KR102447068B1 - 관절형 로봇 수술 도구의 로킹 - Google Patents

관절형 로봇 수술 도구의 로킹 Download PDF

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KR102447068B1
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제프레이 에스. 스와이즈
마크 디. 오버마이어
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에티컨, 엘엘씨
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Abstract

관절형 수술 도구를 로킹시키기 위한 다양한 예시적인 시스템, 장치, 및 방법이 제공된다. 일반적으로, 수술 도구는 조직과 맞물리도록 구성되는 엔드 이펙터를 그의 원위 단부에 갖는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터는 긴 샤프트에 대해 관절운동하도록 구성될 수 있다. 수술 도구는 엔드 이펙터를 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 수술 도구는 수술 도구와 관련된 다양한 이동 및 동작을 제어하도록 구성되는 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합되도록 구성될 수 있다.

Description

관절형 로봇 수술 도구의 로킹
로봇 수술(robotic surgery)을 위한, 특히 관절형 로봇 수술 도구(articulating robotic surgical tool)를 로킹(locking)시키기 위한 방법 및 장치가 제공된다.
최소 침습 수술(minimally invasive surgical, MIS) 기구는 흔히 감소된 수술후 회복 시간 및 최소한의 흉터로 인해 전통적인 개복 수술 장치에 비해 바람직하다. 복강경 수술은 하나 이상의 작은 절개부가 복부에 형성되고 투관침(trocar)이 절개부를 통해 삽입되어 복강으로의 접근을 제공하는 경로를 형성하는 MIS 절차의 하나의 유형이다. 투관침은 다양한 기구 및 도구를 복강 내로 도입할 뿐만 아니라, 복벽을 기관(organ) 위로 거상시키기 위한 통기(insufflation)를 제공하기 위해 사용된다. 기구 및 도구는 진단 또는 치료 효과를 달성하기 위해 다수의 방식으로 조직과 맞물리고 그리고/또는 조직을 처치하기 위해 사용될 수 있다. 내시경 수술은 긴 가요성 샤프트(elongate flexible shaft)가 자연 개구부(natural orifice)를 통해 신체 내로 도입되는 MIS 절차의 다른 유형이다.
전통적인 최소 침습 수술 기구 및 기술이 매우 효과적인 것으로 판명되었지만, 보다 새로운 시스템이 훨씬 더 많은 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 전통적인 최소 침습 수술 기구는 흔히 외과의사에게 개복 수술에서 발견되는 도구 배치의 유연성을 제공하지 않는다. 작은 절개부를 통해 기구로 수술 부위에 접근하는 데 어려움이 있다. 또한, 전형적인 내시경 기구의 추가된 길이는 흔히 조직 및 기관에 의해 엔드 이펙터(end effector)에 가해지는 힘을 느끼는 외과의사의 능력을 감소시킨다. 또한, 실제 엔드 이펙터 이동과의 텔레비전 모니터 상의 이미지에서 본 바와 같은 기구의 엔드 이펙터의 이동의 조정이 특히 어려운데, 왜냐하면 이미지에서 인지되는 바와 같은 이동이 통상적으로 실제 엔드 이펙터 이동과 직관적으로 대응하지 않기 때문이다. 따라서, 수술 기구 이동 입력에 대한 직관적인 응답의 결여가 흔히 경험된다. 내시경 도구의 직관성(intuitiveness), 기민성(dexterity), 및 민감성(sensitivity)의 그러한 결여는 최소 침습 수술의 사용의 증가에 장애가 되는 것으로 밝혀졌다.
수년간, 다양한 최소 침습 로봇 시스템이 수술 기민성을 증가시키기 위해서뿐만 아니라 외과의사가 직관적인 방식으로 환자를 수술하도록 허용하기 위해 개발되었다. 원격수술(telesurgery)은 외과의사가 수동으로 도구를 직접 파지하고 이동시키기보다는, 소정 형태의 원격 제어, 예컨대 서보메커니즘(servomechanism) 등을 사용하여 수술 기구 이동을 조작하는 시스템을 사용하는 외과 수술에 대한 일반적인 용어이다. 그러한 원격수술 시스템에서, 외과의사는 전형적으로 환자로부터 원격의 위치에서 시각 디스플레이 상에 수술 부위의 이미지를 제공받는다. 외과의사는 전형적으로 수술 절차 중에 시각 디스플레이 상의 엔드 이펙터 이동을 관찰하면서 환자로부터 원격의 위치에서 수술 절차를 수행할 수 있다. 전형적으로 시각 디스플레이 상의 수술 부위의 3차원 이미지를 관찰하면서, 외과의사는 원격 위치에서 마스터 제어 장치(master control device)를 조작함으로써 환자에게 수술 절차를 수행하며, 이러한 마스터 제어 장치는 원격 제어 기구의 운동을 제어한다.
로봇 수술 분야에서 상당한 진전이 이루어졌지만, 로봇 수술에 사용하기 위한 개선된 방법, 시스템, 및 장치가 여전히 필요하다.
삭제
US2014/276776 A (2014.9.18) US2007/187453 A (2007.8.16)
일반적으로, 관절형 로봇 수술 도구를 로킹시키기 위한 시스템, 장치, 및 방법이 제공된다.
일 태양에서, 일 실시예에서 긴 샤프트, 및 긴 샤프트의 원위 단부에 있는 엔드 이펙터를 포함하는 수술 장치가 제공된다. 엔드 이펙터는 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 일정 각도로 관절운동하도록(articulate) 구성된다. 수술 장치는 또한 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 길이방향으로 이동하도록 구성되는 커팅 요소(cutting element), 및 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 이동에 응답하여 엔드 이펙터를 상기 각도로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘(locking mechanism)을 포함한다.
수술 장치는 임의의 수의 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 로드(rod)는 엔드 이펙터에 대해 길이방향으로 이동하여 엔드 이펙터가 관절운동하게 하도록 구성되는 제1 및 제2 로드들을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 로드들 각각은 엔드 이펙터를 로킹시키기 위해 로킹 메커니즘에 의해 작동가능하게 맞물리도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터를 엔드 이펙터의 관절운동 범위 내의 임의의 각도로 로킹시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘은, 서로 마찰식으로 맞물려, 마찰 맞물림을 극복하는 힘이 인가될 때까지 엔드 이펙터를 상기 각도로 로킹시키도록 구성되는 한 쌍의 플레이트(plate)들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 커팅 요소를 이동시키도록 구성되는 로드의 대응하는 치형부와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부를 갖는 기어(gear)를 포함할 수 있고, 기어는 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 이동 중에 회전하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 커팅 요소를 이동시키도록 구성되는 로드와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 플레이트를 포함할 수 있고, 플레이트는 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 이동 중에 커팅 요소와 함께 길이방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 커팅 요소의 이동은 로봇 수술 시스템에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 긴 샤프트, 및 긴 샤프트의 원위 단부에 있는 엔드 이펙터를 포함하는 수술 장치가 제공된다. 엔드 이펙터는 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 일정 각도로 관절운동하도록 구성된다. 수술 장치는 또한 엔드 이펙터에 대해 길이방향으로 이동하여 엔드 이펙터가 관절운동하게 하도록 구성되는 로드, 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 길이방향으로 이동하도록 구성되는 커팅 요소, 및 커팅 요소의 이동에 응답하여 엔드 이펙터에 대해 자동으로 이동하여 엔드 이펙터를 상기 각도로 유지시키도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함한다.
장치는 임의의 수의 변형을 가질 수 있다. 예를 들어, 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터의 관절운동 중에 이동하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 커팅 요소의 이동 중에 이동하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘의 이동은 길이방향 이동을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘의 이동은 회전 이동을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 수술 장치는 커팅 요소의 이동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는 액추에이터(actuator)를 포함할 수 있고, 로킹 메커니즘은 액추에이터의 작동에 응답하여 엔드 이펙터에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로서, 수술 장치는 엔드 이펙터의 관절운동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는 액추에이터를 포함할 수 있고, 로킹 메커니즘은 액추에이터의 작동에 응답하여 엔드 이펙터에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 다른 예로서, 로킹 메커니즘은, 마찰식으로 맞물려, 마찰 맞물림을 극복하는 힘이 인가될 때까지 엔드 이펙터를 상기 각도로 유지시키도록 구성되는 한 쌍의 표면들을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 로드의 대응하는 치형부와 작동가능하게 맞물리도록 그리고 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 이동 중에 회전하도록 구성되는 치형부를 갖는 기어를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 로킹 메커니즘은 로드와 작동가능하게 맞물리도록 그리고 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 이동 중에 커팅 요소와 함께 길이방향으로 이동하도록 구성되는 플레이트를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 커팅 요소의 이동 및 로드의 이동은 로봇 수술 시스템에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.
다른 태양에서, 일 실시예에서 엔드 이펙터가 원위 단부에 있는 긴 샤프트를 갖는 수술 도구의 제1 액추에이터를 작동시키는 단계로서, 제1 액추에이터의 작동은 엔드 이펙터가 긴 샤프트에 대해 최대 각도까지 임의의 각도로 관절운동하게 하는, 수술 도구의 제1 액추에이터를 작동시키는 단계를 포함하는 수술 방법이 제공된다. 수술 방법은 또한 수술 도구의 커팅 요소가 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 이동하게 하도록 수술 도구의 제2 액추에이터를 작동시키는 단계를 포함한다. 제1 액추에이터를 작동시키는 단계 및 제2 액추에이터를 작동시키는 단계 중 하나는 엔드 이펙터가 커팅 요소의 이동 전반에 걸쳐 상기 각도로 로킹되게 한다.
수술 방법은 임의의 수의 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 액추에이터를 작동시키는 단계는 엔드 이펙터가 커팅 요소의 이동 전반에 걸쳐 상기 각도로 로킹되게 할 수 있고, 수술 도구는 제1 액추에이터의 작동에 응답하여 제1 마찰 계수로 맞물리도록 구성되는 한 쌍의 플레이트들을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제2 액추에이터를 작동시키는 단계는 엔드 이펙터가 커팅 요소의 이동 전반에 걸쳐 상기 각도로 로킹되게 할 수 있고, 제1 액추에이터를 작동시키는 단계는 관절운동 로드(articulation rod)의 길이방향 이동이 엔드 이펙터의 관절운동을 달성하게 할 수 있고, 수술 도구는 엔드 이펙터를 커팅 요소의 이동 전반에 걸쳐 상기 각도로 로킹시키기 위해 관절운동 로드와의 맞물림 상태로 이동하는 가동 로킹 메커니즘(movable locking mechanism)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 수술 도구에 작동가능하게 결합되는 로봇 수술 시스템이 제1 액추에이터의 작동을 유발할 수 있고, 제2 액추에이터의 작동을 유발할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 수술 도구의 일 실시예의 개략적인 측면도.
도 2는 6가지 자유도와 관련된 용어의 그래픽 표현.
도 3은 수술 도구의 다른 실시예의 리스트(wrist) 부분의 사시도.
도 4는 나이프 작동 조립체(knife actuation assembly)를 갖는 엔드 이펙터의 일 실시예의 개략적인 부분 측면도.
도 5는 수술 도구의 다른 실시예의 원위 부분의 분해도.
도 6은 도 5의 수술 도구의 발사 바아(firing bar)의 사시도로서, 발사 바아는 그의 원위 단부에 E-빔(E-beam)을 구비함.
도 7은 환자-측 부분 및 사용자-측 부분을 포함하는 로봇 수술 시스템의 일 실시예의 사시도.
도 8은 도 1의 수술 도구가 로봇 아암(robotic arm)에 해제가능하게 그리고 교체가능하게 결합된 로봇 수술 시스템의 로봇 아암의 일 실시예의 사시도.
도 9는 도 8의 로봇 아암의 도구 드라이버(tool driver)의 사시도.
도 10은 수술 도구의 다른 실시예의 일부분의 부분적으로 투명한 사시도.
도 11은 도 10의 수술 도구의 일부분의 단면 사시도.
도 12는 도 10의 수술 도구의 일부분의 다른 단면 사시도.
도 13은 도 10의 수술 도구의 일부분의 부분적으로 투명한 사시도.
도 14는 도 10의 수술 도구의 원위 부분의 사시도.
도 15는 도 10의 수술 도구의 일부분의 다른 단면 사시도.
도 16은 수술 도구의 또 다른 실시예의 일부분의 사시도.
도 17은 수술 도구의 캠(cam)이 제1 위치에 있는 도 16의 수술 도구의 일부분의 측면도.
도 18은 캠이 제1 위치로부터 제2 위치로 이동된 도 17의 수술 도구의 측면도.
도 19는 캠이 제2 위치로부터 제3 위치로 이동된 도 18의 수술 도구의 측면도.
도 20은 캠이 제3 위치로부터 제4 위치로 이동된 도 19의 수술 도구의 측면도.
도 21은 캠이 제4 위치로부터 제5 위치로 이동된 도 20의 수술 도구의 측면도.
도 22는 수술 도구의 다른 실시예의 일부분의 개략적인 측면도.
도 23은 수술 도구의 또 다른 실시예의 일부분의 개략적인 측면도.
도 24는 수술 도구의 또 다른 실시예의 일부분의 개략적인 측면도.
도 25는 컴퓨터 시스템의 일 실시예의 개략도.
이제 본 명세서에 개시된 장치 및 방법의 구조, 기능, 제조, 및 사용의 원리에 대한 전반적인 이해를 제공하기 위해 소정의 예시적인 실시예가 기술될 것이다. 이들 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 예시된다. 당업자는 본 명세서에 구체적으로 기술되고 첨부 도면에 예시된 장치 및 방법이 비제한적인 예시적인 실시예이고, 본 발명의 범주가 오직 청구범위에 의해서만 한정되는 것을 이해할 것이다. 하나의 예시적인 실시예와 관련하여 예시되거나 기술된 특징은 다른 실시예의 특징과 조합될 수 있다. 그러한 변경 및 변형은 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다.
