KR20210010495A

KR20210010495A - 카테터 제어 시스템의 백엔드 메커니즘

Info

Publication number: KR20210010495A
Application number: KR1020207035553A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 제이 블루멘크란츠
Original assignee: 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2021-01-27
Also published as: EP3793467A1; WO2019222058A1; JP2021522942A; JP2024023477A; US20210138195A1; JP7397006B2; CN112153948A

Abstract

조향 가능한 세장형 의료 기구를 위한 제어 시스템의 백엔드 메커니즘이, 콤팩트하고 신뢰 가능한 조향 제어를 세장형 의료 기구에 제공하도록 배열된, 복수의 구동 구성요소 및 조향 구성요소를 포함한다.

Description

카테터 제어 시스템의 백엔드 메커니즘

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은, 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2018년 5월 15일자로 출원된 미국 가출원 제62/671,958호의 이익을 주장한다.

본 개시 내용은 의료 시술에서 사용되는 시스템 및 그러한 시술 중에 이용되는 동작 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 본 개시 내용은 카테터 제어 시스템의 백엔드(backend) 메커니즘 및 관련 방법에 관한 것이다.

최소 침습 의료 기술은 의료 시술 중에 손상되는 조직의 양을 줄이고 그에 의해서 환자 회복 시간, 불편함, 및 유해한 부작용을 줄이도록 의도된다. 그러한 최소 침습 기술은 환자의 해부조직 내의 자연적인 오리피스를 통해서 또는 하나 이상의 수술 절개부를 통해서 실시될 수 있을 것이다. 이러한 자연적인 오리피스 또는 절개부를 통해, 의사는 목표 조직 위치에 도달하기 위해서 (수술, 진단, 치료, 또는 생검 기구를 포함하는) 최소 침습적 의료 기구를 삽입할 수 있을 것이다. 하나의 그러한 최소 침습 기술은, 해부학적 통로 내로 삽입될 수 있고 환자의 해부조직 내의 관심 영역을 향해서 전진될 수 있는 가요성 카테터와 같은 가요성 및/또는 조향 가능 세장형 장치를 사용한다. 의료진에 의한 그러한 세장형 장치의 제어는, 적어도 세장형 장치의 삽입 및 후퇴뿐만 아니라 그러한 장치의 조향의 관리를 포함하는, 몇 개의 자유도의 관리를 포함한다. 또한, 상이한 동작 모드들이 또한 지원될 수 있다.

백엔드 메커니즘 제어 시스템은 통과하여 연장되는 세장형 장치 또는 기구의 조향 또는 조작을 가능하게 하는 구성요소를 포함한다. 이어서, 백엔드 메커니즘 제어 시스템은 세장형 장치와 함께 협력하여, 건강 관리 제공자의 제어 하에서, 수술 기술을 실행한다. 성공적인 수술 결과의 가능성을 높이기 위해서, 사용 시에 안정적이고, 콤팩트(compact)하고, 멸균 처리를 위해서 제거될 수 있는 백엔드 메커니즘 제어 시스템을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 세장형 장치를 제어하는 백엔드 메커니즘 제어 시스템의 구성요소가, 외과의사의 제어 하에서 일정한 결과를 위한 예측 가능하고 반복 가능한 작용을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 최소 침습 의료 기술 중에 사용하기에 적합할 수 있는, 조향 가능 카테터와 같은, 조향 가능 세장형 장치의 제어를 제공하는 백엔드 메커니즘 제어 시스템을 제공하는 것이 유리할 수 있다.

일반적으로, 본 개시 내용은 모터를 통해서 작동 가능하게 조향하기 위해서 당김 와이어와 협력하는 백엔드 메커니즘을 이용하는 세장형 부재를 조향하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 부가적인 특정 실시예들은 상세한 설명에 이어지는 청구범위에 의해 가장 잘 요약된다.

일부 예시적인 구현예에서, 본 개시 내용은 당김 와이어를 통해서 조향 가능한 세장형 부재를 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 제어 시스템은 사용 중에 세장형 부재에 대해서 제 위치에 고정될 수 있는 샤시, 및 샤시에 의해 지지되는 풀리를 포함할 수 있다. 풀리는, 당김 와이어를 지지하도록 구조적으로 구성된 당김 와이어-지지 표면을 포함할 수 있다. 풀리는 제1 축을 중심으로 회전될 수 있다. 제어 시스템은 또한, 샤시에 의해 지지되고 제1 축에 대해서 각도를 이루어 정렬된 제2 축을 중심으로 회전될 수 있는 캡스턴(capstan)을 포함할 수 있다. 캡스턴은 당김 와이어가 캡스턴 주위로 랩핑될(wrap) 수 있게 하는 당김 와이어-지지 표면을 가질 수 있다.

일부 양태에서, 샤시는 개구부를 갖는 포켓을 포함하고, 그러한 개구부를 통해서 당김 와이어가 연장된다. 일부 양태에서, 제어 시스템은 캡스턴을 구동 가능하게 회전시키도록 구성된 입력 디스크를 포함한다. 입력 디스크는 비-원통형 형상을 갖는 샤프트를 포함할 수 있고, 캡스턴은 샤프트가 캡스턴을 회전시킬 수 있게 하는 방식으로 비-원통형 형상과 인터페이싱하도록 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 캡스턴은 당김 와이어를 중첩이 없이 권취하도록 배열된 나선형 홈을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 제어 시스템은, 캡스턴이 문턱값 위치를 넘어서 회전되는 것을 방지하도록 배열된 회전 제한부를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 회전 제한부는, 캡스턴이 문턱값 위치를 넘어서 회전되는 것을 방지하도록 배열된 기계적 정지부를 포함할 수 있다.

일부 양태에서, 제어 시스템은 샤시로부터 연장되는 광섬유 연결부를 포함할 수 있고, 세장형 부재의 길이를 통해서 광섬유 연결부로부터 연장되는 형상 감지 광섬유를 포함할 수 있다. 형상 센서는 세장형 부재의 형상을 검출하도록 배열될 수 있다. 광섬유 연결부는 형상 센서에 의해서 검출된 정보를 통신하도록 구성될 수 있다. 일부 양태에서, 제어 시스템은, 하우징의 벽에 인접한 서비스 루프(service loop)를 포함하는, 둘러싸인 하우징을 포함한다. 하우징은 하우징 내의 발진 영역 고정부(launch region fixture)와 세장형 부재 사이에서 연장되는 형상 센서의 굽힘을 수용하기 위한 크기의 원호화 표면(arcing surface)을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 서비스 루프는 형상 센서 내의 180도 굽힘부이다. 일부 양태에서, 하우징은 안내 슬롯을 형성하는 안내부를 포함하고, 그러한 안내 슬롯 내에서 형상 센서가 연장된다. 일부 양태에서, 샤시는, 제2 축에 실질적으로 평행하게 배치된 제3 축을 형성하는 세장형 부재 개구부를 포함한다. 일부 양태에서, 제어 시스템은 연결 위치에서 샤시에 고정된 근위 단부를 갖는 코일 파이프를 포함한다. 코일 파이프의 근위 단부는 세장형 부재 개구부에 의해서 형성된 제3 축에 실질적으로 수직으로 배치될 수 있고, 당김 와이어는 코일 파이프를 통해서 그리고 풀리까지 그리고 그에 의해서 캡스턴까지 연장될 수 있다. 일부 양태에서, 샤시는, 캡스턴을 구동하도록 배열된 기구 캐리지와 인터페이싱하도록 성형되고 구성된 장착 면을 포함한다. 장착 면은 일반적으로 장착 평면을 따라서 연장될 수 있고, 장착 면은, 나란히 배열된, 제1 인터페이싱 부분 및 제2 비-인터페이싱 부분을 가질 수 있다. 제1 인터페이싱 부분은 섬유 연결부 및 회전 입력 부재를 가질 수 있다. 제2 비-인터페이싱 부분은, 세장형 부재가 장착 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 세장형 부재 개구부로부터 연장되도록 형성된, 제1 세장형 부재 개구부를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 샤시는 복수의 v-형상의 홈 및 복수의 위치결정 장착부(locating mount) 중 하나를 가지는 장착 면, 및 복수의 v-형상의 홈 및 복수의 위치결정 장착부 중 다른 하나를 포함하는 기구 캐리지를 포함한다. 복수의 v-형상의 홈은 복수의 위치결정 장착부를 수용하도록 구성될 수 있다.

일부 양태에서, 제어 시스템은 인터페이스에서 샤시에 부착되어 공동을 내부에 형성하는 커버를 포함하고, 풀리가 그러한 공동 내에 배치된다. 입력 디스크는 샤시 내의 개구부를 통과할 수 있고, 캡스턴을 회전 가능하게 구동하도록 배열될 수 있다. 입력 디스크는 유체의 유입을 방지하기 위한 차폐 면을 갖는다.

다른 예시적인 양태에서, 본 개시 내용은, 세장형 부재를 조향하기 위한 복수의 조향 구성요소를 포함하는 하우징을 포함하는, 세장형 부재용 제어 시스템에 관한 것이다. 하우징은, 조향 구성요소에 입력을 제공하도록 배열된 기구 캐리지와 인터페이싱하도록 성형되고 구성된 장착 면을 가질 수 있다. 장착 면은 일반적으로 장착 평면을 따라서 연장될 수 있고, 장착 면은, 나란히 배열된, 제1 인터페이싱 부분 및 제2 비-인터페이싱 부분을 갖는다. 제1 인터페이싱 부분은 섬유 연결부 및 회전 입력 부재를 가질 수 있고, 제2 비-인터페이싱 부분은, 세장형 부재 개구부 내에서 세장형 부재가 장착 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되도록 형성된, 제1 세장형 부재 개구부를 가질 수 있다.

일부 양태는, 특유하게 결정된 위치 및 배향으로, 하우징을 기구 캐리지에 선택적으로 연결하도록 배열된 운동학적 장착부(kinematic mount)를 포함한다. 일부 양태에서, 제어 시스템은 하우징을 기구 캐리지에 대해서 선택적으로 위치설정하고 배향시키도록 배열된 운동학적 장착부를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 하우징은, 하우징을 기구 캐리지에 선택적으로 고정시키도록 구성된 복수의 래치 연결부를 포함한다. 일부 양태에서, 장착 면 상의 회전 입력 부재의 각각은 기구 캐리지 상의 출력 디스크에 장착될 수 있고 그에 의해서 구동되는 입력 디스크를 포함하고, 입력 디스크는 조향 구성요소와 통신한다. 일부 양태에서, 장착 면은 인쇄 회로 조립체 및 포고 핀(pogo pin) 중 하나를 포함하고, 기구 캐리지는 인쇄 회로 조립체 및 포고 핀 중 다른 하나를 포함하며, 회로 조립체는 포고 핀과 통신하도록 구성된다.

또 다른 예시적인 양태에서, 본 개시 내용은, 공동을 내부에 형성하기 위해서 인터페이스에서 함께 밀봉되는 샤시 및 커버를 포함하는 하우징을 포함하는 세장형 부재를 조향하기 위한 제어 시스템에 관한 것이고, 세장형 부재를 조향하기 위한 복수의 조향 구성요소가 공동 내에 배치되며, 인터페이스는 유체 유입을 방지하기 위해서 밀봉된다. 복수의 입력 디스크는 샤시 내의 개구부를 통과할 수 있고 조향 구성요소를 회전 가능하게 구동하도록 배열될 수 있고, 입력 디스크는 유체의 유입을 방지하기 위해서 차폐 또는 밀봉되거나, 유체의 유입을 방지하기 위해서 밀봉 커버에 의해서 보호되거나, 유체의 유입을 방지하기 위해서 밀봉 커버에 의해서 보호된다.

일부 양태에서, 본 개시 내용은 하우징을 기구 캐리지에 부착하기 위한 연결부를 포함하고, 연결부는, 유체의 유입을 방지하는 차폐부 또는 밀봉부를 포함한다. 일부 양태에서, 샤시는 주변 홈을 포함하고, 커버는 주변 홈 내로 밀봉 가능하게 피팅되는 연부를 갖는다. 일부 구현예에서, 밀봉은 용접을 통해서 달성된다.

또 다른 예시적인 구현예에서, 본 개시 내용은, 조향 구성요소 지지 면 및 대향 장착 면을 포함하는 샤시를 포함하는 세장형 부재를 조향하기 위한 제어 시스템에 관한 것이다. 조향 구성요소 지지 면은 세장형 부재를 조향하도록 배열된 당김 와이어에 동작 가능하게 커플링된 캡스턴을 지지할 수 있다. 입력 디스크는 장착 면에 배치될 수 있고 캡스턴을 회전시켜 당김 와이어를 변위시키도록 배열될 수 있다. 광섬유 연결부가 장착 면 상에 배치될 수 있고 조향 구성요소 지지 면으로부터 멀어지는 방향으로 장착 면으로부터 연장되며, 입력 디스크 및 광섬유 연결부는, 샤시를 기구 캐리지에 부착하기 위한 샤시의 병진운동에 의해서 기구 캐리지에 결합되도록 배치된다.

상기 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 둘다는 본질적으로 예시적이며 설명적이고, 본 개시 내용의 범위를 제한하지 않고 본 개시 내용의 이해를 제공하도록 의도된 것임을 이해하여야 한다. 이와 관련하여, 본 개시 내용의 부가적인 양태, 특징, 및 장점이 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확해질 것이다.

도 1은 일부 실시예에 따른, 환자에 인접한 원격 동작식 의료 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2a는 일부 실시예에 따른, 의료 기구 시스템의 단순화된 도면이다.
도 2b는 일부 실시예에 따른, 연장된 의료 도구를 갖는 의료 기구의 단순화된 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른, 삽입 조립체 상에 장착된 그리고 환자를 치료하도록 위치설정된 의료 기구의 단순화된 측면도이다.
도 4는 일부 실시예에 따른, 부분적으로 분해된 구성의 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 도면이다.
도 5는 일부 실시예에 따른, 부분적으로 분해된 구성의 의료 기구의 일부의 백엔드 메커니즘의 도면이다.
도 6은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 하우징의 일부의 도면이다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 하우징에 관한 도 6의 선 7-7을 따른 횡단면도이다.
도 8은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 도면이다.
도 9는 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 샤시의 일부의 도면이다.
도 10은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 샤시의 장착 면의 도면이다.
도 11은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘을 위한 구동 구성요소의 도면이다.
도 12는 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘을 위한 분해된 구성의 구동 구성요소의 도면이다.
도 13은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘을 위한 캡스턴의 도면이다.
도 14는 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 부분적인 조립체의 도면이다.
도 15는 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 기구 캐리지의 일부의 도면이다.
도 16은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 도면이다.
도 17은 일부 실시예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘의 샤시의 일부의 도면이다.
도 18은 일부 구현예에 따른, 의료 기구의 백엔드 메커니즘을 삽입 조립체에 커플링하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
본 개시 내용의 실시예 및 그의 장점은 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해된다. 유사한 참조 부호는 도면들 중 하나 이상에 도시된 유사한 요소를 식별하도록 사용되고, 도면의 도시는 본 개시 내용의 실시예를 예시할 목적이며 이를 제한할 목적이 아님을 이해하여야 한다.

본 개시 내용의 원리를 이해하는 것을 돕기 위한 목적으로, 이제 도면에 도시된 실시예를 참조할 것이고, 특정의 언어가 그러한 실시예를 설명하기 위해서 사용될 것이다. 다음의 상세한 설명에서, 수 많은 구체적인 상세 내용은 개시될 실시예의 완전한 이해를 제공하기 위해서 기술된 것이다. 그러나, 당업자는, 이러한 구체적인 상세 내용이 없이도 이러한 개시 내용의 실시예가 실시될 수 있다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 다른 경우에, 본 발명의 실시예의 양태를 불필요하게 불명확하게 하지 않기 위해서, 주지의 방법, 시술, 구성요소, 및 회로를 상세 설명하지 않았다.

개시 내용과 관련된 당업자에 의해서 일반적으로 이루어질 수 있는 바와 같은, 설명된 장치, 기구, 방법, 및 본 개시 내용의 원리의 임의의 추가적인 적용에 대한 임의 변경 및 추가적인 수정이 완전히 고려될 수 있을 것이다. 특히, 일 실시예와 관련하여 설명된 특징, 구성요소, 및/또는 단계가 본 개시 내용의 다른 실시예와 관련하여 설명된 특징, 구성요소, 및/또는 단계와 조합될 수 있다는 것을 완전히 고려할 수 있을 것이다. 또한, 본원에서 제공된 치수가 특정의 예를 위한 것이고, 다른 크기, 치수, 및/또는 비율이 본 개시 내용의 개념을 구현하기 위해서 이용될 수 있다는 것을 고려할 수 있을 것이다. 불필요한 설명적 반복을 피하기 위해서, 다른 예시적인 실시예로부터의 적용이 가능할 때, 하나의 예시적인 실시예에 따라서 설명된 하나 이상의 구성요소 또는 작용이 사용될 수 있거나 생략될 수 있다. 간결함을 위해서, 이러한 조합의 수많은 반복을 별개로 설명하지는 않을 것이다. 간결함을 위해서, 일부 경우에, 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하기 위해서, 도면 전체를 통해서 동일한 참조 번호가 사용된다.

