KR20220143778A - 가요성 인장 부재를 이용한 푸시-풀 수술 기기 엔드 이펙터 작동 - Google Patents

가요성 인장 부재를 이용한 푸시-풀 수술 기기 엔드 이펙터 작동 Download PDF

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Abstract

수술 툴 및 관련 방법은 작동 인장 부재를 통해 작동 로드 어셈블리를 관절운동시킨다. 수술 툴은 엔드 이펙터, 엔드 이펙터를 지지하는 기기 샤프트 어셈블리, 엔드 이펙터와 구동 가능하게 연결되는 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면, 작동 로드 어셈블리에 연결되는 가요성 인장 부재 및 작동부를 포함한다. 작동 로드 어셈블리는 기기 샤프트 어셈블리 내에서 슬라이딩하도록 장착된다. 가요성 인장 부재는 연결부에서 작동 로드 어셈블리에 연결된다. 가요성 인장 부재는 연결부로부터 원취측으로 가이드 표면까지 연장되고, 가이드 표면 둘레에 권취되고, 가이드 표면으로부터 근위측으로 연장되는 제1 부분을 포함한다. 작동부는 가요성 인장 부재와 구동 가능하게 연결되고, 인장 부재를 관절운동시키도록 작동 가능하여, 작동 로드 어셈블리를 관절운동시켜 엔드 이펙터를 작동시킨다.

Description

가요성 인장 부재를 이용한 푸시-풀 수술 기기 엔드 이펙터 작동{PUSH-PULL SURGICAL INSTRUMENT END EFFECTOR ACTUATION USING FLEXIBLE TENSION MEMBER}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 모든 면에서 그 전체 내용이 여기에 참조되는 2016년 9월 9일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/385,642호의 우선권을 주장한다.
발명의 분야
본 발명은 대체로 가요성 인장 부재를 이용한 푸시-풀 수술 기기 엔드 이펙터의 작동에 관한 것이다.
최소 침습 수술 기법은 진단 절차 또는 수술 절차 중에 손상되는 무관 조직의 양을 감소시킴으로써 환자의 회복 시간, 불편함 및 유해한 부작용을 감소시키는 데 목적이 있다. 결과적으로, 표준적 수술에 대한 평균 입원 기간이 최소 침습 수술 기법을 사용하여 크게 단축될 수 있다. 또한, 환자의 회복 시간, 환자의 불편함, 수술 부작용 및 업무 이탈 시간도 최소 침습 수술로 감소될 수 있다.
최소 침습 수술의 하나의 일반적인 형태는 내시경술이며, 내시경술의 하나의 일반적인 형태는 복강 내에서의 최소 침습 검사 및 수술인 복강경술이다. 표준적 복강경 수술에 있어서는, 환자의 복부에 가스가 취입되고, 캐뉼라 슬리브가 복강경술 기기의 엔트리 포트를 제공하기 위해 작은(대략 1/2 인치 이하) 절개부를 통과한다.
복강경 수술 기기는 일반적으로 수술 영역을 보기 위한 내시경(예를 들어, 복강경) 및 수술 부위에서 작업하기 위한 툴을 포함한다. 이 작업 툴은 일반적으로 각각의 작업 툴의 워킹 엔드 또는 엔드 이펙터가 연장 튜브(예컨대, 기기 샤프트 또는 메인 샤프트로도 알려짐)에 의해 핸들로부터 이격되어 있다는 점을 제외하고는 통상적인(개복) 수술에 사용되는 것과 유사하다. 엔드 이펙터는 예를 들어 클램프, 그래스퍼, 시저, 스테이플러, 소작 툴, 리니어 커터 또는 니들 홀더를 포함할 수 있다.
수술 절차를 수행하기 위해, 외과의는 수술 툴을 캐뉼라 슬리브를 통해 수술 부위에 전달하고, 복부 밖에서 조작한다. 외과의는 내시경으로부터 취득되는 수술 부위의 영상을 표시하는 모니터에서 수술 절차를 본다. 유사한 내시경 기법이 예를 들어 관절경술, 후복막강경술, 골반경술, 신장경술, 방광경술, 뇌조경술, 부비강경술, 자궁경술, 요도경술 등에 채용된다.
최소 침습 원격 수술 로봇 시스템이 외과의가 원격 위치(무균 영역 외부)에서 환자를 수술하는 것을 가능하게 해줄뿐만 아니라 내부 수술 부위에 작업할 때의 외과의의 조작성을 증가시키도록 개발되고 있다. 원격 수술 시스템에서, 외과의는 흔히 제어 콘솔에서 수술 부위의 영상을 제공받는다. 적합한 뷰어 또는 디스플레이 상의 수술 부위의 3차원 영상을 보면서, 외과의는 제어 콘솔의 마스터 입력 또는 제어 장치를 조작하는 것에 의해 환자에 대한 수술 절차를 수행한다. 각각의 마스터 입력 장치는 서보 기구적으로(servo-mechanically) 작동되는/관절운동되는 수술 기기의 모션을 제어한다. 수술 절차 중에, 원격 수술 시스템은 외과의를 대신해 마스터 입력 장치의 조작에 응답하여 예를 들어 니들을 홀드하거나 구동시키는 기능, 혈관을 파지하는 기능, 조직을 절개하는 기능 등의 다양한 기능을 수행하는 엔드 이펙터를 갖는 다양한 수술 기기 또는 툴의 기계적 작동 및 제어를 제공할 수 있다.
수술용 클램핑 및 커팅 툴(예컨대, 수술용 스테이플러로도 알려진 비로봇식 선형 클램핑, 스테이플링 및 커팅 장치; 및 전기 수술 혈관 봉합 장치)이 많은 다른 수술 절차에 사용되어 왔다. 예를 들어, 수술용 스테이플러가 위장관에서 암 또는 이상 조직을 절제할 수 있다. 공지된 수술용 스테이플러를 포함하여 다수의 공지된 수술용 클램핑 및 커팅 장치는 클랭핑된 조직을 커팅하기 위해 조직 및 관절형 나이프를 클램핑하는 대향하는 조(opposing jaws)를 갖는다.
수술용 클램핑 및 커팅 툴은 교체 가능한 스테이플러 카트리지(stapler cartridge)가 장착되는 기기 샤프트 지지 단부 이펙터를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터의 조는 스테이플러 카트리지와 조 사이의 조직을 클램핑하도록 관절운동될 수 있다. 그런 다음 스테이플러 카트리지가 관절운동되어 스테이플러 카트리지로부터 스테이플을 배치시켜 스테이플러 카트리지와 조 사이에 클램핑된 조직을 스테이플링할 수 있다. 스테이플러 카트리지는 배치된 스테이플의 열 사이에서 스테이플링된 조직을 커팅할 수 있도록 커팅하도록 관절운동 가능한 나이프를 포함할 수 있다.
조직을 클램핑, 스테이플링 및/또는 커팅하기에 충분한 작동력 레벨은 상당할 수 있다. 또한, 엔드 이펙터를 지지하는 기기 샤프트의 직경을 제한하고, 상기 기기 샤프트를 통해 연장되는 링키지를 통해 엔드 이펙터와 구동 가능하게 연결되는 근위 작동부를 통해 엔드 이펙터를 작동시키는 것이 바람직하다. 또한, 작은 직경의 기기 샤프트를 통해 근위 작동부와 구동 가능하게 연결된 엔드 이펙터까지 연장되는 링키지는 견고하고, 저렴하며, 신뢰성이 있는 것이 바람직하다. 여기에 제시되는 수술 툴 및 관련 방법은 견고하고, 저렴하며, 신뢰할 수 있는 방식으로 비교적 작은 직경의 기기 샤프트를 통해 클램핑, 스테이플링 및 커팅 엔드 이펙터와 같은 엔드 이펙터에 충분한 작동력을 전달하는 데 적합하다.
