직 프로브가 상기 축(A3)을 따라서 상기 조인트로부터 병진운동할 수 있게 해줄 수도 있다. 추가적으로, 상기 조인트(474)는 상기 보조 의료 기구(460)의 원위 단부와 상기 조직 프로브(469)의 신속한 교체를 가능하게 해준다. 예를 들어, 상기 조인트(474)는 상기 보조 의료 기구의 원위 단부에 있는 살균하지 않은 엔드 이펙터 또는 조직 프로브를 상기 보조 의료 기구의 살균한 근위 단부 부분으로부터 분리될 수 있게 해준다. 게다가, 상기 조인트(474)는 부착된 머니퓰레이터에 방해가 되지 않으면서 환자 신체 내에 상기 보조 의료 기구(460)와 조직 프로브(469)를 준비시키는 것을 가능하게 한다. 예를 들어, 상기 보조 의료 기구(460)와 조직 프로브(469)는 환자 체강 내에 위치되고 배치될 수 있다. 이러한 초기 준비 작업이 완료된 후에, 힘 전달 조립체(472)와 함께 상기 기구 스파(148)가 상기 보조 의료 기구(460)에 도입된다. 상기 일자형 샤프트 부분(468)은, 예를 들어, 상기 기구 앵커의 원위 개구를 통하거나 피벗팅 클램프 아암(pivoting clamp arm)들의 사이의 개구를 통하여 상기 기구 앵커(470)에 장착된다. 그 다음에 상기 힘 전달 조립체(472)가 상기 조인트(474)를 통하여 상기 일자형 샤프트 부분에 작동가능하게 결합될 수 있다. 상기 보조 의료 기구(460)가 상기 조인트(474)에 연결된 후에, 상기 힘 전달 조립체(472)가 상기 축(A3)에 대한 상기 조직 프로브(469)의 회전 운동을 제어하고 상기 축(A3)을 따르는 방향으로의 상기 조직 프로브의 병진운동을 제어하도록 작동된다. 하나의 실시례에서는, 상기 조인트(474)에 대한 상기 일자형 샤프트 부분(468)의 병진운동을 가능하게 하기 위해서, 망원경통식 운동(telescoping motion)이 가능하도록 상기 조인트와 상기 만곡된 샤프트 부분 사이의 상기 일자형 샤프트 부분이 상기 조인트와 상기 힘 전달 조립체 사이의 상기 일자형 샤프트 부분보다 작은 직경을 가질 수 있다. 상기 기구 앵커(470)는 상기 샤프트의 상기 일자형 부분의 회전 운동과 병진 운동을 지지하는 베어링으로서 작용할 수 있다.
도 30은 조직 프로브에 대해 추가적인 운동 자유도를 제공하는 구성의 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 보조 의료 기구(480)의 개략도이다. 이 실시례에서, 상기 보조 의료 기구(480)는 아래에서 기술할 차이점에도 불구하고 도 29의 보조 의료 기구(460) 및 구성과 대체로 유사할 수 있다. 이 실시례에서는, 상기 보조 의료 기구(480)가 근위 단부(482), 원위 단부(484), 만곡된 샤프트 부분(486), 일자형 샤프트 부분(488), 그리고 조직 프로브(490)를 가지고 있다. 이 실시례에서는, 퀵 디스커넥트 조인트와 같은, 조인트(492)가 상기 원위 단부(484)와 기구 앵커(470)의 사이에 결합되어 있다. 상기 조인트(492)는 상기 조직 프로브(490)와 상기 만곡된 샤프트 부분(486)이 상기 조인트에서 상기 축(A4)에 대하여 회전할 수 있게 해준다. 상기 조인트(492)는 또한 상기 조직 프로브가 상기 축(A4)을 따라서 상기 조인트로부터 병진운동할 수 있게 해준다. 추가적으로, 상기 조인트(492)는 상기 보조 의료 기구(480)의 원위 단부(484)와 상기 조직 프로브(490)의 신속한 교체를 가능하게 해준다. 게다가, 상기 조인트(492)는 부착된 머니퓰레이터에 방해가 되지 않으면서 환자 신체 내에 상기 보조 의료 기구(480)와 조직 프로브(490)를 준비시키는 것을 가능하게 한다. 이 실시례에서는, 상기 일자형 샤프트 부분을 상기 기구 앵커를 통하여 장착할 필요없이 상기 일자형 샤프트 부분이 상기 조인트에 연결될 수 있기 때문에 상기 보조 의료 기구(480)의 조립이 상기 보조 의료 기구(460)(도 29)의 조립보다 덜 번거로울 수 있다. 상기 조인트(492)가 상기 기구 앵커의 원위부에 있기 때문에, 상기 조인트는 변형되지 않고 조직 탐침력(tissue probing force)을 견디도록 선택되어야 한다. 충분히 튼튼한 조인트에서는, 상기 조인트(492)의 양 측에 있는 상기 일자형 샤프트 부분들이 대체로 동일 선상에 있으며 상기 축(A4)과 일렬로 정렬된 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 조인트는 대략 30lbs 이하의 하중을 견딜 수 있다.
