KR102455138B1 - 수술 도구 리스트 - Google Patents

Abstract

다양한 예시적인 수술 도구 리스트가 제공된다. 일반적으로, 수술 도구는 긴 샤프트 및 엔드 이펙터를 샤프트의 원위 단부에 결합시키는 리스트를 포함할 수 있다. 수술 도구는 샤프트에 대한 엔드 이펙터의 이동을 유발하기 위해 개별적으로 또는 긴 부재 중 2개 이상의 군으로서 이동하도록 구성되는 다수의 긴 부재를 포함할 수 있다. 수술 도구의 긴 부재 각각은 나선형 경로를 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 긴 부재 각각은 그의 관련 나선형 경로로부터 리스트에 있는 풀리까지 근위방향으로 연장될 수 있다. 나선형 경로는 긴 부재를 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리게 안내하도록 구성될 수 있다.

Description

수술 도구 리스트

본 개시는 일반적으로 수술 도구 리스트(surgical tool wrist)에 관한 것이다.

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.

다양한 로봇 시스템이 MIS 절차를 보조하기 위해 개발되었다. 로봇 시스템은 자연스러운 눈-손 축(eye-hand axis)을 유지시킴으로써 더욱 직관적인 손 이동을 허용할 수 있다. 로봇 시스템은 또한 기구 상에 "리스트" 조인트("wrist" joint)를 포함시킴으로써 더욱 많은 이동 자유도(degree of freedom)를 허용하여, 더욱 자연스러운 손-유사 관절운동(articulation)을 생성할 수 있다. 그러나, 로봇 시스템의 하나의 단점은 기구의 엔드 이펙터(end effector)를 이동시키기 위해 사용되는 리스트를 통해 연장되는 케이블(cable)이 시간 경과에 따라 마모를 겪는다는 것이다. 마모는 케이블 단선(cable failure) 및/또는 케이블이 외부 하중을 견디면서 엔드 이펙터 이동을 유발하는 데 필요한 힘을 생성하는 케이블의 능력의 감소로 이어질 수 있다.

따라서, 개선된 수술 도구 리스트에 대한 필요성이 남아 있다.
(특허문헌 1) 미국 특허출원공개공보 US2011/196419 A1

일반적으로, 수술 도구 리스트들이 제공된다.

일 태양에서, 일 실시예에서 긴 샤프트 및 긴 샤프트의 원위 단부에 결합되는 엔드 이펙터를 포함하는 수술 도구가 제공된다. 엔드 이펙터는 제1 및 제2 채널(channel)들을 포함한다. 각각의 채널은 나선형 경로를 따라 연장된다. 수술 도구는 또한, 제1 채널 내에 안착되고 엔드 이펙터의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는 제1 긴 가요성 부재(elongate flexible member), 및 제2 채널 내에 안착되고 엔드 이펙터의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는 제2 긴 가요성 부재를 포함한다.

수술 도구는 임의의 수의 변형을 가질 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터는 제1 피봇 조인트(pivot joint)를 중심으로 이동가능할 수 있고, 엔드 이펙터는 제2 피봇 조인트를 중심으로 서로에 대해 이동가능한 제1 및 제2 조오(jaw)들을 포함할 수 있고, 제1 및 제2 긴 가요성 부재들은 각각 제2 피봇 조인트를 중심으로 하는 제1 및 제2 조오들의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성될 수 있다. 제1 조오는 제1 조오 내에 형성되는 제1 채널을 가질 수 있고, 제2 조오는 제2 조오 내에 형성되는 제2 채널을 가질 수 있고, 제1 조오는 제3 채널을 포함할 수 있고, 제2 조오는 제4 채널을 포함할 수 있고, 제3 및 제4 채널들은 각각 나선형 경로를 따라 연장될 수 있다. 수술 도구는 제3 채널 내에 안착되는 제3 긴 가요성 부재 및 제4 채널 내에 안착되는 제4 긴 가요성 부재를 포함할 수 있고, 제1 및 제3 긴 가요성 부재들은 제2 피봇 지점을 중심으로 하는 제1 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성될 수 있고, 제2 및 제4 긴 가요성 부재들은 제2 피봇 지점을 중심으로 하는 제2 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성될 수 있다. 제1 채널은 제3 채널의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있고, 제1 및 제3 긴 가요성 부재들은 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있고, 제2 채널은 제4 채널의 직경보다 큰 직경을 가질 수 있고, 제2 및 제4 긴 가요성 부재들은 실질적으로 동일한 직경을 가질 수 있다. 제1, 제2, 제3, 및 제4 긴 가요성 부재들은 엔드 이펙터를 제1 피봇 지점을 중심으로 관절운동시키기 위해 선택적으로 작동되도록 구성될 수 있다.

다른 예로서, 엔드 이펙터는 제1 긴 가요성 부재와 작동가능하게 맞물리는 제1 풀리(pulley) 및 제2 긴 가요성 부재와 작동가능하게 맞물리는 제2 풀리를 포함하는 리스트에서 긴 샤프트에 결합될 수 있다. 제1 긴 가요성 부재는 제1 풀리의 평면에 대해 실질적으로 0의 각도로 제1 풀리에 접근하여 작동가능하게 맞물릴 수 있고, 제2 긴 가요성 부재는 제2 풀리의 평면에 대해 실질적으로 0의 각도로 제2 풀리에 접근하여 작동가능하게 맞물릴 수 있다.

또 다른 예로서, 제1 및 제2 긴 가요성 부재들 각각은 케이블, 와이어(wire), 및 꼬인 스트링(twisted string) 중 하나를 포함할 수 있다.

또 다른 예로서, 수술 도구는 긴 샤프트의 근위 단부에 결합되는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 제1 및 제2 긴 가요성 부재들의 이동을 제어하도록 구성되는 수술 로봇의 구동기(driver)에 결합되도록 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 긴 샤프트, 긴 샤프트에 결합되고 제1 및 제2 조오들을 갖는 엔드 이펙터, 및 엔드 이펙터와 긴 샤프트 사이에 형성되는 리스트를 포함하는 수술 도구가 제공된다. 리스트는 제1 및 제2 풀리들을 포함하고, 리스트는 긴 샤프트에 대한 엔드 이펙터의 관절운동을 허용하도록 구성된다. 수술 도구는 또한 제1 풀리 및 제1 조오와 작동가능하게 맞물리는 제1 긴 가요성 부재, 및 제2 풀리 및 제2 조오와 작동가능하게 맞물리는 제2 긴 가요성 부재를 포함한다. 제1 긴 가요성 부재의 이동은 엔드 이펙터의 이동을 유발하는 데 효과적이고, 제1 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 제1 풀리와 실질적으로 0의 플리트각(fleet angle)을 갖는다. 제2 긴 가요성 부재의 이동은 엔드 이펙터의 관절운동을 유발하는 데 효과적이고, 제2 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 제2 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖는다.

수술 도구는 임의의 수의 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 긴 가요성 부재들은 각각 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 엔드 이펙터의 길이방향 축에 대해 0이 아닌 각도로 엔드 이펙터로부터 제1 및 제2 긴 가요성 부재들의 각각의 관련 제1 및 제2 풀리들을 향해 근위방향으로 연장될 수 있다.

다른 예로서, 제1 조오는 제1 조오 내에 형성되는, 제1 긴 부재를 안착시키고 제1 긴 부재를 제1 조오로부터 근위방향으로 안내하는 제1 나선형 홈을 가질 수 있고, 제2 조오는 제2 조오 내에 형성되는, 제2 긴 부재를 안착시키고 제2 긴 부재를 제2 조오로부터 근위방향으로 안내하는 제2 나선형 홈을 가질 수 있다.

또 다른 예로서, 제1 풀리는 제1 풀리의 원주를 따라 형성되는, 제1 긴 가요성 부재를 내부에 안착시키는 제1 홈을 가질 수 있고, 제1 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터가 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 관절운동되는지 여부에 상관없이 제1 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 가질 수 있고, 제2 풀리는 제2 풀리의 원주를 따라 형성되는, 제2 긴 가요성 부재를 내부에 안착시키는 제2 홈을 가질 수 있고, 제2 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터가 긴 샤프트의 길이방향 축에 대해 관절운동되는지 여부에 상관없이 제2 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 가질 수 있다. 제1 및 제2 풀리들은 각각 긴 샤프트의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 평면을 한정하는 면을 가질 수 있다.

또 다른 예로서, 수술 도구는 제1 조오와 작동가능하게 맞물리는 제3 긴 가요성 부재, 및 제2 조오와 작동가능하게 맞물리는 제4 긴 가요성 부재를 포함할 수 있다. 제3 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 이동을 유발하는 데 효과적일 수 있고, 리스트는 제3 긴 가요성 부재와 작동가능하게 맞물리는 제3 풀리를 포함할 수 있고, 제3 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 제3 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 가질 수 있다. 제4 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 이동을 유발하는 데 효과적일 수 있고, 리스트는 제4 긴 가요성 부재와 작동가능하게 맞물리는 제4 풀리를 포함할 수 있고, 제4 긴 가요성 부재는 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 제4 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 가질 수 있다.

또 다른 예로서, 제1 및 제2 긴 가요성 부재들 각각은 케이블, 와이어, 및 꼬인 스트링 중 하나를 포함할 수 있다.

또 다른 예로서, 수술 도구는 긴 샤프트의 근위 단부에 결합되는 하우징을 포함할 수 있다. 하우징은 제1 및 제2 긴 가요성 부재들의 이동을 제어하도록 구성되는 수술 로봇의 구동기에 결합되도록 구성될 수 있다.

