KR20100100278A

KR20100100278A - 수술용 인스트루먼트

Info

Publication number: KR20100100278A
Application number: KR1020090019072A
Authority: KR
Inventors: 최승욱; 원종석; 김형호
Original assignee: 주식회사 이턴
Priority date: 2009-03-06
Filing date: 2009-03-06
Publication date: 2010-09-15
Also published as: WO2010101401A3; WO2010101401A2; CN102341049A; US20120004648A1; CN102341049B

Abstract

수술용 인스트루먼트가 개시된다. 핸들과, 핸들에 결합되며, 일방향으로 연장된 샤프트(shaft)와, 샤프트의 일부에 형성되는 벤딩(bending)부와, 핸들에 장착되며, 소정의 구동력을 생성하는 구동부와, 구동부에서 생성된 구동력을 벤딩부에 전달하여 벤딩부가 구부러지도록 하는 동력전달 수단을 포함하는 수술용 인스트루먼트는, 수술용 인스트루먼트에 모터 등의 구동부를 장착하고 조이스틱 등의 컨트롤러를 간단히 조작하는 것만으로 샤프트가 벤딩되도록 함으로써, 한 손으로 인스트루먼트를 잡고 있는 상태에서도 용이하게 이펙터의 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 인스트루먼트를 잡고 있는 상태에서 샤프트가 벤딩되므로, 이펙터의 방향이 변동되는 과정에서 이펙터에 가해지는 반력을 상당 부분 느낄 수 있어 '햅틱 피드백(haptic feedback)'을 구현할 수 있다.

수술, 인스트루먼트

Description

수술용 인스트루먼트{Surgical instrument}

본 발명은 수술용 인스트루먼트에 관한 것이다.

의학적으로 수술이란 피부나 점막, 기타 조직을 의료 기기를 사용하여 자르거나 째거나 조작을 가하여 병을 고치는 것을 말한다. 특히, 수술 부위의 피부를 절개하여 열고 그 내부에 있는 기관 등을 치료, 성형하거나 제거하는 개복 수술 등은 출혈, 부작용, 환자의 고통, 흉터 등의 문제를 야기한다.

이에 대해, 피부를 절개하는 대신 약간의 삽입공(孔)을 천공하고, 이를 통해 내시경, 복강경, 수술용 인스트루먼트(instrument), 미세수술용 현미경 등의 의료 기기를 삽입하여 체내에서 수술이 이루어지도록 하는 '복강경 수술' 내지는 '최소 침습 수술'이 각광받고 있다.

이러한, 복강경 수술에 사용되는 종래의 수술용 인스트루먼트(10)는 도 1에 도시된 것처럼, 핸들(12)로부터 연장된 샤프트(14)의 말단에 이펙터(16)가 결합되는 구조로 이루어진다. 수술 과정에서 이펙터(16)의 방향을 바꿀 필요가 있는 경우, 종래의 인스트루먼트는 사람이 수동으로 잠금장치(18)를 풀고 수동으로 조작자(26)를 움직여서 샤프트의 일부(20)가 관절처럼 구부러지도록 한 후 다시 잠금장 치(18)를 잠그는 방식으로 조작되었다.

그러나, 이와 같은 종래의 수동 조작 방식은 수술 중에 잠금장치(18) 및 조작자(26)를 수동으로 조작해야 하므로, 양손을 사용해서 인스트루먼트(10)를 조작해야 하며, 양손에 각각 수술 도구를 잡고 있는 경우에는 수술용 인스트루먼트(10)를 조작할 수 없다는 한계가 있었다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 컨트롤러를 간단히 조작하는 것만으로 샤프트를 벤딩시킴으로써 용이하게 이펙터의 방향을 바꿀 수 있는 수술용 인스트루먼트를 제공하는 것이다. 본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 핸들과, 핸들에 결합되며, 일방향으로 연장된 샤프트(shaft)와, 샤프트의 일부에 형성되는 벤딩(bending)부와, 핸들에 장착되며, 소정의 구동력을 생성하는 구동부와, 구동부에서 생성된 구동력을 벤딩부에 전달하 여 벤딩부가 구부러지도록 하는 동력전달 수단을 포함하는 수술용 인스트루먼트가 제공된다.

