KR20200131827A - 전기수술 기구에 전기 에너지를 공급 - Google Patents
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Abstract
수술 도구를 위한 엔드 이펙터는 원위 클레비스, 제1 액슬에서 원위 클레비스에 회전가능하게 장착된 제1 및 제2 조오들, 및 제2 액슬에서 원위 클레비스에 회전가능하게 결합된 근위 클레비스를 포함한다. 전기 도체가 근위 클레비스를 통해 연장되고 원위 클레비스에서 종결되어 제1 및 제2 조오들 중 하나 또는 둘 모두에 전기 에너지를 공급한다.
Description
최소 침습 수술(minimally invasive surgical, MIS) 기구는 흔히 감소된 수술후 회복 시간 및 최소한의 흉터로 인해 전통적인 개복 수술 장치에 비해 선호된다. 복강경 수술은 하나 이상의 작은 절개부가 환자의 복부에 형성되고 투관침(trocar)이 절개부를 통해 삽입되어 복강에의 접근을 제공하는 경로를 형성하는 MIS 절차의 하나의 유형이다. 투관침을 통해, 다양한 기구 및 수술 도구가 복강 내로 도입될 수 있다. 투관침은 또한 기관(organ) 위로 복벽을 상승시키기 위한 흡입법(insufflation)을 용이하게 하는 것을 돕는다. 투관침을 통해 복강 내로 도입된 기구 및 도구는 진단 또는 치료 효과를 달성하기 위해 다수의 방식으로 조직을 맞물리게 하고/하거나 처치하는 데 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 움직임을 허용할 수 있다. 로봇 시스템은 또한 더욱 자연스러운 손-유사 관절운동(articulation)을 생성하는 "리스트" 조인트("wrist" joint)를 포함하는 것에 의해 더 많은 움직임 자유도(degree of freedom)를 허용할 수 있다. 기구의 엔드 이펙터(end effector)는 리스트 조인트를 통해 연장되는 하나 이상의 구동 케이블을 갖는 케이블 구동식 운동 시스템을 사용하여 관절운동(이동)될 수 있다. 사용자(예컨대, 외과의)는 수술 기구에 결합된 도구 구동기와 연통하는 하나 이상의 제어기를 공간에서 파지하고 조작함으로써 기구의 엔드 이펙터를 원격으로 작동시킬 수 있다. 사용자 입력은 로봇 수술 시스템에 통합된 컴퓨터 시스템에 의해 처리되고, 도구 구동기는 케이블 구동식 운동 시스템, 그리고 보다 구체적으로는 구동 케이블을 작동시킴으로써 응답한다. 구동 케이블을 이동시키는 것은 엔드 이펙터를 원하는 위치 및 구성으로 관절운동시킨다.
흔히 전기수술 기구(electrosurgical instrument)로 지칭되는 몇몇 수술 도구는 전기적으로 에너지 공급된다. 전기수술 기구는 하나 이상의 전극을 포함하는 원위에 장착된(distally mounted) 엔드 이펙터를 갖는다. 전기 에너지를 공급받을 때, 엔드 이펙터 전극은 조직을 절단, 소작 및/또는 밀봉하기에 충분한 열을 발생시킬 수 있다.
전기수술 기구는 양극(bipolar) 또는 단극(monopolar) 작동을 위해 구성될 수 있다. 양극 작동에서, 전류가 엔드 이펙터의 활성 전극 및 복귀 전극 각각에 의해 조직 내로 도입되고 그로부터 복귀된다. 양극 작동에서의 전류는 복귀 전극으로 복귀하기 전에 환자를 통해 장거리를 이동하도록 요구되지 않는다. 결과적으로, 요구되는 전류량은 최소이며, 이는 우발적인 절제(ablation) 및/또는 화상의 위험을 크게 감소시킨다. 게다가, 2개의 전극은 밀접하게 이격되고 일반적으로 외과의의 시야 내에 있으며, 이는 의도하지 않은 절제 및 화상의 위험을 더욱 감소시킨다.
단극 작동에서, 전류가 활성 엔드 이펙터 전극(대안적으로 "소스 전극"으로 지칭됨)에 의해 조직 내로 도입되고, 환자의 신체 상에 별도로 위치된 복귀 전극(예컨대, 접지 패드)을 통해 복귀된다. 단극 전기수술 기구는 조직의 절단, 출혈을 중단시키기 위한 조직의 응고, 또는 조직의 동시적인 절단 및 응고와 같은 몇몇 수술 기능을 용이하게 한다. 외과의는 기구의 전도성 부분이 환자와 전기적으로 근접할 때마다 전류를 인가하여, 외과의가 많은 상이한 각도들로부터 단극 전기수술 기구로 수술할 수 있게 할 수 있다.
하기 도면은 본 개시의 소정 태양을 예시하기 위해 포함되며, 배타적인 실시예로 간주되어서는 안된다. 개시된 주제는 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 형태 및 기능에 있어서 상당한 수정, 변경, 조합, 및 등가물이 가능하다.
도 1은 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템의 블록도.
도 2는 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구의 등각도.
도 3은 도 1의 리스트가 관절운동(피벗)하는 것이 가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시하는 도면.
도 4는 도 1의 수술 도구의 원위 단부(distal end)의 확대 등각도.
도 5는 도 4의 엔드 이펙터의 확대 부분 분해도.
도 6은 도 4의 엔드 이펙터의 다른 실시예의 확대 등각도.
도 7은 도 4의 엔드 이펙터 및 리스트 조인트의 다른 실시예의 확대 등각도.
도 8a는 도 4의 엔드 이펙터 및 리스트 조인트의 다른 실시예의 확대 단면도.
도 8b는 도 8a의 플렉스 회로(flex circuit)의 예시적인 실시예의 개략도.
도 1은 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템의 블록도.
도 2는 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구의 등각도.
도 3은 도 1의 리스트가 관절운동(피벗)하는 것이 가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시하는 도면.
도 4는 도 1의 수술 도구의 원위 단부(distal end)의 확대 등각도.
도 5는 도 4의 엔드 이펙터의 확대 부분 분해도.
도 6은 도 4의 엔드 이펙터의 다른 실시예의 확대 등각도.
도 7은 도 4의 엔드 이펙터 및 리스트 조인트의 다른 실시예의 확대 등각도.
도 8a는 도 4의 엔드 이펙터 및 리스트 조인트의 다른 실시예의 확대 단면도.
도 8b는 도 8a의 플렉스 회로(flex circuit)의 예시적인 실시예의 개략도.
본 개시는 로봇 수술 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 리스트 및 리스트의 원위 클레비스(clevis)에서 종결되는 전기 도체를 가진 엔드 이펙터를 갖는 전기수술 기구에 관한 것이다.
본 명세서에 논의된 실시예는 다양한 수술 절차를 수행하기 위해 전기 에너지를 사용하는 전기수술 기구를 기술한다. 전기수술 기구와 함께 사용될 수 있는 엔드 이펙터는 원위 클레비스, 제1 액슬(axle)에서 원위 클레비스에 회전가능하게 장착된 제1 및 제2 조오(jaw)들, 및 제2 액슬에서 원위 클레비스에 회전가능하게 결합된 근위 클레비스를 포함한다. 전기 도체가 근위 클레비스를 통해 연장될 수 있으며 원위 클레비스에서 종결되어 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나에 전기 에너지를 공급한다. 따라서, 전기 도체는 원위 클레비스에 직접 전기 에너지를 공급하고 달리 근위 클레비스에 에너지 공급하는 것을 회피하도록 구성될 수 있다.
