KR20200083019A

KR20200083019A - 수술용 로봇 장치

Info

Publication number: KR20200083019A
Application number: KR1020180174214A
Authority: KR
Inventors: 노종민
Original assignee: 한양디지텍 주식회사
Priority date: 2018-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102557020B1

Abstract

본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치는, 복수의 와이어들 각각을 선택적으로 하나의 와이어 제어부에 연결하거나 분리할 수 있는 클러치부를 구비함으로써, 수술의 정해진 동작의 와이어를 잡아당기거나 밀 경우 복수의 와이어들 중 수술 동작에 필요한 복수의 와이어들을 선택적으로 한번에 잡아 당기거나 밀수 있는 구조를 가질 수 있다.

Description

수술용 로봇 장치 {SURGICAL ROBOT APPARATUS}

본 발명은 유연관절을 구비하는 수술용 로봇 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 수술용 로봇 장치를 이용하면, 복강경, 경구강 수술 등의 자연개구부 내시경 수술이 가능하다.

종래에는 복강(腹腔) 내의 수술을 위해 배를 절개하고 개방시킨 상태에서 시술하는 개복수술이 일반적이었다. 그러나, 복강경과 소형 수술도구를 이용한 복강경 수술법이 도입되면서 담낭 절제술과 같이 비교적 간단한 수술의 경우 복강경 수술이 일반화되고 있는 추세에 있다.

복강경 수술법은 최소 침습수술(Minimally invasive surgery)의 한 분야로 다수의 작은 절개공(침습점)을 통해 시술함으로써 주위의 장기나 조직의 손상을 최소화하고 입원기간을 대폭 단축시킬 수 있다. 여기서 더 나아가 절개를 하지 않는 비 침습수술(Non-invasive surgery)의 개념이 도입되면서 자연개구부 내시경 수술(Natural orifice transluminal endoscopic surgery)이 다음 세대의 수술법으로 주목받고 있다.

자연개구부 내시경 수술은 유연성 있는 오버튜브가 자연개구부(입, 항문 또는 질)를 통해 삽입되어 수술부위까지 접근한 후, 오버튜브 내에 구비된 내부로봇을 조종함으로써 필요한 시술을 수행하게 된다.

자연개구부 내시경 수술용 로봇장치에 관한 종래기술로서 한국공개특허 제10-2018-0102082호(공개일자: 2018. 9. 14)에는 "외과용 장치"(이하, '종래기술'이라 한다)가 개시된다.

도 1은 종래기술에 따른 외과용 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 외과용 기구들 중 하나의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래기술에 따른 외과용 장치(1)는 외과용 장치의 원위 말단에 제공된 삽입부(2), 삽입부(2)의 근위 말단에 위치한 조작부(3)를 포함한다.

삽입부(2)는 수술 중 수술 부위로 삽입되는 부분이다. 삽입부(2)는 외과 수술에서 사용하기 위한 외과용 기구(4)가 위치하는 가요성 튜브로 구성된다.

외과용 기구(4)는 삽입부(2) 내에 형성된 중공 통로에 위치한다. 외과용 장치(1)는 삽입부(2)에 4개의 통로들이 구비되고, 각각의 통로에는 4개의 외과용 기구들(4)이 위치한다.

4개의 외과용 기구들 중 2개는 겸자(13)를 가지는 말단 이펙터들(5)이다. 이러한 외과용 기구들을 이용하여 다양한 외과 수술을 수행할 수 있다. 블레이드들, 봉합 유닛들, 바늘들 등을 포함한 기타 다양한 유형들의 외과용 요소들이 사용될 수 있다. 나머지 2 개의 외과용 기구들 중 하나는 원위 말단의 이미지들을 갭처하는 이미징 유닛(6) 이고, 다른 하나는 다양한 다른 외과용 기구들이 삽입될 수 있는 내부에 작업 채널을 구비한 루멘 유닛(7)이다.

삽입부(2)의 원위 말단에서 튀어나온 이 외과용 기구들(4)은, 복수의 와이어들의 이동에 의해 구부려질 수 있다.

조작부(3)는 삽입부(2)의 근위 말단에 제공되고, 삽입부(2) 및/또는 외과용 기구들(4)을 조작하도록 구성된다. 조작부(3)의 원위 말단은 삽입부(2)의 근위 말단에 연결되고, 구동부는 조작부(10)에 제공된다.

