KR20060092847A

KR20060092847A - 전기적 작동식 피봇팅 관절 기구를 합체하는 수술용 도구

Info

Publication number: KR20060092847A
Application number: KR1020050068922A
Authority: KR
Inventors: 프레데릭 이. 4세 셀턴
Original assignee: 에디컨 엔도-서저리 인코포레이티드
Priority date: 2004-07-28
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2006-08-23
Also published as: EP1621143B1; DE602005012188D1; ATE419795T1; EP1621143A2; AU2005203215B2; BRPI0503038A; AU2005203215A1; EP1621143A3

Abstract

내시경에 특히 적합한 수술용 도구는 엔드 이펙터를 원격으로 관절화하도록 전기활성화적 중합체(EAP) 액츄에이터를 포함하는 신장 축에서 관절 기구를 포함함으로써 엔드 이펙터를 관절화한다. 말단 프레임 부 및 근접 프레임 부 간의 피봇팅 연결부들은 EAP 섬유 액츄에이터들에 의해 활성화되고 EAP 로크 릴리스를 비작동시킴으로써 선택된 관절 각도로 로킹된다.

내시경, 관절화 수술용 도구, 절개부, 앤빌, 엔드 이펙터, 중합체 액츄에이터

Description

전기적 작동식 피봇팅 관절 기구를 합체하는 수술용 도구{Surgical instrument incorporating an electrically actuated pivoting articulation mechanism}

도 1은 개방된 관절이 꺾이지 않은 상태의 외과적 스테이플링 및 절개용 내시경 외과적 스테이플링 기구의 후방 사시도.

도 2는 박층(laminate) 전기활성적 중합체(EAP; Electroactive Polymer) 합성물의 사시도.

도 3은 접착제로 부착된 다수의 도 2의 박층 EAP 합성물로부터 형성된 적층물로 형성된 EAP 판 액츄에이터의 사시도.

도 4는 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터의 종방향 축에 따른 일부단면 사시도.

도 5는 도 4의 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터의 선 5-5에 따른 단면에서 취한 각도의 정면도.

도 6은 가요성 외피(closure) 슬리브 조립체, 피벗 프레임 조립체, 닫힌 상태의 스테이플 적용 조립체를 갖는 도 1의 수술용 도구를 위한 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 우측 전방 사시도.

도 7은 가요성 외피 슬리브 조립체가 제거되고 단일 피벗 프레임 조립체가 부분적으로 분해된, 도 6의 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트와 닫힌 상태의 스테 이플 적용 조립체의 우측 전방 사시도.

도 8은 도 6의 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트와 스테이플 적용 조립체의 우전방 분해 사시도.

도 9는 도 7의 EAP 섬유 액츄에이터들을 포함하는 분해된 단일 피벗 프레임 조립체의 상세도.

도 10은 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 피벗 축을 통해 도 6의 선 10-10을 따른 단면에서 취한 관점에서 및, 한 쌍의 EAP 섬유 액츄에이터들을 보이기 위해 우측에서 본 우측면도.

도 11은 하부 모멘트 암과 하부 EAP 섬유 액츄에이터들을 보이기 위해 아래쪽을 보는, EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 종방향 축을 지나는 도 11의 선 11-11에 따른 단면에서 취한 평면도.

도 12는 측방향 EAP 섬유 액츄에이터들을 따라 도 10의 선 12-12에 따른 단면에서 취한 관점의 정면도.

도 13은 우측 상부 및 하부 EAP 섬유 액츄에이터들이 스테이플 적용 조립체를 왼쪽으로 꺾기 위해 수축된 도 11의 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 평면도.

도 14는 말단 작동기의 앤빌(anvil)의 선단 위치의 구멍에 이중 피벗 외피 슬리브 조립체를 포함하는 부가적이고 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 우전방 사시도.

도 15는 이중 피벗 외피 슬리브 조립체와 단일 피벗 프레임 조립체를 포함하 는 도 14의 부가적이고 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 우전방 분해도.

도 16은 작동 구성요소가 포함된 도 14의 선 16-16에 따른 단면에서 취한 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 우측면도.

도 17은 도 14의 선 17-17에 따른 단면에서 취한, 관절이 꺾이지 않은 상태의 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 평면도.

도 18은 도 14의 선 17-17에 따른 단면에서 취한, 좌측으로 관절이 꺾인 상태의 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 평면도.

도 19는 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터가 조인트를 펴도록 위치결정된, 약간 관절이 꺾인 상태의 또 다른 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트의 도면.

도 20은 통상적으로 고정되게 편향된 EAP 관절 고정 기구를 유익하게는 포함하는 부분적으로 분해된 단일 피벗 관절 조인트의 우전방 사시도.

도 21은 단일 피벗 관절 조인트의 선단 프레임 접지부(ground)에서 EAP 관절 고정 기구의 선단부의 세부사항의 우전방 사시도.

도 22는 도 20의 단일 피벗 관절 조인트의 평면도.

도 23은 선 23-23의 종방향 중심선에 따른 단면에서 취한, 도 22의 단일 피벗 관절 조인트의 우측면도.

도 24는 관절이 꺾이지 않은 상태에서 EAP 관절 고정 기구에 의해 고정된 상부 피벗 돌출부(pivot tang) 상의 기어 세그먼트를 보이기 위해 선 24-24에 따른 단면에서 취한 도 23의 단일 피벗 관절 조인트의 평면도.

도 25는 EAP 관절 고정 기구가 비-고정 상태로 작동되었을 때 말단 작동기를 좌측으로 부분적으로 꺾는 선단 프레임 접지부의 하부 피벗 탭(tab)을 아래로 내려보는 선 24-24의 중심선에 따른 단면도에서 취한 도 23의 단일 피벗 관절 조인트의 평면도.

도 26은 조인트의 관절을 꺾는 EAP 섬유 액츄에이터의 부착을 예시하는, 선 26-26에 따른 단면에서 취한 도 24의 단일 피벗 관절화 기구의 말단 프레임 접지부의 정면도.

도 27은 EAP에 의해 작동되는 고정 기구의 고정 핀들과 EAP 스택 액츄에이터들을 노출시키기 위해 선 27-27에 따른 단면에서 취한 도 24의 단일 피벗 관절 조인트의 선단 프레임 접지부의 정면도.

도 28은 연장된 EAP 섬유 액츄에이터들이 EAP 관절 고정 기구과 조합하여 둥근 모멘트 암에 작용하며, 단일 피벗 관절 조인트의 선단 프레임 접지부의 상부 피벗 탭과 말단 프레임 접지부의 상부 피벗 돌출부 간의 경계면에 따른 단면에서 취한 평면도.

도 29는 선단 프레임 접지부와 EAP 관절 고정 기구의 단면에서 취했지만 보다 말단에서 본 모멘트 암들과 이에 연결된 EAP 섬유 액츄에이터들을 또한 도시하는 정면도.

도 30은 관절 작동에 대비하여 작동되는 통상적으로 잠겨 있는 EAP 관절 고정 기구과 연계하여 관절을 사용하기 위해 상부 피벗 탭의 말단에 부착된 모멘트 암에 대해 사용되는 팽창력으로 작동하는 EAP 스택 액츄에이터들을 예시하기 위해 선단 프레임 접지부의 상부 피벗 탭의 상부 면을 따르는 단면에서 취한 단일 피벗 관절 조인트의 평면도.

도 31은 EAP 스택 액츄에이터들을 통하는 및 모멘트 암들로부터 상부 및 하부 팁(tip) 핀들을 통하는 단면에서 취한 도 30의 단일 피벗 관절 조인트의 정면도.

도 32는 관절을 고정시키기 위해 EAP 관절 고정 기구의 에너지를 제거하기 전에 말단 프레임 접지부의 관절을 좌측으로 꺾은 후에 선단 프레임 접지부의 상부 피벗 탭의 상부 표면을 따른 단면에서 취한 도 30의 단일 피벗 관절 조인트의 평면도.