도 31은 조직 프로브에 대해 추가적인 운동 자유도를 제공하는 구성의 도 4의 머니퓰레이터(140)에 장착될 수 있는 보조 의료 기구(500)의 개략도이다. 이 실시례에서, 상기 보조 의료 기구(500)는 아래에서 기술할 차이점에도 불구하고 도 30의 보조 의료 기구(480) 및 구성과 대체로 유사할 수 있다. 이 실시례에서는, 상기 보조 의료 기구(500)가 근위 단부(502), 원위 단부(504), 만곡된 샤프트 부분(506), 일자형 샤프트 부분(508), 그리고 조직 프로브(510)를 가지고 있다. 이 실시례에서는, 다차원 손목 조인트(multi-dimensional wrist joint)와 같은, 조인트(512)가 상기 원위 단부(504)와 기구 앵커(470)의 사이에 있다. 다양한 다차원 손목 조인트의 예가 전체 내용이 인용에 의해 본 명세서에 포함되어 있는 미국 특허 제6,817,974호(2002년 6월 28일자로 출원되어 있으며; "적극적으로 배치가능한 힘줄 구동식 멀티-디스크 손목 조인트(Surgical Tool Having Positively Positionable Tendon Actuated Multi-Disk Wrist Joint)"를 개시하고 있음)에 매우 상세하게 기술되어 있다. 상기 조인트(512)는 상기 조직 프로브(510)와 만곡된 샤프트 부분(506)의 다차원 운동을 가능하게 한다. 상기 조인트(512)가 상기 기구 앵커의 원위부에 있기 때문에, 상기 조인트는 변형되지 않고 조직 탐침력(tissue probing force)을 견디도록 선택되어야 한다. 충분히 튼튼한 조인트에서는, 상기 조인트(512)의 양 측에 있는 상기 일자형 샤프트 부분들이 대체로 동일 선상에 있으며 상기 축(A4)과 일렬로 정렬된 상태로 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 조인트는 대략 30lbs 이하의 하중을 견딜 수 있다.
