KR101676258B1 - 초음파를 이용한 외과 수술용 기구 - Google Patents

초음파를 이용한 외과 수술용 기구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 관한 것으로, 초음파를 발생시키는 진동자; 원통형 바(bar) 형상으로 형성되고, 상기 진동자에서 발생된 초음파를 상기 진동자가 연결된 타단부에서 일단부로 전달하는 전달 로드; 상기 전달 로드의 일단부로부터 연장되어 형성되어, 상기 전달 로드로부터 전달받은 초음파를 이용하여 수술 부위를 절단하는 절단자로서, 상기 전달 로드의 일단부로부터 가장 인접한 제1 진동 노드에서 이득 계단이 시작될 수 있도록, 상기 제1 진동 노드에 해당하는 지점부터 원형의 단면적 일부가 평탄하게 형성되는 절단자; 상기 전달 로드를 통해 초음파가 전달될 때 형성되는 다수의 진동 노드를 연결점으로 하여 상기 전달 로드를 감싸는 로드 커버; 및 상기 로드 커버의 일단부에 틸팅 가능하게 결합되되, 상기 절단자에 대향하는 위치에 마련되어, 상기 절단자와 맞물리면서 상기 수술 부위를 파지하는 조;를 포함하여 구성된다.

Description

초음파를 이용한 외과 수술용 기구{TOOL FOR SURGICAL OPERATION USING ULTRASONIC WAVES}
본 발명은 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하여 초음파 세기를 극대화면서도 최대 작용 길이를 확보하여 더 빠르고 효과적으로 절단과 지혈을 할 수 있는 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 관한 것이다.
오늘날 초음파를 이용하여 외과 수술을 하는 기구가 점차 개발되고 있다. 그 중에서 복강경 수술(laparoscopic surgery)에 이용되는 대표적인 외과 수술용 기구로는 일본 등록특허 제4307890호에 기재된 바와 같은 하모닉 스칼페(Harmonic Scalpel)가 있다.
그러나 일본 등록특허 제4307890호에 기재된 바와 같은 종래의 하모닉 스칼페의 경우에 있어서는, 최대 작용 길이를 확보하기 위하여 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하지 못하였으며 이로 인해 초음파 세기를 극대화할 수 없도록 구성되어 있다.
즉, 종래의 하모닉 스칼페와 같이 초음파를 이용하는 외과 수술용 기구에 있어서 작용 길이와 이득 계단이 서로 상반되는 요소로 파악되어 왔으며, 이로 인해 수술부위에 따라 둘 중의 어느 하나만을 선택하여 절단과 지혈을 할 수 있는 외과 수술을 하는 기구만이 개발되어 왔다.
본 발명의 기술적 과제는, 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하여 초음파 세기를 극대화면서도 최대 작용 길이를 확보하여 더 빠르고 효과적으로 절단과 지혈을 할 수 있는 초음파를 이용한 외과 수술용 기구를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구는, 초음파를 발생시키는 진동자; 원통형 바(bar) 형상으로 형성되고, 상기 진동자에서 발생된 초음파를 상기 진동자가 연결된 타단부에서 일단부로 전달하는 전달 로드; 상기 전달 로드의 일단부로부터 연장되어 형성되어, 상기 전달 로드로부터 전달받은 초음파를 이용하여 수술 부위를 절단하는 절단자로서, 상기 전달 로드의 일단부로부터 가장 인접한 제1 진동 노드에서 이득 계단이 시작될 수 있도록, 상기 제1 진동 노드에 해당하는 지점부터 원형의 단면적 일부가 평탄하게 형성되는 절단자; 상기 전달 로드를 통해 초음파가 전달될 때 형성되는 다수의 진동 노드를 연결점으로 하여 상기 전달 로드를 감싸는 로드 커버; 및 상기 로드 커버의 일단부에 틸팅 가능하게 결합되되, 상기 절단자에 대향하는 위치에 마련되어, 상기 절단자와 맞물리면서 상기 수술 부위를 파지하는 조;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 이득 계단에 해당하는 구간은, 상기 제1 진동 노드에서부터, 상기 진동자가 연결된 반대 방향으로 상기 진동자로부터 발생된 초음파의 1주기에 대한 파장 길이의 4분의 1에 해당하는 거리만큼 이격된 곳에 위치하는 제1 진동 안티 노드까지의 거리가 되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 진동자로부터 발생된 초음파의 주파수를 55.5㎑로 하고 상기 전달 로드를 원통형의 티타늄으로 형성할 때, 상기 이득 계단은 20㎜가 되고, 상기 수술 부위와 접하여 절단하게 되는 작용 길이는 15㎜가 될 수 있다.
