KR20190114022A

KR20190114022A - 접합 및 절단 수술 기구와 관련 방법

Info

Publication number: KR20190114022A
Application number: KR1020197028554A
Authority: KR
Inventors: 스코트 이 만조; 로렌스 케르버
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-17
Publication date: 2019-10-08
Also published as: JP6768766B2; US9474569B2; WO2012112888A3; BR112013020023A2; WO2012112888A8; JP6518403B2; US20120215220A1; EP3300678A1; CN103327922A; JP2019030752A; CN103327922B; WO2012112888A2; EP2675383A2; EP2675383B1; KR102028644B1; KR102184421B1; US9055961B2; KR20130140060A; JP2014513570A; BR112013020023B1

Abstract

수술 기구는 근위 단부 및 원위 단부를 가지고 있는 샤프트, 그리고 상기 샤프트의 원위 단부에 결합되어 있으며 샤프트의 원위 단부에 복수의 자유도로 관절운동하도록 구성된 손목부를 포함할 수 있다. 상기 수술 기구는 상기 손목부에 의해 지지된 엔드 이펙터를 더 포함할 수 있고, 상기 엔드 이펙터는 절단 요소 및 조직을 붙잡아 고정하고 전기외과수술용 에너지를 이용하여 조직을 접합시키도록 구성된 조(jaw)를 포함하고 있다. 상기 수술 기구는, 수술 기구를 작동시키기 위해 수술기구와 접속되도록 구성된 환자측 콘솔과 외과의사로부터의 입력사항을 수용하여 수술 기구의 작동을 제어하도록 구성된 외과의사측 콘솔을 포함할 수 있는 원격조종식 로봇 수술 시스템에 사용되도록 구성될 수 있다.

Description

접합 및 절단 수술 기구와 관련 방법{FUSING AND CUTTING SURGICAL INSTRUMENT AND RELATED METHODS}

본 발명의 여러 실시형태는 최소침습적이며 조직을 접합(fuse)하기 위한 에너지의 사용과 접합된 조직을 절단하는 구성요소를 단일 장치로 통합하는 수술 기구에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 여러 실시형태는 조직을 절단하고 접합하도록 구성된 수술 기구 엔드 이펙터를 지지하는 관절연결식 손목 기구를 가지고 있는 장치에 관한 것이다.

조직을 접합하기 위해, 예를 들면 양극 에너지(bipolar energy)와 같은 에너지의 사용법이 알려져 있다. 간단히 말하면, 두 개 이상의 조직(예를 들면, 조직 다발)이 두 개의 전극 사이에 고정되어 있고, 상기 조직을 접합하기 위해서 전기외과수술용 에너지가 상기 두개의 전극 사이를 통과한다. 상기 조직의 예는 혈관의 대향하는 벽을 포함한다. 이런 방식으로, 혈관이 폐쇄되게 접합되어 접합 구역에서 혈관이 밀봉될 수 있다. 이러한 작용을 수행하는 수술 기구는 종종 밀봉 기구(예를 들면, "혈관 밀봉기(vessel sealer)")라고 한다. 상기와 같은 수술 기구는, 예를 들면, 냉각 절단(cold cutting), 조직 절개, (예를 들면, 밀봉을 위한 것이 아닌)조직 다발의 응고, 및 조직 처리/퇴축(tissue manipulation/retraction)에 사용될 수도 있다

예를 들면, 혈관 조직과 같은 조직이 서로 접합되면, 접합된 구역은 출혈없이 안전하게 절단될 수 있다. 편의성과 절단 정확도를 위해, 조직 접합에도 사용되고 조직 절단에도 사용되는 엔드 이펙터를 이용하는 수술 기구가 개발되었다.

최소침습 수술(예를 들면, 복강경 수술, 흉부내시경 수술 등)의 장점은 알려져 있다. 이러한 수술을 위한 기구는 통상적으로 수술 부위에 도달하기 위해 개구부(예를 들면, 신체 절개부, 자연 구멍(natural orifice))를 통하여 삽입되는 긴 샤프트의 원위 단부에 장착된 수술용 엔드 이펙터(surgical end effector)를 가지고 있다. 몇 가지 경우에 있어서, 수술 기구가 캐뉼라(cannula)를 통과할 수 있고, 수술 부위의 영상을 제공하기 위해 내시경이 사용될 수 있다. 몇 가지 경우에 있어서, 관절연결식 손목 기구(articulating wrist mechanism)가 수술 기구의 원위 단부에 장착되어서 엔드 이펙터를 지지하고 샤프트의 길이방향의 축에 대한 엔드 이펙터의 방향(orientation)을 변경할 수 있다. 최소침습수술을 시행하는 동안 환자의 외상을 줄이기 위해서 샤프트, 손목 기구, 및 엔드 이펙터의 외경을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다는 것을 알 수 있다.

조직 접합 및 절단용 통합형 엔드 이펙터를 제공하는 기존의 최소침습 수술 기구의 단점은, 예를 들면, 롤링운동(roll), 파지운동(grip), 병진운동(예를 들면, 조(jaw)를 따라서 이동하는 절단 매스의 운동) 등과 같은 다른 자유도(DOF)의 운동을 고려할 수 있지만, 관절연결식 손목 기구가 엔드 이펙터를 단 하나의 자유도(DOF)(예를 들면, 샤프트에 대해 임의로 정해진 직교하는 "피칭운동(pitch)" 또는 "요잉운동(yaw)" 방향)를 가진 상태로 샤프트에 대해 관절운동되게 하는 것이다. 이러한 하나의 관절 자유도의 제한은 통상적으로 기다랗고, 날카로운 절단날이 설치된 원위 단부를 가지고 있는 대체로 평면인 금속 밴드 또는 리본 구조인 절단 매스의 구성으로 인한 것이다. 이러한 평면 구조물은 구조물이 놓여 있는 평면에 대해서 앞뒤로 구부러질 수 있지만, 직교하는 평면(다시 말해서, 구조물의 평면)으로 구부러질 수는 없다. 절단 매스를 구동시키기 위해서 편평한 절단 매스 구조물이 손목 기구를 통과하기 때문에, 상기 손목 기구는 단 하나의 관절 자유도 운동, 다시 말해서 편평한 절단 매스의 평면에 대한 운동이 일어날 수 있는 구성으로 제한되고; 상기 손목 기구는 편평한 절단 매스 구조물의 평면 내에서 관절을 형성하도록 구성되어 있지 않다. 편평한 밴드 또는 리본 구조를 가진 절단 매스는, 롤링운동하는 동안 엔드 이펙터의 다양한 요소들 사이에서의 대체로 중심에 위치되는 것을 유지하기 위해서 다양한 결합 구조를 필요로 하는 수술 기구의 롤링운동 자유도에 영향을 미칠 수도 있다.

상기와 같은 수술 기구에 있어서 밀봉을 위해 혈관과 같은 조직에 충분한 파지 압력(gripping pressure)을 얻는 것은, 특히, 예를 들면, 롤링운동 자유도와 관절 자유도와 같은 다양한 다른 자유도 운동을 달성하는 것과 결합될 때, 난제가 될 수도 있다. 또한, 충분한 파지 압력을 얻는 것은 전체적인 수술 기구의 사이즈를 축소시키려고 시도할 때에 난제가 될 수 있다.

다른 유형의 최소침습 수술 기구는 스테이플링 기구(stapling instrument)이다. 이러한 스테이플링 기구는 여러 개의 스테이플 열(staple row)에 의해 조직을 안정적으로 봉합하고, 이러한 스테이플링 기구는 또한 스테이플 열과 스테이플 열의 사이에서 절단 매스를 구동시키기 위해서 통합형 절단 기구(integrated cutting mechanism)를 이용한다. 피칭운동과 요잉운동 양자의 운동에 있어서 엔드 이펙터 방향이 변경될 수 있도록 2-자유도 관절 손목 기구에 스테이플링 및 절단용 통합형 엔드 이펙터가 장착되어 있는, 조직 절단 기능을 가진 최소침습 스테이플링 기구가 개발되어 있다. 예를 들면, 미국 특허출원 제12/945,461호(2010년 11월 12일에 출원; 독자적으로 회전하는 부재 내의 평행 구동 샤프트용 모터 인터페이스에 대하여 개시하고 있음), 미국 특허출원 제12/945,730호(2010년 11월 12일에 출원; 연결된 장력 부재에 의한 손목 관절에 대해 개시하고 있음), 미국 특허출원 제12/945,740호(2010년 11월 12일에 출원; 이중 유니버설 조인트(double universal joint)에 대해서 개시하고 있음), 그리고 미국 특허출원 제12/945,748호(2010년 11월 12일에 출원; 2 자유도 손목관절을 가진 수술 공구에 대해서 개시하고 있음)를 참고하면 알 수 있다. 그러나 2-자유도 관절 손목 기구를 가진 상기와 같은 수술 기구는 통상적으로 손목관절과 엔드 이펙터(다시 말해서, 스테이플러(stapler))의 외경이 많은 다른 최소침습 수술 기구보다 크다. 한 가지 예로서, 예를 들면, 2-자유도 관절 손목 스테이플러는 약 13mm의 외경을 가지고 있다. 한 가지 예로서, 스테이플링 장치가 조직 접합 및 밀봉 기능을 수행하도록 변경되었는데, 그 이유는 그 구조가 스테이플링 기구와 유사한 외경을 가지고 있기 때문이다. 이에 대해서는, 예를 들면, 미국 ㅌ특허출원 공개공보 US 2010/0292691 Al(2010년 7월 22일에 출원)을 참고하라. 이와 대조적으로, 예를 들면, 미국 캘리포니아 써니베일에 있는 인튜어티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상업화된 로봇 수술 시스템과 함께 사용되는 다른 최소침습 수술 기구는, 예를 들면, 엔드 이펙터의 조(jaw)의 폐쇄 위치에서 약 8mm 또는 약 5mm 범위의 손목부 및/또는 엔드 이펙터의 외경을 가지고 있다.

당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 원하는 기능, 구조 및 성능을 보존하면서 수술 기구의 전체적인 사이즈를 줄이는 것은 종종 단지 알려진 구성요소들의 크기를 축소하는 경우는 아니라는 것을 알 것이다. 약 2mm 내지 약 3mm만큼 수술 기구의 외경을 줄이는 것과 같이, 작은 정도의 사이즈 축소에 대해서도 설계 요건을 유지하는 것은, 재료 특성, 구성요소의 제작 제한, 이동하는 부분들 사이의 마찰의 발생, 구성요소의 사이즈가 작아짐에 따라 발생하는 구성요소의 강도에 대한 제한, 고도의 힘 요건(high force requirements)을 유지하는 상태에서의 보다 작은 기구의 전체적인 설계, 그리고 작동에 대한 다른 영향으로 인해 어려운 일이 될 수 있다. 따라서, 매우 바람직하기는 하지만, 조직 접합 및 절단의 통합 기능, 2-자유도 관절 손목 기구, 그리고 다른 통상적으로 사용되는 최소침습 수술 기구 정도의 외경을 가진 최소침습 수술 기구는 아직 구할 수 없다. 또한, 로봇 수술 시스템과 접속될 수 있으며 로봇 수술 시스템에 의해 제어될 수 있는 수술 기구가 바람직하다.

본 발명은 상기한 문제점들 중의 하나 이상을 해결할 수 있거나 상기한 바람직한 특징들 중의 하나 이상을 보여줄 수 있다. 다른 특징 및/또는 장점은 아래의 설명에 의해 명확하게 될 수 있다.

다양한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 근위 단부 및 원위 단부를 가진 샤프트, 그리고 상기 샤프트의 원위 단부에 결합되어 있으며 상기 샤프트의 원위 단부에 복수의 자유도로 관절운동하도록 구성된 손목부를 포함하는 수술 기구를 구상하고 있다. 상기 수술 기구는 손목부에 의해 지지된 엔드 이펙터를 더 포함할 수 있는데, 상기 엔드 이펙터는 절단 요소와, 조직을 붙잡아서 쥐고, 예를 들면, 전기외과수술용 에너지를 이용하여 조직을 접합시키도록 구성된 조(jaw)를 포함하고 있다. 상기 수술 기구는, 상기 수술 기구와 접속되어서 상기 수술 기구를 작동시키도록 구성된 환자측 콘솔과 외과의사로부터의 입력사항을 수신하여 상기 수술 기구의 작동을 제어하도록 구성된 외과의사측 콘솔을 포함하는 원격조종식 로봇 수술 시스템에 사용되도록 구성될 수 있다.

다양한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 수술 기구를 작동시키는 방법을 구상하고 있는데, 상기 방법은 피칭운동과 요잉운동 중의 적어도 하나에 있어서 수술 기구의 복수 자유도의 관절운동가능한 손목부를 관절운동시키기 위해서 수술 기구의 근위부에 배치된 전달 기구에서 적어도 하나의 제1 입력을 수신하는 단계와, 상기 제1 입력에 따라 상기 손목부를 관절운동시키기 위해서 상기 전달 기구를 통하여 하나 이상의 힘을 전달하는 단계를 포함하고 있다. 상기 방법은 상기 손목부에 의해 지지된 엔드 이펙터의 조를 개방하기 위해 상기 전달 기구에서 제2 입력을 수신하는 단계와, 상기 조를 개방하기 위해서 상기 전달 기구를 통하여 토크 구동 구성요소로 토크를 전달하는 단계를 더 포함하고 있다. 상기 방법은 엔드 이펙터의 조를 폐쇄하기 위해서 상기 전달 기구에서 제3 입력을 수신하는 단계와, 조와 조 사이에 조직을 붙잡아 고정시키도록 조를 폐쇄하기 위해서 상기 전달 기구를 통하여 상기 토크 구동 구성요소로 토크를 전달하는 단계를 더 포함하고 있다. 부가적으로, 상기 방법은 조직을 접합시키기 위해서 전기외과수술용 에너지를 조로 전달하는 단계와, 엔드 이펙터의 절단 요소를 병진운동시키기 위해서 상기 전달 기구에서 제4 입력을 수신하는 단계와, 상기 절단 요소를 상기 엔드 이펙터에 대하여 병진운동시키기 위해서 상기 전달 기구를 통하여 절단 요소 구동 구성요소로 힘을 전달하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 부가적인 목적과 장점은 일부는 아래의 설명에 개시되며, 일부는 아래의 설명으로부터 명확해지거나, 본 발명 및/또는 청구범위의 실시에 의해 알 수 있다. 본 발명의 이러한 목적 및 장점들 중의 적어도 몇 개는 첨부된 청구범위에 특정적으로 기재된 요소들과 그 조합에 의해 실현되고 달성될 수 있다.

상기의 대략적인 설명과 하기의 상세한 설명 모두는 예시적이며 단지 설명하기 위한 것이지 본 발명과 청구범위를 제한하는 것은 아니다.