다른 태양에서, 일 실시예에서 수술 도구의 엔드 이펙터 내에 형성되는 제1 채널 내에 안착되는 제1 긴 가요성 부재의 이동을 유발하는 단계를 포함하는 수술 방법이 제공된다. 제1 긴 가요성 부재의 이동은 엔드 이펙터가 원위 단부에 엔드 이펙터를 갖는 긴 샤프트에 대해 이동하게 한다. 제1 채널은 나선형 경로를 따라 연장되고, 제1 긴 가요성 부재는 실질적으로 0의 플리트각으로 수술 도구의 제1 풀리와 작동가능하게 맞물리도록 제1 채널로부터 근위방향으로 연장된다.

수술 방법은 임의의 수의 방식으로 달라질 수 있다. 예를 들어, 방법은 또한 엔드 이펙터 내에 형성되는 제2 채널 내에 안착되는 제2 긴 가요성 부재의 이동을 유발하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 긴 가요성 부재의 이동은 엔드 이펙터가 긴 샤프트에 대해 이동하게 할 수 있다. 제2 채널은 나선형 경로를 따라 연장될 수 있고, 제2 긴 가요성 부재는 실질적으로 0의 플리트각으로 수술 도구의 제2 풀리와 작동가능하게 맞물리도록 제2 채널로부터 근위방향으로 연장될 수 있다.

다른 예로서, 제1 긴 가요성 부재는 제1 풀리의 원주를 따라 형성되는 제1 홈 내에 이동가능하게 안착될 수 있고, 제2 긴 가요성 부재는 제2 풀리의 원주를 따라 형성되는 제2 홈 내에 이동가능하게 안착될 수 있다. 제1 긴 가요성 부재의 이동은 제1 긴 가요성 부재가 긴 샤프트의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 제1 축을 따라 제1 홈 내에서 이동하게 할 수 있다. 제2 긴 가요성 부재의 이동은 제2 긴 가요성 부재가 긴 샤프트의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 제2 축을 따라 제2 홈 내에서 이동하게 할 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 리스트를 갖는 수술 도구의 일 실시예의 사시도.
도 4는 도 1의 수술 도구의 원위 부분의 부분적으로 투명한 측면도.
도 5는 도 1의 수술 도구의 원위 부분의 다른 측면도.
도 6은 도 1의 수술 도구의 제1 조오의 측면도.
도 7은 도 6의 제1 조오의 다른 측면도.
도 8은 도 6의 제1 조오의 단부도.
도 9는 도 1의 수술 도구의 제2 조오의 측면도.
도 10은 도 9의 제2 조오의 다른 측면도.
도 11은 도 9의 제2 조오의 단부도.
도 12는 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트가 생략된 도 1의 수술 도구의 원위 부분의 측면도.
도 13은 도 12의 수술 도구의 원위 부분의 다른 측면도.
도 14는 도 12의 수술 도구의 원위 부분의 또 다른 측면도.
도 15는 도 12의 수술 도구의 원위 부분의 또 다른 측면도.
도 16은 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트 및 엔드 이펙터가 생략된 도 1의 수술 도구의 일부분의 사시도.
도 17은 리스트를 갖는 그리고 수술 도구의 엔드 이펙터가 비관절운동되고 폐쇄 위치에 있는 수술 도구의 다른 실시예의 사시도.
도 18은 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트의 원위 부분이 생략된 도 17의 수술 도구의 원위 부분의 측면도.
도 19는 도 18의 수술 도구의 원위 부분의 다른 측면도.
도 20은 도 18의 수술 도구의 원위 부분의 또 다른 측면도.
도 21은 도 18의 수술 도구의 원위 부분의 또 다른 측면도.
도 22는 엔드 이펙터가 비관절운동되고 개방 위치에 있는 도 17의 수술 도구의 원위 부분의 사시도.
도 23은 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트의 원위 부분이 생략된 도 22의 수술 도구의 원위 부분의 측면도.
도 24는 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트의 원위 부분이 생략된, 엔드 이펙터가 1가지 자유도로 관절운동되고 폐쇄 위치에 있는 도 17의 수술 도구의 원위 부분의 사시도.
도 25는 도 24의 수술 도구의 원위 부분의 측면도.
도 26은 도 24의 수술 도구의 원위 부분의 다른 측면도.
도 27은 예시의 명확성을 위해 수술 도구의 샤프트의 원위 부분이 생략된, 엔드 이펙터가 2가지 자유도로 관절운동되고 폐쇄 위치에 있는 도 17의 수술 도구의 원위 부분의 사시도.
도 28은 도 27의 수술 도구의 원위 부분의 측면도.
도 29는 도 27의 수술 도구의 원위 부분의 다른 측면도.
도 30은 리스트를 갖는 그리고 수술 도구의 엔드 이펙터가 비관절운동되고 폐쇄 위치에 있는 수술 도구의 또 다른 실시예의 사시도.
도 31은 사용자에 의해 조작되도록 그리고 환자에게 수술 절차를 수행하는 동안에 사용되도록 구성되는 로봇 수술 시스템의 일 실시예의 개략도.
도 32는 환자에게 수술 절차를 수행하는 동안에 사용 중인 도 31의 로봇 수술 시스템의 일 실시예의 개략도.
도 33은 환자에게 수술 절차를 수행하는 동안에 사용 중인 도 32의 로봇 수술 시스템의 사시도.
도 34는 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.

본 명세서에 사용되는 용어는 본 발명을 제한하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 공간적으로 상대적인 용어, 예컨대 "상위", "하위", "밑", "아래", "하부", "위", "상부", "후방", "전방" 등은 도면에 예시된 바와 같이 다른 요소 또는 특징부에 대한 하나의 요소의 또는 특징부의 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 이들 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 위치 및 배향에 더하여 사용 또는 작동 시에 장치의 상이한 위치 및 배향을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징부에 대해 "하위" 또는 "아래"에 있는 것으로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징부에 대해 "상위" 또는 "위"에 있을 것이다. 마찬가지로, 다양한 축을 따른 그리고 그 주위로의 이동에 대한 설명은 다양한 특정 장치의 위치 및 배향을 포함한다. 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 언급된 특징부, 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재의 열거는 본 명세서에 기술된 하나 이상의 다른 특징부, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 군(group)의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 결합된 것으로 기술된 구성요소는 직접적으로 결합될 수 있거나, 그들은 하나 이상의 중간 구성요소를 통해 간접적으로 결합될 수 있다.

다양한 예시적인 수술 도구 리스트가 제공된다. 일반적으로, 수술 도구는 긴 샤프트 및 엔드 이펙터를 샤프트의 원위 단부에 결합시키는 리스트를 포함할 수 있다. 리스트는 샤프트에 대한 엔드 이펙터의 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 수술 도구는 샤프트에 대한 엔드 이펙터의 이동을 유발하기 위해 개별적으로 또는 긴 부재 중 2개 이상의 군으로서 이동하도록 구성되는 다수의 긴 부재(예컨대, 케이블, 와이어 등)를 포함할 수 있다. 엔드 이펙터의 이동은 관절운동 및 개방/폐쇄를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 엔드 이펙터는 관절운동하도록 그리고 개방/폐쇄되도록 구성되지만, 엔드 이펙터는 단지 관절운동하도록 또는 단지 개방/폐쇄되도록 구성될 수 있다. 관절운동은 일반적으로 엔드 이펙터가 샤프트와 실질적으로 길이방향으로 정렬되는 비관절운동된, 실질적으로 0의 각도 위치와, 엔드 이펙터가 샤프트에 대해 비스듬히 배향되는 관절운동된 위치 사이에서의 엔드 이펙터의 이동을 지칭한다. 당업자는 제조 공차 및 측정 장치의 정확도와 같은 임의의 수의 요인으로 인해 각도가 정확하게 0이 아닐 수 있지만 그럼에도 불구하고 실질적으로 0인 것으로 고려될 수 있는 것을 인식할 것이다. 개방/폐쇄는 일반적으로 엔드 이펙터의 대향하는 조오들이 개방되는 개방 위치와, 조오들이 폐쇄되는 폐쇄 위치 사이에서의 엔드 이펙터의 이동을 지칭한다.

수술 도구의 긴 부재 각각은 나선형 경로를 따라 연장되도록 구성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 긴 부재는 각각 엔드 이펙터의 길이방향 축으로부터 각도 편위되는 경로를 따라 연장될 수 있다. 긴 부재 각각은 그의 관련 나선형 경로로부터 관련 긴 부재의 원활한, 제어된 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있는 리스트에 있는 풀리까지 근위방향으로 연장될 수 있다. 나선형 경로는 엔드 이펙터가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터가 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 있는지 여부에 상관없이 긴 부재를 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리게 안내하도록 구성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 나선형 경로는 긴 부재와 그들 각각의 풀리 사이의 플리트각을 최소화시키도록 구성될 수 있다. 긴 부재 각각이 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리는 것, 예컨대 플리트각이 실질적으로 0인 것은 긴 부재와 그들 각각의 풀리 사이의 마찰을 최소화시켜, 긴 부재 상의 마모를 감소시키고 결과적으로 그들의 유효 작동 수명을 증가시키는 데 도움을 줄 수 있다.

