KR102605905B1 - 수술 기구용 힘 전달 메커니즘 및 관련 시스템과 방법 - Google Patents

수술 기구용 힘 전달 메커니즘 및 관련 시스템과 방법 Download PDF

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Abstract

수술 기구용 힘 전달 메커니즘은 웜 구동기, 레버 아암 및 작동 요소를 포함한다. 레버 아암은 레버 아암의 제 1 단부에 종동자 부재를 포함할 수 있다. 종동자 부재는 웜 구동기에 맞물리고, 웜 구동기에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 작동 요소는 레버 아암에 연결되어 있다. 작동 요소는 수술 기구의 엔드 이펙터를 작동시키는 힘을 전달하도록 구성되어 있다. 웜 구동기의 회전 운동은 레버 아암을 통해서 병진 운동을 작동 요소에 전한다.

Description

수술 기구용 힘 전달 메커니즘 및 관련 시스템과 방법{FORCE TRANSMISSION MECHANISM FOR SURGICAL INSTRUMENT, AND RELATED SYSTEMS AND METHODS}
본 특허 출원은 "수술 기구용 힘 전달 메커니즘 및 관련 시스템과 방법(FORCE TRANSMISSION MECHANISM FOR SURGICAL INSTRUMENT, AND RELATED SYSTEMS AND METHODS)"이라는 제목으로 2014년 8월 15일자로 출원된 미국 가출원 62/037,897의 출원일의 이익과 우선권을 주장하고, 당해 명세서는 그 전체로 본 명세서에 참조사항으로 통합되어 있다.
본 명세서의 양태는 회전운동 입력을 병진운동 출력으로 변환하기 위한 구성요소를 포함하는 기계적인 힘 전달 메커니즘에 관한 것이다. 예를 들어, 본 명세서의 양태는 파지용 엔드 이펙터를 작동시키기 위해서 수술 기구의 샤프트를 따라 회전운동 입력을 병진 운동으로 변환하기 위한 힘 전달 메커니즘 구성요소에 관한 것이다.
최소 침습 수술의 이점은 잘 알려져 있는데, 그 이점에는 환자의 외상과 출혈을 덜어주는 것뿐만 아니라 종래의 개복 수술에 비해 빠른 회복 기간이 있다. 나아가, 캘리포니아 서니베일 소재의 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 상용화된 다빈치(da Vinci®) 수술 시스템과 같은 원격조종식 수술 시스템(예컨대, 로봇 기술로 작동되는 기구와 같이 적어도 부분적으로는 컴퓨터의 도움을 받는 수술 기구를 작동하는 시스템)의 사용도 알려져 있다. 이러한 원격 조종식 수술 시스템은 의사가 수동 최소 침습 수술에 비해 향상된 정밀도와 직관적인 제어로 작동할 수 있게 한다.
미국 특허공보 제7,950,560호
의사가 명령하는 동작을 수행하기 위해서, 수술 기구는 수술 기구를 움직이는 하나 이상의 작동 요소를 사용할 수 있다. 예를 들자면, 작동 요소는 수술 기구의 운동에 관한 1 이상의 자유도를 제공하는데 사용된다. 기존의 수술 기구는 수술 기구를 1 이상의 자유도로 움직이는 효과적인 구성요소를 포함하고 있지만 수술 기구와 수술 기구 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 구성요소에 관하여 추가적인 개선이 행해질 수 있다.
본 명세서의 예시적인 실시예는 하나 이상의 상술된 문제점을 해결할 수 있고 그리고/또는 하나 이상의 상술된 바람직한 특징을 설명할 수 있다. 다른 특징 및/또는 이점은 다음에 오는 설명으로부터 자명해질 수 있다.
적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 수술 기구용 힘 전달 메커니즘은 웜 구동기, 레버 아암 및 작동 요소를 구비한다. 레버 아암은 레버 아암의 제 1 단부에 종동자 부재(follower member)를 구비할 수 있다. 종동자 부재는 웜 구동기에 맞물리고, 웜 구동기에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 작동 요소는 레버 아암의 제 1 단부의 반대쪽에 있는 레버 아암의 제 2 단부에 연결되어 있다. 작동 요소는 수술 기구의 엔드 이펙터를 작동시키는 힘을 전달하도록 구성되어 있다. 웜 구동기의 회전 운동은 레버 아암을 통해서 병진 운동을 작동 요소에 전한다.
적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 수술 기구는 샤프트, 샤프트의 원위부에 배치되어 있는 엔드 이펙터, 샤프트를 통해 뻗어있으면서 엔드 이펙터에 결합되어 있는 작동 요소, 및 샤프트의 근위부에 배치되어 있는 힘 전달 메커니즘을 구비한다. 힘 전달 메커니즘은 웜 구동기와 레버 아암을 구비할 수 있다. 레버 아암은 레버 아암의 제 1 단부에 종동자 부재를 구비할 수 있다. 종동자 부재는 웜 구동기에 맞물리고, 웜 구동기에 의해 구동되도록 구성되어 있다. 작동 요소는 레버 아암의 제 1 단부의 반대쪽에 있는 레버 아암의 제 2 단부에 연결되어 있다. 작동 요소는 엔드 이펙터를 작동시키는 힘을 전달하도록 구성되어 있다. 웜 구동기의 회전 운동은 레버 아암을 통해서 병진 운동을 작동 요소에 전한다.
적어도 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘으로부터 수술 기구의 샤프트의 원위 단부에 배치되어 있는 엔드 이펙터 쪽으로 뻗어있는 작동 요소를 통해서 수술 기구의 엔드 이펙터를 작동시키기 위한 방법은 힘 전달 메커니즘의 웜 구동기를 회전시키는 단계를 구비한다. 방법은 웜 구동기를 회전시키는 단계에 응답하여, 레버 아암에 연결되어 있고 웜 구동기에 결합되어 있는 종동자를 통해서 힘 전달 메커니즘의 레버 아암을 움직이는 단계를 추가로 구비한다. 방법은, 엔드 이펙터를 작동시키기 위해서 작동 요소가 직선 방향을 따라 병진운동하게 되도록 레버 아암의 운동을 작동 요소에 전달하는 단계를 추가로 구비한다.
추가적인 목적, 특징 및/또는 이점은 다음에 오는 설명에서 부분적으로 설명될 것이고, 설명으로부터 부분적으로 자명할 것이며, 또는 본 명세서 및/또는 청구범위의 실시에 의해 알 수 있을 것이다. 이러한 목적들과 이점들 중 적어도 일부는 첨부의 청구범위에서 특별히 지시된 요소와 조합에 의해 실현되고 달성될 것이다.
전술된 일반적인 설명과 다음에 오는 발명의 상세한 설명 모두가 예시적이고 설명하기 위한 것 일뿐 청구범위를 제한하는 것이 아니며, 오히려 청구범위는 그 균등범위를 포함하는 본 발명의 전체 범위에 속할 것이라는 점을 알 수 있을 것이다.
본 명세서는 첨부의 도면만으로 또는 첨부의 도면과 함께 다음에 오는 발명의 상세한 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다. 도면은 본 명세서를 더욱 이해할 수 있도록 포함되어 있고, 본 명세서에 통합되어 있으면서 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 명세서의 하나 이상의 예시적인 실시예가 도시되어 있고, 설명과 함께 특정 원리와 작동을 설명하는데 이용된다.
도 1은 예시적인 실시예에 따르는 원격조종식 수술 시스템의 환자측 카트의 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따르는 수술 기구의 개략적인 사시도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따르는 힘 전달 메커니즘의 내부가 도시되어 있는 수술 기구의 사시도이다.
도 4는 도 3의 수술 기구의 근위부의 측면도이다.
도 5는 도 3의 수술 기구의 근위부의 저면도로서, 도 4의 라인 5-5를 따라 샤프트를 관통하는 단면이 나타나 있다.
도 6은 도 3의 수술 기구의 근위부의 단부에 관한 도면이다.
도 7은 도 3의 수술 기구의 근위부를 위에서 바라본 도면이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따르는 종동자를 구비하는 레버의 단부의 사시도이다.
도 9는 다른 예시적인 실시예에 따르는 종동자를 구비하는 레버의 단부의 사시도이다.
도 10은 다른 예시적인 실시예에 따르는 종동자를 구비하는 레버의 단부의 사시도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따르는 웜 구동기의 일부의 측면도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따르는 웜 구동기와 맞물려 있는 종동자와 웜 구동기의 일부의 측면도이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따르는 웜 구동기와 맞물려 있는 종동자와 웜 구동기의 일부의 측면도이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따르는 작동 요소에 결합되어 있는 레버에 관한 도면이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따르는 수술 기구의 힘 전달 메커니즘의 하우징이 제거되어 있는 수술 기구의 근위부의 측면도이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따르는 힘 전달 메커니즘의 내부가 도시되어 있는 수술 기구의 사시도이다.
도 17은 도 16의 수술 기구의 근위부의 측면도이다.
도 18은 도 16의 수술 기구의 근위부의 평면도이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따라 다문 상태(closed position)에 있는 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 20은 벌린 상태(open position)에 있는 도 19의 엔드 이펙터의 측면도이다.
도 21은 다른 예시적인 실시예에 따르는 엔드 이펙터의 측면도이다.
예시적인 실시예가 도시되어 있는 첨부의 도면과 설명은 제한하는 것으로 여겨져서는 안된다. 다양한 기계적인, 구성요소적인, 구조적인, 전기적인 변경과 작동상 변경은 균등물을 포함하여 본 명세서와 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 행해질 수 있다. 일부 예들에서, 잘 알려진 구조와 기술은 본 명세서를 불명료하게 하지 않기 위하여 상세하게 기술되거나 나타나 있지 않다. 2 이상의 도면에 있는 유사한 부재번호는 동일하거나 유사한 요소들을 나타낸다. 더욱이, 요소들, 및 일 실시예를 참조하여 보다 상세하게 기술되어 있는 관련된 부재들은 실시가능하기만 하면 특별히 기술되거나 나타나 있지 않은 다른 실시예들에 포함되어 있을 수 있다. 예를 들어, 하나의 요소가 하나의 실시예를 참조하여 상세하게 기술되어 있지만 또 하나의 실시예를 참조하여 기술되어 있지 않는 경우라면, 그 요소는 그럼에도 불구하고 또 하나의 실시예에 포함되어 있는 바와 같이 주장될 수도 있다.
