KR20060092848A - 전기적 작동식 관절 기구를 합체하는 수술용 도구 - Google Patents

Abstract

내시경에 특히 적합한 수술용 도구는 엔드 이펙터를 원격으로 관절화되도록 전기활성적 중합체(EAP) 액츄에이터를 포함하는 신장 축에서 관절 기구를 포함함으로써 엔드 이펙터를 관절화한다. 특히, 신장 네크의 프레임에 대한 가요성 네크는 EAP에 의해 좌 또는 우로 측방으로 죄어져 관절 상태로 유용하게 로킹된다.

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

Description

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

도 1은 가요성 관절 프레임 그라운드를 관절화하는 EAP 작동식 관절 기구를 노출시키기 위하여 절개된 외피 슬리브 조립체를 지닌 수술용 도구를 위에서 본 우측면도.

도 1a는 좌측으로 관절화되는 도 1의 수술용 도구의 상면도.

도 2는 박층 전기활성적 중합체(EAP) 합성물의 사시도.

도 3은 도 2의 접착제에 부착된 다수의 박층 EAP 합성물들로부터 형성된 적층물로부터 형성된 EAP 판 액츄에이터의 사시도.

도 4는 수촉하는 EAP 섬유 액츄에이터의 종방향 축을 따라서 절개된 사시도.

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

도 6은 가요성 외피 슬리브 조립체 및 가요성 네크 프레임 조립체와 폐쇄된 스테이플 적용 조립체와 함께, 도 1의 수술용 도구에 대한 EAP 작동식 관절 조인트의 정면 우측 사시도.

도 7은 가요성 외피 슬리브 조립체가 제거되고 가요성 네크 프레임 조립체가 부분적으로 전개된, 도 6의 EAP 작동식 관절 조인트 및 폐쇄된 스테이플 적용 조립 체의 우측 전방 사시도.

도 8은 도 6의 EAP 작동식 관절 조인트 및 스테이플 적용 조립체의 전방 우측 전개된 사시도.

도 9는 EAP 판 액츄에이터들 및 로킹 스트립들을 포함하는 도 1의 관절 프레임 그라운드의 정면 우측 사시도.

도 10은 로킹되지 않은 작동 상태 및 로킹된 해제 상태에서 가상으로 도시된 좌측 EAP 로킹 스트립을 지닌 좌측 관절 상태에서 도 1a의 관절 프레임 그라운드의 상면도.

도 11은 EAP 판 액츄에이터들 및 EAP 로킹 스트립들을 통해서 단면도에서 취해진 좌측 관절된 상태에서 도 1a의 관절 프레임 그라운드의 정면도.

도12는 측방 가이드 핀들을 통한 선 12-12을 통해서 단면도에서 취해진 도 10의 관절 프레임 그라운드의 위에서 본 정면도.

도 13은 다수의 EAP 리브 확산기 액츄에이터들을 통해서 단면도에서 취해진 도 1의 수술용 도구에 대한 대안적인 관절 프레임 그라운드의 상면도.

도 14는 도 1의 수술용 도구에 대한 다수의 EAP 섬유 액츄에이터들을 갖는 부가적인 또 다른 관절 프레임 그라운드의 부분적으로 전개된 우측 사시도.

도 15는 선 15-15를 따른 단면도에서 취해진 도 14의 부가적인 또 다른 관절 프레임 그라운드의 위에서 본 정면도.

도 16은 하나의 슬라이딩 단부를 갖는 내향 작동식 EAP 판 액츄에이터들의 판들의 지지 판들에 의해 측방으로 안내된 발사 바아를 지닌 수술용 도구의 관절 조인트를 통과하는 발사 바아의 종방향 단면의 상면도.

도 17은 도 16의 수술용 도구의 관절화된 관절 조인트를 통과하는 발사 바아의 종방향 단면도에서 취해진 상면도.

도 18은 하나의 슬라이딩 단부를 갖는 외향 작동식 EAP 판 액츄에이터들의 판들의 지지 판들에 의해 측방으로 안내된 발사 바아를 지닌 수술용 도구의 관절 조인트를 통과하는 발사 바아의 종방향 단면의 상면도.

도 19는 속박되지만 종방향으로 플로우팅되는 후크식 단부를 갖는 외향 작동식 EAP 지지 판에 의해 측방으로 안내된 발사 바아를 지닌 수술용 도구의 관절 조이트를 통과하는 발사 바아의 종방향 단면의 상면도.

도 20은 하나의 고정된 후크 단부 및 스프링적으로 종방향으로 제한된 일 단부를 각각 갖는 외향 작동식 EAP 지지 판에 의해 측방으로 안내된 발사 바아를 지닌 수술용 도구의 관절을 통과하는 발사 바아의 종방향 단면의 상면도.