도 1은 긴 샤프트(또한 본 명세서에서 "샤프트"로 지칭됨)(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 피봇함으로써 리스트(16)에서 샤프트(12)에 대해 이동하도록 구성된다. 하우징(18)은 엔드 이펙터(14)와 관련된 다양한 특징부의 작동(예컨대, 클램핑(clamping), 발사(firing), 회전, 관절운동, 에너지 전달 등 중 임의의 하나 이상)을 제어하도록 구성되는 다양한 구성요소를 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 도구(10)는 적어도 하나의 수술 기능을 수행하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 겸자(forceps), 그래스퍼(grasper), 니들 구동기(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(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. 이러한 예시된 실시예의 엔드 이펙터(14)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 구성되는 한 쌍의 대향하는 조오(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. 엔드 이펙터(14)는 다른 구성을 가질 수 있으며, 예컨대 한 쌍의 대향하는 커팅 조오(cutting jaw)를 포함하는 가위, 한 쌍의 대향하는 파지 조오(grasping jaw)를 포함하는 바브콕(babcock), 견인기(retractor) 등을 가질 수 있다.

리스트(16)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 수술 도구의 리스트의 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, 및 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 제15/200,283호에 기술된다. 일반적으로, 리스트(16)는 조오(20, 22)가 피봇가능하게 부착되는 피봇 조인트와 같은, 샤프트(12)에 대한 엔드 이펙터(14)의 이동을 허용하도록 구성되는 조인트를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 피봇 운동은 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, 피봇 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.

수술 도구(10)는 샤프트(12)에 대한 엔드 이펙터(14)의 이동을 달성하도록 구성되는 복수의 긴 부재(도 1에서는 보이지 않음)를 포함한다. 긴 부재는 도구 하우징(18)에 작동가능하게 결합되고, 샤프트(12)를 따라 연장되며, 리스트(16)를 통해 연장되고, 엔드 이펙터(14)와 작동가능하게 맞물린다. 예시적인 실시예에서, 긴 부재는 도구 하우징(18)으로부터 샤프트(12)를 따라 샤프트(12)의 내측 루멘 내에서 원위방향으로 연장된다. 긴 부재는 엔드 이펙터(14)(예컨대, 조오(20, 22) 중 하나 또는 둘 모두)가 샤프트(12)에 대해 이동(예컨대, 피봇)하게 하도록 선택적으로 작동될 수 있다. 긴 부재의 선택적인 작동은 긴 부재 중 임의의 하나 이상이 이동하여, 예컨대 길이방향으로 병진하여 엔드 이펙터(14) 이동을 유발하게 할 수 있다. 병진하는 긴 부재 중 하나 이상은 요구되는 이동에 의존하며, 예컨대 긴 부재 중 적절한 하나 이상이 길이방향으로 병진하여 엔드 이펙터(14)가 관절운동하게 하거나(예컨대, 조오(20, 22) 둘 모두가 동일한 방향으로 비스듬히 이동함), 엔드 이펙터(14)가 개방되게 하거나(예컨대, 조오(20, 22) 중 하나 또는 둘 모두가 조오(20, 22) 중 다른 하나로부터 멀어지게 이동함), 엔드 이펙터(14)가 폐쇄되게 한다(예컨대, 조오(20, 22) 중 하나 또는 둘 모두가 조오(20, 22) 중 다른 하나를 향해 이동함). 작동은 다양한 방식 중 임의의 것으로, 예를 들어 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이 도구 하우징(18)에 작동가능하게 결합되는 액추에이터(actuator)를 작동시킴으로써 달성될 수 있다. 일반적으로, 작동은 근위 방향으로 긴 부재 중 하나 이상에 장력을 인가하여 긴 부재 중 하나 이상이 병진하게 하여 엔드 이펙터(14)가 샤프트(12)에 대해 이동하게 한다. 바꾸어 말하면, 작동은 긴 부재 중 하나 이상을 근위방향으로 끌어당긴다. 조오(20, 22) 둘 모두가 이동하여 엔드 이펙터(14)를 개방 및 폐쇄시키도록 구성될 때에는, 긴 부재 중 적어도 하나가 하나의 조오(20)에 작동가능하게 결합되어 그러한 조오(20)를 이동시킬 수 있고, 가요성 부재 중 적어도 하나의 다른 하나가 다른 하나의 조오(22)에 작동가능하게 결합되어 그러한 조오(22)를 이동시킬 수 있다. 조오(20, 22) 중 하나만이 이동하여 엔드 이펙터(14)를 개방 및 폐쇄시키도록 구성될 때에는, 긴 부재 중 적어도 하나가 조오(20, 22) 중 그러한 하나에 작동가능하게 결합되어 조오(20, 22) 중 그러한 하나를 이동시킬 수 있다.

복수의 긴 부재는 다양한 구성을 가질 수 있으며, 예를 들어 케이블, 와이어, 또는 꼬인 스트링을 가질 수 있다. 긴 부재는 금속(예컨대, 텅스텐, 스테인리스 강 등)과 같은, 다양한 재료 중 임의의 것으로부터 제조될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 긴 부재는 각각 가요성이다. 수술 도구의 긴 부재의 예시적인 실시예가 이전에 언급된, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트"인 국제 특허 공개 WO 2014/151952호 및 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템"인 국제 특허 공개 WO 2014/151621호에 기술된다.

가요성 부재 중 하나 이상의 이동에 의해 유발되는 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 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 실질적으로 정렬되는(예컨대, 실질적으로 0의 각도에 있는) 것으로 고려될 수 있는 것을 인식할 것이다. 엔드 이펙터(14)는 도 1에 비관절운동된 위치로 도시된다.

도구(10)는 엔드 이펙터(14)의 근위에 위치되는 복수의 풀리(도 1에서는 보이지 않음)를 리스트(16)에 포함한다. 풀리 각각은 긴 가요성 부재 중 하나와 작동가능하게 맞물린다. 긴 가요성 부재 각각은 엔드 이펙터(14)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(14)가 개방 또는 폐쇄되는지 여부에 상관없이, 엔드 이펙터(14)로부터 엔드 이펙터의 길이방향 축(A1)에 대해 0이 아닌 각도로 근위방향으로 연장되어 실질적으로 0의 각도로 풀리 중 그의 관련 풀리에 접근하여 맞물린다. 바꾸어 말하면, 긴 가요성 부재와 그의 관련 풀리 사이의 플리트각이 엔드 이펙터(14)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(14)가 개방 또는 폐쇄되는지 여부에 상관없이 실질적으로 0일 수 있다. 그들 각각의 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖는 긴 가요성 부재는 긴 가요성 부재에 대한 마찰 및 그에 따른 응력을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있는데, 왜냐하면 그들이 2개의 맞물린 요소들 사이의 러빙(rubbing)을 감소시키는 일관된, 최적의 각도로 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리기 때문이다.

도구 하우징(18)은 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 도구 하우징(18)은 그 내부에 적어도 부분적으로 배치되는, 복수의 긴 부재의 이동을 유발하여 리스트(16)를 중심으로 하는 엔드 이펙터(14)의 이동을 유발하도록 구성되는 하나 이상의 작동 메커니즘을 포함할 수 있다. 하나 이상의 작동 메커니즘은 예를 들어 긴 부재의 병진을 유발하기 위해 이동되도록 구성되는 풀리(들)와 같은, 복수의 가요성 부재에 작동가능하게 결합되는 하나 이상의 이동 메커니즘을 포함할 수 있다. 도구 하우징(18)은 도구(10)를 로봇에 해제가능하게 부착하기 위해 로봇 수술 시스템(또한 본 명세서에서 "로봇" 또는 "수술 로봇"으로 지칭됨)에 해제가능하게 부착되도록 구성된다. 도구 하우징(18)은 당업자에 의해 인식될 바와 같이 다양한 방식 중 임의의 것으로, 예컨대 로봇에 클램핑하거나 로봇에 클립핑(clipping)하거나 로봇과 활주가능하게 정합함으로써 로봇에 해제가능하게 부착되도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 이동 메커니즘은 당업자에 의해 인식될 바와 같이 로봇에 의해, 예컨대 하나 이상의 이동 메커니즘에 작동가능하게 결합되는 도구 하우징(18)의 하나 이상의 입력부에 작동가능하게 결합되는 하나 이상의 모터를 포함하는 로봇에 의해 제어되도록 구성된다. 로봇은 사용자 입력을 수신할 수 있는 그리고 사용자 입력에 응답하여 모터(들)를 제어하여 긴 부재의 이동 및 결과적으로 엔드 이펙터(14)의 이동을 제어할 수 있는 컴퓨터 시스템을 포함한다.

도구 하우징(18)이 제거가능하게 그리고 교체가능하게 결합되도록 구성되는 도구 구동기는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 도 1의 수술 도구(10) 및 본 명세서에 기술된 수술 도구의 다른 실시예와 같은 수술 도구에 제거가능하게 그리고 교체가능하게 결합되도록 구성되는 도구 구동기의 예시적인 실시예가 이전에 언급된, 2016년 7월 1일자로 출원된, 발명의 명칭이 "수술 도구를 초기화시키기 위한 방법, 시스템, 및 장치"인 미국 특허 출원 제15/200,283호에 기술된다. 또한, 하나 이상의 작동 메커니즘을 포함하고 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 부착되도록 구성되는 수술 도구의 도구 하우징의 예시적인 실시예가 이전에 언급된, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트"인 국제 특허 공개 WO 2014/151952호 및 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템"인 국제 특허 공개 WO 2014/151621호에 기술된다. 로봇 수술 시스템의 예시적인 실시예가 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2013년 7월 15일자로 출원된, 발명의 명칭이 "원격조작식 수술 기구를 위한 환자측 외과의사 인터페이스(Patient-Side Surgeon Interface For A Teleoperated Surgical Instrument)"인 미국 특허 제8,831,782호와, 이전에 언급된, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트"인 국제 특허 공개 WO 2014/151952호 및 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템"인 국제 특허 공개 WO 2014/151621호에 기술된다.