도 1은 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 로봇 수술 시스템(100)의 블록도이다. 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 적어도 하나의 마스터 제어기(102a) 및 적어도 하나의 아암 카트(arm cart)(104)를 포함할 수 있다. 아암 카트(104)는 로봇 조작기에 그리고, 더 구체적으로는, 하나 이상의 로봇 아암(106) 또는 "도구 구동기"에 기계적으로 그리고/또는 전기적으로 결합될 수 있다. 각각의 로봇 아암(106)은 환자(110)에 대해 다양한 수술 작업을 수행하기 위한 하나 이상의 수술 도구 또는 기구(108)를 장착하기 위한 위치를 포함하고 달리 제공할 수 있다. 로봇 아암(106) 및 기구(108)의 작동은 임상의(112a)(예컨대, 외과의)에 의해 마스터 제어기(102a)로부터 지시될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제2 임상의(112b)에 의해 작동되는 제2 마스터 제어기(102b)(파선으로 도시됨)가 또한 제1 임상의(112a)와 함께 로봇 아암(106) 및 기구(108)의 작동을 지시할 수 있다. 그러한 실시예에서, 예를 들어, 각각의 임상의(102a, 102b)는 상이한 로봇 아암(106)들을 제어할 수 있거나, 몇몇 경우에, 로봇 아암(106)들의 완전한 제어가 임상의(102a, 102b)들 사이에서 일어날 수 있다. 몇몇 실시예에서, 추가의 로봇 아암(도시되지 않음)을 갖는 추가의 아암 카트(도시되지 않음)가 수술 동안 환자(110)에 대해 이용될 수 있고, 이들 추가의 로봇 아암은 마스터 제어기(102a, 102b)들 중 하나 이상에 의해 제어될 수 있다.
아암 카트(104)와 마스터 제어기(102a, 102b)들은, 임의의 통신 프로토콜에 따라 다양한 통신 신호(예컨대, 전기, 광, 적외선 등)를 전달하도록 구성된 임의의 유형의 유선 또는 무선 전기통신 수단일 수 있는, 통신 링크(114)를 통해 서로 통신할 수 있다.
마스터 제어기(102a, 102b)는 일반적으로, 임상의(112a, 112b)에 의해 파지되고, 외과의가 스테레오 디스플레이를 통해 절차를 관찰하면서 공간에서 조작될 수 있는 하나 이상의 물리적 제어기를 포함한다. 물리적 제어기는 일반적으로 다수의 자유도로 이동가능한 수동 입력 장치를 포함하며, 이는 종종 수술 기구(들)(108)를 작동시키기 위한, 예를 들어 서로 반대편에 있는 조오들을 개방 및 폐쇄하거나, 전극에 전위(전류)를 인가하거나, 등등을 하기 위한 작동가능 손잡이를 포함한다. 마스터 제어기(102a, 102b)는 또한 수술 기구(즉, 절단 기구 또는 동적 클램핑 부재)에 인가되는 힘의 양과 같은, 다양한 수술 기구 메트릭의 시각적 표시를 제공하기 위해 디스플레이를 통해 임상의(112a, 112b)에 의해 관찰가능한 선택적인 피드백 미터(feedback meter)를 포함할 수 있다.
시스템(100)과 같은 로봇 수술 시스템의 예시적인 구현예가, 그의 내용이 본 명세서에 참고로 포함되는, 미국 특허 제7,524,320호에 개시되어 있다. 그러한 장치들의 다양한 상세 사항들은 본 명세서에 개시된 로봇 수술 장치, 시스템, 및 방법의 다양한 실시예 및 다양한 실시예의 형태들을 이해하는 데 필요할 수 있는 것을 넘어서 본 명세서에 상세히 기술되지 않을 것이다.
도 2는 본 개시의 원리들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있는 예시적인 수술 도구(200)의 측면도이다. 수술 도구(200)는 도 1의 수술 기구(들)(108)와 동일하거나 유사할 수 있고, 이에 따라 도 1의 로봇 수술 시스템(100)과 같은 로봇 수술 시스템과 함께 사용될 수 있다. 따라서, 수술 도구(200)는 로봇 수술 시스템(100)에 포함된 도구 구동기에 해제가능하게 결합되도록 설계될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 수술 도구(200)는 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이 수동 또는 손-작동식 방식으로 사용하도록 개조될 수 있다.
예시된 바와 같이, 수술 도구(200)는 세장형(elongate) 샤프트(202), 엔드 이펙터(204), 엔드 이펙터(204)를 샤프트(202)의 원위 단부에 결합하는 리스트(206)(대안적으로 "리스트 조인트"로 지칭됨), 및 샤프트(202)의 근위 단부(proximal end)에 결합된 구동 하우징(208)을 포함한다. 수술 도구가 로봇 수술 시스템(예컨대, 도 1의 로봇 수술 시스템(100))과 함께 사용되는 응용에서, 구동 하우징(208)은 수술 도구(200)를 로봇 수술 시스템에 해제가능하게 결합하는 결합 특징부를 포함할 수 있다.
용어 "근위" 및 "원위"는 본 명세서에서 수술 도구(200)(예컨대, 하우징(208))를 로봇 조작기에 기계적으로 그리고 전기적으로 결합하도록 구성된 인터페이스를 갖는 로봇 수술 시스템에 대해 정의된다. 용어 "근위"는 로봇 조작기에 더 가까운 요소의 위치를 지칭하고, 용어 "원위"는 엔드 이펙터(204)에 더 가까운, 그리고 이에 따라 로봇 조작기로부터 더 멀리 떨어진 요소의 위치를 지칭한다. 대안적으로, 수동 또는 손-작동식 응용에서, 용어 "근위" 및 "원위"는 본 명세서에서 외과의 또는 임상의와 같은 사용자에 대해 정의된다. 용어 "근위"는 사용자에 더 가까운 요소의 위치를 지칭하고, 용어 "원위"는 엔드 이펙터(204)에 더 가까운 그리고 이에 따라 사용자로부터 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(200)의 사용 동안, 엔드 이펙터(204)는 수술 부위에 대해 원하는 배향들 및 위치들에 엔드 이펙터(204)를 위치시키기 위해 리스트(206)에서 샤프트(202)에 대해 이동(피벗)하도록 구성된다. 하우징(208)은 엔드 이펙터(204)와 관련된 다양한 특징부의 작동(예컨대, 클램핑, 발사, 회전, 관절운동, 에너지 전달 등)을 제어하도록 설계된 다양한 메커니즘을 포함(수용)한다. 적어도 몇몇 실시예에서, 샤프트(202), 및 이에 따라 그에 결합된 엔드 이펙터(204)는 샤프트(202)의 종방향 축(A1)을 중심으로 회전하도록 구성된다. 그러한 실시예에서, 하우징(208) 내에 포함(수용)된 메커니즘들 중 적어도 하나는 종방향 축(A1)을 중심으로 한 샤프트(202)의 회전 운동을 제어하도록 구성된다.
수술 도구(200)는 적어도 하나의 수술 기능을 수행할 수 있는 다양한 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 예를 들어, 수술 도구(200)는 겸자(forceps), 파지기(grasper), 니들 구동기(needle driver), 가위, 전기 소작 도구(electrocautery tool), 스테이플러(stapler), 클립 어플라이어(clip applier), 후크(hook), 스패튤라(spatula), 흡입 도구, 세척 도구, 이미징 장치(예컨대, 내시경 또는 초음파 프로브(probe)), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있지만 이로 제한되지 않는다. 몇몇 실시예에서, 수술 도구(200)는 고주파(RF) 에너지와 같은 에너지를 조직에 인가하도록 구성될 수 있다.
샤프트(202)는 하우징(208)으로부터 원위방향으로 연장되는 세장형 부재이며, 그의 축방향 길이를 따라 관통 연장되는 적어도 하나의 루멘(lumen)을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 샤프트(202)는 하우징(208)에 고정될 수 있지만, 대안적으로 샤프트(202)가 종방향 축(A1)을 중심으로 회전할 수 있게 하도록 하우징(208)에 회전가능하게 장착될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 샤프트(202)는 하우징(208)에 해제가능하게 결합될 수 있으며, 이는 단일 하우징(208)이 상이한 엔드 이펙터들을 갖는 다양한 샤프트에 적응가능할 수 있게 할 수 있다.
엔드 이펙터(204)는 다양한 크기, 형상, 및 구성을 가질 수 있다. 예시된 실시예에서, 엔드 이펙터(204)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 이동(관절운동)하도록 구성된 서로 반대편에 있는 조오(210, 212)(대안적으로, "블레이드(blade)"로 지칭됨)들을 포함하는 수술 가위를 포함한다. 그러나, 인식될 바와 같이, 서로 반대편에 있는 조오(210, 212)들은 대안적으로 조직 파지기, 클립 어플라이어, 니들 구동기, 한 쌍의 서로 반대편에 있는 파지 조오들을 포함하는 바브콕(babcock), 양극 조오(예컨대, 양극 메릴랜드(Maryland) 파지기, 겸자, 천공된(fenestrated) 파지기 등) 등과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 다른 유형의 엔드 이펙터들의 일부를 형성할 수 있다. 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두는 리스트(206)에서 피벗하여 엔드 이펙터(204)를 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 관절운동시키도록 구성될 수 있다.