샤프트의 말단부에 결합되며, 핸들에 대한 사용자 조작에 따라 수술에 필요한 동작을 하도록 작동되는 이펙터(effector)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 핸들에 회전 가능하도록 장착되며, 이펙터에 연결되어 이펙터가 샤프트의 연장 방향을 중심으로 회전하도록 하는 회전 조작자를 더 포함할 수 있다. 또한, 이펙터는 서로 맞물린 한 쌍의 죠(jaw)를 포함하고, 핸들에는 한 쌍의 죠에 연결되어 한 쌍의 죠가 개폐되도록 하는 그립 조작자가 결합될 수 있다.

벤딩부는 이펙터에 인접하여 형성되며, 벤딩부의 굴곡에 따라 이펙터가 향하는 방향이 변환될 수 있다. 이 경우, 벤딩부는 스네이크(snake) 타입의 관절을 포함할 수 있다.

구동부는, 모터부와, 모터부의 구동에 소요되는 전력을 공급하는 전원부와, 모터부의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다. 전원부는 핸들 내에 수용되는 배터리(battery)를 포함할 수 있다. 모터부는 핸들의 외부에 위치하며, 구동력 전달 수단에 의해 핸들에 연결될 수 있다. 컨트롤러는, 그 조작 방향에 상응하여 벤딩부가 구부러지도록 모터부의 구동을 제어하는 방향 조작자를 포함할 수 있다.

구동부는, 방향 조작자가 소정의 방향으로 조작된 경우, 벤딩부가 그 조작에 상응하여 구부러진 상태로 유지되도록 모터부를 구동시키는 홀드(hold) 기능을 구비할 수 있으며, 또한 벤딩부가 초기 상태로 복원되도록 모터부의 구동을 제어하는 릴리즈(release) 조작자를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 방향 조작자는 2 이상의 방향으로 조작되며, 모터부는 방향 조작자의 제1 조작 방향에 상응하여 구동되는 제1 모터와, 방향 조작자의 제2 조작 방향에 상응하여 구동되는 제2 모터를 포함할 수 있다. 벤딩부는 제1 모터의 구동에 따라 제1 방향으로 구부러지며, 제2 모터의 구동에 따라 제2 방향으로 구부러질 수 있다.

동력전달 수단은, 제1 모터와 벤딩부의 제1 방향으로 서로 대향하는 2점을 연결하는 제1 와이어와, 제2 모터와 벤딩부의 제2 방향으로 서로 대향하는 2점을 연결하는 제2 와이어를 포함할 수 있다. 또한, 제1, 제2 와이어와 벤딩부 사이에 개재되어, 벤딩부가 원래의 위치로 복원되려는 반력이 제1, 제2 모터로 전달되는 것을 차단하는 반력 차단부를 더 포함할 수 있다. 반력 차단부는 웜기어(worm gear)를 포함할 수 있다. 웜기어는 웜과 웜에 치합되는 웜휠을 포함하며, 구동부에 구비되는 릴리즈 조작자의 조작에 상응하여 웜은 웜휠로부터 분리될 수 있다.

샤프트는 핸들에 탈착 가능하도록 결합되고, 동력전달 수단은 샤프트에 내장되는 제1 동력전달 수단과, 핸들에 내장되는 제2 동력전달 수단으로 이루어지며, 샤프트가 핸들에 결합됨에 따라 제1 동력전달 수단과 제2 동력전달 수단은 서로 연결될 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 잇점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수술용 인스트루먼트에 모터 등의 구동부를 장착하고 조이스틱 등의 컨트롤러를 간단히 조작하는 것만으로 샤프트가 벤딩되도록 함으로써, 한 손으로 인스트루먼트를 잡고 있는 상태에서도 용이하게 이펙터의 방향을 바꿀 수 있다. 또한, 인스트루먼트를 잡고 있는 상태에서 샤프트가 벤딩되므로, 이펙터의 방향이 변동되는 과정에서 이펙터에 가해지는 반력을 상당 부분 느낄 수 있어 '햅틱 피드백(haptic feedback)'을 구현할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있 을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 개념적으로 나타낸 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤딩부의 굴곡상태를 나타낸 평면도이고, 도 4는 도 3의 'A'부분에 대한 확대 단면도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하면, 핸들(30), 회전 조작자(32), 그립 조작자(34), 샤프트(40), 벤딩부(42), 이펙터(44), 구동부(50), 방향 조작자(58), 동력전달 수단(70), 제1 와이어(72), 제2 와이어(74)가 도시되어 있다.