다른 실시예에서, 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합되도록 구성되는 대신에, 도구 하우징(18)은 도구(10)의 사용 중에 사용자가 손에 들 수 있도록 구성될 수 있다. 이들 실시예의 도구 하우징(18)은 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 트리거(trigger), 레버(lever), 또는 가요성 긴 부재의 이동을 유발하기 위해 수동으로 또는 전자적으로 조작되도록 구성되는 다른 액추에이터를 포함할 수 있다.

도 3은 긴 샤프트(102), 한 쌍의 대향하는 조오(112, 114)를 포함하는 엔드 이펙터(104), 엔드 이펙터(104)를 샤프트(102)의 원위 단부에서 샤프트(102)에 결합시키는 리스트(106), 복수의 긴 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b), 리스트(206)에 있는 제1 복수의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)(도 4 참조), 및 리스트(106)에 있는 제2 복수의 풀리(120a, 120b, 122a, 122b)(도 4 참조)를 포함하는 수술 도구(100)의 예시적인 실시예를 예시한다. 도구(100)는 전반적으로 도 1의 도구(10)와 유사하게 구성되고 사용된다. 도 3은 비관절운동된 위치에 있는 엔드 이펙터(104)와 폐쇄된 조오(112, 114)를 도시한다. 도구(100)의 원위 부분만이 도 3에 도시된다. 도구(100)는 샤프트(102)의 근위 단부에 결합되는 도구 하우징(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 도구 하우징은 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 도구(100)의 이동을 제어하는 수술 로봇에 해제가능하게 그리고 교체가능하게 결합되도록 구성될 수 있거나, 도구 하우징은 손에 들 수 있도록 그리고 도구(100)의 이동을 제어하기 위해 수동으로 제어되도록 구성될 수 있다.

이러한 예시된 실시예에서, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 케이블의 형태이지만, 위에 언급된 바와 같이, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 다른 구성(예컨대, 와이어, 꼬인 스트링 등)을 가질 수 있다. 예시의 명확성을 위해 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)의 원위 부분만이 도면에 도시된다. 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 엔드 이펙터(104)로부터 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)의 이동을 용이하게 하도록 구성되는 도구 하우징까지 근위방향으로 연장된다. 샤프트(102)는 관통하여 연장되는, 그 내부에 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 수용하는 내측 루멘을 포함한다. 내측 루멘은 단일 내측 루멘일 수 있거나, 각각 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 중 하나를 수용하는 다수의 독립적인 루멘을 포함할 수 있다. 대안적으로, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 샤프트(102)를 따라 그의 외부에서, 예컨대 샤프트(102)의 외부 표면 내에 형성되는 길이방향 채널 내에서 연장될 수 있다.

도구(100)는 한 쌍이 조오(112, 114) 각각에 작동가능하게 결합되는 4개의 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 포함하지만, 다른 실시예에서는 다른 개수의 가요성 부재가 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 조오를 포함하지 않는 엔드 이펙터를 갖는 수술 도구는 엔드 이펙터의 관절운동을 유발하기 위해 이동되도록 구성되는 2개의 가요성 부재를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 도구(100)는 제1 피봇 축(P1)을 갖고, 조오(112, 114)가 제1 피봇 축을 중심으로 서로에 대해 피봇하여 엔드 이펙터(104)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 구성되고, 조오(112, 114)가 제1 피봇 축을 중심으로 함께 이동하여 엔드 이펙터(104)를 관절운동시키도록 구성된다. 제1 피봇 축(P1)은 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A3)에 실질적으로 수직하다. 당업자는 제조 공차 및 측정 장치의 정확도와 같은 임의의 수의 요인으로 인해 축이 서로 정확하게 수직하지 않을 수 있지만 그럼에도 불구하고 실질적으로 수직한 것으로 고려될 수 있는 것을 인식할 것이다. 도구(100)는 제1 피봇 축(P1)에서, 조오(112, 114) 각각에 대해 하나의 조인트씩, 2개의 조인트를 구비한다. 바꾸어 말하면, 제1 조오(112)는 2개의 조인트 중 하나에서 제1 피봇 축(P1)을 중심으로 피봇하도록 구성되고, 제2 조오(114)는 2개의 조인트 중 다른 하나에서 제1 피봇 축(P1)을 중심으로 피봇하도록 구성된다. 2개의 조인트를 구비하는 것은 조오(112, 114)가 각각 서로에 대해 이동하도록 허용한다. 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)의 작동은 제1 피봇 축(P1)에 있는 그의 관련 조인트에서의 제1 조오(112)의 이동을 그리고 제1 피봇 축(P1)에 있는 그의 관련 조인트에서의 제2 조오(114)의 이동을 유발하도록 구성된다. 예시적인 실시예에서, 조오(112, 114)는 그들 각각의 조인트에서 동시에 피봇하도록 구성된다. 바꾸어 말하면, 조오(112, 114)의 개방 중에, 조오(112, 114) 각각은 그의 관련 조인트에서 회전하고, 조오(112, 114)의 폐쇄 중에, 조오(112, 114) 각각은 그의 관련 조인트에서 회전한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 도구(100)는 리스트(106)에서 제2 피봇 축(P2)을 갖고, 엔드 이펙터(104)(예컨대, 조오(112, 114))가 제2 피봇 축을 중심으로 샤프트(102)에 대해 관절운동하도록 구성된다. 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)의 작동은 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 제2 피봇 축(P2)에서 리스트(106)의 이동을 유발하여, 엔드 이펙터(104)의 관절운동을 유발하도록 구성된다. 따라서, 엔드 이펙터(104)는 다수의 자유도로, 예컨대 제1 피봇 축(P1)을 중심으로 하는 관절운동에 의한 자유도 및 제2 피봇 축(P2)을 중심으로 하는 관절운동에 의한 다른 자유도로 관절운동하도록 구성된다. 이러한 예시된 실시예의 리스트(106)는 단일 평면 내에서 제2 피봇 축(P2)을 중심으로, 예컨대 피치 및 요 중 하나로 피봇하도록 구성된다. 이러한 예시된 실시예의 엔드 이펙터(104)는 상이한 단일 평면 내에서 제1 피봇 축(P1)을 중심으로, 예컨대 피치 및 요 중 다른 하나로 피봇하도록 구성된다.

도 4 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(104)는 그 내부에 형성되는, 각각 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 중 하나를 그 내부에 안착시키는 복수의 홈(126a, 126b, 128a, 128b)을 구비한다. 도 6 내지 도 8은 제1 조오(112)를 독립형 요소로서 예시하고, 도 9 내지 도 11은 제2 조오(114)를 독립형 요소로서 예시한다. 제1 조오(112)는 그 내부에 형성되는, 제1 및 제2 가요성 부재(108a, 108b)를 안착시키는 제1 쌍의 홈(126a, 126b)을 구비하고, 제2 조오(114)는 그 내부에 형성되는, 제3 및 제4 가요성 부재(110a, 110b)를 안착시키는 제2 쌍의 홈(128a, 128b)을 구비한다.

홈(126a, 126b, 128a, 128b) 각각은 나선형 경로를 한정한다. 이러한 경로는 각각의 홈이 나선 형상을 갖는다는 점에서 각각 나선형이다. 나선은 각각 제1 피봇 축(P1)을 중심으로 나선형으로 연장된다. 제1 피봇 축(P1)이 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A3)에 실질적으로 수직하기 때문에, 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(104)가 샤프트의 길이방향 축(A4)에 대해 0이 아닌 각도로 관절운동되는 경우, 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는 그러한 0이 아닌 각도에 상관없이, 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 그에 따라 각각 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)으로부터 각도 편위된다. 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)은 도 3에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(104)가 관절운동되지 않을 때 샤프트의 길이방향 축(A4)과 정렬되며, 따라서 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 엔드 이펙터(104)가 관절운동되지 않을 때 또한 각각 샤프트의 길이방향 축(A4)으로부터 각도 편위된다. 또한, 홈(126a, 126b, 128a, 128b) 각각은 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)에 실질적으로 수직하게 연장되는 그들의 나선 형상으로 인해 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)에 평행한 단일 길이방향 평면 내에 있지 않다. 도 6은 각각 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)으로부터 0이 아닌 각도로 편위된 제1 홈(126a)의 각도(G1) 및 제2 홈(126b)의 각도(G2)를 도시한다. 각도(G1, G2)는 서로 실질적으로 동일하다. 유사하게, 도 9는 각각 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)으로부터 0이 아닌 각도로 편위된 제3 홈(128a)의 각도(G3) 및 제4 홈(128b)의 각도(G4)를 도시한다. 각도(G3, G4)는 서로 실질적으로 동일하다.

도 4, 도 5, 및 도 12 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각은 엔드 이펙터(104)로부터 그의 각각의 홈(126a, 126b, 128a, 128b)의 나선형 경로를 따라 리스트(106) 및 샤프트(102)까지 근위방향으로 연장된다. 바꾸어 말하면, 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 홈(126a, 126b, 128a, 128b)의 나선 형상에 의해 한정되는 나선형 경로를 따라 엔드 이펙터(104)로부터 멀어지게 안내한다. 따라서, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 각각 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(104)가 샤프트의 길이방향 축(A4)에 대해 0이 아닌 각도로 관절운동되는 경우, 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는 그러한 0이 아닌 각도에 상관없이, 엔드 이펙터의 길이방향 축(A3)으로부터 각도 편위되는 경로를 따라 엔드 이펙터(104)로부터 근위방향으로 연장된다.