도 33은 모멘트 암들로부터 상부 및 하부 팁 핀들을 통하는 및 좌측에서 팽창되고 우측에서 압축된 EAP 스택 액츄에이터들을 통하는 단면에서 취한 도 31의 단일 피벗 관절 조인트의 정면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 스테이플링 기구 12 : 스테이플 적용 조립체

14 : 핸들 16 : 축

18 : 스테이플링 채널 20 : 스테이플링 카트리지

22 : 앤빌 30: 회전용 손잡이

32: 관절 조인트 34 : 관절 제어 스위치

36 : EAP 액츄에이터 38 : EAP 제어기 및 전원

40 : 폐쇄 트리거 42 : 피스톨 그립

44 : 발사 트리거 46 : 수축 레버

48 : 폐쇄 해제 버튼 100 : 박층 EAP 합성물

102 : 양극 판 전극층 104 : EAP 층

106 : 이온 셀 층 110 : 접착제층

120 : EAP 액츄에이터 140 : EAP 섬유 액츄에이터

142 : 종방향 백금 음극 와이어 144 : 절연성 중합체 선단부 캡

146 : 원통형 공동부 148 : 플라스틱 윈통형 벽

150 : 말단부 캡 152 : 중합체 섬유

154 : 이온 유체 또는 겔 200 : 수술용 절단 및 스테이플링 기구

202 : 관절 조인트 204 : 신장 축

210 : 가요성 폐쇄 및 프레임 관절 조인트

212 : 가요성 외피 슬리브 조립체 214 : 선단 외피 튜브

216 : 말단 외피 링 218 : 가요성 외피 튜브

220, 222 : 수직 슬릿 224 : 종방향 밴드

226 : 말굽 형상 개구 288: E-빔

1330: 리브 2430a-2432a, 2430b-2432b: 압축 스프링

2502: 수술용 도구

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2004년 7월 28일 출원된 셀턴 4세(Shelton Ⅳ)의 발명의 명칭이 "전기적으로 작동되는 관절화 기구를 포함하는 외과 장치"인 미국 가특허출원 제 60/591,694호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 외과적 장소에 말단 작동기를 내시경적으로 삽입하기에 적합한 수술용 도구들[예를 들어, 내부 절개기(endocutter), 파지기(grasper), 커터, 스테이플러, 클립 적용기, 액세스 장치, 약/유전자 치료제 전달 장치, 및 초음파, RF, 레이저를 사용하는 에너지 장치 등]에 대한 것이고, 보다 상세하게는 관절 축를 갖는 이러한 수술용 도구들에 대한 것이다.

내시경적 수술용 도구들은 종종 종래의 개방형(open) 수술용 장치에 비해 선호되는데 왜냐하면 상처가 작을수록 수술 후의 회복 시간 및 합병증을 감소시키는 경향이 있기 때문이다. 결과적으로, 투관침(trocar)의 배관(cannular)을 통해 원하는 외과적 장소에서 말단 작동기를 정확히 배치하기에 적합한 다양한 내시경적 외과 기구들이 상당히 개발되었다. 이러한 말단 작동기들은 다양한 방식으로 조직과 결합하여 진단 또는 치료적 작용을 달성한다(예를 들어, 내부 절개기, 파지기, 커터, 스테이플러, 클립 적용기, 액세스 장치, 약/유전자 치료제 전달 장치, 및 초음파, RF, 레이저를 사용하는 에너지 장치 등).

말단 작동기를 위치결정하는 것은 투관침(trocar)에 의해 구속된다. 일반적으로, 이들 내시경적 외과 기구들은 임상의(clinician)에 의해 조작되는 핸들 부분과 말단 작동기 사이에 긴 축를 포함한다. 이러한 긴 축는 축의 종방향 축 둘레로 회전 및 원하는 깊이로의 삽입을 가능하게 하여, 말단 작동기를 어느 정도까지 위치조정할 수 있게 한다. 투관침을 신중하게 배치하고 파지기, 예를 들어, 다른 투관침을 사용하면, 종종 이러한 위치 조정량으로 충분하다. 미국 특허 제 5,465,895호에 설명된 것과 같은 수술용 스테이플링 및 절개 기구들은 삽입 및 회전에 의해 말단 작동기를 성공적으로 위치결정하는 내시경적 외과 기구의 일례이다.

보다 최근에는, 2003년 5월 20일 출원된 셀턴 등의 발명의 명칭이 "E-빔 발사 기구를 포함하는 외과적 스테이플링 장치"이고, 본원에 전체가 참고문헌으로서 포함되는 미국 특허 제 10/443,617호는 조직을 절개하고 스테이플을 작동하기 위해 개선된 "E-빔" 발사 바아(firing bar)를 설명한다. 부가적인 장점들 중 일부에는 최적의 스테이플링 형성을 위해 너무 많거나 또는 너무 적은 조직이 클램핑되어도 말단 작동기, 또는 보다 상세하게는 스테이플 적용 조립체의 턱 부분(jaw)들을 확실하게 이격시키는 것이 포함된다. 또한, E-빔 발사 바아는 몇 개의 유익한 기밀부(lockout)들이 포함될 수 있는 방식으로 말단 작동기와 스테이플 카트리지를 결합한다.

작업 성질에 따라, 내시경적 외과 기구의 말단 작동기의 위치를 추가로 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 특히, 기구의 축의 종방향 축에 대해 횡방향의 축에 말단 작동기를 향하게 하는 것이 종종 바람직할 수 있다. 기구 축에 대한 말단 작동기의 횡방향 운동은 통상적으로 "관절 작용"으로 불린다. 이는 전형적으로 스테이플 적용 조립체의 바로 선단의 연장된 축에 배치되는 피벗(또는 관절) 조인트에 의해 이루어진다. 이는 외과의가 스테이플링 라인을 외과적으로 보다 잘 배치하고 보다 쉽게 조직을 조작 및 배향시키도록 스테이플 적용 조립체를 원격으로 어느 한쪽으로 관절 작용시킬 수 있게 한다. 이러한 관절 작용에 의한 위치조정은 임상의가 장기(organ) 뒤와 같은 몇몇 예에서 조직을 보다 쉽게 결합시킬 수 있게 한다. 부가적으로, 관절 작용에 의한 위치조정은 유익하게는 기구 축에 의해 방해받지 않고 말단 작동기 뒤에 내시경이 배치될 수 있게 한다.

수술용 스테이플링 및 절개 기구의 관절화로의 접근은 내시경 기구의 작은 직경 제한 내로의 엔드 이펙터의 발사 및 조직을 클램핑하기 위한 엔드 이펙터의 폐쇄의 제어와 함께 관절화의 제어를 일체화함으로써(즉, 스테이플링 및 절개) 복잡해지는 경향이 있다. 일반적으로, 3개의 제어 운동이 모두 종방향 병진으로서 축를 통해 전달된다. 예를 들면, 미국 특허 제 5,673,840호에는 실행 축를 통해 두 개의 연결 로드 중 하나를 선택적으로 후방 견인함으로써 관절화된 아코디언형 관절화 기구("가요성 네크")가 개시되어 있고, 각각의 로드는 축 중심선의 대향 측면에 각각 편위된다. 연결 로드는 일련의 개별 위치를 통해 래칫 결합된다.

관절화 기구의 종방향 제어의 다른 예는 관절화 링크의 압박 또는 견인 종방향 병진이 각각의 측면으로의 관절화를 실행하도록 캠밍 피벗으로부터 편위된 관절화 링크를 포함하는 미국 특허 제 5,865,361호이다. 유사하게, 미국 특허 제 5,797,537호에는 관절화를 실행하도록 축를 통과하는 유사한 로드가 개시되어 있다.

그 개시 내용이 그대로 본원에 참조에 의해 합체되어 있는 발명의 명칭이 " 종축 둘레로 회전하는 관절화 기구를 구비하는 수술용 도구"인 프레데릭 이. 쉘턴 4세(Frederick E. Shelton IV)의 계류중인 공동 소유의 미국 특허 출원 제 10/615,973호에서, 회전 운동이 종방향 운동의 대안으로서 관절 운동을 전달하는데 사용된다.

이들 기계적으로 연통되는 관절화 작용은 내시경 수술용 스테이플링 및 절개 기구를 관절 이음하기 양호한 반면에, 전개된 드렌드는 수적 도전에 제기되어 시장에 진입하는 장벽이 있다. 대립 디자인 목적은 몇몇 행동(예를 들면, 폐쇄, 발사, 관절 이음, 회전 등)을 실행하기 위해 충분한 강성을 갖는 수술 개구의 사이즈를 감소시키기 위해 가능한 작은 직경의 축를 포함한다.

