KR102515711B1 - 수동 해제 레버를 갖는 로봇 수술 도구 - Google Patents

수동 해제 레버를 갖는 로봇 수술 도구 Download PDF

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Abstract

수술 도구는 대응하는 구동 입력부들에 작동가능하게 결합된 구동 케이블 캡스턴들, 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트, 및 세장형 샤프트의 원위 단부에 작동가능하게 결합된 엔드 이펙터를 포함한다. 복수의 구동 케이블이 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되고, 각각의 구동 케이블은 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합된다. 수동 해제 조립체가 구동 하우징에 결합되며, 수동 해제 조립체는 구동 케이블 캡스턴들이 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되어지는 격납 위치와 구동 케이블 캡스턴들이 복수의 구동 입력부로부터 분리되는 작동 위치 사이에서 수동으로 이동가능한 해제 레버를 포함한다. 해제 레버를 작동 위치로 이동시키는 것은 또한 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 구동 케이블 캡스턴들을 회전시킨다.

Description

수동 해제 레버를 갖는 로봇 수술 도구
최소 침습 수술(minimally invasive surgical, MIS) 기구는 흔히 감소된 수술후 회복 시간 및 최소한의 흉터로 인해 전통적인 개복 수술 장치에 비해 바람직하다. 내시경 수술은 세장형 가요성 샤프트가 자연 개구부(natural orifice)를 통해 환자의 신체 내로 도입되는 MIS 절차의 하나의 유형이다. 복강경 수술은 하나 이상의 작은 절개부가 환자의 복부에 형성되고 투관침(trocar)이 절개부를 통해 삽입되어 복강으로의 접근을 제공하는 경로를 형성하는 MIS 절차의 다른 유형이다. 투관침을 통해, 다양한 기구 및 수술 도구가 복강 내로 도입될 수 있다. 투관침은 또한 기관(organ) 위에서 복벽을 상승시키기 위한 주입(insufflation)을 용이하게 하는 것을 돕는다. 투관침을 통해 복강 내로 도입된 기구 및 도구는 진단 또는 치료 효과를 달성하기 위해 다수의 방식으로 조직과 맞물리고 그리고/또는 조직을 처치하기 위해 사용될 수 있다.
최근에 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 더욱 자연스러운 손-유사 관절운동(articulation)을 생성하는 "리스트" 조인트("wrist" joint)를 포함시킴으로써 더욱 많은 이동 자유도(degree of freedom)를 허용할 수 있다. 기구의 엔드 이펙터(end effector)는 리스트 조인트를 통해 연장되는 하나 이상의 구동 케이블을 갖는 케이블 구동식 운동 시스템을 사용하여 관절운동(이동)될 수 있다.
사용자(예컨대, 외과의)는 수술 기구에 결합된 도구 구동기와 통신하는 하나 이상의 제어기를 공간 내에서 파지하고 조작함으로써 기구의 엔드 이펙터를 원격으로 작동시킬 수 있다. 사용자 입력은 로봇 수술 시스템 내로 통합된 컴퓨터 시스템에 의해 처리되고, 도구 구동기는 케이블 구동식 운동 시스템, 보다 상세하게는 구동 케이블을 작동시킴으로써 응답한다. 구동 케이블을 이동시키는 것은 엔드 이펙터를 원하는 위치 및 구성으로 관절운동시킨다.
조직 파지기(tissue grasper), 겸자(forceps), 니들 구동기(needle driver), 및 가위 등과 같은 다양한 유형의 엔드 이펙터는 다양한 이유를 인해 개방 및 폐쇄되도록 설계된 대향하는 조오(jaw)들을 갖는다. 케이블 구동식 운동 시스템에서, 그러한 엔드 이펙터의 조오들은 구동 케이블 작동(이동)에 기초하여 개방 및 폐쇄된다. 일부 응용에서, 그러한 엔드 이펙터는 또한 절단된 조직을 동시에 소작시키기 위해 전기소작(electrocauterizing) 능력을 포함할 수 있다.
로봇 수술 시스템이 전기에 기초하여 작동하므로, 전기 입력 없이 수동으로 트리거링될 수 있는 장애시 안전 장치(failsafe device)를 통합하는 것이 유익할 수 있다. 이는, 예를 들어, 로봇 수술 시스템을 작동불가능하게 하는 전기 단절(electrical disruption)의 경우에 유리한 것으로 입증될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 장애시 안전 장치는 사용자가 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시켜 엔드 이펙터를 환자 근접으로부터 안전하게 해제 및 제거하게 할 수 있다.
(특허문헌 1) 미국 특허출원공개공보 US2017/0135695 A1
하기 도면은 본 발명의 소정 태양을 예시하기 위해 포함되며, 배타적인 실시예로서 간주되어서는 안 된다. 개시된 요지는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 기능의 상당한 수정, 변경, 조합, 및 등가물일 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템의 블록도.
도 2는 로봇 아암 슬레이브 카트(robotic arm slave cart)를 작동시키는 데 사용될 수 있는 도 1의 마스터 제어기의 예시적인 실시예의 도면.
도 3은 복수의 수술 기구를 작동시키기 위해 사용되는 도 1의 로봇 아암 카트의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
도 4는 도 3의 로봇 조작기의 예시적인 실시예의 개략 측면도.
도 5는 대안적인 예시적인 로봇 조작기의 사시도.
도 6은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구의 측면도.
도 7은 도 1의 리스트가 관절운동(피벗)가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시하는 도면.
도 8은 도 1의 수술 도구의 원위 단부(distal end)의 확대 등각도.
도 9는 도 6의 수술 도구의 구동 하우징의 저면도.
도 10은 도 6의 수술 도구의 구동 하우징의 내부의 노출 등각도.
도 11은 수동 해제 조립체의 구성 부품들을 도시하는, 구동 하우징의 내부의 다른 노출 등각도.
도 12a 및 도 12b는 구동 하우징의 내부의 추가적인 노출 등각도.
도 13a 내지 도 13c는 예시적인 작동 동안의 수동 해제 조립체의 점진적인 측면도.
본 발명은 로봇 수술 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용자가 로봇 수술에 사용되는 엔드 이펙터의 관절운동을 수동으로 중단시키게 하는 장애시 안전 장치에 관한 것이다.
본 명세서에 논의된 실시예는 수술 도구 내에 통합된 수동 해제 조립체를 포함할 수 있는 장애시 안전 장치를 기술한다. 수동 해제 조립체는 로봇 수술 시스템이 작동불가능하게 되는 경우에 엔드 이펙터를 수동으로 해제시키는 능력을 사용자에게 제공한다. 하나의 예시적인 수술 도구는 대응하는 구동 입력부들에 작동가능하게 결합된 구동 케이블 캡스턴(capstan)들, 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트, 및 세장형 샤프트의 원위 단부에 작동가능하게 결합된 엔드 이펙터를 포함한다. 복수의 구동 케이블이 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되고, 각각의 구동 케이블은 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합된다. 수동 해제 조립체가 구동 하우징에 결합되며, 수동 해제 조립체는 구동 케이블 캡스턴들이 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 격납 위치(stowed position)와 구동 케이블 캡스턴들이 복수의 구동 입력부로부터 분리되는 작동 위치(actuated position) 사이에서 수동으로 이동가능한 해제 레버를 포함한다. 해제 레버를 작동 위치로 이동시키는 것은 또한 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 구동 케이블 캡스턴들을 회전시킨다.
도 1 내지 도 5는 예시적인 로봇 수술 시스템 및 그의 구성요소들의 구조 및 작동을 예시한다. 도 1은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템(100)의 블록도이다. 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 적어도 하나의 마스터 제어기(102a) 및 적어도 하나의 아암 카트(arm cart)(104)를 포함할 수 있다. 아암 카트(104)는 하나 이상의 로봇 아암(106)에 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 결합될 수 있고, 대안적으로 "도구 구동기"로 지칭될 수 있다. 각각의 로봇 아암(106)은 환자(110)에 대해 다양한 수술 작업을 수행하기 위한 하나 이상의 수술 도구 또는 기구(108)를 포함할 수 있고 달리 이를 장착할 수 있다. 아암(106) 및 기구(108)를 포함한 아암 카트(104)의 작동은 임상의(clinician)(112a)(예컨대, 외과의)에 의해 마스터 제어기(102a)로부터 지시될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 임상의(112b)에 의해 작동되는 제2 마스터 제어기(102b)(파선으로 도시됨)는 또한 제1 임상의(112a)와 공동으로 아암 카트(104)의 작동을 지시할 수 있다. 그러한 실시예에서, 예를 들어, 각각의 임상의(112a, 102b)는 아암 카트(104)의 상이한 아암(106)들을 제어할 수 있거나, 일부 경우에 아암 카트(104)의 완전한 제어가 임상의(112a, 102b)들 사이에서 이동될 수 있다. 일부 실시예에서, 추가의 아암 카트(도시되지 않음)가 환자(110)에 대해 이용될 수 있고, 이들 추가의 아암 카트는 마스터 제어기(102a, 102b)들 중 하나 이상에 의해 제어될 수 있다.
