KR20200050226A - 수술 장치 - Google Patents

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KR20200050226A
KR20200050226A KR1020180132984A KR20180132984A KR20200050226A KR 20200050226 A KR20200050226 A KR 20200050226A KR 1020180132984 A KR1020180132984 A KR 1020180132984A KR 20180132984 A KR20180132984 A KR 20180132984A KR 20200050226 A KR20200050226 A KR 20200050226A
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권동수
백현우
공덕유
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한국과학기술원
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Abstract

일 실시 예에 따른 수술 장치는, 내부에 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 베이스; 상기 베이스에 대해 상대적으로 이동 가능하고, 상기 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 슬라이더; 및 일단이 상기 베이스에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되고, 상기 베이스 및 슬라이더 사이의 거리가 가까워지는 동안 중앙부가 상기 베이스의 중심축으로부터 멀어지도록 변형되는 복수 개의 확장 부재를 포함할 수 있다.

Description

수술 장치{SURGICAL DEVICE}
아래의 설명은 수술 장치에 관한 것이다.
수술 장치는 사용자의 입력에 따라 주변 방향으로 외력을 가함으로써 형상이 단단하게 고정되는 메커니즘을 요구할 수 있다. 수술 장치는 이완 상태 또는 확장 상태로 있을 수 있다. 이완 상태에서, 수술 장치는 좁은 통로를 통해 자유롭게 움직일 수 있다. 확장 상태에서, 수술 장치는 공간 확장 구조물이 주변을 밀어내며 고정될 수 있다. 수술 장치는 유연한 관절 장치, 예를 들어, 산업용 또는 의료용 내시경, 카테터(catheter) 등에 적용될 수 있다.
예를 들어, 수술 장치는 수술하는 동안 주변 신경을 자극하거나 파괴해서는 안 된다. 수술 장치는 신경이 통과하는 부분의 구조를 확장하여 협착된 공간에서 공간을 확보할 수 있다. 이를 통해 수술 장치는 치료에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 결과적으로 환자의 고통을 줄이고 의사의 피로도를 줄일 수 있다. 풍선을 이용한 공간 확장의 경우, 이완 상태에서 확장 상태로 전환하는데 시간 소요가 클 뿐만 아니라, 세척 방식이 상당히 까다롭다.
현재 수술분야에 있어서 로봇을 활용하는 기술이 활발하게 개발되고 있다. 협소한 공간에서 작업을 할 경우, 공간 확장이 요구된다. 또한, 로봇 시스템으로 수술을 할 경우, 의사가 직접적으로 손을 쓸 수 없으므로 공간 확장이 요구된다.
풍선 카테터는 공간 확장 메커니즘의 대표적인 예이다. 풍선 카테터는 수술중 풍선이 찢어질 위험이 있고, 풍선 자체를 공간 확장이 요구되는 부위까지 진행시키기가 어렵다. 또한, 풍선 카테터는 앞서 언급한 것과 같이 풍선 확장 시간이 길어 합병증이 발생할 위험이 있다. 또한, 풍선 카테터는 압력 제어가 어렵고, 세척이 용이하지 않다. 이러한 풍선 카테터의 문제점들을 보완하기 위한 기술이 필요한 실정이다.
일 실시 예의 목적은, 조직의 손상을 방지하기 위해 압력을 제어할 수 있는 수술 장치를 제공하는 것이다.
또한, 일 실시 예의 목적은, 빠르게 공간을 확장시킬 수 있으며, 내구성이 뛰어나고, 부품 세척 및 교체가 용이한 수술 장치를 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 수술 장치는, 내부에 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 베이스; 상기 베이스에 대해 상대적으로 이동 가능하고, 상기 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 슬라이더; 및 일단이 상기 베이스에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되고, 상기 베이스 및 슬라이더 사이의 거리가 가까워지는 동안 중앙부가 상기 베이스의 중심축으로부터 멀어지도록 변형되는 복수 개의 확장 부재를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재는 탄성을 가질 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재 각각은, 상기 베이스 및 슬라이더 사이의 거리가 가까워지는 동안, 중앙부가 상기 베이스의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형상을 갖도록 변형될 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재 각각은 니켈-티타늄 합금으로 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재 각각은 상기 베이스의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다.