결과적으로, 관절 조인트를 통해 발사 바아를 지지하는 개선된 관절 작용하는 수술용 도구에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 핸들 및 엔드 이펙터 사이에 부착되는 관절 축을 갖는 수술용 도구를 제공함으로써 종래 기술의 상술되거나 그외 다른 문제들을 극복한다. 축의 관절 조인트에 배치된 전기활성적 중합체(EAP) 액츄에이터는 축을 통과하는 전기 신호에 응답하여 관절화를 실행한다. 이로 인해, 유용하게 작은 직경의 축은 원격 제어가능한 작용의 기능성으로 또한 성취될 수 있다.

본 발명의 한 양상에서, 수술용 도구는 신장 축의 말단 및 엔드 이펙터 사이에 부착되는 관절 조인트를 포함한다. 전기적 액츄에이터는 신장 축에 근접하게 부착된 핸들에서 원격으로 발생된 전기 신호에 응답하여 관절을 작동시키도록 위치된다.

본 발명의 또 다른 양상에서, 수술용 도구는 프레임 조립체를 갖는 신장 축 및 둘러쌓아 종방향으로 슬라이드가능하게 수납된 외피 슬리브 조립체를 갖는다. 스테이플 적용 조립체는 신장 채널, 이 신장 채널에 맞물린 스테이플 카트리지 및 스테이플 카트리지에 스테이플 포밍 표면을 제공하는 신장 채널에 선회가능하게 부착된 앤빌을 포함한다. 관절 조인트는 프레임 조립체에 형성된다. 특히, 말단 프레임 부분은 신장 채널에 부착되고 근접 프레임 부분은 말단 프레임 부분에 선회가능하게 부착된다. 신장 축의 근단에 부착된 핸들은 전기 신호를 신장 축, 스테이플 적용 조립체의 관절화를 수행하기 위하여 이에 응답하는 관절 조인트에 접속된 전기활성적 중합체 액츄에이터에 선택적으로 연통된다. 따라서, 외과용 스테이플링 및 절개 기구가 제공되어 소망 각도로부터 조직을 접근시킬 수 있다.

본 발명의 이들 및 다른 목적들 및 장점이 첨부한 도면 및 이의 상세한 설명을 참조하여 설명될 것이다.

본 명세서에 포함되며 그 일부를 구성하는 첨부한 도면들은 본 발명의 실시예들을 예시하고 상술한 본 발명의 일반적인 설명 및 후술하는 실시예들의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하는 역할을 한다.

관절 축의 개관(overview)

도 1에서, 수술용 절개 및 스테이플링 기구(10)로 예시된 수술용 도구는 그 말단부에 신장 축(16)에 의해 핸들(14)로부터 이격된, 스테이플 적용 조립체(12)의 말단 작동기를 갖는다. 스테이플 적용 조립체(12)는 교체가능한(replaceable) 스테이플링 카트리지(20)를 수용하기 위한 스테이플링 채널(18)을 포함한다. 스테이플링 및 절개를 위해 스테이플링 카트리지(20)에 대해 조직을 클램핑하는 앤빌(anvil)(22)이 스테이플링 채널(18)에 피벗가능하게 부착되어 있다. 스테이플 적용 조립체(12)가 닫힐 때, 그 단면적 및 신장 축(16)는 투관침(trocar; 도시하지 않음)의 배관(cannular)을 통하는 것과 같이, 작은 수술용 구멍을 통해 삽입하기 적절하다.

핸들(14)로 제어하여 스테이플 적용 조립체(12)를 정확하게 배치 및 배향하기 쉽다. 특히, 회전 손잡이(30; rotation knob)는 축(16)가 그 종방향 축 둘레로 회전하게 하여, 스테이플 적용 조립체(12)가 회전하게 한다. 축(16)의 관절 조인트(32)에서 부가적인 위치조정이 가능하고, 관절 조인트는 축(16)의 종방향 축으로부터 원호로 스테이플 적용 조립체(12)를 피벗시켜, 내시경(도시않음)과 같은 다른 기구들이 스테이플 적용 조립체(12) 뒤를 향하게 하거나 또는 장기(organ) 뒤에 배치할 수 있게 한다. 이러한 관절 작동은 유익하게는 핸들(14)의 관절 제어 스위치(34)에 의해 작동되고, 관절 제어 스위치는 핸들(14) 내에 수납된 전력공급장치와 EAP 제어기에 의해 구동되는 관절 조인트(32)의 전기활성적 중합체(EAP) 액츄에이터(36)에 전기 신호를 송신한다.

일단 스테이플 적용 조립체(12)에 조직이 위치되면, 외과의는 피스톨 그립(42; pistol grip)의 선단을 향해 폐쇄 트리거(40)를 당겨 앤빌(22)을 닫는다. 일단 이렇게 클램핑되면, 외과의는 보다 말단에 제공된 발사 트리거(44)를 쥐어, 뒤 로 당겨 스테이플 적용 조립체(12)를 발사(firing)시킬 수 있고, 몇몇 응용예에서 이는 단일의 작동 행정으로 이루어지며 다른 응용예에서는 여러 번의 작동 행정으로 이루어진다. 이 작동은 그 사이의 조직을 절개하면서 적어도 두 열의 스테이플(staple)로 스테이플링을 동시에 수행한다.

작동 구성요소들의 후퇴는 전체 행정을 마쳤을 때 자동적으로 개시될 수 있다. 다르게는, 후퇴시키기 적당한 때에 후퇴 레버(46)를 당길 수 있다. 작동 구성요소들이 후퇴되면, 외과의가 폐쇄 트리거(40)를 피스톨 그립(42)을 향해 약간 당기고 폐쇄 해제 버튼(48)을 누른 것을 해제한 다음에 폐쇄 트리거(40)를 놓아 스테이플 적용 조립체(12)의 클램핑이 해제되고 개방되어, 스테이플 적용 조립체(12)로부터 절개된 조직의 두 개의 스테이플링된 단부들을 해제한다.

본원에서 수직, 수평 등과 같은 공간적 용어들은 수술용 도구(10)의 종방향 축이 핸들(14)의 바닥에서 수직으로 정렬된 트리거(40, 44)들과 상부에서 수직으로 정렬된 스테이플 적용 조립체(12)의 앤빌(22)과 수평인 것을 가정하여 도면들과 관련하여 주어졌다. 그러나, 실제로는, 수술용 도구(10)는 다양한 각도로 배향될 수 있고, 이에 대해 이러한 공간적 용어들은 수술용 도구(10) 자체에 관해 사용된다. 또한, 선단은 말단 작동기(12)를 그 자신으로부터 멀리 배치하는, 핸들(14) 뒤에 있는 임상의의 관점을 나타내는데 사용된다.

핸들

도 1에서, 스테이플 적용 조립체(12)는 조직을 클램핑하고 축 프레임(도 1에는 도시되지 않고 도 7에 관해 후술함)에 대해 축(16)의 종방향 하측에서 전달되는 두 개의 상이한 운동에 의해 스테이플을 구동하고 조직을 절개하는 기능들을 수행한다. 이러한 축 프레임 조립체는 핸들(14)의 선단에 부착되고 회전 손잡이(30)와 함께 회전하도록 커플링된다. 도 1의 수술용 스테이플링 및 절개 기구(10)를 위한 예시적인 다행정 핸들(14)이 본원과 함께 계류중이고 함께 소유하고 있는 발명의 명칭이 "다행정 작동 위치 인디케이터 및 후퇴 기구를 포함하는 수술용 스테이플링 기구"인 제프리 에스. 스웨이즈(Jeffrey S. Swayze), 프레데릭 이. 셀턴 4세(Frederick E. Shelton IV)의 미국 특허 출원 제 10/674,026호와, 발명의 명칭이 "작동 주행 종료시에 자동적으로 후퇴하는 다행정 발사 기구를 포함하는 수술용 스테이플링 기구"인 케빈 알. 돌(Kevin R. Doll), 제프리 에스. 스웨이즈(Jeffrey S. Swayze), 프레데릭 이. 셀턴 4세(Frederick E. Shelton IV), 더글러스 비. 호프만(Douglas B. Hoffman), 마이클 이. 세처(Michael E. Setser)의 2005년 2월 7일 출원한 미국 특허출원 제 11/052,632호에 보다 상세히 설명되어 있고, 이들의 내용은본원에 설명된 부가적인 특징 및 변형예들과 함께 본원에 전부 참고문헌으로서 포함된다.