본 실시예는 수술용 인스트루먼트의 샤프트(40)를 벤딩시켜 샤프트(40)의 말단에 결합된 이펙터(44)의 방향을 변환시키는 조작을 종래와 같이 수동으로 하는 대신, 모터 등의 동력을 이용하여 자동으로 벤딩시킴으로써, 인스트루먼트를 잡은 상태에서 간단히 스위치를 조작하는 것만으로 용이하게 이펙터(44)의 방향을 변환시킬 수 있고, 그 과정에서 이펙터(44)의 선단에 가해지는 반력을 사용자가 감지하도록, 즉 햅틱 피드백(haptic feedback)을 느낄 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

즉, 본 실시예에 따른 인스트루먼트는 이른바 '동력을 활용한 수동식 인스트루먼트(Motorized Handheld Instrument)'에 관한 것으로, 도 2에 도시된 것처럼 샤프트(40)의 말단부에 벤딩부(42)를 형성하고, 도 3에 도시된 것처럼 모터의 동력을 이용하여 벤딩부(42)가 자유자재로 굴곡되도록 한 것이며, 이처럼 수동식으로 조작되는 인스트루먼트에서 모터 등의 힘을 이용하여 샤프트(40)를 벤딩시킴으로써 인스트루먼트 끝단을 용이하게 상, 하, 좌, 우로 움직일 수 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 본 실시예에 따른 인스트루먼트는 조작용 핸들(30)에 샤프트(40)가 연장되는 구조를 기본으로 하여, 샤프트(40)의 단부에는 자유자재로 구부러지는 벤딩부(42)가 형성되고, 핸들(30)에는 벤딩부(42)를 굴곡시키는 구동력을 생성하는 구동부(50)가 장착되며, 구동부(50)와 벤딩부(42)는 동력전달 수단(70)으로 연결되어 구동부(50)의 구동에 따라 벤딩부(42)가 원하는 방향으로 굴곡되게 된다.

샤프트(40)의 말단에는 한 쌍의 죠(jaw)로 이루어진 집게 형태의 이펙터(44) 가 결합될 수 있는데, 사용자가 핸들(30)을 잡고 조작함으로써 이펙터(44)가 절단, 그립(grip), 회전 등 수술에 필요한 각종 동작을 하게 된다. 이를 위해 핸들(30)에는, 이펙터(44)가 샤프트(40)의 연장 방향을 중심으로 회전하도록 하는 회전 조작자(32), 한 쌍의 죠가 개폐되어 그립 동작을 하도록 하는 그립 조작자(34) 등 이펙터(44)의 각 동작에 상응하는 조작자가 결합될 수 있다.

이처럼, 이펙터(44)에 각종 동작을 구현하기 위해 각 조작자와 이펙터(44)는 다양한 방식으로 연결될 수 있는데, 예를 들어 도 2에 도시된 것처럼, 핸들(30)에 회전 가능하도록 결합되는 회전 조작자(32)는 샤프트(40)와 연결되어, 회전 조작자(32)의 회전에 따라 샤프트(40) 및 그 말단에 연결된 이펙터(44)가 회전하도록 할 수 있으며, 레버의 형태로 핸들(30)에 결합되는 그립 조작자(34)는 한 쌍의 죠와 와이어로 연결되어, 그립 조작자(34)를 잡아당김에 따라 와이어를 통해 장력이 전달되어 이펙터(44)가 그립 동작을 하도록 할 수 있다. 이 외에도 이펙터(44)의 동작 방식 및 각 조작자의 작동 방식에 따라 다양한 연결 방식이 적용될 수 있다.

벤딩부(42)는 샤프트(40)의 일부에 형성되어, 샤프트(40)가 임의의 방향으로 굴곡되도록 하는 관절 역할을 하는 부분으로서, 도 2에 도시된 실시예에서는 샤프트(40)의 단부, 즉 이펙터(44)에 인접한 부분에 벤딩부(42)가 형성된 경우가 도시되어 있다.

전술한 것처럼 구동부(50)를 통해 구동력을 생성, 전달하여 벤딩부(42)가 굴곡되도록 함으로써 샤프트(40) 중 벤딩부(42) 이후의 부분, 즉 이펙터(44)가 결합된 부분이 소정의 방향을 향하도록 움직이게 되며, 따라서 벤딩부(42)의 굴곡에 의 해 이펙터(44)가 향하는 방향이 변환되게 된다.