상기 슬라이더는, 슬라이더 헤드; 및 상기 슬라이더 헤드로부터 후방으로 연장되어 상기 베이스의 내벽에 접촉한 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이딩 바디를 포함할 수 있다.
상기 수술 장치는, 상기 베이스를 관통하고 상기 슬라이더에 고정되는 동력 전달 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 슬라이더는 상기 복수 개의 확장 부재의 복원력에 의해 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 가능하다.
상기 동력 전달 부재는 상기 슬라이더의 내부에 삽입된 상태로 상기 슬라이더에 고정될 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재 각각은, 상기 베이스에 회전 가능하게 연결되는 제 1 링크; 및 상기 제 1 링크 및 슬라이더 각각에 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 확장 부재 각각은 접힘 가능한 플레이트일 수 있다.
일 실시 예에 따른 수술 장치는 구조적으로 공간이 확장되기 때문에 공간 확장 부위에 가하는 압력을 제어할 수 있다.
또한, 일 실시 에에 따른 수술 장치는 빠른 속도로 공간을 확장시킴으로써, 합병증 발생 위험을 낮출 수 있다.
또한, 일 실시 에에 따른 수술 장치는 풍선이 아니라 기계적인 확장 부재, 예를 들어, 초탄성 플레이트 또는 링크 구조 등을 이용하므로 내구성이 뛰어나다.
또한, 일 실시 예에 따른 수술 장치는 조립 및 분리가 용이하여 부품 세척 및 교체가 용이하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 수술 장치의 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 측면도이다.
도 4는 도 3의 수술 장치에서 슬라이더가 베이스를 향해 이동된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 측면도이다.
도 7은 도 6의 수술 장치에서 슬라이더가 베이스를 향해 이동된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 수술 장치의 단면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 측면도이고, 도 4는 도 3의 수술 장치에서 슬라이더가 베이스를 향해 이동된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 수술 장치(1)는 협소한 공간을 기계적으로 신속하게 확장할 수 있다. 수술 장치(1)는 풍선과 같은 유연한 재질을 사용하지 않으므로 내구성이 뛰어나다. 수술 장치(1)는 컴팩트한 구조를 가지므로, 좁은 공간에도 용이하게 삽입될 수 있다. 수술 장치(1)는 베이스(11), 슬라이더(12), 복수 개의 확장 부재(13), 동력 전달 부재(16) 및 수술 기구(17)를 포함할 수 있다.
베이스(11)는 내부에 수술 기구(17)가 통과할 수 있는 중공을 마련할 수 있다. 베이스(11)는 예를 들어 중앙부가 비어 있는 원기둥 형상일 수 있다. 베이스(11)는 사용자에 의해 조작되어 수술 기구(17)를 원하는 위치로 안내할 수 있다.
슬라이더(12)는 베이스(11)에 대해 상대적으로 이동 가능하고, 수술 기구(17)가 통과할 수 있는 중공을 마련할 수 있다. 슬라이더(12)는 예를 들어, 베이스(11)에 대해 상대적으로 병진 운동 가능하다. 슬라이더(12)는 베이스(11)에 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 1자유도 운동할 수 있다. 슬라이더(12)는 동력 전달 부재(16)에 의해 전달되는 힘에 의해 베이스(11)를 향해 슬라이딩 가능하고, 복수 개의 확장 부재(13)의 복원력에 의해 베이스(11)로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 가능하다. 슬라이더(12)는 슬라이더 헤드(121) 및 슬라이더 연장부(122)를 포함할 수 있다.
