KR102388180B1 - 전동 핸들을 갖는 수술용 스테이플러 - Google Patents

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매튜 엠. 베세라
앤드류 제이. 매카시
스캇 짐머맨
죠슈아 엠. 쇼버
스티븐 이. 데커
케빈 허드슨
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Abstract

수술용 스테이플러를 위한 전동 핸들은 전기 모터를 포함하는 드라이브 시스템을 가질 수 있다. 전동 핸들은 핸들에 연결된 재장전 샤프트에 결합된 조 어셈블리를 관절화하기 위한 수동 관절 메커니즘을 포함할 수 있다. 수동 관절 메커니즘은, 관절 손잡이의 회전에 응답하여 관절 부재를 병진 이동시키는 볼 스크루 메커니즘을 포함할 수 있다. 관절 메커니즘은, 조 어셈블리가 길이 방향 중심 위치로 복귀하는 것을 가능하게 하는 릴리즈 기능을 포함한다. 전동 핸들은 드라이브 시스템에 대한 전원 공급장치로서 역할하는 배터리 팩을 포함한다. 제어 시스템은 사용자 입력들 및 스테이플러의 동작 파라미터들에 기초하여 모터의 작동을 제어할 수 있다. 전동 핸들은 수동 복귀 메커니즘을 포함할 수 있다.

Description

전동 핸들을 갖는 수술용 스테이플러
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 "SURGICAL STAPLER HAVING A POWERED HANDLE"이라는 명칭으로 2016년 04월 12일자로 출원되어 현재 계류중인 미국 가특허 출원 일련번호 제62/321,629호에 대한 이익을 주장한다. 이상에서 언급된 출원은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 출원은 전반적으로 수술용 폐색 기구들에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 전동(powered) 수술용 스테이플러들에 관한 것이다.
수술용 스테이플러들은 조직을 클램핑(clamp)하거나 또는 접근시키기 위하여 그리고 클램핑된 조직을 함께 스테이플하기 위하여 사용된다. 이와 같이, 수술용 스테이플러들은 조직이 적절하게 위치되고 캡처(capture)되는 것을 보장하고 조직을 관통해 스테이플(staple)들을 드라이브(drive)하기 위한 메커니즘들을 갖는다. 결과적으로, 이는, 예를 들어, 클램핑된 조직의 적절한 스테이플링을 제공하기 위한 복잡한 메커니즘들과 함께 복수의 트리거(trigger)들 및 핸들(handle)들을 초래하였다. 이러한 복잡한 메커니즘들을 이용하면, 수술용 스테이플러들은 디바이스 고장 및 사용자에 대한 혼란에 대한 잠재적인 소스들뿐만 아니라 증가된 제조 부담을 가질 수 있다. 따라서, 복잡한 메커니즘들 없이 클램핑된 조직의 신뢰할 수 있는 스테이플링이 희망된다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플링 시스템에 대한 전동 핸들이 본원에서 제공된다. 전동 핸들은 작동 어댑터를 선택적으로 작동시키기 위하여 전원 공급장치에 의해 전력이 공급되는 드라이브(drive) 시스템을 포함할 수 있다. 전동 핸들은 관절(articulation) 어댑터를 선택적으로 작동시키기 위한 수동 관절 메커니즘을 포함할 수 있다. 전동 핸들은 관절 어댑터 및 작동 어댑터를 동시에 재장전(reload) 샤프트 내의 관절 부재 및 드라이브 부재에 결합하기 위한 베이오넷(bayonet) 결합부를 갖는 커플러(coupler)를 더 포함할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플링 시스템의 전동 핸들은 전동 핸들 상의 이동식 트리거 및 발사/복귀 버튼으로부터의 사용자 입력에 응답하여 드라이브 시스템을 작동시키기 위한 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 추가로, 드라이브 시스템 동작 토크, 작동 어댑터의 길이 방향(longitudinal) 위치, 및 조(jaw) 어셈블리 길이 또는 구성의 신원(identification)을 포함하는 다양한 동작 파라미터들에 응답하여 드라이브 시스템의 작동 프로파일을 변화시킬 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플링 시스템의 전동 핸들은 볼 스크루(ball screw) 메커니즘을 포함하는 수동 관절 시스템을 포함한다. 볼 스크루 메커니즘은, 미리 결정된 관절 범위 내에서 스테이플링 시스템의 조 어셈블리의 연속적인 관절화(articulation)를 허용할 수 있다. 볼 스크루 메커니즘은 길이 방향으로 중심 위치(centered position)로 편향될 수 있으며, 릴리즈(release) 메커니즘의 사용을 통해 빠르게 중심에 위치될 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플러에 대한 핸들 어셈블리가 제공된다. 핸들 어셈블리는 핸들 몸체, 전기 모터, 작동 샤프트 및 기계적 복귀 메커니즘을 포함한다. 핸들 몸체는 고정식 핸들 및 핸들 몸체에 피봇이 가능하게 결합된 트리거를 포함한다. 전기 모터는 핸들 몸체 내에 배치된다. 작동 샤프트는 길이 방향 축을 따라 핸들 몸체 내에서 슬라이드할 수 있으며, 길이 방향 축에 대하여 핸들 몸체 내에서 회전할 수 있다. 작동 샤프트는 그 위에 형성된 랙(rack)을 포함한다. 작동 샤프트는, 작동 샤프트를 길이 방향으로 슬라이드시키기 위하여 랙이 전기 모터와 동작이 가능하게 맞물리는 제 1 위치로부터 랙이 전기 모터로부터 분리되고 수동 복귀 메커니즘과 맞물리는 제 2 위치로 회전할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플러에 대한 핸들 어셈블리가 제공된다. 핸들 어셈블리는, 핸들 몸체, 전기 모터, 작동 샤프트, 모터 기어, 보조 기어, 크라운 기어, 전위차계, 및 제어 시스템을 포함한다. 핸들 몸체는 고정식 핸들 및 핸들 몸체에 피봇이 가능하게 결합된 트리거를 포함한다. 전기 모터는 핸들 몸체 내에 배치된다. 모터는 출력 샤프트를 포함한다. 작동 샤프트는 길이 방향 축을 따라 핸들 몸체 내에서 슬라이드할 수 있다. 모터 기어는 모터의 출력 샤프트에 결합된다. 보조 기어는 모터 기어와 드라이브 맞물림(driven engagement)된다. 보조 기어는 랙과 동작이 가능하게 맞물린다. 크라운 기어는 모터 기어와 메시 맞물림(meshed engagement)으로 핸들 내에 장착된다. 전위차계는 크라운 기어에 결합된다. 제어 시스템은 트리거, 전기 모터, 및 전위차계에 전기적으로 결합된다.
특정 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플러에 대한 핸들 어셈블리가 제공된다. 핸들 어셈블리는 핸들 몸체, 전력 시스템, 작동 샤프트 및 관절 메커니즘을 포함한다. 핸들 몸체는 고정식 핸들 및 핸들 몸체에 피봇이 가능하게 결합된 트리거를 포함한다. 전력 시스템은 핸들 몸체 내에 존재한다. 작동 샤프트는 전력 시스템에 동작이 가능하게 결합된다. 작동 샤프트는 길이 방향 축을 따라 핸들 몸체 내에서 슬라이드할 수 있다. 관절 메커니즘은 수동 작동형 관절 손잡이 및 관절 어댑터를 포함한다. 수동 작동형 관절 손잡이는 핸들 몸체의 근위 단부에 위치되며, 길이 방향 축에 대하여 회전할 수 있다. 관절 어댑터는 핸들 몸체의 원위 단부에 위치된다. 관절 어댑터는, 길이 방향 축에 대한 관절 손잡이의 회전이 관절 어댑터를 길이 방향으로 슬라이드시키도록 관절 손잡이에 동작이 가능하게 결합된다.
도 1은 전동 핸들의 일 실시예를 갖는 수술용 스테이플링 시스템의 일 실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1의 수술용 스테이플링 시스템에 대한 전동 핸들의 다른 실시예의 측면도이다.
도 2a는 도 2의 수술용 스테이플링 시스템에 대한 전동 핸들의 분해 사시도이다.
도 3은 그것의 드라이브 시스템을 예시하기 위하여 컴포넌트들이 제거된 상태의 도 2의 전동 핸들의 부분 절개 사시도이다.
도 4는 도 2의 전동 핸들에 대한 드라이브 시스템의 일 실시예의 사시도이다.
도 5는 도 2의 전동 핸들에 대한 드라이브 시스템의 일 실시예의 측면도이다.