한편, 평탄하게 형성된 상기 절단자의 단면적 일부는, 상기 절단자의 타면 중앙부를 중심으로 제1 면과 제2 면으로 나누어지되, 상기 제1 면과 상기 제2 면 모두 상기 조와 접하는 상기 절단자의 일면에 반대되는 타면에 마련되도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 제1면과 상기 제2 면은, 서로 반대방향으로 상기 절단자의 타면 중앙부에서 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 양 측면을 향해 기울어지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1면과 상기 제2 면은, 상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되, 상기 제1 진동 안티 노드를 향할수록 기울기가 커지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1면과 상기 제2 면은, 동일한 면적과 동일한 기울기를 갖도록 서로 대칭되게 형성도록 구성될 수 있다.
한편, 평탄하게 형성된 상기 절단자의 단면적 일부는, 상기 절단자의 타면 중앙부를 중심으로 제3 면과 제4 면으로 나누어지되, 상기 제3 면은 상기 조와 접하는 상기 절단자의 일면에 반대되는 타면에 마련되고, 제4 면은 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 일측면에 마련되도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 제3 면은, 상기 절단자의 타면 중앙부에서 상기 제4 면이 마련되어 있는 상기 절단자의 일측면에 반대되는 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 타측면을 향해 기울어져 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제3 면은, 상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되, 상기 제1 진동 안티 노드를 향할수록 기울기가 커지도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제4면은, 상기 절단자의 타면에 수직되게 동일한 단면 길이를 갖고 상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 조는, 상기 절단자와 맞물리면서 파지된 상기 수술 부위가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 상기 절단자의 일면에 대향하는 내면에 기설정된 간격으로 형성된 홈을 구비하되, 상기 홈은 상기 조의 길이 방향에 수직된 방향을 기준으로 할 때, 상기 조의 길이 방향을 향해 기울어져 있도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기 홈은, 상기 조의 길이 방향에 수직된 방향의 기울기를 0도라고 할 때, 상기 조의 길이 방향으로 10도 내지 80도 기울어져 있도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 홈은, 상기 조의 내면에 격자형으로 구비되어 있거나, 또는 상기 조의 내면에 중앙부에서 양측부로 향하는 대칭되는 절곡형으로 구비되어 있도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구는 상기 진동자에서 발생되는 초음파를 제어하고 상기 로드 커버 및 상기 조의 움직임을 조절하는 작동부를 더 포함하여 구성되되, 상기 작동부는 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템(Computer-integrated robotic surgery system)을 구성하는 제어유닛의 일부에 포함되어, 상기 로드 커버 및 상기 조의 움직임이 상기 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템에 포함되는 다른 외과 수술용 기구와 함께 복합적으로 자동으로 조절되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 의하면, 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하여 초음파 세기를 극대화면서도 최대 작용 길이를 확보할 수 있기 때문에 더 빠르고 효과적으로 절단과 지혈을 할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 다른 방향에서 확대 도시한 사시도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에서 C0 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 5는 도 2 및 도 3에서 C1 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 도 2 및 도 3에서 C2 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 7은 도 2 및 도 3에서 C3 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 도 2 및 도 3에서 C4 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 9는 도 2 및 도 3에서 C5 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 10은 도 2 및 도 3에서 C6 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 변형할 때, 도 4에 대응하여 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 변형할 때, 도 5에 대응하여 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 변형할 때, 도 6에 대응하여 도시한 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 변형할 때, 도 7에 대응하여 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 변형할 때, 도 8에 대응하여 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 절단자와 접하는 조의 일면에 대한 일례를 도시한 평면도이다.
도 17은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 절단자와 접하는 조의 일면에 대한 변형례를 도시한 평면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 절단자와 접하는 조의 일면에 대한 다른 변형례를 도시한 평면도이다.
도 19는 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 있어서 전달 로드의 일단부 및 절단자를 확대 도시한 사시도이다.
도 20은 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 있어서 절단자와 접하는 조의 일면을 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예는, 도 1 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 진동자(100)와, 전달 로드(200)와, 절단자(300)와, 로드 커버(400) 및 조(jaw, 500)를 포함하여 구성된다.