슬라이더 헤드(121)는 수술 장치(1)의 최전방부를 구성한다. 베이스(11)의 중공을 관통한 수술 기구(17)는 슬라이더 헤드(121)를 통과하여 수술 작업을 행할 수 있다. 본원에서, 슬라이더(12)가 베이스(11)에 가까워지는 것은, 슬라이더 헤드(121)가 베이스(11)에 가까워지는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
슬라이더 연장부(122)는 슬라이더 헤드(121)로부터 후방으로 연장되어 베이스(11)의 내벽에 접촉한 상태로 슬라이딩 가능하다. 슬라이더 연장부(122)는 예를 들어, 베이스(11)의 내벽에 면접촉할 수 있다. 슬라이더 연장부(122)는 베이스(11)에 대해 1자유도 병진 운동 가능하다. 슬라이더 연장부(122)는 복수 개의 확장 부재(13)를 안정적으로 지지할 수 있다. 예를 들어, 슬라이더 연장부(122)는 복수 개의 확장 부재(13)가 플레이트 형상을 가질 경우, 플레이트 형상의 복수 개의 확장 부재(13)와의 접촉 면적을 늘리기 위한 평평한 외부 표면 형상을 가질 수 있다.
복수 개의 확장 부재(13)는 베이스(11) 및 슬라이더(12)에 고정될 수 있다. 복수 개의 확장 부재(13)는 일단이 베이스(11)에 고정되고, 타단이 슬라이더(12)에 고정될 수 있다. 복수 개의 확장 부재(13)의 중앙부는 베이스(11) 및 슬라이더(12) 사이의 거리가 가까워지는 동안 베이스(11)의 중심축으로부터 멀어지도록 변형될 수 있다. 여기서, 베이스(11)의 중심축이란, 베이스(11)의 중심부분을 통과하는 가상의 선일 수 있다. 도 1은 수술 기구(17)가 베이스(11)의 중심축을 지나도록 도시되어 있다.
복수 개의 확장 부재(13)는 베이스(11) 및/또는 슬라이더(12)의 둘레 방향으로 이격 배치될 수 있다. 도면에는 복수 개의 확장 부재(13)가 베이스(11)의 둘레 방향으로 90도 간격을 두고 이격되어 총 4개인 것으로 도시되나, 이에 제한되지 않음을 밝혀 둔다. 예를 들어, 복수 개의 확장 부재(13)는 60도 간격을 두고 6개일 수도 있으며, 일정하지 않은 간격으로 더 많은 수로 구비될 수도 있다. 복수 개의 확장 부재(13)가 베이스(11)의 둘레 방향으로 이격 배치될 경우, 베이스(11) 및 슬라이더(12) 사이의 거리가 가까워지는 동안, 복수 개의 확장 부재(13)는 사방으로 확장될 수 있다. 사용자는 원하는 수술에 맞게 복수 개의 확장 부재의 개수를 조절할 수 있다.
복수 개의 확장 부재(13)는 탄성을 가질 수 있다. 복수 개의 확장 부재(13)는 베이스(11)에 대한 슬라이더(12)의 슬라이딩 거리에 기초하여 변형될 수 있다. 예를 들어, 슬라이더(12)에 어떠한 외력도 작용하지 않는 경우, 복수 개의 확장 부재(13)는 완전 신장된 평평한 플레이트 형상을 유지할 수 있다. 다시 말하면, 베이스(11) 및 슬라이더(12) 사이의 거리는 최대일 수 있다. 한편, 슬라이더(12)에 베이스(11)를 향한 외력이 작용할 경우, 복수 개의 확장 부재(13)는 중앙부가 볼록한 향상을 가지도록 변형될 수 있다. 한편, 외력이 감소하거나 더 이상 작용하지 않을 경우, 복수 개의 확장 부재(13)의 복원력에 의해 슬라이더(12)는 베이스(11)로부터 멀어지는 방향으로 복귀할 수 있다. 사용자는 외력의 크기를 조절하여 복수 개의 확장 부재(13)의 변형을 자유롭게 제어할 수 있다.
