KR20200067161A - 로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트 - Google Patents

로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트 Download PDF

Info

Publication number
KR20200067161A
KR20200067161A KR1020207012140A KR20207012140A KR20200067161A KR 20200067161 A KR20200067161 A KR 20200067161A KR 1020207012140 A KR1020207012140 A KR 1020207012140A KR 20207012140 A KR20207012140 A KR 20207012140A KR 20200067161 A KR20200067161 A KR 20200067161A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axle
end effector
clevis
distal
power axle
Prior art date
Application number
KR1020207012140A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102596581B1 (ko
Inventor
마이클 브뤼휠러
콜 콘스탄티노우
앤드류 리안
코다바흐쉬 사이디
Original Assignee
에티컨, 엘엘씨
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에티컨, 엘엘씨 filed Critical 에티컨, 엘엘씨
Publication of KR20200067161A publication Critical patent/KR20200067161A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102596581B1 publication Critical patent/KR102596581B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
    • A61B34/71—Manipulators operated by drive cable mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B10/00—Other methods or instruments for diagnosis, e.g. instruments for taking a cell sample, for biopsy, for vaccination diagnosis; Sex determination; Ovulation-period determination; Throat striking implements
    • A61B10/02—Instruments for taking cell samples or for biopsy
    • A61B10/04—Endoscopic instruments
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1689—Teleoperation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/012—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor characterised by internal passages or accessories therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
    • A61B2017/00292—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery mounted on or guided by flexible, e.g. catheter-like, means
    • A61B2017/003—Steerable
    • A61B2017/00318—Steering mechanisms
    • A61B2017/00323—Cables or rods
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/28—Surgical forceps
    • A61B17/29—Forceps for use in minimally invasive surgery
    • A61B2017/2926—Details of heads or jaws
    • A61B2017/2927—Details of heads or jaws the angular position of the head being adjustable with respect to the shaft
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
    • A61B34/30—Surgical robots
    • A61B2034/305—Details of wrist mechanisms at distal ends of robotic arms

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Ophthalmology & Optometry (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

수술 도구는 구동 하우징, 및 구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트를 포함한다. 리스트가 엔드 이펙터를 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스 및 근위 클레비스를 포함하며, 원위 클레비스는 엔드 이펙터를 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬을 갖고, 근위 클레비스는 원위 클레비스를 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 기다란 샤프트에 결합된다. 복수의 구동 케이블이 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되고, 구동 케이블들의 이동은 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 엔드 이펙터가 관절운동하게 한다. 동력 액슬 케이블이 구동 하우징으로부터 연장되고, 동력 액슬 케이블의 이동이 엔드 이펙터로 하여금 제2 액슬에서 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 원위 클레비스에 장착된다.