미국 특허출원 공개 공보 제2010-0249818호
가요성 인장 부재의 근위측 퇴축(proximal retraction)이 기기 샤프트 어셈블리를 통해 기기 샤프트 어셈블리에 의해 지지되는 엔드 이펙터로 원위 방향의 작동력을 전달하는 데 사용되는 수술 툴 및 관련 방법이 제공된다. 가요성 인장 부재는 기기 샤프트 어셈블리 내에 배치된 가이드 표면 둘레에 권취되고, 가요성 인장 부재의 퇴축에 응답하여 엔드 이펙터를 향해 이동되는 작동 로드 어셈블리에 연결된다. 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면, 및 가요성 인장 부재는 기다란 비교적 작은 직경의 기기 샤프트 어셈블리 내에 둘러싸여 클램핑, 스테이플링 및 커팅 엔드 이펙터와 같은 수술 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 원위 방향 작동력을 전달하도록 구성된다.
따라서, 하나의 양태에 있어서, 수술 툴이 제공된다. 이 수술 툴은 작동부, 엔드 이펙터, 상기 작동부를 상기 엔드 이펙터에 연결시키는 기기 샤프트 어셈블리, 상기 엔드 이펙터와 구동 가능하게 연결되는 작동 로드 어셈블리 및 가요성 인장 부재를 포함한다. 기기 샤프트 어셈블리는 기기 샤프트 축을 따라 기다랗고, 내강(lumen)을 한정한다. 기기 샤프트 어셈블리는 내강의 원위 단부를 향해 배치되는 가이드 표면을 포함한다. 작동 로드 어셈블리는 기기 샤프트 축을 따라 기기 샤프트 어셈블리에 대해 병진운동하도록 내강 내에 슬라이딩 가능하게 장착된다. 가요성 인장 부재는 작동부를 작동 로드 어셈블리에 구동 가능하게 연결시킨다. 가요성 인장 부재는 작동부와 가이드 표면 사이에 길이 방향으로 배치되는 연결부에서 작동 로드 어셈블리에 연결된다. 가요성 인장 부재는 연결부로부터, 원위측으로 가이드 표면을 향해 연장되고, 가이드 표면 둘레로 권취되고, 작동부를 향해 근위측으로 연장되는 제1 부분을 포함한다. 작동부는 작동 로드 어셈블리를 원위 방향으로 병진운동시키기 위해 가요성 인장 부재의 제1 부분의 장력을 증가시키도록 작동 가능하다.
다수의 실시예에서, 작동부는 기기 샤프트 어셈블리를 지지하는 근위 섀시에 대해 기기 샤프트 축선 둘레로 기기 샤프트 어셈블리를 회전시키도록 작동 가능하다. 다수의 실시예에서, 작동 로드 어셈블리는 기기 샤프트 어셈블리와 함께 기기 샤프트 축을 중심으로 회전하도록 구속된다. 수술 툴은 기기 샤프트 축을 따라 연장되는 격리 튜브(isolation tube)를 포함할 수 있다. 격리 튜브는 연결부와 작동부 사이에 배치될 수 있다. 가요성 인장 부재의 제1 및 제2 부분은 격리 튜브를 통과할 수 있다. 격리 튜브는 제1 및 제2 부분의 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 둘러싸서 격리 튜브를 에워싸는 내강 영역으로부터 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 격리시킬 수 있다. 따라서, 엔드 이펙터를 작동 및/또는 관절운동시키기 위한 하나 이상의 추가적인 작동 부재가 격리 튜브를 에워싸는 내강 영역을 통해 경로지정(routing)될 수 있고, 이에 따라 기기 샤프트 어셈블리의 회전으로 유발되는 제1 및 제2 부분의 상호 얽힘의 결과로써 손상되는 것이 방지될 수 있다.
가요성 인장 부재는 임의의 적합한 가요성 인장 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가요성 인장 부재는 작동 케이블을 포함할 수 있다. 가요성 인장 부재의 제1 부분은 케이블의 제1 길이 부분을 포함할 수 있고, 가요성 인장 부재의 제2 부분은 케이블의 제2 길이 부분을 포함할 수 있다. 수술 툴은 가이드 표면을 포함하는 풀리를 포함할 수 있다. 작동부는 풀리에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드 어셈블리를 이동시키도록 작동 가능할 수 있다. 작동 로드 어셈블리는 이동의 범위 전체에 걸쳐 풀리를 수용하도록 구성된 슬롯을 포함할 수 있다. 작동 로드 어셈블리는 케이블의 제2 길이 부분이 연장되어 통과하는 케이블 가이드 구멍을 포함할 수 있다.
다수의 실시예에서, 기기 샤프트 어셈블리는 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면 및 가요성 인장 부재의 기기 샤프트 어셈블리의 내강 내로의 설치를 수용하고, 작동 로드 어셈블리, 안내 표면 및 가요성 인장 부재를 에워싸는 내강을 형성하도록 결합 가능한 개별 구성요소(예를 들어, 개별 상반부 및 하반부)를 포함한다. 예를 들어, 기기 샤프트 어셈블리는 제1 구성요소 및 제2 구성요소를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 구성요소는 제1 및 제2 구성요소가 결합해제될 때 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면 및 가요성 인장 부재의 내강 내로의 삽입을 수용하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 구성요소는 결합되어 내강을 형성하도록 구성될 수 있다.
다수의 실시예에서, 작동부는 안내 표면에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드 어셈블리를 이동시키도록 작동 가능하다. 작동 로드 어셈블리는 제1 방향으로 돌출하는 제1 가이드 피처 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 돌출하는 제2 가이드 피처를 포함할 수 있다. 제1 구성요소 및 제2 구성요소는 이동의 범위 전체에 걸쳐 제1 가이드 피처를 수용하도록 치수결정된 제1 슬롯 및 제2 가이드 피처를 수용하도록 치수결정된 제2 슬롯을 형성할 수 있다.
가요성 인장 부재는 케이블 이외의 적합한 가요성 인장 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가요성 인장 부재는 구동 밴드를 포함할 수 있다. 구동 밴드는 연결부와 엔드 이펙터 사이의 작동 로드 어셈블리의 일부분이 연장되는 슬롯을 포함할 수 있다. 수술 툴은 지지부 프레임, 제1 베어링 및 제2 베어링을 포함할 수 있다. 지지부 프레임은 연결부와 엔드 이펙터 사이의 작동 로드 어셈블리의 일부분이 연장되는 구멍을 가질 수 있다. 제1 베어링은 슬롯의 제1 편측에서, 기기 샤프트 축에 수직인 가이드 표면 축 둘레로 회전하고, 구동 밴드와 계면 접촉하도록 지지부 프레임에 장착될 수 있다. 제2 베어링은 슬롯의 제1 편측의 반대편인 슬롯의 제2 편측에서, 가이드 표면 축 둘레로 회전하고, 구동 밴드와 계면 접촉하도록 상기 지지부 프레임에 장착될 수 있다. 작동 로드 어셈블리는 구동 밴드가 연장되어 관통하는 구동 밴드 가이드 구멍을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 수술 툴의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 기기 샤프트 축을 따라 연장된 기기 샤프트 어셈블리를 통해 엔드 이펙터를 지지하는 과정; 기기 샤프트 어셈블리의 내강 내에 작동 로드 어셈블리를 둘러싸 넣는 과정; 기기 샤프트 축을 따라 작동 로드 어셈블리의 이동하는 중에 작동 로드 어셈블리를 가이드하는 과정; 및 엔드 이펙터를 작동시키도록 작동 로드 어셈블리를 엔드 이펙터를 향해 이동시키기 위해, 작동 로드 어셈블리와 구동 가능하게 연결된 가요성 인장 부재의 제1 부분의 장력을 증가시키도록 작동부를 작동시키는 과정을 포함한다. 가요성 인장 부재의 제1 부분은 작동부로부터 원위측으로 가이드 표면까지 연장되고, 가이드 표면 둘레에 권취되고, 가이드 표면으로부터 가요성 인장 부재의 제1 부분과 작동 로드 어셈블리 사이의 연결부까지 연장된다. 다수의 실시예에서, 상기 방법은 작동 로드 어셈블리를 엔드 이펙터로부터 먼 쪽으로 이동시키기 위해, 작동 로드 어셈블리와 구동 가능하게 연결된 가요성 인장 부재의 제2 부분의 장력을 증가시키도록 작동부를 작동시키는 과정을 더 포함한다.
