KR102662094B1

KR102662094B1 - 리스트 구조

Info

Publication number: KR102662094B1
Application number: KR1020227039567A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 라고스타; 매튜 에이. 윅시
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2024-05-03
Also published as: US20190239877A1; JP2023174929A; EP3509511A1; JP2022031311A; CN109688948A; KR20190042009A; US20220125428A1; JP6989594B2; US11806016B2; KR20220156673A; EP3509511A4; WO2018049211A1; JP2019528871A; KR102467745B1; EP4122408A1; CN109688948B; CN115399819A; US11234700B2; EP3509511B1; US20240008873A1

Abstract

수술 장치가 기다란 샤프트, 엔드 이펙터, 그리고 리스트 조립체를 포함하고 있다. 상기 리스트 조립체는 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크를 포함하고 있다. 제1 외부 링크는 상기 샤프트에 연결되어 있고 제1 기어 톱니를 포함하고 있다. 제1 내부 링크는 제1 외부 링크와 피벗운동가능하게 결합되어 있다. 제2 외부 링크는 제1 내부 링크와 피벗운동가능하게 결합되어 있다. 제2 외부 링크는 제2 기어 톱니를 포함하고 있고, 상기 제2 기어 톱니는 제1 기어 톱니와 맞물리고 제1 외부 링크에 대한 제1 내부 링크의 배향과 상기 리스트 조립체의 배향 범위 전체 걸쳐서 제1 외부 링크의 배향을 제어한다.

Description

리스트 구조{WRIST ARCHITECTURE}

본 출원은, 인용에 의해서 전체 내용이 본 명세서에 포함되어 있는, 2016년 9월 9일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/385,621호에 대한 우선권 주장 출원이다.

최소 침습 수술 기법은 진단 과정이나 수술 과정에서 손상되는 진단이나 수술과 무관한 조직의 양을 감소시켜서, 환자 회복 시간, 불편함, 그리고 유해한 부작용을 감소시키기 위한 것이다. 결과적으로, 일반적인 수술에 대한 평균적인 병원 체류 기간은 최소 침습 수술 기법을 이용하면 현저하게 단축될 수 있다. 또한, 최소 침습 수술에 의해 환자 회복 시간, 환자의 불편함, 수술 부작용, 그리고 직장에서 결근하는 기간도 단축될 수 있다.

최소 침습 수술의 통상적인 형태는 내시경술이고, 내시경술의 통상적인 형태는 복강 내에서의 최소 침습 검사 및/또는 수술인 복강경술이다. 이러한 수술과 함께 재장전가능한 스테이플링 장치가 사용될 수 있다. 원격수술식으로 제어되는 스테이플링 장치는 비교적 큰 각도(예를 들면, 90도 이하와 이상)로 요잉운동하고 피칭운동하는 서보 제어식 리스트 조인트(servo controlled wrist joint)를 포함할 수 있다. 이러한 리스트 조인트의 관절운동은 리스트를 통하여 뻗어 있는 작동 구성요소에 상당한 압력을 가할 수 있다. 이러한 조인트는 상기와 같은 각도에서 상기 리스트를 통하여 병진이동해야 하는 작동 구성요소에 많은 부담을 줄 수 있다. 따라서, 현재의 작동 장치는 종종 양 극단 각도(extreme angles)에서도 기능하는 작동 구성요소의 능력에 의해서 제한된다.

본 명세서에 개시된 실시례는 비교적 큰 각도로 요잉운동하고 피칭운동할 수 있는 리스트(wrist)를 가진 수술 장치에 관한 것이다. 이러한 리스트는 피칭운동 축으로부터 공간상으로 분리된 요잉운동 축을 가질 수 있고, 상기 요잉운동 축과 피칭운동 축은 서로에 대해서 수직일 뿐만 아니라 원격수술식으로 제어되는 장치의 아암 또는 샤프트의 연장부를 한정하는 길이방향의 축에 대해서도 수직이다. 몇몇 경우에 있어서, 요잉운동 각과 피칭운동 각은 45도, 60도, 또는 90도 이하가 될 수 있다.

상기와 같은 피칭운동 각과 요잉운동 각은 수술 장치의 조(jaw)를 개방시키고 폐쇄시키기 위해서 그리고 선택적으로 절단 장치 및/또는 스테이플링 장치와 같은 다른 도구를 작동시키기 위해서 극도로 유연한 작동 메카니즘을 필요로 한다. 몇몇 실시례에서는, 작동 메카니즘이 밀어내기 요소를 포함할 수 있다. 상기 밀어내기 요소는 극도로 유연하면서, 양 극단 각도에서도 고도의 압축성을 가지도록 구성될 수 있다. 하지만, 상기 밀어내기 요소는 인장력에는 적합하지 않을 수 있다. 따라서, 별개의 당기기 요소가 수술 장치의 근위 방향의 이동과 작동을 위해 인장력을 가하기 위해서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 당기기 요소는 압축력에는 적합하지 않을 수 있다. 하지만, 상기 밀어내기 요소와 상기 당기기 요소를 하나의 통합된 장치로 결합하면 수술 장치의 엔드 이펙터의 여러 구성요소를 작동시키기 위해서 압축력과 인장력을 작용시키기(다시 말해서, 밀어내기와 당기기) 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

상기 밀어내기 요소와 상기 당기기 요소는 밀어내기 요소가 당기기 요소의 둘레에 동심적으로 배치되어 있는 상태로 공동 축(shared axis)을 따라서 통합될 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 밀어내기 요소가 코일 스프링을 포함하고 있고 당기기 요소가 땋은 케이블을 포함하고 있다. 대체 실시형태로서, 당기기 요소가 밀어내기 요소의 둘레에 동심적으로 배치될 수 있다.

고도의 리스트 유연성을 가능하게 하기 위해서, 상기 리스트 조립체는 리스트 조립체에 대한 요잉운동과 피칭운동 지오메트리(yaw and pitch geometry)를 한정하는 외부 링크들로 만들어질 수 있다. 상기 외부 링크는 작동 메카니즘의 가요성 부분을 수용할 수 있다. 하지만, 리스트 내에서의 작동 메카니즘의 압축이 좌굴을 초래할 수 있고 힘 전달의 효율성을 감소시킬 수 있다. 이러한 문제를 완화시키는데 도움을 주기 위해서, 상기 외부 링크들을 서로 연결시키는 내부 링크가 제공될 수 있다. 상기 내부 링크는 작동 메카니즘의 측면방향의 이동을 제약하고 제한하여, 좌굴을 완화시키는 통로를 한정할 수 있다.