본 발명은 아래의 상세한 설명만에 의하거나, 첨부된 도면과 함께 아래의 상세한 설명에 의해 이해할 수 있다. 도면은 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있게 하기 위해 포함된 것이며, 본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 하나 이상의 바람직한 실시예를 나타내며 상세한 설명과 함께 특정의 원리 및 작동을 설명하는데 기여한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최소침습 수술 기구의 개략적인 사시도이고;
도 2a는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 수술 기구의 샤프트와 손목부의 부분 종단면도이고;
도 2b는 도 2a의 2B-2B 방향을 따라 도시한 수술 기구 샤프트의 횡단면도이고;
도 3은 바람직한 실시예에 따른 도 1의 수술 기구의 엔드 이펙터, 손목부, 그리고 샤프트의 일부분의 상세 사시도이고;
도 4는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 수술 기구의 엔드 이펙터, 손목부, 그리고 샤프트의 일부분의 부분적으로 분해된, 부분 절결 사시도이고;
도 5는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 수술 기구의 엔드 이펙터, 손목부, 그리고 샤프트의 일부분의 부분적으로 분해된, 부분 사시도이고;
도 6은 바람직한 실시예에 따른 손목부 구동 힘줄의 부분 사시도이고;
도 7a는 바람직한 실시예에 따른 그립 구동 너트의 사시도이고;
도 7b는 도 7a의 7B- 7B 방향을 따라 도시한 그립 구동 너트의 단면도이고;
도 8a는 바람직한 실시예에 따른 토크 튜브의 바람직한 실시예의 부분 측면도이고;
도 8b는 도 8a의 8B-8B 방향을 따라 도시한 토크 튜브의 단면도이고;
도 9는 바람직한 실시예에 따른 조 어셈블리의 분해도이고;
도 10은 바람직한 실시예에 따른 절단 요소 및 절단 구동 구성요소의 부분 측면도이고;
도 11은 바람직한 실시예에 따른 도 3 내지 도 5의 엔드 이펙터의 하부 조와 절단 요소의 부분 사시도이고;
도 12a는 본 발명의 다양한 바람직한 실시예에 따른 수술 기구가 사용될 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템의 사시도이고;
도 12b는 본 발명의 다양한 바람직한 실시예에 따른 수술 기구가 사용될 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템의 개략도이고;
도 13은 본 발명의 다양한 바람직한 실시예에 따른 접합 및 절단 수술 기구를 작동시키는 예시적인 방법을 나타내는 흐름도이고;
도 14a 및 도 14b는 바람직한 실시예에 따른 도 1의 수술 기구에서 표시된 부분에 대응하는 상세도이고;
도 15는 바람직한 실시예에 따른 도 2a의 어댑터 구조 및 시일의 단면도이고;
도 16은 바람직한 실시예에 따른, 조가 개방된 상태로 도시된, 스페이서를 가진 조의 사시도이고;
도 17은 바람직한 실시예에 따른 접합 및 절단 수술 기구의 엔드 이펙터, 손목부, 그리고 샤프트의 일부분의 부분 절결 사시도이고 ;
도 18은 바람직한 실시예에 따른 케이블 전달 플러그의 사시도이고; 그리고
도 19는 도 17의 클레비스의 채널의 바람직한 실시예의 단면도이다.

바람직한 실시예를 나타내는 본 설명과 첨부된 도면은 본 발명을 제한하는 것으로 받아들여져서는 안 되고, 청구범위가 본 발명의 영역을 한정한다. 균등물을 포함하여, 청구된 본 발명과 본 설명의 영역을 이탈하지 않고서 다양한 기계적인 변화, 구성적인 변화, 구조적인 변환, 전기적인 변화 및 작동적인 변화가 이루어질 수 있다. 몇 가지 경우에 있어서, 본 발명을 모호하지 않게 하기 위해서 잘 알려진 구조와 기술은 상세하게 도시하거나 기술하지 않았다. 두 개 이상의 숫자가 같은 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 그리고, 한 가지 실시예와 관련하여 상세하게 기술되어 있는 요소 및 이와 관련된 특징은, 실현가능하기만 하면, 상세하게 도시되거나 기술되지 않은 다른 실시예에도 포함될 수 있다. 예를 들어, 어떤 요소가 한 가지 실시예와 관련하여 상세하게 설명되어 있고 제2 실시예와 관련하여서는 설명되어 있지 않은 경우, 그럼에도 불구하고 상기 요소는 제2 실시예에 포함되어 있는 것으로 주장할 수 있다.

본 명세서 및 첨부된 청구범위를 위해서, 달리 표시되어 있지 않으면, 양, 백분율, 또는 비율을 나타내는 모든 숫자와, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 다른 수치값은 "약" 이라는 표현에 의해 모든 예에서 어느 정도 수정되는 것으로 이해할 수 있다. 따라서, 이에 반하는 것으로 표시되어 있지 않으면, 본 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 한도는 본 발명이 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 대략적인 값이다. 적어도, 본 청구범위의 영역에 대해 균등론의 적용을 제한하려는 의도는 아니며, 각각의 수치 한도는 적어도 유효 숫자의 갯수를 고려하고 통상적인 반올림법(rounding technique)을 적용하는 것에 의해 해석되어야 한다.

본 발명의 영역을 나타내는 수치 범위와 한도는 대략적인 값임에도 불구하고, 특정 예에 표시된 수치값은 가능한 한 정확하게 표시되어 있다. 그러나, 임의의 수치값은 본질적으로 각각의 시험 측정값에서 알려진 표준 편차로부터 필연적으로 발생하는 어느 정도의 오차를 포함한다. 또한, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 이 범위에 포함된 모든 부분범위(subrange)를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서와 첨부된 청구범위에 사용되어 있는 것과 같이, "하나의", "한 개의", "한 가지의" 와 같은 단수 형태와 임의의 단어의 단수적 사용은, 하나의 대상물이라고 분명하고 명확하게 한정되어 있지 않으면, 복수 대상물을 포함하는 것이다. 본 명세서에 사용되어 있는 것과 같이, "포함한다" 라는 표현과 이것의 문법적인 변형어는 비제한적인 것을 의미하므로, 목록에 있는 항목의 열거는 열거된 항목을 대체할 수 있거나 열거된 항목에 부가될 수 있는 다른 유사한 항목을 배제하는 것은 아니다.

다양한 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명은 샤프트, 피칭운동 방향과 요잉운동 방향 그리고 이들의 조합 방향으로 관절운동가능한 손목부, 그리고 파지(gripping), 접합(fusing) 및 절단을 수행하도록 작동하는 구성요소들을 포함하는 엔드 이펙터를 포함하는 수술 기구를 구상하고 있다. 본 발명은 수술 기구의 비교적 넓은 범위의 관절운동 및 롤링운동에 걸쳐서, 조직(예를 들면, 혈관)을 접합하는데 바람직한 충분한 파지력(붙잡아서 고정한 조직에 대한 압력을 포함)과 충분한 절단력을 제공할 수 있는 수술 기구를 구상하고 있다. 또한, 다양한 바람직한 실시예에서, 본 발명은 최소침습적이고, 샤프트, 손목부 및 엔드 이펙터의 전체적인 외경이, 예를 들면 다양한 스테이플링 기구와 같은 다용도 엔드 이펙터와 함께 관절연결식 손목 구조를 이용하는 다른 최소침습 수술 기구와 비교하여 상대적으로 작은 콤팩트한 설계형태를 제공하는 수술 기구를 구상하고 있다.

따라서 본 발명의 다양한 바람직한 실시예는 조직 접합 및 절단용 통합형 엔드 이펙터로서, 그 방향이 직각좌표상의 피칭운동, 요잉운동 및 롤링운동 자유도에 있어서 독립적으로 제어될 수 있는 엔드 이펙터를 제공한다. 부가적으로, 절단 요소는, 손목부가 수술 기구 샤프트의 길이방향의 축에 대하여 피칭운동 및/또는 요잉운동으로 관절운동할 때, 및/또는 수술 기구 샤프트 및 엔드 이펙터가 롤링운동할 때(다시 말해서, 샤프트의 길이방향의 축을 중심으로 회전할 때)에도, 엔드 이펙터 조의 대체로 길이 방향을 따라서 엔드 이펙터에 대한 상대 이동을 위한 병진운동 자유도에 있어서 독립적으로 제어될 수 있다.

도 1을 참고하면, 최소침습 수술 기구(100)의 개략도와, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 상세하게 도시된 최소침습 수술 기구의 다양한 구성요소들이 도시되어 있다. 도 1은 최소침습 수술 기구(100)의 사시도이고, 도 14a 및 도 14b는 도 1에 표시된 대응 부분의 바람직한 실시예의 상세도를 나타내고 있다. 도 1에 표시된 것과 같은 방향을 한정하기 위해서 본 명세서에서는 근위부 방향과 원위부 방향이 사용되며, 원위부는 대체로 운동 암(kinematic arm)을 따라서 멀어지는 방향에 있거나 수술 기구(100)의 의도하는 수술적 사용시에, 예를 들면, 외과 수술을 시행하기 위한 사용시에 수술 작업 부위에 가장 가까이 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 수술 기구(100)는 대체로 힘/토크 구동 전달 기구(1), 상기 전달 기구(1)에 장착된 수술 기구 샤프트(2), 수술 기구(100)의 원위 단부에 배치된 파지, 접합 및 절단용 통합형 엔드 이펙터(3), 그리고 샤프트(2)와 엔드 이펙터(3)의 사이에서 샤프트의 원위 단부(2)에 배치된 관절연결 손목부(4)를 포함하고 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 엔드 이펙터(3)의 원위 단부로부터 전달 기구(1)의 근위 단부까지의 수술 기구(100)의 전체 길이는 약 21인치 내지 약 25인치의 범위에 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 수술 기구(100)는, 바람직한 실시예에서 도 12a 및 도 12b의 사시도 및 개략도에 도시되어 있는 바와 같이, 환자측 콘솔(1000), 외과의사측 콘솔(2000), 그리고 전자장치/제어 콘솔(3000)을 포함하는 최소침습수술 로봇 시스템에 장착되어 사용되도록 구성되어 있다. 도 12a 및 도 12b의 최소침습수술 로봇 시스템의 구성요소들은 임의의 특정 배치 상태로 도시된 것이 아니며, 환자에 수술을 시행하기 위해서 환자측 콘솔이 환자에 대해 배치된 상태로, 원하는 대로 배치될 수 있다. 수술 기구(100)가 사용될 수 있는 수술용 로봇 시스템의 비제한적인 바람직한 실시예는 인튜어티브 서지컬사(Intuitive Surgical, Inc.)에 의해 상업화된 da Vinci^® Si(모델 번호 IS3000)이다. 일반적으로, 외과의사측 콘솔(2000)은, 예를 들면, 파지 기구(2004), 풋 페달(foot pedal)(2002) 등을 포함하는 다양한 입력 장치에 의해 외과의사로부터의 입력사항을 수신한다. 외과의사측 콘솔은 마스터 컨트롤러(master controller)로서의 역할을 수행하고, 상기 마스터 컨트롤러에 의해 환자측 콘솔(1000)이 종속장치(slave)로서 작용하여 수술 기구의 원하는 동작을 실행하고, 그 결과 원하는 수술을 수행한다. 외과의사측 콘솔(2000)은 외과의사가 수술 부위의 3차원 화상을 볼 수 있게 하는 뷰어(viewer) 또는 디스플레이(2006)를 포함할 수도 있다. 환자측 콘솔(1000)은, 예를 들면, 엔드 이펙터를 가진 수술 기구(예를 들면, 수술 기구(100))와 내시경를 포함하는 다양한 공구를 유지하도록 구성된 복수의 관절연결 암(1002)을 포함할 수 있다. 외과의사측 콘솔(2000)에서 입력된 명령에 기초하여, 환자측 콘솔(1000)은 원하는 의료 시술을 수행하기 위해 수술 기구를 위치시키고 작동시키도록 수술 기구의 전달 기구과 접속될 수 있다. 전자장치/제어 콘솔(3000)은 환자측 콘솔(1000)과 외과의사측 콘솔(2000)로부터의 다양한 제어 신호를 수신하고 환자측 콘솔(1000)과 외과의사측 콘솔(2000)로 다양한 제어 신호를 전송하며, 예를 들면, 외과의사측 콘솔(2000)의 디스플레이(2006) 및/또는 전자장치/제어 콘솔(3000)와 결합된 디스플레이(3006)에 표시하기 위해 빛을 전송하고 화상(예를 들면, 환자측 콘솔(1000)의 내시경으로부터의 화상)을 처리할 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 대체로 상기와 같은 로봇 제어식 수술 시스템을 잘 알고 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 전자장치/제어 콘솔(3000)이 전자장치/제어 콘솔(3000)의 하나 이상의 컨트롤러에 통합된 모든 제어 기능을 가지거나, 부가적인 컨트롤러(예를 들면, 도 12b에 부재번호 3080로 표시되어 있는 컨트롤러)가 편의상 전자장치/제어 콘솔(3000)에 지지된(예를 들면, 선반에 지지된) 별개의 장치로서 설치될 수 있다. 이러한 컨트롤러는, 바람직한 실시예에 있어서, 예를 들면, 도 12b에 도시되어 있는 바와 같이, 수술 기구(100)와 직접적인 전기적/제어 연결상태로 있다. 이러한 구성은, 예를 들면, 부가적인 기능을 필요로 하는 수술 기구를 제어하기 위해서 기존의 전자장치/제어 콘솔을 개장(retrofit)할 때 유용할 수 있다. 전자장치/제어 콘솔(3000)는 바람직한 실시예에서 수술 기구 엔드 이펙터로 전달될 수 있는 전기소작술(electrocautery)용 에너지를 위한 별개의 컨트롤러(3090)를 포함할 수도 있다. 마찬가지로, 다양한 바람직한 실시예에서, 하나 이상의 입력 기구가 외과의사측 콘솔(2000)에 통합될 수 있지만, 다양한 다른 입력 기구(예를 들면, 도 12b에서 부재번호 2090으로 표시된 요소)이, 외과의사측 콘솔(2000)에 반드시 통합될 필요는 없지만, 상기 시스템을 사용하는 동안 외과의사가 이용할 수 있도록 별도로 부가되어 설치될 수 있다.

전달 기구(1)는 다중 자유도의 수술 기구가 될 수 있도록 다양한 운동을 실행하기 위하여, 수신된 작동 입력을 수술 기구 샤프트(2), 손목부(4) 및 엔드 이펙터(3)와, 관련된 구성요소의 운동을 실행시키는 토크와 힘으로 전환시킨다. 예를 들면, 전달 기구(1)는 입력(예를 들면, 토크 입력)을 통해서 제어되어 샤프트(2)를 롤링운동시켜서, 결과적으로 엔드 이펙터(3)를 롤링운동시키고(롤링운동 자유도); 엔드 이펙터(3)의 조를 개방 및 폐쇄시키고(파지 또는 고정 자유도); 손목부(4)를 관절운동시키고(관절운동 자유도); 절단 요소(도 1에 도시되어 있지 않음)를 병진운동시키도록(병진운동 자유도) 제어될 수 있다. 아래에서 보다 상세하게 기술하겠지만, 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 손목부(4)는 엔드 이펙터(3)의 피칭운동과 요잉운동을 제공하기 위해 직교하는 방향으로 2-자유도 관절운동을 하도록 구성될 수 있다(요잉운동은 엔드 이펙터 조의 운동 평면이 되는 것으로 임의로 한정되어 있고, 피칭운동은 요잉운동과 직교함).