즉, 본 실시예에 따른 인스트루먼트를 조작하여 이펙터(44)가 수술에 필요한 각종 동작(절단, 그립, 회전 등)을 하도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 이펙터(44)가 향하는 방향을 변환시킴으로써 인스트루먼트 전체의 방향을 변환시키지 않고도 원하는 수술 부위에 각종 수술 조작을 수행할 수 있다. 나아가, 인스트루먼트의 방향을 변환시키지 못하는 상황에서도 샤프트(40)를 벤딩시켜 이펙터(44)가 향하는 방향을 변환시킴으로써 수술이 가능하도록 할 수 있다.

이처럼 샤프트(40)의 일부를 굴곡시키기 위해, 본 실시예에 따른 벤딩부(42)는 힌지, 피봇, 벨로우즈 등 다양한 기구(機構)를 조합하여 구현할 수 있으며, 도 4에 도시된 것처럼 복수의 연체 관절(flexible joint)을 연설(連設)한 이른바 '스네이크(snake) 타입'의 형태로 구현할 수 있다.

스네이크 타입으로 구성된 벤딩부(42)는, 그 내벽에 후술하는 것처럼 와이어를 고정시키고, 와이어를 통해 장력을 전달함으로써 원하는 방향으로 구부러지도록 할 수 있다. 예를 들어, 상, 하, 좌, 우의 방향에 각각 상응하는 4개의 와이어를 벤딩부(42)의 내벽에 고정시킨 상태에서 좌측의 와이어를 잡아당기고 우측의 와이어를 느슨하게 할 경우, 벤딩부(42)는 와이어의 장력으로 인하여 좌측으로 구부러지게 되는 것이다.

이상으로 본 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트의 전체적인 구조를 설명하였다. 다만, 본 실시예에 따른 구동부(50)에 반드시 모터가 사용되어야 하는 것은 아니며, 벤딩부(42)를 굴곡시킬 수 있는 다양한 구동력 생성 수단이 사용될 수 있 다. 또한, 구동부(50)로부터 생성, 전달되는 구동력이 반드시 벤딩부(42)를 굴곡시키는 데에만 사용되어야 하는 것은 아니며, 이펙터(44)의 작동 등 다양한 조작을 위한 구동력으로서 활용될 수도 있다.

나아가, 본 실시예에 따른 인스트루먼트가 반드시 사용자가 손으로 잡고 사용하는 수동식에 한정되는 것은 아니며, 핸들(30) 부분을 수술용 로봇 암에 장착하고 로봇 암으로부터 구동력을 전달받아 작동되는 방식으로 구현될 수도 있다. 이하, 인스트루먼트의 각 부분의 작동에 관하여 보다 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 샤프트(40), 구동부(50), 제1 모터(52), 제2 모터(54), 전원부(56), 방향 조작자(58), 릴리즈 조작자(60), 제1 와이어(72), 제2 와이어(74)가 도시되어 있다.

도 5에서는 한 쌍의 모터와 각 모터에 와이어를 풀리 결합하여 본 실시예에 따른 구동부(50)를 구현한 경우를 예로 들어 설명한다.

본 실시예에 따른 구동부(50)는 모터부와, 전원부(56), 그리고 모터부의 구동을 제어하는 컨트롤러로 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 모터는 벤딩부(42)의 굴곡 조작에만 사용되므로 그에 소요되는 동력을 생성할 수 있을 정도의 용량을 가지는 모터가 사용될 수 있으며, 이 경우 핸들(30) 내에 수용될 수 있을 정도의 크기의 모터가 사용될 수 있다.

다만, 본 실시예에 따른 모터부가 반드시 핸들 내에 수용되어야 하는 것은 아니며, 핸들 외부에 모터부를 설치하고, 'cable conduit' 등의 구동력 전달 수단으로 모터부를 핸들에 연결함으로써, 외부로부터 구동력을 공급받을 수도 있다.

전원부(56)는 모터의 구동에 소요되는 전력을 공급하는 구성요소로서, 외부로부터 전원을 공급받을 수 있으며, 인스트루먼트의 이동성(portability)을 향상시키기 위해 핸들 내에 수용되는 건전지나 충전지 등의 배터리가 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이 벤딩부(42)의 굴곡에 필요한 정도의 동력을 발생시키기 위해 소형 모터가 사용될 수 있으며, 이에 따라 전원부(56) 또한 보다 적은 용량으로 설계될 수 있어, 저렴한 비용으로 구동부(50)를 구성할 수 있다.