다수의 실시예에서, 상기 방법은 기기 샤프트 어셈블리를 지지하는 근위 섀시에 대해 기기 샤프트 축 둘레로 기기 샤프트 어셈블리를 회전시키도록 상기 작동부를 작동시키는 과정을 포함한다. 상기 방법은 기기 샤프트 축 둘레로 기기 샤프트 어셈블리와 함께 회전하도록 작동 로드 어셈블리를 구속하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 방법은 작동 로드 어셈블리와 작동부 사이에 배치되는 가요성 인장 부재의 제1 부분 및 제2 부분의 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 격리 튜브를 에워싸는 내강의 영역으로부터 격리시키기 위해, 제1 부분 및 제2 부분의 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 격리 튜브 내에 둘러싸 넣는 과정을 포함할 수 있다.
상기 방법의 다수의 실시예에서, 상기 가요성 인장 부재는 케이블을 포함한다. 예를 들어, 가요성 인장 부재의 제1 부분은 케이블의 제1 길이 부분을 포함할 수 있다. 가요성 인장 부재의 제2 부분은 케이블의 제2 길이 부분을 포함할 수 있다. 수술 툴은 가이드 표면을 포함하는 풀리를 포함할 수 있다. 상기 방법은 풀리에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드 어셈블리를 이동시키도록 작동부를 작동시키는 과정; 및 이동의 범위 전체에 걸쳐 작동 로드 어셈블리의 슬롯 내에 풀리를 수용하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 방법은 케이블의 제2 길이 부분이 연장되어 통과하는 작동 로드 어셈블리 내의 케이블 가이드 구멍을 통해 케이블의 제2 길이 부분을 가이드하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 방법의 다수의 실시예에서, 기기 샤프트 어셈블리는 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면 및 가요성 인장 부재의 기기 샤프트 어셈블리의 내강 내로의 설치를 수용하고, 작동 로드 어셈블리, 안내 표면 및 가요성 인장 부재를 에워싸는 내강을 형성하도록 결합 가능한 개별 구성요소(예를 들어, 개별 상반부 및 하반부)를 포함한다. 예를 들어, 상기 방법은 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면 및 가요성 인장 부재를 기기 샤프트 어셈블리의 제1 구성요소 내로 삽입하는 과정; 및 작동 로드 어셈블리, 가이드 표면 및 가요성 인장 부재의 일부분을 기기 샤프트 어셈블리의 내강 내에 둘러싸 넣기 위해, 기기 샤프트 어셈블리의 제2 구성요소를 제1 구성요소에 결합시키는 과정을 포함할 수 있다.
다수의 실시예에서, 상기 방법은 가이드 표면에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드 어셈블리를 이동시키도록 작동부를 작동시키는 과정을 포함한다. 상기 방법은 이동의 범위에 걸쳐 기기 샤프트 어셈블리에 대한 작동 로드 어셈블리의 이동을 가이드하도록, 작동 로드 어셈블리의 돌출하는 가이드 피처를 기기 샤프트 어셈블리와 계면 접촉시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 방법의 다수의 실시예에서, 가요성 인장 부재는 케이블 이외의 적합한 가요성 인장 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가요성 인장 부재는 구동 밴드를 포함할 수 있다. 상기 방법은 구동 밴드 내의 슬롯을 통해 연결부와 엔드 이펙터 사이의 작동 로드 어셈블리의 일분분을 수용하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 방법은 연결부와 엔드 이펙터 사이에 연장되는 작동 로드의 일부분을 지지부 프레임의 구멍 내에 수용하는 과정; 슬롯의 제1 편측에서, 기기 샤프트 축에 수직인 가이드 표면 축 둘레로 회전하고, 구동 밴드와 계면 접촉하도록 지지부 프레임에 장착되는 제1 베어링을 지지하는 과정; 및 슬롯의 제1 편측의 반대편인 슬롯의 제2 편측에서, 가이드 표면 축 둘레로 회전하고, 구동 밴드와 계면 접촉하도록 지지부 프레임에 장착되는 제2 베어링을 지지하는 과정을 포함할 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 베어링 및 제2 베어링이 가이드 표면을 포함한다. 상기 방법은 구동 밴드가 연장되어 관통하는 작동 로드 어셈블리의 구동 밴드 가이드 구멍을 통해 구동 밴드를 가이드하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 특성들 및 장점들의 보다 완전한 이해를 위해, 이어지는 상세한 설명과 첨부도면의 참조가 이루어져야 한다. 본 발명의 다른 양태들, 목적들 및 장점들은 도면 및 이어지는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 다수의 실시예에 따른, 수술을 수행하는데 사용되는 최소 침습 로봇 수술 시스템의 평면도이다.
도 2는 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템을 위한 외과의 제어 콘솔의 사시도이다.
도 3은 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템 전자장치 카트의 사시도이다.
도 4는 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 시스템의 환자측 카트(수술 로봇)의 정면도이다.
도 6은 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 툴을 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다수의 실시예에 따른, 엔드 이펙터 및 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 케이블 구동식 기구를 포함하는 수술 툴을 도시한 간략화된 개략도이다.
도 8은 도 7a 및 도 7b의 수술 툴의 하나의 실시예의 평면도이다.
도 9는 도 8의 수술 툴의 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 케이블 구동식 기구의 구성요소를 도시한 평면도이다.
도 10은 도 8의 수술 툴의 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 케이블 구동식 기구의 구성요소를 보여주는 확대도이다.
도 11 및 도 12는 도 8의 수술 툴의 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위해 케이블 구동식 기구의 케이블을 작동시키도록 작동 가능한 근위 작동 기구의 도면이다.
도 13a 및 도 13b는 다수의 실시예에 따른, 엔드 이펙터 및 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 밴드 구동식 기구를 포함하는 수술 툴을 도시한 간략화된 개략도이다.
도 14는 도 13a 및 도 13b의 수술 툴의 하나의 실시예의 평면도이다.
도 15 및 도 16은 도 14의 수술 툴의 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 밴드 구동식 기구의 밴드 구동식 셔틀을 도시하는 확대도이다.
도 17은 도 14의 수술 툴의 엔드 이펙터에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 밴드 구동식 기구의 구동 밴드 단부 지지부를 도시한 확대도이다.
이하의 설명에서, 본 발명의 여러 가지 실시예들이 설명될 것이다. 설명을 목적으로 하여, 특정 구성들 및 세부사항들이 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 하지만, 본 발명은 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다는 것도 당업자에게 명백할 것이다. 또한, 잘 알려진 피처(feature)들은 설명되는 실시예를 가리지 않기 위해 생략되거나 간략화될 수 있을 것이다.