여기서, 진동자(100)는 입력 단자(120)로부터 초음파를 발생시킬 수 있는 전기적인 신호를 받아 초음파를 발생시키는 구성 요소이다.(다만, 도면에 있어서는 진동자(100)와 입력 단자(120) 사이의 신호 전달을 위한 회로, 전선 등의 도시는 생략하였다.)
진동자(100)에서 발생되는 초음파의 진동수는 후술할 전달 로드(200), 절단자(300)의 조건에 따라 달라진다. 즉, 전달 로드(200)을 어떠한 형상으로 어떠한 재료로서 형성하는지, 또는 절단자(300)에 발생될 수 있는 이득 계단 및 작동 길이를 어떻게 설계하느냐에 따라서 진동자(100)에서는 최적의 초음파를 발생시킨다.
예를 들어, 전달 로드(200)를 원통형의 티타늄으로 형성하고, 절단자(300)에서 발생될 수 있는 이득 계단을 약 20㎜로 하고 작동 길이를 약 15㎜로 설정하고자 한다면, 진동자(100)에서는 약 55.5㎑의 진동수를 갖는 초음파를 발생시키도록 설정될 것이다.
또한, 진동자(100)에서 발생되는 초음파의 세기(진폭, 변위)은 절단해야 하는 수술 부위를 고려하여 후술할 제2 스위치(630)를 통하여 조절할 수 있다.
예를 들어, 수술 부위가 두꺼운 조직으로 되어 있거나 혈관이 지나는 부위인 경우에는 초음파의 세기를 세게 하도록 조절하고, 그렇지 않은 곳의 경우에는 절단시 발생되는 부산물 등에 의한 수술의 방해를 받지 않도록 초음파의 세기를 약하게 하도록 조절할 수 있다.
한편, 전달 로드(200)는 진동자(100)와 절단자(300)를 연결하여 진동자(100)에서 발생한 초음파를 절단자(300)로 전달하는 역할을 하는 구성이다.
이러한 전달 로드(200)는 절단자(300)가 복강경 수술에 사용되는 트로카(trocar)에 형성된 홀(hole)에 삽입되어 수술 부위까지 도달될 수 있도록 얇고 길게 형성된 원통형 바(bar) 형상일 수 있다.
이때, 전달 로드(200)의 길이는 사용자가 복강경 수술을 하기에 적당한 길이로 형성될 수 있으나, 진동자(100)에서 발생된 초음파의 진동 노드(vibration node, 실질적으로 초음파의 세기가 0(영)인 지점을 의미함.)와 진동 안티 노드(vibration anti-node, 진동 노드에 반대되는 개념으로 실질적으로 초음파의 세기가 최대인 지점을 의미함.)가 복수 번 반복될 수 있을 정도의 길이로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 절단자(300)의 이득 계단에 해당하는 구간이 후술하는 바와 같이 초음파 4분의 1 주기에 해당하는 거리가 될 수 있다는 점도 고려해야 함은 당연하다.
또한, 전달 로드(200)는 다양한 재질로 이루어질 수 있으나, 전술한 바와 같이, 진동자(100)에서 발생된 55.5㎑의 진동수를 효과적으로 전달하기 위해서는 티타늄 소재로 형성되는 것이 유리할 수 있다.
한편, 절단자(300)는 초음파를 이용하여 수술 부위를 절단하는 구성으로, 전달 로드(200)의 일단부에 마련되어 진동자(100)에 의해 발생된 초음파를 전달받아 수술 부위를 절단할 수 있다.
이러한 절단자(300)는 초음파를 이용하기 때문에 일반적인 절단 도구들과 달리 반드시 날카롭게 형성될 필요는 없다. 즉, 절단자(300)는 초음파에 의해 발생되는 진동 에너지와 열 에너지를 이용하여 수술 부위를 절단할 수 있도록 형성되어 있으며, 이로 인해 혈관이 지나가는 수술 부위를 절단하는데 있어서 효과적이다.
예를 들어, 절단자(300)는, 도면에 도시된 바와 같이, 전달 로드(200)의 일단부에서 연장된 형태로 형성될 수 있으며, 대향하는 측에 마련된 후술할 조(jaw, 500)와 함께 수술 부위를 압착하여 진동 에너지와 열 에너지로 수술 부위를 절단할 수 있다.
이와 같은 절단자(300)는 전달 로드(200)로부터 받은 초음파를 이용하여 수술 부위를 절단할 수 있어야 하므로 이득 계단(gain step; 실질적으로 증폭 비율이 1 이상인 것을 의미함.)을 가져야 할 것이다.