도 6은 도 2의 전동 핸들에 대한 전원 공급장치의 일 실시예의 사시도이다.
도 7은, 전원 공급장치가 설치를 위한 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들의 측면도이다.
도 8은 도 2의 전동 핸들에 대한 위치 인덱싱(indexing) 시스템의 일 실시예의 사시도이다.
도 9a는 샤프트의 일 실시예가 제거된 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 사시도이다.
도 9b는 샤프트의 일 실시예가 부분적으로 삽입된 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 사시도이다.
도 9c는 샤프트의 일 실시예가 완전히 삽입된 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 사시도이다.
도 9d는 샤프트의 일 실시예가 유지 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 사시도이다.
도 10a는 샤프트의 일 실시예가 유지 위치에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 절개 측면도이다.
도 10b는 샤프트의 일 실시예가 래치 위치(latched position)에 있는 상태의 도 2의 전동 핸들에 대한 샤프트 커플러의 일 실시예의 절개 측면도이다.
도 11은 도 2의 전동 핸들의 관절 메커니즘의 일 실시예의 절개 측면도이다.
도 12는 관절화 위치(articulated position)의 도 11의 관절 메커니즘의 사시도이다.
도 13a는 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 13b는 릴리즈 버튼이 눌린 상태의 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 13c는 릴리즈 버튼이 눌리고 부분적으로 중심 위치로 복귀된 상태의 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 13d는 릴리즈 버튼이 눌리고 중심 위치로 복귀된 상태의 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 13e는 릴리즈 버튼이 부분적으로 릴리즈된 상태의 중심 위치의 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 13f는 중심 위치의 도 11의 관절 메커니즘의 절개 측면도이다.
도 14는 도 2의 전동 핸들에 대한 수동 복귀 어셈블리의 일 실시예의 사시도이다.
도 15는 분리 메커니즘이 작동된 상태의 도 14의 수동 복귀 어셈블리의 사시도이다.
도 16a는 복귀 메커니즘이 부분적으로 작동된 상태의 도 14의 수동 복귀 어셈블리의 측면도이다.
도 16b는 완전 복귀 스트로크(full return stroke)를 통해 복귀 메커니즘이 작동된 상태의 도 14의 수동 복귀 어셈블리의 측면도이다.
도 17은 도 2의 전동 핸들에 대한 수동 복귀 어셈블리의 일 실시예의 사시도이다.
도 18은 분리 메커니즘이 작동된 상태의 도 17의 수동 복귀 어셈블리의 사시도이다.
도 19a는 복귀 메커니즘이 부분적으로 작동된 상태의 도 17의 수동 복귀 어셈블리의 측면도이다.
도 19b는 완전 복귀 스트로크를 통해 복귀 메커니즘이 작동된 상태의 도 17의 수동 복귀 어셈블리의 측면도이다.
도 20은 도 2의 전동 핸들에 대한 제어 시스템의 일 실시예 대한 정보 및 전력 흐름의 개략도이다.
도 21은 도 2의 전동 핸들의 예시적인 동작 시퀀스에 대한 동작 시퀀스 흐름도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 수술용 스테이플링 시스템의 일 실시예가 예시된다. 수술용 스테이플러(10)의 예시된 실시예는 세장형(elongate) 샤프트(20), 조 어셈블리(30), 및 핸들 어셈블리(40)를 포함한다. 도 1은, 전동 핸들의 일 실시예가 전동 스테이플 발사 및 전동 조 어셈블리 관절을 갖는 상태의 개방 구성의 조 어셈블리(30)를 갖는 수술용 스테이플러(10)를 예시한다. 도 2는 세장형 샤프트가 제거된 상태의 수술용 스테이플러 시스템(10)의 전동 핸들(40)의 다른 실시예를 예시한다. 도 2의 전동 핸들(40)은 전동 스테이플 발사 및 수동 조 어셈블리 관절을 갖는다. 예시된 실시예들에 있어서, 샤프트(20) 및 조 어셈블리(30)는 핸들(40) 상의 회전 손잡이의 회전에 의해서 샤프트(20)에 의해 획정(define)된 길이 방향 축에 대하여 자유롭게 회전될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 스테이플링 시스템은 미리 정의된 범위 또는 회전적으로 고정된 조 어셈블리 내에서 길이 방향 축에 대한 조 어셈블리의 회전을 허용하도록 구성될 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 수술용 스테이플러(10)의 예시된 실시예는 복강경 수술 절차들에서 사용하기 위하여 크기가 결정되고 구성될 수 있다. 예를 들어, 세장형 샤프트(20) 및 조 어셈블리(30)는 액세스 포트 또는 투관침 캐뉼라(trocar cannula)를 통해 수술 필드 내로 도입될 수 있도록 크기가 결정되고 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 세장형 샤프트(20) 및 조 어셈블리(30)는, 상대적으로 작은 작업 채널 직경, 예를 들어, 8 mm 미만의 직경을 갖는 투관침 캐뉼라를 통해 삽입될 수 있도록 크기가 결정되고 구성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 세장형 샤프트(20) 및 조 어셈블리(30)는 더 큰 작업 채널 직경, 예를 들어, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 또는 15 mm와 같은 직경을 갖는 투관침 캐뉼라를 통해 삽입될 수 있도록 크기가 결정되고 구성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 본원에서 설명되는 수술용 스테이플러들의 특정 측면들이 개복 수술 절차들에서의 사용을 위한 수술용 스테이플링 디바이스 내에 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
계속해서 도 1을 참조하면, 예시된 바와 같이, 세장형 샤프트(20)는 전반적으로 튜브형 부재를 포함한다. 세장형 샤프트(20)는 근위 단부로부터 원위 단부로 연장한다. 세장형 샤프트(20)는, 근위 단부(22)와 원위 단부(24) 사이에서 연장하는, 수술용 스테이플러(10)의 중심 길이 방향 축 L을 획정한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 예시된 실시예에 있어서, 조 어셈블리(30)는 세장형 샤프트(20)의 원위 단부에서 세장형 샤프트(20)에 결합된다. 조 어셈블리(30)는 제 1 조(32) 및 제 1 조(32)에 피봇 가능하게 결합된 제 2 조(34)를 포함한다. 예시된 실시예에 있어, 제 1 조가 중심 길이 방향 축 L을 따라 원위로 연장하고 그리고 핸들(40) 내의 관절 메커니즘에 응답하여 세장형 샤프트(20)에 대해 관절화될 수 있도록, 제 1 조(32)가 세장형 샤프트(20)의 원위 단부(24)에 고정된다. 초기 구성에서, 제 1 조(32)는 재장전물(reload)(50) 내부에 배치된 복수의 스테이플들(36)을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 재장전물(50)은, 장전된 스테이플들을 갖는 전체 샤프트 어셈블리(20) 및 조 어셈블리(30)가 단일 재장전 어셈블리를 획정하도록 조 어셈블리(30)와 통합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어, 스테이플들은 초기에 제 2 조(34) 내에 위치될 수도 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 예시된 실시예에 있어서, 조 어셈블리(30)는 세장형 샤프트 내에서 길이 방향으로 슬라이드할 수 있는 드라이브 부재 또는 빔에 의해 개방 구성(도 1)으로부터 폐쇄 구성으로 그리고 스테이플링 구성으로 작동될 수 있다. 초기 위치에서, 빔은 세장형 샤프트(20)의 원위 단부(24)에 위치될 수 있다. 빔이 초기 위치에 있는 상태에서, 제 2 조(34)는 조 어셈블리(30)가 개방 구성이 되도록 제 1 조(32)로부터 멀어지도록 피봇된다. 작동 부재 또는 빔이 길이 방향 축 L을 따라 원위로 이동하면 작동 빔이 제 2 조(34)와 맞물린다. 작동 빔이 초기 위치로부터 원위로 제 1 거리를 병진 이동하는 것이 조 어셈블리를 개방 구성으로부터 폐쇄 구성으로 작동시킬 수 있다. 조 어셈블리(30)가 폐쇄 구성에 있는 상태에서, 작동 빔이 조 어셈블리(30)를 개방 구성으로 복귀시키기 위하여 제 1 거리만큼 근위로 복귀될 수 있다. 작동 빔의 원위 단부가 제 1 조(32)로부터 스테이플들을 전개(deploy)하도록 구성된 스테이플 슬라이더를 전진시킬 수 있으며, 그 결과 제 1 거리를 넘는 원위로의 작동 빔의 추가적인 병진 이동이 제 1 조(32) 내의 재장전물(50)로부터 복수의 스테이플들(36)을 전개한다.