도 32는 수동 조명원(passive illumination source)을 포함하는 보조 의료 기구(550)를 나타내고 있다. 상기 보조 의료 기구(550)는, 예를 들어, 앞에서 기술한 실시례들 중의 임의의 실시례와 유사한 자궁 엘리베이터일 수 있다. 원격조종 제어 장치와 함께 사용하기 위해, 상기 보조 의료 기구(550)는 도 4의 기구 스파(148)에 부착될 수 있다. 상기 보조 의료 기구(550)는 샤프트 부분(554)의 원위 단부에 결합된 프로브 부분(552)을 포함하고 있다. 상기 프로브 부분(552) 및/또는 상기 샤프트 부분(554)은 하나 이상의 조명 기준 마커(556)를 포함할 수 있다. 상기 조명 기준 마커(556)는 주전원 또는 배터리와 같은 에너지 저장 장치에 연결하지 않고 작동하는 수동 조명 기준 마커(passive illumination fiducial marker)일 수 있다. 수동 조명 기준 마커는 광원으로부터의 입사광을 수용하고 이에 대응하여 빛을 방사한다. 하나의 대체 실시례에서는, 수동 조명 기준 마커가 수동 발광 다이오드(LED) 시스템을 포함할 수 있다. 수동 LED 시스템은 LED에 결합된 광센서를 포함할 수 있다. 상기 광센서는 여기광(excitation light)을 수용하고 상기 LED를 발광시키기 위해서 전류를 발생시킨다. 다른 대체 실시례에서는, 수동 조명 기준 마커가 인도시아닌그린(ICG) 염료와 같은 형광 염료를 수용하는 우물 모양의 구멍(well), 채널, 오목부, 또는 다른 공동이나 용기를 포함할 수 있다. 인도시아닌그린(ICG) 염료가 여기 파장(예를 들면, 약 750nm 내지 800nm)의 빛으로 비추어지면, 보다 긴 관찰 파장(observation wavelength)(예를 들면, 800nm 이상)에서 직접 관찰되거나 영상화될 수 있다.
광섬유에 의해 수술실로 공급된 빛과 같은, 외부 광원으로부터 받은 빛이 상기 수동 조명 기준 마커를 직접 비추거나 가리는 조직을 통하여 비출 수 있다. 예를 들어, 도 11과 관련하여, 상기 수동 조명 기준 마커가 체강(230)(예를 들면, 자궁) 내에서 상기 프로브(166)에 배치되어 있으면, 내시경(130)으로부터 방사된 빛이 상기 프로브에 배치된 상기 수동 조명 기준 마커를 여기시키기 위해서 조직 벽을 통과할 수 있다. 여기된 수동 조명 기준 마커는 내시경을 통하여 사용자에게 보일 수 있는 빛을 방사한다. 따라서, 상기 수동 조명 기준 마커의 빛으로부터, 가리는 조직을 통하여, 상기 프로브의 위치를 알 수 있다. 대체 실시례에서는, 여기광이 조직 벽의 프로브 측이나 엔드 이펙터 측에 있는 광원에 의해서 공급될 수 있다. 대체 실시례에서는, 상기 마커가 LED 또는 다른 광원에 전기를 공급하는 배터리 또는 다른 전원을 포함하는 능동 조명 기준 마커로 될 수 있다.
도 33 및 도 34는 수동 조명 마커가 설치될 수 있는 의료 기구의 다른 예를 나타내고 있다. 이 실시례에서는, 콜포토마이저 컵(colpotomizer cup)(560)이 수동 조명 마커(562)를 포함하고 있다. 상기 콜포토마이저 컵(560)이 자궁 절제술과 같은 수술에 사용될 때, 상기 콜포토마이저 컵(560)은 자궁(564)의 맨 아래 부분에 위치될 수 있다. 내시경(566) 또는 다른 광원으로부터 나오는 빛은 상기 수동 조명 마커(562)의 하나 이상을 여기시키기 위해서 자궁(564)의 벽(568)의 통과할 수 있다. 여기된 수동 조명 마커(562)로부터 방사된 빛은 내시경(566)을 통하여 자궁(564)의 벽(568)을 통과하여 볼 수 있다. 따라서 여기된 수동 조명 마커(562)는 절제(ablation) 또는 절개(incision)와 같은 의료 시술을 수행하는 의료 기구(570)에 대한 가이드로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 상기 수동 조명 마커(562)가 상기 콜포토마이저 컵(560)의 가장자리 둘레에 반경방향으로 배치되어 있으면, 상기 마커들의 링이 상기 콜포토마이저 컵(560)의 가장자리에 인접한 조직을 절단하기 위한 가이드로서 역할을 할 수 있다. 수동 마커(574)가 자궁 프로브(572)의 팽창가능한 부분에 배치되는 것을 포함하여, 자궁 프로브(572)에 배치될 수도 있다. 상기와 같은 마커는 보다 안전한 근종절제술이 가능하도록 자궁 내막과 유섬유종(fibroid tumor)의 경계를 한정하는데 도움을 줄 수 있다.
