KR102453163B1 - 외과용 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 외과용 장치를 제공하고, 외과용 장치는 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 및 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 조종가능한 부재는, 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 바깥쪽으로 개방된 루멘을 포함한다.

Description

외과용 장치{SURGICAL APPARATUS}

관련 출원(들)의 상호 참조

본 출원은 "외과용 장치" 라는 명칭의 2016 년 2 월 7 일에 출원된 미국 가출원 제 62/292,057 호, 및 "외과용 장치" 라는 명칭의 2016 년 11 월 18 일에 출원된 미국 가출원 제 62/424,273 호로부터 우선권의 이익을 주장하고, 상기 출원들은 모든 목적을 위해 본원에서 참조로 전부 원용된다.

본 발명은 외과용 장치, 보다 특히, 원위 말단에 굽힘가능 요소를 포함함으로써 굽힘 메커니즘을 수행할 수 있는 외과용 장치에 관한 것이다.

수술에 사용되는 외과용 장치들은 수술 부위의 로케이션과 수술 부위가 어떻게 치료될지에 따라 다른 구조들을 갖는다. 최근에, 기존의 외과용 장치들에 의해 수술 부위들에 접근하기 어려운 영역들에서 수술을 수행하거나 최소 침습 수술을 수행하기 위해서 로봇을 이용한 다양한 유형들의 수술 장비가 개발되고 있다. 이런 외과용 장치들은 굽힘가능 요소를 포함함으로써 인체에서 다양한 방향들로 이동하도록 구성되고, 이 장치들은 미국 특허 6,858,005 를 포함한 많은 문헌들에서 개시된다.

원위 말단에서 구부릴 수 있는 외과용 장치들은 장치들 내부에서 와이어들의 이동에 의해 구부린다. 하지만, 이런 외과용 장치들은 정교하게 조작하는 것이 어려워서, 그것들이 와이어들로 구부러질 때 백래시 (backlash) 를 발생시키거나 다른 와이어들의 이동을 제한하는 것과 같은 일부 문제점들을 드러낸다. 또한, 이런 외과용 장치들은 복잡한 방식으로 서로 연결되는 장치들 안에 매립되는 많은 구성요소들을 가져서, 장치들을 소형화하는 것이 어렵다.

본 발명의 실시형태들은 외과용 장치를 제공할 수 있고, 이 장치는: 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 및 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재는, 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 루멘을 포함하고, 상기 루멘은 부분적으로 바깥쪽으로 개방된다.

외과용 장치의 다른 실시형태들은 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 말단 이펙터; 및 상기 말단 이펙터를 작동하도록 말단 이펙터에 연결되는 이펙터 작동 와이어를 추가로 포함할 수도 있고, 상기 말단 이펙터의 적어도 일부는 이펙터 작동 와이어의 원위 말단에 탈착가능하게 제공된다.

굽힘 작동 와이어들의 원위 말단들을 고정하기 위한 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공될 수도 있고, 굽힘 작동 와이어들은 와이어 종단 부재를 나사고정함으로써 고정될 수도 있다.

외과용 장치는 조종가능한 부재의 근위 말단에 제공되는 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재; 및 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 와이어의 주행 경로를 형성하는 적어도 하나의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단들은 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재의 내측에 고정되는, 상기 슬리브를 추가로 포함할 수도 있다.

스크류 부재들은 굽힘 작동 와이어들에 각각 제공될 수도 있고, 스크류 부재들이 서로 동기화되어 기계적으로 움직임에 따라 조종가능한 부재는 구부러진다.

이하, 본 발명의 예시적 실시형태들에 따른 외과용 장치가 도면들을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다. 이제 기본적으로 도면들을 참조하여 구성요소들 사이의 위치 관계가 설명될 것이다. 도면들에서, 실시형태들의 구조들은 명료성을 위해 단순화되거나 과장될 수도 있다. 그러므로, 본 발명은 이런 예시적 실시형태들에 제한되지 않고, 대신에 다양한 종류의 기기들이 부가되고, 변화되거나 생략될 수도 있다.

예시적 실시형태들은 삽입부 내에 복수의 통로들을 가지는 외과용 장치에 대해 설명될 것이고, 다양한 종류의 외과용 기구들이 각각의 통로에 위치한다. 하지만, 본 발명은 이 예시적 실시형태에 제한되지 않고, 원위 말단에서 구부릴 수 있는, 카테테르들, 내시경들 및 수술용 로봇들을 포함한 다양한 외과용 장치들에 적용가능하다는 점에 주목해야 한다.

도 1 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 장치를 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1 의 외과용 기구들 중 하나의 단면도이다.
도 3 및 도 4 는 조종가능한 부재의 굽힘으로 인한 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 5 및 도 6 는 1 방향 자유도를 갖는 굽힘 세그먼트들의 구조를 도시한 도면들이다.
도 7 내지 도 9 는 2 방향 자유도를 갖는 굽힘 세그먼트들의 구조를 도시한 도면들이다.
도 10 및 도 11 은 가요성 힌지 구조를 사용하는 조종가능한 부재 및 가요성 백본 구조를 사용하는 조종가능한 부재를 도시한 도면들이다.
도 12 내지 도 14 는 측방향 지지 부재와 조종가능한 부재를 도시한 도면들이다.
도 15 내지 도 17 은 이중 힌지 구조를 사용하는 연결 세그먼트들을 갖는 조종가능한 부재를 도시한 도면들이다.
도 18 및 도 19 는 경로 조절 부재를 사용하는 조종가능한 부재를 도시한 도면들이다.
도 20 은 조종가능한 부재의 굽힘을 도시한 도면이다.
도 21 은 변형된 실시형태에 따른 조종가능한 부재의 굽힘을 도시한 단면도이다.
도 22 는 와이어 종단 부재에 의해 굽힘 작동 와이어들을 고정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 23 은 와이어 종단 부재로서 말단 이펙터를 구성하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 24 및 도 25 는 말단 이펙터의 구조를 도시한 도면들이다.
도 26 내지 도 29 는 내부에 슬리브를 구비한 외과용 장치의 다양한 실시예들을 도시한 도면들이다.
도 30 은 외과용 기구의 말단과 조작부의 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 31 및 도 32 는 굽힘 작동 와이어들을 이동시키기 위한 조작부의 구성을 개략적으로 도시한다.
도 33 은 이상적 연속 가요성 아암에서 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어의 길이를 개략적으로 도시한 도면으로, 여기에서 도 33a 는 굽힘 전 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여주고 도 33b 는 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여준다.
도 34 는 실제 조건에서 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어의 길이를 개략적으로 도시한 도면으로, 여기에서 도 34a 는 굽힘 전 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여주고 도 34b 는 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여준다.
도 35 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 예시적 굽힘 세그먼트를 도시한 도면이다.
도 36 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 도 35 에서의 예시적 장력 조정 부재를 도시한 도면이다.
도 37 은 도 36 의 예시적 장력 조정 부재 중 하나의 피봇선회 운동을 도시하고, 여기에서 도 37a 는 좌측으로 구부러지는 장력 조정 부재의 정면도이고, 도 37b 는 우측으로 구부러지는 장력 조정 부재의 정면도이다.
도 38 은 도 36 에서 예시적 장력 조정 부재 구조에 따라 개선되는 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면으로, 여기에서 도 38a 는 굽힘 전 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여주고 도 38b 는 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여준다.
도 39 는 굽힘 각도 (θ) 에 따른 굽힘 작동 와이어 변화의 총 길이 변화 (ΔL) 를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 40 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 블록도이다.
도 41 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 개략도이다.
도 42 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 굽힘 운동시 외과용 기구를 도시한 도면이다.
도 43 은 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 블록도이다.
도 44 는 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 개략도이다.
도 45 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 맞춤형 (personalized) 주 제어기를 도시한 블록도이다.
도 46 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 맞춤형 주 제어기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 47 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼 및 연결부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 48 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 3 가지 유형들의 교체가능한 그립들을 도시한 사시도로, 여기에서 도 48a 는 그립 유형의 것이고, 도 48b 는 핀셋 유형의 것이고, 도 48c 는 복강경 핸드-기구 유형의 것이다.
도 49 는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 맞춤형 주 제어기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 50 은 도 49 에서 맞춤형 주 제어기의 제어 플랫폼의 부분들 (즉, 베이스 부재, 가동 부재 및 3 개의 병렬 운동 체인) 을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 51 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼의 가동 부재에 부착된 교체가능한 그립을 보여주는 도 49 의 일부분의 확대도이다.
도 52 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼의 가동 부재로부터 탈착되는 교체가능한 그립을 보여주는 도 49 의 일부분의 확대도이다.

첨부된 도면들에 도시되고 하기 설명에서 상세히 설명되는 비제한적인 실시형태들을 참조하여 발명과 발명의 다양한 특징들 및 유리한 세부사항들이 보다 충분하게 설명한다. 주지된 재료들, 제조 기술들, 부품들 및 장비는 상세히 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 생략된다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시형태들을 나타내지만, 상세한 설명과 특정 실시예들은 제한하지 않고 단지 예시로서 제공된다는 점을 이해해야 한다. 근본적인 발명의 개념의 사상 및/또는 범위 내의 다양한 치환, 수정, 추가 및/또는 재배치는 이 개시로부터 본 기술분야의 당업자에게 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 장치는 도면들을 참조하여 구체적으로 설명될 것이다. 이제 기본적으로 도면들을 참조하여 구성요소들 사이의 위치 관계가 설명될 것이다. 도면들에서, 실시형태들의 구조들은 명료성을 위해 단순화되거나 과장될 수도 있다. 그러므로, 본 발명은 이런 예시적 실시형태들에 제한되지 않고, 대신에 다양한 종류의 기기들이 부가되고, 변화되거나 생략될 수도 있다.

이런 예시적 실시형태는 삽입부 내에 복수의 통로들을 가지는 외과용 장치에 대해 설명될 것이고, 다양한 종류의 외과용 기구들이 각각의 통로에 위치한다. 하지만, 본 발명은 이 예시적 실시형태에 제한되지 않고, 원위 말단에서 구부릴 수 있는, 카테테르들, 내시경들 및 수술용 로봇들을 포함한 다양한 외과용 장치들에 적용가능하다는 점에 주목해야 한다.

도 1 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 장치를 도시한 도면이다. 도 1 에 도시된 대로, 외과용 장치 (1) 는 외과용 장치의 원위 말단에 제공된 삽입부 (20), 및 삽입부 (20) 의 근위 말단에 위치한 조작부 (10) 를 포함한다.

삽입부 (20) 는 수술 중 수술 부위로 삽입되는 부분이다. 삽입부 (20) 는, 외과 수술에서 사용하기 위한 적어도 하나의 외과용 기구 (30) 가 위치하는 가요성 튜브로 구성된다. 외과용 기구 (30) 는 삽입부 (20) 내에 형성된 적어도 하나의 중공 통로에 선택적으로 위치될 수도 있다. 대안적으로, 외과용 기구 (30) 는 삽입부 (20) 에 매립될 수도 있다. 삽입부 (20) 의 원위 말단에서 튀어나온 외과용 기구 (30) 는 수술에 사용되거나 수술 부위의 이미지들을 캡처할 수도 있다.

도 1 의 외과용 장치는 4 개의 통로들을 구비한 삽입부 (20) 를 포함하고, 각각의 통로는 4 개의 외과용 기구들 (30) 을 포함한다. 도 1 에서, 4 개의 외과용 기구들 중 2 개는 원위 말단에 말단 이펙터들 (300) 로서 겸자 (31) 를 포함한다. 이러한 외과용 기구들은 겸자를 조작하여 다양한 외과 수술을 수행할 수도 있다. 게다가, 블레이드들, 봉합 유닛들, 바늘들 등을 포함한 기타 다양한 유형들의 외과용 요소들이 사용될 수 있다. 나머지 2 개의 외과용 기구들 중 하나는 이미징 유닛 (32) 이다. 이미징 유닛 (32) 은 광 섬유와 같은 광학 기기를 포함함으로써 원위 말단의 이미지들을 캡처할 수도 있다. 다른 외과용 기구는, 다양한 기구들이 삽입될 수 있는 내부에 작업 채널을 구비한 루멘 유닛 (33) 일 수도 있다.

삽입부 (20) 의 원위 말단에서 튀어나온 이 외과용 기구들 (30) 은, 그들의 돌출 말단을 구부릴 수 있다. 그러므로, 외과용 기구들 (30) 의 굽힘은 다른 방향들에서 외과 수술을 수행하거나 다른 방향들로부터 이미지들을 취할 수 있도록 허용한다. 외과용 기구들 (30) 은 그들 내에서 복수의 와이어들의 이동에 의해 구부릴 수 있고, 이것은 하기에서 상세히 설명될 것이다.

조작부 (10) 는 삽입부 (20) 의 근위 말단에 제공되고, 삽입부 (20) 및/또는 외과용 기구들 (30) 을 조작하도록 구성된다. 조작부 (10) 의 원위 말단은 삽입부 (20) 의 근위 말단에 연결되고, 이 예시적 실시형태에서는 그것에 탈착가능하게 연결될 수도 있다. 적어도 하나의 구동부는 조작부 (10) 에 제공된다. 구동부 (40) 는 삽입부 (20) 및/또는 외과용 기구들 (30) 의 다양한 유형들의 와이어 부재들에 기계적으로 연결되고, 구동부 (40) 는 외과용 기구들 (30) 의 굽힘 운동을 포함한, 삽입부 (20) 및/또는 외과용 기구들 (30) 의 다양한 운동들을 가능하게 한다.

이하, 전술한 외과용 장치의 상세한 구성은 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.

도 2 는 도 1 의 외과용 기구들 중 하나의 단면도이다. 도 2 에 도시된 대로, 외과용 기구 (30) 는 구부릴 수 있는 원위 말단에 조종가능한 부재 (100) 를 포함한다. 조종가능한 부재 (100) 는, 함께 연결되는 중공 채널들 (미도시) 을 구비한 복수의 굽힘 세그먼트들 (110) 을 갖는다. 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재 (200) 는 조종가능한 부재 (100) 의 근위 말단에 제공된다. 가요성 부재 (200) 는, 외과용 기구 (30) 의 원위 말단으로부터 연결되는 다양한 유형들의 와이어 부재들이 위치하는 중공 튜브로 구성될 수도 있다. 선택적으로, 말단 이펙터 (300) 는 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 제공되고, 말단 이펙터 (300) 는 이펙터 작동 와이어 (500) 에 의해 선택적으로 작동될 수도 있다.

조종가능한 부재 (100) 의 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 힌지 운동을 허용하는 방식으로 인접한 굽힘 세그먼트들에 연결되고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 에 의해 구부러진다. 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 조종가능한 부재 (100) 및 가요성 부재 (200) 를 통과하도록 위치되고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 의 원위 말단들은 조종가능한 부재 (100) 에 연결되고 와이어들의 근위 말단들은 조작부 (10) 에 기계적으로 연결된다. 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 종으로 (lengthwise) 형성되는 복수의 루멘들 (112) 을 포함하고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 루멘들 (112) 내에 위치한다 (도 5a). 그러므로, 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 조작부 (10) 에 의해 이동될 때, 복수의 굽힘 세그먼트들 (110) 은 힌지 운동하여서, 조종가능한 부재 (100) 가 구부러지도록 한다.

도 3 은 조종가능한 부재의 굽힘으로 인한 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면이다. 굽힘 세그먼트들 (110) 은 L 의 길이 및 2r 의 폭을 갖도록 한다. 인접한 굽힘 세그먼트들 (110) 은 (외주연으로부터 r 의 거리에 있는) 대면측들에서 중간에 힌지결합된다. 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 각각의 굽힘 세그먼트의 폭의 2 개의 대향측들에 위치하고 (각각의 힌지결합된 부분으로부터 L 의 거리에 있는) 각각의 굽힘 세그먼트의 길이의 중간을 통과하도록 한다.

도 3a 는 굽힘 전 조종가능한 부재를 도시하고, 도 3b 는 곡률 반경 (R) 으로 구부러질 때 조종가능한 부재를 도시한다. 도 3b 에서, 2 개의 굽힘 세그먼트들 (110) 사이의 굽힘 각도는 θ 로 표시된다. 다음 식은 굽힘 전 2 개의 굽힘 세그먼트들 사이의 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합과 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합을 비교하는 것이다. 굽힘 전 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁ 및 L₂ 로 표시하고, 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁' 및 L₂' 로 표시한다면, 2 개의 길이들 사이의 차이 (ΔL) 는 다음과 같다:

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 굽힘 후 2 개의 굽힘 세그먼트들 사이의 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합은 굽힘 전 합보다 작다. 그러므로, 양측에서 와이어들이 서로 함께 조작될 때, 각각의 굽힘 세그먼트 사이에 ΔL 의 슬랙이 발생된다. 이것은, 굽힘이 발생할 때, 곡률 중심의 타측에서 와이어의 길이 변화량 (L₁'-L₁) 이 곡률 중심에 가까운 와이어의 길이 변화량 (L₂-L₂') 보다 작기 때문이다. 그러므로, 구부림으로 인해 백래시가 발생되어서, 미세 조절을 어렵게 한다.

반면에, 이 예시적 실시형태에서, 굽힘 세그먼트들은 굽힘에 의해 유발된 슬랙을 최소화하도록 다양한 형상으로 구성될 수도 있다. 도 4 는 개선된 굽힘 세그먼트 구조에 따른 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4 에 도시된 대로, 개선된 굽힘 세그먼트들 (110) 은, 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 루멘들 (112) 의 일부분이 개방되도록 구성된다 (도 5 참조). 여기에서, t 는 개방 루멘 부분의 길이를 표시한다. 곡률 중심에 가까운 와이어는 개방 루멘 부분으로 인해 더 짧은 경로를 가지고, 곡률 중심의 타측에서 와이어는 대응하는 개방 루멘 부분에서 여분의 길이가 부가되는 경로를 갖는다. 이 경우에, 곡률 중심에 가까운 와이어의 경로 (L₂*) 는 길이가 이전 경로 (도 3 의 L₂') 와 동일하고, 곡률 중심의 타측에서 와이어의 경로 (L₁*) 는 이전 경로 (도 3 의 L₁') 보다 길다. 이런 경로 길이 증가는, 곡률 중심의 타측에서 (굽힘 세그먼트들의 중심에 가까운) 개방된 루멘 부분의 측벽이 스텀블링 부분 (114; stumbling portion) 을 형성하고 경로를 통과하는 굽힘 작동 와이어 (400) 가 스텀블링 부분 (114) 에 대해 스텀블링하기 때문이다 (도 5 참조). 그러므로, 개선된 굽힘 세그먼트들을 사용해 굽힘이 발생할 때, ΔL 은 다음과 같다:

전술한 바와 같이, 슬랙의 길이 (ΔL) 를 감소시키도록 구성된 개선된 굽힘 세그먼트들 (110) 로, 외과용 장치 (1) 의 운동은 정교하게 제어될 수 있다. 일반적으로, 개방 루멘 부분들의 길이 (t) 는 굽힘 세그먼트들의 길이 (L) 의 10% 이상일 수도 있다. 슬랙의 길이 (ΔL) 의 감소량이 굽힘 세그먼트들의 치수, 굽힘 각도 등에 따라 상이하지만, 슬랙의 길이 (ΔL) 는 대략 30 % 이상만큼 감소될 수도 있다.