Description

로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트
최소 침습 수술(minimally invasive surgical, MIS) 기구는 흔히 감소된 수술후 회복 시간 및 최소화된 흉터로 인해 전통적인 개복 수술 장치에 비해 바람직하다. 내시경 수술은 기다란 가요성 샤프트가 자연 개구부(natural orifice)를 통해 환자의 신체 내로 도입되는 MIS 절차의 하나의 유형이다. 복강경 수술은 하나 이상의 작은 절개부가 환자의 복부에 형성되고 투관침(trocar)이 절개부를 통해 삽입되어 복강으로의 접근을 제공하는 경로를 형성하는 MIS 절차의 다른 유형이다. 투관침을 통해, 다양한 기구 및 수술 도구가 복강 내로 도입될 수 있다. 투관침은 또한 기관(organ) 위에서 복벽을 상승시키기 위한 주입(insufflation)을 용이하게 하는 것을 돕는다. 투관침을 통해 복강 내로 도입된 기구 및 도구는 진단 또는 치료 효과를 달성하기 위해 다수의 방식으로 조직과 맞물리고 그리고/또는 조직을 처치하기 위해 사용될 수 있다.
최근에 다양한 로봇 시스템이 MIS 절차를 보조하기 위해 개발되었다. 로봇 시스템은 자연스러운 눈-손 축(eye-hand axis)을 유지시킴으로써 더욱 직관적인 손 이동을 허용할 수 있다. 로봇 시스템은 또한 기구 상에 "리스트" 조인트("wrist" joint)를 포함시킴으로써 더욱 많은 이동 자유도(degree of freedom)를 허용할 수 있고, 이는 더욱 자연스러운 손-유사 관절운동(articulation)을 생성할 수 있다.
리스트 조인트의 작동을 용이하게 하기 위해, 로봇 시스템은 전형적으로 기구의 엔드 이펙터(end effector)를 관절운동(이동)시키도록 설계된 케이블 구동식 운동 시스템을 포함한다. 공통 케이블 구동식 운동 시스템은 기구의 엔드 이펙터를 관절운동시키는 것을 돕기 위해 리스트 조인트를 통해 연장되는 하나 이상의 구동 케이블(대안적으로 기다란 부재 또는 와이어로 지칭됨)을 포함한다. 니들 구동기(needle driver) 및 파지기(grasper)(겸자(forceps))와 같은 일부 수술 도구는 다양한 외과적 시술을 적절히 착수하기 위해 큰 양의 파지력 및 더 높은 하중 용량을 필요로 한다. 종래의 케이블 구동식 운동 시스템은 흔히 이들 다양한 외과적 시술을 착수하는 데 필요한 충분한 파지력 및 하중 용량을 제공할 수 없다.
하기 도면은 본 발명의 소정 태양을 예시하기 위해 포함되며, 배타적인 실시예로서 간주되어서는 안 된다. 개시된 요지는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 형태 및 기능의 상당한 수정, 변경, 조합, 및 등가물일 수 있다.
도 1은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구의 측면도.
도 2는 도 1의 리스트가 관절운동(피벗)가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시하는 도면.
도 3은 도 1의 수술 도구의 원위 단부(distal end)의 확대 등각도.
도 4는 도 3의 리스트 및 엔드 이펙터의 확대 측단면도.
도 5는 도 3의 엔드 이펙터의 확대 등각도.
도 6은 도 3의 리스트의 원위 클레비스(clevis) 및 제1 액슬(axle)의 측단면도.
도 7은 도 3의 엔드 이펙터의 예시적인 실시예의 측면도.
도 8은 도 3 및 도 4의 리스트의 일부분 및 엔드 이펙터의 등각 측면도.
도 9는 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 도 3 및 도 4의 리스트의 일부분 및 엔드 이펙터의 등각 측면도.
도 10은 기다란 샤프트의 원위 부분 및 근위(proximal) 클레비스의 분해도.
도 11은 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 엔드 이펙터 및 리스트의 등각 단면도.
본 발명은 로봇 수술 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 리스트 조인트 및 연관된 엔드 이펙터에 상승된 힘을 전달하는 동력 액슬 케이블(power axle cable)을 포함하는 리스트 조인트를 갖는 로봇 수술 도구에 관한 것이다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트를 기술한다. 수술 도구는 구동 하우징, 및 구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트를 포함한다. 동력 액슬 리스트는 엔드 이펙터를 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스 및 근위 클레비스를 포함하며, 원위 클레비스는 엔드 이펙터를 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬을 갖고, 근위 클레비스는 원위 클레비스를 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 기다란 샤프트에 결합된다. 복수의 구동 케이블이 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되고, 구동 케이블들의 이동은 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 엔드 이펙터가 관절운동하게 한다. 동력 액슬 케이블이 구동 하우징으로부터 연장되고, 동력 액슬 케이블의 이동이 엔드 이펙터로 하여금 제2 액슬에서 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 원위 클레비스에 장착된다. 동력 액슬 케이블은 원위 클레비스에 힘을 전달하는 것에 전적으로 전용되고, 이에 의해 엔드 이펙터를 위한 상승된 양의 힘 및 로딩 능력을 제공한다.
도 1은 본 발명의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구(100)의 측면도이다. 예시된 바와 같이, 수술 도구(100)는 기다란 샤프트(102), 엔드 이펙터(104), 엔드 이펙터(104)를 샤프트(102)의 원위 단부에 결합시키는 리스트(106)(대안적으로 "리스트 조인트"로 지칭됨), 및 샤프트(102)의 근위 단부에 결합된 구동 하우징(108)을 포함한다. 적어도 일부 실시예에서, 수술 도구(100)는 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합되도록 설계될 수 있고, 구동 하우징(108)은 수술 도구(100)를 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합시키는 결합 특징부를 포함할 수 있다.
용어 "근위" 및 "원위"는 본 명세서에서, 수술 도구(100)(예컨대, 하우징(108))를 로봇 조작기에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합시키도록 구성된 인터페이스를 갖는 로봇 수술 시스템에 대해 정의된다. 용어 "근위"는 로봇 조작기에 더 가까운 요소의 위치를 지칭하고, 용어 "원위"는 엔드 이펙터(104)에 더 가까운, 따라서 로봇 조작기로부터 더 멀리 떨어진 요소의 위치를 지칭한다. 또한, 위, 아래, 상부, 하부, 상향, 하향, 좌측, 우측 등과 같은 방향 용어들의 사용은 예시적인 실시예들이 도면들에 도시된 바대로 예시적인 실시예들과 관련하여 사용되는데, 상향 또는 상부 방향은 대응하는 도면의 상부를 향하고, 하향 또는 하부 방향은 대응하는 도면의 저부를 향한다.
수술 도구(100)의 사용 동안, 엔드 이펙터(104)는 수술 부위에 대해 원하는 배향 및 위치에서 엔드 이펙터(104)를 위치시키기 위해 리스트(106)에서 샤프트(102)에 대해 이동(피벗)하도록 구성된다. 하우징(108)은 엔드 이펙터(104)와 연관된 다양한 특징부의 작동(예컨대, 클램핑(clamping), 발사(firing), 회전, 관절운동, 에너지 전달 등)을 제어하도록 설계된 다양한 메커니즘을 포함한다. 적어도 일부 실시예에서, 샤프트(102), 및 따라서 그에 결합된 엔드 이펙터(104)는 샤프트(102)의 길이방향 축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 하우징(108) 내에 포함되는 메커니즘들 중 적어도 하나는 길이방향 축(A1)을 중심으로 하는 샤프트(102)의 회전 이동을 제어하도록 구성된다.
수술 도구(100)는 적어도 하나의 수술 기능을 수행할 수 있는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(100)는 겸자, 파지기, 니들 구동기, 가위, 전기 소작 도구(electro cautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 흡입 도구, 세척(irrigation) 도구, 이미징 장치(예컨대, 내시경 또는 초음파 프로브(probe)), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이로 한정되지 않는다. 일부 실시예에서, 수술 도구(100)는 고주파(RF) 에너지와 같은 에너지를 조직에 인가하도록 구성될 수 있다.
샤프트(102)는 하우징(108)으로부터 원위방향으로 연장되는 기다란 부재이며, 그의 축방향 길이를 따라 관통 연장되는 적어도 하나의 루멘(lumen)을 갖는다. 일부 실시예에서, 샤프트(102)는 하우징(108)에 고정될 수 있지만, 대안적으로 샤프트(102)가 길이방향 축(A1)을 중심으로 회전하게 하도록 하우징(108)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 샤프트(102)는 하우징(108)에 해제가능하게 결합될 수 있으며, 이는 단일 하우징(108)이 상이한 엔드 이펙터들을 갖는 다양한 샤프트에 적응되게 할 수 있다.
엔드 이펙터(104)는 다양한 크기, 형상, 및 구성을 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 엔드 이펙터(104)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동하도록 구성된 대향하는 조오(jaw)(110, 112)들을 갖는 조직 파지기를 포함한다. 조오(110, 112)들 중 하나 또는 둘 모두는 리스트(106)에서 피벗하여 엔드 이펙터(104)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동시키도록 구성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 엔드 이펙터(104)는 다른 구성, 예컨대 한 쌍의 대향하는 절단 블레이드를 포함하는 가위, 한 쌍의 대향하는 파지 조오를 포함하는 바브콕(babcock), 견인기(retractor), 후크, 스패툴라(spatula), 니들 구동기, 파지기, 겸자 등을 가질 수 있다.
리스트(106)는 다양한 구성 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 리스트(106)는 샤프트(102)에 대한 엔드 이펙터(104)의 피벗 이동을 허용하도록 구성된 조인트를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따라 그리고 아래에서 더 상세히 논의되는 바와 같이, 리스트(106)는 종래의 리스트 조인트와 비교하여, 상승된 힘 및 로딩을 엔드 이펙터(104)에 전달할 수 있는 "동력 액슬 리스트"로서 특징지어질 수 있다.