또한, 본 개시에서, 실시예의 유사한 명칭의 구성요소는 일반적으로 유사한 특징을 가지며, 따라서 특정 실시예에서, 각각의 유사한 명칭의 구성요소의 각각의 특징이 반드시 완전하게 상세히 설명되지는 않는다. 또한, 개시된 시스템, 장치, 및 방법의 설명에서 선형 또는 원형 치수가 사용되는 경우에, 그러한 치수는 그러한 시스템, 장치, 및 방법과 관련하여 사용될 수 있는 형상의 유형을 제한하도록 의도되지 않는다. 당업자는 그러한 선형 및 원형 치수와 동등한 값이 임의의 기하학적 형상에 대해 용이하게 결정될 수 있는 것을 인식할 것이다. 시스템 및 장치와, 그의 구성요소의 크기 및 형상은 적어도 시스템 및 장치가 사용될 대상의 해부학적 구조, 시스템 및 장치와 함께 사용될 구성요소의 크기 및 형상, 그리고 시스템 및 장치가 사용될 방법 및 절차에 의존할 수 있다.
관절형 수술 도구를 로킹시키기 위한 다양한 예시적인 시스템, 장치, 및 방법이 제공된다. 일반적으로, 수술 도구는 조직과 맞물리도록 구성되는 엔드 이펙터를 그의 원위 단부에 갖는 긴 샤프트를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터는 긴 샤프트에 대해 관절운동하도록, 예컨대 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 비스듬히 배향되도록 구성될 수 있으며, 이는 엔드 이펙터가 조직에 접근하고 조직과 견고하게 맞물리는 데 도움을 줄 수 있다. 수술 도구는 엔드 이펙터를 따라 길이방향으로 병진하여 맞물린 조직을 커팅하도록 구성되는 커팅 요소를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터가 관절운동될 때, 예컨대 샤프트의 길이방향 축에 대해 0이 아닌 각도로 비스듬히 놓일 때, 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 길이방향 병진은 엔드 이펙터를 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로부터 멀어지게 가압시키는, 예컨대 엔드 이펙터를 그것이 샤프트의 길이방향 축과 실질적으로 정렬되는 실질적으로 0의 각도 위치를 향해 가압시키는 토크 힘(torque force)을 엔드 이펙터에 가한다. 그러나, 조직의 커팅 중에 엔드 이펙터의 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로부터의 관절형 이동은 엔드 이펙터가 바람직하지 않게도 맞물린 조직에 대해 위치를 변화시키게 하여 조직이 적절한 위치에서 커팅되지 못하도록 할 수 있고/있거나, 엔드 이펙터가 바람직하지 않게도 환자의 신체 내의 물질(예컨대, 인접 신체 구조체, 다른 수술 도구 등)을 압착시키게 할 수 있어 물질 및/또는 엔드 이펙터에 해를 입힐 수 있다. 수술 도구는 엔드 이펙터를 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있으며, 이는 커팅 요소의 병진 중에 엔드 이펙터가 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로부터 멀어지게 가압되는 것을 방지할 수 있다. 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터를 그의 가능한 관절운동 범위 내의 임의의 각도로 로킹시키도록 구성될 수 있으며, 이는 외과의사가 엔드 이펙터를 특정 관절운동 각도로 제한됨이 없이 원하는 대로 위치시키도록 허용할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 로킹 메커니즘은 커팅 요소가 엔드 이펙터를 따라 병진하기 시작하기 전에 엔드 이펙터의 관절운동된 위치를 로킹시키도록 구성될 수 있으며, 이는 로킹 메커니즘이 로크(lock)를 제공하기 전에 커팅 요소의 병진이 관절운동 각도의 변화를 유발하지 않는 것을 보장하는 데 도움을 줄 수 있다. 또한, 적어도 일부 실시예에서, 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 병진의 시작에 응답하여 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동 각도로 자동으로 로킹시키도록 구성될 수 있으며, 이는 엔드 이펙터가 위치가 조기에 로킹되지 않아, 그의 관절운동 각도가 커팅의 시작 전에 조절될 수 있는 것을 보장하는 데 도움을 줄 수 있고/있거나, 로킹이 자동으로 행해지기 때문에 수술 도구의 "풀프루프(foolproof)" 사용을 허용할 수 있다.
수술 도구는 수술 도구와 관련된 다양한 이동 및 동작을 제어하도록 구성되는 로봇 수술 시스템(또한 본 명세서에서 "수술 로봇"으로 지칭됨)에 해제가능하게 결합되도록 구성될 수 있다. 로봇 수술 시스템은 엔드 이펙터의 관절운동을 제어하도록 그리고 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 병진을 제어하도록 구성될 수 있다. 따라서, 로봇 수술 시스템은 로킹 메커니즘의 작동을 제어하도록, 예컨대 엔드 이펙터의 로킹을 유발하도록 구성될 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 로봇 수술 시스템은 커팅 요소가 엔드 이펙터를 따라 병진하기 시작하기 전에 엔드 이펙터가 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로 로킹되게 하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 일부 실시예에서, 로봇 수술 시스템은 로킹 메커니즘이 엔드 이펙터를 따른 커팅 요소의 병진을 시작하라는 수술 도구에의 로봇 수술 시스템의 제어 입력을 통해 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동 각도로 자동으로 로킹시키게 하도록 구성될 수 있다.
도 1은 긴 샤프트(12), 엔드 이펙터(14), 엔드 이펙터(14)를 샤프트(12)의 원위 단부에서 샤프트(12)에 결합시키는 리스트(16), 및 샤프트(12)의 근위 단부에 결합되는 도구 하우징(18)을 포함하는 수술 도구(10)의 일 실시예를 예시한다. 엔드 이펙터(14)는 도구(10)의 사용 중에 엔드 이펙터(14)를 수술 부위에 대해 원하는 위치에 위치시키기 위해 예컨대 리스트(16)에서 피봇함(pivoting)으로써 리스트(16)에서 샤프트(12)에 대해 이동하도록 구성된다. 하우징(18)은 엔드 이펙터(14)와 관련된 다양한 특징부의 작동(예컨대, 클램핑(clamping), 발사, 회전, 관절운동, 에너지 전달 등 중 임의의 하나 이상)을 제어하도록 구성되는 다양한 구성요소(예컨대, 기어 및/또는 액추에이터)를 포함한다. 적어도 일부 실시예에서, 샤프트(12), 및 따라서 그에 결합된 엔드 이펙터(14)는 샤프트(12)의 길이방향 축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 하우징(18)의 다양한 구성요소는 샤프트(12)의 회전 이동을 제어하도록 구성된다. 적어도 일부 실시예에서, 이러한 예시된 실시예에서와 같이, 수술 도구(10)는 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합되도록 구성되고, 도구 하우징(18)은 로봇 수술 시스템에 대한 도구(10)의 해제가능한 결합을 허용하도록 구성되는 커플링 특징부(coupling feature)를 포함할 수 있다. 샤프트(12), 엔드 이펙터(14), 리스트(16), 및 하우징(18) 각각은 아래에서 추가로 논의된다.
수술 도구(10)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 수술 도구는 적어도 하나의 수술 기능을 수행하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 겸자(forceps), 그래스퍼(grasper), 니들 드라이버(needle driver), 가위, 에너지를 인가하는 전기소작 도구(electrocautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 흡인 도구(suction tool), 관주 도구(irrigation tool), 이미지화 장치(imaging device)(예컨대, 내시경(endoscope) 또는 초음파 프로브(ultrasonic probe)) 등 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 수술 도구(10)는 적어도 일부 실시예에서 조직에 에너지(예컨대, 고주파(radiofrequency, RF) 에너지)를 인가하도록 구성되는 한편, 다른 실시예에서 도구(10)는 조직에 에너지를 인가하도록 구성되지 않는다.
샤프트(12)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 샤프트(12)는 하우징(18)으로부터 원위방향으로 연장되는 그리고 적어도 하나의 내측 루멘(lumen)이 관통하여 연장되는 긴 부재이다. 샤프트(12)는 하우징(18)에 고정되지만, 다른 실시예에서 샤프트(12)는 샤프트(12)가 다른 샤프트와 교환가능할 수 있도록 하우징(18)에 해제가능하게 결합될 수 있다. 이는 단일 하우징(18)이 상이한 엔드 이펙터를 갖는 다양한 샤프트에 맞춰질 수 있도록 허용할 수 있다.
엔드 이펙터(14)는 다양한 크기, 형상, 및 구성을 가질 수 있다. 엔드 이펙터(14)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 한 쌍의 대향하는 조오(jaw)(20, 22)를 갖는 조직 그래스퍼를 포함하며, 이때 조오(20, 22) 중 하나 또는 둘 모두는 리스트(16)에서 피봇하여 엔드 이펙터(14)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 구성된다. 다른 실시예의 엔드 이펙터(14)는 다른 구성, 예컨대 가위, 바브콕(babcock), 견인기(retractor) 등을 가질 수 있다.
리스트(16)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 수술 도구의 리스트 및 리스트에서 관절운동을 달성하는 예시적인 실시예가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트(Compact Robotic Wrist)"인 국제 특허 공개 WO 2014/151952호, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템(Hyperdexterous Surgical System)"인 국제 특허 공개 WO 2014/151621호, 2016년 7월 1일자로 출원된, 발명의 명칭이 "수술 도구를 초기화시키기 위한 방법, 시스템, 및 장치(Methods, Systems, And Devices For Initializing A Surgical Tool)"인 미국 특허 출원 제15/200,283호, 및 2016년 8월 16일자로 출원된, 발명의 명칭이 "로봇 수술 시스템으로 엔드 이펙터 운동을 유발하기 위한 방법, 시스템, 및 장치(Methods, Systems, And Devices For Causing End Effector Motion With A Robotic Surgical System)"인 미국 특허 출원 제15/237,648호에 기술된다. 일반적으로, 리스트(16)는 조오(20, 22)가 피봇가능하게 부착되는 피봇 조인트(pivot joint)와 같은, 샤프트(12)에 대한 엔드 이펙터(14)의 이동을 허용하도록 구성되는 조인트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 피봇팅 운동(pivoting motion)은 리스트(16)의 제1 축(예컨대, X 축)을 중심으로 하는 피치(pitch) 이동, 리스트(16)의 제2 축(예컨대, Y 축)을 중심으로 하는 요(yaw) 이동, 및 리스트(16)를 중심으로 하는 엔드 이펙터(14)의 360° 회전 이동을 허용하기 위한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 피봇팅 운동은 엔드 이펙터(14)가 단일 평면 내에서 회전하도록 단일 평면 내에서의 이동, 예컨대 단지 리스트(16)의 제1 축을 중심으로 하는 피치 이동 또는 단지 리스트(16)의 제2 축을 중심으로 하는 요 이동으로 제한될 수 있다.
도 2는 주어진 기준 직교 프레임(reference Cartesian frame)에 대한 수술 시스템의 구성요소의 위치 및 배향을 기술하는 3가지 병진 또는 위치 변수, 예컨대 서지(surge), 히브(heave), 스웨이(sway), 및 3가지 회전 또는 배향 변수, 예컨대 오일러각(Euler angle) 또는 롤(roll), 피치, 요에 의해 표현되는 시스템의 자유도를 예시한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 그리고 도 2에 예시된 바와 같이, 용어 "서지"는 전후 이동을 지칭하고, 용어 "히브"는 상하 이동을 지칭하며, 용어 "스웨이"는 좌우 이동을 지칭한다. 회전 용어에 관하여, "롤"은 옆으로 기울어지는 것을 지칭하고, "피치"는 전후로 기울어지는 것을 지칭하며, "요"는 좌우로 회전하는 것을 지칭한다.
이러한 예시된 실시예에서 엔드 이펙터(14)의 이동은 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)와 실질적으로 길이방향으로 정렬되는(예컨대, 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)에 대해 실질적으로 0의 각도에 있도록 엔드 이펙터(14)의 길이방향 축(A2)이 샤프트(12)의 길이방향 축(A1)과 실질적으로 정렬됨) 비관절운동된 위치와, 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)에 대해 비스듬히 배향되는(예컨대, 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)에 대해 0이 아닌 각도에 있도록 엔드 이펙터(14)의 길이방향 축(A2)이 샤프트(12)의 길이방향 축(A1)에 대해 비스듬히 놓임) 관절운동된 위치 사이에서의 엔드 이펙터(14)의 관절형 이동을 포함한다. 당업자는 제조 공차 및 측정 장치의 정확도와 같은 임의의 수의 요인으로 인해 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)와 정확하게 정렬되지 않을 수 있지만(예컨대, 그에 대해 정확하게 0의 각도에 있지 않을 수 있음) 그럼에도 불구하고 샤프트(12)와 정렬되는(예컨대, 실질적으로 0의 각도에 있는) 것으로 고려될 수 있는 것을 인식할 것이다. 엔드 이펙터(14)는 도 1에 비관절운동된 위치로 도시된다. 이러한 예시된 실시예에서 엔드 이펙터(14)의 이동은 또한 샤프트(12)의 그의 길이방향 축(A1)을 중심으로 하는 대응하는 회전이 있거나 없이, 엔드 이펙터(14)가 그의 길이방향 축(A2)을 중심으로 회전하는 엔드 이펙터(14)의 회전 이동을 포함한다.