본 명세서와 첨부의 청구범위를 위하여 이와 달리 지시되지 않는 한, 수량, 퍼센트나 비율, 및 명세서와 청구범위에서 사용된 다른 수치를 표현하는 모든 숫자는 이미 그렇게 수정되어 있지 않은 범위까지 "약"이라는 용어로 모든 예에서 수정되어 있는 바와 같이 이해되어야 한다. 따라서, 이와 반대로 지시되어 있지 않는 한, 다음에 오는 명세서와 첨부된 청구범위에 설명되어 있는 숫자 파라미터는 획득하고자 하는 원하는 물성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 최소한 청구범위에 관한 균등론의 적용을 제한하려는 시도로는 아니고, 각각의 숫자 파라미터는 최소한 통상의 반올림 기법을 적용함으로써 보고된 유효 자릿수의 숫자의 관점에서 이해되어야 한다.
본 명세서와 첨부의 청구범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 및 임의의 단어의 단수적 사용은 하나의 지시대상으로 명백하면서도 명확하게 제한되지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다는 점을 유의한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "포함하다(include)"라는 용어와 그 문법적 변형예는 제한하려는 것이 아니므로, 목록에 있는 항목들의 열거는 나열된 항목들로 대체되거나 나열된 항목들에 추가될 수 있는 다른 유사한 항목들을 배제하는 것은 아니다.
나아가, 본 명세서의 기술용어는 본 명세서나 청구범위를 제한하려는 것은 아니다. 예를 들어, 공간적으로 상대적인 용어, 예컨대 "~밑에", "~아래에", "~하부에", "~위에", "~상부에", "근위(방향)", "원위(방향)" 및 이와 유사한 것은 도면에 도시된 바와 같이 어느 하나의 요소나 부재의 다른 요소나 부재에 대한 관계를 기술하는데 사용될 수 있다. 이러한 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 나타나 있는 상태와 배향에 추가하여 사용중이거나 작동중인 장치의 상이한 상태(즉, 위치)과 배향(즉, 회전 배치)을 포함하려는 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집히는 경우라면, 다른 요소나 부재 "아래에 있는" 또는 "밑에 있는" 것으로 기술되어 있는 요소는 이후 다른 요소나 부재 "위에 있는" 또는 "위쪽에 있는" 것일 수 있다. 그러므로, 예시적인 용어 "~아래에"는 위에 있거나 아래에 있는 상태나 배향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 이와 달리 배향될 수 있고(90도 회전되거나 다른 배향으로 되어 있음), 적절히 해석되어 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 기술어(descriptor)일 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따르면, 본 명세서에는 수술 기구를 효율적인 방식으로 작동시키기 위하여 웜 구동기의 회전 운동을 작동 요소의 병진 운동으로 변환시키도록 구성된 힘 전달 메커니즘이 고려되어 있다. 결과적으로, 다양한 예시적인 실시예에 따라 기구 힘 전달 메커니즘 상에서의 공간은 보존되고, 힘 전달 메커니즘의 제조는 효율적이다. 게다가, 힘 전달 변환 구성요소의 예시적인 실시예는 접촉하는 부품들 사이의 상대적으로 작은 마찰을 보일 수 있어서, 힘이 효과적으로 전달된다. 따라서, 다양한 예시적인 실시예에 따르는 힘 전달 메커니즘은 기구의 구성요소를 효과적으로 작동시키고, 구성요소를 작동시키는 큰 토크를 제공한다.
본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예는 나사산들 사이에 그루브를 형성하는 나사산 구간을 가지는 웜 구동부를 포함하는 수술 기구용 힘 전달 메커니즘이 고려되어 있다. 레버 아암의 단부에 결합되어 있는 종동자 부재는 예시적인 실시예에 따라 나사산 구간에 맞물리고, 웜 구동기의 회전 운동에 의해 구동된다. 종동자 부재는, 예컨대 롤러, 볼, 핀 또는 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 종동자 구조이다. 수술 기구의 구성요소를 작동시키는 작동 요소는 예시적인 실시예에 따라 레버 아암의 제 1 단부에 대해 반대쪽에 있을 수 있는 레버 아암의 제 2 단부에 연결되어 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 웜 구동기의 회전 운동은 힘 전달 메커니즘에 대하여 피벗운동하는 레버 아암을 통해 작동 요소의 병진 운동으로 변환된다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 웜 구동기의 회전 운동은 힘 전달 메커니즘에 대하여 직선 방향을 따라 슬라이딩하는 레버 아암을 통해 작동 요소의 병진 운동으로 변환된다. 레버 아암은 예시적인 실시예에 따라 레버 아암으로부터 작동 요소 쪽으로 힘을 전달하는 커플러를 통해서 작동 요소에 결합되고, 예시적인 실시예에 따라 레버 아암에 대한 작동 요소의 구름 운동도 허용한다. 다른 실시예에 따르면, 레버 아암은 웜 구동기의 나사산 구간과 맞물리는 톱니를 포함한다.
이어서 도 1을 참조하면, 원격조종식 수술 시스템의 환자측 카트(100)의 예시적인 실시예가 나타나 있다. 원격조종식 수술 시스템은 환자측 카트(100)에 장착되어 있는 기구를 제어하도록 사용자로부터 입력값을 수신하기 위한 의사 콘솔(미도시)을 더 포함할 수 있다. 원격조종식 수술 시스템은 또한 보조 설비/비전 카트(미도시)를 포함할 수 있는데, 이는, 예컨대 2013년 12월 5일자로 공표된 "멀티-포트 수술 로봇 시스템 구조(Multi-Port Surgical Robotic System Architecture)"라는 제목의 미국 특허 출원공보 US 2013/0325033 A1, 및 2013년 12월 5일자로 공표된 "하드웨어-구속식 원격 중심 로봇식 매니퓰레이터를 위한 여유 축과 자유도(Redundant Axis and Degree of Freedom for Hardware-Constrained Remote Center Robotic Manipulator)"라는 제목의 미국 특허 출원공보 US 2013/0325031에 기술된 바와 같이 시스템의 컴퓨터 제어 설비의 적어도 일부를 선택적으로 포함할 수 있고, 각각의 당해 명세서는 그 전체로 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다. 나아가, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예는 인튜어티브 서지컬 인코포레이티드에 의해 모두 상용화된 다빈치 Si(da Vinci Si®) 수술 시스템 또는 다빈치 Xi(da Vinci® XiTM)수술 시스템과 같은 다빈치(da Vinci®) 수술 시스템과 함께 사용될 수 있고, 싱글-사이트 싱글 오리피스 수술 기술(Singl-Site® single orifice surgery technology)을 이용하기도 하고 이용하지 않기도 한다.
환자측 카트(100)는 베이스(102), 메인 칼럼(104), 및 메인 칼럼(104)에 연결된 메인 붐(106)을 포함할 수 있다. 환자측 카트(100)는 또한 각각 메인 붐(106)에 연결되어 있는 복수의 원격조종식 매니퓰레이터 아암(110, 111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 매니퓰레이터 아암(110, 111, 112, 113) 각각은 매니퓰레이터 아암(110)에 부착되어 있는 것으로 도시되어 있되 기구(130)가 장착될 수 있는 기구 장착부(120)를 포함한다. 매니퓰레이터 아암들(110, 111, 112, 113)의 부분들은 의사 콘솔에서 사용자에 의해 제공되는 명령에 따라 수술 절차 동안 조작된다. 예시적인 실시예에서, 의사 콘솔로부터 전송되는 신호(들) 또는 입력값(들)은 입력값(들)을 해석하는 제어/비전 카트 쪽으로 전송되고, 환자측 카트(100)로 전송될 출력값(들) 또는 명령(들)을 발생시킨다. 예를 들어, 명령(들)/출력값(들)은 구동 인터페이스 장치를 통해. 그리고 기구(130)(도 1에는 이러한 기구가 오직 하나만 장착되어 있음), 및 기구(130)가 환자측 카트(100)에 결합되어 있는 매니퓰레이터 아암(110)의 부분들의 조작을 야기하는 수술 기구 전달 메커니즘 쪽으로 최종적으로 전송된다.
기구 장착부(120)는 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 캐뉼라 장착부(124)를 포함한다. 기구(130)의 샤프트(132)는 캐뉼라 장착부(124)를 통해 (그리고 수술 절차 동안에는 수술 부위 위쪽으로)뻗어있다. 기구(130)의 힘 전달 메커니즘(134)은 예시적인 실시예에 따라 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 기계적으로 결합된다. 캐뉼라 장착부(124)는 캐뉼라(도 1에는 미도시)를 파지하도록 구성되어 있는데, 캐뉼라를 통해서 기구(130)의 샤프트(132)는 수술 절차 동안 수술 부위 쪽으로 뻗어있을 수 있다. 작동 인터페이스 어셈블리(122)는 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 익숙한 바와 같이 다양한 구동수단(예컨대 입력 구동수단), 및 의사 콘솔에서의 입력 명령에 대해 응답하도록 제어될 뿐만 아니라 기구(130)를 작동시키도록 힘 전달 메커니즘(134)에 힘을 전달하는 다른 메커니즘을 포함하고 있으므로, 구동 인터페이스 장치로서 폭넓게 분류될 수 있다. 예를 들면, 작동 인터페이스 어셈블리(122)의 입력 구동수단은 힘 전달 메커니즘(134)의 인터페이스 구조(미도시)와 직접 맞물릴 수 있고, 아래에서 언급되는 바와 같이 힘 전달 메커니즘(134)에 힘을 전달할 수 있다.
도 1의 예시적인 실시예에는 용이하게 도시하기 위하여 매니퓰레이터 아암(110)만이 부착되어 있는 기구(130)가 나타나 있지만, 기구는 각각의 매니퓰레이터 아암(110, 111, 112, 113)이나 이들 중 어느 하나에 부착될 수 있다. 기구(130)는 엔드 이펙터가 있는 수술 기구일 수 있고, 또는 원격 수술 부위에 관한 정보(예컨대 시각화 데이터, 전기생리학적 활동 데이터, 압력 데이터, 유체 유동 데이터 및/또는 다른 감지된 데이터)를 제공하기 위해서 수술 절차 동안 이용되는 내시경 영상 기구나 다른 감지 기구일 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 엔드 이펙터 또는 영상 기구가 있는 수술 기구는 매니퓰레이터 아암들(110, 111, 112, 113) 중 어느 하나에 부착되거나 어느 하나와 함께 사용될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기술된 실시예는 도 1의 환자측 카트의 예시적인 실시예로 제한되는 것은 아니고, 환자측 카트 구성을 포함하는 다양한 다른 원격조종식 수술 시스템 구성은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예와 함께 사용될 수 있다.