도 1의 전달 기구(1)와 같이 사용될 수 있는 바람직한 실시예의 전달 기구(141)의 밑면을 보여주는, 도 14b의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 전달 기구(141)는, 아래에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 수술 기구(100)의 다양한 운동을 구동시키는 입력을 수신하기 위해 도 12a 및 도 12b의 콘솔(1000)과 같은 환자측 제어 콘솔과 접속하도록 구성된 하나 이상의 입력 구동 디스크(40)를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 예를 들면 도 14a 및 도 14b에 도시되어 있는 바람직한 실시예에 있어서, 전달 기구(141)(내부 모습을 보여주기 위해 보호 커버가 제거된 상태로 도 14a에 도시된)는, 당해 기술 분야의 통상의 전문가가 잘 알고 있는 바와 같이, 예를 들면, 입력 디스크(40)와 접속되어 있는 로봇 수술 시스템의 원격조종식 서보 액추에이터를 통한 토크 입력을 포함하여, 다양한 입력을 수신하도록 구성될 수 있다. 이러한 토크 입력은 롤링운동을 수술 기구 샤프트(도 14a 및 도 14b에서 부재번호 142로 표시된 샤프트)에 전달하고, 엔드 이펙터의 조의 개폐시키기 위해(도 1은 폐쇄 상태에 있는 엔드 이펙터(3)의 조를 나타내고 있다) 힘을 전달하고, 예를 들면, 2-자유도 관절운동으로 손목부(도 1의 손목부(4))를 관절운동시키기 위해서 힘을 전달하는데 사용될 수 있다. 부가적으로, 바람직한 실시예에 있어서, 전달 기구(141)는 기어장치 그리고 래크와 피니언 기구(50)를 통하여 절단 요소(도 1에 도시되어 있지 않음)를 구동시키기 위해서, 예를 들면, 로봇 수술 제어 시스템으로부터(예를 들면, 중앙 제어 콘솔(3000)에 통합되어 있거나 이 중앙 제어 콘솔과 관련되어 있지만 중앙 제어 콘솔로부터 분리되어 있는 컨트롤러를 통하여) 입력 전압을 수신하는 내장된 전기 모터(5)를 포함할 수 있다. 내장된 전기 모터(5)와 같은 내장형 모터를 이용하여 절단 요소를 구동시키고 제어하는 것에 관한 보다 상세한 내용에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR(모터를 가진 수술 기구)"인 미국 가특허출원 US 61/491,698호(2011년 5월 31일에 출원)와, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION(검출된 결함 조건에 대한 제어를 가진 수술 기구)"인 미국 가특허출원 US 61/491,671호(2011년 5월 31일에 출원)를 참고하면 된다.

도 14a 및 도 14b의 바람직한 실시예는, 원격조종식 서보 액추에이터를 포함하는 로봇 수술 시스템과 접속되어 상기 로봇 수술 시스템으로부터의 구동 토크/힘 입력을 수신하도록 구성된 전달 기구(141)를 나타내고 있지만, 대체 실시예에서는 부가적인 내장된 모터 및/또는 수동 작동에 의존하는 전달 기구가 도 1의 수술 기구와 함께 사용될 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 이용가능한 작동 입력의 수에 따라서, 몇몇 실시예의 수술 기구는 수술 기구 외부로부터(예를 들면, 원격조종식 서보 모터로부터) 모든 작동 입력을 수신할 수 있고, 몇몇 실시예의 수술 기구(예를 들면, 휴대용 수술 기구(hand held instrument))는 모든 수술 기구의 기능을 구동시키기 위해 내장된 모터를 가질 수 있고, 그리고 도 14a 및 도 14b에 도시된 전달 기구를 포함하는 도시된 실시예와 같은 몇몇 실시예의 수술 기구는 외부 작동 입력과 내장된 구동 모터의 다양한 조합을 가질 수 있다는 사실을 알 수 있다. 내장된 모터의 경우에 있어서, 이러한 모터를 구동시키기 위해서 사용된 입력 전압은 중앙 컨트롤러(예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있는 것과 같은, 전자장치/제어 콘솔(3000) 및/또는 별도로 장착된 컨트롤러(예를 들면, 컨트롤러 3080))나 휴대용 수술 기구의 경우에 수술 기구 자체에 설치된 전압원으로부터 공급될 수 있다. 마찬가지로, 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 기어, 풀리, 링크, 짐벌 플레이트(gimbal plate) 및/또는 레버 등의 다양한 조합(이것의 바람직한 실시예는 도 14a에 도시되어 있음)이 작동력 및 토크를 다양한 수술 기구 구성요소에 전달하기 위해서 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있다. 예를 들면 도 12a 및 도 12b의 환자측 콘솔(1000)을 통하여 전달 기구(1, 141)로 수신된 입력을 샤프트(2), 엔드 이펙터(3)의 조, 그리고 손목부(4)의 움직임을 최종적으로 구동시키는 토크 및/또는 힘으로 전환하기 위하여 전달 기구(1, 141)에 사용될 수 있는 대표적인 구성요소에 대한 보다 상세한 내용은, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "GRIP FORCE CONTROL IN A ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT(로봇 수술 기구에서의 파지력 제어)"인 미국 가특허출원 US 61/491,804호(2011년 5월 31일에 출원); 발명의 명칭이 둘 다 "DECOUPLING INSTRUMENT SHAFT ROLL AND END EFFECTOR ACTUATION IN A SURGICAL INSTRUMENT(수술 기구에서의 기구 샤프트 롤링운동과 엔드 이펙터 작동의 디커플링)"인 미국 가특허출원 US 61/491,798호 및 미국 특허출원 US 13/297,168호(2011년 5월 31과, 2011년 11월 15일에 각각 출원); 그리고 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH SINGLE DRIVE INPUT FOR TWO END EFFECTOR MECHANISMS(두 개의 엔드 이펙터 기구에 대해 단일 구동 입력을 가진 수술 기구)"인 미국 가특허출원 US 61/491,821호(2011년 5월 31일에 출원)를 참고하면 된다.

전달 기구(1, 141)는 최종적으로 엔드 이펙터(3)로 전달되어 조직을 접합하는데 사용되는 전기외과수술용 에너지를 커넥터(42, 142)를 통하여 받아들이기 위해 전도체(도 1 또는 도 14a 및 도 14b에 도시되어 있지 않음)를 수용할 수도 있다. 상기 전도체는 전달 기구(1, 141)로부터 보호 튜브(43, 143)를 통하여 뻗어있을 수 있다.

이제 도 2a 및 도 2b의 단면도를 참고하면, 샤프트(2)는 대체로 강성이며 절연 레이어(250)에 의해 둘러싸인 메인 튜브(200)를 포함하고 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 메인 튜브(200)는, 예를 들면, 스테인레스 강과 같은 비교적 얇은 벽 두께를 가진 고장력 금속인 재료로 만들어질 수 있다. 비교적 강하지만, 얇은 벽의 튜브를 제공하는 능력은 수술 기구의 다양한 구성요소들이 통과할 수 있는 내부 공간을 최소화하면서도 강도 요건이 충족되도록 할 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 외측 절연 레이어는 전기적으로 절연성일 수 있고 비교적 높은 절연 강도와 비교적 높은 긁힘 저항성(scratch resistance)을 나타내는 재료로 이루어질 수 있고, 비교적 쉽게 메인 튜브(200)에 부착될 수 있고, 비교적 저마찰성을 가지고, 및/또는 비교적 낮은 유전 상수(dielectric constant)를 가지고 있다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 외측 절연 레이어는, 예를 들면, 다중-레이어(예를 들면, 2-레이어) 에폭시 코팅과 같은 에폭시 코팅으로 될 수 있다. 외측 절연 레이어용으로 다른 적절한 재료는, 비제한적인 것으로서, 예를 들면, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리올레핀, 및/또는 플루오로에틸렌-프로필렌(fluoroethylene-propylene:FEP)를 포함할 수 있다.

메인 튜브(200)는 전달 기구(1)로부터 손목부(4) 및 엔드 이펙터(3)(도 2a 및 도 2b에 도시되어 있지 않음)로 다양한 구성요소를 안내하도록 구성되어 있다. 중심 채널(210)은 손목부(4)를 통하여 뻗은 토크 구동 구성요소(18)에 결합되어 있는 엔드 이펙터 그립 중공형 구동 샤프트(218)와 엔드 이펙터 절단 요소 구동 구성요소(20)를 수용하는 루멘(lumen)을 제공한다. 그리고, 상기 엔드 이펙터 그립 중공형 구동 샤프트(218)와 엔드 이펙터 절단 요소 구동 구성요소(20)는 아래에 보다 상세하게 설명되어 있다. 절단 요소 구동 구성요소(20)와 엔드 이펙터 그립 중공형 구동 샤프트(218)의 내측 표면 사이의 공간에 스페이서 기구(215)가 절단 요소 구동 구성요소(20) 및 엔드 이펙터 그립 중공형 구동 샤프트(218)와 동심으로(concentrically) 배치되어 있다. 스페이서 기구(215)는 절단 요소 구동 구성요소(20)를 배치시키는 것을 도와주며 수술 기구의 작동 동안에 절단 요소 구동 구성요소(20)를 휘어지게 하는 경향이 있는 힘을 흡수하는 것을 도와준다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 스페이서 기구(215)는, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 또는 다른 적절한 재료와 같이 비교적 저마찰성을 가지는 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 상기 중공형 구동 샤프트(218)는 큰 내경과 외경을 가진 제1 구역(218a), 작은 내경과 외경을 가진 제2 구역(218c), 그리고 제1 구역(218a)으로부터 제2 구역(218c)으로 갈수록 내경과 외경이 작아지는 전이 구역(218b)을 포함하고 있다. 보다 상세하게는, 제1 구역(218a)은 중심 채널(210)의 내경과 대체로 동일한 외경과 스페이서 기구(215)를 수용하기에 충분한 내경을 가지고 있다. 제2 구역(218c)은 절단 요소 구동 구성요소(20)의 외경과 대체로 동일한 내경과 토크 구동 구성요소(18)의 외경과 대체로 동일한 외경을 가지고 있다. 큰 직경의 제1 구역(218a)은 엔드 이펙터의 조를 개방 및 폐쇄시키는데 사용되는 토크 구동 구성요소(18)(아래에 보다 상세하게 설명되어 있음)와 관련된 힘으로부터 발생되는 튜브(218)에 작용하는 비틀림력을 최소화하는 것을 도와준다. 작은 직경의 제2 구역(218c)은 상기 구동 샤프트(218)가 토크 구동 구성요소(18)에 맞대기 용접될 수 있게 한다.

샤프트(2)는 또한 전기외과수술용 2극성 에너지(bipolar energy)를 엔드 이펙터(3)로 전달하는 전도체(11a, l1b)(도 2b에 단면도로 도시되어 있음)를 수용하고 안내하기 위해 중심 채널(210)과 메인 튜브(200) 사이에 스페이스(211)를 포함하고 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 전기 절연 재료(11c, l1d)가 전도체(1la, 1lb)를 둘러쌀 수 있다. 손목부(4)를 제어하는 힘줄은, 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람이 잘 알고 있는 방식으로, 중심 채널(210)과 메인 튜브(200) 사이의 스페이스(211)에서 샤프트(2)를 통하여 뻗어 있다. 중심 채널(210)은, 예를 들면 롤링운동 동안에, 토크 구동 구성요소(18) 및/또는 구동 샤프트(218)에 작용하는 케이블(45)로부터 나오는 힘을 격리시키는데 도움이 된다. 도시된 바람직한 실시예에서는, 상기 힘줄이 하이포튜브(hypotube)(245)를 통하여 부분적으로 뻗어 있으며 하이포튜브(245)에 압착되어 있는 케이블(45)을 포함하고 있다. 하이포튜브(245)는 샤프트(2)의 근위 단부로부터 뻗어나와서 샤프트의 원위 단부(2)에 약간 근접한 위치에서 종결되어 있다. 케이블(45)은 대략 스페이서(215)를 따르는 축방향 위치로부터 하이포튜브(245)로부터 뻗어나와서 손목부(4)의 다양한 링크에서 종결되어 있다. 예를 들면, 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 하이포튜브(245)는 토크 구동 샤프트(218)의 전이 구역(218b)의 대략 원위 단부에 있는 샤프트(2)를 따르는 위치에서 종결되어 있다. 비록 여러 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 힘줄은 궁극적으로 전달 기구(1)의 다양한 구동 구성요소에 부착되도록 하이포튜브의 근위 단부로부터 뻗어 있는 케이블을 포함할 수 있다. 하이포튜브(245)는 관절운동이 일어나지 않는 경우에 샤프트(2)의 길이의 대부분에 걸쳐서 힘줄을 보강하는데 도움이 되고, 손목부(4)를 관절운동시킬 때 힘줄의 긴장상태로부터 발생하는 장력을 흡수하는데 도움이 된다. 손목부(4)와 전달 기구(1)에 제공되어 있는 힘줄의 케이블(45)은 효과적으로 장력을 가하기 위해서 상기 위치에서 손목부(4)와 전달 기구(1)의 만곡을 가능하게 하는 유연한 가요성 구조를 제공한다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 손목부(4)를 관절운동시키기 위해서 비교적 고장력을 견딜 수 있고 전달 기구(1)와 손목부(4)의 관절을 만곡시키기 위해서 비교적 고도의 유연성을 가지는, 예를 들면, 다른 필라멘트(filament) 또는 와이어 구조를 포함하는, 케이블이 아닌 구조가 힘줄의 요소(45)에 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것이다.

당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 다양한 채널, 힘줄, 전도체 등의 배치를 포함하는 다른 샤프트 구성이 본 발명의 기술영역으로부터 벗어나지 않고서 전달 기구(1)에서의 입력으로부터 엔드 이펙터(3)를 작동시키도록 사용되는 다양한 요소를 안내하기 위해 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있다. 그러나, 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 엔드 이펙터의 다양한 원하는 기능을 가능하게 하기 위해서 필요로 하는 다양한 구조들의 경로설정(routing)을 결정할 때 필요한 힘 전달 강도 및 다양한 구성요소들의 집중적인 작동(concentric operation)을 유지하는 것과 결합된 공간적인 제한이 구동 고려사항이 될 수 있다.

도 2a와, 도 15의 상세도를 참고하면, 샤프트(2)의 원위 단부를 손목부(4)에 연결시키기 위해서, 어댑터 구조(230)가 사용되어 있다. 상기 어댑터 구조(230)는, 어댑터 구조(230)의 원위 단부 부분에서 큰 직경의 헤드 부분(232)에 의해 둘러싸인 중심 플러그 부분(231)을 포함하는 플러그형 구성을 가지고 있다. 중심 플러그 부분(231)의 근위 단부 부분(233)은 작은 직경을 가지고 있으며, 근위 단부 부분(233)의 외측 표면과 중심 채널(210)의 내측 표면이 스웨이지형 부착물(swaged attachment)에 의해 연결된 상태로, 중심 채널(210) 내부에 수용되어 있다. 헤드 부분(232)은 원위 단부(232a)에서는 손목부(4)의 근위부 링크에 연결되고 근위 단부(232b)에서는 샤프트(2)의 메인 튜브(200)에 연결된다. 샤프트(2)와 손목부(4)의 사이에 상당히 원활한 전이부를 제공하기 위해서 헤드 부분(232)의 외경은 손목부(4)와 샤프트(2)의 외경과 대체로 동일하다. 바람직한 실시예에 있어서, 어댑터 구조(230)는 스테인레스 강으로 만들어질 수 있다.

도 2a 및 도 15에 도시된 바람직한 실시예에서는, 어댑터 구조(230)가 밀봉 기구(235, 236)(도 4에도 밀봉 기구(235)가 도시되어 있음)도 구비하고 있다. 밀봉 기구(235)는 샤프트의 원위 단부(2)에서 힘줄(45)과 전도체(11a, 1lb)에 액체 밀봉을 제공한다. 밀봉 기구(236)는 상기 제2 구역(218c)에서 구동 샤프트(218)에 액체 밀봉을 제공한다. 밀봉 기구(235, 236)는, 비제한적인 것으로서, 예를 들면, 실리콘 및 다양한 열가소성 엘라스토머(TPEs)를 포함하는, 밀봉을 위해서 일반적으로 사용되는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 특히, 밀봉 기구(236)는 저마찰 재료로 만들어질 수 있다.

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참고하여, 엔드 이펙터(3) 및 손목부(4)의 보다 상세한 내용을 설명한다. 도 3은 엔드 이펙터(3), 손목부(4), 그리고 샤프트(2)의 일부분을 보여주는 도 1의 상세한 부분에 대응하는 사시도이다. 도 4는 도 3과 같이 수술 기구의 유사한 부분을 도시하고 있지만, 엔드 이펙터(3)의 상부 조를 보다 잘 나타내기 위해서 부분적으로 분해되어 있으며, 수술 기구의 내부 구조를 보다 잘 보여주기 위해서(비록 특정 내부 구조는 도시의 편의상 제거되어 있지만) 손목부(4)와 샤프트(2)의 원위 단부가 부분적으로 절결되어 있다. 도 5는 도 4와 유사한 도면으로서, 엔드 이펙터의 조의 분해도와 엔드 이펙터(3)의 클레비스의 부분 절결도를 나타내고 있다. 손목부를 작동시키는 힘줄은 도 4 및 도 5에는 도시되어 있지 않다.