개선된 굽힘 세그먼트들은 다양한 방식으로 설계될 수도 있다. 이하, 굽힘 세그먼트들의 다양한 예시적 실시형태들은 도 5 내지 도 11 을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 5 는 1 자유도를 갖는 굽힘 세그먼트들의 구조를 도시한 도면이다. 도 5 에 도시된 굽힘 세그먼트들 (110) 은 그들 내에 중공 채널들 (111) 이 형성된 보디를 갖는다. 한 쌍의 연결부들 (120) 은 보디의 길이의 일 말단에 제공되고 다른 한 쌍의 연결부들 (120) 은 대향한 단부에 제공된다. 각 쌍의 연결부들 (120) 은 보디의 폭의 2 개의 대향측들에서 서로 대면하여 위치하고, 중공 채널 (111) 이 그것들 사이의 중간에 있다.

각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 인접한 굽힘 세그먼트들에 힌지결합되고, 인접한 굽힘 세그먼트들의 것들에 결합된 연결부들에 의해 그것들에 연결된다. 도 5 에서, 연결부들 (120) 은 그것들을 함께 핀고정함으로써 연결된다. 연결부들 (120) 의 힌지 샤프트들은 전부 동일한 배향을 가지므로, 도 5 의 조종가능한 부재는 그것이 (도면에 도시된 대로) 좌측 또는 우측으로 구부러지는 1 자유도를 갖는다.

각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는, 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 한 쌍의 루멘들 (112) 을 포함한다. 한 쌍의 루멘들 (112) 은 중공 보디의 벽면을 관통함으로써 형성될 수도 있고, 루멘들은 굽힘 세그먼트 (110) 의 단면의 중심에 대해 대칭적으로 배치되고, 서로로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된다.

도 5 에 도시된 대로, 굽힘 세그먼트들 (110) 의 루멘들은 부분적으로 개방되어 있다. 구체적으로, 각각의 루멘은 폐쇄 루멘 부분 (112b) 및 개방 루멘 부분 (112a) 을 포함한다. 폐쇄 루멘 부분 (112b) 에서, 내측 및 외측은 도 5 에 도시된 대로 벽면들에 의해 포위되어서, 굽힘 작동 와이어는 측벽 구조로 인해 단지 루멘 내에서 이동한다. 반면에, 개방 루멘 부분 (112a) 에서, 그것의 측벽들의 적어도 일부분은 개방 구조를 갖는다. 그러므로, 개방 루멘 부분 (112a) 에 위치한 굽힘 작동 와이어는 개방 부분을 통하여 루멘 외부에서 이동가능하다.

이 예시적 실시형태에서, 개방 루멘 부분 (112a) 은, (굽힘 세그먼트의 단면의 중심의 대향측에 있는) 굽힘 세그먼트의 외측에서 측벽 (113a) 이 개방되는 구조를 갖는다. 그러므로, 굽힘이 발생할 때, 곡률 중심에 가까운 와이어 (400a) 는 개방 루멘 부분의 개방 부분 (바깥쪽으로 방향) 으로 이동하고, 이것은 폐쇄 루멘 부분과 비교했을 때 더 짧은 길이에서 굽힘 세그먼트들이 연결될 수 있게 한다. 반면에, (굽힘 세그먼트의 단면의 중심에 가까운) 개방 루멘 부분의 측벽 (113b) 은, 곡률 중심의 타측에 위치하면, 와이어가 스텀블링하는 스텀블링 부분 (114) 을 형성한다. 그러므로, 굽힘이 발생할 때, 곡률 중심의 타측에서 와이어 (400b) 는, 그것이 스텀블링 부분 (114) 에 대해 스텀블링할 때 굽힘 세그먼트와 더 접촉하게 되어서, 슬랙의 길이를 감소시킨다.

도 5 에서, 굽힘 세그먼트들 (110) 의 각각의 루멘 (112) 은, 폐쇄 루멘 부분 (112b) 이 루멘 길이의 중간에 형성되고 개방 루멘 부분 (112a) 이 폐쇄 루멘 부분 (112b) 의 양측에 위치하도록 구성된다. 이것은 단지 예에 불과하고, 길이를 따라 루멘 (112) 의 일측은 개방 루멘 부분을 형성할 수도 있고 타측은 폐쇄 루멘 부분을 형성할 수도 있다. 대안적으로, 한 쌍의 인접한 굽힘 세그먼트들의 개방 루멘 부분들이 힌지 샤프트들에 대해 대칭적으로 배치될 수도 있다. 이런 식으로, 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 루멘들은, 굽힘 세그먼트들의 단면의 중심에 가까운 벽면 (내벽면) (113b) 이 그것의 단면의 중심의 타측에서 벽면 (외벽면) (113a) 보다 길도록 다양하게 변경될 수도 있다.

도 5 는 개방 루멘 부분 (112a) 이 폐쇄 루멘 부분 (112b) 보다 긴 것으로 도시하지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않고 굽힘 세그먼트들의 구조 및 굽힘 각도에 따라 다양한 구성들을 가질 수도 있다. 전체 루멘 길이의 20% 이상을 차지하는 개방 루멘 부분의 길이는 슬랙의 길이를 감소시키는데 유리할 수도 있다는 점에 주목해야 한다.

굽힘 세그먼트들의 연결부들은 도 5 에 도시된 대로 연결부들을 함께 핀고정하는 것 이외의 다양한 방식들로 형성될 수 있다. 도 6 은 다른 유형의 연결부들의 실시예를 도시한다.

도 6 의 굽힘 세그먼트들은 각각 일측에 한 쌍의 연결부 (120) 를 포함하고 타측에 한 쌍의 리세스부들 (121) 을 포함한다. 굽힘 세그먼트 (110) 의 연결부들 (110) 은 인접한 굽힘 세그먼트의 리세스부들 (121) 에 수용되고 그것들에 힌지결합된다. 도 6a 의 연결부들 (120) 은 각각 라운드면을 갖는 돌기로 구성되고, 리세스부들 (121) 은 각각 돌기를 수용하도록 구성된다. 그러므로, 각각의 연결부 (120) 는, 그것이 대응하는 리세스부 (121) 내에서 회전함에 따라 힌지 이동한다. 도 6b 의 연결부들 (120) 은 각각 말단에 선형 에지를 갖는 돌기로 구성되고, 리세스부들 (121) 은 각각 v 형상의 노치형 그루브를 갖는다. 그러므로, 리세스부들 (121) 과 선형 접촉하면서, 리세스부들 (121) 과 접촉 영역이 회전 축선을 중심으로 회전할 때 연결부들 (120) 이 힌지 이동할 수 있다.

도 7 은 2 방향 자유도를 갖는 굽힘 세그먼트들의 구조를 도시한 도면들이다. 도 7 의 굽힘 세그먼트들은 각각 힌지 운동을 허용하는 방식으로 인접한 굽힘 세그먼트들에 연결되고, 일측에서 굽힘 세그먼트에 연결된 힌지 샤프트 (h1) 및 타측에서 굽힘 세그먼트에 연결된 힌지 샤프트 (h2) 는 다른 배향들을 가지도록 구성된다. 그러므로, 도 7 의 굽힘 세그먼트들 (100) 은, 도 5 및 도 6 에서와 달리, 2 이상의 자유도로 움직일 수 있는 조종가능한 부재를 구성한다.

구체적으로, 도 7 의 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 길이의 일측에 한 쌍의 연결부들 (120) 및 타측에 한 쌍의 리세스부들 (121) 을 포함한다. 한 쌍의 연결부들 (120) 은 굽힘 세그먼트 (110) 의 중심에 대해 서로 대면하고, 한 쌍의 리세스부들 (120) 도 또한 비슷하게 대면한다. 도 5 의 경우에서처럼, 연결부들 (120) 은 각각 라운드면을 갖는 돌기로 구성되고, 리세스부들 (121) 은 회전가능하고 연결부들을 수용하도록 구성된다.

도 7 에 도시된 대로, 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 에서, 한 쌍의 연결부들 (120) 을 접합하는 샤프트 및 한 쌍의 리세스부들 (121) 사이에 뻗어있는 샤프트는 서로 직교한다. 즉, 한 쌍의 연결부들 및 한 쌍의 리세스부들은 굽힘 세그먼트 (110) 의 단면에 대해 다른 로케이션들에 위치결정된다 (보다 구체적으로, 한 쌍의 연결부들 및 한 쌍의 리세스부들은 보디 둘레에 90 도로 교차한다).

따라서, 굽힘 세그먼트 (110) 는 제 1 샤프트 (h1) 에서 일측에서 인접한 세그먼트에 대해 그리고 제 2 샤프트 (h2) 에서 타측에서 인접한 세그먼트에 대해 힌지 이동한다. 즉, 굽힘 세그먼트들의 연결부들은, 제 1 힌지 샤프트 및 제 2 힌지 샤프트가 교대로 배치되도록 구성된다. 그러므로, 도 7 의 굽힘 세그먼트들은 2 자유도로 이동할 수도 있다.

각각의 굽힘 세그먼트는 길이를 따라 형성되는 4 개의 루멘들을 포함한다. 도 7 에 도시된 대로, 각각의 루멘 (112) 은 연결부 (120) 또는 리세스부 (121) 를 관통하도록 배치된다. 그러므로, 4 개의 루멘들은, 연결부들 및 리세스부들이 보디 둘레에 90 도 간격으로 이격되어 형성되는 로케이션들에 위치결정된다.

4 개의 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 각각 4 개의 루멘들 (112) 에 위치한다. 그들 중에서, 한 쌍의 와이어들은 조종가능한 부재의 하나의 샤프트의 굽힘을 유도하고, 다른 쌍의 와이어들은 다른 샤프트의 굽힘을 유도한다.

전술한 예와 같이, 각각의 루멘은 부분적으로 개방된다. 도 7 에 도시된 대로, 연결부 (120) 또는 리세스부 (121) 가 형성되는 길이를 따라 각각의 루멘 (112) 의 부분은 폐쇄 루멘 부분 (112b) 을 형성하고, 연결부 (120) 또는 리세스부 (121) 가 형성되지 않는 다른 부분은 개방 루멘 부분 (112a) 을 형성한다. 말할 필요도 없이, 폐쇄 루멘 부분은 각각의 루멘에서 중심에 둘 수도 있고, 개방 루멘 부분은 폐쇄 루멘 부분의 양측에 위치결정될 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 도 7 에 도시된 구성은 슬랙의 길이를 추가로 감소시키는 장점을 제공한다.

게다가, 도 7 은 루멘 (112) 이 연결부 (120) 또는 리세스부 (121) 를 관통한 것을 도시하지만, 루멘 (112) 은 연결부 (120) 및 리세스부 (121) 로부터 전환될 수도 있다. 구체적으로, 연결부들 (120) 및 리세스부들 (121) 은 굽힘 세그먼트 (110) 의 보디의 측방향 측 둘레에 (예컨대, 원주를 따라) 90 도 간격으로 이격될 수도 있다. 각각의 루멘 (112) 은 연결부 (120) 와 리세스부 (121) 사이에, 특히 연결부 (120) 와 리세스부 (121) 에 대해 45 도로 있는 지점에 위치될 수도 있다.

이 경우에, 도 8 에 도시된 대로, 각각의 루멘 (112) 은, 폐쇄 루멘 부분 (112b) 이 루멘의 길이의 중간에 형성되고 개방 루멘 부분 (112a) 이 폐쇄 루멘 부분 (112b) 의 양측에 형성되도록 구성될 수도 있다.

도 7 및 도 8 은 라운드면을 갖는 돌기로 구성되는 연결부 (120) 및 연결부 (120) 를 수용하는 리세스부 (121) 에 대해 설명되었다. 하지만, 이것은 단지 예에 불과하고, 도 6b 에 도시된 대로, 연결부는 선형 에지를 갖는 돌기로 구성될 수도 있고 리세스부는 v 형상의 노치형 그루브를 가질 수도 있다 (도 9 참조). 그렇지 않으면, 도 5 에 도시된 대로, 각각 연결부 및 리세스부를 포함하기 보다는, 2 개의 연결부들은 힌지 운동을 허용하는 방식으로 함께 핀고정될 수도 있다.

도 7 내지 도 9 에 도시된 예시적 실시형태들은 하나의 샤프트에 대한 회전을 위한 연결 구조를 포함하고, 여기에서 한 쌍의 연결부들은 하나의 굽힘 세그먼트에 제공되고 한 쌍의 리세스부들은 다른 굽힘 세그먼트에 제공된다. 게다가, 하나의 연결부 및 하나의 리세스부는 그들 사이에 중공 보디를 가지고 서로 대면하도록 하나의 굽힘 세그먼트의 일 말단에 위치될 수도 있고, 인접한 굽힘 세그먼트에 연결된 굽힘 세그먼트의 연결부 및 리세스부의 레이아웃을 고려해, 인접한 굽힘 세그먼트의 연결부 및 리세스부는 반대로 위치될 수도 있다.

도 10 은 가요성 힌지 구조를 사용하는 조종가능한 부재를 도시한 도면이다. 도 10 에 도시된 대로, 굽힘 세그먼트들 (110) 은 디스크형 플레이트의 형상으로 되어 있고, 굽힘 세그먼트들 (110) 사이에 위치한 가요성 연결부들 (120) 에 의해 연결된다. 도 5 내지 도 9 의 조종가능한 부재는 연결부들의 기계적 힌지 구조를 사용해 구부러질 수 있고, 도 10 의 조종가능한 부재는 연결부들의 재료의 탄성을 사용해 구부러질 수 있다.

보다 구체적으로, 도 10 의 조종가능한 부재는 서로 일체로 형성된 복수의 굽힘 세그먼트들 (110) 및 복수의 연결부들 (120) 로 구성된다. 예를 들어, 그것은 가요성을 갖는 플라스틱 수지를 사용해 몰딩 방법에 의해 제조될 수도 있다. 도 10 에 도시된 대로, 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 및 각각의 연결부 (120) 는 그들 내부에 중공 채널 (111) 을 갖는다. 연결부들 (120) 은 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 사이에 제공되고, 중공 채널의 2 개의 대향측들로부터 외부 반경 방향으로 연장되는 벽 구조를 갖는다. 연결부 (120) (벽 구조) 는, 인접한 연결부가 배치되는 방향에 직각인 방향으로 배치된다. 그러므로, 도 10 의 조종가능한 부재는 2 자유도로 구부러질 수도 있다.

굽힘 작동 와이어들 (400) 이 위치하는 4 개의 루멘들 (112) 은 90 도 간격으로 배치된다. 각각의 루멘 (112) 은, 그것이 연결부 (120) 의 외부 에지를 관통하는 지점에 형성된다. 이 경우에, 전술한 예시적 실시형태에서처럼, 각각의 루멘 (112) 은 부분적 개방 루멘 부분 (112) 이다. 도 12 에 도시된 대로, 각각의 루멘의 폐쇄 루멘 부분 (112b) 은 그것이 연결부를 관통하는 지점에 형성되고 그것의 개방 루멘 부분 (112a) 은, 굽힘 세그먼트가 관통되는 폐쇄 루멘 부분 (112b) 의 양측에 형성된다. 그러므로, 이런 예시적 실시형태의 조종가능한 부재 (100) 는, 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 이동함에 따라, 연결부들 (120) 에서 구부러질 수도 있다.

도 11 은 가요성 백본 구조를 사용하는 조종가능한 부재를 도시한 도면이다. 도 11 의 조종가능한 부재 (100) 는, 각각 디스크형 플레이트로 구성된 굽힘 세그먼트들 (110) 및 굽힘 세그먼트들의 중심들을 연결하기 위해 백본 구조를 사용하는 연결부들 (120) 을 포함한다. 연결부들 (120) 은 각각의 굽힘 세그먼트 사이에 제공된 개별 부재들로 구성될 수도 있고, 또는 복수의 굽힘 세그먼트들을 관통하는 단일 부재로 구성될 수도 있다. 이 경우에, 연결부들 (120) 은 가요성 재료를 포함할 수도 있고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 이동할 때 구부러질 수도 있다.

도 10 의 조종가능한 부재는 또한 4 개의 루멘들 (112) 을 포함하고, 각각의 루멘은 부분적으로 개방되어 있다. 구체적으로, 루멘 (112) 은 루멘의 길이의 중간 부분에 형성된 폐쇄 루멘 부분 (112b) 및 폐쇄 루멘 부분 (112b) 의 양측에 형성된 개방 루멘 부분 (112a) 을 포함할 수도 있다.

전술한 예시적 실시형태들에서, 슬랙을 최소화할 수 있는 굽힘 세그먼트들은 굽힘에 의해 유발된 백래시를 방지하는데 사용된다. 조종가능한 부재는 백래시를 방지하기 위해서 다른 다양한 방식으로 구성될 수도 있다.

도 12 내지 도 14 는 측방향 지지 부재 (130) 와 조종가능한 부재를 도시한 도면들이다. 측방향 지지 부재 (130) 는 탄성 재료 또는 초탄성 재료를 포함하고, 그것의 형상이 변형될 때 원래의 형상으로 복귀하기 위해 복원력을 가한다. 즉, 이런 조종가능한 부재는 그 안에 적어도 하나의 측방향 지지 부재를 포함할 수도 있고, 그것이 구부러질 때 초기 위치로 측방향 지지 부재의 탄성을 복원하도록 구성될 수도 있다.

도 12 는 측방향 지지 부재에 의해 제공된 굽힘 특성을 보여주는 도면이다. 도 12 에 도시된 대로, 조작부를 조작함으로써 적어도 하나의 굽힘 작동 와이어 (400) 가 당겨지면, 조종가능한 부재 (100) 는 대응하는 방향으로 구부러진다. 이 경우에, 조종가능한 부재 (100) 는 적어도 하나의 측방향 지지 부재 (130) 를 포함하고, 굽힘 작동 와이어 (400) 는 측방향 지지 부재 (130) 의 탄성을 극복함으로써 굽힘을 유발하도록 조작된다 (도 12b). 그 후에, 대응하는 굽힘 작동 와이어가 당김으로부터 해제될 때 (도 12c), 조종가능한 부재 (100) 는 측방향 지지 부재 (130) 의 탄성에 의해 중립으로 복귀한다.

종래에, 일측에서 굽힘 작동 와이어가 일 방향으로 구부러지도록 조작되고, 타측에서 굽힘 작동 와이어는 중립으로 복귀하도록 조작된다. 그러므로, 슬랙은 굽힘으로 인해 발생하여서, 백래시를 유발한다. 하지만, 도 12 에 도시된 바와 같은 측방향 지지 부재의 사용으로, 굽힘 작동 와이어에서 슬랙에 의해 유발된 백래시는 굽힘 중 문제가 되지 않을 수도 있다.

도 13 은 측방향 지지 부재들을 사용하는 조종가능한 부재의 다양한 예시적 실시형태들을 도시한 도면이다. 도 13 에 도시된 대로, 조종가능한 부재 (100) 는 복수의 굽힘 작동 와이어들 (400) 및 복수의 측방향 지지 부재들 (130) 을 포함할 수도 있다. 측방향 지지 부재들 (130) 은, 측방향 스프링들로서 기능할 수 있는, 와이어 구조 또는 중공 튜브 구조와 같은, 다양한 유형들의 구조들로 구성될 수도 있다. 조종가능한 부재 (100) 의 굽힘 세그먼트들 (110) 은 2 자유도로 구부러지도록 구성되고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 및 측방향 지지 부재들 (130) 이 보디의 벽면을 따라 루멘들을 통과할 수 있도록 허용하기 위한 복수의 루멘들 (112) 을 포함할 수도 있다.