최소 침습 로봇 수술
여러 도면에 걸쳐 같은 도면 번호가 같은 부분을 나타내는 도면을 참조하면, 도 1은 일반적으로 수술대(14) 위에 누워 있는 환자(12)에 대해 최소 침습 진단 절차 또는 수술 절차를 수행하기 위해 사용되는 최소 침습 로봇 수술(MIRS) 시스템(10)의 평면도이다. 이 시스템은 수술 절차 중에 외과의(18)에 의해 사용되는 외과의 콘솔(16)을 포함할 수 있다. 한 명 이상의 보조원(20)도 수술 절차에 참여할 수 있다. MIRS 시스템(10)은 또한 환자측 카트(수술 로봇)(22) 및 전자장치 카트(24)를 포함할 수 있다. 환자측 카트(22)는, 외과의(18)가 콘솔(16)을 통해 수술 부위를 보고 있는 중에, 환자(12)의 신체 내의 최소 침습 절개부를 통해 적어도 하나의 제거 가능하게 결합된 툴 어셈블리(26)(이하 간단히 "툴(tool)"이라 함)를 조작할 수 있다. 방위결정(orienting)을 위해 환자측 카트(22)에 의해 조작될 수 있는 입체 내시경과 같은 내시경(28)에 의해 수술 부위의 영상이 얻어질 수 있다. 외과의 콘솔(16)을 통해 외과의(18)에게 제공되는 후속적인 화면표시를 위해, 수술 부위의 영상을 처리하는 데 전자장치 카트(24)가 사용될 수 있다. 한번에 사용되는 수술 툴(26)의 개수는 일반적으로 무엇보다 진단 절차 또는 수술 절차 그리고 수술실 내의 공간 제약에 좌우된다. 절차 중에 사용되는 하나 이상의 툴(26)을 교체하는 것이 필요한 경우에는, 보조원(20)이 환자측 카트(22)로부터 툴(26)을 제거하고, 그것을 수술실 내의 트레이(30)로부터 가져온 또 다른 툴(26)로 교체할 수 있다.
도 2는 외과의 콘솔(16)의 사시도이다. 외과의 콘솔(16)은 외과의(18)에게 깊이 지각을 가능하게 해주는 수술 부위의 통합 입체 뷰(coordinated stereo view)를 제공하는 좌안 디스플레이(32) 및 우안 디스플레이(34)를 포함한다. 콘솔(16)은 또한 환자측 카트(22)(도 1에 도시됨)가 하나 이상의 툴을 조작하게 만드는 하나 이상의 입력 제어 장치(36)를 포함한다. 입력 제어 장치(36)는 외과의에게 원격 현장감(telepresence) 또는 외과의가 툴(26)을 직접 제어한다는 강한 느낌을 가지도록 입력 제어 장치(36)가 툴(26)과 일체라는 지각을 제공하기 위해 관련된 툴(26)(도 1 도시)과 동일한 자유도를 제공할 수 있다. 이를 위해, 위치, 힘 및 촉각 피드백 센서들(도시 안됨)이 툴(26)로부터의 위치, 힘 및 촉각 감각을 입력 제어 장치(36)를 통해 다시 외과의의 손으로 전달하기 위해 채용될 수 있다.
외과의 콘솔(16)은 외과의가 절차를 직접 모니터하고, 필요한 경우 몸소 현장에 위치하고, 전화 또는 다른 통신 매체를 통하기보다 직접 보조원에게 이야기할 수 있도록 환자와 같은 공간에 배치된다. 하지만, 외과의는 원격 수술 절차를 허용하는 다른 공간, 완전히 다른 건물 또는 환자로부터의 다른 원격지에 위치될 수도 있다.
도 3은 전자장치 카트(24)의 사시도이다. 전자장치 카트(24)는 내시경(28)과 연결될 수 있고, 외과의 콘솔 위에서의 또는 근처 및/또는 원격지에 배치되는 또 다른 적합한 디스플레이 상에서의 외과의 등에게로의 후속적인 화면표시를 위해 촬영된 영상을 처리하는 프로세서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입체 내시경이 사용되는 경우, 전자장치 카트(24)는 외과의에게 수술 부위의 통합 입체 영상(coordinated stereo image)을 제공하도록 촬영된 영상을 처리할 수 있다. 이러한 입체 영상의 통합(coordination)은 양쪽 영상들 간의 정렬을 포함할 수 있고, 입체 내시경의 입체 작동 거리(stereo working distance)를 조절하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 영상 처리는 광학 수차와 같은 영상 촬영 장치의 촬영 오차를 보정하기 위한 선결정된 카메라 보정 파라미터의 이용을 포함할 수 있다.
도 4는 로봇 수술 시스템(50)(도 1의 MIRS 시스템(10)과 같은)을 개략적으로 도시하고 있다. 전술한 바와 같이, 외과의 콘솔(52)(도 1의 외과의 콘솔(16)과 같은)은 외과의에 의해 최소 침습 수술 절차 중에 환자측 카트(수술 로봇)(54)(도 1의 환자측 카트(22)와 같은)를 제어하도록 사용될 수 있다. 환자측 카트(54)는 수술 부위의 영상을 촬영하고 촬영된 영상을 전자장치 카트(56)(도 1의 전자장치 카트(24)와 같은)로 출력하기 위해 입체 내시경과 같은 촬영 장치를 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전자장치 카트(56)는 임의의 후속적인 화면표시 전에 다양한 방법으로 촬영된 영상을 처리할 수 있다. 예컨대, 전자장치 카트(56)는 결합된 영상을 외과의 콘솔(52)을 통해 외과의에게 화면표시하기 전에 촬영된 영상들을 가상 제어 인터페이스로 중첩시킬 수 있다. 환자측 카트(54)는 촬영된 영상들을 전자장치 카트(56) 외부에서 처리하도록 출력할 수 있다. 예컨대, 환자측 카트(54)는 촬영된 영상들을 처리하기 위해 사용될 수 있는 프로세서(58)로 촬영된 영상들을 출력할 수 있다. 영상들은 또한 촬영된 영상들을 공동적으로, 순차적으로 그리고/또는 공동과 순차의 조합으로 처리하도록 함께 결합될 수 있는 전자장치 카트(56)와 프로세서(58)의 조합에 의해 처리될 수도 있다. 하나 이상의 별개의 디스플레이(60)가 또한 수술 부위의 영상이나 임의의 다른 관련 영상과 같은 영상의 현지 및/또는 원격 디스플레이를 위해 프로세서(58) 및/또는 전자장치 카트(56)와 결합될 수도 있다.
도 5는 환자측 카트(22)를 도시하고 있다. 도시된 환자측 카트(22)는 3개의 수술 툴(26) 및 수술 부위의 영상의 촬영을 위해 사용되는 입체 내시경과 같은 촬영 장치(28)의 조작을 제공한다. 조작은 다수의 로봇 조인트를 갖는 로봇 기구에 의해 제공된다. 촬영 장치(28) 및 수술 툴(26)은 절개부의 크기를 최소화하기 위해 기구학적 운동 원격 중심(kinematic remote center)이 절개부에 유지되도록 환자의 절개부를 통해 위치결정되어 조작될 수 있다. 수술 부위의 영상은 수술 툴(26)의 원위 단부가 촬영 장치(28)의 시계 내에 위치결정될 때는 수술 툴(26)의 원위 단부의 영상을 포함할 수 있다.
도 6은 다수의 실시예에 따른 로봇 수술 툴(100)을 도시한다. 로봇 수술 툴(100)은 수술 툴(26)의 한 예이다. 수술 툴(100)은 엔드 이펙터(102), 기다란 기기 샤프트 어셈블리(104) 및 근위 어셈블리(106)를 포함한다. 엔드 이펙터(102)는 기기 샤프트 어셈블리(104)의 원위 단부에서 기기 샤프트 어셈블리(104)에 의해 지지된다. 근위 어셈블리(106)는 근위 섀시(108) 및 근위 섀시(108)에 의해 지지되는 작동부(110)를 포함한다. 작동부(110)는 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(lumen)을 따라 병진운동하도록 장착되는 작동 로드 어셈블리를 관절운동시키는데 사용되는 작동 케이블을 관절운동시키도록 구성된다. 작동 로드 어셈블리는 엔드 이펙터(102)에 구동 가능하게 연결되어 엔드 이펙터(102)에 푸시/풀 작동력(push/pull actuation force)을 전달하는 작동 로드를 포함한다. 엔드 이펙터 엔드 이펙터(102)에 전달되는 푸시/풀 작동력은 엔드 이펙터(102)의 임의의 적합한 기구, 예를 들어 조직을 클램핑(clamping)하는 조 관절운동 기구(jaw articulation mechanism), 클램핑된 조직에 스테이플(staple)을 배치시키는 스테이플 배치 기구(staple deployment mechanism) 및/또는 엔드 이펙터(102)에 의해 클램핑되고 스테이플링(stapling)된 조직을 커팅하는 커팅 기구를 작동시키는 데 사용될 수 있다.