도 2를 살펴보면, 수술 기구(200)의 예시적인 실시예에 관한 개략적인 사시도가 나타나 있다. 예를 들자면, 수술 기구(200)는 도 1의 예시적인 실시예의 환자측 카트(100)에 있는 기구(130)와 같이 사용될 수 있다. 수술 기구(200)는 힘 전달 메커니즘(210)(그 내부의 힘 전달 메커니즘(210)의 구성요소들을 보여주기 위하여 하우징이 도면으로부터 제거되어 있는 상태로 도 2의 예시적인 실시예에 나타나 있는 섀시(211)), 샤프트(222)의 근위 단부(223)에서 힘 전달 메커니즘(210)에 연결되어 있는 샤프트(222), 샤프트(222)의 원위 단부(224)에 연결되어 있는 선택적인 리스트(wrist)(230), 및 리스트(230)(만약 존재하는 경우라면)에 연결되어 있거나 (리스트가 존재하지 않는 경우라면)샤프트(222)에 직접 연결되어 있는 엔드 이펙터(220)를 포함한다. 샤프트(222)는 가요성이거나 강성일 수 있다. 샤프트(222)의 다양한 직경은 최소 침습 수술에 적합한 범위로 존재할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 샤프트(222)는 그 범위가 약 3 mm 내지 약 15 mm인 직경을 가진다. 예를 들어, 샤프트(222)는 3 mm, 5 mm, 8 mm, 13 mm 또는 15 mm의 직경을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 샤프트(222)의 직경은, 예컨대 약 5 mm 내지 약 8 mm의 범위를 가진다. 엔드 이펙터(220)는, 예컨대 포셉, 봉합하기 위한 니들 드라이버, 절단 장치, 절개 장치, 클립 어플라이어, 및 다양한 수술 절차를 수행하기 위한 다른 엔드 이펙터 구성을 구비할 수 있다.
수술 기구(200)는 힘 전달 메커니즘(210)과 엔드 이펙터(220) 사이에 그리고/또는 힘 전달 메커니즘(210)과 리스트(230) 사이에 힘을 전달하는 하나 이상의 부재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 작동 요소(242, 244)는, 예컨대 샤프트(222)의 내부를 통해 뻗어있음으로써 작동 힘을 엔드 이펙터(220)에 제공하기 위해서 힘 전달 메커니즘(210)을 엔드 이펙터(220)에 연결한다. 작동 요소(242, 244)를 이용함으로써, 힘 전달 메커니즘(210)은, 예컨대 엔드 이펙터(220)의 죠(jaw)(또는 엔드 이펙터(220)의 움직일 수 있는 다른 부품)를 제어하도록 엔드 이펙터(220)를 작동시킨다. 다른 예시에서, 작동 요소(242, 244)는 리스트(230)를 1 자유도 이상의 배향(예컨대 피칭운동(pitch) 및/또는 요잉운동(yaw))으로 작동시키는데 사용된다. 작동 요소(242, 244)는, 당해 명세서의 내용이 그 전체로 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있는 미국 특허 제8,545,515호(2013년 10월 1일자로 등록됨)에 기술되어 있는 바와 같이, 힘 전달 메커니즘(210)이 풀-풀 메커니즘(pull-pull mechanism) 또는 하나 이상의 로드(rod)인 경우와 같은 인장 부재일 수 있고, 힘 전달 메커니즘(210)이 푸시-풀 메커니즘(push-pull mechanism)인 경우와 같이 튜브 또는 케이블일 수 있다.
힘 전달 메커니즘(210)은 환자측 카트에 의해 제공되는 힘을 수술 기구(200)에 전달하도록 원격조종식 수술 시스템의 환자측 카트와 맞물리는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다. 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 수술 기구 힘 전달 메커니즘에 익숙할 것인데, 이 메커니즘은 동력원(예컨대 기구를 지지하는 매니퓰레이터로부터의 전기 모터)으로부터의 기계적 입력 힘을 받고 기구 상에서 구성요소(예컨대 리스트 및 엔드 이펙터)를 구동시키도록 받은 힘을 출력 힘으로 변환하며 그리고/또는 전환한다. 예를 들어, 힘 전달 메커니즘(210)은 도 1의 예시적인 실시예의 환자측 카트(100)의 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 연결될 수 있어서, 작동 인터페이스 어셈블리(122)는 기구(200)를 작동시키도록 힘 전달 메커니즘(210)으로 힘을 전달한다. 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘(210)은 환자측 카트(100)의 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 같은 환자측 카트의 매니퓰레이터와 맞물리는(예컨대 힘 전달 메커니즘(210)의 원위 단부를 통해 맞물림) 하나 이상의 구동식 작동 입력 메커니즘(212, 214)을 포함한다.
예시적인 실시예에 따르면, 작동 입력 메커니즘(212, 214)은 아래에 기술될 바와 같이 멸균 어댑터(미도시)를 통해 환자측 카트(100)의 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 같은 환자측 카트의 매니퓰레이터와 상호작용할 수 있다. 힘 전달 메커니즘(210)에서 사용될 수 있는 한가지 예시적인 타입의 작동 입력 메커니즘은 풀-풀 메커니즘이고, 그 예시적인 실시예는 미국 특허 제8,545,515호에 기술되어 있고, 당해 명세서 내용은 그 전체로 참조사항으로 본 명세서에 통합되어 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘(210)은 풀-풀 메커니즘을 이용할 수 있고, 작동 요소(242, 244)는 인장 부재일 수 있고, 구동식 작동 입력 메커니즘(212, 214)은 기구를 작동시키기 위해서 작동 요소(242, 244)에 인장력을 가하도록 작동 인터페이스 어셈블리(122)에 의해 회전가능하게 구동되는 캡스턴일 수 있다. 따라서, 구동 작동 입력 메커니즘(212, 214)은 기구(200)를 작동시키기 위해서 작동 인터페이스 어셈블리로부터의 작동 힘을 이용한다.
힘 전달 메커니즘(210)은 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 익숙한 바와 같이 수술 기구의 다른 다양한 기능을 작동시키는 캡스턴에 추가하거나 이를 대신하여 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 이러한 구성요소는 기어, 클러치, 풀리, 링크장치, 및 입력 힘 및/또는 운동을 원하는 출력 힘 및/또는 운동으로 변환하는 다른 메커니즘을 포함하되 이에 제한되지 않는다. 나아가, 힘 전달 메커니즘(210)은, 예컨대 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개 또는 그 이상의 작동 입력 메커니즘과 같이 도 2의 예시적인 실시예에 나타나 있는 것과 다른 개수의 작동 입력 메커니즘(212, 214)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 임의의 개수의 작동 입력 메커니즘(212, 214)은 수술 기구의 성질에 따라 그리고 이러한 기구의 작동상 자유도에 따라 사용될 수 있다.
도 2의 힘 전달 메커니즘은, 예컨대 작동 입력 메커니즘(212, 214)에서의 회전 운동을 수술 기구의 작동을 위한 작동 요소의 병진 운동으로 정확하게 변환한다. 그러나, 이러한 힘 전달 메커니즘은 다수의 가동 부품과 상호맞물림 요소를 필요로 하고, 제조 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 유지관리 및 청소를 더욱 어렵게 하며, 잠재적으로는, 예컨대 기구가 사용될 수 있는 횟수를 제한할 수 있다. 유리하게는 더 적은 부품을 사용하고 제조 비용이 덜 들면서 작동 요소의 구름 운동과 병진 운동 모두를 제공하는 힘 전달 메커니즘을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
수술 기구(300)의 예시적인 실시예는 도 3에 나타나 있다. 수술 기구(300)는 도 1의 예시적인 실시예의 환자측 카트(100)에 있는 기구(130)와 같이 사용될 수 있다. 수술 기구(300)는 힘 전달 메커니즘(310)(힘 전달 메커니즘(310)의 하우징은 내부에 있는 힘 전달 메커니즘(310)의 구성요소를 보여주기 위해서 도 3에는 나타나 있지 않음), 샤프트(312)의 근위 단부(313)에서 힘 전달 메커니즘(310)에 연결되어 있는 샤프트(312), 및 샤프트(312)의 원위 단부(315)에 연결되어 있는 엔드 이펙터(314)를 포함한다. 수술 기구(300)는 비-리스트식(non-wristed) 기구일 수 있고, 도 3의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 도 2의 예시적인 실시예의 리스트(230)와 같은 리스트가 없을 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기술되어 있는 다양한 예시적인 실시예는 비-리스트식 기구로 제한되지 않고, 그 대신 도 2의 예시적인 실시예와 관련하여 상술된 바와 같이 관절운동가능한 리스트 메커니즘을 포함할 수 있다.