따라서, 하나의 실시형태에서는, 한 장치가 기다란 샤프트, 엔드 이펙터, 그리고 리스트 조립체를 포함하고 있다. 상기 기다란 샤프트는 제1 축을 따라서 뻗어 있다. 상기 엔드 이펙터는 상부 조와 하부 조를 포함하고 있다. 상기 리스트 조립체는 상기 엔드 이펙터를 상기 기다란 샤프트에 움직일 수 있게 연결시킨다. 상기 리스트 조립체는 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크를 포함하고 있다. 제1 외부 링크는 상기 기다란 샤프트에 연결되어 있으며 제1 내부 링크에 의해 제2 외부 링크에 움직일 수 있게 결합되어 있다. 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크는 근위 조인트를 한정한다. 제1 외부 링크의 내측 표면과 제2 외부 링크의 내측 표면이 제1 내부 링크가 배치되는 내강을 한정한다. 제1 외부 링크의 내측 표면은 적어도 제1 오목부를 한정하고 제2 외부 링크의 내측 표면은 적어도 제2 오목부를 한정한다. 제1 내부 링크의 반경방향의 표면은 적어도 제1 돌출부와 제2 돌출부를 포함하고 있다. 제1 내부 링크의 제1 돌출부는 제1 오목부와 결합된다. 상기 내부 링크의 제2 돌출부는 제2 오목부와 결합된다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 축의 둘레로 상기 기다란 샤프트에 대하여 상기 엔트 이펙터의 방향을 바꾸도록 작동된다. 예를 들어, 상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 근위 조인트가 제1 축과 수직인 제2 축을 따라서 뻗어 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 두 개의 축의 각각의 둘레로 상기 기다란 샤프트에 대하여 상기 엔트 이펙터의 방향을 바꾸도록 작동된다. 예를 들어, 상기 리스트 조립체는 제2 내부 링크와 제3 외부 링크를 더 포함할 수 있다. 제3 외부 링크는 상기 엔드 이펙터에 연결되어 있으며 제2 내부 링크에 의해 제2 외부 링크에 움직일 수 있게 결합되어 있다. 제3 외부 링크, 제2 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크는 원위 조인트를 한정한다. 상기 리스트 조립체는 상기 근위 조인트와 상기 원위 조인트에서 각각 요잉운동하고 피칭운동하도록 구성될 수 있다. 상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크와 제2 내부 링크의 각각이 제1 클레비스 돌출 저널과 제2 클레비스 돌출 저널을 포함하고 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 내부 통로를 가지고 있고, 상기 내부 통로를 통하여 작동 구성요소가 뻗어 있다. 예를 들어, 상기 장치의 몇몇 실시례는 상기 엔드 이펙터와 구동가능하게 결합되어 있고 제1 내부 링크에 의해서 한정된 내부 통로를 통하여 뻗어 있는 기다란 구동 부재를 포함하고 있다. 상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 기다란 구동 부재가 원위 방향의 힘을 상기 엔드 이펙터에 가하도록 작동된다. 몇몇 실시례에서는, 원위 방향의 힘을 상기 엔드 이펙터에 가하는 동안 상기 기다란 구동 부재가 좌굴되는 것을 방지하기 위하여 상기 내부 통로가 상기 기다란 구동 부재의 둘레에 근접하여 형성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 상기 기다란 구동 부재가 통과하는 내부 통로 내에 내부 시스를 포함하고 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 관절운동하는 동안 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크 사이의 상대적인 배향을 제어하기 위해서 제1 외부 링크와 제2 외부 링크가 접속한다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 제1 외부 링크와 제2 외부 링크가 맞물리는 기어 톱니를 포함하고 있고, 상기 맞물리는 기어 톱니는 제2 외부 링크와 제1 외부 링크 사이의 배향 범위에 걸쳐서 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크 사이의 상대적인 배향을 제어한다. 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크가 제1 외부 링크와 제2 외부 링크에 의해서 수동적으로 제한된다.

다른 실시형태에서는, 한 장치가 기다란 아암, 그리고 엔드 이펙터, 기다란 구동 부재, 그리고 리스트 조립체를 포함하고 있다. 상기 기다란 아암은 제1 축을 따라서 뻗어 있다. 상기 엔드 이펙터는 상부 조와 하부 조를 포함하고 있다. 상기 기다란 구동 부재는 상기 기다란 아암으로부터 뻗어 있으며 상기 엔드 이펙터의 작동을 위해 상기 엔드 이펙터와 구동가능하게 결합되어 있다. 상기 리스트 조립체는 상기 기다란 아암을 상기 엔드 이펙터에 움직일 수 있게 연결시킨다. 상기 리스트 조립체는 복수의 외부 링크와 복수의 내부 링크를 포함하고 있다. 상기 리스트 조립체는 상기 엔드 이펙터를 상기 기다란 아암에 대하여 요잉운동시키고 피칭운동시키도록 작동된다. 상기 내부 링크는 상기 기다란 아암과 상기 엔드 이펙터의 사이에 상기 기다란 구동 부재가 통과하는 내부 통로를 한정한다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 축의 둘레로 상기 기다란 샤프트에 대하여 상기 엔드 이펙터의 방향을 바꾸도록 작동된다. 예를 들어, 상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 제2 축을 따라서 뻗어 있는 근위 조인트를 포함하고 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 두 개의 축의 각각의 둘레로 상기 기다란 샤프트에 대하여 상기 엔드 이펙터의 방향을 바꾸도록 작동된다. 예를 들어, 상기 리스트 조립체는 제1 축 및 제2 축과 수직인 제3 축을 따라서 뻗어 있는 원위 조인트를 더 포함할 수 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 상기 근위 조인트에서 요잉운동하고 상기 원위 조인트에서 피칭운동하도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 복수의 내부 링크의 각각이 제1 돌출 저널과 제2 돌출 저널을 포함하고 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 내부 통로를 가지고 있고, 상기 내부 통로를 통하여 작동 구성요소가 뻗어 있다. 예를 들어, 상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 압축되는 도중에 상기 기다란 구동 부재가 좌굴되는 것을 방지하기 위하여 상기 내부 통로가 상기 기다란 구동 부재의 둘레에 근접하여 형성되어 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 상기 내부 통로 내에 있으며 상기 기다란 구동 부재가 통과하는 내부 시스를 포함하고 있다.

상기 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 외부 링크와 상기 내부 링크 사이의 상대적인 배향을 제어하기 위해서 상기 복수의 외부 링크가 접속한다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 상기 복수의 외부 링크가 상기 복수의 외부 링크 사이의 배향 범위에 걸쳐서 상기 복수의 외부 링크와 상기 복수의 내부 링크 사이의 상대적인 배향을 제어하는 맞물리는 기어 톱니를 포함하고 있다. 몇몇 실시례에서는, 상기 내부 링크가 상기 외부 링크에 의해서 수동적으로 제한된다.

몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 인장 부재를 통하여 작동된다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 상기 장치가 상기 복수의 외부 링크의 일부분을 통하여 뻗어 있으며 상기 리스트 조립체를 관절운동시키기 위해서 관절연결되어 있는 케이블 부분을 포함하고 있다.

다른 실시형태에서는, 수술 장치가 기다란 샤프트, 엔드 이펙터, 그리고 리스트 조립체를 포함하고 있다. 상기 기다란 샤프트는 제1 축을 따라서 뻗어 있다. 상기 엔드 이펙터는 상부 조와 하부 조를 포함하고 있다. 상기 리스트 조립체는 상기 엔드 이펙터를 상기 기다란 샤프트에 움직일 수 있게 연결시킨다. 상기 리스트 조립체는 제1 외부 링크, 제1 내부 링크, 그리고 제2 외부 링크를 포함하고 있다. 제1 외부 링크는 상기 기다란 샤프트에 연결되어 있으며 제1 기어 톱니를 포함하고 있다. 제1 내부 링크는 제1 축과 수직으로 배향된 제2 축의 둘레로 제1 외부 링크에 대하여 회전하도록 제1 외부 링크와 피벗운동가능하게 결합되어 있다. 제2 외부 링크는 제2 축과 평행하며 제2 축으로부터 오프셋된 제3 축의 둘레로 제1 내부 링크에 대하여 회전하도록 제1 내부 링크와 피벗운동가능하게 결합되어 있다. 제2 외부 링크는 제1 기어 톱니와 접속하여 제1 외부 링크에 대한 제1 내부 링크의 배향과 제1 외부 링크에 대한 제2 외부 링크의 배향 범위에 걸친 제1 외부 링크의 배향을 제어하는 제2 기어 톱니를 포함하고 있다.

제1 내부 링크는 임의의 적절한 피벗 연결을 이용하여 제1 외부 링크 및 제2 외부 링크와 피벗운동가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크가 제2 축과 정렬된 제1 한 쌍의 돌출 저널과 제3 축과 정렬된 제2 한 쌍의 돌출 저널을 포함하고, 제1 외부 링크가 제1 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제1 외부 링크 저널 베어링을 포함하고, 그리고 제2 외부 링크가 제2 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제2 외부 링크 저널 베어링을 포함하고 있다.

제1 내부 링크, 제1 외부 링크, 또는 제2 외부 링크는 상기 리스트 조립체의 조립을 용이하게 하기 위해서 멀티-피스 구조(multiple-piece construction)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크가 제1 내부 링크 제1 부분과 제1 내부 링크 제2 부분을 포함하는 멀티-피스 구조를 가지고 있다. 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크 제1 부분과 제1 내부 링크 제2 부분이 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 중의 하나에 대한 제1 내부 링크 제1 부분과 제1 내부 링크 제2 부분의 각각의 회전을 통하여 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 중의 하나와 접속되도록 구성되어 있다. 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서, 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 중의 다른 하나는, 제1 내부 링크가 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 중의 하나와 조립된 후 제1 내부 링크에 조립하도록 된 멀티-피스 구조를 가지고 있다.