도 13a 내지 도 13c 에서, 복수의 굽힘 작동 와이어들 (400) 및 복수의 측방향 지지 부재들 (130) 은 분리되어 배치된다. 도 13a 및 도 13b 에서, 4 개의 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 굽힘 세그먼트들 (110) 의 보디 둘레에 90 도 간격으로 배치되고, 4 개의 측방향 지지 부재들 (130) 은 각각의 굽힘 작동 와이어 (400) 사이에 45 도 간격으로 배치된다. 이 경우에, 도 13a 에 도시된 대로, 4 개의 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 굽힘 세그먼트들의 연결부들 (120) 을 통과하도록 배치될 수도 있고, 도 13b 에 도시된 대로, 4 개의 측방향 지지 부재들 (130) 은 굽힘 세그먼트들 (110) 의 연결부들 (120) 을 통과하도록 배치될 수도 있다. 대안적으로, 도 13c 에 도시된 대로, 굽힘 작동 와이어 (400) 및 측방향 지지 부재 (130) 는, 굽힘 세그먼트들 (110) 의 연결부들을 통과하지 않도록, 원주를 따라 각각의 연결부 로케이션 사이에 한 쌍으로 배치될 수도 있다.

도 13d 및 도 13e 에서, 측방향 지지 부재들 (130) 은 중공 튜브 구조를 가지고, 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 측방향 지지 부재들 (130) 내부에 각각 위치한다. 측방향 지지 부재들 (130) 및 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 굽힘 세그먼트들 (110) 의 보디 둘레에 90 도 간격으로 배치될 수도 있다. 도 13d 에서, 측방향 지지 부재들 (130) 및 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 굽힘 세그먼트들의 연결부들을 통과하도록 배치된다. 도 13e 에서, 측방향 지지 부재들 (130) 및 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 연결부들을 통과하지 않도록 각각의 연결부 로케이션 사이에 위치한다.

도 14 는 사전 성형된 측방향 지지 부재에 의해 제공된 굽힘 특성을 도시한 도면이다. 도 12 및 도 13 의 측방향 지지 부재들은 조종가능한 부재의 중립 위치에 대응하는 형상을 갖는다. 그러므로, 조종가능한 부재는 굽힘 작동 와이어들로 구부러지고 측방향 지지 부재들에 의해 중립으로 복귀하도록 구성된다. 반면에, 도 14 의 측방향 지지 부재 (130) 는 일 방향으로 구부러진 형상을 가지도록 구성되어서 측방향 지지 부재 (130) 의 탄성은 일측으로 조종가능한 부재의 굽힘에 기여한다.

일례에서, 도 14 의 측방향 지지 부재 (130) 는 좌측으로 구부러지도록 사전 성형된다. 측방향 지지 부재 (130) 가 내부에 구비된 조종가능한 부재는 굽힘 작동 와이어를 이용한 어떠한 조작도 없이 좌측으로 구부러진 상태로 유지된다 (도 14a). 또한, 굽힘 작동 와이어 (400) 가 제 1 인장력 (F) 에 의해 이동된다면, 조종가능한 부재는 중립 위치에 배치될 수 있다 (도 14b). 제 1 인장력은 측방향 지지 부재 (130) 의 탄성에 의해 발생된 모멘트와 평형을 이루기에 충분히 크다. 굽힘 작동 와이어 (400) 가 제 1 인장력보다 큰 제 2 인장력 (F') 에 의해 이동된다면, 조종가능한 부재는 우측으로 구부러질 수 있다 (도 14c). 이 경우에, 굽힘 작동 와이어 (400) 에 가해진 인장력이 제 1 인장력에 의해 해제된다면, 조종가능한 부재는 중립으로 이동할 수 있고 (도 14b), 또는 굽힘 작동 와이어들에 가해진 인장력이 완전히 해제된다면, 조종가능한 부재는 좌측으로 구부러질 수 있다 (도 14a).

이 경우에, 조종가능한 부재는 측방향 지지 부재의 탄성에 의해 중립 위치 또는 초기 위치로 이동되어서, 백래시 없이 굽힘 제어를 가능하게 한다. 도 14 는 사전 성형된 측방향 지지 부재 및 굽힘 작동 와이어들을 사용하는 1 자유도를 가지는 굽힘 메커니즘을 도시하지만, 사전 성형된 측방향 지지 부재를 사용하는 다양한 굽힘 메커니즘들이 사용될 수도 있다.

게다가, 백래시를 유발하지 않는 연결 세그먼트들을 사용하는 굽힘 메커니즘 뿐만 아니라, 측방향 지지 부재를 사용하는 전술한 방법이 도 15 내지 도 17 에 도시된 대로 사용될 수도 있다.

도 15 는 연결 세그먼트들에 의해 연결된 굽힘 세그먼트들의 굽힘에 의해 유발된 와이어 경로 차이를 보여주는 도면이다. (예컨대, 도 3 내지 도 9 에서의) 전술한 예시적 실시형태에서, 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 보디에 제공된 연결부들 (120) 에 의해 인접한 굽힘 세그먼트들에 직접 결합될 수 있고, 각 쌍의 인접한 굽힘 세그먼트들 사이에 공유된 하나의 힌지 샤프트에 대해 회전할 수도 있다. 반면에, 도 15 에 도시된 대로, 연결 세그먼트 (140) 는 각 쌍의 인접한 굽힘 세그먼트들 (110) 사이에 제공되고, 2 개의 인접한 굽힘 세그먼트들은 각각 연결 세그먼트 (140) 의 2 개의 말단들에 연결된다. 연결 세그먼트 (140) 는, 연결 세그먼트 (140) 상의 2 개의 지점들이 2 개의 다른 부재들에 힌지결합될 수 있도록 하는 이중 힌지 조인트 구조를 갖는다. 그러므로, 한 쌍의 인접한 굽힘 세그먼트들 (110) 은, 힌지 샤프트를 공유하지 않으면서, 다른 힌지 샤프트들에 대해 회전하도록, 연결 세그먼트들의 2 개의 말단들에, 각각, 결합된다.

굽힘 세그먼트 (110) 의 양측에서의 와이어들 사이의 거리는 2r 이 되도록 하고 연결 세그먼트의 2 개의 힌지 샤프트들 사이의 거리가 L 이 되도록 한다. 굽힘 세그먼트 (110) 는 (즉, 각각의 와이어로부터 r 의 거리에 있는) 한 쌍의 와이어들 사이의 중간 지점에서 연결 세그먼트 (140) 에 힌지결합된다.

도 15a 는 굽힘 전 인접한 굽힘 세그먼트를 도시하고, 도 15b 는 곡률 반경 (R) 으로 구부러질 때 인접한 굽힘 세그먼트를 도시한다. 도 15b 에서, 2 개의 굽힘 세그먼트들 (110) 사이의 굽힘 각도는 θ 로 표시된다. 또한, 굽힘에 의해 발생된 굽힘 세그먼트들과 연결 세그먼트 사이의 굽힘 각도들 θ_근위 및 θ_원위 는 동일한 것으로 상정될 수 있다. 이 경우에, 다음 식은 굽힘 전 2 개의 굽힘 세그먼트들 사이의 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합과 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합을 비교하는 것이다. 굽힘 전 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁ 및 L₂ 로 표시하고, 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁' 및 L₂' 로 표시한다.

즉, 연결 세그먼트 (140) 에 의해 연결된 조종가능한 부재 (100) 가 구부러지면, 굽힘 전 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합 (L₁+L₂) 및 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들의 합 (L₁'+L₂') 은 실질적으로 동일하다. 그러므로, 굽힘에 의해 유발된 어떠한 슬랙도 방지될 수 있다.

말할 필요도 없이, 도 15 는, 동일한 와이어로 인해 각각의 굽힘 세그먼트에서 굽힘이 발생하기 때문에 굽힘 세그먼트들 (140) 과 연결 세그먼트 (110) 사이의 굽힘 각도들 θ_근위 및 θ_원위 가 동일한 것으로 상정한다. 하지만, 실제 굽힘이 발생할 때, 연결 세그먼트 (140) 와 굽힘 세그먼트들 (110) 사이의 굽힘 각도들은, 그것들이 약간 상이할지라도, 실질적으로 유사한 범위 내에 있다. 따라서, 슬랙의 길이는, 2 개의 굽힘 세그먼트들이 함께 단일 힌지 샤프트에서 결합되는 구조와 비교해 최소화될 수 있다.

도 16 은 연결 세그먼트 및 연결 세그먼트에 의해 연결된 굽힘 세그먼트들을 도시한 사시도이다. 도 17 은 연결 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재를 도시한 사시도이다.

도 16 에 도시된 대로, 연결 세그먼트 (140) 는 다른 지점들에서 제 1 굽힘 세그먼트 (110a) 및 제 2 굽힘 세그먼트 (110b) 에 힌지결합된다. 연결 세그먼트 (140) 는 서로 대면하는 2 개의 보디들 (141) 을 포함한다. 각각의 보디 (141) 는 그것의 길이의 일 말단에 제 1 힌지부 (142a) 를 포함하고 다른 말단에 제 2 힌지부 (142b) 를 포함한다. 제 1 및 제 2 굽힘 세그먼트들 (110a, 110b) 은 제 1 및 제 2 힌지부들 (142a, 142b) 에 각각 결합되어서, 상기 세그먼트들은 다른 힌지 샤프트들에서 힌지 이동한다.

도 16 에서, 제 1 힌지부 (142a) 및 제 2 힌지부 (142b) 는 각각 라운드면을 갖는 돌기로 구성되고, 굽힘 세그먼트들 (110) 에 형성된 리세스부들 (121b) 에 수용되고 힌지 이동한다. 하지만, 이것은 단지 예에 불과하고, 제 1 및 제 2 힌지부들 중 적어도 하나는 돌기를 수용하기 위한 리세스부일 수도 있고 또는 핀고정과 같은 다른 힌지 구조들에 의해 연결될 수도 있다.

연결 세그먼트 (140) 는, 서로 대면하는 2 개의 보디들 (141) 을 함께 접합하는, 내부에 중공 공간을 갖는 가이드 부재 (143) 를 추가로 포함한다. 이것 때문에, 연결 세그먼트 (130) 는 모듈을 형성할 수도 있다. 가이드 부재 (143) 의 중공 공간은 굽힘 작동 와이어들 또는 이펙터 작동 와이어와 같은 다양한 종류의 와이어 부재들이 통과할 수 있도록 허용하고, 구부리는 동안 내부 구성요소들이 떨어지는 것을 방지한다. 가이드 부재 (143) 의 단면은 굽힘 세그먼트들의 단면과 유사할 수도 있다. 이 경우에, 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 부분들은 굽힘 작동 와이어들의 운동을 제한하지 않도록 개방될 수도 있다.

도 17 의 조종가능한 부재는 복수의 연결 세그먼트들 (140) 을 포함하고, 인접한 연결 세그먼트들 (140) 은 서로 직교하는 힌지 샤프트들을 가지도록 구성된다. 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 4 개의 루멘들 (112) 을 가져서 4 개의 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 각각 그 안에 위치한다. 따라서, 조종가능한 부재 (100) 는 2 자유도로 구부러질 수 있다. 이 경우에, 굽힘 작동 와이어들 (400) 은, 연결 세그먼트들 (140) 의 힌지 샤프트들을 통과하지 않도록 굽힘 세그먼트들 (110) 의 보디 둘레에서 각각의 힌지 샤프트 로케이션 사이에 위치할 수도 있다.

다른 예시적 실시형태에서, 도 18 은 조종가능한 부재의 구부림으로 인해 곡선 경로를 형성하는 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 3 은 굽힘이 발생할 때 구부러진 직선 경로를 형성하는 와이어를 도시하지만, 도 18 은 굽힘이 발생할 때 곡선 경로를 형성하는 와이어를 도시한다. 굽힘 전 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁ 및 L₂ 로 표시하고, 굽힘 후 2 개의 와이어 부분들의 길이들을 각각 L₁' 및 L₂' 로 표시한다면, 2 개의 와이어 부분들의 길이들 사이의 관계는 다음과 같다:

굽힘이 발생할 때 구부러진 직선 경로를 형성하는 도 3 의 와이어와 비교해, 곡선 경로를 형성하는 도 18 의 와이어는 슬랙 길이의 대략 30% 감소를 가질 수 있다. 이 원리를 사용해, 굽힘 작동 와이어들은 경로 조절 부재를 포함함으로써 굽힘이 발생할 때 곡선 경로를 형성하도록 구성되어서, 슬랙을 최소화한다.

도 19 는 경로 조절 부재를 사용하는 조종가능한 부재를 도시한 도면이다. 도 19 에 도시된 대로, 조종가능한 부재 (100) 는 플레이트형 굽힘 세그먼트들 (110) 및 굽힘 세그먼트들 사이에 위치하는 벽형 연결부들 (120) 을 포함한다. 또한, 4 개의 루멘들 (112) 은 굽힘 세그먼트들 (100) 및 연결부들 (120) 의 외부 에지들을 관통하도록 형성된다 (도 10 의 설명 참조).

도 19b 에 도시된 대로, 굽힘 작동 와이어들 (400) 은, 각각의 루멘에 직접 위치되기 보다는, 각각의 루멘에서 경로 조절 부재 (150) 내부에 위치된다. 경로 조절 부재 (150) 는 금속과 같은 탄성 재료를 포함하고, 조종가능한 부재 (100) 가 구부러질 때 구부러져서, 곡선 와이어 경로를 형성한다 (이 경우에, 경로 조절 부재의 탄성은 도 13d 및 도 13e 에 도시된 대로 복원력을 발생시키기에 충분히 높을 필요가 없고, 곡선 경로를 형성하기에 충분한 탄성력으로 충분할 것이다). 그러므로, 이런 예시적 실시형태에 따른 굽힘 작동 와이어들 (400) 은 구부러진 직선 경로가 아니라 곡선 경로를 따라 구부러져서, 슬랙의 길이를 최소화한다.

이 예시적 실시형태는, 경로 조절 부재가 가요성 힌지 구조를 사용하는 조종가능한 부재에 사용되는 실시예에 대해 설명되었지만, 경로 조절 부재의 사용으로 도 11 내지 도 17 에 도시된 조종가능한 부재에 와이어들을 배치하는 것과 같은, 변형이 이루어질 수도 있다.

도 20 은 조종가능한 부재의 굽힘을 도시한 도면이다. 도 20 에 도시된 대로, 굽힘의 초기 스테이지에서, 굽힘은 전체 조종가능한 부재 (100) 를 가로질러 균일하지 않고, 굽힘 작동 와이어 (300) 가 끝나는 조종가능한 부재의 원위 말단에 굽힘이 집중된다 (도 20b 참조). 따라서, 와이어가 이동할 때 조종가능한 부재의 원위 말단에 힘이 직접 전달되어서, 조종가능한 부재가 근위 말단에서 덜 구부러지도록 한다.

도 21 은 본 발명의 일 예시적 실시형태에 따른 조종가능한 부재의 단면도이다. 도 21a, 도 21b 및 도 21c 는, 조종가능한 부재가 근위 말단에서보다 원위 말단에서 보다 용이하게 구부러지는 기하학적으로 향상된 구조를 포함하는, 조종가능한 부재의 원위 말단에서 굽힘 집중을 개선하기 위한 실시형태를 도시한다.

구체적으로, 도 21a 에 도시된 대로, 굽힘 세그먼트들 (110) 은 조종가능한 부재의 단면의 중심으로부터 떨어져 형성된 루멘들을 가지고, 조종가능한 부재의 근위 말단에 더 가까울수록, 굽힘 세그먼트들에서 루멘들은 조종가능한 부재의 단면의 중심으로부터 더 멀어지게 된다. 이 경우에, 조종가능한 부재 (100) 에 적용된 모멘트는 원위 말단에서 더 작고 근위 말단을 향하여 증가한다. 따라서, 조종가능한 부재 (100) 는 근위 말단을 향하여 보다 용이하게 구부린다.

도 21b 에서, 연결부들 (120) 은 조종가능한 부재 (100) 의 길이를 따라 형상이 점차 변하도록 구성될 수 있어서 조종가능한 부재는 원위 말단에서보다 근위 말단에서 보다 용이하게 구부러진다. 일례에서, 도 21b 에 도시된 대로, 길이를 따라 굽힘 특성은, 근위 말단에서보다 원위 말단에서 더 큰 단면 폭을 가지도록 연결부들을 구성함으로써 조절될 수 있다. 대안적으로, 연결부들의 폭을 조절하는 것 뿐만 아니라, 연결부들은, 조인트 구조를 갖는 연결부들의 운동 범위 조절을 포함한, 형상 변화의 다른 다양한 방식으로 구성될 수도 있다.

또한, 도 21c 에 도시된 대로, 굽힘 세그먼트들 (110) 사이의 거리는 길이를 따라 변할 수도 있다. 구체적으로, 굽힘 세그먼트들 사이의 거리는 원위 말단을 향하여 더 짧아지고 근위 말단을 향하여 더 길어지도록 연결부들 (120) 이 위치결정될 수도 있다. 이 경우에, 굽힘 세그먼트들 사이의 거리가 더 길어질수록, 조종가능한 부재의 굽힘은 더 용이해진다. 이것은 원위 말단 가까이에서 굽힘 제한 및 근위 말단 가까이에서 굽힘 특성 개선을 유발한다.

이 구성의 조종가능한 부재는 루멘들을 따라 위치한 복수의 굽힘 작동 와이어들을 가지고, 각각의 굽힘 작동 와이어의 원위 말단은 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 와이어 종단 부재 (410) 에 의해 고정된다.

도 22 는 와이어 종단 부재에 의해 굽힘 작동 와이어들을 고정하는 방법을 도시한 도면이다. 조종가능한 부재와 굽힘 작동 와이어들은 크기가 매우 작기 때문에, 개별 굽힘 작동 와이어들을 조종가능한 부재의 원위 말단에 고정하는 것은 매우 어렵다. 그러므로, 이 예시적 실시형태는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 용이하게 고정할 수 있는 와이어 종단 부재를 사용한다.

도 22 에 도시된 대로, 와이어 종단 부재 (410) 는 일측에 나사산 (411) 을 가지고, 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 나사고정된다. 또한, 와이어 종단 부재는, 복수의 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 복수의 홀들 (412) 을 포함하고, 홀들 (412) 은 조종가능한 부재 내의 루멘들에 대응하는 로케이션들에 형성된다. 그러므로, 도 22 에 도시된 대로, 굽힘 작동 와이어들 (400) 이 와이어 종단 부재의 홀들로 삽입되는 동안 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 나사고정될 수 있어서 (도 22a), 굽힘 작동 와이어들을 고정하는 것을 용이하게 한다 (도 22b 및 도 22c).

와이어 종단 부재는 조종가능한 부재와 말단 이펙터 사이에 제공되는 구성요소일 수도 있다. 이 경우에, 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 나사고정될 수도 있고, 말단 이펙터는 와이어 종단 부재에 연결될 수도 있다. 대안적으로, 도 23 에 도시된 대로, 굽힘 작동 와이어들 (400) 을 말단 이펙터 (300) 의 내측에 고정하고 말단 이펙터 (300) 를 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 직접 나사고정함으로써 말단 이펙터 (300) 는 와이어 종단 부재로서 사용될 수도 있다.

도 22 는 도 10 에 도시된 구조를 가지는 조종가능한 부재에 대해 설명되었지만, 조종가능한 부재가 다른 구조들을 가지더라도 굽힘 작동 와이어들은 비슷하게 고정될 수 있음은 말할 필요도 없다.