도 2는 리스트(106)가 관절운동(피벗)가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시한다. 리스트(106)의 자유도들은 3개의 병진 변수(즉, 서지(surge), 히브(heave), 및 스웨이(sway))에 의해, 그리고 3개의 회전 변수(즉, 오일러 각(Euler angle) 또는 롤(roll), 피치(pitch), 및 요(yaw))에 의해 표현된다. 병진 및 회전 변수들은 주어진 기준 직교 프레임(reference Cartesian frame)에 대한 수술 시스템(예컨대, 엔드 이펙터(104))의 구성요소의 위치 및 배향을 기술한다. 도 2에 도시된 바와 같이, "서지"는 전후 병진 이동을 지칭하고, "히브"는 상하 병진 이동을 지칭하고, "스웨이"는 좌우 병진 이동을 지칭한다. 회전 용어에 관하여, "롤"은 옆으로 기울어지는 것을 지칭하고, "피치"는 전후로 기울어지는 것을 지칭하며, "요"는 좌우로 회전하는 것을 지칭한다.
피벗 운동은 리스트(106)의 제1 축(예컨대, X 축)을 중심으로 하는 피치 이동, 리스트(106)의 제2 축(예컨대, Y 축)을 중심으로 하는 요 이동, 및 리스트(106)를 중심으로 하는 엔드 이펙터(104)의 360° 회전 이동을 허용하기 위한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 응용에서, 피벗 운동은 엔드 이펙터(104)가 단일 평면 내에서만 이동하도록 단일 평면 내에서의 이동, 예컨대 단지 리스트(106)의 제1 축을 중심으로 하는 피치 이동 또는 단지 리스트(106)의 제2 축을 중심으로 하는 요 이동으로 제한될 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 수술 도구(100)는 샤프트(102)에 대한 엔드 이펙터(104)의 이동(피벗)을 달성하도록 구성된 케이블 구동식 운동 시스템의 일부를 형성하는 복수의 구동 케이블(도 1에서 가려짐)을 포함한다. 구동 케이블은 케이블, 밴드, 라인, 코드(cord), 와이어, 로프(rope), 스트링(string), 꼬인 스트링, 기다란 부재 등으로 지칭되고 이로서 달리 특징지어질 수 있다. 구동 케이블은 금속(예컨대, 텅스텐, 스테인리스강 등) 또는 중합체를 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 구동 케이블들은 발명의 명칭이 "소형 로봇 리스트(Compact Robotic Wrist)"인 미국 특허 출원 공개 제2015/0209965호, 및 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템(Hyperdexterous Surgical System)"인 미국 특허 출원 공개 제2015/0025549호에 기술되어 있으며, 이들 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
구동 케이블들은 구동 하우징(108) 내에 내장된 다양한 작동 메커니즘에 작동가능하게 결합되고, 샤프트(102)의 루멘 내에서 리스트(106)까지 연장되며, 리스트에서 이들은 엔드 이펙터(104)와 작동가능하게 결합된다. 구동 케이블들 중 전부 또는 일부분의 선택적 작동은 엔드 이펙터(104)(예컨대, 조오(110, 112)들 중 하나 또는 둘 모두)가 샤프트(102)에 대해 이동(피벗)하게 한다. 보다 구체적으로, 선택적 작동은 대응하는 구동 케이블이 샤프트(102)의 루멘 내에서 길이방향으로 병진하게 하고 이에 의해 엔드 이펙터(104)의 피벗 이동을 유발하게 한다. 작동시, 하나 이상의 구동 케이블이 길이방향으로 병진하여 엔드 이펙터(104)가 관절운동하게 하거나(예컨대, 조오(110, 112)들 둘 모두가 동일한 방향으로 비스듬히 이동함), 엔드 이펙터(104)가 개방되게 하거나(예컨대, 조오(110, 112)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 하나로부터 멀어지게 이동함), 엔드 이펙터(104)가 폐쇄되게 한다(예컨대, 조오(110, 112)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 하나를 향해 이동함).
구동 케이블의 작동은 다양한 방식으로, 예를 들어 구동 하우징(108)에 작동가능하게 결합되거나 구동 하우징 내에 내장되는 연관된 액추에이터를 트리거링함으로써 달성될 수 있다. 작동은 근위 방향으로 구동 케이블들에 장력을 인가하여(즉, 당겨서) 대응하는 기다란 부재가 병진하게 하고 이에 의해 엔드 이펙터(104)가 샤프트(102)에 대해 이동(관절운동)하게 한다. 조오(110, 112)들 둘 모두가 이동하여 엔드 이펙터(104)를 개방 및 폐쇄시키도록 설계될 때, 하나 이상의 제1 구동 케이블이 제1 조오(110)에 작동가능하게 결합되어 그러한 조오(110)를 이동시킬 것이고, 하나 이상의 제2 구동 케이블이 제2 조오(112)에 작동가능하게 결합되어 그러한 조오(112)를 이동시킬 것이다. 조오(110, 112)들 중 하나만이 엔드 이펙터(104)를 개방 및 폐쇄시키도록 이동하도록 구성될 때, 하나 이상의 구동 케이블이 제1 조오(110)에 작동가능하게 결합되어 제1 조오(110)를 제2 조오(112)에 대해 이동시킬 수 있다.
구동 케이블을 작동시키는 것은 엔드 이펙터(104)를 관절운동되지 않은 위치와 관절운동된 위치 사이에서 이동시킨다. 엔드 이펙터(104)는, 엔드 이펙터(104)가 샤프트(102)에 대해 실질적으로 0의 각도에 있도록 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A2)이 샤프트(102)의 길이방향 축(A1)과 실질적으로 정렬되는 관절운동되지 않은 위치에서 도 1에 도시되어 있다. 측정 장치의 제조 공차 및 정밀도와 같은 요인들로 인해, 엔드 이펙터(104)는 관절운동되지 않은 위치에서 샤프트(102)에 대해 정확한 0의 각도에 있지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 그에 "실질적으로 정렬된" 것으로 간주될 수 있다. 관절운동된 위치에서, 길이방향 축(A1, A2)들은 엔드 이펙터(104)가 샤프트(102)에 대해 0이 아닌 각도로 있도록 서로 각도적으로 오프셋될 것이다.
구동 하우징(108)(대안적으로 "퍽(puck)"으로 지칭됨)은 로봇 수술 시스템의 도구 구동기에 다양한 방식으로, 예를 들어 그에 클램핑(clamping)됨으로써, 그에 클리핑(clipping)됨으로써, 또는 그와 활주가능하게 정합함으로써, 해제가능하게 래칭될(latched)(부착될) 수 있다. 구동 하우징(108) 내에 내장된 작동 장치 또는 메커니즘은 로봇 내에 통합된 컴퓨터 시스템을 통해 수신된 사용자 입력에 기초하여 로봇에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 사용자 입력은 구동 케이블의 이동 및 결과적으로 엔드 이펙터(104)의 이동을 제어한다.
구동 하우징(108)이 제거가능하게 부착될 수 있는 예시적인 도구 구동기가 앞서 언급된 미국 특허 출원 제15/200,283호에 기술되어 있다. 또한, 도 1에 예시된 구동 하우징(108)은 적합한 구동 하우징의 오직 하나의 예이고, 구동 하우징(108)의 추가 실시예들이 앞서 언급된 미국 특허 출원 공개 제2015/0209965호 및 제2015/0025549호에 기술되어 있다. 예시적인 로봇 수술 시스템들이, 발명의 명칭이 "원격조종식 수술 기구를 위한 환자측 외과의 인터페이스(Patient-Side Surgeon Interface for a Teleoperated Surgical Instrument)"인 미국 특허 제8,831,782호, 및 앞서 언급된 미국 특허 출원 공개 제2015/0209965호 및 제2015/0025549호에 기술되어 있다.
도 3은 도 1의 수술 도구(100)의 원위 단부의 확대 등각도이다. 보다 구체적으로, 도 3은 엔드 이펙터(104) 및 리스트(106)의 확대도를 도시하는데, 이때 엔드 이펙터(104)는 조오(110, 112)들이 폐쇄된 관절운동되지 않은 위치에 있다. 리스트(106)는 엔드 이펙터(104)를 샤프트(102)에 작동가능하게 결합시킨다. 이를 달성하기 위해, 리스트(106)는 원위 클레비스(302a) 및 근위 클레비스(302b)를 포함한다. 엔드 이펙터(104)(즉, 조오(110, 112))는 제1 액슬(304a)에서 원위 클레비스(302a)에 회전가능하게 장착되고, 원위 클레비스(302a)는 제2 액슬(304b)에서 근위 클레비스(302b)에 회전가능하게 장착되고, 근위 클레비스(302b)는 샤프트(102)의 원위 단부(306)에 결합된다.
리스트(106)는 제1 액슬(304a)을 통해 연장되는 제1 피벗 축(P1)및 제2 액슬(304b)을 통해 연장되는 제2 피벗 축(P2)을 제공한다. 제1 피벗 축(P1)은 엔드 이펙터(104)의 길이방향 축(A2)에 실질적으로 직각(직교)이고, 제2 피벗 축(P2)은 길이방향 축(A2) 및 제1 피벗 축(P1) 둘 모두에 실질적으로 직각이다. 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 하는 이동은 엔드 이펙터(104)의 "요" 관절운동을 제공하고, 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 하는 이동은 엔드 이펙터(104)의 "피치" 관절운동을 제공한다. 예시된 실시예에서, 조오(110, 112)들은 제1 피벗 축(P1)에 장착됨으로써, 조오(110, 112)들이 서로에 대해 피벗하게 하여 엔드 이펙터(104)를 개방 및 폐쇄시키거나 대안적으로 직렬로 피벗하게 하여 엔드 이펙터(104)의 배향을 관절운동시킨다.
구동 케이블(308a, 308b, 308c, 308d)들로서 도시된 복수의 구동 케이블(308)이, 리스트(106)에서 종료될 때까지 샤프트(102)의 루멘(310) 내에서 길이방향으로 연장된다. 구동 케이블(308a 내지 308d)들은 엔드 이펙터(104)로부터 구동 하우징(108)(도 1)으로 근위방향으로 연장되고, 구동 하우징은 위에서 논의된 바와 같이 루멘(310) 내에서의 구동 케이블(308a 내지 308d)들의 길이방향 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 루멘(310)은 예시된 바와 같이 단일 루멘일 수 있거나, 대안적으로 구동 케이블(308a 내지 308d)들 중 하나 이상을 각각 수용하는 복수의 독립적인 루멘을 포함할 수 있다.
리스트(106)는 제1 복수의 풀리(pulley)(312a) 및 제2 복수의 풀리(312b)를 포함하며, 각각은 엔드 이펙터(104)와의 맞물림을 위해 구동 케이블(308a 내지 308d)들과 상호작용하고 이들을 방향전환시키도록 구성된다. 제1 복수의 풀리(312a)는 제2 액슬(304b)에서 근위 클레비스(302b)에 장착되고, 제2 복수의 풀리(312b)는 제3 액슬(304c)에서 근위 클레비스(302b)에 장착된다. 제3 액슬(304c)은 제2 액슬(304b)의 근위에 위치된다. 제1 및 제2 복수의 풀리(312a, 312b)들은 구동 케이블(308a 내지 308d)들을 "S" 형상의 통로를 통해 협동적으로 방향전환시킨다.
적어도 하나의 실시예에서, 구동 케이블(308a 내지 308d)들 중 한 쌍이 각각의 조오(110, 112)에 작동식으로 결합되고, 대응하는 조오(110, 112)를 "대항적으로(antagonistically)" 작동시키도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 제1 및 제2 구동 케이블(308a, 308b)들은 제1 조오(110)에 장착된 커넥터(314)에서 결합되고, 제3 및 제4 구동 케이블(308c, 308d)들은 제2 조오(112)에 장착된 다른 커넥터(도 3에서 가려져 있음)에서 결합된다. 제1 구동 케이블(308a)의 작동은 커넥터(314)에 작용하고 이에 의해 제1 조오(110)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다. 대조적으로, 제2 구동 케이블(308b)의 작동은 커넥터(314)에 작용하고 이에 의해 제1 조오(110)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다. 유사하게, 제3 구동 케이블(308c)의 작동은 대응하는 커넥터(도시되지 않음)에 작용하고 이에 의해 제2 조오(112)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시키는 반면, 제4 구동 케이블(308d)의 작동은 대응하는 커넥터에 작용하여 제2 조오(112)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다.