수술 도구(10)는 엔드 이펙터(14)의 이동을 용이하게 하도록 구성되는 하나 이상의 작동 샤프트를 포함할 수 있다. 하나 이상의 작동 샤프트 각각은 샤프트(12)를 따라(예컨대, 그의 내측 루멘 내에서) 연장될 수 있고, 하우징(18) 및 엔드 이펙터(14)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 이러한 방식으로, 하우징(18)에 결합된 도구 드라이버가 도구 하우징(18)을 통해 수술 도구(10)에 입력을 제공하여 엔드 이펙터(14)의 이동을 유발하기 위해 하나 이상의 관절운동 샤프트를 작동시키도록 구성될 수 있다.
도 3은 그에 작동가능하게 결합된 엔드 이펙터(36)(도 4 참조)의 이동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는 하나 이상의 작동 샤프트(24)를 포함하는, 도 1의 도구(10)와 같은 수술 도구의 일 실시예를 예시한다. 도 3은 엔드 이펙터(36)의 바로 근위에 위치된 리스트(26)로부터 연장되는 작동 샤프트(24)의 원위 단부를 예시한다. 리스트(26)는 엔드 이펙터(36)가 결합되는 긴 샤프트(28)의 근위 단부에 대한 엔드 에펙터(36)의 미세한 이동 및 각형성(angulation)을 허용할 수 있다. 이러한 예시된 실시예에서, 리스트(26)는 리스트(26)의 주연부 주위로 이격되는, 각각 로드 형태의 3개의 작동 샤프트(24)를 포함한다. 작동될 때(예컨대, 밀릴 때, 당겨질 때, 회전될 때), 작동 샤프트(24)는 샤프트(28)에 대한 엔드 이펙터의 관절운동(예컨대, 상향 이동, 하향 이동, 좌측 이동, 우측 이동, 및 이들의 조합)을 유발할 것이다. 작동 샤프트(24)는 작동 샤프트(24) 중 선택된 하나 이상의 선택적인 원위방향 및 근위방향 이동을 유발하여 엔드 이펙터(36)의 선택된 관절운동을 유발하기 위해, 본 명세서에서 논의된 바와 같은 수술 도구의 도구 하우징을 통해 도구 드라이버에 작동가능하게 결합되도록 구성된다.
리스트(26)는 또한 작동될 때 엔드 이펙터(36)의 한 쌍의 조오가 폐쇄되게 할 수 있는 상부 회전 드라이버(30)를 포함한다. 상부 회전 드라이버(30)는 상부 회전 드라이버(30)의 회전 및 따라서 엔드 이펙터(36)의 폐쇄를 유발하기 위해 도구 하우징을 통해 도구 드라이버에 작동가능하게 결합되도록 구성된다. 리스트(26)는 또한 작동될 때 엔드 이펙터(36)에 대한 슬레드(sled)의 이동을 유발할 수 있는, 예컨대 슬레드가 엔드 이펙터(36)를 따라 길이방향으로 병진하게 할 수 있는 하부 회전 드라이버(32)를 포함한다. 엔드 이펙터(36)를 따라 병진하는 슬레드는 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 커팅 요소가 엔드 이펙터(36)를 따라 병진하여 엔드 이펙터(36)에 의해 맞물린 조직을 커팅하게 할 수 있다. 하부 회전 드라이버(32)는 하부 회전 드라이버(32)의 회전 및 따라서 엔드 이펙터(36)를 따른 슬레드의 병진을 유발하기 위해 도구 하우징을 통해 도구 드라이버에 작동가능하게 결합되도록 구성된다. 리스트(26)는 또한 작동될 때 선형으로 근위 방향으로 이동하여 엔드 이펙터(36)의 신속한 폐쇄, 예컨대 조오의 신속한 폐쇄를 유발하는 적어도 하나의 선형 풀 케이블(pull cable)(34)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 선형 풀 케이블(34)은 그의 근위방향 이동을 유발하기 위해 도구 하우징을 통해 도구 드라이버에 작동가능하게 결합되도록 구성된다. 도구 드라이버 및 도구 드라이버를 작동 샤프트(24), 회전 드라이버(30, 32), 및 선형 풀 케이블(34)과 같은 작동 부재에 작동가능하게 결합시키는 예시적인 실시예가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 8월 16일자로 출원된, 발명의 명칭이 "로봇 수술 시스템으로 엔드 이펙터 운동을 유발하기 위한 방법, 시스템, 및 장치"인 미국 특허 출원 제15/237,648호에 추가로 기술된다.
도 4는 구동 부재(40), 나이프 형태의 커팅 요소(42), 슬레드(44), 및 하부 회전 드라이버(32)를 포함하는 커팅 요소 작동 조립체(38)를 구비하는 엔드 이펙터(36)의 일부분을 예시한다. 구동 부재(40)는 이러한 예시된 실시예에서 리드 스크류(lead screw) 형태인 하부 회전 드라이버(32)와 나사식으로 결합되는 암나사를 포함한다. 그러한 결합은 하부 회전 드라이버(32)가 회전될 때 구동 부재(40)가 하부 회전 드라이버(32)을 따라 이동하도록 허용할 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 하부 회전 드라이버(32)는 예컨대 도구의 하우징에 결합된 도구 드라이버로부터의 입력을 통해 작동되어, 하부 회전 드라이버(32)의 회전 및 하부 회전 드라이버(32)를 따른 슬레드(44)의 선형 이동을 유발할 수 있다. 커팅 요소 작동 조립체(38)는 구동 부재(40)가 슬레드(44)를 하부 회전 드라이버(32)를 따라 원위방향으로 밀 때 커팅 요소(42)를 커팅 위치로 배향시키도록 그리고 구동 부재(40)가 슬레드(44)에 대해 근위방향으로 이동될 때 커팅 요소(42)를 집어넣도록 구성된다. 작동시, 하부 회전 드라이버(32)는 구동 부재(40)를 하부 회전 드라이버(32)를 따라 원위방향으로 전진시키도록 회전되어, 슬레드(44)를 원위 방향으로 밀고 커팅 요소(42)를 커팅 위치로 비스듬히 배향시킬 수 있다. 조립체(38)의 원위방향 이동의 종료시에, 하부 회전 드라이버(32)의 회전 방향이 역전되어 구동 부재(40)를 슬레드(44)에 대해 근위방향으로 후퇴시켜, 커팅 요소(42)가 예컨대 인터페이스 특징부(interface feature)(46)와 커팅 요소(42) 사이의 상호작용을 통해 집어넣어진 위치로 아래로 회전하게 한다.
적어도 일부 실시예에서, 도 1의 수술 도구(10)는 위에 언급된 바와 같이 스테이플러일 수 있다. 도 5는 수술용 스테이플링 도구(surgical stapling tool)의 일 실시예의 원위 부분을 예시한다. 스테이플러는 긴 샤프트(48) 및 샤프트(48)의 원위 단부에 있는 엔드 이펙터를 포함한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 도구 하우징(도시되지 않음)이 샤프트(48)의 근위 단부에 있다. 이러한 예시된 실시예의 엔드 이펙터는 대향하는 하부 및 상부 조오(50, 52)를 포함한다. 하부 조오(50)는 스테이플 카트리지(staple cartridge)(54)를 지지하도록 구성되는 스테이플 채널(staple channel)을 포함하고, 상부 조오(52)는 하부 조오(50)를 향하는 그리고 스테이플 카트리지(54)의 스테이플(스테이플은 도 5에서 보이지 않음)을 전개시키는 데 도움을 주기 위해 앤빌(anvil)로서 작동하도록 구성되는 앤빌 표면(56)을 구비한다. 하부 및 상부 조오(50, 52) 중 적어도 하나는 그들 사이에 배치된 조직 및/또는 다른 물체를 클램핑하기 위해 하부 및 상부 조오(50, 52) 중 다른 하나에 대해 이동가능하다. 적어도 일부 실시예에서, 하부 및 상부 조오(50, 52) 중 하나는 고정되거나 달리 움직이지 않을 수 있다. 일부 다른 실시예에서는, 하부 및 상부 조오(50, 52) 둘 모두가 이동가능하다. 발사 시스템의 구성요소가 스테이플을 클램핑된 조직 내로 방출하기 위해 엔드 이펙터의 적어도 일부분을 통과하도록 구성될 수 있다. 이러한 예시된 실시예에서 나이프 블레이드(knife blade)인 커팅 요소(59)(도 6 참조)가 스테이플링 절차 중에 조직을 커팅하기 위해 발사 시스템과 관련될 수 있다.
이러한 예시된 실시예에서, 하부 조오(50)는 카트리지 조립체 또는 캐리어(carrier)의 역할을 하고, 상부 조오(52)는 앤빌의 역할을 한다. 복수의 스테이플을 그 내부에 갖는 스테이플 카트리지(54)는 스테이플 트레이(staple tray)(58) 내에 지지되며, 이러한 스테이플 트레이는 이어서 하부 조오(50)의 카트리지 채널(60) 내에 지지된다. 상부 조오(52)는 각각 스테이플 카트리지(54) 내에 포함된 복수의 스테이플로부터의 대응하는 스테이플 위에 위치되는 복수의 스테이플 형성 포켓(staple forming pocket)(도시되지 않음)을 구비한다. 상부 조오(52)는 다양한 방식으로 하부 조오(50)에 연결될 수 있다. 예시된 구현예에서, 상부 조오(52)는 샤프트(48)에 대한 그의 맞물림 부분의 바로 원위에서, 스테이플 채널(60)의 근위 단부(60p) 내에 피봇가능하게 수용되는 근위 피봇팅 단부(52p)를 구비한다. 상부 조오(52)가 하향으로 피봇될 때, 상부 조오(52)는 앤빌 표면(56)을 이동시키고, 그 상에 형성된 스테이플 형성 포켓은 대향하는 스테이플 카트리지(54)를 향해 이동한다.
다양한 클램핑 구성요소가 조오(50, 52)의 개방 및 폐쇄를 달성하여 그들 사이에 조직을 선택적으로 클램핑시키기 위해 사용될 수 있다. 예시된 바와 같이, 상부 조오(52)의 피봇팅 단부(52p)는 카트리지 채널(60)과의 그의 피봇식 부착 부분의 원위에 폐쇄 특징부(52c)를 포함한다. 따라서, 그의 원위 단부가 폐쇄 특징부(52c)와 맞물리는 편자형 구멍(horseshoe aperture)(62a)을 포함하는 폐쇄 튜브(62)가 그에 작동가능하게 결합된 도구 드라이버로부터의 입력에 응답하여 폐쇄 튜브(62)의 근위 길이방향 운동 중에 상부 조오(52)에 개방 운동을 그리고 원위 길이방향 운동 중에 상부 조오(52)에 폐쇄 운동을 선택적으로 부여한다. 위에 언급된 바와 같이, 엔드 이펙터의 개방 및 폐쇄는 상부 조오(52)에 대한 하부 조오(50)의 상대 운동, 하부 조오(50)에 대한 상부 조오(52)의 상대 운동에 의해, 또는 양쪽 조오(50, 52)의 서로에 대한 운동에 의해 달성될 수 있다.
예시된 실시예의 발사 구성요소는 그의 원위 단부 상에 E-빔(66)을 구비하는, 도 5 및 도 6에 도시된 발사 바아(64)를 포함한다. 발사 바아(64)는 엔드 이펙터가 관절운동되는 조인트에서 발사 바아(64)의 굽힘을 용이하게 하기 위해 적어도 그의 원위 부분에서 가요성이다. 발사 바아(64)는 샤프트(48) 내에, 예를 들어 샤프트(48)의 길이방향 발사 바아 슬롯(slot)(48s) 내에 배치되고, 그에 결합된 도구 드라이버로부터 스테이플러에 의해 수신되는 발사 입력에 의해 안내된다. 발사 입력은 엔드 이펙터의 적어도 일부분을 통한 E-빔(66)의 원위방향 운동을 유발하여, 스테이플 카트리지(54) 내에 포함된 스테이플의 발사를 유발할 수 있다. 이러한 예시된 실시예에서와 같이, E-빔(66)의 원위 단부로부터 돌출되는 가이드(guide)(68)가 슬레드(70)와 맞물릴 수 있으며, 이러한 슬레드는 이어서 스테이플 드라이버(72)를 스테이플 카트리지(54) 내에 형성된 스테이플 공동(74)을 통해 상향으로 밀 수 있다. 스테이플 드라이버(72)의 상향 이동은 카트리지(54) 내의 복수의 스테이플 각각에 상향력을 인가하여, 스테이플을 상부 조오(52)의 앤빌 표면(56)에 대고 상향으로 누르고, 형성된 스테이플을 생성한다.
스테이플의 발사를 유발하는 것에 더하여, E-빔(66)은 조오(50, 52)의 폐쇄, 스테이플 카트리지(54)로부터의 상부 조오(52)의 이격, 및/또는 조오들(50, 52) 사이에 포획된 조직의 커팅을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 특히, 한 쌍의 상부 핀(pin)(76) 및 한 쌍의 저부 핀(78)(저부 핀(78) 중 하나가 도 6에서 보이지 않음)이 상부 및 하부 조오(50, 52) 중 하나 또는 둘 모두와 맞물려 발사 바아(64)가 엔드 이펙터를 통해 원위방향으로 전진함에 따라 조오(50, 52)를 서로를 향해 압축시킬 수 있다. 동시에, 커팅 요소(59)는 조오들(50, 52) 사이에 포획된 조직을 커팅하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템, 장치, 및 방법은 로봇 수술 시스템을 사용하여 구현될 수 있다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 로봇 수술 시스템의 다양한 구성요소들 사이의 전자 통신은 유선 또는 무선일 수 있다. 당업자는 또한 로봇 수술 시스템 내의 모든 전자 통신이 유선일 수 있거나, 로봇 수술 시스템 내의 모든 전자 통신이 무선일 수 있거나, 로봇 수술 시스템의 일부 부분은 유선 통신할 수 있고 시스템의 다른 부분은 무선 통신할 수 있는 것을 인식할 것이다.