도 21은 스프링적으로 종방향으로 제한된 양단부를 각각 갖는 외향 작동식 EAP 지지 판에 의해 측방으로 안내된 발사 바아를 지닌 수술용 도구의 관절 조인트를 통과하는 발사 바아의 종방향 단면의 상면도.

도 22는 도13 내지 도 16의 EAP 지지 판들을 포함하는 가요성의 관절 조인트의 상면도.

도 23은 선 23-23을 통해서 취해진 도 22의 가요성 관절 조인트의 위에서 본 정면도.

도 24는 좌측으로 관절된 도 22의 가요성 관절 조인트의 상면도.

도 25는 도 16 내지 도 19의 EAP 지지 판들을 포함하고 또한 좌, 우측 EAP 판 관절 액츄에이터들을 포함하는 가요성 관절 조인트의 정면 우측 사시도.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

100 : 박층 EAP 합성물 102 : 양극 판 전극층

104 : EAP 층 106 : 이온 셀 층

108 : 음극판 전극층 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

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. 일반적 으로, 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 작 동기의 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 있 다.

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.

또한, 교차 단면 크기를 더욱 감소시키는 것이 바람직하지만, 엔드 이펙터에서 또한 다른 기능성을 부가시키고자 하는 또 다른 충돌적인 요구가 있다. 예를 들어, 하나의 이와 같은 부가적인 기능은 스테이플 사이트에 지지체를 배치하는 것이다. 지지체는 앤빌 상에 그리고 카트리지상에 배치되는 한쌍의 얇은 폼(foam) 또는 섬유 스트립들이고 절개된 조직의 양측상의 위치로 스테이플된다. 이는 극히 얇거나 두꺼운 조직들을 위한 스테이플 라인에 대해 구조적인 무결성을 부가한다. 부적절하게 폐쇄된 단부 이펙터, 엠프티(empty) 스테이플 카트리지, 미싱(missing) 카트리지로 인한 발사(firing)을 방지하여 에너지 또는 유체를 엔드 이펙터로 전송함으로써 치료 또는 진단 등을 수행하는 또 다른 부가적인 개선방법들이 있었다. 이와 같은 부가적인 기능을 용이하게 하는 기구의 축에서 충분한 방을 생성하면 엔드 이펙터들이 관절화하는 방법을 수정하기 위한 동기를 유발한다.

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 프 레임 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.

EAP 작동식 가요성 관절 조이트를 갖는 수술용 도구

도 1에서, 수술용 도구(1200)는 대체가능한 스테이플 카트리지(1218)을 유지하는 신장 채널(1216)에 선회가능하게 부착되는 폐쇄가능한 앤빌(1214)을 갖는 스테이플 적용 조립체(1212)로서 도시된 바와 같이, 핸들(1208)로부터 엔드 이펙터(1210)으로 분리된 외피 및 발사(firing) 모션들을 전달하는 신장 축(1206)의 관절 프레임 조립체(1204)에 통합되는 EAP 작동식 관절(1202)을 포함한다. 핸들(1208)은 앤빌(1214)의 외피를 작용시키기 위한 피스톨 그립(1222)을 밀접하게 향하여 스퀴즈되는 외피 트리거(1220)를 포함한다. 도시되지 않은 외피 슬리브 조립체(1223) 또는 다른 외피 수단(예를 들어, EAP 작동식 앤빌, 내부 종방향으로 변환 부재, 등)은 앤빌(1214)의 개폐를 실행시키기 위한 앤빌 외피 특징(1224)에 대해서 작동한다는 것을 인지하여야 한다. 폐쇄되어 클램프되면, 더욱 말단의 발사 트리거(1226)은 신장 축(1206)의 종방향 아래로 발사 부재(1228)의 발사를 실행시키도록 피스톨 그립(1222) 쪽으로 스퀴즈되어 조직의 절개 및 절개된 단부들의 스테이플링을 초래한다. 발사 트리거(1226)가 릴리스되면, 외피 릴리스 버튼(1230)은 외피 트리거(1220)의 다소간의 디프레션에 따라서 디프레스되어, 외피 트리거(1220)의 릴리스보다 앞서 클램핑 요소들을 릴리스하여 앤빌(1214)을 개방시키고 스테이플되고 절개된 조직의 릴리스를 허용한다. 회전 노브(1232)는 신장축(12060의 종방향축에 대해서 선택적인 회전을 허용한다.

관절 프레임 조립체(1204)는 핸들(1208)에 근접하여 회전가능하게 부착되고 엔드 이펙터(1210)를 지지하는 말단 프레임 그라운드(1244)에 부착되는 관절 프레임 그라운드(1242)에 떨어져서 부착되는 근접 프레임 그라운드(1240)을 포함한다. 핸들(1208)에 대한 관절 제어(1246)는 좌측방향 관절이 관절 제어(1246)에 의해 선택될 때 도 1a에 도시된 바와 같이 적절한 전기 신호들을 작동시킴으로서 관절 프레임 그라운드(1242)의 관절화를 선택하도록 허용한다. 관절 제어(1246)는 관절 프레임 그라운드(1242)를 위한 관절 로크의 수동 및/또는 자동 맞물림 해제를 포함할 수 있다는 것을 인지하여야 한다.