이때, 절단자(300)가 이득 계단을 갖도록 하기 위한 방안으로 절단자(300)의 형상 및 구조를 다양할 수 있는데, 본 발명에서는 절단자(300)의 횡단면적의 넓이를 진동 노드에서보다 작게 하여 횡단면적 비율에 따라 초음파가 갖는 에너지를 증폭시킬 수 있도록 한다. 따라서, 절단자(300)가 전달 로드(200)로부터 연장된 형태로 형성될 때, 원형의 단면적 일부를 평탄하게 하여 단면적을 감소시킴으로써 이득 계단이 형성되도록 한다.
한편, 절단자(300)를 형성하는데 있어서, 이득 계단을 가질 수 있도록 형성하는 것만큼이나 중요한 것은 얼마 정도의 작용 길이(active length)를 갖느냐이다. 즉, 절단자(300)에서 이득 계단이 형성되어 초음파가 갖는 에너지를 증폭시키더라도, 작용 길이가 짧다면, 다시 말해서 실질적으로 수술 부위를 절단할 수 있을 정도의 세기를 갖지 못한다면, 수술 부위를 절단하고자 하는 사용자에게는 무의미할 것이다.
이러한 중요한 의미를 갖는 작용 길이를 확보하기 위하여, 종래에는 도 19에 도시된 바와 같이 작용 길이를 최대한으로 확보할 수 있도록 이득 계단이 시작하는 지점과 진동 노드 사이의 거리가 5％ 이상 이격되도록 구성되었다. (이때, 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 대한 설명은 배경기술에서 언급하였던 일본 등록특허 제4307890호에는 기재된 내용은 아니지만, 실제 외과 수술을 하는 의사들 사이에 널리 사용되고 있는 제품으로부터 자명하게 확인해볼 수 있는 내용이다.)
즉, 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 있어서 절단자(30) 역시 원형의 단면적 일부를 평탄하게 하여 단면적을 감소시킴으로써 이득 계단이 형성되도록 구성되었지만, 이득 계단이 시작하는 지점과 진동 노드 사이의 거리가 5％ 이상 이격되도록 구성되었다.
따라서, 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구에 있어서 절단자(30)의 경우, 이득 계단이 종료되는 지점이 진동 안티 노드에 나타나는 초음파의 최대 진폭(변위)이 도달하는 지점까지 형성되지 못하였으며, 이는 최대 작용 길이를 확보하기 위하여 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 포기하였다고 할 것이다.
그러나, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 절단자(300)는 이득 계단이 시작하는 지점이 진동 노드와 일치시킴으로써 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하면서도, 최대 작용 길이를 확보할 수 있도록 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에 있어서 이하 설명하는 바와 같이 절단자(300)를 구성한다면, 이득 계단에 해당하는 구간 및 최대 작용 길이에 해당하는 길이는 동일하게 제1 진동 노드(N1)에서부터 진동자(100)가 연결되는 반대 방향으로 진동자(100)로부터 발생된 초음파의 1주기에 대한 파장 길이의 4분의 1에 해당하는 거리만큼 이격된 곳에 위치하는 제1 진동 안티 노드(A1)까지의 거리가 될 수 있다.
먼저, 도 2 내지 도 10에 도시된 절단자(300)의 일례를 설명하면, 절단자(300)의 평탄하게 형성된 단면적 일부는 절단자(300)의 타면(조(500)와 접하는 절단자(300) 일면의 반대면) 중앙부를 중심으로 제1 면(310)과 제2 면(320)으로 나누어져 구성될 수 있다.
여기서, 제1 면(310)과 제2 면(320)은 모두 절단자(300)의 타면에 마련될 수 있는데, 제1 면(310)과 제2 면(320)은 마치 선박의 하단부의 형상과 유사하게, 서로 반대방향으로 절단자(300)의 타면 중앙부에서 절단자(300)의 일면과 타면 사이의 양 측면을 향해 기울어져 있을 수 있다.
이때, 제1 면(310)과 제2 면(320)은 제1 진동 노드(N1)에서 제1 진동 안티 노드(A1)까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있으며, 제1 진동 안티 노드(A1)를 향할수록 기울기가 커지도록 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 제1 면(310)과 제2 면(320)은, 제1 진동 노드(N1)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 절단자(300)의 타면 중앙부에 동일한 하나의 면으로 구성되나, 제1 진동 안티 노드(A1)를 향할수록 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 절단자(300)의 타면 중앙부에서 양 측면을 향해 점차 기울기가 크게 기울어지도록 구성된다.
