KR101521289B1 - 개선된 관절부를 갖는 최소 침습 수술 기구 - Google Patents

개선된 관절부를 갖는 최소 침습 수술 기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개선된 관절부를 갖는 최소 침습 수술 기구에 관한 것이다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 최소 침습 수술 기구로서, 샤프트, 상기 샤프트의 일단에 연결되는 관절부, 및 상기 관절부에 연결되고, 이에 의하여 관절 운동을 할 수 있는 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 관절부는, 다수의 관절 링크, 및 상기 다수의 관절 링크 중 적어도 하나를 개입시켜 형성되는, 피치 방향 동작을 위한 관절과 요 방향 동작을 위한 관절을 포함하며, 상기 다수의 관절 링크의 각각에는 토크 전달 부재를 위한 통로가 형성되어 있는 최소 침습 수술 기구가 제공된다.

Description

개선된 관절부를 갖는 최소 침습 수술 기구{Instrument for Minimally Invasive Surgery Having Improved Articulation Unit}
본 발명은 개선된 관절부를 갖는 최소 침습 수술 기구에 관한 것이다.
최소 침습 수술은, 적어도 하나의 작은 절개부를 통하여 환자(또는, 수술의 대상이 되는 동물 등)의 신체 내에 수술 도구를 삽입하여 수술을 수행하는, 수술로 인한 절개를 최소화하는 수술 기법이다.
이러한 최소 침습 수술은 수술 후에 일어나는 환자의 대사 과정의 변화를 감소시킬 수 있으므로, 환자의 회복 기간을 단축시키는 데에 도움이 될 수 있다. 즉, 최소 침습 수술을 적용하면, 환자의 수술 후의 입원 기간이 단축될 수 있고, 환자가 수술 후 짧은 시일 내에 정상적인 생활로 복귀할 수 있게 된다. 또한, 최소 침습 수술을 통하여, 환자가 느끼는 통증을 경감하는 한편, 수술 후 환자에게 남는 흉터를 줄일 수도 있다.
최소 침습 수술의 일반적인 형태는 내시경 수술이다. 그 중에서도, 가장 일반적인 형태의 수술은 복강 내에서 최소 침습 조사와 수술을 하는 복강경 수술이다. 표준 복강경 수술의 경우에는, 환자의 복부에 가스를 채워 넣고, 복강경 수술 도구에 대한 입구를 제공하기 위하여 적어도 하나의 작은 절개부를 만든 후에, 이를 통하여 트로카(trocar)를 삽입하는 과정을 거쳐서, 수술을 수행하게 된다. 이러한 수술의 수행 시에, 사용자는 트로카를 통하여 수술 부위 등에 복강경 수술 도구를 들여 보내고 복강 외부에서 그것을 조작(또는, 조종)하는 것이 일반적이다. 이러한 복강경 수술 도구는 일반적으로 복강경(수술 부위 등의 관찰용)과 이 외의 작업 도구를 포함한다. 여기서, 작업 도구는, 각 도구의 작업 단부(또는, 말단 동작부)가 소정의 샤프트에 의하여 손잡이 등으로부터 이격되어 있다는 점을 제외하고는, 종래의 절개 수술(open surgery)에서 사용되는 것과 유사하다. 즉, 작업 도구는, 예를 들어, 클램프, 그라스퍼, 가위, 스테이플러, 바늘 잡게 등을 포함할 수 있다. 한편, 사용자는 복강경에 의하여 찍히는 수술 부위 등의 영상을 표시하는 모니터에 의하여 수술 진행 상황을 모니터링하게 된다. 이와 유사한 내시경 기술은, 후복막강경, 골반경, 관절경, 뇌수조경, 부비강경, 자궁경, 신장경, 방광경, 요도경, 신우경 등에 두루 사용된다.