도 4를 살펴보면, 수술 기구(300)의 근위부의 측면이 나타나 있다. 수술 기구(300)의 힘 전달 메커니즘(310)은 섀시(320), 및 섀시(320) 상에서 지지되는 다양한 구성요소를 커버하는 포위를 만들어 내도록 섀시(320)에 연결되는 하우징(미도시)을 포함한다. 힘 전달 메커니즘(310)은 샤프트(312)의 내부를 통해 힘 전달 메커니즘(310)으로부터 뻗어있는 작동 요소(316)를 더 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 작동 요소(316)는 엔드 이펙터(314)(도 3에 도시됨)에 연결되어 있으면서 엔드 이펙터(314)를 작동시킨다. 작동 요소(316)는 예시적인 실시예에 따라 기구(300)의 근위-원위 방향을 따라 힘 전달 메커니즘(310)으로부터 샤프트(312)의 내부를 통해 엔드 이펙터(314) 쪽으로 뻗어있는 로드와 같이, 예컨대 푸시-풀 구동 요소일 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예의 엔드 이펙터는 가변적인 구성을 가질 수 있다. 도 19를 살펴보면, 엔드 이펙터(1300)의 측면도에는 도 3의 엔드 이펙터(314)와 같이 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 것으로 나타나 있다. 도 19의 예시적인 실시예에서, 엔드 이펙터(1300)는, 예컨대 다문 상태의 죠(1310, 1320)를 포함하는 포셉일 수 있다. 작동 요소(미도시)의 원위 단부에 배치되어 있는 돌출부(1330)는 죠(1310)의 작동 슬롯(1312) 내부에 나타나 있다. 작동 요소가 도 19에서의 방향으로 밀려있는 경우, 돌출부(1330)는 방향(1340)을 따라 힘을 받는다. 결과적으로, 죠(1310, 1320)는 도 20에서의 방향(1342)에 따라 연결 구멍(1332)에 위치되어 있는 핀(미도시)을 중심으로 회전하고 피벗운동하고, 이는 죠들(1310, 1320)을 분리시키고 벌린다. 엔드 이펙터(1300)는 상술된 작동상태를 반전시킴으로써, 예컨대 도 19에서의 방향(1340)과 반대 방향으로 작동 요소를 당김으로써 다물게 될 수 있다.
도 21에는 도 3에서의 엔드 이펙터(314)와 같이 본 명세서에 기술되어 있는 다양한 예시적인 실시예에서 사용될 수 있는 엔드 이펙터(1400)의 다른 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 엔드 이펙터(1400)는, 예컨대 제 1 비-피벗운동형 죠(non-pivoting jaw)(1402), 및 예컨대 도 21에서 화살표(1408)로 지시되는 방향을 따라 핀(1406)을 중심으로 피벗운동하는 피벗운동형 죠(pivoting jaw)(1404)를 포함하는 포셉일 수 있다. 도 21의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, 작동 요소(1420)는 수술 기구의 샤프트(1410)를 통해 뻗어있고, 죠(1404)를 작동시키도록 죠(1404)에 결합되어 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 엔드 이펙터(1400)는 초음파 엔드 이펙터일 수 있다. 예를 들어, 죠(1402)는 조직을 죠(1402)에 대하여 고정시키도록 구성된 피벗운동형 죠(1404)가 있는 초음파 블레이드일 수 있다. 도 19 내지 도 21의 엔드 이펙터는 제한없는 예시이고, 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예의 엔드 이펙터는 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 익숙한 다른 엔드 이펙터를 이용할 수 있다.
힘 전달 메커니즘(310)은 힘 전달 메커니즘(310)의 단독의 작동 요소(316)와 같은 작동 요소(316)를 포함할 수 있고(예컨대 기구(300)가 비-리스트식 기구인 경우와 같음), 또는 힘 전달 메커니즘(310)은 도 2의 예시적인 실시예의 리스트(230)와 같은 리스트를 작동시키는 하나 이상의 작동 요소(들)와 같은 추가적인 작동 요소(미도시)를 포함할 수 있다.
도 2의 예시적인 실시예에 관하여 위에서 언급된 바와 같이, 힘 전달 메커니즘(310)은 도 1의 환자측 카트(100)의 작동 인터페이스 어셈블리(122)와 같은 환자측 카트의 매니퓰레이터와 맞물리는 하나 이상의 작동 입력 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 힘 전달 메커니즘(310)은 환자측 카트의 매니퓰레이터의 작동 인터페이스 어셈블리에 직접 맞물릴 수 있고, 또는 힘 전달 메커니즘(310)은 힘 전달 메커니즘(310)과 작동 인터페이스 어셈블리 사이에 위치되어 있는 멸균 어댑터(미도시)를 통해 작동 인터페이스 어셈블리에 맞물릴 수 있다.
작동 인터페이스 어셈블리와 맞물림으로써, 힘 전달 메커니즘(310)은 기구(300)의 엔드 이펙터(314)를 작동시키는 것과 같이 기구(300)를 작동시키기 위해서 (예컨대 힘 전달 메커니즘(310)의 구동 디스크를 회전시키는 서보 모터 구동 샤프트를 통해)작동 인터페이스 어셈블리로부터의 작동 힘을 이용한다. 도 4의 라인 5-5를 따라 샤프트(312)를 지나는 단면도일 뿐만 아니라 힘 전달 메커니즘(310)의 저면도인 도 5에 나타나 있는 바와 같이, 힘 전달 메커니즘(310)의 섀시(320)는, 작동 인터페이스 어셈블리로부터 힘을 받을 뿐만 아니라(예컨대 작동 인터페이스 어셈블리로부터 직접 받거나, 멸균 어댑터를 통해서 작동 인터페이스 어셈블리로부터 간접적으로 받음) 샤프트(312)의 내부를 통해 뻗어있는 작동 요소(316)를 구동시키는, 작동 입력 메커니즘(322)을 포함한다. 예를 들자면, 작동 입력 메커니즘(322)은, 작동 요소(316)가 도 5의 예시적인 실시예가 있는 지면 속이나 밖으로 구동될 수 있도록 화살표(323)로 지시되는 방향을 따라 회전될 수 있다.
힘 전달 메커니즘(310)은, 작동 인터페이스 메커니즘으로부터 힘을 받을 뿐만 아니라 힘 전달 메커니즘(310)의 다른 구성요소를 구동시키는, 다른 작동 인터페이스 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 섀시(320)는 하나 이상의 작동 인터페이스 메커니즘(324)(들)을 포함할 수 있다. 작동 인터페이스 메커니즘(324)은 작동 인터페이스 메커니즘(324)에 연결되어 있는 롤 기어(318)를 구동시키도록 작동 인터페이스 어셈블리로부터 힘을 받을 수 있다. 롤 기어(318)는 샤프트(312)의 원위부와 맞물려 있어서, 작동 인터페이스 메커니즘(324)이, 예컨대 도 5의 예시적인 실시예에서 화살표(325)로 지시되는 방향을 따라 작동 인터페이스 어셈블리로부터의 힘(직접적으로 받거나 멸균 어댑터를 통해서 간접적으로 받는 힘)에 의해 구동되는 경우, 롤 기어(318)는 도 3에서 화살표(317)로 지시되는 방향을 따라 회전되고, 이는 샤프트(312)가, 예컨대 도 3에서 화살표(319)로 지시되는 방향을 따라 구름운동되게 한다. 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘(310)은, 예컨대 샤프트(312)의 회전 운동을 ＋／－360도 또는 그 미만으로 제한하는 것과 같이 샤프트(312)의 회전 운동을 제한하는 하나 이상의 정지부를 포함한다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘(310)은, 예컨대 샤프트(312)의 회전 운동을 제한하는 정지부를 없앰으로써 샤프트(312)를 구속하지 않으면서 연속적으로 구름운동시키도록 구성될 수 있다.
도 5의 예시적인 실시예에 관하여 위에서 언급된 바와 같이, 힘 전달 메커니즘(310)은, 예컨대 작동 입력 메커니즘(322)을 통해서 작동 요소(316)를 구동시키기 위해서 작동 인터페이스 어셈블리로부터 힘을 받는다. 예를 들어, 작동 입력 메커니즘(322)은 도 5에서의 지면 속이나 밖으로 작동 요소(316)를 구동시키기 위해서 화살표(323)로 지시되는 방향을 따라 회전될 수 있다. 따라서, 힘 전달 메커니즘(310)은 큰 힘 출력으로 작동 입력 메커니즘(322)의 회전 운동을 작동 요소(316)의 병진운동(예컨대 푸시-풀 운동)으로 변환시키도록 구성되어 있다. 나아가, 힘 전달 메커니즘(310)은, 예컨대 몇몇 부품을 사용함으로써 회전 운동을 병진 운동으로 효율적으로 변환시키도록 구성되어 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 기구 힘 전달 메커니즘 상에서의 공간은 보존될 수 있고, 제조는 효율적일 수 있다. 게다가, 힘 전달 변환 구성요소의 예시적인 실시예는 접촉하는 부품들 사이에서 상대적으로 작은 마찰을 보일 수 있어서, 힘은 효과적으로 전달된다. 따라서, 힘 전달 메커니즘(310)을 포함하여 다양한 예시적인 실시예에 따르는 힘 전달 메커니즘은, 예컨대 엔드 이펙터(314)와 같은 수술 기구의 구성요소를 효과적으로 작동시킬 수 있고, 구성요소를 작동시키도록 큰 힘을 제공할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘은 회전 운동을 병진 운동으로 변환하기 위해서 웜 구동기와 종동자 레버 어셈블리를 이용한다. 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예를 참조하면, 예컨대 힘 전달 메커니즘(310)은, 섀시(320)에 연결되어 있으면서 섀시(320)가 있는 평면에 대해 대체로 수직하여 뻗어있는, 웜 구동기(330)를 포함할 수 있다. 장착부(332)는 도 3, 도 4 및 도 6에 나타나 있는 바와 같이 웜 구동기(330)를 섀시(320)에 대해 파지하면서 지지한다. 웜 구동기(330)는 작동 입력 메커니즘(322)에 결합되어 있다. 따라서, 예컨대 도 5에서의 화살표(323)의 방향을 따르는 작동 입력 메커니즘(322)의 회전은, 예컨대 도 3, 도 4 및 도 7의 예시적인 실시예에서 화살표(339)로 지시되는 방향을 따라 축(337)을 중심으로 웜 구동기(330)에 회전력을 전한다. 예시적인 실시예에 따르면, 웜 구동기(330)는 섀시(320)와 장착부(332)에 장착되어서, 웜 구동기(330)는 섀시(320)와 장착부(332)에 대하여 회전한다. 따라서, 웜 구동기(330)는 섀시(320)와 장착부(332)에 대하여 화살표(339)의 방향으로 축(337)을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 웜 구동기(330)는 도 4와 도 6에 나타나 있는 바와 같이 중심 구간(331)의 길이방향 길이를 따라 나선형으로 되어있는, 나선방향으로 감싸고 있는 나사산 구간(334)을 포함한다. 나사산 구간(334)은 예시적인 실시예에 따라 웜 구동기(330)의 길이 방향을 따라 웜 구동기(330)를 중심으로 완전한 1회전(예컨대 360도)으로 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 나사산 구간(334)은 웜 구동기(330)의 길이 방향을 따라 웜 구동기(330)를 중심으로 완전한 1회전 이상(예컨대 360도 이상)으로 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다. 예를 들어, 나사산 구간(334)은 웜 구동기(330)의 길이 방향을 따라 웜 구동기(330)를 중심으로 약 2회전 이상(예컨대 약 720도 이상)으로 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다.