복수 개의 확장 부재(13)의 중앙부는 베이스(11) 및 슬라이더(12) 사이의 거리가 가까워지는 동안, 베이스(11)의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 복수 개의 확장 부재(13) 중 베이스(11)의 중심축으로부터 가장 멀리 이격된 부분의 형상이 볼록한 형상을 가짐에 따라, 접촉 부위에 가하는 면적을 증가시켜 자극을 줄일 수 있다.
복수 개의 확장 부재(13)는 초탄성(superelasticity)을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 확장 부재(13)는 니켈-티타늄 합금으로 형성될 수 있다. 복수 개의 확장 부재(13)는 소성 변형 없이 탄성 변형으로 변형될 수 있다.
복수 개의 확장 부재(13)는 베이스(11) 및 슬라이더(12)에 탈착 가능하다. 사용자는 복수 개의 확장 부재(13)를 베이스(11) 및 슬라이더(12)로부터 분리시키고, 베이스(11) 및 슬라이더(12)를 분리하여 각 구성들을 용이하게 세척 및/또는 교체할 수 있다.
동력 전달 부재(16)는 베이스(11)를 관통하고 슬라이더(12)에 고정될 수 있다. 동력 전달 부재(16)는 강성한 로드 또는 유연한 와이어일 수 있다. 동력 전달 부재(16)는 예를 들어, 제 1 동력 전달 부재(161) 및 제 2 동력 전달 부재(162)를 포함할 수 있다. 제 1 동력 전달 부재(161) 및 제 2 동력 전달 부재(162)는 베이스(11)의 중공을 기준으로 서로 반대편에 위치할 수 있다. 동력 전달 부재(16)는 슬라이더(12)를 베이스(11)를 향해 잡아당길 수 있다.
동력 전달 부재(16)는 베이스(11)의 중공으로부터 반경 방향으로 이격되어 형성된 홀을 관통할 수 있다. 또한, 동력 전달 부재(16)는 슬라이더(12)의 내부에 삽입된 상태로 슬라이더(12)에 고정될 수 있다. 이와 같은 구조에 의하면, 동력 전달 부재(16) 및 수술 기구(17)의 간섭이 방지될 수 있다.
수술 기구(17)는 베이스(11) 및 슬라이더(12) 내의 중공을 관통하여 수술 작업을 할 수 있다. 수술 기구(17)는 절삭 및/또는 그립 등 다양한 작업을 수행할 수 있다.
도 5는 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이고, 도 6은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 측면도이고, 도 7은 도 6의 수술 장치에서 슬라이더가 베이스를 향해 이동된 상태를 도시하는 측면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 수술 장치(2)는 베이스(21), 슬라이더(22), 복수 개의 확장 부재(23), 동력 전달 부재(26) 및 수술 기구(27)를 포함할 수 있다.
베이스(21)는 베이스 바디(211)와, 베이스 바디(211)의 전방에 연결되고 복수 개의 확장 부재(23)를 지지하는 베이스 헤드(212)를 포함할 수 있다. 베이스 바디(211)는 도시되지는 않았으나 복수 개의 링크 구조를 포함할 수 있다.
슬라이더(22)는 슬라이더 헤드(221)와, 슬라이더 헤드(221)로부터 후방으로 연장되어 베이스(21)의 내벽을 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더 연장부(222)를 포함할 수 있다.
복수 개의 확장 부재(23)는 링크 구조일 수 있다. 복수 개의 확장 부재(23)는 베이스(21)에 회전 가능하게 연결되는 제 1 링크(231)와, 제 1 링크(231) 및 슬라이더(22) 각각에 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크(232)를 포함할 수 있다. 베이스(21) 및 슬라이더(22) 사이의 거리에 따라 복수 개의 확장 부재(23)의 굽힘 각도는 조절될 수 있다. 동력 전달 부재(26)는 슬라이더(22)를 베이스(21) 쪽으로 당김으로써 복수 개의 확장 부재(23)의 굽힘 각도를 증가시키거나, 슬라이더(22)를 베이스(21)로부터 멀어지는 방향으로 밀어냄으로써 복수 개의 확장 부재(23)의 굽힘 각도를 감소시킬 수 있다.