도 7a 및 도 7B는 수술 툴(100)을 도시하는 간략화된 개략도이다. 수술 툴(100)은 엔드 이펙터(102)에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 케이블 구동식 기구(112)를 포함한다. 케이블 구동식 기구(112)는 작동 로드 어셈블리(114), 풀리 어셈블리(116), 작동 케이블(118) 및 격리 튜브(isolation tube)(140)를 포함한다. 작동 로드 어셈블리(114)는 셔틀(120) 및 셔틀(120)에 고정적으로 부착되는 작동 로드(122)를 포함한다. 기기 샤프트 어셈블리(104)는 기기 샤프트 어셈블리(104)의 근위 단부(126)로부터 기기 샤프트 어셈블리(104)의 원위 단부(128)까지 연장되는 내강(lumen)(124)을 갖는다. 기기 샤프트 어셈블리(104)는 기기 샤프트 축(130)을 따라 연장된다. 셔틀(120)은 내강(124) 내에 배치되고, 기기 샤프트 축(130)에 평행하게 내강(124)을 따라 병진운동하도록 기기 샤프트 어셈블리(104) 내에 장착된다. 풀리 어셈블리(116)는 풀리(132) 및 풀리(132)를 지지하는 풀리 지지부(134)를 포함하고, 기기 샤프트 어셈블리(104)와 결합된다. 작동 케이블(118)은 연결부(136)에서 셔틀(120)에 부착된다. 작동 케이블(118)의 제1 부분은 연결부(136)로부터 원위측으로 풀리(132)까지 연장되고, 풀리(132) 둘레에 권취되고, 풀리(132)로부터 근위측으로 셔틀(120)의 근위 부분을 관통하는 가이드 구멍(138)까지 연장되고, 가이드 구멍(138)으로부터 근위측으로 격리 튜브(140)까지 연장되고, 격리 튜브(140)를 통해 연장되고, 격리 튜브(140)로부터 근위측으로 작동부(110)의 캡스턴(142)까지 연장되고, 캡스턴(142) 둘레에 제1 방향으로 권취된다. 작동 케이블(118)의 제2 부분은 연결부(136)로부터 근위측으로 격리 튜브(140)까지 연장되고, 격리 튜브(140)를 통해 연장되고, 격리 튜브(140)로부터 근위측으로 캡스턴(142)까지 연장되고, 캡스턴(142) 둘레에 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 권취된다.
캡스턴(142)의 제어된 회전이 내강(124)을 따른 셔틀(120)의 병진운동을 제어하는 데 사용된다. 도시된 실시예에서, 캡스턴(142)의 반시계 방향 회전이 작동 케이블(118)의 제1 부분을 캡스턴(142)을 향해 당기고(또한 작동 케이블(118)의 제2 부분의 원위측 전진을 제공하고), 이에 의해 셔틀(120)을 원위측으로 엔드 이펙터(102)를 향해 당긴다. 셔틀(120)을 원위측으로 당김으로써 작동 로드(122)를 엔드 이펙터(102)를 향해 민다. 예를 들어, 캡스턴(142)은 셔틀(120)을 도 7a에 도시된 근위 위치로부터 도 7b에 도시된 원위 위치로 전진시키도록 회전될 수 있고, 이에 의해 작동 로드(122)를 작동 행정(actuation stroke)을 통해 원위측으로 전진시킨다. 유사한 방식으로, 캡스턴(142)은 셔틀(120)을 도 7b에 도시된 원위 위치로부터 도 7a에 도시된 근위 위치로 퇴축(retraction)시키도록 회전될 수 있고, 이에 의해 작동 로드(122)를 작동 행정을 통해 근위측으로 퇴축시킨다. 도 6에 도시된 원위 위치로부터 셔틀(120)을 퇴축시키도록 회전될 수 있다. 도시된 실시예에서, 셔틀(120)은 도 7a에 도시된 근위 위치로부터 도 7b에 도시된 원위 위치에 이르는 셔틀(120)의 모든 위치에 대해 풀리 어셈블리(116)를 수용하도록 구성된 중앙 슬롯을 갖는다.
작동 로드(122)의 관절운동은 엔드 이펙터(102)의 임의의 적합한 기구를 작동시키기 위한 상당한 작동력을 엔드 이펙터(102)에 전달하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7a에 도시된 근위 위치로부터 도 7b에 도시된 원위 위치로의 및/또는 도 7b에 도시된 원위 위치로부터 도 7a의 근위 위치로의 작동 로드(122)의 관절운동은 조(jaw)와 엔드 이펙터(102)에 장착된 교체 가능한 스테이플러 카트리지(stapler cartridge) 사이에 조직을 클램핑하기 위해 엔드 이펙터의 조를 관절운동시키고, 스테이플러 카트리지로부터 스테이플러 카트리지와 조 사이에 클램핑된 조직 내로 스테이플을 배치시키기 위해 스테이플러 카트리지를 관절운동시키고 그리고/또는 스테이플러 카트리지와 조 사이에 클램핑되고 스테이플러 카트리지로부터 클램핑된 조직 내로 배치된 스테이플을 통해 스테이플링된 조직을 커팅하기 위해 커팅 요소를 관절운동시키는 데 사용될 수 있다.
다수의 실시예에서, 기기 샤프트 어셈블리(104)는 근위 섀시(108)에 대한 기기 샤프트 축(130) 둘레의 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제어된 회전을 위해 근위 어셈블리(106)에 장착된다. 다수의 실시예에서, 셔틀(120)은 기기 샤프트 어셈블리(104)와 함께 회전하도록 내강(124) 내에 장착된다. 기기 샤프트 어셈블리(104)의 회전과 동반한 셔틀(120)의 회전의 결과로서, 작동 케이블(118)의 제2 부분의 일부분(연결부(136)로부터 캡스턴(142)까지 근위측으로 연장되는)과 가이드 구멍(138)으로부터 캡스턴(142)까지 근위측으로 연장되는 작동 케이블(118)의 제1 부분의 일부분이 근위 섀시(106)에 대한 기기 샤프트 어셈블리(104)의 회전량에 따라 상호 얽혀질 것이다. 다수의 실시예에서, 격리 튜브(140)는 작동 케이블(118)의 상호 얽힘 부분들의 적어도 일부분의 위치를 둘러싸고 그리고/또는 구속하도록 구성된다. 격리 튜브(140)는 격리 튜브(140)를 에워싸는 내강(124) 내에 배치되는 엔드 이펙터를 위한 하나 이상의 다른 부재를 작동 케이블(118)의 상호 얽힘 부분들로부터 격리시키는 데 사용되어, 작동 케이블(118)의 상호 얽힘이 주변의 하나 이상의 다른 작동 부재와 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
도 8 내지 도 12는 도 7a 및 도 7b의 수술 툴(100)의 하나의 실시예를 도시한다. 도 8은 엔드 이펙터(102), 기기 샤프트 어셈블리(104)의 부분 모습, 근위 어셈블리(106), 풀리 어셈블리(116), 셔틀(120), 작동 로드(122) 및 격리 튜브(140)의 실시예를 도시한다. 도 9는 도 8의 수술 툴(100)의 실시예의 평면도로서, 기기 샤프트 어셈블리(104), 풀리 어셈블리(116), 셔틀(120), 작동 로드(122) 및 격리 튜브(140)의 부분 모습을 도시한다.