외과용 기구(4)는 구부릴 수 있는 원위 말단에 조종가능한 부재(8)를 포함하고, 조종가능한 부재(8)는 함께 연결되는 중공채널들을 구비한 복수의 굽힘 세그먼트들(9)을 갖는다.

가요성 재료를 포함하는 가요성 부재(10)는 조종가능한 부재(8)의 근위 말단에 제공된다. 가요성 부재(10)는 외과용 기구(4)의 원위 말단으로부터 연결되는 다양한 유형들의 와이어 부재들이 위치하는 중공 튜브로 구성된다.

말단 이펙터(5)는 조종가능한 부재(8)의 원위 말단에 제공되고, 말단 이펙터 (5)는 이펙터 작동 와이어(11)에 의해 작동되며, 조종가능한 부재(8)의 각각의 굽힘 세그먼트(9)는 힌지 운동을 허용하는 방식으로 인접한 굽힘 세그먼트들에 연결되고, 굽힘 작동 와이어들(12)에 의해 구부러진다.

굽힘 작동 와이어들(12)은 조종가능한 부재(8) 및 가요성 부재(10)를 통과하도록 위치되고, 굽힘 작동 와이어들(12)의 원위 말단들은 조종가능한 부재(8)에 연결되고 와이어들의 근위 말단들은 조작부(3)에 기계적으로 연결된다.

상기와 같은 구성을 가지는 종래기술에 따른 외과용 장치(1)의 구성은, 유연관절을 구비하는 종래 수술용 로봇 장치의 개략적인 구성에 적용될 수 있다.

한국공개특허 제10-2018-0102082호(공개일자: 2018. 9. 14)

본 발명은 하나의 와이어 제어부를 이용하여 복수의 와이어를 선택적으로 구동할 수 있는 수술용 로봇 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 효과들은 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위와 상세한 설명의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 외과용 장치를 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 외과용 기구들 중 하나의 단면도이고,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치의 개략적인 구성도이고,
도 4는 종래 수술용 로봇 장치의 조작부를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치의 조작부를 개략적으로 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부를 나타내는 도면이고,
도 7은 메인 기어를 나타내는 도면이고,
도 8은 부속 기어를 나타내는 도면이고,
도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부의 개략적인 평면도로서, 도 9는 메인기어부재에 부속기어부재가 연결되지 않는 상태를 나타내는 개략적인 평면도이고, 도 10은 메인기어부재에 어느 하나의 부속기어부재가 연결된 상태에서 수동으로 와이어를 작동하는 상태를 나타내는 개략적인 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.

또한, 첨부 도면에서, 두께 및 크기는 명세서의 명확성을 위해 과장되어진 것이며, 따라서 본 발명은 첨부도면에 도시된 상대적인 크기나 두께에 의해 제한되지 않는다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 종래 수술용 로봇 장치의 조작부를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치의 조작부를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 수술용 로봇 장치(100)는 가요성 중공 튜브로 이루어져 수술 부위로 삽입되는 삽입부(102), 삽입부(102)의 단부에 연결되며 복수의 굽힘 세그먼트를 포함하는 유연관절부(104), 유연관절부(104) 말단에 구비되는 수술도구(105), 유연관절부(104)를 구부리기 위한 굽힘 와이어(107), 수술도구(105) 작동을 위한 작동 와이어(109), 로봇 장치(100)를 조작하기 위한 조작부(110)를 포함할 수 있다.

상기 조작부(110)는 굽힘 와이어(107)와 작동 와이어(109) 등의 복수의 와이어들(123)을 제어하기 위한 와이어 제어부(120)를 포함할 수 있으며, 상기 와이어 제어부(120)는 손잡이 형태의 수동제어부 또는 모터 형태의 자동제어부로 이루어져 와이어를 당기거나 미는 등의 동작을 제어할 수 있다.

상기 굽힘 와이어(107)는 유연관절부(104)를 구부리기 위한 것으로서, 복수의 와이어로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 수술도구(105)는 수술 수행을 위한 도구로서, 집게, 가위 등의 다양한 형태의 도구가 사용될 수 있으며, 상기 유연관절부(104)의 말단에는 복수의 수술도구(105)가 구비될 수 있다. 그에 따라, 상기 수술도구(105) 작동을 위한 작동 와이어(109)는 복수의 와이어로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 와이어 제어부(120)가 제어하는 복수의 와이어들(123)은, 굽힘 와이어(107)와 작동 와이어(109) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 복수의 와이어일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정하지 않는다.