아암 카트(들)(104) 및 마스터 제어기(102a, 102b)들은, 임의의 통신 프로토콜에 따라 적합한 유형의 신호(예컨대, 전기, 광학, 적외선 등)를 전달하도록 구성된 임의의 유형의 유선 또는 무선 통신 링크일 수 있는 통신 링크(114)를 통해 서로 통신할 수 있다. 통신 링크(114)는 실제 물리 링크일 수 있거나, 하나 이상의 실제 물리 링크를 사용하는 논리 링크일 수 있다. 링크가 논리 링크일 때, 물리 링크의 유형은, 예를 들어 네트워크의 노드(node)들을 연결하는 통신 설비를 지칭하기 위해 컴퓨터 네트워킹 기술에서 잘 알려진 바와 같은, 데이터 링크, 업링크, 다운링크, 광섬유 링크, 점대점(point-to-point) 링크일 수 있다. 시스템(100)과 같은 로봇 수술 시스템의 예시적인 구현예가, 그 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제7,524,320호에 개시되어 있다. 그러한 장치들의 다양한 상세사항은 본 명세서에 개시된 로봇 수술 장치, 시스템, 및 방법의 다양한 실시예 및 이러한 다양한 실시예의 형태들을 이해하는 데 필요할 수 있는 것을 넘어서 본 명세서에 상세히 기술되지 않을 것이다.
도 2는 도 1의 아암 카트(104)와 같은 로봇 아암 슬레이브(slave) 카트를 작동시키는 데 사용될 수 있는 마스터 제어기(102a)의 예시적인 실시예이다. 마스터 제어기(102a) 및 그의 연관된 아암 카트(104)뿐만 아니라 그들 각자의 구성요소 및 제어 시스템은 본 명세서에서 총괄적으로 "로봇 수술 시스템"으로 지칭된다. 그러한 시스템 및 장치의 예가 미국 특허 제7,524,320호에 개시되어 있으며, 따라서 본 발명의 다양한 실시예 및 형태를 이해하는 데 필요할 수 있는 것을 넘어서 본 명세서에 상세히 기술되지 않을 것이다.
마스터 제어기(102a)는 일반적으로, 외과의(예컨대, 도 1의 임상의(112a))에 의해 파지될 수 있고, 외과의가 스테레오 디스플레이(204)를 통해 절차를 보면서 공간 내에서 조작될 수 있는 하나 이상의 제어기(202)를 포함한다. 마스터 제어기(202)는 일반적으로 다수의 자유도로 이동하도록 설계된 수동 입력 장치를 포함하며, 이는 종종 수술 기구(예컨대, 도 1의 수술 기구(들)(108))의 작동, 예를 들어 대향하는 조오들의 개방 및 폐쇄, 전극에의 전위(전류)의 인가 등을 위한 작동가능 손잡이를 추가로 갖는다.
예시된 예에서, 마스터 제어기(102a)는 수술 기구(즉, 절단 기구 또는 동적 클램핑 부재)에 인가되는 힘의 양의 시각적 표시를 외과의에게 제공하도록 디스플레이(204)를 통해 외과의가 볼 수 있는 선택적인 피드백 미터(feedback meter)(206)를 추가로 포함한다. 예를 들어, 스테이플 카트리지(staple cartridge)가 엔드 이펙터 내로 로딩되었는지 여부 또는 앤빌(anvil)이 발사 전에 폐쇄 위치로 이동되었는지 여부와 같은 다른 수술 기구 메트릭스(metrics)의 표시를 마스터 제어기(102a)에 제공하도록 다른 센서 배열이 채용될 수 있다.
도 3은 대안적으로 "수술 도구"로 지칭되는 복수의 수술 기구(108)를 작동시키기 위해 사용되는 로봇 아암 카트(104)의 예시적인 실시예를 도시한다. 마스터 제어기 및 로봇 아암 카트 배열을 채용하는 다양한 로봇 수술 시스템 및 방법이, 그 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,132,368호에 기술되어 있다. 예시된 바와 같이, 로봇 아암 카트(104)는 3개의 수술 기구(108)를 지지하는 기부(302)를 포함할 수 있고, 수술 기구(108)들 각각은, 일반적으로 셋업 조인트(set-up joint)(304)로 지칭되는 일련의 수동으로 관절운동가능한 링크 장치(articulatable linkage)들 및 로봇 조작기(306)에 의해 지지된다. 이들 구조물은 본 명세서에서 보호 커버들이 로봇 링크 장치의 많은 부분 위에서 연장되는 상태로 예시된다. 이들 보호 커버는 선택적일 수 있으며, 그러한 장치를 조작하는 데 사용되는 서보 메커니즘(servo mechanism)이 직면하게 되는 관성을 최소화하기 위해, 충돌을 회피하도록 이동 구성요소의 체적을 제한하기 위해, 그리고 카트(104)의 전체 중량을 제한하기 위해 크기가 제한되거나 일부 실시예에서는 완전히 제거될 수 있다.
카트(104)는 일반적으로 카트(104)를 수술실들 사이에서 이동시키기에 적합한 치수를 가질 것이다. 카트(104)는 표준 수술실 문을 통해 그리고 표준 병원용 엘리베이터로 통과하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 카트(104)는 카트(104)가 한 명의 수행원에 의해 수술대에 인접하게 위치되게 하는 휠 시스템(또는 다른 이동 시스템)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 기부 부분을 포함하는 자동화된 재로딩 시스템이 로봇 아암 카트(104)의 작업 한계(work envelope)(308) 내에 전략적으로 위치될 수 있다.
도 4는 로봇 조작기(306)의 예시적인 실시예의 개략 측면도이다. 예시된 바와 같이, 로봇 조작기(306)는 링크 장치(402)를 포함할 수 있고, 링크 장치는 이에 결합된 수술 기구(108)의 이동을 제한한다. 링크 장치(402)는 수술 기구(108)가 공간 내의 점(404)을 중심으로 회전하도록 평행사변형 배열로 회전 조인트들에 의해 결합되는 강성 링크들을 포함한다.
평행사변형 배열은 피치(pitch) 화살표(406a)로 나타낸 바와 같이, 점(404)을 통해 축을 연장되는 "피치축"을 중심으로 한 피벗으로 회전을 억제한다. 평행사변형 링크 장치(402)를 지지하는 링크들은 수술 기구(108)가 "요축(yaw axis)"으로 지칭되는 제2 축(406b)을 중심으로 추가로 회전하도록 셋업 조인트(304)(도 3)들에 피벗가능하게 장착된다. 피치축 및 요축(406b)은 수술 기구(108)의 샤프트(410)를 따라 정렬된 원격 중심(408)에서 교차한다.
수술 기구(108)는 길이방향 도구 축("LT-LT")을 따른 수술 기구(108)의 활주 운동을 포함한, 로봇 조작기(306)에 의해 지원되는 바와 같은 추가의 종동 자유도를 가질 수 있다. 수술 기구(108)가 로봇 조작기(306)에 대해 길이방향 도구 축(LT-LT)을 따라 활주(병진)함에 따라(화살표(412)), 원격 중심(408)은 로봇 조작기(306)의 기부(414)에 대해 고정된 상태로 유지된다. 따라서, 로봇 조작기(306) 전체가 원격 중심(408)을 재위치시키도록 전반적으로 이동된다.
로봇 조작기(306)의 링크 장치(402)는 일련의 모터(416)들에 의해 구동된다. 이들 모터(416)는 제어 시스템의 프로세서로부터의 명령에 응답하여 링크 장치(402)를 능동적으로 이동시킨다. 모터(416)들은 또한 수술 기구(108)를 조작하기 위해 채용될 수 있다.
도 5는 도 4에 묘사된 로봇 조작기(306)와 유사한 2개의 로봇 조작기와 함께 사용되는 대안적인 예시적인 로봇 조작기(502)의 사시도이다. 예시된 바와 같이, 수술 기구(108)는 전반적으로 전술된 2개의 로봇 조작기(306)들 사이에서 로봇 조작기(502)에 의해 지지된다. 당업자는 본 발명의 다양한 실시예가, 그 내용이 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제5,878,193호에 기술된 것을 포함한 매우 다양한 대안적인 로봇 구조물을 포함할 수 있음을 인식할 것이다. 부가적으로, 로봇 수술 시스템의 프로세서와 로봇 구성요소 사이의 데이터 통신이 수술 기구(108)와 마스터 제어기(102a)(도 2) 사이의 통신에 관하여 본 명세서에 주로 기술되지만, 유사한 통신이 로봇 조작기, 셋업 조인트, 내시경 또는 다른 이미지 캡처 장치 등의 회로와, 구성요소 호환성 확인, 구성요소-유형 식별, 구성요소 교정(예를 들어, 오프셋 등) 통신, 로봇 수술 시스템에 대한 구성요소의 결합의 확인 등을 위한 로봇 수술 시스템의 프로세서 사이에서 일어날 수 있음이 이해되어야 한다.
도 6은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구(600)의 측면도이다. 수술 도구(600)는 도 1 및 도 3 내지 도 5의 수술 기구(들)(108)와 동일하거나 유사할 수 있고, 따라서 도 1의 로봇 수술 시스템(100)과 같은 로봇 수술 시스템과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 수술 도구(600)는 로봇 수술 시스템(100)에 포함된 도구 구동기에 해제가능하게 결합되도록 설계될 수 있다.
예시된 바와 같이, 수술 도구(600)는 세장형 샤프트(602), 엔드 이펙터(604), 엔드 이펙터(604)를 샤프트(602)의 원위 단부에 결합하는 리스트(606)(대안적으로 "리스트 조인트"로 지칭됨), 및 샤프트(602)의 근위 단부(proximal end)에 결합된 구동 하우징(608)을 포함한다. 수술 도구가 로봇 수술 시스템(예컨대, 도 1의 로봇 수술 시스템(100))과 함께 사용되는 응용에서, 구동 하우징(608)은 수술 도구(600)를 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합하는 결합 특징부를 포함할 수 있다.