다행정 핸들(multi-stroke handle)(14)은 유익하게는 먼 거리에 걸쳐 높은 작동력을 응용예들에 지원하지만, 본 발명과 밀접한 응용예들은 본원과 함께 계류중이고 함께 소유하고 있는 발명의 명칭이 "별개의 상이한 폐쇄 및 작동 시스템들을 갖는 수술용 스테이플링 기구"인 프레데릭 이. 셀턴 4세, 마이클 이. 세처, 및 브라이언 제이. 헤멜간(Brian J. Hemmelgarn)의 미국 특허 출원 제 10/441,632호에 설명된 것과 같이 단일 작동 행정을 포함할 수 있고, 상기 특허출원의 내용 전부는 본원에 참고문헌으로서 포함된다.

전기활성적 중합체

전기활성적 중합체(EAP)들은 전압이 인가될 때 형상이 변하는 일련의 전도성으로 도핑된 중합체들이다. 본질적으로, 전도성 중합체들은 소정의 형태의 이온 유체 또는 겔(gel)과 전극들과 짝을 이룬다. 유체/겔로부터 전도성 중합체로 또는 중합체로부터의 이온 흐름은 인가되는 전위차에 의해 유도되고, 이러한 흐름은 중합체의 형상 변화를 유도한다. 전위차는 사용되는 중합체 및 이온 유체에 따라 1V 내지 4kV 범위이다. 전압이 인가될 때 몇몇 EAP들은 수축하고 몇몇은 팽창한다. EAP들은 전압이 인가될 때 일어나는 효과를 바꾸기 위해 스프링 또는 가요성 판들과 같은 기계적 수단과 짝을 이룰 수 있다.

기본적인 두 가지 타입이 있고 각각의 타입에 다양한 구성이 존재한다. 기본적인 두 가지 타입은 섬유 다발(fiber bundle)과 박층 버전(laminate version)이 있다. 섬유 다발은 약 30 내지 50 미크론의 섬유들로 구성된다. 이들 섬유는 직물과 많이 유사한 다발로 짜일 수 있고 이 때문에 종종 EAP 얀(yarn)으로 불린다. 이러한 타입의 EAP는 전압이 인가될 때 수축한다. 전극들은 일반적으로 중앙 와이어 코어(core)와 전도성 외피이고, 이 외피는 섬유 다발을 둘러싸는 이온 유체를 담는 작용을 한다. 상용 섬유 EAP 재료의 일례로는 산타페 사이언스 앤드 테크놀로지(Santa Fe Science and Technology)사에 의해 제조되고 패니언(PANION^TM) 섬유로 판매되고, 미국 특허 제 6,667,825호에 설명되어 있고, 이는 본원에 전부 참고문헌으로서 포함된다.

다른 타입은 박층 구조이며, 이는 EAP 중합체 층, 이온 겔 층과 박층의 어느 한 측면에 부착되는 두 개의 가요성 판들로 구성된다. 전압이 인가될 때, 정사각형의 박층 판이 일 방향으로 팽창하고 직각방향에서 수축한다. 상업적으로 입수가능한 박층(판) EAP 재료는 SRI 연구소의 지사인 아티피셜 머슬 인코포레이티드(Artificial Muscle Inc.)로부터 입수가능하다. 판 EAP 재료는 일본의 EAMEX로부터도 입수가능하고 박막 EAP로도 불린다.

EAP들은 여기(energized)될 때 체적이 변화하지 않는다; 이들은 단순히 일 방향에서 팽창 또는 수축하면서 횡방향에서 반대로 작용할 뿐이다. 박층 버전은 강성 구조물에 대해 일 측면을 배치하고 다른 측면을 피스톤과 유사하게 사용하여 기본적 형태로 사용할 수 있다. 가요성 판 EAP의 일측면이 여기될 때, 이는 팽창하고, 다른 방향에서 판을 휜다. 이는 어느 측면이 여기되는가에 따라 어느 한 방향으로 휠 수 있게 한다.

EAP 액츄에이터는 일반적으로 함께 협동하여 작동하도록 함께 묶인 다수의 층 또는 섬유로 구성된다. EAP의 기계적 구성은 EAP 액츄에이터와 그 운동 능력을 좌우한다. EAP는 긴 가닥(strand)으로 형성되고 단일 중앙 전극 둘레에 감길 수 있다. 가요성 외측 외부 슬리브는 액츄에이터를 위한 다른 전극을 형성하고 장치의 기능에 필요한 이온 유체를 담는다. 이러한 구성에서 전기장이 전극들에 인가될 때, EAP 가닥들이 짧아진다. 이러한 구성의 EAP 액츄에이터는 섬유 EAP 액츄에이터로 불린다. 유사하게, 박층 구성은 가요성 판의 어느 한 측면 상에 다수의 층으로 배치되거나 또는 단순히 그 성능을 증가시키기 위해 그 자신 위의 층들로 배 치될 수 있다. 전형적인 섬유 구조물들은 2 내지 4%의 유효 변형율을 갖고 전형적인 박층 버전은 보다 높은 전압을 사용하여 20 내지 30%의 유효 변형율을 달성한다.

도 2에서, 박층 EAP 합성물(100)이 EAP 층(104)에 부착된 양극 판 전극층(102)으로부터 형성된 것으로 예시되어 있고, 이는 결국 이온 셀 층(106)에 부착되고, 이는 결국 음극 판 전극층(108)에 부착된다. 도 3에서, 다수의 5개의 박층 EAP 합성물(100)이 그 사이에 접착제층(110)들에 의해 부착되어 적층되어 EAP 판 액츄에이터(120)를 형성한다. 대향하는 EAP 액츄에이터(120)들은 선택적으로 어느 한 방향으로 만곡될 수 있게 형성될 수 있다.

도 4 및 도 5에서, 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터(140)는 종방향 백금 음극 와이어(142)를 포함하고, 이 와이어는 절연성 중합체 선단부 캡(144)을 통과하여 양극으로서 작용하도록 전도성으로 도핑된 플라스틱 원통형 벽(148) 내에 형성된 신장 원통형 공동부(146)를 지나간다. 백금 음극 와이어(142)의 말단부는 절연성 중합체 말단부 캡(150)에 매립된다. 다수의 수축하는 중합체 섬유(152)가 음극 와이어(142)와 평행하게 및 둘레에 배치되고 그 단부들이 각각의 단부 캡(144, 150)에 매립된다. 플라스틱 원통형 벽(148)은 각각의 단부 캡(144, 150)의 외주에 부착되어 원통형 공동부(146)를 둘러싸, 수축하는 중합체 섬유(152)와 음극 와이어(142) 사이의 공간을 채우는 이온 유체 또는 겔(154)로 밀봉된다. 플라스틱 원통형 벽(148; 양극)과 음극 와이어(142) 사이에 전압이 인가되면, 이온 유체가 수축하는 중합체 섬유(152)에 들어가, 그 외측 직경이 부풀음에 상응하여 길이방향에서 수축하여, 단부 캡(144, 150)이 서로를 향해 당겨진다.

EAP 에 의해 작동되는 관절 조인트

도 6 내지 도 13에서, 수술용 절개 및 스테이플링 기구(200)가 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트(202)를 포함하고, 이 조인트는 신장 축(204)에서 말단 작동기의 선단에 형성되며, 말단 작동기는 신장 축(204)에 의해 종방향으로 전달되는 개별적인 폐쇄 및 작동 운동에 유익하게는 반응하는 의과용 스테이플링 및 절개 조립체(12)로 예시되어 있다. EAP에 의해 작동되는 관절 조인트(202)는 유익하게는 스테이플 적용 조립체(12)의 관절작용에 바람직한 임상적인 가요성을 추가로 갖는다.