컨트롤러는 모터부의 구동을 제어하는 부분으로서, 본 실시예에서는 벤딩부(42)의 굴곡 방향에 상응하도록, 핸들(30) 부분에 소형 조이스틱이나 방향키와 같은 방향 조작자(58)를 컨트롤러로서 설치하여 보다 직관적으로 벤딩부(42)가 굴곡되는 방향을 제어하도록 할 수 있다. 예를 들어, 벤딩부(42)가 상, 하, 좌, 우 방향으로 구부러지도록 구성될 경우, 상, 하, 좌, 우 방향으로 조작되는 조이스틱 등을 설치하여 방향 조작자(58)의 조작 방향과 벤딩부(42)의 굴곡 방향이 일치되도록 함으로써, 사용자가 직관적으로 방향 조작자(58)를 조작하여 벤딩부(42)를 굴곡시킬 수 있는 것이다.

도 3에서 볼 수 있듯이, 방향 조작자(58)를 우측(R)으로 조작하면 그에 따라 벤딩부(42)가 우측(R)으로 굴곡되고, 방향 조작자(58)를 좌측(L)으로 조작하면 그에 따라 벤딩부(42)가 좌측(L)으로 굴곡될 수 있다.

이처럼, 방향 조작자(58)를 상, 하, 좌, 우의 방향으로 조작하여 모터를 구동시켜 벤딩부(42)를 굴곡시키기 위해, 본 실시예에 따른 모터부에는 도 5에 도시된 것처럼 한 쌍의 모터(52, 54)를 사용할 수 있다.

즉, 방향 조작자(58)를 상하 방향으로 조작함에 따라 제1 모터(52)가 구동되도록 하고, 방향 조작자(58)를 좌우 방향으로 조작함에 따라 제2 모터(54)가 구동되도록 하며, 제1 모터(52)의 구동에 따라 벤딩부(42)가 상하 방향으로 구부러지도록 하고, 제2 모터(54)의 구동에 따라 벤딩부(42)가 좌우 방향으로 구부러지도록 함으로써, 방향 조작자(58)의 조작 방향과 벤딩부(42)의 굴곡 방향을 매칭시킬 수 있다.

다만, 본 실시예에 따른 방향 조작자(58)의 조작 방향 및 벤딩부(42)의 굴곡 방향을 반드시 상하 방향과 좌우 방향으로 설정해야 하는 것은 아니며, 방향 조작자(58)가 2 방향, 즉 제1 조작 방향 및 제2 조작 방향으로 조작되도록 하고, 그에 상응하여 벤딩부(42)가 제1 방향 및 제2 방향 굴곡되도록 매칭시킬 수도 있음은 물론이다.

제1, 제2 모터(52, 54)와 벤딩부(42)의 각 지점은 와이어 등의 동력전달 수단(70)으로 연결될 수 있는데, 예를 들어 제1 모터(52)는 제1 와이어(72)에 의해 벤딩부(42)의 2 지점에, 제2 모터(54)는 제2 와이어(74)에 의해 벤딩부(42)의 2 지점에 연결될 수 있다.

전술한 예에서와 같이 제1 모터(52)가 상하 방향의 굴곡에, 제2 모터(54)가 좌우 방향의 굴곡에 대응될 경우, 제1 모터(52)에 연결되는 제1 와이어(72)는 벤딩부(42)의 상, 하 2 지점에 연결되고, 제2 모터(54)에 연결되는 제2 와이어(74)는 벤딩부(42)의 좌, 우 2 지점에 연결될 수 있다. 나아가, 제1 모터(52)가 제1 방향의 굴곡에, 제2 모터(54)가 제2 방향의 굴곡에 대응될 경우, 제1 와이어(72)는 벤 딩부(42)의 제1 방향으로 서로 대향하는 2 지점에 연결되고, 제2 와이어(74)는 벤딩부(42)의 제2 방향으로 서로 대향하는 2 지점에 연결될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 구동부(50)에는 방향 조작자(58)에 추가하여, '홀드(hold)' 기능 및 '릴리즈(release)' 기능이 부가될 수 있다.

홀드 기능은 방향 조작자(58)를 건드리지 않으면 벤딩부(42)가 굴곡된 상태를 유지하도록 하는 기능으로서, 방향 조작자(58)가 소정의 방향으로 조작된 경우, 벤딩부(42)가 그 조작에 상응하여 구부러진 상태를 유지하도록 구동부(50)를 잠그는 기능이다.