계속해서 도 1을 참조하면, 예시된 실시예에 있어서, 핸들 어셈블리는 세장형 샤트프(20)의 근위 단부에서 세장형 샤트프(20)에 결합된다. 예시된 바와 같이, 핸들 어셈블리(40)는 고정식 핸들(42)을 획정하는 하우징을 갖는 피스톨 그립(pistol grip) 구성 및 고정식 핸들(42)에 피봇 가능하게 결합된 이동가능 핸들(44) 또는 트리거를 갖는다. 다른 실시예들에서, 본원에서 설명되는 측면들을 포함하는 수술용 스테이플러가 다른 구성들, 예를 들어, 가위-그립 구성들, 또는 인-라인(in-line) 구성들과 같은 다른 구성들을 갖는 핸들 어셈블리들을 가질 수 있다는 것이 고려된다. 이하에서 더 상세하게 추가적으로 설명되는 바와 같이, 핸들 어셈블리(40)는 이동가능 핸들(44)의 움직임에 응답하여 작동 샤프트를 선택적으로 전진시키도록 구성된 전동 작동 메커니즘을 하우징한다.
예시된 실시예들에 있어서, 수술용 스테이플러(10)는 일회용 카트리지 재장전물(50) 내에 위치된 복수의 스테이플들(36)을 포함할 수 있으며, 반면 조 어셈블리(30)는 단일 절차에서 복수의 스테이플 카트리지 재장전물들(50)과 함께 재사용되도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어, 세장형 샤프트(20) 및 조 어셈블리(30)가 착탈가능하게 핸들 어셈블리(40)에 결합될 수 있는 일회용 재장전 샤프트를 규정한다. 따라서, 예시된 실시예에 있어, 핸들 어셈블리(40)는 그 원위 단부에 커플러(46)를 포함한다. 커플러(46)는 수술용 스테이플러(10)의 세장형 샤프트(20)와 맞물리도록 적응된다. 커플러(46)는, 핸들 어셈블리(42)를 세장형 샤프트(20)에 착탈가능하게 결합할 수 있는 외부 커넥터 및 핸들 어셈블리(42)의 작동 샤프트를 세장형 샤프트(20)의 드라이브 부재에 착탈가능하게 결합할 수 있는 내부 커넥터를 갖는 베이오넷 연결부(bayonet connection)를 가질 수 있다. 따라서, 수술용 스테이플러(10)는, 핸들 어셈블리(40)가 수술 절차 동안 다수의 재장전 샤프트들(20)과 함께 재사용될 수 있도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어, 핸들 어셈블리 및 세장형 샤프트의 어떤 부분이 재사용이 가능할 수 있으며, 반면 조 어셈블리 내의 세장형 샤프트의 나머지가 일회용 카트리지를 규정하는 것으로 고려된다. 특정한 다른 실시예들에 있어, 핸들 어셈블리 및 세장형 샤프트가 재사용이 가능할 수 있으며, 반면 조 어셈블리가 일회용 카트리지를 규정한다. 또 다른 실시예들에 있어, 복수의 스테이플들을 하우징하는 조 삽입부(jaw insert)가 일회용 카트리지를 규정할 수 있으며, 반면 수술용 스테이플러의 나머지 부분이 재사용가능하다.
도 2을 참조하면, 수술용 스테이플링 시스템에 대한 전동 핸들의 일 실시예가 예시된다. 전동 핸들은, 샤프트 구성, 조 어셈블리 구성, 및 스테이플 구성이 특정 절차를 위하여 선택될 수 있도록 다양한 샤프트 재장전물들 및 카트리지들과 함께 사용될 수 있다. 핸들의 예시된 실시예는 전동(모터-구동형) 클램핑 및 조들의 개방과 스테이플 라인의 발사를 제공한다. 조 어셈블리의 관절은 수술자가 회전시키는 관절 손잡이에 의해 수동으로 제어될 수 있다. 모터는, 상이한 사용 단계 동안 핸들의 기능을 지시하는 내장형 제어 시스템에 의해 제어된다.
계속해서 도 2를 참조하면, 전동 핸들(40)은 고정식 핸들(42) 및 거기에 피봇이 가능하게 결합된 이동식 핸들(44) 또는 트리거를 갖는 피스톨-그립 구성을 포함한다. 전원 공급장치(130) 또는 배터리는 고정식 핸들의 하부 표면 상에 위치될 수 있다. 전동 핸들(40)은 사용자가 스테이플링 시퀀스를 선택적으로 제어하는 것을 가능하게 하기 위한 발사 또는 발사/역전 버튼(150)과 같은 사용자 제어부를 더 포함할 수 있다. 전동 핸들(40)은, 전동 시스템 고장, 제어 시스템 고장, 전원 공급장치 고장, 또는 "조잠김(lockjaw)" 또는 다른 기계적인 묶임(binding)의 경우에 사용자가 수동으로 스테이플링 시스템을 개방 구성으로 복귀시키는 것을 가능하게 하기 위한 여분의 수동 복귀 시스템(170)을 더 포함할 수 있다. 전동 핸들은 회전가능 관절 손잡이(190)를 포함하는 수동 관절 메커니즘을 더 포함할 수 있다. 예시된 실시예에 있어서, 관절 손잡이(190)는 전동 핸들의 근위 단부 상에 위치되며, 전반적으로 스테이플링 시스템의 길이 방향 축에 대응하는 축에 대하여 회전할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 도 2의 전동 핸들이 분해 조립도로 예시된다. 본원에서 추가로 논의되는 전동 핸들의 예시된 실시예의 다양한 엘리먼트들이 분해 조립도에서 식별된다.
도 3을 참조하면, 샤프트(20)가 핸들의 커플러(46) 내에 위치된 상태의 전동 핸들의 부분 절개도가 예시된다. 예시된 절개도에서, 전동 핸들의 몇몇 컴포넌트들은 전동 핸들의 드라이브 시스템을 명확하게 도시하기 위하여 제거되었다. 예시된 실시예에 있어서, 드라이브 시스템은 고정식 핸들(42) 내에 위치된 모터(112), 모터(112)의 출력 샤프트 상에 위치된 모터 기어(114), 및 모터 기어(114)와 드라이브 맞물림되는 보조 기어(116)를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(112)는 브러시형(brushed) DC 기어모터이다. 유익하게는, 보조 기어(116)를 통해 전력을 전달하는 것은 핸들 밸런스 및 사용자 인체공학을 향상시키기 위하여 모터(112)가 고정식 핸들 내에서 측방으로 중심에 위치되는 것을 가능하게 할 수 있다. 추가로, 일부 실시예들에 있어서, 모터 기어(114) 및 보조 기어(116)는 랙(122)에서 희망되는 동작 토크를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 모터(112)는 희망되는 동작 토크를 제공하기 위하여 보조 기어(116)에 결합된 모터 기어(114)와 모터(112) 사이에 동작이 가능하게 결합되는 다중기어 트랜스미션(multigear transmission)을 포함할 수 있다. 모터(112)는 제어 시스템을 통해 전원 공급장치(130)에 전기적으로 결합될 수 있다. 핸들 내의 제어 시스템은 작동 샤프트(120)의 위치 및 그에 따른 조 어셈블리의 작동을 측정하기 위하여 드라이브 시스템과 인터페이스한다.
드라이브 시스템은, 핸들 내의 마이크로프로세서를 포함하는 제어 시스템에 정보를 제공하는 하드웨어에 탑재된다. 이러한 내장형 시스템은 모터의 속도 및 토크를 제어할 수 있다. 이는 또한 사용자 입력들(트리거의 움직임 및 발사/역전 버튼의 눌림)에 기초하여 디바이스의 기능 및 드라이브 시스템의 위치를 제어할 수 있다. 제어 시스템은 또한 스테이플들을 계속해서 발사하기에 부하들이 너무 큰지 여부 또는 재장전물 카트리지 락아웃(lockout)이 활성화되었는지 여부를 결정하기 위하여 모터로부터의 피드백을 측정할 수 있다. 이는 또한 배터리 수명을 측정할 수 있으며, 디바이스의 발사 횟수를 제한할 수 있다.