나사산 구간(334)의 나사산들 사이에 위치되어 있는 그루브(336)들은 아래에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이 웜 구동기(330)에 의해 구동되는 다른 부재의 부분을 수용하는 공간을 제공한다. 따라서, 중심 구간(331)은 나사산 구간(334)의 나사산 보다 작은 반경방향 외경을 가지고, 인접한 나사산의 마주하는 표면들은 중심 구간(331)의 표면과 함께 그루브(336)를 형성하는 축방향 표면(335)을 형성한다. 예시적인 실시예에 따르면, 그루브(336)는 웜 구동기(330)를 따라 나선형으로 되어있는 단일의 연속적인 그루브이다.
상술된 바와 같이, 힘 전달 메커니즘(310)은, 웜 구동기(330)에 맞물리면서 웜 구동기(330)에 의해 구동되는 연결 부재를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 힘 전달 메커니즘(310)은 웜 구동기(330)와 결합되는 레버 아암(340)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 레버 아암(340)은 클래스 2 레버인데, 여기서 지렛대는 한쪽 단부에 위치되어 있고, 입력 힘(작용력)은 반대쪽 단부에 가해지며, 출력 힘(저항력)은 지렛대와 입력 힘 사이에 가해진다. 예를 들어, 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)는 도 3, 도 4, 도 6 및 도 7의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 웜 구동기(330)와 결합될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)는 도 3과 도 6에 나타나 있는 바와 같이 장착부(332) 내부에 배치되어 있다. 예를 들어, 웜 구동기(330)의 단부에 위치되어 있는 핀(352)은 도 3의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 웜 구동기(330)의 회전방향 축(337)이 핀(352)을 통해 뻗어있는 상태로 장착부(332) 내부에 파지되어 있을 수 있다. 따라서, 예컨대 도 6에서 화살표(350)로 지시되는 방향을 따르는 웜 구동기(330)에 대한 제 1 단부(341)의 측면방향 운동은 제 1 단부(341)와 웜 구동기(330) 사이의 맞물림과 기어 장착부(332)에 의해 방지되거나 최소화된다.
예시적인 실시예에 따르면, 레버 아암(340)는 종동자를 통해 웜 구동기(330)의 기어 구간과 결합되어 있다. 도 6의 예시적인 실시예에 따르면, 종동자(342)는 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)에 연결되어 있고, 종동자(342)는 웜 구동기(330)의 기어 구간과 맞물려 있다. 예를 들어, 종동자(342)는 나사산 구간(334)의 부분들 사이의 그루브(336) 내부에 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 종동자(342)는 나사산 구간(334)의 축방향 표면(335) 및/또는 웜 구동기(330)의 중심 구간(331)과 맞물린다. 웜 구동기(330)가, 예컨대 작동 입력 메커니즘(322)의 회전을 통해 회전됨에 따라, 종동자(342)는, 예컨대 도 6의 예시적인 실시예에서 화살표(333)로 지시되는 방향을 따라 섀시(320)에 대해 위쪽이나 아래쪽을 향하여 구동된다. 결과적으로, 레버 아암(340)는 웜 구동기(330)의 회전에 의해 구동되고, 섀시(320)에 대해서도 움직이게 된다. 예를 들자면, 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)는 도 6에서 화살표(333)로 지시되는 방향을 따라 대체로 직선으로 움직일 수 있다. 종동자(342)와 웜 구동기(330) 사이의 비교적 작은 마찰 때문에, 웜 구동기(330)와 레버 아암(340) 사이의 힘의 전달은 효율적이고, 힘 전달 메커니즘(310)은 엔드 이펙터(314)를 작동시키는 것과 같이 기구(300)를 작동시키도록 비교적 큰 힘을 제공할 수 있다. 나아가, 레버 아암(340)와 웜 구동기(330) 사이의 작은 마찰은 수술 기구(300)가 역방향으로 구동가능하게 되는 것을 허용할 수 있다. 예를 들어, 엔드 이펙터(314)가 작동 배치상태(예컨대 엔드 이펙터가 벌린 상태에 있음)에 있는 경우라면, 엔드 이펙터(314)는 비작동 배치상태(예컨대 엔드 이펙터의 다문 상태)로 역방향으로 구동될 수 있다. 다른 예시에서, 본 명세서에 기술된 힘 전달 메커니즘의 다양한 예시적인 실시예는 역방향으로 구동가능한 리스트를 작동시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 리스트가, 예컨대 구부러진 배치상태에 있는 경우, 리스트는 비작동 배치상태(예컨대 직선 배치상태)로 역방향으로 구동될 수 있다. 역방향 구동은, 예컨대 캐뉼라와 엔드 이펙터(314) 및/또는 리스트 사이의 접촉 때문에 기구가 캐뉼라로부터 후퇴됨에 따라 일어날 수 있다. 결과적으로, 기구(300) 및/또는 캐뉼라에 대한 손상을 최소화하거나 피할 수 있다.
힘 전달 메커니즘의 종동자는 다양한 디자인을 가질 수 있다. 도 8을 살펴보면, 레버(예컨대 레버 아암(340))의 제 1 단부(441)는 예시적인 실시예에 따라 제 1 단부(441)에 대하여 움직이도록 구성된 종동자(450)를 포함하는 것으로 나타나 있다. 종동자(450)는, 예컨대 샤프트(452)를 통해 제 1 단부(441)에 연결된 롤러여서, 종동자(450)는, 예컨대 도 8의 예시적인 실시예에서 화살표(454)로 지시되는 방향을 따라 제 1 단부(441)에 대하여 회전할 수 있다. 따라서, 종동자(450)는 웜 구동기(330)의 중심 구간(331) 및/또는 나사산 구간(334)의 축방향 표면(335)과 같은 웜 구동기의 하나 이상의 표면과 맞물려서, 종동자(450)는 웜 구동기가 회전됨에 따라 제 1 단부(441)에 대하여 회전된다. 결과적으로, 작은 마찰 연결은 제 1 단부(441)와 웜 구동기 사이에 제공될 수 있다.
힘 전달 메커니즘의 종동자는 힘 전달 메커니즘의 레버에 대하여 움직일 수 있게 결합될 필요가 없다. 도 9의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 종동자(550)는, 예컨대 레버(예컨대 레버 아암(340))의 제 1 단부(541)에 샤프트(552)를 통해 단단히 연결되어 있거나 직접 연결되어 있는 볼(ball)이다. 종동자(550)는 도 6의 예시적인 실시예에 관하여 상술된 바와 같이, 예컨대 종동자(550)를 웜 구동기(330)의 그루브(336)와 배치시킴으로써 웜 구동기의 나사산 구간에 맞물릴 수 있다. 볼은, 예컨대 플라스틱 볼 또는 금속 볼(예컨대 스테인리스 스틸 볼)일 수 있다. 웜 구동기가 회전됨에 따라, 종동자(550)는 웜 구동기의 회전을 통해 제 1 단부(541)를 움직이도록 웜 구동기(330)의 중심 구간(331) 및/또는 나사산 구간(334)의 축방향 표면(335)과 같은 웜 구동기의 표면을 따라 슬라이딩한다. 종동자(550)가 제 1 단부(541)에 대하여 움직이지 않을지라도, 종동자(550)와 웜 구동기(330) 사이에는 적은 마찰이 존재한다. 결과적으로, 힘은 헬리컬 기어와 제 1 단부(541) 사이에서 효과적으로 전달될 수 있다.
도 10을 살펴보면, 레버(예컨대 레버 아암(340))의 제 1 단부(641)의 예시적인 실시예는 다른 예시적인 종동자(650)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 종동자(650)는 제 1 단부(641)에 단단히 연결되어 있는 핀이다. 종동자(650)는 도 9의 예시적인 실시예와 유사하게 웜 구동기가 회전됨에 따라 웜 구동기(330)의 중심 구간(331) 및/또는 나사산 구간(334)의 축방향 표면(335)과 같은 웜 구동기의 표면을 따라 슬라이딩할 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 종동자(650)는 제 1 단부(641)에 접합되어 있는 별개의 피스일 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 레버는 웜 구동기의 기어 구간과 직접 결합될 수 있다. 예를 들자면, 종동자(650)는 제 1 단부(641)가 있는 싱글 피스(예컨대 모놀리식) 구성을 가질 수 있어서, 제 1 단부(641)는 웜 구동기의 기어 구간에 직접 맞물릴 수 있다.
도 8 내지 도 10의 예시적인 실시예는 제한없는 예시적인 실시예이고, 웜 구동기의 리세스 안에 수용되어 있는 종동자가 웜 구동기 나사산의 표면을 따라 지나다니는 다른 구성은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려되어 있다.
웜 구동기는, 힘 전달 메커니즘의 레버에 효과적으로 힘을 전달하고 웜 구동기가 회전됨에 따라 레버를 구동시키도록 구조화되어 있을 수 있다. 도 11을 살펴보면, 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예의 힘 전달 메커니즘(310)과 같이 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예의 힘 전달 메커니즘에서 사용될 수 있는 웜 구동기(730)의 예시적인 실시예가 나타나 있다. 웜 구동기(730)는 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예에 관하여 상술되어 있는 바와 같이 중심 구간(731), 및 축방향 표면(735)을 가지는 나사산 구간(734)을 포함한다. 나사산 구간(734)의 축방향 표면(735)의 경사는, 예컨대 축방향 표면(735) 및/또는 중심 구간(731)이 있는 웜 구동기(760)의 기어 구간과 맞물리는 레버의 종동자를 구동시키도록 선택될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 축방향 표면(735)은, 힘 전달 메커니즘에 의해 작동되는 엔드 이펙터가 역방향으로 구동가능하게 되는 것을 허용하면서 웜 구동기(730)를 포함하는 힘 전달 메커니즘을 위한 우수한 기계적인 이점과 큰 출력 힘을 가능하게 하도록 (예컨대 웜 구동기(730)의 길이방향 축에 대해 횡단하는 방향에 대하여), 예컨대 약 10 도 내지 약 60 도의 각도(760)로 경사져 있을 수 있다. 예를 들어, 축방향 표면(735)은, 예컨대 약 10 도 내지 약 30도, 예컨대 약 20 도의 각도(760)로 경사져 있을 수 있다.