도 3은 리스트(206)가 관절운동(피벗)하는 것이 가능할 수 있는 잠재적 자유도들을 예시한다. 리스트(206)는 다양한 구성들 중 임의의 것을 가질 수 있다. 일반적으로, 리스트(206)는 샤프트(202)에 대한 엔드 이펙터(204)의 피벗 운동을 허용하도록 구성된 조인트를 포함한다. 리스트(206)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(204))의 구성요소의 위치 및 배향을 기술한다. 도 3에 도시된 바와 같이, "서지"는 전후 병진 운동을 지칭하고, "히브"는 상하 병진 운동을 지칭하고, "스웨이"는 좌우 병진 운동을 지칭한다. 회전 용어들에 관하여, "롤"은 축을 중심으로 기울어지는 것을 지칭하고, "피치"는 전후로 기울어지는 것을 지칭하며, "요"는 좌우로 도는 것을 지칭한다.
피벗 운동은 리스트(206)의 제1 축(예컨대, X 축)을 중심으로 한 피치 운동, 리스트(206)의 제2 축(예컨대, Y 축)을 중심으로 한 요 운동, 및 리스트(206)를 중심으로 한 엔드 이펙터(204)의 360° 회전 운동을 허용하기 위한 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다른 응용에서, 피벗 운동은 엔드 이펙터(204)가 단일 평면 내에서만 이동하도록 단일 평면 내에서의 이동, 예컨대 단지 리스트(206)의 제1 축을 중심으로 한 피치 운동 또는 단지 리스트(206)의 제2 축을 중심으로 한 요 운동으로 제한될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 수술 도구(200)는 또한 샤프트(202)에 대한 엔드 이펙터(204)의 이동 및 관절운동을 용이하게 하도록 구성된 케이블 구동식 운동 시스템의 일부를 형성하는 복수의 구동 케이블(도 2에서는 가려져 있음)을 포함할 수 있다. 구동 케이블들 중 적어도 일부를 이동(작동)시키는 것은 엔드 이펙터(204)를 관절운동되지 않은 위치(unarticulated position)와 관절운동된 위치(articulated position) 사이에서 이동시킨다. 엔드 이펙터(204)는, 도 2에서, 엔드 이펙터(204)의 종방향 축(A2)이 샤프트(202)의 종방향 축(A1)과 실질적으로 정렬되어, 엔드 이펙터(204)가 샤프트(202)에 대해 실질적으로 0의 각도에 있는 관절운동되지 않은 위치에 도시되어 있다. 측정 장치의 제조 공차 및 정밀도와 같은 요인들로 인해, 엔드 이펙터(204)는 관절운동되지 않은 위치에서 샤프트(202)에 대해 정확한 0의 각도에 있지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 그에 "실질적으로 정렬된" 것으로 간주될 수 있다. 관절운동된 위치에서, 종방향 축(A1, A2)들은 엔드 이펙터(204)가 샤프트(202)에 대해 0이 아닌 각도에 있도록 서로 각도적으로 오프셋될 것이다.
여전히 도 2를 참조하면, 수술 도구(200)는 하우징(208)에 결합된 전력 케이블(214)을 통해 전력(전류)을 공급받을 수 있다. 다른 실시예에서, 전력 케이블(214)은 생략될 수 있고, 전력은 하나 이상의 배터리 또는 연료 전지와 같은 내부 전력 소스를 통해 수술 도구(200)에 공급될 수 있다. 그러나, 본 설명의 목적을 위해, 전력이 전력 케이블(214)을 통해 수술 도구(200)에 제공되는 것이 가정될 것이다. 어느 경우든, 수술 도구(200)는 대안적으로 엔드 이펙터(204)에 전기 에너지를 제공할 수 있는 "전기수술 기구"로서 특징지어지고 달리 본 명세서에서 그로 지칭될 수 있다.
전력 케이블(214)은 수술 도구(200)를 전기 에너지(예컨대, 고주파 에너지), 초음파 에너지, 마이크로파 에너지, 열 에너지, 또는 이들의 임의의 조합과 같은 에너지를 수술 도구(200)에 그리고, 보다 구체적으로는, 엔드 이펙터(204)에 공급하는 발생기(216)와 연통하는 상태로 둘 수 있다. 따라서, 발생기(216)는 독립적으로 또는 동시에 활성화될 수 있는 고주파(RF) 소스, 초음파 소스, 직류 소스, 및/또는 임의의 다른 적합한 유형의 전기 에너지 소스를 포함할 수 있다.
수술 도구(200)가 양극 작동을 위해 구성되는 응용에서, 전력 케이블(214)은 공급 도체 및 복귀 도체를 포함할 것이다. 전류는 발생기(216)로부터 공급 도체를 통해 엔드 이펙터(204)에 위치된 활성(또는 소스) 전극으로 공급될 수 있고, 전류는 복귀 도체를 통해 엔드 이펙터(204)에 위치된 복귀 도체를 통해 다시 발생기(216)로 흐를 수 있다. 서로 반대편에 있는 조오들을 갖는 양극 파지기의 경우에, 예를 들어, 조오들은 조오들의 근위 단부가 서로 격리되고 조오들의 내측 표면(즉, 조직을 파지하는 조오들의 영역)이 조직을 통해 제어된 경로로 전류를 인가하는 전극들로서의 역할을 한다. 수술 도구(200)가 단극 작동을 위해 구성되는 응용에서, 발생기(216)는 전류를 공급 도체를 통해 엔드 이펙터(204)에 위치된 활성 전극으로 전송하고, 전류는 환자의 신체에 별도로 결합된 복귀 전극(예컨대, 접지 패드)을 통해 복귀(소산)된다.
도 4는 도 2의 수술 도구(200)의 원위 단부의 확대 등각도이다. 보다 구체적으로, 도 4는 엔드 이펙터(204) 및 리스트(206)의 확대도를 도시하며, 이때 엔드 이펙터(204)는 관절운동되지 않은 위치에 있다. 리스트(206)는 엔드 이펙터(204)를 샤프트(202)에 작동가능하게 결합한다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 샤프트 어댑터가 리스트(206)에 직접 결합되고 달리 샤프트(202)와 리스트(206) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 실시예에서, 도 4에 도시된 샤프트(202)는 샤프트 어댑터로 대체될 수 있다. 그러한 실시예들에서, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 샤프트 어댑터는 그의 원위 단부에서 리스트(206)에 직접 결합되고 그의 근위 단부에서 샤프트(202)에 직접 결합될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "작동가능하게 결합"은 직접 또는 간접 결합 맞물림을 지칭한다. 따라서, 리스트(206)는 리스트(206)가 샤프트(202)의 원위 단부에 직접 결합되는 직접 결합 맞물림, 또는 샤프트 어댑터가 리스트(206)와 샤프트(202)의 원위 단부 사이에 개재되는 간접 결합 맞물림을 통해 샤프트(202)에 작동가능하게 결합될 수 있다.
엔드 이펙터(204)를 샤프트(202)에 작동가능하게 결합하기 위해, 리스트(206)는 원위 클레비스(402a) 및 근위 클레비스(402b)를 포함한다. 엔드 이펙터(204)(즉, 조오(210, 212))는 제1 액슬(404a)에서 원위 클레비스(402a)에 회전가능하게 장착되고, 원위 클레비스(402a)는 제2 액슬(404b)에서 근위 클레비스(402b)에 회전가능하게 장착되고, 근위 클레비스(402b)는 샤프트(202)(또는 대안적으로 샤프트 어댑터)의 원위 단부(406)에 결합된다.
리스트(206)는 제1 액슬(404a)을 통해 연장되는 제1 피벗 축(P1) 및 제2 액슬(404b)을 통해 연장되는 제2 피벗 축(P2)을 제공한다. 제1 피벗 축(P1)은 엔드 이펙터(204)의 종방향 축(A2)에 실질적으로 수직(직각)이고, 제2 피벗 축(P2)은 종방향 축(A2) 및 제1 피벗 축(P1) 둘 모두에 실질적으로 수직(직각)이다. 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 한 운동은 엔드 이펙터(204)의 "요" 관절운동을 제공하고, 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 한 운동은 엔드 이펙터(204)의 "피치" 관절운동을 제공한다. 예시된 실시예에서, 조오(210, 212)들은 제1 피벗 축(P1)에서 장착되며, 그에 의해 조오(210, 212)들이 서로에 대해 피벗하게 하여 엔드 이펙터(204)를 개방 및 폐쇄시키거나 대안적으로 동시에 피벗하게 하여 엔드 이펙터(204)의 배향을 관절운동시킨다.