용어 "근위" 및 "원위"는 본 명세서에서, 수술 도구(600)(예컨대, 하우징(608))를 로봇 조작기에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합시키도록 구성된 인터페이스를 갖는 로봇 수술 시스템에 대해 정의된다. 용어 "근위"는 로봇 조작기에 더 가까운 요소의 위치를 지칭하고, 용어 "원위"는 엔드 이펙터(604)에 더 가까운, 따라서 로봇 조작기로부터 더 멀리 떨어진 요소의 위치를 지칭한다. 또한, 위, 아래, 상부, 하부, 상향, 하향, 좌측, 우측 등과 같은 방향 용어들의 사용은 예시적인 실시예들이 도면들에 도시된 바대로 예시적인 실시예들과 관련하여 사용되는데, 상향 또는 상부 방향은 대응하는 도면의 상부를 향하고, 하향 또는 하부 방향은 대응하는 도면의 저부를 향한다.
수술 도구(600)의 사용 동안, 엔드 이펙터(604)는 수술 부위에 대해 원하는 배향들 및 위치들에서 엔드 이펙터(604)를 위치시키기 위해 리스트(606)에서 샤프트(602)에 대해 이동(피벗)하도록 구성된다. 하우징(608)은 엔드 이펙터(604)와 결합된 다양한 특징부의 작동(예컨대, 클램핑(clamping), 발사(firing), 회전, 관절운동, 에너지 전달 등)을 제어하도록 설계된 다양한 메커니즘을 포함(내장)한다. 적어도 일부 실시예에서, 샤프트(602), 및 따라서 그에 결합된 엔드 이펙터(604)는 샤프트(602)의 길이방향 축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 하우징(608) 내에 포함(수용)되는 메커니즘들 중 적어도 하나는 길이방향 축(A1)을 중심으로 하는 샤프트(602)의 회전 이동을 제어하도록 구성된다.
수술 도구(600)는 적어도 하나의 수술 기능을 수행할 수 있는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(600)는 겸자, 파지기, 니들 구동기, 가위, 전기 소작 도구(electro cautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 흡입 도구, 세척(irrigation) 도구, 이미징 장치(예컨대, 내시경 또는 초음파 프로브(probe)), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 수술 도구(600)는 고주파(RF) 에너지와 같은 에너지를 조직에 인가하도록 구성될 수 있다.
샤프트(602)는 하우징(608)으로부터 원위방향으로 연장되는 세장형 부재이며, 그의 축방향 길이를 따라 관통 연장되는 적어도 하나의 루멘(lumen)을 갖는다. 일부 실시예에서, 샤프트(602)는 하우징(608)에 고정될 수 있지만, 대안적으로 샤프트(602)가 길이방향 축(A1)을 중심으로 회전하게 하도록 하우징(608)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 샤프트(602)는 하우징(608)에 해제가능하게 결합될 수 있으며, 이는 단일 하우징(608)이 상이한 엔드 이펙터들을 갖는 다양한 샤프트에 적응되게 할 수 있다.
엔드 이펙터(604)는 다양한 크기, 형상, 및 구성을 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 엔드 이펙터(604)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동(관절운동)하도록 구성된 대향하는 조오(610, 612)들을 포함한다. 따라서, 엔드 이펙터(604)는 조직 파지기, 클립 어플라이어, 가위, 니들 구동기, 한 쌍의 대향하는 파지 조오를 포함하는 바브콕(babcock), 또는 대향 조오들을 포함하는 임의의 다른 수술 도구를 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 조오(610, 612)들 중 하나 또는 둘 모두는 리스트(606)에서 피벗하여 엔드 이펙터(604)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 관절운동시키도록 구성될 수 있다.
도 7은 리스트(606)가 관절운동(피벗)가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시한다. 리스트(606)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 리스트(606)는 샤프트(602)에 대한 엔드 이펙터(604)의 피벗 이동을 허용하도록 구성된 조인트를 포함한다. 리스트(606)의 자유도들은 3개의 병진 변수(즉, 서지(surge), 히브(heave), 및 스웨이(sway))에 의해, 그리고 3개의 회전 변수(즉, 오일러 각(Euler angle) 또는 롤(roll), 피치, 및 요)에 의해 표현된다. 병진 및 회전 변수들은 주어진 기준 직교 프레임(reference Cartesian frame)에 대한 수술 시스템(예컨대, 엔드 이펙터(604))의 구성요소의 위치 및 배향을 기술한다. 도 7에 도시된 바와 같이, "서지"는 전후 병진 이동을 지칭하고, "히브"는 상하 병진 이동을 지칭하고, "스웨이"는 좌우 병진 이동을 지칭한다. 회전 용어에 관하여, "롤"은 옆으로 기울어지는 것을 지칭하고, "피치"는 전후로 기울어지는 것을 지칭하며, "요"는 좌우로 회전하는 것을 지칭한다.
피벗 운동은 리스트(606)의 제1 축(예컨대, X 축)을 중심으로 하는 피치 이동, 리스트(606)의 제2 축(예컨대, Y 축)을 중심으로 하는 요 이동, 및 리스트(606)를 중심으로 하는 엔드 이펙터(604)의 360° 회전 이동을 허용하기 위한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 응용에서, 피벗 운동은 엔드 이펙터(604)가 단일 평면 내에서만 이동하도록 단일 평면 내에서의 이동, 예컨대 단지 리스트(606)의 제1 축을 중심으로 하는 피치 이동 또는 단지 리스트(606)의 제2 축을 중심으로 하는 요 이동으로 제한될 수 있다.
도 6을 다시 참조하면, 수술 도구(600)는 샤프트(602)에 대한 엔드 이펙터(604)의 이동(관절운동)을 용이하게 하도록 구성된 케이블 구동식 운동 시스템의 일부를 형성하는 복수의 구동 케이블(도 6에서 가려짐)을 포함한다. 구동 케이블을 이동시키는 것은 엔드 이펙터(604)를 관절운동되지 않은 위치와 관절운동된 위치 사이에서 이동시킨다. 엔드 이펙터(604)는, 엔드 이펙터(604)가 샤프트(602)에 대해 실질적으로 0의 각도에 있도록 엔드 이펙터(604)의 길이방향 축(A2)이 샤프트(602)의 길이방향 축(A1)과 실질적으로 정렬되는 관절운동되지 않은 위치에서 도 6에 도시되어 있다. 측정 장치의 제조 공차 및 정밀도와 같은 요인들로 인해, 엔드 이펙터(604)는 관절운동되지 않은 위치에서 샤프트(602)에 대해 정확한 0의 각도에 있지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 그에 "실질적으로 정렬된" 것으로 간주될 수 있다. 관절운동된 위치에서, 길이방향 축(A1, A2)들은 엔드 이펙터(604)가 샤프트(602)에 대해 0이 아닌 각도로 있도록 서로 각도적으로 오프셋될 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 수술 도구(600)는 케이블 구동식 시스템을 중단시키고 이에 의해 엔드 이펙터(604)를 수동으로 관절운동시키도록 사용자(예컨대, 외과의)에 의해 수동으로 작동될 수 있는 수동 해제 조립체(614)를 추가로 포함할 수 있다. 예시된 실시예의 경우, 수동 해제 조립체(614)를 채용하는 것은 조오(610, 612)들이 개방되게 할 것이며, 이는 수술 도구(600)를 작동불가능하게 하는 전기 단절의 경우에 유익한 것으로 입증될 수 있다. 그러한 응용에서, 사용자는 수동 해제 조립체(614)를 수동으로 작동시킴으로써 조오(610, 612)들을 개방하고 이에 의해 임의의 파지된 조직을 해제시킬 수 있을 것이다. 다른 응용에서, 수동 해제 조립체(614)는 수술 도구(600)의 세정 및/또는 멸균을 위한 준비로 조오(610, 612)들을 개방시키기 위해 작동(활성화)될 수 있다.
예시된 실시예에서, 수동 해제 조립체(614)는 해제 레버(616)를 포함한다. 사용자는 도시된 바와 같은 격납 위치로부터 작동 위치로 해제 레버(616)를 수동으로 파지하여 들어올릴 수 있다. 해제 레버(616)가 격납 위치에 있을 때, 수술 도구(600)는 정상적으로 작동할 수 있다. 그러나, 해제 레버(616)가 상승되어 작동 위치로 이동됨에 따라, 구동 하우징(608) 내에 수용된 수동 해제 조립체(614)의 다양한 내부 구성 부품이 동시에 이동되며, 이는 엔드 이펙터(604)의 수동 관절운동을 야기한다.
해제 레버(616)가 도 6에서 구동 하우징(608)의 상부 표면을 통해 접근가능한 것으로 도시되어 있지만, 해제 레버(616)의 위치는 단지 일례이며 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다는 것에 주목해야 한다. 또한, 해제 레버(616)는 수동 해제 조립체(614)를 수동으로 활성화(작동)시키기 위한 수단의 단지 일례이며, 따라서 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
도 8은 도 6의 수술 도구(600)의 원위 단부의 확대 등각도이다. 보다 구체적으로, 도 8은 엔드 이펙터(604) 및 리스트(606)의 확대도를 도시하는데, 이때 엔드 이펙터(604)는 조오(610, 612)들이 폐쇄된 관절운동되지 않은 위치에 있다. 리스트(606)는 엔드 이펙터(604)를 샤프트(602)에 작동가능하게 결합시킨다. 이를 달성하기 위해, 리스트(606)는 원위 클레비스(802a) 및 근위 클레비스(802b)를 포함한다. 엔드 이펙터(604)(즉, 조오(610, 612))는 제1 액슬(804a)에서 원위 클레비스(802a)에 회전가능하게 장착되고, 원위 클레비스(802a)는 제2 액슬(804b)에서 근위 클레비스(802b)에 회전가능하게 장착되고, 근위 클레비스(802b)는 샤프트(602)의 원위 단부(806)에 결합된다.