이와 같이 구성되는 제1 면(310)과 제2 면(320)은 제1 진동 안티 노드(A1)에 인접할 때에는 도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이 서로 평행하도록 구성될 수 있으며, 수술의 편의성을 위해 진동 안티 노드(A1)에 인접한 절단자(300)의 일부가 만곡된다하더라도 제1 면(310)과 제2 면(320)의 구성은 변경되지 않고 동일한 형상을 유지할 수 있다.
또한, 제1 면(310)과 제2 면(320)은 동일한 면적과 동일한 기울기를 갖도록 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 이때, 서로 대칭되지 않게 구성되어도 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않음은 물론이며, 이와 같이 서로 대칭되게 형성할 경우 초음파가 조(500)와 접하는 절단자(300)의 일면으로 더욱 잘 향할 수 있도록 할 것이다.
이어서, 도 11 내지 도 15에 도시된 절단자(300)의 변형례를 설명하면, 절단자(300)의 평탄하게 형성된 단면적 일부는 절단자(300)의 타면(조(500)와 접하는 절단자(300) 일면의 반대면) 중앙부를 중심으로 제3 면(330)과 제4 면(340)으로 나누어져 구성될 수 있다.
여기서, 제3 면(330)은 조(500)와 접하는 절단자(300)의 타면에 마련되는 면이며, 제4 면(340)은 절단자(300)의 일면과 타면 사이의 일측면에 마련되는 면이다.
더욱 구체적으로, 제3 면(330)은, 전술한 바와 같은 도 2 내지 도 10에 도시된 절단자(300)의 일례의 제1 면(310)과 유사하게, 절단자(300)의 타면 중앙부에서 절단자(300)의 측면을 향해 기울어져 있고, 제1 진동 노드(N1)에서 제1 진동 안티 노드(A1)를 향할수록 기울기가 커지도록 연속적으로 형성된 면이다.
그러나, 제4 면(340)은, 전술한 바와 같은 도 2 내지 도 10에 도시된 절단자(300)의 일례와 달리, 절단자(300)의 타면에 수직되게 동일한 단면 길이를 갖고 제1 진동 노드(N1)에서 제1 진동 안티 노드(A1)까지 기울기의 변화없이 연속적으로 형성된 면이다.
즉, 도 11 내지 도 15로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 절단자(300)의 변형례는 절단자(300)의 일면과 타면 사이의 양측면 둥 일측면만이 기울기의 변화를 가지면서 제1 진동 노드(N1)에서 제1 진동 안티 노드(A1)까지 연속적으로 형성되도록 구성된 것이다.
이때, 기울기의 변화를 갖는 일측면, 즉 제3 면(330)은 수술의 편의성을 위해 진동 안티 노드(A1)에 인접한 절단자(300)의 일부가 만곡되는 방향에 대응하는 방향의 일측면일 수 있으나, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
이와 같이 절단자(300)의 변형례를 구성하는 경우, 전술한 바와 같은 도 2 내지 도 10에 도시된 절단자(300)의 일례에 비해 초음파가 조(500)와 접하는 절단자(300)의 일면으로 더욱 잘 향하는지 여부에 대한 차이가 있을 뿐, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제인 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하여 초음파 세기를 극대화면서도 최대 작용 길이를 확보하여 더 빠르고 효과적으로 절단과 지혈을 할 수 있는 초음파를 이용한 외과 수술용 기구를 제공하는데 있어서는 차이가 없다고 할 것이다.
한편, 로드 커버(400)는 전달 로드(200)를 통해 초음파가 전달되는 것을 보호하기 위하여 전달 로드(200)를 감싸는 구성이다.
이러한 로드 커버(400)는 전달 로드(200)와 접촉하지 않는 것이 이상적이기는 하나, 전달 로드(200)가 길게 형성되는 경우에는 접촉되어 연결될 필요가 있다. 이때, 아무 지점이나 연결점으로 하는 것이 아니라, 전달 로드(200)를 통해 초음파가 형성되는 다수의 진동 노드(예를 들면, 제 1 진동 노드(N1), 제 2 진동 노드(N2))를 연결점으로 하는 것이 유리하다.