따라서, 구동 케이블(308a 내지 308d)들은 제1 및 제2 조오(110, 112)들의 상대 또는 직렬 이동을 유발하도록 협동적으로(대항적으로) 작동하는 "대항" 케이블들로서 특징지어지거나 달리 이로 지칭될 수 있다. 제1 구동 케이블(308a)이 작동될 때, 제2 구동 케이블(308b)은 커넥터(314)에서 제1 구동 케이블(308a)에 결합된 바대로 자연적으로 추종하고, 그 반대도 마찬가지이다. 유사하게, 제3 구동 케이블(308c)이 작동될 때, 제4 구동 케이블(308d)은 다른 커넥터(도 3에서 가려짐)에서 제3 구동 케이블(308c)에 결합된 바대로 자연적으로 추종하고, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명에 따르면, 도구(100)는, 원위 및 근위 클레비스(302a, 302b)들이 결합되는 리스트(106)에서 종료할 때까지 루멘(310) 내에서 길이방향으로 또한 연장되는 동력 액슬 케이블(316)을 추가로 포함할 수 있다. 구동 케이블(308a 내지 308d)들과 유사하게, 동력 액슬 케이블(316)은 구동 하우징(108)(도 1)로부터 연장되고, 구동 하우징은 동력 액슬 케이블(316)을 선택적으로 작동시키고 이에 의해 루멘(310) 내에서의 동력 액슬 케이블(316)의 길이방향 이동(병진)을 용이하게 하는 데 사용되는 하나 이상의 작동 메커니즘을 내장한다. 일부 실시예에서, 동력 액슬 케이블(316)은 구동 하우징(108) 내의 단지 하나의 작동 메커니즘과 인터페이싱하는 폐쇄 루프(closed loop) 케이블이다. 그러나, 다른 실시예에서, 동력 액슬 케이블(316)은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 구동 하우징(108) 내의 독립적인 메커니즘과 각각 인터페이싱하고 원위 클레비스(302a)에 결합된 2개의 동력 액슬 케이블을 포함할 수 있다.
동력 액슬 케이블(316)은 원위 클레비스(302a)에 힘을 전달하는 것에 전용되고, 이는 엔드 이펙터(104)에 상승된 힘 및 하중 능력을 제공한다. 작동시, 제1 방향으로의 동력 액슬 케이블(316)의 작동은 원위 클레비스(302a) 및 따라서 엔드 이펙터(104)를 제1 "피치" 방향으로 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 피벗시킨다. 대조적으로, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 동력 액슬 케이블(316)의 작동은 원위 클레비스(302a)(및 엔드 이펙터(104))를 제1 피치 방향과 반대인 제2 "피치" 방향으로 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 피벗시킨다. 엔드 이펙터(104)가 제1 및 제2 피치 방향들로 이동함에 따라, 추가된 힘 및 하중이 엔드 이펙터(104)에 제공되고, 이는 그의 능력을 향상시킨다. 이러한 상승된 힘은 기구가 큰 기관 또는 조직을 후퇴시키고 파지하며, 두꺼운 조직을 통해 바늘을 조작하고 봉합하는 데 사용되게 한다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른, 도 3의 리스트(106) 및 엔드 이펙터(104)의 확대 측단면도이다. 위에서 예시되고 언급된 바와 같이, 엔드 이펙터(104)는 제1 액슬(304a)에서 원위 클레비스(302a)에 회전가능하게 장착되고, 원위 클레비스(302a)는 제2 액슬(304b)에서 근위 클레비스(302b)에 회전가능하게 장착된다.
원위 클레비스(302a)는 제1 연장부(404a) 및 제1 연장부(404a)로부터 측방향으로 오프셋된 제2 연장부(404b)를 제공하고 달리 한정하는 본체(402)를 포함한다. 공동(406)이 제1 연장부(404a)와 제2 연장부(404b) 사이에 한정되고, 엔드 이펙터(104)의 일부분을 수용하도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 공동(406)은 제1 및 제2 조오(110, 112)들 각각의 근위 부분을 수용하도록 크기설정된다.
엔드 이펙터(104)를 원위 클레비스(302a)에 고정시키기 위해, 제1 액슬(304a)은 제1 및 제2 연장부(404a, 404b)들에 의해 각각 한정되는 제1 및 제2 구멍(408a, 408b)들을 통해 연장가능하다. 제1 액슬(304a)은 또한, 엔드 이펙터(104)에 의해 한정되는 대응하는 구멍(410)들을 통해(즉, 각각의 조오(110, 112)의 근위 부분들을 통해) 연장가능하다. 일단 제1 액슬(304a)에 장착되면, 엔드 이펙터(104)는 대응하는 구동 케이블(308a 내지 308d)(도 3)에 의해 작용되는 바대로 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 회전할 수 있다.
예시된 바와 같이, 동력 액슬 커넥터(412)는 동력 액슬 케이블(316)을 원위 클레비스(302a)에 장착하는 데 사용될 수 있다. 원위 클레비스(302a)는 제2 액슬(304b)을 동심으로 둘러싸는 내측 그루브(416)을 한정하는 내측 풀리(414)를 제공할 수 있다. 동력 액슬 케이블(316)은 내측 그루브(416) 내에 수용되고 이에 의해 제2 액슬(304b) 둘레에서 동심으로 경로설정될 수 있으며, 동력 액슬 커넥터(412)는 동력 액슬 케이블(316)을 원위 클레비스(302a) 상의 제위치에 유지시킨다.
동력 액슬 커넥터(412)는 동력 액슬 케이블(316)을 원위 클레비스(302a)에 장착할 수 있는 임의의 부착 메커니즘을 포함할 수 있어, 동력 액슬 커넥터(412)의 일측에서의 동력 액슬 케이블(316)의 이동(작동)이 동력 액슬 커넥터(412)의 반대측에서 동력 액슬 케이블(316)을 대응하게 이동시키도록 한다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 동력 액슬 커넥터(412)는 볼 크림프(ball crimp)와 같은 크림프를 포함할 수 있다. 배럴(barrel) 크림프, 이중 배럴 크림프 등을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다른 유형의 크림프가 대안적으로 채용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 동력 액슬 커넥터(412)는 대안적으로 용접된 부착물, 브레이징된(brazed) 부착물, 접착 접합부, 기계적 체결구, 및 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
동력 액슬 커넥터(412)는 원위 클레비스(302a)에 의해 한정되는 포켓(418) 내에 수용됨으로써 원위 클레비스(302a)에 장착될 수 있다. 포켓(418)은, 동력 액슬 커넥터(412)가 내부에 수용될 때, 동력 액슬 케이블(316)의 이동이 동력 액슬 커넥터(412)가 원위 클레비스(302a)에 작용하게 하고 이를 가압하게 하여 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 이동하게 하도록 크기설정될 수 있다.
예를 들어, 제1 방향으로의 동력 액슬 케이블(316)의 이동(작동)은 원위 클레비스(302a)를 제1 또는 "시계" 방향으로 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 이동(회전)시킬 것이다. 대조적으로, 제1 방향과 반대인 제2 방향으로의 동력 액슬 케이블(316)의 이동(작동)은 원위 클레비스(302a)를 제2 또는 "반시계" 방향으로 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 이동(회전)시킬 것이다. 또한, 엔드 이펙터(104)가 제1 액슬(304a)에서 원위 클레비스(302a)에 결합되기 때문에, 동력 액슬 케이블(316)의 이동은 엔드 이펙터(104)를 동일한 방향으로 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 대응하게 피벗시킬 것이다.
동력 액슬 케이블(316)은 원위 클레비스(302a)에 힘을 전달하는 것에 전적으로 전용된다. 제1 및 제2 복수의 풀리(312a, 312b)들 둘레에서 경로설정되는 구동 케이블(308a, 308b)(도 3)과는 달리, 동력 액슬 케이블(316)은 원위 클레비스(302a)까지 직접 경로설정된다. 구동 케이블(308a, 308b)들을 제1 및 제2 복수의 풀리(312a, 312b)들 둘레에서 경로설정하는 것은 마찰을 도입하고 이용가능한 하중 용량을 감소시킨다. 동력 액슬 케이블(316)이 원위 클레비스(302a)까지 직접 경로설정되기 때문에, 엔드 이펙터(104)를 위한 더 큰 힘 및 로딩 능력이 이용가능하다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른 엔드 이펙터(104)의 등각도이다. 역시, 예시된 엔드 이펙터(104)는 대향하는 제1 및 제2 조오(110, 112)들을 포함하고, 구동 케이블(308a 내지 308d)들에 의해 작용되는 바대로 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동가능하다. 또한, 제1 및 제2 구동 케이블(308a, 308b)들은 제1 조오(110)에 장착된 커넥터(314)에서 결합되고, 제3 및 제4 구동 케이블(308c, 308d)들은 제2 조오(112)에 장착된 다른 커넥터(도 5에서 가려짐)에서 결합된다.
커넥터(314)(및 가려진 커넥터)는 대응하는 구동 케이블(308a 내지 308d)들을 결합시킬 수 있는 임의의 부착 메커니즘을 포함할 수 있어, 하나의 구동 케이블의 이동(작동)이 다른 연관된 구동 케이블을 대응하게 이동시키도록 하고, 그 반대도 마찬가지이다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 커넥터(314)(및 가려진 커넥터)는 볼 크림프를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 커넥터(314)(및 가려진 커넥터)는 도 4의 동력 액슬 커넥터(412)를 참조하여 본 명세서에 언급된 부착 메커니즘들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
예시된 바와 같이, 커넥터(314)는 제1 조오(110)에 의해 한정되는 포켓(502) 내에 수용될 수 있다. 도 5에는 보이지 않지만, 제2 조오(112)에 장착된 가려진 커넥터는 마찬가지로 제2 조오(112)에 의해 한정되는 대응하는 포켓 내에 수용될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 보이는 커넥터(314) 및 포켓(502)만이 논의될 것이지만, 이러한 논의가 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 제2 조오(112)의 가려진 커넥터 및 포켓에 동일하게 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
포켓(502)은 커넥터(314)를 수용하도록 크기설정될 수 있어, 제1 구동 케이블(308a)의 이동이 제2 구동 케이블(308b)을 대응하게 이동시키고, 그 반대도 마찬가지이도록 하지만, 또한 동시에 커넥터(314)를 가압하여 제1 조오(110)에 작용하게 하여 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 이동하도록 한다. 일부 실시예에서, 엔드 이펙터(104)는, 제1 구동 케이블(308a)이 그의 위치를 유지하는 것을 돕고, 완전한 요 관절운동 하에 있는 동안에 제1 구동 케이블(308a)이 제위치로부터 "점핑"하거나 미끄러지는 것을 방지하는 노우즈(nose)(504)를 추가로 제공할 수 있다. 예시된 실시예에서, 노우즈(504)는 조오(110)의 일체형 연장부이고, 커넥터(314)가 포켓(502)으로부터 빠져나가도록 가압되는 경우 커넥터(314)를 본질적으로 포획하고 정지시키는 방향으로 조오로부터 연장된다.