리스트(606)는 제1 액슬(804a)을 통해 연장되는 제1 피벗 축(P1)및 제2 액슬(804b)을 통해 연장되는 제2 피벗 축(P2)을 제공한다. 제1 피벗 축(P1)은 엔드 이펙터(604)의 길이방향 축(A2)에 실질적으로 직각(직교)이고, 제2 피벗 축(P2)은 길이방향 축(A2) 및 제1 피벗 축(P1) 둘 모두에 실질적으로 직각(직교)이다. 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 하는 이동은 엔드 이펙터(604)의 "요" 관절운동을 제공하고, 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 하는 이동은 엔드 이펙터(604)의 "피치" 관절운동을 제공한다. 예시된 실시예에서, 조오(610, 612)들은 제1 피벗 축(P1)에 장착됨으로써, 조오(610, 612)들이 서로에 대해 피벗하게 하여 엔드 이펙터(604)를 개방 및 폐쇄시키거나 대안적으로 동시에 피벗하게 하여 엔드 이펙터(604)의 배향을 관절운동시킨다.
구동 케이블(808a, 808b, 808c, 808d)들로서 도시된 복수의 구동 케이블(808)이 샤프트(602)에 의해 한정되는 루멘(810) 내에서 길이방향으로 연장되고, 리스트(606)를 통과하여 엔드 이펙터(604)에 작동가능하게 결합된다. 구동 케이블(808a 내지 808d)들은 간략하게 전술된 케이블 구동식 운동 시스템의 일부를 형성하고, 케이블, 밴드, 라인, 코드(cord), 와이어, 로프(rope), 스트링(string), 꼬인 스트링, 세장형 부재 등으로 지칭되고 이로서 달리 특징지어질 수 있다. 구동 케이블(808a 내지 808d)들은 금속(예컨대, 텅스텐, 스테인리스강 등) 또는 중합체를 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 구동 케이블들은 발명의 명칭이 "소형 로봇 리스트(Compact Robotic Wrist)"인 미국 특허 출원 공개 제2015/0209965호, 및 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템(Hyperdexterous Surgical System)"인 미국 특허 출원 공개 제2015/0025549호에 기술되어 있으며, 이들 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다. 루멘(810)은 예시된 바와 같이 단일 루멘일 수 있거나, 대안적으로 구동 케이블(808a 내지 808d)들 중 하나 이상을 각각 수용하는 복수의 독립적인 루멘을 포함할 수 있다.
구동 케이블(808a 내지 808d)들은 엔드 이펙터(604)로부터 구동 하우징(608)(도 6)으로 근위방향으로 연장되는데, 구동 하우징에서 이들은 루멘(810) 내에서의 구동 케이블(808a 내지 808d)의 길이방향 이동(병진)을 용이하게 하도록 구동 하우징 내에 수용(내장)된 다양한 작동 메커니즘 또는 장치에 작동가능하게 결합된다. 구동 케이블(808a 내지 808d)들 중 전부 또는 일부분의 선택적 작동은 엔드 이펙터(604)(예컨대, 조오(610, 612)들 중 하나 또는 둘 모두)가 샤프트(602)에 대해 관절운동(피벗)하게 한다. 보다 구체적으로, 선택적 작동은 대응하는 구동 케이블(808a 내지 808d)이 샤프트(602)의 루멘 내에서 길이방향으로 병진하게 하고 이에 의해 엔드 이펙터(604)의 피벗 이동을 유발하게 한다. 예를 들어, 하나 이상의 구동 케이블(808a 내지 808d)이 길이방향으로 병진하여 엔드 이펙터(604)가 관절운동하게 하거나(예컨대, 조오(610, 612)들 둘 모두가 동일한 방향으로 비스듬히 이동함), 엔드 이펙터(604)가 개방되게 하거나(예컨대, 조오(610, 612)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 하나로부터 멀어지게 이동함), 엔드 이펙터(604)가 폐쇄되게 할 수 있다(예컨대, 조오(610, 612)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 하나를 향해 이동함).
구동 케이블(808a 내지 808d)을 이동시키는 것은 다양한 방식으로, 예를 들어 구동 하우징(608)(도 6)에 작동가능하게 결합되거나 구동 하우징 내에 수용되는 연관된 액추에이터 또는 메커니즘을 트리거링함으로써 달성될 수 있다. 주어진 구동 케이블(808a 내지 808d)을 이동시키는 것은 주어진 구동 케이블(808a 내지 808d)에 근위 방향으로 장력(즉, 당김력)을 가하는 것을 구성하며, 이는 주어진 구동 케이블(808a 내지 808d)이 병진하게 하고 이에 의해 엔드 이펙터(604)가 샤프트(602)에 대해 이동(관절운동)되게 한다.
리스트(606)는 제1 복수의 풀리(pulley)(812a) 및 제2 복수의 풀리(812b)를 포함하며, 풀리들 각각은 엔드 이펙터(604)와의 맞물림을 위한 구동 케이블(808a 내지 808d)들과 상호작용하고 이들을 방향전환시키도록 구성된다. 제1 복수의 풀리(812a)는 제2 액슬(804b)에서 근위 클레비스(802b)에 장착되고, 제2 복수의 풀리(812b)는 제2 액슬(804b)의 근위에 위치된 제3 액슬(804b)에서 근위 클레비스(802b)에 또한 장착된다. 제1 및 제2 복수의 풀리(812a, 812b)들은 구동 케이블(808a 내지 808d)들이 엔드 이펙터(604)에 작동가능하게 결합되기 전에 "S" 형상의 경로를 통해 구동 케이블(808a 내지 808d)들을 협동적으로 방향전환시킨다.
적어도 하나의 실시예에서, 구동 케이블(808a 내지 808d)들 중 한 쌍이 각각의 조오(610, 612)에 작동식으로 결합되고, 대응하는 조오(610, 612)를 "대항적으로(antagonistically)" 작동시키도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 제1 조오(810)에 장착된 제1 커넥터(814a)가 제1 및 제2 구동 케이블(808a, 808b)들을 결합시키고, 제2 조오(812)에 장착된 제2 커넥터(814b)가 제3 및 제4 구동 케이블(808c, 808d)들을 결합시킨다. 제1 구동 케이블(808a)의 작동은 제1 커넥터(814a)에 작용하고 이에 의해 제1 조오(810)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다. 대조적으로, 제2 구동 케이블(808b)의 작동은 또한 제1 커넥터(814a)에 작용하지만 제1 조오(810)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다. 유사하게, 제3 구동 케이블(808c)의 작동은 제2 커넥터(814b)에 작용하고 이에 의해 제2 조오(812)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시키는 반면, 제4 구동 케이블(808d)의 작동은 또한 제2 커넥터(814ab)에 작용하지만 제2 조오(812)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다.
따라서, 구동 케이블(808a 내지 808d)들은 제1 및 제2 조오(610, 612)들의 상대 또는 동시 이동을 유발하도록 협동적으로(달리, 대항적으로) 작동하는 "대항" 케이블들로서 특징지어지거나 달리 이로 지칭될 수 있다. 제1 구동 케이블(808a)이 작동(이동)될 때, 제2 구동 케이블(808b)은 제1 커넥터(814a)에서 제1 구동 케이블(808a)에 결합된 바대로 자연적으로 추종하고, 그 반대도 마찬가지이다. 유사하게, 제3 구동 케이블(808c)이 작동될 때, 제4 구동 케이블(808d)은 제2 커넥터(814b)에서 제3 구동 케이블(808c)에 결합된 바대로 자연적으로 추종하고, 그 반대도 마찬가지이다.
도 9는 하나 이상의 실시예에 따른 구동 하우징(608)의 저면도이다. 예시된 바와 같이, 구동 하우징(608)(대안적으로, "퍽(puck)"으로 지칭됨)은 구동 하우징(608)을 로봇 조작기(예컨대, 각각 도 3 및 도 5의 로봇 조작기(306, 502))의 도구 구동기에 작동가능하게 결합하는 데 사용되는 도구 장착 부분(902)을 포함할 수 있다. 도구 장착 부분(902)은 구동 하우징(608)을 도구 구동기에 다양한 방식으로, 예를 들어 그에 클램핑하거나, 그에 클립핑(clipping)하거나, 그와 활주가능하게 정합함으로써 해제가능하게 부착(결합)시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 도구 장착 부분(902)은 도구 구동기의 장착 표면 상의 전기 접속부에 결합될 수 있는 전기 연결 핀들의 어레이를 포함할 수 있다. 도구 장착 부분(902)이 기계적, 전기적 및 자기적 결합 요소와 관련하여 본 명세서에 기술되지만, 적외선, 유도 결합 등을 비롯한 매우 다양한 텔레메트리 방식(telemetry modality)이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
도구 장착 부분(902)은 구동 하우징(608)을 도구 구동기에 기계적으로, 자기적으로, 그리고/또는 전기적으로 결합시키도록 구성된 인터페이스(904)를 포함하고 달리 제공한다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 인터페이스(904)는 또한 구동 하우징(608) 내의 내부 구성 부품들 중 일부를 지지하는 데 사용되는 구동 하우징(608)의 하부 섀시(chassis)를 포함할 수 있다. 따라서, 인터페이스(904)는 대안적으로 본 명세서에서 "하부 섀시(904)"로 지칭될 수 있다.
예시된 바와 같이, 인터페이스(904)는 구동 입력부(906a, 906b, 906c, 906d, 906e, 906f)들로서 도시된 복수의 구동 입력부를 포함하고 지원한다. 적어도 하나의 실시예에서, 각각의 구동 입력부(906a 내지 906f)는 주어진 도구 구동기의 대응하는 입력 액추에이터(도시되지 않음)와 정렬되고 그에 결합되도록 구성된 회전가능 디스크를 포함한다. 또한, 각각의 구동 입력부(906a 내지 906f)는 대응하는 입력 액추에이터 상에 제공된 정합 표면 특징부와 정렬되도록 구성된 하나 이상의 표면 특징부(908)를 제공하거나 한정한다. 표면 특징부(908)는, 예를 들어, 정합 맞물림을 용이하게 하는 다양한 돌출부 및/또는 만입부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 구동 입력부(906a 내지 906f)들 중 일부 또는 전부는 다른 표면 특징부(들)(908)보다, 연관된 구동 입력부(906a 내지 906f)의 회전축에 더 가깝게 위치되는 하나의 표면 특징부(908)를 포함할 수 있다. 이는 각각의 구동 입력부(906a 내지 906f)의 확실한 각도 정렬을 보장하는 것을 도울 수 있다.