제 1 링크(231)는 베이스 헤드(212)에 구비되는 제 1 힌지 포인트(212a)에 회전 가능하게 연결되고, 제 2 링크(232)는 슬라이더 헤드(221)에 구비되는 제 2 힌지 포인트(221a)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 제 1 링크(231) 및 제 2 링크(232)는 제 3 힌지 포인트(23a)에 상대적으로 회전 가능하게 연결될 수 있다.
도 8은 일 실시 예에 따른 수술 장치의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 수술 장치(3)는 베이스(31), 슬라이더(32), 복수 개의 확장 부재(33), 동력 전달 부재(36) 및 수술 기구(37)를 포함할 수 있다.
슬라이더(32)는 슬라이더 헤드(321)와, 슬라이더 헤드(321)로부터 후방으로 연장되어 베이스(31)의 내벽을 따라 슬라이딩 가능한 슬라이더 연장부(322)를 포함할 수 있다.
복수 개의 확장 부재(33)는 접힘 가능한 플레이트 형상일 수 있다. 복수 개의 확장 부재(33)는 베이스(31) 및 슬라이더(32) 사이의 거리가 가까워지는 동안 미리 설정된 형상으로 접힐 수 있다. 예를 들어, 복수 개의 확장 부재(33)는 형상 기억 합금일 수 있다. 복수 개의 확장 부재(33)는 중간부에 함몰 형성된 접힘 라인을 포함할 수 있다. 베이스(31) 및 슬라이더(32) 사이의 거리가 가까워지는 동안, 복수 개의 확장 부재(33)는 접힘 라인을 따라 접힐 수 있다. 복수 개의 확장 부재(33)는 설정 온도가 되었을 때 초기의 형상으로 복귀할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 내부에 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 베이스;
    상기 베이스에 대해 상대적으로 이동 가능하고, 상기 수술 기구가 통과할 수 있는 중공을 마련한 슬라이더; 및
    일단이 상기 베이스에 고정되고, 타단이 상기 슬라이더에 고정되고, 상기 베이스 및 슬라이더 사이의 거리가 가까워지는 동안 중앙부가 상기 베이스의 중심축으로부터 멀어지도록 변형되는 복수 개의 확장 부재;
    를 포함하는 수술 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재 각각은 탄성을 갖는 수술 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재 각각은, 상기 베이스 및 슬라이더 사이의 거리가 가까워지는 동안, 중앙부가 상기 베이스의 중심축으로부터 멀어지는 방향으로 볼록한 형상을 갖도록 변형되는 수술 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재 각각은 니켈-티타늄 합금으로 형성된 수술 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재는 상기 베이스의 둘레 방향으로 이격 배치되는 수술 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이더는,
    슬라이더 헤드; 및
    상기 슬라이더 헤드로부터 후방으로 연장되어 상기 베이스의 내벽에 접촉한 상태로 슬라이딩 가능한 슬라이딩 바디를 포함하는 수술 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스를 관통하고 상기 슬라이더에 고정되는 동력 전달 부재를 더 포함하는 수술 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 슬라이더는 상기 복수 개의 확장 부재의 복원력에 의해 상기 베이스로부터 멀어지는 방향으로 슬라이딩 가능한 수술 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 동력 전달 부재는 상기 슬라이더의 내부에 삽입된 상태로 상기 슬라이더에 고정되는 수술 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재 각각은,
    상기 베이스에 회전 가능하게 연결되는 제 1 링크; 및
    상기 제 1 링크 및 슬라이더 각각에 회전 가능하게 연결되는 제 2 링크를 포함하는 수술 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 확장 부재 각각은 접힘 가능한 플레이트 형상인 수술 장치.
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