이러한 홀드 기능을 구현하기 위해서는, 방향 조작자(58)가 소정의 방향으로 조작된 상태일 때 모터부에 전원이 계속 공급된 상태가 되도록 함으로써 모터(52, 54)가 외력에 의해 작동되지 않고 멈춰 있도록 하거나, 벤딩부(42)가 굴곡됨에 따른 반력이 역으로 모터(52, 54)를 작동시키지 않도록 충분히 큰 코깅 토크(cogging torque)를 갖는 모터를 선정하여 방향 조작자(58)의 조작 이외의 외력에 의해서는 모터(52, 54)가 작동되지 않도록 하거나, 방향 조작자(58)에 스토퍼(stopper) 등을 설치하여 소정 방향으로 조작된 방향 조작자(58)가 기구적으로 잠기도록(hold) 하거나, 별도의 홀드 스위치를 설치하여 홀드 스위치를 누르면 방향 조작자(58)의 조작이 잠기고 벤딩부(42)가 구부러진 상태를 유지하도록 하는 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.

또한, 홀드 기능에 대응하여 릴리즈 기능을 구현할 수 있는데, 릴리즈 기능은 풀림(release) 버튼 등의 릴리즈 조작자(60)를 조작하여 소정의 상태로 구부러 진 샤프트(40)가 자동으로 원상 복귀되도록 하는 기능으로서, 릴리즈 조작자(60)는 벤딩부(42)가 초기 상태로 복원되도록 모터부를 구동시키는 역할을 한다.

릴리즈 조작자(60)는 별도의 버튼 형태로 구현할 수 있으며, 또는 조이스틱에 누름 기능을 부가하여 조이스틱을 상, 하, 좌, 우로 조작할 경우에는 방향 조작자(58)로서, 조이스틱을 누를 경우에는 릴리즈 조작자(60)로서 작동하도록 하는 등 다양한 방식으로 구현할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반력 차단부를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴리즈 조작자의 작동상태를 나타낸 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 샤프트(40), 벤딩부(42), 구동부(50), 방향 조작자(58), 릴리즈 조작자(60), 제1 와이어(72), 제2 와이어(74), 반력 차단부(76), 웜(78), 웜휠(80)이 도시되어 있다.

본 실시예는, 구동부(50)로부터 동력을 생성, 전달하여 벤딩부(42)를 굴곡시킬 경우 벤딩부(42)의 굴곡에 따른 반력이 역으로 모터에 작용하여, 모터가 손상되거나 오작동되는 것을 방지하기 위해 동력전달 수단(70)의 중간에 반력 차단부(76)를 설치한 예이다.

즉, 구동부(50)와 벤딩부(42)를 와이어로 연결함에 있어서, 그 중간에 웜기어(78, 80) 등의 기어를 개재함으로써, 구동부(50)로부터 벤딩부(42) 쪽(순방향)으로는 구동력이 전달되나, 역으로 벤딩부(42)에서 구동부(50) 쪽(역방향)으로는 벤딩으로 인한 반력이 모터로 직접 전달되지 않도록 차단할 수 있다.

도 6에 도시된 것처럼, 제1, 제2 와이어(72, 74)와 벤딩부(42) 사이에 웜기 어(78, 80) 등의 반력 차단부(76)를 개재시켜, 벤딩부(42)가 원래의 위치로 복원되려는 반력이 제1, 제2 모터(52, 54)로 직접 전달되는 것을 방지하여 모터에 불필요한 부하가 걸리지 않도록 할 수 있다.

이 경우, 벤딩부(42)에는 모터로부터 생성, 전달된 힘이 직접 작용하는 것이 아니라, 모터는 웜(78)을 회전시키고, 그에 따라 웜(78)에 치합(齒合)된 웜휠(80)이 회전하여 벤딩부(42)의 각 지점에 장력이 작용하게 된다. 이로써, 벤딩부(42)의 굴곡으로 인한 반력이 역으로 모터에 직접 전달되는 것을 차단할 수 있다.

한편, 전술한 것처럼 구동부(50)에 릴리즈 조작자(60)를 설치하여, 소정의 상태로 구부러진 벤딩부(42)가 초기 상태로 복원되도록 모터부를 구동시킴으로서, 굴곡된 샤프트(40)가 원상 복귀되도록 하는 '릴리즈 기능'을 구현할 수 있는데, 이처럼 릴리즈 버튼을 조작하여 샤프트(40)를 전자적으로 복귀시킬 수 있을 뿐만 아니라, 반력 차단부(76)를 기계적으로 분리시킴으로써 릴리즈 기능을 구현할 수도 있다.