일부 실시예에서, 제1 구동 입력부(906a)의 작동은 그의 길이방향 축(A1)을 중심으로 하는 세장형 샤프트(602)의 회전을 제어하도록 구성될 수 있다. 세장형 샤프트(602)는 제1 구동 입력부(906a)의 회전 작동에 따라 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 제2 구동 입력부(906b)의 작동은 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)를 미리 결정된 자세 또는 위치에서 로킹하는 로크아웃 메커니즘(lockout mechanism)(대안적으로, "데드볼트(deadbolt)"로 지칭됨)을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 구동 입력부(906c), 제4 구동 입력부(906d), 제5 구동 입력부(906e), 및 제6 구동 입력부(906f)의 작동은 구동 케이블(808a 내지 808d)(도 8)들의 이동(축방향 병진)을 작동시키도록 구성될 수 있으며, 이는 엔드 이펙터(604)의 관절운동을 야기한다. 구동 입력부(906a 내지 906f)들 각각은 인터페이스(904)에 결합된 도구 구동기에 전달되는 사용자 입력에 기초하여 작동될 수 있고, 사용자 입력은 로봇 수술 시스템에 통합된 컴퓨터 시스템을 통해 수신될 수 있다.
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른 구동 하우징(608)의 내부의 노출 등각도이다. 도시된 구성 부품들의 논의를 가능하게 하기 위해, 구동 하우징(608) 내에 달리 내장될 수 있는 몇몇 구성 부품들이 도 10에 도시되어 있지 않다. 구동 하우징(608)은 구동 하우징(608)의 내부 구성 부품들 전부를 유지하고 달리 지지하는 본체(1001)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 제1 캡스턴(1002a) 및 제2 캡스턴(1002b)은 구동 하우징(608) 내에 내장(수용)된다. 제1 캡스턴(1002a)은 제1 구동 입력부(906a)(도 9)에 작동가능하게 결합될 수 있거나 그로부터 연장될 수 있고, 제2 캡스턴(1002b)은 제2 구동 입력부(906b)(도 9)에 작동가능하게 결합될 수 있거나 그로부터 연장될 수 있다. 따라서, 제1 구동 입력부(906a)의 작동은 제1 캡스턴(1002a)의 회전을 야기하고, 제2 구동 입력부(906b)의 작동은 제2 캡스턴(1002b)의 회전을 야기한다.
나선형 웜(worm) 구동 기어(1004)가 제1 캡스턴(1002a)에 결합되거나 그의 일부를 형성한다. 나선형 웜 구동 기어(1004)는 구동 하우징(608) 내에 고정되고 샤프트(602)에 작동가능하게 결합되는 종동 기어(1006)와 치합하고 상호작용하도록 구성되어, 종동 기어(1006)의 회전이 샤프트(602)를 상응하게 회전시키도록 한다. 따라서, (도 9의 제1 구동 입력부(906a)의 작동을 통한) 나선형 웜 구동 기어(1004)의 회전은 종동 기어(1006)를 구동하고 이에 의해 길이방향 축(A1)을 중심으로 하는 세장형 샤프트(602)의 회전을 제어할 것이다.
스퍼(spur) 기어(1008)가 제2 캡스턴(1002b)에 결합되거나 그의 일부를 형성할 수 있고, 구동 하우징(608) 내에 내장된 랙(rack) 기어(1009)와 치합하고 상호작용하도록 구성될 수 있다. 랙 기어(1009)는 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)를 미리 결정된 자세 또는 위치에서 로킹하도록 이동가능한 로크아웃 메커니즘(도시되지 않음)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 따라서, (도 9의 제2 구동 입력부(906b)의 작동을 통한) 스퍼 기어(1008)의 회전은 로크아웃 메커니즘을 제어하고 이에 의해 엔드 이펙터(604)를 원하는 대로 로킹 및 로킹해제시킬 것이다.
구동 하우징(608)은 제1 구동 케이블 캡스턴(1010a), 제2 구동 케이블 캡스턴(1010b), 제3 구동 케이블 캡스턴(1010c), 및 제4 구동 케이블 캡스턴(1010d)을 추가로 내장하거나 수용한다. 4개의 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)이 도 10에 도시되어 있지만, 대안적인 실시예는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 4개 초과 또는 미만을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 제1 구동 케이블 캡스턴(1010a)은 제3 구동 입력부(906c)(도 9)에 작동가능하게 결합되거나 그로부터 연장되며, 제2 구동 케이블 캡스턴(1010b)은 제4 구동 입력부(906d)(도 9)에 작동가능하게 결합되거나 그로부터 연장되며, 제3 구동 케이블 캡스턴(1010c)은 제5 구동 입력부(906e)(도 9)에 작동가능하게 결합되거나 그로부터 연장되며, 제4 구동 케이블 캡스턴(1010d)은 제6 구동 입력부(906f)(도 9)에 작동가능하게 결합되거나 그로부터 연장된다. 따라서, 제3 구동 입력부(906c)의 작동은 제1 구동 케이블 캡스턴(1010a)의 회전을 야기하고, 제4 구동 입력부(906d)의 작동은 제2 구동 케이블 캡스턴(1010b)의 회전을 야기하며, 제5 구동 입력부(906e)의 작동은 제3 구동 케이블 캡스턴(1010c)의 회전을 야기하고, 제6 구동 입력부(906f)의 작동은 제4 구동 케이블 캡스턴(1010d)의 회전을 야기한다.
각각의 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)은 주어진 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)의 회전이 구동 케이블(808a 내지 808d)들 중 대응하는 구동 케이블을 작동(길이방향으로 이동)시키도록 구동 케이블(808a 내지 808d)들 중 대응하는 구동 케이블에 작동가능하게 결합되도록 구성된다. 보다 구체적으로, (도 9의 제3 구동 입력부(906c)의 작동을 통한) 제1 구동 케이블 캡스턴(1010a)의 회전은 제1 구동 케이블(808a)의 이동을 제어할 것이고; (도 9의 제4 구동 입력부(906d)의 작동을 통한) 제2 구동 케이블 캡스턴(1010b)의 회전은 제2 구동 케이블(808b)의 이동을 제어할 것이며; (도 9의 제5 구동 입력부(906e)의 작동을 통한) 제3 구동 케이블 캡스턴(1010c)의 회전은 제3 구동 케이블(808c)의 이동을 제어할 것이고; (도 9의 제6 구동 입력부(906f)의 작동을 통한) 제4 구동 케이블 캡스턴(1010d)의 회전은 제4 구동 케이블(808d)의 이동을 제어할 것이다.
각각의 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)은 그에 결합된 대응하는 스퍼 기어(1012)를 가져, 주어진 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)의 회전이 대응하는 스퍼 기어(1012)를 동일한 각도 방향으로 회전시킬 것이다. 스퍼 기어(1012)들은 본 발명의 수동 해제 조립체(614)(도 6)의 일부를 형성한다. 후술되는 바와 같이, 수동 해제 조립체(614)가 작동될 때, 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들은 구동 입력부(906c 내지 906f)(도 9)들로부터 분리되고, 스퍼 기어(1012)들 중 하나 이상은 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)를 수동으로 관절운동시키도록 역회전될 수 있다.
도 11은 하나 이상의 실시예에 따른, 수동 해제 조립체(614)의 구성 부품들을 이제 도시하는, 구동 하우징(608)의 내부의 다른 노출 등각도이다. 예시된 바와 같이, 구동 하우징(608)은 구동 하우징(608) 내에 위치되고 수동 해제 조립체(614)를 지지하도록 구성되는 상부 섀시(1102)를 포함한다. 수동 해제 조립체(614)는 하우징(608) 내에서 길이방향으로 연장되는 기어 랙(1106)을 포함하거나 달리 제공하는 조오 해제 프레임(1104)을 포함한다. 기어 랙(1106)은 각각의 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)에 결합된 스퍼 기어(1012)들 중 둘 이상과 치합하고 상호작용하도록 구성된 하나 이상의 랙 기어(1108)(2개가 도시됨)를 제공할 수 있다. 도 11에서는 볼 수 없지만, 기어 랙(1106)은 측방향으로 인접한 스퍼 기어(1012)들과 치합하고 상호작용하도록 구성되고 반대측에 배열된 하나 이상의 추가의 랙 기어(1108)를 포함할 수 있다.
해제 레버(616)는 제1 핀(1110)에서 상부 섀시(1102)에 회전가능하게 결합된다. 보다 구체적으로, 상부 섀시(1102)는 해제 레버(616)를 수용하고 회전가능하게 장착하도록 구성된 지지체(1112)를 제공할 수 있다. 제1 핀(1110)은 해제 레버(616)가 격납 위치와 작동 위치 사이에서 상부 섀시(1102)에 대해 회전할 수 있게 하는 피벗 점을 제공하도록 지지체(1112) 및 해제 레버(616)를 통해 연장된다. 예시된 실시예에서, 지지체(1112)는 해제 레버(616)를 수용하는 클레비스의 형태이지만, 대안적으로 해제 레버(616)를 상부 섀시(1102)에 회전가능하게 장착할 수 있는 임의의 다른 유형의 지지 구조물을 포함할 수 있다.