도 6 내지 도 13의 예시적인 버전에서, EAP에 의해 작동되는 관절 조인트(202)는 보다 상세하게는 가요성 폐쇄 및 피벗 프레임 관절 조인트(210)이며, 이는 도 6에서 가요성 외피 튜브(218)에 의해 연결된 말단 외피 링(216)과 선단 외피 튜브(214)를 갖는 가요성 외피 슬리브 조립체(212)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 가요성 외피 튜브(218)에 형성된 좌우측의 종방향 열의 수직 슬릿(220, 222; vertical slit)들은 관절 작용을 위해 좌측 또는 우측으로 휠 수 있게 하면서, 연속적인 상부의 종방향 밴드(224)는 이러한 휨 정도에 관계없이 종방향 폐쇄 운동을 전달한다. 동등한 연속적인 하부 종방향 밴드가 가요성 외피 튜브(218)의 바닥을 따라 연장하고(도시 않음) 이러한 운동을 전달할 때 상부의 종방향 밴드(224)의 반대쪽에서 밴드(224)와 함께 작용한다. 특히, 말단 외피 링(216)의 상부 부분은 앤빌(22)의 앤빌 폐쇄 특징부(228)와 결합하는 말굽 형상 개구(226; aperture)를 포 함한다. 도 7에서, 앤빌(22)은 그 선단부에서 측방향으로 돌출하는 피벗 핀(230)들을 포함하며, 이 핀들은 신장 채널(18)의 선단부 부근에 형성된 피벗 개구(232)들과 피벗식으로 결합한다(도 7 내지 도 8). 따라서, 약간 더 말단쪽의 앤빌 폐쇄 특징부(228)는 가요성 외피 슬리브 조립체(212)가 말단쪽으로 이동할 때 폐쇄 운동을 부여하고, 선단쪽으로 이동할 때 개방 운동을 부여한다. 가요성 외피 튜브(218)는 좌우측의 종방향 열의 수직 슬릿(220, 222)의 길이를 따라 구부러져, 관절 작용시 가요성 폐쇄 및 피벗 프레임 관절 조인트(210)에 포함된 단일 피벗 프레임 조립체(234)를 수용할 수 있다.

특히 도 7 내지 도 9를 참조하면, 단일 피벗 프레임 조립체(234)가 말단부로 돌출하는 상부 및 하부 피벗 탭(238, 240)을 갖는 선단 프레임 접지부(236)를 포함하고, 피벗 탭 각각은 각각의 상부 및 하부 피벗 핀 구멍(242, 244)을 갖는다. 말단 프레임 접지부(250)로부터 선단쪽으로 돌출하며 각각 상부 및 하부 피벗 핀 구멍(252, 254)을 갖는 상응하는 상부 및 하부 피벗 돌출부(246, 248)가 선단 프레임 접지부(236)와 피벗식으로 결합한다. 특히, 수직으로 정렬된 상부 피벗 핀 구멍(242, 252)들과 하부 피벗 핀 구멍(244, 254)들은 상부 및 하부 프레임 피벗 핀(256, 258; 도 10)에 의해 각각 결합한다.

도 8에서, 신장 축(16)와 스테이플 적용 조립체(12)로 형성된, 수술용 도구(200)의 작용 부분(260)은 발사 바아(270)를 추가로 포함하며, 발사 바아는 선단 프레임 접지부(218)를 통해, 가요성 폐쇄 및 피벗 프레임 관절 조인트(210)를 통해, 및 말단 프레임 접지부(250)의 작동 슬롯(272)을 통해 스테이플 적용 조립체 (12)로 종방향에서 병진운동한다. 말단 프레임 접지부(250)의 상부에 형성된 말단 및 선단의 정사각형 개구(274, 276)들은 그 사이에 클립 바(278; clip bar)를 형성하고, 클립 바는 클립 스프링(282)의 상부 암(280; top arm)을 수용하며, 클립 스프링의 아래쪽 말단으로 연장하는 암(284)은 작동 행정의 빈/결여된(empty/missing) 카트리지 록아웃(lockout) 부분에 상응하여 발사 바아(270)의 상부 부분을 따라 융기된 부분(286)에 하향 압력을 부여한다.

특히 도 8을 참조하면, 발사 바아(270)의 말단으로 돌출하는 단부가 앤빌(22)을 스테이플 카트리지(20)로부터 이격하는 것을 돕고, 조직을 절개하고, 스테이플 카트리지(20)를 작동시키는 E--빔(288; E-beam)에 부착된다. 스테이플 카트리지(20)는 성형된 카트리지 본체(290)를 포함하고, 본체(290)는 각각의 상방향으로 열린 스테이플 개구(294) 내에서 스테이플 드라이버(292) 상에 놓인 다수의 스테이플을 유지한다. 웨지 슬레드(296; wedge sled)가 교체가능한 스테이플 카트리지(20)의 다양한 구성요소들을 함께 유지하는 카트리지 트레이(298) 상에서 슬라이딩하는 E--빔(288)에 의해 말단으로 구동된다. 웨지 슬레드(296)는 스테이플 드라이버(292)들을 캠에 의해 위쪽으로 들어올려 스테이플들을 밀어내어 앤빌(22)과 접촉하면서 변형(deforming contact)하는 동안 E--빔(288)의 절개면(300)은 클램핑된 조직을 절개한다. E--빔(288)의 상부 핀(302)들이 발사(firing) 중에 앤빌(22)과 결합하는 동안, 중간 핀(304)들과 하부 바닥(306; bottom foot)은 카트리지 본체(290)의 후방으로 열린 수직 슬롯(312) 및 카트리지 트레이(298)의 상응하는 종방향 구멍(310)과 함께 신장 채널(18)에 형성된 종방향 슬롯(308)의 각각의 상부 및 하부 면들과 결합한다. 그런다음, 발사 바아(270)는 E-비임(288)과 함께 근접하게 수축되어 앤빌(22)이 두개의 스테이플식 절개식 조직 부분(도시 생략)을 해제하기 위해 개방된다.

스테이플 적용 조립체(12)는 본원과 함께 계류중이고 함께 소유하고 있는 발명의 명칭이 "두 부품의 E-빔 발사 기구를 포함하는 관절작용하는 수술용 스테이플링 장치"인 프레데릭 이. 셀턴 4세 등의 2004년 9월 30일 출원된 미국 특허출원 제 10/955,042호에 보다 상세히 설명되어 있고, 이 출원은 본원에 참고문헌으로서 전체가 포함된다.

도 9 내지 도 13을 특히 참조하면, EAP 액츄에이터 시스템(400)이 유익하게는 핸들(14)로부터 받은 전기적 관절작용 신호(도시않음)에 반응하여 단일 피벗 프레임 조립체(234)를 작동시킨다. 도 7 내지 도 13의 예시적 버전에서, 상부 좌측 및 상부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(402, 404)들은 상부 피벗 탭(238)에 부착된 상부에서 말단쪽으로 돌출하는 모멘트 암(406)의 각각의 측방향 면에 수평으로 부착된다. 상부 좌측 및 상부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(402, 404)들의 외측 단부들은 말단 프레임 접지부(250)의 내경(410)의 각각의 상부 좌측 및 우측 측방향 부착 지점(406, 408)에 부착되어 있다. 유사하게, 하부 좌측 및 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(412, 414)들은 상부 피벗 탭(238)에 부착된 하부에서 말단쪽으로 돌출하는 모멘트 암(416)의 각각의 측방향 면에 수평으로 부착된다. 하부 좌측 및 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(412, 414)들의 외측 단부들은 말단 프레임 접지부(250)의 내경(410)의 각각의 하부 좌측 및 우측 측방향 부착 지점(418, 420)에 부착되어 있 다. 부착 지점(406, 408, 418, 420)들은 도 12에서 말단 프레임 접지부(250)를 지나는 것으로 도시되어 있고 좌측 부착 지점(406, 418)들은 도 9에서 말단 프레임 접지부(250)의 외측에서 볼 수 있다. 도 13에서와 같이, 그리고 특히 상부 및 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(404, 414)들에 대해, 한 쌍의 EAP 액츄에이터들을 작동시키면 이들이 수축하여, 상부 및 하부 모멘트 암(406, 416)들을 말단 프레임 접지부(250)의 우측을 향해 당겨, 상부 및 하부 EAP 섬유 액츄에이터(402, 412)들을 연장시켜, 수직 슬릿(220)들의 좌측 종방향 열이 접히고, 수직 슬릿(222)들의 우측 종방향 열이 늘여진다.

도 14 내지 도 18에서, 수술용 절개 및 스테이플링 기구(500)가 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트(502)를 포함하고, 이 조인트는 이중 피벗 외피 슬리브 조립체(504; 도 14 내지 도 15)와 단일 피벗 프레임 조립체(506; 도 15 내지 도 18)를 포함한다. 도 14에서, 스테이플 적용 조립체(12)는 교체가능한 스테이플 카트리지(20)가 제거되고 앤빌(22)이 열린 상태로 예시되어 있다. 따라서, 이중 피벗 외피 슬리브 조립체(504)는 그 선단 위치에서 그 말단 피벗축이 프레임 조립체(506)의 피벗축과 정렬된다. 외피 슬리브 조립체(504)가 말단쪽으로 이동하여 앤빌(22)을 닫으면, 관절이 꺾인 프레임 조립체(506)에 대해 병진운동하기 위해 외피 슬리브 조립체(504)의 선단 피벗축이 또한 피벗한다.