즉, 반력 차단부(76)로서 웜(78)과 웜휠(80)이 치합된 웜기어를 사용할 경우, 릴리즈 조작자(60)를 조작함(도 7의 'B' 참조)에 따라 웜(78)이 웜휠(80)로부터 기계적으로 분리되어 뒤로 물러나면(도 7의 'B'' 참조), 벤딩부(42)를 굴곡시킴에 따른 반력, 즉 벤딩부(42)의 탄성 복원력에 의해 샤프트(60)가 다시 원위치로 복귀되도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트가 핸들에 탈착 가능하도록 결합되는 상태를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 핸들(30), 회전 조작자(32), 샤프 트(40), 구동부(50), 동력전달 수단(70), 웜(78), 웜휠(80)이 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 인스트루먼트는, 샤프트(40) 부분은 1회용(disposable)으로 하고, 핸들(30) 부분은 재활용(reusable)이 가능한 구조로 제작할 수 있다. 즉, 샤프트 부분(40)과 핸들 부분(30, 40')을 각각 별도로 제작하되, 서로 탈착 가능한 구조로 구성함으로써, 필요에 따라 한번 사용한 샤프트 부분(40)은 폐기하고 새로운 샤프트를 다시 핸들(30)에 체결하여 재사용하도록 할 수 있다.

이 경우, 본 실시예에 따른 동력전달 수단(70)은 샤프트(40) 쪽에 내장되는 제1 동력전달 수단(70)과, 핸들(30) 쪽에 내장되는 제2 동력전달 수단(70')으로 분리되며, 분리된 동력전달 수단(70, 70')의 각 단부에 서로 대응되는 결합 기구(機構)를 형성함으로써, 샤프트(40)를 핸들(30)에 결합하는 과정에서 제1 동력전달 수단(70)과 제2 동력전달 수단(70')이 서로 연결되도록 할 수 있다.

예를 들어, 샤프트(40) 쪽에 내장된 와이어의 단부에는 돌기를 형성하고, 핸들(30) 쪽(40')에 내장된 와이어의 단부에는 상기 돌기가 정합되는 홈을 형성함으로써, 샤프트(40)를 핸들(30)에 결합함에 따라 와이어가 서로 결합, 연결되도록 할 수 있다.

또한, 도 6에서 설명한 것처럼, 샤프트(40, 40') 내에 웜기어(78, 80) 등의 반력 차단부(76)를 설치할 경우, 분리된 샤프트의 한 쪽(40')에는 웜(78)이, 다른 한 쪽(40)에는 웜(78)에 치합되는 웜휠(80)이 설치되도록 함으로써 샤프트(40)의 분리 및 결합 과정에서 웜기어가 치합됨으로 인하여 자연스럽게 동력전달 수단(70, 70')이 서로 연결되도록 할 수도 있다.

다만, 본 실시예에 따른 인스트루먼트를 반드시 샤프트를 핸들에 인접한 부분에서 분리해야 하는 것은 아니며, 샤프트의 중간 부분을 분리하여 그 일부는 핸들에 연결하고 나머지 일부는 샤프트 팁으로 하여 서로 탈착가능하도록 구성함으로써, 샤프트 팁은 1회용(disposable)으로 하고, 핸들 및 핸들에 연결된 샤프트 부분은 재활용(reusable)이 가능한 구조로 제작할 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 로봇 수술용 인스트루먼트를 나타낸 사시도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수술용 인스트루먼트를 개념적으로 나타낸 측면도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 벤딩부의 굴곡상태를 나타낸 평면도.

도 4는 도 3의 'A'부분에 대한 확대 단면도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반력 차단부를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 릴리즈 조작자의 작동상태를 나타낸 도면.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 샤프트가 핸들에 탈착 가능하도록 결합되는 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

30 : 핸들 32 : 회전 조작자

34 : 그립 조작자 40 : 샤프트

42 : 벤딩부 44 : 이펙터

50 : 구동부 52 : 제1 모터

54 : 제2 모터 56 : 전원부

58 : 방향 조작자 60 : 릴리즈 조작자

70 : 동력전달 수단 72 : 제1 와이어

74 : 제2 와이어 76 : 반력 차단부

78 : 웜 80 : 웜휠

Claims

핸들과;