이러한 개시 내용은 여러 가지 기구 및 기구의 부분을 3-차원적인 공간 내에서의 그들의 상태와 관련하여 설명한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "위치"라는 용어는 3-차원적인 공간 내의 물체 또는 물체의 일부의 위치를 지칭한다(예를 들어, 데카르트 x-, y-, 및 z-좌표를 따른 3개의 병진운동적 자유도). 본원에서 사용된 바와 같이, "배향"이라는 용어는 물체 또는 물체의 일부의 회전적 배치를 지칭한다(3개의 회전적 자유도 - 예를 들어, 롤, 피치, 및 요(roll, pitch, and yaw)). 본원에서 사용된 바와 같이, "자세(pose)"라는 용어는 적어도 하나의 병진운동적 자유도의 물체 또는 물체의 일부의 위치를 그리고 적어도 하나의 회전적 자유도(총 6개까지의 자유도)의 물체 또는 물체의 일부의 배향을 지칭한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "형상"이라는 용어는 물체를 따라서 측정된 자세, 위치, 또는 배향의 세트를 지칭한다.

도 1은 일부 실시예에 따른 원격 동작식 의료 시스템(100)의 단순화된 도면이다. 일부 실시예에서, 원격 동작식 의료 시스템(100)은, 예를 들어, 수술, 진단, 치료, 또는 생검 시술 시에 사용하기에 적합할 수 있다. 일부 실시예가 그러한 시술과 관련하여 본원에서 제공되지만, 의료 또는 수술 기구 및/또는 의료적 또는 수술 방법에 관한 어떠한 언급도 비제한적이다. 본원에서 설명된 시스템, 기구, 및 방법은 동물, 인간 사체, 동물 사체, 인간 또는 동물 해부조직의 일부, 비-수술적 진단을 위해서뿐만 아니라, 산업적 시스템 및 일반적인 로봇 또는 원격 동작식 시스템을 위해서 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 의료 시스템(100)은 일반적으로 환자(P)에 대한 다양한 시술의 실행에서 의료 기구(104)를 동작시키기 위한 조작기 조립체(102)를 포함한다. 조작기 조립체(102)는 동작 테이블(T)에 또는 그 부근에 장착된다. 마스터 조립체(106)는 작업자(O)(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 외과의사, 의료진, 또는 의사)가 중재술 장소(interventional site)를 관찰하고 조작기 조립체(102)를 제어할 수 있게 한다.

마스터 조립체(106)는 환자(P)가 위치되는 수술 테이블의 측면에서와 같이, 동작 테이블(T)과 동일한 공간 내에 일반적으로 위치되는 작업자 콘솔에 위치될 수 있다. 그러나, 작업자(O)가 환자(P)와 다른 방에 위치될 수 있거나 완전히 다른 건물에 있을 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 마스터 조립체(106)는 대체로 조작기 조립체(102)를 제어하기 위한 하나 이상의 제어 장치를 포함한다. 제어 장치는 조이스틱, 트랙볼, 데이터 글러브, 트리거 건, 수작동 제어기, 음성 인식 장치, 신체 운동 또는 존재 센서 및/또는 기타 등등과 같은, 임의의 개수의 다양한 입력 장치를 포함할 수 있다. 작업자(O)에게 기구(104)를 직접 제어하는 강한 느낌을 제공하기 위해, 제어 장치는 연관된 의료 기구(104)와 동일한 자유도를 구비할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어 장치는 제어 장치가 의료 기구(104)와 일체라는 원격 현장감(telepresence) 또는 인지를 의사(O)에게 제공한다.

일부 실시예에서, 제어 장치는 연관 의료 기구(104)보다 더 많거나 더 적은 자유도를 가지며, 여전히 작업자(O)에게 원격 현장감을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 제어 장치(들)가 6개의 자유도로 이동하고, 그리고 또한 기구를 작동시키기 위한(예를 들어, 파지 턱부들(grasping jaws)을 폐쇄하기 위한, 전위를 전극으로 인가하기 위한, 의료적 처리를 전달하기 위한, 및/또는 기타 등등을 위한) 작동 가능 핸들을 포함할 수 있는 수동 입력 장치이다.

조작기 조립체(102)는 의료 기구(104)를 지지하고, 하나 이상의 비-서보 제어형 링크(예를 들어, 셋-업 구조물로서 일반적으로 지칭되는, 수동으로 위치설정될 수 있고 제 위치에서 결속될(locked) 수 있는 하나 이상의 링크)의 동적 구조물, 및/또는 하나 이상의 서보 제어형 링크(예를 들어, 제어 시스템으로부터의 명령에 응답하여 제어될 수 있는 하나 이상의 링크), 및 원격 동작식 조작기를 포함할 수 있다. 조작기 조립체(102)는, 제어 시스템(예를 들어, 제어 시스템(112))으로부터의 명령에 응답하여 의료 기구(104) 상의 입력을 구동하는 복수의 작동기 또는 모터를 동작 가능하게 포함할 수 있다. 작동기는, 의료 기구(104)에 커플링될 때 의료 기구(104)를 자연적으로 또는 수술적으로 생성된 해부학적 오리피스 내로 전진시킬 수 있는 구동 시스템을 선택적으로 포함할 수 있다. 다른 구동 시스템이, 3개의 직선형 운동도(three degrees of linear motion)(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축을 따른 직선형 운동)를 포함할 수 있는 다수의 자유도로 그리고 3개의 회전 운동도(예를 들어, X, Y, Z 데카르트 축을 중심으로 하는 회전)로 의료 기구(104)의 원위 단부를 이동시킬 수 있다. 또한, 작동기를 사용하여, 생검 장치의 턱부 및/또는 기타 내에서 조직을 파지하기 위한 의료 기구(104)의 관절화 가능 엔드 이펙터(articulable end effector)를 작동시킬 수 있다. 리졸버(resolver), 인코더, 포텐시오미터(potentiometer), 및 다른 메커니즘과 같은 작동기 위치 센서가, 모터 샤프트의 회전 및 배향을 설명하는 센서 데이터를 의료 시스템(100)에 제공할 수 있다. 이러한 위치 센서 데이터는 작동기에 의해서 조작되는 물체의 운동을 결정하기 위해서 사용될 수 있다.

원격 동작식 의료 시스템(100)은 조작기 조립체(102)의 기구에 관한 정보를 수신하기 위한 하나 이상의 하위-시스템을 갖는 센서 시스템(108)을 포함할 수 있다. 그러한 하위-시스템은 배치/위치 센서 시스템(예를 들어, 전자기(EM) 센서 시스템); 의료 기구(104)를 구성할 수 있는 가요성 본체를 따른 원위 단부 및/또는 하나 이상의 단편의 배치, 배향, 속력, 속도, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 형상 센서 시스템; 및/또는 의료 기구(104)의 원위 단부로부터 화상을 캡쳐하기 위한 가시화 시스템을 포함할 수 있다.

원격 동작식 의료 시스템(100)은 센서 시스템(108)의 하위 시스템에 의해 생성되는 수술 장소 및 의료 기구(104)의 화상 또는 표현을 디스플레이하기 위한 디스플레이 시스템(110)을 또한 포함한다. 디스플레이 시스템(110) 및 마스터 조립체(106)는, 작업자(O)가 원격 현장감을 인지하면서 의료 기구(104) 및 마스터 조립체(106)를 제어할 수 있도록, 배향될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구(104)는 수술 장소의 동시 또는 실시간 화상을 기록하고, 디스플레이 시스템(110)의 하나 이상의 디스플레이와 같은, 의료 시스템(100)의 하나 이상의 디스플레이를 통해 작업자 또는 작업자(O)에게 화상을 제공하는 관찰경 조립체를 포함할 수 있는 (아래에서 더 상세하게 설명되는) 가시화 시스템을 가질 수 있다. 동시적 화상은, 예를 들어, 수술 장소 내에 위치설정된 내시경에 의해 캡쳐되는 2차원 또는 3차원 화상일 수 있다. 일부 실시예에서, 가시화 시스템은 의료 기구(104)에 일체로 또는 제거 가능하게 커플링될 수 있는 내시경 구성요소를 포함한다. 그러나, 일부 실시예에서, 별도의 조작기 조립체에 부착된 별도의 내시경이 수술 장소를 촬영하기 위해 의료 기구(104)와 함께 사용될 수 있다. 가시화 시스템은 제어 시스템(112)의 프로세서를 포함할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호 작용하거나 그에 의해 실행되는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로서 구현될 수 있다.

디스플레이 시스템(110)은 또한 가시화 시스템에 의해서 캡쳐된 수술 장소 및 의료 기구의 화상을 디스플레이할 수 있다. 일부 예에서, 원격 동작식 의료 시스템(100)은 의료 기구(104)를 구성할 수 있고, 의료 기구들의 상대적인 위치들이 작업자(O)의 눈 및 손의 상대적인 위치와 유사하도록 마스터 조립체(106)를 제어한다. 이러한 방식으로, 작업자(O)는, 실질적으로 진정한 현장감으로 작업 공간을 바라보는 것과 같이, 의료 기구(104) 및 손 제어를 조작할 수 있다. 진정한 현장감은, 화상의 표상이, 의료 기구(104)를 물리적으로 조작하는 의사의 관점을 시뮬레이트한 진정한 원근적 화상이라는 것을 의미한다.

일부 예에서, 디스플레이 시스템(110)은 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 촬영(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영, 및/또는 기타와 같은 촬영 기술로부터의 화상 데이터를 이용하여 수술전에 또는 수술중에 기록된 수술 장소의 화상을 제공할 수 있다. 수술전 또는 수술중 화상 데이터는 2차원, 3차원, 또는 (예를 들어, 시간 기반 또는 속도 기반 정보를 포함하는) 4차원 화상으로서 및/또는 수술전 또는 수술중 화상 데이터 세트로부터 생성된 모델로부터의 화상으로서 제공될 수 있다.

일부 실시예에서, 종종 촬영된 안내식 수술적 시술을 위해서, 디스플레이 시스템(110)은 의료 기구(104)의 실제 위치가 동작전 또는 동시적 화상/모델과 정치된(registered) (즉, 동적으로 참조된), 가상의 항행 화상(virtual navigational image)을 디스플레이할 수 있다. 이러한 것은, 의료 기구(104)의 관점으로부터의 내부 수술 장소에 관한 가상의 화상을 작업자(O)에게 제공하기 위해서 이루어질 수 있다. 일부 예에서, 그러한 관점은 의료 기구(104)의 상단부로부터의 것일 수 있다. 의료 기구(104)의 상단부의 화상 및/또는 다른 도식적 또는 영숫자적 표시체가 가상의 화상에 중첩되어, 의료 기구(104)를 제어하는 작업자(O)를 보조할 수 있다. 일부 예에서, 의료 기구(104)가 가상의 화상 내에서 보이지 않을 수 있다.

일부 실시예에서, 디스플레이 시스템(110)이, 의료 기구(104)의 실제 위치가 동작전 또는 동시적 화상과 정치되어 외부 관점으로부터의 수술 장소 내의 의료 기구(104)의 가상의 화상을 작업자(O)에게 제공할 수 있는, 가상의 항행 화상을 디스플레이할 수 있다. 의료 기구(104)의 일부의 화상 및/또는 다른 도식적 또는 영숫자적 표시체가 가상의 화상에 중첩되어, 의료 기구(104)의 제어에 있어서 작업자(O)를 보조할 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 데이터 지점의 시각적 표상이 시스템(110)을 디스플레이하도록 렌더링될 수 있다. 예를 들어, 측정된 데이터 지점, 이동된 데이터 지점, 정치된 데이터 지점, 및 본원에서 설명된 다른 데이터 지점이 시각적 표상으로 디스플레이 시스템(110) 상에서 디스플레이될 수 있다. 데이터 지점은 디스플레이 시스템(110) 상의 복수의 지점 또는 도트(dot)에 의해서 또는, 데이터 지점의 세트를 기초로 생성된 메시(mesh) 또는 와이어 모델과 같은, 렌더링된 모델로서, 사용자 인터페이즈 내에서 시각적으로 표시될 수 있다. 일부 예에서, 데이터 지점은 그들이 나타내는 데이터에 따라 컬러 코딩될 수 있다. 일부 실시예에서, 시각적 표상은, 데이터 지점을 변경하기 위한 각각의 프로세싱 동작이 실시된 후에, 디스플레이 시스템(110) 내에서 갱신될 수 있다.

원격 동작식 의료 시스템(100)은 또한 제어 시스템(112)을 포함할 수 있다. 제어 시스템(112)은 의료 기구(104), 마스터 조립체(106), 센서 시스템(108), 및 디스플레이 시스템(110) 사이의 제어를 실시하기 위해서, 적어도 하나의 메모리 및 적어도 하나의 컴퓨터 프로세서(미도시)를 포함한다. 제어 시스템(112)은 또한, 디스플레이 시스템(110)에 정보를 제공하기 위한 명령어를 포함하는, 본원에서 개시된 양태에 따라 설명된 방법의 일부 또는 전부를 실시하기 위한 프로그래밍된 명령어(예를 들어, 명령어를 저장하는 비-일시적 기계-판독가능 매체)를 포함한다. 제어 시스템(112)이 도 1의 단순화된 개략도에서 단일 블록으로 도시되어 있지만, 그러한 시스템은 둘 이상의 데이터 프로세싱 회로를 포함할 수 있고, 프로세싱의 하나의 부분이 조작기 조립체(102) 상에서 또는 그에 인접하여 선택적으로 실시되고, 프로세싱의 다른 부분은 마스터 조립체(106)에서 실시되고, 및/또는 기타 등등이 이루어질 수 있다. 제어 시스템(112)의 프로세서는 본원에서 개시되고 이하에서 더 구체적으로 설명되는 프로세스에 상응하는 명령어를 포함하는 명령어를 실행할 수 있다. 매우 다양한 중앙집중형 또는 분산형 데이터 프로세싱 아키텍처 중 임의의 것이 이용될 수 있다. 유사하게, 프로그래밍된 명령어가 많은 수의 분리된 프로그램 또는 서브루틴으로서 구현될 수 있거나, 그러한 명령어가 본원에서 설명된 원격 동작식 시스템의 많은 수의 다른 양태 내로 통합될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 제어 시스템(112)이, 블루투스, IrDA, HomeRF, IEEE 802.11, DECT, 및 무선 검침(Wireless Telemetry)과 같은 무선 통신 프로토콜을 지원한다.

일부 실시예에서, 제어 시스템(112)은 의료 기구(104)로부터 힘 및/또는 토크 피드백을 수신할 수 있다. 피드백에 응답하여, 제어 시스템(112)이 신호를 마스터 조립체(106)에 전송할 수 있다. 일부 예에서, 제어 시스템(112)은 의료 기구(104)를 이동시키기 위해서 조작기 조립체(102)의 하나 이상의 작동기에 명령하는 신호를 전송할 수 있다. 의료 기구(104)는 환자(P)의 신체 내의 개구부를 통해서 환자(P)의 신체 내의 내부 수술 장소 내로 연장될 수 있다. 임의의 적합한 통상적인 및/또는 특별한 작동기가 사용될 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 작동기가 조작기 조립체(102)와 분리될 수 있거나 그와 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 작동기 및 조작기 조립체(102)가, 환자(P) 및 동작 테이블(T)에 인접 위치설정된 원격 동작식 카트의 부품으로서 제공된다.

제어 시스템(112)은 화상-안내되는 수술적 시술 중에 의료 기구(104)를 제어할 때 항행 보조를 작업자(O)에게 제공하기 위한 가상 가시화 시스템을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 가상 가시화 시스템을 이용한 가상 항행은, 획득된 동작 전의 또는 동작 중의 해부학적 통로에 관한 데이터세트에 대한 기준(reference)을 기초로 할 수 있다. 가상 가시화 시스템은, 컴퓨터 단층 촬영(CT), 자기 공명 촬영(MRI), 형광 투시법, 온도 기록법, 초음파, 광 간섭 단층 촬영(OCT), 열 촬영, 임피던스 촬영, 레이저 촬영, 나노튜브 X-선 촬영, 및/또는 기타와 같은 촬영 기술을 이용하여 촬영된 수술 장소의 화상을 프로세스한다. 수동 입력과 조합되어 사용될 수 있는 소프트웨어를 사용하여, 기록된 화상을 부분적인 또는 전체적인 해부학적 기관 또는 해부학적 영역의 단편화된 2차원적 또는 3차원적 복합 표상으로 변환한다. 화상 데이터 세트는 복합 표상과 연관된다. 복합 표상 및 화상 데이터 세트는 통로의 다양한 위치 및 형상 그리고 그 연결성을 설명한다. 복합 표상을 생성하기 위해서 사용되는 화상은 동작 전에 또는 임상적 시술 동안 동작-중에 기록될 수 있다. 일부 실시예에서, 가상 가시화 시스템은 표준 표상(즉, 환자 특이적이지 않다), 또는 표준 표상과 환자 특이적 데이터의 하이브리드를 사용할 수 있다. 복합 표상 및 복합 표상에 의해서 생성된 임의의 가상의 화상은, 하나 이상의 운동 위상 중에(예를 들어, 폐의 흡기/배기 사이클 중에) 변형 가능 해부학적 영역의 정적 자세를 나타낼 수 있다.