구동 케이블(408a, 408b, 408c, 408d)들로서 도시된 복수의 구동 케이블이 샤프트(202)(및/또는 샤프트 어댑터)에 의해 한정된 루멘(410) 내에서 종방향으로 연장되고 리스트(206)를 통과하여 엔드 이펙터(204)에 작동가능하게 결합된다. 4개의 구동 케이블(408a 내지 408d)이 도 4에 도시되어 있지만, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 4개 초과 또는 4개 미만의 구동 케이블(408a 내지 408d)이 포함될 수 있다.
구동 케이블(408a 내지 408d)들은 간략하게 전술된 케이블 구동식 운동 시스템의 일부를 형성하며, 케이블, 밴드, 라인, 코드(cord), 와이어, 로프(rope), 스트링(string), 꼬인 스트링, 세장형 부재 등으로 지칭되고 달리 그로서 특징지어질 수 있다. 구동 케이블(408a 내지 408d)들은 금속(예컨대, 텅스텐, 스테인리스강 등) 또는 중합체를 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예시적인 구동 케이블들이 발명의 명칭이 "콤팩트 로봇 리스트(Compact Robotic Wrist)"인 미국 특허 공개 제2015/0209965호, 및 발명의 명칭이 "하이퍼덱스트러스 수술 시스템(Hyperdexterous Surgical System)"인 미국 특허 공개 제2015/0025549호에 기술되어 있으며, 이들의 내용은 이에 의해 참고로 포함된다. 루멘(410)은 예시된 바와 같이 단일 루멘일 수 있거나, 대안적으로 구동 케이블(408a 내지 408d)들 중 하나 이상을 각각 수용하는 복수의 독립적인 루멘을 포함할 수 있다.
구동 케이블(408a 내지 408d)들은 엔드 이펙터(204)로부터 구동 하우징(208)(도 2)으로 근위방향으로 연장되는데, 이 구동 하우징에서 그들은 루멘(410) 내에서의 구동 케이블(408a 내지 408d)의 종방향 이동(병진)을 용이하게 하기 위해 내부에 수용(포함)된 다양한 작동 메커니즘 또는 장치에 작동가능하게 결합된다. 구동 케이블(408a 내지 408d)들 중 일부 또는 전부의 선택적 작동은 엔드 이펙터(204)(예컨대, 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두)가 샤프트(202)에 대해 관절운동(피벗)하게 한다. 보다 구체적으로, 선택적 작동은 대응하는 구동 케이블(408a 내지 408d)이 루멘(410) 내에서 종방향으로 병진하게 하고 그에 의해 엔드 이펙터(204)의 피벗 운동을 유발한다. 예를 들어, 하나 이상의 구동 케이블(408a 내지 408d)이 종방향으로 병진하여 엔드 이펙터(204)가 관절운동하게 하거나(예컨대, 조오(210, 212)들 둘 모두가 동일한 방향으로 비스듬히 움직임), 엔드 이펙터(204)가 개방되게 하거나(예컨대, 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 것으로부터 멀어지는 쪽으로 이동함), 엔드 이펙터(204)가 폐쇄되게 할 수 있다(예컨대, 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두가 다른 것을 향해 이동함).
구동 케이블(408a 내지 408d)을 이동시키는 것은 다양한 방식으로, 예를 들어 구동 하우징(208)(도 2)에 작동가능하게 결합되거나 그 안에 수용된 연관된 액추에이터 또는 메커니즘을 트리거링(triggering)함으로써 달성될 수 있다. 주어진 구동 케이블(408a 내지 408d)을 이동시키는 것은 주어진 구동 케이블(408a 내지 408d)에 근위 방향으로 장력(즉, 당김력)을 가하는 것을 구성하며, 이는 주어진 구동 케이블(408a 내지 408d)이 병진하게 하고 이에 의해 엔드 이펙터(204)가 샤프트(202)에 대해 이동(관절운동)하게 한다.
리스트(206)는 엔드 이펙터(204)와의 맞물림을 위해 구동 케이블(408a 내지 408d)들과 상호작용하고 이들을 방향전환시키도록 각각 구성된, 제1 복수의 풀리(pulley)(412a) 및 제2 복수의 풀리(412b)를 포함한다. 제1 복수의 풀리(412a)는 제2 액슬(404b)에서 근위 클레비스(402b)에 장착되고, 제2 복수의 풀리(412b)가 또한 근위 클레비스(402b)에, 그러나 제2 액슬(404b)에 대해 근위에 위치된 제3 액슬(404c)에서 장착된다. 제1 및 제2 복수의 풀리(412a, 412b)들은 구동 케이블(408a 내지 408d)들이 엔드 이펙터(204)에 작동가능하게 결합되기 전에 "S" 형상의 경로를 통해 구동 케이블(408a 내지 408d)들을 협력하여 방향전환시킨다.
적어도 하나의 실시예에서, 구동 케이블(408a 내지 408d)들 중 한 쌍이 각각의 조오(210, 212)에 작동가능하게 결합되고, 대응하는 조오(210, 212)를 "반대적으로" 작동시키도록 구성된다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 제1 및 제2 구동 케이블(408a, 408b)들은 제1 조오(210)에서 커넥터(도시되지 않음)와 결합되고, 제3 및 제4 구동 케이블(408c, 408d)들은 제2 조오(212)에서 커넥터(도시되지 않음)와 결합된다. 그 결과, 제1 구동 케이블(408a)의 작동은 제1 조오(210)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시키고, 제2 구동 케이블(408b)의 작동은 제1 조오(210)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다. 유사하게, 제3 구동 케이블(408c)의 작동은 제2 조오(212)를 개방 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시키고, 제4 구동 케이블(408d)의 작동은 제2 조오(212)를 반대 방향으로 그리고 폐쇄 위치를 향해 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 피벗시킨다.
따라서, 구동 케이블(408a 내지 408d)들은 제1 및 제2 조오(210, 212)들의 상대 또는 동시 이동을 유발하도록 협력하여(게다가 대항적으로) 작동하는 "반대적" 케이블들로서 특징지어지거나 달리 그로 지칭될 수 있다. 제1 구동 케이블(408a)이 작동(이동)될 때, 제2 구동 케이블(408b)은 제1 구동 케이블(408a)에 결합된 바와 같이 자연적으로 따르고, 제3 구동 케이블(408c)이 작동될 때, 제4 구동 케이블(408d)은 제3 구동 케이블(408c)에 결합된 바와 같이 자연적으로 따르고, 그 반대도 마찬가지이다.
엔드 이펙터(204)는 제1 조오 홀더(414a) 및 제1 조오 홀더(414a)로부터 측방향으로 오프셋된 제2 조오 홀더(414b)를 추가로 포함한다. 제1 조오 홀더(414a)는 제1 액슬(404a)에 장착되고 제1 조오(210)를 수용하여 안착시키도록 구성되어, 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 한 제1 조오 홀더(414a)의 운동(회전)이 제1 조오(210)를 상응하여 움직이게 한다(회전시킨다). 제1 조오 홀더(414a)는 또한, 그러한 운동(회전)을 달성하기 위해, 제1 및 제2 구동 케이블(408a, 408b)들과 같은 하나 이상의 구동 케이블을 수용하여 안착시키도록 구성된 제1 풀리(416a)를 제공하고 달리 한정할 수 있다. 제2 조오 홀더(414b)는 유사하게 제1 액슬(404a)에 장착되고 제2 조오(212)를 수용하여 안착시키도록 구성되어, 제1 피벗 축(P1)을 중심으로 한 제2 조오 홀더(414b)의 운동(회전)이 제2 조오(212)를 상응하여 움직이게 한다(회전시킨다). 제2 조오 홀더(414b)는 또한, 그러한 운동(회전)을 달성하기 위해, 제3 및 제4 구동 케이블(408c, 408d)들과 같은 하나 이상의 구동 케이블을 수용하여 안착시키도록 구성된 제2 풀리(416b)를 제공하고 달리 한정할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "조오 홀더"는 서로에 대해 이동가능한 서로 반대편에 있는 조오들 또는 블레이드들을 갖는 다양한 유형의 엔드 이펙터에 적용되도록 의도된다. 예시된 실시예에서, 조오(210, 212)들은 수술 가위 엔드 이펙터의 서로 반대편에 있는 가위 블레이드들을 포함한다. 따라서, 조오 홀더(414a, 414b)는 대안적으로 "블레이드 홀더"로 지칭될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 조오(210, 212)들은 대안적으로 파지기 엔드 이펙터 등에 사용되는 서로 반대편에 있는 조오들을 포함할 수 있고, 용어 "조오 홀더"는 유사하게 적용된다. 더욱이, "조오 홀더"에서의 용어 "홀더"는 "마운트", "구동 부재" 또는 "작동 부재"로 대체될 수 있다.