본 발명자(들)는 위와 같은 최소 침습 수술에 유용하게 사용될 수 있는 여러 가지 최소 침습 수술 기구를 다년간 개발하여 왔고, 이들의 구성상의 특징과 효과상의 특징을 한국특허출원 제2008-51248호, 제2008-61894호, 제2008-79126호 및 제2008-90560호를 통하여 개시한 바 있다(상기 한국특허출원들의 명세서들은 각각 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다). 이에 더하여, 본 발명자(들)는 사용자와 환자에게 더 유리하게끔 그 기능이 개선된 최소 침습 수술 기구에 관하여 한국특허출원 제2010-115152호, 제2011-3192호, 제2011-26243호 및 제2011-29771호를 통하여 소개한 바도 있다(상기 한국특허출원들의 명세서들은 각각 그 전체로서 본 명세서에 편입된 것으로 간주되어야 한다).
본 발명자는 이제, 본 명세서를 통하여, 상기 한국특허출원들에서 소개된 최소 침습 수술 기구나 다른 최소 침습 수술 기구에 비하여 관절부가 더 개선된 최소 침습 수술 기구에 관하여 제안하는 바이다.
본 발명은 엔드 이펙터가 부드럽게 롤링 운동을 할 수 있는 최소 침습 수술 기구를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은, 엔드 이펙터가, 관절 운동을 한 경우나 심지어는 그러한 관절 운동의 상태가 고정된 경우에도, 원활하게 롤링 운동을 할 수 있는 최소 침습 수술 기구를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 최소 침습 수술 기구로서, 샤프트, 상기 샤프트의 일단에 연결되는 관절부, 및 상기 관절부에 연결되고, 이에 의하여 관절 운동을 할 수 있는 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 관절부는, 다수의 관절 링크, 및 상기 다수의 관절 링크 중 적어도 하나를 개입시켜 형성되는, 피치 방향 동작을 위한 관절과 요 방향 동작을 위한 관절을 포함하며, 상기 다수의 관절 링크의 각각에는 토크 전달 부재를 위한 통로가 형성되어 있는 최소 침습 수술 기구가 제공된다.
이 외에도, 본 발명의 기술적 사상에 따라 다른 구성이 더 제공될 수도 있다.
본 발명에 의하면, 엔드 이펙터가 부드럽게 롤링 운동을 할 수 있는 최소 침습 수술 기구가 제공된다.
본 발명에 의하면, 엔드 이펙터가, 관절 운동을 한 경우나 심지어는 그러한 관절 운동의 상태가 고정된 경우에도, 원활하게 롤링 운동을 할 수 있는 최소 침습 수술 기구가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습 수술 기구의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 최소 침습 수술 기구의 관절부(300)에 관한 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습 수술 기구의 엔드 이펙터(200), 관절부(300) 등의 구성요소에 관한 사시도이다.
도 4와 도 5는 도 3에 도시된 최소 침습 수술 기구의 구성요소에 관한 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시된 최소 침습 수술 기구의 여러 구성요소 사이의 연결 관계를 더 자세하게 나타내기 위한 단면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
한편, 본 명세서에서 "연결"이란 용어는 기계적인 또는 다른 종류의 구성요소 간의 직접적이거나 간접적인(즉, 별개의 구성요소를 개입시킨) 연결을 총칭하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습 수술 기구의 전체적인 모습을 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하여 살펴본다. 최소 침습 수술 기구는, 샤프트(100), 샤프트(100)의 일단 쪽에 연결되고 수술 도구(미도시됨)를 사용하거나 스스로 수술 도구로서 기능하여 수술을 수행할 수 있는 엔드 이펙터(200), 샤프트(100)와 엔드 이펙터(200)를 연결시키고 엔드 이펙터(200)에 관절 기능을 부여하는 관절부(300), 그리고 샤프트(100)의 타단에 연결되고 사용자가 잡고 조작할 수 있는 핸들부(400)를 포함할 수 있다.
먼저, 샤프트(100)는, 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 샤프트와 마찬가지로, 그 내부에 중공(中空)을 포함하여 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재를 지지, 전달할 수 있다(이러한 토크 전달 부재는 주로 엔드 이펙터(200)의 롤링 운동을 위한 것인데, 경우에 따라서는 샤프트(100) 자체가 토크 전달 부재로서 기능할 수도 있다). 이러한 샤프트(100)는 필요에 따라 적어도 하나의 분절을 포함할 수 있다. 또한, 샤프트(100)는 그 적어도 일부에 있어서 곡부를 포함할 수도 있다.