도 15를 특히 참조하면, 이중 피벗 외피 슬리브 조립체(504)가 선단 외피 튜브(510)를 포함하고, 이 튜브의 말단부는 키(key) 가공되어 상부 및 하부의 말단으로 돌출하는 돌출부(514, 516)를 갖는 선단 외피 링(512)에 부착된다. 앤빌(22) 상의 앤빌 폐쇄 특징부(228)와 결합하는 말굽 형상 개구(520)를 포함하는 말단 외피 튜브(518)는 상부 및 하부의 선단으로 돌출하는 돌출부(524, 526)를 갖는 말단 외피 링(522)의 선단에서 핀 고정된다. 상부 이중 피벗 링크(528)는 상향으로 돌출하는 말단 및 선단 피벗 핀(530, 532)들을 포함하고, 이 핀들은 상부의 선단으로 돌출하는 돌출부(524)에서 상부 말단 핀 구멍(534)과 상부의 말단으로 돌출하는 돌출부(514)에서 상부 선단 핀 구멍(536)과 각각 결합한다. 하부 이중 피벗 링크(538)는 하향으로 돌출하는 말단 및 선단 피벗 핀(540, 542)들을 포함하고, 이 핀들은 하부의 선단으로 돌출하는 돌출부(526)에서 하부 말단 핀 구멍(544)과 하부의 말단으로 돌출하는 돌출부(516)에서 하부 선단 핀 구멍(546)과 각각 결합한다.

도 15 내지 도 18을 특히 참조하면, 단일 피벗 프레임 조립체(506)가 선단 프레임 접지부(550)를 포함하고, 이 접지부의 말단부는 좌측 및 우측 모멘트 암(556, 558)들 사이에 형성된 말단측에 개구된 피벗 오목부(554)에 대해 선단쪽에 및 중앙에 피벗 핀 구멍(552)을 포함한다. 개뼈 형상(dog bone) 링크(560)는 선단 프레임 접지부(550)의 피벗 핀 구멍(552)과 상향으로 결합하는 선단 핀(562)과, 좌측 및 우측 모멘트 암(556, 558) 사이에서 피벗하는 센터 바(564; center bar)를 포함한다. 개뼈 형상 링크(560)의 말단 핀(566)은 신장 채널(18)에서 선단 가이드(574)와 결합하는 말단 측방향 가이드(572)를 갖는 말단 프레임 접지부(570)의 하부 선단 구멍(568)에 단단히 부착된다.

EAP 작동 시스템(580)은 개뼈 형상 링크(560)의 센터 바(564)에 관절 작동력을 부여하기 위해 선택적으로 팽창하는 좌측 및 우측 EAP 스택 액츄에이터(582, 584)를 포함하며, 센터 바는 EAP 스택 액츄에이터를 수동적으로 압축시킨다. 도 18에서, 우측 EAP 스택 액츄에이터(582)가 팽창되었고, 개뼈 형상 링크(560)를 피벗시켜, 스테이플 적용 조립체(12)를 좌측으로 피벗시키고 좌측 EAP 스택 액츄에이터(584)를 수동적으로 압축시킨다.

도 19에서, 수술용 도구(602)를 위한 또 다른 대안적인 EAP에 의해 작동되는 관절 조인트(600)는 단일 피벗 프레임 조립체(604)를 포함하며 여기서 선단 프레임 접지부(606)는 피벗 핀(612)에서 말단 프레임 접지부(610)로부터 말단에서 돌출하는 돌출부(608)에 결합한다. 말단에서 돌출하는 돌출부(608)는 우측 측방향 면에서 오목부를 가져 피벗 핀(612)의 우측면 상에서 눈물방울 반쪽 형상의 풀리(614)를 형성한다. 상기 눈물방울 반쪽 형상의 풀리(614)의 말단 지점에는 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터(616)의 말단부가 부착되며, 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터는 풀리의 외형을 따르고 선단 프레임 접지부(606)로 지나간다. 수축하는 EAP 섬유 액츄에이터(616)는 길이방향 수축 퍼센트가 작아도 충분한 회전이 이루어지도록 충분히 길 수 있다. 역방향(counter) 회전 기구가 EAP 관절 조인트(600)의 다른 측면 상에 형성된 유사하지만 역전된 기구으로 예시된 돌출부(608)의 좌측면에 포함될 수 있다.

피벗하는 관절화 기구를 위한 관절 고정 기구

도 20 내지 도 27에서, EAP에 의해 작동하는 관절 로크(700; articulation lock)가 수술용 도구(704)를 위한 피벗하는 관절 조인트(702)에 포함되어 있다. 명확성을 위해, 단일 피벗 프레임 조립체(706)는 말단으로 연장하는 상부 및 하부 피벗 탭(710, 712)들을 갖는 선단 프레임 접지부(708)와 함께 예시되어 있으며, 피벗 탭(710, 712)들은 말단 작동기(720)에 부착된 말단 프레임 접지부(718)의 선단으로 향하는 상부 및 하부 돌출부(714, 716)에 피벗식으로 결합되어 있다. 상부 피벗 탭(710)의 상부 내측 구멍(722)은 상부 돌출부(714)의 상부 외측 구멍(724) 아래에서 정렬되며, 상부 돌출부(714)는 상부 피벗 핀(726)에 의해 함께 피벗식으로 핀으로 고정된다. 하부 피벗 탭(712)의 하부 내측 구멍(728)은 하부 돌출부(716)의 하부 외측 구멍(730) 위에서 정렬되고, 하부 피벗 핀(732)에 의해 함께 피벗식으로 핀으로 고정된다. 상부 및 하부 모멘트 암(734, 736)들은 상부 및 하부 피벗 탭(710, 712)들로부터 각각 말단으로 연장한다. 상부 모멘트 암(734)은 일반적으로 수평인 상부 좌측 EAP 섬유 액츄에이터(740)에 의해 말단 프레임 접지부(718)에 형성된 상부 좌측 부착 지점(738)을 향해 좌측으로 밀릴 수 있다. 상부 모멘트 암(734)은 일반적으로 수평인 상부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(744)에 의해 말단 프레임 접지부(718)에 형성된 상부 우측 부착 지점(742)을 향해 우측으로 밀릴 수 있다. 하부 모멘트 암(736)은 일반적으로 수평인 하부 좌측 EAP 섬유 액츄에이터(748)에 의해 말단 프레임 접지부(718)에 형성된 하부 좌측 부착 지점(746)을 향해 좌측으로 밀릴 수 있다. 하부 모멘트 암(736)은 일반적으로 수평인 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(752)에 의해 말단 프레임 접지부(718)에 형성된 하부 우측 부착 지점(750)을 향해 우측으로 밀릴 수 있다.

앤빌(22)을 닫는 것은 앤빌 피벗에 대해 작용하는 EAP 액츄에이터와 같은, 도시되지 않은 폐쇄 기구의 작용에 의해 일어날 수 있다. 다르게는, 작동(firing) 운동은 추가로 스테이플링 및 절개를 하기 전에 앤빌을 먼저 닫을 수 있다. 다른 대안적인 예로서, 외피 슬리브 조립체 또는 다른 종방향으로 커플링된 기구(도시않음)이 앤빌(22)에 폐쇄 운동을 부여할 수 있다.