해제 레버(616)는 또한 제2 핀(1114)에서 조오 해제 프레임(1104)에 이동가능하게 결합될 수 있다. 아래에서 더 상세히 기술되는 바와 같이, 해제 레버(616)는 제1 핀(1110)을 중심으로 해제 레버(616)를 수동으로 회전(피벗)시킴으로써 그의 격납 위치로부터 작동될 수 있으며, 이는 조오 해제 프레임(1104)이 제2 핀(1114)에서 해제 레버(616)에 결합된 바와 같이 상응하게 이동하게 할 것이다. 해제 레버(616)에 의해 작용되는 바와 같이 조오 해제 프레임(1104)을 이동시키는 것은 랙 기어(1108)들을 측방향으로 인접한 스퍼 기어(1012)들과 치합하도록 위치시킬 것이다. 해제 레버(616)가 그의 작동 위치를 향해 계속 회전(피벗)함에 따라, 랙 기어(1108)들은 측방향으로 인접한 스퍼 기어(1012)들을 길이방향으로 병진시키고 동시에 이들을 역회전시킬 것이며, 이는 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)의 수동 관절운동을 야기한다.
도 12a 및 도 12b는 구동 하우징(608)의 내부의 추가적인 노출 등각도이다. 기어 랙(1106)은 도 12a에 도시된 바와 같은 제1 및 제2 랙 기어(1108a, 1108b)들, 및 도 12b에 도시된 바와 같은 제3 및 제4 랙 기어(1108c, 1108d)들을 포함한다. 4개의 랙 기어(1108a 내지 1108d)가 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있지만, 제1 및 제2 랙 기어(1108a, 1108b)들을 조합하고 제3 및 제4 랙 기어(1108c, 1108d)들을 조합하여 기어 랙(1106)의 대향하는 측방향 측부들에 있는 2개의 랙 기어만이 스퍼 기어(1012)들 각각과 치합하고 상호작용하도록 사용되는 것이 본 발명에서 고려된다. 그러나, 다른 실시예에서, 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이, 기어 랙(1106)의 하나의 측방향 측부에 있는 하나 또는 2개의 랙 기어만이 이용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 예를 들어, 제1 및 제2 랙 기어(1108a, 1108b)들(또는 이들의 조합)만이 제공될 수 있거나, 제3 및 제4 랙 기어(1108c, 1108d)들(또는 이들의 조합)만이 제공될 수 있다. 하나 또는 2개의 랙 기어는 2개의 측방향으로 인접한 스퍼 기어(1012)와 치합하고 상호작용하도록 구성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 해제 레버(616)를 수동으로 작동시키는 것은 랙 기어(들)를 2개의 스퍼 기어(1012)와 맞물리도록 위치시키고 이에 의해 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)의 조오(610, 612)(도 6 및 도 8)들 중 하나만을 수동으로 관절운동시킬 것이다.
도 12a 및 도 12b는 또한 하부 섀시(904)(도 9에서 "인터페이스(904)"로 지칭됨)를 도시한다. 하부 섀시(904)는 구동 하우징(608)의 본체(1001)(도 10 및 도 11 참조)의 밑면에 순응적으로(compliantly) 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 복수의 편의 요소(biasing element)(1202)가 하부 섀시(904)와 본체(1001)의 대응 부분들 사이에 개재될 수 있고, 수동 해제 조립체(614)의 작동시 상부 섀시(1102)가 하부 섀시(904)에 대해 이동하게 할 수 있다. 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 수동 해제 조립체(614)를 작동시키는 것은 상부 섀시(1102)를 하부 섀시(904)로부터 멀리 이동시킴으로써, 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들로부터 구동 입력부(906c 내지 906f)들을 분리한다. 이해되는 바와 같이, 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들로부터 구동 입력부(906c 내지 906f)들을 분리하는 것은 스퍼 기어(1012)들이 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)를 수동으로 관절운동시키도록 역회전하게 한다.
구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들은 후속적으로, 해제 레버(616)를 격납 위치로 다시 회전(피벗)시킴으로써 대응하는 구동 입력부(906c 내지 906f)와 다시 맞물릴 수 있다. 격납 위치로 다시 피벗되는 동안, 편의 요소(1202)들은 상부 섀시(1102)를 그의 원래 위치로 다시 이동시키도록 가압할 수 있으며, 이는 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들을 구동 입력부(906c 내지 906f)들과 다시 한번 맞물리게 한다. 예시된 실시예에서, 편의 요소(1202)들은 코일 스프링으로서 도시되지만, 대안적으로 하부 섀시(904)와 상부 섀시(1102) 사이에서 스프링 힘을 제공할 수 있는 임의의 장치를 포함할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 예시적인 작동 동안의 수동 해제 조립체(614)의 점진적인 측면도이다. 해제 레버(616)는 도 13a에 도시된 바와 같은 격납 위치와 도 13c에 도시된 바와 같은 작동 위치 사이에서 작동가능하다. 도 13b는 해제 레버(616)를 격납 위치와 작동 위치 사이의 중간 위치에서 도시한다.
먼저 도 13a를 참조하면, 수동 해제 조립체(614)는 해제 레버(616)를 파지하고, 지지체(1112)(도 11)에서 해제 레버(616)를 상부 섀시(1102)(도 11 및 도 12a와 도 12b)에 회전가능하게 결합하는 제1 핀(1110)(또한 도 11 참조)을 중심으로 해제 레버(616)를 회전(피벗)시킴으로써 작동될 수 있다. 해제 레버(616)는 화살표 A로 나타낸 바와 같은 제1 각도 방향으로 회전(피벗)되는 것으로 도시되어 있다. 예시된 바와 같이, 제1 핀(1110)은 조오 해제 프레임(1104) 내에, 보다 상세하게는 기어 랙(1106) 내에 한정되는 구동 슬롯(1302) 내에 수용된다. 해제 레버(616)를 조오 해제 프레임(1104)에 이동가능하게 결합하는 제2 핀(1114)이 또한 구동 슬롯(1302) 내에 수용될 수 있다.
해제 레버(616)가 각도 방향(A)으로 제1 핀(1110)을 중심으로 회전(피벗)함에 따라, 제2 핀(1114)은 구동 슬롯(1302)의 내측 프로파일(1304)에 대항하여 구동되며, 이는 조오 해제 프레임(1104)이 화살표로 지시된 바와 같이 하부 섀시(904)를 향해 이동하게 한다. 하나 이상의 레그 핀(leg pin)(1306)(3개가 도시됨)이 조오 해제 프레임(1104)으로부터 연장되고, 조오 해제 프레임(1104)은 레그 핀(들)(1306)이 하부 섀시(904)의 상부 표면과 맞닿을 때까지 하부 섀시(904)를 향해 이동한다.
도 13b는 해제 레버(616)가 중간 위치까지 각도 방향(A)으로 더 회전된 것을 도시한다. 조오 해제 프레임(1104)이 하부 섀시(904)를 향해 이동함에 따라, 제1 핀(1110)은 구동 슬롯(1302) 내에 한정된 개구(1308)를 통해 구동 슬롯(1302)으로부터 빠져나간다. 해제 레버(616)가 중간 위치를 향해 이동함에 따라, 레그 핀(1306)들은 하부 섀시(904)의 상부 표면에 대항하여 점진적으로 구동되고, 이는 상부 섀시(1102)가 제1 핀(1110)에서 조오 해제 프레임(1104)에 결합되므로 상부 섀시(1102)(도 11 및 도 12a와 도 12b)를 하부 섀시(904)로부터 점진적으로 분리한다. 상부 섀시(1102)를 하부 섀시(904)로부터 멀리 이동시키는 것은 구동 입력부(906c 내지 906f)(도 9 및 도 12a와 도 12b)를 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)(도 10 및 도 12a와 도 12b)들로부터 분리하고 이에 의해 독립적인 회전을 위해 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들을 자유롭게 한다.
스퍼 기어(1012)들은 또한, 조오 해제 프레임(1104)이 하부 섀시(904)를 향해 이동함에 따라, 기어 랙(1106) 상에 제공된 랙 기어(1108)들과의 치합 맞물림 상태로 된다. 적어도 하나의 실시예에서, 스퍼 기어(1012)들은 구동 입력부(906c 내지 906f)(도 9 및 도 12a와 도 12b)들이 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)(도 10 및 도 12a와 도 12b)들로부터 분리되기 전에 랙 기어(1108)들과 상호 치합된다. 이는 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들이 임의의 증가된 장력을 갑자기 해제시킬 수 없도록 기어식 인터페이스를 통해 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)들의 회전을 로킹하는 데 유리한 것으로 입증될 수 있다.
각도 방향(A)으로의 해제 레버(616)의 계속된 작동은 기어 랙(1106)을 일정 방향(X)(예컨대, 근위 방향)으로 길이방향으로 이동시킬 것이다. 보다 구체적으로, 해제 레버(616)가 제1 핀(1110)을 중심으로 계속 회전(피벗)함에 따라, 제2 핀(1114)은 구동 슬롯(1302)의 내측 프로파일(1304)과 활주식으로 맞물릴 수 있다. 내측 프로파일(1304)은 해제 레버(616) 상에 한정된 치형부(tooth)(1312)가 기어 랙(1106) 상에 한정된 대향하는 치형부(1314)와 치합 맞물리게 하는 기하학적 형상을 나타낼 수 있다. 일단 대향하는 치형부(1312, 1314)들이 상호 치합되면, 각도 방향(A)으로의 해제 레버(616)의 지속적인 이동은 기어 랙(1106)을 길이 방향(X)으로 가압하고 이에 의해 스퍼 기어(1012)들이 화살표들로 지시된 바와 같이 회전하게 할 것이다.