가상 항행 시술 중에, 센서 시스템(108)을 사용하여, 환자(P)의 해부조직에 대한 의료 기구(104)의 대략적인 위치를 컴퓨팅할 수 있다. 그러한 위치를 사용하여, 환자(P)의 해부조직의 거시적-레벨(외부)의 추적 화상 및 환자(P)의 해부조직의 가상의 내부 화상 모두를 생성할 수 있다. 그러한 시스템은 하나 이상의 전자기(EM) 센서, 광섬유 센서, 및/또는 다른 센서를 실시하여, 동작 전에 기록된 수술 화상과 함께 의료 기구를 정치시키고 디스플레이한다. 가상 가시화 시스템으로부터의 것 등이 공지된다. 예를 들어, 전체가 본원에서 참조로 포함되는 ("Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery"을 개시하는) 미국 특허 출원 제13/107,562호(2011년 5월 13일 출원)는 하나의 그러한 시스템을 개시한다. 원격 동작식 의료 시스템(100)은 조명 시스템, 조향 제어 시스템, 관류(irrigation) 시스템, 및/또는 흡입 시스템과 같은 선택적인 동작 및 지원 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 원격 동작식 의료 시스템(100)은 하나 초과의 원격 동작식 조작기 조립체 및/또는 하나 초과의 마스터 조립체를 포함할 수 있다. 원격 동작식 조작기 조립체의 정확한 수는, 다른 인자들 중에서, 수술적 시술 및 동작 공간 내의 공간적 제약에 따라 달라질 것이다. 마스터 조립체(106)는 함께 위치될 수 있거나, 분리된 위치들에 위치설정될 수 있다. 다수의 마스터 조립체는 한 명 초과의 작업자가 하나 이상의 원격 동작식 조작기 조립체를 다양한 조합으로 제어할 수 있게 한다.

도 2a는 일부 실시예에 따른 의료 기구 시스템(200)의 단순화된 도면이다. 일부 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은 원격 동작식 의료 시스템(100)으로 실시되는 화상-안내형 의료 시술에서 의료 기구(104)로서 사용될 수 있다. 일부 예에서, 의료 기구 시스템(200)은 비-원격 동작적 조사 시술을 위해서 또는 내시경과 같은, 통상적인 수동 동작형 의료 기구를 포함하는 시술에서 사용될 수 있다. 선택적인 의료 기구 시스템(200)을 사용하여, 환자(P)와 같은 환자의 해부학적 통로 내의 위치에 상응하는 데이터 지점의 세트를 수집(즉, 측정)할 수 있다.

의료 기구 시스템(200)은 구동 유닛(204)에 커플링된, 가요성 카테터와 같은, 세장형 부재(202)를 포함한다. 일부 실시예에서, 구동 유닛(204)은 조작기 조립체(102)에 커플링되거나 그 내부에 통합될 수 있다. 세장형 부재(202)는 근위 단부(217) 및 원위 단부(218)를 갖는 가요성 본체(216)를 포함한다. 일부 실시예에서, 가요성 본체(216)는 약 3mm의 외경을 갖는다. 다른 가요성 본체의 외경은 더 크거나 더 작을 수 있다.

의료 기구 시스템(200)은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 하나 이상의 센서 및/또는 촬영 장치를 사용하여 가요성 본체(216)를 따른 원위 단부(218)의 및/또는 하나 이상의 단편(224)의 배치, 배향, 속력, 속도, 자세, 및/또는 형상을 결정하기 위한 추적 시스템(230)을 추가로 포함한다. 원위 단부(218)와 근위 단부(217) 사이의, 가요성 본체(216)의 전체 길이가 단편(224)으로 효과적으로 분할될 수 있다. 의료 기구 시스템(200)이 원격 동작식 의료 시스템(100)의 의료 기구(104)와 일치된다면, 추적 시스템(230)은 도 1의 제어 시스템(112)의 프로세서를 포함할 수 있는 하나 이상의 컴퓨터 프로세서와 상호 작용하거나 그에 의해 달리 실행되는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 그 조합으로서 선택적으로 구현될 수 있다.

추적 시스템(230)은 형상 센서(222)를 사용하여 원위 단부(218) 및/또는 단편(224) 중 하나 이상을 선택적으로 추적할 수 있다. 형상 센서(222)는 (예를 들어, 내부 채널(미도시) 또는 내강(lumen)(미도시)내에 제공되거나 외부에 장착된) 가요성 본체(216)와 정렬된 광섬유를 선택적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유는 약 200㎛의 직경을 갖는다. 다른 실시예에서, 그러한 치수는 더 크거나 더 작을 수 있다. 형상 센서(222)의 광섬유는 가요성 본체(216)의 형상을 결정하기 위한 광섬유 굽힘 센서를 형성한다. 하나의 대안예에서, 섬유 브래그 격자(FBG)를 포함하는 광섬유를 사용하여 하나 이상의 치수의 구조물 내의 스트레인(strain) 측정을 제공한다. 광섬유의 형상 및 상대적인 위치를 3차원적으로 모니터링하기 위한 다양한 시스템 및 방법이, 모두의 전체가 본원에서 참조로 포함되는, ("Fiber optic position and shape sensing device and method relating thereto"를 개시하는)(2005년 7월 13일에 출원된) 미국 특허출원 제11/180,389호; ("Fiber-optic shape and relative position sensing"를 개시하는)(2004년 7월 16일에 출원된) 미국 특허출원 제12/047,056호; 및 ("Optical Fibre Bend Sensor"를 개시하는)(1998년 6월 17일에 출원된) 미국 특허 제6,389,187호에서 설명된다. 센서는, 일부 실시예에서, 레일리(Rayleigh) 산란, 라만(Raman) 산란, 브릴루앙(Brillouin) 산란, 및 형광 산란과 같은 다른 적합한 스트레인 감지 기술을 채용할 수 있다. 일부 실시예에서, 세장형 부재의 형상이 다른 기술을 이용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 가요성 본체(216)의 원위 단부 자세의 이력(history)을 사용하여, 시간의 간격에 걸친 가요성 본체(216)의 형상을 재구성할 수 있다. 일부 실시예에서, 추적 시스템(230)은 위치 센서 시스템(220)을 이용하여 원위 단부(218)를 선택적으로 및/또는 부가적으로 추적할 수 있다. 위치 센서 시스템(220)은 외부 발생 전자기장을 받을 수 있는 하나 이상의 전도성 코일을 포함하는 위치 센서 시스템(220)을 갖는 EM 센서 시스템의 구성요소일 수 있다. EM 센서 시스템의 각각의 코일은 이어서 외부 발생 전자기장에 대한 코일의 위치설정 및 배향에 따라 달라지는 특성을 갖는 유도 전기 신호를 생성한다. 일부 실시예에서, 위치 센서 시스템(220)은 6개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 기본 지점의 피치, 요, 및 롤을 나타내는 3개의 배향 각도, 또는 5개의 자유도, 예를 들어 3개의 위치 좌표(X, Y, Z) 및 기본 지점의 피치 및 요를 나타내는 2개의 배향 각도를 측정하도록 구성되고 위치설정될 수 있다. 위치 센서 시스템에 관한 추가적인 설명이, 전체가 본원에서 참조로 포함되는, ("Six-Degree of Freedom Tracking System Having a Passive Transponder on the Object Being Tracked"를 개시하는)(1999년 8월 11일에 출원된) 미국 특허 제6,380,732호에서 제공된다.

일부 실시예에서, 추적 시스템(230)은 대안적으로 및/또는 부가적으로, 호흡과 같은, 교번적인 운동의 사이클을 따른 기구 시스템의 알려진 지점에 대해 저장된 이력적인 자세, 배치, 또는 배향 데이터에 의존할 수 있다. 이러한 저장된 데이터는 가요성 본체(216)에 관한 형상 정보를 만들기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 위치 센서(220) 내의 센서와 유사한 전자기(EM) 센서와 같은, 일련의 위치 센서(미도시)가 가요성 본체(216)를 따라 위치설정될 수 있고 이어서 형상 감지를 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 시술 중에 취해진 이러한 센서들 중 하나 이상으로부터의 데이터의 이력은, 특히 해부학적 통로가 대체로 정적인 경우에, 세장형 부재(202)의 형상을 나타내기 위해 사용될 수 있다.

가요성 본체(216)는 의료 기구(226)를 수용하기 위한 크기 및 형상의 채널(221)(도 2b)을 포함한다. 도 2b는 일부 실시예에 따라 연장되는 의료 기구(226)를 갖는 가요성 본체(216)의 단순화된 도면이다. 일부 실시예에서, 의료 기구(226)는 수술, 생검, 절제, 조명, 관류, 또는 흡입과 같은 시술을 위해서 사용될 수 있다. 의료 기구(226)는 가요성 본체(216)의 채널(221)을 통해서 전개될 수 있고 해부조직 내의 목표 위치에서 사용될 수 있다. 의료 기구(226)는 예를 들어, 화상 캡쳐 탐침, 생검 기구, 레이저 절제 섬유, 및/또는 다른 수술, 진단, 또는 치료 도구를 포함할 수 있다. 의료 도구는, 수술용 메스(scalpel), 무딘 블레이드, 광섬유, 전극, 및/또는 기타와 같은 단일 작업 부재를 갖는 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는, 예를 들어, 집게, 파지부, 가위, 클립 인가장치, 바늘 구동부, 견인기, 안정화기 및/또는 기타를 포함할 수 있다. 다른 엔드 이펙터는 전기수술 전극, 변환기, 센서, 및/또는 기타와 같이 전기적으로 활성화되는 엔드 이펙터를 더 포함할 수 있다. 여러 실시예에서, 의료 기구(226)는 생검기구이며, 목표 해부학적 위치로부터 샘플 조직을 제거하기 위해서 또는 세포를 샘플링하기 위해서 사용될 수 있다. 의료 기구(226)는 또한 가요성 본체(216) 내에서 화상 캡쳐 탐침과 함께 사용될 수 있다. 여러 실시예에서, 의료 기구(226)는 화상 캡쳐 탐침일 수 있고, 그러한 화상 캡쳐 탐침은 (비디오 화상을 포함하는) 화상을 캡쳐하기 위해서 가요성 본체(216)의 원위 단부(218) 또는 그 부근에 위치되는 입체 또는 모노스코픽(monoscopic) 카메라를 갖는 원위 부분을 포함하고, 그러한 화상은 디스플레이를 위해서 가시화 시스템(231)에 의해서 프로세스되고 및/또는 추적 시스템(230)에 제공되며 그에 따라 원위 단부(218) 및/또는 단편(224)의 하나 이상의 추적을 지원한다. 화상 캡쳐 탐침은 캡쳐된 화상 데이터를 전송하기 위해서 카메라에 커플링된 케이블을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 화상 캡쳐 기구는, 가시화 시스템(231)에 커플링되는, 섬유경(fiberscope)과 같은, 광섬유 번들일 수 있다. 화상 캡쳐 기구는, 예를 들어 가시광선, 적외선, 및/또는 자외선 스펙트럼 중 하나 이상으로 화상 데이터를 캡쳐하기 위한, 단일-스펙트럼 또는 다중-스펙트럼적일 수 있다. 대안적으로, 의료 기구(226) 자체가 화상 캡쳐 탐침일 수 있다. 의료 기구(226)는 시술을 실시하기 위해서 채널(221)의 개구부로부터 전진될 수 있고 이어서 시술이 완료될 때 채널 내로 역으로 후퇴될 수 있다. 의료 기구(226)는 가요성 본체(216)의 근위 단부(217)로부터 또는 다른 선택적인 기구 포트(미도시)로부터 가요성 본체(216)를 따라서 제거될 수 있다.

의료 기구(226)는 부가적으로, 의료 기구(226)의 원위 단부를 제어 가능하게 굽히기 위해서 그 근위 단부와 원위 단부 사이에서 연장되는, 케이블, 링키지, 또는 다른 작동 제어부(미도시)를 수용할 수 있다. 조향 가능 기구가 ("Articulated Surgical Instrument for Performing Minimally Invasive Surgery with Enhanced Dexterity and Sensitivity"를 개시하는)(2005년 10월 4일자로 출원된) 미국 특허 제7,316,681호, 및 ("Passive Preload and Capstan Drive for Surgical Instruments"를 개시하는)(2008년 9월 30일자로 출원된) 미국 특허출원 제12/286,644호에 구체적으로 설명되며, 이들은 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다. 일부 실시예에서, 의료 기구(226)는, 의료 기구(226)의 원위 단부 부분에 고정된 또는 의료 기구(226)의 원위 단부 부분 내로 통합된 관절화 가능 손목부에 고정된, 전술한 바와 같은, 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 케이블, 링키지 또는 다른 작동 제어부를 사용하여, 관절화 가능 손목부를 통해서, 엔드 이펙터의 작동(예를 들어, 파지, 집기(pinching), 및/또는 컷팅 작동)을 제어할 수 있거나 엔드 이펙터의 위치설정을 제어할 수 있다. 그러한 케이블, 링키지, 또는 다른 작동 제어부는, 구동 유닛(204)과 같은, 구동 유닛 내의 메커니즘에 의해서 종료되고 제어될 수 있다.

가요성 본체(216)는 또한, 예를 들어 원위 단부(218)의 파단 쇄선 도면(219)에 의해서 도시된 바와 같이, 원위 단부(218)를 제어 가능하게 굽히기 위해서 구동 유닛(204)과 원위 단부(218) 사이에서 연장되는, 케이블, 링키지, 또는 다른 조향 제어부(미도시)를 수용할 수 있다. 일부 예에서, 원위 단부(218)의 피치를 제어하기 위한 독립적인 "상-하" 조향 및 원위 단부(218)의 요를 제어하기 위한 "좌-우" 조향을 제공하기 위해서, 적어도 4개의 케이블이 사용된다. 조향 가능 세장형 부재는 본원에서 전체적으로 참조로 통합된 ("Catheter with Removable Vision Probe"를 개시하는)(2011년 10월 14일자로 출원된) 미국 특허 출원 제13/274,208호에 상세하게 설명되어 있다. 의료 기구 시스템(200)이 원격 동작식 조립체에 의해서 작동되는 실시예에서, 구동 유닛(204)은 원격 동작식 조립체의, 작동기와 같은, 구동 요소에 제거 가능하게 커플링되고 그로부터 파워를 수용하는 구동 입력부를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은, 의료 기구 시스템(200)의 운동을 수동으로 제어하기 위한, 파지 특징부, 수동 작동기, 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 세장형 부재(202)가 조향 가능할 수 있거나, 대안적으로, 시스템은 원위 단부(218) 굽힘의 작업자 제어를 위한 통합 메커니즘이 없는 조향 불가능한 것일 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 내강이 가요성 본체(216)의 벽 내에 형성되며, 그러한 내강을 통해서 의료 기구가 전개될 수 있고 목표 수술 위치에서 사용될 수 있다.

일부 실시예에서, 의료 기구 시스템(200)은, 폐의 검사, 진단, 생검, 또는 처리에서 사용하기 위한, 기관지경 또는 기관지 카테터와 같은, 가요성 기관지 기구를 포함할 수 있다. 의료 기구 시스템(200)은 또한, 결장, 소장, 신장 및 신장 배상와(kidney calice), 뇌, 심장, 혈관계를 포함하는 순환계, 및/또는 기타를 포함하는, 다양한 해부학적 시스템 중 임의의 시스템 내의, 자연적인 또는 수술적으로 생성된 연결 통로를 통한, 다른 조직의 항행 및 처리에 적합하다.

추적 시스템(230)으로부터의 정보는 항행 시스템(232)으로 보내질 수 있고, 여기서 이는 가시화 시스템(231)으로부터의 정보 및/또는 동작전에 획득된 모델과 조합되어, 실시간 위치 정보를 의사 또는 다른 작업자에게 제공한다. 일부 예에서, 실시간 위치 정보는, 의료 기구 시스템(200)의 제어에서의 사용을 위해서, 도 1의 디스플레이 시스템(110) 상에서 디스플레이될 수 있다. 일부 예에서, 도 1의 제어 시스템(116)은, 의료 기구 시스템(200)을 위치설정하기 위한 피드백으로서, 위치 정보를 이용할 수 있다. 수술 기구를 수술 화상과 정치시키고 디스플레이하기 위해서 광섬유 센서를 이용하는 여러 시스템이, 본원에서 참조로 포함되는, "Medical System Providing Dynamic Registration of a Model of an Anatomic Structure for Image-Guided Surgery"를 개시하는, 2011년 5월 13일에 출원된, 미국 특허출원 제13/107,562호에서 제공된다.