레버 아암(340)는 섀시(320)에 장착될 수 있어서, 레버 아암(340)는 섀시(320)에 대하여 움직이도록 웜 구동기(330)에 의해 구동된다. 예시적인 실시예에 따르면, 레버 아암(340)의 제 2 단부(343)는 힘 전달 메커니즘(310)의 섀시(320)에 장착된다. 예를 들어, 레버 아암(340)의 제 2 단부(343)는 도 3, 도 4 및 도 7의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 핀(344)을 통해 섀시(320)의 장착부(321)에 장착된다. 이 배열은 레버 아암(340)가, 예컨대 도 4의 예시적인 실시예에서 화살표(345)로 지시되는 방향을 따라 장착부(321)에 대하여 피벗운동하는 것을 허용한다. 따라서, 웜 구동기(330)가, 예컨대 작동 입력 메커니즘(322)의 회전 때문에 회전함에 따라, 웜 구동기(330)와 레버 아암(340)의 결합 때문에 레버 아암(340)도 마찬가지로 움직이게 된다. 예를 들자면, 웜 구동기(330)가 화살표(339)로 지시되는 방향으로 축(337)을 중심으로 회전됨에 따라, 레버 아암(340)는 도 4의 예시적인 실시예에서 화살표(345)로 지시되는 방향으로 섀시(320)에 대하여 핀(344)을 중심으로 피벗운동한다.
레버 아암(340)를 섀시(320)에 대해 피벗운동가능하게 장착함으로써, 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)는 핀(344)을 중심으로 하는 대체로 아치형 경로를 따라간다. 예시적인 실시예에 따르면, 아치형 경로의 곡률은 충분히 클 수 있어서, 제 1 단부(341)의 아치형 운동 때문에 도 4에서 화살표(348)로 지시되는 방향을 따라 제 1 단부(341)의 일부 최소한의 운동이 일어날 수도 있지만, 예컨대 제 1 단부(341)에서의 레버 아암(340)의 운동은 도 4의 예시적인 실시예에서 화살표(347)로 지시되는 방향을 따르는 대체로 직선 운동이다. 도 4에서 화살표(360)로 지시되어 있는 바와 같이, 작동 요소(316)의 운동은 또한 차례로, 예컨대 샤프트(312)의 길이 방향을 따라 대체로 직선 운동이다. 따라서, 웜 구동기(330)와 레버 아암(340)를 포함하는 힘 전달 메커니즘(310)은 웜 구동기(330)의 회전 운동을 작동 요소(316)의 직선 운동으로 변환시키는 기능을 가질 것이다. 결과적으로, 엔드 이펙터(314)(예컨대 도 19 내지 도 21의 엔드 이펙터)와 같은 수술 기구(300)는 토크는 상당하지만 마찰은 작은 상태로 힘 전달 메커니즘(310)에 의해 효과적으로 작동될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 대체로 아치형 경로를 따르는 레버 아암(340)의 제 1 단부(341)의 운동은 대체로 아치형 경로를 따르는 레버 아암(340)의 운동 동안 제 1 단부(341)(예컨대 종동자(342))와 웜 구동기(330) 사이에서의 접촉에 변화를 일으킬 수 있다. 그러나, 예시적인 실시예에 따라 제 1 단부(341)가 대체로 아치형 경로를 따라 움직이고 제 1 단부(341)(예컨대 종동자(342))와 웜 구동기(330) 사이의 접촉이 변함에 따라, 레버 아암(340)와 웜 구동기(330)는 서로 접촉하여 유지되도록 구성될 수 있다. 레버의 제 1 단부(341)의 대체로 직선 운동을 촉진하기 위해서, 웜 구동기(330)와 핀(344)은 도 4의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이 섀시(320)의 양쪽 단부에 위치될 수 있다.
레버 아암(340)는 작동 요소(316)에 결합될 수 있어서, 작동 요소(316)는 웜 구동기(330)와 레버 아암(340)의 움직임을 통해서 작동될 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 레버 아암(340)의 제 2 단부(343)는 도 3과 도 7에 나타나 있는 바와 같이 커플러(346)를 통해서 작동 요소(316)에 결합되어 있다. 커플러(346)는 레버 아암(340)의 제 2 단부(343)에 직접 연결될 수 있으며 작동 요소(316)에 직접 연결될 수 있어서, 레버 아암(340)의 움직임은 작동 요소(316)에 대해 변환된다. 예를 들자면, 제 2 단부(343)가 도 4에서 방향(345)을 따라 핀(344)을 중심으로 피벗운동되는 경우, 커플러(346)와 작동 요소(316)는 실질적으로는 도 4에서 화살표(360)로 지시되는 직선 방향을 따라, 예컨대 실질적으로는 기구(300)의 샤프트(312)를 따르는 길이 방향을 따라 움직인다. 따라서, 웜 구동기(330)의 회전 운동은, 예컨대 레버 아암(340)와 커플러(346)를 통해서 작동 요소(316)의 직선 운동으로 효과적으로 변환될 수 있다. 결과적으로, 웜 구동기(330)의 회전 운동은 수술 기구(300)를 작동시키는 작동 요소(316)를 실질적으로 직선 방향을 따라 구동시키는데 이용될 수 있다. 예를 들자면, 작동 요소(316)는 샤프트(312)를 따라 근위-원위 방향으로 움직이게 될 때 푸시/풀 구동 요소 로드일 수 있는데, 이는 엔드 이펙터(314)가 파지하도록 구성된 그리고/또는 고정하도록 구성된 턱형상(jawed) 엔드 이펙터를 구비하는 경우, 예컨대 엔드 이펙터(314)를 다물거나 벌림으로써 기구(300)의 엔드 이펙터(314)를 작동시킨다.
웜 구동기의 기어 구간의 형상은 웜 구동기의 기어 구간으로부터 레버를 결합해제하는 것을 저지하도록 구성될 수 있다. 도 12를 살펴보면, 예시적인 실시예에 따라 웜 구동부(830)(도 3 내지 도 6의 웜 구동기(330)와 레버 아암(340)와 같은 것)와 결합되어 있는 레버의 제 1 단부(841)의 단면도가 나타나 있다. 웜 구동부(830)는 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있고, 나사산 표면들 사이에 그루브(836)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 그루브는 중심 구간(831)과 축방향 표면(835)에 의해 형성된다. 제 1 단부(841)는 그루브(836) 내부에 배치되어 있는, 예컨대 종동자(842)를 통해서 웜 구동부(830)에 결합될 수 있다. 종동자(842)는 도 8 내지 도 10의 예시적인 실시예와 같이 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 축방향 표면(835)은 중심 구간(831)과 둔각(850)을 형성할 수 있어서, 그루브(836)는 중심 구간(831)에서 보다 외측 반경방향 표면(839)에서 더 넓다.
도 13을 살펴보면, 예시적인 실시예에 따라서 종동자(942)를 통해서 웜 구동부(930)와 결합되어 있는 레버의 제 1 단부(941)의 단면도가 나타나 있다. 종동자(942)는 도 8 내지 도 10의 예시적인 실시예와 같이 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있다. 웜 구동부(930)는 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있고, 중심 구간(931)과 축방향 표면(935)에 의해 형성되는 그루브(936)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이, 축방향 표면(935)은 중심 구간(931)과 예각(950)을 형성할 수 있어서, 그루브(936)는 외측 반경방향 표면(939)에서 보다 중심 구간(931)에서 더 넓다. 결과적으로, 종동자(942)는 그루브(936) 내부에 용이하게 보유되어 있을 수 있고, 웜 구동부(930)와 레버 제 1 단부(941)는 서로 결합해제되는 것을 저지할 수 있다.
레버는, 레버의 운동을 작동 요소에 대해 변환시키면서 샤프트가 롤 기어에 의해 회전되는 경우와 같이 작동 요소가 구름운동하는 것(즉 그 자신의 축을 중심으로 회전하는 것) 또한 허용하는 다양한 구조를 통해서 커플러에 연결될 수 있다. 도 14를 살펴보면, 커플러(1060)에 연결되어 있고 차례로 작동 요소(1016)에 고정되어 있는 레버의 제 2 단부(1043)의 측면도가 나타나 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 제 2 레버 단부(1043)는 제 2 레버 단부(343) 일 수 있고, 커플러(1060)는 도 7의 예시적인 실시예에서의 커플러(346)와 같이 사용될 수 있다. 레버, 커플러(1060) 및 작동 요소(1016)는, 예컨대 도 3 내지 도 13의 예시적인 실시예에서 사용될 수 있다. 커플러(1060)는 플랜지(1062)들 사이에 오목부(1064)를 형성하는 플랜지(1062)를 포함한다. 오목부(1064)는 도 14에서 원 형상의 에지를 바라보아 커플러가 대체로 원 형상을 가지는 경우와 같이 환형의 오목부일 수 있다. 레버의 제 2 단부(1043)는 제 2 단부(1043)를 커플러(1060)에 연결하기 위해서 오목부(1064) 내부에 배치되어 있는 돌출부(1044)를 포함한다. 나아가, 커플러(1060)는, 예컨대 도 14의 예시적인 실시예에서 화살표(1066)로 지시되는 방향을 따라 레버의 제 2 단부(1043)에 대하여 회전하도록 구성되어 있다(예컨대 커플러(1060)는 돌출부(1044)에 대하여 회전함). 예를 들자면, 작동 요소(1016)를 포함하는 기구의 샤프트가 구름운동되는 경우, 도 4의 예시적인 실시예의 샤프트(312)와 같이 작동 요소(1016)는 차례로 방향(1066)으로 회전한다. 따라서, 제 2 단부(1043)와 커플러(1060)는, 예컨대 웜 구동기로부터의 힘을 작동 요소(1016)에 대해 변환시키기 위해서 제 2 단부(1043)를 포함하는 레버가 커플러(1060) 그리고 작동 요소(1016)에 결합되는 것을 허용할 수 있으면서, 작동 요소(1016)를 포함하는 샤프트가 구름운동되는 경우와 같이 작동 요소(1016)의 회전을 허용할 수도 있다.