상기 검토에서, 조종가능한 부재의 다양한 예시적 실시형태들은 도 5 내지 도 22 를 참조하여 설명되었다. 조종가능한 부재는 말단 이펙터를 가지는 외과용 장치의 구성요소로서 설명되지만, 본 발명은 그것에 제한되지 않는다. 예를 들어, 본 발명은 다양한 종류의 외과용 기구들, 예로 작업 채널을 갖는 이미징 유닛 또는 루멘 유닛을 위한 굽힘가능 조종가능한 부재들에 적용가능하다.

다시 도 2 를 참조하면, 말단 이펙터 (300) 는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된다. 전술한 대로, 말단 이펙터 (300) 는 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 직접 결합되거나 와이어 종단 부재와 같은 구성요소를 통하여 결합될 수 있다. 말단 이펙터 (300) 는 수술에 사용하기 위한 다양한 유형들의 외과용 요소들 (311) 를 포함한다. 도 2 는 예로서 겸자를 포함하는 말단 이펙터를 도시한다.

말단 이펙터 (300) 의 근위 말단은 이펙터 작동 와이어 (500) 에 연결된다. 이펙터 작동 와이어 (500) 는 조종가능한 부재 (100) 의 채널들 (111) 에 위치하고, 조종가능한 부재 (100) 및 가요성 부재 (200) 를 통하여 조작부 (10) 에 기계적으로 연결된다. 그러므로, 이펙터 작동 와이어 (500) 는, 그것이 조작부 (10) 에 의해 종으로 움직임에 따라 말단 이펙터 (300) 를 작동한다.

도 24 는 말단 이펙터의 작동 원리를 개략적으로 보여주는 단면도이다. 말단 이펙터 (300) 는, 이펙터 작동 와이어 (500) 가 조작부 (10) 의 방향으로 당겨질 때 제 1 모드로 작동하고 (도 24a), 이펙터 작동 와이어 (500) 가 말단 이펙터 (300) 의 방향으로 당겨질 때 제 2 모드로 작동한다 (도 24b). 제 1 모드는 말단 이펙터의 겸자를 닫는 것을 수반하고, 제 2 모드는 겸자를 여는 것을 수반한다. 이펙터 작동 와이어 (500) 를 조작부의 방향으로 당기는 작용은 조작부의 구동부에 의해 용이하게 수행될 수 있어서, 힘을 말단 이펙터에 전달한다. 다른 한편으로는, 이펙터 작동 와이어 (500) 를 말단 이펙터 (300) 의 방향으로 다시 이동시키는 작용은 구동부 (400) 에 의해 제대로 수행되지 않을 수도 있는데 왜냐하면 이펙터 작동 와이어가 와이어 구조를 가지기 때문이다. 그러므로, 이 예시적 실시형태에서, 말단 이펙터 (400) 는 탄성체 (341) 의 탄성을 이용해 이펙터 작동 와이어 (500) 를 당김으로써 제 2 모드 작동을 수행하도록 탄성체 (341) 를 포함할 수도 있다.

구체적으로, 도 24 에 도시된 대로, 말단 이펙터의 이펙터 모듈은 외과 수술을 수행하기 위한 기구 부분 (310), 및 기구 부분 (310) 을 작동하기 위한 작동 부분 (320) 을 포함한다. 기구 부분 (310) 은 작동 부분 (320) 에 링크되고, 기구 부분 (310) 의 조인트 (330) 가 고정되어 있는 동안 외과용 요소들 (311) 이 작동 부분 (320) 의 운동에 의해 양측에서 개방 또는 폐쇄되도록 구성된다. 탄성체 (341) 는 작동 부분의 근위 말단에 위치할 수도 있다. 이펙터 작동 와이어 (500) 가 조작부 (10) 에 의해 당겨질 때, 탄성체 (341) 를 밀면서 작동 부분 (320) 은 뒤로 움직이고 외과용 요소들 (311) 은 따라서 폐쇄된다 (도 24a). 또한, 이펙터 작동 와이어 (500) 에 작용하는 힘이 조작부 (10) 에 의해 해제될 때, 탄성체 (341) 의 복원력은 작동 부분 (320) 을 기구 부분 (310) 의 방향으로 이동시켜서, 외과용 요소들 (311) 을 개방한다 (도 24b). 이런 식으로, 말단 이펙터의 작동 메커니즘은 탄성체의 사용으로 단순화될 수 있다.

탄성체를 사용하는 말단 이펙터의 구조는 다양한 방식으로 설계될 수도 있다. 도 25 는 이러한 말단 이펙터의 실시예를 도시한 도면이다. 도 25 에 도시된 대로, 말단 이펙터 (300) 는 이펙터 모듈 (301), 및 이펙터 모듈 (301) 이 장착된 보디 부분 (340) 을 포함할 수도 있다. 이펙터 모듈 (301) 의 기구 부분 (310) 은 보디 부분 (340) 의 원위 말단으로 노출되도록 구성되고, 그것의 작동 부분 (320) 은 보디 부분 (340) 내에 수용된다. 기구 부분 (310) 과 작동 부분 (320) 을 연결하는 조인트 (330) 는 보디 부분 (340) 에 고정될 수도 있고, 작동 부분 (320) 은 보디 부분 (340) 내에서 왕복운동할 수도 있다. 보디 부분 (340) 내에 제공된 탄성체 (341) 는 작동 부분 (320) 뒤에 위치하고, 작동 부분 (320) 의 근위 말단은 이펙터 작동 와이어 (500) 에 연결된다. 그러므로, 기구 부분 (310) 은 이펙터 작동 와이어 (500) 및 탄성체 (341) 로 작동 부분 (320) 을 움직여서 조작될 수도 있다.

또한, 말단 이펙터 (300) 의 전부 또는 일부는 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 탈착가능하게 연결될 수도 있다. 그러므로, 수술에 필요한 다양한 기구들은 선택적으로 체결되어 사용될 수도 있다. 일례에서, 도 25 의 말단 이펙터 (300) 는, 이펙터 모듈 (301) 이 이펙터 작동 와이어 (500) 의 원위 말단에 부착가능하거나 탈착가능하도록 구성된다. 이펙터 모듈 (301) 및 이펙터 작동 와이어 (500) 의 원위 말단은 다양한 방식으로 탈착가능하게 체결될 수도 있고; 예를 들어, 그것들은 도 25 에 도시된 예시적 실시형태에 따라 자기적으로 함께 체결될 수도 있다. 그러므로, 적어도 작동 부분 (320) 의 근위 말단 또는 이펙터 작동 와이어 (500) 의 원위 말단은 체결을 가능하게 하는 자성체로 구성된다.

전술한 대로, 이 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구는 구부릴 수 있는 조종가능한 부재 (100) 및 개방할 수 있는 말단 이펙터 (300) 를 포함한다. 또한, 조종가능한 부재 (100) 및 말단 이펙터 (300) 는 굽힘 작동 와이어들 (400) 및 이펙터 작동 와이어 (500) 와 같은 복수의 와이어 부재들에 의해 이동된다. 이 와이어 부재들은 조종가능한 부재 (100) 및 가요성 부재 (200) 를 통과하도록 배치된다. 그러므로, 각각의 와이어가 최단 경로를 가지도록 와이어 부재들이 선형으로 배치된다면, 와이어들의 운동은 조종가능한 부재의 굽힘 또는 가요성 부재의 굴곡에 의해 제한되거나 영향을 받을 수도 있다. 따라서, 이 예시적 실시형태에서, 와이어 부재의 주행 경로를 형성하는 적어도 하나의 슬리브는 조종가능한 부재 또는 가요성 부재 내에 제공될 수도 있다. 이 슬리브는, 슬리브가 제공되는 부분의 최대 길이보다 길어서 (예를 들어, 구부러지거나 굴곡될 때 그 부분의 길이), 조종가능한 부재가 구부러지거나 가요성 부재가 굴곡될 때에도 와이어 부재들은 충분히 긴 경로를 갖는다.

도 26 은 이펙터 작동 와이어의 주행 경로를 도시한 단면도이다. 도 26 에 도시된 대로, 이펙터 작동 와이어 (500) 의 일 말단은 말단 이펙터 (300) 의 근위 말단에 장착되고, 다른 말단은 조작부 (10) (도 1) 에 기계적으로 연결된다. 이펙터 작동 와이어 (500) 의 경로를 형성하는 슬리브 (600) 의 일 말단은 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단 또는 말단 이펙터 (300) 의 근위 말단에서 제자리에 고정된다. 또한, 다른 말단은 가요성 부재 (200) 의 근위 말단에서 제자리에 고정된다. 이 경우에, 슬리브 (600) 는, 슬리브의 2 개의 말단들이 고정되는 부분의 길이 (조종가능한 부재의 길이와 가요성 부재의 길이의 합) 보다 길다. 슬리브에 부가된 이 여분의 길이 (도 26a) 는, 심지어 조종가능한 부재 (100) 가 구부러질 때에도 (도 26b) 이펙터 작동 와이어 (500) 의 경로를 위한 더 큰 공간을 제공한다. 그러므로, 말단 이펙터 (300) 의 운동은 그것의 운동이 조종가능한 부재 (100) 의 굽힘 운동에 의해 영향을 받지 않도록 조종가능한 부재 (100) 의 굽힘 운동으로부터 분리될 수도 있다.

도 27 은 굽힘 작동 와이어의 주행 경로를 도시한 단면도이다. 도 27 에 도시된 대로, 굽힘 작동 와이어 (400) 의 경로를 고정하기 위한 슬리브 (600) 가 제공될 수도 있다. 이 경우에, 슬리브 (600) 의 일 말단은 조종가능한 부재 (100) 의 근위 말단 또는 가요성 부재 (200) 의 원위 말단에 고정되고, 다른 말단은 가요성 부재 (200) 의 근위 말단에 고정된다. 슬리브 (600) 는, 슬리브가 놓여지는 부분의 선형 길이에 부가된 여분의 길이를 가지도록 구성된다. 그러므로, 조종가능한 부재 (100) 의 굽힘은 가요성 부재 (200) 의 굴곡에 의해 영향을 받지 않을 것이다.

도 28 및 도 29 는 2 개의 굽힘가능 부분들을 구비한 굽힘 작동 와이어 (400) 의 주행 경로를 도시한 도면들이다. 앞의 도면들은 조종가능한 부재 (100) 가 하나의 굽힘 부분을 갖는 구조를 도시하지만, 조종가능한 부재 (100) 는 별도로 구부러질 수 있는 원위 말단 조종가능 부분 (101) 및 근위 말단 조종가능 부분 (102) 으로 나누어질 수도 있다. 이 경우에, 원위 말단 조종가능 부분 (101) 은 원위 말단 굽힘 작동 와이어 (401) 로 구부러지고, 근위 말단 조종가능 부분 (102) 은 근위 말단 굽힘 작동 와이어 (402) 로 구부러진다. 원위 말단 굽힘 작동 와이어 (401) 의 일 말단은 원위 말단 조종가능 부분 (101) 의 원위 말단에 고정되고, 원위 말단 조종가능 부분 (101) 내의 루멘들을 통과하고, 그 후 조종가능한 부재 (100) 및 가요성 부재 (200) 의 중공 채널들을 통하여 조작부 (10) 로 연장된다. 또한, 근위 말단 굽힘 작동 와이어 (402) 의 일 말단은 근위 말단 조종가능 부분 (102) 의 원위 말단에 고정되고, 근위 말단 조종가능 부분 (102) 내의 루멘들을 통과하고, 그 후 가요성 부재 (200) 의 중공 채널들을 통하여 조작부 (10) 로 연장된다. 이 경우에, 2 개의 원위 말단 굽힘 작동 와이어들 (401) 및 2 개의 근위 말단 굽힘 작동 와이어들 (402) 이 제공되고 각각의 굽힘 부분에서 1 자유도를 가질 수도 있고, 또는 4 개의 원위 말단 굽힘 작동 와이어들 (401) 및 4 개의 근위 말단 굽힘 작동 와이어들 (402) 이 제공되고 각각의 굽힘 부분에서 2 자유도를 가질 수도 있다.

도 28 에 도시된 대로, 원위 말단 굽힘 작동 와이어 (401) 의 경로를 고정하기 위한 슬리브 (600) 가 제공될 수도 있다. 이 슬리브 (600) 의 일 말단은 원위 말단 조종가능 부분 (101) 의 근위 말단에 고정될 수도 있고, 다른 말단은 가요성 부재 (200) 의 근위 말단에 고정될 수도 있다. 또한, 도 29 에 도시된 대로, 근위 말단 굽힘 작동 와이어 (402) 의 경로를 고정하기 위한 슬리브 (600) 가 제공될 수도 있다. 이 슬리브 (600) 의 일 말단은 근위 말단 조종가능 부분 (102) 의 근위 말단에 고정될 수도 있고, 다른 말단은 가요성 부재 (200) 의 근위 말단에 고정될 수도 있다. 전술한 슬리브들의 경우와 같이, 각각의 슬리브 (600) 는 여분의 길이를 가져서, 각각의 굽힘 부분의 굽힘 운동은 분리될 수 있다.

전술한 대로, 도 26 내지 도 28 을 참조하여 설명된 슬리브들 (600) 은 그것들이 배치되는 부분의 길이에 부가된 여분의 길이를 가지고, 그것들은 탄성 재료를 포함할 수도 있어서, 슬리브들의 형상은 구성요소들의 운동에 따라 변할 수 있도록 허용한다. 이러한 슬리브 구조는 다른 구성요소들의 운동으로부터 각각의 구성요소의 운동의 분리를 허용하고, 좁은 채널들에서 와이어 부재들이 마찰에 의해 꼬이거나 손상되는 것을 방지한다.

도 30 은 외과용 기구의 말단과 조작부의 연결 구조를 도시한 도면이다. 위에서 설명한 대로, 외과용 기구들 (30) 은 각각 삽입부 (20) 에서 통로들에 위치하고, 외과용 기구의 말단은 조작부 (10) 에 기계적으로 연결된다. 조작부 (10) 는 외과용 기구의 복수의 와이어 부재들 (W) 에 대응하는 전달 부재들 (700) 및 와이어들에 체결될 커플러들 (701) 을 포함한다. 외과용 기구의 와이어 부재들 (W) 은 각각 근위 말단에 근위 말단 모듈 (M) 을 포함하고, 각각의 근위 말단 모듈 (M) 은 대응하는 커플러 (701) 에 체결된다. 따라서, 각각의 와이어 부재는 조작부에서 각각의 구동부에 의해 이동될 수 있다.

이 경우에, 삽입부 (20) 와 조작부 (10) 는 서로 부착가능하거나 탈착가능하고, 삽입부 (20) 에 제공된 외과용 기구 (30) 는 역시 조작부 (20) 에 부착가능하거나 탈착가능하다. 이것은 삽입부 또는 외과용 기구가 세정되거나 새로운 것들로 교체될 수 있음을 의미한다. 외과용 기구 (30) 및 조작부 (10) 는 다양한 방식으로 탈착가능하게 체결될 수도 있고; 예를 들어, 그것들은, 도 30 에 도시된 대로, 자기적으로 함께 체결될 수도 있다. 그러므로, 외과용 기구의 근위 말단 (구체적으로, 굽힘 작동 와이어들 및 이펙터 작동 와이어의 근위 말단 모듈들) 또는 조작부의 원위 말단 (구체적으로, 전달 부재들의 커플러들) 은 자성체로 구성될 수도 있고 자기력에 의해 서로 부착되거나 탈착될 수도 있다.

도 31 및 도 32 는 굽힘 작동 와이어들 (400) 을 이동시키기 위한 조작부 (10) 의 구성을 개략적으로 도시한다. 전술한 외과용 기구의 와이어 부재들 (W) 은 조작부 (10) 의 구동부 (40) 에 기계적으로 연결되고 구동부 (40) 의 운동에 따라 선형으로 이동한다. 구동부는 액추에이터, 선형 모터, 모터 등과 같은 다양한 기기들을 사용해 구성될 수도 있다. 또한, 각각의 와이어 부재는 별도로 이동할 수 있도록 다른 구동부들에 연결될 수도 있다.

이 경우에, 조종가능한 부재 (100) 내에 서로 대면하게 위치하는 한 쌍의 굽힘 작동 와이어들 (400) 은, 굽힘이 발생할 때, 반대 방향으로 움직인다. 구체적으로, 굽힘이 발생할 때, 곡률 중심에 가까운 굽힘 작동 와이어는 보다 짧은 경로를 가지고 곡률 중심의 타측에서 굽힘 작동 와이어는 보다 긴 경로를 갖는다. 그러므로, 서로 대면하는 한 쌍의 와이어들은 단일 구동부 (40) 의 사용으로 반대 방향으로 동시에 움직일 수도 있다. 이 경우에, 조작부는 구동부들의 개수를 감소시킴으로써 콤팩트하도록 설계될 수 있다.

도 31 에서, 조작부는 스크류 부재 (41) 및 스크류 부재 (41) 를 회전시키기 위한 구동부 (40) 를 포함한다. 스크류 부재 (41) 는 양방향 리드 스크류일 수도 있고, 이것은 다른 배향들을 가지는 2 개의 나사산 부분들이 단일 스크류 부재에 형성되는 것을 의미한다. 그러므로, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403) 에 연결될 전달 부재의 커플러는 제 1 나사산 (41a) 에 결합되고, 제 2 굽힘 작동 와이어 (404) 에 연결될 전달 부재의 커플러는 제 2 나사산 (41b) 에 결합된다. 그러므로, 구동부가 회전함에 따라, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (404) 는, 각각, 직선에서 반대 방향으로 대응하는 거리를 이동하여서, 조종가능한 부재를 구부린다. 또한, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (404) 의 운동 방향들은 구동부의 회전 방향을 변화시킴으로써 역전될 수 있어서, 그것들을 역 방향으로 구부릴 수 있다.

도 32 에서, 조작부는 한 쌍의 스크류 부재들 및 스크류 부재들을 회전시키기 위한 구동부 (40) 를 포함한다. 한 쌍의 스크류 부재들은 제 1 나사산을 갖는 제 1 리드 스크류 (42), 및 제 1 나사산과 반대 방향으로 배향된 제 2 나사산을 갖는 제 2 리드 스크류 (43) 로 구성된다. 제 1 리드 스크류 (42) 및 제 2 리드 스크류 (43) 는 기어 (44) 에 의해 구동부 (40) 에 연결되고 구동부의 회전에 따라 동일한 방향으로 회전한다. 제 1 굽힘 작동 와이어 (403) 는 제 1 리드 스크류 (42) 에 기계적으로 연결되고, 제 2 굽힘 작동 와이어 (404) 는 제 2 리드 스크류 (43) 에 기계적으로 연결된다. 그러므로, 도 31 의 경우에서처럼, 모터가 회전할 때, 제 1 및 제 2 굽힘 작동 와이어들은 반대 방향으로 움직일 수 있어서, 조종가능한 부재를 구부린다.

도 31 및 도 32 는 쌍으로 굽힘 작동 와이어들을 구동하는 예로서 스크류 부재의 사용을 도시하지만, 다양한 링크 구조들을 사용해 변형이 이루어질 수 있음은 말할 필요도 없다.

도 33 은 이상적 연속 가요성 아암에서 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어의 길이를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 33a 는 이상적 연속 가요성 아암에서 굽힘 전 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여주고, 도 33b 는 와이어 구동된 메커니즘 (A) (예컨대, 풀리) 으로 당겨진 이상적 연속 가요성 아암에서 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여준다.