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 수행 한다. 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 재료의 예는 SRI 연구소의 지사인 아티피셜 머슬 인코포레이티드(Artificial Muscle Inc.)에 의해 제조된다. 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 7에서, 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 8의 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)및 하부 종방향 밴드(도시 생략)는 이러한 휨 정도에 관계없이 종방향 폐쇄 운동을 전달한다. 특히, 말단 외피 링(216)의 상부 부분은 앤빌(22)의 앤빌 폐쇄 특징부(228)와 결합하는 말굽 형상 개구(226; aperture)를 포함한다. 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.

도 6 내지 도 8에서, 측방으로 가요성의 프레임 조립체(234)는 가요성의 프레임 부재(240)의 근단상에 상부 키 태브(tab)(239)에 맞물리는 상부 슬롯(238)을 지닌 말단의는 개방된 원통형 단부(237)를 포함하는 근접 프레임 그라운드(236)를 포함한다. 가요성의 프레임 부재(240)의 말단은 말단의 프레임 그라운드(250)의 근접 개구 원통형 단부(243) 내의 상부 슬롯(242)내에 수납되는 말단에 제공된 상부 키 태브(241)을 갖는다. 가요성의 프레임 부재(240) 내의 좌, 우측 수직 슬롯(244, 245)은 이들 슬롯(244, 245)에 삽입되는 EAP 액츄에이터(245)이 가용성 프레임 조립체(234)에 대해 관절 운동하도록 한다.

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 스 프링의 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.

가요성 프레임 어셈블(234)에 대한 대안으로서, 도 9 내지 도 12에서, 관절 프레임 그라운드(1242)는 대체로 원통형의 탄성 프레임 본체(1310)의 각 측면에서 각 좌 및 직사각형 액츄에이터 리세스들(1306, 1308)(도 11 내지 도 12)를 통과하는 좌 및 우측 EAP 판 액츄에이터들(1302, 1304)를 사용하는 EAP 작동 시스템(1300)을 포함한다. 직사각형 나이프 슬롯(1312)은 좌 및 우측 직사각형 액츄에이터 리세스들(1306, 1308) 간에 정렬되는 탄성 프레임 본체(1310)에 형성되어 발사 부재(1228)의 말단 부인 발사 바아(1314)를 안내한다.

탄성 프레임 본체(1310)의 연속적인 상부 및 하부 세로의 밴드들(1320)(도 9 내지 도 10)은 관절의 프레임 그라운드(1242)가 직선 또는 관절이 이어질때 발사 바아(1314)에 대한 종방향 이동 량을 유지한다. 종방향 축을 따라서 크게 압축되지 않는 동질 재료로부터 탄성 프레임 본체(1310)를 형성하도록, 좌 및 우측 다수의 종방향 정렬된 수직 리세스(1322, 1324)는 좌 및 우측 EAP 액츄에이터 리세스(1306, 1308)과 각각 교차한다. 각 수직 리세스(1322, 1324)는 직사각형 나이프 슬롯(1312) 및 좌 또는 우측 직사각형 액츄에이터 리세스(1306, 1308)중 적절한 한 액세스 둘 다와 병렬이고 축방향으로 오프셋되는 탄성 프레임 본체(1310)을 통해서 상부로부터 하부로 통과하는 직사각형 관통홀(1326)을 포함한다. 각 직사각형 관통홀(1326)은 측방향으로 협 측방 갭(1328)과 연통된다. 인접 수직 리세스(1322, 1324)는 이들간에서 협 내벽(1332) 및 EAP 판 액츄에이터들(1302, 1304)중 각각 한 액츄에이터를 지지하고 EAP 판 액츄에이터들(1302, 1304) 중 하나 또는 둘 다가 선택된 방향에서 구부려지도록 작동되기 때문에 협 측방향 갭(1328)이 완전히 접혀지기 전 이 방향에서 이루어질 수 있는 관절량을 제한하는 두꺼운 구부려진 외부 슬라이스(1334)를 갖는 갖는 리브(1330)를 한정하며, 이 내벽은 연속적인 상부 및 하부 종방향 밴드들(1320)을 측방향으로 구부린다. 도 10에서, 예를 들어, 좌측 EAP 판 액츄에이터(1302)는 응답시 스테레칭되는 우측 EAP 판 액츄에이터(1304)를 갖는 좌측으로 액츄에이트시키도록 작동식다. 좌 및 우측 직사각형 액츄에이터 리세스들(1306, 1308) 내에서 각각 당김 및 밈을 생성시키도록 전기적으로 활성화될 때 좌 및 우측 EAP 판 액츄에이터들(1302, 1304)이 교대로 접촉 또는 팽창된다는 것을 인지하여야 한다.