한편, 도 4에서 보이는 바와 같이, 종래 로봇 장치의 조작부(121)는 복수의 와이어들(123) 각각을 제어하기 위한 와이어 제어부(125)가 와이어 개수만큼 구비된다.

이러한 이유로, 종래 로봇 장치에서, 동시에 2개 이상의 와이어를 당기거나 밀려고 할 경우에는, 2개 이상의 와이어 각각에 해당하는 와이어 제어부(120)를 동작시켜야 한다.

예를 들어, 상기 와이어 제어부(120)가 손잡이 형태의 수동제어부인 경우, 3개의 와이어를 작동시키기 위해서는 그에 해당하는 동작 예를 들어, 손잡이를 잡아 쥐면서, 손목을 꺽거나 돌리는 등의 동작이 필요하다.

일반적으로, 수술중에는 다양한 동작이 필요한 수술이 있을 수도 있으나, 특정 수술에는 정해진 동작만을 할 경우도 있다. 그러나, 종래 로봇 장치의 경우에는, 정해진 동작이라도 와이어 연결 상태에서는 3개 이상을 당기거나 밀 경우가 있을 수 있다.

예를 들어, 내시경 검사의 경우 내시경 사용시 프로브의 원할한 삽입을 위하여 사용자가 내시경 끝단을 yaw, pitch 운동을 통해서 방향을 확보하고 뒤에서 밀어주는 형식으로 사용하고 있는데, 이 경우 내시경 끝단에 형성되는 다양한 액세서리를 작동하기 위해서는 사전에 연결된 와이어를 당기거나 밀면서 작동하여야 하며, 이 경우 작동하려는 전방 도구 개수마다 와이어가 증가하고, 이를 제어하기 위한 후단 도구 즉, 와이어 제어부(120)의 개수 또한 증가하여야 하는 문제가 있다. 실제 수술 현장에서는 이를 위하여 사용자가 감당할 수 없는 경우에는 여러사용자가 동반하여 제어를 도와주고 있는 실정이다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 도 5에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 로봇 장치(100)는 와이어들(123)을 제어하기 위한 와이어 제어부(120)를 1개로 통일하고, 1개의 와이어 제어부(120)를 이용하여 복수의 와이어들(123)을 제어하기 위한 클러치부(130)를 더 포함할 수 있다.

즉, 본 발명의 일실시 예에 따른 로봇 장치(100)는 복수의 와이어들(123) 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 와이어 제어부(120)에 연결하여 작동시킬 수 있는 클러치부(130)를 포함할 수 있다.

상기 클러치부(130)는 복수의 와이어들(123) 각각을 또는 동시에 상기 1개의 와이어 제어부(120)에 연결하거나 분리하는 구성이다.

따라서, 본 발명에 따른 로봇 장치(10)는 수술의 정해진 동작의 와이어를 잡아당기거나 밀 경우 복수의 와이어들(123) 중 수술 동작에 필요한 와이어를 선택적으로 한번에 잡아 당기거나 밀수 있는 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 제어 하기 위한 와이어가 4개이고, 사용자가 한번에 당길 수 있는 와이어 수가 1개라면 종래에는 각각의 와이어를 잡아 당기기 위해 각각의 와이어를 제어하는 와이어 제어부(120)가 와이어 개수만큼 구비되어야 하지만, 본 발명에 따른 로봇 장치(100)는, 클러치부(130)를 이용하여 1개의 와이어 제어부(120)만을 작동시키더라도 수술동작 상황에 따라 복수의 와이어들(123) 각각을 연결 또는 분리하여 작동시킬 수 있다.

예를 들어, 제어 하기 위한 와이어가 4개이고, 사용자가 한번에 당길 수 있는 와이어 수가 2개라면, 본 발명에 따른 로봇 장치(100)는, 클러치부(120)를 이용하여 4개의 와이어들 중 필요한 2개의 와이어를 와이어 제어부(120)에 연결하여 한번에 상기 2개의 와이어를 작동시킬 수 있다.