상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 구멍을 형성하고, 상기 구멍을 통하여 작동 조립체가 뻗어 있다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 제1 내부 링크가 구멍을 형성하고, 상기 수술 장치가 상기 구멍을 통하여 뻗어 있으며 상기 엔드 이펙터의 메카니즘을 작동시키기 위해서 상기 엔드 이펙터와 구동가능하게 결합되어 있는 기다란 구동 부재를 포함하고 있다.

상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 상기 리스트 조립체 구성요소들이 분리되는 것을 막도록 원위 방향의 부하에 반작용하기 위해서 케이블 장력에 의존하지 않고 상기 엔드 이펙터에 가해진 근위 방향의 부하와 원위 방향의 부하에 반작용하도록 구동되고 구성된 케이블이다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 상기 수술 장치가 상기 리스트 조립체와 구동가능하게 결합되어 있으며 상기 리스트 조립체를 관절운동시키기 위해서 관절연결된 케이블 부분을 포함하고 있고, 상기 케이블 부분 중 장력을 받고 있는 부분이 없을 때에도 제2 외부 링크를 제1 외부 링크와 접속된 상태로 유지시키기 위해서 제1 내부 링크가 상기 구동 부재에 의해 상기 엔드 이펙터에 가해진 인장 부하와 압축 부하를 제1 외부 링크로 반작용하도록 구성되어 있다.

상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 제1 축과 수직인 두 개의 축의 각각의 둘레로 상기 기다란 샤프트에 대하여 상기 엔드 이펙터의 방향을 바꾸도록 작동된다. 예를 들어, 상기 리스트 조립체가 제2 내부 링크와 제3 외부 링크를 더 포함할 수 있다. 제2 내부 링크는 제1 축 및 제3 축과 수직으로 배향된 제4 축의 둘레로 제2 외부 링크에 대해 회전하도록 제2 외부 링크와 피벗운동가능하게 결합될 수 있다. 제3 외부 링크는 제4 축과 평행하며 제4 축으로부터 오프셋된 제5 축의 둘레로 제2 내부 링크에 대하여 회전하도록 제2 내부 링크와 피벗운동가능하게 결합될 수 있다. 제3 외부 링크는 제2 외부 링크의 기어 톱니와 접속하여 제3 외부 링크에 대한 제2 내부 링크의 배향과 제2 외부 링크에 대한 제3 외부 링크의 배향 범위에 걸친 제2 외부 링크의 배향을 제어하는 기어 톱니를 포함할 수 있다.

제2 내부 링크는 임의의 적절한 피벗 연결을 이용하여 제2 외부 링크 및 제3 외부 링크와 피벗운동가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 제2 내부 링크가 제4 축과 정렬된 제1 한 쌍의 돌출 저널과 제5 축과 정렬된 제2 한 쌍의 돌출 저널을 포함하고, 제2 외부 링크가 제2 내부 링크의 제1 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제2 외부 링크 저널 베어링을 포함하고, 그리고 제3 외부 링크가 제2 내부 링크의 제2 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제3 외부 링크 저널 베어링을 포함하고 있다.

제2 내부 링크, 제2 외부 링크, 또는 제3 외부 링크는 상기 리스트 조립체의 조립을 용이하게 하기 위해서 멀티-피스 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 제2 내부 링크가 제2 내부 링크 제1 부분과 제2 내부 링크 제2 부분을 포함하는 멀티-피스 구조를 가지고 있다. 몇몇 실시례에서는, 제2 내부 링크 제1 부분과 제2 내부 링크 제2 부분이 제2 외부 링크와 제3 외부 링크 중의 하나에 대한 제2 내부 링크 제1 부분과 제2 내부 링크 제2 부분의 각각의 회전을 통하여 제2 외부 링크와 제3 외부 링크 중의 하나와 접속되도록 구성되어 있다. 몇몇 실시례에서, 제2 외부 링크와 제3 외부 링크 중의 다른 하나는, 제2 내부 링크가 제2 외부 링크와 제3 외부 링크 중의 하나와 조립된 후 제2 내부 링크에 조립하도록 된 멀티-피스 구조를 가지고 있다.

상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 구멍을 형성하고, 상기 구멍을 통하여 작동 조립체가 뻗어 있다. 예를 들어, 몇몇 실시례에서는, 제2 내부 링크가 제2 내부 링크 구멍을 형성하고 있다. 상기 수술 장치는 상기 제2 내부 링크 구멍을 통하여 뻗어 있으며 상기 엔드 이펙터의 메카니즘을 작동시키기 위해서 상기 엔드 이펙터와 구동가능하게 결합되어 있는 기다란 구동 부재를 포함할 수 있다.

상기 수술 장치의 몇몇 실시례에서는, 상기 리스트 조립체가 상기 리스트 조립체 구성요소들이 분리되는 것을 막도록 원위 방향의 부하에 반작용하기 위해서 케이블 장력에 의존하지 않고 상기 엔드 이펙터에 가해진 근위 방향의 부하와 원위 방향의 부하에 반작용하도록 구동되고 구성된 케이블이다. 예를 들어, 상기 수술 장치는 상기 리스트 조립체와 구동가능하게 결합되어 있으며 상기 리스트 조립체를 관절운동시키기 위해서 관절연결된 케이블 부분을 포함할 수 있다. 상기 케이블 부분 중 장력을 받고 있는 부분이 없을 때에도 제3 외부 링크를 제2 외부 링크와 접속된 상태로 그리고 제2 외부 링크를 제1 외부 링크와 접속된 상태로 유지시키기 위해서 제1 내부 링크와 제2 내부 링크가 상기 구동 부재에 의해 상기 엔드 이펙터에 가해진 인장 부하와 압축 부하를 제1 외부 링크로 반작용하도록 구성될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시례는 비교적 큰 각도로 요잉운동하고 피칭운동할 수 있는 리스트(wrist)를 가진 수술 장치에 관한 것이다.

도 1a 내지 도 1c는 다수의 실시례에 따른, 수술 공구의 여러 도면을 나타내고 있다.
도 2a, 도 2b, 그리고 도 3c는 다수의 실시례에 따른, 수술 공구의 사시도, 측면도, 그리고 저면도를 나타내고 있다.
도 3a와 도 3b는 다수의 실시례에 따른, 수술 공구의 단면도를 나타내고 있다.
도 4a는 다수의 실시례에 따른, 작동 메카니즘의 사시도를 나타내고 있다.
도 4b는 다수의 실시례에 따른, 작동 메카니즘의 단면도를 나타내고 있다.
도 4c와 도 4d는 다수의 실시례에 따른, 밀어내기 부재의 사시도를 나타내고 있다.
도 4e는 다수의 실시례에 따른, 작동 메카니즘의 단면도를 나타내고 있다.
도 5a는 다수의 실시례에 따른, 리스트 조립체의 사시도를 나타내고 있다.
도 5b는 다수의 실시례에 따른, 리스트 조립체의 단면도를 나타내고 있다.
도 5c는 다수의 실시례에 따른, 외부 링크 조립체의 사시도를 나타내고 있다.
도 6a 내지 도 6c는 다수의 실시례에 따른, 리스트 조립체를 조립하는 방법을 나타내고 있다.

도 1a 내지 도 1c는 근위 섀시(12), 기구 샤프트(14), 그리고 환자 조직을 움켜잡도록 관절운동할 수 있는 상부 조(jaw)(18)를 가진 원위 엔드 이펙터(16)을 포함하고 있는 수술 공구(10)를 나타내고 있다. 상기 근위 섀시(12)는 입력 커플러(22)를 포함하고 있고, 상기 입력 커플러(22)는, 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있는, 공개공보 제US 2014/0183244 A1호에 개시된 시스템과 같은, 원격수술용 수술 시스템의 대응하는 출력 커플러와 접속할 수 있고 상기 출력 커플러에 의해 구동될 수 있다. 상기 입력 커플러(22)는 상기 기구 샤프트(14) 내에 배치되어 있는 하나 이상의 입력 부재와 구동가능하게 결합되어 있다. 상기 입력 부재는 엔드 이펙터(16)와 구동가능하게 결합되어 있다. 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있는 것과 같이, 근위 섀시(12)의 입력 커플러(22)는, 미국 특허 제8,912,746호에 개시된 스테이플러 특정 모터 팩(stapler specific motor pack), 또는 미국 특허 제8,529,582호에 개시된 유니버설 모터 팩과 같은, 다양한 종류의 모터 팩(13)과 결합되도록 조정될 수 있고, 상기 특허 문헌은 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있다.