도 11 내지 도 12에서, 관절 프레임 그라운드(1242)는 관절형 좌측 또는 관절형 우측 조건에서 탄성 프레임 본체(1310)을 선택적으로 유지하는 EAP 관절 로킹 기구(1350)을 포함한다. 이를 위하여, 좌측 로킹 경로(1352)는 최좌측 외부에 근접하는 좌측의 다수의 직사각형 관통홀(1326)을 통과하여 한정되어, 좌측 리지된 EAP 로킹 스트립(1354)이 이를 통과하도록 한다. 유사하게, 우측 로킹 경로(1356)는 최우측 외부에 근접한 우측 다수의 직사각형 관통홀(1326)을 통과하여 한정되어, 우측 리지된 EAP 로킹 스트립(1358)을 허용한다. 좌 및 우측 리지된 EAP 로킹 스트립들(1354, 1358) 둘 다의 각 최외측 표면(1360)을 따라서, 다수의 종방향으로 이격된 수직 블로킹 리지들(1362)은 종방향으로 이격되고 리브들(1330)의 기하학 형태와 관련하여 한정되도록 크기화 되어 소망 관절량으로 고정된다. 특히, 가요성 프레임 그라운드(1242)가 각 리지된 EAP 로킹 스트립(1354, 1358)의 대향측을 향하여 관절화할 때 이 측면상의 리브들(1330)은 좌측에 관절화할 때 도 11에 도시된 바와 같이 서로로부터 이격된다. 리브들(1330)이 로킹하는데 충분히 이격되어 도달되면(즉, 수직 블록킹 리지들(1362)의 종방향 폭 보다 넓다), 우측 리지된 EAP 로킹 스트립(1358)은 인접 리브들(1330)의 인접한 두꺼운 구부려진 외부 슬라이스들(1334) 간의 리지들(1362)을 스냅하도록 바깥쪽으로 바이어스된다. 우측 리지된 EAP 로킹 스트립(1358)을 작동시키면, 우측 리지된 EAP 로킹 스트립(1358)을 언록하는 수축을 초래한다. 측방향의 상부 및 하부 안내 핀들(1370, 1372)는 직사각형 나이프 슬롯(1312)의 위 아래로 통과되어 측방향 정렬을 유지한다.

도 13에서, 관절화된 프레임 그라운드(1242)는 탄성 프레임 본체(1408)의 대향하는 쌍의 말단 및 근접 개방 직사각형 리세스들 간에 존재하는 좌측 다수의 좌 및 우측 EAP 리브 확산기 판 액츄에이터를 사용하는 EAP 작동 시스템(1400)을 포함한다. 각 대향하는 쌍의 말단 및 근접 개방 직사각형 액츄에이터 리세스들(1404, 1406) 각각은 인접 쌍(근접/말단)의 측방향으로 한정된 리브들(1410)에 형성된다. 각 리브(1410)는 외부 수직 슬롯(1416)으로 협소하게 되는 더욱 안쪽으로 위치된 더욱 넓은 직사각형 관통홀(1414)을 지닌 높이에 따라서 측방향으로 바깥쪽으로 개방되는 수직 슬롯(1412)을 포함한다. 따라서, 각 리브(1410)는 상부 및 하부 종방 향 연속적인 밴드들(1420)에 접속되는 얇은 내벽(1418)을 포함한다. 직사각형 나이프 슬롯(1422)은 종방향 중심선을 따라서 측방향으로 형성된다. 상술된 바와 같은 좌 및 우측 리지된 EAP 로킹 스트립(1354, 1358)은 관절화된 프레임 그라운드(1242)의 확장된 측 상에 확장된 구부려진 형에 릴렉스되어 측방향 가이드 핀들(1370)에 의해 유지되는 종방향 정렬과 함께 로킹된다.

도 14 내지 도 15에서, 관절화된 프레임 그라운드(1242)는 부가적인 또 다른 EAP 작동 시스템(1500)을 좌, 우측 다수의 측방향 리브들(1510) 각각을 통과하는 좌, 우측 수직 적층물들(1506, 1508)에서 배열된 종방향으로 정렬된 EAP 섬유 액츄에이터들(1504)을 포함하는 탄성 프레임 본체(1502)로 결합시키는데, 각 리브는 연속적인 종방향 상부 및 하부 밴드들(1514)에 접속되어 자신의 측방향 구부림을 용이하게 하는 얇은 내벽 수직벽(1512)을 갖는다. 각 리브(1510)는 이 측에 관절의 제한을 위한 크기로 되는 두꺼운 외부 슬라이스(1516)로 측방향으로 넓게된다. 각 두꺼운 외부 슬라이스(1516)는 수직 정렬된 종방향 관통 홀들(1518)을 포함하여 EAP 섬유 액츄에이터들(1504)이 통과되도록 한다. 말단 및 근접 측방향 커버들(1520, 1522)은 리브들(1510)을 종방향으로 플랭크되어 EAP 섬유 액츄에이터들(1504)의 각 종단들을 커버한다. 측방향으로 중심이 일치된 나이프 슬롯(1524)은 발사 바아(1314)를 위한 탄성 프레임 본체(1502)에 형성된다. EAP 파이버 액츄에이터들(1504)의 선택된 수직 적층물(1506, 1508)을 수축시키면, 이에 응답하여 수동으로 신장되는 비활성화된 수직 적층물(1506, 1508)과 이 측면이 관절화된다.