상부의 EAP에 의해 작동되는 관절 고정 기구(800)은 유익하게는 관절 운동을 허용하도록 피벗하는 관절 조인트(702)의 고정을 해제할 수 있다. 그 다음에, EAP에 의해 작동되는 관절 고정 기구(800)은 고정된 상태로 이완되어, 동력 소실, 즉 관절 작용량의 변화 사이의 구성요소 가열을 요구하지 않는 안정적으로 고정된 상태를 제공한다. 상부 고정 볼트 조립체(802)는 상부 피벗 탭(710)보다 종방향 중심선으로부터 수직으로 더 나아간 그리고 선단쪽의 선단 프레임 접지부(708)에 형성된 직사각형 상부 로크 오목부(804; upper lock recess)로 도시되어 있다. 고정 볼트(806)는 상부 로크 오목부(804)에 형성된 말단 슬롯(810) 밖으로 고정 팁(808)이 연장하여 말단 프레임 접지부(718)의 상부 피벗 돌출부(714) 주변의 선단 면 주위에 형성된 기어 세그먼트(814)의 가장 가까운 치형부 뿌리(812; tooth root)와 맞물린다. 고정 볼트(806)는 선단부에서는 크로스 판(816; cross plate)에서 종료하며, 크로스 판은 직사각형 상부 로크 오목부(804) 안에서 종방향에서 슬라이딩하여, 종방향으로 팽창하도록 작동할 수 있는 상부 좌측 및 우측 EAP 스택 액츄에이터(820, 822)를 선단에 위치하는 압축 스프링(818)에 의해 밀거나 고정 볼트(806)가 선단측으로 이동할 때 압축 스프링(818)을 압축하여 기어 세그먼트(814)로부터 고정 팁(808)을 해제하여 피벗 관절 조인트(702)가 재배치될 수 있다. 상부 로크 커버(824)가 상부 로크 오목부(804)를 폐쇄한다.

부가적인 고정 지지를 위해, 도 23에서, 상부 고정 기구(800)과 동등한, 하부의 EAP에 의해 작동되는 관절 고정 기구(830)이 반대쪽 위치에서 하부 피벗 돌출부(716)에 대해 작용한다. 유사한 고정 기구가 선단부가 아닌 신장 축의 말단 부에 포함될 수도 있다. 또한, 이중 피벗 커플링은 각각의 피벗에서 고정부(lock)를 포함할 수 있다.

사용시에, 관절이 꺾이지 않은 말단 작동기(720)와 피벗 관절 조인트(702)(도 20 내지 도 24)가 외과적 장소에 삽입된다. EAP 고정 기구(800, 830)은 전형적으로 에너지가 제거되면, 선단 프레임 접지부(708)에 부착된 고정 팁(808)이 말단 프레임 접지부(718)의 기어 세그먼트(814)와 결합하고, 단일 피벗 프레임 조립체(706)를 고정한다. 필요할 때, EAP 스택 액츄에이터(820, 822)들이 여기되어 종방향으로 길어지고, EAP 고정 기구(800, 830)의 고정을 해제한다. 고정이 해제될 때, 관절 조인트(702)는 상부 및 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(744, 752)를 수축시켜 말단 작동기(720)를 좌측으로 피벗시키는 것(도 25)과 같이 관절을 꺾을 수 있고, 상이한 치형부 뿌리(812)를 고정 팁(808)에 제공하여 에너지가 제거될 때 EAP 관절 고정 기구(800)이 수술용 도구(704)의 관절 조건으로 고정된다.

도 28 내지 도 29에서, 상술한 EAP 관절 고정 기구(800)과 연계하여 사용하기 위한 단일 피벗 관절 조인트(901)를 위한 대안적인 EAP 관절 시스템(900)이 예시되어 있다. 좌측 및 우측 EAP 섬유 액츄에이터의 상부 및 하부 쌍(902, 904, 906, 908)은 선단 프레임 접지부(918)의 상부 및 하부 피벗 탭(914, 916) 상에 각각 말단에서 상부 및 하부 둥근 모멘트 암(910, 912)을 포함하여 길어진다. 말단 프레임 접지부(922)의 상부 좌측 부착 지점(920)은 상부 우측 부착 지점(924)보다 약간 높다. 상부 및 하부 좌측 EAP 섬유 액츄에이터(902, 906)가 상부 및 하부 우측 EAP 섬유 액츄에이터(904, 908)보다 상응하는 상부 및 하부 둥근 모멘트 암(910, 912)들의 높은 부분 둘레에서 각각 감싸는 것에 상응하여(도 29), 하부 좌측 부착 지점(926)도 하부 우측 부착 지점(928)보다 약간 높다. 이에 의해, 모멘트 암(910, 912)들의 길이 및 외형과 조합한 길어진 EAP 섬유 액츄에이터(902 내지 908)들이 원하는 성능 특성에 대해 선택될 수 있다.

도 30 내지 도 33에서, 상술한 EAP 관절 고정 기구(800)과 연계하여 사용하기 위한 단일 피벗 관절 조인트(1001)를 위한 부가적이고 대안적인 EAP 관절 시스템(1000)이 예시되어 있다. 관절 작용을 일으키기 위한 EAP 섬유 액츄에이터 대신에, 좌측 및 우측 EAP 스택 액츄에이터들의 상부 및 하부 쌍(1002, 1004, 1006, 1008)들이 상부 및 하부 종방향 트랙(1010, 1012)들에 각각 대향하고 측방향으로 이동시킨다. 말단에서 돌출하는 상부 모멘트 암(1014)은 선단 프레임 접지부(1018)의 상부 피벗 탭(tab)(1016)에 부착된다. 상부 모멘트 암(1014)의 말단부에서 상부의 내측으로 향해진 팁 핀(1020; tip pin)은 상부 종방향 트랙(1010)과 종방향으로 슬라이딩하여 결합하여, 말단 프레임 접지부(1022)에 의해 측방향에서 구속된 상부 좌측 및 우측 EAP 스택 액츄에이터(1002, 1004)의 상이한 수축 및 팽창에 반응한다. 말단에서 돌출하는 하부 모멘트 암(1024)은 선단 프레임 접지부(1018)의 상부 피벗 탭(1026)에 부착된다. 하부 모멘트 암(1024)의 말단부에서 하부의 내측으로 향해진 팁 핀(1030)은 하부 종방향 트랙(1012)과 종방향으로 슬라이 딩하여 결합하여, 말단 프레임 접지부(1022)에 의해 측방향에서 구속된 하부 좌측 및 우측 EAP 스택 액츄에이터(1006, 1008)의 상이한 수축 및 팽창에 반응한다.

도 30 내지 도 31에서, EAP 관절 고정 기구(800)이 작동되어 관절 작용을 위한 준비로서 기어 세그먼트(814)로부터 고정 팁(808)을 해제한다. 도 32 내지 도 33에서, 상부 및 하부 좌측 EAP 스택 액츄에이터(1002, 1006)들이 여기되어 팽창하여 상부 및 하부 종방향 트랙(1010, 1012)의 우측을 향해 측방향으로 이동하여, 상부 및 하부의 내측으로 향해진 팁 핀(1020, 1030)들로부터의 반응력에 대해 상응하여 상부 및 하부 EAP 스택 액츄에이터(1004, 1008)들을 압축시키고 말단 프레임 접지부(1022)를 이동시키며, 이는 예시적인 관절 작용에서는 좌측으로 이다.

본 발명이 몇 개의 실시예의 설명에 의해 예시되고 예시적인 실시예들이 상당히 상세히 설명되었지만, 출원인의 의도는 이러한 세부사항으로 첨부된 청구범위를 제한하거나 제약하고자 하는 것이 아니다. 부가적인 장점들 및 수정예들이 당업자에게 쉽게 보일 것이다.

내시경에 특히 적합한 수술용 도구는 엔드 이펙터를 원격으로 관절화하도록 전기적으로 활성화되는 중합체(EAP) 액츄에이터를 포함하는 신장 축에서 관절 기구를 포함함으로써 엔드 이펙터를 관절화한다. 말단 프레임 부 및 근접 프레임 부 간의 피봇팅 연결부들은 EAP 섬유 액츄에이터들에 의해 활성화되고 EAP 로크 릴리스를 비작동시킴으로써 선택된 관절 각도로 로킹된다.