도 2a 내지 도 2c는 엔드 이펙터(16)를 포함하는 수술 공구(10)의 원위 단부의 사시도, 측면도, 그리고 평면도를 나타내고 있다. 엔드 이펙터(16)는 리스트 조립체(24)에 의해 기구 샤프트(14)에 움직일 수 있게 연결되어 있다. 상기 리스트 조립체(24)는 적어도 2개의 자유도를 가지고 있고 엔드 이펙터(16)가 2개의 직교하는 축을 중심으로 기구 샤프트(14)에 대하여 관절운동하도록 엔드 이펙터(16)를 기다란 기구 샤프트(14)에 부착시킨다. 상기 리스트 조립체(24)는 엔드 이펙터(16)를 기구 샤프트(14)와 나란히 뻗어 있는 축 1과 수직인 축 2-2에 대하여 요잉운동하도록 구성되어 있다. 상기 리스트 조립체(24)는 또한 엔드 이펙터(16)를 축 1 및 축 2와 수직인 축 3에 대하여 피칭운동하도록 구성되어 있다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 요잉운동 축(2)이 피칭운동 축(3)과 근접해 있지만(엔드 이펙터(16)로부터 더 멀리 떨어져 있지만), 이것이 필수적인 요건은 아니며 몇몇 실시례에서는 요잉운동 축(2)이 피칭운동 축(3)으로부터 멀리 떨어져 있다.

도 3a 및 도 3b은 상부 조(18)와 하부 조(26)를 포함하고 있는 엔드 이펙터(16)의 세부사항을 나타내는 단면도이다. 하부 조(26)는 착탈식 또는 비-착탈식 스테이플링 카트리지를 수용하고 지지하도록 구성될 수 있다. 상부 조(18)는 조직을 움켜잡기 위해 하부 조(26)에 대해 관절운동하도록 하부 조(26)와 피벗운동가능하게 결합되어 있다. 상부 조(18)를 작동시키기 위해서 빔 부재(28)가 도 3a에 도시된 근위 상태로부터 도 3b에 도시된 원위 상태로 이동된다. 빔 부재(28)의 이동은 조직 위에 있는 상부 조(18)를 하부 조(26)에 대하여 강력하게 고정시키는 데 기여할 수 있다. 선택적으로, 상기 빔 부재(28)는 조직을 절단하는 것을 가능하게 할 수도 있고 스테이플(staple)을 상기 스테이플링 카트리지로부터 절단된 조직 속으로 배치시키는 것을 가능하게 할 수도 있다.

상기 빔 부재(28)는 상부 조(18)의 레일 부분(32) 내에서 미끄럼이동하도록 구성되어 있는 상부 빔 부분(30)을 포함하고 있다. 상기 레일 부분(32)은 상부 빔 부분(30)을 최근위 격납 구역(proximal most garage area)(36)으로부터 끌어내기 위해 상부 빔 부분(30)용 경사로(34)를 포함하고 있다. 도 3a에 도시된 개방 위치는 스프링과 같은, 탄성 장치에 의해서 유지될 수 있거나, 2차적인 메카니즘(도시되어 있지 않음)에 의해서 개방되고 폐쇄될 수 있다. 상부 조(18)의 부분적인 폐쇄는 상부 빔 부분(30)의 경사로(34)로의 원위 방향의 이동에 의해서 이루어질 수 있다. 상부 조(18)의 완전한 폐쇄는 상부 빔 부분(30)이 경사로(34)를 지나서 레일 부분(32)으로 원위 방향으로 이동되면 달성된다. 상부 빔 부분(30)이 경사로(34)에서 벗어나서 근위 방향으로 이동하면 상기 빔 부재에 의해서 가해진 폐쇄력이 해제된다. 그 다음에 탄성 장치 또는 2차적인 메카니즘이 폐쇄되거나 또는 부분적으로 폐쇄된 상부 조(18)를 개방시킬 수 있다. 이와 같이, 상부 빔 부분(30)이 경사로(34)를 따라 앞뒤로 이동하는 것에 의해 엔드 이펙터(16)를 개방시키고 폐쇄시킬 수 있다.

상기 빔 부재(28)는 하부 조(18)의 레일 부분(32) 내에서 미끄럼이동하도록 구성되어 있는 하부 빔 부분(38)도 포함하고 있다. 상기 하부 빔 부분(38)은 빔 부재(28)가 원위 방향으로 이동 동안 하부 조(26) 외부로 스테이플을 빼내도록 구성된 슬레드(예를 들면, 공개공보 제US 2014/0183244 A1호에 개시되어 있는 것)를 작동시킬 수 있다. 대체 실시형태로서, 하부 빔 부분(38)은 상기 슬레드(sled)와 통합될 수 있다.

도 4a는 빔 부재(28)의 사시도를 나타내고 있다. 도 9에서, 상부 빔 부분(30)은 조직을 절단하도록 구성되어 있는 통합된 절단 부재(40)를 포함하고 있다. 하지만, 다른 실시례에서는 조직 절단 장치가 빔 부재(28)로부터 분리될 수 있거나 다른 방식으로 빔 부재(28)에 제공될 수 있다. 상부 빔 부분(30)은 통합된 절단 부재(40)로부터 가로로 뻗어 있는 상부 플랜지(42)를 포함하고 있다. 활주 부분(gliding portion)(42)은 상기 레일 부분(32) 및 경사로(34)와 직접 접속되도록 구성되어 있다. 유사한 방식으로 하부 플랜지(44)가 하부 조(26)의 레일 부분에서 미끄럼이동하도록 제공되어 있다. 기다란 작동 조립체(46)가 구동 부재(46)에 원위 방향의 이동과 근위 방향의 이동을 제공하기 위해서 빔 부재(28)에 부착되어 있다.

도 4b는 상기 빔 부재(28)와 구동 부재(46)의 단면도를 나타내고 있다. 상기 구동 부재(46)는 밀어내기 부재(48)와 당기기 부재(50)를 포함하고 있다. 상기 밀어내기 부재(48)는 폐쇄 코일 스프링으로 구성되어 있으며 구동 로드(52)에 의해서 가해진 축방향의 힘을 전달하는데 적합하게 되어 있다. 상기 밀어내기 부재(48)는, PTFE와 같은 미끄러운 폴리머 물질로 만들어질 수 있는 시스(54)에 의해서 외부가 둘러싸일 수 있다. 코일 형태로 된 밀어내기 부재(48)는 빔 부재(28)를 원위 방향으로 밀어내도록 압축력을 효과적으로 빔 부재(28)로 전달될 수 있게 한다. 상기 밀어내기 부재(48)는 종래의 방식으로 감긴 와이어로 만들어질 수 있거나, 하나의 관으로부터 나선형으로 잘라내질 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 밀어내기 부재의 압축 요소(예를 들면, 코일)가 장력하에서 분리되고, 따라서 이러한 경우에는 상기 밀어내기 부재가 압축력의 전달을 위해서만 유효할 수 있다.

상기 당기기 부재(50)는 땋은 케이블 또는 가요성 로드로 만들어질 수 있고 크림프 부분(crimp portion)(56)에 의해 빔 부재(28) 내에 유지될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 상기 당기기 부재가 접히거나 휘어지는 경향이 있을 수 있기 때문에 상기 당기기 부재는 밀어내는 힘(pushing force)을 전달하는데는 비교적 효과적이지 않을 수 있고, 따라서 이러한 경우에는 상기 당기기 부재가 인장력의 전달을 위해서만 유효할 수 있다. 상기 당기기 부재(50)는 또한 구동 로드(52)에 의해서 가해진 축방향의 힘을 전달하는데 적합하게 되어 있다. 상기 구동 로드(52)는 기구 샤프트(14) 내에 배치되어 있으며 도 1에 도시된 입력 커플러(22)들 중의 하나 이상에 구동가능하게 결합되어 있다. 당기기 부재(50)는, 빔 부재(28)를 근위 방향으로 당기기 위해서, 인장력을 구동 로드(52)로부터 빔 부재(28)로 효과적으로 전달될 수 있게 한다. 밀어내기 부재(48)와 당기기 부재(50)는, 인장력을 당기기 부재(50)로 그리고 압축력을 밀어내기 부재(48)로 분리하는 것에 의해서 빔 부재(28)에 원위 방향의 이동과 근위 방향의 이동을 제공하기 위해서 상호보완적인 방식으로 작동한다. 이것은 구동 부재(46)에 대해 매우 유연하고 콤팩트한 설계를 가능하게 하고, 작동하는 동안 고통스러운(torturous) 요잉운동 각과 피칭운동 각으로 배치될 수 있는 리스트(24) 내에서 구동 부재(46)가 병진이동할 수 있게 하는 특징을 가능하게 한다.