발사 바아를 위한 EAS 지지 판들

도 16에서, 수술용 도구(2002)르 위한 관절(2000)은 한쌍의 EAP 지지 판들(2004, 2006)을 포함하는데, 이들 판들은 파이러링 바(2008)을 측방으로 지지하여 관절화될 때 바인딩 및 버킹을 최소화한다. 각 지지 판(2004, 2006)은 제 2 프레임 그라운드(2020) 내에 슬라이드 가능하게 수납된 제 1 프레임 그라운드(2016) 및 직선 단부(2018)에 대응한 크기의 리세스(2014) 내에 캡쳐링되는 측방향으로 넓혀진 단부(2012)를 포함하는 구조적 부재(2010)(예를 들어, 단단한 중합체, 금속)을 포함한다. 종방향으로 확장되는 EAP 박층(2022)는 각 지지 판(2004, 2006)의 내부 표면을 커버한다.

도 17에서, 관절(2000)은 하나의 측면에 관절화되어, 발사 바아(2008)가 관저화된 종방향 축(2024)를 오버슈트하여 지지 판(2006)와 접촉시킨다. 이로부터의 측방향 지지체는 발사 바아(2008)를 관절(2000) 밖으로 블로우 아웃(blow out)되는 것을 방지하고 및/또는 관절화하는데 감소된 힘으로 더욱 가요성의 발사 바아(2008)를 제조하게 한다. 게다가, 각 지지 판(2004, 2006) 상의 EAP 박층들(2022)은 필요에 따라서 활성화되어 2개의 곡률량을 조절하여 발사 바아(2008)를 위하여 이들 간에서 소망 간격을 유지시킨다. 직선 단부들(2018)은 제 2 프레임 그라운드 부(2020)에서 슬라이드되어 외부 지지 판(2006)과 비교하여 내부 지지 판(2004)에 요구되는 감소된 이동을 수용한다. EAP 박층(2202)는 발사 바아(2008)를 측방향으로 안내하도록 돕는 저 표면 마찰 특성들 및 쿠션을 부가적으로 제공할 수 있다.

도 18에서, 수술용 도구(2102)용 대안적인 관절(2100)은 발사 바아(2108)를 측방향으로 지지하는 한쌍의 EAP 지지 판들(2104, 2106)을 포함하여 관절화될 때 바인딩 및 버킹을 최소화한다. 각 지지 판(2104, 2106)는 대응하는 크기의 리세스(2114) 내에서 캡쳐링되는 측방향으로 넓혀지는 단부(2112) 및 제 2 프레임 그라운드(2120) 내에 슬라이드가능하게 수납되는 직선 단부(2118)를 포함하는 구조적인 부재(2110)(예를 들어, 단단한 중합체, 금속)를 포함한다. 세로방향으로 확장되는 EAP 박층(2122)는 각 지지 판(2104, 2106)의 외부 표면을 커버한다. 관절(2100)은 하나의 측면에 관절화되어, 파이러링 바(2108)가 관절화되어 종방향 축(2124)을 오버슈트하여 지지 판(2106)과 접촉하도록 한다. 이로부터의 측방향 지지체는 발사 바아(2108)가 관절(2100) 밖으로 블로우 아웃(blow out)되는 것을 방지하고 및/또는 더욱 가요성의 발사 바아(2108)를 제조하게 하여, 관절화하는 힘을 감소시킨다. 게다가, 각 지지 판(2104, 2106) 상의 EAP 박층들(2122)은 필요에 따라서 활성화되어 발사 바아(2008)를 위하여 이들 간에서 소망 간격을 유지시킨다. 직선 단부들(2118)은 제 2 프레임 그라운드 부(2120)에서 슬라이드되어 외부 지지 판(2106)와 비교하여 내부 지지 판(2104)에 요구되는 감소된 이동을 수용한다. 발사 바아(2108)로부터의 접촉과 이격되는 EAP 박층들(2122)의 배치는 EAP 박층들(2122)에 대한 감소하는 마모와 같은 이점들을 가질 수 있다.