상기한 것과 같은, 수동 마커는 가리는 조직이 영상 포착 시스템, 시각화 시스템, 또는 육안에 의한 직접적인 시각화를 방해할 수 있는 곳에서 기구, 임플란트, 목표 위치, 또는 남겨진 가이드(leave-behind guide) 또는 표시기(indicator)를 확인하기 위해서 다양한 의료 시술에 사용될 수 있다.
비록 상기한 시스템과 방법이 다양한 수술에서 자연적인 구멍 또는 수술에 의해 만들어진 구멍을 통하여 조직을 들어올리거나 오므리는데 유용하지만, 상기한 시스템과 방법은 특히 자궁 처치(uterine manipulation)에 특히 유용하다. 자궁 처치는 정확한 절개를 가능하게 하기 위해 일정한 안정적인 장력을 제공하기 위해서 자궁 절제술 또는 자궁내막증의 치료에 사용될 수 있다. 자궁 처치의 원격조종 컨트롤은 큰 자궁의 수작업 처치(manual manipulation)가 사용자의 피로를 초래하는 경우에 특히 유용할 수 있다. 자궁 머니퓰레이터는 조직 긴장상태(tissue tension)를 제공하는 것에 더하여, 처치 장소를 수뇨관과 같은 생명 유지에 필수적인 구조로부터 멀리 이동시키기 위해서 사용될 수 있다.
원격조종 자궁 처치는 또한 콘솔에 있는 외과의사의 수술 자율성(surgical autonomy)을 향상시키는데 유용하다. 외과의사는 환자측 보조자와 상호작용하거나 환자측 보조자를 기다리지 않고 자신이 원하는 대로 위치를 정확하게 조절한다. 또한, 환자측 보조자는 머니퓰레이터를 쥐고 있는 것 대신에 수술 보조를 제공할 수 있다. 원격조종 자궁 처치는 환자측 보조자가 장비 아암들 사이에서 이동하는 것으로 인해 오염되는 것을 방지할 수도 있다.
본 명세서에 기술된 기구와 방법이 동물, 사람 시체, 동물 사체, 부분 of 사람 또는 동물 신체의 일부분, 비수술적인 진단, 산업 시스템, 그리고 일반적인 로봇 또는 원격조종 시스템에 사용될 수 있기 때문에 수술 기구와 수술 방법에 대하여 기술한 모든 내용은 제한적인 것이 아니다.
본 발명의 실시례의 하나 이상의 요소가 제어 시스템(108)과 같은 컴퓨터 시스템의 프로세서에서 실행되는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시례의 상기 하나 이상의 요소가 소프트웨어로 구현되면, 본 발명의 실시례의 상기 하나 이상의 요소는 본질적으로 필요한 작업을 수행하는 코드 세그먼트이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트는 전송 매체 또는 통신 링크를 통하여 반송파에 포함된 컴퓨터 데이터 신호에 의해 다운로드될 수 있는 프로세서 판독가능 저장 매체 또는 장치에 저장될 수 있다. 상기 프로세서 판독가능 저장 장치는 광 매체, 반도체 매체, 그리고 자기 매체를 포함하는 정보를 저장할 수 있는 임의의 매체를 포함할 수 있다. 프로세서 판독가능 저장 장치의 예는 전자 회로; 반도체 장치, 반도체 메모리 장치, 읽기 전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 소거 및 프로그램 가능 읽기 전용 메모리(EPROM); 플로피 디스켓, CD-ROM, 광 디스크, 하드 디스크, 또는 다른 저장 장치를 포함하고, 상기 코드 세그먼트는 인터넷, 인트라넷 등과 같은 컴퓨터 네트워크를 통하여 다운로드될 수 있다
제공된 프로세스와 표시는 임의의 특정 컴퓨터 또는 다른 장치에 본질적으로 관련되지 않을 수 있다는 것을 주의해야 한다. 다양한 다용도 시스템이 본 명세서의 개시 내용에 따라 프로그램과 함께 사용될 수 있거나, 상기한 작업을 수행하기 위해서 보다 전문화된 장치를 구성하는 것이 편리한 것으로 판명될 수 있다. 다양한 이러한 시스템에 대해 필요한 구조는 청구항의 요소로서 나타날 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시례는 임의의 특정 프로그래밍 언어와 관련하여 기술되어 있지 않다. 본 명세서에 기재되어 있는 것과 같이 본 발명의 개시 내용을 실시하기 위해서 다양한 프로그래밍 언어가 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 예시적인 특정 실시례가 기술되어 있고 첨부된 도면에 도시되어 있지만, 이러한 실시례는 단지 예시적인 것이며 본 발명에 대해 제한적인 것은 아니라는 것을 알아야 하고, 당업자는 다양한 다른 변형사항을 떠올릴 수 있기 때문에 본 발명의 실시례들은 도시되고 기술된 특정 구성과 배치형태로 제한되지 않는다는 것을 알아야 한다.