이상적 연속 가요성 아암에서, 굽힘 작동 와이어는 2r 의 폭을 가지는 와이어 구동된 메커니즘 (A) 의 2 개의 대향측들에 위치하도록 하고, 여기서 "r" 은 와이어 구동된 메커니즘 (A) 의 반경을 나타내고; "L₁" 및 "L₂" 는 각각 굽힘 전 와이어 구동된 메커니즘 (A) 의 양 대향측들로부터 굽힘 세그먼트 (미도시) 까지 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타내고; "L₁'"및 "L₂'" 는 각각 굽힘 후 와이어 구동된 메커니즘 (A) 의 양 대향측들로부터 굽힘 세그먼트 (미도시) 까지 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타내고; "L" 은 와이어 구동된 메커니즘 (A) 의 중심으로부터 굽힘 세그먼트까지 길이를 나타내고; "R" 은, 와이어 구동된 메커니즘 (A) 이 지시된 화살표로 당겨질 때 곡률 반경을 나타내고, 와이어 구동된 메커니즘 (A) 에 의한 굽힘 각도는 "θ" 로 표시된다.

도 33 에 도시된 이상적 연속 가요성 아암에서, 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어의 총 길이는 다음 식으로 나타낼 수 있다:

굽힘 전: L₁ + L₂ = 2 Rθ;

굽힘 후: L₁' + L₂' = (R+r)θ + (R-r)θ = 2Rθ;

L₁ + L₂ = L₁' + L₂'.

하지만, 도 34 는 실제 조건에서 (도 34a 에 도시된) 굽힘 전 및 (도 34b 에 도시된) 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 34b 가 도시한 대로, 굽힘 작동 와이어는 당김으로써 신장되어서 (ΔL 신장으로 나타냄), 해제된 와이어에서 슬랙 (B) 을 유발하고, 이것은 백래시를 유발한다. 이 조건에서, 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어들의 길이의 총 길이는 다음 식으로 나타낼 수 있다:

굽힘 전: L₁ + L₂ = 2 Rθ;

굽힘 후: L₁' + L₂' + ΔL 신장 = (R+r)θ + (R-r)θ + ΔL 신장 = 2Rθ+ ΔL 신장;

L1 + L2 ≠ L₁' + L₂' + ΔL 신장.

반면에, 이 예시적 실시형태에서, 굽힘 세그먼트는 신장에 의해 유발된 슬랙을 최소화하도록 장력 조정 부재들을 갖는 일련의 중간 조인트들을 포함하도록 구성될 수도 있다. 도 35 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 예시적 굽힘 세그먼트를 도시한 도면이다. 도 35 에서, 굽힘 세그먼트 (80) 는 굽힘 세그먼트의 종축 방향을 따라 배치된 4 개의 중간 조인트들 (81, 82, 83, 84) 을 포함하도록 도시된다. 각각의 중간 조인트 (81, 82, 83, 84) 는 제 1 링크 부분 (811, 821, 831, 841) 및 제 2 링크 부분 (812, 822, 832, 842) 을 각각 갖는다. 각각의 중간 조인트 (81, 82, 83, 84) 는 인접한 중간 조인트와 직교하여, 평행하게 또는 임의의 각도로 인터스택될 수도 있다.

굽힘 세그먼트 (80) 는 각각의 중간 조인트 (81, 82, 83, 84) 를 통과하는 복수의 루멘들 (801) 을 추가로 포함한다. 따라서, 동수의 굽힘 작동 와이어들 (명료성을 위해 생략) 은 각각의 루멘 (801) 을 각각 통과하고 굽힘 세그먼트 (80) 를 구부리기 위해서 배치되도록 대응하여 제공될 수도 있다.

각각의 중간 조인트 (81, 82, 83, 84) 는 제 1 링크 부분 (811, 821, 831, 841) 및 제 2 링크 부분 (812, 822, 832, 842) 에 결합된 2 개의 장력 조정 부재 (813, 823, 833, 843) 를 추가로 포함한다. 각각의 장력 조정 부재 (813, 823, 833, 843) 는, 굽힘 세그먼트들을 구부릴 때 굽힘 작동 와이어들의 신장을 보상하도록 구성되어서, 굽힘 작동 와이어들의 길이가 변경되고 미리 정해진 길이로 유지된다.

도 36 에서, 장력 조정 부재 (813) 는 2 개의 축외 (off-axis) 힌지 조인트들 (814) 을 포함하는 이중 힌지결합된 조인트이다. 각각의 축외 힌지 조인트 (814) 는 제 1 링크 부분 (811) 에 결합된 제 1 인터페이싱 절반부 (815, 815'), 및 제 2 링크 부분 (812) 에 결합되고 제 1 인터페이싱 절반부 (815, 815') 에 대응하여 피봇선회된 제 2 인터페이싱 절반부 (816, 816') 를 포함한다. 이 예시적 실시형태에서, 각각의 제 1 인터페이싱 절반부 (815, 815') 는 돌출 말단을 각각 가질 수도 있고, 제 2 인터페이싱 절반부 (816, 816') 는 대응하여 리세스 말단을 가질 수도 있다. 다른 예시적 실시형태에서, 대신에 각각의 제 1 인터페이싱 절반부는 각각 리세스 말단을 가질 수도 있고, 제 2 인터페이싱 절반부는 대응하여 돌출 말단을 갖는다.

굽힘 배향에 따라 2 개의 축외 힌지들 (814) 중 하나에서 피봇선회 운동가 발생할 것이다. 도 37 은 도 36 의 장력 조정 부재 중 하나의 피봇선회 운동을 도시하고, 여기에서 도 37a 는 좌측으로 구부러지는 장력 조정 부재의 정면도이고, 도 37b 는 우측으로 구부러지는 장력 조정 부재의 정면도이다. 도 37a 에 도시된 대로, 중간 조인트는 종축 방향으로부터 오프셋되는 좌측 힌지 (814) 에서 좌측으로의 굽힘 배향으로 구부러져서, 단지 제 1 인터페이싱 절반부 (815) 만 좌측으로 피봇선회 운동한다. 유사하게, 도 37b 에 도시된 대로 중간 조인트 (81) 가 우측으로 구부러질 때 단지 제 1 인터페이싱 절반부 (815') 만 우측으로 피봇선회 운동한다.

도 38 은 도 36 에서 장력 조정 부재 구조를 사용해 최소화되는 와이어 신장에 의해 유발되는 와이어에서 슬랙을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 38a 는 장력 조정 부재 구조가 굽힘 전 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여주고, 도 38b 는 장력 조정 부재 구조가 굽힘 후 굽힘 작동 와이어의 길이를 보여준다.

도 38a 및 도 38b 에서, "L" 은 중간 조인트 (81) 의 중앙 축선 방향을 따라 제 1 링크 부분 (811) 또는 제 2 링크 부분 (812) 의 높이를 각각 나타낸다. "L₁" 은 굽힘 전 제 1 링크 부분 (811) 과 제 2 링크 부분 (812) 의 좌측 사이의 루멘을 통과하는 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타내고, "L₁'" 은 굽힘 후 좌측에서 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타낸다. "L₂" 는 굽힘 전 제 1 링크 부분 (811) 과 제 2 링크 부분 (812) 의 우측 사이의 루멘을 통과하는 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타내고, "L₂'" 는 굽힘 후 우측에서 굽힘 작동 와이어의 길이를 나타낸다. "r" 은 각각의 링크 부분의 중앙 축선으로부터 굽힘 작동 와이어가 통과하는 루멘까지 반경을 나타낸다. "R" 은 중간 조인트 (81) 가 구부러질 때 곡률 반경을 나타내고 굽힘 각도는 "θ" 로 표시된다. 여기에서 "d" 는 각각의 링크 부분의 중앙 축선으로부터 각각의 축외 힌지 조인트들 (814) 까지 거리를 나타낸다.

도 38a 및 도 38b 에 도시된 대로, 이 예시적 실시형태에서 와이어 신장이 무시된다면, 굽힘 전후 굽힘 작동 와이어의 길이의 총 길이는 다음 식으로 나타낼 수 있다:

L₁ = L₂ = L;

L₁' = 2(R+r)sin(θ/2);L₂' = 2 (R-r)sin(θ/2);

L₁ = L₂ = L = L' = 2(R-d)tan(θ/2);

L₁ + L₂ = 4(R-d)tan(θ/2);

L₁' + L₂' = 2(R+r)sin(θ/2) + 2(R-r)sin(θ/2) = 4R sin(θ/2);

여기에서, R = L/(2tan(θ/2)) + d;

ΔL = (L1 + L2) - (L1 ' + L2')

= 2L - 4R sin(θ/2)

= 2L - 4(L/(2tan(θ/2)) + d)(sin(θ/2).

도 39 는 매트랩 (Matlab) 을 사용해 계산된 굽힘 각도 (θ) 에 따른 굽힘 작동 와이어들의 총 길이 변화 (ΔL) 를 도시한 시뮬레이션 결과이다. 예를 들어, L = 2, d = 0.45, θ 가 설계된 조인트의 운동 범위 (0 ~ 45 도) 내에 있다면 ΔL 이 < 0 으로 유지될 때; 와이어 신장에 의해 유발된 슬랙은, 축외 힌지 조인트들에 의해 가능하게 되는, ΔL 로 보상될 수 있다.

따라서, 중간 조인트 (81) 의 피봇선회 운동은 중간 조인트 (81) 의 종축 방향으로부터 오프셋되어 위치하는 힌지 (814) 에서 발생한다. 굽힘 작동 와이어들의 신장이 축외 피봇선회 운동에 의해 보상되므로 굽힘 작동 와이어들의 길이는 변경되어 미리 정해진 길이로 유지된다.

도 40 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 블록도이다. 도 41 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 개략도이다. 도 40 및 도 41 에 도시된 대로, 구부릴 수 있는 조종가능한 부재 (100) 는 외과용 기구 (30) 의 원위 말단에 제공된다. 조종가능한 부재 (100) 는 함께 연결되는 중공 채널들 (도 40 및 도 41 에 미도시) 을 구비한 복수의 굽힘 세그먼트들 (110) 을 갖는다. 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 종으로 형성되는 복수의 루멘들 (112) 을 포함한다. 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재 (200) 는 조종가능한 부재 (100) 의 근위 말단에 제공된다. 가요성 부재 (200) 는, 외과용 장치 (1) 의 원위 말단으로부터 연결되는 다양한 유형들의 와이어 부재들이 위치하는 중공 튜브를 포함할 수도 있다. 선택적으로, 말단 이펙터 (300) 는 조종가능한 부재 (100) 의 원위 말단에 제공되고, 말단 이펙터 (300) 는 이펙터 작동 와이어 (500) 에 의해 선택적으로 작동될 수도 있다 (예컨대 도 2, 도 24 내지 도 26 참조).

조종가능한 부재 (100) 의 각각의 굽힘 세그먼트 (110) 는 힌지 운동을 허용하는 방식으로 인접한 굽힘 세그먼트들에 연결되고, 굽힘 작동 와이어 (400) 에 의해 구부러진다 (예컨대 도 2 참조). 이 예시적 실시형태에서, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 는 조종가능한 부재 (100) 및 가요성 부재 (200) 를 통과하도록 별개의 루멘들 (112) 에 위치하고, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 원위 말단들은 조종가능한 부재 (100) 에 연결되고 그것들의 근위 말단들은 구동 부재 (160) 에 기계적으로 연결된다. 그러므로, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 가 구동 부재 (160) 에 의해 이동될 때, 복수의 굽힘 세그먼트들 (110) 은 힌지 운동하여서, 조종가능한 부재 (100) 의 1-DOF 굽힘 운동을 유발한다.

구동 부재 (160) 는 제 1 모터 (161), 제 2 모터 (162), 제 1 운동 전달 유닛 (163) 및 제 2 운동 전달 유닛 (164) 을 포함한다. 제 1 모터 (161) 는 제 1 운동 전달 유닛 (163) 을 통하여 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 에 결합되어서, 제 1 모터 (161) 로부터 동력이 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 에 전달되어서 그것을 작동시키도록 할 수도 있다. 유사하게, 제 2 모터 (162) 는 제 2 운동 전달 유닛 (164) 을 통하여 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 에 결합되어서, 제 2 모터 (162) 로부터 동력을 전달하여 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 를 작동시킨다. 이 예시적 실시형태에서, 제 1 운동 전달 유닛 (163) 및 제 2 운동 전달 유닛 (164) 은 리드 스크류 또는 볼 스크류일 수도 있지만, 이것에 제한되지 않는다.

제 1 센서 (171) 및 제 2 센서 (172) 를 포함하는 장력 모니터링 부재 (170) 가 추가로 제공된다. 제 1 센서 (171) 가 제 1 운동 전달 유닛 (163) 에 결합되고 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 에 결합된다. 제 1 센서 (171) 는 사전 굽힘과 원하는 굽힘 운동 사이의 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 의 장력 변화 감지에 응답하는 제 1 피드백 신호 (S1) 를 제공할 수도 있다. 유사하게, 제 2 센서 (172) 는 제 2 운동 전달 유닛 (164) 과 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 에 결합된다. 제 2 센서 (172) 는 사전 굽힘과 원하는 굽힘 운동 사이의 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 장력 변화 감지에 응답하는 제 2 피드백 신호 (S2) 를 제공할 수도 있다. 이 실시형태에서, 제 1 센서 (171) 및 제 2 센서 (172) 는 로드 셀들 (load cells) 이지만, 이에 제한되지 않는다. 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 또는 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 장력 변화는 로드 셀에 가해지는 로드로 보정되는 전기 값 변화 (예컨대 전압, 전류 또는 다른 파라미터들) 를 제공한다.

전술한 대로 구동 부재 (160) 및 장력 모니터링 부재 (170) 는 제어 부재 (180) 에 추가로 전기적으로 연결된다. 제어 부재 (180) 는 제 1 피드백 신호 (S1) 에 응답하는 제 1 출력 신호 (S3) 를 제공하고 제 1 모터에 송신할 수도 있다. 제 1 출력 신호 (S3) 를 수신할 때, 제 1 모터 (161) 는 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 를 조절 (즉 당김 또는 해제) 하도록 구동될 것이다. 유사하게, 제어 부재 (180) 는 제 2 피드백 신호 (S2) 에 응답하는 제 2 출력 신호 (S4) 를 제공하고, 제 2 모터 (162) 에 송신하여 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 를 조절할 수도 있다.

도 42 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 굽힘 상태에서 외과용 기구를 도시한 도면이다. 조종가능한 부재 (100) 를 구부리기 위해서 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 가 작동될 때 (즉, 도 42 에 도시된 대로 제 1 모터 (161) 의 방향을 향해 당겨질 때), 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 및/또는 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 장력은 다양한 이유로 인해 변한다. 예를 들어, 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 굽힘 방향을 따라 굽힘 전과 굽힘 후 사이의 길이 변화는 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 의 것보다 작다. 그러므로, 굽힘으로 인해 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 의 장력이 변화되고 백래시가 발생되어서, 미세 조절을 어렵게 만들 것이다.

이 예시적 실시형태에서, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 에 의해 유발된 장력 변화는 장력에 의해 유도된 전압 변화를 통하여 제 1 센서 (171) 및 제 2 센서 (172) 에 의해 각각 측정되고 모니터링될 수 있다. 그 후, 제 1 피드백 신호 (S1) 및 제 2 피드백 신호 (S2) 는 전압 변화에 응답하여 제어 부재 (180) 에 제공된다. 제 1 피드백 신호 (S1) 및 제 2 피드백 신호 (S2) 를 수신한 후, 제어 부재 (180) 는 제 1 출력 신호 (S3) 및 제 2 출력 신호 (S4) 를 제 1 모터 (161) 및 제 2 모터 (162) 에 분리하여 제공할 것이다. 그 후, 제 1 모터 (161) 는 제 1 출력 신호 (S3) 에 응답하여 움직이지 않을 것이고, 제 2 모터 (162) 는 제 2 출력 신호 (S4) 에 응답하여 미리 정해진 길이까지 조종가능한 부재 (100) 의 방향을 향해 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 를 해제하여서, 제 1 굽힘 작동 와이어 (403a) 및 제 2 굽힘 작동 와이어 (403b) 는 다시 미리 정해진 장력 하에 유지될 것이다.

도 43 은 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 블록도이다. 도 44 는 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 외과용 기구를 도시한 개략도이다. 말단 이펙터 (300) 는, 그것이 보디 벽과 빈번하게 접촉하거나 보디 내의 경로를 따라 앞으로 밀리면서 보디 재료에 대해 마찰을 발생시키거나 말단 이펙터 (300) 를 작동시킬 때 반력을 발생시키므로 다양한 외력을 부여받을 수도 있다. 전통적인 수술에서, 외과의는 그 자신의 손가락(들)에 의해 이러한 외력을 느낀다. 하지만, 로봇 수술에서, 외과의들은 외력을 직접 느낄 수 없고 그들이 할 수 있는 전부는 그들의 관찰 또는 경험에 의해서만 추측하는 것이다.

따라서, 이 실시형태에서, 본원에 제공된 외과용 기구 (30) 는 통신 부재 (191) 를 통하여 외과의 스테이션 (190) 과 함께 기능할 수도 있다.

전술한 대로 제 1 센서 (171) 및 제 2 센서 (172) 는, 감지된 값과 조종가능한 부재 (100) 에 인가된 정상 작동시 장력 값 사이의 퍼텐셜 차이가 미리 설정된 한계값 (ΔVth) 을 초과하는지 여부에 따라, 외력 인가 여부를 결정하도록 구성될 수도 있다. 외력을 인가하도록 결정될 때, 제 1 센서 (171) 및 제 2 센서 (172) 는 제 1 외력 신호 (S5) 및 제 2 외력 신호 (S6) 를 각각 제어 부재 (180) 에 제공할 것이다. 제어 부재 (180) 는 또한 제 1 외력 신호 (S5) 및 제 2 외력 신호 (S6) 에 응답하여 통신 부재 (191) 를 통하여 송신된 명령 신호 (S7) 를 제공할 것이다.

통신 부재 (191) 는 제어 부재 (180) 내에 내장된 것이거나 외장된 것일 수도 있다. 또한, 통신 부재 (191) 는 본 기술분야에서 임의의 전기 통신 기술을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, 통신 부재 (191) 는 무선 송신기 및 무선 수신기 (도면들에 미도시) 를 포함할 수도 있다. 신호가 디지털이거나, 디지털화되고, 제어 부재 (180) 에 의해 변조되는 다른 실시형태들에서, 무선 송신기는 표준 프로토콜, 예컨대, Bluetooth® 에 따라 구성될 수도 있다. 대안적으로, 표준 또는 사유 (proprietary) 의 하드와이어드 또는 무선 송신기의 그밖의 다른 적합한 구성을 사용할 수도 있다. 또한, 무선 송신기는 무선 수신기로 신호의 전달을 용이하게 하도록 송신기로부터 연장되는 안테나 (미도시) 를 포함할 수도 있다.

외과의 스테이션 (190) 은 외과의의 조작에 응답하여 외과용 기구 (30) 의 운동을 차례로 제어하도록 외과의들에 의해 수동으로 조작되도록 되어 있다. 이 실시형태에서, 외과의 스테이션 (190) 은 명령 신호 (S7) 에 응답하여 저항력 또는 진동에 관련된 정보를 외과의 스테이션 (190) 에 표시하도록 구성된다. 일 실시형태에서, 전술한 대로 제어 부재 (180) 는 햅틱 피드백 형태의 명령 신호 (S7) 를 처리하고 송신하는 햅틱 피드백 제어기 (도면들에 미도시) 를 포함할 수도 있다. 햅틱 피드백은 다양한 형태들, 예를 들어, 진동 감각 (예컨대 진동), 힘 감각 (예컨대 저항) 및 압력 감각, 열 지각 (열) 및/또는 극저온 지각 (저온) 을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 기계적 감각을 통하여 제공될 수도 있다. 외과의 스테이션 (190) 은 외력을 외과의들에게 알려주기 위해서 햅틱 피드백을 외과의들에게 전달하도록 햅틱 조이스틱 (도면들에 미도시) 을 포함할 수도 있다.