도 20을 참조하면, 전동 핸들에 대한 예시적인 제어 시스템에 대한 데이터 및 전력 흐름을 나타내는 개략적인 흐름도가 예시된다. 예시된 흐름도에 있어서, 제어 시스템은 예시된 마이크로제어기를 포함한다. 다양한 실시예들에 있어서, 마이크로제어기는 애플리케이션 특정 집적 회로 또는 범용 마이크로프로세서 구동 애플리케이션 특정 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 마이크로제어기는 전원 공급장치 내의 배터리들로부터 배터리 상태에 관한 데이터 및 전력을 수신한다. 마이크로제어기는, 모터 드라이버 및 전류 모니터, 작동 랙 위치 센싱 메커니즘, 및 샤프트 연결 및 유형 모니터와 같은 스테이플러의 다양한 기계적인 하드웨어로부터 데이터를 더 수신한다. 마이크로제어기는 트리거 위치 센서, 푸시버튼 스위치들, 및 블루투스 통신 트랜시버를 통해 사용자로부터 데이터를 더 수신한다. 제어 시스템은 모터 드라이버를 통해 전동 핸들의 드라이브 시스템을 작동시키기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 제어 시스템은 또한 전원 공급장치 상의 메모리 모듈로 특정 동작 파라미터 정보를 출력할 수 있으며, 블루투스 통신 트랜시버 및 핸들 상의 LED 조명들을 통해 사용자가 볼 수 있게 하기 위한 특정 데이터를 출력할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 또한 전동 핸들의 동작 파라미터들을 추가로 정의하도록 구성된다. 예를 들어, 전원 공급장치 상의 또는 제어 시스템 자체 상의 메모리 모듈을 질의함으로써, 제어 시스템은 전동 핸들이 단일 절차보다 더 많은 절차에 대하여 사용되었는지 여부를 검출할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 스테이플링 시스템은 단일 절차에서의 사용을 위하여 설계되며, 재살균(resterilization)을 위하여 설계되지 않는다. 추가적으로, 제어 시스템은 또한 추가적인 발사를 완료하기 위한 충분한 배터리 전력이 남아 있는지 여부를 평가하기 위하여 스테이플의 횟수를 검출하기 위해 전원 공급장치 또는 제어 시스템 상의 메모리 모듈들을 질의할 수 있다.
특정 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 스테이플 발사를 방해할 수 있는 조직 특성을 검출하도록 구성된다. 일부 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 드라이브 시스템 내의 모터의 위치, 속도, 및 공급되는 토크를 모니터링할 수 있다. 제어 시스템은, 조 어셈블리를 폐쇄하기 위하여 과도한 토크가 요구되는지 여부, 조 어셈블리를 폐쇄하기 위하여 초과 시간이 요구되는지 여부, 또는 조들이 저속으로 폐쇄되고 있는지 여부를 검출할 수 있다. 이러한 상태들은, 조 어셈블리 내의 조직이 스테이플러가 효력이 있기에는 너무 두껍거나 또는 너무 조밀하다는 것을 나타낼 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 시간에 대한 작동 샤프트의 위치를 모니터링하고, 두께 및 밀도와 같은 조직 특성을 평가하기 위하여 기준선 '0 부하(zero load)' 시간 기준 위치 및 시간에 대하여 이러한 모니터링된 위치 및 시간을 평가할 수 있다. 드라이브 시스템이 미리 결정된 동작 파라미터들을 초과하는 경우에, 제어 시스템은 오류 상태를 표시하고 발사 동작을 중단할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제어 시스템은 사용자에게 블루투스 연결을 통해 정보를 제공할 수 있다. 전동 핸들은, 배터리 상태, 남아 있는 발사 횟수, 및 추정된 조직 두께와 같은 동작 파라미터들에 관한 데이터가 블루투스-연결형 디스플레이 상에 유비쿼터스적으로 디스플레이되는 것을 가능하게 하기 위한 저-전력 블루투스 트랜시버를 포함할 수 있다.
도 21을 참조하면, 제어 시스템의 예시적인 발사 시퀀스에 대한 개략적인 동작 흐름도가 예시된다. 예시된 바와 같이, 제어 시스템은 조 어셈블리를 완전히 개방된 상태로부터 완전히 폐쇄된 상태로 그리고 발사 시퀀스로 전진시키기 위하여 그리고 그런 다음 완전히 개방된 상태로 되돌리기 위하여 트리거 및 발사 버튼으로부터의 사용자 입력들뿐만 아니라 다양한 센서들 및 모니터들로부터의 하드웨어 입력들을 통합한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 전동 동작 동안, 보조 기어(116)는 핸들 몸체 내에서 길이 방향으로 연장하는 작동 샤프트(120) 상의 랙(122)과 메시 맞물림된다. 예시된 실시예에 있어서, 보조 기어는, 이를 통해 작동 샤프트(120)가 슬라이드하는 가이드 부재 내에 지지된다. 가이드 부재는 보조 기어와 랙(122) 사이의 메시 접촉을 유지하는데 도움을 준다. 작동 샤프트(120)의 원위 단부는, 전동 핸들의 원위 단부에서 커플러(46) 내로 길이 방향으로 연장하는 작동 어댑터(124)에 자유롭게 회전하도록 결합된다.
샤프트(20)가 전동 핸들(40)의 커플러(46)에 결합되면, 작동 어댑터(124)는 베이오넷 연결을 통해 샤프트(20) 내의 드라이브 부재에 연결된다. 따라서, 샤프트(20)가 핸들(40)에 부착될 때, 모터(112) 및 랙(122)은 조 어셈블리에 결합된 드라이브 부재(22)를 드라이브할 것이다. 따라서, 핸들 내의 드라이브 시스템은 "랙과 피니언(rack and pinion)" 설계를 포함한다. 사용자의 입력에 응답하는 모터(112)의 동작은 스테이플러를 폐쇄, 발사, 또는 개방 동작들로 선택적으로 작동시키기 위하여 작동 샤프트(120)를 길이 방향으로 전방으로 및 후방으로 드라이브할 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전동 핸들(40)에 대한 전원 공급장치(130)의 일 실시예가 예시된다. 전원 공급장치(130)는 전동 핸들 모터 및 제어 시스템에 직류를 전달하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에 있어, 스테이플러는 12V에서 동작할 수 있다. 예시된 전원 공급장치는 12V 전원 공급을 생성하기 위하여 직렬로 연결된 4개의 3V 리튬-이온 배터리들(132)을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 배터리들(132)은 배터리 팩을 형성하기 위하여 플라스틱 하우징(134) 내에 4 x 1 구성으로 쌓인다. 다른 실시예들에 있어서, 개별적인 배터리 셀들의 다른 수들 및 구성들이 배터리 팩을 형성하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에 있어서, 배터리 팩은 AA, AAA, 또는 다른 표준 또는 특정 목적을 위해 만들어진 단일 사용 또는 충전가능 화학 배터리로 구성될 수 있다. 전동 핸들(40)의 예시된 실시예에 있어서, 배터리 팩은 고정식 핸들의 하단에 위치된다. 바람직하게는, 이러한 위치결정은 평평한 표면 상에 핸들(40)을 고정하기 위한 안정적인 표면을 제공한다. 다른 실시예들에 있어서, 전원 공급장치는 핸들 내의 임의의 장소, 예컨대 핸들의 근위 단부에 위치될 수 있다는 것이 고려된다(예를 들어, 도 1의 실시예를 참조하라).