도 7은 환자(104)에 인접하게 위치되는 환자-측 부분(102), 및 동일한 수술실 내에서 그리고/또는 원격 위치에서 환자로부터 일정 거리에 위치되는 사용자-측 부분(106)을 포함하는 로봇 수술 시스템(100)의 일 실시예의 사시도이다. 환자-측 부분(102)은 일반적으로 하나 이상의 로봇 아암(108) 및 로봇 아암(108)에 해제가능하게 결합되도록 구성되는 하나 이상의 도구 조립체(110)를 포함한다. 사용자-측 부분(106)은 일반적으로 환자(104) 및/또는 수술 부위를 관찰하기 위한 비전 시스템(vision system)(112), 및 수술 절차 중에 로봇 아암(108) 및 각각의 도구 조립체(110)의 이동을 제어하기 위한 제어 시스템(114)을 포함한다.
제어 시스템(114)은 다양한 구성을 가질 수 있고, 환자에 인접하게(예컨대, 수술실 내에), 환자로부터 원격에(예컨대, 별개의 제어실 내에) 위치되거나, 2개 이상의 위치(예컨대, 수술실 및/또는 별개의 제어실(들))에 분산될 수 있다. 분산된 시스템의 일례로서, 전용 시스템 제어 콘솔이 수술실 내에 위치될 수 있고, 별개의 콘솔이 원격 위치에 위치될 수 있다. 제어 시스템(114)은 사용자가 환자-측 부분(102)에 의해 수술 중인 환자(104)의 수술 부위를 관찰할 수 있게 하고/하거나 (예컨대, 수술 부위에서 수술 절차를 수행하기 위해) 환자-측 부분(102)의 하나 이상의 부분을 제어할 수 있게 하는 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 시스템(114)은 또한 조이스틱(joystick), 외골격 장갑(exoskeletal glove), 동력식 및 중력-보상형 조작기(powered and gravity-compensated manipulator) 등과 같은 하나 이상의 수동-작동식 입력 장치를 포함할 수 있다. 하나 이상의 입력 장치는 원격작동식 모터를 제어할 수 있으며, 이는 이어서 로봇 아암(108) 및 도구 조립체(110)를 포함하는 수술 시스템의 이동을 제어할 수 있다.
환자-측 부분(102)은 다양한 구성을 가질 수 있다. 도 7에 예시된 바와 같이, 환자-측 부분(102)은 수술 테이블(116)에 결합될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 환자-측 부분(102)은 벽, 천장, 바닥, 또는 다른 수술실 장비에 장착될 수 있다. 또한, 환자-측 부분(102)이 2개의 로봇 아암(108)을 포함하는 것으로 도시되지만, 더 많거나 더 적은 로봇 아암(108)이 포함될 수 있다. 또한, 환자-측 부분(102)은 (도 7에 도시된 바와 같이) 예컨대 수술 테이블(116)에 대해 다양한 위치에 장착된 별개의 로봇 아암(108)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 환자-측 부분(102)은 그로부터 연장되는 하나 이상의 로봇 아암(108)을 포함하는 단일 조립체를 포함할 수 있다.
도 8은 로봇 아암(118) 및 로봇 아암(118)에 해제가능하게 그리고 교체가능하게 결합된 도 1의 수술 도구(10)의 다른 실시예를 예시한다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 다른 수술 기구가 대신에 아암(118)에 결합될 수 있다. 로봇 아암(118)은 관련 도구(10)를 하나 이상의 자유도(예컨대, 모든 6가지 직교 자유도, 5가지 또는 그보다 적은 직교 자유도 등)를 따라 지지하고 이동시키도록 구성된다.
로봇 아암(118)은 로봇 아암(118)의 원위 단부에 도구 드라이버(122)를 포함할 수 있으며, 이는 도구(10)와 관련된 특징부를 제어하는 것을 도울 수 있다. 로봇 아암(118)은 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 로봇 아암(118)의 일부이거나 로봇 아암에 해제가능하게 그리고 교체가능하게 결합될 수 있는 엔트리 가이드(entry guide)(123)(예컨대, 캐뉼러 마운트(cannula mount), 캐뉼러 등)를 포함할 수 있다. 도 1의 도구(10)의 샤프트(12)가 엔트리 가이드(123)를 통해 삽입되어 도시된 도 8에 도시된 바와 같이, 도구 조립체의 샤프트가 환자 내로의 삽입을 위해 엔트리 가이드(123)를 통해 삽입될 수 있다.
수술 시스템을 사용하는 동안에 멸균 수술 영역을 제공하기 위해, 장벽(126)이 수술 시스템의 작동 부분(예컨대, 로봇 아암(118))과 그에 결합된 수술 기구(예컨대, 도구(10) 등) 사이에 배치될 수 있다. 기구 멸균 어댑터(instrument sterile adapter, ISA)와 같은 멸균 구성요소가 또한 도구(10)와 로봇 아암(118) 사이의 연결 인터페이스(connecting interface)에 배치될 수 있다. 도구(10)와 로봇 아암(108) 사이의 ISA의 배치는 도구(10)와 로봇 아암(118)에 대한 멸균 커플링 지점을 보장할 수 있다. 이는 멸균 수술 영역을 손상시키지 않고서 수술 과정 중에 다른 수술 기구와 교환하기 위한 로봇 아암(118)으로부터의 수술 기구의 제거를 허용한다.
도 9는 도구 드라이버(122)를 더욱 상세히 예시한다. 도시된 바와 같이, 도구 드라이버(122)는 아암(118)에 결합된 도구(10)와 관련된 다양한 이동 및 동작을 제어하는 하나 이상의 모터를 포함할 수 있으며, 예컨대 5개의 모터(124)가 도시된다. 예를 들어, 각각의 모터(124)는 도구(10)에 의해 수행될 수 있는 하나 이상의 동작 및 이동을 제어하기 위해, 예컨대 외과 수술의 수행을 돕기 위해 도구(10)와 관련된 작동 특징부(예컨대, 기어)에 결합되고/되거나 그것과 상호작용할 수 있다. 모터(124)는 도구 드라이버(122)의 상부 표면 상에서 접근가능하며, 따라서 도구(10)(예컨대, 그의 하우징(18))는 도구 드라이버(122) 위에 장착되어 그에 결합되도록 구성된다. 도구 드라이버 모터에 의해 제어되도록 구성되는 도구 하우징(또한 "퍽(puck)"으로 지칭됨)의 구성요소 및 모터 작동의 예시적인 실시예가 이전에 언급된, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트"인 국제 특허 공개 WO 2014/151952호, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템"인 국제 특허 공개 WO 2014/151621호, 2016년 7월 1일자로 출원된, 발명의 명칭이 "수술 도구를 초기화시키기 위한 방법, 시스템, 및 장치"인 미국 특허 출원 제15/200,283호, 및 2016년 8월 16일자로 출원된, 발명의 명칭이 "로봇 수술 시스템의 모터를 제어하기 위한 방법, 시스템, 장치(Methods, Systems, And Devices For Controlling A Motor Of A Robotic Surgical Systems)"인 미국 특허 출원 제15/237,653호에 추가로 기술된다.
도구 드라이버(122)는 또한 도구(10)의 샤프트(12)를 수용하기 위해 그의 측벽 내에 형성된 샤프트-수용 채널(126)을 포함한다. 다른 실시예에서, 샤프트(12)는 도구 드라이버(122) 내의 개구를 통해 연장될 수 있거나, 2개의 구성요소는 다양한 다른 구성으로 정합할 수 있다.
도 1의 도구(10), 도 3의 도구, 도 5의 도구, 또는 다른 수술 도구와 같은 수술 도구는 수술 도구의 엔드 이펙터를 엔드 이펙터의 관절운동의 범위 내의 임의의 관절운동 각도로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 역시 위에 언급된 바와 같이, 수술 도구에 결합되는, 도 7의 로봇 수술 시스템(100) 또는 다른 로봇 수술 시스템과 같은 로봇 수술 시스템은 로킹 메커니즘의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 관절운동된 구성에서 수술 기구의 엔드 이펙터를 로킹시키기 위한 다양한 로킹 메커니즘이 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2016년 12월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "관절운동된 구성에서 수술 기구의 엔드 이펙터를 로킹시키기 위한 측방향으로 작동가능한 관절운동 로크 배열(Laterally Actuatable Articulation Lock Arrangements For Locking An End Effector Of A Surgical Instrument In An Articulated Configuration)"인 미국 특허 출원 제15/385,935호에 기술된다.
도 10은 수술 도구의 엔드 이펙터(204)를 임의의 관절운동 각도로 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함하는, 도 1의 도구(10)와 같은 수술 도구의 일 실시예를 예시한다. 수술 도구는 그에 작동가능하게 결합된 엔드 이펙터(204)의 이동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는, 각각 로드 형태의 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)를 포함한다. 엔드 이펙터(204)는 대향하는 제1 및 제2 조오(204a, 204b)(도 14 참조)를 포함한다. 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)는 수술 도구의 서로 반대편에 있는 측부들(예컨대, 좌측 및 우측) 상에 있다. 제1 작동 샤프트(200)(도 10에 예시된 바와 같이 도구의 좌측 측부 상에 있음)는 엔드 이펙터(204)에 작동가능하게 결합되는 원위 단부(200d)를 구비하고, 제2 작동 샤프트(202)(도 10에 예시된 바와 같이 도구의 우측 측부 상에 있음)는 또한 엔드 이펙터(204)에 작동가능하게 결합되는 원위 단부(202d)를 구비한다. 작동 샤프트의 원위 단부(200d, 202d) 각각은 작동 샤프트(200, 202)의 원위 단부(200d, 202d)에 있는 구멍 내에 포획되는, 엔드 이펙터(204)로부터 연장되는 각각의 페그(peg)를 통해 엔드 이펙터(204)에 결합되지만, 이러한 결합은 다른 방식으로, 예컨대 용접, 접착제 등에 의해 달성될 수 있다.
작동 샤프트(200, 202)는 리스트 또는 조인트(214)(도 14 참조)에서 그의 원위 단부에 엔드 이펙터(204)를 갖는 긴 샤프트(212)에 대해 길이방향으로 병진함으로써 서로에 대해 이동하도록 구성된다. 작동 샤프트(200, 202)는 긴 샤프트(212)를 따라, 예컨대 그의 내측 루멘 내에서 연장된다. 작동 샤프트(200, 202)는 반대 방향들로 동시에 이동하도록 구성되며, 이때 작동 샤프트(200, 202) 중 하나는 근위 방향으로 길이방향으로 병진하고, 작동 샤프트(200, 202) 중 다른 하나는 원위 방향으로 길이방향으로 병진한다. 엔드 이펙터(204)는 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)의 이동에 응답하여 관절운동하도록 구성된다. 엔드 이펙터의 비스듬히 놓인 배향의 방향은 작동 샤프트의 이동의 방향에 의존한다. 제1, 좌측 작동 샤프트(200)가 원위방향으로 이동하고 제2, 우측 작동 샤프트(202)가 근위방향으로 이동하는 것에 응답하여, 엔드 이펙터(204)는 우측으로 비스듬히 놓이도록 구성된다. 제2, 우측 작동 샤프트(202)가 원위방향으로 이동하고 제1, 좌측 작동 샤프트(200)가 근위방향으로 이동하는 것에 응답하여, 엔드 이펙터(204)는 좌측으로 비스듬히 놓이도록 구성된다. 작동 샤프트의 길이방향 이동의 양이 관절운동의 양을 한정하며, 예컨대 더 많은 길이방향 이동이 더 높은 관절운동 각도에 대응한다. 작동 샤프트(200, 202)는 작동 샤프트(200, 202)의 선택적인 근위방향 및 원위방향 이동을 유발하여 엔드 이펙터(204)의 선택된 관절운동을 유발하기 위해, 본 명세서에서 논의된 바와 같은 수술 도구의 도구 하우징을 통해 도구 드라이버에 작동가능하게 결합되도록 구성된다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 작동 샤프트(200, 202) 각각은 서로 중첩되는 플레이트(200p, 202p)를 포함한다. 제1 플레이트(200p)는 이러한 예시된 실시예에서 제1 플레이트(200p)의 저부 표면이 제2 플레이트(202p)의 상부 표면을 향하도록 제2 플레이트(202p) 위에 있지만, 제2 플레이트(202p)는 제2 플레이트(202p)의 저부 표면이 제1 플레이트(200p)의 상부 표면을 향하도록 제1 플레이트(200p) 위에 있을 수 있다. 제1 및 제2 플레이트(200p, 202p)는 이러한 예시된 실시예에서 그들 각각의 작동 샤프트(200, 202)와 일체로 형성되며, 이는 제조를 용이하게 할 수 있다. 다른 실시예에서, 작동 샤프트(200, 202)는 그들 각각의 작동 샤프트(200, 202)의 나머지와 별개의 구성요소일 수 있으며, 예컨대 용접, 접착제 등을 사용하여 그에 부착될 수 있다. 작동 샤프트(200, 202)는 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트(200p, 202p)에서 서로 활주가능하게 맞물리도록 구성된다. 작동 샤프트(200, 202) 각각은 도 11에 도시된 바와 같이, 그 내부에 형성되는, 예컨대 제1 및 제2 플레이트(200p, 202p) 내에 형성되는 긴 슬롯(200s, 202s)을 구비한다. 긴 슬롯(200s, 202s)은 길이방향으로, 예컨대 근위-원위방향으로 연장된다.