다른 실시형태들에서, 저항력 또는 진동과 관련된 정보는 그래픽 정보 또는 음향 정보로서 나타낼 수도 있다. 본원에서 외과의 스테이션 (190) 은 이러한 그래픽 정보 또는 음향 정보를 표시하도록 사용자 인터페이스를 포함하는 본 기술분야에 공지된 다양한 유형들일 수도 있다. 본원에 제공된 외과용 기구 (30) 로, 외력은 장력 모니터링 부재 (170) 에 의해 검출 및 모니터링될 수도 있고 시각화된 형태로 표시되고 햅틱 피드백에 의해 감지될 수도 있다. 따라서, 외과의들은, 심지어 원격 조종 조건에서도, 외력에 대해 적시에 외과의 스테이션에서 마스터 기기를 사용해 부가적 힘을 인가할 수 있다. 또한, 외과용 기구 (30) 를 이용한 수술 수행 정확도가 증가될 것이다.

추가 양태에서, 본 발명은 또한 로봇들 등과 사용하기 위한 맞춤형 주 제어기, 특히 로봇 수술 기기들, 시스템들 및 방법들을 제공한다. 로봇 보조 수술에서, 외과의는 전형적으로 주 제어기를 작동하여서 수술 부위에서 로봇 수술 기기들의 운동을 원격 제어한다. 주 제어기는 상당한 거리만큼 (예컨대, 수술실을 가로질러, 다른 룸에서, 또는 환자와 완전히 다른 건물에서) 환자로부터 분리될 수도 있다. 대안적으로, 주 제어기는 수술실에서 환자에 꽤 가깝게 위치결정될 수도 있다. 상관없이, 주 제어기는 전형적으로 수동 입력 핸들의 외과의의 조작을 기반으로 도 1 에 도시된 대로 외과용 장치 (1) 를 움직이도록 하나 이상의 수동 입력 핸들을 포함할 것이다. 전형적으로, 수동 입력 핸들은 3 개의 축선에서 회전 뿐만 아니라, 3 개의 축선에서 병진운동에 대응할 수 있는 6 자유도로 원활한 운동을 허용하도록 설계될 수도 있다.

또한, 다양한 외과 수술을 수행하기 위해서 외과용 기구 (30) 를 구동하도록, 수동 입력 핸들 그 자체는 그리핑 운동을 위한 자유도를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 내장형 그리핑 기기가 수동 입력 핸들의 근위 말단에 추가로 제공될 수도 있어서, 그리핑 기기는 오퍼레이터가 가위, 겸자 또는 지혈기의 운동을 모방하여 외과용 기구 (30) 의 작동을 제어할 수 있도록, 예로 그리핑하여 수술 부위에서 조직 및/또는 다른 재료를 움직이기 위해서 말단 이펙터 (300) (도 1 참조) 를 작동시키도록 레버작동될 수도 있다. 하지만, 이러한 그리핑 기기는 교체할 수 없고, 따라서 오퍼레이터들은 선택의 여지가 없지만 그들이 익숙하지 않을 수도 있는 그리핑 기기와 수동 입력 핸들을 사용하도록 강제된다. 따라서, 외과 수술을 위해 주 제어기를 사용하는 정밀 제어는 보다 어려워질 수도 있다.

위에서 설명된 이유들 때문에, 로봇 수술, 원격 수술 및 다른 원격 로봇 조작 용도를 위한 개선된 기기들, 시스템들 및 방법들을 제공하는 것이 유리할 것이다. 예시적 실시형태에서, 본원에서는 맞춤형 주 제어기가 제공된다. 도 45 는 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 맞춤형 주 제어기를 도시한 블록도이다. 맞춤형 주 제어기 (9) 는 외과용 장치 (1) 에 전기적으로 연결되는 프로세서 (P) (예컨대 컴퓨터) 에 결합될 수도 있다. 본원에 제공된 대로, 맞춤형 주 제어기 (9) 는 제어 플랫폼 (90), 연결부 (91) 및 교체가능한 그립 (92) 을 포함할 수도 있다. 도 45 에 도시된 대로, 제어 플랫폼 (90) 은 프로세서 (P) 를 통하여 외과용 장치 (1) (예컨대 도 1 참조) 의 이동을 제어하기 위해서 하나 이상의 이동 신호들을 규정하여 입력하도록 구성될 수도 있다.

일부 대안적 실시형태들에서, 제어 플랫폼 (90) 은, 본원에 참조로 전부 원용되는, 미국 특허 제 7714836 호, 제 7411576 호, 제 6417638 호에 설명한 대로 조인트들과 연결된 다수의 리지드 링크들을 포함하는 직렬 조작기일 수도 있다. 예를 들어, 도 46 에 도시된 대로, 이런 유형의 제어 플랫폼 (90) 은, 베이스 (900a) 를 포함하는 보디 (900), 입력 핸들 (901) 및 제 1 복수의 센서들 (902) 을 포함할 수도 있다. 베이스 (900a) 는 실질적으로 수직 배향을 가지는 제 1 축선 (A01) 에 대해 회전할 수도 있다. 입력 핸들 (901) 은 제 1 링크 (903), 제 2 링크 (904) 및 외부 짐발 (907) 과 내부 짐발 (908) 을 포함하는 짐발 구조를 포함할 수도 있다. 제 1 링크 (903) 는, 제 1 축선 (A01) 에 대해 실질적으로 직각 배향을 가지는 제 2 축선 (A02) 에 대해 제 1 링크 (903) 를 이동시킬 수 있는 제 1 조인트 (905) 를 통하여 보디 (900) 에 피봇선회된다. 제 2 링크 (904) 는, 제 2 축선 (A02) 에 실질적으로 평행한 제 3 축선 (A03) 에 대해 제 2 링크 (904) 를 이동시킬 수 있는 제 2 조인트 (906) 를 통하여 제 1 링크 (903) 에 피봇선회된다.

짐발 구조는 외부 짐발 (907) 및 내부 짐발 (908) 을 포함하는 제 2 링크 (904) 의 자유 말단에 장착된다. 외부 짐발 (907) 은 제 2 링크 (904) 에 의해 피봇선회 지지되고 제 3 축선 (A03) 에 실질적으로 직각인 제 4 축선 (A04) 에 대해 회전하도록 허용된다. 내부 짐발 (908) 은 외부 짐발 (907) 에 의해 피봇선회 지지되고 제 4 축선 (A04) 에 실질적으로 직각인 제 5 축선 (A05) 에 대해 회전하도록 허용된다. 연결부 (91) (도 48a) 는 내부 짐발 구조 (908) 에 장착되고 전기적으로 연결된 교체가능한 그립 (92) 이 제 6 축선 (A06) 에 대해 회전할 수 있도록 허용한다.

내부 짐발 구조 (908) 에 장착된 연결부 (91) 는 입력 핸들 (901) 및 교체가능한 그립 (92) 을 전기적으로 연결한다. 도 47 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼에 연결된 연결부를 도시한 사시도이다. 일 실시형태에서, 연결부 (91) 는 플러그 및 소켓 유형 커넥터일 수도 있지만, 이것에 제한되지 않는다. 도 47 에 도시된 대로, 일 실시형태에서, 연결부 (91) 의 1-프롱 플러그 (911) 는 내부 짐발 (908) 에 결합될 수도 있고 대응하는 소켓 구조 (912) 는 교체가능한 그립 (92) 의 원위 말단에 장착될 수도 있어서 (도 48 참조), 교체가능한 그립 (92) 은 내부 짐발 구조 (908) 에 연결될 수 있고 제 5 축선 (A05) 에 실질적으로 직각인 제 6 축선 (A06) 에 대해 회전하도록 허용될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시형태들에서, 연결부 (91) 의 1-프롱 플러그 (911) 는 교체가능한 그립 (92) 의 원위 말단 (924) 에 결합될 수 있고 소켓 구조 (912) 는 내부 짐발 (908) 에 장착될 수도 있다 (도 48 참조).

따라서, 제어 플랫폼 (90) 은 (X, Y 및 Z 방향들로) 3 병진운동 자유도 및 (피치, 요 및 롤 운동으로) 3 회전 자유도를 포함하는 6 자유도 운동을 제공할 수 있다. 그리하여 입력 핸들 (901) 은 그것이 제어 플랫폼 (90) 에 대해 X, Y 및 Z 방향으로 자체적으로 또는 장착된 교체가능한 그립 (92) 으로 병진운동할 때 복수의 위치 파라미터들 (P1) 을 제공할 수 있고 그리고/또는 그것이 제어 플랫폼 (90) 에 대해 피치, 요 및 롤 운동으로 자체적으로 또는 장착된 교체가능한 그립 (92) 으로 회전할 때 복수의 배향 파라미터들 (P2) 을 제공할 수 있다.

일 실시형태에서, 하나 이상의 제 1 센서들 (902) 은 입력 핸들 (901) 에 장착될 수도 있고 전술한 위치 파라미터들 (P1) 및/또는 배향 파라미터들 (P2) 에 응답하여 하나 이상의 제 1 이동 신호들 (S8) 을 발생시키도록 구성될 수도 있다. 제 1 센서들 (902) 은, 예를 들어, 제 1 조인트 (905), 제 2 조인트 (906) 및/또는 짐발 구조 (907) 에 장착될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 센서들 (902) 은, 입력 핸들 (901) 및/또는 장착된 교체가능한 그립 (92) 의 운동에 의해 유발된 위치, 배향, 힘, 토크, 속도, 가속도, 스트레인, 변형, 자기장, 각도 및/또는 빛 (이에 제한되지 않음) 과 같은 상태 또는 변화를 기반으로 위치 파라미터들 (P1) 및/또는 배향 파라미터들 (P2) 을 측정할 수 있는 임의의 유형의 센서들일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 센서들 (902) 은 압전 센서, 단순 압전 결정체, 홀-효과 (Hall-Effect) 또는 저항 스트레인 게이지 센서 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 압력 또는 힘 센서일 수도 있고, 이들은 전부 독립형이거나 단일 칩 또는 단일 패키지 밀봉된 모듈로 신호 조정 전자제품 (휘트스톤 브리지, 저소음 증폭기, AID 컨버터 등) 과 통합될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 각도 센서 또는 회전 센서가 있을 수도 있지만, 이것에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, 제 1 센서 (902) 는 홀-효과 센서일 수도 있다. 본 기술분야에 공지된 대로, 홀-효과 센서는 위치 파라미터 (P1) 및/또는 배향 파라미터 (P2) 에 응답하는 자기장을 감지하도록 대응하는 자석 요소 (도면들에 미도시) 의 존재 하에 사용될 수도 있다. 그러면, 제 1 센서들 (902) 은 따라서 외과용 장치 (l) 의 이동 (예컨대, 롤, 병진, 피치/요 운동) 을 제어하도록 제 1 이동 신호 (S8) 를 발생시킬 수도 있다.

도 48 은 본 발명의 예시적 실시형태에 따른 교체가능한 그립을 도시한 사시도이다. 일 실시형태에서, 본원에 제공된 교체가능한 그립 (92) 은 수동 외과용 기구들로부터 실제 핸들을 모방한 탈착식 핸들 (921) 을 포함할 수도 있고, 즉, 그것은 동일한 크기와 형상일 수도 있고, 외과의에게 사실성을 제공하도록, 압착가능하거나 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 49a 에 도시된 2 개의 그립 레버들 (922, 923) 은 핀칭 (pinching) 또는 파지 운동의 자유도를 제공하도록 탈착식 핸들 (921) 의 근위 말단에서 피봇선회될 수도 있다. 두 그립 레버들 (922, 923) 은 핀칭 또는 파지 운동의 자유도를 제공하도록 화살표들 (H) 로 나타낸 것처럼 탈착식 핸들에 대해 서로를 향하여 움직이도록 허용될 수도 있다. 필드, 외과의 또는 수술에 따라 실제 표준 외과용 핸들을 모방하도록, 탈착식 핸들 (921) 및 그립 레버들 (922, 923) 은 각각 도 48b 및 도 48c 에 도시된 대로 핀셋 또는 복강경 핸드 기구들과 같은 다양한 유형들의 수술 도구들로서 교체가능하도록 설계될 수도 있다.

또한, 일부 실시형태들에서, 탈착식 핸들 (921) 은 그것의 원위 말단 (924) 에서 소켓 구조 (912) 에 장착되거나 탈착될 수도 있다. 본원에 제공된 소켓 구조 (912) 는 연결부 (91) 의 1-프롱 플러그 (911) 에 대해 전기적으로 연결되거나 분리될 수도 있어서, 탈착식 핸들 (921) 은 따라서 외과의로부터 입력된 관련 그리핑 운동을 받아들이도록 설치될 수도 있고 대응하는 제어 신호들이 그 후 발생되어 제어 플랫폼 (90) 을 통하여 외과용 장치 (1) 로 송신된다.

교체가능한 그립 (92) 의 그리핑 운동을 감지하도록, 일 실시형태에서, 탈착식 핸들 (921) 은, 그립 레버들 (922, 923) 의 운동에 의해 유발된 위치, 배향, 힘, 토크, 속도, 가속도, 스트레인, 변형, 자기장, 각도 및/또는 빛 (이에 제한되지 않음) 과 같은 상태 또는 변화를 기반으로 적어도 하나의 파라미터 (P3) 를 감지하도록 제 2 센서 (925) 가 수용될 수 있는 내부 중공 관형 공간을 규정할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 제 2 센서 (925) 는 본 기술분야에 공지된 임의의 유형의 센서들일 수도 있다. 예를 들어, 제 2 센서들 (905) 은 압전 센서, 단순 압전 결정체, 홀-효과 또는 저항 스트레인 게이지 센서 등을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 압력 또는 힘 센서일 수도 있고, 이들은 전부 독립형이거나 단일 칩 또는 단일 패키지 밀봉된 모듈로 신호 조정 전자제품 (휘트스톤 브리지, 저소음 증폭기, AID 컨버터 등) 과 통합될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 제 2 센서들 (925) 은 각도 센서 또는 회전 센서일 수도 있지만, 이것에 제한되지 않는다. 특정 실시형태에서, 제 2 센서 (902) 는 홀-효과 센서일 수도 있다. 본 기술분야에 공지된 대로 자기장을 감지하도록 홀-효과 센서는 대응하는 자석 요소 (도면들에 미도시) 의 존재 하에 사용될 수도 있어서, 홀-효과 센서는 그립 레버들 (922, 923) 의 운동에 의해 유발된 자기장의 상태 또는 변화를 기반으로 그리핑 파라미터들 (P3 및/또는 P4) 을 측정할 수도 있다. 그러면, 홀-효과 센서는 따라서 도 1 에 도시된 말단 이펙터 (300) 의 운동을 제어할 수 있는 제 2 이동 신호 (S9) 를 발생시킬 수도 있다. (예컨대 그리핑 기기 (예컨대, 조들 또는 블레이드들) 일 수도 있는 말단 이펙터 (300) 의 개방 및 폐쇄 (그리핑) 운동).

도 49 는 본 발명의 다른 예시적 실시형태에 따른 맞춤형 주 제어기를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 50 은 도 49 에서 맞춤형 주 제어기의 제어 플랫폼의 부분들을 개략적으로 도시한 도면이다. 이 실시형태에서, 제어 플랫폼 (90) 은 병렬 운동 구조들을 포함하는 기기, 특히, (예를 들어, 본원에 참조로 전부 원용되는 US 2008/0223165 A1 에 설명한 바와 같은) 델타 (Delta) 병렬 운동 구조 기기일 수도 있다. 도 49 에 도시된 대로, 제어 플랫폼 (90) 은 각각 위치 파라미터 및 배향 파라미터를 제공하기 위해서 최대 6 자유도 (즉 X, Y 및 Z 방향들로 최대 3 병진운동 자유도 및 피치, 요 및 롤 배향들로 최대 3 회전 자유도) 를 제공하도록 되어 있다.

이 실시형태에서, 제어 플랫폼 (90) 은, 베이스 부재 (93), 가동 부재 (94), 및 베이스 부재 (93) 와 가동 부재 (94) 를 각각 결합하는 3 개의 병렬 운동 체인들 (95) 을 포함할 수도 있다. 각각의 병렬 운동 체인 (95) 은 대칭 축선 (즉, 베이스 부재 (93) 에 직각인 중심선) 에 대해 떨어져 있는 각각의 운동 평면 (950) 에서 이동가능한 제 1 아암 (951) 을 갖는다. 각각의 제 1 아암 (951) 이 연관된 장착 부재 (96) 에 대해, 따라서, 베이스 부재 (93) 에 대해 회전되거나 피봇선회될 수 있도록 각각의 제 1 아암 (951) 은 그것의 연관된 장착 부재 (96) 와 결합된다.

제 2 아암 (952) 을 포함하는 병렬 운동 체인들 (95) 은 가동 부재 (94) 에 결합될 수도 있다. 각각의 제 2 아암 (952) 은 2 개의 링크 바들 (952a, 952b) 을 포함하는 평행사변형으로서 간주될 수도 있다. 제 2 아암 (952) 의 근위 말단에서, 각각의 링크 바 (952a, 952b) 는 조인트 또는 힌지 (97) 에 의해 가동 부재 (94) 와 결합될 수도 있다. 제 2 아암 (952) 의 원위 말단에서, 각각의 링크 바 (952a, 952b) 는 조인트 또는 힌지 (97) 에 의해 상기 바의 연관된 제 1 아암 (951) 의 말단과 결합된다. 각각의 제 2 아암 (952), 특히 각각의 링크 바 (952a, 952b) 는 양 말단에서 2 회전 자유도를 가질 수도 있다.

따라서, 베이스 부재 (93) 와 가동 부재 (94) 사이에 연결된 각각의 운동 체인 (95) 은 (도 50 에 각각 도시된 대로 X, Y 및 Z 방향들을 따라) 최대 3 병진운동 자유도를 제공하기 위해서 베이스 부재 (93), 가동 부재 (94) 및 3 개의 병렬 운동 체인들 (95) 에 의해 규정된 운동 공간에서 이동될 수 있어서, 하나 이상의 위치 파라미터들 (P1) 을 생성한다. 델타 병렬 운동 구조 기기에 대한 보다 상세한 내용은 예를 들어, US 2008/0223165 A1 을 참조할 수 있는데, 이것은 본원에 참조로 전부 원용된다.

게다가, 최대 3 회전 자유도는, 예를 들어 피봇 조인트들 형태의 3 개의 피봇선회가능한 연결부들 (941, 942, 943) 을 포함하는 가동 부재 (94) 에 결합된 손목 구조 (940) 에 의해 제공될 수도 있다. 각각의 피봇선회가능한 연결부들 (941, 942, 943) 은 (도 51 에서 각각 요, 피치 및 롤 배향들로) 가동 부재 (94) 에 대해 회전 자유도를 제공하고, 그리하여 하나 이상의 배향 파라미터들 (P2) 을 생성한다.