상기 밀어내기 부재는 도 4b에 도시된 폐쇄 코일 스프링 형태로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4c에 도시된 가요성 밀어내기 부재(58)는 압축 강성을 실질적으로 감소시키지 않고 상기 리스트에서 굽힘 유연성을 증가시키기 위해서 중실체 관(solid tube)을 일정 패턴으로 잘라냄으로써 중실체 관으로 형성될 수 있다. 이 경우에, 밀어내기 부재(58)는 금속관을 레이저로 일정 패턴으로 잘라내는 것에 의해서 형성된다. 이 경우에 상기 패턴은 관에 틈새가 형성되어 있는 곳의 유연성과 물질이 제자리에 그대로 있는 곳의 축방향의 강성을 고려한다. 가요성 밀어내기 부재의 다른 예는 도 4d에 도시되어 있고, 도 4d는 나선형 패턴으로 배열된 복수의 원주방향의 슬릿을 가진 밀어내기 부재(60)를 나타내고 있다.

도 4e는 구동 부재(60)의 대체 구성을 나타내고 있다. 이 구성은 밀어내기 부재(48)가 당기기 부재(50)를 동심적으로 둘러싸고 있는 도 4b에 도시되어 있는 것과 반대이다. 이 경우에, 구동 부재(60)는 밀어내기 부재(64)를 둘러싸는 땋은 시스(braided sheath)로 구성된 당기기 부재(62)를 포함하고 있다. 상기 밀어내기 부재(64)는 가요성 로드(66)에 의해서 연결된 복수의 구면 부재(예를 들면, 볼 베어링)로 구성되어 있다. 상기 밀어내기 부재(64)와 상기 당기기 부재(62)의 양자 모두가 도 1에 도시된 입력 커플러(22)들 중의 하나 이상에 구동가능하게 결합되어 있는 구동 로드(52)에 의해서 작동된다.

도 5a와 도 5b는 리스트 조립체(24)의 사시도와 단면도를 나타내고 있다. 리스트 조립체(24)는 근위 외부 링크(100), 중간 외부 링크(102), 그리고 원위 외부 링크(104)를 포함하고 있다. 이들 세 개의 링크가 리스트 조립체(24)의 기구학적 피칭운동과 요잉운동을 결정한다. 상기 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 근위 외부 링크(100)와 중간 외부 링크(102) 사이의 접속부가 리스트 조립체(24)의 요잉운동을 결정한다. 외부 원위 링크(104)와 중간 외부 링크(102) 사이의 접속부가 리스트 조립체(24)의 피칭운동을 결정한다. 하지만, 대체 리스트 구성에서는, 이러한 관계가 (예를 들면, 엔드 이펙터(16)를 리스트 조립체(24)에 대하여 90도만큼 회전시키는 것에 의해서) 리스트 조립체(24)가 근위 외부 링크(100)와 중간 외부 링크(102) 사이에서 피칭운동하고 원위 외부 링크(100)와 중간 외부 링크(102) 사이에서 요잉운동하는 식으로 반전될 수 있다.

케이블 부분(106)이 리스트 조립체(24)와 구동가능하게 결합되어 있고 리스트 조립체(24)에 움직임을 부여하도록 작동된다. 몇몇 실시례에서는, 케이블 부분(106)들이 각각 따로 원위 외부 링크(104)의 일부분에 고정될 수 있다. 기능적으로 동등한 대체 실시례로서, 도 5a에 도시되어 있는 바와 같이, 케이블 부분(106)이 원위 외부 링크(104)의 일부분의 둘레에 고리 모양으로 감겨 있다. 케이블 부분(106)을 원위 외부 링크(104)에 고정시키기 위해서 케이블 부분(106)을 원위 외부 링크(104)에 고리 모양으로 감는 것이 사용될 수 있다. 상기 리스트 조립체(24)를 관절운동시키기 위해서 케이블 부분(106)이 관절연결될 수 있다. 리스트 조립체(24)를 다양한 각도로 피칭운동시키고 요잉운동시키도록 리스트 조립체를 작동시키기 위해서 케이블 부분(106)의 차동 운동(differential movement)이 사용될 수 있다. 케이블 부분(106)은 도 1에 도시된 입력 커플러(22)들 중의 하나 이상에 구동가능하게 결합될 수 있다. 상기 리스트 조립체는 또한 근위 내부 링크(108)와 원위 내부 링크(110)를 포함하고 있고, 상기 근위 내부 링크(108)와 원위 내부 링크(110)는 아래에 상세하게 설명되어 있다.

도 5c를 참고하면, 도 5a와 도 5b에 도시된 외부 링크들 사이의 접속부를 나타내는 조인트(112)의 예시적인 실시례가 도시되어 있다. 상기 조인트(112)는 제1 링크(114)와 제2 링크(116)를 포함하고 있다. 제1 링크(114)는 기어 톱니(118, 120)와 베어링 돌출부(122)를 포함할 수 있다. 제2 링크(116)는 기어 톱니(124, 126, 128)와 베어링 돌출부(130)를 포함하고 있다. 하나의 예시적인 실시례에 따르면, 제1 링크와 제2 링크(114, 116)의 돌출부(122, 130)는 케이블 부분(106)이 통과할 수 있는 통로를 포함할 수 있다. 베어링 돌출부(122, 130)가 중심 구멍(134, 136)에 대하여 바깥쪽 위치에 배치되어 있기 때문에 베어링 돌출부(122, 130)에 인접한 통로를 통하여 뻗어 있는 케이블 부분(106)도 바깥쪽 위치에 배치되어 있다. 이것은 다른 메카니즘이 중심 구멍(134, 136)을 통과하는 뻗는 것을 가능하게 한다. 상기 링크(114, 116) 사이의 작동 기구학적 특징(actuation kinematics)은 움직이는 동안 결합되고 분리되는 기어 톱니(118, 120, 124, 126, 128)의 형상에 의해서 결정된다. 베어링 돌출부(122, 130)는 상기 기어 톱니(118, 120, 124, 126, 128)에 대한 압축 변형(compressive strain)을 감소시키는데 도움을 주기 위해서 전체 각운동(angular motion)에 걸쳐서 적절한 지점에서 결합될 수 있는 만곡된 표면을 포함하고 있다.

조인트(112)에 의해 제공된 증대된 운동 범위로 인해서, 조인트(112)를 포함하는 리스트는 원하는 양의 운동, 예를 들면, 보다 적은 수의 부품으로 보다 효율적인 방식으로, 피칭운동 방향 또는 요잉운동 방향으로 +/- 90도의 운동을 제공할 수 있다. 각각의 조인트가 약 45도의 최대 롤링운동 각으로 제한되어 있는 이전의 리스크 구조에서는, 전체 리스트 메카니즘에 대한 비교적 큰 롤링운동 각을 얻기 위해서 연속적으로 배치된 수 개의 이러한 조인트가 필요하다. 도시된 실시례에서는, 단 하나의 조인트(112)가 90도 이하의 각편향(angular deflection)을 제공할 수 있다. 결과적으로, 원하는 각편향을 달성하면서 하나 이상의 조인트(112)를 포함하는 리스트에 대한 제작 비용과 복잡성이 감소될 수 있다. 게다가, 조인트(112)의 링크(114, 116)에 포함된 기어 톱니(118, 120, 124, 126, 128)는, 예를 들어, 링크(114, 116)를 중립 위치(예를 들면, 제로 각 롤링운동 정렬상태(zero angle roll alignment))로 복귀시키는 것을 포함하여, 링크(114, 116)를 정확하게 위치시키는 것을 도와주고, 예를 들어, 링크(114, 116)가 서로에 대해 재배향될 때 링크(114, 116) 사이의 운동의 원활성을 높이기 위해서 향상된 타이밍(enhanced timing)을 제공할 수 있다. 하나의 예시적인 실시례에 따르면, 리스트는 보다 높은 수준의 운동 범위(롤링운동 각 한계까지)를 얻기 위해서, 예를 들어, 피칭운동 또는 요잉운동 방향으로 +/- 180도 이하의 운동 범위를 가지는 리스트를 달성하기 위해서 복수의 조인트(112)를 포함할 수 있다. 조인트(112), 그리고 본 명세서에 개시된 실시례와 함께 사용가능한 다른 조인트의 추가적인 상세한 내용은, 인용에 의해서 본 명세서에 포함되어 있는, 국제공개공보 제WO 2015/127250호에 개시되어 있다.