도 6은 도 3 및 도 4의 리스트(106)의 원위 클레비스(302a) 및 제1 액슬(304a)의 측단면도이다. 일부 실시예에서, 제1 연장부(404a)에 의해 한정되는 제1 구멍(408a)은 제1 내경(602a)을 가질 수 있고, 제2 연장부(404b)에 의해 한정되는 제2 구멍(408b)은 제1 내경(412a)보다 큰 제2 내경(602b)을 가질 수 있다. 또한, 제1 액슬(304a)은 가압 끼워맞춤(press-fit) 또는 수축 끼워맞춤 배열로 제1 및 제2 구멍(408a, 408b)들과 정합하도록 구성되고 달리 크기설정될 수 있다. 따라서, 제1 액슬(304a)은 제1 단부(606a)에서 제1 외경(604a)을 그리고 제2 단부(606b)에서 제2 외경(604b)을 나타낼 수 있으며, 여기서 제2 외경(604b)은 제1 외경(604a)보다 크다. 제1 내경(602a)은 제1 외경(604a)을 수용하도록 크기설정될 수 있고, 제2 내경(602b)은 제2 외경(604b)을 수용하도록 크기설정될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 이는 둘 모두의 단부(606a, 606b)들이 대응하는 구멍(408a, 408b)들 내로의 제위치로 가압 끼워맞춤되기 직전까지 제1 액슬(304a)이 마찰에 직면하지 않을 것이기 때문에 용이한 조립을 수용하는 데 유리한 것으로 판명될 수 있다.
도 7은 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 도 3의 엔드 이펙터(104)의 예시적인 실시예의 측면도이다. 예시된 실시예에서, 동력 액슬 커넥터(412)는 원위 클레비스(302a)에 한정된 포켓(418) 내에 안착되고, 포켓(418) 밖으로 그리고 제1 연장부(404a)와 제2 연장부(404b) 사이에 형성된 공동(406) 내로 부분적으로 돌출된다. 그러나, 동력 액슬 커넥터(412)는 엔드 이펙터(104)의 저부(근위 부분) 상에 한정된 오목부(recess)(702)로 인해 엔드 이펙터(104)의 관절운동을 방해하지 않는다. 예시된 바와 같이, 오목부(702)는 동력 액슬 커넥터(412)가 엔드 이펙터의 이동을 방해하지 않도록 포켓(418)으로부터 돌출되는 동력 액슬 커넥터(412)의 부분을 수용하도록 크기설정될 수 있다.
도 8은 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 도 3 및 도 4의 리스트(106)의 일부분 및 엔드 이펙터(104)의 등각 측면도이다. 예시된 바와 같이, 원위 클레비스(302a)의 본체(402)는 2개의 하드 스톱(hard stop)(802)(하나는 보이고 하나는 가려짐) 및 복수의 채널(804)(2개는 보이고 2개는 가려짐)을 한정할 수 있다. 각각의 하드 스톱(802)은, 본체(402) 상에 한정되고 대응하는 조오(110, 112)의 "요" 이동을 미리 결정된 최대 각도로 제한하도록 위치된 돌출부를 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 하드 스톱(802)은 제2 조오(112)의 요 관절운동을 정지시키도록 구성되는 반면, 엔드 이펙터(104)의 반대측의 가려진 하드 스톱은 제1 조오(110)의 요 관절운동을 정지시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 미리 결정된 최대 각도는 약 100°일 수 있지만, 대안적으로 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 100°보다 크거나 작을 수 있다.
복수의 채널(804)은 엔드 이펙터(104)로부터 그의 각각의 측에서 근위방향으로 연장되는 구동 케이블(308a 내지 308d)들을 수용하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제2 및 제3 구동 케이블(308b, 308c)들은 2개의 보이는 채널(804)들을 통해 연장되는 것으로 도시되어 있는 반면, 제1 및 제4 구동 케이블(308a, 308d)들은 본체(402)의 반대측의 2개의 가려진 채널을 통해 연장된다. 채널(802)들은, 정상 조건 하에서 구동 케이블(308a 내지 308d)들이 채널(802)들과 맞물리지 않고, 따라서 시스템 내로 마찰을 도입하지 않도록 크기설정된다.
도 9는 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 도 3 및 도 4의 리스트(106)의 일부분 및 엔드 이펙터(104)의 등각 측면도이다. 근위 클레비스(302b)는 논의를 위해 제1 및 제2 복수의 풀리(312a, 312b)들을 노출시키도록 단면으로 도시되어 있다. 예시된 바와 같이, 제2 액슬(304b)은 제3 액슬(304c)보다 크고, 풀리(312a, 312b)들 각각의 외경은 실질적으로 동일하다. 그러나, 제2 액슬(304b)이 제3 액슬(304c)보다 크기 때문에, 제2 복수의 풀리(312b)의 내경(902b)은 제1 복수의 풀리(312a)의 내경(902a)보다 작을 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 제1 및 제2 복수의 풀리(312a, 312b)들은 엔드 이펙터(104)로 그리고 이로부터 연장되는 "S" 형상의 경로를 통해 구동 케이블(308a 내지 308d)(도 3)들을 협동적으로 방향전환시킨다. 제2 복수의 풀리(312b)의 더 작은 내경(902b)은 구동 케이블(308a 내지 308d)들이 "S" 형상의 경로를 통해 경로설정될 때 구동 케이블들에 적용되는 더 작은 굴곡 각도에 해당한다. 더 작은 굴곡 각도는 제2 복수의 풀리(312b)에 대항한 구동 케이블(308a 내지 308d)들의 더 적은 접촉에 해당하고, 이는 유리하게는 작동 동안에 제3 액슬(304c)에 대한 마찰 및 비효율성을 감소시킨다.
도 10은 하나 이상의 실시예에 따른, 기다란 샤프트(102)의 원위 단부(306) 및 근위 클레비스(302b)의 분해도이다. 근위 클레비스(302b)는 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 방식으로 샤프트(102)의 원위 단부(306)에 결합될 수 있다. 근위 클레비스(302b)가 샤프트(102)의 원위 단부(306)에 결합될 수 있는 예시적인 방식은 나사식 맞물림, 용접, 브레이징, 산업용 접착제, 하나 이상의 기계적 체결구, 억지 끼워맞춤(interference fit)(예컨대, 가압 끼워맞춤, 수축 끼워맞춤 등), 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이로 한정되지 않는다.
일부 실시예에서, 예시된 바와 같이, 근위 클레비스(302b)는 근위 클레비스(302b)의 내부(1002) 내에 원위 단부(306)를 수용함으로써 샤프트(102)의 원위 단부(306)에 결합될 수 있다. 샤프트(102)의 원위 단부(306)는 근위 클레비스(302b)의 내부(1002) 내에 수용되도록 크기설정된 환상 오목부(1004)를 한정할 수 있다. 일부 실시예에서, 환상 오목부(1004)는 억지 끼워맞춤(예컨대, 가압 끼워맞춤, 수축 끼워맞춤 등)을 통해 내부(1002) 내에 수용될 수 있다. 억지 끼워맞춤 결합은 용접, 브레이징, 또는 접착제를 통해 향상될 수 있다.
일부 실시예에서, 샤프트(102)의 원위 단부(306)는 하나 이상의 키이 홈(keyway)(1006)(하나는 보이고 하나는 가려짐)을 한정할 수 있고, 하나 이상의 대응하는 키이(1008)(하나는 보이고 하나는 가려짐)가 근위 클레비스(302b)의 내부(1002) 내에 제공될 수 있다. 원위 단부(306)가 내부(1002) 내에 수용될 때, 키이 홈(들)(1006)은 키이(들)(1008)와 정렬되고 이를 수용하도록 구성될 수 있으며, 이는 샤프트(102)에 대한 리스트(106)(도 3)의 회전을 방지한다. 또한, 키이(들)(1008)를 키이 홈(들)(1006)과 정합시키는 것은 샤프트(102)가 미리 결정된 방식의 각도 배향으로 근위 클레비스(302b)에만 결합될 것을 보장하는 데 유리한 것으로 판명될 수 있으며, 이는 리스트(106)가 공지된 구성으로 샤프트(102)와 정렬될 것을 보장한다.
도 11은 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 엔드 이펙터(104) 및 리스트(106)의 등각 단면도이다. 보다 구체적으로, 근위 클레비스(302b)의 내부(1002)의 도면이 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 근위 클레비스(302b)는 구동 케이블(308a 내지 308d)(도 3) 및 동력 액슬 케이블(316)을 수용하도록 구성된 복수의 채널(1102)을 한정할 수 있다. 따라서, 단지 3개의 채널(1102)만이 도 11에 도시되어 있지만, 채널(1102)의 개수는 일반적으로 동력 액슬 케이블(316)의 2개의 단부와 구동 케이블(308a 내지 308d)의 총 개수와 동일할 것이다.
일부 실시예에서, 시일(seal)(1104)이 근위 클레비스(302b)의 내부(1002) 내에 제공될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 시일(1104)은 실리콘 시일을 포함할 수 있고, 구동 케이블(308a 내지 308d)(도 3) 및 동력 액슬 케이블(316)은 마찰 발생이 거의 또는 전혀 없이 시일(1104)을 통과할 수 있다. 시일(1104)은 외과적 수술 동안에 주입을 유지하는 것을 돕는 데 유리한 것으로 판명될 수 있고, 또한 부스러기, 혈액, 및 다른 물질이 샤프트(102)(도 3 및 도 10) 및 수술 도구의 다른 부품 내로 들어가는 것을 방지하는 데 도움을 주는 장벽(barrier)을 제공할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 하기를 포함한다:
수술 도구로서, 구동 하우징; 구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트; 엔드 이펙터를 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스 및 근위 클레비스를 포함하는 리스트로서, 원위 클레비스는 엔드 이펙터를 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬을 갖고, 근위 클레비스는 원위 클레비스를 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되는, 상기 리스트; 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상의 구동 케이블들의 이동은 엔드 이펙터가 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동하게 하는, 상기 복수의 구동 케이블들; 및 구동 하우징으로부터 연장되는 동력 액슬 케이블로서, 동력 액슬 케이블은 동력 액슬 케이블의 이동이 엔드 이펙터로 하여금 제2 액슬을 통해 연장되고 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 원위 클레비스에 장착되는, 상기 동력 액슬 케이블을 포함하는, 수술 도구.
B. 수술 도구를 작동시키는 방법으로서, 수술을 위해 환자에 인접하게 수술 도구를 위치시키는 단계로서, 수술 도구는 구동 하우징,