수술 도구(200)는 또한 엔드 이펙터(204)에 전기 에너지를 공급하여서, 수술 도구(200)를 "전기수술 기구"로 변환시키는 전기 도체(418)를 포함할 수 있다. 구동 케이블(408a 내지 408d)과 유사하게, 전기 도체(418)는 루멘(410) 내에서 종방향으로 연장될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 도체(418)와 전력 케이블(214)(도 2)은 동일한 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 전기 도체(418)는, 구동 하우징(208)(도 2)에서와 같이, 전력 케이블(214)에 전기적으로 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전기 도체(418)는 구동 하우징(208)으로 연장될 수 있는데, 이곳에서 그것은 배터리 또는 연료 전지와 같은 내부 전력 소스에 전기적으로 결합된다.
몇몇 실시예에서, 전기 도체(418)는 와이어를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 전기 도체(418)는 전도성 재료로 제조된 강성 또는 반강성(semi-rigid) 샤프트, 로드(rod), 또는 스트립(strip)(리본)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 도체(418)는 비전도성 재료로 제조된 절연 피복(insulative covering)(420)으로 부분적으로 덮일 수 있다. 절연 피복(420)은 예를 들어 열 수축을 통해 전기 도체(418)에 적용된 플라스틱을 포함할 수 있지만, 대안적으로 임의의 다른 비전도성 재료일 수 있다.
작동 시, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 엔드 이펙터(204)는 단극 또는 양극 작동을 위해 구성될 수 있다. 전기 에너지는, 전기 도체(418)에 의해, 활성(또는 소스) 전극으로서 작용하는 엔드 이펙터(204)로 전송된다. 적어도 하나의 실시예에서, 전기 도체(418)를 통해 전도되는 전기 에너지는 약 100 ㎑ 내지 1 ㎒의 주파수를 나타내는 고주파("RF") 에너지를 포함할 수 있다. RF 에너지는 초음파 교반 또는 마찰, 실제로는 저항성 가열을 유발하여서, 표적 조직의 온도를 증가시킨다. 따라서, 엔드 이펙터(204)에 공급되는 전기 에너지는 열로 변환되고 인접한 조직으로 전달되어 (조직의 국부적 가열에 의존하여) 조직을 절단, 소작 및/또는 응고시키며, 이에 따라 혈관 또는 확산 출혈을 밀봉하는 데 특히 유용할 수 있다.
관절운동 가능한 리스트를 갖는 종래의 전기수술 기구는 일반적으로 근위 클레비스에서 종결되는 전기 도체를 포함할 것이며, 원위 클레비스와 근위 클레비스 사이의 구조적 상호연결은 작동을 위해 엔드 이펙터에 에너지 공급하기 위해 요구되는 전기 에너지를 제공한다. 전기 도체를 근위 클레비스에서 종결시키는 것은 리스트가 전기 도체에 의해 방해받지 않고서 관절운동할 수 있게 한다. 그러나, 본 개시의 실시예에 따르면, 전기 도체(418)는 근위 클레비스(402b)를 통해 연장되고 달리 이를 우회하여 원위 클레비스(402a)에서 종결될 수 있다. 그 결과, 전기 도체(418)는 전기 에너지를 원위 클레비스(402a)에 전달할 수 있으며, 이러한 전기 에너지는 전도를 통해 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두로 전송될 수 있다.
예시된 바와 같이, 시일(seal)(422)(파선으로 도시됨)이 근위 클레비스(402b)와 샤프트(102)(또는 대안적으로 샤프트 어댑터) 사이의 계면에 배열될 수 있다. 시일(422)은 양쪽 방향으로의 그를 통한 오염물 및 유체의 이동을 방지함으로써 샤프트(102)의 내부를 엔드 이펙터(204)로부터 실질적으로 격리시키도록 구성될 수 있다. 파선으로 예시된 바와 같이, 전기 도체(418)는 원위 클레비스(402a)의 근위 단부에서 종결되기 전에 시일(422) 및 근위 클레비스(402b)를 통해 연장될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 전기 도체(418)는 전기 도체(418)가 근위 클레비스(402b), 제2 액슬(404b), 또는 제2 복수의 풀리(412b) 중 일부 또는 전부와 접촉하지(맞물리지) 않고서 근위 클레비스(402b)를 통과할 수 있게 하는 아치형 섹션(424)을 제공하거나 달리 한정할 수 있다. 다른 실시예에서, 아치형 섹션(424)은 생략될 수 있고, 전기 도체(418)는 그럼에도 불구하고 이들 구조적 구성요소와 맞물리지 않고서 근위 클레비스(402b)를 통과하도록 배열될 수 있다.
예시된 바와 같이, 전기 도체(418)는 도체 어댑터(426)에서 종결될 수 있다. 도체 어댑터(426)는 전도성 금속과 같은 전도성 재료로 제조되고, 전기 도체(418)로부터 원위 클레비스(402a)로 전기 에너지를 전송(전도)하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 도체 어댑터(426)는 제2 액슬(404b) 상에 조립되고, 제1 복수의 풀리(412a)와 원위 클레비스(402a)의 근위 단부 사이에 개재된다. 제1 복수의 풀리(412a)는 전도성 재료로 제조될 수 있고, 전기 에너지를 근위 클레비스(402b)로 전도하는 것으로부터 적합하게 절연될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 제1 복수의 풀리(412a)는 근위 풀리(402b)의 원위 단부를 도체 어댑터(426) 및 원위 클레비스(402a)에 공급되는 전기 에너지로부터 절연시키기 위해 임의의 전기 절연성 또는 비전도성 재료로 제조될 수 있다. 적합한 비전도성 재료는 세라믹(예컨대, 지르코니아, 알루미나, 질화알루미늄, 규산염, 질화규소 등), 고온 및 고강도 플라스틱, 열가소성 또는 열경화성 중합체(예컨대, 폴리에테르 에테르 케톤, 울템(ULTEM)™, 베스펠(VESPEL)(등록상표), 폴리페닐설폰, 폴리설폰, 라델(RADEL)(등록상표), 폴리아미드-이미드, 폴리이미드, 에폭시 등), 복합 재료(예컨대, 유리 섬유), 경질 고무(예컨대, 에보나이트), 절연 코팅부(insulative coating)를 가진 금속, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
도체 어댑터(426)는 원위 클레비스(402a)와 접촉하고 달리 전기적으로 맞물릴(연통할) 수 있으며, 이 원위 클레비스는 작동을 위해 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두에 에너지 공급하기 위해 전기 도체(418)에 의해 공급된 전기 에너지를 조오(210, 212)들 중 적어도 하나에 전송(전도)한다. 몇몇 실시예에서, 예를 들어, 전기 에너지는 전도성 재료로 제조될 수 있는, 제1 액슬(404a) 및 조오 홀더(414a, 414b) 중 하나 또는 둘 모두를 통해 조오(210, 212)로 전도된다. 그러나, 다른 실시예에서, 조오 홀더(414a, 414b)는 비전도성 재료로 제조될 수 있고, 전기 에너지는 대안적으로 제1 액슬(404a)을 통해 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두에 전도될 수 있다.
도 5는 하나 이상의 실시예에 따른 엔드 이펙터(204)의 확대 부분 분해도이다. 보다 구체적으로, 도 5는 제1 액슬(404a)에서 원위 클레비스(402a)에 장착된, 조오(210, 212) 및 대응하는 조오 홀더(414a, 414b)를 포함하는, 엔드 이펙터(204)를 도시한다. 도 5는 또한 제2 액슬(404b)로부터 분해되거나 달리 제거된 제1 복수의 풀리(412a)의 일부분 및 전기 도체(418)를 도시한다.