도 5b에 도시되어 있는 바와 같이, 근위 내부 링크와 원위 내부 링크(108, 110)는 축(1)을 따라서 공간상으로 분리되어 있고 서로 90도 떨어져 있다. 이런 이유로, 근위 내부 링크(108)는 일부만 도시되어 있다. 근위 내부 링크와 원위 내부 링크(108, 110)의 반경방향의 표면은 돌출부(예를 들면, 돌출 저널(140)로 구성된 것)를 포함하고 있다. 상기 돌출부는 외부 링크의 내측 표면에 있는 오목부(예를 들면, 저널 베어링(142)으로 구성된 것)와 접속한다. 몇몇 실시례에서는, 상기 돌출 저널(140)과 상기 저널 베어링(142)이 외부 링크들 사이의 거리를 정하지만, 그 외에는 수동적이고(passive) 상기 기어 톱니(118, 120, 124, 126, 128)의 기하학적 구조에 의해 결정되는 외부 링크의 조인트 키네메틱스(joint kinematics)를 변경시키지 않는다. 근위 내부 링크와 원위 내부 링크(108, 110)의 각 측면은 내부 링크(108, 110)당 총 네 개의 돌출 저널(140)에 대해 저널 베어링(142)과 접속하는 통상적으로 정렬된 한 쌍의 돌출 저널(120)을 포함하고 있다. 각각의 한 쌍의 돌출 저널(140)은 구동 부재(46)를 위한 내부 통로(144)를 제공하기 위해서 분리되어 있다.

추가적인 내부 시스(146)가 구동 부재(46)를 한층 더 지지하기 위해서 사용될 수 있다. 상기 구동 부재(46)는 내부 시스(146) 내에서 축방향으로 미끄럼이동한다. 상기 내부 시스(146)는 리스트 조립체(24)의 원위 단부 부분에 고정되어 있고 유연성이 있어서 리스트 조립체(24)의 움직임에 의해 구부러지지만 축방향으로 이동하지는 않는다. 상기 내부 링크(108, 110)에 의해 제공된 내부 시스(146)와 내부 통로(144)는 축방향의 운동 동안 구동 부재(46)를 안내하고 제한하는데 기여한다. 내부 시스(146)와 내부 통로(144)는 상기 구동 부재가 압축 부하를 받아서 좌굴되는 것(다시 말해서, 절단하고 스테이플링하는 동안의 원위 운동)을 방지한다. 상기한 국제공개공보 제WO 2015/127250호에 개시된 것과 같은, 종래의 리스트 형태는 외부 링크를 제자리에 유지시키기 위해서 팽팽하게 당긴 케이블을 필요로 한다. 이 경우에, 상기 구동 부재(46)가 원위 방향으로 이동할 때 결과적으로 발생하는 압축력이 내부 링크(108, 110)에 의해서 반작용될 수 있고, 이로 인해 케이블(106)에서의 잠재적인 신장(stretching)과 결과적으로 발생하는 장력의 손실을 방지할 수 있다. 내부 링크(108, 110)의 돌출 저널(140)은 구동 부재(46)가 원위 방향으로 이동할 때 외부 링크를 유리하게 제자리에 유지시키고, 그 결과 리스트 조립체(24)의 구조를 유지시킨다.

내부 링크(108, 110)는 각각 도 6a 내지 도 6c에 도시된 것과 같은 투-피스(two-piece) 구조를 가질 수 있고, 도 6a 내지 도 6c는 또한 내부 링크를 외부 링크에 조립하는 기술을 나타내고 있다. 도 6a에서 근위 내부 링크(108)의 제1 링크 부분(108a)과 제2 링크 부분(108b)은 돌출 저널(140)을 중간 외부 링크(102)의 저널 베어링(142)에 배치시키기 위해서 위치되어 있다. 제1 링크 부분(108a)과 제2 링크 부분(108b)은, 제1 링크 부분(108a)과 제2 링크 부분(108b)을 도 6b에 도시된 형태로 정렬시키기 위해서 각 부분의 기어 톱니(148)가 서로 맞물리도록 하는 각도로 삽입되어 있다. 기어 톱니(148)는 핀 또는 다른 파스너에 대한 필요성을 없애는 조립 보조기구이고, 조립하는 것을 넘어서 이동하는데에는 사용되지 않는다. 하지만, 몇몇 실시례에서는, 파스너가 상기 기어 톱니 대신에 사용될 수 있다. 제1 링크 부분(108a)과 제2 링크 부분(108b)이 완전한 내부 근위 링크(108)로 조립된 후, 근위 외부 링크(100)는 도 6c에 도시된 형태로 남아 있는 노출된 돌출 저널(140)에 조립된다. 하나의 실시례에서는, 도 6c에 도시되어 있는 것과 같이, 근위 외부 링크(100)도 투-피스 구조이다.

다른 다양한 변형이 본 발명의 기술사상 내에 있다. 다양한 실시형태, 실시례, 구현례, 또는 기술된 실시례의 특징들이 따로따로 또는 임의의 결합형태로 사용될 수 있다. 원격수술 공구의 작동과 관련하여 기술된 여러 실시례의 다양한 실시형태는 소프트웨어, 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 다양한 수정형태와 대체 실시형태의 구조로 될 수 있으며, 이들의 예시된 특정 실시례가 도면에 도시되어 있으며 위에 상세하게 설명되어 있다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한할 의도는 없으며, 오히려, 첨부된 청구범위에 한정되어 있는 것과 같이, 본 발명의 기술사상 및 기술영역 내에 있는 모든 수정형태, 대체 실시형태의 구조 및 균등물을 포함하고자 한다는 점을 이해하여야 한다.

본 발명을 기술하는 내용에서(특히 아래의 청구범위의 내용에서), "하나의", "한 개의", "상기 하나의" 및 이와 유사한 용어의 사용은, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 단수 형태와 복수 형태 양자를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. "...으로 이루어지는", "...을 가지고 있는", "...을 포함하고 있는", 그리고 "...을 포함하는" 이라는 표현은, 달리 표시되어 있지 않다면, 개방형 표현(다시 말해서, 비제한적인 예로서 포함하는 것을 의미한다)으로 해석되어야 한다. "...에 연결된" 이라는 표현은, 무언가가 사이에 개재되어 있더라도, 부분적으로 또는 전체적으로 어떤 대상 내에 포함되어 있거나, 어떤 대상에 부착되어 있거나, 어떤 대상과 함께 연결되어 있는 것으로 해석되어야 한다. 본 명세서에 달리 표시되어 있지 않다면, 본 명세서에 열거된 수치의 범위는 단지 상기 범위 내에 해당하는 각각의 개별 수치를 각각 언급하는 것의 약칭 방법으로서의 역할을 하는 것이며, 본 명세서에서 수치가 개별적으로 열거되어 있다면 각각의 개별 수치가 본 명세서에 포함되는 것이다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 임의의 적절한 순서로 실행될 수 있다. 달리 표시되어 있지 않으면, 본 명세서에 기재된 임의의 예와 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들면, "...와 같은")의 사용은 단지 본 발명의 실시례를 보다 이해하기 쉽게 하기 위한 것이며 본 발명의 영역에 제한을 두기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 어떠한 언어도 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 임의의 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안된다.