구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트, 엔드 이펙터를 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스 및 근위 클레비스를 포함하는 리스트로서, 원위 클레비스는 엔드 이펙터를 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬을 갖고, 근위 클레비스는 원위 클레비스를 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되는, 상기 리스트, 구동 하우징과 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들, 및 구동 하우징으로부터 연장되고 원위 클레비스에 장착되는 동력 액슬 케이블을 포함하는, 상기 수술 도구를 위치시키는 단계를 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
이 방법은 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상을 이동시키는 단계로서, 이에 의해 엔드 이펙터가 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동하게 하는, 상기 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상을 이동시키는 단계; 및 동력 액슬 케이블을 이동시키는 단계로서, 이에 의해 제2 액슬을 통해 연장되고 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 엔드 이펙터를 피벗시키는, 상기 동력 액슬 케이블을 이동시키는 단계를 추가로 포함함.
C. 수술 도구의 기다란 샤프트에 엔드 이펙터를 결합시키는, 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트로서, 동력 액슬 리스트는 제1 액슬을 갖는 원위 클레비스로서, 제1 액슬에서 엔드 이펙터가 원위 클레비스에 회전가능하게 장착되고, 엔드 이펙터는 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동가능한, 상기 원위 클레비스; 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되도록 구성되는 근위 클레비스로서, 근위 클레비스는 원위 클레비스가 근위 클레비스에 회전가능하게 장착되는 제2 액슬을 갖는, 상기 근위 클레비스; 및 동력 액슬 케이블로서, 동력 액슬 케이블은 동력 액슬 케이블의 이동이 엔드 이펙터로 하여금 제2 액슬을 통해 연장되고 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 원위 클레비스에 장착되는, 상기 동력 액슬 케이블을 포함하는, 동력 액슬 리스트.
실시예 A, 실시예 B, 및 실시예 C 각각은 임의의 조합으로 다음의 추가 요소들 중 하나 이상을 가질 수 있다:
요소 1: 리스트는 원위 클레비스 내에 한정되고, 동력 액슬 케이블에 고정된 동력 액슬 커넥터를 수용하는 크기인 포켓; 및 원위 클레비스에 의해 제공되고, 제2 액슬을 동심으로 둘러싸는 내측 그루브를 한정하는 내측 풀리를 추가로 포함하고, 동력 액슬 케이블은 내측 그루브 내에 수용된다. 요소 2: 동력 액슬 커넥터의 일부분은 포켓 밖으로 돌출되며, 동력 액슬 커넥터가 제1 피벗 축을 중심으로 하는 엔드 이펙터의 이동을 방해하지 않도록 동력 액슬 커넥터의 일부분을 수용하는 오목부가 엔드 이펙터 상에 한정된다. 요소 3: 리스트는 제2 액슬에서 근위 클레비스에 장착된 제1 복수의 풀리들, 및 제2 액슬의 근위에 위치된 제3 액슬에서 근위 클레비스에 장착된 제2 복수의 풀리들을 추가로 포함하고, 제1 및 제2 복수의 풀리들은 복수의 구동 케이블들을 "S" 형상의 경로를 통해 협동적으로 방향전환시키는 반면, 동력 액슬 케이블은 원위 클레비스까지 직접 경로설정된다. 요소 4: 제1 및 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 외경은 동일하지만, 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경은 제1 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경보다 작다. 요소 5: 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오들을 포함하고, 복수의 구동 케이블들의 이동은 제1 및 제2 조오들 중 하나 또는 둘 모두가 요 관절운동으로 제1 피벗 축을 중심으로 피벗하게 하고, 동력 액슬 케이블의 이동은 피치 관절운동으로 제2 피벗 축을 중심으로 하는 엔드 이펙터의 이동을 야기한다. 요소 6: 복수의 구동 케이블들은 제1 포켓 내에서 제1 조오에 장착된 제1 커넥터에 결합되는 제1 쌍의 구동 케이블들, 및 제2 포켓 내에서 제2 조오에 장착된 제2 커넥터에 결합되는 제2 쌍의 구동 케이블들을 포함하고, 제1 및 제2 커넥터들을 제1 및 제2 포켓들 내에 각각 유지하도록 노우즈가 각각의 조오로부터 연장된다. 요소 7: 원위 클레비스는 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나의 요 관절운동을 미리 결정된 최대 각도로 제한하도록 위치되는 적어도 하나의 하드 스톱을 제공한다. 요소 8: 기다란 샤프트의 원위 단부가 근위 클레비스의 내부 내에 수용되고, 기다란 샤프트의 원위 단부는 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 하나 이상의 대응하는 키이들과 정합가능한 하나 이상의 키이 홈들을 한정한다. 요소 9: 원위 클레비스는 복수의 채널들을 제공하며, 각각의 구동 케이블은 엔드 이펙터로부터 근위방향으로 연장되고, 복수의 채널들 중 대응하는 채널과 접촉함이 없이 복수의 채널들 중 대응하는 채널을 통과한다. 요소 10: 엔드 이펙터는 겸자, 조직 파지기, 니들 구동기, 가위, 전기 소작 도구, 스테이플러, 클립 어플라이어, 흡입 도구, 세척 도구, 이미징 장치, 바브콕, 견인기, 후크, 스패튤라, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
요소(11): 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오들을 포함하고,
복수의 구동 케이블들 중 하나 이상을 이동시키는 단계는 제1 및 제2 조오들 중 하나 또는 둘 모두가 요 관절운동으로 제1 피벗 축을 중심으로 피벗하게 하는 단계를 포함하며, 동력 액슬 케이블을 이동시키는 단계는 피치 관절운동으로 제2 피벗 축을 중심으로 하는 엔드 이펙터의 이동을 야기하는 단계를 포함한다. 요소 12: 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 시일에 의해 주입을 유지하는 것을 돕는 단계를 추가로 포함한다.
요소 13: 원위 클레비스 내에 한정되고, 동력 액슬 케이블에 고정된 동력 액슬 커넥터를 수용하는 크기인 포켓; 및 원위 클레비스에 의해 제공되고, 제2 액슬을 동심으로 둘러싸는 내측 그루브를 한정하는 내측 풀리를 추가로 포함하고, 동력 액슬 케이블은 내측 그루브 내에 수용된다. 요소 14: 동력 액슬 커넥터는 크림프, 용접된 부착물, 브레이징된 부착물, 접착 접합부, 기계적 체결구, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 부착 메커니즘을 포함한다. 요소 15: 제2 액슬에 장착되는 제1 복수의 풀리들; 근위 클레비스에 결합되고 제2 액슬의 근위에 위치된 제3 액슬에 장착되는 제2 복수의 풀리들
을 추가로 포함하고, 제1 및 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 외경은 동일하지만, 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경은 제1 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경보다 작다. 요소 16: 원위 클레비스는 제1 내경을 갖는 제1 구멍을 한정하는 제1 연장부, 및 제1 연장부로부터 측방향으로 오프셋되고 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는 제2 구멍을 한정하는 제2 연장부를 제공하고, 제1 액슬은 제1 및 제2 구멍들을 통해 연장가능하고, 제1 내경과 유사한 제1 외경을 갖는 제1 단부, 및 제2 내경과 유사한 제2 외경을 갖는 제2 단부를 제공한다. 요소 17: 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 시일을 추가로 포함한다.
비제한적 예로서, A, B, 및 C에 적용가능한 예시적인 조합들은, 요소 2를 갖는 요소 1; 요소 4를 갖는 요소 3; 요소 6을 갖는 요소 5; 요소 7을 갖는 요소 5; 및 요소 14를 갖는 요소 13을 포함한다.
따라서, 개시된 시스템 및 방법은 언급된 목적 및 이점뿐만 아니라 그 내에 내재된 것들을 획득하도록 잘 조정된다. 본 발명의 교시 내용이 본 명세서의 교시 내용의 이익을 갖는 당업자에게 명백한, 상이하지만 동등한 방식들로 수정되고 실시될 수 있기 때문에, 상기에 개시된 특정 실시예들은 단지 예시적인 것이다. 또한, 하기의 청구범위에 기술된 바 이외의, 도시된 본 발명의 구성 또는 설계의 상세 사항에 대해 제한이 의도되지 않는다. 따라서, 상기에 개시된 특정 예시적인 실시예가 변경, 조합, 또는 수정될 수 있고, 모든 그러한 변형이 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 고려됨이 명백하다. 본 명세서에 예시적으로 개시된 시스템 및 방법은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소 및/또는 본 명세서에 개시된 임의의 선택적인 요소의 부재 하에 적합하게 실시될 수 있다. 조성물 및 방법이 다양한 성분 또는 단계를 "포함하는", "함유하는", 또는 "구비하는"으로 설명되지만, 본 조성물 및 방법은 또한 다양한 성분 및 단계로 "본질적으로 이루어질" 수 있거나 이로 "이루어질" 수 있다. 상기에 개시된 모든 수치 및 범위는 일부 양만큼 변할 수 있다. 하한 및 상한을 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 이 범위 내에 속하는 임의의 수치 및 임의의 포함된 범위가 구체적으로 개시된다. 특히, 본 명세서에 개시된 ("약 a 내지 약 b", 또는 동등하게 "대략 a로부터 b까지", 또는 동등하게 "대략 a 내지 b"의 형태의) 모든 값 범위는 더 넓은 값 범위 내에 포함되는 모든 수치 및 범위를 기재하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 청구범위 내의 용어들은 달리 명시적으로 그리고 명확하게 특허권자에 의해 정의되지 않는 한 그들의 보통의 통상적인 의미를 갖는다. 또한, 청구범위에 사용되는 바와 같은 부정 관사("a" 또는 "an")는 도입되는 요소들 중 하나 또는 하나 초과를 의미하는 것으로 본 명세서에서 정의된다. 본 명세서 및 본 명세서에 참고로 포함될 수 있는 하나 이상의 특허 또는 다른 문헌에서의 단어 또는 용어의 사용에 임의의 상충이 있다면, 본 명세서와 일치하는 정의가 채택되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일련의 아이템들 중 임의의 것을 분리하기 위한 용어 "및" 또는 "또는"과 함께 아이템들에 선행하는 어구 "~ 중 적어도 하나"는 목록의 각각의 구성원(즉, 각각의 아이템)이라기보다는 전체로서 목록을 수식한다. 어구 "~ 중 적어도 하나"는 아이템들의 임의의 것 중 적어도 하나, 및/또는 아이템들의 임의의 조합 중 적어도 하나, 및/또는 아이템들 각각 중 적어도 하나를 포함하는 의미를 허용한다. 예로서, 어구 "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"는 각각 단지 A, 단지 B, 또는 단지 C; A, B, 및 C의 임의의 조합; 및/또는 A, B, 및 C 각각 중 적어도 하나를 지칭한다.