일부 예에서, 의료 기구 시스템(200)은 도 1의 의료 시스템(100) 내에서 원격 동작될 수 있다. 일부 실시예에서, 도 1의 조작기 조립체(102)가 직접 작업자 제어에 의해서 대체될 수 있다. 일부 예에서, 직접 작업자 제어는 다양한 핸들, 및 기구의 핸드-핼드 동작을 위한 작업자 인터페이스를 포함할 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 일부 실시예에 따른, 삽입 조립체 상에 장착된 그리고 환자를 치료하도록 위치설정된 의료 기구의 단순화된 측면도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 수술 환경(300)은 도 1의 테이블(T) 상에 위치설정된 환자(P)를 포함한다. 환자(P)는 전체적인 환자 이동이 진정제, 구속, 및/또는 다른 수단에 의해서 제한된다는 의미에서 수술 환경에서 정지적일 수 있다. 환자(P)의 호흡 및 심장 운동을 포함하는 주기적인 해부학적 운동은, 일시적으로 호흡 운동을 중단하기 위해서, 환자가 그의 호흡을 멈추도록 요청 받지 않는 한, 계속될 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 데이터가 특정의 호흡 위상에서 수집될 수 있고, 그러한 위상으로 태그되고(tagged) 식별될 수 있다. 일부 실시예에서, 데이터가 수집된 위상이, 환자(P)로부터 수집된 생리적 정보로부터 추정될 수 있다. 수술 환경(300)에서, 백엔드 메커니즘(304)이 기구 캐리지(306)에 제거 가능하게 커플링될 수 있다. 일부 실시예에서, 백엔드 메커니즘(304)은, 원위 단부(318)의 피치를 제어하기 위한 독립적인 상하 조향 및 원위 단부(318)의 요를 제어하기 위한 좌우 조향을 제공하기 위해서 사용되는 케이블을 위한 동작 구성요소를 포함하는 하우징으로 형성될 수 있다. 또한, 백엔드 메커니즘(304)은 EM 센서, 형상-센서, 및/또는 다른 센서 양상(sensor modality)을 포함할 수 있고, 및/또는 감지 양상을 세장형 부재(310)와 같은 기구에 커플링시키는 연결부를 제공할 수 있다.

기구 캐리지(306)는 수술 환경(300)에서 고정된 삽입 스테이지(308)에 장착될 수 있다. 대안적으로, 삽입 스테이지(308)가 이동될 수 있으나, 수술 환경(300)에서 (예를 들어, 추적 센서 또는 다른 추적 장치를 통해서) 알려진 위치를 가질 수 있다. 기구 캐리지(306)는 삽입 운동(즉, A 축을 따른 운동)을 그리고, 선택적으로, 요, 피치, 및 롤을 포함하는 다수의 방향을 따른 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)의 운동을 제어하는 원격 동작식 조작기 또는 비-원격 동작식 조작기 조립체(예를 들어, 조작기 조립체(102))의 구성요소일 수 있다. 기구 캐리지(306) 또는 삽입 스테이지(308)는, 삽입 스테이지(308)를 따른 기구 캐리지(306)의 운동을 제어하고, 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)의 요/피치 운동을 제어하고, 및/또는 길이방향 축을 따른 세장형 부재(310)의 롤 운동을 제어하는, 서보 모터(미도시)와 같은, 작동기를 포함할 수 있다.

세장형 부재(310)는 백엔드 메커니즘(304)에 커플링된다. 백엔드 메커니즘(304)은 기구 캐리지(306)에 대해서 커플링되고 고정된다. 일부 실시예에서, 광섬유 형상 센서(314)가 백엔드 메커니즘(304) 상의 근위 지점(316)에 고정된다. 일부 실시예에서, 광섬유 형상 센서(314)의 근위 지점(316)은 백엔드 메커니즘(304)과 함께 이동될 수 있으나, (예를 들어, 추적 센서 또는 다른 추적 장치를 통해서) 근위 지점(316)의 위치를 알 수 있다. 형상 센서(314)는 근위 지점(316)으로부터 원위 단부(318)와 같은 다른 지점까지 또는 세장형 부재(310)의 원위 부분을 따른 지점까지 형상을 측정한다.

위치 측정 장치(320)는, 백엔드 메커니즘이 삽입 축(A)을 따라서 삽입 스테이지(308) 상에서 이동될 때, 백엔드 메커니즘(304)의 위치에 관한 정보를 제공한다. 위치 측정 장치(320)는, 기구 캐리지(306)의 운동을 제어하고 결과적으로 백엔드 메커니즘(304)의 운동을 제어하는 작동기의 회전 및/또는 배향을 결정하는 리졸버, 인코더, 포텐시오미터, 및/또는 다른 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 삽입 스테이지(308)는 직선적이다. 일부 실시예에서, 삽입 스테이지(308)는 곡선형일 수 있거나, 곡선형 및 직선형 섹션들의 조합을 가질 수 있다.

도 3a는 삽입 스테이지(308)를 따른 후퇴 위치에서 백엔드 메커니즘(304) 및 기구 캐리지(306)를 도시한다. 이러한 후퇴 위치에서, 근위 지점(316)은 축(A) 상의 위치(L₀)에 있다. 이러한 위치에서, 삽입 스테이지(306) 상의 기구 캐리지(308)의, 그리고 그에 따라 근위 지점(316)의 위치를 설명하기 위한 기본 기준(base reference)을 제공하기 위해서, 삽입 스테이지(308)를 따라, 근위 지점(316)의 위치의 성분이 0 및/또는 다른 기준 값으로 설정될 수 있다. 백엔드 메커니즘(304) 및 기구 캐리지(306)의 이러한 후퇴 위치에서, 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)가 환자(P)의 진입 오리피스에 근접하여, 예를 들어 바로 내측에, 바로 외측에, 또는 달리 근접하여 배치될 수 있다. 또한 이러한 위치에서, 위치 측정 장치(320)가 영 및/또는 다른 기준 값으로 설정될 수 있다(예를 들어, I=0). 도 3b에서, 백엔드 메커니즘(304) 및 기구 캐리지(306)는 삽입 스테이지(308)의 직선형 트랙을 따라 전진되었고, 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)는 환자(P) 내로 전진되었다. 이러한 전진 위치에서, 근위 지점(316)은 축(A) 상의 위치(L₁)에 있다. 일부 예에서, 삽입 스테이지(306)를 따른 기구 캐리지(308)의 이동을 제어하는 하나 이상의 작동기 및/또는 기구 캐리지(306) 및/또는 삽입 스테이지(308)와 연관된 하나 이상의 위치 센서로부터의 인코더 및/또는 다른 위치 데이터를 사용하여, 위치(L₀)에 대한 근위 지점(316)의 위치(L_x)를 결정한다. 일부 예에서, 위치(L_x)는 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)가 환자(P)의 해부조직의 통로 내로 삽입된 거리 또는 삽입 깊이에 관한 표시로서 추가적으로 사용될 수 있다.

도 3a에서, 백엔드 메커니즘(304)은 장착 평면을 형성할 수 있는 장착 면(460)을 포함한다. 인터페이싱 영역으로 지칭되는 장착 면(460)의 일부가 기구 캐리지(306)에 대항하여(against) 배치되는 한편, 비-인터페이싱 영역으로 지칭되는 장착 면(460)의 다른 부분은 기구 캐리지(306)의 연부를 넘어서 외측으로 돌출된다. 확인될 수 있는 바와 같이, 세장형 부재(310)는 백엔드 메커니즘(304)으로부터, 장착 면(460)의 외부로, 그리고 기구 캐리지(306)를 지나서 연장된다.

도 4, 도 5, 및 도 8은, 도 3a 및 도 3b의 기구 캐리지(306)와 독립적이고 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)을 포함하는, 백엔드 메커니즘(304)의 사시도이다. 도 4는 백엔드 메커니즘(304)을 부분적으로 분해된 상태로 도시하고, 도 5는 백엔드 메커니즘(304)의 일부를 더 완전히 분해된 상태로 도시한다. 도 8은, 하우징(400)의 일부가 투명한 상태에서, 백엔드 메커니즘(304)을 조립된 상태로 도시한다. 이러한 도면들을 참조하면, 백엔드 메커니즘(304)은, 커버(402) 및 샤시(404)를 포함하는, 하우징(400)을 포함한다. 용이한 가시화를 위해서, 커버(402)는 도 5에 도시하지 않았다. 샤시(404)는 복수의 조향 구성요소(406), 복수의 구동 구성요소(408), 지지 고정부(410), 섬유 연결부(412), 및 발진 영역 고정부(414)를 지지한다. 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)은 하우징(400)을 통해서 연장되고 하우징 내에서 종료된다. 도 4 및 도 5는 또한 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)으로부터 발진 영역 고정부(414)까지 연장되는 형상 센서(314)를 도시하고, 세장형 부재로부터 연장되는 당김 와이어(416)가 내부에 배치된 복수의 코일 파이프(417)를 도시한다. 코일 파이프(417) 및 당김 와이어(416)는 또한 세장형 부재(310)로부터 복수의 조향 구성요소(406)까지 연장된다. 커버(402) 및 샤시(404)를 포함하는 하우징(400)은 기구 캐리지(306)(도 3a 및 도 3b)에 선택적으로 부착될 수 있고, 조향 구성요소 및 감지 구성요소를 수술 환경으로부터 확실하게 보호하는 콤팩트한 관리 가능 유닛(compact manageable unit)을 제공한다. 일부 구현예에서, 코일 파이프(417)는 지지 고정부(410)에 고정된 말단 근위 단부를 가질 수 있다. 당김 와이어(416)는 코일 파이프(417) 내의 내강을 통해서 연장될 수 있고, 코일 파이프(417)의 말단 근위 단부로부터 연장될 수 있고, 조향 구성요소(406) 및 구동 구성요소(408) 주위에서 경로화(route)될 수 있다.

커버(402)는 도 4, 도 6 및 도 7에 도시되어 있다. 도 6은 샤시 및 샤시에 의해 지지되는 구성요소와 독립적으로 커버(402)를 투과도로 도시한다. 도 7은 도 6의 선 7-7을 따라서 취한 커버(402)의 횡단면도를 도시한다. 커버(402)는, 조향 구성요소(406), 구동 구성요소(408), 및 샤시(404)에 의해 지지되는 다른 구성요소를 덮고 보호하도록 크기가 결정되고 배열되는 공동(430)을 포함할 수 있다. 공동(430)으로의 개구부(432)는 샤시(404)와 인터페이싱하도록 성형된 연부(433)에 의해서 형성된다. 도시된 구현예에서, 커버(402)는 개구부(432)에 대향되는 방향으로 연장되는 돌출 보스(436)를 포함한다. 이러한 구현예에서, 돌출 보스(436)는 통로(438)를 포함하고, 그러한 통로를 통해서 세장형 부재(310)가 연장될 수 있다. 돌출 보스(436)의 일부 예시적인 구현예는, 세장형 부재(310)의 일부의, 나사산과 같은, 상응 연결 특징부와 협력하는, 하나 이상의 나산형 나사산과 같은, 연결 특징부를 포함한다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 세장형 부재는 근위 부분(319)에서 결속 연결부(442)를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 일부 실시예에서, 결속 연결부(442)는 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)과 인터페이싱하도록 배열된 루어 피팅(luer fitting) 또는 다른 연결부이다. 결속 연결부(442)는 다른 의료 장치 구성요소에 대한 연결을 허용할 수 있다.

도시된 구현예에서, 커버(402)는 서비스 루프(434)(도 8)를 형성하도록 성형될 때 형상 센서(314)를 안내하고 구속하는 한편, 발진 영역 고정부(414)로부터 세장형 부재(310)의 근위 부분까지 형상 센서의 길이 또는 늘어짐(slack)을 변경할 수 있게 하는, 내부의 곡선형 서비스 루프 안내 슬롯(444)을 포함한다. 다시 말해서, 내부 안내 슬롯(444)은 형상 센서(314)의 서비스 루프(434)의 반경 및 높이의 변경을 제공한다. 늘어짐의 변경은, 섬유가 세장형 부재 중앙선 또는 굽힘의 중립 축을 벗어나 위치되고 그에 따라, 카테터가 굽혀질 때, 섬유가 세장형의 가요성 샤프트 내의 그 내강의 내외로 망원경식으로 이동하도록(telescope) 강제되기 때문에, 발생된다. 구현예에 따라서, 형상 감지 정확도를 위해서, 전술한 바와 같이 광섬유일 수 있는 형상 센서(314)가 그 형상 감지 섹션 내에서 타이트하게 굽혀지지 않는 것이 중요할 수 있다. 또한, 형상 센서는, 타이트한 반경으로 굽혀질 때, 고장날 수 있다. 일부 구현예에서, 서비스 루프(434)는 발진 영역 고정부(414)로부터, 안내 슬롯(444)을 통해서, 그리고 세장형 부재(310)의 근위 부분(319) 내로, 그리고 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)(도 3a 및 도 3b)까지 연장될 수 있다. 일부 구현예에서, 타이트한 굽힘은 서비스 루프(434)를 형성하는 형상 센서(314) 부분의 측정 가능 스트레인 요소를 방해할 수 있고, 그에 따라 덜 정확하고 덜 예측 가능한 데이터의 감지를 초래할 수 있다. 마찬가지로, 이는, 세장형 부재(310)의 원위 단부의 위치 결정에서 정확도 감소를 초래할 수 있다.

커버(402) 내의 내부 안내 슬롯(444)은 매끄럽고 충분한 크기의 원호 내에서 서비스 루프(434)를 지지하고, 그러한 원호에서 서비스 루프가 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)을 빠져 나가고 곡선화되어 발진 영역 고정부(414) 내에서 종료된다. 이러한 구현예에서, 내부 안내 슬롯(444)은 서비스 루프(434)가 세장형 부재로부터 발진 영역 고정부(414)까지 180°로 곡선화될 수 있게 한다. 따라서, 도 7에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 안내 슬롯(444)은 서비스 루프(434)를 매끄러운 원호화 표면(446)을 따라서 안내하고, 그러한 원호화 표면을 따라서 형상 센서(314)가 배치될 수 있다. 일부 구현예에서, 형상 센서(314)는 자연적으로 직선형 구성을 향해서 편향될 수 있다. 따라서, 서비스 루프(434)는 발진 영역 고정부(414)로부터 세장형 부재(310)까지 곡선화될 수 있다. 도시된 구현예에서, 내부 안내 슬롯(444)은 또한, 부분적으로, 하나 이상의 안정화 안내부 또는 안정화 안내 리브 세트(448)에 의해서 형성된다. 도시된 구현예는, 공동(430) 내에서 원호화 표면(446)을 따라서 이격된, 2개의 안정화 안내 리브 세트(448)를 포함한다. 안정화 안내 리브 세트(448)는, 서비스 루프(434)가 통과하여 연장될 수 있는, 안내 슬롯(444)의 좁은 개구부를 형성한다. 일부 구현예에서, 좁은 개구부는 형상 센서(314)의 직경보다 약간만 더 큰 폭을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 형상 센서(314)는, 세장형 부재(310)의 측정된 위치의 정확도를 방해하거나 감소시킬 수 있는 방식의 형상 센서(314)의 측방향 이동을 최소화하면서, 제 위치에서 유지될 수 있다. 여기에서, 안정화 안내 리브 세트(448)는 최소 두께를 가지고, 원호화 표면(446)으로부터 커버(402)의 개구부(432)를 향해서 연장된다. 일부 구현예에서, 커버(402)는 핀을 제공하도록 성형되고, 핀은 서비스 루프(434)를 수용한다. 일부 구현예에서, 서비스 루프(434)는 비대칭적이다. 일부 구현예에서, 안내 슬롯(444) 및 원호화 표면(446)은 세장형 부재(310) 및 발진 영역 고정부(414)와 협력하여, 최소 180° 원호 각도를 갖는 루프와 함께 형상 센서를 유지한다. 180도의 원호 각도를 갖는 구현예는 섬유 연결부 및 세장형 장치를 서로 평행하도록 정렬시킬 수 있다. 따라서, 백엔드 메커니즘의 커플링이 단순해질 수 있는데, 이는 작업자가 세장형 부재(310)를 단순히 밀어 넣고, 이어서 섬유 연결부(412)와 결합시키고, 그리고 이어서 (후술되는) 운동학적 장착부 상으로 밀어 넣기 때문이다. 일부 구현예에서, 형성되는 루프는 180° 초과의 원호 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 구현예에 따라, 루프는 90 내지 270도 범위의 원호 각도 이내일 수 있으나, 그보다 큰 그리고 작은 다른 원호 각도도 고려된다. 일부 대안적인 실시예는 카테터 입력부에 대해서 수직인 섬유 연결부를 가질 수 있고, 그러한 경우에, 원호 각도는 약 90도일 수 있다.

일부 구현예에서, 커버(402)는 백엔드 메커니즘(304)을 위한 취급자 파지 표면으로서의 역할을 할 수 있다. 따라서, 이는 인간의 손에 의한 편리한 파지를 위한 형상 및 크기를 가질 수 있다.