다음으로, 엔드 이펙터(200)는, 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 엔드 이펙터와 마찬가지로, 핸들부(400)로부터 샤프트(100)를 거쳐 관절부(300)나 그에 전달되는 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재의 작용에 의하여 관절 운동, 롤링 운동, 개폐 운동 등을 할 수 있다. 이러한 엔드 이펙터(200)의 말단은 클램프, 그라스퍼, 가위, 스테이플러, 바늘 잡게, 후크형 전극 등의 형태로 작업도구화되어 있을 수 있다.
다음으로, 관절부(300)는, 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 관절부와 마찬가지로, 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재와 함께 작용하여 엔드 이펙터(200)가 관절 운동, 롤링 운동 등을 하게끔 할 수 있다.
마지막으로, 핸들부(400)는, 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 최소 침습 수술 기구의 핸들부와 마찬가지로, 사용자의 조작에 따라 엔드 이펙터(200)의 관절 운동, 롤링 운동, 개폐 운동 등을 제어할 수 있다. 이러한 제어를 위하여, 핸들부(400)에는 적어도 하나의 와이어나 토크 전달 부재가 연결되어 있을 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 최소 침습 수술 기구의 관절부(300)에 관한 부분 확대도이다.
도 2를 참조하여 살펴본다. 관절부(300)는 제1 연결부(320)와 제2 연결부(322)를 포함하고, 이들 사이에 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314) 및 제3 관절 링크(316)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1 연결부(320)의 단부에는 제1 관절 부분(310)이, 제2 연결부(322)의 단부에는 제2 관절 부분(318)이 형성되어 있을 수 있다. 제1 연결부(320), 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314), 제3 관절 링크(316) 및 제2 연결부(322)는 도시된 바와 같이 순차적으로 그리고 이들 중 서로 인접한 둘이 이루는 각 관절(즉, 피치 방향 동작을 위한 관절(P)이나 요 방향 동작을 위한 관절(Y))이 교호하는 상태로 배치되어 있을 수 있다. 이러한 관절 구성의 원리에 관하여는 한국특허출원 제2011-3192호를 더 참조할 수 있다.
그리고, 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314) 및 제3 관절 링크(316), 그리고 제1 연결부(320) 및 제2 연결부(322)(또는, 제1 관절 부분(310)과 제2 관절 부분(318))의 각각은 한국특허출원 제2011-3192호를 통하여 소개된 관절 링크나 연결부와 마찬가지로 피치 와이어(미도시됨)나 요 와이어(미도시됨)를 위한 관통 경로(예를 들면, 관통공)나 이와 유사한 역할을 하는 결속 부위를 제공하므로, 엔드 이펙터(200)는 관절부(300)에서의 와이어 작용에 따라 관절 운동을 하게 될 수 있다.
또한, 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314) 및 제3 관절 링크(316), 그리고 제1 연결부(320) 및 제2 연결부(322)(또는, 제1 관절 부분(310)과 제2 관절 부분(318))의 각각은 한국특허출원 제2011-3192호를 통하여 소개된 회전 링크 부품이나 경사면과 마찬가지의 회전 링크 부품이나 경사면을 가질 수도 있다. 따라서, 제1 연결부(320), 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314), 제3 관절 링크(316) 및 제2 연결부(322) 중 서로 인접한 둘은 회전 링크 부품에 의하여 연결되어 일정 범위 내에서 동작하는 개별 관절을 구성할 수 있다.