도 10은 도 8의 수술 툴(100)의 실시예의 확대도로서, 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)), 풀리 어셈블리(116), 셔틀(120), 작동 로드(122), 작동 케이블(118) 및 격리 튜브(140)를 도시한다. 짝을 이루는 기기 샤프트 어셈블리의 제2 구성요소(104(2))는 도 10에 도시되어 있지 않다. 예시된 실시예에서, 기기 샤프트 어셈블리(104)는 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(124) 내의 작동 로드 어셈블리(114)(셔틀(120) 및 작동 로드(122)를 포함하는), 풀리 어셈블리(116), 격리 튜브(140) 및 작동 케이블(118)의 설치를 가능하게 해주기 위해 기기 샤프트 어셈블리(104)의 도시된 제1 구성요소(104(1)) 및 제2 구성요소(도 10에 도시되지 않음)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 셔틀(120)은 제1 방향으로 돌출하는 제1 가이드 피처(144) 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 돌출하는 제2 가이드 피처(146)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 제2 방향은 제1 방향과 반대 방향이다. 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소는 제1 가이드 피처(144)를 수용하도록 치수결정된 제1 슬롯(148) 및 제2 가이드 피처(146)를 수용하도록 치수결정된 제2 슬롯(150)을 형성하여, 기기 샤프트 어셈블리(104)에 대해 셔틀(120)의 이동의 전체 범위에 걸쳐 기기 샤프트 축(130)을 따라 병진운동하도록 셔틀(120)을 구속한다. 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소는 또한 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(124) 내의 풀리 어셈블리(116)의 설치를 가능하게 해주도록 구성된다. 예를 들어, 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소는 풀리 지지부(134)의 계면 접촉부를 수용하여 계면 접촉하도록 구성되는 오목부를 포함하고, 이에 의해 풀리 지지부(134)를 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(124) 내에 포착 및 구속할 수 있다. 유사한 방식으로, 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소는 또한 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(124) 내의 격리 튜브(140)의 설치를 가능하게 해주도록 구성된다. 예를 들어, 기기 샤프트 어셈블리(104)의 제1 구성요소(104(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소는 격리 튜브(140)의 계면 접촉부를 수용하여 계면 접촉하도록 구성되는 오목부를 포함하고, 이에 의해 격리 튜브(140)를 기기 샤프트 어셈블리(104)의 내강(124) 내에 포착 및 구속할 수 있다.
도 11 및 도 12는 수술 툴(100)의 근위 어셈블리(106)의 도면이다. 작동 케이블(118)은 캡스턴(142) 둘레에 권취된다. 캡스턴(142)은 기기 샤프트 축(130)에 수직인 캡스턴 축(152)을 중심으로 회전하도록 장착된다. 작동 입력부(154)를 통한 캡스턴(142)의 제어된 회전이 작동 로드(122)를 통한 엔드 이펙터(102)로의 작동력의 전달을 제어하도록 작동 케이블(118)의 제1 및 제2 부분의 전진(extension) 및 퇴축(retraction)을 제어한다. 도시된 실시예에서, 캡스턴(142)은 작동 케이블(118)로부터 장력을 조정하고 그리고/또는 느슨함을 제거하도록 작동 가능한 조정 피처(adjustment feature)를 포함한다.
도 13a 및 도 13b는 수술 툴(200)을 도시한 간략화된 개략도이다. 수술 툴(200)는 수술 툴(100)과 유사하지만, 케이블 구동식 기구(112)를 포함하는 대신에 엔드 이펙터(102)에 푸시/풀 작동력을 전달하기 위한 밴드 구동식 기구(212)를 포함한다. 밴드 구동식 기구(212)는 작동 로드 어셈블리(214), 구동 밴드 단부 지지부(216), 구동 밴드(218) 및 격리 튜브(240)를 포함한다. 작동 로드 어셈블리(214)는 셔틀(220) 및 셔틀(220)에 고정적으로 부착되는 작동 로드(222)를 포함한다. 기기 샤프트(204)는 기기 샤프트(204)의 근위 단부(226)로부터 기기 샤프트(204)의 원위 단부(228)까지 연장되는 내강(224)을 갖는다. 기기 샤프트(204)는 기기 샤프트 축(230)을 따라 연장된다. 셔틀(220)은 내강(224) 내에 배치되고, 기기 샤프트 축(230)을 따라 내강(224)을 따라 병진운동하도록 기기 샤프트(204)와 연결된다. 구동 밴드 단부 지지부(216)는 제1 베어링(232a) 및 제2 베어링(232b)을 지지하는 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)을 포함한다. 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)은 내강(224) 내에 배치되어 기기 샤프트(204)에 장착된다. 구동 밴드(218)는 연결부(236)에서 셔틀(220)에 부착된다. 구동 밴드(218)의 제1 부분은 연결부(236)로부터 원위측으로 제1 및 제2 베어링(232a, 232b)까지 연결되고, 제1 및 제2 베어링(232a, 232b) 둘레에 권취되고, 제1 및 제2 베어링(232a, 232b)으로부터 근위측으로 연결부(236) 반대편 셔틀(220) 측에서 셔틀(220)을 관통하는 가이드 구멍까지 연장되고, 가이드 구멍을 통해 연장되고, 가이드 구멍으로부터 근위측으로 격리 튜브(240)까지 연장되고, 격리 튜브(240)를 통해 연장되고, 격리 튜브(240)로부터 근위측으로 작동부(210)의 캡스턴(242)까지 연장되고, 캡스턴(242) 둘레에 제1 방향으로 권취된다. 작동 케이블(218)의 제2 부분은 연결부(236)로부근위측으로 격리 튜브(240)까지 연장되고, 격리 튜브(240)를 통해 연장되고, 격리 튜브(240)로부터 근위측으로 캡스턴(242)까지 근위측으로 연장되고, 캡스턴(242) 둘레에 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 권취된다.
캡스턴(242)의 제어된 회전이 내강(224)을 따른 셔틀(220)의 병진운동을 제어하는 데 사용된다. 도시된 실시예에서, 캡스턴(242)의 제1 방향의 회전이 구동 밴드(218)의 제1 부분을 캡스턴(242)을 향해 당기고(또한 구동 밴드(218)의 제2 부분의 원위측 전진을 제공하고), 이에 의해 셔틀(220)을 원위측으로 엔드 이펙터(102)를 향해 당긴다. 셔틀(220)을 원위측으로 당김으로써 작동 로드(222)를 엔드 이펙터(102)를 향해 민다. 예를 들어, 캡스턴(242)은 셔틀(220)을 도 13a에 도시된 근위 위치로부터 도 13b에 도시된 원위 위치로 전진시키도록 회전될 수 있고, 이에 의해 작동 로드(222)를 작동 행정을 통해 원위측으로 전진시킨다. 유사한 방식으로, 캡스턴(242)은 셔틀(220)을 도 13b에 도시된 원위 위치로부터 도 13a에 도시된 근위 위치로 퇴축시키도록 회전될 수 있고, 이에 의해 작동 로드(222)를 근위측으로 퇴축시킨다.