샤시(404)는 백엔드 메커니즘(304)의 구성요소를 지지하도록 배열된다. 예를 들어, 샤시(404)는 조향 구성요소(406), 구동 구성요소(408), 지지 고정부(410), 섬유 연결부(412), 및 발진 영역 고정부(414)를 지지할 수 있다. 샤시(404)는 장착 면(460), 및 대향되는 조향 구성요소 지지 면(462)을 포함할 수 있다. 복수의 개구부가 조향 구성요소 지지 면(462)으로부터 장착 면(460)까지 샤시(404)를 통해서 연장된다. 예를 들어, 샤시(404)는 세장형 부재 개구부(464), 구동 구성요소 개구부(466), 및 섬유 연결부 개구부(468)를 포함한다. 세장형 부재(310)는 세장형 부재 개구부(464)를 통해서 연장되고, 구동 구성요소(408)는 구동 구성요소 개구부(466)를 통해서 연장되며, 및 섬유 연결부(412)는 섬유 연결부 개구부(468)를 통해서 연장된다. 이러한 개구부들은 백엔드 메커니즘(304)의 외측 부분을 형성하는 구성요소와 백엔드 메커니즘(304)의 하우징(400) 내에 배치된 구성요소 사이의 전기적 또는 기계적 연결을 제공하기 위해서 사용된다. 장착 면(460)은 기구 캐리지(306)와 인터페이싱하도록 배열될 수 있다. 일부 구현예에서, 기구 캐리지(306)는 백엔드 메커니즘(304)의 구동 구성요소(408)와 인터페이싱하고 구동하는 구동 모터와 같은 구동 메커니즘을 포함할 수 있고, 예를 들어, 인쇄 회로 조립체(806)(도 10)와 인터페이싱할 수 있는 전기 통신 인터페이싱을 제공할 수 있는 핀 또는 다른 연결부를 포함할 수 있다.

도 9는 조향 구성요소 지지 면(462)을 더 상세히 도시한다. 도 5 및 도 9 모두를 참조하면, 조향 구성요소 지지 면(462)은, 조향 구성요소(406), 구동 구성요소(408), 및 지지 고정부(410)를 지지하도록 성형되고 배열되는 복수의 돌출 보스 및 특징부를 포함한다. 이러한 구현예에서, 조향 구성요소 지지 면(462)은 조향 구성요소(406)의 일부를 각각 지지하는 지지 돌출부(472)를 포함한다. 도 9에서 가장 잘 확인되는 바와 같이, 이러한 구현예에서, 지지 돌출부(472)는 간극(474)에 의해서 분리된 벽(473a, 473b)의 쌍으로 각각 구성될 수 있다. 벽(473a, 473b)은 풀리 굴대를 지지하기 위한 크기 및 형상을 갖는 홈통(475)을 각각 포함하고, 후술되는 바와 같이, 풀리 휠(486)이 간극(474) 내에 배치될 수 있다.

도시된 구현예에서, 지지 돌출부(472)는 구동 구성요소 개구부(466) 중 하나에 인접하여 배치된다. 각각의 구동 구성요소 개구부(466)는 포켓(476)을 형성하는 샤시(404)의 원형 벽에 의해서 둘러싸인다. 포켓(476)은 구동 구성요소(408)와 같은 구성요소를 제 위치에서 안정화하고 고정한다. 포켓을 형성하는 원형 벽은, 후술되는 바와 같이, 당김 와이어가 자유롭게 당겨지는 것 또는 조향 구성요소로부터 분리되는 것을 방지하기 위해서 조향 구성요소(406)의 적어도 일부와 협력하기 위한 크기를 가질 수 있는 내경을 갖는다. 이러한 구현예에서, 각각의 포켓(476)은 당김 와이어(416) 중 하나의 통과를 위해서 충분한 폭을 갖는 크기의 슬릿(477)을 포함한다. 슬릿(477)은 지지 돌출부(472)의 벽들(473a, 473b) 사이의 간극(474)에 대면되거나 그와 정렬된다. 슬릿은 또한 정렬 돌출부(478)에 대면된다. 정렬 돌출부(478)는, 당김 와이어의 통과를 위한, 슬릿(477)과 정렬된 슬릿(478a)을 포함한다. 이는 풀리의 휠에 인접하여 피팅되도록 성형되고, 당김 와이어가 늘어질 수 있을 때에도, 당김 와이어가 풀리를 벗어나는 것을 방지하도록 구성된다. 이러한 구현예에서, 정렬 돌출부(478)는, 당김 와이어가 풀리로부터, 정렬 돌출부(478)의 슬릿(478a)을 통해서, 슬릿(477)을 통해서, 그리고 구동 구성요소(408)의 일부를 형성하는 캡스턴까지 연장될 수 있게 하면서, 풀리의 홈 내에 피팅되도록 성형된다.

전방 벽(479)은 세장형 부재 개구부(464)와 다른 개구부 사이에 배치된다. 도시된 구현예에서, 샤시(404)의 조향 구성요소 지지 면(462)은 커버(402)의 연부(433)를 수용할 수 있는 주변 홈(480)을 포함한다. 일부 구현예에서, 주변 홈(480) 및 연부(433)가 협력하여, 하우징(400)을 차폐하거나 밀봉하고 하우징 내로 유체가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 다른 구현예에서, 샤시(404)는 돌출 연부를 포함할 수 있고, 커버(402)는 샤시의 돌출 연부를 수용하는 수용 홈을 포함할 수 있다. 다른 차폐 또는 밀봉 배열이 고려된다.

조향 구성요소(406)는 세장형 부재(310)로부터 구동 구성요소(408)까지 연장되는 당김 와이어(416)를 지향시키도록 배열된다. 당김 와이어(416)는, 전술한 바와 같이, 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)를 변위시키기 위해서 축방향으로 당겨지거나 느슨해진다. 각각의 조향 구성요소(406)는 휠(486) 및 굴대(488)를 포함하는 풀리(484)를 포함한다. 이러한 구현예에서, 굴대는 세장형 부재(310)의 근위 부분(319)의 축에 실질적으로 수직으로 배열된다. 여기에서, 굴대(488)는 휠(486)이 중심으로 회전되는 축을 형성한다. 휠(486)은 굴대(488)를 중심으로 자유롭게 회전될 수 있도록 저마찰 풀리 재료로 형성될 수 있다. 일부 구현예에서, 저마찰 풀리 재료는 저마찰 베어링을 갖춘 스테인리스 강 또는 알루미늄과 같은 금속인 한편, 다른 구현예에서, 저마찰 풀리 재료는, 비제한적으로, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아세탈(POM), 폴리아미드, 및 기타와 같은 중합체 재료이고, 이들 모두는 선택적으로 PTFE, 실리콘 오일, 파라핀 왁스 및 기타와 같은 합성 또는 도포된 윤활제에 의해서 선택적으로 향상될 수 있다. 휠(486)은 본원에서 홈(489)으로서 도시되고 지칭되는, 깊은 v-형상의 당김 와이어 지지 표면을 포함할 수 있고, 이러한 홈은 늘어진 루프가 풀리 홈 중앙선으로부터 풀리 휠의 외측 벽을 넘어 이할하는 때를 포함하여 당김 와이어의 늘어진 루프를 다시 캡쳐하도록 구성된다. 또한, 홈(489)은 캡쳐를 보조하기 위해서 넓을 수 있다. 일부 구현예에서, 당김 와이어 내의 늘어짐은 세장형 부재(310)의 굽힘 중에 생성될 수 있다. 홈(489)의 폭은, 늘어짐에 의해서 당김 와이어가 홈(489)으로부터 일시적으로 제거된 경우에도, 당김 와이어를 휠(486) 상으로 재-지향시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 당김 와이어는 약 0.015 내지 약 0.003 인치 범위의 직경을 가질 수 있다. 홈(489)은 약 .070 내지 약 .250의 폭을 가질 수 있으나, 더 넓거나 더 좁은 홈도 고려된다. 일부 구현예에서, 당김 와이어 직경 대 홈 폭의 비율은 약 27 대 1이다. 일부 구현예에서, 홈(489)의 폭은 휠(486)의 직경의 약 10% 내지 약 30%의 범위일 수 있다. 그러나, 다른 직경 및 폭 및 비율도 고려된다. 일부 구현예에서, 당김 와이어는, 당김 와이어가 늘어질 때 측방향 변위를 유발하는 굽힘부를 가질 수 있다. 넓은 홈은 당김 와이어를 홈(489) 내로 다시 캡쳐하는 것을 보조할 수 있다. 홈(489)은 세장형 부재(310)의 축과 교차되는 접선 기준 라인과 정렬될 수 있거나, 그로부터 오프셋될 수 있다. 굴대(488)는 각각의 단부에서 샤시(404)의 지지 돌출부(472) 상에서 지지될 수 있다. 홈(489)의 일부 구현예는 V-형상이다. 이러한 구현예의 일부는 90도 V-형상의 홈을 포함할 수 있다. 다른 구현예는, 약 45도 내지 135도일 수 있는 각도를 갖는 V-형상의 홈을 포함할 수 있다. 또 다른 것이 고려된다. 홈(489)은, 와이어가 늘어진 경우에도 휠(486) 상에서 유지되도록, 와이어가 자동적으로-복귀될 정도로 충분히 넓은 크기를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 홈(489)의 피치 직경 대 당김 와이어 직경의 비율은 약 35:1 내지 약 10:1의 범위 이내일 수 있다. 그러나, 다른 크기 비율도 고려된다.

구동 구성요소(408)(도 5)는 당김 와이어(416)와 인터페이싱할 수 있고, 기구 캐리지(306) 상의 모터에 의해서 구동될 수 있다. 따라서, 구동 구성요소(408)는 당김 와이어(416) 내의 장력을 증가 및 감소시켜, 세장형 부재(310)의 원위 단부(318)를 이동시킬 수 있다. 도시된 구현예에서, 각각의 구동 구성요소(408)는 축방향 연장 샤프트(510)를 갖는 입력 디스크(500), 캡스턴(504), 및 회전 제한 링(516)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 중앙 배치 결속 샤프트(506)가 축방향 연장 샤프트(510) 및 캡스턴(504) 내의 중앙 개구부를 통해서 연장된다.

도 11 내지 도 13은 구동 구성요소(408)를 더 구체적으로 도시한다. 도 10은 백엔드 메커니즘(304)의 하단 사시도를 도시하고, 입력 디스크(500)를 용이하게 확인할 수 있다. 도 11은 입력 디스크(500) 및 캡스턴(504)을 포함하는 하나의 구동 구성요소(408)를 조립된 상태로 도시한다. 도 12는 입력 디스크(500) 및 캡스턴(504)을 포함하는 하나의 구동 구성요소(408)를 분해된 상태로 도시한다. 도 13은 다른 구동 구성요소의 요소와 독립적으로 캡스턴(504)을 도시한다.

도면을 참조하면, 입력 부재로도 지칭될 수 있는 입력 디스크(500)는 기구 캐리지(306)(도 3a 및 도 3b) 상의 상응 출력 디스크(미도시)와 인터페이싱하도록 구성된다. 입력 디스크(500)는 헤드(508) 및 축방향 연장 샤프트 부분(510)을 포함할 수 있다. 샤프트 부분(510)은 헤드(508)로부터 연장된다. 이러한 구현예에서, 샤프트 부분(510)은 샤시(404)의 구동 구성요소 개구부(466)를 통해서 하우징(400)의 외측으로부터 샤시(404)의 조향 구성요소 지지 면(462)까지 연장된다. 입력 디스크(500)의 헤드(508)는 샤시(404)의 장착 면(460)에 배치될 수 있고, 기구 캐리지(306) 상의 출력 디스크와 커플링될 수 있다. 헤드(508)를 기구 캐리지(306) 상의 출력 디스크에 커플링시킴으로써, 기구 캐리지(306) 상의 모터의 회전은 입력 디스크(500) 및 구동 구성요소(408)의 상응 회전을 제공할 수 있다.

일부 실시예에서, 입력 디스크(500)는 기구 캐리지(306) 상의 상응 출력 디스크의 면과 인터페이싱하고 그에 결합되도록 그리고 토크를 출력 디스크로부터 구동 구성요소(408)에 부여하도록 배열된 하단 면(514)을 포함한다. 구현예에 따라, 면(514)은, 토크를 구동 구성요소(408)에 부여하기 위해서 사용될 수 있는, 포켓, 함몰부, 스플라인, 돌부, 또는 다른 특징부와 같은, 출력 디스크와 기계적으로 결합되는 특징부를 가질 수 있다. 입력 디스크(500)의 헤드(508)는 또한 샤프트 부분(510) 및 베어링(524)(도 12)을 유체 유입으로부터 차폐할 수 있다. 부가적인 차폐는, 장착 면(460)이 기구 캐리지(306)에 장착될 때 샤시(404)의 장착 면(460)이 기구 캐리지(306)와 교합되는(mate) 형상 및 범위로 인해서 이루어질 수 있다.

입력 디스크(500)의 일부 구현예는 축방향 연장 회전 제한부(512)를 포함한다. 회전 제한부(512)는 당김 와이어(416)를 굽히거나 파괴할 수 있는 문턱값 위치를 넘어서는 입력 디스크(500)의 역방향 회전 운동을 정지시킨다. 도시된 구현예에서, 회전 제한부(512)는 헤드(508)로부터 샤프트 부분(510)의 방향으로 위쪽으로 연장되는 돌출부이다. 입력 디스크(500)가 샤프트 부분(510)의 축을 중심으로 회전될 때, 회전 제한부(512)는 회전 제한 링(516) 상의 상응 돌출 회전 정지부(518)와 결합될 수 있다. 회전 제한부(512) 및 회전 제한 링(516)은 약한 지점에 과다한 응력을 가할 수 있는 방식으로 정방향 또는 역방향 회전 방향을 따라 과다-회전되는 것을 방지하면서, 당김 와이어(416)를 장력화하거나 탈-장력화하는 것에 의해서 조향을 제공하기 위한 충분한 회전을 허용하도록 특히 위치설정될 수 있다. 특히, 회전 제한부(512)는, 회전 제한 링(516)과 함께, 메커니즘을 보호하기 위해서 회전을 제한하면서, 입력 디스크(500)의 1회 초과의 회전을 허용한다. 또한, 입력 회전 제한부(512)는, 백엔드 메커니즘(304)이 기구 캐리지(306) 상의 모터 출력부로부터 분리되어 있는 동안, 당김 와이어 및 내부 메커니즘을 입력부의 회전으로부터 보호할 수 있다. 회전 제한부 및 제한 링은 또한, 모터 토크가 입력 디스크(500) 중 하나 이상에 인가되는 동안 백엔드 메커니즘이 기구 캐리지(306)로부터 제거되는 경우에, 당김 와이어 및 메커니즘을 보호한다.

도 11에서 가장 확인되는 바와 같이, 회전 제한 링(516) 상의 돌출 회전 정지부(518)는 회전 제한부(512)의 높이보다 두꺼운 두께 또는 높은 높이를 갖는다. 회전 제한부(512)는, 샤시(404)에 고정되거나 샤시의 일부를 형성하는 회전 정지부에 대항하여 기계적으로 결합되지 않고, 돌출 회전 정지부(518)와 기계적으로 결합되도록 선택된 높이를 가질 수 있다. 대조적으로, 돌출 회전 정지부(518)는 회전 제한부(512), 및 샤시(404)에 고정되거나 샤시의 일부를 형성하는 회전 정지부 모두와 결합되기 위한 크기 및 위치를 가질 수 있다. 회전 제한 링(516)이, 샤시(404) 상의 회전 정지부와 결합될 때까지, 샤시(404)에 대해서 거의 360°로 회전될 수 있기 때문에, 그리고 입력 디스크(500)가 회전 제한 링(516)에 대해서 거의 360°로 회전될 수 있기 때문에, 샤시에 대한 입력 디스크(500)의 허용되는 전체 회전은 360°보다 클 수 있고 720°보다 작을 수 있다. 회전 정지 배열체에 의해서 허용되는 회전량은, 회전 제한부(512) 및 돌출 회전 정지부(518)의 원주방향 두께를 조정하는 것에 의해서 변경될 수 있다.

또한, 회전 제한부(512)는, 기구가 모터 출력부로부터 분리되어 있는 동안, 당김 와이어를 입력 디스크의 회전으로부터 보호할 수 있다. 회전 제한부(512)는 또한, 모터가 토크를 입력부에 인가하는 동안 입력 디스크(500)가 기구 캐리지(306)로부터 분리되는 경우에, 당김 와이어(416)를 반동에 의해서 유도되는 역방향 굽힘으로부터 보호할 수 있다. 일부 구현예에서, 회전 제한부는 또한 당김 와이어가 캡스턴(504)의 홈(540)으로부터 탈선하는 것을 방지하는데 도움을 줄 수 있다.

축방향 연장 샤프트 부분(510)은 헤드(508)로부터 연장되고, 원통형 부분(520) 및 비-원통형 부분(522)을 포함한다. 베어링(524)이 원통형 부분(520) 주위에 배치될 수 있다. 캡스턴(504)은 비-원통형 부분(522) 주위에 배치될 수 있다. 비-원통형 부분(522)은 캡스턴(504)이 입력 디스크(500)에 서로 회전되지 않게 고정되는 것(rotationally fixed)을 보장할 수 있다. 도 12에서, 비-원통형 부분(522)은 육각형 형상을 가지나, 다른 다각형, 스플라인, 별모양 다각형 및 다른 비-원통형 형상이 사용될 수 있고 고려된다.