예시적인 실시예에서, 제1 조오(112) 내에 형성되는 2개의 홈(126a, 126b)은 서로 상이한 직경을 갖고, 그 내부에 안착되는 가요성 부재(108a, 108b)는 서로 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 가요성 부재(108a, 108b)는 다양한 직경 중 임의의 것, 예를 들어 0.019 mm의 직경을 가질 수 있다. 제1 조오의 홈(126a, 126b)의 상이한 직경은 제1 및 제2 홈(126a, 126b) 내에 각각 안착되는 제1 및 제2 가요성 부재(108a, 108b)가 상이한 하중 또는 장력을 겪을 수 있음을 반영할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 홈(126a, 126b) 각각의 직경은 그 내부에 안착되는 가요성 부재(108a, 108b) 각각의 직경과 거의 동일하며, 이는 가요성 부재(108a, 108b)의 그들 각각의 홈(126a, 126b) 내에서의 측방향 이동을 제한함으로써 마찰을 감소시키는 데 도움을 줄 수 있다. 당업자는 제조 공차 및 측정 장치의 정확도와 같은 임의의 수의 요인으로 인해 직경이 정확하게 동일하지 않을 수 있지만 그럼에도 불구하고 거의 동일한 것으로 고려될 수 있는 것을 인식할 것이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제1 가요성 부재(108a)를 그 내부에 안착시키는 제1 조오의 제1 홈(126a)은 제2 가요성 부재(108b)를 그 내부에 안착시키는 제1 조오의 제2 홈(126b)의 직경(R4)보다 작은 직경(R3)을 갖는다. 제2 가요성 부재(108b)는 전형적으로 엔드 이펙터(104)를 폐쇄시킬 때 그리고/또는 엔드 이펙터(104)가 그의 조오들(112, 114) 사이에서 조직 및/또는 다른 물질을 클램핑하고 있을 때 제1 가요성 부재(108a)보다 큰 하중 또는 장력을 겪는데, 왜냐하면 제2 가요성 부재(108b)가 제1 조오(112)를 제2 조오(114)를 향해 끌어당기도록 작용하고 있고 조오들(112, 114) 사이에 있는 조직 및/또는 다른 물질을 견고하게 클램핑하기에 충분한 힘을 제공하여야 하기 때문이다. 도 12는 이러한 배열을 보여주며, 여기서 제2 가요성 부재(108b)는 제1 및 제2 조오(112, 114)에 대한 그의 위치에 의해, 전형적으로 제1 조오(112)를 제2 조오(114)를 향해 가압시키기 위해 제1 가요성 부재(108a)가 겪는 장력보다 큰 장력으로 근위 방향으로 끌어당겨진다.

제1 조오의 홈(126a, 126b)과 유사하게, 예시적인 실시예에서, 제2 조오(114) 내에 형성되는 2개의 홈(128a, 128b)은 서로 상이한 직경을 갖고, 그 내부에 안착되는 가요성 부재(110a, 110b)는 서로 실질적으로 동일한 직경을 갖는다. 도 10에 도시된 바와 같이, 제3 가요성 부재(110a)를 그 내부에 안착시키는 제2 조오의 제1 홈(128a)은 제4 가요성 부재(110b)를 그 내부에 안착시키는 제2 조오의 제2 홈(128b)의 직경(R6)보다 큰 직경(R5)을 갖는다. 도 4 및 도 13이 보여주는 바와 같이, 제3 가요성 부재(110a)는 전형적으로 엔드 이펙터(104)를 폐쇄시킬 때 그리고/또는 엔드 이펙터(104)가 그의 조오들(112, 114) 사이에서 조직 및/또는 다른 물질을 클램핑하고 있을 때 제4 가요성 부재(110b)보다 큰 하중 또는 장력을 겪는데, 왜냐하면 제3 가요성 부재(110a)가 제2 조오(114)를 제1 조오(112)를 향해 끌어당기도록 작용하고 있고 조오들(112, 114) 사이에 있는 조직 및/또는 다른 물질을 견고하게 클램핑하기에 충분한 힘을 제공하여야 하기 때문이다. 다른 예시적인 실시예에서, 수술 도구의 엔드 이펙터 내에 형성되고 긴 가요성 부재를 내부에 안착시키도록 구성되는 홈은 각각 동일한 직경을 가질 수 있다.

가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각을 나선형 경로를 따라 안내하는 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)가 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 접근하여 맞물리도록 허용한다. 따라서, 이러한 실질적으로 0의 각도의 접근 및 맞물림은 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(104)가 샤프트의 길이방향 축(A2)에 대해 0이 아닌 각도로 관절운동되는 경우, 엔드 이펙터(104)가 관절운동되는 그러한 0이 아닌 각도에 상관없이 달성될 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 플리트각이 실질적으로 0이도록 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 접근하여 맞물리는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)와 그들 각각의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b) 사이의 마찰을 최소화시켜, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 상의 마모를 감소시키고 그에 따라 그들의 유효 작동 수명을 증가시키는 데 도움을 줄 수 있다. 제2 가요성 부재(108b)를 안착시키는 제2 홈(126b)의 보다 큰 직경(R4)과 제3 가요성 부재(110a)를 안착시키는 제3 홈(128a)의 보다 큰 직경(R5)은 제2 및 제3 가요성 부재(108b, 110a)의 그들 각각의 홈(116b, 118a) 내에서의 측방향 이동을 허용하여, 예컨대 엔드 이펙터(104)가 그의 최대의 0이 아닌 비스듬한 위치까지의 그리고 그것을 포함하는 임의의 각도 위치에 있을 때, 엔드 이펙터의 관절운동의 전체 범위 전체에 걸쳐 제2 및 제3 가요성 부재(108b, 110a)와 그들의 관련 풀리(116b, 118a) 사이의 실질적으로 0의 플리트각을 유지시키는 데 도움을 줄 수 있다.

케이블로서의 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 전형적으로, 각각 그들의 관련 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 대한 마찰로 인해 개별적으로 마모되고/되거나 파손되고 그에 따라 가요성 부재 상의 전체 마모의 원인이 될 수 있는 다수의 개별 필라멘트(filament)로 형성된다. 실질적으로 0의 플리트각을 유지시킴으로써, 보다 적은 필라멘트가 마모되고/되거나 파손되어, 전체 가요성 부재 수명을 개선할 것이다.

풀리(116a, 116b, 118a, 118b) 각각은 그의 원주 주위로 연장되는, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 중 그의 관련 가요성 부재를 그 내부에 이동가능하게 안착시키도록 구성되는 채널을 구비한다. 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 엔드 이펙터(104) 개방, 폐쇄, 또는 관절운동을 유발하도록 이동될 때 그들 각각의 풀리 채널 내에서 이동하도록 구성된다. 풀리(116a, 116b, 118a, 118b) 각각의 면은 샤프트(102)의 길이방향 축(A4), 및 엔드 이펙터(104)가 관절운동되지 않을 때, 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A3)과 실질적으로 정렬되는 평면을 한정한다. 따라서, 채널은 각각 샤프트(102)의 길이방향 축(A4), 및 엔드 이펙터(104)가 관절운동되지 않을 때, 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A3)과 실질적으로 정렬된다. 따라서, 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 서로 얽힘이 없이 샤프트(102)를 따라 하우징까지 연장될 수 있다.

풀리(116a, 116b, 118a, 118b) 각각은 적어도 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 안착시키는 그의 채널 상에 표면 마감재(surface finish)를 구비하여, 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)의 마찰 계수를 감소시켜, 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)와 그들의 관련 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 사이의 마찰을 추가로 감소시킬 수 있다.

가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 제1 복수의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b) 중 그들 각각의 풀리로부터 제2 복수의 풀리(120a, 120b, 122a, 122b) 중 각각의 풀리까지 선형으로 그리고 근위방향으로 연장된다. 제2 복수의 풀리(120a, 120b, 122a, 122b)는 예컨대 그의 면과 채널이 샤프트(102)에 대해 유사하게 정렬된 상태로 제1 복수의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)와 유사하게 배향된다. 따라서, 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 실질적으로 0의 각도로 제2 복수의 풀리(120a, 120b, 122a, 122b) 중 그들 각각의 풀리로 유사하게 안내하도록 구성된다.

가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각의 원위 단부는 그들이 작동가능하게 결합되는 조오(112, 114)에 대해 고정된 위치에 있다. 도 4, 도 5, 및 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 제1 조오(112)는 그에 결합되는 제1 이중 배럴 요소(double barrel element)(130)를 구비하며, 이러한 이중 배럴 요소는 제1 및 제2 가요성 부재(108a, 108b)의 원위 단부를, 이러한 원위 단부를 제1 이중 배럴 요소(130) 내의 각각의 구멍 내에 크림핑(crimping)함으로써 제1 조오(112)에 대해 고정된 위치로 유지시킨다. 유사하게, 제2 조오(114)는 그에 결합되는 제2 이중 배럴 요소(132)를 구비하며, 이러한 이중 배럴 요소는 제3 및 제4 가요성 부재(110a, 110b)의 원위 단부를, 이러한 원위 단부를 제2 이중 배럴 요소(132) 내의 각각의 구멍 내에 크림핑함으로써 제2 조오(114)에 대해 고정된 위치로 유지시킨다. 이중 배럴 요소(130, 132)가 가요성 부재의 원위 단부를 크림핑하지만, 가요성 부재의 원위 단부는 다른 방식으로, 예컨대 접착제, 용접 등을 사용함으로써 그에 고정될 수 있다. 또한, 이중 배럴 요소(130, 132)가 사용될 필요가 없고, 가요성 부재의 원위 단부가 다른 방식으로, 예컨대 접착제를 사용하여 원위 단부를 조오(112, 114)에 직접 부착하거나 원위 단부를 조오(112, 114)에 직접 용접하거나 기타 등등에 의해 그들 각각의 조오(112, 114)에 대해 고정될 수 있다.