이는, 진동 노드가 아닌 점에서는 세기가 0(영)이 되지 않기 때문에, 진동 노드가 아닌 점에서 전달 로드(200)와 로드 커버(400)가 연결되면 전달 로드(200)를 통해 전달되던 초음파가 적은 양이나마 로드 커버(400)로도 전달되어 손실될 수 있기 때문이다.
한편, 조(500)는 절단자(300)에 대향하는 위치에 배치되어 절단자(300)와 맞물리면서 수술 부위를 파지하는 역할을 하는 구성이다.
만약, 이러한 조(500)가 없다면, 수술 부위를 절단하기 위하여 절단자(300)를 밀 때 받쳐주는 구성이 없기 때문에 수술 부위가 밀려서 제대로 절단되지 않을 수 있다. 즉, 조(500)는 절단자(300)를 보조하여 수술 부위를 절단하도록 하는 구성이다.
이와 같은 역할을 하는 조(500)는 전달 로드(200)에 결합되어 구성될 수도 있으나, 절단자(300)로의 초음파 전달을 방해할 수도 있으므로 로드 커버(400)의 일단부에 결합되어 구성되는 것이 유리하다.
또한, 수술 부위를 쉽게 파지 또는 해지하기 위하여 로드 커버(400)에 틸팅(tilting) 가능하게 결합되도록 구성될 수 있으며, 사용자가 조절하기 쉽도록 제1 스위치(620)와도 연동되도록 구성될 수 있다.
뿐만 아니라, 조(500)는, 절단자(300)와 맞물리면서 파지된 수술 부위가 이탈되는 것을 방지할 수 있도록, 절단자(300)의 일면에 대향하는 내면에 기설정된 간격으로 형성된 홈(510)을 구비할 수 있다.
이때, 홈(510)은 조(500)의 길이 방향에 수직된 방향을 기준으로 할 때, 조(500)의 길이 방향을 향해 기울어져 있는 있도록 구성될 수 있다.
즉, 조(500)에 있어서 제1 진동 노드(N1)와 제1 진동 안티 노드(A1)를 연결되는 방향과 평행한 방향을 길이 방향이라고 할 때, 상기 길이 방향에 수직된 방향의 기울기를 0도라 한다면, 홈(510)은 조(500)의 길이 방향으로 일정 각도 기울어져 형성될 수 있다.
다시 말해서, 상기 일정 각도가 작으면 조(500)의 길이 방향에 수직된 방향으로 홈(510)이 형성되어 있다고 할 것이며, 상기 일정 각도가 크면 조(500)의 길이 방향으로 홈(510)이 형성되어 있다고 할 것이다.
이때, 상기 일정 각도의 범위는 조(500) 내면의 형상이 직사각형에 가깝기 때문에 0도 내지 90도가 될 수 있지만, 후술하는 바와 같은 도 20에 도시된 바와 같이 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 조(500)의 내면에 형성된 홈(51)과의 효과상의 차이를 확인할 정도가 되기 위해서는 10도 이상 되어야 할 것이고, 파지된 수술 부위가 파지되는 방향으로 미끄러지지 않도록 하기 위해서는 80도 이하가 되는 것이 유리할 것이다.
이와 같이 일정 각도 기울어져 있다면 홈(510)은 그 형상에 대하여 제한이 없다고 할 것이다. 그러나 더욱 상세한 설명을 위해 도면을 참조하여 예를 들어 보면, 홈(510)은 도 16에 도시된 바와 같이 조(500)의 내면에 격자형으로 구비될 수 있다.
이러한 형상을 갖는 홈(510)은 절단자(300)와 조(500)가 수술부위의 파지하는데 있어 파지력을 높일 수 있다는 장점이 있으나, 제작하는데 있어 어려움이 있는 바, 도 17 또는 도 18에 도시된 변형례와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 도 17 또는 도 18에 도시된 바와 같이, 홈(510', 510")은 조(500)의 내면 중앙부에서 양측부로 향하는 대칭되는 절곡형으로 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 조(500)를 구성하면, 도 20에 도시된 바와 같은 홈(51)을 갖는 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 조(500)에 의해 수술 부위를 파지할 때 발생될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
즉, 도 20에 도시된 바와 같은 홈(51)을 갖는 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 조(500)에 의해 수술 부위를 파지한다면, 파지된 수술 부위는 파지되는 방향으로 뭉쳐질 수 있어, 절단자(300)가 수술 부위를 절개 및 소작하는데 있어서 방해가 될 수 있다.