계속해서 도 6 및 도 7을 참조하면, 일부 실시예들에 있어서, 전원 공급장치(130)는 핸들(40)과 함께 패키징될 수 있지만 사용 전에는 설치되지 않을 것이다. 사용 시점에, 사용자는 배터리 팩을 핸들(40)의 하단에 위치된 배터리 공동(136) 내로 배터리 팩을 삽입함으로써 배터리 팩을 설치할 수 있다. 유익하게는, 설치되지 않은 배터리 팩을 운송하는 것이 사용 이전에 우연한 배터리 방전의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 착탈가능 배터리 팩은, 새로운 배터리 기술품을 입수할 수 있게 되었을 때 스테이플러 시스템이 새로운 배터리로 용이하게 업그레이드되는 것을 가능하게 할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 전원 공급장치는, 배터리 팩의 전기적 연결을 차단하는 제거가능 스트립을 가진 상태로 핸들 내에 설치된 채로 패키징될 수 있다. 또 다른 실시예들에 있어서, 핸들에는 벽 소켓, USB 커넥터, 또는 다른 표준 전기 연결과 같은 AC 또는 DC 전원 내로 플러그되도록 구성된 전원 케이블이 구비될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전원은, 스테이플러의 사용의 디지털 기록을 저장할 수 있는 비-휘발성 메모리와 같은 메모리 모듈을 더 포함한다. 예를 들어, 메모리 모듈은, 발사 동안의 배터리 전압 및 모터 전류의 주기적인 샘플링, 소프트웨어 상태 머신의 상태들의 시퀀스, 발생했을 수 있는 예상되지 않은 임의의 이벤트들, 사용된 샤프트 유형들, 발사들의 횟수, 발사들 사이의 간격들, 및 스테이플러 핸들의 모델 및 일련 번호를 포함하는 스테이플러의 각각의 발사의 세부사항들을 기록하도록 구성될 수 있다. 메모리 모듈은 또한 사용자들이 배터리 팩을 재사용할 수 없도록 배터리 팩 자체가 사용되었는지 여부를 기록할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 전동 핸들(40) 및 연관된 전원 공급장치(130)는 단일 절차에서 사용되고 절차 이후에 폐기되도록 구성될 수 있다. 전원 공급장치(130)는 재사용에 대한 기회를 감소시키기 위한 전력 드레인(power drain)을 포함할 수 있다. 수술 절차에서의 사용 다음에, 사용자는 핸들(40)로부터 배터리 팩을 제거할 수 있다. 핸들(40)로부터 배터리 팩을 제거하는 것은 배터리들을 고갈시키는 것을 개시할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩이 한번 사용된 이후에, 단자들을 낮은 값의 저항기들 또는 전기적 특징부에 연결함으로써 배터리를 단락시킬 수 있는 기계적인 특징부가 회로와 동일한 임무를 달성할 수 있다. 추가적으로, 수술 절차가 완료된 이후에 배터리 팩이 핸들(40) 내에 남겨진 경우, 일부 실시예들에 있어서, 핸들의 제어 시스템은 최소 시간 제한 이후에 기능을 불능화하고 배터리 팩을 고갈시키도록 프로그래밍된다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 전동 핸들 내에서 사용하기 위한 위치 센서 메커니즘의 일 실시예가 예시된다. 동작 시에, 모터 기어(114)의 회전은 핸들(40) 내에 장착된 크라운 기어(142)를 대응적으로 회전시킨다. 크라운 기어(142)는, 모터 기어(114)의 위치 및 그에 따란 작동 랙의 실제 위치가 전위차계에서의 저항의 변화들을 측정하는 것에 기초하여 결정될 수 있도록 전위차계에 결합된다. 일부 실시예들에 있어서, 전위차계는, 그 위에 제어 시스템에 위치될 수 있는 회로 보드(144) 상에 장착될 수 있다. 예시된 실시예가 전위차계-기반 위치 센서 메커니즘을 포함하지만, 다른 실시예들에 있어서, 예를 들어, 홀 효과 센서들을 갖는 자기 인코더의 사용, 작동 샤프트가 미리 결정된 거리를 이동했을 때 활성화되는 제한 스위치들의 사용, 작동 샤프트를 따른 패턴의 이동을 측정하기 위한 포토다이오드들과 같은 광학적 시스템들의 사용, 또는 다른 위치 센싱 시스템들을 포함하는 다른 위치 센싱 메커니즘들이 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 9a 내지 도 9d를 참조하면, 스테이플러 샤프트(20)와 핸들의 커플러(46)의 맞물림의 동작 시퀀스가 예시된다. 예시된 실시예에 있어서, 재장전 샤프트(20) 대 핸들(40) 연결은 베이오넷 스타일의 연결을 포함하며, 여기에서 사용자는 재장전 샤프트(20)를 핸들(40)과 축 방향으로 정렬하고 재장전 샤프트를 핸들 내로 삽입하며, 연결하기 위하여 재장전 샤프트(20)를 약 90 도 회전시킨다. 이러한 베이오넷 연결은 재장전 샤프트(20)의 2개의 기계적인 기능들을 핸들(40)의 대응하는 작동기들에 동작이 가능하게 결합한다. 베이오넷 연결이 완전히 결합될 때, 샤프트(20) 내의 관절 부재는 핸들의 관절 어댑터에 결합되며, 샤프트(20) 내의 드라이브 부재는 작동 어댑터에 결합된다. 추가로, 핸들(40) 및 샤프트(20)는, 일단 작동 어댑터 및 드라이브 부재가 작동되면 사용자가 샤프트(20)를 제거하는 것을 방지하기 위하여 커플러(46)에서 래치(latch) 메커니즘을 가지고 구성될 수 있다. 또한, 커플러(46)에서의 연결은, 핸들의 제어 시스템이 재장전 샤프트가 연결되었는지 여부 및 연결된 경우 재장전의 부착된 조 길이가 무엇인지를 검출할 수 있도록 재장전 식별 메커니즘을 포함할 수 있다. 전동 핸들이 상이한 길이의 조 어셈블리들을 포함하는 재장전 샤프트들(20)과 함께 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 동일한 핸들(40)이 45 mm 또는 60mm 길이의 조 어셈블리들 중 하나와 함께 사용될 수 있다. 따라서, 조 어셈블리 길이가 전동 핸들의 제어 시스템에 의해 식별되는 경우, 제어 시스템은 조 어셈블리의 식별된 길이에 대응하는 스테이플러의 발사 스트로크에 대한 모터 작동 프로파일을 지시할 수 있다.
도 9a에서, 샤프트(20)는 핸들 상의 커플러(46)와 정렬되어 위치되며, 커플러(46)의 릴리즈 손잡이가 커플러(46)의 회전 삽입부 상의 커플러(46)의 베이오넷 채널(152)을 노출시키기 위하여 인출된다. 샤프트(20)는 베이오넷 채널(152) 내에 위치될 수 있는 유지 포스트(22) 또는 보스(boss)를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에 있어서, 샤프트는 그것의 외부 표면 상에 180 도 이격되어 위치된 2개의 보스들을 포함하며, 커플러(46)는 대응하는 2개의 베이오넷 채널들(152)을 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 보스들 및 베이오넷 채널들의 다른 수들 및 구성들이 희망되는 연결 강도 및 정렬의 용이성을 제공하기 위하여 사용될 수 있다는 것이 고려된다.
도 9b를 참조하면, 샤프트의 유지 포스트(22)는 베이오넷 채널(152) 내에 위치된다. 도 9c를 참조하면, 재장전 샤프트(20)는, 샤프트의 유지 포스트(22)가 베이오넷 채널(152)의 연결된 단부에 도달할 수 있도록 핸들에 대하여 90 도 회전되었다. 도 9d를 참조하면, 커플러의 릴리즈 손잡이는 릴리즈 손잡이 상의 유지 리세스(154)가 재장전 샤프트(20)의 유지 포스트(22)를 유지하는 것을 가능하게 하도록 릴리즈된다.
도 10a 내지 도 10b를 참조하면, 재장전 샤프트(20)가 설치된 상태의 커플러(46)의 절개 측면도가 예시된다. 샤프트의 유지 포스트(22)는 베이오넷 채널의 유지 리세스 내에 위치된다. 작동 어댑터(124)는 샤프트(20) 내에서 길이 방향으로 연장하는 드라이브 부재(26)와 결합된다. 도 10b는 작동 어댑터(124)의 초기 원위 전진 시에 동작하는 락-인(lock-in) 또는 유지 메커니즘을 예시한다. 예시된 바와 같이, 잠금 부재(24)는 샤프트(20)의 근위 단부에 피봇이 가능하게 결합된다.
계속해서 도 10b를 참조하면, 잠금 부재(24)는 그것의 근위 에지에서 램프형(ramped) 또는 테이퍼진(tapered) 잠금 표면을 포함할 수 있다. 도 10a에 예시된 바와 같이, 샤프트(20)는 커플러(46)에 결합되지만 이에 대하여 잠금 해제 구성인 상태이다. 결합된 잠금 해제 구성에서, 샤프트(20)는 도 9a 내지 도 9d의 동작들의 시퀀스의 역전에 의해 베이오넷 연결을 통해 커플러(46)로부터 제거될 수 있다. 일단 작동 어댑터(124)가 스테이플러를 동작시키기 위하여 전진하면, 작동 어댑터(124)는 잠금 부재를 잠긴 위치로 방사상으로 바깥쪽으로 전진시키기 위하여 잠금 부재(24)의 램프형 표면과 상호작용한다. 잠긴 위치(도 10b)에서, 잠금 부재(24)는 샤프트 내에 잠그기 위하여 커플서(46) 상의 잠금 렛지(ledge)와 맞물린다. 샤프트(20)가 핸들(40)에 대하여 잠기면, 샤프트(20)는, 작동 어댑터(124)가 완전히 근위로 견인된 위치(전형적으로 조 어셈블리의 완전 폐쇄 및 스테이플링 사이클 다음의 조들의 개방 구성으로 복귀하는 것에 대응함)로 복귀할 때까지 핸들(40)로부터 제거될 수 없다.