제 2 단부(1043)를 포함하는 레버가 도 14에서 화살표(1050)로 지시되는 방향을 따라 움직이게 되는 경우, 돌출부(1044)는 커플러(1060)를 움직이게 하도록 플랜지(1062)에 대하여 지지될 수 있다. 결과적으로, 제 2 단부(1043)를 포함하는 레버가 화살표(1050)로 지시되는 방향을 따라 위쪽을 향하여 또는 아래족을 향하여 움직이게 되고(예컨대 도 4의 예시적인 실시예에서 화살표(347)로 지시되는 방향을 따르는 레버 아암(340)의 움직임과 유사함) 방향(1050)을 따라 힘을 가하는 경우, 커플러(1060)도 제 2 단부(1043)와 커플러(1060) 사이의 연결 때문에 화살표(1050)로 지시되는 방향을 따라 움직이게 된다. 차례로, 작동 요소(1016)는 또한 커플러(1060)와 작동 요소(1016) 사이의 연결 때문에 화살표(1050)로 지시되는 방향을 따라 움직이게 된다. 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예는 도 14의 예시적인 실시예에 관하여 상술된 바와 같이 레버와 작동 요소 사이의 연결로 제한되는 것은 아니지만, 레버와 작동 요소의 연결에 대한 다른 구조와 구성을 이용할 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예는 웜 구동기와 작동 요소를 연결하는 레버로 제한되는 것은 아니다. 도 15를 살펴보면, 수술 기구의 근위부가 도시되어 있다. 수술 기구는 도 1의 예시적인 실시예의 환자측 카트(100)에 있는 기구(130)와 같이 사용될 수 있다. 수술 기구는, 힘 전달 메커니즘(1110)(내부에 있는 힘 전달 메커니즘(1110)의 구성요소들을 보여주기 위해서 도 15에 나타나 있지 않은 힘 전달 메커니즘(1110)의 하우징), 힘 전달 메커니즘(1110)에 연결되어 있는 샤프트(1112), 및 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예와 유사하게 샤프트(1112)의 원위 단부에 연결되는 엔드 이펙터(미도시)를 포함한다. 힘 전달 메커니즘(1110)은 도 3 내지 도 7과 도 11 내지 도 13의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있는 섀시(1120), 웜 구동기(1130) 및 롤 기어(1118)를 포함한다.
힘 전달 메커니즘(1110)은 웜 구동기(1130)와 작동 요소(1116)에 결합되는 연결 부재로서 이용되는 링크(1140)를 더 포함할 수 있다. 링크(1140)는 상술된 도 3 내지 도 13의 예시적인 실시예에 따라 웜 구동기(1130)에 결합될 수 있다. 링크(1140)는 섀시(1120)에 추가로 결합될 수 있어서, 링크(1140)는 대체로 직선 방향(예컨대 근위-원위 방향)을 따라 움직인다. 예시적인 실시예에 따르면, 링크(1140)는, 예컨대 기둥부(1144)에 결합되는 커플러(1142)를 통해서 섀시(1120)에 연결되는 기둥부(1144)에 결합될 수 있어서, 링크(1140)는, 예컨대 도 15의 예시적인 실시예에서 화살표(1150)로 지시되는 대체로 직선 방향을 따라 상하로 슬라이딩할 수 있다. 따라서, 링크(1140)는, 예컨대 피벗운동가능하지 않을 수 있고, 그 대신 직선 운동을 이용할 수 있다. 결과적으로, 웜 구동기(1130)가, 예컨대 화살표(1139)로 지시되는 방향을 따라 축(1137)을 중심으로 회전되는 경우, 링크(1140)는 기둥부(1144)를 따라 위쪽이나 아래쪽을 향하여(예컨대 근위-원위 방향을 따라) 움직이게 된다. 링크(1140)에 대한 그 결합 때문에, 작동 요소(1116)는 수술 기구를 작동시키기 위해서 화살표(1150)로 지시되는 방향을 따라 직선 방향으로 앞 뒤로 움직이게 되기도 한다. 예시적인 실시예에 따르면, 작동 요소(1116)를 포함하는 기구의 샤프트가 구름운동되는 경우와 같이, 작동 요소(1116)는 링크(1140)에 대한 작동 요소(1116)의 회전을 허용하는 커플러를 통해서 링크(1140)에 결합될 수 있다. 다른 구조가 웜 구동기 그리고 작동 요소에 결합하는데 사용될 수 있어서, 웜 구동기의 회전 운동은 작동 요소에 대한 직선 운동으로 변환될 수 있고 수술 기구를 작동시킬 수 있다.
본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예는 도 3 내지 도 14의 예시적인 실시예에 도시되어 있는 것들과는 다른 웜 구동기와 레버를 이용할 수 있다. 도 16을 살펴보면, 수술 기구의 근위부가 도시되어 있다. 수술 기구는 도 1의 예시적인 실시예의 환자측 카트(100)에 있는 기구(130)와 같이 사용될 수 있다. 수술 기구는 힘 전달 메커니즘(1210)(내부에 있는 힘 전달 메커니즘(1210)의 구성요소들을 보여주기 위해서 도 16에 나타나 있지 않은 힘 전달 메커니즘(1210)의 하우징), 힘 전달 메커니즘(1210)에 연결되어 있는 샤프트(1212), 및 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예와 유사하게 샤프트(1212)의 원위 단부에 연결되어 있는 엔드 이펙터(미도시)를 포함한다. 힘 전달 메커니즘(1210)은 내부에 있는 웜 구동기(1230)를 보여주기 위해서 하우징(1222)의 절결부(1223)를 통해서 나타나 있는 바와 같이 웜 구동기(1230)가 그 안에 위치되어 있는 기어 하우징(1222)을 포함하는 섀시(1220)를 포함한다. 섀시(1220)는 롤 기어(1218), 및 샤프트(1212)를 통해 뻗어있는 작동 요소(1216)를 더 포함할 수 있고, 이는 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예에 따라 구성될 수 있다.
웜 구동기(1230)는 웜 구동기(1230)의 근위-원위 방향을 따라 웜 구동기를 중심으로 나선형으로 되어있는 하나 이상의 기어 톱니(1232)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 기어 톱니(1232)는 예시적인 실시예에 따라 웜 구동기(1230)의 근위-원위 방향을 따라 웜 구동기(1230)를 중심으로 완전한 1회전(예컨대 360도) 이상 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따르면, 기어 톱니(1232)는 웜 구동기(1230)의 근위-원위 방향을 따라 웜 구동기(1230)를 중심으로 완전한 1회전 이상(예컨대 360도 이상) 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다. 예를 들어, 기어 톱니(1232)는 웜 구동기(1230)의 근위-원위 방향을 따라 웜 구동기(1230)를 중심으로 약 2회전 이상(예컨대 약 720도 이상) 연속적으로 나선형으로 되어있을 수 있다.
힘 전달 메커니즘(1210)은 웜 구동기(1230)와 작동 요소(1216)에 결합되는 연결 부재로서 이용되는 레버(1240)를 더 구비할 수 있다. 레버(1240)는 예시적인 실시예에 따라 레버(1240)의 헤드(1242)를 웜 구동기(1230)의 기어 톱니(1232)와 맞물림으로서 웜 구동기(1230)에 결합될 수 있다. 웜 구동기(1230)와 레버(1240) 사이의 맞물림을 촉진하기 위하여, 레버(1240)의 헤드(1242)는 웜 구동기(1230)의 기어 톱니(1232)에 대해 상보적인 기어 톱니(1244)를 구비할 수 있다. 기어 하우징(1222)은 도 17과 도 18의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 돌출부(1224)를 구비할 수 있고, 이 돌출부는 전체적인 근위-원위 방향을 따라 헤드(1242)의 움직임을 안내하고 도 18의 예시적인 실시예에서 화살표(1254)로 지시되는 측면 방향을 따라 헤드(1242)의 움직임을 방지하거나 최소화한다. 따라서, 도 3 내지 도 7의 예시적인 실시예의 웜 구동기(3330)와 레버 아암(340)에 관하여 상술된 바와 같이 나사산 구간과 그루브을 구비하는 웜 구동기(1230), 및 그루브 내부에 배치되어 있는 종동자를 포함하는 레버(1240)를 대신하여, 웜 구동기(1230)와 레버(1240)는 각각의 기어 톱니(1232, 1244)를 통해서 서로 맞물릴 수 있다.
레버(1240)는 도 16과 도 17의 예시적인 실시예에 나타나 있는 바와 같이 핀(1240)을 통해서 섀시(1220)에 추가로 결합될 수 있다. 나아가, 레버(1240)는 도 3 내지 도 7과 도 14의 예시적인 실시예에 관하여 상술된 바와 같이 작동 요소(1216)에 연결되어 있는 커플러(1250)를 통해서 작동 요소(1216)에 결합될 수 있다. 웜 구동기(1230)가, 예컨대 도 16과 도 17의 예시적인 실시예에서 화살표(1234)로 지시되는 방향으로 작동 인터페이스 어셈블리(도시되어 있지 않지만, 예컨대 도 1의 작동 인터페이스 어셈블리(122)일 수 있음)로부터의 입력에 의해 구동되는 경우, 웜 구동기(1230)는 축(1236)을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다.
웜 구동기(1230)와 레버(1240) 사이의 맞물림 때문에, 그리고 레버(1240)가 핀(1246)을 통해서 섀시(1220)에 피벗운동가능하게 장착되어 있기 때문에, 레버(1240)의 헤드(1242)는, 예컨대 도 17의 예시적인 실시예에서 화살표(1248)로 지시되는 방향으로 핀(1246)을 중심으로 피벗운동함으로써 대체로 아치형 경로를 따라갈 수 있다. 예시적인 실시예에 따르면, 아치형 경로의 곡률은 충분히 클 수 있어서, 헤드(1242)에서와 같은 레버(1240)의 움직임은 도 17의 예시적인 실시예에서 화살표(1249)로 지시되는 방향을 따라 대체로 직선 운동이다. 도 17에서 화살표(1249)로 지시되는 바와 같이, 작동 요소(1216)의 움직임은, 예컨대 샤프트(1212)의 근위-원위 방향을 따라 대체로 직선 운동일 수 있다. 따라서, 웜 구동기(1230)와 레버(1240)를 포함하는 힘 전달 메커니즘(1210)은 웜 구동기(1230)의 회전 운동을 작동 요소(1216)의 직선 운동으로 변환시키는 기능을 가질 것이다. 결과적으로, 수술 기구는, 토크는 상당하지만 마찰은 작은 상태로 힘 전달 메커니즘(1210)에 의해 효과적으로 작동될 수 있다(예컨대 도 2의 예시적인 실시예에서의 엔드 이펙터(220)를 작동시킴으로써 그러함).