Claims (20)

  1. 수술 도구로서,
    구동 하우징;
    상기 구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트;
    엔드 이펙터(end effector)를 상기 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스(distal clevis) 및 근위 클레비스(proximal clevis)를 포함하는 리스트(wrist)로서, 상기 원위 클레비스는 상기 엔드 이펙터를 상기 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬(axle)을 갖고, 상기 근위 클레비스는 상기 원위 클레비스를 상기 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 상기 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되는, 상기 리스트;
    상기 구동 하우징과 상기 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들로서, 상기 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상의 이동은 상기 엔드 이펙터가 상기 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동하게(articulate) 하는, 상기 복수의 구동 케이블들; 및
    상기 구동 하우징으로부터 연장되는 동력 액슬 케이블(power axle cable)로서, 상기 동력 액슬 케이블은, 상기 동력 액슬 케이블의 이동이 상기 엔드 이펙터로 하여금, 상기 제2 액슬을 통해 연장되고 상기 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 상기 원위 클레비스에 장착되는, 상기 동력 액슬 케이블을 포함하는, 수술 도구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리스트는,
    상기 원위 클레비스 내에 한정되고, 상기 동력 액슬 케이블에 고정된 동력 액슬 커넥터를 수용하는 크기인 포켓; 및
    상기 원위 클레비스에 의해 제공되고, 상기 제2 액슬을 동심으로 둘러싸는 내측 그루브를 한정하는 내측 풀리(pulley)를 추가로 포함하고,
    상기 동력 액슬 케이블은 상기 내측 그루브 내에 수용되는, 수술 도구.
  3. 제2항에 있어서, 상기 동력 액슬 커넥터의 일부분은 상기 포켓 밖으로 돌출되며, 상기 동력 액슬 커넥터가 상기 제1 피벗 축을 중심으로 하는 상기 엔드 이펙터의 이동을 방해하지 않도록 상기 동력 액슬 커넥터의 상기 일부분을 수용하는 오목부가 상기 엔드 이펙터 상에 한정되는, 수술 도구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 리스트는 상기 제2 액슬에서 상기 근위 클레비스에 장착된 제1 복수의 풀리들, 및 상기 제2 액슬의 근위에 위치된 제3 액슬에서 상기 근위 클레비스에 장착된 제2 복수의 풀리들을 추가로 포함하고,
    상기 제1 및 제2 복수의 풀리들은 상기 복수의 구동 케이블들을 "S" 형상의 경로를 통해 협동적으로 방향전환시키는 반면, 상기 동력 액슬 케이블은 상기 원위 클레비스까지 직접 경로설정되는, 수술 도구.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 외경은 동일하지만, 상기 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경은 상기 제1 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경보다 작은, 수술 도구.
  6. 제1항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오(jaw)들을 포함하고, 상기 복수의 구동 케이블들의 이동은 상기 제1 및 제2 조오들 중 하나 또는 둘 모두가 요 관절운동(yaw articulation)으로 상기 제1 피벗 축을 중심으로 피벗하게 하고, 상기 동력 액슬 케이블의 이동은 피치(pitch) 관절운동으로 상기 제2 피벗 축을 중심으로 하는 상기 엔드 이펙터의 이동을 야기하는, 수술 도구.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 구동 케이블들은 제1 포켓 내에서 상기 제1 조오에 장착된 제1 커넥터에 결합되는 제1 쌍의 구동 케이블들, 및 제2 포켓 내에서 상기 제2 조오에 장착된 제2 커넥터에 결합되는 제2 쌍의 구동 케이블들을 포함하고, 상기 제1 및 제2 포켓들 내에 상기 제1 및 제2 커넥터들을 각각 유지하도록 노우즈(nose)가 각각의 조오로부터 연장되는, 수술 도구.
  8. 제6항에 있어서, 상기 원위 클레비스는 상기 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나의 상기 요 관절운동을 미리 결정된 최대 각도로 제한하도록 위치되는 적어도 하나의 하드 스톱(hard stop)을 제공하는, 수술 도구.
  9. 제1항에 있어서, 상기 기다란 샤프트의 원위 단부가 상기 근위 클레비스의 내부 내에 수용되고, 상기 기다란 샤프트의 상기 원위 단부는 상기 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 하나 이상의 대응하는 키이(key)들과 정합가능한 하나 이상의 키이 홈들을 한정하는, 수술 도구.
  10. 제1항에 있어서, 상기 원위 클레비스는 복수의 채널들을 제공하며, 각각의 구동 케이블은 상기 엔드 이펙터로부터 근위방향으로 연장되고, 상기 복수의 채널들 중 대응하는 채널과 접촉함이 없이 상기 복수의 채널들 중 상기 대응하는 채널을 통과하는, 수술 도구.
  11. 제1항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 겸자(forceps), 조직 파지기(tissue grasper), 니들 구동기(needle driver), 가위, 전기 소작 도구(electro cautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 흡입 도구, 세척(irrigation) 도구, 이미징 장치, 바브콕(babcock), 견인기(retractor), 후크(hook), 스패튤라(spatula), 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 수술 도구.
  12. 수술 도구를 작동시키는 방법으로서,
    수술을 위해 환자에 인접하게 상기 수술 도구를 위치시키는 단계로서,
    상기 수술 도구는,
    구동 하우징,
    상기 구동 하우징으로부터 연장되는 기다란 샤프트,
    엔드 이펙터를 상기 기다란 샤프트에 결합시키고 원위 클레비스 및 근위 클레비스를 포함하는 리스트로서, 상기 원위 클레비스는 상기 엔드 이펙터를 상기 원위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제1 액슬을 갖고, 상기 근위 클레비스는 상기 원위 클레비스를 상기 근위 클레비스에 회전가능하게 장착하는 제2 액슬을 갖고 상기 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되는, 상기 리스트,
    상기 구동 하우징과 상기 엔드 이펙터 사이에서 연장되는 복수의 구동 케이블들, 및
    상기 구동 하우징으로부터 연장되고 상기 원위 클레비스에 장착되는 동력 액슬 케이블을 포함하는, 상기 수술 도구를 위치시키는 단계;
    상기 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상을 이동시키고, 이에 의해 상기 엔드 이펙터가, 상기 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동하게 하는 단계; 및
    상기 동력 액슬 케이블을 이동시키고, 이에 의해 상기 제2 액슬을 통해 연장되고 상기 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 상기 엔드 이펙터를 피벗시키는 단계를 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 대향하는 제1 및 제2 조오들을 포함하고,
    상기 복수의 구동 케이블들 중 하나 이상을 이동시키는 단계는 상기 제1 및 제2 조오들 중 하나 또는 둘 모두가 요 관절운동으로 상기 제1 피벗 축을 중심으로 피벗하게 하는 단계를 포함하며,
    상기 동력 액슬 케이블을 이동시키는 단계는 피치 관절운동으로 상기 제2 피벗 축을 중심으로 하는 상기 엔드 이펙터의 이동을 야기하는 단계를 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 시일(seal)으로 주입(insufflation)을 유지하는 것을 돕는 단계를 추가로 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
  15. 수술 도구의 기다란 샤프트에 엔드 이펙터를 결합시키는, 상기 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트로서,
    제1 액슬을 갖는 원위 클레비스로서, 상기 제1 액슬에서 상기 엔드 이펙터가 상기 원위 클레비스에 회전가능하게 장착되고, 상기 엔드 이펙터는 상기 제1 액슬을 통해 연장되는 제1 피벗 축을 중심으로 관절운동가능한, 상기 원위 클레비스;
    상기 기다란 샤프트의 원위 단부에 결합되도록 구성되는 근위 클레비스로서, 상기 근위 클레비스는 상기 원위 클레비스가 상기 근위 클레비스에 회전가능하게 장착되는 제2 액슬을 갖는, 상기 근위 클레비스; 및
    동력 액슬 케이블로서, 상기 동력 액슬 케이블은, 상기 동력 액슬 케이블의 이동이 상기 엔드 이펙터로 하여금, 상기 제2 액슬을 통해 연장되고 상기 제1 피벗 축에 직각인 제2 피벗 축을 중심으로 대응하여 피벗하게 하는 상기 원위 클레비스에 장착되는, 상기 동력 액슬 케이블을 포함하는, 동력 액슬 리스트.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 원위 클레비스 내에 한정되고, 상기 동력 액슬 케이블에 고정된 동력 액슬 커넥터를 수용하는 크기인 포켓; 및
    상기 원위 클레비스에 의해 제공되고, 상기 제2 액슬을 동심으로 둘러싸는 내측 그루브를 한정하는 내측 풀리를 추가로 포함하고,
    상기 동력 액슬 케이블은 상기 내측 그루브 내에 수용되는, 동력 액슬.
  17. 제16항에 있어서, 상기 동력 액슬 커넥터는 크림프(crimp), 용접된 부착물, 브레이징된(brazed) 부착물, 접착 접합부, 기계적 체결구, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 부착 메커니즘을 포함하는, 동력 액슬.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 액슬에 장착되는 제1 복수의 풀리들;
    상기 근위 클레비스에 결합되고 상기 제2 액슬의 근위에 위치된 제3 액슬에 장착되는 제2 복수의 풀리들을 추가로 포함하고,
    상기 제1 및 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 외경은 동일하지만, 상기 제2 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경은 상기 제1 복수의 풀리들의 각각의 풀리의 내경보다 작은, 동력 액슬.
  19. 제15항에 있어서, 상기 원위 클레비스는 제1 내경을 갖는 제1 구멍을 한정하는 제1 연장부, 및 상기 제1 연장부로부터 측방향으로 오프셋되고 상기 제1 내경보다 큰 제2 내경을 갖는 제2 구멍을 한정하는 제2 연장부를 제공하고,
    상기 제1 액슬은 상기 제1 및 제2 구멍들을 통해 연장가능하고, 상기 제1 내경과 유사한 제1 외경을 갖는 제1 단부, 및 상기 제2 내경과 유사한 제2 외경을 갖는 제2 단부를 제공하는, 동력 액슬.
  20. 제15항에 있어서, 상기 근위 클레비스의 내부 내에 제공된 시일을 추가로 포함하는 동력 액슬.
KR1020207012140A 2017-09-29 2018-09-21 로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트 KR102596581B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/720,699 US10973600B2 (en) 2017-09-29 2017-09-29 Power axle wrist for robotic surgical tool
US15/720,699 2017-09-29
PCT/IB2018/057304 WO2019064144A1 (en) 2017-09-29 2018-09-21 POWER AXLE WRIST FOR ROBOTIC SURGICAL TOOL