도 3 내지 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 손목부(4)는 몇 개의 손목부 링크(12)를 포함하고 있다. 도시된 바람직한 실시예에서는, 링크(12)가 손목부(4)의 2-자유도 관절운동을 제공하는 피칭운동-요잉운동-요잉운동-피칭운동(pitch-yaw-yaw-pitch) 구성(도 3에서 "P"와 "Y"로 각각 표시되어 있음)으로 배치되어 있다. 그러나, 이러한 구성은 비제한적이며 예시적인 것이고, 원하는 대로 손목부를 따라 다양한 피칭 관절운동 및/또는 요잉 관절운동을 제공하기 위해서 링크들의 다른 조합이 제공될 수 있다. 손목부(4)의 일반적인 구성의 원리에 대한 보다 상세한 정보는, 예를 들면, 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL TOOL HAVING POSITIVELY POSITIONABLE TENDON-ACTUATED MULTI-DISK WRIST JOINT(능동적으로 위치결정가능한 힘줄 작동식 다중 디스크 손목 관절을 가진 수술 공구)"인 2004년 11월 16일자로 발행된 미국 특허 제6,817,974 B2호에서 볼 수 있다. 케이블(45)을 포함하는 손목부 작동 힘줄은, 손목 운동을 제공하는 손목부 링크(12)의 외측 둘레 구역에 배치된 작은 구멍(46)을 통하여 뻗어 있다. 케이블(45)과 하이포튜브(245)를 포함하는 힘줄에 작용하는 일정한 장력은 손목부 링크(12)와 엔드 이펙터(3)를 샤프트(2)의 원위 단부에 적절하게 위치되게 유지시킨다.

힘줄의 바람직한 실시예를 별도로 나타내고 있는 도 6의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 것과 같이, 케이블(45)은 링크(12)에 부착하기 위해서 U자를 형성하도록 그 원위 단부에서 되접힐 수 있다. 도시된 수술 기구의 바람직한 실시예에서는, 손목부(4)의 2-자유도 관절운동(예를 들면, 피칭운동-요잉운동-요잉운동-피칭운동)을 제어하기 위해서, 도 6에 도시되어 있는 것과 같은 U자 형상의 힘줄 구조 6개가 사용될 수 있는데, 3개의 U자 형상의 힘줄은 중간 링크에서 종결되어 있고(다시 말해서, 되접혀 있고) 3개의 U자 형상의 힘줄은 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에서 클레비스(6)(클레비스의 보다 상세한 내용은 아래에 설명되어 있음)를 포함하는 원위 링크에서 종결되어 있다(다시 말해서, 되접혀 있다). 다양한 바람직한 실시예에서, 힘줄(45)은 약 5 파운드 내지 약 25 파운드의 범위에 있는, 예를 들면, 약 16.8 파운드의 최대 사용 하중(maximum working load)하에서 작동되고, 최대 사용 하중의 약 1.5배 내지 약 3배의 부하를 견딜 수 있다.

바람직한 실시예에서는, 힘줄이 U자 형상이고 손목부(4)의 각 링크(12)에서 되접혀 있지만, 케이블이 되접히지 않고 링크(12)의 단부에서 종결되는 단일 케이블로서 제공될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 구성에서는, 예를 들면, 케이블과 하이포튜브의 전체 갯수가 감소될 수 있다. 몇 가지 경우에 있어서, 상기와 같은 케이블 구성에서는 U자 형상의 케이블 구성에 사용될 수 있는 것보다 케이블의 강도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은 최소침습 로봇 수술 기구의 관절연결식 손목 기구를 작동시키는 다양한 힘줄 구성을 잘 알고 있다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서, 손목부(4)는 약 5mm 내지 약 12mm의 범위에 걸친 외경, 예를 들면, 약 5mm 내지 약 8.5mm의 외경과, 약 3/8 인치 내지 약 2/3 인치의 범위에 걸친 전체 길이(L_w)를 가질 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 피칭운동이나 요잉운동에 있어서의 손목부(4)의 운동 범위는 +/- 90도이고, 롤링운동에 있어서 손목부(4)의 운동 범위는 약 +/- 260도에 이르며, 예를 들면, +/- 180도이다. 전체 사이즈(예를 들면, 측면방향의 치수와 길이방향의 치수)는, 예를 들면, 엔드 이펙터(3)의 절단 요소의 병진운동과 엔드 이펙터(3)의 조의 파지운동을 포함하는, 엔드 이펙터(3)의 작동을 위해 손목부(4)를 통하여 전달되는 다양한 운동(그리고 대응하는 구동 기구)에 의해 제한된다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예는, 예를 들면, 상기한 운동의 범위에 걸쳐서, 손목부가 관절운동하고 롤링운동하는 동안 엔드 이펙터의 이러한 다양한 운동을 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 피칭운동 입력과 요잉운동 입력은 로봇 수술 시스템의 환자측 콘솔(예를 들면, 환자측 콘솔(1000))과 결합된 원격조종식 서보 액추에이터를 통하여 전달 기구(1)에 의해 수신될 수 있다. 예를 들면, 전달 기구(1)는 바람직한 실시예의 전달 기구(141)와 같이 구성될 수 있으며, 도 14b에 도시되어 있는, 하나의 입력 구동 디스크(40)를 통하여 피칭운동 입력을 수신할 수 있고, 다른 하나의 입력 구동 디스크(40)를 통하여 요잉운동 입력을 수신할 수 있으며, 다른 하나의 구동 디스크(40)를 통하여 전달 기구(141) 내의 입력 샤프트(한 개의 입력 샤프트(60)는 도 1b에 도시되어 있고 다른 입력 샤프트는 도면상에서 가려져 있다)를 회전시키는 입력을 수신할 수 있다. 전달 기구에 설치된 기어, 링크, 풀리 그리고 짐벌 기구의 시스템을 통하여, 예를 들면, 힘줄(45/245)의 장력을 증가 또는 감소시키는 것 및/또는 샤프트(2)를 롤링운동시키는 것을 위해서 입력 샤프트(60)의 입력과 회전이 전달될 수 있다. 관절식 링크 손목부 구조를 관절운동시키기 위해서 힘줄의 장력을 제어하는데 사용될 수 있는 전달 기구의 다양한 예에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL TOOL HAVING POSITIVELY POSITIONABLE TENDON-ACTUATED MULTI-DISK WRIST JOINT(능동적으로 위치결정가능한 힘줄 작동식 다중 디스크 손목 관절을 가진 수술 공구)"인 2004년 11월 16일자로 발행된 미국 특허 제6,817,974 B2호를 참고하면 된다.

도 3 내지 도 5를 다시 참고하면, 상기한 클레비스(6)는 엔드 이펙터(3)를 손목부(4)에 부착시키고 엔드 이펙터(3)의 대향하는 상부 조와 하부 조(7a,7b)를 지지한다. 조(7a, 7b)는 클레비스 핀(8)을 중심으로 피벗운동하여 조(7a, 7b)를 개방 위치와 폐쇄 위치로 이동시킨다. 다시 말해서, 조(7a)는 클레비스 핀(8)을 중심으로 도면상의 수술 기구의 방향에 있어서 상방으로 피벗운동하고, 조(7b)는 클레비스 핀(8)을 중심으로 하방으로 피벗운동한다. (개방 위치로 피벗이동된 엔드 이펙터 조(1607a, 1607b)를 나타내는 도 16을 참고할 수도 있다). 클레비스 핀(8)은 클레비스 귀부분(ear)(9a, 9b)의 구멍과 조(7a, 7b)의 각각과 관련된 캠 연장부(13a, 13b)에 형성된 구멍(17a, 17b)을 관통하여 뻗어 있다. 클레비스 귀부분(9a, 9b)은 각각 슬롯(10a, 10b)(도 3 및 도 5에 도시되어 있음)을 포함하고 있다. 상기 슬롯(10a, 10b)은 각각, 아래에 보다 상세하게 기술되어 있는 바와 같이, 구동 너트(16)의 반대쪽으로 뻗어 있는 돌출부(163a, 163b)를 수용한다. 각각의 캠 연장부(13a, 13b)는 각각의 구멍(17a, 17b)에 근접하여 배치된, 구동 너트(16)의 반대쪽으로 뻗어 있는 각각의 돌출부(163a, 163b)를 수용하는, 경사진 캠 슬롯(14a, 14b)을 포함하고 있다. 도 4 및 도 5의 수술 기구의 상태에 도시되어 있는 바와 같이, 캠 연장부(13a)는 원위부로부터 근위부로 향하는 방향으로 아래쪽으로 경사져 있는 캠 슬롯(14a)을 제공하고, 캠 연장부(13b)는 원위부로부터 근위부로 향하는 방향으로 위쪽으로 경사져 있는 캠 슬롯(14b)(도 5에 도시되어 있음)을 제공한다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 예를 들면, 캠 연장부(13a, 13b)는 캠 연장부(13a, 13b)가 수술 기구(100)의 다른 부분의 외측 부분, 예를 들면, 클레비스(6), 손목부(4) 및 수술 기구 샤프트(2)와 대체로 같은 높이에 있도록 하는 로우 프로파일(low profile:높이에 비해서 폭이 넓은 형태) 및 형상을 가지도록 구성되어 있고, 이로 인해, 예를 들면, 캐뉼라를 통한 수술 기구의 제거를 용이하게 할 수 있다.

조(7a, 7b)를 개폐하기 위해서, 그립 구동 리드 스크루(15) 및 이 그립 구동 리드 스크루(15)와 나사식으로 결합되는 그립 구동 너트(16)가 사용될 수 있다. 도 7a는 별도로 그립 구동 너트(16)의 바람직한 실시예의 사시도를 나타내고 있고, 도 7b는 도 7a의 7B-7B 방향을 따라 도시된 그립 구동 너트(16)의 단면도를 나타내고 있다. 도시된 실시예에서는, 그립 구동 너트(16)가 오버몰딩된 플라스틱 케이싱(162)을 가진 금속 코어(161)를 포함하고 있다. 오버몰딩된 플라스틱 케이싱(162)은 그립 구동 너트(16)의 관통구멍(164)까지 뻗어 있으며 마찰을 감소시키기 위해서 리드 스크루(15)의 나사부와 결합되는 나사부를 가진 형태로 형성되어 있다. 오버몰딩된 플라스틱 케이싱(162)은 나사부를 포함하여, 그립 구동 너트(16)에 전체적인 구조적 강도를 제공한다. 또한, 오버몰딩된 플라스틱 나사부는 리드 스크루(15)가 회전할 때 나사 위치 정밀도를 증가시키는데 도움이 된다. 더우기, 상기 오버몰딩된 플라스틱 케이싱(162)은 구동 너트(16)(도 3 내지 도 5 및 도 7의 방향에 있어서)의 상부면, 하부면, 전방면 및 후방면에 배치되어 있고 금속 코어를 둘러싸는 구동 너트(16)의 측면의 가장자리를 따라서 뻗어 있다. 상기 오버몰딩된 플라스틱 케이싱(162)은 마찰을 감소시키는데 도움이 되고, 구동 너트(16)가 리드 스크루(15)를 따라서 이동하는 동안 구동 너트(16)의 표면이 클레비스(6) 및 캠 연장부(13a, 13b)와 접촉하기 때문에, 결과적으로 위치 정밀도를 향상시킨다. 구동 너트(16)는 또한 구동 너트(16)의 양 측면에 두 개의 결합 핀(163a, 163b)을 포함하고 있다. 각각의 결합 핀(163a, 163b)은 대응하는 캠 슬롯(14a, 14b)과 클레비스(6)의 대응하는 슬롯(10a, 10b)을 통하여 뻗어 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 그립 구동 너트(16)의 관통구멍(164)의 나사부는 멀티 스타트 스레딩(multi-start threading)이고, 회전당 약 0.1 인치의 리드(lead)를 가지고 있다. 멀티 스타트 스레딩을 제공하는 것에 의해, 너트와 리드 스크루의 제조가능성을 용이하게 하는 것, 강도를 향상시키는 것 및/또는 리드 스크루를 따라 2 방향으로 너트의 이동을 용이하게 하는 것을 가능하게 한다. 또한, 바람직한 실시예에 있어서, 구동 너트(16)의 코어(161)는 스테인레스 강, 예를 들면, 17-4 스테인레스 강과 같은 스테인레스 강 합금으로 이루어질 수 있다. 오버몰딩된 플라스틱 부분(162)은 금속 코어에 고정되도록 도포될 수 있는 비교적 고강도의, 저마찰성 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

리드 스크루(15)는 샤프트(2)에 대한 자신의 위치를 유지하기 위해 클레비스 핀(8)에 대하여 멀리 배치되어 있고 자신의 근위 단부에서 토크 구동 구성요소(18)와 연결되어 있다. 토크 구동 구성요소(18)와의 연결은, 예를 들면, 리드 스크루(15)의 근위 단부를 토크 구동 구성요소(18)의 원위 단부에 맞대기 용접하는 것에 의해 이루어질 수 있지만, 이러한 연결은 비제한적이며 단지 예시적인 것이다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 리드 스크루(15)의 나사가 형성되어있지 않은 원위 단부는, 절단 요소의 컷팅 블레이드(19)를 수용하는 클레비스 핀(8)의 노치(28)의 대체로 반대쪽에 배치된 클레비스 핀(8)에 형성된 카운터보어 구멍에 수용될 수 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 리드 스크루(15)는 손목부(4)에서 멀리, 실질적으로 클레비스(6) 내에 위치되어 있다. 클레비스 핀(8)은 리드 스크루(15)가 클레비스 핀(8)을 지나서 원위 방향으로 이동하는 것을 방지하는 원위 정지부(distal stop)로서 작용을 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 예를 들면, 전달 기구(1)에 설치된 스러스트 볼 베어링(도시되어 있지 않음)과 같은 근위 정지부(proximal stop)는 리드 스크루(15)가 근위 방향으로 지나치게 멀리 이동하는 것을 방지할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 스러스트 볼 베어링은 도 14a의 바람직한 실시예에 도시된 래크와 피니언(50)을 포함하는 모터 조립체의 섀시(chassis)에 배치될 수 있는 데, 이때 중공형 구동 샤프트(218)는, 조(7a, 7b)가 개방되어 있는 경우에 근위 방향으로 리드 스크루 조립체(lead-screw assembly)가 이동할 때 중공형 구동 샤프트(218)와 리드 스크루 조립체의 축방향의 스러스트 로드(thrust load)를 흡수하기 위해 모터 조립체의 섀시에 근접하여 배치되어 있다. 이에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR(모터를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 제US 61/491,698호(2011년 5월 31에 출원)와 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION(검출된 결함 조건을 위한 제어를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 제US 61/491,671호(2011년 5월 31에 출원)를 참고하면 된다.