Claims (32)

  1. 원격조종 시스템으로서,
    입력 장치;
    기구와 결합되어 기구를 이동시키도록 구성된 머니퓰레이터; 그리고
    하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템;
    을 포함하고 있고,
    상기 제어 시스템이
    상기 기구가 기구 작업 공간의 시야에 대해 상응하는 방향으로 기구 작업 공간으로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 입력 장치의 운동을 제1 매핑에 따라 상기 기구의 운동에 매핑시키고, 그리고
    상기 기구가 상기 시야에 대해 상응하지 않는 방향으로 상기 기구 작업 공간으로 삽입되는 결정에 대응하여, 상기 입력 장치의 운동을 제2 매핑에 따라 상기 기구의 운동에 매핑시키도록 구성되어 있고,
    상기 제2 매핑이 상기 기구의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 매핑이 상기 기구의 제2 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 시야가 상기 기구의 작업 공간에서 영상 기구에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 상응하는 방향이 상기 영상 기구의 관찰축으로부터 90도 이내인 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 상응하지 않는 방향이 상기 영상 기구의 관찰축으로부터 90도보다 큰 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기구를 더 포함하고, 상기 기구가 캐뉼라와 상기 캐뉼라의 샤프트에 장착된 조직 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기구를 더 포함하고, 상기 기구가 조직 프로브를 포함하고, 상기 조직 프로브가 영상 장치 또는 수동 기준 마커를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원격조종 시스템이 원격조종 의료 시스템이고, 상기 원격조종 시스템이 기구를 더 포함하고, 상기 기구가 근위 단부, 원위 단부, 상기 근위 단부와 상기 원위 단부의 사이의 잘 구부러지지 않는 만곡된 부분, 그리고 상기 원위 단부에 장착된 조직 프로브를 포함하는 의료 기구이고, 상기 머니퓰레이터가 상기 입력 장치의 운동에 기초하여 상기 제어 시스템에 의해 발생된 액추에이터 신호에 대응하여 상기 기구를 회전 중심에 대하여 이동시키도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 머니퓰레이터가 상기 입력 장치의 운동에 기초하여 상기 제어 시스템에 의해 발생된 액추에이터 신호에 대응하여 상기 기구를 회전 중심에 대하여 이동시키도록 되어 있고, 상기 회전 중심이 상기 기구를 통하여 뻗어 있는 길이방향의 축과 일치하지 않는 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 머니퓰레이터가 상기 입력 장치의 운동에 기초하여 상기 제어 시스템에 의해 발생된 액추에이터 신호에 대응하여 상기 기구를 회전 중심에 대하여 이동시키도록 되어 있고, 상기 기구가 식별 정보를 더 포함하고, 상기 기구가 상기 식별 정보에 기초하여 발생된 상기 액추에이터 신호에 대응하여 상기 회전 중심에 대하여 이동가능한 것을 특징으로 하는 원격조종 시스템.