본 발명을 실행하는 데 있어서 발명자들에게 알려진 최선의 유형을 포함하여, 본 발명의 바람직한 실시례가 본 명세서에 기술되어 있다. 상기 설명을 이해하면, 바람직한 실시례의 변형사항은 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항이 될 수 있다. 본 발명의 발명자들은 숙련된 기술자가 상기 변형사항을 적절하게 이용하기를 기대하며, 또한 본 발명의 발명자들은 본 발명이 본 명세서에 특정적으로 기술된 것과 다르게 실시되기를 원한다. 따라서, 본 발명은 준거법에 의해 허용되는 것과 같이 본 명세서에 첨부된 청구범위에 열거된 대상의 모든 수정사항 및 균등물을 포함한다. 게다가, 본 명세서에 다르게 표시되어 있거나 문맥상 명확하게 모순되지 않는다면, 본 발명의 모든 가능한 변형에 있어서의 상기한 요소들의 임의의 조합도 본 발명에 포함된다.

10: 수술 공구
12: 근위 섀시
14: 기구 샤프트
16: 원위 엔드 이펙터
18: 상부 조

Claims

수술 장치에 있어서,
길이방향 축을 따라 연장되는 샤프트,
엔드 이펙터, 및
상기 엔드 이펙터를 샤프트에 연결시키는 리스트 조립체를 포함하며,
상기 리스트 조립체는,
상기 샤프트에 연결되고 제1 기어 톱니를 포함하는 제1 외부 링크,
상기 길이방향 축에 평행하지 않게 배향된 제1 축 주위로 제1 외부 링크에 대해 회전하도록 제1 외부 링크에 피벗 연결된 내부 링크,
상기 제1 축에 평행하면서 상기 제1 축으로부터 오프셋된 제2 축 주위로 내부 링크에 대해 회전하도록 내부 링크에 피벗 연결되며, 제2 기어 톱니를 포함하는 제2 외부 링크를 포함하고,
상기 제1 기어 톱니 및 상기 제2 기어 톱니는 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 사이에서 상대적인 배향을 제어하기 위해 연속적으로 맞물리도록 배열되는, 수술 장치.
제1항에 있어서, 상기 내부 링크는 제1 축과 정렬되는 제1 한 쌍의 돌출 저널과, 제2 축과 정렬되는 제2 한 쌍의 돌출 저널을 포함하고,
상기 제1 외부 링크는 제1 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제1 외부 링크 저널 베어링을 포함하고,
상기 제2 외부 링크는 제2 한 쌍의 돌출 저널과 접속하는 한 쌍의 제2 외부 링크 저널 베어링을 포함하는, 수술 장치.
제1항에 있어서, 상기 내부 링크는 서로 연결된 제1 부분과 제2 부분을 포함하는 멀티-피스 구조를 갖는, 수술 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 부분과 상기 제2 부분은 상기 길이방향 축을 따라 연장되는 접속부를 따라 서로 연결되는, 수술 장치.
제3항에 있어서, 상기 수술 장치는, 샤프트를 통해 연장되어 엔드 이펙터를 작동시키기 위해 구동력을 전달하도록 엔드 이펙터와 연결되는 구동 부재를 더 포함하고,
상기 내부 링크는 구멍을 포함하고 상기 구멍을 통해 상기 구동 부재가 연장되는, 수술 장치.
의료 기구이며,
샤프트 축을 따라서 연장되는 샤프트,
엔드 이펙터, 및
상기 엔드 이펙터를 샤프트에 연결시키는 리스트 조립체를 포함하고,
상기 리스트 조립체는,
상기 샤프트에 연결되는 제1 외부 링크,
상기 엔드 이펙터에 연결되는 제2 외부 링크, 및
상기 제1 외부 링크 및 상기 제2 외부 링크의 반경방향 내측으로 배치되는 내부 링크를 포함하고,
상기 내부 링크는 제1 저널을 포함하는 제1 단부와 상기 제1 단부에 대향하는 제2 단부를 포함하고, 상기 제2 단부는 제2 저널을 포함하고,
상기 제1 외부 링크는 내부 링크의 제1 저널과 회전가능하게 결합되는 제1 저널 베어링을 포함하고,
상기 제2 외부 링크는 내부 링크의 제2 저널과 회전가능하게 결합되는 제2 저널 베어링을 포함하고,
상기 제1 외부 링크는 제1 저널 베어링과 제1 저널에 의해 한정되는 제1 축 주위로 내부 링크에 대해 회전하도록 구성되고,
상기 제2 외부 링크는 제2 저널 베어링과 제2 저널에 의해 한정되는 제2 축 주위로 내부 링크에 대해 회전하도록 구성되며,
상기 제2 축은 상기 제1 축과 평행하고 상기 제1 축으로부터 오프셋되는, 의료 기구.
제6항에 있어서, 제1 축과 제2 축 각각은 샤프트 축에 수직인, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 내부 링크는 제1 내부 링크이고,
상기 리스트 조립체는 제2 내부 링크 및 제3 외부 링크를 더 포함하고,
상기 제3 외부 링크는 엔드 이펙터에 결합되고,
상기 제2 내부 링크는 상기 제2 외부 링크 및 상기 제3 외부 링크의 반경방향 내측에 배치되어 제2 및 제3 외부 링크를 움직일 수 있게 연결시키는, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 제1 저널 베어링은 한 쌍의 제1 저널 베어링 중 하나이고,
상기 제2 저널 베어링은 한 쌍의 제2 저널 베어링 중 하나이며,
상기 제1 저널은 한 쌍의 제1 저널 베어링 중 각각의 저널 베어링과 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 제1 저널 중 하나이고,
상기 제2 저널은 한 쌍의 제2 저널 베어링 중 각각의 저널 베어링과 회전 가능하게 결합되는 한 쌍의 제2 저널 중 하나인, 의료 기구.
제9항에 있어서, 상기 한 쌍의 제1 저널은 샤프트 축에 대해 서로 반경방향으로 대향하고,
상기 한 쌍의 제1 저널 베어링은 샤프트 축에 대해 서로 반경방향으로 대향하는, 의료 기구.
제9항에 있어서, 상기 한 쌍의 제2 저널은 샤프트 축에 대해 서로 반경방향으로 대향하고,
상기 한 쌍의 제2 저널 베어링은 샤프트 축에 대해 서로 반경방향으로 대향하는, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 샤프트는 샤프트의 길이를 따라서 연장하는 샤프트 내강을 한정하고,
상기 내부 링크는 내부 링크의 길이를 따라서 연장하는 내부 링크 내강을 한정하고,
상기 의료 기구는 내부 링크 내강과 샤프트 내강을 통해 엔드 이펙터로부터 근위 방향으로 연장하는 기다란 구동 부재를 더 포함하는, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 제1 외부 링크는 제1 기어 톱니를 포함하고,
상기 제2 외부 링크는 제1 외부 링크와 제2 외부 링크 사이에서 상대적인 배향을 제어하기 위해 제1 기어 톱니와 연속적으로 맞물리도록 배열되는 제2 기어 톱니를 포함하는, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 제1 외부 링크와 상기 제2 외부 링크를 통해 연장하는 하나 이상의 케이블을 더 포함하고,
상기 제1 외부 링크와 제2 외부 링크는 하나 이상의 케이블에 의해 전달되는 힘에 응답하여 서로에 대해 회전 가능한, 의료 기구.
제6항에 있어서, 상기 제1 외부 링크는 제1 베어링 표면을 포함하고,
상기 제2 외부 링크는 제2 베어링 표면을 포함하고,
상기 제1 외부 링크와 제2 외부 링크는 운동 범위에 걸쳐 서로에 대해 관절운동 가능하고,
상기 제1 베어링 표면과 제2 베어링 표면은 운동 범위에 걸쳐 서로 결합하도록 구성되는, 의료 기구.
의료 장치이며,