도 19에서, 수술용 도구(2202)를 위한 부가적인 또 다른 관절(2200)은 발사 바아(2208)를 측방향으로 지지하는 한쌍의 EAP 지지 판들(2204, 2206)을 포함하여 관절화될 때 바인딩 및 버킹을 최소화한다. 각 지지 판(2204, 2206)은 제 1 프레임 그라운드(2216)에서 제 1 안쪽으로 개방되는 리세스(2214) 내에서 제한되어 종방향으로 자유롭게 플로우팅되는 제 1 바깥쪽으로 태브된 단부(2212) 및 제 2 프레 임 그라운드(2222)의 제 2 안쪽으로 개방된 리세스(2220) 내에서 제한되어 종방향으로 자유롭게 플로우팅되는 바깥쪽으로 태브된 단부(2218)을 포함하는 구조적인 부재(2210)(예를 들어, 금속)를 포함한다. 종방향으로 확장되는 EAP 박층(2224)는 각 지지 판(2204, 2206)의 내부 표면을 커버한다.

도 20에서, 수술용 도구(2302)를 위한 또한 부가적인 관절(2300)은 관절화될 때 바인딩 및 버킹을 최소화하기 위하여 발사 바아(2308)를 측방향으로 지지하는 한쌍의 EAP 지지 판들(2304, 2306)을 포함한다. 각 지지 판(2304, 2306)은 제 1 프레임 그라운드(2316)에서 안쪽으로 개방되는 슬롯(2314)에 고정되는 제 1 바깥쪽으로 태브된 단부(2312) 및 제 2 프레임 그라운드(2322)의 안쪽으로 개방된 리세스(2320) 내에서 제한되어 종방향으로 자유롭게 플로우팅되는 제 2 바깥쪽으로 태브된 단부(2318)를 포함하는 구조적인 부재(2310)(예를 들어, 금속)을 포함한다. 세로방향으로 확장되는 EAP 박층(2324)는 각 지지 판(2304, 2306)의 내부 표면을 커버한다. 한 쌍의 압축 스프링들(2326, 2328)은 각 지지 판(2304, 2306)의 제 2 바깥쪽으로 태브된 단부(2318)을 그 내의 중립 위치로 바이어스시키는 안쪽으로 개방된 리세스(2320) 내에서 종방향으로 정렬된다.

도 21에서, 수술용 도구(2402)에 대한 또 다른 대안적인 관절(2400)은 발사 바아(2408)을 측방으로 지지하여 관절화될 때 바인딩 및 버킹을 최소화하는 한쌍의 EAP 지지 판들(2404, 2406)을 포함한다. 각 지지 판(2404, 2406)는 제 1 프레임 그라운드(2416)에서 제 1 안쪽으로 개방된 리세스(2414)로 속박되고 종방향으로 자유롭게 플로우팅되는 제 1 바깥쪽으로 태브된 단부(2412) 및 제 2 프레임 그라운드 (2422)의 제 2 안쪽으로 개방된 리세스(2420) 내에서 속박되고 종방향으로 자유롭게 플로우팅되는 제 2 바깥쪽으로 태브된 단부(2418)을 포함하는 구조적인 부재(2410)(예를 들어, 금속)을 포함한다. 종방향으로 확장되는 EAP 박층(2424)는 각 지지 판(2404, 2406)의 내부 표면을 커버한다. 한쌍의 압축 스프링들(2426, 2428)은 제 1 안쪽으로 개방된 리세스(2414) 내에서 종방향으로 정렬되어, 각 지지 판(2404, 2406)의 제 1 안쪽으로 태브된 단부를 그내의 중립 위치로 바이어싱 한다. 또 다른 상의 압축 스프링들(2430, 2432)은 제 2 안쪽으로 개방된 리세스(2420) 내에서 종방향으로 정렬되어 각 지지 판(2404, 2406)의 제 2 외부에서 태브된 단부(2418)을 그 내에서 중립 위치로 바이어스시킨다.

도 22 내지 도 25에서, EAP 지지 판들(2504, 2506)을 포함하는 수술용 도구를 위한 또한 다른 대안적인 관절(2500)은 관절 프레임 그라운드(2514)의 탄성 프레임 바디(2512)의 나이프 슬롯(2510)에서 발사 바아(2508) 의 측면 각각 사에 존재하고 근접 프레임 그라운드(2516)에 근접하여 결합되고 말단 프레임 그라운드(2518)에 말단으로 결합된다. 좌측 EAP 판 액츄에이터(2520)는 탄성 프레임 바디(2512)에 형성된 좌측의 다수개의 측방 리브들(2522)을 통과한다. 우측 EAP 판 액츄에이터(2524)는 우측 다수의 측방 리브들(2526)을 통과한다. 각 EAP 판 액츄에이터(2520, 2524)는 근접 프레임 그라운드(2516)에 근접하여 확장되며, 내부 판(2530)에 부착된 외부 EAP 박층 층(2528)을 포함하고 다른 측을 향하여 말단 플레임 라운드(2518)을 구부리도록 전기적으로 활성화될 때 작동하도록 구성된다. 탄성 프레임 바디(2512)는 각 지지 판(2504, 2506)의 근접하여 바깥쪽으로 구부려진 단부들(2534)을 그립하는 근접 안쪽으로 개방된 리세스들(2532)를 포함한다. 각 지지 판(2504, 2506)의 말단 직선 단부들(2536)은 도24에 도시된 바와 같이 관절화를 위하여 이동시의 변화들을 조정하도록 나이프 슬롯(2510) 밖으로 슬라이드 되도록 허용된다.