작동 로드(222)의 관절운동은 엔드 이펙터(102)의 임의의 적합한 기구를 작동시키기 위한 상당한 작동력을 엔드 이펙터(102)에 전달하는데 사용될 수 있다. 예를 들어 도 13a에 도시된 근위 위치로부터 도 13b에 도시된 원위 위치로의 및/또는 도 13b에 도시된 원위 위치로부터 도 13a에 도시된 근위 위치로의 작동 로드(222)의 관절운동은 조와 엔드 이펙터(102)에 장착된 교체 가능한 스테이플러 카트리지 사이에 조직을 클램핑하기 위해 엔드 이펙터의 조를 관절운동시키고, 스테이플러 카트리지로부터 스테이플러 카트리지와 조 사이에 클램핑된 조직 내로 스테이플을 배치시키기 위해 스테이플러 카트리지를 관절운동시키고 그리고/또는 스테이플러 카트리지와 조 사이에 클램핑되고 스테이플러 카트리지로부터 클램핑된 조직 내로 배치된 스테이플을 통해 스테이플링된 조직을 커팅하기 위해 커팅 요소를 관절운동시키는 데 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 기기 샤프트(204)는 근위 섀시(208)에 대한 기기 샤프트 축(230) 둘레의 기기 샤프트(204)의 제어된 회전을 위해 근위 어셈블리(206)에 장착된다. 다수의 실시예에서, 셔틀(220)은 기기 샤프트(204)와 함께 회전하도록 내강(224) 내에 장착된다. 기기 샤프트(204)의 회전과 동반한 셔틀(220)의 회전의 결과로서, 구동 밴드(218)의 제2 부분의 일부분(연결부(236)로부터 캡스턴(242)까지 근위측으로 연장되는)과 셔틀(220)의 가이드 구멍으로부터 캡스턴(242)까지 근위측으로 연장되는 구동 밴드(218)의 제1 부분의 일부분이 근위 섀시(208)에 대한 기기 샤프트(204)의 회전량에 따라 상호 얽혀질 것이다. 다수의 실시예에서, 격리 튜브(240)는 구동 밴드(218)의 상호 얽힘 부분들의 적어도 일부분의 위치를 둘러싸고 그리고/또는 구속하도록 구성된다. 격리 튜브(240)는 격리 튜브(240)를 에워싸는 내강(224) 내에 배치되는 엔드 이펙터(102)를 위한 하나 이상의 다른 작동 부재를 구동 밴드(218)의 상호 얽힘 부분들로부터 격리시키는 데 사용되어, 구동 밴드(218)의 상호 얽힘이 주변의 하나 이상의 다른 작동 부재와 간섭하는 것을 방지할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 도 13a 및 도 13b의 수술 툴(200)의 하나의 실시예를 도시한다. 도 14는 엔드 이펙터(102), 기기 샤프트(204), 근위 어셈블리(206), 구동 밴드 단부 지지부(216), 셔틀(220), 작동 로드(222) 및 격리 튜브(240)의 실시예를 도시한다. 도 15는 셔틀(220), 구동 밴드(218), 작동 로드(222), 기기 샤프트(204)의 제1 구성요소(204(1))(기기 샤프트(204)의 제2 구성요소(204(2))는 도 15에 도시되지 않음) 및 구동 밴드(218)와 셔틀(220) 사이의 연결부(236)를 도시한 확대도이다. 예시된 실시예에서, 연결부(236)는 구동 밴드(218)의 각각의 구멍을 통해 연장되고, 셔틀(220) 내의 각각의 나사 구멍과 상대결합되는 2개의 돌출 헤드 볼트(237)를 포함하고, 이에 의해 구동 밴드(218)의 국소 부분을 셔틀(220)에 고정시킨다.
예시된 실시예에서, 기기 샤프트(204)는 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내의 작동 로드 어셈블리(214)(셔틀(220) 작동 로드(222)를 포함하는), 구동 밴드 단부 지지부(216), 격리 튜브(240) 및 구동 밴드(218)의 설치를 가능하게 해주기 위해 기기 샤프트(204)의 도시된 제1 구성요소(204(1)) 및 제2 구성요소(204(2)(도 15에는 도시되지 않고 도 16에 도시됨)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 셔틀(220)은 제1 방향으로 돌출하는 제1 가이드 피처(244) 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 돌출하는 제2 가이드 피처(246)(도 15에서는 숨겨짐)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 제2 방향은 제1 방향과 반대 방향이다. 기기 샤프트(204)의 제1 구성요소(204(1))는 제2 가이드 피처(246)를 수용하도록 치수결정된 제1 슬롯(248)을 가지고, 제2 구성요소(204)는 제1 가이드 피처(244)를 수용하도록 치수결정된 제2 슬롯(250)을 가져, 기기 샤프트(204)에 대해 셔틀(220)의 이동의 전체 범위에 걸쳐 기기 샤프트 축(230)을 따라 병진운동하도록 셔틀(220)을 구속한다. 기기 샤프트(204)의 제1 구성요소(204(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소(204(2))는 또한 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내의 구동 밴드 단부 지지부(216)의 설치를 가능하게 해주도록 구성된다. 예를 들어, 기기 샤프트(204)의 제1 구성요소(204(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소(204(2))는 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)의 계면 접촉부를 수용하여 계면 접촉하도록 구성되는 오목무를 포함하고, 이에 의해 구동 밴드 단부 지지부(216)를 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내에 포착 및 구속할 수 있다. 유사한 방식으로, 기기 샤프트(204)의 제1 구성요소(204(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소(204(2))는 또한 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내의 격리 튜브(240)의 설치를 가능하게 해주도록 구성된다. 예를 들어, 기기 샤프트(240)의 제1 구성요소(204(1)) 및 짝을 이루는 제2 구성요소(204(2))는 격리 튜브(240)의 계면 접촉부를 수용하여 계면 접촉하도록 구성되는 오목부를 포함하고, 이에 의해 격리 튜브(240)를 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내에 포착 및 구속할 수 있다.
도 16은 구동 밴드(218)가 연장되는 가이드 슬롯을 형성하는 셔틀(220) 및 가이드 핀(238a, 238b)을 도시한 확대도이다. 구동 밴드(218)의 작동을 통한 셔틀(220)의 작동 시에, 구동 밴드(218)는 가이드 핀(238a, 238b)과 셔틀(220) 사이의 가이드 슬롯을 통해 슬라이딩한다. 도 16은 또한 기기 샤프트(204)의 제2 가이드 피처(246) 및 제2 구성요소(204(2))를 도시한다.
도 17은 구동 밴드 단부 지지부(216)를 도시한 확대도이다. 구동 밴드 단부 지지부(216)는 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)과, 기기 샤프트 축(230)과 수직하고 구동 밴드(218)의 양 면과 평행한 구동 밴드 단부 지지부 축(252)을 중심으로 회전하도록 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234) 상에 장착되는 제1 및 제2 베어링(232a, 232b)를 포함한다. 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)은 작동 로드(222)를 수용하도록 치수결정된 구멍(254)을 가지며, 작동 로드(222)가 이 구멍(254)을 통해 연장된다. 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)은 기기 샤프트(204)의 내강(224) 내의 고정된 위치에서 구동 밴드 단부 지지부 프레임(234)을 지지하도록 기기 샤프트(204) 내의 상보적인 형상의 오목부와 상대결합하는 제1 및 제2 단부 저널(256, 258)을 포함한다.
다른 변형예도 본 발명의 기술 사상 내에 속한다. 예를 들어, 5개의 상이한 유형의 스테이플러 카트리지가 여기에 설명되지만, 설명된 5개의 스테이플러 카트리지 유형보다 적거나 많은 수를 포함하여 임의의 적절한 수의 스테이플러 카트리지 유형이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 수정 및 대안적인 구성이 가능하지만, 그 특정 예시의 실시예가 도면에 도시되어 상세히 기술되었다. 하지만, 본 발명을 개시된 특정 형태로 한정하려는 의도는 없으며, 그와 반대로 첨부된 청구범위에서 한정되는 것으로서, 본 발명의 기술 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 대안적인 구성 및 균등예를 커버하는 것으로 의도된다.