구동 메카니즘을 포함하는 섀시,
상기 섀시에 연결되고 샤프트 축을 따라 연장되며 샤프트 내강을 한정하는 샤프트,
엔드 이펙터,
상기 샤프트 내강을 통해 연장되고 엔드 이펙터의 작동을 위해 엔드 이펙터와 구동 메카니즘을 작동 가능하게 연결하는 구동 부재, 및
복수의 외부 링크와 상기 복수의 외부 링크의 반경방향 내측에 배치되는 복수의 내부 링크를 포함하는 리스트 조립체를 포함하고,
상기 리스트 조립체는 엔드 이펙터를 샤프트에 연결하고,
상기 복수의 내부 링크 중 각각의 내부 링크는 상기 복수의 외부 링크 중 2개의 외부 링크와 피벗 연결되고,
상기 리스트 조립체는 엔드 이펙터를 샤프트에 대해 배향하기 위해 요잉운동과 피칭운동 가능하고,
상기 내부 링크는 내부 통로를 한정하고 상기 내부 통로를 통해 구동 부재가 연장되는, 의료 장치.
제16항에 있어서, 상기 외부 링크 각각은 기어 톱니를 포함하고,
상기 복수의 외부 링크 중 각각의 외부 링크의 기어 톱니는 상기 복수의 외부 링크 중 다른 하나의 외부 링크의 기어 톱니와 맞물리도록 배열되는, 의료 장치.
제16항에 있어서, 상기 외부 링크 각각은 하나 이상의 베어링 표면을 포함하고,
상기 복수의 외부 링크 중 하나의 외부 링크의 하나 이상의 베어링 표면 각각은 상기 복수의 외부 링크 중 다른 하나의 외부 링크의 하나 이상의 베어링 표면과 결합되는, 의료 장치.
제16항에 있어서, 상기 복수의 내부 링크 중 각각의 내부 링크는, 각각의 내부 링크가 각각의 외부 링크에 대해 샤프트 축에 수직으로 배향된 각각의 축 주위로 회전 가능하도록 상기 복수의 외부 링크 중 하나의 외부 링크에 회전 가능하게 연결되는, 의료 장치.
제16항에 있어서, 상기 복수의 외부 링크 중 각각의 외부 링크를 통해 연장되는 하나 이상의 케이블을 더 포함하고,
상기 복수의 외부 링크 중 적어도 하나의 외부 링크는 하나 이상의 케이블에 의해 전달된 힘에 응답하여 상기 복수의 외부 링크 중 적어도 다른 하나의 외부 링크에 대해 회전 가능한, 의료 장치.
의료 기구를 사용하는 방법이며,
조 메카니즘을 개방하기 위해 조 메카니즘을 포함하는 엔드 이펙터와 연결되는 엔드 이펙터 구동 부재를 통해 원위 방향을 향하는 축방향 압축력을 원위 방향으로 전달하는 단계, 및
리스트 조립체를 관절운동시키기 위해 리스트 조립체에 연결되는 리스트 구동 케이블을 작동시키는 단계를 포함하고,
상기 리스트 조립체는 제1 축을 따라 연장된 샤프트에 엔드 이펙터를 연결하고, 리스트 조립체의 관절운동을 통해 상기 연장된 샤프트에 대해 엔드 이펙터를 배향 범위에서 배향하고,
상기 엔드 이펙터를 배향하기 위한 리스트 조립체의 관절운동은,
제1 외부 링크와 제2 외부 링크와 각각 연관된 제1 기어 톱니 및 제2 기어 톱니의 맞물림에 의해, 제1 외부 링크와 제2 외부 링크의 배향을 서로에 대해 제어하는 단계,
상기 제1 축에 수직인 제2 축 주위로 서로에 대해 제1 외부 링크와 제1 내부 링크를 회전시키는 단계로서, 상기 제1 내부 링크가 제1 외부 링크에 피벗 연결되는, 단계, 및
상기 제2 축에 평행하고 제2 축으로부터 오프셋된 제3 축 주위로 서로에 대해 제2 외부 링크와 제1 내부 링크를 회전시키는 단계를 포함하고,
상기 제1 내부 링크는 엔드 이펙터 구동 부재에 의해 엔드 이펙터에 가해진 인장 또는 압축 부하를 제1 외부 링크로 반작용함으로써, 리스트 구동 케이블 중 어느 것도 장력을 받고 있지 않는 경우에도 제2 외부 링크를 제1 외부 링크와 접속된 상태로 유지시키는, 의료 기구 사용 방법.
제21항에 있어서, 상기 제1 내부 링크는 제2 축과 정렬된 한 쌍의 제1 저널 및 제3 축과 정렬된 한 쌍의 제2 저널을 통해 제1 및 제2 외부 링크에 피벗 연결되는, 의료 기구 사용 방법.
제21항에 있어서, 리스트 조립체의 배향은 제1 축에 수직인 제4 축 주위로 배향 범위에서 리스트 조립체를 배향하는 것을 포함하는, 의료 기구 사용 방법.
제21항에 있어서, 엔드 이펙터를 배향하기 위한 리스트 조립체의 관절운동은,
제2 외부 링크와 제3 외부 링크와 각각 연관된 제2 기어 톱니 및 제3 기어 톱니의 맞물림에 의해, 제2 외부 링크와 제3 외부 링크의 배향을 서로에 대해 제어하는 단계,
상기 제1 축과 제3 축에 수직인 제4 축 주위로 서로에 대해 제2 외부 링크와 제2 내부 링크를 회전시키는 단계로서, 상기 제2 내부 링크가 제2 외부 링크에 피벗 연결되는, 단계, 및
상기 제4 축에 평행하고 제4 축으로부터 오프셋된 제5 축 주위로 서로에 대해 제3 외부 링크와 제2 내부 링크를 회전시키는 단계를 더 포함하는, 의료 기구 사용 방법.
의료 기구를 사용하는 방법이며,
엔드 이펙터를 작동시키기 위해 기다란 샤프트에 리스트 조립체를 통해 연결되는 엔드 이펙터로 구동 부재를 통해 원위 방향을 향하거나 근위 방향을 향하는 부하를 인가하는 단계,
상기 원위 방향을 향하거나 근위 방향을 향하는 부하를 제1 외부 링크 및 제2 외부 링크에 피벗 연결된 리스트 조립체의 내부 링크로 반작용하는 단계를 포함하고,
상기 리스트 조립체는 구동 케이블을 통해 작동 가능하고,
상기 부하의 반작용을 통해 구동 케이블에 장력이 없는 경우에 제1 외부 링크가 제2 외부 링크와 접속된 상태로 유지되는, 의료 기구 사용 방법.
제25항에 있어서, 상기 원위 방향을 향하거나 근위 방향을 향하는 부하를 인가하는 단계는 엔드 이펙터의 조 메카니즘을 작동시키는 것인, 의료 기구 사용 방법.
제25항에 있어서, 상기 샤프트는 제1 축에 대해 연장되고,
상기 방법은 제1 축에 수직인 제2 축에 대해 리스트 조립체를 관절운동시킴으로써 샤프트에 대해 엔드 이펙터를 배향하는 단계를 더 포함하는, 의료 기구 사용 방법.
제27항에 있어서, 리스트 조립체를 관절운동시키는 것은 상기 구동 케이블 중 하나 이상을 인장하는 것을 포함하는, 의료 기구 사용 방법.
제27항에 있어서, 리스트 조립체를 관절운동시키는 것은 제1 외부 링크의 제1 기어 톱니와 제2 외부 링크의 제2 기어 톱니의 맞물림에 의해, 서로에 대해 제1 외부 링크와 제2 외부 링크를 회전시키는 것을 포함하는, 의료 기구 사용 방법.
샤프트에 엔드 이펙터를 연결하기 위한 리스트 조립체를 제작하는 방법이며,
내부 링크의 제1 한 쌍의 돌출 저널을 제1 외부 링크의 제1 한 쌍의 상호보완적인 저널 베어링으로 삽입함으로써, 제1 외부 링크와 내부 링크를 피벗 연결하는 단계,
상기 내부 링크의 제2 한 쌍의 돌출 저널을 제2 외부 링크의 제2 한 쌍의 저널 베어링으로 삽입함으로써, 제2 외부 링크와 내부 링크를 피벗 연결하는 단계,
상기 제1 외부 링크의 제1 기어 톱니와 상기 제2 외부 링크의 제2 기어 톱니를 맞물리는 단계, 및
상기 제1 외부 링크 및 제2 외부 링크를 통해 서로에 대해 제1 외부 링크 및 제2 외부 링크를 관절운동시키도록 구성된 구동 케이블의 경로를 정하는 단계를 포함하는, 리스트 조립체 제작 방법.
제30항에 있어서, 상기 제1 외부 링크와 내부 링크를 피벗 연결하는 단계는 내부 링크의 제1 내부 링크 부분의 제1 한 쌍의 돌출 저널을 삽입하는 단계를 포함하고,
상기 제2 외부 링크와 내부 링크를 피벗 연결하는 단계는 내부 링크의 제2 내부 링크 부분의 제2 한 쌍의 돌출 저널을 삽입하는 단계를 포함하는, 리스트 조립체 제작 방법.