Claims

엔드 이펙터;

신장 축;

상기 엔드 이펙터의 선택된 하나 및 상기 신장 축의 말단에 부착되는 제 1 프레임 부재, 상기 엔드 이펙터의 타단 및 상기 신장 축의 말단에 부착되는 제 2 프레임 부재 및, 상기 제 1 및 제 2 프레임 부재들 간의 피봇 연결부를 포함하는 피봇팅 관절 조인트; 및,

상기 제 1 및 제 2 프레임 부재들 사이에 연결된 전기활성적 중합체 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 부재는 상기 피봇팅 연결부 및 제 2 프레임 부재를 향한 리세스 개구를 포함하며, 상기 제 2 프레임 부재는 상기 리세스 내로 확장되는 제 1 모멘트 아암을 포함하고, 상기 전기활성적 중합체 액츄에이터는 상기 리세스 양단의 상기 제 1 프레임 부재 및 상기 모멘트 아암 사이에 부착되는 수술용 도구.
제 2 항에 있어서, 상기 전기활성적 중합체 액츄에이터는 접촉하도록 작동적으로 구성되는 전기활성적 중합체 섬유 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 부재는 상기 제 2 프레임 부재의 상부 제 2 탱 및 하부 제 2 탱에 각각 선회가능하게 부착되는 제 1 상부 탱 및 제 1 하부 탱을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 탱들은 하부 제 1 및 제 2 탱들로부터 측방으로 이격되는 수술용 도구.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 부재는 상기 제 2 프레임 부재를 수납하는 리세스를 한정하는 튜브를 포함하며, 상부 및 하부 제 2 탱들중 적어도 한 탱은 상기 리세스로 확장되는 모멘트 아암을 포함하고, 상기 전기활성적 중합체 액츄에이터는 상기 제 1 부재의 각 측방 내부 표면 및 상기 모멘트 아암에 부착되는 한 쌍의 대향하는 전기활성적 중합체 액츄에이터들을 포함하는 수술용 도구.
제 4 항에 있어서, 적어도 하나의 탱은 상기 관절 조인트의 관절축을 가로지르는 원주형으로 윤곽된 부분을 포함하며, 상기 전기활성적 중합체 액츄에이터는 일 단부에서 원주형으로 윤곽된 부분에 부착되고 그 위에 위치되며 다른 프레임 부재에 부착되는 전기활성적 중합체 섬유 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
제 6 항에 있어서, 적어도 하나의 탱은 상기 관절 조인트의 관절축을 가로지르는 역 원주형으로 윤곽된 부분을 포함하며, 상기 수술용 도구는 상기 역 원주형 부분에 부착되어 그 위에 위치되는 역 전기활성적 중합체 섬유 액츄에이터를 부가로 포함하는 수술용 도구.
제 7 항에 있어서, 상기 상부 탱들중 선택된 한 탱 및 상기 하부 탱들중 선택된 한 탱은 상기 전기활성적 중합체 섬유에 부착되는 상부 부분 및 상기 역 전기활성 섬유 액츄에이터에 부착되는 하부 부분을 구비하는 둥근 윤곽을 포함하는 수술용 도구.
제 4 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 발사 바아에 의해 작동되는 스테이플링 및 절개 어셈블링을 포함하며, 상기 핸들부는 상기 발사 바아에 근접하여 부착되고 상기 발사 바아에 대해 종방향 발사 모션을 부여하도록 작동적으로 구성되고, 상기 신장 축은 상기 관절화된 관절 조인트를 통해서 상기 발사 바아를 지지하는 발사 바아 가이드를 부가로 포함하는 수술용 도구.
제 9 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 스테이플 카트리지를 수납하도록 작동적으로 구성되는 하부 채널 및 선회가능하게 부착된 상부 앤빌을 부가로 포함하며, 상기 핸들부는 종방향 외피 모션을 발생시키도록 작동적으로 구성되고, 상기 신장 축은 상기 핸들부에 근접하여 결합되는 외피 슬리브 조립체를 부가로 포함하여 상기 앤빌에 의해 외피 모션을 말단 연결부에 이송하며, 상기 외피 슬리브 조립체는 후퇴된 위치 및 말단에서 확장된 위치 둘 다에서 관절의 관절축에 대해서 피봇하도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
제 10 항에 있어서, 상기 외피 슬리브 조립체는 다수의 좌 및 우측 수직 리세스들을 갖는 가요성 튜브 부분을 포함하는 수술용 도구.
제 10 항에 있어서, 상기 외피 슬리브 조립체는 피봇 링크의 제 1 단부에 선회가능하게 부착되는 말단 외피 튜브를 포함하고 상기 피봇 링크의 제 2 단부에 선회가능하게 부착되는 근접 외피 튜브를 포함하는 수술용 도구.
제 12 항에 있어서, 상기 말단 외피 튜브는 근접하여 돌출하는 상부 및 하부 탱들을 포함하는 말단 외피 링을 부가로 포함하며, 상기 근접 클롱져 튜브는 말단에서 돌출하는 상부 및 하부 탱들을 포함하는 근접 외피 링을 부가로 포함하는 수술용 도구.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 프레임 부재는 상기 제 2 프레임 부재를 향하여 돌출하는 모멘트 아암을 포함하며, 상기 제 2 프레임 부재는 상기 리세스의 축에 선회가능하게 부착되는 상기 모멘트 아암을 수납하는 리세스를 포함하고, 상기 리세스는 상기 제 1 프레임 부재의 이동을 관절화하는 크기로 되며, 상기 전기활성적 중합체 액츄에이터는 상기 리세스의 제 1 측면 및 상기 모멘트 아암 사이에 부착된 제 1 전기활성적 중합체 액츄에이터를 부가로 포함하고 제 2 전기활성적 중합체 액츄에이터는 상기 리세스 및 상기 모멘트 아암의 제 2 측면간에 부착되는 수술용 도구.
제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 전기활성적 중합체 액츄에이터들은 상기 모멘트 아암을 밀도록 작동되는 스택 액츄에이터들을 포함하는 수술용 도구.
제 14 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 발사 바아에 의해 작동되는 스테이플링 및 절개 어셈블링을 포함하며, 상기 핸들부는 상기 발사 바아에 근접하여 부착되고 상기 발사 바아에 대해 종방향 발사 모션을 부여하도록 작동적으로 구성되며, 상기 신장 축은 상기 발사 바아를 지지하는 발사 바아 가이드를 부가로 포함하고, 상기 모멘트 아암은 상기 관절 조인트를 통해서 상기 발사 바아를 안내하도록 상기 발사 바아 가이드와 연통되는 발사 바아 슬롯을 포함하는 수술용 도구.
제 1 항에 있어서, 관절 로킹 기구를 부가로 포함하는데, 상기 기구는:

상기 제 1 및 제 2 프레임 부재중 선택된 한 부재에 부착되고 상기 제 1 및 제 2 프레임 부재의 다른 부재를 향하여 확장되어 맞물리도록 바이어스되는 종방향 전이 로킹 부재; 및,

상기 관절 조인트를 언록하도록 작동될 때 종방향으로 전이되는 로킹 부재상에서 바이어스를 극복하도록 작동적으로 구성되어 위치되는 전기활성적 중합체 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
종방향으로 슬라이드가능하게 수납되는 외피 슬리브 조립체에 의해 둘러싸여 진 프레임 조립체를 포함하는 신장 축;

신장 채널, 상기 신장 축에 맞물리는 스테이플 카트리지, 및 상기 스테이플 카트리지에 스테이플 포밍 표면을 제공하는 상기 신장 채널에 선회가능하게 부착되는 앤빌을 포함하는 스테이플 적용 조립체;

상기 프레임 조립체에 형성되고, 상기 신장 채널에 부착되는 말단 프레임 부 및 상기 말단 프레임 부분에 선회가능하게 핀닝되는 근접 프레임 부분을 포함하는, 관절 조인트;

상기 신장 축의 근단부에 부착되고 상기 신장 축에 전기 신호를 선택적으로 연통시키도록 작동적으로 구성되는 핸들 부; 및,

상기 관절 조인트에 연결되고 전기 신호에 응답하여 상기 스테이플 적용 조립체의 관절화를 수행하도록 하는 전기활성적 중합체 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
제 18 항에 있어서, 상기 신장 축은 관절 조인트를 둘러싸고 상기 상부 조에 말단에서 맞물려 상기 상부조의 피봇팅을 실행하는 다수의 피봇 조인트를 갖는 종방향으로 슬라이드가능하게 수납된 외피 슬리브 조립체를 부가로 포함하며, 상기 핸들부는 상기 상부 조의 개폐를 실행하도록 상기 외피 슬리브 조립체를 전이하도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
엔드 이펙터;

상기 엔드 이펙터에 부착되는 말단 프레임 부분 및 근접 프레임 부분을 포함하는 신장 축;

상기 말단 및 근접 프레임 부분들 사이의 피봇 부착부; 및,

전기 신호에 응답하여 상기 피봇 부착부에 대해서 상기 근접 프레임 부분에 대해 상기 말단 프레임 부분의 피봇을 작동시키기 위한 수단을 포함하는 수술용 도구.