3 개의 병렬 운동 체인들 (95) 및 가동 부재 (94) 의 운동에 의해 유발된 하나 이상의 위치 파라미터들 (P1) 및/또는 배향 파라미터들 (P2) 을 검출한 후, 뒤이어 파라미터(들) (P1 및/또는 P2) 에 응답하여 제 1 이동 신호들 (S8) 을 발생시키는 복수의 제 1 센서들 (902) 이 제공된다. 예를 들어, 일부 제 1 센서들 (902) 은 연관된 제 1 아암 (951) 의 운동에 의해 유발된 적어도 하나의 파라미터를 검출하도록 각각의 장착 부재 (96) 에 각각 설치될 수도 있다. 다른 제 1 센서들 (902) 은 연관된 제 2 아암 (952) 의 운동에 의해 유발된 적어도 하나의 파라미터를 검출하도록 조인트 또는 힌지 (97) 의 전부 또는 일부에 각각 설치될 수도 있다. 대안적으로, 3 개의 제 1 센서들 (902) 은 각각 3 개의 피봇선회가능한 연결부들 (941, 942, 943) 에 제공될 수도 있다.

도 51 은 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼의 가동 부재에 부착된 교체가능한 그립을 보여주는 도 49 의 일부분의 확대도이다. 도 52 는 예시적 실시형태에 따른 제어 플랫폼의 가동 부재로부터 탈착되는 교체가능한 그립을 보여주는 도 49 의 일부분의 확대도이다. 도 52 에 도시된 대로, 연결부 (91) 는 피봇선회가능한 연결부 (943) 에 추가로 장착되어서, 그것은 입력 핸들 (901) 과 교체가능한 그립 (92) 을 전기적으로 연결할 수 있다. 도 52 에 도시된 대로, 일 실시형태에서, 연결부 (91) 는 플러그와 소켓 유형 커넥터로 이루어질 수도 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 연결부 (91) 의 1-프롱 플러그 (911) 는 나사산 (913) 을 통하여 교체가능한 그립 (92) 의 탈착식 핸들 (921) 에 결합될 수도 있고, 대응하는 소켓 구조 (912) 는 피봇선회가능한 연결부 (943) 에 장착될 수도 있어서, 교체가능한 그립은 피봇선회가능한 연결부 (943) 에 부착되거나 (도 51 참조) 탈착될 수도 있고 (도 52 참조) 피봇선회가능한 연결부 (943) 의 회전 축선 (A10) 에 대해 회전하도록 허용될 수도 있다.

위에서 알 수 있듯이, 외과용 장치의 여러 예시적 실시형태들이 설명되었다. 하지만, 이런 예시적 실시형태들은 단지 설명 목적을 위한 것이다. 예를 들어, 전술한 외과용 기구들은 개별 외과용 장치들로서 구성될 수도 있고, 또는 그것들은 다양한 의료 기기들, 예로 작업 채널을 갖는 루멘 유닛 또는 이미징 유닛 뿐만 아니라 말단 이펙터를 구비한 외과용 장치에 적용될 수도 있다. 더욱이, 조종가능한 부재의 다양한 실시형태들은 원위 말단에서 구부릴 수 있는, 카테테르들, 내시경들 및 수술용 로봇들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 다양한 외과용 장치들에 통합되거나 그렇지 않으면 적합화될 수도 있다.

본원에서 사용되는 것처럼, 용어들 "포함하다" "포함하는" "구비하다" "구비하는" "가지다" "가지는" 또는 그밖의 다른 변형은 비배타적인 포함을 커버하도록 의도된다. 예를 들어, 요소들 목록을 포함하는 프로세스, 제품, 용품 또는 장치는 반드시 그 요소들에만 제한되지 않고 명시적으로 열거되지 않거나 그러한 프로세스, 제품, 용품, 또는 장치에 내재된 다른 요소들을 포함할 수도 있다.

더욱이, 본원에서 사용되는 것처럼 용어 "또는" 은, 달리 명시되지 않는 한, 일반적으로 "그리고/또는" 을 의미하도록 의도된다. 예를 들어, 조건 A 또는 B 는 다음 중 어느 하나로 충족된다: A 는 참 (true) 이고 (또는 존재하고) B 는 거짓 (false) 이고 (또는 존재하지 않고), A 는 거짓이고 (또는 존재하지 않고) B 는 참이고 (또는 존재하고), A 와 B 모두 참이다 (또는 존재한다). 본원에서 사용되는 것처럼, 부정관사 (그리고 선행 기준이 부정관사일 때는 정관사) 가 선행된 용어는, 달리 명시되지 않는 한 (즉, 언급 대상, 부정관사가 단지 단수 또는 단지 복수를 분명히 나타낼 때), 이러한 용어의 단수와 복수를 모두 포함한다. 또한, 본원의 상세한 설명에서 사용한 대로, "안" 의 의미는, 문맥에 달리 명시되지 않는 한 "안" 및 "상" 을 포함한다.

특정 용도에 따라 유용한 바와 같이, 도면들/도들에 도시된 요소들 중 하나 이상은 또한 더욱 분리되거나 통합된 방식으로 구현될 수 있거나, 특정 경우에는 심지어 제거되거나 동작 불능으로 될 수 있음을 이해할 것이다. 부가적으로, 도면들/도들에서 임의의 신호 화살표들은, 달리 명시되지 않는 한, 단지 예시로서 제한하지 않는 것으로 간주되어야 한다. 본 개시의 범위는 하기 청구항들 및 그것들의 법적 균등물들에 의해 결정되어야 한다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 및 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재는, 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 루멘을 포함하고, 상기 루멘은 부분적으로 바깥쪽으로 개방된다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 세그먼트들은 인접한 굽힘 세그먼트들에 힌지결합된다. 다른 실시형태들에서, 각각의 굽힘 세그먼트의 연결부들은 인접한 굽힘 세그먼트에 핀고정된다. 다른 실시형태들에서, 각각의 굽힘 세그먼트의 연결부들은 인접한 굽힘 세그먼트의 리세스부들에 수용되고 그것에 힌지결합된다. 다른 실시형태들에서, 각각의 연결부는 라운드면을 갖는 돌기를 포함하고, 각각의 리세스부는, 각각의 연결부가 회전할 수 있도록 각각의 연결부를 수용하도록 성형된다. 다른 실시형태들에서, 각각의 연결부는 선형 에지를 갖는 돌기를 포함하고, 각각의 리세스부는, 각각의 연결부가 각각의 리세스부와 선형 접촉하면서 회전할 수 있도록 v 형상의 노치처럼 성형된다. 대안적 실시형태들에서, 한 쌍의 연결부들은 각각의 굽힘 세그먼트의 길이의 일측에서 서로 대면하게 제공되고, 한 쌍의 리세스부들은 각각의 굽힘 세그먼트의 길이의 타측에서 서로 대면하게 제공되고, 한 쌍의 연결부들 및 한 쌍의 리세스부들은 2 자유도로 굽힘을 허용하도록 서로 직각인 방향으로 배치된다. 다른 실시형태들에서, 4 개의 루멘들이 각각의 굽힘 세그먼트의 길이를 따라 형성되고, 각각의 루멘은 연결부 또는 리세스부의 적어도 일 부분을 통과한다. 일부 양태들에서, 각각의 루멘은 폐쇄 루멘 부분 및 개방 루멘 부분을 포함하고, 연결부 또는 리세스부를 통과하는 각각의 루멘의 일 부분은 폐쇄 루멘 부분을 형성하고 연결부 또는 리세스부의 타측은 개방 루멘 부분을 형성한다. 다른 실시형태들에서, 각각의 굽힘 세그먼트는 길이를 따라 4 개의 루멘들을 가지고, 각각의 루멘은 원주를 따라 연결부 및 리세스부의 로케이션들 사이에 위치한다. 다른 실시형태들에서, 각각의 루멘은 폐쇄 루멘 부분 및 개방 루멘 부분을 포함하고, 폐쇄 루멘 부분은 루멘 길이의 중간에 형성되고 개방 루멘 부분은 폐쇄 루멘 부분의 양측에 형성된다. 일부 실시형태들에서, 조종가능한 부재는 복수의 플레이트형 굽힘 세그먼트들, 및 굽힘 세그먼트들 사이에 위치한 가요성 재료의 연결부들을 포함한다. 다른 실시형태들에서, 연결부들은 굽힘 세그먼트들 사이에 일체로 형성되고 굽힘 세그먼트들의 중심에 제공된 채널들의 2 개의 에지로부터 바깥쪽 방향으로 연장되고, 연결부들은 인접한 연결부들에 직각인 방향으로 형성된다. 다른 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들은 굽힘 세그먼트들 및 연결부들을 통과하도록 배치되고, 굽힘 작동 와이어가 내부에 제공된 각각의 루멘은, 연결부에 위치한 부분이 폐쇄 루멘을 형성하고 굽힘 세그먼트에 형성된 부분이 바깥쪽으로 개방되는 구조를 갖는다. 다른 실시형태들에서, 연결부들은 인접한 굽힘 세그먼트들의 중심들을 연결하도록 구성된다.

외과용 장치의 일부 실시형태들에서 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 말단 이펙터를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 말단 이펙터는 조종가능한 부재의 채널들에 위치한 이펙터 작동 와이어에 연결되어서 그것은 이펙터 작동 와이어를 이동시킴으로써 작동될 수도 있고, 말단 이펙터의 적어도 일부는 이펙터 작동 와이어의 원위 말단에 탈착가능하게 제공된다. 일부 실시형태들에서, 말단 이펙터의 적어도 일부는 이펙터 작동 와이어의 원위 말단에 자기적으로 연결된다. 다른 실시형태들에서, 말단 이펙터는 이펙터 모듈을 포함하고, 상기 모듈은: 외과 수술을 수행하기 위한 기구 부분; 및 기구 부분을 작동하기 위해서 이펙터 작동 와이어에 연결된 작동 부분을 포함하고, 이펙터 모듈의 근위 말단 또는 이펙터 작동 와이어의 원위 말단 중 적어도 어느 하나는 자성체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 외과용 장치는 조종가능한 부재의 채널들에 위치하고 말단 이펙터를 작동하기 위해서 상기 말단 이펙터에 연결되는 이펙터 작동 와이어를 추가로 포함하고, 상기 말단 이펙터는 상기 이펙터 작동 와이어에 의해 인가된 힘에 반대 방향으로 탄성력을 발생시키도록 구성되는 탄성체를 추가로 포함한다. 다른 실시형태들에서, 이펙터 작동 와이어는, 말단 이펙터가 이펙터 작동 와이어에 의해 당겨질 때 제 1 모드로 작동하고 이펙터 작동 와이어에 의해 당겨지지 않을 때 제 2 모드로 작동하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 말단 이펙터의 겸자는 제 1 모드에서 폐쇄되고 제 2 모드에서 개방된다. 일부 실시형태들에서, 말단 이펙터는, 외과 수술을 수행하기 위한 기구 부분; 기구 부분을 작동하도록 이펙터 작동 와이어에 연결되는 작동 부분; 및 작동 부분이 왕복운동하는 경로를 형성하는 보디 부분을 포함하고, 탄성체는 작동 부분의 근위 말단에 위치하고 작동 부분을 미는 방향으로 탄성력을 인가한다. 다른 실시형태들에서, 작동 부분 및 이펙터 작동 와이어의 원위 말단은 서로 부착되거나 탈착될 수 있도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 작동 부분 또는 이펙터 작동 와이어의 원위 말단 중 적어도 어느 하나는 자성체를 포함한다.

외과용 장치의 일부 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들의 원위 말단들을 고정하기 위한 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된다. 일부 실시형태들에서, 와이어 종단 부재를 조종가능한 부재의 원위 말단에 나사고정함으로써 굽힘 작동 와이어들이 고정되도록 와이어 종단 부재는 나사산을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들은 조종가능한 부재의 원위 말단과 와이어 종단 부재 사이에 권취되면서 밀림으로써 고정되도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 와이어 종단 부재는, 굽힘 작동 와이어들의 원위 말단들이 통과하는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된다. 다른 실시형태들에서, 와이어 종단 부재에서 홀들은 조종가능한 부재에서 루멘들에 대응하는 로케이션들에 형성된다. 다른 실시형태들에서, 외과용 장치는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 말단 이펙터를 추가로 포함하고, 와이어 종단 부재는 말단 이펙터이다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 및 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재는, 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 루멘을 포함하고, 상기 외과용 장치는, 상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 제공되는 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재; 및 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 와이어의 주행 경로를 형성하는 적어도 하나의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단들은 그것의 내측에 고정되는, 상기 슬리브를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 와이어는 굽힘 작동 와이어들을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 슬리브에서 와이어의 운동시 조종가능한 부재 또는 가요성 부재의 굽힘 효과를 최소화하도록, 조종가능한 부재 또는 가요성 부재가 구부러질 때 슬리브의 양 대향한 말단들이 고정되는 2 개의 지점들 사이에 형성되는 최장 가능한 경로보다 슬리브의 보디가 더 길다. 일부 실시형태들에서, 조종가능한 부재 및 가요성 부재는 내부에 배치될 슬리브를 위한 중공 공간을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 슬리브 중에서 제 2 슬리브는 원위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하고, 제 2 슬리브의 일 말단은 원위 말단 조종가능 부분의 근위 말단 또는 근위 말단 조종가능 부분의 원위 말단에 고정되고 다른 말단은 가요성 부재의 근위 말단에 고정된다. 다른 실시형태들에서, 원위 말단 조종가능 부분이 구부러질 때 원위 말단 굽힘 작동 와이어가 곡선 경로를 따라 위치하도록 제 2 슬리브는 탄성 재료를 포함한다. 일부 실시형태들에서 적어도 하나의 슬리브 중에서 제 3 슬리브는 근위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하고, 제 3 슬리브의 일 말단은 근위 말단 조종가능 부분의 근위 말단 또는 가요성 부재의 원위 말단에 고정되고 다른 말단은 가요성 부재의 근위 말단에 고정된다. 다른 실시형태들에서, 근위 말단 조종가능 부분이 구부러질 때 근위 말단 굽힘 작동 와이어가 곡선 경로를 따라 위치하도록 제 3 슬리브는 탄성 재료를 포함한다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, (보정) 외과용 장치는 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재는, 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 루멘을 포함하고, 상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 제공되고 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 경로를 형성하는 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재; 및 상기 굽힘 작동 와이어들을 작동시키기 위해 상기 가요성 부재의 근위 말단에 제공되는 조작부를 포함하고, 상기 굽힘 작동 와이어들의 근위 말단들은 상기 조작부에 부착되거나 탈착가능하다. 다른 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들의 근위 말단들 및 이펙터 작동 와이어는 조작부에 자기적으로 탈착가능하게 연결된다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 여기에서 굽힘 작동 와이어들은 제 1 굽힘 작동 와이어, 및 조종가능한 부재를 제 1 굽힘 작동 와이어와 반대 방향으로 구부리는 제 2 굽힘 작동 와이어를 포함하고, 동일한 방향으로 회전하는 스크류 부재들은 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단 및 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단에 제공되고 반대 방향으로 서로 동기화되어 이동하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단은 제 1 나사산을 따라 이동하도록 구성되고, 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단은 제 1 나사산에 반대 방향으로 배향된 제 2 나사산을 따라 이동하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 제 1 나사산 (tread) 및 제 2 나사산은 단일 구동부에 의해 동일한 방향으로 회전하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 스크류 부재들은 양방향 리드 스크류들이고, 각각은 단일 보디에 형성된 제 1 및 제 2 나사산 부분들을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 스크류 부재들은, 제 1 나사산을 갖는 제 1 리드 스크류; 및 제 2 나사산을 갖는 제 2 리드 스크류를 포함하고, 제 1 리드 스크류 및 제 2 리드 스크류는 기어에 의해 서로 동기화되어 이동하고 단일 구동부에 의해 동시에 회전하도록 구성된다.