본 발명의 설명하는 문맥에서(특히 이하의 청구범위의 문맥에서)에서의 "하나의", "그 하나의" 및 이와 유사한 표현은, 달리 지시되지 않았거나 문장에서 명백하게 부정되지 않았다면, 단일 형태와 복수 형태를 모두 포괄하는 것을 해석되어야 한다. "포함하다", "가지다", "구비하다", "보유하다"의 상당 표현은, 달리 지시되지 않았다면, 개방형의 표현(즉, 구비하되 그것에 한정되지 않는다는 것을 의미)으로 해석되어야 한다. "연결되다"의 상당 표현은, 달리 지적되지 않았다면, 일부 또는 전체가 수용되거나, 부착되거나, 서로 결합되는 것으로 해석되어야 한다. 여기에서의 수치값의 범위의 기술은, 달리 지시되지 않았다면, 단지 그 범위 내에 속하는 각각의 개별의 수치값을 개별적으로 기술하는 것을 대신하는 방법으로 작용하며, 각각의 개별의 수치값은 마치 개별적으로 언급된 것처럼 본 명세서에 포함된다. 여기에 설명되는 모든 방법은, 달리 지시되지 않았거나 문장에서 명백하게 부정되지 않았다면, 임의의 적합한 순서로 실행될 수 있다. 실시예의 사용 또는 여기에 사용된 예시의 표현(예컨대, "와 같은")는 단지 발명을 더 명확하게 설명하기 위한 것으로, 달리 청구되지 않는다면 발명의 범위를 제한하지 않는다. 명세서 내의 어떠한 표현도 본 발명의 실시예 필수적인 것으로 청구되지 않은 요소를 지시하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명자들에게 알려진 본 발명을 실시하기 위한 최적의 모드를 포함하여, 바람직한 실시예를 설명하였다. 그러한 바람직한 실시예의 변경은 이상의 설명으로부터 당업자에게 자명할 수 있다. 본 발명자들은 당업자가 그러한 변경을 적절히 채용할 것으로 기대하며, 본 발명자들은 본 발명이 여기에 특정적으로 설명된 것과 다른 방식으로 실시되는 것을 의도하고 있다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법에 의해 허용되는 것으로서 첨부의 청구범위에 기술된 청구대상의 모든 변경들 및 균등 사항들을 포함한다. 또한, 모든 가능한 변형에 있어 전술한 요소들의 임의의 조합도, 달리 지시되지 않았거나 문장에서 명백하게 부정되지 않았다면, 본 발명에 포함되는 것이다.
본원에 인용되는 간행물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 인용 문헌은 마치 각각의 문헌이 개별적으로 또한 특정적으로 참고 문헌으로 인용되도록 지시되고 그 전체가 여기에 기술된 것 같은 동일한 정도로 본원에 참조된다.

Claims (20)

  1. 수술 툴에 있어서,
    근위 작동 어셈블리;
    엔드 이펙터;
    내강을 한정하는 기기 샤프트를 포함하는 기기 샤프트 어셈블리 및 내강 내로 연장되는 작동 로드를 포함하는 작동 로드 어셈블리로서, 기기 샤프트는 엔드 이펙터를 지지하고, 작동 로드는 엔드 이펙터와 구동 가능하게 연결되는, 기기 샤프트 어셈블리 및 작동 로드 어셈블리; 및
    작동 로드를 근위 작동 어셈블리에 구동 가능하게 연결시키는 가요성 인장 부재로서, 근위 작동 어셈블리는 엔드 이펙터를 작동시키기 위해 엔드 이펙터를 향해 작동 로드를 이동시켜 가요성 인장 부재의 장력을 증가시키도록 작동 가능한, 가요성 인장 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  2. 제 1 항에 있어서,
    근위 작동 어셈블리는 작동 로드를 엔드 이펙터로부터 먼 쪽으로 이동시키기 위해 가요성 인장 부재의 장력을 증가시키도록 작동 가능한 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  3. 제 2 항에 있어서,
    근위 작동 어셈블리는 기기 샤프트를 지지하는 근위 섀시에 대해 기기 샤프트를 회전시키도록 작동 가능하고,
    작동 로드는 기기 샤프트와 함께 회전하도록 구속되고;
    기기 샤프트 어셈블리는 가요성 인장 부재가 연장되어 통과하는 격리 튜브를 포함하고, 격리 튜브는 격리 튜브를 에워싸는 내강 영역으로부터 가요성 인장 부재를 격리시키는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  4. 제 2 항에 있어서, 기기 샤프트 어셈블리는 가요성 인장 부재와 계면 접촉하는 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  5. 제 4 항에 있어서, 작동 로드 어셈블리는 가요성 인장 부재가 연장되어 통과하는 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  6. 제 1 항에 있어서, 기기 샤프트는 작동 로드 어셈블리 및 가요성 인장 부재의 내강 내로의 삽입을 수용하도록 구성 가능한 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  7. 제 6 항에 있어서, 작동 로드 어셈블리는 제1 방향으로 돌출하는 제1 가이드 피처 및 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 돌출하는 제2 가이드 피처를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  8. 제 1 항에 있어서,
    가요성 인장 부재는 구동 밴드를 포함하고;
    구동 밴드는 작동 로드 어셈블리의 일부분이 연장되어 통과하는 슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  9. 제 8 항에 있어서, 기기 샤프트 어셈블리는:
    작동 로드 어셈블리의 일부분이 연장되어 통과하는 구멍을 가지는 지지부 프레임; 및
    지지부 프레임에 장착되고 구동 밴드와 계면 접촉하는 베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  10. 제 8 항에 있어서, 작동 로드 어셈블리는 구동 밴드가 연장되어 통과하는 구동 밴드 가이드 구멍을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 툴.
  11. 수술 툴의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    내강을 한정하는 기기 샤프트를 통해 엔드 이펙터를 지지하는 단계;
    내강 내에서 작동 로드 어셈블리를 지지하는 단계로서, 작동 로드 어셈블리는 엔드 이펙터과 구동 가능하게 연결되는 작동 로드를 포함하는, 지지 단계; 및
    엔드 이펙터를 작동시키기 위해 엔드 이펙터를 향해 작동 로드를 이동시켜 작동 로드와 연결된 가요성 인장 부재의 장력을 증가시키도록 근위 작동 어셈블리를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 작동 로드를 엔드 이펙터로부터 먼 쪽으로 이동시키기 위해 근위 작동 어셈블리를 작동시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    기기 샤프트를 지지하는 근위 섀시에 대해 기기 샤프트 축 둘레로 기기 샤프트를 회전시키도록 근위 작동 어셈블리를 작동시키는 단계;
    기기 샤프트 축 둘레로 기기 샤프트와 함께 회전하도록 작동 로드를 구속하는 단계; 및
    격리 튜브를 에워싸는 내강 영역으로부터 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 격리시키기 위해 작동 로드와 근위 작동 어셈블리 사이에 배치되는 가요성 인장 부재의 상호 얽힘 가능한 길이 부분을 격리 튜브 내에 둘러싸 넣는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 근위 작동 어셈블리는 가요성 인장 부재와 계면 접촉하는 풀리에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드를 이동시키도록 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 가요성 인장 부재가 연장되어 통과하는 작동 로드 어셈블리 내의 가이드 구멍을 통해 가요성 인장 부재를 가이드하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    작동 로드 어셈블리 및 가요성 인장 부재를 기기 샤프트의 제1 부분 내로 삽입하는 단계; 및
    작동 로드 어셈블리 및 가요성 인장 부재의 일부분을 기기 샤프트의 내강 내에 둘러싸 넣기 위해 기기 샤프트의 제2 부분을 기기 샤프트의 제1 부분에 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    가요성 인장 부재와 계면 접촉하는 가이드 표면에 대한 이동의 범위에 걸쳐 작동 로드를 이동시키기 위해 근위 작동 어셈블리를 작동시키는 단계; 및
    이동의 범위에 걸쳐 기기 샤프트에 대한 작동 로드의 이동을 가이드하기 위해 작동 로드의 돌출하는 가이드 피처를 기기 샤프트에 계면 접촉시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서, 가요성 인장 부재는 작동 로드가 연장되어 통과하는 슬롯을 포함하는 구동 밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    기기 샤프트를 통해 지지부 프레임을 지지하는 단계;
    지지부 프레임을 통과하는 구멍 내에 작동 로드의 일부분을 수용하는 단계;
    가이드 표면 축 둘레로 회전하기 위해 지지부 프레임에 장착되는 제1 베어링을 지지하는 단계로서, 구동 밴드는 제1 베어링과 계면 접촉하는, 지지 단계; 및
    가이드 표면 축 둘레로 회전하기 위해 지지부 프레임에 장착되는 제2 베어링을 지지하는 단계로서, 구동 밴드는 제2 베어링과 계면 접촉하는, 지지 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 구동 밴드가 연장되어 통과하는 작동 로드 어셈블리의 구동 밴드 가이드 구멍을 통해 구동 밴드를 가이드하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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