수술 도구의 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터(204)가 그의 현재 관절운동된 각도로 로킹되는 로킹 구성(locked configuration)과, 엔드 이펙터(204)가 자유롭게 관절운동되도록 구성되는 로킹해제 구성(unlocked configuration) 사이에서 이동하도록 구성된다. 로킹 메커니즘의 로킹해제 구성은 엔드 이펙터(204)가 실질적으로 0의 각도 위치에 있는 것에 대응한다. 로킹 메커니즘은 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)에 작동가능하게 결합된다. 로킹 메커니즘은 작동 샤프트(200, 202)를 서로에 대해 그리고 작동 샤프트(200, 202)가 그것을 따라 연장되는 긴 샤프트(212)에 대해 제위치로 로킹시키도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 로킹 메커니즘은 엔드 이펙터(204)가 그의 현재 비스듬히 놓인 배향으로 유지되도록 작동 샤프트(200, 202)가 길이방향으로 병진하는 것을 방지하도록 구성된다.
도 10, 도 11, 및 도 13에 도시된 바와 같이, 이러한 예시된 실시예의 로킹 메커니즘은 로킹 로드(206), 가동 웨지(movable wedge)(208), 및 고정 웨지(stationary wedge)(210)를 포함한다. 가동 웨지(208) 및 고정 웨지(210) 각각은 도 11 및 도 13에 도시된 바와 같이, 그 내부에 형성되는 긴 슬롯(208s, 210s)을 구비한다. 긴 슬롯(208s, 210s)은 길이방향으로 연장되고, 적어도 그의 부분 길이방향 길이를 따라 제1 및 제2 플레이트(200p, 202p)의 긴 슬롯(200s, 202s)과 정렬되어 제1 및 제2 플레이트(200p, 202)와 웨지(208, 210)를 통해 연속 개구를 형성한다. 로킹 로드(206)는 도구의 길이방향 축(A1)에 실질적으로 수직한, 예컨대 작동 샤프트의 길이방향 이동의 방향에 실질적으로 수직한 방향으로, 4개의 긴 슬롯(200s, 202s, 208s, 210s)을 통해 연장되며, 예컨대 한정된 개구를 통해 연장된다. 로킹 로드(206)는 그의 원위 단부에 긴 슬롯(200s, 202s, 208s, 210s)을 통해 연장되는 그리고 근위방향으로 향하는 후크(hook)(206h)를 구비한다. 후크(206h)는 가동 웨지(208)를 후킹하고(hook), 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 고정 웨지(210)에 대한 가동 웨지(208)의 이동을 유발하도록 구성된다.
가동 웨지(208)와 고정 웨지(210)는 도 11에 도시된 바와 같이, 대면하는 맞물린 표면(208f, 210f)을 구비한다. 대면하는 맞물린 표면(208f, 210)은 반대 방향들로 테이퍼 형성된다(taper). 가동 웨지(208)의 표면(208f)은 하향으로, 예컨대 원위방향으로 테이퍼 형성되고, 고정 웨지(210)의 표면(210f)은 상향으로, 예컨대 근위방향으로 테이퍼 형성된다.
로킹 메커니즘은 엔드 이펙터(204), 조인트(214), 및 작동 샤프트(200, 202)의 원위 단부(200d, 202d) 부근에 그리고 그것의 바로 근위에 위치된다. 로킹 메커니즘은 긴 샤프트(212)의 원위 단부 부근에 위치된다. 엔드 이펙터(204), 조인트(214), 및 작동 샤프트(200, 202)의 원위 단부(200d, 202d) 부근에 위치되는 로킹 메커니즘은 로킹 메커니즘이 엔드 이펙터(204)를 그의 현재 관절운동된 배향으로 견고하게 로킹시키는 데 도움을 줄 수 있다.
수술 도구는 또한 엔드 이펙터(204)를 따라 병진하여 맞물린 조직을 커팅하도록, 예컨대 조오들(204a, 204b) 사이에 클램핑된 조직을 커팅하도록 구성되는 커팅 요소를 포함한다. 수술 도구는 커팅 요소를 그의 긴 슬롯(216s)을 통해 길이방향으로 안내하도록 구성되는 가이드(216)를 포함한다. 예를 들어, 수술 도구는 가이드(216)를 통해 길이방향으로 병진하도록 구성되는, 커팅 요소(59)를 포함하는 도 5 및 도 6의 발사 바아(64)와 유사한 발사 바아를 포함할 수 있다.
사용시, 작동 샤프트(200, 202)는 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통해, 엔드 이펙터(204)를 긴 샤프트(212)에 대해 일정 각도로 관절운동시키도록 작동된다. 도 14는 엔드 이펙터(204)의 관절운동된 위치의 일례를 예시하며, 이때 엔드 이펙터(204)는 긴 샤프트(212)에 대해 각도 α에 있다. 예시의 명확성을 위해, 제2 작동 샤프트(202)는 도 14에 도시되지만, 제1 작동 샤프트(200), 커팅 요소, 가이드(216), 및 로킹 메커니즘은 도 14에 도시되지 않는다. 엔드 이펙터(204)는 제1 작동 샤프트(200)가 원위 방향으로 이동하고 제2 작동 샤프트(202)가 근위 방향으로 이동하는 것에 기인하여, 이러한 예시된 실시예에서 우측으로 비스듬히 놓인다.
작동 샤프트(200, 202) 중 하나, 이러한 예시된 실시예에서 제2 작동 샤프트(202)가 근위방향으로 병진함에 따라, 그의 근위방향-지향 표면(proximal-facing surface)(202f)이 로킹 로드(206)의 원위방향-지향 표면(distal-facing surface)(206f)에 맞닿도록 이동한다. 이러한 예시된 실시예에서, 표면(202f, 206f)(또는, 반대 방향으로의 관절운동에 대해, 표면(200f, 206f))은 작동 샤프트(200, 202)가 엔드 이펙터(204)를 그의 실질적으로 0의 각도 위치로부터 이동시키기 시작하기 전에 소정량만큼 이동할 때까지 서로 맞닿지 않는다. 다른 실시예에서, 근위방향-지향 표면(200f, 202f)은 작동 샤프트(200, 202) 중 어느 하나의 임의의 근위방향 이동이 로킹 로드(206)의 대응하는 근위방향 이동을 유발하도록 엔드 이펙터(204)가 그의 실질적으로 0의 각도 위치에 있을 때 원위방향-지향 표면(206f)에 맞닿을 수 있다.
작동 샤프트(202) 중 근위방향으로 이동하는 작동 샤프트의 근위방향-지향 표면(202f)이 로킹 로드(206)의 원위방향-지향 표면(206f)에 맞닿으면, 그러한 작동 샤프트(202)의 근위방향 이동은 로킹 로드(206)를 근위방향으로 밀 것이다. 로킹 로드(206)의 근위방향 이동은 그에 후킹되는 가동 웨지(208)의 대응하는 근위방향 이동을 유발한다. 따라서, 로킹 로드(206)는 가동 웨지(208)를 고정 웨지(210)를 따라 근위방향으로 당길 것이며, 이때 로킹 로드(206)는 작동 샤프트(200, 202) 및 고정 웨지(210)의 긴 슬롯(200s, 202s, 210s)을 통해 활주한다. 따라서, 가동 웨지(208)의 대면하는 맞물린 표면(208f)은 고정 웨지(210)의 대면하는 맞물린 표면(210f)을 따라 근위방향으로 활주한다. 이러한 고정 웨지(210)를 따른 가동 웨지(208)의 이동은 작동 샤프트(200, 202)의 플레이트(200p, 202p)가 그들의 대면하는 표면을 따라 서로 압착되게 하는, 도 15에 화살표 F1에 의해 도시된 하향력을 가한다. 이에 의해, 작동 샤프트(200, 202)는 엔드 이펙터(204)가 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹되도록, 예컨대 그의 최대값을 포함하여 최대값까지의 엔드 이펙터의 관절운동 범위 내의 각도 α의 값에 상관없이, 각도 α로 로킹되도록 서로에 대해 제위치로 로킹된다. 엔드 이펙터(204)가 더 많이 관절운동될수록, 예컨대 각도 α가 클수록, 웨지(208, 210)의 웨지 형상으로 인해, 예컨대 테이퍼 형성된 대면하는 맞물린 표면(208f, 210f)으로 인해 가동 웨지(208)가 가하는 하항력이 커진다. 보다 큰 하향력은 엔드 이펙터(204)를 그의 관절운동된 각도로 유지시키는 데 도움을 줄 수 있는데, 왜냐하면 관절운동 각도 α가 클수록 커팅 요소가 엔드 이펙터(204)를 그의 실질적으로 0의 각도 위치를 향해 가압시키는 데 보다 큰 힘을 가할 수 있기 때문이다.
함께 압착되는 작동 샤프트(200, 202)의 대면하는 평탄한 표면은 각각 표면들 사이의 마찰 계수가 표면을 낮은 하항력(F1)으로 서로에 대해 제위치로 유지시키는 데 도움을 줄 수 있도록 하는 재료로부터 제조될 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 함께 압착되는 작동 샤프트(200, 202)의 대면하는 표면은 작동 샤프트(200, 202)의 상대 이동을 방지하는 데 추가로 도움을 주기 위해 그 상에 마찰 특징부를 구비할 수 있다. 마찰 특징부는 코팅(들)이 없는 경우보다 높은 마찰 계수로 서로 마찰식으로 맞물리도록 구성되는 대면하는 표면 중 하나 또는 둘 모두 상의 코팅, 텍스처화된 표면(textured surface)(들)이 없는 경우보다 높은 마찰 계수로 서로 마찰식으로 맞물리도록 구성되는 대면하는 표면 중 하나 또는 둘 모두 상의 텍스처화된 표면 등과 같은 다양한 구성을 가질 수 있다.
엔드 이펙터(204)가 관절운동되면, 커팅 요소는 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통해, 엔드 이펙터(204)를 따라 병진되어 엔드 이펙터(204)에 의해 맞물린 조직을 커팅할 수 있다. 로킹 메커니즘이 그의 로킹 구성에 있는 상태에서 엔드 이펙터(204)가 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹되기 때문에, 커팅 요소의 병진은 관절운동 각도 α를 변화시키지 않을 것이다. 커팅 요소는 엔드 이펙터(204)가 관절운동되지 않을 때, 예컨대 실질적으로 0의 각도 위치에 있을 때 엔드 이펙터(204)를 따라 병진되어 엔드 이펙터(204)에 의해 맞물린 조직을 커팅할 수 있으며, 이러한 경우에 로킹 메커니즘은 그의 로킹해제 구성에 있을 것이다.
로킹 메커니즘은 작동 샤프트(200, 202)가 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통해, 엔드 이펙터(204)를 그의 관절운동된 위치로부터 그의 비관절운동된 위치로 이동시키도록 작동됨으로써 그의 로킹 구성으로부터 그의 로킹해제 구성으로 이동될 수 있다. 따라서, 로킹 로드(206)는 자유롭게 원위방향으로 활주할 수 있고, 상응하게 가동 웨지(208)를 원위방향으로 이동시킬 수 있으며, 이때 로킹 로드(206)는 작동 샤프트(200, 202) 및 고정 웨지(210)의 긴 슬롯(200s, 202s, 210s)을 통해 활주한다. 로킹 로드(206)는 로킹 로드(206)의 원위방향 활주를 촉진시키기 위해, 예컨대 스프링(도시되지 않음)으로 원위 위치로 편향될 수 있다.
다른 실시예에서, 수술 도구는 도 10의 수술 도구와 유사하게 구성될 수 있지만, 서로 맞닿도록 구성되는 제1 및 제2 작동 샤프트의 대면하는 표면이 수술 도구의 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동 각도로 로킹시키게 하도록 구성되는 상이한 유형의 로킹 메커니즘을 포함할 수 있다. 이들 실시예의 로킹 메커니즘은 수술 도구의 커팅 요소의 작동에 응답하여, 예컨대 커팅 요소가 엔드 이펙터를 따라 그의 길이방향 병진을 시작하는 것에 응답하여 그의 로킹해제 구성으로부터 그의 로킹 구성으로 자동으로 이동되도록 구성될 수 있다.
도 16은 도 10의 수술 도구와 유사하게 구성되는 수술 도구의 일 실시예를 예시하며, 예컨대 한 쌍의 가동 작동 샤프트를 포함하지만, 수술 도구의 커팅 요소의 작동에 응답하여 그의 로킹해제 구성으로부터 그의 로킹 구성으로 자동으로 이동되도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함한다. 이러한 예시된 실시예에서, 로킹 메커니즘은 고정 웨지, 가동 웨지, 로킹 로드(400), 및 캠(402)을 포함한다. 로킹 로드(400)는 그의 원위 단부에 후크(400h)(도 17 참조)를 구비하며, 이러한 후크는 이러한 예시된 실시예의 후크(400h)가 근위방향 대신에 원위방향으로 향하는 것을 제외하고는, 위에서 논의된 후크(206h)와 유사하게, 가동 웨지를 후킹한다. 이러한 예시된 실시예의 로킹 로드(400)는 그의 근위 단부에 그 내부에 형성되는 홈 또는 채널(400a)을 구비한다. 홈 또는 채널(400a)은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 엔드 이펙터의 관절운동된 위치의 로킹을 용이하게 하기 위해 캠(402)과 작동가능하게 맞물리도록 구성된다. 따라서, 홈 또는 채널(400a)은 캠 플레이트(402)를 향한다. 이러한 예시된 실시예의 캠(402)은 직사각형 형상을 갖는 플레이트이지만, 이러한 플레이트는 타원형, 마름모꼴(diamond), 정사각형 등과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 캠(402)은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 캠(402)이 발사 로드(404)에 대해 이동하는 것을 허용하도록 구성되는 슬롯(402s)을 그 내부에 구비한다.