도 13c는 작동 위치로 회전된(피벗된) 해제 레버(616)를 도시한다. 작동 위치에서, 제2 핀(1114)은 구동 슬롯(1302)의 내측 프로파일(1304)을 횡단하였고, 기어 랙(1106)은 대향하는 상호 치합된 치형부(1312, 1314)들 사이의 맞물림에 의해 길이 방향(X)으로 이동되었다. 기어 랙(1106)이 길이 방향(X)으로 병진함에 따라, 스퍼 기어(1012)들은 대응하는 랙 기어(1108)들과 맞물린 상태로 회전되고, 스퍼 기어(1012)들을 회전시키는 것은 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)(도 10 및 도 12a와 도 12b)들을 상응하게 회전시켜 엔드 이펙터(604)(도 6 및 도 8)를 수동으로 관절운동(예컨대, 개방)시킨다.
이해되는 바와 같이, 수동 해제 조립체(614)는 가역적이다. 해제 레버(616)를 격납 위치로 다시 전이시키기 위해, 사용자(예컨대, 외과의 또는 임상의)는 해제 레버(616)를 제1 각도 방향(A)(도 13a 및 도 13b)과 반대인 제2 각도 방향(B)으로 수동으로 회전(피벗)시킬 수 있다. 이는 전술한 단계들을 역전시킬 것이고, 정상적인 작동을 위해 구동 케이블 캡스턴(1010a 내지 1010d)(도 10 및 도 12a와 도 12b)들을 대응하는 구동 입력부(906c 내지 906f)(도 9 및 도 12a와 도 12b)들과 다시 맞물리게 할 것이다.
따라서, 수동 해제 조립체(614)는 파지된 조직을 해제시키는 "풀어주기(bail-out)" 기능을 허용하기 위해 수술 도구(600)(도 6)에 포함될 수 있는 수동 중단 개입 메커니즘을 제공할 수 있다. 이는 수술 도구(600)를 작동불가능하게 하는 전기 단절의 경우에 유리한 것으로 입증될 수 있으며, 따라서 사용자가 임의의 파지된 조직을 해제시키고 수술 도구(600)를 제거하게 할 수 있다. 이는 또한 사용자가 조오(610, 612)(도 6 및 도 8)들을 수동으로 개방시킬 수 있는 수술 도구(600)를 세정 및/또는 멸균하는 데 유리한 것으로 입증될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 하기를 포함한다:
A. 수술 도구로서, 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 수용하는 구동 하우징; 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트; 세장형 샤프트의 원위 단부에 작동가능하게 결합되는 엔드 이펙터; 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 각각의 구동 케이블은 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합되고, 복수의 구동 케이블 캡스턴들의 회전은 엔드 이펙터를 관절운동시키도록 복수의 구동 케이블들을 상응하게 이동시키는, 상기 복수의 구동 케이블들; 및 구동 하우징에 결합되며, 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 격납 위치와 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들로부터 분리되는 작동 위치 사이에서 수동으로 이동가능한 해제 레버를 포함하는 수동 해제 조립체를 포함하고, 해제 레버를 작동 위치로 이동시키는 것은 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 회전시키는, 수술 도구.
B. 수술 도구를 작동시키는 방법으로서, 수술을 위해 환자에 인접하게 수술 도구를 위치시키는 단계로서, 수술 도구는 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 수용하는 구동 하우징; 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트; 세장형 샤프트의 원위 단부에 작동가능하게 결합되는 엔드 이펙터; 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 각각의 구동 케이블은 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합되고, 복수의 구동 케이블 캡스턴들의 회전은 엔드 이펙터를 관절운동시키도록 복수의 구동 케이블들을 상응하게 이동시키는, 상기 복수의 구동 케이블들; 및
구동 하우징에 결합되고 해제 레버를 포함하는 수동 해제 조립체를 포함하는, 상기 수술 도구를 위치시키는 단계를 포함하는, 방법. 이 방법은 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 격납 위치로부터 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들로부터 분리되는 작동 위치로 해제 레버를 수동으로 이동시키는 단계; 및 해제 레버가 작동 위치로 이동됨에 따라 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 회전시키는 단계를 추가로 포함함.
C. 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 수용하는 구동 하우징, 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트, 대향하는 제1 및 제2 조오들을 갖고 세장형 샤프트의 원위 단부에 작동가능하게 결합되는 엔드 이펙터, 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 각각의 구동 케이블은 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합되는, 상기 복수의 구동 케이블들, 및
격납 위치와 작동 위치 사이에서 수동으로 이동가능한 해제 레버를 포함하고 구동 하우징에 결합되는 수동 해제 조립체를 포함하는 수술 도구를 세정하는 방법으로서,
복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 격납 위치로부터 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 대응하는 복수의 구동 입력부들로부터 분리되는 작동 위치로 해제 레버를 수동으로 이동시키는 단계, 해제 레버가 작동 위치로 이동됨에 따라 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 회전시키고 이에 의해 제1 및 제2 조오들을 개방 위치로 수동으로 이동시키는 단계, 및 제1 및 제2 조오들을 세정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 A, 실시예 B, 및 실시예 C 각각은 임의의 조합으로 다음의 추가 요소들 중 하나 이상을 가질 수 있다: 요소 1: 여기서, 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오들을 포함하고, 해제 레버를 작동 위치로 이동시키는 것은 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나를 다른 하나에 대해 개방 위치로 이동시킨다. 요소 2: 여기서, 해제 레버는 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나를 다시 폐쇄 위치로 이동시키기 위해 다시 격납 위치로 수동으로 이동가능하다. 요소 3: 여기서, 구동 하우징 내에 섀시가 위치되고, 해제 레버는 제1 핀에서 섀시에 회전가능하게 장착되며, 수동 해제 조립체는 복수의 스퍼 기어들로서, 각각의 스퍼 기어는 함께 회전하도록 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴에 결합되는, 상기 복수의 스퍼 기어들; 복수의 스퍼 기어들과 맞물림가능한 하나 이상의 랙 기어들을 제공하는 기어 랙을 포함하는 조오 해제 프레임; 및 해제 레버를 조오 해제 프레임에 이동가능하게 결합하는 제2 핀을 추가로 포함한다. 요소 4: 여기서, 해제 레버는 격납 위치와 작동 위치 사이에서 이동하도록 제1 핀을 중심으로 회전가능하고, 해제 레버가 작동 위치를 향해 이동함에 따라, 제2 핀은 조오 해제 프레임 내에 한정된 구동 슬롯과 활주식으로 맞물리고 하나 이상의 랙 기어들을 복수의 스퍼 기어들과의 맞물림 상태로 이동시킨다. 요소 5: 여기서, 해제 레버는 조오 해제 프레임 상에 제공된 대향하는 치형부들과 맞물림가능한 치형부들을 제공하고, 해제 레버가 작동 위치를 향해 이동함에 따라, 치형부들은 대향하는 치형부들과 맞물리고 이에 의해 조오 해제 프레임은 복수의 스퍼 기어들을 회전시키도록 길이방향으로 이동한다. 요소 6: 여기서, 섀시는 상부 섀시이고, 구동 하우징은 그 내부에 위치된 하부 섀시를 추가로 포함하며, 수동 해제 조립체는 조오 해제 프레임으로부터 연장되고, 복수의 구동 입력부들로부터 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 분리하기 위해 하부 섀시와 맞물림가능한 하나 이상의 레그 핀들을 추가로 포함한다. 요소 7: 여기서, 하부 섀시는 상부 섀시가 하부 섀시에 대해 이동하게 하는 하나 이상의 편의 요소들을 사용하여 구동 하우징에 순응적으로 결합된다. 요소 8: 여기서, 엔드 이펙터는 겸자, 조직 파지기, 니들 구동기, 가위, 전기 소작 도구, 스테이플러, 클립 어플라이어, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
요소 9: 여기서, 해제 레버를 격납 위치로 다시 수동으로 이동시키고 이에 의해 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 대응하는 복수의 구동 입력부들과 다시 맞물리게 하는 단계를 추가로 포함한다. 요소 10: 여기서, 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오들을 포함하고, 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 회전시키는 단계는 제1 및 제2 조오들을 개방 위치로 이동시킨다. 요소 11: 해제 레버를 격납 위치로 다시 이동시키고 이에 의해 제1 및 제2 조오들을 폐쇄 위치로 다시 이동시키는 단계를 추가로 포함한다. 요소 12: 여기서, 수동 해제 조립체는 하나 이상의 랙 기어 및 복수의 스퍼 기어들을 제공하는 기어 랙을 포함하는 조오 해제 프레임을 추가로 포함하고, 각각의 스퍼 기어는 함께 회전하도록 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴에 결합되고, 격납 위치로부터 작동 위치로 해제 레버를 수동으로 이동시키는 단계는 해제 레버를 구동 하우징 내에 위치된 섀시에 결합하는 제1 핀을 중심으로 해제 레버를 회전시키는 단계, 및
하나 이상의 랙 기어들을 복수의 스퍼 기어들과의 치합 맞물림 상태로 이동시키는 단계를 포함한다. 요소 13: 여기서, 해제 레버는 조오 해제 프레임에 의해 한정되는 구동 슬롯 내에 위치된 제2 핀에서 조오 해제 프레임에 이동가능하게 결합되고, 하나 이상의 랙 기어들을 복수의 스퍼 기어들과의 치합 맞물림 상태로 이동시키는 단계는 제2 핀을 구동 슬롯 내에서 슬라이딩 가능하게 맞물리게 하는 단계, 및 구동 슬롯의 내측 프로파일에 대항하여 제2 핀을 구동시키고 이에 의해 조오 해제 프레임을 가압하여 하나 이상의 랙 기어들을 복수의 스퍼 기어들과의 치합 맞물림 상태로 이동시키는 단계를 포함한다. 요소 14: 여기서, 해제 레버는 치형부들을 제공하고, 조오 해제 프레임은 대향하는 치형부들을 제공하며, 격납 위치로부터 작동 위치로 해제 레버를 수동으로 이동시키는 단계는 치형부들을 대향하는 치형부들에 대항하여 맞물리게 하는 단계, 및 치형부들과 대향하는 치형부들 사이의 맞물림을 통해 조오 해제 프레임을 길이방향으로 이동시키고 이에 의해 복수의 스퍼 기어들을 회전시키는 단계를 포함한다. 요소 15: 여기서, 섀시는 상부 섀시이고, 구동 하우징은 그 내부에 위치된 하부 섀시를 추가로 포함하며, 구동 슬롯의 내측 프로파일에 대항하여 제2 핀을 구동시키는 단계는 조오 해제 프레임으로부터 연장되는 하나 이상의 레그 핀들을 하부 섀시에 대해 맞물리게 하는 단계, 및 하나 이상의 레그 핀들이 하부 섀시에 대항하여 구동될 때 복수의 구동 입력부들로부터 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 분리하는 단계를 추가로 포함한다. 요소 16: 여기서, 하부 섀시는 하나 이상의 편의 요소들을 사용하여 구동 하우징에 순응적으로 결합되고, 상기 방법은 해제 레버를 격납 위치로 다시 수동으로 이동시키고 이에 의해 하나 이상의 편의 요소들의 스프링 힘이 상부 섀시를 향해 하부 섀시를 다시 이동시키는 단계, 및 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 대응하는 복수의 구동 입력부들과 다시 맞물리게 하는 단계를 추가로 포함한다.