본 명세서에 기술된 예시적인 실시예의 힘 전달 메커니즘의 다양한 구성요소들은 예시적인 실시예에 따라 몰딩 공정을 통해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 웜 구동기, 레버 또는 링크, 레버를 작동 요소에 연결하는 커플러 및/또는 섀시는 몰딩 공정으로 각각 제조될 수 있다. 몰딩 공정을 통해서 제조되는 힘 전달 메커니즘 구성요소는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기술된 다양한 예시적인 실시예의 웜 구동기는, 예컨대 폴리아미드(예컨대 10% 유리가 채워진 나일론)와 같은 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 다른 예시에서, 커플러는, 예컨대 폴리에테르이미드(polyetherimide; PEI)와 같은 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 레버 아암(예컨대 도 3의 레버 아암(340))은, 예컨대 10% 유리가 채워진 PEI와 같은 PEI로 만들어질 수 있다. 섀시(예컨대 도 4의 섀시(320))는, 예컨대 30% 유리가 채워진 폴리카보네이트와 같은 폴리카보네이트로 만들어질 수 있다.
본 명세서에 기술된 예시적인 실시예와 방법은 원격조종식 수술 시스템을 위하여 수술 기구와 이용되는 것으로 기술되어 있다. 그러나, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예와 방법은 손으로 쥘 수 있는 다른 기구나 복강경 기구와 같은 다른 수술 장치와 사용될 수 있다. 나아가, 예시적인 실시예와 방법은, 예컨대 리스트나 조인트 구조에 부착되는 대상을 원격으로 위치결정하기 위해서 원격으로 작동가능한 리스트 또는 다중 조인트 구조를 사용하는 다른 적용처에서 이용될 수 있다. 예를 들자면, 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예는 파이프 검사를 위하여 사용되는 장치, 및 원격조종이나 수동 작동을 통한 원격 접근을 이용하는 다른 장치에서 사용될 수 있다.
작동 요소에 연결되는 웜 구동기를 구비하는 힘 전달 메커니즘을 제공함으로써, 수술 기구의 작동 요소의 회전 운동과 병진 운동 모두가 허용될 수 있는 한편, 웜 구동기로부터의 힘을, 힘 전달 메커니즘을 포함하는 수술 기구를 작동시키는데 사용될 수 있는 작동 요소에 대해 변환하는 효과적인 수단을 제공한다.
추가적인 수정과 대체 실시예는 본 명세서의 개시사항의 관점에서 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 시스템과 방법은 작동상태를 명확하게 하기 위하여 도면과 발명의 상세한 설명으로부터 생략되어 있는 추가적인 구성요소나 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명은 단지 설명하기 위한 것으로 이해되어야 하고, 본 발명을 실시하는 일반적인 방식을 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 교시하기 위한 것이다. 본 명세서에 기술되어 나타나 있는 다양한 실시예가 예시적인 것으로 여겨져야 한다는 것은 이해할 수 있을 것이다. 요소들과 재료들, 및 이러한 요소들과 재료들의 배열은 본 명세서에 기술되고 도시되어 있는 것들로 대체될 수 있고, 부품과 공정은 반전될 수 있으며, 본 발명의 어떠한 특징이라도 본 명세서의 발명의 상세한 설명의 이익을 향유하고 나서 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것인 바와 같이 모두 독립적으로 이용될 수 있다. 다음에 오는 청구범위와 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서에 기술되어 있는 요소들에 변경이 가해질 수 있다.
본 명세서에 설명되어 있는 특정 예시와 실시예가 제한되는 것이 아니라는 점은 이해할 수 있을 것이고, 구조, 치수, 재료 및 방법론적인 것에 대한 수정은 본 발명의 사상을 벗어나지 않으면서 행해질 수 있다.
본 명세서에 따르는 다른 실시예는 본 명세서에 개시되어 있는 본 발명에 관한 발명의 상세한 설명과 실시를 참작하면 당해 기술분야에서의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 발명의 상세한 설명과 예시가 단지 예시적인 것으로 여겨지도록 의도되어 있고, 청구범위는 균등물을 포함하는 본 발명의 전체 사상과 범위에 속한다.

Claims (18)

  1. 샤프트;
    샤프트에 결합된 이동 가능한 구성요소;
    힘 전달 메커니즘; 및
    이동 가능한 요소에 동작 가능하게 결합되고 힘 전달 메커니즘으로 샤프트를 통해 뻗어있는 작동 요소를 포함하고,
    힘 전달 메커니즘은,
    웜 구동기, 및
    웜 구동기와 맞물리는 제1 단부 및 제1 단부의 반대쪽에 있는 제2 단부를 포함하는 링크장치로서, 작동 요소는 제1 단부와 제2 단부 사이의 위치에서 링크장치에 결합되는, 링크장치를 포함하고,
    웜 구동기의 회전 운동은 링크장치에 선형 병진 운동을 전하고,
    링크장치의 선형 병진 운동은 작동 요소에 병진 운동을 전하는, 기구.
  2. 제1항에 있어서,
    링크장치는 웜 구동기와 맞물리는 제1 링크 부분 및 작동 요소에 결합되고 제1 링크 부분에 결합된 제2 링크 부분을 포함하고, 제1 링크 부분은 제1 단부를 포함하고 제2 링크 부분은 제2 단부를 포함하는, 기구.
  3. 제2항에 있어서,
    링크장치는 모놀리식(monolithic) 바디를 포함하고, 제1 링크 부분 및 제2 링크 부분은 모놀리식 바디의 일체로 연결된 부분인, 기구.
  4. 제2항에 있어서,
    제1 링크 부분 및 제2 링크 부분은 함께 결합된 별개의 부분인, 기구.
  5. 제2항에 있어서,
    링크장치의 선형 병진 운동은 웜 구동기를 따르는 제1 링크 부분의 선형 병진 운동을 포함하고,
    웜 구동기를 따르는 제1 부분의 선형 병진 운동은 웜 구동기의 회전축에 평행인 방향을 따라 제2 링크 부분에 선형 병진 운동을 전하고,
    제2 부분의 선형 병진 운동은 작동 요소에 병진 운동을 전하는, 기구.
  6. 제2항에 있어서,
    제2 링크 부분은 웜 구동기의 회전축에 수직인 방향을 따라 제1 링크 부분으로부터 뻗어있는, 기구.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 링크 부분은 웜 구동기의 회전축에 평행하게 뻗어있는 기둥부에 결합되어 제2 링크 부분이 기둥부를 따라 슬라이딩 가능하도록 하는, 기구.
  8. 제7항에 있어서,
    작동 요소는 기둥부와 제1 링크 부분 사이의 위치에서 제2 링크 부분에 결합되는, 기구.
  9. 제1항에 있어서,
    힘 전달 메커니즘은, 매니퓰레이터 아암에 기구를 장착한 상태에서 웜 구동기의 회전 운동을 구동하는 매니퓰레이터 아암의 작동 인터페이스와 맞물림 가능한 작동 입력 메커니즘을 더 포함하는, 기구.
  10. 제1항에 있어서,
    웜 기어의 회전축은 샤프트의 길이방향 축에 평행하고 길이방향 축으로부터 오프셋(offset)되는, 기구.
  11. 제1항에 있어서,
    웜 구동기는 나사산 구간의 나사산 부분 사이에 나선형 그루브를 형성하는 나사산 구간을 포함하고, 제1 단부에서 링크장치의 적어도 일부는 웜 구동기의 나선형 그루브 내에 수용되는, 기구.
  12. 제1항에 있어서,
    샤프트에 결합된 엔드 이펙터를 더 포함하고, 엔드 이펙터는 죠(jaw) 메커니즘을 포함하는, 기구.
  13. 제12항에 있어서,
    이동 가능한 구성요소는 죠 메커니즘의 일부이고, 작동 요소는 죠 메커니즘에 동작 가능하게 결합되어 죠 메커니즘의 개방 및 폐쇄를 구동하는, 기구.
  14. 제1항에 있어서,
    작동 요소는 푸시-풀(push-pull) 구동 요소인, 기구.
  15. 제1항에 있어서,
    이동 가능한 구성요소는 엔드 이펙터 또는 리스트(wrist) 메커니즘을 포함하는, 기구.
  16. 작동 인터페이스를 포함하는 매니퓰레이터 아암; 및
    제1항의 기구를 포함하고,
    기구는 작동 인터페이스에 장착 가능하고,
    작동 인터페이스는 작동 인터페이스에 기구를 장착한 상태에서 웜 기어의 회전 운동을 구동하도록 구성되는, 원격조종 가능한 시스템.
  17. 기구의 작동 요소를 작동시켜 기구의 기구 샤프트를 따라 힘을 전달하는 방법으로서,
    기구 샤프트의 근위 단부에서 힘 전달 메커니즘의 웜 구동기의 회전 운동을 구동하는 단계;
    웜 구동기의 회전 운동을 힘 전달 메커니즘의 링크장치의 선형 병진 운동으로 변환하는 단계로서, 링크장치는 웜 구동기와 맞물리는 제1 단부 및 제1 단부의 반대쪽에 있는 제2 단부를 포함하는 단계;
    링크장치의 선형 병진 운동을 작동 요소의 병진 운동으로 변환하는 단계로서, 작동 요소는 제1 단부와 제2 단부 사이의 위치에서 링크장치에 결합되는 단계; 및
    작동 요소의 병진 운동을 샤프트의 원위 부분에 결합된 이동 가능한 구성요소의 운동으로 변환하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    이동 가능한 구성요소는 엔드 이펙터 또는 리스트 메커니즘을 포함하는, 방법.
KR1020227031330A 2014-08-15 2015-08-13 수술 기구용 힘 전달 메커니즘 및 관련 시스템과 방법 KR102605905B1 (ko)

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