수술 도구는 또한 수술 도구의 엔드 이펙터로부터의 스테이플의 발사를 유발하고 커팅 요소를 엔드 이펙터를 따라 병진시키기 위해 작동되도록 구성되는 발사 로드(404)를 포함한다. 발사 로드(404)는 전반적으로 도 5 및 도 6의 발사 바아(64)와 유사하게 구성되고 사용된다. 캠 플레이트(402)는 발사 로드(404)의 길이방향 길이를 따라 고정된 위치에서 발사 로드(404)에 부착된다. 캠(402)은 이러한 예시된 실시예에서 슬롯 연결을 통해 발사 로드(404)에 부착되지만, 그에 다른 방식으로, 예컨대 그에 접착제로 접착됨으로써, 그에 용접됨으로써, 발사 로드(404)의 일부로서 성형됨으로써, 기타 등등에 의해 부착될 수 있다.
수술 도구는 또한 발사 로드(404)의 병진 이동을 안내하도록 구성되는 근위 채널 리테이너(proximal channel retainer)(406)를 포함한다. 근위 채널 리테이너(406)는 위에서 논의된 폐쇄 튜브(62)와 유사한, 수술 도구의 폐쇄 튜브로부터 연장된다. 근위 채널 리테이너의 예시적인 실시예가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 1996년 8월 22일자로 출원된, 발명의 명칭이 "지혈성 수술용 커팅 또는 스테이플링 기구(Hemostatic Surgical Cutting Or Stapling Instrument)"인 미국 특허 제5,716,366호에 추가로 기술된다. 이러한 예시된 실시예에서, 근위 채널 리테이너(406)는 그 상에 캠(402)과 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 램프(ramp)(406r)를 구비한다. 따라서, 램프(406r)는 이러한 예시된 실시예에서 발사 로드(404)를 향하며, 이때 발사 로드(404)에 부착된 캠(402)은 램프(406r)와의 캠(402)의 맞물림을 용이하게 하기 위해 발사 로드로부터 근위 채널 리테이너(406)를 향해 상향으로 연장된다. 캠(402)은 또한 홈(400a)과의 캠(402)의 맞물림을 용이하게 하기 위해 발사 로드(404)로부터 로킹 로드(400)를 향해 하향으로 연장된다.
일반적으로, 캠(402)은 발사 중에, 예컨대 발사 로드(404)의 이동 중에 로킹 로드(400) 및 근위 채널 리테이너(406)와 작동가능하게 맞물려서, 가동 웨지가 고정 웨지에 대해 이동하게 하여, 예컨대 위에서 논의된 가동 및 고정 웨지(208, 210)와 유사하게 고정 웨지를 따라 활주하게 하여, 위에서 논의된 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)와 유사하게, 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시키도록 구성된다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 램프(406r)와의 캠의 맞물림은 캠(402)이 홈(400a) 내에 안착되게 할 수 있으며, 이는 로킹 로드(400)가 발사 로드(404)와 함께 이동하여 가동 웨지를 고정 웨지를 따라 활주시켜서 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시켜 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹시키게 할 수 있다.
사용시, 도 17에 도시된 바와 같이, 발사 로드(404)와 캠(402)은 캠(402)이 램프(406r)의 근위에 있고 홈(400a)으로부터 맞물림 해제된 발사 전의 초기 위치에 있다. 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통한 발사 로드(404)의 작동에 응답하여, 캠(402)과 발사 로드(404)가 각각 도 17의 그들의 초기 위치로부터 원위방향으로 이동되는 도 18에 도시된 바와 같이, 발사 로드(404), 및 따라서 또한 그에 부착된 캠(402)이 원위 방향으로 이동한다. 캠(402)은 램프(406r)와 맞물리고, 램프(406r)의 근위 경사 표면(406p)을 따라 활주하며, 이는 캠(402)을 하향으로 가압시켜, 캠(402)이 홈(400a) 내로 이동하도록 한다. 캠(402) 내의 슬롯(402s)은 발사 로드(404)에 대한 캠(402)의 이러한 하향 이동을 허용하며, 예컨대 캠(402)이 하향으로 이동하여 홈(400a) 내에 안착되도록 허용한다.
도 19는 도 18의 그의 위치로부터의 발사 로드의 지속적인 원위방향 이동을 예시한다. 캠(402)은 근위 경사 표면(406p)을 따라 아래로, 캠(402)이 그것을 따라 활주하는 중간의 평탄한 표면(406i)까지 활주하였다. 홈(400a) 내에의 캠의 안착을 통한 로킹 로드(400)와의 캠의 맞물림은 로킹 로드(400)가 또한 원위방향으로 이동하게 한다. 따라서, 로킹 로드(400)에 의해 후킹된 가동 웨지가 또한 고정 웨지를 따라 원위방향으로 활주하여, 작동 샤프트를 함께 가압시켜 발사 중에, 예컨대 스테이플의 발사 및 커팅 요소에 의한 조직의 커팅 중에 엔드 이펙터를 그의 관절운동된 위치로 로킹시킨다. 중간의 평탄한 표면(406i)의 길이는 슬레드가 스테이플을 엔드 이펙터 외부로 구동시키기 위해 병진하는 길이 및 커팅 요소가 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 병진하는 길이 중 보다 긴 길이에 대응할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 이들 길이는 동일할 수 있다. 따라서, 작동 샤프트는 엔드 이펙터의 관절운동 각도가 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 로킹되도록 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 함께 압착될 수 있다.
도 20은 도 19의 그의 위치로부터의 발사 로드의 지속적인 원위방향 이동을 예시한다. 캠(402)은 중간의 평탄한 표면(406i)의 길이를 따라 활주하였고, 램프(406r)의 원위 경사 표면(406d)을 따라 활주하기 시작한다. 원위 경사 표면(406d)을 따른 캠(402)의 활주는 캠(402)이 로킹 로드(400) 및 그 내부의 홈(400a)으로부터 멀어지는 방향으로 상향으로 이동하도록 허용한다. 수술 도구는 캠(402)이 원위 경사 표면(406d)과 만날 때 캠(402)이 홈(400a) 외부로 상향으로 자동으로 이동하도록 캠(402)을 상향으로 근위 채널 리테이너(406)를 향해 편향시키는, 슬롯(402s) 내의 스프링과 같은 편향 부재(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 캠(402)의 상향 편향은 또한 캠(402)이 램프(406r)를 따라 원활하게 활주하는 데 도움을 줄 수 있다. 발사 로드(404)의 지속적인 원위방향 이동은 도 16 및 도 21에 도시된 바와 같이, 캠(402)을 홈(400a)으로부터 그리고 램프(406r)로부터 맞물림 해제시킨다. 따라서, 엔드 이펙터는 원한다면, 스테이플의 발사 및 조직의 커팅 후에 관절운동될 수 있는데, 왜냐하면 작동 샤프트가 더 이상 함께 압착되지 않기 때문이다. 바꾸어 말하면, 로킹 메커니즘은 중간의 평탄한 표면(406i)을 따른 캠의 활주 및 홈(400a) 내에의 캠의 안착 중에 그의 로킹 구성에 있어서 엔드 이펙터의 관절운동된 위치를 로킹시키고, 그 외에는 그의 로킹해제 구성에 있어서 엔드 이펙터의 자유로운 관절운동을 허용한다. 도 16 및 도 21의 그의 위치로부터 다시 도 17의 그의 위치로의 근위방향으로의 발사 로드(404)의 이동은 가동 웨지를 근위방향으로 당기고, 임의의 후속 발사 작동을 위해 로킹 메커니즘을 그의 로킹해제 구성으로 재설정한다.
도 22는 도 10의 수술 도구와 유사하게 구성되는 수술 도구의 다른 실시예를 예시하며, 예컨대 한 쌍의 가동 작동 샤프트를 포함하지만, 수술 도구의 커팅 요소의 작동에 응답하여 그의 로킹해제 구성으로부터 그의 로킹 구성으로 자동으로 이동되도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함한다. 이러한 예시된 실시예에서, 로킹 메커니즘은 고정 웨지, 가동 웨지, 로킹 로드(500), 및 로킹 로드(500)에 부착되는 기어 또는 피니언(pinion)(502)을 포함한다. 로킹 로드(500)는 그의 원위 단부에 후크를 구비하며, 이러한 후크는 이러한 예시된 실시예의 후크가 위에서 논의된 후크(400h)와 유사하게 원위방향으로 향하는 것을 제외하고는, 위에서 논의된 후크(206h)와 유사하게, 가동 웨지를 후킹한다. 기어(502)는 기어(502)가 그것을 중심으로 로킹 로드(500)에 대해 회전하도록 구성되는 핀을 통해 그의 근위 단부에서 로킹 로드(500)에 부착되지만, 기어(502)는 다른 방식으로 로킹 로드(500)에 부착될 수 있다.
수술 도구는 또한 수술 도구의 엔드 이펙터로부터의 스테이플의 발사를 유발하고 커팅 요소를 엔드 이펙터를 따라 병진시키기 위해 작동되도록 구성되는 발사 로드(504)를 포함한다. 발사 로드(504)는 전반적으로 도 5 및 도 6의 발사 바아(64)와 유사하게 구성되고 사용된다. 발사 로드(504)는 그 상에 기어(502)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부(504t)를 구비한다.
수술 도구는 또한 발사 로드(504)의 병진 이동을 안내하도록 구성되는 근위 채널 리테이너(506)를 포함한다. 근위 채널 리테이너(506)는 전반적으로 위에서 논의된 근위 채널 리테이너(406)와 유사하게 구성되고 사용된다. 근위 채널 리테이너(506)는 그 상에 기어(502)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부(506t)를 구비한다.
일반적으로, 기어(502)는 발사 중에, 예컨대 발사 로드(504)의 이동 중에 발사 로드(504)(예컨대, 그의 치형부(504t)) 및 근위 채널 리테이너(506)(예컨대, 그의 치형부(506t))와 작동가능하게 맞물려서, 가동 웨지가 고정 웨지에 대해 이동하게 하여, 예컨대 위에서 논의된 가동 및 고정 웨지(208, 210)와 유사하게 고정 웨지를 따라 활주하게 하여, 위에서 논의된 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)와 유사하게, 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시키도록 구성된다. 치형부(504t, 506t)와의 기어의 맞물림은 로킹 로드(500)가 발사 로드(504)와 함께 이동하여 가동 웨지를 고정 웨지를 따라 활주시켜서 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시켜 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹시키게 할 수 있다.
사용시, 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통한 발사 로드(504)의 작동에 응답하여, 발사 로드(504)가 원위방향으로 이동한다. 발사 로드(504)의 원위방향 이동은 기어(502)가 회전하여 로킹 로드(500)를 원위방향으로 이동시키게 한다. 따라서, 로킹 로드(500)에 의해 후킹된 가동 웨지가 또한 고정 웨지를 따라 원위방향으로 활주하여, 작동 샤프트를 함께 가압시켜 발사 중에, 예컨대 스테이플의 발사 및 커팅 요소에 의한 조직의 커팅 중에 엔드 이펙터를 그의 관절운동된 위치로 로킹시킨다. 다른 실시예에서, 로킹 로드(500)는 위에서 논의된 도 10의 로킹 로드(206)와 유사하게, 발사 로드(504)의 원위방향 이동에 응답하여 근위방향으로 이동하여 가동 웨지를 근위방향으로 당겨 로크와 맞물리도록 구성될 수 있다. 치형부(504t)가 그것을 따라 연장되는 발사 로드(504)의 길이는 슬레드가 스테이플을 엔드 이펙터 외부로 구동시키기 위해 병진하는 길이 및 커팅 요소가 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 병진하는 길이 중 보다 긴 길이에 대응할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 이들 길이는 동일할 수 있다. 따라서, 작동 샤프트는 엔드 이펙터의 관절운동 각도가 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 로킹되도록 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 함께 압착될 수 있다.
발사 로드(504)의 지속적인 원위방향 이동은 도 22에 도시된 바와 같이, 기어(502)를 발사 로드의 치형부(504t)로부터 맞물림 해제시킨다. 따라서, 엔드 이펙터는 원한다면, 스테이플의 발사 및 조직의 커팅 후에 관절운동될 수 있는데, 왜냐하면 작동 샤프트가 더 이상 함께 압착되지 않기 때문이다. 바꾸어 말하면, 로킹 메커니즘은 발사 로드의 치형부(504t)와의 기어의 맞물림 중에 그의 로킹 구성에 있어서 엔드 이펙터의 관절운동된 위치를 로킹시키고, 그 외에는 그의 로킹해제 구성에 있어서 엔드 이펙터의 자유로운 관절운동을 허용한다. 도 22의 그의 위치로부터 근위방향으로의 발사 로드(504)의 이동은 가동 웨지를 근위방향으로 당기고, 임의의 후속 발사 작동을 위해 로킹 메커니즘을 그의 로킹해제 구성으로 재설정한다.
도 23은 도 10의 수술 도구와 유사하게 구성되는 수술 도구의 다른 실시예를 예시하며, 예컨대 한 쌍의 가동 작동 샤프트를 포함하지만, 수술 도구의 커팅 요소의 작동에 응답하여 그의 로킹해제 구성으로부터 그의 로킹 구성으로 자동으로 이동되도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함한다. 이러한 예시된 실시예에서, 로킹 메커니즘은 고정 웨지, 가동 웨지, 로킹 로드(600), 및 로킹 로드(600)의 치형부(600t)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 기어 또는 피니언(602)을 포함한다. 기어(602)는 핀으로 수술 도구에, 예컨대 그의 긴 샤프트의 내벽에 고정되지만, 기어(602)는 다른 방식으로 수술 도구에 부착될 수 있다.