한편, 이상에서, 관절부(300)가 피치 방향 동작을 위한 관절(P)과 요 방향 동작을 위한 관절(Y)이 P-Y-P-Y나 Y-P-Y-P의 순서로 배치되어 있는 관절부가 될 수 있다는 취지로 설명되었지만, 당업자라면, 보다 미묘한 관절 운동을 구현하기 위하여, 관절부(300)가 P-Y-P-Y-P-Y, Y-P-Y-P-Y-P 등과 같은 더 확장된 관절 구조를 갖도록 할 수도 있음을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 관절부(300)의 구성에 관하여는 아래에서 더 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습 수술 기구의 엔드 이펙터(200), 관절부(300) 등의 구성요소에 관한 사시도이다. 그리고, 도 4와 도 5는 도 3에 도시된 최소 침습 수술 기구의 구성요소에 관한 분해 사시도이다.
도 3을 참조하여 살펴본다. 전술한 바와 같이 엔드 이펙터(200)와 관절부(300)는 서로 연결되어 있을 수 있는데, 이러한 관절부(300)의 소정의 부분(바람직하게는, 길이 방향 중심축 부분)을 통하여 토크 전달 부재(500)나 개폐 와이어(600)가 엔드 이펙터(200) 쪽으로 지지, 전달될 수 있다. 또한, 개폐 와이어(600)는 토크 전달 부재(500)의 내부의 중공이나 통로를 통하여 지지, 전달될 수 있다. 이러한 토크 전달 부재(500)나 개폐 와이어(600)의 기본적인 구성이나 작용은 대체적으로 전술한 바와 같다. 한편, 샤프트(100), 관절부(300) 등과 같이 굽어 있거나 구부러질 수 있는 구성요소 내에서 지지, 전달될 수 있는 토크 전달 부재(500)의 다양한 종류에 관하여는, 특히, 한국특허출원 제2011-29771호를 참조할 수 있다.
도 4와 도 5를 참조하여 상세하게 살펴본다.
먼저, 엔드 이펙터(200)는 작업 단부(210), 작업 단부 연결부(220) 및 X자형 링크(230)를 포함할 수 있다. 이러한 엔드 이펙터(200)의 구성 및 그 작동 원리는 위와 같은 여러 한국특허출원을 통하여 소개된 엔드 이펙터의 구성 및 그 작동 원리와 유사할 수 있다.
그리고, 관절부(300)에서는, 전술한 바와 같이, 제1 연결부(320), 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314), 제3 관절 링크(316) 및 제2 연결부(322)가 순차적으로 연결되어 있을 수 있다. 이러한 제1 연결부(320), 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314), 제3 관절 링크(316) 및 제2 연결부(322)의 각각에는, 바람직하게는 그 중심 부분에는, 토크 전달 부재(500)나 개폐 와이어(600)를 위한 통로가 제공될 수 있다. 특히, 이러한 통로는 토크 전달 부재(500)가 제1 연결부(320), 제1 관절 링크(312), 제2 관절 링크(314), 제3 관절 링크(316) 및 제2 연결부(322) 중 어느 것에 의하여 구속되지 않고 롤링 운동을 할 수 있도록 구성되어 있을 수 있다. 위와 같은 구성으로 인하여, 토크 전달 부재(500)가 엔드 이펙터(200)의 관절 운동에 영향을 미치지 않고 그 롤링 운동을 부드럽게 야기할 수 있게 되고, 이 경우에, 위와 같은 여러 한국특허출원의 최소 침습 수술 기구에서 요구되던, 엔드 이펙터의 롤링 운동을 위한 샤프트와 관절부의 조화도 불필요하게 된다.
또한, 관절부(300)는 개폐 와이어 고정부(330), 개폐 와이어 캡(332), 롤링 연결부(340), 홀더(342) 및 고정쇠(344)를 더 포함할 수 있다(관점에 따라서는, 이들 중 일부가 엔드 이펙터(200)에 포함된다고 볼 수도 있으나, 여기서는 편의상 이들 모두를 관절부(300)의 구성요소로 보기로 한다).