이와 같이, 리드 스크루(15)가 회전함에 따라(아래에 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 중공형 구동 샤프트(218)와 토크 구동 구성요소(18)의 회전 운동을 통하여), 구동 너트(16)는 리드 스크루(15)를 따라서 이동한다. 리드 스크루(15)를 따라서 행해지는 구동 너트(16)의 이동에 의해 상기 결합 핀(163a, 163b)이 대응하는 캠 슬롯(14a, 14b)을 따라서 이동하게 되어 조(7a, 7b)를 개폐한다. 다시 말해서, 구동 너트(16)가 원위 방향으로 이동함에 따라, 조(7a, 7b)가 클레비스 핀(8)을 중심으로 피벗운동하여 조(7a, 7b)를 개방 위치로 이동시킨다. 구동 너트(16)가 근위 방향으로 이동함에 따라, 조(7a, 7b)가 클레비스 핀(8)을 중심으로 피벗운동하여 조(7a, 7b)를 폐쇄 위치로 이동시킨다. 캠 슬롯(14a, 14b)의 원위 단부에서의 상기 결합 핀(163a, 163b)의 위치가 조(7a, 7b)의 완전히 개방된 상태를 정한다. 캠 슬롯(14a, 14b)의 근위부에서의 상기 결합 핀(163a, 163b)의 위치(다시 말해서, 대략 도 3에 도시된 위치에서, 캠 슬롯(14a, 14b)의 근위 단부에서 약간 먼 위치)가 조(7a, 7b)의 완전히 폐쇄된 상태를 정한다. 캠 슬롯(14a, 14b)의 근위 단부에서 약간 먼 쪽에 있는 상기 결합 핀(163a, 163b)의 위치에 대응하도록 조(7a, 7b)의 완전히 폐쇄된 상태를 정하는 것은, 캠 슬롯 표면을 누르는 결합 핀(163a, 163b)이 조(7a, 7b)의 완전 폐쇄를 달성하는 것을 중단시키지 않도록 하는 것을 돕는다. 상기한 바와 같이, 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 리드 스크루(15)는, 예를 들면, 리드 스크루의 구동 기구를 통하여, 최종적으로 토크 제한 스프링(torque-limiting spring)에 결합될 수 있고, 상기 토크 제한 스프링은, 예를 들면, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 미국 가특허출원 제US 61/491,804호(2011년 5월 31일에 출원)에 개시되어 있는 것과 같이, 조(7a, 7b)의 완전히 폐쇄된 상태를 정하는 기구로서 작용한다.

작은 공간의 제한과 비교적 큰 범위의 다양한 수술 기구의 자유도 운동이라는 조건하에서도, 스크루와 너트는 캠 슬롯(14a, 14b)을 피벗운동시키는 것과 결합되어 조(7a, 7b)에 의해 강한 파지력이 달성될 수 있게 한다. 다양한 바람직한 실시예에서, 캠 슬롯(14a, 14b)은 구동 너트(16)의 선형 운동을 조(7a, 7b)의 파지 운동으로 변환시키는데 있어서 약 4:1의 클램프식 기계적 장점(clamped mechanical advantage)을 제공할 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 다양한 다른 조 작동 기구가 사용될 수 있다는 사실을 알 것이며, 다른 실시예에서는 단 하나의 이동 조(moving jaw)가 사용될 수 있고, 다른 대향하는 조는 제위치에 고정되어 있다. 각각의 결합 핀(163a, 163b)을 대응하는 클레비스 귀부분 슬롯(10a, 10b)을 관통하여 위치시키는 것은 구동 너트(16)가 클레비스(6) 내에서 비틀리는 것을 방지하여 너트의 움직임의 안정성, 결과적으로 조(7a, 7b)의 개폐의 안정성을 향상시키는데 도움을 준다.

비교적 큰 범위의 손목부(4)의 관절운동(예를 들면, 직교하는 피칭 관절운동 및/또는 요잉 관절운동) 및/또는 수술 기구의 롤링운동을 통하는 것을 포함하여, 손목부(4)를 통하여, 리드 스크루(15)를 회전시키는데 필요한 토크를 전달하기 위해서, 구동 샤프트(218)에 연결되어 있으며 구동 샤프트(218)에 의해 구동되는 토크 구동 구성요소(18)가 다양한 바람직한 실시예에 따라 사용된다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 사용될 수 있는 토크 구동 구성요소(18)는 복수의 레이어로 된, 튜브형 케이블 구조를 포함하고 있다. 상기 레이어로 된 구조는, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바람직한 실시예와 관련하여 보다 상세하게 설명되어 있는 것과 같이, 상이한 방향의 여러 권선부를 포함하는 인접한 레이어를 가질 수 있다. 도 8a 및 도 8b의 바람직한 실시예는 3 레이어의 권선부를 포함하고 있지만, 본 발명은 3 레이어로 제한되는 것은 아니다. 좀 더 정확히 말하면, 다양한 바람직한 실시예에 따른 토크 구동 구성요소는 두 개 이상의 레이어의 권선부를 포함할 수 있고, 예를 들면, 각각의 레이어는 상이한 방향으로 감긴 나선형 권선을 가지고 있다.

도 8a 및 도 8b는 튜브형 구조의 3 레이어의 비교적 촘촘하게 감긴 권선부(코일)(181, 182, 183)(도 8b의 단면도에 가장 잘 도시되어 있음)를 포함하는 토크 구동 구성요소(18)의 한 가지 바람직한 실시예를 나타내고 있다. 내측 권선부(181)와 외측 권선부(183)는 각각 튜브를 따라서 제1 방향으로 가로지르는 나선형 권선을 제공하도록 꼬여 있다. 중간 권선부(182)는 내측 권선부와 외측 권선부 사이에 배치되어 있으며, 튜브를 따라서 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 가로지르는 나선형 권선을 제공하도록 꼬여 있다. 꼬임(twist)의 제1 방향은, 조(7a, 7b)를 폐쇄 위치로 이동시키기 위해서 리드 스크루(15)를 이동시키는 방향으로 내측 권선부(181)와 외측 권선부(183)를 서로에 대해 압축시키도록 향해 있다. 따라서, 도 4 및 도 5에서 볼 수 있는 것과 같이, 리드 스크루(15)의 나사부와 외측 권선부(183)의 나선형 패턴은 반대 방향이다. 특히, 도시된 바람직한 실시예에서, 외측 권선부(183)는 오른쪽에서 왼쪽으로 시계 방향으로 상승하는 나선형 패턴의 권선부를 가지고 있고 리드 스크루(15)의 나사부는 왼쪽에서 오른쪽으로 시계 방향으로 상승한다. 충분한 파지력을 제공하기 위해서 조(7a, 7b)를 폐쇄 위치로 이동시키는데 필요한 토크(T_close)(도 4에 도시되어 있음)는 조(7a, 7b)를 개방 위치로 이동시키는데 필요한 토크(T_open)(도 4에 도시되어 있음)보다 크다. 따라서, 두 개의 내측 권선부와 외측 권선부(181, 183)는 이러한 큰 토크를 견디도록 제공되어 있다. 토크 구동 구성요소(18)는 중공형 케이블 구조이기 때문에, 피칭운동과 요잉운동, 그리고 이들의 조합을 포함하여, 모든 방향으로 저마찰 상태로 대체로 동일하게 만곡된다. 따라서, 토크 구동 구성요소(18)는 손목부(4)의 관절운동 자유도 및 롤링운동 자유도를 크게 제한하지 않고서 리드 스크루(15)를 회전시키는데 충분한 손목부(4)를 통한 토크의 전달을 달성하기 위해서 비교적 높은 토크 전달 능력과 함께 비교적 작은 굽힘력을 제공한다. 이와 관련하여, 모든 방향에 있어서의 유연성이 롤링운동 동안에 다양한 요소들의 동심성(concentricity)을 유지시키는 것을 용이하게 한다.

한 가지 예로서, 폐쇄 위치에서의 조(7a, 7b)의 파지 압력은, 다양한 방향(다시 말해서, 피칭운동 방향 및/또는 요잉운동 방향)으로 적어도 약 60도의 범위로 관절연결된 손목부로 혈관 밀봉을 달성하기에 충분하였다. 다양한 바람직한 실시예에서, 폐쇄 위치에 있을 때의 조(7a, 7b)에 의해 가해진 끝부분 힘(tip force)은 다양한 방향(다시 말해서, 피칭운동 방향, 요잉운동 방향, 또는 이들의 조합)에 있어서 적어도 약 +/- 60 도의 손목부 관절운동의 범위 전체에 걸쳐서 약 4.25 파운드 내지 약 8.75 파운드의 범위에 있다. 또한, 다양한 바람직한 실시예에서, 조(7a, 7b)는 폐쇄 위치에서 조직(예를 들면, 혈관)의 밀봉(접합)을 시행하기 위해서 충분히 큰 파지 압력을 제공하도록 구성되어 있다. 비제한적인 예로서, 폐쇄 위치에서 조(7a, 7b)에 의해 조직에 가해지는 압력은 약 80 psi 내지 약 220 psi의 범위, 예를 들면 약 95 psi 내지 약 200 psi의 범위에 있다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서, 내측 권선부(181)는 약 0.045 인치의 외경과 약 .125 왼쪽 꼬임(Left Hand Lay)의 피치(pitch)를 가질 수 있고; 중간 권선부(182)는 약 0.059 인치의 외경과 약 .110 오른쪽 꼬임(Right Hand Lay)의 피치를 가질 수 있으며; 그리고 외측 권선부(183)는 약 0.0775 인치의 외경과 약 .140 왼쪽 꼬임(Left Hand Lay)의 피치를 가질 수 있다.

다른 바람직한 실시예에서는, 예를 들면, 도 17의 실시예와 관련하여 아래에 보다 상세하게 기술되어 있는 것과 같이, 보다 매끈한 표면을 제공하기 위해서 복수의 레이어로 된 토크 구동 구성요소의 외측 레이어의 외측 표면의 일부분이, 예를 들면, 연삭을 통하여, 제거될 수 있고, 이로 인해 토크 구동 구성요소의 유연성의 증가, 그립력의 일관성(consistency)의 강화 및/또는 토크 구동 구성요소와 손목부 사이의 클리어런스의 증가가 초래될 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 스프링, 예를 들면, 전달 기구(1)에 제공된 스프링은 조(7a, 7b)를 폐쇄시키는 것을 도와주기 위해서 사용될 수 있고, 특히 수술 기구(100)를 캐뉼라를 통하여 수술 부위로부터 후퇴시키는 것이 바람직할 경우에 조(7a, 7b)를 폐쇄시키는 것을 도와주기 위해서 사용될 수 있다. 이러한 스프링-작동식 기구는 캐뉼라를 통하여 수술 기구를 후퇴시키기 전에 조(7a, 7b)가 폐쇄 위치에 있지 않은 경우에 엔드 이펙터(3)에 대한 손상을 방지하는데 도움이 될 수 있다. 절단/접합 최소침습 로봇 제어식 수술 기구의 조를 폐쇄시키는 것을 도와주는 스프링-작동 기구를 제공하는 것에 관한 부가적인 상세한 내용에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 둘 다 "DECOUPLING INSTRUMENT SHAFT ROLL AND END EFFECTOR ACTUATION IN A SURGICAL INSTRUMENT(수술 기구에서의 기구 샤프트 롤링운동과 엔드 이펙터 작동의 디커플링)"인 미국 가특허출원 US 61/491,798호 및 미국 특허출원 US 13/297,168호(2011년 5월 31과, 2011년 11월 15일에 각각 출원)를 참고하면 된다.

당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 도 4, 도 5, 도 8a 및 도 8b에 도시된, 입력 토크(T_open 및 T_close)의 방향과 함께 다양한 권선부/나사부의 방향은 본 발명의 기술영역으로부터 벗어나지 않고서 반대로 될 수 있다는 사실을 잘 알 수 있을 것이다.

도 9를 참고하면, 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 조(7a, 7b)(도 9는 하부 조(7b)만 도시하고 있고; 상부 조(7a)는 유사하게 구성되어 있음)는 캠 연장부(13b), 전극 지지부(91b) 그리고 외측 커버부(92b)를 포함하는 금속 코어부(90b)를 포함할 수 있다. 전극 지지부(91b)와 외측 커버부(92b)는 플라스틱 물질로 이루어질 수 있다. 전극 지지부(91b)는 전극(21b)을 금속 코어로부터 절연시킨다. 외측 커버부(92b)는 결합된 금속 코어부(90b)와 전극 지지부(91b)를 수용하여 지지한다. 금속 코어부(90b)는 조(7a, 7b)가, 예를 들면, 최소한으로 휘면서, 파지와 관련된 힘을 견딜 수 있도록 조(7a, 7b)에 강도를 제공할 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 금속 코어부(90b)는 스테인레스 강 또는 예를 들면, 17-4 스테인레스 강과 같은 스테인레스 강 합금으로 이루어질 수 있다. 전극 지지부(91b)와 외측 커버부(92b)는 금속 코어부(90b) 둘레에, 예를 들면, 유리 충전 폴리프탈아미드(glass-filled polyphthalamide(PPA)), 예를 들면, 10 퍼센트 내지 30 퍼센트 유리 충전 폴리프탈아미드(PPA)와 같은, 플라스틱을 오버몰딩하는 것에 의해서 만들어질 수 있다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서, 조(7a, 7b)는 멀티-샷 성형 공정(multi-shot molding process)을 이용하여 형성될 수 있다. 전극 지지부(91b)는 제1 성형 단계에서 형성될 수 있고 외측 커버부(92b)는 제2 성형 단계에서 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 금속 코어부(90b)는 금속 사출 성형(MIM)에 의해 만들어질 수 있다. 대체 실시예에서는, 금속 코어부(90b)가 기계가공될 수 있다. 전극(21b)은 전극 지지부(91b) 위에 위치되어, 제2 성형 단계 동안에 전극 지지부에 고정될 수 있다. 당해 기술 분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 상부 조(7a)가 하부 조(7b)와 동일한 방식으로 형성될 수 있다는 사실을 잘 알 것이다.

본 명세서에 기술되어 있는 것과 같이, 파지에 부가하여, 엔드 이펙터(3)의 조(7a, 7b)는 조직을 서로 접합하기 위해서, 예를 들면, 절개된 혈관의 단부를 밀봉하기 위해 절개된 혈관의 조직을 접합하기 위해서 전기외과수술용 에너지를 공급하도록 구성되어 있다. 도 4 및 도 5를 다시 참고하면, 각각의 조(7a, 7b)는 대응하는 전도체(1la, 1lb)로부터 에너지를 받아들이는 전극(21a, 21b)을 포함하고 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 각각의 전극(21a, 21b)은 전극과 전극의 사이에서 조직을 접합하기에 충분한 2극성 에너지(bipolar energy)를 발생시키기 위해서 2극성 에너지원으로부터 한 개의 극(pole)을 수용하고 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 상기 에너지원의 전압은 약 100Hz 내지 약 400Hz 범위의 주파수에서 약 220 V_p 일 수 있고, 전력은 약 240W 내지 약 360W 일 수 있으며, 전극(21a, 21b)의 온도는 약 100℃ 일 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 전극(21a, 21b)은 스테인레스 강으로 될 수 있고, 전도체(11a, l1b)를 통하여 전기 에너지를 전도하기 위한 제어 알고리즘(control algorithm)은, 도 12a 및 도 12b의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 예를 들면, 중앙 제어 콘솔(3000)을 이용하여 원격조종식 로봇 수술 시스템을 통하여 실행될 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 전극(21a, 21b)에 조직이 달라붙는 것을 방지하기 위하여, 예를 들면, 독일 에르베엘렉트로메디찐 게엠베하(ErbeElektromedizin, GmbH)의 전기외과수술용 발전기 제품에 사용될 수 있는 것과 같은 2극성 에너지원 알고리즘이 실행될 수 있다(예를 들면, 도 12b의 발전기(3090)를 통하여). 전도체(11a, 1lb)는 와이어를 둘러싸는 절연 레이어로 보호된 임의의 적절한 전도성 와이어로 될 수 있다. 한 가지 바람직한 실시예에서는, 전도체(11a, 1lb)가 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene:ETFE) 절연 레이어를 가진 구리 합금 와이어를 포함할 수 있다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서 각 전극(21a, 21b)의 길이, L_e는, 예를 들면, 약 16mm 내지 약 18mm의 범위에 있을 수 있고, 이 범위는 약 7mm의 직경을 가진 혈관을 밀봉하는데 바람직할 수 있다. 대응하는 조(7a, 7b) 뿐만 아니라 전극(21a, 21b)의 폭은, 근위 단부에서는 넓은 폭을 가지고 원위 단부에서는 좁은 폭을 가지는 대체로 테이퍼형 형상(tapered shape)을 나타낼 수 있다. 이러한 테이퍼형 형상(tapered shape)은 혈관의 절개를 포함하여, 조직의 절개에 유리할 수 있다. 예를 들면, 테이퍼형 형상은 절개를 하는 동안 가시성(visibility)을 향상시킬 수 있고 조직을 가르기 위한 보다 작은 접촉 면적을 제공할 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 근위 단부에서의 상기 폭, W_e,p 는 약 2.5mm 내지 약 5.5mm의 범위에 있고, 예를 들면, 상기 폭이 약 5mm로 될 수 있고; 원위 단부에서의 상기 폭, W_e,d 는 약 2.5 mm 내지 약 3.5mm의 범위에 있고, 예를 들면 상기 폭이 약 3mm로 될 수 있다. 전극(21a, 21b)의 폭은 조(7a, 7b) 사이에 고정되어 있는 절개된 조직의 양 측(예를 들면, 혈관의 절개된 양 단부)을 접합하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 폭은 절개된 조직의 양 측에 적어도 약 1mm 밀봉부를 제공하도록 선택될 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서 각 전극(21a, 21b)의 두께는 약 0.005 인치 내지 약 0.015 인치의 범위에 있고, 예를 들면, 상기 두께가 약 0.010 인치일 수 있다. 조직이 전극(21a, 21b)에 달라붙는 것을 방지하는데 도움을 주기 위해서, 전극의 표면이 마이크로-인치 표면 마감처리(micro-inch surface finish), 예를 들면, 8 마이크로-인치 표면 마감처리로 마감처리될 수 있다.