도시된 실시예에서, 절연 피복(420)(파선으로 도시됨)은 도체 어댑터(426)로 연장되고 그에 인접하여 종결된다. 그러한 실시예에서, 절연 피복(420)은 전기 도체(418)와 근위 클레비스(402b)(도 4), 제2 액슬(404b)(도 4), 또는 제2 복수의 풀리(412b)(도 4) 사이의 방전 또는 전기적 연통을 방지하는 데 유리한 것으로 판명될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 절연 피복(420)은 근위 클레비스(402b)에 대해 근위에서 종결될 수 있고, 그럼에도 불구하고 근위 클레비스(402b), 제2 액슬(404b), 및 제2 복수의 풀리(412b)에 의도치 않게 전기 에너지를 전도하지 않기 위해 이들을 피해 가도록 배열 및/또는 설계될 수 있다.
예시된 바와 같이, 원위 클레비스(402a)는 원위 클레비스(402a)의 근위 단부 내에 한정된 개구(504) 내에 안착되고 달리 수용될 수 있는 부싱(bushing)(502)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 부싱(502)은 본 명세서에 언급된 비전도성 재료들 중 임의의 것으로 제조될 수 있지만, 대안적으로 전도성 재료로 제조될 수 있고 전기 에너지는 부싱(502)의 적어도 일부분을 통해 조오(210, 212)들 중 적어도 하나로 전송될 수 있다. 부싱(502)은 제2 액슬(404b)이 엔드 이펙터(204)의 관절운동 동안 부싱(502)에 대해 회전할 수 있도록 제2 액슬(404b)을 수용하도록 구성될 수 있다.
제1 복수의 풀리(412a) 및 도체 어댑터(426)는 부싱(502)에 장착될 수 있고, 엔드 이펙터(204)의 관절운동 동안 부싱(502)에 대해 회전하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, 도체 어댑터(426)는 작동 동안 부싱(502)과 활주식으로 맞물리고 달리 그 상에서 라이딩(riding)하는 것이 가능할 수 있다. 그 결과, 그리고 이전의 전기수술 기구와는 대조적으로, 도체 어댑터(426)는 솔더 포인트(solder point) 또는 크림프(crimp)에서 종결되는 것이 아니라, 대신에 원위 클레비스(402a)에 전기 에너지를 제공하면서 부싱(502) 상에서 "부유"할 수 있다. 예시된 실시예에서, 부싱(502)은 제1 복수의 풀리(412a) 및 도체 어댑터(426)를 수용하여 안착시키도록 구성된 다양한 직경들을 제공하고 달리 한정하지만, 대안적으로, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 일정한 직경을 포함할 수 있다.
도체 어댑터(426)는 전기 도체(418)의 원위 단부를 포함하거나 달리 구성하고, 전기 도체(418)와 원위 클레비스(402a) 사이의 전기적 연통을 용이하게 할 수 있는 임의의 형상 또는 설계를 취할 수 있다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 도체 어댑터(426)는 연속적인 환형 링을 한정하거나 제공하는 스탬핑된 어안 커넥터(stamped fisheye connector)를 포함한다. 도체 어댑터(426)는 전기 도체(418)가 전기 에너지를 원위 클레비스(402a)로 전송할 수 있게 하기 위해 부싱(502) 주위로 연장될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 도체 어댑터(426)는 대안적으로 불연속적인 환형 링을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 도체 어댑터(426)는 대안적으로 부싱(502)과 끊임없이 맞물리도록 배열된 구부러진 부분에서 종결될 수 있다.
도 6은 하나 이상의 실시예에 따른 엔드 이펙터(204)의 다른 실시예의 확대 등각도이다. 도 5와 유사하게, 도 6은 제1 액슬(404a)에서 원위 클레비스(402a)에 장착된, 조오(210, 212) 및 대응하는 조오 홀더(414a, 414b)를 포함하는, 엔드 이펙터(204)를 도시한다. 게다가, 제1 복수의 풀리(412a)는 상대 회전을 위해 제2 액슬(404b)에 장착된다. 또한, 전기 도체(418)는 원위 클레비스(402a)의 근위 단부로 연장되고 그 근위 단부에서 또는 그 부근에서 종결되며, 절연 피복(420)(파선으로 도시됨)은 전기 도체(418)의 길이의 일부 또는 전부를 따라 연장될 수 있다.
그러나, 도 5의 실시예와는 다르게, 전기 도체(418)는 도 4 및 도 5의 도체 어댑터(426)와는 유사하지 않은 도체 어댑터(602)에서 종결된다. 보다 구체적으로, 도체 어댑터(602)는 원위 클레비스(402a)의 대응하는 아치형 표면(604)과 맞물리도록 배열된 아치형 부재 또는 "새들(saddle)"을 포함할 수 있다. 예시된 실시예에서, 아치형 표면(604)은 원위 클레비스(402a)의 근위 단부에 한정되지만, 대안적으로, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 임의의 다른 위치에 제공될 수 있다. 도체 어댑터(602)는 전도성 금속(예컨대, 스프링강, 베릴륨 구리 등)과 같은 전도성 재료로 제조되고, 전기 도체(418)로부터 원위 클레비스(402a)로 전기 에너지를 전송(전도)하도록 구성될 수 있다. 예시적인 작동에서, 원위 클레비스(402a)는 제2 액슬(404b)의 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 관절운동할 수 있고, 도체 어댑터(602)는 그러한 움직임 동안 아치형 표면(604)과의 맞물림을 유지할 수 있다.
도 7은 하나 이상의 추가 실시예에 따른, 엔드 이펙터(204) 및 리스트 조인트(206)의 다른 실시예의 확대 등각도이다. 예시된 실시예에서, 조오(210, 212) 및 대응하는 조오 홀더(414a, 414b)를 포함하는 엔드 이펙터(204)는 제1 액슬(404a)에서 원위 클레비스(402a)에 장착되며, 근위 클레비스(402b)는 가상선(파선)으로 도시되어 있다. 게다가, 제1 및 제2 복수의 풀리(412a, 412b)는, 개괄적으로 전술된 바와 같이, 제2 및 제3 액슬(404b, 404c)에 각각 장착된다.
예시된 실시예에서, 전기 도체(418)는 시일(422)을 통해 연장되고, 도체 어댑터(702)를 가진 원위 클레비스(402a)에서 종결된다. 도체 어댑터(702)는 전기 도체(418)를 원위 클레비스(402a)에 효과적으로 결합하여, 전기 도체(418)를 통해 전송(전달)된 전기 에너지가 작동 동안 원위 클레비스(402a)에 상응하여 전송(전달)된다. 도체 어댑터(702)는, 예를 들어, 크림프, 솔더, 용접부, 또는 이들의 임의의 조합과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 커넥터 유형을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 도체(418)는 전기 도체(418)가 근위 클레비스(402b), 제2 액슬(404b), 또는 제2 복수의 풀리(412b)에 의도치 않게 전기 에너지를 전도하지 않도록 전기 도체(418)의 일부 또는 전부를 덮는 절연 피복(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 전기 도체(418)의 적어도 일부분은 전도성 스프링 부재(704)를 포함하거나 달리 한정할 수 있다. 전도성 스프링 부재(704)는 전기 도체(418)를 통한 원위 클레비스(402a)에 대한 전기 전도성을 상실함이 없이 엔드 이펙터(204)가 제2 액슬(404b)의 제2 피벗 축(P2)을 중심으로 관절운동할 수 있게 하는 전기 도체(418)의 가요성 또는 탄성 섹션을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전도성 스프링 부재(704)는 니티놀(Nitinol) 와이어 등과 같은, 전도성 재료의 빽빽히 권취된 코일을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 전도성 스프링 부재(704)는 전도성 재료로 제조된 가요성의, 그러나 평평한 리본을 포함할 수 있다. 작동 동안, 전도성 스프링 부재(704)는 원위 클레비스(402a)가 여전히 전기 에너지를 그것에 공급하면서 관절운동할 수 있게 하기 위해 휘어지거나 구부러지도록 구성될 수 있다.