가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 안내하는 홈(126a, 126b, 128a, 128b)과 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 안착시키는 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)는 각각 리스트(106)에서의 기계적 확대율(mechanical advantage)을 최대화시키는 데 도움을 줄 수 있다. 일반적으로, 리스트(106)에서의 기계적 확대율을 최대화시키는 것은 엔드 이펙터(104)(예컨대, 그의 조오(112, 114))가 예컨대 조직 및/또는 다른 물질이 엔드 이펙터(104)의 외부 표면에 대해 가압함으로써 그의 외부에 인가되는 외부 하중을 견디면서 엔드 이펙터(104)(예컨대, 그의 조오(112, 114))가 조오들(112, 114) 사이의 조직 및/또는 다른 물질에 충분한 양의 파지력 또는 압축력을 인가하는 데 도움을 줄 수 있다. 파지력 또는 압축력 및 외부 하중 양이 달라질 수 있지만, 일례에서, 파지력 또는 압축력은 약 4 파운드일 수 있고, 외부 하중은 약 2 파운드일 수 있다.

도 4 및 도 5에 관하여 아래에서 논의되는 바와 같이, 4가지 파라미터가 리스트(106)에서의 기계적 확대율에 영향을 미칠 수 있다. 제1 파라미터는 엔드 이펙터(104)의 원위 팁(124)과 제1 피봇 축(P1) 사이에서 연장되는 제1 거리(D1)이다. 제1 거리(D1)를 최소화시키는 것이 기계적 확대율을 개선하며, 예컨대 보다 작은 제1 거리(D1)는 보다 큰 곡률 반경에 의한 것보다 달성하는 데 더 적은 힘을 필요로 하는, 조오(112, 114)의 피봇 운동에 대한 보다 작은 곡률 반경에 대응한다. 엔드 이펙터(104)는 조직과 효과적으로 맞물리기에 그리고 수술 절차에서의 사용 중에 가시적이기에 충분한 길이를 가져야 하며, 따라서 거리(D1)는 0일 수 없고, 이들 제약을 고려할 때 기계적 확대율 목적을 위해 최적화시키기 어려운 파라미터일 수 있다.

제2 파라미터는 제1 피봇 축(P1)과 제2 피봇 축(P2) 사이에서 연장되는 제2 거리(D2)이다. 제2 거리(D2)를 최소화시키는 것이 기계적 확대율을 개선하며, 예컨대 보다 작은 제2 거리(D2)는 보다 큰 곡률 반경에 의한 것보다 달성하는 데 더 적은 힘을 필요로 하는, 엔드 이펙터(104)의 관절 운동에 대한 보다 작은 곡률 반경에 대응한다. 2개의 피봇 축(P1, P2)은 그들 사이의 거리를 가지며, 그렇지 않으면 그들은 동축이어서 2개의 피봇 축 대신에 단지 하나의 피봇 축만을 생성할 것이므로, 거리(D2)는 0일 수 없고, 이들 제약을 고려할 때 기계적 확대율 목적을 위해 최적화시키기 어려운 파라미터일 수 있다.

제3 파라미터는 엔드 이펙터(104)와 직접 접촉하는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각의 길이이다. 이들 길이를 최대화시키는 것이 기계적 확대율을 개선하며, 예컨대 엔드 이펙터(104)를 이동시키는 데 필요한 힘이 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 중 더욱 많은 가요성 부재를 따라 분배될 수 있다. 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)는 엔드 이펙터(104)와 직접 접촉하는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각의 길이가 그들 각각의 홈(126a, 126b, 128a, 128b) 내에 안착되는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각의 길이에 대응하도록 그들 각각의 홈(126a, 126b, 128a, 128b) 내에서 엔드 이펙터(104)와 집적 접촉한다. 나선형인 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 가요성 부재를 안착시키는 비-나선형 홈에 비해, 엔드 이펙터(104)와 직접 접촉하는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b) 각각의 길이를 증가시켜, 기계적 확대율을 개선할 수 있다. 또한, 홈(126a, 126b, 128a, 128b)의 나선 형상은 직경을 한정한다. 따라서, 제3 파라미터는 또한 홈(126a, 126b, 128a, 128b)에 의해 한정되는 직경으로 표현될 수 있다. 따라서, 이들 직경을 최대화시키는 것이 기계적 확대율을 개선한다. 예로서, 도 4는 제3 가요성 부재(110a)를 그 내부에 안착시키는 제3 홈(128a)에 의해 한정되는 직경(R1) 및 제4 가요성 부재(110b)를 그 내부에 안착시키는 제4 홈(128b)에 의해 한정되는 직경(R2)을 도시한다.

제4 파라미터는 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)가 그들 각각의 홈(126a, 126b, 128a, 128b)으로부터 엔드 이펙터(104)로부터 근위방향으로 연장됨에 따라 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)가 각각 접근하여 맞물리는 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)의 직경이다. 이들 풀리 직경을 최대화시키는 것이 기계적 확대율을 개선하며, 예컨대 엔드 이펙터(104)를 이동시키는 데 필요한 힘이 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)의 보다 긴 길이를 따라 분배될 수 있다. 나선형인 홈(126a, 126b, 128a, 128b)은 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)가 엔드 이펙터의 관절운동 범위를 통해 실질적으로 0의 각도로 그들 각각의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 접근하여 맞물리도록 허용할 수 있으며, 이는 보다 큰 크기의 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)를 허용할 수 있는데, 왜냐하면 가요성 부재(108a, 108b, 110a, 110b)를 위한 여유 공간(clearance room)이 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 인접하게 존재할 필요가 없기 때문이다. 바꾸어 말하면, 0이 아닌 플리트각이 풀리(116a, 116b, 118a, 118b)에 의해 수용될 필요가 없다.

도 17은 긴 샤프트(202), 한 쌍의 대향하는 조오(212, 214)를 포함하는 엔드 이펙터(204), 엔드 이펙터(204)를 샤프트(202)의 원위 단부에서 샤프트(202)에 결합시키는 리스트(206), 복수의 긴 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b), 제1 및 제2 이중 배럴 부재(230, 232), 리스트(206)에 있는 제1 복수의 풀리(216a, 216b, 218a, 218b)(도 18 내지 도 21 참조), 및 리스트(206)에 있는 제2 복수의 풀리(220a, 220b, 222a, 222b)(도 18 내지 도 21 참조)를 포함하는 수술 도구(200)의 다른 예시적인 실시예를 예시한다. 도구(200)는 전반적으로 도 3의 도구(100)와 유사하게 구성되고 사용된다. 도구(200)는 샤프트(202)의 근위 단부에 결합되는 도구 하우징(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 도구(200)는 제1 피봇 축(P3)을 갖고, 조오(212, 214)가 제1 피봇 축을 중심으로 서로에 대해 피봇하여 엔드 이펙터(204)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 구성되고, 조오(212, 214)가 제1 피봇 축을 중심으로 함께 이동하여 엔드 이펙터(204)를 관절운동시키도록 구성된다. 도구(200)는 또한 리스트(206)에서 제2 피봇 축(P4)을 갖고, 엔드 이펙터(204)(예컨대, 조오(212, 214))가 제2 피봇 축을 중심으로 샤프트(202)에 대해 관절운동하도록 구성된다.

이러한 예시된 실시예에서, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)는 케이블의 형태이지만, 위에 언급된 바와 같이, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)는 다른 구성을 가질 수 있다. 예시의 명확성을 위해 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)의 원위 부분만이 도면에 도시된다.

도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 엔드 이펙터(204)는 그 내부에 형성되는, 각각 나선형 경로를 한정하고 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b) 중 하나를 그 내부에 안착시키는 복수의 홈(226a, 226b, 228a, 228b)을 구비한다. 홈(226a, 226b, 228a, 228b)은 엔드 이펙터(204)가 관절운동되는지 여부에 상관없이 그리고 엔드 이펙터(204)가 샤프트의 길이방향 축에 대해 0이 아닌 각도로 관절운동되는 경우, 엔드 이펙터(204)가 관절운동되는 그러한 0이 아닌 각도에 상관없이, 그들 각각의 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)를 실질적으로 0의 플리트각으로 풀리(216a, 216b, 218a, 218b) 중 각각의 풀리로 안내하도록 구성된다. 이러한 예시된 실시예에서, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)는 제1 복수의 풀리(216a, 216b, 218a, 218b) 중 그들 각각의 풀리에서 구부러져 엔드 이펙터(204)의 반대측으로 만곡되어, 제1 복수의 풀리(216a, 216b, 218a, 218b)의 근위에 위치되는 제2 복수의 풀리(220a, 220b, 222a, 222b) 중 하나와 맞물린다. 도구(200)의 반대측으로의 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)의 구부러짐은 엔드 이펙터(204)가 관절운동될 때 제2 복수의 풀리(220a, 220b, 222a, 222b)에의 가요성 부재의 실질적으로 0의 각도의 접근 및 그것과의 맞물림을 유지시키는 데 도움을 줄 수 있다.