도 13은 캡스턴(504)을 도시한다. 캡스턴(504)은 원통형 외부 표면(530), 비-원통형 내부 표면(532), 및 단부 표면(534)을 포함한다. 전술한 바와 같이, 비-원통형 내부 표면(532)은 입력 디스크(500)의 축방향 연장 샤프트 부분(510)의 비-원통형 부분(522)의 주위에 피팅되도록 구성된다. 따라서, 이러한 구현예에서, 비-원통형 내부 표면(532)은 육각형 형상을 가지나, 다른 형상도 고려된다. 단부 표면(534)은 크림프 슬롯(crimp slot)(536)을 포함한다. 이러한 구현예에서, 크림프 슬롯(536)은 당김 와이어(416) 중 하나의 크림프 가공된 단부를 수용하도록 성형된다. 크림프 슬롯(536)은 단부 표면(534)으로부터 축방향 내측으로 연장되고, 슬롯 개구부(538)에서 원통형 외부 표면(530)과 교차된다. 이러한 구현예에서, 크림프 슬롯(536)은 구근형 부분 및 좁은 부분을 포함한다. 구근형 부분은, 크림프 피팅을 포함하는 당김 와이어(416)의 구근형 단부를 수용하도록 구성될 수 있고, 당김 와이어의 더 좁은 부분은 슬롯 개구부(538)의 외부로 연장된다. 도 13에서, 원통형 외부 표면(530)은 원주방향 홈(540)을 포함한다. 이러한 구현예에서, 원주방향 홈(540)은 외측의 원통형 외부 표면(530)의 주위 전체에서 연장된다. 슬롯 개구부(538)의 부분은 원주방향 홈(540)과 교차되고, 당김 와이어(416)는 슬롯 개구부(538)로부터 연장될 수 있고 원주방향 홈(540) 내에서 캡스턴(504) 주위에 권취될 수 있다. 이러한 구현예에서, 원주방향 홈(540)은 비대칭적이다. 즉, 원주방향 홈(540)의 하나의 부분은 반경방향 홈의 다른 부분보다 넓다. 이러한 방식으로, 원주방향 홈(540)은 캡스턴(504) 주위에서 당김 와이어의 하나 초과의 랩핑을 수용하도록 구성될 수 있다. 도시된 구현예에서, 원주방향 홈(540)은 슬롯 개구부(538)에서 비교적 더 큰 폭을 가지고, 슬롯 개구부(538)에 인접한 그러나 그 뒤쪽의 위치에서 비교적 더 작은 폭을 갖는다. 일부 구현예에서, 원주방향 홈(540)은 부가적인 와이어 랩핑들이 서로 중첩되는 것을 방지하기 위한 나선형 홈일 수 있다. 그러한 중첩은 당김 와이어 내에서 국소적으로 큰 응력을 생성할 수 있고, 일부 경우에 당김 와이어의 고장을 유발할 수 있다.

이러한 구현예에서, 그리고 도 9를 참조하여 설명된 바와 같이, 캡스턴(504)은 샤시(404)의 일부로서 형성된 포켓(476) 내에 피팅된다. 포켓(476)은 포켓(476)이 당김 와이어(416)를 모든 다른 방향으로 유지하는 동안, 당김 와이어(416)가 풀리 홈(489)을 향해서 하나의 방향으로만 포켓(476)을 빠져 나갈 수 있게 하는 슬릿(477)을 포함한다. 따라서, 백엔드 메커니즘(304)이 기구 캐리지(306)로부터 제거될 때에도, 그리고 그에 따라 캡스턴에 토크가 존재하지 않는 때에도, 당김 와이어(416)는 샤시(404) 내의 슬릿(477) 내에서 여전히 유지된다. 일부 구현예에서, 포켓(476)은 캡스턴(504) 주위에서 연장되는 내부 벽(476a)(도 9)을 포함한다. 내부 벽(476a)은 캡스턴(504)의 직경보다 약간만 더 큰 직경을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 간극이 포켓(476)의 내부 벽(476a)과 캡스턴(504)의 외부 주변부(530) 사이에 형성될 수 있다. 구현예에 따라, 이러한 간극은 당김 와이어의 직경의 2배 또는 2배수 이하의 그리고 바람직하게 당김 와이어의 직경 미만의 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 0.007 인치 직경의 당김 와이어를 이용하는 구현예에서, 포켓(476)의 내부 벽(476a)과 캡스턴(504)의 외부 주변부 사이의 간극은 약 0.007 인치 내지 약 0.005 인치 또는 그 미만의 범위일 수 있다. 이러한 유극(clearance)은, 당김 와이어에 늘어짐이 있을 때에도, 당김 와이어가 캡스턴(504)의 홈(540)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 포켓(476)은 당김 와이어를 캡스턴(504) 상에서 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 도시된 구현예에서, 포켓(476)은 샤시(404)의 일부로서 단일체로 형성된다. 특히, 간극이 당김 와이어 직경의 2배 이하인 것이 바람직할 수 있다. 바람직한 구현예는 당김 와이어 직경 이하의 크기의 간극을 갖는다. 다른 바람직한 구현예는 당김 와이어 직경의 약 2배 이하의 간극을 갖는다.

도 17은, 캡스턴(504)이 샤시(404)와 분리된 구성요소로서 형성된 포켓(490) 내에 피팅되는 구현예를 도시한다. 여기에서, 포켓(490)은 플로팅 포켓(floating pocket)으로 지칭되는데, 이는 그러한 포켓이 샤시(404)에 부착되지 않기 때문이다. 도시된 예에서, 포켓(490)은 원주방향 벽으로서 형성된 둥근 본체(491), 본체(491)로부터 외측으로 연장되는 적어도 하나의 날개부(492), 및 본체(491) 내의 슬릿(494)을 포함할 수 있다. 여기에서, 본체(491)는 캡스턴(504)의 주변부 주위에 피팅되는 비교적 원통형인 내부 표면(도면 부호 없음)을 포함한다. 일부 예에서, 플로팅 포켓(490)은 캡스턴(504)의 외경 또는 주변부(530)와 접촉될 수 있다. 도 17은 본체(491)로부터 반경방향 외측으로 연장되는 2개의 날개부(492)를 도시한다. 이러한 돌출 날개부(492)는 캡스턴(504)과 함께 포켓(490)이 회전되는 것을 방지하기 위해서 샤시의 구성요소 또는 다른 구성요소와 협력하는 기계적 정지부로서 작용할 수 있다. 이러한 구현예에서, 샤시(404)는 2개의 돌출 정지부(495)를 포함하고, 각각의 돌출 정지부는 날개부(492) 중 하나와 기계적으로 간섭하여 일방향을 따른 포켓(490)의 회전을 제한하도록 배치된다. 함께 작용함으로써, 돌출 정지부(495) 및 날개부(492)는 회전을 제한하거나 방지하고, 그에 따라 슬릿(494)은 풀리(484)의 휠(486)과 협력하는 정렬 돌출부(478)의 슬릿(478a)과 실질적으로 정렬되어 유지된다. 슬릿(478a)은 또한 당김 와이어 출구 간극으로 지칭될 수 있다. 도시된 구현예에서, 슬릿(494)은 포켓(490)의 축방향 길이를 연장시킨다. 따라서, 슬릿(494)은 포켓(490)이 휘어지게 할 수 있고, 그에 의해서 그 내경을 탄성적으로 변화시키게 할 수 있다. 플로팅 포켓(490)의 일부 구현예는, 캡스턴(504)이 플로팅 포켓(490) 내에서 회전될 수 있게 하는 비교적 작은 마찰을 갖도록 그 크기가 결정되거나 탄성적으로 형성될 수 있다. 그렇게 하는 것에 의해서, 캡스턴(504)이 포켓(490) 내에서 회전될 때에도, 슬릿(494)은 휠(486)과 여전히 정렬될 수 있다.

일부 구현예에서, 포켓(490)은 자연적인 상태에서, 캡스턴의 직경보다 약간 더 작은 내경을 갖는 크기를 가지고, 그에 따라 포켓(490)의 내부 벽은 캡스턴(504)의 외부 주변부(530)와 접촉된다. 포켓(490)의 탄성적인 성질로 인해서, 캡스턴은 포켓(490)에 대해서 회전될 수 있다. 그러나, 밀접 피팅은, 당김 와이어에 늘어짐이 있을 때에도, 당김 와이어가 캡스턴(504)으로부터 분리되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 포켓(490)은 당김 와이어를 캡스턴(504) 상의 홈(540) 내에서 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 구현예에서, 포켓(490)은 캡스턴의 실질적으로 전체 원주 주위에서 약간의 탄성적인 접촉(light spring contact)을 유지하도록, 그에 따라 당김 와이어를 캡스턴(504)의 홈(540) 내에서 유지하도록 구성된다.

도시된 예에서, 포켓(490)의 본체(491)는 단부들이 슬릿(494)을 형성하는 롤링된 스트립으로서 성형된다. 본체(491)의 형상은 또한, 유리하게 캡스턴(504) 상에서 접촉력, 마찰 계수, 및 결과적인 마찰 드래그 토크를 감소시키는, 유연한 저마찰 플라스틱 재료로 몰딩될 수 있다. 하나의 단부가 다른 단부 위에 중첩되는 것은, 실질적으로 원통형 본체(491)를 형성하는 곡선형 부분(491a) 및 슬릿(494)에서 원의 접선으로부터 연장되는 직선형 부분(491b)을 갖는, "6자" 형상을 형성한다. 그러나, 다른 형상도 고려된다. 예를 들어, 다른 양태에서, 본체(491)는 캡스턴(504)의 주변부를 따라서 이격된 간격들로 캡스턴(504)과 접촉될 수 있다.

도 9는, 캡스턴(504)이 풀리(484)에 대해서 제 위치에 있는 샤시(404)를 도시한다. 풀리(484)의 굴대(488)는 캡스턴(504)의 회전 축(802)에 수직인 회전 축(800)을 형성한다. 이러한 실시예에서, 캡스턴(504)의 회전 축은 또한 세장형 부재(202)의 길이방향 축에 실질적으로 평행하다. 이러한 것으로 인해서, 풀리(484)의 회전 축은 세장형 부재의 길이방향 축에 실질적으로 수직이다.

도 14는 지지 고정부(410)의 부가적인 상세 부분을 도시한다. 이러한 실시예에서, 지지 고정부(410)는 샤시(404)에 부착되어 조향 구성요소(406) 및 구동 구성요소(408)를 제 위치에 고정하도록 배열된다. 도시된 특정 실시예에서, 돌출 너브(nub) 또는 기둥으로 도시된, 정렬 요소(580)(도 9)가 샤시(404) 상에 배치되어, 지지 고정부(410) 상의 노치 또는 너브-수용 개구로 도시된 정렬 요소(582)(도 14)와 협력한다. 일부 구현예에서, 도 9의 정렬 요소(580)의 세장형 기둥(580a)은 도 14의 정렬 요소(582)의 도시된 세장형 홀(582a)과 결합되어, 지지 고정부(410)를 샤시(404)와 정확하게 정렬시킨다. 도 9의 정렬 요소(580)의 원형 너브는 도 14의 정렬 요소의 원형 홀과 결합되고, 도 14의 원형 홀의 대응 침강부(countersink) 내로 열 스테이크 가공되며(heat staked), 그에 따라 지지 고정부(410)를 샤시(404)에 체결한다. 지지 고정부(410)가 제 위치에 있을 때, 풀리(484)의 굴대(488)는 지지 돌출부(472)의 홈통(475) 내에 고정된다. 마찬가지로, 구동 구성요소(408)는 지지 고정부(410)에 대해서 제 위치에서 고정될 수 있다.

도시된 구현예에서, 지지 고정부(410)는 또한, 코일 파이프(417)를 유지하도록 그리고 당김 와이어(416)를 풀리(484) 내의 홈(489)과 정렬시키도록 배열된 코일 파이프 장착부(584)를 포함하고, 그에 따라 당김 와이어는 풀리(484) 내의 홈의 하단부와 상응하는 높이에 배열된다. 코일 파이프 장착부(584)는 지지 고정부(410) 내에 단일체로 형성될 수 있고, 이러한 구현예에서, 세장형 부재(310)의 원위 단부까지 연장되는 코일 파이프(417)와 인터페이싱하도록 배열된 관형 파이프 요소(588)를 수용하기 위한 크기 및 배열을 가지는 홈통(586)을 포함한다. 용이한 설명을 위해서, 하나의 관형 파이프 요소(588)만을 도 14에 도시하였다. 관형 파이프 요소(588)는 내부 통로를 포함하고, 그러한 내부 통로 내에는 코일 파이프(417)가 접합되는 한편, 당김 와이어는 그 둘 모두를 통해서 풀리(484)의 휠(486)의 홈(489)까지 연장된다. 코일 파이프(417)는 코일 파이프 장착부(584)에 체결되며, 이는 코일 파이프가 풀리(484)를 향해서 근위 방향으로 병진운동하는 것을 방지한다.

이제 도 5를 참조하면, 섬유 연결부(412)가 샤시(404)의 장착 면(460)으로부터 돌출된다. 합치 수용 연결부(미도시)가 기구 캐리지(306) 상에 배치된다. 섬유 연결부(412)는 정보를 형상 센서(314)로부터 기구 캐리지(306)로 그리고 최종적으로 제어 시스템(112)으로 전달한다.

발진 영역 고정부(414)가 도 5, 도 8 및 도 14에 도시되어 있다. 발진 영역 고정부(414)는 형상 센서(314)의 근위 단부를 서로 상대적으로 움직이지 않게(rigidly) 지지하도록 배열된 일련의 안정화 구성요소로 구성된다. 이러한 실시예에서, 발진 영역 고정부(414)는 지지 고정부(410)의 일부에 부착되고, 이동 또는 오정렬을 방지하기 위해서 형상 센서(314)를 조이는 2개의 클램프(590 및 592)를 포함한다. 이러한 구현예에서, 2개의 클램프(590 및 592)는, 하우징(400)을 빠져 나갈 때, 세장형 부재의 축과 실질적으로 평행한 축을 따라서 서로 이격된다. 비록 클램프를 통해서 고정되는 것으로 설명되었지만, 다른 구현예에서, 발진 영역 고정부(414)는 접착제 또는 다른 부착 메커니즘을 통해서 형상 센서(314)에 부착될 수 있다. 발진 영역 고정부(414)로부터, 형상 센서(314)는 180° 회전되고, 도 4에 도시된 바와 같이 세장형 부재(310)에 진입한다.

이제 일반적인 동작을 참조하면, 4개의 당김 와이어(416)를 이용하는 구현예를 주목할 가치가 있고, 각각의 당김 와이어는, 세장형 부재의 원주를 따라서 90° 만큼 분리되어, 세장형 부재(310)의 원위 단부에 고정될 수 있고 그로부터 연장될 수 있다. 대안적인 구현예에서, 임의의 수의 당김 와이어가 이용될 수 있고, 각각의 당김 와이어는 세장형 부재(310)의 원위 단부로부터 연장되고, 희망하는 조향 구성에 따라, 세장형 부재의 원주를 따라 가변적인 거리로 이격된다. 단일 당김 와이어의 구현예를 본원에서 설명할 것이지만, 그러한 구현예는 세장형 부재(310)를 작동시키는 각각의 당김 와이어에 적용될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 당김 와이어의 근위 단부는 본원에서 설명된 캡스턴 주위에 랩핑될 수 있다. 요 또는 피치와 같은, 동일한 축을 따른 관절화를 제공하는 당김 와이어들이, 백엔드 메커니즘(304) 내에서 서로 대각선 방향으로 위치설정된 캡스턴들 주위에 랩핑될 수 있다. 일부 구현예에서, 각각의 당김 와이어(416)는 세장형 부재(310)의 원위 섹션에 커플링된 코일 파이프(417)를 통해서 이동된다. 각각의 코일 파이프(417)는 당김 와이어(416)와 쌍을 이룰 수 있고, 세장형 부재의 원위 부분까지 세장형 부재의 길이로 연장될 수 있고, 근위 부분에서 세장형 부재를 빠져 나갈 수 있다. 세장형 부재 내의 당김 와이어 및 코일 파이프의 예를, 본원에서 참조로 포함된, "Flexible Elongate Devices Systems and Methods"라는 명칭의, 2017년 7월 21일자로 출원된 미국 가특허 제62/535,673호에서 확인할 수 있다. 일부 구현예에서, 코일 파이프 및 그 내부에 배치된 당김 와이어는 백엔드 메커니즘(304)의 세장형 부재(310)를 빠져 나간다. 일부 구현예에서, 각각의 코일 파이프 및 그 내부에 배치된 당김 와이어는 세장형 부재(310)로부터 지지 고정부(410)까지 이어지고 90° 로 굽혀진다. 그 곳에서, 코일 파이프(417)는 관형 파이프 요소(588)를 수용하는 코일 파이프 장착부(584)에서 지지 고정부(410)에 고정된 말단 단부로 종료된다. 비록 코일 파이프(417)가 관형 파이프 요소(588)의 내측를 통과하고 그에 접합되어 종료될 수 있지만, 당김 와이어(416)가 관형 파이프 요소(588)를 통해서 그리고 넘어서 통과하고, 풀리(484)의 휠(486) 주위에서 경로화되고, 이어서 캡스턴(504) 주위에 랩핑되고, 최종적으로 캡스턴(504)의 크림프 슬롯(536) 내에 고정된다. 세장형 부재로부터 관형 파이프 요소(588)까지 코일 파이프 내의 굽힘은 또한, 세장형 부재의 굽힘 또는 조향에 의해서 유도될 수 있는, 피스톤 작용(pistoning) 또는 축방향 변위를 위한 약간의 늘어짐을 제공할 수 있다.