우선, 개폐 와이어(600)는, 토크 전달 부재(500)로부터 벗어나 연장된 상태에서, 그 일단이 개폐 와이어 캡(332)을 매개로 하여 개폐 와이어 고정부(330)에 고정될 수 있다. 따라서, 개폐 와이어(600)가 당겨지면, 개폐 와이어 고정부(330)가 이에 연결되어 있는 X자형 링크(230)에 대하여 작용하여 작업 단부(210)를 폐쇄시킬 수 있다(물론, 엔드 이펙터(200)의 구성을 다소 변경함으로써, 개폐 와이어(600)가 당겨지면 엔드 이펙터(200)가 개방되도록 할 수도 있다).
그리고, 롤링 연결부(340)는 토크 전달 부재(500)에 접속되어 토크 전달 부재(500)가 롤링 운동을 함에 따라 회전하게 될 수 있다. 이러한 회전은 도 6에 도시된 바와 같이 홀더(342)에 의하여 롤링 연결부(340)와 결합할 수 있는 작업 단부 연결부(220)의 회전, 그리고 나아가서는 이것과 연결되어 있는 작업 단부(210)의 회전(즉, 엔드 이펙터(200)의 롤링 운동)을 야기할 수 있다(도 6은 도 4에 도시된 최소 침습 수술 기구의 여러 구성요소 사이의 연결 관계를 더 자세하게 나타내기 위한 단면도이다). 홀더(342)에 의한 상기 결합을 용이하게 굳히거나 풀기 위하여, 필요에 따라, 작업 단부 연결부(220)와 홀더(342)의 이음 부분에 끼워질 수 있는 고정쇠(344)가 더 사용될 수 있다.
본 발명의 활용예
본 발명의 활용예에 따르면, 당업자는 필요에 따라 최소 침습 수술 기구의 와이어나 토크 전달 부재가 수술용 로봇 등과 같은 다른 모터 기반 시스템(미도시됨)의 전기 모터 등에 의하여 동작할 수 있도록 하기 위하여, 핸들부 등의 형태 등을 일부 변경할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항과 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위하여 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변경을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 샤프트
200: 엔드 이펙터
300: 관절부
400: 핸들부

Claims (10)

  1. 최소 침습 수술 기구로서,
    샤프트,
    상기 샤프트의 일단에 연결되는 관절부, 및
    상기 관절부에 연결되고, 이에 의하여 관절 운동을 할 수 있는 엔드 이펙터
    를 포함하고,
    상기 관절부는,
    다수의 관절 링크, 및
    상기 다수의 관절 링크 중 적어도 하나를 개입시켜 형성되는, 피치 방향 동작을 위한 관절과 요 방향 동작을 위한 관절
    을 포함하며,
    상기 다수의 관절 링크의 각각에는 상기 엔드 이펙터의 롤링 운동을 위한 토크 전달 부재를 위한 통로가 형성되어 있는
    최소 침습 수술 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 관절 링크의 각각에는 관절 운동 와이어를 위한 관통공이 형성되어 있는 최소 침습 수술 기구.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 관절부에서,
    상기 피치 방향 동작을 위한 관절과 상기 요 방향 동작을 위한 관절은 각각 적어도 두 개씩 구비되고,
    상기 적어도 네 개의 관절은 피치 방향 동작을 위한 관절과 요 방향 동작을 위한 관절이 교호하면서 배치되는
    최소 침습 수술 기구.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 관절부는 상기 엔드 이펙터와의 연결을 위한 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부에는 상기 토크 전달 부재를 위한 통로가 형성되어 있는
    최소 침습 수술 기구.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 관절부는 롤링 연결부를 더 포함하고,
    상기 롤링 연결부는, 상기 토크 전달 부재와 연결되어, 상기 토크 전달 부재가 롤링 운동을 함에 따라 회전하게 될 수 있는
    최소 침습 수술 기구.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터와 상기 롤링 연결부는 착탈 방식으로 서로 결합하는 최소 침습 수술 기구.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터와 상기 롤링 연결부는 홀더와 고정쇠에 의하여 서로 결합하는 최소 침습 수술 기구.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터를 개폐시키기 위한 개폐 와이어를 더 포함하고,
    상기 개폐 와이어는 상기 토크 전달 부재의 내부에서 지지, 전달되는
    최소 침습 수술 기구.
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