따라서, '락 인' 특징부는, 일단 드라이브 부재(26)가 전방으로 드라이브되었으면 사용자가 핸들로부터 샤프트를 제거하는 것을 방지한다. 일단 잠금 부재(24)가 커플러(46)의 회전 삽입부의 슬롯 또는 렛지 내에 위치되면, 커플러(46)의 릴리즈 손잡이는 뒤로 당겨질 수 없다. 일단 스테이플러의 작동이 시작되었으면, 커플러에 대한 이러한 잠금 액션은 사용자가 커플러(46)의 베이오넷 연결에 의해 샤프트(20)를 회전시키는 것을 방지한다.
도 11, 도 12 및 도 13a 내지 도 13f를 참조하면, 전동 핸들(40)에 대한 관절 메커니즘의 일 실시예가 예시된다. 예시된 실시예에 있어서, 핸들은 길이 방향 중심 위치에 대하여 어느 하나의 방향으로 완전히 관절화된 위치에서 최대 45°까지 샤프트의 원위 단부에서 조 어셈블리를 관절화할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 전동 핸들은, 핸들의 근위 단부에서의 수동 작동형 관절 손잡이(190)에 결합된 일련의 컴포넌트들을 포함하는 수동 관절 메커니즘을 사용한다. 다른 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘의 수동 작동형 관절 손잡이 및 특정한 연관된 엘리먼트들은 핸들의 다른 장소들에, 예컨대 핸들의 원위 단부에 인접하게 위치될 수 있다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 관절 메커니즘은, 재장전 샤프트가 핸들에 결합될 때 재장전 샤프트 내에서 길이 방향으로 연장하는 관절 부재(206)에 결합된다. 관절 메커니즘의 작동은 샤프트의 원위 단부에서 조 어셈블리를 관절화하기 위하여 관절 부재(206)를 샤프트에 대하여 근위로 또는 원위로 길이 방향으로 병진 이동시킨다.
도 11을 참조하면, 관절 메커니즘은, 하나 이상의 볼 베어링(194)이 그 안에서 라이딩(ride)할 수 있는 적어도 하나의 나선형 홈 또는 스레드(thread)(195)을 갖는 볼 스크루(192)를 포함한다. 예시된 실시예에 있어서, 관절 메커니즘은 2개의 스레드들(195)과 맞물릴 수 있는 2개의 볼 베어링들(194)을 포함한다. 볼 베어링(194)은 볼 스크루(192)의 방사상으로 바깥쪽에 위치된 볼 슬리브(sleeve)(191) 내의 볼 베어링 개구들(189) 내에 위치된다. 볼 베어링들(194)은, 볼 베어링들(194)의 방사상으로 바깥쪽에 위치된 릴리즈 슬리브(196)에 의해 스레드들(195) 내에 유지된다. 예컨대 연결 핀들(193)에 의해 볼 슬리브(191)에 결합된 관절 손잡이(190)의 회전은 볼 슬리브(191)를 회전 축에 대하여 회전시키며, 이는 볼 베어링들(194)이 스레드들(195) 내에서 이동하고 그에 대응하여 볼 스크루(192)를 길이 방향으로 병진 이동시키게끔 한다. 조 어셈블리의 관절화는, 그들의 길이 방향 위치가 회전 축을 따라 고정되어 있는 동안 볼 슬리브(191) 및 볼 베어링들(194)을 회전 축에 대하여 대응적으로 회전시키기 위하여 관절 손잡이(190)를 회전시킴으로써 달성된다. 그러면, 볼 스크루(192)의 스레드들(195) 내에 맞물린 볼 베어링들(194)은 볼 스크루(192)를 회전 축을 따라 전방으로 및 후방으로 병진 이동시킬 것이다. 예시된 실시예에 있어서, 볼 슬리브(191)는 그 안에 형성된 공동을 갖는 전반적으로 튜브형이며, 볼 스크루(192)의 일 부분은 공동 내에 위치되고 공동 내에서 길이 방향으로 병진 이동한다. 관절 메커니즘의 예시된 실시예가 볼 스크루 내의 스레드들과 맞물릴 수 있는 2개의 볼 베어링들을 포함하지만, 다른 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘이, 예를 들어, 단일 나선형 스크루 내에 위치된 단일 볼 베어링 또는 대응하는 수의 나선형 스레드들 내의 3개 이상의 볼 베어링들과 같이 2개보다 더 많거나 또는 더 적은 볼 베어링들을 가질 수 있다는 것이 고려된다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 볼 스크루(192)는 관절 링크들(202)의 쌍에 결합된 원위 단부(200)까지 연장한다. 관절 링크들(202)은 서로 이격되며, 이는 바람직하게는 이들이 핸들 내의 드라이브 시스템 및 관절 샤프트의 방사상으로 바깥쪽에 위치되는 것을 가능하게 한다. 도 12에 예시된 바와 같이, 관절 링크들(202)은 그 안에 형성된 슬롯과 같은 메이팅(mating) 특징부를 포함하여 이들이 대응하는 메이팅 특징부 예컨대 핸들 몸체로부터 방사상으로 안쪽으로 연장하는 포스트 내로 키잉(keyed)되는 것을 가능하게 할 수 있다. 슬롯들은 핸들에 대하여 관절 링크들을 안정화시키며, 슬롯들의 단부들과 핸들 포스트들의 상호작용은 관절 메커니즘에 대한 관절화의 범위를 규정할 수 있다. 관절 링크들(202)의 원위 단부들은, 핸들의 원위 단부에서 관절 어댑터의 동축으로 방사상으로 바깥쪽에 위치될 수 있는 관절 어댑터(204)에 회전이 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 회전 결합은 상대적으로 낮은 마찰 속성들을 갖는 관절 베어링(205)을 포함할 수 있다. 이러한 관절 베어링(205)은, 관절 메커니즘의 동작 동안 핸들 어셈블리에 대한 결합된 재장전 샤프트의 회전 및 관절 어댑터(204)의 길이 방향 움직임을 가능하게 할 수 있다. 관절 메커니즘의 예시된 실시예가 핸들 내에서 관절 메커니즘으로부터 측방으로 오프셋된 2개의 관절 링크들을 포함하지만, 다른 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘은, 예를 들어, 하나의 관절 링크 또는 3개 이상의 관절 링크들과 같이 2개보다 더 많거나 또는 더 적은 관절 링크들을 가질 수 있다는 것이 고려된다.
계속해서 도 12를 참조하면, 관절 어댑터(204)는, 샤프트가 핸들에 결합될 때 베이오넷 연결에 의해 샤프트 내의 관절 부재(206)에 결합될 수 있다. 스레드들(195)은, 볼 스크루를 근위로 움직이는 것이 길이 방향 중심 위치에 대하여 핸들로부터 바라볼 때 조 어셈블리를 좌측으로 관절화하고 볼 스크루(192)를 원위로 움직이는 것이 중심 위치에 대하여 핸들로부터 바라볼 때 조 어셈블리를 우측으로 관절화하도록 구성될 수 있다.
유익하게는, 볼 스크루(192)의 나선형 스레드들(195)이 연속적이기 때문에, 관절 메커니즘은 조 어셈블리가 희망되는 동작 범위 사이에서 실질적으로 유한한 각도 위치들로 관절화되는 것을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘은, 샤프트의 길이 방향 축에 의해 획정되는 길이 방향 중심 위치에 대하여 조 어셈블리의 -45° 내지 +45°의 관절화 동작 범위를 제공하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘은 +/-45° 이상의 관절화를 제공하는 범위들 또는 +/-45° 미만의 관절화를 제공하는 범위들을 포함하는 다른 동작 관절화 범위들을 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 관절 메커니즘은 길이 방향 중심 위치에 대하여 단일 방향으로 관절화를 제공하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 볼 스크루(192) 상의 스레드들(195)의 피치(pitch)는 가변적이다. 예를 들어, 스레드들(195)은 유익하게는, 조 어셈블리가 관절화를 위하여 더 많은 힘을 필요로 할 때 더 큰 기계적 이점을 제공하기 위하여 스레드들의 단부를 향한 상대적으로 낮은 피치를 포함할 수 있다. 스레드들(195)은, 조 어셈블리가 관절화를 위하여 더 낮은 힘을 필요로 할 때 상대적으로 더 낮은 기계적 이점을 가지고 빠른 움직임을 가능하게 하기 위하여 스레드들의 중심을 향한 상대적으로 더 높은 피치를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 스레드들(195)은, 관절 손잡이의 회전이 스테이플러 조 어셈블리의 비례적인 양의 관절화를 야기하도록 관절 메커니즘의 관절화 범위에 걸쳐 변화하지 않는 일정한 피치를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 일정한 피치의 스레드 볼 스크루는 작동 메커니즘의 동작 동안 용이하게 예측할 수 있는 응답을 야기할 수 있다.