본원에서 설명된 바와 같이, 캡스턴(504)은 풀리(484)로부터 수직으로 배향된다. 이러한 것 그리고 풀리 주위의 180도의 당김 와이어 경로화는, 콤팩트한 크기의 백엔드 메커니즘(304)을 여전히 제공하면서, 당김 와이어 내의 큰 반경의 굽힘을 허용할 수 있다. 또한, 풀리(484)의 휠(486)과 협력하는 정렬 돌출부(478)와 조합된, 포켓(476)의 벽 내의 슬릿(477)은 당김 와이어에 대한 지지를 제공하고, 당김 와이어가 느슨해지고 변위되어 궤도를 벗어날 수 있는 위험을 감소시킨다. 또한, 코일 파이프와 관형 파이프 요소(588)의 정렬은 당김 와이어를 풀리 홈 피치 원에 대한 접선을 따라 풀리 내로 공급할 수 있다. 따라서, 코일 파이프는 당김 와이어를 풀리 홈 내로 정렬시키는 것을 돕는다. 일부 구현예에서, 코일 파이프는, 예를 들어 접착제로, 관형 파이프 요소(588)에 부착될 수 있고, 그에 따라 이들을 제 위치에 고정할 수 있다. 다른 부착 방법이 또한 이용될 수 있다.

구현예에 따라, 일부 구현예에서 광섬유인 형상 센서는, 세장형 부재의 원위 단부로부터 근위 부분까지 세장형 부재 내의 섬유 내강을 통과하는 것 그리고 백엔드 메커니즘(304) 내에서 종료되는 것에 의해서, 세장형 부재 내로 통합될 수 있다. 일부 구현예에서, 섬유는 세장형 부재를 빠져 나가고, 180° 굽혀지고, 발진 영역 고정부를 통과하고, 섬유 연결부 내에서 종료된다. 발진 영역 고정부는, 형상 센서를, 원점(origin)으로서의 그리고 교정을 위한 형상 감지 중에 사용되는 알려진 직선 구성으로 유지한다. 일부 구현예에서, 형상 센서는, 동심적이고, 무거운 벽을 가지고, 작은 내경의, 금속 관으로 제조된 하이포튜브(hypotube) 내에 내재된다. 일부 구현예에서, 하이포튜브는 .0143 ID x 0.020 벽, 304 스테인리스 강 하이포튜브가 되도록 선택되고, 쇼어(Shore) A 40 경도계 실리콘 고무 접착제/실런트를 사용하여 하이포튜브 내의 섬유에 접합된다. 일부 구현예에서, 형상 센서의 근위 부분은 접착제 또는 글루로 하이포튜브에 부착된다. 형상 센서(314)는 발진 영역 고정부로부터 세장형 부재의 원위 단부까지 형상 감지 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 서비스 루프(434)는, 길이방향으로 세장형 부재 내에서, 형상 센서(314)가 축방향으로 변위되는 경우를 수용할 수 있다. 서비스 루프(434)는, 형상 센서(314)가 세장형 부재의 원위 부분에 고정될 수 있고 형상 센서(314)가 세장형 부재(202)의 가요성 본체(216)과 같은 세장형 부재의 가요성 본체 내에 포함되는 내강 내에서 부유하는(float) 예에서, 그러한 변위 또는 피스톤 작용을 수용할 수 있다.

도시된 구현예에서, 그리고 도 3a를 참조하면, 백엔드 메커니즘(304)은 직각 배향으로 기구 캐리지(306)에 장착된다. 즉, 기구 캐리지(306) 내의 작동 모터는, 그 회전 축이 세장형 부재(310)의 삽입 축에 평행하도록, 위치설정된다. 본원에서 설명된 바와 같이 그리고 도 10을 참조하면, 샤시(404)의 장착 면(460)이 입력 디스크(500)의 면(514)을 포함하기 때문에, 세장형 부재 개구부(464) 및 구동 구성요소 개구부(466) 모두는 평행한 축들을 갖는다. 즉, 그 각각은, 샤시(404)의 장착 면(460)으로부터 연장되는 축을 갖는다. 이러한 구현예에서, 섬유 연결부(412)는 또한 세장형 부재(310)의 방향으로 장착 면(460)으로부터 연장된다. 일부 구현예에서, 그리고 도 10을 참조하면, 장착 면(460)의 일부만이 기구 캐리지(306)와 실제로 인터페이싱한다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 장착 면(460)은 인터페이스 부분(526) 및 비-인터페이스 부분(528)을 포함한다. 인터페이스 부분(526)은 입력 디스크(500) 및 섬유 연결부(412)를 포함하는 부분일 수 있다. 인터페이스 부분(526)은 도 3a에서 기구 캐리지(306)에 접경될 수 있다. 비-인터페이싱 부분(528)은 인터페이스 부분(526)과 나란히 위치될 수 있다. 이러한 구현예에서, 비-인터페이스 부분(528)은 세장형 부재가 통과하여 연장되는 세장형 부재 개구부(464)를 포함한다. 따라서, 세장형 부재(310)는 장착 면(460)의 비-인터페이스 부분으로부터 기구 캐리지(306)의 측면을 넘어서 돌출되도록 배치될 수 있고, 그에 따라 세장형 부재(310)는, 심지어 입력 디스크(500)의 면(514) 및 섬유 연결부(412)가 기구 캐리지(306)와 결합되고 인터페이싱하는 동안에도, 기구 캐리지(306)를 통과하지 않고 그리고 기구 캐리지와 간섭하지 않으면서, 세장형 부재 개구부(464)를 통해서 연장될 수 있다. 일부 구현예는, 기구 캐리지(306)와 또한 통신할 수 있는 인쇄 회로 조립체(806)를 포함한다.

여전히 도 10을 참조하면, 인터페이스 부분(526)은 기구 캐리지(306)와 결합되도록 구성된 복수의 장착부(560)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 인터페이스 부분(526)은 특정 자세의 백엔드 메커니즘의 위치설정 및 배향에서 안정성 및 반복 가능성을 제공하는 운동학적 장착부를 제공하기 위한 형상 및 구성을 가지는 3개의 장착부(560)를 포함한다. 운동학적 장착부를 이용하는 것은, 심지어 백엔드 메커니즘이 분리되고 재-결합되는 때에도, 측정의 반복 가능성 및 정확도를 높일 수 있다. 도시된 실시예에서, 장착 면(460)의 장착부(560)는, 기구 캐리지(306) 상의 상응하는 볼 또는 반구형 형상의 헤드를 각각 수용하는 V-형상의 홈들 또는 슬롯들로 형성된다. 3개의 볼(또는 반구형 형상의 헤드) 및 V-형상의 홈은, 백엔드 메커니즘의 반복 가능하고 안정적인 장착을 위해서 협력한다. 도시된 구현예에서, 장착부(560)의 각각은, 볼(또는 반구형 형상의 헤드)을 수용하는 침하부 또는 포켓을 함께 형성하는, 2개의 교차되는, 수직 배향된 V-형상의 홈들을 포함한다. 도시된 예시적인 실시예에서, 각각의 장착부(560)의 V-형상의 홈 중 하나는 상응하는 다른 V-형상의 홈보다 넓거나 그와 상이한 각도를 갖는다. 더 넓은 V-형상의 홈은, 볼 또는 반구형 형상의 헤드가 V-형상의 홈에 의해서 형성된 침하부 또는 포켓에 용이하게 진입하게 할 수 있다. 더 좁은 V-형상의 홈은 볼 또는 반구형 형상의 헤드를 기구 캐리지(306)에 대한 정확한 위치로 안내할 수 있다. 이로 인해서, 운동학적 장착부는 백엔드 메커니즘을 기구 캐리지(306)에 대해서 반복 가능하고 정확하게 위치설정할 수 있게 한다. 예를 들어, 도 10은 3개의 기준 축(780a, 780b, 및 780c)을 포함하고, 각각의 기준 축은 3개의 장착부(560)의 더 좁은 V-형상의 홈과 정렬된다. 확인될 수 있는 바와 같이, 기준 축(780a, 780b, 및 780c)의 각각이 상이한 방향으로 연장되고, 그에 의해서 안정성을 운동학적 장착부에 제공하는 한편, 동시에, 교차되는 수직 V-형상의 홈들의 각각은, 볼 또는 반구형 형상의 헤드를 더 좁은 안정화 V-형상의 홈 내로 안내하는 용이한 정렬을 가능하게 한다. 3개의 기준 축(780a, 780b, 및 780c)의 오정렬(misalignment)은 6개의 자유도의 바람직하지 못한 배치를 방지한다.

도 15 및 도 16은 기구 캐리지(700) 및 백엔드 메커니즘(750)의 다른 구현예 및 도면을 도시한다. 기구 캐리지(700) 및 백엔드 메커니즘(750)의 원리 및 교시 내용이 기구 캐리지(306) 및 백엔드 메커니즘(304)에서 구현될 수 있고 그에 포함될 수 있다.

도 15의 기구 캐리지(700)는, 백엔드 메커니즘(750)의 인쇄 회로 조립체와 통신할 수 있는 복수의 포고 핀(702)을 포함한다. 이는 또한, 출력 디스크(704), 암놈형 섬유 연결부(706), 운동학적 장착부 구성요소(708), 및 래치 레버(710)를 포함한다. 출력 디스크(704)는 기구 캐리지(700)에 의해 지지된 모터에 의해서 구동될 수 있고, 백엔드 메커니즘의 입력 디스크와 결합될 수 있다. 암놈형 섬유 연결부(706)는 백엔드 메커니즘 상의 돌출 섬유 연결부를 수용할 수 있고, 운동학적 장착부 구성요소(708)는 백엔드 메커니즘 상의 상응 운동학적 장착부 구성요소와 결합되도록 성형되고 구성될 수 있다. 이러한 구현예에서, 운동학적 장착부 구성요소(708)는 백엔드 메커니즘 상의 V 홈 슬롯과 결합되도록 고정적으로 배치된 볼 또는 반구체이다. 래치 레버(710)는 기구 캐리지(700)의 상응 측면들로부터 돌출될 수 있고, 백엔드 메커니즘을 기구 캐리지에 결합시키고 고정시키도록 구성될 수 있다.

도 16의 백엔드 메커니즘(750)은 장착 면(751)을 가지고, 그러한 장착 면은 인쇄 회로 조립체(752), 입력 디스크(754), 장착부(756), 캐리지 래치 연결부(758), 및 섬유 연결부(759)를 포함한다. 인쇄 회로 조립체(752)는 기구 캐리지(700) 상의 포고 핀(702)과 통신할 수 있다. 입력 디스크(754)는 출력 디스크(704)와 결합될 수 있고 그에 의해서 구동될 수 있다. 장착부(756)는 기구 캐리지(700) 상의 운동학적 장착부 구성요소(708)를 수용하도록 배열된 V-형상의 홈일 수 있다. 캐리지 래치 연결부(758)는 래치 레버(710)를 수용하는 슬롯으로서 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 캐리지 래치 연결부(758)는 백엔드 메커니즘(750)의 대향 측면들 상에 배치된다. 또한, 래치 레버(710)는, 화살표 머리 형상의 요소와 같은, 연결부를 포함할 수 있고, 캐리지 래치 연결부(758)는, 백엔드 메커니즘(750)이 기구 캐리지(700) 상의 제 위치에서 스냅 결합될 수 있게 하는 방식으로 화살표 머리 형상의 요소와 결합되도록 구성된 쇼울더(shoulder)를 포함할 수 있다. 다른 연결부가 고려된다. 일부 구현예에서, 래치 연결부가 밀봉 지역의 외측에 배치되어 유체의 유입을 방지한다. 일부 양태에서, 연결부는, 유체의 유입을 방지하는 차폐부 또는 밀봉부를 포함한다. 일부 구현예에서, 연결은 사용자의 한 손으로 이루어질 수 있다. 확인될 수 있는 바와 같이, 백엔드 메커니즘(750)의 장착 면은, 세장형 부재(762)가 통과하여 연장되는 세장형 부재 개구부(760)를 포함한다. 본원의 다른 구현예에서 설명되고 도시된 바와 같이, 장착 면(751)은 세장형 부재 개구부(760) 및 비-인터페이싱 부분과 함께, 인터페이싱 부분 및 비-인터페이싱 부분을 갖는다. 즉, 기구 캐리지(700)의 포고 핀이 백엔드 메커니즘(750)의 회로 조립체(752)와 정렬될 때, 장착 면(751)의 비-인터페이싱 부분은 기구 캐리지(700)의 측면 위로 그리고 넘어서 돌출된다. 따라서, 세장형 부재 개구부(760)는 기구 캐리지(700)와 인터페이싱하지 않는 위치에 배치된다. 장착 면(751)이 포고 핀(702)을 포함할 수 있고 기구 캐리지가 인쇄 회로 조립체(752)를 포함할 수 있도록, 반전된 조건으로 배치된 구성요소를 일부 구현예가 가지는 것에 주목할 가치가 있다.

일부 구현예에서, 백엔드 메커니즘(750)은 단계적인 결합 및 정렬 프로세스를 이용하여 기구 캐리지(700)에 장착될 수 있다. 이는, 한 손을 이용하여, 적은 힘으로, 정확하게, 백엔드 메커니즘을 기구 캐리지(700) 상에 설치하는 것을 가능하게 할 수 있다. 그렇게 하는 것에서, 입력 디스크는 출력 디스크와 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 결합 순서는, 교합되는 특징부들의 높이 또는 길이 그리고, 순차적으로 덜 구속적인 것으로부터 더 구속적인 프로세스들, 그리고 반복 가능한 교합 특징부들에 의해서 결정된다. 결합 순서에서, 이는 세장형 부재(762)와 그 이후에 광섬유 연결부를 교합시키는 것, 그 이후에 캐리지 래치 레버를 백엔드 메커니즘(750)의 슬롯에 진입시키는 것을 포함한다. 이어서, 볼 장착부를 V 홈 운동학적 장착부 안착부에 진입시키는 것이 이루어진다. 용이한 이해를 위해서, 도 10을 참조한 설명에서 제시된 기준 축(780a, 780b, 및 780c)이 또한 도 16에서 운동학적 장착부(756)의 방향과 정렬되는 것으로 식별된다. 일부 구현예에서, 도 16의 장착부(756)는 도 10을 참조하여 설명한 장착부(560)의 기능을 실시할 수 있다. 이때, 포고 핀은 인쇄 회로 조립체 접촉 패드와 접촉된다. 마지막 단계에서, 입력 디스크의 슬롯과 결합되도록, 출력 디스크가 회전될 수 있다. 마지막으로, 백엔드 메커니즘(750) 내의 인쇄 회로 조립체는 섬유 고정 정보, 일련 번호, 도구 유형 정보, 사용 계수 정보, 및 위변조를 방지하기 위한 암호화 데이터를 통신할 수 있다.

일부 구현예에서, 기구 캐리지가 환자(P)를 향해서 전진되도록 그리고 그로부터 멀리 이동되도록(도 3a 및 도 3b 참조), 백엔드 메커니즘(304)이 기구 캐리지(306)에 커플링될 수 있다. 도 18은 백엔드 메커니즘(304)을, 기구 캐리지(306)와 같은, 삽입 조립체에 커플링시키는 예시적인 방법(1800)의 흐름도를 도시한다. 이는 1802에서 시작되고, 세장형 부재(310)를 환자 내로 도입하는 단계를 포함한다. 본원에서 설명된 바와 같이, 세장형 장치는 형상 센서(314)를 또한 포함할 수 있다. 이러한 스테이지에서, 세장형 장치의 원위 부분만이 환자 내로 도입될 수 있다.

1804에서, 백엔드 메커니즘은, 섬유 연결부가 기구 캐리지 상의 상응 연결부와 결합될 때까지, 백엔드 메커니즘을 세장형 장치의 방향으로 전진시키는 것에 의해서, 기구 캐리지(306)와 결합될 수 있다. 일부 구현예에서, 섬유 연결부는 제 위치에 스냅 결합될 수 있다.

1806에서, 장착 면에 배치될 수 있으며 백엔드 메커니즘으로부터 기구 캐리지를 향해서 돌출될 수 있는 래치 인터페이스(496)(도 4 및 도 10)가 기구 캐리지 상의 수용부 내로 도입될 수 있다. 래치 레버(710)를 포함하는 실시예가 또한 결합되기 시작할 수 있다.

1808에서, 장착부(756)는 운동학적 장착부 구성요소(708)를 수용한다. V-형상의 홈을 갖는 장착부의 실시예는 일정하고 반복 가능한 위치설정을 가능하게 할 수 있다. 일부 구현예에서, 운동학적 장착부 구성요소(708)는 반구형 볼로서 성형되고, 장착부는 운동학적 장착부 구성요소의 반구형 볼을, 본원에서 설명된 방식으로 6개의 자유도 전부에서 백엔드 메커니즘의 충분한 구속을 달성하기 위한 정확한 위치로 안내할 수 있다.