도시되어 있는 바와 같이, 각각의 전극(21a, 21b)은, 아래에서 보다 상세하게 기술하겠지만, 절단 요소가 조(7a, 7b)에 대하여 근위 방향과 원위 방향으로 병진운동할 때에 절단 요소를 위한 트랙을 수용하고 제공하도록 구성된 그루브(23b)(전극(21a)의 대응하는 그루브는 도 3 내지 도 5에서는 시야에서 가려져 있음)를 구비하고 있다. 조(7a, 7b)의 폐쇄 위치에서는, 각각의 조(7a, 7b)의 원위 단부에 배치된 스페이서 립(22a, 22b)과, 각 전극(21a, 21b)의 근위 단부에 배치된 스페이서 바(26a, 26b)에 의해 틈새(g)(도 3 참고)를 형성하도록 전극(21a, 21b)이 서로 이격된 상태로 유지되어 있다. 조직의 효과적인 고정과 밀봉을 보장하기 위해서 전극 표면의 전체 길이에 걸쳐서 전극 표면들이 충분히 근접하도록 하면서 전극 표면의 길이 전체에 걸쳐서 일정한 틈새(g)를 형성하기 위해서 전극(21a, 21b)의 표면 위로의 스페이서 바(26a, 26b)의 높이는 전극 표면 위로의 스페이서 립(22a, 22b)의 높이보다 약간 낮을 수 있다.

당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 스페이서 립(22a, 22b) 및/또는 스페이서 바(26a, 26b)에 부가하거나 대신하여 다른 구성의 스페이서 구조가 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 조(7a, 7b)가 폐쇄 위치에 있을 때 전극 표면과 전극 표면 사이에 틈새를 유지하기 위해서 스페이서 구조가 전극 표면의 길이를 따라서 놓인 장소에 배치될 수 있다. 단지 하나의 예로서, 도 16에 도시되어 있는 것과 같은 실시예에 있어서, 조(1607a, 1607b)는, 예를 들면, 전극(1621a, 1621b)의 길이를 따라서 중심 부분에 배치된, 전극(1621a, 1621b)의 상부 표면상의 스페이서 구조(1627a, 1627b)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 스페이서 구조(1627a, 1627b)는 한 전극 또는 양 전극(1621a, 1621b)에 관통구멍을 제공하는 것에 의해서 형성될 수 있는데, 각 전극(1621a, 1621b)의 밑에 있는 성형 재료가 상기 관통구멍을 통하여 전극 표면을 넘어서 유동할 수 있게 된다. 전극 표면 위로 솟아오르는 성형 재료가 스페이서 구조(1627a, 1627b)를 형성할 수 있다. 이러한 방식으로, 스페이서 구조와 밑에 있는 전극 지지부(예를 들면, 도 9의 전극 지지부(92b)와 같은 것)가 일체로 결합된다. 이러한 방식으로 스페이서 구조를 제공하는 것에 의해, 비교적 간단한 제작 공정을 이용하여 비교적 작은 스페이서를 전극의 길이를 따라서 배치할 수 있다. 물론 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 이러한 스페이서 구조의 형성은 상기의 제작 공정으로 제한되는 것이 아니며, 전극 표면을 따라서 상기와 같은 스페이서 구조를 제공하는 다양한 기술이 사용될 수 있다는 사실을 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 비록 도 16의 바람직한 실시예는 양 전극(1621a, 1621b)상의 두 개의 스페이서 구조를 나타내고 있지만, 필요에 따라, 임의의 갯수의 상기와 같은 스페이서 구조가 한 전극 또는 양 전극(1621a, 1621b)에 제공될 수 있다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서, 조(7a, 7b)가 폐쇄 위치에 있을 때 전극(21a)과 전극(21b) 사이의 틈새(g)(도 3에 도시되어 있음)는 천분의 1인치의 수 배 정도, 예를 들면, 약 0.004 인치이다.

도 4 및 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 각각의 조(7a, 7b)에는, 각각의 조(7a, 7b)의 폭을 대체로 가로질러서 뻗어 있는 작은 오목부(24a, 24b)가 대응하는 전극(21a, 21b)의 원위부에, 다시 말해서, 전극(21a, 21b)과 스페이서 립(22a, 22b)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 오목부(24a, 24b)는 고정된 조직이 엔드 이펙터(3)의 원위 단부를 통하여 조(7a, 7b)의 파지상태로부터 미끄러져 빠져나가는 것을 방지하는데 도움을 주기 위해 상부 조(7a)와 하부 조(7b) 사이에 고정된 조직을 수용할 수 있다. 스페이서 립(22a, 22b)도 조직이 엔드 이펙터(3)의 원위 단부를 통하여 미끄러져 이동하는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 상기 오목부(24a, 24b)는 약 0.1mm 내지 약 0.4mm의 범위에 걸친 깊이를 가질 수 있다.

또한, 다양한 바람직한 실시예에서, 상부 조(7a)는, 예를 들면, 상부 조(7a)를 가로질러서 뻗어 있는 라인(29)의 형태로 된 마킹을 포함할 수 있다. 라인(29)의 배치는, 절단 시술을 하는 동안 절단 기구가 조(7a, 7b)를 따라서 이동하는 범위까지 외과의사에게 식별할 수 있는 지표(indicator)를 제공하도록 선택되어 있다. 이런 식으로, 외과의사는, 라인(29)과 컷팅 블레이드(아래에 보다 상세하게 기술되어 있음)의 격납 위치 사이에 놓여 있는 조(7a, 7b)에 포획된 조직이 절단 시술을 하는 동안 컷팅 블레이드의 경로에 있을 것이라는 가시적인 지표를 가질 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 라인(29)은 조를 레이저 마킹(laser-marking)하는 것에 의해 만들어질 수 있다.

수술 또는 캐뉼라를 통하여 수술 기구가 통과하는 것을 방해하는 것을 피하기 위해서, 도 2a 및 도 2b와 관련하여 상기한 바와 같이, 전도체(1la, 1lb)는 엔드 이펙터(3)에서 오목하게 되어 있으며 손목부(4)의 측면 채널(47)(도 3 및 도 5에 도시되어 있음)을 통과한 다음 샤프트(2)를 통하여 근위부로 다시 뻗어 있다. 전도체(11a, l1b)는 최종적으로, 예를 들면, 도 12a 및 도 12b에 도시된 원격조종식 로봇 수술 시스템의 중앙 제어 콘솔(3000)에 배치될 수 있는 전원에 연결된다. 바람직한 실시예에 있어서, 중앙 제어 콘솔(3000)에 부가된 별개의 하나 이상의 컨트롤러(3080/3090)가 전력을 전도체(11a, l1b)에 공급하기 위해서 전력 연결부를 가질 수 있고; 대체 실시형태로서, 전원이 중앙 제어 콘솔(3000)과 통합될 수 있다. 또한, 다양한 바람직한 실시예, 엔드 이펙터(3)의 작동, 특히 조(7a, 7b)의 개방 및 폐쇄와의 간섭을 최소화하기 위해서, 전도체(1la, 1lb)는, 전도체(1la, 1lb)가 조(7a, 7b)에 대하여 위치될 때, 도 5의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 것과 같이, 느슨한 부분(slack)을 구비할 수 있다.

상기한 바와 같이, 파지 및 접합에 부가하여, 수술 기구(100)는 절단을 수행하도록 구성될 수 있다. 따라서 엔드 이펙터(3)는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 짧은 컷팅 블레이드(19)의 형태로 된 절단 요소(도 10 및 도 11에도 도시되어 있음)를 또한 포함하고 있다. 컷팅 블레이드(19)는 절단 요소 구동 구성요소(20)에 의해 엔드 이펙터(3)에 대해 원위부와 근위부로 병진운동한다. 컷팅 블레이드(19)는 최근위(proximal-most) 위치, 소위 격납 위치(garaged position)와 최원위(distal-most) 위치 사이로 이동한다. 최근위 위치인 격납 위치에서는, 컷팅 블레이드(19)의 근위 단부는 클레비스 핀(8)에 형성된 노치(28)에 수용되어 있고 컷팅 블레이드(19)의 측면은 캠 연장부(13a, 13b)의 대향하는 표면에 인접해 있는 대향하는 격납 구조(garage feature)(도 4, 도 5, 도 9, 그리고 도 11에는 격납 구조 27b만 도시되어 있고, 상부 조(7a)에 대해서는 유사한 구조가 시야에서 가려져 있다)에 의해 보호되어 있다. 대향하는 격납 구조(27b)는 조직이 조(7a, 7b)의 근위 단부로 들어가서 컷팅 블레이드(19)와 접촉하지 못하게 하는 것에 도움이 된다. 최원위 위치에서는, 컷팅 블레이드(19)의 원위 단부는 조(7a, 7b)의 대향하는 전극 표면(21a, 21b)에 각각 형성된 그루브(23a, 23b)의 원위 단부에 위치되어 있다. 아래에서 설명하겠지만, 절단 요소 구동 구성요소(20)는 대체로 유연성이 있기 때문에, 컷팅 블레이드(19)가 조(7a, 7b)를 따라서 이동할 때 그루브(23a, 23b)는 컷팅 블레이드(19)를 일직선으로 유지시킨다.

도 11을 참고하면, 컷팅 블레이드(19)가 최원위 위치에 있을 때 하부 조(7b)에 대한 컷팅 블레이드(19)의 위치가 도시되어 있다. 따라서, 컷팅 블레이드(19)의 병진운동의 전체에 걸쳐서, 컷팅 블레이드(19)는 엔드 이펙터(3) 내에 머물러 있고; 부가적으로, 도 4에 도시된 컷팅 블레이드(19)의 격납 위치에서는, 컷팅 블레이드(19)가 전극 표면(21a, 21b) 뒤로 후퇴되어 대체로 클레비스 핀(8)과 엔드 이펙터(3)의 격납 구조(상기한 격납 구조(27b)와 상부 조 (7a)의 대응 요소)내에 있다. 게다가, 수술 기구(100)의 작동의 안전성을 높이기 위해서, 조(7a, 7b)가 폐쇄 위치에 있지 않으면, 격납 위치로부터 나오는 절단 요소(19)의 작동(다시 말해서, 병진운동)이 일어나는 것이 방지될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 이러한 작동은, 예를 들면, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "POSITIVE CONTROL OF ROBOTIC SURGICAL END EFFECTOR(로봇 수술 기구 엔드 이펙터의 능동 제어)" 인 미국 가특허출원 제 US 61/491,647호(2011년 5월 31일에 출원)에 개시되어 있는 바와 같이, 절단 요소 구동 구성요소(20)를 구동시키는 작동을 제어하는 컨트롤러 및 소프트웨어를 통하여 일어날 수 있다. 로봇 수술 시스템(예를 들면, 로봇 수술 시스템은 도 14a의 모터(5)와 같은 내장형 모터의 사용을 포함할 수 있다)을 이용하여 제어되고 구동되는 절단 요소를 위해 실행될 수 있는 다른 제어 특징에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR(모터를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,698호(2011년 5월 31에 출원)와, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION(검출된 결함 조건을 위한 제어를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,671호(2011년 5월 31에 출원)를 참고하면 된다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 절단 요소가 슬롯(23a, 23b)에서 빠져나와서 조(7a, 7b)의 외부로 나갈 위험이 없이, 컷팅 블레이드(19)가 슬롯(23a, 23b) 내에서 안전하게 뻗을 수 있도록 조(7a, 7b)가 충분히 폐쇄될 때까지 소프트웨어적 특징(software feature)이, 예를 들면, 모터(5)의 제어를 통하여, 컷팅 블레이드(19)의 작동을 막는다.

도 5 및 도 10에 도시된 바람직한 실시예에 있어서, 상기한 바와 같이, 절단 요소 구동 구성요소(20)는 컷팅 블레이드(19)의 근위 단부에 용접되어 있는 원위 단부를 가진 케이블이다. 컷팅 블레이드(19)가 케이블(20)에 부착되는 곳에 날카로운 가장자리 및/또는 뭉툭한 표면을 없애기 위해, 컷팅 블레이드(19)와 케이블(20)이 두 개의 구성요소들 사이에 매끈한 경계면를 제공하기 위해 서로 혼합 용접될 수 있다. 상기 두 개의 구성요소들 사이에 비교적 매끈한 경계면를 제공하는 것에 의해 절단 시술을 하는 동안 절단 요소가 조직에 달라붙는 위험을 감소시킬 수 있다. 상기 절단 요소 구동 구성요소(20)는 근위 단부에서, 선형 추진력(미는 힘/당기는 힘)을 절단 요소 구동 구성요소(20)에 제공하고 롤링운동 자유도를 허용하도록 구성되어 있는 전달 기구(1)에 부착되어 있고, 그리고 상기한 바와 같이, 샤프트(2) 및 손목부(4)의 중심을 통하여 엔드 이펙터(3)로 뻗어 있다. 절단 요소 구동 구성요소(20)의 케이블 구조는, 절단을 실행하기 위해 조직을 관통하는 것을 포함하여, 컷팅 블레이드(19)를 병진운동시키기 위해서 전달 기구(1)로부터의 미는 작동력/당기는 작동력을 견디고 전달하도록 충분한 압축 강도 및 인장 강도를 제공하면서, 자신의 길이방향의 축에 대해서 다양한 방향으로의 구부러짐을 견디기 위해 충분히 유연하다. 상기 절단 요소 구동 구성요소(20)가 샤프트(2)와 손목부(4)의 중심을 통하여 뻗어 있는 것은, 절단 시술을 하는 동안 엔드 이펙터(3)에 대한 컷팅 블레이드(19)의 중심맞춤(centering)을 제공하면서 수술 기구(100)가 비교적 콤팩트한 설계형태를 가질 수 있게 해 준다. 또한, 절단 요소 구동 구성요소(20)의 중심 배치에 의해, 절단 요소 구동 구성요소(20)가 손목부(4)를 통하여 이동할 때, 특히 컷팅 블레이드(19)를 병진운동시킬 때, 손목부(4)가 관절운동 및/또는 롤링운동하는 경우에, 절단 요소 구동 구성요소(20)에 작용하는 마찰을 감소시킬 수 있다. 이런 방식으로, 절단 요소 구동 구성요소(20)가 중심부가 아니라 수술 기구(100)의 외측 둘레부 쪽으로 뻗어 있는 구성과 대비하여 컷팅 블레이드(19)를 구동시키는데 필요한 힘이 감소될 수 있다. 또한, 절단 요소 구동 구성요소(20)의 중심 배치에 의해, 관절운동하는 동안 컷팅 블레이드(19)를 격납 위치에 남아있게 하여, 손목부(4)의 관절운동 동안 실질적으로 길이의 변화가 생기지 않게 할 수 있다.