도 8a는 하나 이상의 실시예에 따른, 엔드 이펙터(204) 및 리스트 조인트(206)의 다른 실시예의 확대 단면도이다. 예시된 실시예에서, 조오(210, 212) 및 대응하는 조오 홀더(414a, 414b)를 포함하는, 엔드 이펙터(204)는 제1 액슬(404a)에서 원위 클레비스(402a)에 장착된다. 게다가, 제1 및 제2 복수의 풀리(412a, 412b)는 근위 클레비스(402b)에 장착된, 제2 및 제3 액슬(404b, 404c)에 각각 장착된다.
예시된 실시예에서, 전기 도체(418)는 시일(422)을 통해 연장되고, 근위 클레비스(402b)를 통해 연장되고 원위 클레비스(402a)에서 종결되는 플렉스 회로(802)에 결합된다. 플렉스 회로(802)는 전기 도체(418)를 원위 클레비스(402a)에 효과적으로 결합하여, 전기 도체(418)를 통해 전송(전달)된 전기 에너지가 작동 동안 원위 클레비스(402a)에 상응하여 전송(전달)된다. 플렉스 회로(802)는 예를 들어 폴리이미드 가요성 회로를 포함할 수 있지만, 대안적으로, 본 개시의 범위로부터 벗어남이 없이, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)으로 제조될 수 있다.
도 8b는 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따른, 도 8a의 플렉스 회로(802)의 예시적인 실시예의 개략도이다. 예시된 바와 같이, 플렉스 회로(802)는 인쇄 회로(804)가 그 안에 내장된 실질적으로 평평한 필름을 포함한다. 인쇄 회로(804)는 전기 에너지를 원위 클레비스(402a)(도 8a)에 전달하기 위해 전기 도체(418)로부터 연장되고 그에 연통가능하게 결합된다.
플렉스 회로(802)는 제2 액슬(404b)을 수용하도록 구성된 제1 개구(806a) 및 제3 액슬(404c)을 수용하도록 구성된 제2 개구(806b)를 포함할 수 있다. 제1 개구(806a)에서, 플렉스 회로(802)는 인쇄 회로(804)를 원위 클레비스(402a)(도 8a)와 연통하는 상태로 두는 환형 전도성 패드(808)를 포함할 수 있다. 전도성 패드(808)는 은, 금, 또는 환형 링을 형성하는 다른 전도성 금속으로 제조될 수 있다. 부싱(502)(도 5)과 제1 복수의 풀리(412a)(도 8a) 사이에 플렉스 회로(804)를 트래핑(trapping)하는 것은 전기 전도 경로를 제공한다. 따라서, 전도성 패드(808)는 에너지를 원위 클레비스(402a)로 전달하며, 이 원위 클레비스는 전기 에너지를 조오(210, 212)들 중 하나 또는 둘 모두로 전달할 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들은 하기를 포함한다:
A. 엔드 이펙터로서, 원위 클레비스, 제1 액슬에서 원위 클레비스에 회전가능하게 장착된 제1 및 제2 조오들, 제2 액슬에서 원위 클레비스에 회전가능하게 결합된 근위 클레비스, 및 근위 클레비스를 통해 연장되고 원위 클레비스에서 종결되어 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나에 전기 에너지를 공급하는 전기 도체를 포함하는, 엔드 이펙터.
B. 수술 도구로서, 구동 하우징, 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트, 세장형 샤프트의 원위 단부에 배열되고 제1 및 제2 조오들을 포함하는 엔드 이펙터, 엔드 이펙터와 세장형 샤프트 사이에 개재되고, 제1 액슬에서 제1 및 제2 조오들을 회전가능하게 장착하는 원위 클레비스, 및 세장형 샤프트에 작동가능하게 결합되고 제2 액슬에서 원위 클레비스에 결합된 근위 클레비스를 포함하는 리스트, 및 구동 하우징으로부터 근위 클레비스를 통해 연장되는 전기 도체로서, 원위 클레비스에서 종결되어 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나에 전기 에너지를 공급하는, 상기 전기 도체를 포함하는, 수술 도구.
C. 수술 도구를 작동시키는 방법으로서, 수술을 위해 환자에 인접하게 수술 도구를 위치시키는 단계로서, 수술 도구는 구동 하우징, 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트, 세장형 샤프트의 원위 단부에 배열되고 제1 및 제2 조오들을 포함하는 엔드 이펙터, 엔드 이펙터와 세장형 샤프트 사이에 개재되고, 제1 액슬에서 제1 및 제2 조오들을 회전가능하게 장착하는 원위 클레비스, 및 세장형 샤프트에 작동가능하게 결합되고 제2 액슬에서 원위 클레비스에 결합된 근위 클레비스를 포함하는 리스트, 및 구동 하우징으로부터 근위 클레비스를 통해 연장되고 원위 클레비스에서 종결되는 전기 도체를 포함하는, 상기 수술 도구를 위치시키는 단계를 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법. 전기 도체를 통해 원위 클레비스에 전기 에너지를 공급하고 그에 의해 제1 및 제2 조오들 중 적어도 하나에 에너지 공급하는 단계를 추가로 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
실시예 A, 실시예 B, 및 실시예 C 각각은 임의의 조합으로 하기 추가 요소들 중 하나 이상을 가질 수 있다: 요소 1: 전기 도체는 전도성 재료로 제조된 와이어, 샤프트, 로드, 또는 스트립으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 요소 2: 전기 도체를 부분적으로 덮는 절연 피복을 추가로 포함한다. 요소 3: 전기 도체는 근위 클레비스와 접촉함이 없이 근위 클레비스를 통과한다. 요소 4: 전기 도체를 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두기 위해 전기 도체의 원위 단부에 배열된 도체 어댑터를 추가로 포함한다. 요소 5: 도체 어댑터는 제2 액슬 상에 조립된다. 요소 6: 제2 액슬은 원위 클레비스의 근위 단부 내에 한정된 개구 내에 안착된 부싱을 통해 연장되고, 도체 어댑터는 부싱에 장착된다. 요소 7: 부싱은 세라믹, 플라스틱, 열가소성 또는 열경화성 중합체, 복합 재료, 경질 고무, 절연 코팅부를 가진 금속, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 비전도성 재료로 제조된다. 요소 8: 도체 어댑터는 연속적인 환형 링을 포함한다. 요소 9: 도체 어댑터는 원위 클레비스의 대응하는 아치형 표면과 맞물리도록 배열된 아치형 부재를 포함한다. 요소 10: 전기 도체의 일부분은 전도성 스프링 부재를 한정한다.
요소 11: 엔드 이펙터는 단극 또는 양극 작동을 위해 구성된다. 요소 12: 근위 클레비스의 근위 단부에 배열된 시일을 추가로 포함하며, 전기 도체는 시일을 통해 연장된다. 요소 13: 샤프트 어댑터가 리스트와 세장형 샤프트 사이에 개재된다. 요소 14: 전기 도체를 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두기 위해 전기 도체의 원위 단부에 배열된 도체 어댑터를 추가로 포함한다. 요소 15: 도체 어댑터는 제2 액슬 상에 조립된다. 요소 16: 도체 어댑터는 원위 클레비스의 대응하는 아치형 표면과 맞물리도록 배열된 아치형 부재를 포함한다.
요소 17: 도체 어댑터가 전기 도체의 원위 단부에 배열되고, 방법은 도체 어댑터로 전기 도체를 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두는 단계, 및 도체 어댑터로 원위 클레비스와의 전기적 연통을 유지하면서 리스트를 관절운동시키는 단계를 추가로 포함한다.
비제한적 예로서, A, B, 및 C에 적용가능한 예시적인 조합들은 다음을 포함한다: 요소 1과 요소 2; 요소 4와 요소 5; 요소 5와 요소 6; 요소 6과 요소 7; 요소 4와 요소 8; 요소 4와 요소 9; 요소 4와 요소 10; 요소 14와 요소 15; 및 요소 14와 요소 16.