수술 도구는 또한 수술 도구의 엔드 이펙터로부터의 스테이플의 발사를 유발하고 커팅 요소를 엔드 이펙터를 따라 병진시키기 위해 작동되도록 구성되는 발사 로드(604)를 포함한다. 발사 로드(604)는 전반적으로 도 5 및 도 6의 발사 바아(64)와 유사하게 구성되고 사용된다. 발사 로드(604)는 그 상에 기어(602)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부(604t)를 구비한다.
일반적으로, 기어(602)는 발사 중에, 예컨대 발사 로드(604)의 이동 중에 발사 로드(604)(예컨대, 그의 치형부(604t)) 및 로킹 로드(600)(예컨대, 그의 치형부(600t))와 작동가능하게 맞물려서, 가동 웨지가 고정 웨지에 대해 이동하게 하여, 예컨대 위에서 논의된 가동 및 고정 웨지(208, 210)와 유사하게 고정 웨지를 따라 활주하게 하여, 위에서 논의된 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)와 유사하게, 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시키도록 구성된다. 치형부(604t, 600t)와의 기어의 맞물림은 로킹 로드(600)가 발사 로드(604)와 함께 이동하여 가동 웨지를 고정 웨지를 따라 활주시켜서 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시켜 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹시키게 할 수 있다.
사용시, 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통한 발사 로드(604)의 작동에 응답하여, 발사 로드(604)가 원위방향으로 이동한다. 발사 로드(604)의 원위방향 이동은 기어(602)가 회전하여 로킹 로드(600)를 원위방향으로 이동시키게 한다. 따라서, 로킹 로드(600)에 의해 후킹된 가동 웨지가 또한 고정 웨지를 따라 원위방향으로 활주하여, 작동 샤프트를 함께 가압시켜 발사 중에, 예컨대 스테이플의 발사 및 커팅 요소에 의한 조직의 커팅 중에 엔드 이펙터를 그의 관절운동된 위치로 로킹시킨다. 다른 실시예에서, 로킹 로드(600)는 위에서 논의된 도 10의 로킹 로드(206)와 유사하게, 발사 로드(604)의 원위방향 이동에 응답하여 근위방향으로 이동하여 가동 웨지를 근위방향으로 당겨 로크와 맞물리도록 구성될 수 있다. 치형부(604t)가 그것을 따라 연장되는 발사 로드(604)의 길이는 슬레드가 스테이플을 엔드 이펙터 외부로 구동시키기 위해 병진하는 길이 및 커팅 요소가 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 병진하는 길이 중 보다 긴 길이에 대응할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 이들 길이는 동일할 수 있다. 따라서, 작동 샤프트는 엔드 이펙터의 관절운동 각도가 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 로킹되도록 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 함께 압착될 수 있다.
발사 로드(604)의 지속적인 원위방향 이동은 기어(602)를 발사 로드의 치형부(604t)로부터 맞물림 해제시킨다. 따라서, 엔드 이펙터는 원한다면, 스테이플의 발사 및 조직의 커팅 후에 관절운동될 수 있는데, 왜냐하면 작동 샤프트가 더 이상 함께 압착되지 않기 때문이다. 바꾸어 말하면, 로킹 메커니즘은 발사 로드의 치형부(604t)와의 기어의 맞물림 중에 그의 로킹 구성에 있어서 엔드 이펙터의 관절운동된 위치를 로킹시키고, 그 외에는 그의 로킹해제 구성에 있어서 엔드 이펙터의 자유로운 관절운동을 허용한다. 발사 로드가 기어(602)와 맞물리지 않은 그의 위치로부터 근위방향으로의 발사 로드(604)의 이동은 가동 웨지를 근위방향으로 당기고, 임의의 후속 발사 작동을 위해 로킹 메커니즘을 그의 로킹해제 구성으로 재설정한다.
도 24는 도 10의 수술 도구와 유사하게 구성되는 수술 도구의 다른 실시예를 예시하며, 예컨대 한 쌍의 가동 작동 샤프트를 포함하지만, 수술 도구의 커팅 요소의 작동에 응답하여 그의 로킹해제 구성으로부터 그의 로킹 구성으로 자동으로 이동되도록 구성되는 로킹 메커니즘을 포함한다. 이러한 예시된 실시예에서, 로킹 메커니즘은 고정 웨지, 가동 웨지, 로킹 로드(700), 및 공통 회전 중심을 갖고서 서로 적층되는(stacked) 제1 및 제2 기어 또는 피니언(702a, 702b)을 포함하는 적층형 기어 또는 피니언(702)을 포함한다. 제1 및 제2 기어(702a, 702b)는 기어(702a, 702b)가 그것을 중심으로 회전하도록 구성되는 핀으로 수술 도구에, 예컨대 그의 긴 샤프트의 내벽에 고정되지만, 기어(702a, 702b)는 다른 방식으로 수술 도구에 부착될 수 있다. 로킹 로드(700)는 그 상에 제1 기어(702a)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부(700t)를 구비한다.
수술 도구는 또한 수술 도구의 엔드 이펙터로부터의 스테이플의 발사를 유발하고 커팅 요소를 엔드 이펙터를 따라 병진시키기 위해 작동되도록 구성되는 발사 로드(704)를 포함한다. 발사 로드(704)는 전반적으로 도 5 및 도 6의 발사 바아(64)와 유사하게 구성되고 사용된다. 발사 로드(704)는 그 상에 제2 기어(702b)와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부(704t)를 구비한다. 기어(702a, 702b)의 적층형 구성은 도 24에 도시된 바와 같이, 로킹 로드(700)가 발사 로드(704) 상에 적층되도록 허용할 수 있으며, 이는 수술 도구의 긴 샤프트 내의 공간을 절약하여 도구가 보다 작도록 그리고/또는 다른 도구 구성요소를 위한 긴 샤프트 내의 자유 공간을 허용할 수 있다.
일반적으로, 적층형 피니언(702)은 발사 중에, 예컨대 발사 로드(704)의 이동 중에 발사 로드(704) 및 로킹 로드(700)와 작동가능하게 맞물려서, 가동 웨지가 고정 웨지에 대해 이동하게 하여, 예컨대 위에서 논의된 가동 및 고정 웨지(208, 210)와 유사하게 고정 웨지를 따라 활주하게 하여, 위에서 논의된 제1 및 제2 작동 샤프트(200, 202)와 유사하게, 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시키도록 구성된다. 즉, 발사 중에, 제2 기어(702b)는 발사 로드(704)(예컨대, 그의 치형부(704t))와 작동가능하게 맞물리도록 구성되고, 제1 기어(702a)는 로킹 로드(700)(예컨대, 그의 치형부(700t))와 작동가능하게 맞물리도록 구성된다. 치형부(704t, 700t)와의 기어의 맞물림은 로킹 로드(700)가 발사 로드(704)와 함께 이동하여 가동 웨지를 고정 웨지를 따라 활주시켜서 제1 및 제2 작동 샤프트를 함께 압착시켜 엔드 이펙터를 그의 현재 관절운동된 배향으로 로킹시키게 할 수 있다.
사용시, 예컨대 로봇 수술 시스템을 통해 수술 도구에 전달되는 힘을 통한 발사 로드(704)의 작동에 응답하여, 발사 로드(704)가 원위방향으로 이동한다. 발사 로드(704)의 원위방향 이동은 제2 기어(702b)가 회전하여 제2 기어(702b)와 작동가능하게 맞물린 제1 기어(702a)의 회전을 유발하게 한다. 제1 기어(702a)의 회전은 로킹 로드(700)가 원위방향으로 이동하게 한다. 따라서, 로킹 로드(700)에 의해 후킹된 가동 웨지가 또한 고정 웨지를 따라 원위방향으로 활주하여, 작동 샤프트를 함께 가압시켜 발사 중에, 예컨대 스테이플의 발사 및 커팅 요소에 의한 조직의 커팅 중에 엔드 이펙터를 그의 관절운동된 위치로 로킹시킨다. 다른 실시예에서, 로킹 로드(700)는 위에서 논의된 도 10의 로킹 로드(206)와 유사하게, 발사 로드(704)의 원위방향 이동에 응답하여 근위방향으로 이동하여 가동 웨지를 근위방향으로 당겨 로크와 맞물리도록 구성될 수 있다. 치형부(704t)가 그것을 따라 연장되는 발사 로드(704)의 길이는 슬레드가 스테이플을 엔드 이펙터 외부로 구동시키기 위해 병진하는 길이 및 커팅 요소가 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 엔드 이펙터를 따라 병진하는 길이 중 보다 긴 길이에 대응할 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 이들 길이는 동일할 수 있다. 따라서, 작동 샤프트는 엔드 이펙터의 관절운동 각도가 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 로킹되도록 커팅 및 발사 과정 전반에 걸쳐 함께 압착될 수 있다.
발사 로드(704)의 지속적인 원위방향 이동은 제2 기어(702b)를 발사 로드의 치형부(704t)로부터 맞물림 해제시킨다. 따라서, 엔드 이펙터는 원한다면, 스테이플의 발사 및 조직의 커팅 후에 관절운동될 수 있는데, 왜냐하면 작동 샤프트가 더 이상 함께 압착되지 않기 때문이다. 바꾸어 말하면, 로킹 메커니즘은 발사 로드의 치형부(704t)와의 제2 기어의 맞물림 중에 그의 로킹 구성에 있어서 엔드 이펙터의 관절운동된 위치를 로킹시키고, 그 외에는 그의 로킹해제 구성에 있어서 엔드 이펙터의 자유로운 관절운동을 허용한다. 발사 로드가 제2 기어(702b)와 맞물리지 않은 그의 위치로부터 근위방향으로의 발사 로드(704)의 이동은 가동 웨지를 근위방향으로 당기고, 임의의 후속 발사 작동을 위해 로킹 메커니즘을 그의 로킹해제 구성으로 재설정한다.
본 명세서에 개시된 시스템, 장치, 및 방법은 또한 본 명세서에서 디지털 데이터 처리 시스템 및 프로그램가능 시스템으로 지칭될 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 시스템을 사용하여 구현될 수 있다.
본 명세서에 기술된 발명 요지의 하나 이상의 태양 또는 특징은 디지털 전자 회로, 집적 회로, 특수 설계의 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및/또는 이들의 조합으로 실현될 수 있다. 이들 다양한 태양 또는 특징은 저장 시스템, 적어도 하나의 입력 장치, 및 적어도 하나의 출력 장치로부터 데이터 및 명령어를 수신하고 그것에 데이터 및 명령어를 전송하도록 결합되는 특수 목적 또는 범용일 수 있는 적어도 하나의 프로그램가능 프로세서를 포함하는 프로그램가능 시스템 상에서 실행가능하고/하거나 해석가능한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로의 구현을 포함할 수 있다. 프로그램가능 시스템 또는 컴퓨터 시스템은 클라이언트 및 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트 및 서버는 일반적으로 서로 원격이며, 전형적으로 통신 네트워크를 통해 상호작용한다. 클라이언트와 서버의 관계는 각각의 컴퓨터 상에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램에 의해 발생한다.
프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 애플리케이션, 컴포넌트, 또는 코드로 또한 지칭될 수 있는 컴퓨터 프로그램은 프로그램가능 프로세서에 대한 기계 명령어를 포함하고, 고-레벨 절차 언어, 객체-지향 프로그래밍 언어, 기능 프로그래밍 언어, 논리 프로그래밍 언어, 및/또는 조립/기계 언어로 구현될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "기계-판독가능 매체"는 기계-판독가능 신호로서 기계 명령어를 수신하는 기계-판독가능 매체를 포함하여, 프로그램가능 프로세서에 기계 명령어 및/또는 데이터를 제공하는 데 사용되는, 예를 들어 자기 디스크, 광학 디스크, 메모리, 및 프로그램가능 논리 장치(PLD)와 같은 임의의 컴퓨터 프로그램 제품, 기기 및/또는 장치를 지칭한다. 용어 "기계-판독가능 신호"는 기계 명령어 및/또는 데이터를 프로그래밍가능 프로세서에 제공하는 데 사용되는 임의의 신호를 지칭한다. 기계-판독가능 매체는 예를 들어 비-일시적 반도체 메모리 또는 자기 하드 드라이브 또는 임의의 등가의 저장 매체에서와 같이, 그러한 기계 명령어를 비-일시적으로 저장할 수 있다. 기계-판독가능 매체는 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어 프로세서 캐시 또는 하나 이상의 물리적 프로세서 코어와 관련된 다른 랜덤 액세스 메모리에서와 같이, 일시적 방식으로 그러한 기계 명령어를 저장할 수 있다.