대체 실시예(도시되어 있지 않음)에서는, 케이블 구조 대신에, 절단 요소 구동 구성요소(20)가, 예를 들면, 나이티놀 와이어(nitinol wire)와 같은 고인장 강도와 압축 강도를 가지고 있는 초탄성 플렉시블 와이어(superelastic flexible wire)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 바람직한 실시예에서는, 컷팅 블레이드(19)가 나이티놀(nitinol)로 만들어질 수 있다.

리드 스크루(15)와 토크 구동 구성요소(18)는 양자 모두 중공체이고, 절단 요소 구동 구성요소(20)는 리드 스크루(15)와 토크 구동 구성요소(18)의 중공 중심을 통하여 뻗어 있다. 따라서, 토크 구동 구성요소(18)와 절단 요소 구동 구성요소(20)의 최종 결합 구조는, 상기 결합 구조가 손목부(4)를 통과할 때 비교적 저마찰을 가진 상태로, 피칭운동, 요잉운동, 그리고 피칭운동과 요잉운동의 조합으로 동일하게 구부러진다. 이런 식으로, 비교적 작은 손목부(4)가 직교좌표상의 피칭운동, 요잉운동, 그리고 롤링운동 자유도로 작동할 수 있게 하는 콤팩트한 구성에 있어서 파지 자유도 및 절단 요소 병진운동 자유도가 손목부(4)를 통하여 엔드 이펙터(3)로 전달될 수 있다. 결과적으로, 최소침습 수술 기구는, 조직 접합 및 절단의 통합 기능을 가진 엔드 이펙터와, 이 엔드 이펙터를 직교좌표상의 피칭운동, 요잉운동, 그리고 롤링운동(롤링운동은, 샤프트(2)가 롤링운동하는 것 못지 않게 필수적인 손목부(4) 피칭운동과 요잉운동을 변경시킴으로써 가능하게 된다)에 적합하게 맞추는 손목 기구를 가지고 있는 것으로 되어 있다.

도 10을 참고하면, 한 가지 바람직한 실시예에서, 컷팅 블레이드(19)가 오목한 "V"자 형상의 절단면(190)을 가지는데, 이 오목한 "V"자 형상의 절단면(190)은 조직을 절단면으로 끌어들이는데 도움이 될 수 있다. 그러나, 이러한 구성은 비제한적이며 단지 예시적인 것이고, 다른 구성에서는 컷팅 블레이드가 곧은 절단면, 각진 절단면 또는 만곡된 절단면을 가질 수 있다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에서는, 절단 시술의 종료 후 후진 구동시에 컷팅 블레이드(19)가 꼼짝 못하게 되는 위험을 최소화하기 위해서 컷팅 블레이드(19)의 근위 단부가 둥근 상부 코너를 가질 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 컷팅 블레이드(19)는 스테인레스 강(예를 들면, 716 스테인레스 강)으로 만들어지고 이중 연삭 절단면(double grind cutting surface)을 가지고 있다. 컷팅 블레이드(19)는 예를 들면, 용접을 포함하는 다양한 메카니즘에 의해 구동 구성요소(20)에 고정될 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에서, 컷팅 블레이드(19)는 약 0.08 인치 내지 약 0.15 인치의 범위에 있는, 예를 들면 약 0.10 인치의 높이, H_B 그리고 약 0.10 인치 내지 약 0.13 인치의 범위에 있는, 예를 들면, 약 0.115 인치의 길이, L_B 를 가지고 있다.

상기한 바와 같이, 한 가지 바람직한 실시예에서, 절단 기구 구동 구성요소(20)는, 전달 기구(1) 내에 배치된 내장형 모터를 통하여, 예를 들면, 도 14a에 도시된 전달 기구(141)의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 것과 같이, 웜 기어와 래크와 피니언 기구(50)와 함께 내장형 모터(5)를 통하여 작동될 수 있다. 컷팅 블레이드(19)의 운동을 제어하기 위해, 하나 이상의 리미트 스위치(55)(도 14a의 바람직한 실시예에는 한 개가 도시되어 있음)가 컷팅 블레이드(19)의 위치를 감지하기 위해서 사용될 수 있다. 컷팅 블레이드의 위치를 감지하고 컷팅 블레이드의 작동을 제어하는데 도움을 주기 위해 리미트 스위치를 사용하는 한 가지 바람직한 실시예에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR(모터를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,698호(2011년 5월 31에 출원)와, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION(검출된 결함 조건을 위한 제어를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,671호(2011년 5월 31에 출원)를 참고하면 된다. 물론, 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 절단 요소 구동 구성요소(20)의 운동을 제어하기 위해서, 예를 들면, 원격조종식 로봇 수술 시스템과 결합된 서보 액추에이터 또는 수동 구동식 액추에이터를 포함하는 다양한 작동 기구가 사용될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것이다. 또한, 절단 요소 구동 구성요소(20)를 작동시키기 위해서 로봇 제어에 의존하는 바람직한 실시예에 있어서, 수술 기구(100)는 전달 기구의 섀시를 통하여, 예를 들면, 절단 요소 구동 구성요소를 구동시키는데 사용된 웜 기어와 맞물리게 구성된, 예를 들면 육각 렌치(hex wrench) 또는 다른 공구를 통하여, 절단 요소(19)를 수동으로 후퇴시킬 수 있는 구조를 구비할 수 있다.

상기한 바와 같이, 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 샤프트(2), 엔드 이펙터(3)(폐쇄 상태에 있을 때), 그리고 손목부(4)의 외경은 약 5mm 내지 약 12mm의 범위, 예를 들면 약 5mm 내지 약 8.5mm의 범위에 있고, 예를 들면, 한 가지 바람직한 실시예에서 상기 외경은 약 8.5mm로 될 수 있다. 따라서, 다양한 바람직한 실시예에 따른 조직 접합 및 절단 수술 기구가 5mm 또는 8.5mm 등급의 원격로봇 수술 기구를 삽입할 수 있는 캐뉼라를 이용하여 환자의 신체벽을 통하여 삽입될 수 있다. 이와 같이 외경이 5mm 또는 8.5mm인 절단 및 접합 수술 기구의 경우에는, 외경이 13mm인 손목부가 있는 스테이플링 수술 기구보다 외경이 약 38 퍼센트 작다. 또한, 절단 및 접합 수술을 시행하는 경우에는, 보다 작은 직경이 시야를 확보하고 시행하기가 보다 섬세하고 난해할 수 있으며, 대체로 작은 공간 내에서 이루어질 수 있는 상기 수술에 접근하는데 장점을 가진다.

다양한 바람직한 실시예에 있어서, 상기 수술 기구(100)는 한 번 사용하는, 일회용 수술 기구로서 구성될 수 있다. 따라서, 수술 기구를 제작하는 것과 관련된 비용을 줄이면서 원하는 다양한 수술을 수행하기에 충분히 강한 수술 기구를 제공하기 위해서, 다양한 구성요소가 플라스틱으로 만들어지며 사출 성형 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 구성요소에 대한 부가적인 강도가 바람직한 경우, 다양한 구성요소 또는 다양한 구성요소의 부품이 금속 사출 성형(MIM) 공정을 이용하여 만들어질 수 있다. 비제한적인 예로서, 전달 기구(1)에 있어서, 다양한 기어, 짐벌 플레이트(gimbal plate), 풀리, 링크 등이 플라스틱, 기계가공된 금속, 스탬핑가공된 금속 박판, 분말 금속, 및/또는 MIM 부품으로 만들어질 수 있다. 또한, 예를 들면, 절단 요소를 구동시키는 액추에이터로서 내장형 모터가 사용되는 경우에 있어서, 이러한 모터는, 예를 들면, 약 5V 내지 약 15V의 범위에 걸친, 예를 들면, 약 5.5V 내지 약 10V의 범위에 걸친 입력 전압으로 작동할 때 충분한 힘을 전달하도록 구성된 DC 모터와 같은, 비교적 값싼 모터가 될 수 있다.

조직 접합 및 절단을 수행하는 수술 기구(100)를 이용하는 예시적인 방법을 도 13의 흐름도에 예시된 대표적인 단계와 관련하여 이하에서 설명한다. 바람직한 실시예에서, 도 13의 1301 단계에 표시되어 있는 것과 같이, 수술 기구(100)가, 예를 들면, 캐뉼라를 통하여, 환자의 몸속으로 삽입되어(예를 들면, 복강경시술적으로(laparoscopically) 또는 흉강경시술적으로(thorascopically)), 절단 및 접합 시술이 필요한 수술 부위에 대체로 근접한 위치까지 다가갈 수 있다. 수술 기구(100)를 원하는 수술 부위까지 삽입하여 전진이동시킨 후, 1302 단계에 표시되어 있는 것과 같이, 전달 기구(1, 141)가 하나 이상의 입력(예를 들면, 전달 기구(141)의 바람직한 실시예의 입력 디스크(40)에서)을 수신하여, 예를 들면, 롤링운동, 피칭운동, 요잉운동, 또는 이들 운동의 임의의 조합을 통하여 손목부(4)를 롤링운동 및/또는 관절운동시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 전달 기구(1)는 상기 입력을 다양한 힘 및/또는 토크로 전달하여 궁극적으로 전체 수술 기구 샤프트(2)를 작동(구동)시키는 것(예를 들면, 롤링운동을 통하여) 및/또는 손목부(4)를 피칭운동 및/또는 요잉운동으로 관절운동시키기 위해 힘줄(45)의 장력을 조정하는 것을 가능하게 한다.

일단 엔드 이펙터(3)가 원하는 위치와 방향에 있으면, 도 13의 1303 단계에서, 전달 기구(1)가 입력(예를 들면, 전달 기구(141)의 바람직한 실시예의 입력 디스크(40)에서)을 수신하여 엔드 이펙터(3)의 조(7a, 7b)를 개방할 수 있고 수술 기구(100)는 접합/절단이 요구되는 조직이 개방된 조(7a, 7b) 사이에 위치되도록 전진할 수 있다. 상기한 바와 같이, 전달 기구(1)는 중공형 구동 샤프트(218) 및 토크 구동 구성요소(18)에 제1 방향으로 토크를 작용함으로써 조(7a, 7b)를 개방하기 위한 입력을 전달할 수 있고, 이 토크는 리드 스크루(15)를 회전시키고 구동 너트(16)를 리드 스크루(15)를 따라 엔드 이펙터(3)의 원위 단부쪽으로 이동시키도록 전달될 수 있다. 조직이 개방된 조(7a, 7b) 사이에 원하는 대로 위치되어 있는 상태에서, 도 13의 1304 단계에 표시되어 있는 것과 같이, 조직을 고정시키기 위해 전달 기구(1)가 입력(예를 들면, 전달 기구(141)의 바람직한 실시예의 입력 디스크(40)에서)을 수신하여 조(7a, 7b)를 폐쇄시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 전달 기구(1)는 중공형 구동 샤프트(218) 및 토크 구동 구성요소(18)에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향으로 토크를 작용함으로써 조(7a, 7b)를 폐쇄시키기 위한 입력을 전달할 수 있고, 이 토크는 리드 스크루(15)를 회전시키고 구동 너트(16)를 리드 스크루(15)를 따라 엔드 이펙터(3)의 근위 단부쪽으로 이동시키도록 전달될 수 있다.

다음에는, 도 13의 1305 단계에 표시되어 있는 것과 같이, 조(7a, 7b)가 조직을 고정시키는 폐쇄 위치에 있는 상태에서, 전기외과수술용 에너지(예를 들면, 2극성 에너지)가 전도체(11a, 1lb)를 통과하여 전극(21a, 21b)을 활성화시킬 수 있다. 전극(21a, 21b)으로 전달된 2극성 에너지는 전극(21a, 21b)이 전극(21a, 21b) 사이에 고정된 조직을 접합하기에 충분하다. 바람직한 실시예에 있어서, 1306 단계에서는, 예를 들면, 가청 신호(예를 들면, 삐하는 소리(beep) 또는 다른 소리) 및/또는 예를 들면 모니터나 다른 디스플레이로 볼 수 있는 가시적인 신호와 같은, 신호가 수술 기구 조작자에게 제공되어 조직 접합이 완료되었다는 것을 확인시켜줄 수 있다.

접합이 완료되면, 도 13의 1307 단계에서, 절단 요소를 구동시키기 위해 전달 기구(1)에 입력이 제공될 수 있다. 상기한 바와 같이, 상기 입력을 수신하면, 전달 기구(1)는 다양한 힘과 토크를 전달하여, 예를 들면, 절단 요소 구동 구성요소(20)에 대해 미는 힘/당기는 힘을 이용하여, 궁극적으로 절단 요소 구동 구성요소(20)를 구동시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 절단 요소 구동 구성요소(20)는 전달 기구(1)로의 하나의 입력을 이용하여 절단 요소를 격납 위치로부터 최원위 위치까지, 그리고 다시 격납 위치로 구동시키도록 작동될 수 있다. 따라서, 전체 절단 병진 운동(다시 말해서, 격납 위치로부터 최원위 위치까지 그리고 다시 격납 위치로의 복귀)은 자동적으로 완료될 수 있다. 특히, 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있는 것과 같은 로봇 수술 시스템에 사용되는 바람직한 실시예에 있어서, 조(7a, 7b)가 폐쇄 위치에 있지 않으면, 예를 들어, 중앙 제어 콘솔(3000)과 통합되어 있거나 중앙 제어 콘솔(3000)의 별개의 장치로서 배치되어 있는 것과 같은 컨트롤러에 의해 제어되는 적절한 알고리즘과 피드백 센서의 사용을 통하여, 절단 작업이 일어나는 것이 방지될 수 있다. 이에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "POSITIVE CONTROL OF ROBOTIC SURGICAL END EFFECTOR(로봇 수술 기구 엔드 이펙터의 능동 제어)" 인 미국 가특허출원 제 US 61/491,647호(2011년 5월 31일에 출원)를 참고하면 된다.

일단 절단 시술이 완료되면, 도 13에 표시된 1308 단계에서, 수술 기구(100)는, 예를 들면, 캐뉼라를 통하여, 환자로부터 후퇴될 수 있다.