  11. 원격조종 기구 시스템을 제어하는 방법으로서, 상기 방법은 원격조종 기구 시스템의 제어 시스템에 의해 수행되며, 상기 제어 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 방법이며,
    마스터 작업 공간에서 마스터 컨트롤러의 운동에 기초하여 마스터 컨트롤 신호를 발생시키는 단계;
    기구 작업 공간에서 영상 장치의 시야의 방향을 결정하는 단계;
    상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구에 대한 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응하는지 상기 시야의 방향에 상응하지 않는지를 결정하는 단계;
    상기 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응한다는 결정에 대응하여, 상기 마스터 컨트롤러의 운동을 제1 매핑에 따라 슬레이브 기구의 운동에 매핑시키고 상기 제1 매핑에 기초하여 상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구의 운동에 대한 슬레이브 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계; 그리고
    상기 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응하지 않는다는 결정에 대응하여, 상기 마스터 컨트롤러의 운동을 제2 매핑에 따라 슬레이브 기구의 운동에 매핑시키고 상기 제2 매핑에 기초하여 상기 기구 작업 공간에서 슬레이브 기구의 운동에 대한 슬레이브 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제2 매핑이 상기 슬레이브 기구의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2 매핑이 상기 슬레이브 기구의 제2 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 슬레이브 기구 방향이 상기 영상 장치의 관찰축으로부터 90도보다 큰 경우 상기 슬레이브 기구 방향이 상기 시야의 방향에 상응하지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬레이브 기구로부터 식별 정보를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 슬레이브 기구 컨트롤 신호가 상기 식별 정보에 기초하여 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 마스터 작업 공간의 마스터 입력 장치, 기구 작업 공간의 구동식 기구 엔드 이펙터, 그리고 상기 기구 작업 공간의 구동식 조직 프로브를 포함하는 원격조종 기구 시스템을 제어하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 원격조종 기구 시스템의 제어 시스템에 의해 수행되며, 상기 제어 시스템은 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 방법이며,
    상기 마스터 입력 장치의 운동에 대응하여 일련의 마스터 컨트롤 신호를 발생시키는 단계;
    상기 일련의 마스터 컨트롤 신호에 대응하여, 상기 마스터 입력 장치의 운동을 상기 기구 작업 공간의 상기 구동식 기구 엔드 이펙터의 운동에 매핑시키는 제1 매핑을 발생시키는 단계;
    상기 일련의 마스터 컨트롤 신호에 대응하여, 상기 마스터 입력 장치의 운동을 상기 기구 작업 공간의 상기 구동식 조직 프로브의 운동에 매핑시키는 제2 매핑을 발생시키는 단계;
    상기 마스터 입력 장치가 상기 구동식 기구 엔드 이펙터를 제어할 수 있다는 결정에 대응하여, 상기 제1 매핑을 이용하여 일련의 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계; 그리고
    상기 마스터 입력 장치가 상기 구동식 조직 프로브를 제어할 수 있다는 결정에 대응하여, 상기 제2 매핑을 이용하여 일련의 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하고 있고,
    상기 제2 매핑이 상기 구동식 조직 프로브의 적어도 하나의 운동 방향에 대하여 상기 제1 매핑의 반전을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 일련의 마스터 컨트롤 신호를 발생시키는 단계가,
    상기 마스터 입력 장치의 운동으로부터 복수의 마스터 컨트롤 위치 신호와 복수의 마스터 컨트롤 회전 신호를 발생시키는 단계;
    작용하는 복수의 마스터 컨트롤 회전 신호를 만들어 내기 위해 상기 복수의 마스터 컨트롤 회전 신호 중의 적어도 하나를 작용하지 않게 만드는 단계; 그리고
    상기 복수의 마스터 컨트롤 위치 신호와 상기 작용하는 복수의 마스터 컨트롤 회전 신호에 대응하여, 상기 구동식 조직 프로브의 운동에 대하여 상기 일련의 기구 컨트롤 신호를 발생시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 복수의 마스터 컨트롤 회전 신호의 전부를 작용하지 않게 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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