따라서, 개시된 시스템 및 방법은 언급된 목적 및 이점뿐만 아니라 그 안에 내재하는 것들을 달성하도록 잘 개조된다. 상기에 개시된 특정 실시예들은 단지 예시적인 것일 뿐인데, 왜냐하면 본 개시의 교시 내용이 본 명세서에서의 교시 내용의 이익을 얻는 당업자에게 명백한 상이한, 그러나 동등한 방식들로 수정되고 실시될 수 있기 때문이다. 또한, 하기의 청구범위에 기술된 바 이외에, 본 명세서에 제시된 구성 또는 설계의 상세 사항에 대해 제한이 의도되지 않는다. 따라서, 상기에 개시된 특정한 예시적인 실시예들이 변경되거나, 조합되거나, 수정될 수 있고 모든 그러한 변형이 본 개시의 범위 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 부존재 하에 적합하게 실시될 수 있다. 구성 및 방법이 다양한 구성요소 또는 단계를 "포함하는", "함유하는", 또는 "구비하는"의 용어로 기술되지만, 구성 및 방법은 또한 다양한 구성요소 및 단계로 "본질적으로 이루어질" 수 있거나 "이루어질" 수 있다. 상기에 개시된 모든 수치 및 범위는 어떤 양만큼 달라질 수 있다. 하한 및 상한을 갖는 수치 범위가 개시될 때마다, 그 범위 내에 속하는 임의의 수치 및 임의의 포함된 범위가 구체적으로 개시된다. 특히, 본 명세서에 개시된 (형태, "약 a 내지 약 b", 또는 동등하게 "대략 a 내지 b", 또는 동등하게 "대략 a-b"의) 모든 값 범위는 더 넓은 값 범위 내에 포함되는 모든 수치 및 범위를 기술하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 청구범위 내의 용어들은 특허권자에 의해 달리 명시적으로 그리고 명확하게 정의되지 않는 한 그들의 보통의 통상적인 의미를 갖는다. 게다가, 청구범위에 사용되는 바와 같은 부정 관사("a" 또는 "an")는 그것이 도입하는 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 있어서 임의의 상충이 있는 경우, 본 명세서와 일치하는 정의가 채택되어야 한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일련의 아이템들 중 임의의 것을 분리하기 위한 용어 "및" 또는 "또는"을 가진, 그 아이템들에 후행하는 문구 "~ 중 적어도 하나"는, 목록의 각각의 구성원(즉, 각각의 아이템)보다는, 전체로서 목록에 걸린다. 문구 "~ 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, 문구 "A, B, 및 C 중 적어도 하나" 또는 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"는 각각 단지 A만, 단지 B만, 또는 단지 C만; A, B, 및 C의 임의의 조합; 및/또는 A, B, 및 C 각각 중 적어도 하나를 지칭한다.
Claims (20)
- 엔드 이펙터(end effector)로서,
원위 클레비스(distal clevis);
제1 액슬(axle)에서 상기 원위 클레비스에 회전가능하게 장착된 제1 조오(jaw) 및 제2 조오;
제2 액슬에서 상기 원위 클레비스에 회전가능하게 결합된 근위 클레비스(proximal clevis); 및
상기 근위 클레비스를 통해 연장되고 상기 원위 클레비스에서 종결되어 상기 제1 조오 및 상기 제2 조오 중 적어도 하나에 전기 에너지를 공급하는 전기 도체를 포함하는, 엔드 이펙터. - 제1항에 있어서, 상기 전기 도체는 전도성 재료로 제조된 와이어, 샤프트, 로드(rod), 또는 스트립(strip)으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 엔드 이펙터.
- 제2항에 있어서, 상기 전기 도체를 부분적으로 덮는 절연 피복(insulative covering)을 추가로 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제1항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 근위 클레비스와 접촉함이 없이 상기 근위 클레비스를 통과하는, 엔드 이펙터.
- 제1항에 있어서, 상기 전기 도체를 상기 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두기 위해 상기 전기 도체의 원위 단부(distal end)에 배열된 도체 어댑터를 추가로 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제5항에 있어서, 상기 도체 어댑터는 상기 제2 액슬 상에 조립되는, 엔드 이펙터.
- 제6항에 있어서, 상기 제2 액슬은 상기 원위 클레비스의 근위 단부(proximal end) 내에 한정된 개구 내에 안착된 부싱(bushing)을 통해 연장되고, 상기 도체 어댑터는 상기 부싱에 장착되는, 엔드 이펙터.
- 제7항에 있어서, 상기 부싱은 세라믹, 플라스틱, 열가소성 또는 열경화성 중합체, 복합 재료, 경질 고무, 절연 코팅부(insulative coating)를 가진 금속, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 비전도성 재료로 제조되는, 엔드 이펙터.
- 제5항에 있어서, 상기 도체 어댑터는 연속적인 환형 링을 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제5항에 있어서, 상기 도체 어댑터는 상기 원위 클레비스의 대응하는 아치형 표면과 맞물리도록 배열된 아치형 부재를 포함하는, 엔드 이펙터.
- 제5항에 있어서, 상기 전기 도체의 일부분은 전도성 스프링 부재를 한정하는, 엔드 이펙터.
- 수술 도구로서,
구동 하우징;
상기 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형(elongate) 샤프트;
상기 세장형 샤프트의 원위 단부에 배열되고, 제1 조오 및 제2 조오를 포함하는 엔드 이펙터;
상기 엔드 이펙터와 상기 세장형 샤프트 사이에 개재되고, 제1 액슬에서 상기 제1 조오 및 상기 제2 조오를 회전가능하게 장착하는 원위 클레비스, 및 상기 세장형 샤프트에 작동가능하게 결합되고 제2 액슬에서 상기 원위 클레비스에 결합된 근위 클레비스를 포함하는 리스트(wrist); 및
상기 구동 하우징으로부터 상기 근위 클레비스를 통해 연장되는 전기 도체로서, 상기 원위 클레비스에서 종결되어 상기 제1 조오 및 상기 제2 조오 중 적어도 하나에 전기 에너지를 공급하는, 상기 전기 도체를 포함하는, 수술 도구. - 제12항에 있어서, 상기 엔드 이펙터는 단극(monopolar) 또는 양극(bipolar) 작동을 위해 구성되는, 수술 도구.
- 제12항에 있어서, 상기 수술 도구는 상기 근위 클레비스의 근위 단부에 배열된 시일(seal)을 추가로 포함하며, 상기 전기 도체는 상기 시일을 통해 연장되는, 수술 도구.
- 제12항에 있어서, 샤프트 어댑터가 상기 리스트와 상기 세장형 샤프트 사이에 개재되는, 수술 도구.
- 제12항에 있어서, 상기 전기 도체를 상기 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두기 위해 상기 전기 도체의 원위 단부에 배열된 도체 어댑터를 추가로 포함하는, 수술 도구.
- 제15항에 있어서, 상기 도체 어댑터는 상기 제2 액슬 상에 조립되는, 수술 도구.
- 제15항에 있어서, 상기 도체 어댑터는 상기 원위 클레비스의 대응하는 아치형 표면과 맞물리도록 배열된 아치형 부재를 포함하는, 수술 도구.
- 수술 도구를 작동시키는 방법으로서,
수술을 위해 환자에 인접하게 상기 수술 도구를 위치시키는 단계로서, 상기 수술 도구는,
구동 하우징,
상기 구동 하우징으로부터 연장되는 세장형 샤프트,
상기 세장형 샤프트의 원위 단부에 배열되고, 제1 조오 및 제2 조오를 포함하는 엔드 이펙터,
상기 엔드 이펙터와 상기 세장형 샤프트 사이에 개재되고, 제1 액슬에서 상기 제1 조오 및 상기 제2 조오를 회전가능하게 장착하는 원위 클레비스, 및 상기 세장형 샤프트에 작동가능하게 결합되고 제2 액슬에서 상기 원위 클레비스에 결합된 근위 클레비스를 포함하는 리스트, 및
상기 구동 하우징으로부터 상기 근위 클레비스를 통해 연장되고, 상기 원위 클레비스에서 종결되는 전기 도체를 포함하는, 상기 수술 도구를 위치시키는 단계; 및
상기 전기 도체를 통해 상기 원위 클레비스에 전기 에너지를 공급하여서, 상기 제1 조오 및 상기 제2 조오 중 적어도 하나에 에너지 공급하는 단계를 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법. - 제19항에 있어서, 도체 어댑터가 상기 전기 도체의 원위 단부에 배열되고, 상기 방법은,
상기 도체 어댑터로 상기 전기 도체를 상기 원위 클레비스와 전기적으로 연통하는 상태로 두는 단계; 및
상기 도체 어댑터로 상기 원위 클레비스와의 전기적 연통을 유지하면서 상기 리스트를 관절운동(articulating)시키는 단계를 추가로 포함하는, 수술 도구를 작동시키는 방법.
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