도 13a 내지 도 13f를 참조하면, 관절 메커니즘은, 관절 메커니즘이 유익하게는 임의의 관절화 위치로부터 길이 방향 중심 위치로 리셋되는 것을 가능하게 하는 릴리즈 메커니즘을 포함할 수 있다. 릴리즈 메커니즘은 사용자가 릴리즈 버튼(198)을 누름으로써 동작된다. 예시된 실시예에 있어서, 릴리즈 버튼(198)은 관절 손잡이(190) 내에 방사상으로 포개져 위치된다.
도 13b를 참조하면, 릴리즈 버튼(198)의 동작은 릴리즈 슬리브(196)를 원위로 전진시킬 것이다. 릴리즈 슬리브(196)의 방사상으로 내부 표면은 상대적으로 작은 내부 직경을 갖는 맞물림 표면(186) 및 맞물림 표면과 릴리즈 표면 사이에서 매끈한 램프를 갖는 상대적으로 큰 내부 직경을 갖는 릴리즈 표면(188)을 포함하도록 단차가 있다. 동작 시에, 릴리즈 슬리브의 맞물림 표면은 볼 베어링들(194)을 볼 스크루(192)의 스레드들(195) 내에 유지한다. 일단 릴리즈 버튼(198)이 눌리면, 맞물림 표면은 원위로 전진되며, 이는 볼 베어링들(194)이 스레드들(195)로부터 분리되어 릴리즈 표면에 대한 볼 슬리브 내의 볼 베어링 개구들(189)을 통해 방사상으로 바깥쪽으로 전진하는 것을 가능하게 한다.
도 13c 및 도 13d를 참조하면, 볼 베어링들(194)이 스레드들(195)로부터 분리되면, 관절 메커니즘은 중심 위치로 편향될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 볼 스크루(192)는 샤프트로부터의 스프링 힘 및 2개의 스프링들(197)과 같은 편향 부재에 의해 중심 위치로 편향된다. 스레드들(195)을 따라 중심 위치에 위치된 볼 베어링들(194)(도 13d)은 조 어셈블리의 길이 방향 중심 위치에 대응한다.
도 13e 내지 도 13f를 참조하면, 일단 릴리즈 버튼(198)이 방해받지 않는 구성으로 복귀하도록 허용되면, 릴리즈 슬리브(196)는 스프링에 의해 근위로 견인된다(화살표들(199)에 의해 표시됨). 릴리즈 스프링(196)의 근위 움직임은 볼 베어링들(194)이 볼 스크루의 스레드들(195)과 맞물리도록 강제한다. 따라서, 그런 다음 관절 메커니즘이 길이 방향 중심 위치로부터 조 어셈블리를 관절화하기 위하여 사용될 수 있거나, 또는 스테이플러가 길이 방향 중심 위치에서 조 어셈블리와 함께 사용될 수 있다.
도 14, 도 15, 및 도 16a 내지 도 16b를 참조하면, 전동 핸들에 대한 수동 복귀 메커니즘의 일 실시예가 예시된다. 수동 복귀 메커니즘은 유익하게는, 전원 공급장치 고장, 다른 전동 컴포넌트 고장, 또는 기계적 고장 또는 묶임의 경우에 여분의 복귀 메커니즘을 제공할 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 수동 복귀 메커니즘은, 작동 샤프트(120)를 조 어셈블리의 개방 구성에 대응하는 핸들 내의 최-근위 위치로 복귀시키기 위한 시퀀스에서 동작되는 2개의 별개의 독립적으로 동작할 수 있는 서브어셈블리들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 수동 복귀 메커니즘(170)은 샤프트 회전 메커니즘 및 샤프트 견인 메커니즘을 포함한다. 동작 시에, 수동으로 스테이플러는 개방 구성으로 복귀시키는 것이 바람직할 때, 샤프트 회전 메커니즘이 처음에 동작된다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 수동 복귀 메커니즘(170)의 샤프트 회전 메커니즘을 동작시키기 위하여, 사용자는 핸들의 외부 표면 상에 위치된 분리 탭(disengagement tab)(172)을 당긴다. 분리 탭(172)은 그 위에 형성된 분리 랙(174)을 갖는다. 분리 랙(174)은 샤프트 회전 칼라(collar)(176) 상에 형성된 샤프트 회전 랙(176)과 메시 맞물림된다. 작동 샤프트(120)는 샤프트 회전 칼라(176)를 통해 연장하며, 이를 통해 슬라이드할 수 있다. 따라서, 분리 탭(172)을 당기는 것은 작동 샤프트(120)를 그것의 길이 방향 축에 대하여 약 90도 회전시킨다. 이러한 회전은 작동 샤프트의 랙(122)을 드라이브 시스템의 보조 기어(116)와의 맞물림으로부터 벗어나도록 위치시킨다. 또한, 일부 실시예들에 있어서, 핸들로부터의 분리 탭(172)의 제거는 또한 전동 핸들의 추가적인 전동 동작을 방지하게 위하여 드라이브 시스템으로부터 전원 공급장치를 분리할 수 있거나 또는 달리 제어 시스템을 분리할 수 있다. 추가적으로, 샤프트 회전 메커니즘은 단 한번만 동작되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시예에 있어서, 샤프트 견인 메커니즘 상의 복귀 폴(182)은, 일단 샤프트 회전 분리 탭(172)이 당겨졌으면 복귀 레버의 폐쇄 및 작동 샤프트(120)의 회전이 다시 보조 기어와 맞물리는 것을 방지하기 위하여 드라이브 시스템과 간섭하도록 구성되고 크기가 결정된 간섭 로브(lobe)(183)를 포함할 수 있다. 따라서, 일단 샤프트 회전 메커니즘이 동작되었으면, 핸들은 추가적인 사용이 불능화될 수 있다.
도 15 및 도 16a 내지 도 16b를 참조하면, 일단 샤프트 회전 메커니즘이 동작되었으면, 샤프트 견인 메커니즘이 작동 샤프트를 핸들 내에서 근위로 복귀시키기 위하여 동작될 수 있다. 핸들로부터의 분리 탭(172)의 제거는 전동 핸들 상의 복귀 레버(180)를 노출시킨다. 복귀 레버(180)는 피봇 조인트(184)에서 복귀 폴(182)에 피봇이 가능하게 결합된다. 작동 샤프트(120)의 랙(122)이 드라이브 시스템과의 맞물림을 벗어나도록 회전되었을 때, 이는 샤프트 견인 메커니즘과 맞물리도록 회전된다. 복귀 레버(180)는, 복귀 폴(182)을 작동 샤프트(120) 상의 랙(122)과 맞물리게 하고 작동 샤프트(120)를 래칫-형(ratchet-type) 동작으로 핸들 내에서 근위로 견인하기 위하여 하나의 또는 일련의 복귀 사이클들(도 16a, 도 16b)을 통해 회전될 수 있다.
도 17, 도 18, 및 도 19a 내지 도 19b를 참조하면, 전동 핸들에 대한 수동 복귀 메커니즘의 다른 실시예가 예시된다. 수동 복귀 메커니즘(170')의 컴포넌트들 및 동작은 도 17, 도 18, 및 도 19a 내지 도 19b의 수동 복귀 메커니즘(170)에 대하여 이상에서 설명된 것과 유사하다. 그러나, 수동 복귀 메커니즘(170')의 사용 시에, 핸들 어셈블리로부터의 분리 탭(172')의 제거는 이로부터 돌출하는 회전 레버(178')를 갖는 회전 샤프트 칼라(176')를 노출시킨다. 핸들 어셈블리가 전동 동작하는 상태이면, 분리 탭(172')은 핸들의 외부 표면 상의 샤프트 회전 칼라(176')를 커버한다. 일단 분리 탭이 제거되었으면, 그런 다음 사용자는, 작동 샤프트를 핸들 내에서 근위로 복귀시키기 위하여 샤프트 견인 메커니즘이 동작될 수 있도록 작동 샤프트(120)를 회전시키기 위하여 회전 레버(178')를 조작할 수 있다. 수동 복귀 메커니즘(170')의 샤프트 견인 메커니즘은 수동 복귀 메커니즘(170)과 관련하여 이상에서 논의된 것과 동일한 래칫-유형 동작을 포함한다. 바람직하게는, 일부 핸들 구성들에 있어서, 회전 레버(178')는, 도 15, 도 15 및 도 16a 내지 도 16b의 분리 랙(174)을 포함하는 샤프트 회전 메커니즘에 비하여 작동 샤프트의 회전을 용이하게 하기 위한 향상된 기계적인 이점을 제공할 수 있다.