하지만, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 조(500)에 의해 수술 부위를 파지한다면, 파지된 수술 부위가 파지되는 방향이 아닌 조(500)의 양측부 방향으로 뭉쳐질 수 있어, 절단자(300)가 수술 부위를 절개 및 소작하는데 있어 방해가 되지 않고, 이로 인해 더욱 빠르고 효과적인 수술 부위를 절개 및 소작이 가능하다.
뿐만 아니라, 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구는 최대 작용 길이를 확보하기 위하여 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하지 못하였기 때문에, 절단자(300)와 조(500) 사이에 수술 부위의 파지력이 높아야만 절개 및 소작이 이루어질 수 있는 바, 도 20에 도시된 바와 같은 홈(51)이 갖는 간격(t1)을 매우 촘촘하게 해서 상기 파지력을 높여야 했다.
하지만, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구는 최대 작용 길이를 확보하면서도 이득 계단이 가질 수 있는 최대값을 확보하였기 때문에, 종래의 초음파를 이용한 외과 수술용 기구보다 상기 파지력이 낮아도 무방한 바, 홈(510)이 갖는 간격(t2)을 넓힐 수 있다.
이와 같이 홈(510)이 갖는 간격(t2)이 넓혀지게 되면, 조(500)의 내면을 제작하는데 있어서 더욱 적은 노력, 비용이 들어갈 수 있음은 당연하다.
한편, 작동부(600)는 전술한 바와 같은 진동자(100)를 제어하고 로드 커버(400) 및 조(500)의 움직임을 조절할 수 있도록 하는 구성으로, 사용자의 편의에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구의 일 실시예에서는 작동부(600)를 손잡이(610), 제1 스위치(620), 제2 스위치(630), 제3 스위치(640)로 구성할 수 있다.
여기서, 손잡이(610)는 사용자가 한 손으로 본 발명에 따른 초음파를 이용한 외과 수술용 기구를 파지하여 절단자(300)를 수술 부위로 가져가서 수술하기 용이하도록 권총(handgun)의 손잡이와 유사하게 구성될 수 있다.
또한, 제1 스위치(620)는 진동자(100)가 초음파를 발생시키는 것을 온(on)/오프(off)시키는 역할을 하는 동시에, 절단자(300)와 함께 수술 부위를 파지하여 절단하도록 조(500)를 움직이는 역할을 할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 제2 스위치(630)는 진동자(100)에서 발생되는 초음파의 세기를 조절하는 역할을 할 수 있도록 구성될 수 있으며, 제3 스위치(640)는 사용자의 검지 손가락을 위하여 로드 커버(400)를 회전시켜 절단자(300) 또는/및 조(500)를 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 이와 같은 본 발명은 초음파를 이용한 외과 수술용 기구는 사용자가 수술시에 직접 수동으로 이용하기도 하지만, 이에 제한되지 않고 외과 수술용 기구가 장착된 자동화 로봇에 있어서도 확장되어 이용될 수도 있음은 당연하다.
더욱 구체적인 설명을 위해 예를 들어 보면, 작동부(600)를 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템(Computer-integrated robotic surgery system)을 구성하는 제어유닛(미도시)의 일부에 포함시키는 것을 고려해 볼 수 있을 것이며, 이와 같이 작동부(600)를 구성하는 경우, 더 이상 작동부(600)를 손잡이(610), 제1 스위치(620), 제2 스위치(630), 제3 스위치(640)로 구성할 필요가 없다.
즉, 작동부(600)를 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템을 구성하는 제어유닛(미도시)의 일부에 포함시키게 되면, 로드 커버(400) 및 조(500)의 움직임을 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템에 포함되는 다른 외과 수술용 기구와 함께 복합적으로 자동으로 조절할 수 있을 것이다.