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200067161A true KR20200067161A (ko) 2020-06-11
KR102596581B1 KR102596581B1 (ko) 2023-11-06

Family

ID=63878719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207012140A KR102596581B1 (ko) 2017-09-29 2018-09-21 로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10973600B2 (ko)
EP (1) EP3461450A1 (ko)
JP (1) JP7279030B2 (ko)
KR (1) KR102596581B1 (ko)
CN (1) CN111295152B (ko)
WO (1) WO2019064144A1 (ko)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9232959B2 (en) 2007-01-02 2016-01-12 Aquabeam, Llc Multi fluid tissue resection methods and devices
WO2009111736A1 (en) 2008-03-06 2009-09-11 Aquabeam Llc Tissue ablation and cautery with optical energy carried in fluid stream
EP2489323B1 (en) 2009-11-13 2018-05-16 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical tool with a compact wrist
KR101800723B1 (ko) * 2009-11-13 2017-11-23 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 독립적으로 회전하는 부재 내의 병렬 구동 샤프트들을 위한 모터 연접부
BR112012011424B1 (pt) 2009-11-13 2020-10-20 Intuitive Surgical Operations, Inc instrumento cirúrgico
EP2819599B1 (en) 2012-02-29 2018-05-23 Procept Biorobotics Corporation Automated image-guided tissue resection and treatment
US10231867B2 (en) 2013-01-18 2019-03-19 Auris Health, Inc. Method, apparatus and system for a water jet
WO2014201165A1 (en) 2013-06-11 2014-12-18 Auris Surgical Robotics, Inc. System for robotic assisted cataract surgery
US10426661B2 (en) 2013-08-13 2019-10-01 Auris Health, Inc. Method and apparatus for laser assisted cataract surgery
US20160287279A1 (en) 2015-04-01 2016-10-06 Auris Surgical Robotics, Inc. Microsurgical tool for robotic applications
US9955986B2 (en) 2015-10-30 2018-05-01 Auris Surgical Robotics, Inc. Basket apparatus
US9949749B2 (en) 2015-10-30 2018-04-24 Auris Surgical Robotics, Inc. Object capture with a basket
US10639108B2 (en) 2015-10-30 2020-05-05 Auris Health, Inc. Process for percutaneous operations
KR102545869B1 (ko) 2017-03-28 2023-06-23 아우리스 헬스, 인코포레이티드 샤프트 작동 핸들
KR20230106716A (ko) 2017-04-07 2023-07-13 아우리스 헬스, 인코포레이티드 환자 삽입기(Introducer) 정렬
US10285574B2 (en) 2017-04-07 2019-05-14 Auris Health, Inc. Superelastic medical instrument
EP3723651A4 (en) * 2017-12-14 2021-09-22 Intuitive Surgical Operations, Inc. MEDICAL TOOLS WITH DRAWBARS
US11439376B2 (en) 2018-03-07 2022-09-13 Intuitive Surgical Operations, Inc. Low-friction, small profile medical tools having easy-to-assemble components
EP3813714A4 (en) 2018-06-07 2022-02-09 Auris Health, Inc. HIGH FORCE INSTRUMENT ROBOTIC MEDICAL SYSTEMS
KR20210024484A (ko) 2018-06-28 2021-03-05 아우리스 헬스, 인코포레이티드 풀리 공유를 통합한 의료 시스템
EP3806772A4 (en) 2018-08-15 2022-03-30 Auris Health, Inc. MEDICAL INSTRUMENTS FOR TISSUE CAUTERIZATION
EP3806758A4 (en) 2018-08-17 2022-04-06 Auris Health, Inc. BIPOLAR MEDICAL DEVICE
EP3813716A4 (en) 2018-09-26 2022-07-13 Auris Health, Inc. SYSTEMS AND INSTRUMENTS FOR SUCTION AND IRRIGATION
WO2020076447A1 (en) 2018-10-08 2020-04-16 Auris Health, Inc. Systems and instruments for tissue sealing
GB2579380B (en) * 2018-11-29 2022-07-06 Cmr Surgical Ltd Internal structure of a robotic surgical instrument
EP3870075A4 (en) 2018-12-20 2022-08-03 Auris Health, Inc. SHIELDING FOR WRIST INSTRUMENTS
EP3883492A4 (en) 2019-01-25 2022-11-30 Auris Health, Inc. VESSEL SEALING DEVICE HAVING HEATING AND COOLING CAPABILITIES
CN113613566A (zh) 2019-03-25 2021-11-05 奥瑞斯健康公司 用于医疗缝合的系统和方法
WO2020263827A1 (en) * 2019-06-25 2020-12-30 Auris Health, Inc. Medical instruments including wrists with hybrid redirect surfaces
US11369386B2 (en) 2019-06-27 2022-06-28 Auris Health, Inc. Systems and methods for a medical clip applier
WO2020263949A1 (en) * 2019-06-28 2020-12-30 Auris Health, Inc. Medical instruments including wrists with hybrid redirect surfaces
US11896330B2 (en) 2019-08-15 2024-02-13 Auris Health, Inc. Robotic medical system having multiple medical instruments
US10959792B1 (en) 2019-09-26 2021-03-30 Auris Health, Inc. Systems and methods for collision detection and avoidance
US11737845B2 (en) 2019-09-30 2023-08-29 Auris Inc. Medical instrument with a capstan
US11737835B2 (en) 2019-10-29 2023-08-29 Auris Health, Inc. Braid-reinforced insulation sheath
US11950872B2 (en) 2019-12-31 2024-04-09 Auris Health, Inc. Dynamic pulley system
WO2021137071A1 (en) 2019-12-31 2021-07-08 Auris Health, Inc. Advanced basket drive mode
CN115802975A (zh) 2020-06-29 2023-03-14 奥瑞斯健康公司 用于检测连杆与外部对象之间的接触的系统和方法
US20210401487A1 (en) * 2020-06-29 2021-12-30 Covidien Lp Seal configurations for surgical instruments such as for use in robotic surgical systems
US11357586B2 (en) 2020-06-30 2022-06-14 Auris Health, Inc. Systems and methods for saturated robotic movement
CN115734765A (zh) 2020-06-30 2023-03-03 奥瑞斯健康公司 具有碰撞接近度指示器的机器人医疗系统
WO2022054214A1 (ja) * 2020-09-10 2022-03-17 リバーフィールド株式会社 鉗子装置
JP6850517B1 (ja) * 2020-09-10 2021-03-31 リバーフィールド株式会社 鉗子装置及び鉗子装置の製造方法
JP6943522B1 (ja) * 2020-12-08 2021-10-06 リバーフィールド株式会社 鉗子装置及びベース部品
CN112914683B (zh) * 2021-03-10 2022-09-27 山东威高手术机器人有限公司 钳页独立运动的多自由度手术器械及末端执行器
CN115590631A (zh) * 2021-07-14 2023-01-13 天津大学医疗机器人与智能系统研究院（Cn） 前端执行装置、手术器械、从手端及微创手术系统
WO2024079670A1 (en) * 2022-10-12 2024-04-18 Multi-Scale Medical Robotics Center Limited End-effector for robotic systems

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080119870A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Williams Matthew R Two-piece end-effectors for robotic surgical tools
US20080177284A1 (en) * 2001-02-15 2008-07-24 Hansen Medical, Inc. Robotically controlled medical instrument
US20110071543A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-24 Intuitive Surgical, Inc. Curved cannula surgical system control
US20150313678A1 (en) * 2010-02-12 2015-11-05 Intuitive Surgical Operations, Inc. Sheath for surgical instrument
US20170165017A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Cambridge Medical Robotics Limited Surgical instrument articulation

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3944108B2 (ja) 2003-03-31 2007-07-11 株式会社東芝 医療用マニピュレータの動力伝達機構およびマニピュレータ
WO2007120329A2 (en) * 2005-12-30 2007-10-25 Intuitive Surgical, Inc. Modular force sensor
US8597182B2 (en) 2006-04-28 2013-12-03 Intuitive Surgical Operations, Inc. Robotic endoscopic retractor for use in minimally invasive surgery
US8521331B2 (en) 2009-11-13 2013-08-27 Intuitive Surgical Operations, Inc. Patient-side surgeon interface for a minimally invasive, teleoperated surgical instrument
PL2768418T3 (pl) 2011-10-19 2017-12-29 Ethicon Endo-Surgery, Inc. Urządzenie dopasowujące do nakładacza zacisków do zastosowania z robotem chirurgicznym
US9351754B2 (en) * 2012-06-29 2016-05-31 Ethicon Endo-Surgery, Llc Ultrasonic surgical instruments with distally positioned jaw assemblies
WO2014030110A1 (en) 2012-08-21 2014-02-27 Chinmay Deodhar Wristed surgical instrument capable of multiple functions, without requiring extra inputs
EP3900641A1 (en) 2013-03-14 2021-10-27 SRI International Inc. Wrist and grasper system for a robotic tool
EP3626179B1 (en) 2013-03-15 2022-05-04 SRI International Electromechanical surgical system
CN110074844B (zh) 2013-12-11 2023-02-17 柯惠Lp公司 用于机器人手术系统的腕组件及钳夹组件
WO2017155931A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-14 Ethicon Llc Robotic bi-polar instruments

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080177284A1 (en) * 2001-02-15 2008-07-24 Hansen Medical, Inc. Robotically controlled medical instrument
US20080119870A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-22 Williams Matthew R Two-piece end-effectors for robotic surgical tools
US20110071543A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-24 Intuitive Surgical, Inc. Curved cannula surgical system control
US20150313678A1 (en) * 2010-02-12 2015-11-05 Intuitive Surgical Operations, Inc. Sheath for surgical instrument
US20170165017A1 (en) * 2015-12-10 2017-06-15 Cambridge Medical Robotics Limited Surgical instrument articulation

Also Published As

Publication number Publication date
EP3461450A1 (en) 2019-04-03
KR102596581B1 (ko) 2023-11-06
CN111295152A (zh) 2020-06-16
CN111295152B (zh) 2023-09-01
WO2019064144A1 (en) 2019-04-04
US10973600B2 (en) 2021-04-13
JP7279030B2 (ja) 2023-05-22
JP2020534947A (ja) 2020-12-03
US20190099231A1 (en) 2019-04-04
US20210228297A1 (en) 2021-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102596581B1 (ko) 로봇 수술 도구를 위한 동력 액슬 리스트
US20200138507A1 (en) Distal closure mechanism for surgical instruments
US20210106348A1 (en) Surgical instrument with increased actuation force
CN111836595A (zh) 向电外科器械供应电能
US10881476B2 (en) Drive cable capstans for robotic surgical tools
CN108969102B (zh) 具有封闭刀的外科工具
US11877789B2 (en) Dual axle robotic end effector
US20230380920A1 (en) Slack cable eliminating capstan
US20230355261A1 (en) Medical devices having compact end effector drive mechanisms with high grip force
US11439474B2 (en) Surgical tools with opposing translating gears
US11553939B2 (en) Surgical instruments with a retention feature that retains a cutting element
US20240108397A1 (en) Surgical tools with nested pulleys

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right