본 출원이 특정한 선호되는 실시예들 및 예들을 개시하지만, 본 발명이 특별히 개시된 실시예들을 넘어 다른 대안적인 실시예들 및/또는 본 발명의 용례들 및 자명한 수정예들 및 그 등가물들로 연장한다는 것이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 또한, 이러한 발명들의 다양한 특징들이 홀로, 또는 이하에서 명확히 기재되는 것과는 다른 이러한 발명들의 다른 특징들과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 본원에서 본 발명들의 범위는 이상에서 설명된 개시된 특정 실시예들에 제한되지 않아야 하며, 오로지 청구항들의 적절한 해석에 의해 결정되도록 의도된다.

Claims (24)

  1. 수술용 스테이플러에 대한 핸들 어셈블리로서,
    고정식 핸들 및 핸들 몸체에 피봇이 가능하게 결합된 트리거를 포함하는 상기 핸들 몸체;
    상기 핸들 몸체 내에 배치되며, 출력 샤프트를 포함하는 전기 모터;
    길이 방향 축을 따라 상기 핸들 몸체 내에서 슬라이드할 수 있는 작동 샤프트로서, 상기 작동 샤프트는 랙을 포함하는, 상기 작동 샤프트;
    상기 모터의 상기 출력 샤프트에 결합되는 모터 기어;
    상기 모터 기어와 드라이브 맞물림되며 상기 랙과 동작이 가능하게 맞물리는 보조 기어;
    상기 보조 기어를 지지하는 가이드 부재로서, 상기 작동 샤프트는, 상기 가이드 부재가 상기 보조 기어와 상기 랙 사이의 메시 접촉(meshed contact)을 유지하도록 상기 가이드 부재를 통해 슬라이드하는, 상기 가이드 부재;
    상기 모터 기어와 메시 맞물림되는 상기 핸들 내의 크라운 기어;
    상기 크라운 기어에 결합되는 전위차계; 및
    상기 트리거, 상기 전기 모터, 및 상기 전위차계에 전기적으로 결합되는 제어 시스템을 포함하는, 핸들 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 작동 샤프트의 길이 방향 위치를 측정하도록 구성되는, 핸들 어셈블리.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어 시스템은 상기 작동 샤프트의 위치를 결정하기 위하여 상기 전위차계에서의 저항의 변화를 측정하는, 핸들 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 핸들 어셈블리는,
    관절(articulation) 메커니즘으로서,
    상기 핸들 몸체의 근위 단부에 위치되며, 상기 길이 방향 축에 대하여 회전할 수 있는 수동 작동형 관절 손잡이; 및
    상기 핸들 몸체의 원위 단부에 위치된 관절 어댑터로서, 상기 관절 어댑터는, 상기 길이 방향 축에 대한 상기 관절 손잡이의 회전이 상기 관절 어댑터를 길이 방향으로 슬라이드시키도록 상기 관절 손잡이에 동작이 가능하게 결합되는, 상기 관절 어댑터를 포함하는, 상기 관절 메커니즘을 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 관절 메커니즘은 상기 관절 어댑터를 길이 방향 중심 위치로 리셋하도록 구성된 릴리즈(release) 메커니즘을 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 관절 메커니즘은,
    그 안에 형성된 나선형 스레드(thread)를 갖는 볼 스크루;
    상기 볼 스크루의 방사상으로 바깥쪽에 위치되며, 그 안에 형성된 개구를 갖는 볼 슬리브(sleeve); 및
    상기 볼 슬리브의 상기 개구에 위치되며, 상기 볼 스크루의 상기 나선형 스레드 내에 맞물리는 볼 베어링을 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 볼 스크루는 상기 핸들 몸체에 대하여 길이 방향으로 움직일 수 있으며, 상기 나선형 스레드 내에서의 상기 볼 베어링의 움직임은 상기 볼 스크루를 길이 방향으로 움직이는, 핸들 어셈블리.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 볼 스크루는 원위 단부를 가지고, 상기 핸들 어셈블리는 상기 볼 스크루의 상기 원위 단부에 결합되며 상기 관절 어댑터까지 상기 핸들 몸체 내에서 원위로 연장하는 관절 링크를 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 볼 슬리브는 상기 관절 손잡이에 회전이 가능하게 결합되는, 핸들 어셈블리.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 관절 메커니즘은 상기 관절 어댑터를 길이 방향 중심 위치로 리셋하도록 구성된 릴리즈 메커니즘을 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 릴리즈 메커니즘은, 릴리즈 버튼의 작동이 상기 나선형 스레드로부터 상기 볼 베어링을 분리하도록 릴리즈 슬리브와 동작이 가능하게 맞물리는 상기 릴리즈 버튼을 포함하는, 핸들 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 릴리즈 슬리브는 제 1 내부 직경을 갖는 맞물림 표면 및 상기 제 1 내부 직경보다 더 큰 제 2 내부 직경을 갖는 릴리즈 표면을 포함하는 내부 표면을 갖는, 핸들 어셈블리.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 핸들 어셈블리는 수동 복귀 메커니즘을 더 포함하며,
    상기 작동 샤프트는, 상기 작동 샤프트를 길이 방향으로 슬라이드시키기 위하여 상기 랙이 상기 전기 모터와 동작이 가능하게 맞물리는 제 1 위치로부터 상기 랙이 상기 전기 모터로부터 분리되고 상기 수동 복귀 메커니즘과 맞물리는 제 2 위치로 회전할 수 있는, 핸들 어셈블리.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 보조 기어는, 상기 랙이 상기 제 1 위치에 있는 상태에서, 상기 랙과 맞물리고 상기 모터 기어와 드라이브 맞물림(driven engagement)되는, 핸들 어셈블리.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 수동 복귀 메커니즘은,
    상기 샤프트를 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 회전시키도록 구성된 샤프트 회전 메커니즘; 및
    상기 작동 샤프트를 근위로 견인하도록 구성된 샤프트 견인 메커니즘을 포함하는, 핸들 어셈블리.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 샤프트 회전 메커니즘은 상기 작동 샤프트 상에 배치된 샤프트 회전 칼라(collar)를 포함하는, 핸들 어셈블리.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 샤프트 회전 칼라는 그 위에 형성된 샤프트 회전 랙을 포함하는, 핸들 어셈블리.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 샤프트 회전 메커니즘은 상기 핸들 몸체의 외부 표면 상에 위치되는 분리 탭을 더 포함하며, 상기 분리 탭은 상기 샤프트 회전 랙과 맞물리는 그 위에 형성된 분리 랙을 포함하는, 핸들 어셈블리.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 핸들 몸체의 상기 외부 표면으로부터 상기 분리 탭의 제거는 상기 작동 샤프트를 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 회전시키는, 핸들 어셈블리.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 샤프트 견인 메커니즘은,
    복귀 레버;
    복귀 폴(pawl); 및
    상기 복귀 레버를 상기 복귀 폴에 피봇이 가능하게 결합하는 피봇 조인트를 포함하는, 핸들 어셈블리.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 복귀 폴은, 상기 작동 샤프트가 상기 제 2 위치에 있는 상태에서 상기 랙과 맞물리는, 핸들 어셈블리.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 작동 샤프트가 상기 제 2 위치에 있는 상태에서, 복귀 사이클을 통한 상기 복귀 레버의 작동은 상기 작동 샤프트를 근위로 전진시키는, 핸들 어셈블리.
  23. 청구항 20에 있어서,
    상기 샤프트 견인 메커니즘은 상기 제 2 위치로부터 상기 제 1 위치로의 상기 작동 샤프트의 회전을 간섭하기 위한 상기 복귀 레버로부터 돌출하는 간섭 로브(lobe)를 더 포함하는, 핸들 어셈블리.
  24. 삭제
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