따라서, 와이어 개수가 증가하더라도 원하는 와이어만 작동 시킬수가 있으며, 필요시 작동시키지 않는 와이어는 홀딩하여 멈추고 있을수 있다. 이를 통해서 기존에 여러명이 도와주는 수술을 1명이 다양한 수술을 동작시킬수 있다. 이에 해당하는 수술은 경구강 수술(인후두, 갑상선, 전립선, 두경부 및 뇌수술 등)에 적용할 수 있다.

본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부(130)는 기구적 공간을 최소화하여 구현하기 위하여 베벨기어 형식의 메커니즘으로 이루어질 수 있다.

이를 구현 하기 위하여 와이어를 당기는 형식은 외부에 모터를 이용하지 않고, 베벨기어를 통해서 선택을 하고 전체를 회전시키면 회전되는 힘을 통해서 메인 베벨기어가 회전하고 이를 통해 부가적으로 연결된 베벨기어가 연결되고, 여기에 연결된 풀리가 회전하면서 와이어를 당기거나 푸는 구조를 가질 수 있다.

또한, 각각의 선택 베벨기어를 메인베벨기어에 연결하기 위하여 작동 끝단에 스위치를 두어서 연결할 수 있도록 할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부를 나타내는 도면이고, 도 7은 메인 기어를 나타내는 도면이고, 도 8은 부속 기어를 나타내는 도면이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부(130)는 하나의 모터로 이루어지는 와이어 제어부(120)에 연결되는 메인기어부재(140)와, 메인기어부재(140)에 선택적으로 연결되고 분리되는 복수의 부속기어부재(150)들을 포함할 수 있다.

상기 메인기어부재(140)는 모터로 이루어지는 와이어 제어부(12)에 연결되어 상기 모터의 회전에 따라 함께 회전하는 메인회전축(142)과, 메인회전축(142)의 단부에 구비되어 메인회전축(142)의 회전에 따라 함께 회전하는 메인베벨기어(143)를 포함할 수 있다.

상기 부속기어부재(150)는 부속회전축(152), 부속회전축(152)의 일측 끝단에 구비되는 버튼부(153), 버튼부(153)에 구비되는 스프링(154), 부속회전축(152)의 타측 끝단에 구비되어 버튼부(153)가 눌려진 경우 메인베벨기어(143)에 맞물리는 부속베벨기어(155), 버튼부(153)와 부속베벨기어(155) 사이에 구비되며 복수의 와이어들(123) 중 어느 하나가 연결되는 풀리(157)를 포함할 수 있다.

따라서, 상기 부속기어부재(150)의 버튼부(152)를 누르면 부속베벨기어(155)와 메인베벨기어(143)가 맞물리게 되고, 상기 부속베벨기어(155)와 상기 메인베벨기어(143)가 맞물린 상태에서 와이어 제어부(120)의 모터를 작동시키면 메인베벨기어(143)가 회전하게 되면서 부속베벨기어(155)가 회전하게 됨에 따라, 상기 부속기어부재(150)의 풀리(157)에 연결된 와이어가 감기거나 풀리는 등의 작동이 이루어질 수 있게 된다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부의 개략적인 평면도로서, 도 9는 메인기어부재에 부속기어부재가 연결되지 않는 상태를 나타내는 개략적인 평면도이고, 도 10은 메인기어부재에 어느 하나의 부속기어부재가 연결된 상태에서 수동으로 와이어를 작동하는 상태를 나타내는 개략적인 평면도이다.

도 9에서 보이는 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 클러치부(130)는 작동전에는 중심부에 메인기어부재(140)가 위치하고, 메인기어부재(140)의 주위에 소정간격 떨어진 상태로 대략 4개의 부소기어부재(150)가 위치하는, 평면상 대략 십자 모양을 가질 수 있다.

도 10에서 보이는 바와 같이, 작동시에는 어느 하나의 부속기어부재(150)의 버튼부(153)를 누르면 부속베벨기어(157)과 메인베벨기어(143)가 맞물리게 되어 상기 어느 하나의 부속기어부재(150)와 메인기어부재(140)가 연결된 상태가 된다. 물론, 2개 이상의 부속기어부재(150)가 동시에 메인기어부재(140)에 연결되는 것도 가능하다.