사용자와의 상호작용을 제공하기 위해, 본 명세서에 기술된 발명 요지의 하나 이상의 태양 또는 특징이 예를 들어 사용자에게 정보를 표시하기 위한 음극선관(CRT) 또는 액정 디스플레이(LCD) 또는 발광 다이오드(LED) 모니터와 같은 디스플레이 장치, 및 그것에 의해 사용자가 컴퓨터에 입력을 제공할 수 있는 키보드 및 포인팅 장치, 예컨대 마우스, 트랙볼 등을 갖는 컴퓨터 상에서 구현될 수 있다. 다른 종류의 장치가 또한 사용자와의 상호작용을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용자에게 제공되는 피드백은 예를 들어 시각적 피드백, 청각적 피드백, 또는 촉각적 피드백과 같은 임의의 형태의 감각 피드백일 수 있고; 사용자로부터의 입력은 음향, 음성, 또는 촉각적 입력을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 형태로 수신될 수 있다. 다른 가능한 입력 장치는 터치 스크린 또는 다른 터치-감응 장치, 예컨대 단일 또는 다중-포인트 저항성 또는 용량성 트랙패드, 음성 인식 하드웨어 및 소프트웨어, 광학 스캐너, 광학 포인터, 디지털 이미지 캡처 장치 및 관련 해석 소프트웨어 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
도 25는 컴퓨터 시스템(300)의 하나의 예시적인 실시예를 예시한다. 도시된 바와 같이, 컴퓨터 시스템(300)은 컴퓨터 시스템(300)의 작동을 제어할 수 있는 하나 이상의 프로세서(302)를 포함한다. "프로세서"는 또한 본 명세서에서 "컨트롤러"로 지칭된다. 프로세서(들)(302)는 프로그램가능 범용 또는 특수-목적 마이크로프로세서 및/또는 다양한 독점적 또는 구매가능한 단일 또는 다중-프로세서 시스템 중 임의의 것을 포함하는, 임의의 유형의 마이크로프로세서 또는 중앙 처리 유닛(CPU)을 포함할 수 있다. 컴퓨터 시스템(300)은 또한 프로세서(들)(302)에 의해 실행될 코드를 위한 또는 하나 이상의 사용자, 저장 장치, 및/또는 데이터베이스로부터 획득된 데이터를 위한 임시 저장소를 제공할 수 있는 하나 이상의 메모리(304)를 포함할 수 있다. 메모리(304)는 판독-전용 메모리(ROM), 플래시 메모리, 하나 이상의 종류의 랜덤 액세스 메모리(RAM)(예컨대, 정적 RAM(SRAM), 동적 RAM(DRAM), 또는 동기 DRAM(SDRAM)), 및/또는 메모리 기술들의 조합을 포함할 수 있다.
컴퓨터 시스템(300)의 다양한 요소는 버스 시스템(bus system)(312)에 결합될 수 있다. 예시된 버스 시스템(312)은 적절한 브리지, 어댑터, 및/또는 컨트롤러에 의해 접속된, 임의의 하나 이상의 별개의 물리적 버스, 통신 라인/인터페이스, 및/또는 다중-드롭 또는 포인트-투-포인트 접속을 나타내는 개념이다. 컴퓨터 시스템(300)은 또한 하나 이상의 네트워크 인터페이스(들)(306), 하나 이상의 입력/출력(IO) 인터페이스(들)(308), 및 하나 이상의 저장 장치(들)(310)를 포함할 수 있다.
네트워크 인터페이스(들)(306)는 컴퓨터 시스템(300)이 네트워크를 통해 원격 장치, 예컨대 다른 컴퓨터 시스템과 통신하는 것을 가능하게 할 수 있고, 비제한적인 예로서, 원격 데스크톱 접속 인터페이스, 이더넷 어댑터, 및/또는 다른 근거리 네트워크(LAN) 어댑터일 수 있다. IO 인터페이스(들)(308)는 컴퓨터 시스템(300)을 다른 전자 장비와 접속시키기 위한 하나 이상의 인터페이스 컴포넌트를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, IO 인터페이스(들)(308)는 고속 데이터 포트, 예컨대 범용 직렬 버스(USB) 포트, 1394 포트, Wi-Fi, 블루투스 등을 포함할 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(300)은 사람 사용자에게 액세스가능할 수 있고, 따라서 IO 인터페이스(들)(308)는 디스플레이, 스피커, 키보드, 포인팅 장치, 및/또는 다양한 다른 비디오, 오디오, 또는 영숫자 인터페이스를 포함할 수 있다. 저장 장치(들)(310)는 비-휘발성 및/또는 비-일시적 방식으로 데이터를 저장하기 위한 임의의 통상적인 매체를 포함할 수 있다. 따라서, 저장 장치(들)(310)는 지속성 상태에서 데이터 및/또는 명령어를 유지할 수 있는데, 즉 이 값(들)은 컴퓨터 시스템(300)으로의 전력의 중단에도 불구하고 유지된다. 저장 장치(들)(310)는 하나 이상의 하드 디스크 드라이브, 플래시 드라이브, USB 드라이브, 광학 드라이브, 다양한 미디어 카드, 디스켓, 콤팩트 디스크, 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있고, 컴퓨터 시스템(300)에 직접 접속되거나 그것에 예컨대 네트워크를 통해 원격 접속될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 저장 장치(들)는 데이터를 저장하도록 구성된 유형의 또는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체, 예컨대 하드 디스크 드라이브, 플래시 드라이브, USB 드라이브, 광학 드라이브, 미디어 카드, 디스켓, 콤팩트 디스크 등을 포함할 수 있다.
도 25에 예시된 요소는 단일 물리적 기계의 요소 중 일부 또는 전부일 수 있다. 또한, 예시된 요소 모두가 동일한 물리적 기계 상에 또는 그 내에 위치될 필요는 없다. 예시적인 컴퓨터 시스템은 통상적인 데스크톱 컴퓨터, 워크스테이션, 미니컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 개인 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대폰 등을 포함한다.
컴퓨터 시스템(300)은 웹 페이지 또는 다른 마크업 언어 스트림을 검색하고, (시각적으로, 청각적으로, 또는 달리) 그들 페이지 및/또는 스트림을 제시하고, 그들 페이지/스트림 상에서 스크립트, 컨트롤 및 다른 코드를 실행하고, (예컨대, 입력 필드를 완성하는 목적을 위해) 그들 페이지/스트림에 대한 사용자 입력을 수락하고, (예컨대, 완성된 입력 필드로부터 서버 정보에 제출하기 위해) 그들 페이지/스트림에 대해 또는 달리 하이퍼텍스트 전송 프로토콜(HTTP) 요청을 발행하고, 기타 등등을 위한 웹 브라우저를 포함할 수 있다. 웹 페이지 또는 다른 마크업 언어는 하이퍼텍스트 마크업 언어(HTML) 또는 임베디드 확장가능 마크업 언어(XML), 스크립트, 컨트롤 등을 포함하는 다른 통상적인 형태일 수 있다. 컴퓨터 시스템(300)은 또한 웹 페이지를 생성하고/하거나 클라이언트 컴퓨터 시스템으로 전달하기 위한 웹 서버를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 컴퓨터 시스템(300)은 단일 하우징 등 내에 포함되는 단일 유닛으로서, 예컨대 단일 서버로서, 단일 타워로서 제공될 수 있다. 단일 유닛은 그의 다양한 태양이 시스템의 임의의 다른 태양의 기능성을 중단시킴이 없이, 예컨대 업그레이드, 교체, 유지보수 등을 위해 필요한 대로 교환될 수 있도록 모듈식일 수 있다. 따라서, 단일 유닛은 또한 추가 모듈로서 추가될 능력을 갖고서 스케일가능하고/하거나 기존 모듈의 추가의 기능성이 요구되고/되거나 개선된다.
컴퓨터 시스템은 또한 비제한적인 예로서 운영 시스템 및 데이터베이스 관리 시스템을 비롯한 다양한 다른 소프트웨어 및/또는 하드웨어 컴포넌트 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예시적인 컴퓨터 시스템이 본 명세서에 도시되고 기술되지만, 이는 일반성 및 편의를 위한 것임이 인식될 것이다. 다른 실시예에서, 컴퓨터 시스템은 아키텍처 및 동작이 여기에 도시되고 기술된 것과 상이할 수 있다.
바람직하게는, 본 명세서에 기술된 본 발명의 구성요소는 사용 전에 처리될 것이다. 먼저, 새로운 또는 사용된 기구가 입수되어, 필요할 경우 세정된다. 기구는 이어서 멸균될 수 있다. 하나의 멸균 기술에서, 기구는 폐쇄 및 밀봉된 용기, 예컨대 플라스틱 또는 타이벡 백(TYVEK bag) 내에 배치된다. 용기와 기구는 이어서 감마 방사선, x-선, 또는 고-에너지 전자(high-energy electron)와 같은, 용기를 투과할 수 있는 방사선 영역 내에 배치된다. 방사선은 기구 상의 그리고 용기 내의 세균을 죽인다. 멸균된 기구는 이어서 멸균 용기 내에 보관될 수 있다. 밀봉된 용기는 그것이 의료 시설에서 개봉될 때까지 기구를 멸균된 상태로 유지한다.
전형적으로, 장치는 멸균된다. 이는 베타 또는 감마 방사선, 에틸렌 옥사이드, 스팀, 및 액체 조(bath)(예컨대, 저온 침지)를 포함하는, 당업자에게 알려진 임의의 수의 방식에 의해 행해질 수 있다. 내부 회로를 포함하는 장치를 멸균하는 예시적인 실시예가 2008년 2월 8일자로 출원된, 발명의 명칭이 "이식가능 의료 장치를 멸균하는 시스템 및 방법(System And Method Of Sterilizing An Implantable Medical Device)"인 미국 특허 제8,114,345호에 더욱 상세히 기술된다. 장치가 이식되면 밀폐되는 것이 바람직하다. 이는 당업자에게 알려진 임의의 수의 방식에 의해 행해질 수 있다.
당업자는 전술된 실시예에 기초하여 본 발명의 추가의 특징 및 이점을 인식할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 지시된 바를 제외하고는, 구체적으로 도시되고 설명된 것에 의해 제한되지 않는다. 본 명세서에 인용된 모든 공보 및 참고 문헌은 명시적으로 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.

Claims (20)

  1. 수술 장치로서,
    긴 샤프트(elongate shaft);
    상기 긴 샤프트의 원위 단부에 있는 엔드 이펙터(end effector)로서, 상기 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 일정 각도로 관절운동하도록(articulate) 구성되는, 상기 엔드 이펙터;
    상기 엔드 이펙터에 의해 맞물린 조직을 커팅하기 위해 상기 엔드 이펙터를 따라 길이방향으로 이동하도록 구성되는 커팅 요소(cutting element); 및
    상기 엔드 이펙터를 따른 상기 커팅 요소의 이동에 응답하여 상기 엔드 이펙터를 상기 각도에서 로킹시키도록 구성되는 로킹 메커니즘(locking mechanism)을 포함하고,
    상기 로킹 메커니즘은 서로 마찰식으로 맞물려, 마찰 맞물림을 극복하는 힘이 인가될 때까지 상기 엔드 이펙터를 상기 각도에서 로킹시키도록 구성되는 한 쌍의 플레이트(plate)들을 포함하는, 수술 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수술 장치는 상기 엔드 이펙터에 대해 길이방향으로 이동하여 상기 엔드 이펙터가 관절운동하게 하도록 구성되는 제1 및 제2 로드(rod)들을 추가로 포함하고, 상기 제1 및 제2 로드들 각각은 상기 엔드 이펙터를 로킹시키기 위해 상기 로킹 메커니즘에 의해 작동가능하게 맞물리도록 구성되는, 수술 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 엔드 이펙터를 상기 엔드 이펙터의 관절운동 범위 내의 임의의 각도에서 로킹시키도록 구성되는, 수술 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 커팅 요소를 이동시키도록 구성되는 로드의 대응하는 치형부와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 치형부를 갖는 기어(gear)를 포함하고, 상기 기어는 상기 엔드 이펙터를 따른 상기 커팅 요소의 상기 이동 중에 회전하도록 구성되는, 수술 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 커팅 요소를 이동시키도록 구성되는 로드와 작동가능하게 맞물리도록 구성되는 플레이트를 포함하고, 상기 플레이트는 상기 엔드 이펙터를 따른 상기 커팅 요소의 상기 이동 중에 상기 커팅 요소와 함께 길이방향으로 이동하도록 구성되는, 수술 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 커팅 요소의 상기 이동은 로봇 수술 시스템(robotic surgical system)에 의해 제어되도록 구성되는, 수술 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수술 장치는 상기 엔드 이펙터에 대해 길이방향으로 이동하여 상기 엔드 이펙터가 관절운동하게 하도록 구성되는 로드를 포함하는, 수술 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 엔드 이펙터의 관절운동 중에 이동하도록 구성되는, 수술 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 커팅 요소의 상기 이동 중에 이동하도록 구성되는, 수술 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘의 이동은 길이방향 이동을 포함하는, 수술 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘의 이동은 회전 이동을 포함하는, 수술 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 수술 장치는 상기 커팅 요소의 상기 이동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는 액추에이터(actuator)를 추가로 포함하고, 상기 로킹 메커니즘은 상기 액추에이터의 작동에 응답하여 상기 엔드 이펙터에 대해 이동하도록 구성되는, 수술 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 수술 장치는 상기 엔드 이펙터의 관절운동을 유발하기 위해 작동되도록 구성되는 액추에이터를 추가로 포함하고, 상기 로킹 메커니즘은 상기 액추에이터의 작동에 응답하여 상기 엔드 이펙터에 대해 이동하도록 구성되는, 수술 장치.
  14. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은, 마찰식으로 맞물려, 마찰 맞물림을 극복하는 힘이 인가될 때까지 상기 엔드 이펙터를 상기 각도에서 유지시키도록 구성되는 한 쌍의 표면들을 포함하는, 수술 장치.
  15. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 로드의 대응하는 치형부와 작동가능하게 맞물리도록 그리고 상기 엔드 이펙터를 따른 상기 커팅 요소의 상기 이동 중에 회전하도록 구성되는 치형부를 갖는 기어를 포함하는, 수술 장치.
  16. 제7항에 있어서, 상기 로킹 메커니즘은 상기 로드와 작동가능하게 맞물리도록 그리고 상기 엔드 이펙터를 따른 상기 커팅 요소의 상기 이동 중에 상기 커팅 요소와 함께 길이방향으로 이동하도록 구성되는 플레이트를 포함하는, 수술 장치.
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