앞에서는, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 초음파를 발생시키는 진동자; 원통형 바(bar) 형상으로 형성되고, 상기 진동자에서 발생된 초음파를 상기 진동자가 연결된 타단부에서 일단부로 전달하는 전달 로드; 상기 전달 로드의 일단부로부터 연장되어 형성되어, 상기 전달 로드로부터 전달받은 초음파를 이용하여 수술 부위를 절단하는 절단자로서, 상기 전달 로드의 일단부로부터 가장 인접한 제1 진동 노드에서 이득 계단(gain step)이 시작될 수 있도록, 상기 제1 진동 노드에 해당하는 지점부터 원형의 단면적 일부가 평탄하게 형성되는 절단자; 상기 전달 로드를 통해 초음파가 전달될 때 형성되는 다수의 진동 노드를 연결점으로 하여 상기 전달 로드를 감싸는 로드 커버; 및 상기 로드 커버의 일단부에 틸팅 가능하게 결합되되, 상기 절단자에 대향하는 위치에 마련되어, 상기 절단자와 맞물리면서 상기 수술 부위를 파지하는 조;를 포함하되,
    상기 이득 계단에 해당하는 구간은,
    상기 제1 진동 노드에서부터, 상기 진동자가 연결된 반대 방향으로 상기 진동자로부터 발생된 초음파의 1주기에 대한 파장 길이의 4분의 1에 해당하는 거리만큼 이격된 곳에 위치하는 제1 진동 안티 노드까지의 거리가 되도록 하고,
    평탄하게 형성된 상기 절단자의 단면적 일부는,
    상기 절단자의 타면 중앙부를 중심으로 제1 면과 제2 면으로 나누어지되, 상기 제1 면과 상기 제2 면 모두 상기 조와 접하는 상기 절단자의 일면에 반대되는 타면에 마련되도록 하여,
    상기 절단자에서의 이득 계단을 감소시키지 않고 상기 절단자가 상기 수술 부위를 절단하도록 작용하는데 필요한 상기 절단자의 작용 길이(active length)를 기설정된 범위로 확보하도록 하는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 진동자로부터 발생된 초음파의 주파수를 55.5㎑로 하고 상기 전달 로드를 원통형의 티타늄으로 형성할 때,
    상기 이득 계단은 20㎜가 되고, 상기 수술 부위와 접하여 절단하게 되는 작용 길이는 15㎜가 되는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2 면은,
    서로 반대방향으로 상기 절단자의 타면 중앙부에서 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 양 측면을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2 면은,
    상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되, 상기 제1 진동 안티 노드를 향할수록 기울기가 커지는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1면과 상기 제2 면은,
    동일한 면적과 동일한 기울기를 갖도록 서로 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  8. 제1항에 있어서, 평탄하게 형성된 상기 절단자의 단면적 일부는,
    상기 절단자의 타면 중앙부를 중심으로 제3 면과 제4 면으로 나누어지되, 상기 제3 면은 상기 조와 접하는 상기 절단자의 일면에 반대되는 타면에 마련되고, 제4 면은 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 일측면에 마련되는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제3 면은,
    상기 절단자의 타면 중앙부에서 상기 제4 면이 마련되어 있는 상기 절단자의 일측면에 반대되는 상기 절단자의 일면과 타면 사이의 타측면을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제3 면은,
    상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되되, 상기 제1 진동 안티 노드를 향할수록 기울기가 커지는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  11. 제8항에 있어서, 상기 제4면은,
    상기 절단자의 타면에 수직되게 동일한 단면 길이를 갖고 상기 제1 진동 노드에서 상기 제1 진동 안티 노드까지 이어지는 길이방향을 따라 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  12. 제1항에 있어서, 상기 조는,
    상기 절단자와 맞물리면서 파지된 상기 수술 부위가 이탈되는 것을 방지하기 위해, 상기 절단자의 일면에 대향하는 내면에 기설정된 간격으로 형성된 홈을 구비하되,
    상기 홈은 상기 조의 길이 방향에 수직된 방향을 기준으로 할 때, 상기 조의 길이 방향을 향해 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  13. 제12항에 있어서, 상기 홈은,
    상기 조의 길이 방향에 수직된 방향의 기울기를 0도라고 할 때, 상기 조의 길이 방향으로 10도 내지 80도 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  14. 제13항에 있어서, 상기 홈은,
    상기 조의 내면에 격자형으로 구비되어 있거나 또는 상기 조의 내면에 중앙부에서 양측부로 향하는 대칭되는 절곡형으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
  15. 제1항, 제3항 및 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동자에서 발생되는 초음파를 제어하고 상기 로드 커버 및 상기 조의 움직임을 조절하는 작동부를 더 포함하되,
    상기 작동부는 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템(Computer-integrated robotic surgery system)을 구성하는 제어유닛의 일부에 포함되어, 상기 로드 커버 및 상기 조의 움직임이 상기 컴퓨터통합 로봇 수술 시스템에 포함되는 다른 외과 수술용 기구와 함께 복합적으로 자동으로 조절되는 것을 특징으로 하는, 초음파를 이용한 외과 수술용 기구.
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