도 18 내지 도 21은 관절운동되지 않은 그리고 폐쇄 위치에 있는 엔드 이펙터(204)를 예시하며, 예컨대 이때 조오(212, 214)는 함께 폐쇄된다. 도 22 및 도 23은 관절운동되지 않은 그리고 개방 위치에 있는 엔드 이펙터(204)를 예시하며, 예컨대 이때 조오(212, 214)는 서로 이격된다. 도 22 및 도 23은 조오(212, 214)가 개방된 상태에서, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)가 실질적으로 0의 각도로 풀리(216a, 216b, 218a, 218b, 220a, 220b, 222a, 222b) 중 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리는 것을 도시한다. 도 24 내지 도 26은 폐쇄 위치에 있는 그리고 1가지 자유도로 관절운동된 엔드 이펙터(204)를 예시한다. 엔드 이펙터(204)는 제2 피봇 축(P4)을 중심으로 관절운동되고(예컨대, 피치 이동), 제3 피봇 축(P3)을 중심으로는 관절운동되지 않는다(예컨대, 요 이동은 없음). 도 24 내지 도 26은 조오(212, 214)가 1가지 자유도로 관절운동된 상태에서, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)가 실질적으로 0의 각도로 풀리(216a, 216b, 218a, 218b, 220a, 220b, 222a, 222b) 중 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리는 것을 도시한다. 1가지 자유도로 관절운동되고 개방 위치에 있는 엔드 이펙터(204)는 유사한 가요성 부재 접근 및 맞물림을 생성할 것이다. 도 27 내지 도 29는 폐쇄 위치에 있는 그리고 2가지 자유도로 관절운동된 엔드 이펙터(204)를 예시한다. 엔드 이펙터(204)는 제2 피봇 축(P4)을 중심으로(예컨대, 피치 이동) 그리고 제1 피봇 축(P3)을 중심으로(예컨대, 요 이동) 관절운동된다. 도 27 내지 도 29는 조오(212, 214)가 2가지 자유도로 관절운동된 상태에서, 가요성 부재(208a, 208b, 210a, 210b)가 실질적으로 0의 각도로 풀리(216a, 216b, 218a, 218b, 220a, 220b, 222a, 222b) 중 그들 각각의 풀리에 접근하여 맞물리는 것을 도시한다. 이렇게 관절운동되고 개방 위치에 있는 엔드 이펙터(204)는 유사한 가요성 부재 접근 및 맞물림을 생성할 것이다.

도 30은 긴 샤프트(502), 한 쌍의 대향하는 조오(512, 514)를 포함하는 엔드 이펙터(504), 엔드 이펙터(504)를 샤프트(502)의 원위 단부에서 샤프트(502)에 결합시키는 리스트(506), 복수의 긴 가요성 부재(508a, 508b, 510a)(제4 긴 가요성 부재가 도 30에서는 보이지 않음), 제1 및 제2 이중 배럴 부재(530, 532), 리스트(506)에 있는 제1 복수의 풀리(516a, 516b)(제1 복수의 풀리 중 2개 이상이 도 30에서는 보이지 않음), 및 리스트(506)에 있는 제2 복수의 풀리(520a, 520b)(제2 복수의 풀리 중 2개 이상이 도 30에서는 보이지 않음)를 포함하는 수술 도구(500)의 또 다른 예시적인 실시예를 예시한다. 도구(500)는 전반적으로 도 3의 도구(100)와 유사하게 구성되고 사용된다. 도구(500)는 샤프트(502)의 근위 단부에 결합되는 도구 하우징(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 도구(500)는 제1 피봇 축(P5)에서, 조오(512, 514) 각각에 대해 하나의 조인트씩, 2개의 조인트를 구비한다. 이러한 예시된 실시예에서, 조오(512, 514)에 결합되는 커플링 부재(518)가 조인트 각각까지 연장되며, 이는 제1 피봇 축(P1)에 있는 조인트까지 연장되지 않는 도 3 및 도 5의 도구(100)의 커플링 부재(134)와 같은, 그것을 중심으로 조오가 서로에 대해 피봇하도록 구성되는 피봇 축에 있는 조인트까지 연장되지 않는 커플링 부재와 대조를 이룬다. 조인트까지 연장되는 커플링 부재(518)는 조오 이동의 안정성을 제공하는 데 도움을 줄 수 있고/있거나 전체 엔드 이펙터(504) 안정성을 개선할 수 있다.

도 31 및 도 32는 환자(P)에 대한 수술 절차의 수행을 용이하게 하도록 구성되고 본 명세서에 개시된 수술 도구의 실시예 중 임의의 것에 해제가능하게 결합될 로봇 수술 시스템(406)의 일 실시예를 예시한다. 로봇 수술 시스템(406)은 전기기계 아암(electromechanical arm) 형태의 아암(400)을 포함한다. 전기기계 아암(400)은 전자 입력에 응답하여 이동하도록 구성되는 하나 이상의 기계적 부재(402)를 포함한다. 아암을 형성할 수 있는 기계적 부재의 예는 긴 샤프트, 수술 기구를 아암에 제거가능하게 그리고 교체가능하게 결합시키도록 구성되는 커플링 메커니즘(예컨대, 클립, 자석, 스냅 끼워맞춤 메커니즘(snap fit mechanism), 기구를 억지 끼워맞춤 또는 압입 끼워맞춤에 의해 그 내부에 안착시키도록 구성되는 형상화된 부재, 클램프, 수술 기구 내에 형성된 대응하는 함몰부(depression) 내에 안착되도록 구성되는 돌출부, 수술 기구로부터 연장되는 대응하는 돌출부를 그 내부에 수용하도록 구성되는 함몰부 등), 및 조인트(예컨대, 힌지, 짐벌(gimbal) 등)를 포함한다. 아암(400)은 또한 인접 기계적 부재들(402) 사이의 복수의 조인트, 및 본 명세서에 개시된 수술 도구 중 하나를 포함할 수 있는 수술 기구(I)에 제거가능하게 그리고 교체가능하게 결합되도록 구성되는 커플링 메커니즘(404)을 포함한다. 아암(400)은 이러한 예시된 실시예에서 5개의 기계적 부재(402) 및 4개의 조인트를 포함하지만, 아암은 임의의 개수의 기계적 부재 및 관련 조인트를 구비할 수 있다.

도 33은 사용 중인 시스템(406)의 일 실시예를 도시한다. 시스템(406)은 사용자(U)에게 그 상에 정보를 표시하도록 구성되는 적어도 하나의 디스플레이(410)를 포함하는 사용자 인터페이스 서브-시스템(408), 아암(400)의 이동을 제어하기 위한 그에의 사용자 입력을 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 사용자 입력 장치(412), 시스템(406)을 사용하여 수행되고 있는 수술 절차의 이미지(들)를 그 상에 표시하도록 구성되는 적어도 하나의 디스플레이(416)를 포함하는 시각화 시스템(414), 아암(400)의 이동을 제어하기 위한 그에의 사용자 입력을 수신하도록 구성되고 사용자(U)에 의해 자유로이 이동되도록(예컨대, 손에 들 수 있고 수술실 등 내의 또는 그 부근의 임의의 공간 주위로 이동되도록) 구성되는 자유 이동가능 사용자 입력 장치(418)(이러한 예시된 실시예에서는 집게(pinchers)로 도시됨), 아암(400)과 유사하게 구성되고 사용되는 추가의 아암(422), 및 사용자 입력 장치(412, 418)에의 사용자 입력, 예컨대 사용자 입력 장치의 수동 이동, 터치 스크린의 터치에 의해 지시되는 이동 등을 적절히 아암(400, 422) 중 하나 또는 둘 모두로 전달함으로써 아암(400, 422)의 제어를 용이하게 하도록 구성되는 제어 시스템(426)을 포함한다. 이러한 예시된 실시예의 시스템(406)은 2개의 아암(400, 422)을 포함하지만, 그것은 다른 개수의 아암, 예컨대 3개, 4개 등의 아암을 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 서브-시스템(408)의 적어도 하나의 디스플레이(410)는 사용자 입력 장치로서, 예컨대 그 상에의 사용자 터치 입력을 수신하도록 구성되는 터치 스크린으로서 구성될 수 있다. 사용자 인터페이스 서브-시스템(408)은 환자(P)와 동일한 공간 내에 있을 수 있거나, 그것은 상이한 공간 내에 있을 수 있다.

제어 시스템(426)은 적어도 하나의 컴퓨터 시스템(428), 하나 이상의 케이블(432), 및 적어도 하나의 전원 장치(430)를 포함한다. 컴퓨터 시스템(428)은 적어도 하나의 프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 제어 시스템의 적어도 일부 실시예는 적어도 부분적으로 무선일 수 있으며, 이러한 경우에 케이블(432) 중 적어도 일부는 존재할 필요가 없다. 로봇 수술 시스템(406)은 케이블(432) 중 하나를 통해 컴퓨터 시스템(428)에 결합되는 적어도 하나의 풋 페달(foot pedal)(434)을 포함하며, 이는 풋 페달(434)이 사용자 입력 장치의 역할을 하도록 허용할 수 있다. 로봇 수술 시스템(406)은 재봉기(sewing machine)의 무릎 제어부(knee control)와 유사한, 케이블(432) 중 하나를 통해 컴퓨터(428)에 결합되는 적어도 하나의 무릎 제어부(도시되지 않음)를 포함할 수 있으며, 이는 무릎 제어부가 사용자 입력 장치의 역할을 하도록 허용할 수 있다.

로봇 수술 시스템(406)은 아암(400, 422) 각각에 대한 프레임(424)을 포함한다. 이러한 예시된 실시예의 프레임(424)은 각각 수술 테이블(426)에 장착되지만, 프레임(424)은 다른 곳에 장착될 수 있다. 이러한 예시된 실시예의 프레임(424)은 테이블(426)에 장착된 레일(rail)에 이동가능하게 결합되는 수직 연장부를 포함한다. 수직 연장부는 레일을 따라 이동하도록 구성되어, 환자(P)에 대한 아암(400, 422)의 위치설정을 용이하게 한다.