비록 다양한 바람직한 실시예에서, 수술 기구가 손으로 전달 기구로 제공되는 다양한 입력을 가진 휴대용 장치로서 작동될 수 있지만, 바람직한 실시예에서, 수술 기구(100)는, 도 12a 및 도 12b에 도시되어 있고 상기한 것과 같은, 로봇 수술 시스템과 접속될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 전달 기구는 도 14a 및 도 14b의 전달 기구(141)로 구성될 수 있고, 수술 기구가 외과의사측 콘솔(2000)로부터 수신된 신호에 의해 중앙 제어 콘솔(3000)을 통하여 제어되는 환자측 콘솔(1000)에 배치된 상태에서 상기한 다양한 입력은 입력 디스크(40)에 수신될 수 있다. 부가적으로, 바람직한 실시예에 있어서, 절단 요소를 구동시키기 위해, 전압 신호가 중앙 제어 콘솔(3000)에 장착되거나 다른 방식으로 연결된 별개의 기구 컨트롤 박스(3080)와 같은 컨트롤러로부터 또는 중앙 제어 콘솔(3000)과 통합된 컨트롤러로부터 출력될 수 있고, 전달 기구(141)에 배치된 내장형 모터(5)를 통하여 수신될 수 있다. 다양한 바람직한 실시예, 외과의사측 콘솔(2000)로부터의 입력 또는 외과의사가 이용할 수 있는 다른 입력 장치로부터의 입력이 다양한 페달(2010/2090)(예를 들면, 절단 및 접합을 제어하기 위하여)을 통하여, 그리고 휴대용 파지 기구(2020)(예를 들면, 손목부(4)와 수술 기구 샤프트(2)의 운동을 제어하기 위하여)를 통하여 컨트롤러에 제공될 수 있다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 외과의사측 콘솔에서 외과의사로부터의 입력을 제공하여 궁극적으로 환자측 콘솔과 접속된 수술 기구의 작동을 실행시키는 상기와 같은 원격조종식 로봇 수술 시스템의 일반적인 사용법을 잘 알고 있다.

전달 기구에 사용될 수 있는 기어, 링크, 짐벌 플레이트, 레버, 스프링, 래크와 피니언 등의 예시적인 구성과, 전달 기구(1)에 의해 수신된 입력을 제어하여 엔드 이펙터의 다양한 구성요소를 구동시키는데 사용되는 토크와 힘으로 전달하기 위해서 실행될 수 있는(예를 들면, 중앙 제어 콘솔(3000)과 결합된 다양한 컨트롤러에 의해) 제어 알고리즘의 예시적인 구성에 대해서는, 전체 내용이 본 명세서에 참고문헌으로 포함된, 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH MOTOR(모터를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,698호(2011년 5월 31에 출원); 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH CONTROL FOR DETECTED FAULT CONDITION(검출된 결함 조건을 위한 제어를 가진 수술 기구)" 인 미국 가특허출원 US 61/491,671호(2011년 5월 31에 출원); 발명의 명칭이 "POSITIVE CONTROL OF ROBOTIC SURGICAL END EFFECTOR(로봇 수술 기구 엔드 이펙터의 능동 제어)" 인 미국 가특허출원 제 US 61/491,647호(2011년 5월 31일에 출원); 발명의 명칭이 "GRIP FORCE CONTROL IN A ROBOTIC SURGICAL INSTRUMENT(로봇 수술 기구에서의 파지력 제어)"인 미국 가특허출원 US 61/491,804호(2011년 5월 31일에 출원); 발명의 명칭이 둘 다 "DECOUPLING INSTRUMENT SHAFT ROLL AND END EFFECTOR ACTUATION IN A SURGICAL INSTRUMENT(수술 기구에서의 기구 샤프트 롤링운동과 엔드 이펙터 작동의 디커플링)"인 미국 가특허출원 US 61/491,798호 및 미국 특허출원 US 13/297,168호(2011년 5월 31과, 2011년 11월 15일에 각각 출원); 그리고 발명의 명칭이 "SURGICAL INSTRUMENT WITH SINGLE DRIVE INPUT FOR TWO END EFFECTOR MECHANISMS(두 개의 엔드 이펙터 기구에 대해 단일 구동 입력을 가진 수술 기구)"인 미국 가특허출원 US 61/491,821호(2011년 5월 31일에 출원)를 참고하면 된다.

도 17은 본 발명에 따른 접합 및 절단 수술 기구의 바람직한 실시예의 손목부, 엔드 이펙터 및 샤프트의 일부분의 부분 절결 사시도를 나타내고 있는데, 아래에서 보다 상세하게 설명하겠지만, 다양한 구성요소가 상기의 다른 바람직한 실시예와 상이한 구조적인 구성을 가지고 있다. 도 17의 바람직한 실시예에 있어서, 전도체(한 개의 전도체(1711)가 도시되어 있음)는, 예를 들면 도 5에 도시된 것과 같은 느슨한 구성을 가지는 대신에, 엔드 이펙터의 전극으로부터 대체로 직선 형태로 뻗어 있다. 도 17에 도시된 바람직한 실시예에서는, 전도체가 클레비스(1706)에 위치된 성형된 플러그(1720)(도 18에 별도로 도시되어 있음)를 통하여 대체로 직선 형태로 뻗을 수 있다. 도 18에 상세하게 도시되어 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에 있어서 케이블 안내 플러그(1720)는 전도체 케이블(1711)을 안내 구멍(1722)을 통하여 팽팽하게 당겨진 방식으로 안내하고 유지할 수 있는 성형된 플라스틱(molded plastic) 또는 고무 재료로 만들어질 수 있다. 이런 식으로, interference of the 전도체 케이블(1711)의 수술 기구의 움직임, 특히 엔드 이펙터의 움직임과의 간섭이 최소화될 수 있다. 다양한 바람직한 실시예에 있어서, 케이블 안내 플러그(1720)는 엔드 이펙터의 움직임의 결과로 안내 구멍(1722)을 통한 전도체 케이블(1711)의 움직임이 발생하는 정도로 전도체 케이블(1711)과 케이블 안내 플러그(1720) 사이의 마찰을 증가시키도록 선택된 재료로 만들어질 수 있다. 케이블 안내 플러그(1720)용으로 사용될 수 있는 대표적인 재료는, 비제한적인 예를 들면, 실리콘, 열가소성 엘라스토머, 그리고 고무를 포함한다. 상기와 같이, 전도체 케이블(1711)은, 도 3 및 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 전도체 케이블(1711)이 손목부(4)를 통과할 때 구멍(47)을 통하여 뻗을 수 있다.

도 17의 바람직한 실시예는 또한 외측 권선부 레이어의 외측 표면의 일부분이, 예를 들면, 연삭(예를 들면, 무심 연삭(centerless grinding))을 통하여 제거된 상태의 토크 구동 구성요소를 나타내고 있다. 도 17의 바람직한 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 대체로 토크 구동 구성요소(1718)의 손목부(1704)를 따라서 뻗어 있는 일부분(1750)이 제거되어 있다. 토크 구동 구성요소의 외측 레이어의 외측 표면의 일부분을 상기와 같이 제거하면, 보다 매끈한 외측 표면을 제공할 수 있고, 이로 인해 토크 구동 구성요소의 유연성의 증가, 그립력의 일관성(consistency)의 향상, 및/또는 토크 구동 구성요소(1718)와 손목부(1704) 사이의 클리어런스의 증가를 초래할 수 있다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 토크 구동 구성요소의 외측 레이어는 권선부의 두께의 약 절반까지 연삭될 수 있다. 예를 들면, 외측 권선부 레이어는 약 0.068 인치 내지 약 0.070 인치의 범위에 걸친 복수 레이어의 튜브 구조의 외경까지 연삭될 수 있다.

도 17에도 도시되어 있는 바와 같이, 바람직한 실시예에서는, 릴리프형 표면 외곽(1780)(반대쪽에 있는 다른 릴리프형 표면 외곽은 도 17에 보이지 않는다)은 클레비스 귀부분(1709)과 인접해 있는 캠 연장부의 표면에 제공될 수 있다. 이러한 릴리프형 표면 외곽(relief surface profile)은 조의 개방과 폐쇄 동안에 마찰을 감소시키기 위해서 두 개의 표면 사이에 클리어런스를 제공할 수 있다. 표면 외곽을 릴리프형태로 포함할 수 있는 다른 표면은 토크 구동 구성요소가 통과하는 클레비스의 채널의 내측 표면이다. 도 17의 바람직한 실시예와 도 19의 단면도를 참고하면, 토크 구동 구성요소(1718)가 통과하는 클레비스(1706)의 채널(1790)은 토크 구동 구성요소(1718)와 채널(1790) 사이의 마찰을 감소시키는데 도움을 주기 위해 릴리프형 내측 표면 외곽(1725)을 구비할 수 있다.

당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람은, 도 17 내지 도 19와 관련하여 상기한 다양한 구성요소의 구성은, 작동적인 실시형태를 포함하여, 본 명세서에 기술된 임의의 다른 바람직한 실시예와 결합하여 포함될 수 있다는 사실을 잘 알 것이다.

본 개시 내용을 고려하면 다른 수정사항 및 대체 실시예는 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람에게 자명한 사항이 될 것이다. 예를 들면, 시스템과 방법은 작동의 명료성을 기하기 위해 도면과 상기 설명에서 생략되었던 부가적인 구성요소 또는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 설명은 단지 예시적인 것으로 해석되어야 하며 당해 기술 분야의 전문가에게 본 발명을 수행하는 일반적인 방법을 개시하는 것이 상기 설명의 목적이다. 본 명세서에 도시되고 기술된 다양한 실시예는 예시적인 것으로 받아들여져야 한다. 여러가지 요소와 재료, 그리고 이러한 요소와 재료의 배치는 본 명세서에 도시되고 기술된 것과 교체될 수 있으며, 부품과 공정은 뒤바뀔 수 있으며, 본 발명의 특정 구조는 독립적으로 이용될 수 있고, 상기 설명의 장점을 이해하고 나면 당해 기술 분야의 전문가에게는 모든 것이 명확하게 될 것이다. 본 발명과 첨부된 청구범위의 기술사상과 영역을 벗어나지 않고서 본 명세서에 기술된 여려가지 요소에 대해 여러가지 변경이 가해질 수 있다.

본 명세서에 개시된 특정의 예와 실시예는 비제한적인 것이며, 본 발명의 기술영역을 벗어나지 않고서 구조, 치수, 재료 및 방법에 대한 여러가지 수정이 가해질 수 있다. 예를 들면, 다양한 실시형태는 로봇 수술 시스템에 사용되는 기구와 관련하여 설명되어 있다. 그러나 이러한 실시형태는, 다양한 자유도(예를 들면, 샤프트 롤링운동, 손목부 피칭운동 및 요잉운동, 그립(grip), 나이프(knife))의 동력식 또는 수동식 작동에 의해, 휴대용 수술 기구에도 구체화될 수 있다.

본 명세서에 개시된 본 발명의 상세한 내용을 고려하면 본 발명에 따른 다른 실시예는 당해 기술 분야의 전문가에는 자명한 사항이 될 것이다. 상기의 상세한 설명과 예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 진정한 기술영역과 기술사상은 첨부된 청구범위에 의해 나타내어진다.

Claims

근위 단부 및 원위 단부를 가지는 샤프트로서, 길이방향의 축이 상기 근위 단부와 상기 원위 단부 사이에 한정되는 샤프트;
상기 샤프트의 원위 단부에 결합되는 손목부로서, 상기 손목부는 피칭운동 자유도 및 요잉운동 자유도로 움직일 수 있고, 상기 피칭운동 자유도는 상기 길이방향의 축과 직교하게 한정되고, 상기 요잉운동 자유도는 상기 길이방향의 축 및 상기 피칭운동 자유도와 직교하게 한정되는 손목부;
상기 손목부에 결합되는 엔드 이펙터로서, 상기 엔드 이펙터는 병진운동 요소 및 조 기구를 포함하고, 상기 조 기구는 대향하는 그래스핑 면들을 가지는 한 쌍의 조 부재들을 포함하고, 상기 병진운동 요소는 상기 조 부재들 사이에 잡혀진 조직 상에 시술을 수행하기 위해 상기 한 쌍의 조 부재들의 상기 대향하는 그래스핑 면들 사이에서 상기 조 기구의 길이방향을 따라 병진운동하도록 구성되는 엔드 이펙터; 및
상기 손목부를 통해 뻗어 있고 상기 엔드 이펙터의 상기 병진운동 요소에 결합되는 병진운동 요소 구동 구성요소로서, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소가 상기 샤프트의 상기 길이방향의 축을 따라 병진운동하는 것에 응하여 상기 병진운동 요소는 상기 조 기구의 길이 방향을 따라 병진운동하도록 구성되는 병진운동 요소 구동 구성요소;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 조 부재들을 개방 및 폐쇄시키기 위해 힘을 전달하도록 작동가능하게 결합되는 조 기구 구동 구성요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제2항에 있어서,
상기 조 기구 구동 구성요소에 의해 전달된 힘에 응하여 회전하도록 구성되는 리드 스크루; 및
상기 리드 스크루의 회전에 응하여 상기 리드 스크루를 따라 이동하도록 구성되는 구동 너트를 더 포함하고, 상기 리드 스크루를 따르는 상기 구동 너트의 이동은 상기 한 쌍의 조 부재들을 개방 위치와 폐쇄 위치 사이로 이동시키는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제2항에 있어서, 상기 조 기구는 상기 조 기구 구동 구성요소의 회전에 응하여 개방 위치와 폐쇄 위치 사이로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제4항에 있어서, 상기 조 기구 구동 구성요소는 복수의 동심의 감김 레이어들을 가지는 토크 튜브를 포함하고, 상기 복수의 동심의 감김 레이어들은 반대의 감김 방향을 가지는 적어도 2개의 감김 레이어들을 바람직하게 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제5항에 있어서, 상기 복수의 동심의 감김 레이어들은 내측 감김 레이어, 외측 감김 레이어, 및 상기 내측 감김 레이어와 상기 외측 감김 레이어 사이의 중간 감김 레이어를 포함하고, 상기 내측 감김 레이어 및 상기 외측 감김 레이어의 각각은 제1 감김 방향을 가지고, 상기 중간 감김 레이어는 상기 제1 감김 방향과 반대인 제2 감김 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제5항에 있어서, 상기 조 기구 구동 구성요소는 리드 스크루 및 상기 리드 스크루의 회전에 응하여 상기 리드 스크루를 따라 이동하도록 구성되는 구동 너트를 포함하고, 상기 토크 튜브는 상기 손목부를 통해 뻗어 있고 상기 토크 튜브는 상기 리드 스크루에 결합되는 원위 단부를 가지고, 상기 구동 너트는 상기 리드 스크루를 따르는 상기 구동 너트의 이동에 응하여 상기 한 쌍의 조 부재들을 개방 및 폐쇄시키기 위해 상기 조 기구와 결합되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 수술 기구의 근위부에 있는 전달 기구를 더 포함하고, 상기 전달 기구는 하나 이상의 입력을 수신하고, 상기 하나 이상의 입력을 수신하는 것에 응하여 상기 병진운동 요소 구동 구성요소를 병진운동시키기 위해 힘을 전달하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소는 적어도 상기 손목부에서 상기 피칭운동 자유도 및 상기 요잉운동 자유도에 유연성이 있는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소는 케이블 및 와이어 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소는 상기 샤프트의 중심 루멘을 통해 그리고 상기 샤프트의 상기 근위 단부로부터 상기 엔드 이펙터까지 상기 손목부를 통해 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 조 기구는 조직을 접합하기에 충분한 에너지를 공급하도록 구성되는 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제12항에 있어서, 상기 한 쌍의 조 부재들은 폐쇄 위치에서 에너지를 공급하는 동안 조직의 접합이 될 수 있게 하는 충분한 압력으로 폐쇄 위치에서 조직을 쥐도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소는 와이어를 포함하고, 그리고/또는 상기 병진운동 요소는 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제2항에 있어서, 상기 조 기구 구동 구성요소는 토크 튜브를 포함하고, 상기 병진운동 요소 구동 구성요소는 상기 토크 튜브를 통해 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 수술 기구는 원격조종식 수술 시스템의 환자측 카트와 접속되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 조 부재들은 상기 피칭운동 자유도 및 상기 요잉운동 자유도의 각각에서 +/-60도의 손목부 관절운동의 범위 전체에 걸쳐서 1.93kg 내지 3.97kg 범위의 그립 힘을 가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.
제1항에 있어서, 상기 손목부는 5mm 내지 8.5mm의 범위의 외경을 가지고, 상기 샤프트, 손목부 및 엔드 이펙터는 상기 샤프트의 길이방향의 축을 중심으로 롤링운동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수술 기구.