비제한적 예로서, A, B, 및 C에 적용가능한 예시적인 조합들은, 요소 2를 갖는 요소 1; 요소 4를 갖는 요소 3; 요소 5를 갖는 요소 4; 요소 6을 갖는 요소 3; 요소 7을 갖는 요소 6; 요소 11을 갖는 요소 10; 요소 14를 갖는 요소 13; 요소 15를 갖는 요소 14; 및 요소 16을 갖는 요소 15를 포함한다.
따라서, 개시된 시스템 및 방법은 언급된 목적 및 이점뿐만 아니라 그 내에 내재된 것들을 획득하도록 잘 조정된다. 본 발명의 교시 내용이 본 명세서의 교시 내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백한, 상이하지만 동등한 방식들로 수정되고 실시될 수 있기 때문에, 상기에 개시된 특정 실시예들은 단지 예시적인 것이다. 또한, 하기의 청구범위에 기술된 바 이외의, 도시된 본 발명의 구성 또는 설계의 상세 사항에 대해 제한이 의도되지 않는다. 따라서, 상기에 개시된 특정 예시적인 실시예가 변경, 조합, 또는 수정될 수 있고, 모든 그러한 변형이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려됨이 명백하다. 본 명세서에 예시적으로 개시된 시스템 및 방법은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 및/또는 본 명세서에 개시된 임의의 선택적인 요소의 부재 하에 적합하게 실시될 수 있다. 조성물 및 방법이 다양한 성분 또는 단계를 "포함하는", "함유하는", 또는 "구비하는"으로 설명되지만, 본 조성물 및 방법은 또한 다양한 성분 및 단계로 "본질적으로 이루어질" 수 있거나 이로 "이루어질" 수 있다. 상기에 개시된 모든 수치 및 범위는 일부 양만큼 변할 수 있다. 하한 및 상한을 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 이 범위 내에 속하는 임의의 수치 및 임의의 포함된 범위가 구체적으로 개시된다. 특히, 본 명세서에 개시된 ("약 a 내지 약 b", 또는 동등하게 "대략 a로부터 b까지", 또는 동등하게 "대략 a 내지 b"의 형태의) 모든 값 범위는 더 넓은 값 범위 내에 포함되는 모든 수치 및 범위를 기재하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 청구범위 내의 용어들은 달리 명시적으로 그리고 명확하게 특허권자에 의해 정의되지 않는 한 그들의 보통의 통상적인 의미를 갖는다. 또한, 청구범위에 사용되는 바와 같은 부정 관사("a" 또는 "an")는 도입되는 요소들 중 하나 또는 하나 초과를 의미하는 것으로 본 명세서에서 정의된다. 본 명세서 및 본 명세서에 참고로 포함될 수 있는 하나 이상의 특허 또는 다른 문헌에서의 단어 또는 용어의 사용에 임의의 상충이 있다면, 본 명세서와 일치하는 정의가 채택되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일련의 아이템들 중 임의의 것을 분리하기 위한 용어 "및" 또는 "또는"과 함께 아이템들에 선행하는 어구 "~ 중 적어도 하나"는 목록의 각각의 구성원(즉, 각각의 아이템)이라기보다는 전체로서 목록을 수식한다. 어구 "~ 중 적어도 하나"는 아이템들의 임의의 것 중 적어도 하나, 및/또는 아이템들의 임의의 조합 중 적어도 하나, 및/또는 아이템들 각각 중 적어도 하나를 포함하는 의미를 허용한다. 예로서, 어구 "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"는 각각 단지 A, 단지 B, 또는 단지 C; A, B, 및 C의 임의의 조합; 및/또는 A, B, 및 C 각각 중 적어도 하나를 지칭한다.

Claims (19)

  1. 수술 도구로서,
    대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 복수의 구동 케이블 캡스턴(capstan)들을 수용하는 구동 하우징;
    상기 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트;
    상기 세장형 샤프트의 원위 단부(distal end)에 작동가능하게 결합되는 엔드 이펙터(end effector);
    상기 구동 하우징과 상기 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 각각의 구동 케이블은 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴과 결합되고, 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들의 회전은 상기 엔드 이펙터를 관절운동시키도록 상기 복수의 구동 케이블들을 상응하게 이동시키는, 상기 복수의 구동 케이블들; 및
    상기 구동 하우징에 결합되며, 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 상기 대응하는 복수의 구동 입력부들에 작동가능하게 결합되는 격납 위치(stowed position)와 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들이 상기 대응하는 복수의 구동 입력부들로부터 분리되는 작동 위치(actuated position) 사이에서 수동으로 이동가능한 해제 레버를 포함하는 수동 해제 조립체
    를 포함하고,
    상기 해제 레버를 상기 작동 위치로 이동시키는 것은 상기 엔드 이펙터를 수동으로 관절운동시키도록 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 회전시키는, 수술 도구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오(jaw)들을 포함하고, 상기 해제 레버를 상기 작동 위치로 이동시키는 것은 상기 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나를 다른 하나에 대해 그리고 개방 위치로 이동시키는, 수술 도구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 해제 레버는 상기 제1 및 제2 조오들 중 상기 적어도 하나를 다시 폐쇄 위치로 이동시키기 위해 다시 상기 격납 위치로 수동으로 이동가능한, 수술 도구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 하우징 내에 섀시(chassis)가 위치되고, 상기 해제 레버는 제1 핀에서 상기 섀시에 회전가능하게 장착되며,
    상기 수동 해제 조립체는,
    복수의 스퍼 기어(spur gear)들로서, 각각의 스퍼 기어는 함께 회전하도록 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들 중 대응하는 구동 케이블 캡스턴에 결합되는, 상기 복수의 스퍼 기어들;
    상기 복수의 스퍼 기어들과 맞물림가능한 하나 이상의 랙 기어를 제공하는 기어 랙을 포함하는 조오 해제 프레임; 및
    상기 해제 레버를 상기 조오 해제 프레임에 이동가능하게 결합하는 제2 핀;
    을 추가로 포함하는, 수술 도구.
  5. 제4항에 있어서, 상기 해제 레버는 상기 격납 위치와 상기 작동 위치 사이에서 이동하도록 상기 제1 핀을 중심으로 회전가능하고,
    상기 해제 레버가 상기 작동 위치를 향해 이동함에 따라, 상기 제2 핀은 상기 조오 해제 프레임 내에 한정된 구동 슬롯과 활주식으로 맞물리고 상기 하나 이상의 랙 기어를 상기 복수의 스퍼 기어들과의 맞물림 상태로 이동시키는, 수술 도구.
  6. 제5항에 있어서, 상기 해제 레버는 상기 조오 해제 프레임 상에 제공된 대향하는 치형부(tooth)들과 맞물림가능한 치형부들을 제공하고,
    상기 해제 레버가 상기 작동 위치를 향해 이동함에 따라, 상기 치형부들은 상기 대향하는 치형부들과 맞물리고 이에 의해 상기 조오 해제 프레임은 상기 복수의 스퍼 기어들을 회전시키도록 길이방향으로 이동하는, 수술 도구.
  7. 제4항에 있어서, 상기 섀시는 상부 섀시이고, 상기 구동 하우징은 그 내부에 위치된 하부 섀시를 추가로 포함하며,
    상기 수동 해제 조립체는,
    상기 조오 해제 프레임으로부터 연장되고, 상기 복수의 구동 입력부들로부터 상기 복수의 구동 케이블 캡스턴들을 분리하기 위해 상기 하부 섀시와 맞물림가능한 하나 이상의 레그 핀(leg pin)
    을 추가로 포함하는, 수술 도구.
  8. 제7항에 있어서, 상기 하부 섀시는 상기 상부 섀시가 상기 하부 섀시에 대해 이동하게 하는 하나 이상의 편의 요소(biasing element)를 사용하여 상기 구동 하우징에 순응적으로(compliantly) 결합되는, 수술 도구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 겸자(forceps), 조직 파지기(tissue grasper), 니들 구동기(needle driver), 가위, 전기 소작 도구(electro cautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 수술 도구.
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