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 관절화되도록 전기활성적 중합체(EAP) 액츄에이터를 포함하는 신장 축에서 관절 기구를 포함함으로써 엔드 이펙터를 관절화한다. 특히, 신장 네크의 프레임에 대한 가요성 네크는 EAP에 의해 좌 또는 우로 측방으로 죄어져 관절 상태로 유용하게 로킹된다.

Claims (20)

1. 엔드 이펙터;

   신장 축;

   상부 밴드 및 하부 밴드를 포함하는 관절 조이트로서, 각 밴드는 가요성 및 종방향으로 압축될 수 없는 재료와, 다수의 좌측 수직 리브들 및 다수의 우측 수직 리브들로 형성되며, 각 리브는 상기 상부 및 하부 밴드들 사이의 각 측면상에 연결되는, 관절 조인트;

   상기 우측 다수의 수직 리브들에 부착되는 적어도 하나의 우측 전기활성적 중합체 액츄에이터 및 상기 좌측 다수의 수직 리브들에 부착되고, 그 각각은 전기 신호에 응답하여 활성화되는 적어도 하나의 전기활성적 중합체 액츄에이터들; 및,

   상기 신장축의 근단에 부착되고 상기 전기 신호를 발생시키도록 작동적으로 구성되는 제어 회로를 구비하는 핸들부를 포함하는 수술용 도구.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 좌측 다수의 리브들은 상기 좌측 전기활성적 중합체 액츄에이터를 수납하는 좌측 종방향 액츄에이터 리세스를 포함하고, 상기 우측 다수의 리브들은 상기 우측 전기활성적 중합체 액츄에이터를 수납하는 우측 종방향 액츄에이터 리세스를 포함하는 수술용 도구.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 전기활성적 중합체 액츄에이터들 각각 은 활성화될 때 적어도 하나의 측방향에서 구부려지도록 작동적으로 구성되는 판 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 좌측 및 우측 전기활성적 중합체 액츄에이터들 각각은 활성화될 때 종방향으로 접촉하도록 작동적으로 구성되는 적어도 하나의 전기활서 중합체 섬유 액츄에이터를 포함하고, 상기 좌측 및 우측 전기활성적 중합체 섬유 액츄에이터들 각각의 말단 및 선단은 상기 관절 조인트의 각 말단 및 근단에 부착되는 수술용 도구.
5. 제 1 항에 있어서, 다수의 좌측 전기활성적 중합체 적층물 액츄에이터들을 부가로 포함하며, 각 액츄에이터는 상기 다수의 좌측 수직 리브들중 인접 리브들 간에 위치되고 다수의 우측 전기활성적 중합체 적층물 액츄에이터들을 포함하고, 각 액츄에이터는 상기 다수의 우측 수직 리브들중 인접 리브들 사이에 위치되는 수술용 도구.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 좌측 및 우측 전기활성적 중합체 적층물 액츄에이터들은 상기 인접 리브들을 이격하도록 활성시에 종방향으로 확장되도록 그리고 비활성화시에 탄성적으로 압축하도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 다수의 좌측 및 우측 전기활성적 중합체 적층물 액 츄에이터들은 인접 리브들을 결합시키도록 활성시에 종방향으로 접촉하도록 그리고 비활성화시에 탄성적으로 확장되도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
8. 제 1 항에 있어서, 다수의 좌측 및 우측 수직 리브들 각각은 로킹 리세스를 포함하며, 상기 관절 조인트는 좌측 로킹 밴드 및 우측 로킹 밴드를 부가로 포함하고, 각 밴드는 각 좌 및 우측 로킹 리세스에 위치되며, 각 로킹 밴드는 상기 로킹 밴드의 종방향 길이를 변경시키도록 작동적으로 구성되는 전기활성적 중합체 로킹 액츄에이터를 포함하고, 인접 리브들 및 로킹 밴드가 종방향으로 확장된 상태에 있을 때 인접 리브들 간에 삽입되도록 종방향으로 정합되는 다수의 로킹 돌기들을 포함함으로써, 확장된 간견에서 리브들을 유지시키는 수술용 도구.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 하부 조 및 선회가능하게 부착된 상부 조를 포함하는 수술용 도구.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 발사 바아에 의해 작동되는 스테이플링 및 절개 조립체를 부가로 포함하며, 상기 핸들부는 상기 발사 바아에 근접하여 부착되고 상기 발사 바아에 대해 종방향 발사 모션을 부여하도록 작동적으로 구성되며, 상기 신장 축 및 관절 조인트는 상기 관절 조인트를 통해서 상기 발사 바아를 지지하는 발사 바아 가이드를 부가로 포함하는 수술용 도구.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 하부 조는 스테이플 카트리지를 포함하는 신장 채널을 포함하고, 상기 선회가능하게 부착된 상부 조는 스테이플 포밍 표면을 제공하는 앤빌을 포함하는 수술용 도구.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 신장 축은:

    상기 핸들부 및 상기 관절 조인트 사이에 부착된 근접 프레임부 및 상기 관절 조인트 및 상기 신장 채널 사이에 부착된 말단 프레임 부분을 포함하는 프레임 조립체; 및,

    상기 프레임 조립체 및 관절 조인트를 둘러쌓는 외피 슬리브 조립체로서, 상기 앤빌에 맞물리는 말단 외피 튜브 부분, 상기 핸들부에 결합된 근접 외피 튜브 부분 및 상기 관절 조인트를 둘러쌓는 이들간에 부착된 측방 가요성의 외피 슬리브를 포함하는 외피 슬리브 조립체를 부가로 포함하고,

    상기 핸들부는 앤빌의 외피를 실행하도록 외피 슬리브 조립체를 종방향으로 전이하도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 가요성 외피 슬리브는 탄성 재료로 형성되고 좌측 및 우측 로우들의 수직 슬릿들을 포함하는 원통형 슬리브를 포함하는 수술용 도구.
14. 프레임 조립체를 포함하는 신장 축;

    신장 채널, 상기 신장 채널에 맞물리는 스테이플 카트리지 및 상기 신장 채 널에 선회가능하게 부착되어 스테이플 포밍 표면을 스테이플 카트리지에 제공하는 앤빌을 포함하는 스테이플 적용 조립체;

    상기 프레임 조립체에 형성되는 관절 조인트로서, 상기 프레임 조립체는 상기 신장 채널에 부착된 말단 프레임 부분 및 상기 말단 프레임 부분에 선회가능하게 부착되는 근접 프레임 부분을 포함하는 관절 조인트;

    상기 신장 축의 근단에 부착되고 상기 신장 축에 전기 신호를 선택적으로 통신시키도록 작동적으로 구성되는 핸들부; 및,

    상기 관절 조인트에 연결되고 전기 신호에 응답하여 상기 스테이플 적용 조립체의 관절화를 수행하는 전기활성적 중합체 액츄에이터를 포함하는 수술용 도구.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 신장 축은 상기 관절 조인트를 둘러싸고 상부 조에 말단에서 맞물리는 종방향으로 슬라이드가능한 외피 슬리브 조립체를 부가로 포함하며, 상기 핸들부는 상부 조의 개폐를 실행하도록 상기 외피 슬리브 조립체를 전이하도록 작동적으로 구성되는 수술용 도구.
16. 엔드 이펙터;

    신장 축;

    상기 엔드 이펙터 및 상기 신장축의 말단 사이에 부착되는 관절 조인트; 및,

    상기 관절 조인트를 전기적으로 작동시키는 수단을 포함하는 수술용 도구.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 관절 조인트는 상기 신장 축의 종방향 축 주위의 아크에서 상기 엔드 이펙터를 지지하는 수단을 포함하는 수술용 도구.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 발사 바아에 의해 작동되는 스테이플링 및 절개 조립체를 부가로 포함하며, 상기 핸들부는 상기 발사 바아에 근접하여 부착되고 상기 발사 바아에 대해 종방향 발사 모션을 부여하도록 작동적으로 구성되고, 상기 신장 축 및 관절 조인트는 상기 관절화된 관절 조인트를 통해서 상기 발사 바아를 지지하는 발사 바아 가이드를 부가로 포함하는 수술용 도구.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 하부 조는 스테이플 카트리지를 포함하는 신장 채널을 포함하고, 상기 선회가능하게 부착된 상부 조는 스테이플 포밍 표면을 제공하는 앤빌을 포함하는 수술용 도구.
20. 제 16 항에 있어서, 상기 신장 축은 프레임 조립체 및 외피 슬리브 조립체를 포함하며, 상기 관절 조인트는 상기 엔드 이펙터의 조를 상기 프레임 조립체의 말단에 선회가능하게 부착시키고, 상기 핸들부는 상기 외피 슬리브 조립체에 대해 외피 모션을 종방향으로 결합하도록 작동적으로 구성되며, 상기 외피 슬리브 조립체의 다수의 피봇 조인트는 상기 관절을 둘러싸고 상기 상부 조의 피봇을 실행하도록 상부 조에 말단에서 맞물리는 수술용 도구.

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