상기 핸들에 결합되며, 일방향으로 연장된 샤프트(shaft)와;

상기 샤프트의 일부에 형성되는 벤딩(bending)부와;

상기 핸들에 장착되며, 소정의 구동력을 생성하는 구동부와;

상기 구동부에서 생성된 구동력을 상기 벤딩부에 전달하여 상기 벤딩부가 구부러지도록 하는 동력전달 수단을 포함하는 수술용 인스트루먼트.
제1항에 있어서,

상기 벤딩부는 스네이크(snake) 타입의 관절을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제1항에 있어서,

상기 샤프트의 말단부는, 상기 핸들에 대한 사용자 조작에 따라 수술에 필요한 동작을 하도록 작동되는 이펙터(effector)가 결합되고,

상기 벤딩부는 상기 이펙터에 인접하여 형성되며, 상기 벤딩부의 굴곡에 따라 상기 이펙터가 향하는 방향이 변환되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼 트.
제3항에 있어서,

상기 이펙터는 서로 맞물린 한 쌍의 죠(jaw)를 포함하고,

상기 핸들에는 상기 이펙터에 연결되어 상기 이펙터가 상기 샤프트의 연장 방향을 중심으로 회전하도록 하는 회전 조작자와,

상기 한 쌍의 죠에 연결되어 상기 한 쌍의 죠가 개폐되도록 하는 그립 조작자가 결합되는 것을 특징으로 수술용 인스트루먼트.
제1항에 있어서, 상기 구동부는,

모터부와;

상기 모터부의 구동에 소요되는 전력을 공급하는 전원부와;

상기 모터부의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제5항에 있어서,

상기 전원부는 상기 핸들 내에 수용되는 배터리(battery)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제5항에 있어서,

상기 모터부는 상기 핸들의 외부에 위치하며, 구동력 전달 수단에 의해 상기 핸들에 연결되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제5항에 있어서,

상기 컨트롤러는, 그 조작 방향에 상응하여 상기 벤딩부가 구부러지도록 상기 모터부의 구동을 제어하는 방향 조작자를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제8항에 있어서,

상기 구동부는, 상기 방향 조작자가 소정의 방향으로 조작된 경우, 상기 벤딩부가 그 조작에 상응하여 구부러진 상태로 유지되도록 상기 모터부를 구동시키는 홀드(hold) 기능을 구비하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제8항에 있어서,

상기 구동부는, 상기 벤딩부가 초기 상태로 복원되도록 상기 모터부의 구동을 제어하는 릴리즈(release) 조작자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제8항에 있어서,

상기 방향 조작자는 2 이상의 방향으로 조작되며,

상기 모터부는 상기 방향 조작자의 제1 조작 방향에 상응하여 구동되는 제1 모터와, 상기 방향 조작자의 제2 조작 방향에 상응하여 구동되는 제2 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제11항에 있어서,

상기 벤딩부는 상기 제1 모터의 구동에 따라 제1 방향으로 구부러지며, 상기 제2 모터의 구동에 따라 제2 방향으로 구부러지는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제12항에 있어서,

상기 동력전달 수단은, 상기 제1 모터와 상기 벤딩부의 상기 제1 방향으로 서로 대향하는 2점을 연결하는 제1 와이어와, 상기 제2 모터와 상기 벤딩부의 상기 제2 방향으로 서로 대향하는 2점을 연결하는 제2 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제13항에 있어서,

상기 동력전달 수단은, 상기 제1 와이어와 상기 벤딩부 사이에 개재되어, 상기 벤딩부가 원래의 위치로 복원되려는 반력이 상기 제1 모터로 전달되는 것을 차단하는 반력 차단부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제14항에 있어서,

상기 반력 차단부는 웜기어(worm gear)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제14항에 있어서,

상기 웜기어는 웜과 상기 웜에 치합되는 웜휠을 포함하며,

상기 구동부에 구비되는 릴리즈 조작자의 조작에 상응하여 상기 웜은 상기 웜휠로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.
제1항에 있어서,

상기 샤프트는 상기 핸들에 탈착 가능하도록 결합되고, 상기 동력전달 수단은 상기 샤프트에 내장되는 제1 동력전달 수단과, 상기 핸들에 내장되는 제2 동력전달 수단으로 이루어지며, 상기 샤프트가 상기 핸들에 결합됨에 따라 상기 제1 동력전달 수단과 상기 제2 동력전달 수단은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 수술용 인스트루먼트.