외과용 장치의 일부 실시형태들에서, 조종가능한 부재는 근위 말단에서보다 원위 말단에서 보다 용이하게 구부러지도록 구성된 기하학적 형상을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 세그먼트들은, 조종가능한 부재가 그것의 근위 말단 더 가까이에서 보다 용이하게 구부러지도록 구성된 기하학적 형상을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 세그먼트들은 조종가능한 부재의 단면 중심으로부터 떨어져 형성된 루멘들을 가지고, 조종가능한 부재의 근위 말단에 더 가까워질수록, 조종가능한 부재의 단면의 중심으로부터 굽힘 세그먼트들에서 루멘들은 더 멀어진다. 일부 실시형태들에서, 조종가능한 부재는 굽힘 세그먼트들 사이에 위치한 복수의 연결부들을 추가로 포함하고, 연결부들은, 조종가능한 부재가 그것의 근위 말단 더 가까이에서 보다 용이하게 구부러지도록 구성된 기하학적 형상을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 조종가능한 부재의 대응하는 부분들이 보다 용이하게 구부러지도록 조종가능한 부재의 근위 말단을 향하여 더 작은 단면 폭을 가지도록 연결부들이 구성된다. 다른 실시형태들에서, 조종가능한 부재의 대응하는 부분들이 보다 용이하게 구부러지도록 조종가능한 부재의 근위 말단을 향한 길이를 따라 연결부들은 직경이 증가하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 말단 이펙터; 및 상기 조종가능한 부재를 통과하고 상기 말단 이펙터를 작동하기 위해서 상기 말단 이펙터에 연결하도록 배치되는 이펙터 작동 와이어를 포함하고, 상기 말단 이펙터는 상기 이펙터 작동 와이어에 의해 인가된 힘에 반대 방향으로 탄성력을 발생시키는 탄성체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 말단 이펙터는 이펙터 작동 와이어에 의해 당겨질 때 제 1 모드로 작동하도록 구성되고 이펙터 작동 와이어에 의해 당겨지지 않을 때 탄성체의 탄성력에 의해 제 2 모드로 작동하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 말단 이펙터는 원위 말단에서의 외과용 요소들이 제 1 모드에서 폐쇄되고 제 2 모드에서 개방되도록 작동된다. 다른 실시형태들에서, 말단 이펙터는, 외과 수술을 수행하기 위한 기구 부분; 기구 부분을 작동하도록 이펙터 작동 와이어에 연결되는 작동 부분; 및 작동 부분이 왕복운동하는 경로를 형성하는 보디 부분을 포함하는 이펙터 모듈을 추가로 포함한다. 다른 실시형태들에서, 탄성체는 작동 부분을 원위 말단의 방향으로 밀기 위해서 탄성력을 인가하기 위한 작동 부분의 근위 말단에 위치한다. 일부 실시형태들에서, 이펙터 모듈 및 이펙터 작동 와이어의 원위 말단은 서로 부착 또는 탈착가능하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 이펙터 모듈 및 이펙터 작동 와이어는 자기적으로 함께 연결된다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들; 및 상기 굽힘 작동 와이어들을 고정하도록 상기 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공되는 와이어 종단 부재를 포함하고, 상기 와이어 종단 부재는 상기 조종가능한 부재의 원위 말단과 맞물리도록 하기 위한 나사산을 가져서, 상기 굽힘 작동 와이어들은, 상기 와이어 종단 부재와 상기 조종가능한 부재를 함께 나사고정함으로써 고정된다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들은 조종가능한 부재의 원위 말단과 와이어 종단 부재 사이에 권취함으로써 고정되도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 와이어 종단 부재는, 굽힘 작동 와이어들의 원위 말단들이 통과하는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 와이어 종단 부재는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된다. 다른 실시형태들에서, 와이어 종단 부재에서 홀들은 조종가능한 부재에서 루멘들에 대응하는 로케이션들에서 형성된다. 일부 실시형태들에서, 말단 이펙터는 와이어 종단 부재에 제공된다. 일부 실시형태들에서, 외과용 장치는 조종가능한 부재의 원위 말단에 제공된 말단 이펙터를 추가로 포함하고, 와이어 종단 부재는 말단 이펙터이다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재를 제 1 방향으로 구부리기 위해서 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되는 제 1 굽힘 작동 와이어; 상기 조종가능한 부재를 상기 제 1 방향에 반대인 제 2 방향으로 구부리기 위해서 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되는 제 2 굽힘 작동 와이어; 및 상기 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단과 상기 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단이 결합되는 적어도 하나의 스크류 부재를 포함하여서, 상기 조종가능한 부재는, 상기 적어도 하나의 스크류 부재를 회전시킴으로써 상기 제 1 또는 제 2 방향으로 구부러진다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 스크류 부재는 제 1 및 제 2 굽힘 작동 와이어들의 종방향 축선들 둘레에서 회전하도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단 및 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단은 적어도 하나의 스크류 부재의 회전에 의해 반대 방향으로 서로 동기화되어 이동하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 적어도 하나의 스크류 부재는 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단을 뒤로 움직이고 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단을 앞으로 움직이기 위해서 제 1 회전 방향으로 회전하여, 조종가능한 부재를 제 1 방향으로 구부리고, 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단을 앞으로 움직이고 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단을 뒤로 움직이기 위해서 제 2 회전 방향으로 회전하여, 조종가능한 부재를 제 2 방향으로 구부리도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단은 제 1 나사산과 맞물려 이동하고, 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단은 제 1 나사산에 반대 방향으로 배향된 제 2 나사산과 맞물려 이동한다. 다른 실시형태들에서, 제 1 나사산 및 제 2 나사산은 동일한 방향으로 회전하도록 구성되어서, 제 1 굽힘 작동 와이어의 근위 말단 및 제 2 굽힘 작동 와이어의 근위 말단이 반대 방향으로 서로 동기화되어 움직이도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 적어도 하나의 스크류 부재는 단일 보디에 형성된 제 1 및 제 2 나사산 부분들을 갖는 양방향 리드 스크류이다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재 내의 루멘들을 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재가 그것의 원위 말단에 더 가까이에서 보다 용이하게 구부리도록 구성된 기하학적 형상을 상기 조종가능한 부재가 갖는다. 일부 실시형태들에서, 기하학적 형상은 조종가능한 부재의 근위 말단에 더 가까이에서 더 작은 곡률 반경을 제공하도록 구성된다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들; 및 탄성 재료를 포함하고 구부린 후 상기 조종가능한 부재를 초기 위치로 복귀시키기 위한 복원력을 가하는 측방향 지지 부재를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 외과용 장치는 복수의 측방향 지지 부재들을 추가로 포함하고 측방향 지지 부재들의 수는 굽힘 작동 와이어들의 수와 동일하다. 일부 실시형태들에서, 측방향 지지 부재는 굽힘 작동 와이어들의 이동에 의해 조종가능한 부재와 동기화하여 구부러지도록 구성되고, 측방향 지지 부재는, 굽힘 작동 와이어들에 가해진 힘이 해제될 때 원래 형상으로 복귀하여서, 조종가능한 부재를 초기 위치로 다시 이동시키도록 구성된 탄성을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 전 측방향 지지 부재의 형상은 선형이다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 전 측방향 지지 부재의 형상은 일측으로 구부러진다. 다른 실시형태들에서, 측방향 지지 부재는 튜브 형상으로 구성되고, 굽힘 작동 와이어는 측방향 지지 부재 내에 위치한다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 내부에 채널들을 갖는 복수의 굽힘 세그먼트들 및 굽힘 세그먼트들 사이에 위치하는 복수의 연결 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재; 및 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 각각의 연결 세그먼트의 2 개의 말단들은 다른 굽힘 세그먼트들에 힌지결합된다. 일부 실시형태들에서, 각각의 연결 세그먼트는, 굽힘 세그먼트에 힌지결합된 부분들을 형성하는 한 쌍의 보디들; 및 한 쌍의 보디들을 함께 접합하고 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 내부에 중공 공간을 가지는 가이드 부재를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 각각의 연결 세그먼트의 일 말단에 연결된 굽힘 세그먼트는 제 1 힌지 샤프트 둘레에서 회전가능하고, 다른 말단에 연결된 굽힘 세그먼트는 제 2 힌지 샤프트 둘레에서 회전가능하고, 제 1 힌지 샤프트 및 제 2 힌지 샤프트는 서로 평행하다. 일부 실시형태들에서, 조종가능한 부재를 적어도 2 자유도로 구부릴 수 있도록, 각각의 연결 세그먼트는 인접한 연결 세그먼트들과 다른 방향으로 배치되어서 연결된 굽힘 세그먼트들이 다른 회전 축선들에 대해 구부러지도록 한다. 일부 실시형태들에서, 각각의 굽힘 세그먼트는, 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 복수의 루멘들을 포함하고, 루멘들은 연결 세그먼트에 힌지결합된 부분들을 통과하지 않도록 배치된다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 세그먼트들은 연결 세그먼트들에 회전가능하게 연결되고, 굽힘 세그먼트들이 둘레에서 회전하는 힌지 샤프트들은 굽힘 작동 와이어들이 위치하는 루멘들의 말단들과 동일한 평면에 있다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 복수의 굽힘 세그먼트들을 포함하는 조종가능한 부재로서, 각각의 굽힘 세그먼트는 제 1 링크 부분 및 제 2 링크 부분을 가지는 적어도 중간 조인트를 포함하고 상기 중간 조인트는 각각의 굽힘 세그먼트의 종축 방향을 따라 배치되는, 상기 조종가능한 부재; 상기 조종가능한 부재를 구부리기 위해 상기 조종가능한 부재를 통과하도록 배치되는 복수의 굽힘 작동 와이어들을 포함하고, 상기 조종가능한 부재는, 상기 굽힘 작동 와이어들이 통과하는 적어도 하나의 루멘을 추가로 포함하고, 상기 중간 조인트는 장력 조정 부재를 추가로 포함하고, 상기 장력 조정 부재는 제 1 링크 부분 및 제 2 링크 부분에 결합되고 굽힘 세그먼트들을 구부릴 때 상기 굽힘 작동 와이어들의 신장을 보상함으로써 굽힘 작동 와이어들의 장력을 조정하도록 구성되어서, 상기 굽힘 작동 와이어들의 길이는 변경되고 미리 정해진 장력으로 유지된다. 다른 실시형태들에서, 제 1 인터페이싱 절반부는 돌출 말단을 가지고, 제 2 인터페이싱 절반부는 대응하여 리세스 말단을 갖는다. 다른 실시형태들에서, 제 1 인터페이싱 절반부는 리세스 말단을 가지고, 제 2 인터페이싱 절반부는 대응하여 돌출 말단을 갖는다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 작동 와이어들의 신장은 2 개의 축외 힌지들의 오프셋에 의해 보상된다. 일부 실시형태들에서, 굽힘 세그먼트는 일련의 인터스택된 중간 조인트들을 포함한다.

일부 실시형태들에서는 외과용 장치로서, 이것은 구부릴 수 있고 복수의 굽힘 세그먼트들 및 복수의 루멘들을 포함하는 조종가능한 부재; 각각의 루멘을 별도로 통과하도록 배치되고 상기 조종가능한 부재를 구부리는 제 1 굽힘 작동 와이어 및 제 2 굽힘 작동 와이어를 포함하는 굽힘 작동 부재; 장력 모니터링 부재로서, 상기 제 1 굽힘 작동 와이어에 결합되고 상기 조종가능한 부재의 사전 굽힘과 원하는 굽힘 운동 사이의 상기 제 1 굽힘 작동 와이어의 장력 변화 감지에 응답하여 제 1 피드백 신호를 제공하도록 구성되는 제 1 센서; 상기 제 2 굽힘 작동 와이어에 결합되고 상기 조종가능한 부재의 사전 굽힘과 원하는 굽힘 운동 사이의 상기 제 2 굽힘 작동 와이어의 장력 변화 감지에 응답하여 제 2 피드백 신호를 제공하도록 구성되는 제 2 센서를 포함하는, 상기 장력 모니터링 부재; 구동 부재로서, 상기 제 1 굽힘 작동 와이어에 결합되고 상기 제 1 굽힘 작동 와이어를 작동시키도록 되어 있는 제 1 모터; 상기 제 2 굽힘 작동 와이어에 결합되고 상기 제 2 굽힘 작동 와이어를 작동시키도록 되어 있는 제 2 모터를 포함하는, 상기 구동 부재; 상기 장력 모니터링 부재와 상기 구동 부재에 전기적으로 연결되는 제어 부재로서, 상기 제어 부재는: 상기 제 1 피드백 신호에 응답하는 제 1 출력 신호를 제공하도록 구성되어서, 상기 제 1 모터는 미리 정해진 장력을 유지하기 위해서 상기 제 1 굽힘 작동 와이어의 길이를 조절하도록 구동되고; 상기 제 2 피드백 신호에 응답하는 제 2 출력 신호를 제공하도록 구성되어서, 상기 제 2 모터는 미리 정해진 장력을 유지하기 위해서 상기 제 2 굽힘 작동 와이어의 길이를 조절하도록 구동되는, 상기 제어 부재를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 2 굽힘 작동 와이어는 제 1 굽힘 작동 와이어의 반대 방향으로 이동가능하다. 일부 실시형태들에서, 제 1 굽힘 작동 와이어가 작동되어 조종가능한 부재를 구부리도록 구성되고, 제 2 굽힘 작동 와이어가 제 2 모터에 의해 구동되도록 구성되어서, 제 2 굽힘 작동 와이어는 제 2 출력 신호에 응답하여 해제되고 미리 정해진 장력 하에 유지된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 센서 또는 제 2 센서는 로드 셀이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 센서는 또한 조종가능한 부재에 인가된 외력 감지에 응답하는 제 1 외력 신호를 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 제 2 센서는 또한 조종가능한 부재에 인가된 외력 감지에 응답하는 제 2 외력 신호를 제공하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 제어 부재는 또한 제 1 외력 신호 또는 제 2 외력 신호에 응답하여 명령 신호를 제공하도록 구성된다. 다른 실시형태들에서, 제어 부재는 햅틱 피드백의 형태로 정보를 처리하고 전달하도록 구성되는 햅틱 피드백 제어기를 추가로 포함한다. 다른 실시형태들에서, 제 1 운동 전달 유닛 또는 제 2 운동 전달 유닛은 리드 스크류 또는 볼 스크류이다.

일부 실시형태들에서는, 외과용 장치용 맞춤형 주 제어기로서, 이것은 하나 이상의 이동 신호들을 수술용 로봇에 규정 및 입력하도록 구성되는 제어 플랫폼으로서, 상기 제어 플랫폼은, 복수의 위치 파라미터들을 제공하도록 제 1 복수의 자유도로 병진운동가능하고 그리고/또는 복수의 배향 파라미터들을 제공하도록 제 2 복수의 자유도로 회전가능한 입력 핸들; 상기 입력 핸들에 결합되고 상기 입력 핸들의 상기 위치 파라미터들 및/또는 상기 배향 파라미터들에 응답하여 제 1 이동 신호들을 발생시키도록 구성되는 복수의 제 1 센서들을 포함하는, 상기 제어 플랫폼; 상기 입력 핸들에 장착되고 상기 입력 핸들에 전기적으로 연결되는 연결부; 및 교체가능한 그립으로서, 상기 연결부에 전기적으로 연결되는 탈착식 핸들; 상기 탈착식 핸들에 대해 피봇선회되는 하나 이상의 그립 레버들로서, 각각의 그립 레버는 그리핑 운동 파라미터를 제공하기 위해서 상기 탈착식 핸들에 대해 제 3 자유도로 이동가능한, 상기 하나 이상의 그립 레버들; 및 상기 탈착식 핸들에 결합되고 상기 그리핑 운동 파라미터에 응답하여 제 2 이동 신호를 상기 제어 플랫폼으로 발생시키도록 구성되는 제 2 센서를 포함하는 상기 교체가능한 그립을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 제 1 복수의 센서들 또는 제 2 복수의 센서들은 회전 인코더, 홀 이펙터 센서, 각도 센서, 회전 센서 또는 이들의 임의의 조합체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 연결부는 탈착식 핸들에 결합되고 제 1 전기 연결 단자를 갖는 나사산을 추가로 포함한다. 다른 실시형태들에서, 탈착식 핸들은 제 1 전기 연결 단자에 전기적으로 연결되는 제 2 전기 연결 단자를 추가로 포함한다. 일부 실시형태들에서, 교체가능한 그립은 탈착식 핸들에 대응하여 피봇선회되고 탈착식 핸들에 대해 서로를 향하여 이동할 수 있도록 허용되는 2 개의 그립 레버들을 포함한다.

Claims (31)

1. 외과용 장치로서,
   구부릴 수 있고, 채널을 안에 구비한 복수의 굽힘 세그먼트와, 적어도 1 개의 루멘을 포함하는, 조종가능한 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 상기 적어도 1 개의 루멘을 통과하고, 상기 조종가능한 부재를 구부리도록 배치되어 있는, 복수의 굽힘 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 형성되어 있는, 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 원위 말단에 형성되어 있는 말단 이펙터와,
   상기 조종가능한 부재 및 상기 가요성 부재를 통과하도록 배치되고, 또한 상기 말단 이펙터를 작동시키기 위해서 상기 말단 이펙터에 접속된, 이펙터 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 상기 이펙터 작동 와이어의 주행 경로를 형성하는 적어도 1 개의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단은, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재의 내측에 고정되어 있는, 적어도 1 개의 슬리브를 포함하고,
   상기 슬리브의 보디는, 상기 슬리브의 양 말단이 고정되어 있는 2 개의 지점 사이의 거리보다 길게 되어 있고,
   상기 슬리브는 탄성 재료를 포함하는, 외과용 장치.
2. 외과용 장치로서,
   구부릴 수 있고, 채널을 안에 구비한 복수의 굽힘 세그먼트와, 적어도 1 개의 루멘을 포함하는, 조종가능한 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 상기 적어도 1 개의 루멘을 통과하고, 상기 조종가능한 부재를 구부리도록 배치되어 있는, 복수의 굽힘 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 형성되어 있는, 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 원위 말단에 형성되어 있는 말단 이펙터와,
   상기 조종가능한 부재 및 상기 가요성 부재를 통과하도록 배치되고, 또한 상기 말단 이펙터를 작동시키기 위해서 상기 말단 이펙터에 접속된, 이펙터 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 상기 이펙터 작동 와이어의 주행 경로를 형성하는 적어도 1 개의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단은, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재의 내측에 고정되어 있는, 적어도 1 개의 슬리브를 포함하고,
   상기 슬리브의 보디는, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재가 구부러져 있을 때에 상기 슬리브의 양 말단이 고정되어 있는 2 개의 지점 사이에 형성되는, 가능한 한 최장의 경로보다 길게 되어 있고,
   상기 슬리브는 탄성 재료를 포함하는, 외과용 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 조종가능한 부재 및 상기 가요성 부재는, 그 안에 상기 슬리브를 설치하기 위한 중공 공간을 갖는, 외과용 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 적어도 1 개의 슬리브의 양 말단이, 상기 조종가능한 부재의 원위 말단, 및 상기 가요성 부재의 근위 말단에 고정되어 있는, 외과용 장치.
5. 외과용 장치로서,
   구부릴 수 있고, 채널을 안에 구비한 복수의 굽힘 세그먼트와, 적어도 1 개의 루멘을 포함하는, 조종가능한 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 상기 적어도 1 개의 루멘을 통과하고, 상기 조종가능한 부재를 구부리도록 배치되어 있는, 복수의 굽힘 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 형성되어 있는, 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재를 포함하고,
   상기 조종가능한 부재가, 별도로 구부러지는 원위 말단 조종가능 부분과 근위 말단 조종가능 부분을 포함하고, 상기 원위 말단 조종가능 부분은, 상기 원위 말단 조종가능 부분 내의 상기 루멘을 따라 형성된 원위 말단 굽힘 작동 와이어와 함께 구부러지도록 구성되고, 상기 근위 말단 조종가능 부분은, 상기 근위 말단 조종가능 부분 내의 상기 루멘을 따라 형성된 근위 말단 굽힘 작동 와이어와 함께 구부러지도록 구성되어 있고,
   상기 외과용 장치는,
   상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 상기 원위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로 및/또는 상기 근위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 적어도 1 개의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단은, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재의 내측에 고정되어 있는, 적어도 1 개의 슬리브를 추가로 포함하고,
   상기 슬리브의 보디는, 상기 슬리브의 양 말단이 고정되어 있는 2 개의 지점 사이의 거리보다 길게 되어 있고,
   상기 슬리브는 탄성 재료를 포함하는, 외과용 장치.
6. 외과용 장치로서,
   구부릴 수 있고, 채널을 안에 구비한 복수의 굽힘 세그먼트와, 적어도 1 개의 루멘을 포함하는, 조종가능한 부재와,
   상기 조종가능한 부재의 상기 적어도 1 개의 루멘을 통과하고, 상기 조종가능한 부재를 구부리도록 배치되어 있는, 복수의 굽힘 작동 와이어와,
   상기 조종가능한 부재의 근위 말단에 형성되어 있는, 가요성 재료를 포함하는 가요성 부재를 포함하고,
   상기 조종가능한 부재가, 별도로 구부러지는 원위 말단 조종가능 부분과 근위 말단 조종가능 부분을 포함하고, 상기 원위 말단 조종가능 부분은, 상기 원위 말단 조종가능 부분 내의 상기 루멘을 따라 형성된 원위 말단 굽힘 작동 와이어와 함께 구부러지도록 구성되고, 상기 근위 말단 조종가능 부분은, 상기 근위 말단 조종가능 부분 내의 상기 루멘을 따라 형성된 근위 말단 굽힘 작동 와이어와 함께 구부러지도록 구성되어 있고,
   상기 외과용 장치는,
   상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재를 통과하는 상기 원위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로 및/또는 상기 근위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 적어도 1 개의 슬리브로서, 상기 슬리브의 양 말단은, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재의 내측에 고정되어 있는, 적어도 1 개의 슬리브를 추가로 포함하고,
   상기 슬리브의 보디는, 상기 조종가능한 부재 또는 상기 가요성 부재가 구부러져 있을 때에 상기 슬리브의 양 말단이 고정되어 있는 2 개의 지점 사이에 형성되는, 가능한 한 최장의 경로보다 길게 되어 있고,
   상기 슬리브는 탄성 재료를 포함하는, 외과용 장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 적어도 1 개의 슬리브는, 상기 원위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 슬리브를 적어도 포함하고, 상기 원위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 상기 슬리브의 일방의 말단은, 상기 원위 말단 조종가능 부분의 근위 말단, 또는, 상기 근위 말단 조종가능 부분의 원위 말단에 고정되고, 타방의 말단은, 상기 가요성 부재의 근위 말단에 고정되어 있는, 외과용 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 원위 말단 조종가능 부분이 구부러져 있을 때에, 상기 원위 말단 굽힘 작동 와이어가 곡선 경로를 따라 위치하는, 외과용 장치.
9. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 적어도 1 개의 슬리브는, 상기 근위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 슬리브를 적어도 포함하고, 상기 근위 말단 굽힘 작동 와이어를 위한 경로를 형성하는 상기 슬리브의 일방의 말단은, 상기 근위 말단 조종가능 부분, 또는, 상기 가요성 부재의 원위 말단에 고정되고, 타방의 말단은, 상기 가요성 부재의 근위 말단에 고정되어 있는, 외과용 장치.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 근위 말단 조종가능한 부분이 구부러져 있을 때에, 상기 근위 말단 작동 와이어가 곡선 경로를 따라 위치하는, 외과용 장치.
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