위와 같은 상태에서 와이어 제어부(120)의 자동제어부 즉, 모터를 작동시키면 메인기어부재(140)가 회전하면서 부속기어부재(150)를 회전시키게 되며, 그러면 상기 어느 하나의 부속기어부재(150)의 부속회전축(152)이 회전하면서, 상기 부속회전축(152)에 연결된 풀리(157)가 회전하면서 상기 풀리(157)에 연결된 와이어를 감거나 당길수 있다.

도 10은 자동제어부가 아닌 수동제어부인 경우 상기 풀리(157)에 연결된 와이어가 작동되는 상태를 나타내는 도면인데, 도 10에서 보이는 바와 같이, 어느 하나의 부속기어부재(150)가 메인기어부재(140)에 연결된 상태에서 수동제어부를 작동시키면, 십자 형태의 클러치부(130) 전체가 회전하게 되며, 이때 메인기어부재(140)에 연결된 부속기어부재(150)에 구비된 풀리(157)에 연결된 와이어만 감겨지거나 당겨질 수 있게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 복수의 와이어들 각각을 선택적으로 하나의 와이어 제어부에 연결하거나 분리할 수 있는 클러치부를 구비하는 수술용 로롯 장치에 관한 것으로서, 그 실시 형태는 다양한 형태로 변경가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 개시된 실시 예에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 변경 가능한 모든 형태도 본 발명의 권리범위에 속한다 할 것이다.

100 : 수술용 로봇 장치 120 : 와이어 제어부
130 : 클러치부 140 : 메인기어부재
150 : 부속기어부재

Claims

수술 부위로 삽입되는 삽입부;
상기 삽입부의 단부에 연결되며, 복수의 굽힘 세그먼트를 포함하는 유연관절부;
상기 유연관절부 말단에 구비되는 수술도구;
상기 유연관절부를 구부리기 위한 굽힘 와이어와, 상기 수술도구 작동을 위한 작동 와이어를 포함하는 복수의 와이어들;
상기 복수의 와이어들을 제어하는 와이어 제어부; 및
상기 복수의 와이어들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 상기 와이어 제어부에 연결하는 클러치부;를 포함하는 수술용 로봇 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 클러치부는 상기 와이어 제어부에 연결되는 메인기어부재와, 상기 메인기어부재에 선택적으로 연결되고 분리되는 복수의 부속기어부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 메인기어부재는 상기 와이어 제어부의 의해 회전하는 메인회전축과, 상기 메인회전축의 단부에 구비되어 상기 메인회전축의 회전에 따라 함께 회전하는 메인베벨기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 부속기어부재는 부속회전축, 상기 부속회전축의 일측 끝단에 구비되는 버튼부, 상기 부속회전축의 타측 끝단에 구비되어 상기 버튼부가 눌려진 경우 상기 메인베벨기어에 맞물리는 부속베벨기어, 상기 버튼부와 상기 부속베벨기어 사이에 구비되며 상기 복수의 와이어들 중 어느 하나가 연결되는 풀리를 포함하는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 버튼부에는 스프링이 구비되는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 클러치부는 중심부에 상기 메인기어부재가 위치하고, 상기 메인기어부재의 주위에 상기 부속기어부재가 4개 위치하여 이루어지는, 평면상 십자 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 수술용 로봇 장치.
수술 부위로 삽입되는 삽입부;
상기 삽입부의 말단에 구비되는 수술도구;
상기 수술도구 작동을 위한 복수의 작동 와이어;
상기 복수의 작동 와이어를 제어하는 와이어 제어부; 및
상기 복수의 작동 와이어들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 상기 와이어 제어부에 연결하는 클러치부;를 포함하는 수술용 로봇 장치.
수술 부위로 삽입되는 삽입부;
상기 삽입부의 단부에 연결되며, 복수의 굽힘 세그먼트를 포함하는 유연관절부;
상기 유연관절부를 구부리기 위한 복수의 굽힘 와이어;
상기 복수의 굽힘 와이어를 제어하는 와이어 제어부; 및
상기 복수의 굽힘 와이어들 중 적어도 어느 하나 이상을 선택적으로 상기 와이어 제어부에 연결하는 클러치부;를 포함하는 수술용 로봇 장치.