하나 이상의 수동 작동식 수술 기구(420), 예컨대 로봇 수술 시스템(406)의 제어를 받지 않는 기구가 또한 환자(P)에게 수행되고 있는 수술 절차를 수행하기 위해 사용되고 있다. 다른 실시예에서는, 수동 기구(420)가 사용되지 않는다.

로봇 수술 시스템(406)의 태양은 이전에 언급된, 2014년 3월 13일자로 출원된, 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템"인, 국제 특허 공개 WO 2014/151621호에 추가로 기술된다.

본 명세서에 개시된 시스템, 장치, 및 방법은 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 입력 장치, 예컨대 마우스, 트랙볼, 핸드 트랙커(hand tracker), 제스처 인식 장치(gesture recognition device)(예컨대, 키넥트(Kinect)) 등을 갖는 컴퓨터 시스템 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 34는 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 포함할 수 있다. "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, 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 값은 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 34에 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)을 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 컴포넌트를 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.

본 명세서에 개시된 장치는 또한 일회 사용 후 폐기되도록 설계될 수 있거나, 그들은 여러 번 사용되도록 설계될 수 있다. 그러나, 어느 경우에서도, 장치는 적어도 일회 사용 후에 재사용을 위해 원상회복될 수 있다. 원상회복은 장치의 분해 단계에 이은 특정 피스의 세정 또는 교체 단계와 후속 재조립 단계의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특히, 장치는 분해될 수 있고, 장치의 임의의 개수의 특정 피스 또는 부품이 임의의 조합으로 선택적으로 교체되거나 제거될 수 있다. 특정 부품의 세정 및/또는 교체 시에, 장치는 원상회복 시설에서 또는 수술 절차 직전에 수술 팀에 의해 후속 사용을 위해 재조립될 수 있다. 당업자는 장치의 원상회복이 분해, 세정/교체 및 재조립을 위한 다양한 기술을 이용할 수 있는 것을 인식할 것이다. 그러한 기술의 사용, 및 결과적인 원상회복된 장치는 모두 본 출원의 범주 내에 있다.

바람직하게는, 본 명세서에 기술된 본 발명의 구성요소는 사용 전에 처리될 것이다. 먼저, 새로운 또는 사용된 기구가 입수되어, 필요할 경우 세정된다. 기구는 이어서 소독될 수 있다. 하나의 소독 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. 소독된 기구는 이어서 소독 용기 내에 보관될 수 있다. 밀봉된 용기는 그것이 의료 시설에서 개봉될 때까지 기구를 소독된 상태로 유지한다.

전형적으로, 장치는 소독된다. 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 소독하는 예시적인 실시예가 2008년 2월 8일자로 출원된, 발명의 명칭이 "이식가능 의료 장치를 소독하는 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 (21)

1. 수술 도구(surgical tool)로서,
   세장형 샤프트(elongate shaft);
   상기 세장형 샤프트의 원위 단부에 결합되는 엔드 이펙터(end effector)로서, 상기 엔드 이펙터는 제1 피봇 조인트를 중심으로 이동 가능하고, 상기 엔드 이펙터는 제2 피봇 조인트를 중심으로 서로에 대해 이동 가능한 제1 및 제2 조오(jaw)들을 포함하고, 상기 제1 조오는 제1 채널을 포함하고, 상기 제2 조오는 제2 채널을 포함하고, 각각의 채널은 상기 제2 피봇 조인트에 의해 한정된 축을 중심으로 나선형을 이루는 나선형 경로를 따라 연장되는, 상기 엔드 이펙터;
   상기 제1 채널 내에 안착되고 상기 제2 피봇 조인트를 중심으로 상기 제1 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는 제1 세장형 가요성 부재(elongate flexible member); 및
   상기 제2 채널 내에 안착되고 상기 제2 피봇 조인트를 중심으로 상기 제2 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는 제2 세장형 가요성 부재를 포함하고,
   상기 엔드 이펙터는 상기 제1 세장형 가요성 부재와 작동 가능하게 맞물리는 제1 풀리(pulley) 및 상기 제2 세장형 가요성 부재와 작동 가능하게 맞물리는 제2 풀리를 포함하는 리스트(wrist)에서 상기 세장형 샤프트에 결합되는, 수술 도구.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 조오는 제3 채널을 포함하고, 상기 제2 조오는 제4 채널을 포함하고, 상기 제3 및 제4 채널들은 각각 상기 제2 피봇 조인트에 의해 한정된 축을 중심으로 나선형을 이루는 나선형 경로를 따라 연장되는, 수술 도구.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제3 채널 내에 안착되는 제3 세장형 가요성 부재로서, 상기 제1 및 제3 세장형 가요성 부재들은 상기 제2 피봇 조인트를 중심으로 상기 제1 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는, 상기 제3 세장형 가요성 부재; 및
   상기 제4 채널 내에 안착되는 제4 세장형 가요성 부재로서, 상기 제2 및 제4 세장형 가요성 부재들은 상기 제2 피봇 조인트를 중심으로 상기 제2 조오의 이동을 유발하기 위해 선택적으로 이동되도록 구성되는, 상기 제4 세장형 가요성 부재를 추가로 포함하는, 수술 도구.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 채널은 상기 제3 채널의 직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 제1 및 제3 세장형 가요성 부재들은 실질적으로 동일한 직경을 갖고, 상기 제2 채널은 상기 제4 채널의 직경보다 큰 직경을 갖고, 상기 제2 및 제4 세장형 가요성 부재들은 실질적으로 동일한 직경을 갖는, 수술 도구.
5. 제3항에 있어서, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 세장형 가요성 부재들은 상기 엔드 이펙터를 상기 제1 피봇 조인트를 중심으로 관절 운동시키기(articulate) 위해 선택적으로 작동되도록 구성되는, 수술 도구.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 세장형 가요성 부재는 상기 제1 풀리의 평면에 대해 실질적으로 0의 각도로 상기 제1 풀리에 접근하여 작동 가능하게 맞물리고, 상기 제2 세장형 가요성 부재는 상기 제2 풀리의 평면에 대해 실질적으로 0의 각도로 상기 제2 풀리에 접근하여 작동 가능하게 맞물리는, 수술 도구.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들 각각은 케이블(cable), 와이어(wire), 및 꼬인 스트링(twisted string)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 수술 도구.
8. 제1항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 근위 단부에 결합되는 하우징을 추가로 포함하고, 상기 하우징은 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들의 이동을 제어하도록 구성되는 수술 로봇의 구동기(driver)에 결합되도록 구성되는, 수술 도구.
9. 제1항에 있어서,
   상기 리스트는 상기 세장형 샤프트에 대한 상기 엔드 이펙터의 관절 운동을 허용하도록 구성되는, 수술 도구.
10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들은 각각 상기 엔드 이펙터의 관절 운동의 전체 범위에 걸쳐 상기 엔드 이펙터의 길이방향 축에 대해 0이 아닌 각도로 상기 엔드 이펙터로부터 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들의 각각에 관련된 제1 및 제2 풀리들을 향해 근위방향으로 연장되는, 수술 도구.
11. 제9항에 있어서, 상기 제1 풀리는 상기 제1 풀리의 원주를 따라 형성되는, 상기 제1 세장형 가요성 부재를 내부에 안착시키는 제1 홈을 갖고, 상기 제1 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터가 상기 세장형 샤프트의 길이방향 축에 대해 관절 운동되는지 여부에 상관없이 상기 제1 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖고,
    상기 제2 풀리는 상기 제2 풀리의 원주를 따라 형성되는, 상기 제2 세장형 가요성 부재를 내부에 안착시키는 제2 홈을 갖고, 상기 제2 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터가 상기 세장형 샤프트의 길이방향 축에 대해 관절 운동되는지 여부에 상관없이 상기 제2 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖는, 수술 도구.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 및 제2 풀리들은 각각 상기 세장형 샤프트의 길이방향 축에 실질적으로 평행한 평면을 한정하는 면을 갖는, 수술 도구.
13. 제9항에 있어서,
    상기 제1 조오와 작동 가능하게 맞물리는 제3 세장형 가요성 부재로서, 상기 제3 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터의 이동을 유발하는데 효과적이고, 상기 리스트는 상기 제3 세장형 가요성 부재와 작동 가능하게 맞물리는 제3 풀리를 포함하고, 상기 제3 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터의 관절 운동의 전체 범위에 걸쳐 상기 제3 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖는, 상기 제3 세장형 가요성 부재; 및
    상기 제2 조오와 작동 가능하게 맞물리는 제4 세장형 가요성 부재로서, 상기 제4 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터의 이동을 유발하는데 효과적이고, 상기 리스트는 상기 제4 세장형 가요성 부재와 작동 가능하게 맞물리는 제4 풀리를 포함하고, 상기 제4 세장형 가요성 부재는 상기 엔드 이펙터의 관절 운동의 전체 범위에 걸쳐 상기 제4 풀리와 실질적으로 0의 플리트각을 갖는, 상기 제4 세장형 가요성 부재를 추가로 포함하는, 수술 도구.
14. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들 각각은 케이블, 와이어, 및 꼬인 스트링 중 하나를 포함하는, 수술 도구.
15. 제9항에 있어서, 상기 세장형 샤프트의 근위 단부에 결합되는 하우징을 추가로 포함하고, 상기 하우징은 상기 제1 및 제2 세장형 가요성 부재들의 이동을 제어하도록 구성되는 수술 로봇의 구동기에 결합되도록 구성되는, 수술 도구.
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