본원에서 설명된 원리를 벗어나지 않고도, 기구 캐리지 및 백엔드 메커니즘의 특정 인터페이싱 특징부들이 서로 변경될 수 있다는 것을 주목하여야 한다. 예를 들어, 기구 캐리지가 운동학적 장착부 구성요소를 포함할 수 있고, 백엔드 메커니즘은 장착부를 포함할 수 있다.

일부 구현예에서, 래치 메커니즘은, 구동 반응력 및 생검 바늘 핸들에 인가되는 사용자 힘에 대응하기 위한 큰 강성도를 제공하면서도, 백엔드 메커니즘을 삽입 축 캐리지의 모터 출력부에 한손으로 설치할 수 있게 한다.

일부 구현예에서, 캐리지 상의 래치 연결부는 스프링-로딩되고(spring-loaded), 백엔드 메커니즘을 기구 캐리지로부터 해제하기 위해서 대향 측면들에 의해서 압착될 수 있다. 일부 구현예에서, 하우징 및 입력부 위의 커버 상의 클램프는, 완전 침잠형 세정 및 높은-수준의 소독 프로세스 중에, 유체 유입을 방지할 수 있다.

수술 기구 및 수술 방법에 대한 모든 언급은 비제한적인데, 이는 본원에서 설명된 기구 및 방법이 동물, 인간 사체, 동물 사체, 인간 또는 동물 해부조직의 일부, 비-수술적 진단, 산업적 시스템 및 일반적인 로봇 또는 원격 동작식 시스템을 위해서 사용될 수 있기 때문이다.

비록 예시적인 실시예를 도시하고 설명하였지만, 넓은 범위의 수정, 변화 및 치환이 전술한 개시 내용으로부터 고려되고, 일부 경우에, 실시예의 일부 특징부가, 다른 특징부의 상응하는 사용이 없이도, 사용될 수 있다. 당업자는 많은 변경, 대안 및 수정을 인지할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 이하의 청구항에 의해서만 제한되어야 하고, 청구범위가 넓게 그리고 본원에서 개시된 실시예의 범위와 일치되는 방식으로 해석되어야 한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

당김 와이어를 통해서 작동되는 세장형 부재용 제어 시스템이며:
사용 중에 상기 세장형 부재에 대해서 제 위치에 고정될 수 있는 샤시;
상기 샤시에 의해 지지되는 풀리로서, 상기 풀리는 상기 당김 와이어를 지지하도록 구조적으로 구성된 당김 와이어-지지 표면을 갖고, 상기 풀리는 제1 축을 중심으로 회전될 수 있는, 풀리; 및
상기 샤시에 의해 지지되고 상기 제1 축에 대해서 수직 각도로 정렬된 제2 축을 중심으로 회전될 수 있는 캡스턴으로서, 상기 캡스턴은 상기 당김 와이어가 상기 캡스턴 주위로 랩핑될 수 있게 하는 당김 와이어-지지 표면을 갖는, 캡스턴을 포함하는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시는 개구부를 갖는 포켓을 포함하고, 상기 개구부를 통해서 상기 당김 와이어가 연장되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 캡스턴을 구동 가능하게 회전시키도록 구성된 입력 디스크를 더 포함하고, 상기 입력 디스크는 비-원통형 형상을 갖는 샤프트를 포함하고, 상기 캡스턴은, 상기 샤프트가 상기 캡스턴을 회전시킬 수 있게 하는 방식으로 상기 비-원통형 형상과 인터페이싱하도록 구성되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 캡스턴은 상기 당김 와이어를 중첩이 없이 권취하도록 배열된 나선형 홈을 포함하는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 캡스턴이 문턱값 위치를 넘어서 회전되는 것을 방지하도록 배열된 회전 제한부를 포함하는, 제어 시스템.
제5항에 있어서,
상기 회전 제한부는, 상기 캡스턴이 상기 문턱값 위치를 넘어서 회전되는 것을 방지하도록 배열된 기계적 정지부를 포함하는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시로부터 연장되는 섬유 연결부; 및
상기 세장형 부재의 길이를 통해서 상기 섬유 연결부로부터 연장되는 형상 센서로서, 상기 세장형 부재의 형상을 검출하도록 배열되는, 형상 센서를 더 포함하고,
상기 섬유 연결부는 상기 형상 센서에 의해서 검출된 정보를 통신하도록 구성되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
하우징의 벽에 인접한 서비스 루프를 포함하는 둘러싸인 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징은 상기 하우징 내의 발진 영역 고정부와 상기 세장형 부재 사이에서 연장되는 형상 센서의 굽힘을 수용하기 위한 크기의 원호화 표면을 포함하는, 제어 시스템.
제8항에 있어서,
상기 서비스 루프는 상기 형상 센서 내의 180도 굽힘부인, 제어 시스템.
제9항에 있어서,
상기 하우징은 안내 슬롯을 형성하는 안내부를 포함하고, 상기 안내 슬롯 내에서 상기 형상 센서가 연장되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시는, 상기 제2 축에 실질적으로 평행하게 배치된 제3 축을 형성하는 세장형 부재 개구부를 포함하는, 제어 시스템.
제11항에 있어서,
연결 위치에서 상기 샤시에 고정된 근위 단부를 갖는 코일 파이프를 포함하고, 상기 코일 파이프의 근위 단부는 상기 세장형 부재 개구부에 의해서 형성된 상기 제3 축에 실질적으로 수직으로 배치되고, 상기 당김 와이어는 상기 코일 파이프를 통해서 그리고 상기 풀리까지 그리고 그에 의해서 상기 캡스턴까지 연장되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시는, 상기 캡스턴을 구동하도록 배열된 기구 캐리지와 인터페이싱하도록 성형되고 구성된 장착 면을 포함하고, 상기 장착 면은 일반적으로 장착 평면을 따라서 연장되고, 상기 장착 면은, 나란히 배열된, 제1 인터페이싱 부분 및 제2 비-인터페이싱 부분을 가지며, 상기 제1 인터페이싱 부분은 섬유 연결부 및 회전 입력 부재를 갖고, 상기 제2 비-인터페이싱 부분은, 상기 세장형 부재가 상기 장착 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 상기 세장형 부재 개구부로부터 연장되도록 형성된, 제1 세장형 부재 개구부를 갖는, 제어 시스템.
제13항에 있어서,
상기 샤시는 복수의 v-형상의 홈 및 복수의 위치결정 장착부 중 하나를 갖는 장착 면을 포함하고, 상기 기구 캐리지는 상기 복수의 v-형상의 홈 및 상기 복수의 위치결정 장착부 중 다른 하나를 포함하고, 상기 복수의 v-형상의 홈은 상기 복수의 위치결정 장착부를 수용하도록 구성되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
내부에 공동을 형성하도록 인터페이스에서 상기 샤시에 부착되는 커버로서, 상기 풀리가 상기 공동 내에 배치되는, 커버; 및
상기 샤시 내의 개구부를 통과하고 상기 캡스턴을 회전 가능하게 구동하도록 배열된 입력 디스크로서, 유체의 유입을 방지하기 위한 차폐 면을 갖는, 입력 디스크를 포함하는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시 상에 배치되고 그로부터 연장되는 섬유 연결부를 포함하고, 상기 섬유 연결부는, 상기 샤시를 기구 캐리지에 부착하기 위한 상기 샤시의 병진운동에 의해서 상기 기구 캐리지에 결합되도록 배치되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
상기 샤시는 상기 캡스턴의 주위에서 연장되는 벽 부분을 포함하고, 상기 벽 부분은 상기 당김 와이어가 통과하는 개구부를 갖고, 상기 벽 부분은 상기 당김 와이어를 상기 캡스턴 상에서 유지하도록 배치되는, 제어 시스템.
제1항에 있어서,
원주방향 벽이 상기 캡스턴 주위에서 연장되고, 상기 벽은, 상기 캡스턴 주위에 배치된 당김 와이어의 직경의 2배 미만인 거리만큼 상기 캡스턴으로부터 이격되는, 제어 시스템.
제18항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴의 주위에 배치된 상기 당김 와이어의 직경 미만인 거리만큼 상기 캡스턴으로부터 이격되는, 제어 시스템.
제18항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴과 물리적으로 접촉되고, 상기 캡스턴은 상기 벽에 대해서 회전될 수 있는, 제어 시스템.
제19항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴의 실질적으로 전체 원주의 주위에서 약간의 탄성적인 접촉을 유지하도록 구성되는, 제어 시스템.
제19항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 당김 와이어 출구 간극을 포함하고, 상기 원주방향 벽은, 상기 당김 와이어 출구 간극을 연관 풀리와 정렬되게 유지하면서, 상기 캡스턴이 상기 원주방향 벽에 대해서 회전될 수 있게 허용하도록 구속되는, 제어 시스템.
세장형 부재용 제어 시스템이며:
상기 세장형 부재를 조향하기 위한 복수의 조향 구성요소를 포함하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 조향 구성요소에 입력을 제공하도록 배열된 기구 캐리지와 인터페이싱하도록 성형되고 구성된 장착 면을 갖고, 상기 장착 면은 일반적으로 장착 평면을 따라서 연장되고, 상기 장착 면은, 나란히 배열된, 제1 인터페이싱 부분 및 제2 비-인터페이싱 부분을 갖고, 상기 제1 인터페이싱 부분은 섬유 연결부 및 회전 입력 부재를 갖고, 상기 제2 비-인터페이싱 부분은, 세장형 부재 개구부 내에서 세장형 부재가 상기 장착 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되도록 형성된, 제1 세장형 부재 개구부를 갖는, 제어 시스템.
제23항에 있어서,
상기 하우징을 상기 기구 캐리지에 대해서 선택적으로 위치설정하고 배향하도록 배열된 운동학적 장착부를 포함하는, 제어 시스템.
제23항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 하우징을 기구 캐리지에 선택적으로 고정시키도록 구성된 복수의 래치 연결부를 포함하는, 제어 시스템.
제23항에 있어서,
상기 장착 면 상의 상기 회전 입력 부재의 각각은 상기 기구 캐리지 상의 출력 디스크에 장착될 수 있고 그에 의해서 구동되는 입력 디스크를 포함하고, 상기 입력 디스크는 상기 조향 구성요소와 통신하는, 제어 시스템.
제23항에 있어서,
상기 장착 면은 인쇄 회로 조립체 및 포고 핀 중 하나를 포함하고, 상기 기구 캐리지는 상기 인쇄 회로 조립체 및 상기 포고 핀 중 다른 하나를 포함하며, 상기 회로 조립체는 포고 핀과 통신하도록 구성되는, 제어 시스템.
세장형 부재를 조향하기 위한 제어 시스템이며:
공동을 내부에 형성하기 위해서 인터페이스에서 함께 밀봉되는 샤시 및 커버를 포함하는 하우징으로서, 상기 세장형 부재를 조향하기 위한 복수의 조향 구성요소가 상기 공동 내에 배치되며, 상기 인터페이스는 유체 유입을 방지하기 위해서 차폐되는, 하우징; 및
상기 샤시 내의 개구부를 통과하고 상기 조향 구성요소를 회전 가능하게 구동하도록 배열된 복수의 입력 디스크로서, 상기 입력 디스크는 유체의 유입을 방지하기 위해서 차폐되는, 복수의 입력 디스크를 포함하는, 제어 시스템.
제28항에 있어서,
상기 하우징을 기구 캐리지에 부착하는 래치를 포함하고, 상기 샤시는 유체의 유입을 방지하는 차폐부를 포함하는, 제어 시스템.
제28항에 있어서,
상기 샤시는 주변 홈을 포함하고, 상기 커버는 상기 주변 홈 내로 밀봉 가능하게 피팅되는 연부를 갖는, 제어 시스템.
제28항에 있어서,
캡스턴을 더 포함하고, 상기 복수의 입력 디스크 중의 입력 디스크는 상기 세장형 부재를 조향하기 위해 당김 와이어를 권취하도록 상기 캡스턴을 구동시키는, 제어 시스템.
제31항에 있어서,
상기 샤시는 상기 캡스턴을 수용하기 위한 크기의 포켓을 포함하고, 상기 포켓은, 상기 당김 와이어가 상기 캡스턴을 빠져 나갈 수 있게 하는 관통 개구부를 가지는, 제어 시스템.
제31항에 있어서,
상기 입력 디스크는 비-원통형 형상을 갖는 샤프트를 포함하고, 상기 캡스턴은, 상기 샤프트가 상기 캡스턴을 회전시킬 수 있게 하는 방식으로 상기 비-원통형 형상과 인터페이싱하도록 구성되는, 제어 시스템.
세장형 부재를 조향하기 위한 제어 시스템이며:
조향 구성요소 지지 면 및 대향 장착 면을 포함하는 샤시로서, 상기 조향 구성요소 지지 면은 상기 세장형 부재를 조향하도록 배열된 당김 와이어에 동작 가능하게 커플링된 캡스턴을 지지하는, 샤시;
상기 장착 면에 배치되고 상기 캡스턴을 회전시켜 상기 당김 와이어를 변위시키도록 배열되는 입력 디스크; 및
상기 장착 면 상에 배치되고 상기 조향 구성요소 지지 면으로부터 멀어지는 방향으로 상기 장착 면으로부터 연장되는 섬유 연결부로서, 상기 입력 디스크 및 상기 섬유 연결부는, 상기 샤시를 기구 캐리지에 부착하기 위한 상기 샤시의 병진운동에 의해서 상기 기구 캐리지에 결합되도록 배치되는, 제어 시스템.
제34항에 있어서,
상기 조향 구성요소 지지 면으로부터 멀어지는 방향으로 대면되는 면들을 갖는 4개의 장착 디스크를 포함하고, 상기 면들은 상기 기구 캐리지 상의 상응 출력 디스크와 결합될 수 있는, 제어 시스템.
제34항에 있어서,
상기 장착 면은 복수의 v-형상의 홈 및 복수의 위치결정 장착부 중 하나를 포함하고, 상기 기구 캐리지는 상기 복수의 v-형상의 홈 및 상기 복수의 위치결정 장착부 중 다른 하나를 포함하고, 상기 복수의 v-형상의 홈은 상기 복수의 위치결정 장착부를 수용하도록 구성되는, 제어 시스템.
제34항에 있어서,
상기 샤시를 상기 기구 캐리지에 부착하기 위한 연결부를 포함하는, 제어 시스템.
제37항에 있어서,
상기 연결부는 상기 제어 시스템을 상기 기구 캐리지에 스냅 결합시키는 편향 돌출 부분을 포함하는, 제어 시스템.
제34항에 있어서,
상기 입력 디스크는 당김 와이어를 권취하여 상기 세장형 부재를 조향하기 위한 캡스턴을 포함하는, 제어 시스템.
제39항에 있어서,
상기 샤시는 상기 캡스턴의 주위에서 연장되는 벽 부분을 포함하고, 상기 벽 부분은 상기 당김 와이어가 통과하는 개구부를 갖고, 상기 벽 부분은 상기 당김 와이어를 상기 캡스턴 상에서 유지하도록 배치되는, 제어 시스템.
제39항에 있어서,
상기 입력 디스크는 비-원통형 형상을 갖는 샤프트를 포함하고, 상기 캡스턴은, 상기 샤프트가 상기 캡스턴을 회전시킬 수 있게 하는 방식으로 상기 비-원통형 형상과 인터페이싱하도록 구성되는, 제어 시스템.
제39항에 있어서,
상기 샤시에 의해 지지되는 풀리를 포함하고, 상기 풀리는 상기 당김 와이어를 지지하도록 구조적으로 구성된 당김 와이어-지지 표면을 가지며, 상기 풀리는 약 35:1 내지 약 10:1 범위의 홈 피치 직경 대 당김 와이어 직경 비율을 갖는, 제어 시스템.
제39항에 있어서,
원주방향 벽이 상기 캡스턴 주위에서 연장되고, 상기 원주방향 벽은, 상기 캡스턴 주위에 배치된 당김 와이어의 직경의 2배 미만인 거리만큼 상기 캡스턴으로부터 이격되는, 제어 시스템.
제43항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴의 주위에 배치된 상기 당김 와이어의 직경 미만인 거리만큼 상기 캡스턴으로부터 이격되는, 제어 시스템.
제43항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴과 물리적으로 접촉되고, 상기 캡스턴은 상기 원주방향 벽에 대해서 회전될 수 있는, 제어 시스템.
제45항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 상기 캡스턴의 실질적으로 전체 원주의 주위에서 약간의 탄성적인 접촉을 유지하도록 구성되는, 제어 시스템.
제45항에 있어서,
상기 원주방향 벽은 당김 와이어 출구 간극을 포함하고, 상기 원주방향 벽은, 상기 당김 와이어 출구 간극을 연관 풀리와 정렬되게 유지하면서, 상기 캡스턴이 상기 원주방향 벽에 대해서 회전될 수 있게 허용하도록 구속되는, 제어 시스템.
제39항에 있어서,
풀리 접선으로부터 상기 세장형 부재까지 90° 굽혀진 코일 파이프를 더 포함하는, 제어 시스템.
제34항에 있어서,
섬유의 가변적인 늘어짐을 흡수하기 위해서 상기 섬유 연결부로부터 연장되는 180° 섬유 서비스 루프를 더 포함하는, 제어 시스템.